JP2010169667A - 金属膜の膜厚測定方法及び基板処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インラインにおいても金属膜の実際の膜厚を測定することが可能な金属膜の膜厚測定方法を提供する。
【解決手段】 膜厚測定用の測定光を測定対象物１１に照射する工程と、測定対象物１１からの反射光からこの測定対象物１１の反射率を検出する工程と、検出された測定対象物１１の反射率から得た測定反射率データと、膜厚判断の基礎となる基礎反射率データとに基づいて、測定対象物１１の膜厚を決定する工程と、を備え、測定対象物１１が導電性を有する金属膜であり、金属膜の膜厚が、金属膜に透過した測定光がこの金属膜中で全て吸収されない膜厚以下である。
【選択図】図８

Description

この発明は、金属膜の膜厚測定方法及びその膜厚測定方法を利用した基板処理方法及び基板処理装置に関する。なお、本発明において、「金属膜」とは狭義の意味での純粋金属の膜だけでなく、導電性を有する合金や金属化合物の膜、例えば金属窒化物の膜をも含むものとする。これは、導電性が典型的な金属特性であるからである。

金属膜は、その導電率の問題から、誘電体膜のように光、電磁波等を利用した膜厚測定ができない。このため、例えば、半導体集積回路装置の製造においては、もっぱら定期的な品質管理作業を行い、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて、製造中、あるいは製造された製品の断面を撮影し、この断面像から内部に形成された金属膜の膜厚を求め、プロセス再現性やプロセス性能を保証している。

金属膜を成膜する成膜装置、もしくはこの成膜装置を処理部の一つとして含む基板処理装置は、プロセスチャンバー内の温度や圧力、ガス流量、及びＲＦパワー（ＰＶＤ、ＰＥ−ＣＶＤの場合）等のパラメータについては管理することができる。これらのパラメータを管理すれば、形成される金属膜の、おおよその膜厚を推定することが可能である。このことを利用し、パラメータの値が異常になった時には装置を停止させて、不良品の発生を防止している。

また、例えば、一週間に一度といった定期的な品質管理作業を行い、実際の製品の断面像から形成された金属膜の実際の膜厚を求め、実際の膜厚とパラメータとの関係を把握する。把握した関係に基づいて、パラメータの微調整を必要に応じて行えば、推定される膜厚の管理精度を高めることができる。

パラメータの管理はインラインで行うことができるが、膜厚を実測するものではなく、あくまで推定される膜厚を予測するものに過ぎない。金属膜の膜厚を実測するためには、製品を製造ラインから抜き出さなければならない。インラインでの金属膜の膜厚実測は不可能である。

近時、例えば、半導体集積回路装置等に、バリアメタル、あるいは電極、あるいは内部配線として用いられる金属膜は薄膜化している。薄膜化した金属膜を用いた半導体集積回路装置は繊細である。このため、形成された金属膜の膜厚や膜厚分布のわずかな“ゆらぎ”が、半導体集積回路装置の特性に予測し得ないような大きな変化をもたらすことも充分に考えられる。最悪の場合、半導体集積回路装置自体が動作せず、最終的に膨大な数の不良品を出してしまう可能性すらある。

この発明は、インラインにおいても金属膜の実際の膜厚を測定することが可能な金属膜の膜厚測定方法、並びにその膜厚測定方法を利用した基板処理方法及び基板処理装置を提供しようとするものである。

この発明の第１の態様に係る金属膜の膜厚測定方法は、膜厚測定用の測定光を測定対象物に照射する工程と、前記測定対象物からの反射光からこの測定対象物の反射率を検出する工程と、前記検出された測定対象物の反射率から得た測定反射率データと、膜厚判断の基礎となる基礎反射率データとに基づいて、前記測定対象物の膜厚を決定する工程と、を備え、前記測定対象物が導電性を有する金属膜であり、前記金属膜の膜厚が、前記金属膜に透過した前記測定光がこの金属膜中で全て吸収されない膜厚以下である。

この発明の第２の態様に係る基板処理方法は、成膜装置を用いて、被処理基板上に金属膜を成膜する工程と、前記成膜された金属膜の膜厚を、前記第１の態様に係る金属膜の膜厚測定方法を用いて測定する工程と、前記測定された金属膜の膜厚ｔ１と、プロセス条件中のプロセス時間から割り出された前記金属膜の膜厚ｔ２とを比較し、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２との差が所定の値以上であれば、前記成膜装置を停止させる。

この発明の第３の態様に係る基板処理方法は、金属膜を成膜するための成膜装置の制御部に、処理時間と金属膜の膜厚との関係を示す式ｙ＝ａｔ＋ｂ（ｙは膜厚、ｔは処理時間、ａ及びｂは定数）を設定する工程と、前記成膜装置において、前記式において膜厚の目標値に対応する所定時間の成膜処理を行って第１の被処理基板上に前記金属膜を成膜する工程と、前記第１の被処理基板上に成膜された前記金属膜の膜厚を、前記第１の態様に係る金属膜の膜厚測定方法を用いて測定して膜厚の測定値を得る工程と、前記所定時間、前記測定値、及び前記目標値を用いて前記制御部により前記式に対して前記定数ａ及びｂを変更する校正を行って前記式を改良する工程と、前記成膜装置において、前記第１の被処理基板と同じロットに属する後続の複数の被処理基板に対して、前記金属膜を成膜する工程と、前記膜厚の測定値を得る工程と、前記校正を行う工程とを、順次繰り返し行って前記式を漸進的に校正する工程と、を具備する。

この発明の第４の態様に係る基板処理方法は、金属膜を成膜するための第１及び第２の成膜装置の制御部に、処理時間と金属膜の膜厚との関係を示す共通式ｙ＝ａｔ＋ｂ（ｙは膜厚、ｔは処理時間、ａ及びｂは定数）を設定する工程と、前記第１及び第２の成膜装置の夫々において、前記共通式において膜厚の目標値に対応する所定時間の成膜処理を行って第１及び第２の被処理基板上に前記金属膜を成膜する工程と、前記第１及び第２の被処理基板上に成膜された前記金属膜の膜厚を、前記第１の態様に係る金属膜の膜厚測定方法を用いて測定して膜厚の測定値を得る工程と、前記所定時間、前記測定値、及び前記目標値を用いて前記制御部により前記共通式に対して前記定数ａ及びｂを変更する校正を行って前記第１及び第２の成膜装置の夫々に適用する改良式を得る工程と、前記第１及び第２の成膜装置の夫々において、後続の複数の被処理基板に対して、前記金属膜を成膜する工程と、前記膜厚の測定値を得る工程と、前記校正を行う工程とを、更に順次繰り返し行って前記改良式を漸進的に校正することにより、前記第１及び第２の成膜装置の装置間機差に起因する膜厚誤差を漸進的に修正する工程と、を具備する。

この発明の第５の態様に係る基板処理装置は、被処理基板に対して金属膜の成膜処理を施す、真空保持可能な処理室を少なくとも一つ含む処理部と、前記処理部に含まれた処理室に接続された、真空保持可能な基板搬送室と、前記基板搬送室に接続され、真空と大気との間で圧力変換可能なロードロック室と、を備えた基板処理装置であって、前記第１の態様に係る金属膜の膜厚測定方法を実行する膜厚測定装置を、前記ロードロック室に備えている。

この発明によれば、インラインにおいても金属膜の実際の膜厚を測定することが可能な金属膜の膜厚測定方法、及びその膜厚測定方法を利用した基板処理方法及び基板処理装置を提供できる。

試料の概要を示す断面図。 金属膜の分光特性を示す図。 Ｔｉ、ＴｉＮ膜の分光特性を示す図。 ＴｉＮ膜の屈折率ｎ、消衰係数ｋの値を示す図。 波長毎の屈折率ｎ、消衰係数ｋを最小二乗法を用いて多項式で一致させた状態を示す図。 多層膜を模式的に示す図。 算出された反射率と実際に観測された反射率との重ね合わせを示す図。 この発明の第１の実施形態に係る金属膜の膜厚測定方法を利用した膜厚測定装置の一例を概略的に示す図。 カーブフィッティングの例を示す図。 強度比較の例を示す図。 膜厚と成膜時間との関係を示す図。 この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す平面図。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。参照する図面全てにわたり、同一の部分については同一の参照符号を付す。

（第１の実施形態）
図１は、試料の概要を示す断面図である。
図１に示すように、試料１は、基板２（例えば、シリコンウエハ）上に膜厚が１００ｎｍのシリコン酸化膜３（例えば、ＳｉＯ_２膜）を形成し、このシリコン酸化膜３の上面上に、所定の膜厚の金属膜４を形成したものである。金属膜４としては、本例では、膜厚９ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜、膜厚１２ｎｍの窒化チタン（ＴｉＮ）膜、膜厚４００ｎｍのタングステン（Ｗ）膜、膜厚１１ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）膜の四種類とした。これら四つの試料１から得た各金属膜４の分光特性を図２に示す。

図２に示すように、これら四種類の金属膜４のうち、膜厚９ｎｍのＴｉ膜、膜厚１２ｎｍのＴｉＮ膜においては、波長６００ｎｍ付近に反射率が極端に低下する干渉縞らしき波形が観測された。

さらに、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜については、観測範囲を４００ｎｍ以下の短波長領域まで拡げ、観測を続けた。また、ＴｉＮ膜については、膜厚を１２ｎｍの他、図１に示す試料１と同様の試料にて３０ｎｍ、１０ｎｍ、５．５ｎｍの三種類を加え、それぞれ分光特性を観測した。この結果得られた分光特性を図３に示す。

図３に示すように、膜厚が薄いＴｉ膜、及びＴｉＮ膜の反射率には、波長７００ｎｍから５００ｎｍの範囲にバレー、波長４００ｎｍから３００ｎｍの範囲にピーク、及び波長３００ｎｍから２００ｎｍの範囲にバレーが観測された。これは、金属膜４で反射された反射光と、金属膜４を透過してシリコン酸化膜３の表面で反射された反射光とが干渉して出来た干渉縞である、と推測される。

もしも、干渉縞であれば、膜厚が薄い金属膜４は、内部に透過してきた光を全て吸収せずに、下地、本例ではシリコン酸化膜３の表面で反射させ、かつ、表面から再度放射する性質がある、と推測される。この性質を利用すれば、金属膜４であっても、膜厚が薄ければ、光、電磁波等を利用した膜厚の測定が可能となる。

さらに、図３に示した波形が干渉縞であることを裏付けるために、下記の手法にて証明を実施した。尚、証明には、四種類の膜厚において観測結果を得ているＴｉＮ膜を取り扱った。証明には、フレネルの公式を利用することとした。

フレネルの公式を利用するために、ＴｉＮ膜の屈折率ｎ、消衰係数ｋの値を公知のデータベースから得た（図４）。光エネルギＥは、振動数νに比例し、その比例定数はプランク定数ｈに等しい。この関係に基づき、下記（１）式を用いて、波長毎の屈折率ｎ、消衰係数ｋを求め、かつ、最小二乗法を用いて図５に示すように多項式で一致させた。
Ｅ＝ｈν＝ｈ（ｃ／λ） …（１）
ｈ：プランク定数、ν：振動数、ｃ：光の速さ、λ：光の波長
複素屈折率Ｎは、下記（２）式で表される。
Ｎ＝ｎ＋ｉｋ …（２）
ｎ：屈折率、ｋ：消衰係数
図６に多層膜の模式図を示す。図６に示す多層膜において、ｎ番目の層での２つの光波の位相差δは、下記（３）式で表される。

δ_ｎ＝（２π／λ）Ｎ_ｎ・ｄ_ｎ …（３）
δｎ：ｎ番目の層での２つの光波の位相差
λ：光の波長、Ｎ_ｎ：ｎ番目の層の複素屈折率、ｄ_ｎ：ｎ番目の層の膜厚
また、入射側の媒体の屈折率をｎ_ｉｎｃ、透過側の媒体の屈折率をｎ_ｔｒａとすると、
垂直入射における振幅反射係数ｒは、下記（４）式で表される（フレネルの公式）。
ｒ＝（ｎ_ｉｎｃ−ｎ_ｔｒａ）／（ｎ_ｉｎｃ＋ｎ_ｔｒａ） …（４）
図６に示す多層膜において、ＴｉＮ膜とＳｉＯ_２膜との界面における振幅反射係数（第１の反射光）と、ＳｉＯ_２膜とＳｉ基板との界面における振幅反射係数（第２の反射光）との干渉は、下記（５）式で表される。

Ｒ´＝（ｒ_１２＋ｒ_２３ｅｘｐ（２ｉδ_２））／（１＋ｒ_１２ｒ_２３ｅｘｐ（２ｉδ_２））…（５）
さらに、上記第１、第２の反射光と、空気とＴｉＮ膜との界面における振幅反射係数（第３の反射光）との干渉は、下記（６）式で表される。
Ｒ＝（ｒ_０１＋Ｒ´ｅｘｐ（２ｉδ_１））／（１＋ｒ_０１Ｒ´ｅｘｐ（２ｉδ_１））…（６）
Ｒ´、Ｒ：フレネルの振幅反射率
ｒ_０１：空気とＴｉＮ膜との界面における振幅反射係数
ｒ_１２：ＴｉＮ膜とＳｉＯ_２膜との界面における振幅反射係数
ｒ_２３：ＳｉＯ_２膜とＳｉ基板との界面における振幅反射係数
δ_２：２層目（ＳｉＯ_２膜）での位相差
δ_１：１層目（ＴｉＮ膜）での位相差
観測にかかる反射率は、フレネルの振幅反射率の絶対値を二乗した値であるから、第１乃至第３の反射光が干渉した場合の反射率は、下記（７）式となる。
反射率＝｜Ｒ｜^２…（７）
以上、（１）式から（７）式を用いて算出された反射率（計算にかかる反射率）を、実際に観測された反射率に重ね合わせてみたものが、図７である。

図７に示すように、観測された反射率と、算出された反射率とは良い一致をみせる。図７において“ｅｘｐ”は測定値、“ｃａｌ”は計算値である。また、反射率を測定した測定装置は、自記分光光度計Ｕ−３４００（日立製作所製）である。

また、図７には、金属膜４を形成せず、シリコン酸化膜３のみの場合で反射率を算出した結果を示す。観測された反射率のいずれもが、シリコン酸化膜３のみの場合で算出された反射率とは一致しない。このため、シリコン酸化膜３による干渉ではないことが分かった。これらのことから、図３に示した波形は、干渉縞であることが裏付けられた。

このように、第１の実施形態によれば、金属膜４であっても、膜厚が薄ければ、光、電磁波等を利用した膜厚の測定が可能となる。光、電磁波等を利用した金属膜の膜厚測定は、非破壊で測定できるので、インラインにおいて、金属膜の実際の膜厚を測定することが可能である。

図８は、この発明の第１の実施形態に係る金属膜の膜厚測定方法を利用した膜厚測定装置の一例を概略的に示す図である。
図８に示すように、膜厚測定装置１０は、膜厚測定用の測定光、又は測定電磁波（以下単に光という）を測定対象物１１に出射する光、電磁波等の源（以下単に光源という）１２と、測定対象物１１において反射された反射光からこの測定対象物１１の反射率を検出する検出器１３と、膜厚判断の基礎データが蓄積され、蓄積された基礎データと、検出された測定対象物１１の反射率とに基づいて、測定対象物１１の膜厚を決定する処理部１４とを備えている。

また、本例では、膜厚測定用の光を、測定対象物１１に対して垂直またはほぼ垂直に出射する例を示している。この構成においては、測定対象物１１からの反射光を検出器１３に導くように、光路を変換する光路変換部１５が設けられる。光路変換部１５の一例は、ハーフミラーである。

膜厚の測定方法の例としては、いろいろな膜厚毎に、図３に示すような膜厚判断の基礎データとなる反射率波形を得て、処理部１４に蓄積しておく。ここで、金属膜の下層膜種、膜厚は実際の製品と同じでなければならない。この基礎データとなる反射率波形と、実際の製品中の金属膜から測定した反射率波形とを比較する。そして、基礎データとなる反射率波形の中から、最も近い反射率波形を、例えば、カーブフィッティング法等により選び、これを測定された膜厚として決定する。

具体的には、図９に示すように、測定波長範囲における反射率波形をカーブフィッティングさせることになるので、光源１２は、測定光として、ある波長範囲に及んだ連続波長、あるいは複数波長を発振する。これにより、測定対象物１１からの反射光は、上記連続波長、あるいは複数波長を含んだものとなる。このような反射光を波長毎に分光する分光器を検出器１３の前段に設け、分光器で分光された反射光を検出器１３に入力する。これにより、反射率が、測定波長範囲において波長毎に求められることとなる。波長毎に求められた反射率は、処理部１４に入力され、ここで、例えば、図３に示したような測定対象物１１の反射率波形を示すデータに変換される。処理部１４は、変換したデータを、蓄積データと比較、例えば、カーブフィッティングさせる。そして、処理部１４は、基礎データから、最も近い反射率波形を選び出し、これを測定された膜厚と決定する。

また、光源からの波長は連続波長、あるいは複数波長に限らず、単一波長でも良い。金属膜の膜厚を、単一波長で測定する場合には、膜厚毎に、膜厚判断の基礎となる単一波長における反射率を得ておく。この基礎となる反射率と、実際の製品中の金属膜から観測した反射率とを比較する。そして、基礎となる反射率から、最も近い反射率を選び、これを測定された膜厚と決定する。このように、単一波長での測定は、例えば、図１０に示すように、測定すべき金属膜の膜厚は、反射率の値のみにより決定される。この場合には、分光器は必ずしも必要はなく、測定対象物１１からの反射光がそのまま検出器１３に入力される、あるいは上記単一波長を通過させる光学的バンドパスフィルタを介して検出器１３に入力され、単一波長における反射率の値が求められることとなる。

光源としては、可視光領域を波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下、紫外光領域を波長３８０ｎｍ未満、赤外光領域を波長７８０ｎｍ超、と定義した場合、可視光領域から紫外光領域に発光強度分布を持つものを採用されることが良い。

例えば、Ｔｉ膜、及びＴｉＮ膜の膜厚を測定する場合には、図３に示したように、反射率として、波長７００ｎｍから５００ｎｍの範囲にバレー、波長４００ｎｍから３００ｎｍの範囲にピーク、及び波長３００ｎｍから２００ｎｍの範囲にバレーが観測されたので、発光強度分布に７００ｎｍ以下の波長を含む光源が採用されることが良い。

このような光源の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲンランプ、水銀ランプ、及び放電ランプ（アークランプ）等を挙げることができる。

ＬＥＤの発振波長例は、赤＝波長おおよそ６６０ｎｍ、黄＝おおよそ５９０ｎｍ、緑＝おおよそ５２０ｎｍ、青＝おおよそ４５０ｎｍである。

ハロゲンランプの場合の発振波長例は、封入されるガスにより変わるが、おおよそ波長３８０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。

水銀ランプの発振波長例は、高圧水銀ランプ＝おおよそ波長２５３ｎｍ以上５８０ｎｍ以下、低圧水銀ランプ＝おおよそ波長１８４ｎｍ以上２５３ｎｍ以下である。

放電ランプの発振波長例は、封入されるガスにより変わるが、おおよそ波長３８０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。２００ｎｍ以下の短波長の発振も可能である。

これらの光源は、一つ、もしくは複数組み合わせて膜厚測定用の光源として用いることができる。

また、干渉縞は、測定対象物となる金属毎に異なる。そこで、干渉縞が現れる波長領域に合わせて、光源から照射された光を、光学的バンドパスフィルタにより選択する、あるいは、例えば、回折格子等を用いて特定の波長のみを選択することで、測定対象物に照射することも可能である。

また、検出器としては、可視光領域から紫外光領域に受光感度分布を持つものを採用されることが良い。

例えば、Ｔｉ膜、及びＴｉＮ膜の膜厚を測定する場合には、波長２００ｎｍから７００ｎｍの範囲に受光感度がある検出器を採用されることが良い。

このような検出器の例としては、シリコンフォトダイオードを挙げることができる。

シリコンフォトダイオードの受光感度分布例は、おおよそ波長２００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である。

また、本例において、測定される金属膜は、導電性を有する金属膜である。このような金属膜において、測定可能な金属膜の膜厚は、金属膜に透過した測定光が金属膜中で全て吸収されない膜厚以下である。

このように第１の実施形態によれば、インラインにおいても金属膜の実際の膜厚を測定することが可能な金属膜の膜厚測定方法と、この膜厚測定方法を用いた膜厚測定装置を得ることができる。

（第２の実施形態）
装置間機差により、プロセス条件（ガス流量・プロセス温度・プロセス圧力・プロセス時間等）が同じであっても、各チャンバーで成膜される膜厚は異なる。

そこで、事前に各チャンバーにおいてウエハを処理し、“ｙ（膜厚）＝ａ・ｔ（プロセス時間）＋ｂ”におけるａとｂとを算出しておく（図１１）。

成膜される膜厚は、インキュベーション時間などの不安定要因はあるものの、各チャンバーにおいては“ｙ＝ａｔ＋ｂ”の関係を満たすものと思われる。

成膜後に、上記第１の実施形態に係る膜厚測定方法に基づいて測定された膜厚と、プロセス条件中のプロセス時間から割り出された上記ｙとを比較し、所定の値以上の差があれば、基板処理装置を停止させる。これにより、不良品の発生を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図１２は、この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の一例を概略的に示す平面図である。

図１２に示すように、第３の実施形態に係る基板処理装置１０１は、被処理基板Ｗに処理を施す処理部１０２と、この処理部１０２に被処理基板Ｗを搬入出する搬入出部１０３と、装置１０１を制御する制御部１０４とを備えている。

本例に係る基板処理装置１０１は、クラスターツール型（マルチチャンバータイプ）の半導体製造装置であり、被処理基板Ｗは半導体ウエハである。

処理部１０２は、本例では、被処理基板Ｗに処理を施す処理室（ＰＭ）を二つ備えている（処理室２１ａ、２１ｂ）。これらの処理室２１ａ及び２１ｂはそれぞれ、内部を所定の真空度に減圧可能に構成され、例えば、処理室２１ａ及び２１ｂにおいては、高真空（低圧）での処理であるＰＶＤ処理、例えば、スパッタリング処理が行われ、被処理基板Ｗ、例えば、半導体ウエハ上に所定の金属又は金属化合物膜の成膜処理が実施される。処理室２１ａ及び２１ｂは、ゲートバルブＧ１、Ｇ２を介して、一つの搬送室（ＴＭ）２２に接続されている。

搬入出部１０３は、搬入出室（ＬＭ）３１を備えている。搬入出室３１は、内部を大気圧、又はほぼ大気圧、例えば、外部の大気圧に対してわずかに陽圧に調圧可能である。搬入出室３１の平面形状は、本例では、平面から見て長辺、この長辺に直交する短辺を有した矩形である。矩形の長辺は上記処理部１０２に隣接する。本例では長辺に沿った方向をＹ方向、短辺に沿った方向をＸ方向、高さ方向をＺ方向と呼ぶ。搬入出室３１は、被処理基板Ｗが収容されているキャリアＣが取り付けられる被処理基板用ロードポート（ＬＰ）を備えている。本例では、搬入出室３１の処理部１０２に相対した長辺に、三つの被処理基板用ロードポート３２ａ、３２ｂ、及び３２ｃがＹ方向に沿って設けられている。本例においては、被処理基板用ロードポートの数を三つとしているが、これらに限られるものではなく、数は任意である。被処理基板用ロードポート３２ａ乃至３２ｃには各々、図示せぬシャッターが設けられており、被処理基板Ｗを格納した、あるいは空のキャリアＣがこれらのロードポート３２ａ乃至３２ｃに取り付けられると、図示せぬシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ、キャリアＣの内部と搬入出室３１の内部とが連通される。

処理部１０２と搬入出部１０３との間にはロードロック室（ＬＬＭ）、本例では二つのロードロック室５１ａ及び５１ｂが設けられている。ロードロック室５１ａ及び５１ｂは各々、内部を所定の真空度、及び大気圧、もしくはほぼ大気圧に切り換え可能に構成されている。ロードロック室５１ａ及び５１ｂは各々、ゲートバルブＧ３、Ｇ４を介して搬入出室３１の、被処理基板用ロードポート３２ａ乃至３２ｃが設けられた一辺に対向する一辺に接続され、ゲートバルブＧ５、Ｇ６を介して搬送室２２の、処理室２１ａ及び２１ｂが接続された二辺以外の辺のうちの二辺に接続される。ロードロック室５１ａ及び５１ｂは、対応するゲートバルブＧ３又はＧ４を開放することにより搬入出室３１と連通され、対応するゲートバルブＧ３又はＧ４を閉じることにより搬入出室３１から遮断される。また、対応するゲートバルブＧ５又はＧ６を開放することにより搬送室２２と連通され、対応するゲートバルブＧ５、又はＧ６を閉じることにより搬送室２２から遮断される。

搬入出室３１の内部には搬入出機構３５が設けられている。搬入出機構３５は、被処理基板用キャリアＣに対する被処理基板Ｗの搬入出を行う。これらとともに、ロードロック室５１ａ及び５１ｂに対する被処理基板Ｗの搬入出を行う。搬入出機構３５は、例えば、二つの多関節アーム３６ａ及び３６ｂを有し、Ｙ方向に沿って延びるレール３７上を走行可能に構成されている。多関節アーム３６ａ及び３６ｂの先端には、ハンド３８ａ及び３８ｂが取り付けられている。被処理基板Ｗは、ハンド３８ａ又は３８ｂに載せられ、上述した被処理基板Ｗの搬入出が行われる。

搬送室２２の内部には、処理室２１ａ及び２１ｂ、並びにロードロック室５１ａ、５１ｂ相互間に対して被処理基板Ｗの搬送を行う搬送機構２４が設けられている。搬送機構２４は、搬送室２２の略中央に配設されている。搬送機構２４は、回転及び伸縮可能なトランスファアームを、例えば、複数本有する。本例では、例えば、二つのトランスファアーム２４ａ及び２４ｂを有する。トランスファアーム２４ａ及び２４ｂの先端には、ホルダ２５ａ及び２５ｂが取り付けられている。被処理基板Ｗは、ホルダ２５ａ又は２５ｂに保持され、上述したように、処理室２１ａ及び２１ｂ、並びにロードロック室５１ａ、５１ｂ相互間に対する被処理基板Ｗの搬送が行われる。

処理部１０４は、プロセスコントローラ４１、ユーザーインターフェース４２、及び記憶部４３を含んで構成される。
プロセスコントローラ４１は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなる。
ユーザーインターフェース４２は、オペレータが基板処理装置１０１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、基板処理装置１０１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。

記憶部４３は、基板処理装置１０１において実施される処理を、プロセスコントローラ４１の制御にて実現するための制御プログラム、各種データ、及び処理条件に応じて基板処理装置１０１に処理を実行させるためのレシピが格納される。レシピは、記憶部４３の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体はコンピュータ読み取り可能なもので、例えば、ハードディスクであっても良いし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば、専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。任意のレシピはユーザーインターフェース４２からの指示等にて記憶部４３から呼び出され、プロセスコントローラ４１において実行されることで、プロセスコントローラ４１の制御のもと、基板処理装置１０１において被処理基板Ｗに対する処理が実施される。

このような基板処理装置１０１において、第１の実施形態において説明した金属膜の膜厚測定方法を実行する膜厚測定装置１０５ａ、１０５ｂを、ロードロック室５１ａ、５１ｂに設ける。膜厚測定装置１０５ａ、１０５ｂによる膜厚測定は、成膜が終わった後、ロードロック室５１ａ、又は５１ｂに搬送され、真空から大気への圧力変換をしている間に行う。

このように、膜厚測定を、ロードロック室５１ａ、又は５１ｂにおいて圧力変換をしている間に行うことで、膜厚測定に要する時間を圧力変換時間内に収めることができる。このため、第１の実施形態において説明した金属膜の膜厚測定方法を、インラインで実行したとしても、スループットが低下することが無くなる。

（第４の実施形態）
第１の実施形態において示した膜厚測定方法を用いて、第２の実施形態において示した処理時間と金属膜の膜厚との関係を示す直線ｙ＝ａｔ＋ｂ（ｙは膜厚、ｔは処理時間、ａ及びｂは定数）をインラインで漸進的に校正することができる。この場合の操作を、例えば第３の実施形態に係る基板処理装置１０１の処理室２１ａを成膜装置の例として、以下に説明する。

即ち、制御部１０４に上述の式ｙ＝ａｔ＋ｂを処理室２１ａに対する式として設定する。そして、処理室２１ａにおいて、この式において膜厚の目標値に対応する所定時間の成膜処理を行って、例えばあるロットに属する第１のウエハ上に金属膜を成膜する。次に、第１のウエハ上に成膜された金属膜の膜厚を、ロードロック室５１ａ（または５１ｂ）において、膜厚測定装置１０５ａ（または１０５ｂ）により測定して膜厚の測定値を得る。次に、第１のウエハに対する成膜処理における所定時間及び膜厚の測定値及び膜厚の目標値を用いて制御部１０４により式に対して定数ａ及びｂを変更する校正を行ってこの式を改良する。この際に“インキュベーション時間”は一定と考え、直線と時間（ｔ）軸との交点は変わらないものとする。

次に、処理室２１ａにおいて、改良された式に基づいて、膜厚の目標値（通常は上述の目標値と同じ）に対応する所定時間の成膜処理を行って、例えば第１のウエハと同じロットに属する第２のウエハ上に金属膜を成膜する。次に、第２のウエハ上に成膜された金属膜の膜厚を、ロードロック室５１ａ（または５１ｂ）において、膜厚測定装置１０５ａ（または１０５ｂ）により測定して膜厚の測定値を得る。次に、第１及び第２のウエハに対する成膜処理における所定時間及び膜厚の測定値及び膜厚の目標値を用いて制御部１０４により式に対して定数ａ及びｂを変更する校正を行ってこの式を更に改良する。

このように、例えば第１のウエハと同じロットに属する後続の複数のウエハに対して、金属膜を成膜する工程と、膜厚の測定値を得る工程と、校正を行う工程とを、更に順次繰り返し行うことにより、式をインラインで漸進的に校正することができる。

（第５の実施形態）
第１の実施形態において示した膜厚測定方法と第２の実施形態において示した処理時間と金属膜の膜厚との関係を示す直線ｙ＝ａｔ＋ｂ（ｙは膜厚、ｔは処理時間、ａ及びｂは定数）とを用いて、金属膜を成膜するための複数の成膜装置の装置間機差に起因する膜厚誤差をインラインで修正することができる。例えば第３の実施形態においては、２つの処理室２１ａ及び２１ｂが存在し、これらは装置間機差を有する可能性のある２つの成膜装置としてみなすことができる。この場合の操作を、以下に説明する。

即ち、制御部１０４に上述の式ｙ＝ａｔ＋ｂを２つの処理室２１ａ及び２１ｂに対する共通式として設定する。そして、２つの処理室２１ａ及び２１ｂの夫々において、この共通式において膜厚の目標値（通常は共通の目標値）に対応する所定時間の成膜処理を行って、例えば同じロットに属する第１及び第２のウエハ上に金属膜を成膜する。次に、第１及び第２のウエハ上に成膜された金属膜の膜厚を、ロードロック室５１ａ及び５１ｂにおいて、膜厚測定装置１０５ａ、１０５ｂにより測定して膜厚の測定値を得る。次に、この成膜処理における所定時間及び膜厚の測定値及び膜厚の目標値を用いて制御部１０４により共通式に対して定数ａ及びｂを変更する校正を行って各処理室２１ａ及び２１ｂの夫々に適用する第１及び第２の改良式を得る。この際に“インキュベーション時間”は一定と考え、直線と時間（ｔ）軸との交点は変わらないものとする。

次に、２つの処理室２１ａ及び２１ｂの夫々において、第１及び第２の改良式に基づいて、膜厚の目標値（通常は上述の目標値と同じ）に対応する所定時間の成膜処理を行って、例えば第１及び第２のウエハと同じロットに属する第３及び第４のウエハ上に金属膜を成膜する。次に、第３及び第４のウエハ上に成膜された金属膜の膜厚を、ロードロック室５１ａ及び５１ｂにおいて、膜厚測定装置１０５ａ、１０５ｂにより測定して膜厚の測定値を得る。次に、処理室２１ａでの第１及び第３のウエハに対する成膜処理における所定時間及び膜厚の測定値及び膜厚の目標値を用いて制御部１０４により第１の改良式に対して定数ａ及びｂを変更する校正を行って第３の改良式を得る。同様に、処理室２１ｂでの第２及び第４のウエハに対する成膜処理における所定時間及び膜厚の測定値及び膜厚の目標値を用いて制御部１０４により第２の改良式に対して定数ａ及びｂを変更する校正を行って第４の改良式を得る。この際に“インキュベーション時間”は一定と考え、直線と時間（ｔ）軸との交点は変わらないものとする。

このように、２つの処理室２１ａ及び２１ｂの夫々において、後続の複数のウエハに対して、金属膜を成膜する工程と、膜厚の測定値を得る工程と、校正を行う工程とを、更に順次繰り返し行うことにより、第４実施形態と同様に式を漸進的に校正する。これにより、２つの処理室２１ａ及び２１ｂの装置間機差に起因する膜厚誤差をインラインで漸進的に修正することができる。

以上、この発明を第１乃至第５の実施形態に従って説明したが、この発明は上記第１乃至第５の実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。

例えば、第１乃至第５の実施形態においては、Ｔｉ、ＴｉＮの膜厚測定を例示してきたが、測定される膜は、Ｔｉ、ＴｉＮに限られるものではなく、導電性の金属膜に透過した測定光がこの金属膜中で全て吸収されない膜厚以下であれば、如何なる導電性の金属膜においても、この発明を適用することができる。または、測定光を全反射しない膜厚以下であれば、如何なる導電性の金属膜においても、この発明を適用することができる。

さらに、上記第１乃至第５の実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを示したが、被処理基板は半導体ウエハに限定されず、ＦＰＤ基板等の他の基板であってもよい。

Claims (9)

1. 膜厚測定用の測定光を測定対象物に照射する工程と、
   前記測定対象物からの反射光からこの測定対象物の反射率を検出する工程と、
   前記検出された測定対象物の反射率から得た測定反射率データと、膜厚判断の基礎となる基礎反射率データとに基づいて、前記測定対象物の膜厚を決定する工程と、を備え、
   前記測定対象物が導電性を有する金属膜であり、
   前記金属膜の膜厚が、前記金属膜に透過した前記測定光がこの金属膜中で全て吸収されない膜厚以下であることを特徴とする金属膜の膜厚測定方法。
2. 前記測定光の波長が連続波長、もしくは複数波長であり、かつ、前記測定反射率データ及び前記基礎反射率データの双方が反射率波形を示すデータを含み、
   前記測定対象物の膜厚が、前記基礎反射率データと測定反射率データとの前記反射率波形のカーブフィッティングにより決定されることを特徴とする請求項１に記載の金属膜の膜厚測定方法。
3. 前記測定光の波長が単一波長であり、かつ、前記測定反射率データ及び前記基礎反射率データの双方が反射率の値を示すデータを含み、
   前記測定対象物の膜厚が、前記基礎反射率データと測定反射率データとの前記反射率の値の比較により決定されることを特徴とする請求項１に記載の金属膜の膜厚測定方法。
4. 前記金属膜が、チタン膜及び窒化チタン膜からなる群から選択される膜を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属膜の膜厚測定方法。
5. 前記測定光の波長が、２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を含むことを特徴とする請求項４に記載の金属膜の膜厚測定方法。
6. 成膜装置を用いて、被処理基板上に金属膜を成膜する工程と、
   前記成膜された金属膜の膜厚を、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属膜の膜厚測定方法を用いて測定する工程と、
   前記測定された金属膜の膜厚ｔ１と、プロセス条件中のプロセス時間から割り出された前記金属膜の膜厚ｔ２とを比較し、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２との差が所定の値以上であれば、前記成膜装置を停止させることを特徴とする基板処理方法。
7. 金属膜を成膜するための成膜装置の制御部に、処理時間と金属膜の膜厚との関係を示す式ｙ＝ａｔ＋ｂ（ｙは膜厚、ｔは処理時間、ａ及びｂは定数）を設定する工程と、
   前記成膜装置において、前記式において膜厚の目標値に対応する所定時間の成膜処理を行って第１の被処理基板上に前記金属膜を成膜する工程と、
   前記第１の被処理基板上に成膜された前記金属膜の膜厚を、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属膜の膜厚測定方法を用いて測定して膜厚の測定値を得る工程と、
   前記所定時間、前記測定値、及び前記目標値を用いて前記制御部により前記式に対して前記定数ａ及びｂを変更する校正を行って前記式を改良する工程と、
   前記成膜装置において、前記第１の被処理基板と同じロットに属する後続の複数の被処理基板に対して、前記金属膜を成膜する工程と、前記膜厚の測定値を得る工程と、前記校正を行う工程とを、順次繰り返し行って前記式を漸進的に校正する工程と、
   を具備することを特徴とする基板処理方法。
8. 金属膜を成膜するための第１及び第２の成膜装置の制御部に、処理時間と金属膜の膜厚との関係を示す共通式ｙ＝ａｔ＋ｂ（ｙは膜厚、ｔは処理時間、ａ及びｂは定数）を設定する工程と、
   前記第１及び第２の成膜装置の夫々において、前記共通式において膜厚の目標値に対応する所定時間の成膜処理を行って第１及び第２の被処理基板上に前記金属膜を成膜する工程と、
   前記第１及び第２の被処理基板上に成膜された前記金属膜の膜厚を、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属膜の膜厚測定方法を用いて測定して膜厚の測定値を得る工程と、
   前記所定時間、前記測定値、及び前記目標値を用いて前記制御部により前記共通式に対して前記定数ａ及びｂを変更する校正を行って前記第１及び第２の成膜装置の夫々に適用する改良式を得る工程と、
   前記第１及び第２の成膜装置の夫々において、後続の複数の被処理基板に対して、前記金属膜を成膜する工程と、前記膜厚の測定値を得る工程と、前記校正を行う工程とを、更に順次繰り返し行って前記改良式を漸進的に校正することにより、前記第１及び第２の成膜装置の装置間機差に起因する膜厚誤差を漸進的に修正する工程と、
   を具備することを特徴とする基板処理方法。
9. 被処理基板に対して金属膜の成膜処理を施す、真空保持可能な処理室を少なくとも一つ含む処理部と、
   前記処理部に含まれた処理室に接続された、真空保持可能な基板搬送室と、
   前記基板搬送室に接続され、真空と大気との間で圧力変換可能なロードロック室と、を備えた基板処理装置であって、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属膜の膜厚測定方法を実行する膜厚測定装置を、前記ロードロック室に備えていることを特徴とする基板処理装置。

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