JP3519621B2 - 光学測定装置および該装置を備えた基板処理システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、液
晶表示器用基板やプラズマ表示器用基板などの基板に照
明光を照射するとともに、前記基板からの光を受光して
基板上に形成された薄膜の膜厚、基板の透過率や反射
率、基板表面の形状など基板に関連する情報（以下「基
板関連情報」という）を光学的に測定する光学測定装
置、および該装置を備えた基板処理システムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の膜厚測定装置（光学測定
装置）の一例を示す斜視図であり、半導体ウエハに形成
された薄膜の膜厚を測定する装置である。この膜厚測定
装置には、装置本体１０１上に２つのウエハカセット１
０２、１０３が載置されており、測定対象物たる半導体
ウエハがそれぞれ収容される。

【０００３】この膜厚測定装置では、半導体ウエハの搬
送手段の１つであるローダ１０４が設けられ、ウエハカ
セット１０２または１０３から未測定の半導体ウエハを
取り出し、プリアライメント部１０５に載置する。そし
て、プリアライメント部１０５において半導体ウエハに
対してセンタリング処理を施した後、そのオリエンテー
ションフラットが所定位置に位置するように調整された
後、その半導体ウエハはローダ１０４によってＸＹステ
ージ１０６上に固定された測定ステージ１０７に移載さ
れる。

【０００４】こうして測定ステージ１０７に載置された
半導体ウエハは、ＸＹステージ１０６により測定ステー
ジ１０７をＸおよびＹ方向に移動することで、測定ヘッ
ド１０８直下に位置決めされる。この後、予め定められ
た測定プログラムにしたがって半導体ウエハ上の薄膜の
膜厚測定が実行される。

【０００５】膜厚測定が完了すると、測定ステージ１０
７上の半導体ウエハはローダ１０４により収容されてい
たウエハカセット１０２または１０３に戻される。

【０００６】なお、同図において、符号１０９は、作業
者に対して種々のメッセージや情報などを表示するとと
もに、作業者が膜厚測定装置に対して種々のデータや指
令などを入力するための表示・操作部である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来より周
知のとおり、この種の装置はクリーンルーム内に配備さ
れるために、装置の占有床面積（フットプリント）を極
力抑えることが重要な課題の一つとなっている。しかし
ながら、上記した従来装置では、ＸＹステージ１０６に
より測定ステージ１０７をＸおよびＹ方向に移動するこ
とで、測定ヘッド１０８直下に位置決めするという構成
を採用しているため、必然的に装置のフットプリントが
大きくなっていた。

【０００８】また、従来の膜厚測定装置は、いわゆるス
タンドアロン機であり、測定対象物たる半導体ウエハを
カセット単位でしか処理することができない。そのた
め、例えば薄膜形成装置によって基板上に薄膜を形成し
た後に、その薄膜の膜厚を測定するためには、必ず一旦
カセットに収納し、当該カセットを上記膜厚測定装置に
搬送した後でなければ、膜厚測定を行うことができな
い。換言すれば、薄膜形成などの基板処理を行った後、
その処理を受けた基板について直ちに膜厚測定を行うこ
とができる基板処理システムがあれば、その膜厚測定結
果を前処理、例えば薄膜形成工程に直ちにフィードバッ
クして薄膜形成工程をより適正化することができる等の
点で非常に有益となるため、近年、かかる基板処理シス
テムが要望されている。しかしながら、上記したように
従来の膜厚測定装置はスタンドアロン機であるため、か
かる要望を満足することは困難であった。

【０００９】この発明は、上記のような問題に鑑みてな
されたものであり、コンパクトな光学測定装置を提供す
ることを第１の目的とする。

【００１０】また、この発明は、基板に対して基板処理
を施した後、直ちに当該基板に関連する情報（基板関連
情報）を光学的に測定することができる基板処理システ
ムを提供することを第２の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記第１の
目的を達成するため、底面部に測定用開口が設けられた
装置本体と、前記測定用開口の下方位置で基板を保持し
ながら、前記装置本体に対して昇降自在となっている基
板保持手段と、前記基板保持手段を前記装置本体に対し
て移動自在に連結するとともに、前記基板保持手段を昇
降駆動する昇降機構を有する駆動手段と、前記装置本体
に取り付けられ、前記駆動手段により所定の測定位置に
位置決めされた前記基板保持手段によって保持されてい
る基板に向けて照明光を照射するとともに、当該基板の
測定領域から射出し、前記測定用開口を介して前記装置
本体内に入射する光を受光し、電気信号に変換出力する
測定ヘッドと、前記駆動手段を制御して前記基板保持手
段を前記測定位置に位置決めするとともに、前記測定ヘ
ッドから出力される電気信号に基づき前記基板に関連す
る情報を求める制御手段と、を備えている（請求項
１）。

【００１２】この発明では、測定ヘッドの直下位置に基
板を保持するための基板保持手段が配設されている。そ
して、この基板保持手段を駆動手段により昇降移動させ
ることで基板保持手段に保持されている基板が所定の測
定位置に位置決めされた後、この基板に向けて測定ヘッ
ドから照明光が照射されるとともに、基板から射出され
る光が測定ヘッドにより受光され、電気信号に変換され
る。また、この測定ヘッドから出力される電気信号に基
づき制御手段が基板関連情報を求める。

【００１３】なお、測定ヘッドを基板の一方主面とほぼ
平行な方向に移動させる水平位置決め手段をさらに備え
る（請求項２）ことで、測定領域を任意に選択すること
ができる。

【００１４】また、測定用開口を塞ぐように、透明保護
部材を装置本体の底面部に取り付けて装置本体内部を装
置本体周辺から遮断してもよく（請求項３）、この場
合、装置本体内部で発生するパーティクルなどがその下
方位置に位置決めされている基板に向けて飛散するのを
防止することができる。特に、装置本体内部に駆動手段
や水平位置決め手段などの移動機構が配設されている場
合に有益である。

【００１５】また、透明保護部材の一方主面に、反射防
止膜を形成する（請求項４）ことで、基板から測定用開
口を介して測定ヘッドに入射する光の光量低下を抑制す
ることができる。また、測定用開口を介して基板に照明
光を照射する、つまり反射照明法（あるいは落射照明
法）を用いる場合には、上記のように基板から射出され
る光の光量低下抑制機能に加えて、透明保護部材を透過
する際の照明光の光量低下を抑制するという機能も兼ね
備えている。

【００１６】また、装置本体に、装置本体の内部を排気
する排気手段を取付けてもよく（請求項５）、これによ
って装置本体内部で発生するパーティクルなどを装置本
体外部に設けられた排気ダクトなどに強制的に排出する
ことができ、装置本体内部をクリーンに保つことがで
き、その結果、装置本体の直下位置に位置決めされてい
る基板へのパーティクル飛散をより効果的に防止するこ
とができる。

【００１７】また、前記基板保持手段を開閉自在な一対
のチャックで構成するとともに、駆動手段のチャック開
閉機構を制御して、一対のチャックを開いて一対のチャ
ックへの基板載置を可能とする一方、一対のチャックを
閉じてチャック上の基板をセンタリングするように構成
してもよく（請求項６）、この場合、基板保持手段は単
に基板を保持する機能のみならず、センタリング機構を
も兼ね備えることとなる。

【００１８】さらに、測定ヘッドが、装置本体内部に設
けられて、測定用開口を介して基板に照明光を照射する
照明光学系と、基板で反射された反射光を装置本体内部
に導光する結像光学系と、結像光学系を介して導光され
た反射光を分光し、さらに各波長ごとに設けられた受光
素子で受光する分光光学系とを備える一方、制御手段
が、受光素子から出力される電気信号に基づき、基板関
連情報として基板表面に形成された薄膜の膜厚を求める
ように構成する（請求項７）ことによって、光学測定装
置は基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定
装置として機能する。

【００１９】ところで、この発明は、上記した光学測定
装置に関するものに限定されるものではなく、この光学
測定装置を備える基板処理システムに関するものでもあ
る。すなわち、この発明は、第２の目的を達成するため
に、基板に対して所定の基板処理を行う基板処理ユニッ
トと、請求項１ないし７のいずれかに記載の光学測定装
置によって構成され、前記基板処理ユニットによって処
理された基板に関連する情報を求める光学測定ユニット
と、前記基板処理ユニットから前記光学測定ユニットの
基板保持手段に基板を搬送する基板搬送手段とを備えて
いる。

【００２０】この発明では、光学測定ユニットが請求項
１ないし７に記載されたような光学測定装置、つまり装
置本体の下方位置に基板保持手段が設けられて、基板保
持手段に保持されている基板を昇降移動させて所定の測
定位置に位置決めし、その基板の基板関連情報を光学的
に測定する装置によって構成されている（請求項８）。
このため、基板処理ユニットで処理された基板を基板搬
送手段により受け取り、光学測定ユニットの基板保持手
段に受け渡すことで、基板処理ユニットによる基板処理
に続いて、基板関連情報を直ちに光学的に測定すること
ができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明にかかる光学測
定装置を備えた基板処理システムの一実施形態を示す概
略平面図である。なお、同図には、後述する各図との方
向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が示され
ている。この基板処理システムは、同図に示すように、
４つのカセットＣＳを一列に載置可能なカセット載置部
Ａと、このカセット載置部Ａから所定距離だけＹ方向に
離隔してカセットＣＳの配列方向（Ｘ方向）に平行に３
つの処理ユニット（第１の薄膜形成ユニットＴＵ1、膜
厚測定ユニットＭＵ、第２の薄膜形成ユニットＴＵ2）
を配列してなる処理ユニット部Ｂと、カセット載置部Ａ
と処理ユニット部Ｂとの間に挟まれた搬送空間ＳＰをＸ
方向に移動し、これらカセットＣＳおよび処理ユニット
の間で基板Ｓを搬送する基板搬送ロボットＲＢとで構成
されている。

【００２２】この基板処理システムでは、次のようにし
て基板Ｓへの薄膜形成およびその膜厚測定を連続して実
行する。すなわち、基板搬送ロボットＲＢがカセットＣ
Ｓに収納されている未処理の基板Ｓを取り出し、第１ま
たは第２の薄膜形成ユニットＴＵ1、ＴＵ2に選択的に搬
送して基板Ｓの一方主面上に薄膜を形成する。それに続
いて、基板搬送ロボットＲＢは薄膜形成ユニットから処
理済みの基板Ｓを受け取り、その薄膜形成ユニットに隣
接配置された膜厚測定ユニットＭＵに搬送し、膜厚測定
を行う。そして、最後に膜厚測定を完了した基板Ｓを基
板搬送ロボットＲＢが受け取り、カセットＣＳに戻す。
なお、薄膜形成ユニットＴＵ1、ＴＵ2の構成は既に周知
であるため、ここではその詳細説明は省略するが、膜厚
測定ユニットＭＵについては、本件発明の特徴部である
ため、次に、図２〜図８を参照しつつ詳述する。

【００２３】図２は、この発明にかかる光学測定装置の
一実施形態たる膜厚測定ユニットの全体構成を示す斜視
図である。この膜厚測定ユニットＭＵは、同図に示すよ
うに、装置本体１の後面側（＋Ｙ方向側）が２つの取付
ブロック１１，１２によって支柱１３に固着されてい
る。また、前面側（−Ｙ方向側）には、フロントパネル
１４が取り付けられている。

【００２４】図３は、装置本体の一部を切り欠いた部分
切欠斜視図である。同図に示すように、装置本体１は、
略直方体形状の筐体となっており、その底面部には基板
Ｓとほぼ同一形状の測定用開口１ａが設けられている。
また、装置本体１の内部には、測定ヘッド２が後で説明
する一対のチャック６１、６１により保持される基板Ｓ
の一方主面とほぼ平行な水平面（ＸＹ平面）に２次元的
に移動自在となっている。すなわち、測定ヘッド２はＸ
軸駆動テーブル３１とＹ軸駆動テーブル３２からなるＸ
Ｙテーブル３３に取り付けられており、後述Ｘ軸コント
ローラ７８１（図７）によってＸ軸駆動テーブル３１に
対して測定ヘッド２をＸ方向に位置決めするとともに、
Ｙ軸コントローラ７８２（図７）によってＹ軸駆動テー
ブル３２に対してＸ軸駆動テーブル３１をＹ方向に位置
決めすることによって測定ヘッド２を２次元的に位置決
め可能となっている。このように、この実施形態では、
ＸＹテーブル３３、Ｘ軸およびＹ軸コントローラ７８
１、７８２によって測定ヘッド２を基板Ｓの一方主面に
略平行な水平面内で位置決めする水平位置決め手段が構
成されている。

【００２５】そして、これにより水平面内で位置決めさ
れた測定ヘッド２から照明光が測定用開口１ａの直下の
測定位置に位置する基板Ｓに照射されるとともに、その
基板Ｓの一方主面で反射された反射光が測定用開口１ａ
を介して再度測定ヘッド２に入射されて反射光の分光強
度が実測された後、それに関連する電気信号が測定ヘッ
ド２から出力される。なお、測定ヘッド２の光学的な構
成については、後で膜厚測定ユニットＭＵ全体の電気的
構成（制御系）と併せて詳述する。

【００２６】この装置本体１には、測定用開口１ａを塞
ぐように、ガラス基板やアクリル樹脂板などの透明保護
部材４が取り付けられており、装置本体１の内部を略密
閉している。また、測定ヘッド２から射出される照明光
および基板Ｓからの反射光については、透明保護部材４
を介して導光可能となっている。

【００２７】また、装置本体１の内底部には、測定用開
口１ａを挟むように一対のチャック昇降機構５１，５１
が配置されている。これらのチャック昇降機構５１、５
１はともに同一構成を有しており、以下の説明において
は、一方のチャック昇降機構５１の構成について図３お
よび図４を参照しつつ説明を続け、他方についてはその
説明を省略する。図３に示すように、チャック昇降機構
５１からは２本の連結アーム５１１、５１１が装置本体
１の底面部に設けられた貫通孔１ｂを貫いて下方（−Ｚ
方向）に伸びており、連結アーム５１１、５１１の下端
部に基板Ｓをセンタリング保持するためのチャック６１
が取り付けられている。また、図４に示すように、連結
アーム５１１、５１１の上端部にはスライド部材５１２
が固着されており、チャック昇降機構５１の本体（図示
省略）に固着されたガイド５１３に沿って上下方向Ｚに
スライド自在となっている。

【００２８】また、チャック昇降機構５１には、チャッ
ク６１の昇降駆動用モータ５１４が設けられており、こ
のモータ５１４の回転軸に取り付けられたプーリ５１５
と、チャック昇降機構５１の本体に固定されたプーリ
（図示省略）との間に掛け渡されたベルト５１６の一部
に、スライド部材５１２が連結されている。このため、
モータ５１４の作動に伴ってスライド部材５１２、連結
アーム５１１，５１１およびチャック６１が一体的に昇
降移動する。

【００２９】このように構成されたチャック昇降機構５
１には、さらに図３に示すように、チャック開閉機構５
２が連結されている。このチャック開閉機構５２は、２
本の略Ｌ字状の回動アーム５２１が設けられており、そ
の各々にチャック昇降機構５１が１つずつ連結され、回
動軸５２２回りに相反する回転方向に回動自在となって
いる。より具体的には、図５に示すように、装置本体１
の底面部の後端側（＋Ｙ）で回動アーム５２１，５２１
が回動軸５２２，５２２回りにそれぞれ回動自在に取り
付けられている。そして、各回動アーム５２１，５２１
の他方端（チャック昇降機構５１が連結されていない側
の端部）が回動駆動機構部５２３によって回動駆動され
るように構成されている。

【００３０】この回動駆動機構部５２３には、Ｘ方向に
延びる作動バー５２３ａの一方端が一方の回動アーム５
２１の他方端と係合し、その他方端が他方の回動アーム
５２１の他方端と係合している。この作動バー５２３ａ
の略中央部には、駆動源たるモータ５２３ｂの回転軸に
取り付けられたプーリ５２３ｃと固定プーリ５２３ｄと
の間に掛け渡されたベルト５２３ｅが連結されている。
このため、例えばモータ５２３ｂを駆動して作動バー５
２３ａをバネ部材５２３ｆの付勢力に抗して−Ｙ方向に
移動させると、回動アーム５２１，５２１は図５の実線
位置から１点鎖線位置に回動し、さらにモータ５２３ｂ
を作動させると、２点鎖線位置に回動する。これによっ
て、チャック昇降機構５１，５１が相反する方向にそれ
ぞれ回動し、その結果、各チャック昇降機構５１，５１
の連結アーム５１１に取り付けられたチャック６１，６
１が図２や図３の矢印α方向に開く。なお、この実施形
態では、後述する動作説明の便宜から、回動アーム５２
１の回動位置に応じたチャック６１，６１の開閉状態を
次のように定義する。

【００３１】・実線位置：クランプ状態（チャック６
１，６１が最も閉じて基板Ｓを挟持する状態）、 ・１点鎖線位置：微小隙間状態（チャック６１，６１が
クランプ状態から僅かに開いた状態）、 ・２点鎖線位置：全開状態（微小隙間状態からさらに開
いた状態）。

【００３２】このように、この実施形態では、チャック
昇降機構５１とチャック開閉機構５２とでチャック６
１，６１を装置本体１に対して移動自在に連結するとと
もに、チャック６１，６１を駆動するチャック駆動機構
５が構成されている。

【００３３】図６は、図３のチャック先端領域（２点鎖
線領域）の分解組立斜視図である。各チャック６１で
は、チャックアーム６１１の上面にピンホルダ６１２が
ビスなどの締結金具によって固定されている。このピン
ホルダ６１２の先端部には、凹部６１２ａが形成されて
おり、この凹部６１２ａにバネ部材６１３とともにコン
タクトピン６１４の後端部を挿入するとともに、このコ
ンタクトピン６１４の上端部をピンホルダ６１５の貫通
孔６１５ａに挿通した状態のままビスなどの締結金具に
よって２つのピンホルダ６１２、６１５を締結する。な
お、ピンホルダ６１５には、ピンホルダ６１２との締結
前に、ビスなどの締結金具によって位置決めピン６１６
が予め突起状に取り付けられている。

【００３４】こうしたコンタクトピン６１４および位置
決めピン６１６の取付位置は、図３の２点鎖線領域に限
定されず、図２や図３に示すように、チャック６１の中
央先端部および他方先端部においても取り付けられてい
る。したがって、基板搬送ロボットＲＢのハンドＨＤか
らチャック６１、６１に基板Ｓが搬送されてくると、コ
ンタクトピン６１４の先端部で基板Ｓの裏面を支持する
とともに、上記チャック昇降機構５１によってチャック
６１、６１が上昇されると、バネ部材６１３で付勢しな
がら基板Ｓの一方主面を透明保護部材４に押し付けるこ
とができる。また、チャック６１，６１が受渡可能状態
にあるときには、位置決めピン６１６は基板Ｓの外周縁
から離れているが、チャック開閉機構５２によってチャ
ック６１、６１がクランプ状態になると、位置決めピン
６１６が基板Ｓの外周縁と当接して基板Ｓのセンタリン
グを行うことができるようになっている。

【００３５】ところで、上記のように構成された膜厚測
定ユニットＭＵの装置本体１の内部には、測定ヘッド２
を駆動する機構（ＸＹテーブル３３）やチャック６１，
６１を駆動する機構（チャック駆動機構５）が設けられ
ており、これらの機構における摺動部分からパーティク
ルが発生するおそれがある。そこで、この実施形態で
は、図２に示しように、装置本体１の上面部に吸気部１
５および排気ファン１６を設けて装置本体１の内部を強
制排気して装置本体１内に存在するパーティクルを排気
ファン１６によってクリーンルーム内に装備されている
排気ダクトなどに強制排出し、装置本体１内部で発生し
たパーティクルが装置本体１の直下位置に位置する基板
Ｓに飛散するのを防止している。

【００３６】次に、上記のように構成された測定ヘッド
２の光学的構成、および膜厚測定ユニットＭＵの電気的
構成（制御系）について図７を参照しつつ説明する。こ
の測定ヘッド２は照明光学系２１を有している。この照
明光学系２１では、ハロゲンランプ２１１から射出され
た光Ｌ1は、レンズ２１２、全反射ミラー２１３、視野
絞り２１４およびハーフミラー２１５を介して結像光学
系２２に入射する。

【００３７】この結像光学系２２は、複数の対物レンズ
２２１と、ビームスプリッタ２２２と、チューブレンズ
２２３とからなり、照明光学系２１からの照明光（白色
光）がビームスプリッタ２２２によって反射され、対物
レンズ２２１を介して所定の照明位置に照射される。

【００３８】この照明位置に位置する基板Ｓの微小領域
で反射された光は、対物レンズ２２１，ビームスプリッ
タ２２２およびチューブレンズ２２３を介して光軸上の
所定位置に集光される。この集光位置の近傍には、中心
部にピンホール２３１を有するプレート２３２が配置さ
れている。このため、反射光のうちピンホール２３１を
通過した光のみが分光光学系２４に入射される。

【００３９】この分光光学系２４は、反射光を分光する
凹面回折格子２４１と、凹面回折格子２４１により回折
された回折光の分光光強度を検出するラインセンサ２４
２とで構成されている。ラインセンサ２４２は、例えば
フォトダイオードアレイやＣＣＤなどにより構成されて
おり、ピンホール２３１と共役な関係に配置されてい
る。このため、分光光学系２４に取り込まれた光は凹面
回折格子２４１に分光され、その光の分光光強度に対応
した信号がラインセンサ２４２から膜厚測定ユニットＭ
Ｕの全体を制御する制御系７に与えられる。

【００４０】なお、チューブレンズ２２３とプレート２
３２との間の光軸上には、プリズム２５１が配置されて
おり、基板Ｓからの光の一部を取り出すようになってい
る。また、取り出された光は、レンズ２５２を介して所
定位置に集光される。この集光位置には、撮像素子２５
３が配置されており、基板Ｓ表面の一部領域（膜厚測定
領域）の像に対応した画像信号が制御系７に与えられ
る。このように、この実施形態では、撮像ユニット２５
によって測定領域の画像を撮像可能となっているが、こ
の撮像ユニット２５の配設位置はチューブレンズ２２３
とプレート２３２との間に限定されるものではなく、対
物レンズ２２１と分光光学系２４との間の光軸上であれ
ば任意である。

【００４１】制御系７は、図７に示すように、論理演算
を実行する周知のＣＰＵ７１１と、そのＣＰＵ７１１を
制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭ７
１２と、装置動作中に種々のデータを一時的に記憶する
ＲＡＭ７１３とを備えた制御部７１を備えている。ま
た、この制御部７１は、Ｉ／Ｏ部７２を介して以下の構
成要素、 ・操作部７３、 ・モニタ７４、 ・データ処理部７５：ラインセンサ２４２からの信号に
対して所定の処理を施す、 ・画像処理部７６：撮像素子２５３からの画像信号に対
して所定の処理を施す、 ・点灯回路７７：ハロゲンランプ２１１を点灯／消灯制
御する、 ・Ｘ軸コントローラ７８１：Ｘ軸駆動テーブル３１に対
して測定ヘッド２をＸ方向に位置決めする、 ・Ｙ軸コントローラ７８２：Ｙ軸駆動テーブル３２に対
してＸ軸駆動テーブル３１をＹ方向に位置決めする、 ・チャックコントローラ７９：チャック昇降機構５１の
昇降駆動用モータ５１４、および回動駆動機構部５２３
の開閉駆動用モータ５２３ｂを制御する、 と電気的に接続されている。

【００４２】次に、上記のように構成された膜厚測定ユ
ニットＭＵの動作、すなわち基板搬送ロボットＲＢによ
り測定対象となる基板Ｓが膜厚測定ユニットＭＵに搬送
されてきてから、膜厚測定を完了して基板搬送ロボット
ＲＢにより膜厚測定ユニットＭＵから搬出するまでの動
作について図８を参照しつつ説明する。

【００４３】まず、ステップＳＴ１で、制御部７１から
チャックコントローラ７９にチャック開および下降指令
が与えられ、これを受けてチャックコントローラ７９が
チャック回転駆動機構部５２３および昇降機構５１の開
閉駆動用モータ５２３および昇降駆動用モータ５１４を
動作制御してチャック６１，６１を全開状態に開いた
後、待機位置から下降させる。それに続いて、ステップ
ＳＴ２で、制御部７１からチャックコントローラ７９に
チャック閉指令が与えられ、これを受けてチャックコン
トローラ７９が回動駆動機構部５２３の開閉駆動用モー
タ５２３ｂを動作制御してチャック６１，６１を全開状
態から微小隙間状態に閉じる。こうして、基板搬送ロボ
ットＲＢから基板Ｓを受け取る準備が完了する。

【００４４】そして、基板搬送ロボットＲＢが基板Ｓを
保持しているハンドＨＤをチャック６１，６１の直上位
置まで伸ばして基板Ｓの搬入が可能となったことが確認
される（ステップＳＴ３で「ＹＥＳ」と判断される）
と、制御部７１から与えられるチャック上昇指令に基づ
きチャックコントローラ７９がチャック昇降機構５１の
昇降駆動用モータ５１４を動作制御してチャック６１，
６１をハンドＨＤよりも若干高い位置まで上昇させる
（ステップＳＴ４）。これによって、基板ＳがハンドＨ
Ｄからチャック６１，６１に移し替えられる。

【００４５】こうしてチャック６１，６１への基板Ｓの
移し替えが完了すると、ハンドＨＤは後退し、次の基板
搬送を開始する一方、制御部７１から与えられるチャッ
ク閉指令に応じてチャックコントローラ７９が回動駆動
機構部５２３の開閉駆動用モータ５２３ｂを動作制御し
てチャック６１，６１を微小隙間状態からさらにクラン
プ状態に閉じ、基板Ｓに対するセンタリング処理を実行
する（ステップＳＴ５）。

【００４６】次に、センタリング処理によってチャック
６１，６１に対する基板Ｓの位置が調整されると、制御
部７１からチャックコントローラ７９にチャック開指令
が与えられ、これを受けてチャックコントローラ７９が
回動駆動機構部５２３の開閉駆動用モータ５２３ｂを動
作制御してチャック６１，６１をクランプ状態から微小
隙間状態に開き（ステップＳＴ６）、さらに制御部７１
から与えられるチャック上昇指令に基づきチャックコン
トローラ７９がチャック昇降機構５１の昇降駆動用モー
タ５１４を動作制御してチャック６１，６１をさらに高
い測定位置まで上昇させてバネ部材６１３の付勢力に抗
して基板Ｓを透明保護部材４の裏面側に押し付ける（ス
テップＳＴ７）。これによって、装置本体１に対する基
板Ｓの位置決めが完了する。

【００４７】これに続いて、測定ヘッド２では、膜厚測
定に先立って必要となる測定準備を行う（ステップＳＴ
８）。すなわち、ハロゲンランプや光学系などの経時的
変動による測定結果への影響を排除するためのキャリブ
レーション処理、基板の角度検出処理、およびセンタ−
検出処理などを行っておく。そして、この測定準備が完
了すると、次のステップＳＴ９に進む。

【００４８】このステップＳＴ９では、制御部７１から
Ｘ軸およびＹ軸コントローラ７８１、７８２に測定位置
情報が与えられ、これに基づきＸ軸およびＹ軸コントロ
ーラ７８１、７８２がＸ軸およびＹ軸駆動テーブル３
１、３２をそれぞれ制御して測定ヘッド２を水平面（Ｘ
Ｙ平面）内で位置決めし、測定ヘッド２の光軸を測定領
域（測定ポイント）に一致させて、その測定領域での薄
膜の膜厚を測定する。この測定処理をすべての測定ポイ
ントについて繰り返して行い、ステップＳＴ１０で「Ｙ
ＥＳ」と判断された時点で測定処理を完了する。

【００４９】測定処理が完了すると、次に基板搬送ロボ
ットＲＢのハンドＨＤが膜厚測定ユニットＭＵ側に伸び
て基板Ｓの受け取り態勢が完了しているか否かを判断す
る（ステップＳＴ１１）。そして、このステップＳＴ１
１で「ＹＥＳ」と判断された時点で、制御部７１からチ
ャックコントローラ７９にチャック下降指令が与えら
れ、これを受けてチャックコントローラ７９がチャック
昇降機構５１の昇降駆動用モータ５１４を動作制御して
チャック６１，６１を測定位置からハンドＨＤよりも低
い位置まで下降させる（ステップＳＴ１２）。これによ
って、膜厚測定済みの基板Ｓがチャック６１、６１から
ハンドＨＤに移し替えられ、その後でハンドＨＤは後退
し、カセットＣＳに搬送する。

【００５０】一方、膜厚測定ユニットＭＵでは、制御部
７１からチャックコントローラ７９にチャック開指令が
与えられ、これを受けてチャックコントローラ７９が回
動駆動機構部５２３の開閉駆動用モータ５２３ｂを動作
制御してチャック６１，６１を微小隙間状態から全開状
態に開き（ステップＳＴ１３）、さらに制御部７１から
与えられるチャック上昇指令に基づきチャックコントロ
ーラ７９がチャック昇降機構５１の昇降駆動用モータ５
１４を動作制御してチャック６１，６１を待機位置まで
上昇させてチャック６１，６１を待機させる（ステップ
ＳＴ１４）。

【００５１】以上のように、この実施形態にかかる膜厚
測定ユニットＭＵによれば、測定ヘッド２の直下位置に
基板Ｓを保持するための一対のチャック６１，６１を配
設し、この一対のチャック６１、６１に基板Ｓが保持さ
れると、基板Ｓを測定位置まで上昇させた後、測定ヘッ
ド２により基板Ｓの一方主面に形成された膜厚を測定す
るように構成しているので、図９に示す従来装置のよう
に基板を支持するステージを水平方向に移動させる必要
がなくなり、基板Ｓを測定位置に固定したまま膜厚測定
が可能となる。その結果、膜厚測定ユニットＭＵを小型
化することができ、膜厚測定ユニットＭＵのフットプリ
ントを大幅に小さくすることができる。しかも、上記し
たように膜厚測定ユニットＭＵを基板処理システムの一
の処理ユニットとして組み込むことができ、基板処理
後、直ちに基板表面に形成された薄膜の膜厚を測定する
ことができるため、膜厚測定結果を薄膜形成ユニットＴ
Ｕ1、ＴＵ2のプロセス条件などに直ちにフィードバック
させて薄膜形成工程をより迅速に適正化することができ
る。

【００５２】もちろん、上記した膜厚測定ユニットＭＵ
では、測定ヘッド２が水平面内で２次元的に位置決め可
能となっているため、基板Ｓ上の任意の測定ポイントに
ついて膜厚測定が可能であるが、ある一方向、例えばＸ
方向にのみ任意の測定ポイントで測定する場合には、測
定ヘッド２をＹ方向に移動させる機構は不要となる。ま
た、測定ポイントを複数設定する必要がなく、基板Ｓの
特定点のみを測定すればよい場合には、測定ヘッド２を
固定配置してもよい。

【００５３】また、チャック６１、６１をチャック開閉
機構５２によって開閉して基板Ｓのセンタリング処理を
行うことができるため、従来例（図９）に比べて装置構
成を簡素化することができ、装置コストを低くすること
ができる。

【００５４】また、測定用開口１ａを塞ぐように、透明
保護部材４を装置本体１の底面部に取り付けて装置本体
１内部を装置本体１周辺から遮断しており、装置本体１
の内部で発生するパーティクルが基板Ｓに飛散するのを
防止することができる。

【００５５】また、上記実施形態における透明保護部材
４の一方主面に、反射防止膜を形成すると、測定ヘッド
２から射出される照明光が透明保護部材４を透過する際
の照明光の光量低下、および基板Ｓで反射されて透明保
護部材４を透過して測定ヘッド２に戻る反射光の光量低
下を抑制することができ、分光光学系２４のラインセン
サ２４２から出力される電気信号レベルが高くなり、よ
り高い精度で膜厚を測定することができる。

【００５６】なお、上記実施形態では、測定ヘッド２か
ら所定の照明位置に照明光を照射し、その照明位置（測
定ポイント）から反射された光を受光する、いわゆる反
射照明法（あるいは落射照明法）により照明している
が、照明方法はこれに限定されるものではない。

【００５７】また、上記実施形態では、１対のチャック
６１、６１によって基板を保持する基板保持手段が構成
されているが、基板保持手段の構成については、これに
限定されるものではなく、基板を保持する機能を有して
おれば、どのような構成を採用してもよい。

【００５８】また、上記実施形態では、光学測定ユニッ
トとして基板の一方主面に形成された薄膜の膜厚を測定
する膜厚測定ユニットＭＵを用いているが、この膜厚測
定ユニットＭＵの代わりに、基板Ｓの透過率や反射率、
さらには基板Ｓの表面形状などの基板関連情報を測定す
るユニットを用いるようにしてもよく、要は、測定した
い基板関連情報（膜厚、透過率、反射率、表面形状な
ど）に応じて対応する光学測定ユニットを本発明にかか
る光学測定装置によって構成することで同様の効果、つ
まり基板処理した後、直ちに基板に関連する情報（透過
率、反射率や表面形状など）を光学的に測定することが
できる。なお、これらの変形例のうち光学測定ユニット
によって基板の透過率を測定するなど基板を透過照明
し、その透過光に基づき基板に関連する情報を光学的に
測定する場合には、照明光学系を装置本体１から取出
し、基板Ｓの他方主面側より照明光を照射すればよい。

【００５９】さらに、上記実施形態では、基板処理を行
うユニットとして２つの薄膜形成ユニットＴＵ1，ＴＵ2
を基板処理システムに設けているが、基板処理システム
を構成する処理ユニットの組み合わせは上記実施形態に
限定されるものではなく、薄膜形成ユニットやエッティ
ング処理ユニットなどの基板に対して所定の基板処理を
施す少なくとも１つ以上の基板処理ユニットと、膜厚測
定ユニットや反射率測定ユニットなどの光学測定ユニッ
トとを組み合わせることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上のように、この発明にかかる光学測
定装置によれば、測定ヘッドの直下位置に基板を保持す
るための基板保持手段を配設し、この基板保持手段を昇
降移動させて基板保持手段に保持されている基板を所定
の測定位置に位置決めした後、測定ヘッドおよび制御手
段により基板関連情報を求めるように構成しているの
で、従来装置のように基板を支持するステージを水平方
向に移動させる必要がなくなり、基板を測定位置に固定
したまま光学的な測定が可能となり、その結果、光学測
定装置を小型化することができる。

【００６１】また、この発明にかかる基板処理システム
によれば、上記光学測定装置により構成される光学測定
ユニットと、基板処理ユニットとを設けるとともに、基
板処理ユニットで処理された基板を光学測定ユニットに
搬送するように構成しているので、基板に対して基板処
理を施した後、直ちに当該基板の基板関連情報を光学的
に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる光学測定装置を備えた基板処
理システムの一実施形態を示す概略平面図である。

【図２】この発明にかかる光学測定装置の一実施形態た
る膜厚測定ユニットの全体構成を示す斜視図である。

【図３】装置本体の一部を切り欠いた部分切欠斜視図で
ある。

【図４】チャック昇降機構の構成を示す図である。

【図５】チャック開閉機構の構成を示す図である。

【図６】図３のチャック先端領域（２点鎖線領域）の分
解組立斜視図である。

【図７】測定ヘッドの光学的構成、および膜厚測定ユニ
ットの電気的構成（制御系）を示す模式図である。

【図８】図１の基板処理システムにおける膜厚測定ユニ
ットの動作を示すフローチャートである。

【図９】従来の膜厚測定装置（光学測定装置）の一例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１…装置本体 １ａ…測定用開口 ２…測定ヘッド ４…透明保護部材 ５…チャック駆動機構（駆動手段） ７…制御系 １６…排気ファン（排気手段） ２１…照明光学系 ２２…結像光学系 ２４…分光光学系 ３１…Ｙ軸駆動テーブル ３２…Ｘ軸駆動テーブル ３３…ＸＹテーブル ５１…チャック昇降機構 ５２…チャック開閉機構 ６１…チャック（基板保持手段） ７８１…Ｘ軸コントローラ ７８２…Ｙ軸コントローラ ＭＵ…膜厚測定ユニット（光学測定ユニット） ＲＢ…基板搬送ロボット（基板搬送手段） Ｓ…基板 ＴＵ1，ＴＵ2…薄膜形成ユニット（基板処理ユニット）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−303261（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−137547（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−33223（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−176995（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−99845（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−69310（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−79423（ＪＰ，Ｕ) 国際公開99／57509（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01B 21/00 - 21/32 H01L 21/66

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底面部に測定用開口が設けられた装置本
   体と、 前記測定用開口の下方位置で基板を保持しながら、前記
   装置本体に対して昇降自在となっている基板保持手段
   と、 前記基板保持手段を前記装置本体に対して移動自在に連
   結するとともに、前記基板保持手段を昇降駆動する昇降
   機構を有する駆動手段と、 前記装置本体に取り付けられ、前記駆動手段により所定
   の測定位置に位置決めされた前記基板保持手段によって
   保持されている基板に向けて照明光を照射するととも
   に、当該基板の測定領域から射出し、前記測定用開口を
   介して前記装置本体内に入射する光を受光し、電気信号
   に変換出力する測定ヘッドと、 前記駆動手段を制御して前記基板保持手段を前記測定位
   置に位置決めするとともに、前記測定ヘッドから出力さ
   れる電気信号に基づき前記基板に関連する情報を求める
   制御手段と、を備えたことを特徴とする光学測定装置。
2. 【請求項２】 前記測定ヘッドを基板の一方主面とほぼ
   平行な方向に移動させる水平位置決め手段をさらに備え
   た請求項１記載の光学測定装置。
3. 【請求項３】 前記装置本体の底面部には、前記測定用
   開口を塞ぐように、前記装置本体内部を前記装置本体の
   周辺と遮断する透明保護部材が取付けられている請求項
   １または２記載の光学測定装置。
4. 【請求項４】 前記透明保護部材の一方主面に、反射防
   止膜が形成されている請求項３記載の光学測定装置。
5. 【請求項５】 前記装置本体には、前記装置本体の内部
   を排気する排気手段が取付けられている請求項１ないし
   ４のいずれかに記載の光学測定装置。
6. 【請求項６】 前記基板保持手段は開閉自在な一対のチ
   ャックを有し、 前記駆動手段は前記一対のチャックを開閉駆動するチャ
   ック開閉機構をさらに有し、しかも、 前記制御手段は前記チャック開閉機構を制御して、前記
   一対のチャックを開いて前記一対のチャックへの基板載
   置を可能とする一方、前記一対のチャックを閉じて前記
   チャック上の基板をセンタリングする請求項１ないし５
   のいずれかに記載の光学測定装置。
7. 【請求項７】 前記測定ヘッドは、前記装置本体内部に
   設けられて、前記測定用開口を介して基板に照明光を照
   射する照明光学系と、前記基板で反射された反射光を前
   記装置本体内部に導光する結像光学系と、前記結像光学
   系を介して導光された反射光を分光し、さらに各波長ご
   とに設けられた受光素子で受光する分光光学系とを備
   え、 前記制御手段は、前記受光素子から出力される電気信号
   に基づき、前記情報として前記基板表面に形成された薄
   膜の膜厚を求める請求項１ないし６のいずれかに記載の
   光学測定装置。
8. 【請求項８】 基板に対して所定の基板処理を行う基板
   処理ユニットと、 請求項１ないし７のいずれかに記載の光学測定装置によ
   って構成され、前記基板処理ユニットによって処理され
   た基板に関連する情報を求める光学測定ユニットと、 前記基板処理ユニットから前記光学測定ユニットの基板
   保持手段に基板を搬送する基板搬送手段とを備えたこと
   を特徴とする基板処理システム。