JP2005294781A - 有機物除去装置および膜厚測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機物の再付着を抑制しつつ基板に付着した有機物を適切に除去する。
【解決手段】膜厚測定装置１の本体部には、基板９に付着した有機物を除去する有機物除去部３が設けられる。有機物除去部３は内部が清浄に保たれるチャンバ本体３１を有し、チャンバ本体３１内には基板を加熱するホットプレート３２、基板を冷却するクーリングプレート３３、チャンバ本体３１の内部においてホットプレート３２からクーリングプレート３３へと基板９を移動する搬送アーム３４が設けられる。これにより、基板９に付着した有機物を除去した後、冷却が完了するまでの間、基板９がチャンバ本体３１の内部の清浄な雰囲気内にて保持され、有機物の再付着を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板に付着した有機物を除去する有機物除去装置、および、基板上に形成された薄膜の厚さを測定する膜厚測定装置に関する。

近年、半導体製品の回路パターンのスケーリング測に基づく微細化に伴い半導体製造工程において半導体基板（以下、「基板」という。）上に形成される膜の厚さが非常に薄くなってきており、将来的には、例えば６５ｎｍのテクノロジノードの長さ（いわゆる、ノード長）に対してゲート絶縁膜の酸化シリコン（ＳｉＯ_２）換算膜厚は１ｎｍ以下となることが予想されている。

一方、基板のクリーンルーム内における大気暴露や基板ケース内での保管により、膜厚の光学的な測定値が増加する現象が知られている。この現象は、プラスチック材料等からの放出ガスに起因する有機物が基板の表面に付着するために生じると考えられており、例えば、膜厚９．２ｎｍのシリコン酸化膜が形成された基板（ｐ型シリコン（Ｓｉ）基板）を基板ケース内で１０日間保管すると、膜厚の測定値が約０．２ｎｍ増加することが確認されている。したがって、更なる薄膜化が進められた場合には、有機物による測定値の増加が半導体製造工程におけるプロセス管理に大きな影響を与えてしまう。なお、基板を保管するケースに放出ガスの少ない材料を用いたり、ケミカルフィルタを設けることにより有機物の付着を抑制することも考えられるが、放出ガスを完全に無くすことは困難である。

そこで、基板上の膜の厚さを精度よく測定するために、膜厚測定の前に基板を加熱して付着した有機物を除去する有機物除去装置が提案されている。例えば、特許文献１では、チャンバ本体内で支持ピンにより支持された基板に光を照射して基板を加熱することにより基板の表面に付着した有機物を除去する有機物除去装置が提案されており、特許文献２では、加熱用チャンバと冷却用チャンバとを熱的に分離して設けることにより加熱後の基板を効率よく冷却することが可能な有機物除去装置が開示されている。なお、紫外線やオゾンを利用して有機物を除去する手法も知られているが、基板に形成された膜を劣化させる恐れがある。
特表２００２−５０１３０５号公報 米国特許第６，２６１，８５３号明細書

ところで、特許文献１の有機物除去装置では同一の支持ピン上において基板が加熱および冷却されるため、効率よく処理を行うことができない。また、特許文献２の有機物除去装置では、ホットプレートおよびクーリングプレートにより効率よく処理を行うことが可能であるが、加熱用チャンバから冷却用チャンバへと移動する際に加熱後の基板をチャンバ外に取り出さなくてはならず、有機物の再付着の可能性が高くなってしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ホットプレートおよびクーリングプレートを有する有機物除去装置において、基板に付着した有機物を除去した後、有機物の再付着を抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板に付着した有機物を除去する有機物除去装置であって、基板を加熱するホットプレートと、前記基板を冷却するクーリングプレートと、前記ホットプレートから前記クーリングプレートへと基板を移動する移動機構と、前記ホットプレートおよび前記クーリングプレートが内部に配置され、前記ホットプレートから前記クーリングプレートに至る基板の移動経路も内部に含むチャンバ本体とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の有機物除去装置であって、前記ホットプレートおよび前記クーリングプレートが、水平姿勢にて水平方向に並んで配置される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の有機物除去装置であって、前記移動機構が前記チャンバ本体の内部に配置される。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の有機物除去装置であって、前記チャンバ本体が基板が通過する開口を１つのみ有し、前記チャンバ本体に対して基板が搬入および搬出される際に前記基板が前記クーリングプレートに対して受け渡しされる。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の有機物除去装置であって、前記チャンバ本体が、前記ホットプレートへと搬入される基板が通過する開口と、前記クーリングプレートから搬出される基板が通過するもう１つの開口とを有する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の有機物除去装置であって、前記チャンバ本体が、前記もう１つの開口を通過する基板に向けてガスを噴出するノズル部をさらに有する。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の有機物除去装置であって、前記チャンバ本体が、基板が通過する開口と、前記開口が形成される面に沿ってガスを噴出するノズル部とを有する。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の有機物除去装置であって、前記チャンバ本体の内部において、前記クーリングプレートから基板を受け取って待避させる基板待避機構をさらに備える。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の有機物除去装置であって、前記チャンバ本体の内部のガスを排気する機構をさらに備える。

請求項１０に記載の発明は、基板上に形成された薄膜の厚さを測定する膜厚測定装置であって、基板に付着した有機物を除去する請求項１ないし９のいずれかに記載の有機物除去装置と、前記有機物除去装置による除去処理後の基板の膜厚を測定する膜厚測定部とを備える。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の膜厚測定装置であって、前記膜厚測定部がエリプソメータを有する。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の膜厚測定装置であって、前記有機物除去装置の前記クーリングプレートが、基板の位置を調整する機構を有する。

請求項１ないし９の発明では、ホットプレートおよびクーリングプレートを個別に有する有機物除去装置において、基板に付着した有機物を除去した後、冷却が完了するまでの有機物の再付着を抑制することができる。

また、請求項２の発明では、ホットプレートからクーリングプレートへと基板を容易に移動することができ、請求項４の発明では、装置の構造を簡素化することができる。

また、請求項３、７および９の発明では、チャンバ本体内の清浄度を保つことができ、請求項６の発明では、クーリングプレートから搬出される基板をさらに冷却することができる。

また、請求項８の発明では、有機物除去に係る動作を効率よく行うことができる。

請求項１０ないし１２の発明では、基板の薄膜の厚さを精度よく測定することができる。また、請求項１２の発明では、膜厚測定に係る動作を効率よく行うことができる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る膜厚測定装置１を示す正面図である。図１に示すように膜厚測定装置１の本体部２には基板に付着した有機物を除去する有機物除去部３が取り付けられ、本体部２の下部には膜厚測定装置１の全体制御を担う制御ユニット４が設けられる。膜厚測定装置１では、有機物除去部３により基板に付着した有機物が除去された後、本体部２の構成により基板上に形成された薄膜（例えば、酸化膜）の厚さが測定される。以下、本体部２および有機物除去部３について詳述する。

図２は膜厚測定装置１の内部構成を示す図である。なお、図２では有機物除去部３の後述するチャンバ本体３１の断面の平行斜線の図示を省略している。

本体部２に設けられた定盤２０１上には、基板９を保持するステージ部２１、および、ステージ部２１を図２中のＸ方向およびＹ方向に移動するステージ移動機構２２が設けられる。また、定盤２０１上にはステージ移動機構２２を跨ぐようにしてフレーム２０２が固定され、フレーム２０２には基板９上に偏光した光（以下、「偏光光」という。）を照射して基板９からの反射光の偏光状態を取得するエリプソメータ２３、および、基板９に照明光を照射して基板９からの反射光の分光強度を取得する光干渉ユニット２４が取り付けられる。

ステージ部２１は、基板９を保持する円板状の基板保持部２１１、および、基板保持部２１１を回動するステージ回動機構（図示省略）を有し、基板保持部２１１の表面には基板９の吸引吸着に利用される溝２１２が形成される。ステージ部２１において基板保持部２１１の外側には基板９を図２中のＺ方向に移動する複数のリフトピン２１３が設けられる。ステージ移動機構２２はそれぞれがモータを有するＸ方向移動機構２２１およびＹ方向移動機構２２２を有し、ステージ移動機構２２によりステージ部２１上の基板９がエリプソメータ２３および光干渉ユニット２４に対して移動する。

エリプソメータ２３は、偏光光を基板９に向けて出射する光源ユニット２３１、および、基板９からの反射光を受光して反射光の偏光状態を取得する受光ユニット２３２を有する。光源ユニット２３１は光ビームを出射する半導体レーザ（ＬＤ）、および、偏光素子であるポーラライザを有し、半導体レーザからの光ビームはポーラライザにより偏光されて偏光光が基板９上に照射される。受光ユニット２３２は偏光素子であるアナライザを有し、アナライザは光軸に平行な軸を中心として回転する。偏光光の基板９からの反射光は回転するアナライザへと導かれ、透過した光がフォトダイオードにて受光される。エリプソメータ２３ではフォトダイオードの出力がアナライザの回転角に対応付けられることにより反射光の偏光状態が取得され、制御ユニット４へと出力される。なお、エリプソメータ２３の構成は上記のものに限定されず、例えば、ポーラライザが回転してもよい。

光干渉ユニット２４は、白色光を出射する光源を有し、光源からの光は光学系を介して基板９の表面に照射される。基板９からの反射光は光学系により分光器へと導かれて反射光の分光強度が取得され、制御ユニット４へと出力される。

制御ユニット４は、本体部２や有機物除去部３を制御する回路以外に、エリプソメータ２３から入力される反射光の偏光状態、または、光干渉ユニット２４から入力される反射光の分光強度に基づいて基板９の薄膜の厚さを求める演算部を有する。以下の説明では、より薄い膜厚の測定が可能なエリプソメータ２３を用いて膜厚が取得されるものとするが、もちろん、必要に応じて光干渉ユニット２４を用いて膜厚の測定値が取得されてもよい。

本体部２においてステージ部２１と有機物除去部３との間には、搬送ロボット２５が設けられ、搬送ロボット２５の（−Ｙ）側には基板９が収納されたポッド９１（例えば、ＦＯＵＰ（Front-Opening Unified Pod））の開閉を行うポッドオープナ２６が取り付けられる。搬送ロボット２５は、伸縮するアーム２５２の先端に基板９が載置される載置部２５１が取り付けられ、アーム２５２は回動機構２５３に固定される。回動機構２５３は移動機構２５４によりＹ方向に移動する。搬送ロボット２５はステージ部２１、有機物除去部３およびポッドオープナ２６にアクセス可能とされ、ポッドオープナ２６により開放されたポッド９１内の基板９は搬送ロボット２５により取り出されて膜厚測定装置１にロードされる。また、膜厚測定後の基板９は搬送ロボット２５によりポッド９１内へと戻されて基板９が膜厚測定装置１からアンロードされる。

図３は有機物除去部３を拡大して示す図である。図３に示すように有機物除去部３は基板９の処理空間を形成するチャンバ本体３１を有し、チャンバ本体３１内には、内部に設けられたヒータにより基板９を加熱（例えば、２００〜４２０℃（より好ましくは、３００〜３５０℃）に加熱）する円板状のホットプレート３２、および、アルミニウムにて形成されるとともに基板を冷却（例えば、１０〜４０℃に冷却）する円形の薄板状のクーリングプレート３３がＹ方向に並んで配置される。また、ホットプレート３２とクーリングプレート３３との間には、ホットプレート３２からクーリングプレート３３へと基板９を移動する搬送アーム３４が設けられ、搬送アーム３４の先端は基板９を吸引吸着にて保持するチャック部３４１とされる。なお、本実施の形態では、熱伝導率の高いアルミニウムにて形成されるクーリングプレート３３上に基板９が載置されることにより基板９の冷却が行われるが、クーリングプレート３３には必要に応じて水冷機構や空冷機構が設けられてもよい（例えば、クーリングプレート３３の裏面側などにペルチェ素子を付けて冷却を行う構成にすることが好ましい。）。また、クーリングプレート３３はアルミニウム以外の材料にて形成されてもよい。

ホットプレート３２の表面には複数のセラミックボール３２３が基板９の外周よりも僅かに小さい直径の円周上に等間隔にて配置される。ホットプレート３２では、複数のセラミックボール３２３により載置される基板９とホットプレート３２の表面との間に微小な間隙（いわゆる、プロキシミティギャップ）が形成され、基板９を均一に加熱することが実現されるとともに、基板９の裏面（ホットプレート３２側の主面）にパーティクル等の不要物が付着することが抑制される。クーリングプレート３３にも同様に複数のセラミックボール３３３が設けられ、基板９を均一に冷却することが実現されるとともに、基板９の裏面へのパーティクル等の付着が抑制される。また、ホットプレート３２およびクーリングプレート３３のそれぞれには基板９の位置ずれを防止する複数のガイド部３２４，３３４が立設される。

図４は有機物除去部３の内部構成を示す図であり、（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向を向いて見た様子を示している。なお、図４ではチャンバ本体３１の本体部２側の部位を取り外した状態を示している。

図４に示すようにホットプレート３２およびクーリングプレート３３は水平姿勢にてほぼ同じ高さに配置されている。ホットプレート３２の近傍には、複数のリフトピン３２１が接続されるとともにシリンダを有するピン移動機構３２２が設けられ、ピン移動機構３２２により複数のリフトピン３２１がＺ方向に移動する。ホットプレート３２には複数のリフトピン３２１にそれぞれ対向する位置に複数の貫通孔が形成され、ホットプレート３２上の基板９は複数のリフトピン３２１によりＺ方向に移動する。クーリングプレート３３の近傍にも、ホットプレート３２と同様に、複数のリフトピン３３１をＺ方向に移動するとともにシリンダを有するピン移動機構３３２が設けられ、クーリングプレート３３には複数のリフトピン３３１にそれぞれ対向する複数の貫通孔が形成されてクーリングプレート３３上の基板９が複数のリフトピン３３１により突き上げられる。

クーリングプレート３３にはさらに、基板９の位置を調整するセンタリングユニット３５が設けられ、センタリングユニット３５は、基板９のエッジの位置を検出するエッジ検出センサ３５１、基板９を真空吸着により保持するチャック部３５２、チャック部３５２を回動する回動機構３５３、チャック部３５２を昇降する昇降機構３５４、並びに、チャック部３５２をＸ方向およびＹ方向に微小に移動する微小移動機構３５５を有する。クーリングプレート３３では、チャック部３５２が基板９を保持しつつ回動することにより、エッジ検出センサ３５１により基板９のエッジおよびノッチ（または、オリエンテーションフラット）が検出される。これにより、基板９の中心の位置およびノッチの向きが特定され、微小移動機構３５５および回動機構３５３が制御されて基板９がセンタリングされつつノッチが所定の方向に向く。

図３のチャンバ本体３１の（＋Ｘ）側（本体部２側）の部位には、Ｙ方向に並ぶ２つの開口３１１，３１２が設けられる（図４では、二点鎖線にて示している。）。（−Ｙ）側の開口３１１はホットプレート３２の近傍に形成され、搬送ロボット２５（図２参照）によりホットプレート３２へと搬入される基板９が開口３１１を通過する。（＋Ｙ）側の開口３１２はクーリングプレート３３の近傍に形成され、クーリングプレート３３から搬出される基板９が開口３１２を通過する。

また、チャンバ本体３１には開口３１１，３１２をそれぞれ開閉する２つのシャッタ部（図示省略）が設けられる。２つのシャッタ部はそれぞれピン移動機構３２２，３３２の動作に同期しており、ピン移動機構３２２がリフトピン３２１を上昇すると開口３１１が開放され、ピン移動機構３３２がリフトピン３３１を上昇すると開口３１２が開放される。なお、シャッタ部の動作は必ずしも同期させる必要はなく、必要なタイミングで開口３１１，３１２を開放すればよい。

チャンバ本体３１には、さらに、開口３１１，３１２の上方（（＋Ｚ）側）において、下方に向けて所定のガス（例えば、窒素ガスや清浄な空気）を噴出するスリットノズルを有するノズル部３１５，３１６がそれぞれ設けられる。各ノズル部３１５，３１６は、チャンバ本体３１の内部を所定のガスでパージして清浄な状態を保つ。また、ノズル部３１５，３１６はそれぞれ開口３１１，３１２の周囲において、開口３１１，３１２が形成される面に沿ってガスを噴出するため、開口３１１，３１２が開放した状態において外部の空気がチャンバ本体３１の内部へと流入することを防止するエアカーテンのとしての役割も果たす。これにより、基板９の搬入または搬出時においてチャンバ本体３１内に外部の有機物等が進入して清浄度が低下することが抑制される。なお、開口３１１，３１２の下方に、上方に向かってガスを噴出するノズル部がさらに取り付けられてもよい。また、有機物除去部３では、チャンバ本体３１の内部をパージするガス供給部が別途設けられてもよい。この場合、クーリングプレート３３側からホットプレート３２側に向かってガスが流れるようにガス供給部が取り付けられることが好ましく、これにより、ホットプレート３２の熱によりクーリングプレート３３における基板９の冷却効率の低下が防止される。

図４に示すようにチャンバ本体３１の上部にはメッシュ状の通気孔を有する上部カバー３１７が設けられ、上部カバー３１７の上側においてチャンバ本体３１との間に形成される空間へと流入するガスは図示省略のポンプおよびこのポンプに接続された排気管３１８を有する排気機構により排気される。これにより、ホットプレート３２により熱せられたチャンバ本体３１内のガスが排気機構により効率よく排気されてチャンバ本体３１内の雰囲気の温度上昇が防止される。また、排気管３１８をチャンバ本体３１の上部に設けることにより、有機物除去部３の設置面積を小さくすることができる。

図５は膜厚測定装置１が基板９に付着した有機物を除去し、有機物除去後の基板９上の薄膜の厚さを測定する動作の流れを示す図である。膜厚測定装置１では、まず、図２のポッドオープナ２６にセットされたポッド９１が開放されて搬送ロボット２５により複数の測定対象の基板９のうち一の基板９が膜厚測定装置１にロードされる（ステップＳ１１）。ロードされた基板９は搬送ロボット２５により図３のチャンバ本体３１の開口３１１に対向する位置へと移動する。続いて、複数のリフトピン３２１の上昇に同期してシャッタ部が開放されるとともにアーム２５２が（−Ｘ）方向へと伸びることにより、載置部２５１上の基板９がチャンバ本体３１の内部へと搬入される。基板９がホットプレート３２の上方に位置すると、複数のリフトピン３２１がさらに上昇することにより基板９がリフトピン３２１上に移載される。そして、リフトピン３２１の下降により基板９がホットプレート３２上に載置される。ホットプレート３２上の基板９は裏面が一定の温度にて一定の時間（例えば、３４０℃にて３分間）だけ加熱され、基板９に付着した有機物が除去される（ステップＳ１２）。基板９から除去された有機物は、周囲のガスと共に排気管３１８から排出されてチャンバ本体３１内の清浄度が維持され、基板９への有機物の再付着が抑制される。

基板９の加熱が終了すると、複数のリフトピン３２１により基板９が上昇し、搬送アーム３４のチャック部３４１が基板９の下方に移動する。続いて、リフトピン３２１が下降して基板９がチャック部３４１に保持され、搬送アーム３４が基板９をクーリングプレート３３の上方に移動する。クーリングプレート３３では、複数のリフトピン３３１により基板９が突き上げられ、チャック部３４１が退避した後、リフトピン３３１が下降することにより基板９がクーリングプレート３３に移載される（ステップＳ１３）。このように、有機物除去部３では、ホットプレート３２からクーリングプレート３３に至る基板９の移動経路がチャンバ本体３１の内部に含まれるため、移動途上において基板９に有機物が再付着することが抑制される。また、基板９を移動する搬送アーム３４がチャンバ本体３１の内部に配置されているため、チャンバ本体３１内の清浄度が一定に保たれる。さらに、ホットプレート３２およびクーリングプレート３３が水平姿勢にて水平方向に並んで配置されるため、リフトピン３２１またはリフトピン３３１により基板９を不必要に上下移動させることなく搬送アーム３４によりホットプレート３２からクーリングプレート３３へと基板９を容易に移動することができる。

クーリングプレート３３では、基板９の裏面、すなわち、ホットプレート３２により加熱された側の主面が一定の時間だけ冷却される（ステップＳ１４）。基板９が高温のままで膜厚が測定されると薄膜の光学定数が常温の場合と異なるため正確に膜厚を測定することができないが、クーリングプレート３３により基板９を冷却することにより、後述の処理において薄膜の厚さを正確にかつ速やかに求めることができる。

続いて、チャック部３５２が上昇して基板９が保持され、さらに、回動し、基板９のエッジがエッジ検出センサ３５１により検出されることにより、基板９のセンタリングおよびノッチの向きの調整が行われる。このとき、基板９を自然冷却しつつセンタリングユニット３５により基板９の位置の調整が行われるため、膜厚測定に係る動作を効率よく行うことができる。位置が調整された基板９はリフトピン３３１により突き上げられ、搬送ロボット２５によりチャンバ本体３１の（＋Ｙ）側の開口３１２を通過してクーリングプレート３３から搬出される。その際、開口３１２を通過する基板９に向けてノズル部３１６から基板９よりも低い温度のガスが噴出されることにより基板９がさらに冷却される。搬送ロボット２５によりチャンバ本体３１内から搬出された基板９は、図２のステージ部２１の複数のリフトピン２１３上に移載された後、リフトピン２１３の下降により基板保持部２１１にて保持される。

基板９はステージ移動機構２２により移動して、エリプソメータ２３による偏光光の照射位置に基板９上の所定の測定点が合わせられる。このとき、基板９の位置および向きがセンタリングユニット３５により予め調整されているため、基板９はエリプソメータ２３に対して精度よく位置決めされる。そして、エリプソメータ２３により偏光光が基板９に照射されるとともに基板９からの反射光が受光され、反射光の偏光状態が取得される。制御ユニット４内の演算部は、偏光状態および予め準備されたデータに基づいて測定点における膜厚を求める（ステップＳ１５）。このように、膜厚測定装置１ではエリプソメータ２３および制御ユニット４内の演算部により有機物の除去処理後の基板９の膜厚を測定する膜厚測定部が構成される。

実際には、基板９上には複数の測定点が設定されており、一の測定点の膜厚が取得されると、次の測定点が位置決めされて膜厚が取得される。上記処理が繰り返されることにより、ステップＳ１５では複数の測定点のそれぞれにおける膜厚が取得される。なお、光干渉ユニット２４に撮像部が設けられ、撮像部により取得される画像に基づいてより精度よく基板９が位置決めされてもよい。

全ての測定点における膜厚が取得されると、基板９は搬送ロボット２５によりステージ部２１から取り出されてポッド９１内へと戻され、基板９が膜厚測定装置１からアンロードされる（ステップＳ１６）。

一の基板９についての処理が完了すると、次の測定対象の基板９が準備され、ステップＳ１１〜ステップＳ１６が繰り返される（ステップＳ１７）。なお、実際には、ステップＳ１２およびステップＳ１４がそれぞれ異なる基板に対して並行して行われるため、有機物除去部３では基板が効率よく処理される。そして、全ての測定対象の基板９に対して有機物の除去処理後の膜厚が取得されることにより、膜厚測定装置１による処理が終了する（ステップＳ１７）。

以上のように、図１の膜厚測定装置１における有機物除去部３ではチャンバ本体３１の内部にホットプレート３２、クーリングプレート３３、および、搬送アーム３４が設けられ、搬送アーム３４によりチャンバ本体３１内においてホットプレート３２からクーリングプレート３３に基板９が搬送される。これにより、一の基板を加熱しつつ他の基板を冷却することが可能な有機物除去部３において、基板９に付着した有機物を除去した後、冷却が完了するまでの間、基板９への有機物の再付着を抑制することができる。その結果、膜厚測定装置１では基板９の薄膜の厚さを精度よく測定することができる。また、有機物除去部３では基板９を加熱することにより有機物を除去するため、基板９の品質を低下することなく有機物を除去することができる。

次に、第２の実施の形態に係る膜厚測定装置１ａについて説明を行う。図６は膜厚測定装置１ａの構成を示す図である。膜厚測定装置１ａは第１の実施の形態の膜厚測定装置１と比較して、図３の有機物除去部３において搬送アーム３４が省略されるとともに、チャンバ本体３１の開口３１１，３１２が１つの開口３１１ａとされる点で相違する。他の構成は膜厚測定装置１と同様であり同符号を付している。

図６の有機物除去部３ａでは、チャンバ本体３１ａの本体部２側の部位にＹ方向に関して幅が比較的広い１つの開口３１１ａが形成され、開口３１１ａを閉塞する図示省略のシャッタ部、および、開口３１１ａが開放された状態においてエアカーテンの役割を果たす１つのノズル部３１５ａが設けられる。

膜厚測定装置１ａにおいて、基板９に付着した有機物の除去処理が行われる際には（図５：ステップＳ１２）、基板９を保持する搬送ロボット２５がホットプレート３２に対向する位置へと移動し、シャッタ部が開放された後、アーム２５２が（−Ｘ）方向に伸びることにより基板９が開口３１１ａの（−Ｙ）側の部位を通過してチャンバ本体３１ａの内部へと搬入される。そして、基板９は複数のリフトピン３２１上に移載され、リフトピン３２１が下降することによりホットプレート３２上に載置されて所定の温度にて所定の時間加熱される。

加熱後の基板９は、チャンバ本体３１ａの内部において複数のリフトピン３２１により上昇し、搬送ロボット２５の載置部２５１が基板９の下方に位置する状態でリフトピン３２１が下降して載置部２５１上に載置される。搬送ロボット２５は、アーム２５２が伸びた状態で（＋Ｙ）方向に移動し、基板９がクーリングプレート３３の上方に位置する。そして、複数のリフトピン３３１上に移載されて基板９がクーリングプレート３３上に載置され（ステップＳ１３）、クーリングプレート３３により基板９が冷却される（ステップＳ１４）。冷却後の基板９は開口３１１ａの（＋Ｙ）側の部位を通過してチャンバ本体３１ａの外部へと搬出される。その際、クーリングプレート３３から搬出される基板９はノズル部３１５ａによりさらに冷却される。

以上のように、図６の有機物除去部３ａでは、チャンバ本体３１ａの外部に設けられた搬送ロボット２５によりチャンバ本体３１ａの内部においてホットプレート３２からクーリングプレート３３へと基板９が移動する。これにより、有機物除去部３ａでは搬送アーム３４を省略して構造を簡素化しつつ、基板９に付着した有機物を除去した後、冷却が完了するまでの有機物の再付着を抑えることができる。

図７は第３の実施の形態に係る膜厚測定装置１ｂの内部構成を示す図であり、図８は膜厚測定装置１ｂの有機物除去部３ｂの構成を側方から簡略化して示した図である。以下、特に言及する点を除いて、膜厚測定装置１ｂは図２の膜厚測定装置１と同様であり、同符号を付している。

図７の膜厚測定装置１ｂでは、有機物除去部３ｂのチャンバ本体３１ｂが搬送ロボット２５も覆うようにして設けられ、搬送ロボット２５には図２の移動機構２５４に代えて図８に示すように昇降機構２５５が取り付けられる。チャンバ本体３１ｂの内部では１つのホットプレート３２および２つのクーリングプレート３３ａ，３３ｂがＺ方向に並んで配置され、搬送ロボット２５がホットプレート３２、クーリングプレート３３ａ，３３ｂにアクセス可能とされる。また、図７に示すようにチャンバ本体３１ｂの（＋Ｘ）側の部位および（−Ｙ）側の部位には基板９が通過する開口３１１ｂ，３１１ｃがそれぞれ設けられ、搬送ロボット２５が開口３１１ｂを介してステージ部２１に、開口３１１ｃを介して本体部２に設けられたオープンカセット９２にアクセス可能とされる。開口３１１ｂ，３１１ｃには、エアカーテン用のノズル部３１５ｂ，３１５ｃがそれぞれ取り付けられる。

図８のチャンバ本体３１ｂの上部には、図３の有機物除去部３と同様に、排気ポンプに接続された排気管が設けられる。また、有機物除去部３ｂでは、ホットプレート３２が最上段に設けられ、熱せられた空気は上方へと移動して排気管から排気される。これにより、下段に配置されたクーリングプレート３３ａ，３３ｂによる基板９の冷却がホットプレート３２からの熱の影響を受けてしまうことが抑制される。なお、膜厚測定装置１ｂではセンタリングユニット３５はステージ部２１に設けられる。

膜厚測定装置１ｂにおいて基板９が冷却される際には、ホットプレート３２による基板９の加熱の終了後（図５：ステップＳ１２）、搬送ロボット２５により基板９がホットプレート３２から中段に位置するクーリングプレート３３ａに移載される（ステップＳ１３）。クーリングプレート３３ａでは、例えば３０〜６０℃まで基板９が冷却され（ステップＳ１４）、所定時間経過後に基板９が下段のクーリングプレート３３ｂに移載される。クーリングプレート３３ｂでは基板９が１０〜４０℃まで冷却され（ステップＳ１４）、その間に中段のクーリングプレート３３ａには、加熱後の次の基板９が載置され、冷却工程が２つの基板９に対して並行して行われる。

以上のように、図７の膜厚測定装置１ｂでは１つのホットプレート３２および２つのクーリングプレート３３ａ，３３ｂが、チャンバ本体３１ｂの内部において水平姿勢にて鉛直方向に並んで配置されるため、膜厚測定装置１の設置面積を小さくすることができる。また、ホットプレート３２からクーリングプレート３３ａ、および、クーリングプレート３３ａからクーリングプレート３３ｂに至る基板９の移動経路がチャンバ本体３１ｂの内部に含まれるため、基板９に付着した有機物を除去した後、冷却が完了するまでの有機物の付着を抑制することができる。さらに、複数のクーリングプレート３３ａ，３３ｂが設けられることにより、ステップＳ１２の加熱処理に比べて処理時間が長いステップＳ１４の冷却処理におけるバッファとしての機能が備えられ、これにより、複数の基板を並行して冷却することが実現され、有機物除去部３ｂにおける有機物除去の処理能力を向上することができる。なお、冷却処理では、必ずしもクーリングプレート３３ａ，３３ｂの双方を用いて１つの基板９が段階的に冷却される必要はなく、１つの基板９に対する冷却処理がいずれか一方のクーリングプレート３３ａ，３３ｂのみにおいて行われてもよい。

図９は、第４の実施の形態に係る膜厚測定装置１ｃの内部構成を示す図である。以下、特に言及する点を除いて、膜厚測定装置１ｃは図２の膜厚測定装置１と同様であり、同符号を付している。

膜厚測定装置１ｃでは、有機物除去部３ｃは本体部２の（＋Ｙ）側に設けられ、ホットプレート３２およびクーリングプレート３３はそれぞれ、チャンバ本体３１内の（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側に位置する。また、チャンバ本体３１の（−Ｙ）側（すなわち、本体部２側）の部位には、図示省略のシャッタ部により開閉される開口３１２がクーリングプレート３３の近傍に設けられ、開口３１２の開放時にエアカーテンを生成するノズル部３１６が設けられる。

膜厚測定装置１ｃでは、図３に示すホットプレート３２近傍の開口３１１およびノズル部３１５、図４に示す２つの排気管３１８のうちクーリングプレート３３近傍の排気管３１８、並びに、図１に示す搬送ロボット２５をＹ方向に移動する移動機構２５４が省略され、図９に示す搬送ロボット２５の（−Ｙ）側には、基板９を収納するオープンカセット９２が設けられる。

膜厚測定装置１ｃにおいて、基板９に付着した有機物の除去処理が行われる際には（図５：ステップＳ１２）、基板９が、搬送ロボット２５により開口３１２を通過してチャンバ本体３１の内部へと搬入され、クーリングプレート３３の予め上昇しているリフトピン３３１上に載置される。続いて、搬送アーム３４により基板９がクーリングプレート３３からホットプレート３２に移載され、ホットプレート３２上において所定の温度にて所定時間加熱される。

加熱後の基板９は、搬送アーム３４によりチャンバ本体３１の内部においてホットプレート３２からクーリングプレート３３に再び移載され（ステップＳ１３）、クーリングプレート３３により冷却される（ステップＳ１４）。冷却後の基板９は、搬送ロボット２５によりクーリングプレート３３から開口３１２を通過してチャンバ本体３１の外部へと搬出される。その際、クーリングプレート３３から搬出される基板９はノズル部３１６によりさらに冷却される。

以上のように、第４の実施の形態に係る膜厚測定装置１ｃでは、チャンバ本体３１が、基板９が通過する開口３１２を１つのみ有し、チャンバ本体３１に対して基板が搬入および搬出される際に基板９がクーリングプレート３３に対して受け渡しされる。これにより、チャンバ本体３１の開口に設けられるシャッタ部を小型化し、さらに、搬送ロボット２５の移動機構を省略することにより装置の構造を簡素化しつつ、基板９に付着した有機物を除去した後、冷却が完了するまでの有機物の再付着を抑えることができる。

図１０および図１１は、第５の実施の形態に係る膜厚測定装置の有機物除去部３ｄの内部構成を示す図である。以下、特に言及する点を除いて、有機物除去部３ｄは図９に示す膜厚測定装置１ｃの有機物除去部３ｃと同様であり、同符号を付している。

有機物除去部３ｄでは、クーリングプレート３３のセンタリングユニット３５（図４参照）が省略され、複数のリフトピン３３１が、図９に示す位置よりもクーリングプレート３３の中央側に設けられ、リフトピン３３１をＺ方向に移動するピン移動機構３３２ａ（図１１参照）がリフトピン３３１の（−Ｚ）側に設けられる。また、ホットプレート３２のリフトピン３２１およびピン移動機構３２２ａの配置についても同様である。

また、有機物除去部３ｄは、チャンバ本体３１の内部において、クーリングプレート３３上に載置された基板９を受け取ってクーリングプレート３３上から待避させる基板待避機構３６を備える。図１０に示すように、基板待避機構３６は、クーリングプレート３３の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側に互いに対向して設けられて基板９を裏面から保持する２つの保持部材３６１、保持部材３６１を支持する支持部材３６２、並びに、Ｙ方向における２つの保持部材３６１の間隔を変更する間隔変更機構３６３を備え、さらに、図１１に示すように、保持部材３６１をＺ方向に移動する保持部材昇降機構３６４を備える。

基板待避機構３６では、図１１中に実線にて示す位置に位置する２つの保持部材３６１が、図１０に示す間隔変更機構３６３により、図１０中に二点鎖線にて示す位置から実線にて示す位置へと移動し、クーリングプレート３３上に載置される基板９の（−Ｚ）側に保持部材３６１の一部が位置する。この状態で、保持部材昇降機構３６４により保持部材３６１が上昇して基板９をクーリングプレート３３から受け取って保持し、図１１中に二点鎖線にて示す位置まで上昇して基板９をクーリングプレート３３から待避させる。以下、図１１中に実線および二点鎖線にて示す保持部材３６１および基板９の位置をそれぞれ、「受入位置」および「待避位置」という。また、図１０中に実線および二点鎖線にて示す保持部材３６１の位置をそれぞれ、「閉位置」および「開位置」という。

図１２は、第５の実施の形態に係る膜厚測定装置の有機物除去部３ｄによる一の基板９に付着した有機物の除去処理動作の流れを示す図である。有機物除去部３ｄによる有機物除去では、まず、基板９が、開口３１２からチャンバ本体３１の内部へと搬入されると、ピン移動機構３３２により予め上昇しているクーリングプレート３３のリフトピン３３１上に載置される（ステップＳ２１）。続いて、搬送アーム３４により基板９がクーリングプレート３３からホットプレート３２にチャンバ本体３１の内部において移載され（ステップＳ２２）、ホットプレート３２上において所定の温度にて所定時間加熱される（ステップＳ２３）。

加熱後の基板９は、搬送アーム３４によりホットプレート３２からクーリングプレート３３にチャンバ本体３１の内部において再び移載され（ステップＳ２４）、クーリングプレート３３上に所定時間載置されて冷却（例えば、４０〜６０℃まで冷却）される（ステップＳ２５）。続いて、受入位置において閉状態とされている基板待避機構３６の保持部材３６１が、保持部材昇降機構３６４により待避位置まで上昇して基板９をクーリングプレート３３上から待避させ（ステップＳ２６）、待避した基板９は、待避位置において保持部材３６１により所定時間保持されることによりさらに冷却（例えば、１０〜４０℃まで冷却）される（ステップＳ２７）。冷却後の基板９は、保持部材３６１から搬送ロボット２５（図９参照）が受け取り、開口３１２からチャンバ本体３１の外部へと搬出されて一の基板９に対する有機物の除去処理が完了する（ステップＳ２８）。以下、ステップＳ２５およびステップＳ２７における基板９の冷却処理をそれぞれ、「一次冷却処理」および「二次冷却処理」という。

有機物除去部３ｄでは、図４に示す待避位置において一の基板９に対してステップＳ２７の二次冷却処理が行われている間に、次の基板９がチャンバ本体３１の内部に搬入され、クーリングプレート３３からホットプレート３２に移載されて加熱された後、再びクーリングプレート３３に移載されて一次冷却処理が行われる（ステップＳ２１〜Ｓ２５）。そして、待避位置にて二次冷却処理が行われていた基板９がチャンバ本体３１から搬出されると、待避位置における保持部材３６１が間隔変更機構３６３により閉位置から開位置へと移動した後、保持部材昇降機構３６４により待避位置から受入位置へと移動し、受入位置において開位置から閉位置へと移動してクーリングプレート３３上の基板９の（−Ｚ）側に位置する。その後、保持部材昇降機構３６４により保持部材３６１が上昇して基板９がクーリングプレート３３から待避位置へと待避し、二次冷却処理が行われた後に搬出される（ステップＳ２６〜Ｓ２８）。

以上のように、第５の実施の形態に係る膜厚測定装置では、有機物除去部３ｄにおける基板９の冷却処理が２段階に分けて行われ、二次冷却処理において基板９がクーリングプレート３３上から待避されることにより、複数の基板に対して部分的に並行して有機物の除去処理を行うことが実現され、一枚の基板９の有機物除去に要する平均処理時間を短縮することができる。換言すれば、基板待避機構３６が、加熱処理に比べて処理時間が長い冷却処理（特に、本実施の形態のように冷却に要するコストを削減できる自然放熱を利用する場合に時間を要することとなる。）におけるバッファとして機能することより、有機物除去に係る動作を効率よく行うことができる。また、図９の場合と同様に、装置の構造を簡素化しつつ、基板９に付着した有機物を除去した後、冷却が完了するまでの有機物の再付着を抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、膜厚測定装置における基板９の収納には、図２に示すＦＯＵＰ等のポッド９１や図７に示すオープンカセット９２の他、様々な収納器が用いられてよい。また、膜厚測定装置には、基板９を収納する複数のＦＯＵＰ（例えば、ロード専用のＦＯＵＰおよびアンロード専用のＦＯＵＰ）が設けられてもよく、この場合、搬送ロボット２５を移動して複数のＦＯＵＰのそれぞれにアクセスする移動機構が必要に応じて設けられる。

上記実施の形態では、センタリングユニット３５がクーリングプレート３３に対して基板９を移動することにより基板９の位置が調整されるが、例えば、基板９が載置されたクーリングプレート３３を微小に移動することにより搬送ロボット２５に対する基板９の位置が調整されてもよい。

基板９は、半導体基板に限定されず、例えば、液晶表示装置やその他のフラットパネル表示装置等に使用されるガラス基板であってもよい。

第１の実施の形態に係る膜厚測定装置を示す正面図である。 第１の実施の形態に係る膜厚測定装置の内部構成を示す図である。 有機物除去部の内部構成を示す図である。 有機物除去部の内部構成を示す図である。 有機物を除去して基板上の薄膜の厚さを測定する動作の流れを示す図である。 第２の実施の形態に係る膜厚測定装置を示す図である。 第３の実施の形態に係る膜厚測定装置を示す図である。 有機物除去部の構成を簡略化して示す図である。 第４の実施の形態に係る膜厚測定装置を示す図である。 第５の実施の形態に係る膜厚測定装置の有機物除去部の内部構成を示す図である。 有機物除去部の内部構成を示す図である。 有機物を除去する動作の流れを示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 膜厚測定装置
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 有機物除去部
４ 制御ユニット
９ 基板
２３ エリプソメータ
２５ 搬送ロボット
３１，３１ａ，３１ｂ チャンバ本体
３２ ホットプレート
３３，３３ａ，３３ｂ クーリングプレート
３４ 搬送アーム
３５ センタリングユニット
３６ 基板待避機構
３１１，３１１ａ〜３１１ｃ，３１２ 開口
３１５，３１５ａ〜３１５ｃ，３１６ ノズル部
３１８ 排気管
Ｓ１１〜Ｓ１７ ステップ
Ｓ２１〜Ｓ２８ ステップ

Claims (12)

1. 基板に付着した有機物を除去する有機物除去装置であって、
   基板を加熱するホットプレートと、
   前記基板を冷却するクーリングプレートと、
   前記ホットプレートから前記クーリングプレートへと基板を移動する移動機構と、
   前記ホットプレートおよび前記クーリングプレートが内部に配置され、前記ホットプレートから前記クーリングプレートに至る基板の移動経路も内部に含むチャンバ本体と、
   を備えることを特徴とする有機物除去装置。
2. 請求項１に記載の有機物除去装置であって、
   前記ホットプレートおよび前記クーリングプレートが、水平姿勢にて水平方向に並んで配置されることを特徴とする有機物除去装置。
3. 請求項１または２に記載の有機物除去装置であって、
   前記移動機構が前記チャンバ本体の内部に配置されることを特徴とする有機物除去装置。
4. 請求項３に記載の有機物除去装置であって、
   前記チャンバ本体が基板が通過する開口を１つのみ有し、前記チャンバ本体に対して基板が搬入および搬出される際に前記基板が前記クーリングプレートに対して受け渡しされることを特徴とする有機物除去装置。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の有機物除去装置であって、
   前記チャンバ本体が、
   前記ホットプレートへと搬入される基板が通過する開口と、
   前記クーリングプレートから搬出される基板が通過するもう１つの開口と、
   を有することを特徴とする有機物除去装置。
6. 請求項５に記載の有機物除去装置であって、
   前記チャンバ本体が、前記もう１つの開口を通過する基板に向けてガスを噴出するノズル部をさらに有することを特徴とする有機物除去装置。
7. 請求項１ないし３のいずれかに記載の有機物除去装置であって、
   前記チャンバ本体が、
   基板が通過する開口と、
   前記開口が形成される面に沿ってガスを噴出するノズル部と、
   を有することを特徴とする有機物除去装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の有機物除去装置であって、
   前記チャンバ本体の内部において、前記クーリングプレートから基板を受け取って待避させる基板待避機構をさらに備えることを特徴とする有機物除去装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の有機物除去装置であって、
   前記チャンバ本体の内部のガスを排気する機構をさらに備えることを特徴とする有機物除去装置。
10. 基板上に形成された薄膜の厚さを測定する膜厚測定装置であって、
    基板に付着した有機物を除去する請求項１ないし９のいずれかに記載の有機物除去装置と、
    前記有機物除去装置による除去処理後の基板の膜厚を測定する膜厚測定部と、
    を備えることを特徴とする膜厚測定装置。
11. 請求項１０に記載の膜厚測定装置であって、
    前記膜厚測定部がエリプソメータを有することを特徴とする膜厚測定装置。
12. 請求項１０または１１に記載の膜厚測定装置であって、
    前記有機物除去装置の前記クーリングプレートが、基板の位置を調整する機構を有することを特徴とする膜厚測定装置。

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