JP3586534B2

JP3586534B2 - 基板評価装置

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Publication number: JP3586534B2
Application number: JP07163997A
Authority: JP
Inventors: 達文楠田; 郁祥中谷
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JPH10270518A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に薄膜が形成された基板の電気特性等を評価するための基板評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体製造工程においては、シリコンウエハ表面に形成された酸化膜（ＳｉＯ₂膜）に侵入した電荷によりトランジスタの特性が大きく影響を受けることから、シリコンウエハのＣ−Ｖ（Capacitance-Voltage）特性等の電気特性を用いてＳｉＯ₂膜中のイオンの個数を推定する等して酸化膜評価が行われている。
【０００３】
上記Ｃ−Ｖ特性の測定は、例えば、光学ガラス表面に形成された電極をシリコンウエハ表面に０．３〜０．５μｍ程度のギャップ寸法を隔てて近接させ、この電極とシリコンウエハ裏面との間に直流バイアスを印加し、このバイアス電圧に対するインピーダンス（静電容量）変化を測定することにより行われる。また、上記Ｃ−Ｖ特性等からイオンの数量を推定する等して酸化膜評価を行うには酸化膜自身の静電容量値が必要であり、その静電容量値を求めるためにあらかじめ酸化膜の膜厚測定が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、酸化膜の膜厚測定は、酸化処理工程で処理されたシリコンウエハをカセットに収納した状態でシリコンウエハ表面の酸化膜の評価工程である基板評価工程から独立した膜厚測定工程に運び込んで行われる。そして、膜厚測定の行われたシリコンウエハは、再びカセットに収納された状態で基板評価工程に運び込まれて基板の電気特性等の測定が行われることになるが、膜厚測定工程が基板評価工程から独立しているため、測定した膜厚データを基板評価工程で直接利用することができないという問題があった。
【０００５】
また、酸化処理工程で処理されたシリコンウエハを膜厚測定工程に運び込み、膜厚測定の終了したシリコンウエハを基板評価工程に運び込むことになるため、工程が煩雑化するだけでなくロスタイムが増加するという問題もあった。
【０００６】
なお、上記のような問題は、シリコンウエハだけではなく、表面に薄膜の形成されたシリコンウエハ以外の他の基板についても生じるものである。
【０００７】
従って、本発明は、膜厚測定工程で測定した膜厚データを基板評価工程で直接利用することができ、しかも、膜厚測定工程から基板評価工程に至る工程を簡素化することのできる基板評価装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る基板評価装置は、表面に薄膜が形成された基板を評価するための基板評価装置であって、基板に形成された薄膜の厚さを測定する膜厚測定部と、基板の電気特性を測定する電気特性測定部と、前記膜厚測定部で測定された膜厚データを利用して前記電気特性測定部に基板の電気特性を測定させる制御手段とを備え、前記電気特性測定部は、基板に対して所定の距離を隔てて対向配置されるセンサ部と、前記膜厚測定部で測定された膜厚データに基づいて、基板と前記センサ部との距離を相対的に変更させる変更手段とを備えてなり、前記変更手段は、前記所定の距離における静電容量があらかじめ定められた所定の範囲内の値になるように設定すると共に、前記膜厚測定部により得られた膜厚が基準値を超えている場合には、前記所定の距離における静電容量を前記あらかじめ定められた所定の範囲内の値よりも低い範囲内の値に設定変更し、この設定変更した値になるように前記ギャップ寸法を調整するものであることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、膜厚測定部で測定された膜厚データが、制御手段の制御によって電気特性測定部で基板の電気特性を測定する際に利用される。すなわち、電気特性測定部における電気特性の測定の際に、膜厚データが自動的に利用されることになる。また、基板に対して所定の距離を隔てて対向配置されるセンサ部と基板との距離が、膜厚測定部で測定された膜厚データに基づいて、変更手段により相対的に変更される。この変更手段により、前記所定の距離における静電容量があらかじめ定められた所定の範囲内の値になるように設定されると共に、前記膜厚測定部により得られた膜厚が基準値を超えている場合には、前記所定の距離における静電容量が前記あらかじめ定められた所定の範囲内の値よりも低い範囲内の値に設定変更され、この設定変更された値になるように前記ギャップ寸法が調整される。
【００１０】
また、請求項２に係る基板評価装置は、請求項１に記載の基板評価装置において、前記膜厚測定部で測定された膜厚データと前記電気特性測定部で測定された基板の電気特性データとに基づいて、基板の評価を行う評価算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、膜厚測定部により基板の表面に形成された薄膜の厚さが測定される一方、電気特性測定部により基板の電気特性が測定され、測定された膜厚データと電気特性データの各々に基づいて、評価算出手段により基板の評価が自動的に行われる。
【００１２】
また、請求項３に係る基板評価装置は、請求項１又は請求項２に係るものにおいて、基板を載置させる基板載置台と、基板が搬出入される搬出入位置と基板の電気特性が測定される測定位置との間で前記基板載置台を移動させる駆動手段と、をさらに備え、前記膜厚測定部は、前記搬出入位置から前記測定位置に至る前記基板載置台の移動経路に対応する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、基板が搬出入される搬出入位置と基板の電気特性が測定される測定位置との間で、基板の載置された基板載置台が駆動手段により移動し、この移動経路に対応する位置に配置された膜厚測定部が基板の表面の薄膜の厚さを測定する。
【００１４】
また、請求項４に係る基板評価装置は、請求項１又は請求項２に係るものにおいて、基板の電気特性が測定される測定位置において基板を載置させる基板載置台と、前記基板載置台から離間した離間位置と前記基板載置台との間で基板を搬送させる搬送手段と、をさらに備え、前記膜厚測定部は、前記離間位置から前記基板載置台に至る基板の搬送経路に対応する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、基板の電気特性が測定される測定位置において基板を載置させる基板載置台とこの基板載置台から離間した離間位置との間で、基板を搬送手段により搬送し、この搬送経路に対応する位置に配置された膜厚測定部が基板の表面の薄膜の厚さを測定する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る基板評価装置の概略構成を示す図である。この図に示す基板評価装置１０は、表面に薄膜である酸化膜の形成されたシリコンウエハの酸化膜に関連するＣ−Ｖ特性等の電気特性を非接触状態で測定するもので、測定室（筐体）２０と、膜厚測定器２２と、光量測定器２４と、インピーダンスメータ２６と、位置制御装置２８と、真空源３０と、全体の動作を制御する制御部３２とを備えている。
【００１７】
測定室２０は、その内部に、シリコンウエハＷを真空源３０から供給された負圧により吸着する基板載置台３４と、基板載置台３４を回転可能に支持する支持台３６と、基板載置台３４を中心軸の回りに回転させる載置台回転装置３８と、支持台３６を水平方向（図中の左右方向）に移動させる支持台移動装置４０と、基板載置台３４に真空源３０の負圧を供給する配管４２と、シリコンウエハＷと対向する位置に配設された電気特性を測定するための測定端子部であるセンサヘッド４４と、センサヘッド４４を固定する支持筒４６と、支持筒４６を上下方向に移動させてセンサヘッド４４をシリコンウエハＷに対して接離させるセンサ位置調節手段４８とを備えている。
【００１８】
また、測定室２０は、その一端側（図中の左側）に、電気特性の測定前のシリコンウエハＷを測定室２０の外部から内部に搬入する一方、電気特性の測定後のシリコンウエハＷを測定室２０の内部から外部へ搬出するための窓部５０を備え、測定室２０内部の窓部５０近傍には外部から搬入されたシリコンウエハＷの周縁に形成されている位置決め用ノッチ（凹み部）を検出するためのノッチセンサ５２を備えている。なお、窓部５０には、開閉可能に構成された図略のシャッタが配設されており、シリコンウエハＷの測定室２０内部への搬入時及びシリコンウエハＷの測定室２０外部への搬出時には窓部５０が開けられ、電気特性測定中は窓部５０が閉じられた状態となるようになっている。また、測定室２０内部のセンサヘッド４４と窓部５０との間には、シリコンウエハＷの近傍位置でそのシリコンウエハＷ表面の酸化膜の厚さを測定する膜厚測定器２２の測定端子部となる膜厚センサ５４が配設されている。
【００１９】
基板載置台３４は、支持台３６に対して回転可能に支持された回転支持部３４１と、回転支持部３４１に一体に形成され、配管４２を介して真空源３０に接続される基台３４２と、基台３４２上に配設され、上面にシリコンウエハＷが載置される試料台３４３とから構成されている。なお、基台３４２は金属材料で構成され、試料台３４３はシリコンウエハＷと同一の半導体材料で構成される。
【００２０】
載置台回転装置３８は、支持台３６の下部３６０に取り付けられた駆動モータ３８１と、この駆動モータ３８１の回転を基板載置台３４の回転支持部３４１に伝達する伝達機構３８２とから構成され、駆動モータ３８１が回転することにより基板載置台３４がその中心軸の回りに回転可能となっている。
【００２１】
支持台駆動装置４０は、測定室２０内の一端側（図中の左側）と他端側（図中の右側）との間に水平方向に沿って配設されたボールねじ４０１と、ボールねじ４０１を回転駆動する駆動モータ４０２とから構成されると共に、支持台３６がボールねじ４０１に連結されており、ボールねじ４０１が回転することにより、支持台３６が基板載置台３４と共にシリコンウエハＷの搬出入位置である窓部５０とシリコンウエハＷの電気特性の測定位置であるセンサヘッド４４との間を移動可能となっている。
【００２２】
配管４２は、支持台３６と一緒に水平方向に移動できるように少なくとも一部が伸縮可能な構成とされている。また、配管４２には、外部と連通して基板載置台３４に供給される負圧を大気圧等の外部気圧に戻すための電磁バルブ４２１が配設されている。
【００２３】
センサヘッド４４は、レーザ光導入用の直角プリズム４４１と、この直角プリズム４４１の底面に接着されると共に、光学ガラスで形成された底面４４２ａと斜面４４２ｂとを有するセンサ本体４４２とから構成されている。このセンサ本体４４２は、図示を省略しているが、その底面４４２ａの中央部に配設されたリング状の電気特性測定用電極、この電気特性測定用電極の外周に配設された３個の平行度調整用電極を備えている。
【００２４】
支持筒４６は、その下部にセンサヘッド４４を支持すると共に、その周面にレーザ発信器５６と、受光センサ５８とを備えている。この構成において、レーザ発信器５６から発射されたレーザ光は直角プリズム４４１を通ってセンサ本体４４２に導入され、センサ本体４４２の底面４４２ａで反射された後に受光センサ５８で受光されるようになっている。この受光センサ５８で受光されたレーザ光は、光量測定器２４によりその光量が測定され、この光量に基づいてセンサ本体４４２とシリコンウエハＷ表面の酸化膜との間隔（以下、ギャップ寸法と呼ぶ。）が測定されるようになっている。
【００２５】
センサ位置調節手段４８は、センサヘッド４４をシリコンウエハＷ表面の酸化膜に対する接離方向に移動させるもので、フランジ６０の上部に配設されたステッピングモータ６２と、フランジ６０と支持筒４６との間に配設された３個の圧電アクチュエータ６４，６６，６８とから構成され、位置制御装置２８によりその駆動が制御されるようになっている。すなわち、センサヘッド４４は、センサ本体４４２の底面４４２ａで反射されたレーザ光の光量を光量測定器２４により測定しつつステッピングモータ６２が駆動され、シリコンウエハＷ表面の酸化膜とのギャップ寸法があらかじめ設定された所定の値となる位置に移動される。
【００２６】
また、センサヘッド４４は、ステッピングモータ６２による位置調節が終了した後に、上記のようにレーザ光の光量を光量測定器２４により測定しつつ圧電アクチュエータ６４，６６，６８が駆動されて上記ギャップ寸法が微調整される。そして、センサ本体４４２の３個の平行度調整用電極とシリコンウエハＷ裏面（基板載置台３４側）との間の各静電容量がインピーダンスメータ２６によって測定され、各静電容量が略同一の値になるように各圧電アクチュエータ６４，６６，６８が駆動されてセンサ本体４４２の底面４４２ａがシリコンウエハＷに対して平行になるように傾きが微調整されるようになっている。
【００２７】
ノッチセンサ５２は、例えば、図２に示すように、シリコンウエハＷの一方面側から光束をシリコンウエハＷの周縁部に投光する投光部５２１と、シリコンウエハＷの他方面側で投光部５２１からの光束を受光する受光部５２２とから構成されたもので、例えば、シリコンウエハＷのノッチＮＴの存在する位置と存在しない位置とで受光部５２２の受光量が変化することを利用してノッチＮＴの位置を検出するようにしたものである。なお、ノッチセンサ５２は、シリコンウエハＷのサイズに応じてシリコンウエハＷの周縁に対応した位置に移動可能とするため、位置調節部５２３を備えている。
【００２８】
膜厚センサ５４は、シリコンウエハＷの搬入出位置である窓部５０からシリコンウエハＷの電気特性の測定位置であるセンサヘッド４４に至るシリコンウエハＷの移動経路に対応する位置に配設されており、シリコンウエハＷ表面にレーザ光を発射する半導体レーザ発信器５４１と、シリコンウエハＷ表面で反射したレーザ光を回転可能に構成した偏光板５４２を介して受光する受光部５４３とを備えている。すなわち、本実施形態では、膜厚測定器２２として、光が試料表面で反射される際の偏光状態の変化を測定する偏光解析法を利用した周知の構成のものを採用している。
【００２９】
次に、上記のように構成された基板評価装置１０の全体の動作について説明する。なお、上記制御部３２は、所定の演算処理を行うＣＰＵ３２１、所定のプログラムが記憶されているＲＯＭ３２２及び処理データを一時的に記憶するＲＡＭ３２３を備えており、上記所定のプログラムに従って基板評価装置１０全体の動作を制御する。また、ＣＰＵ３２１は、シリコンウエハＷ表面の酸化膜とセンサヘッド４４との間のギャップ寸法を膜厚データに応じて設定変更する変更手段３２１ａ、及び、酸化膜の評価特性を算出する評価算出手段３２１ｂの機能を有している。
【００３０】
まず、シリコンウエハＷが測定室２０内に搬入されるときには、支持台３６が支持台駆動装置４０により移動されることにより基板載置台３４がシリコンウエハＷの搬入位置である窓部５０の下方に移動される一方、図３に示すように、測定室２０の外部に配設されている移載ロボットのハンドＨＤに把持されたシリコンウエハＷが窓部５０を介して内部に搬入され、基板載置台３４上に載置される。このとき、真空源３０から負圧が供給されてシリコンウエハＷは基板載置台３４上に真空保持される。そして、シリコンウエハＷを真空保持した基板載置台３４は、載置台回転装置３８により回転されると共に、シリコンウエハＷのノッチＮＴ（図２）がノッチセンサ５２の位置にきたときに停止される。これにより、シリコンウエハＷの周方向における基準位置が設定される。
【００３１】
基準位置の設定されたシリコンウエハＷは、支持台駆動装置４０により支持台３６が直線方向に移動されることにより膜厚センサ５４の下方を通過して測定位置であるセンサヘッド４４の下方に移動される。膜厚測定器２２は、シリコンウエハＷが膜厚センサ５４の下方を通過するとき、レーザ発信器５４１からレーザ光を発射し、その反射光を受光部５４３で受光することによりシリコンウエハＷ表面の酸化膜の厚さを測定する。この測定した膜厚値は、膜厚データとして制御部３２内のＲＡＭ３２３に記憶される。
【００３２】
なお、膜厚の測定時に一時的に支持台３６の直線方向への移動を停止させるようにすることもできる。また、支持台３６の直線方向への移動を停止させる場合、その停止した位置で基板載置台３４を載置台回転装置３８により回転させ、シリコンウエハＷ表面の周方向における複数箇所の酸化膜の厚さを測定し、その平均値を求めるようにしてもよい。
【００３３】
次いで、シリコンウエハＷがセンサヘッド４４の下方の測定位置に移動されると、センサヘッド４４がセンサ位置調節手段４８によってシリコンウエハＷ側に移動され、シリコンウエハＷ表面の酸化膜とのギャップ寸法があらかじめ設定された所定の値になるように調節される。なお、このギャップ寸法は、Ｃ−Ｖ特性等の電気特性の測定精度を高めるための実験的に求めた適切値に設定されるものであり、センサ本体４４２の電気特性測定用電極とシリコンウエハＷ裏面との間の静電容量Ｃｔがあらかじめ定められた所定の範囲内の値（例えば、１２ｐＦを中心とした値）になるように設定される。
【００３４】
ただし、シリコンウエハＷ表面の酸化膜の厚さが酸化炉の処理条件等の変動により設定値よりも厚くなっていると、静電容量Ｃｔを上記の所定の範囲内の値に設定できない場合が生じるので、膜厚測定器２２により得られた膜厚データが基準値を超えている場合には、自動的に静電容量Ｃｔを上記の値よりも低い範囲内の値（例えば、１０ｐＦを中心とした値）に設定変更し、この設定変更した値になるように上記ギャップ寸法が調整される。
【００３５】
次いで、シリコンウエハＷのＣ−Ｖ特性が測定される。このＣ−Ｖ特性を測定するにあたっては、まず、図略の電圧供給源からシリコンウエハＷの表裏間に印加するバイアス電圧を変化させ、センサ本体４４２の電気特性測定用電極とシリコンウエハＷ裏面との間の上記バイアス電圧に対応する静電容量Ｃｔがインピーダンスメータ２６で測定される。このインピーダンスメータ２６で測定された静電容量Ｃｔは、電気特性測定用電極とシリコンウエハＷ表面の酸化膜とのギャップの静電容量Ｃｇと、酸化膜の静電容量Ｃｉと、シリコンウエハＷの静電容量Ｃｓとの直列合成容量である。なお、静電容量Ｃｔは、載置台回転装置３８と支持台駆動装置４０とによりシリコンウエハＷのセンサヘッド４４との対向位置を移動させ、シリコンウエハＷの複数箇所について測定される。
【００３６】
一方、シリコンウエハＷのＣ−Ｖ特性は、酸化膜の静電容量Ｃｉと、シリコンウエハＷの静電容量Ｃｓとの直列合成容量Ｃｔａの電圧依存性を表すものであるので、上記静電容量Ｃｔの値から電気特性測定用電極とシリコンウエハＷの酸化膜とのギャップの静電容量Ｃｇを減算することにより合成容量Ｃｔａを得、それによりシリコンウエハＷのＣ−Ｖ特性を得る。そして、このＣ−Ｖ特性から、酸化膜の膜厚値を含む既知の計算式に基づき、酸化膜の評価を行うためのフラット・バンド電圧Ｖ_FBやＮａイオン数Ｎ_FB等が測定制御部３２の評価算出手段３２１ｂで算出される。このＮａイオン数Ｎ_FBやフラット・バンド電圧Ｖ_FBは、制御部３２内のＲＡＭ３２３に記憶される。
【００３７】
なお、電気特性測定用電極とシリコンウエハＷの酸化膜とのギャップの静電容量Ｃｇは次のようにして得ることができる。すなわち、電気特性測定用電極とシリコンウエハＷの酸化膜とのギャップ寸法がレーザ発信器５６から発射されたレーザ光のセンサ本体４４２の底面４４２ａで反射された光量を測定することにより得られるので、このギャップ寸法、電気特性測定用電極の面積及び空気の誘電率から計算により得ることができる。また、Ｎａイオン数Ｎ_FBやフラット・バンド電圧Ｖ_FB等を算出するためには酸化膜の静電容量Ｃｉの値が必要であるが、この酸化膜の静電容量Ｃｉは、酸化膜の膜厚値を用いて既知の計算式に基づき算出される。
【００３８】
次いで、支持台３６が支持台駆動装置４０により移動されることにより基板載置台３４が測定位置から窓部５０の位置に移動される。このとき、配管４２の電磁バルブ４２１が開けられて基板載置台３４への負圧の供給が停止されることによりシリコンウエハＷの真空保持が解除される一方、窓部５０のシャッタが開いて移載ロボットのハンドＨＤが窓部５０を介して内部に挿入され、シリコンウエハＷはハンドＨＤにより把持されて測定室２０の外部に搬出される。
【００３９】
図４は、本発明の別の実施形態に係る基板評価装置の概略構成を示す図である。すなわち、この図４に示す基板評価装置７０は、ハウジング８０を備え、このハウジング８０の内部に、シリコンウエハＷの電気特性を測定してシリコンウエハＷの評価を行う基板評価部８２と、前工程とのインターフェース部を構成する搬送手段８４と、搬送手段８４上に沿って前工程とハウジング８０内との間を往復移送されるカセット台８６と、ハウジング８０内に移送されたカセット台８６と基板評価部８２の間に配設される搬送ロボット９０と、基板評価部８２と搬送ロボット９０の間に配設された膜厚センサ９２とが収納されて構成されている。
【００４０】
ハウジング８０は、前工程側（図中の左側）に扉８０１を有しており、この扉８０１は、例えば、前工程からカセット台８６がハウジング８０内に搬入された後に閉じられ、それ以外のときは開けられた状態となるように、図略の制御部により開閉制御されるようになっている。
【００４１】
基板評価部８２は、図１に示す基板評価装置１０とは膜厚センサ５４を測定室２０の外部に配設した点でのみ異なり、他の構成は全く同一のものである。そのため、同一の構成部材については同一の符号を用いることにより、全体の図示とその詳細な説明を省略する。なお、図４に示す実施形態では、膜厚センサは上記のように符号９２で示しており、この膜厚センサ９２は膜厚センサ５４と全く同一の構成になるものである。
【００４２】
カセット台８６は、上部にシリコンウエハＷを収納するカセット８６１が取り付けられている。このカセット８６１は、カセット台８６の内部に配設されたモータ８６２によりカセット台８６上で回転可能となっており、ハウジング８０内部では開口部８６１ａが搬送ロボット９０側に向くようになっている。
【００４３】
搬送ロボット９０は、先端にシリコンウエハＷの外周面を把持するハンド９４１を有するアーム９４と、アーム９４を直線運動させると共に、ハンド９４１を駆動するモータやギア等からなる第１の駆動部９６と、アーム９４を回転運動させるモータやギア等からなる第２の駆動部９８とを備えている。
【００４４】
この搬送ロボット９０は、ハンド９４１でシリコンウエハＷを把持してカセット８６１から取り出すと共に、そのシリコンウエハＷを基板評価部８２の測定室２０の窓部５０を介して測定室２０内部の基板載置台３４上に移載する一方、電気特性の測定の終了した基板載置台３４上のシリコンウエハＷをハンド９４１で把持し、窓部５０を介して測定室２０外部に取り出すと共に、カセット台８６上のカセット８６１に収納する。なお、搬送ロボット９０は、基板評価部８２の制御部３２により基板評価部８２の動作と同期をとって制御されるようになっている。
【００４５】
膜厚センサ９２は、半導体レーザ発信器９２１（膜厚センサ５４の半導体レーザ発信器５４１に相当するもの）と、偏光板９２２（膜厚センサ５４の偏光板５４２に相当するもの）と、受光部９２３（膜厚センサ５４の受光部５４３に相当するもの）とを備えると共に、カセット８６１から基板載置台３４に至るシリコンウエハＷの搬送経路（すなわち、搬送ロボット９０のハンド９４１の移動経路）に対応する位置に配設されている。
【００４６】
上記のように構成された基板評価装置７０は、カセット８６１内のシリコンウエハＷを搬送ロボット９０のハンド９４１で把持して測定室２０内部に搬入して基板載置台３４上に移載する。なお、測定室２０内部に搬入する手前で、膜厚センサ９２のレーザ発信器９２１からレーザ光が発射され、シリコンウエハＷからの反射光が偏光板９２２を介して受光部９２３で受光される結果、膜厚測定器２２により搬送途中のシリコンウエハＷ表面の酸化膜の厚さが測定される。
【００４７】
この膜厚データは、図１に示す基板評価装置１０の場合と同様に、センサヘッド４４の位置調節、フラット・バンド電圧Ｖ_FBやＮａイオン数Ｎ_FBの算出等の後工程で利用される。なお、膜厚の測定時に一時的にアーム９４の動きを停止させるようにしてもよい。また、膜厚センサ９２は、鎖線で示すカセット台８６と搬送ロボット９０との間や、図示はしていないが搬送ロボット９０の上方に配設するようにすることもできる。
【００４８】
基板載置台３４に搬送されたシリコンウエハＷは、ノッチセンサ５２により基準位置に設定された後、基板載置台３４により搬出入位置から電気特性の測定位置であるセンサヘッド４４の下方位置に搬送され、図１に示す基板評価装置１０の場合と同様にしてＣ−Ｖ特性が測定され、そのＣ−Ｖ特性から酸化膜の評価を行うためのフラット・バンド電圧Ｖ_FBやＮａイオン数Ｎ_FB等が算出される。Ｃ−Ｖ特性の測定が終了したシリコンウエハＷは、測定位置から搬出入位置に戻され、搬送ロボット９０によりカセット８６１に収納される。カセット８６１に収納されたＣ−Ｖ特性の測定の終了したシリコンウエハＷは、搬送手段８４により扉８０１部からハウジング８０の外部に搬出される。
【００４９】
本発明の基板評価装置１０，７０は、上記のようにシリコンウエハＷ表面の酸化膜の厚さを測定するための膜厚測定器２２を一体に備えているので、測定により得られた膜厚データをセンサヘッド４４の位置調節、Ｃ−Ｖ特性等の電気特性の測定等の後工程において直接利用することができ、短時間で酸化膜評価を行うことができるようになる。
【００５０】
また、従来のように、酸化処理工程で処理されたシリコンウエハＷを膜厚測定工程に運び込み、膜厚測定の終了したシリコンウエハＷを基板評価工程に運び込む必要がなく、しかも、シリコンウエハＷの載置された基板載置台３４を搬出入位置から測定位置へ移動する途中、あるいは、シリコンウエハＷを測定室２０外部の基板載置台３４から離間した離間位置から測定室２０内部の基板載置台３４に搬送する途中で酸化膜の厚さを測定することができる結果、膜厚測定工程から基板評価工程に至る工程を簡素化することができてロスタイムを可及的に削減することができる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、シリコンウエハＷの電気特性としてＣ−Ｖ特性を測定するようにしたものであるが、Ｃ−ｔ特性等の他の電気特性や電気特性以外の他の特性を測定することも可能である。また、測定対象は、シリコンウエハＷだけに限るものではなく、表面に薄膜の形成された基板であれば種々の基板についてその基板を評価するための電気特性を測定することが可能である。
【００５２】
また、上記実施形態では、膜厚測定器として偏光解析法を利用して構成したものを採用しているが、これに限るものではなく、例えば、光干渉式のものであってもよい。なお、偏光解析法を利用したものでも、従来の膜厚測定器は大きなガスレーザ等を用いて構成したものであるため、基板評価装置に一体的に組み込むことは困難で基板評価装置と一体化するという発想は生じなかったが、近年に至ってレーザ発信器、偏光板を回転させるモータ等が小型化されるようになった結果、基板評価装置との一体化が可能となったものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、制御手段の制御によって電気特性測定部で基板の電気特性の測定を行う際に膜厚測定部で測定された膜厚データを直接利用でき、膜厚測定から基板評価に至る工程を簡素化することができる。また、基板に対して所定の距離を隔てて対向配置されているセンサ部と基板との距離が膜厚測定部で測定された膜厚データに基づいて相対的に変更されるので、基板の表面に形成された薄膜の厚さに応じて適切な距離で電気特性を測定することができる。さらに、前記所定の距離における静電容量があらかじめ定められた所定の範囲内の値になるように設定されると共に、前記膜厚測定部により得られた膜厚が基準値を超えている場合には、前記所定の距離における静電容量が前記あらかじめ定められた所定の範囲内の値よりも低い範囲内の値に設定変更され、この設定変更された値になるように前記ギャップ寸法が調整されるので、膜厚が基準値を超えている場合でも、基板の電気特性の測定ができる。
【００５４】
また、請求項２に係る発明によれば、膜厚測定部で測定された膜厚データと電気特性測定部で測定された電気特性データとに基づいて、評価算出手段により基板の評価を自動的に行うことができ、膜厚測定から基板評価に至る工程を簡素化することができる。
【００５５】
また、請求項３に係る発明によれば、基板が搬出入される搬出入位置から基板の電気特性が測定される測定位置に至る基板載置台の移動経路で、膜厚測定部が基板の表面の薄膜の厚さを測定しているので、膜厚測定にかかる時間と電気特性の測定にかかる時間とを効率的に削減することができる。
【００５６】
また、請求項４に係る発明によれば、基板載置台から離間した離間位置から基板載置台に至る基板の搬送経路で、膜厚測定部が基板の表面の薄膜の厚さを測定しているので、膜厚測定にかかる時間と電気特性の測定にかかる時間とを効率的に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る基板評価装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す基板評価装置に適用されるノッチセンサを説明するための図である。
【図３】図１に示す基板評価装置の測定室内にシリコンウエハを搬入する状態を説明するための図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る基板評価装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０，７０基板評価装置
２０測定室
２２膜厚測定器
２４光量測定器
２６インピーダンスメータ
２８位置制御装置
３０真空源
３２制御部
３４基板載置台
３８載置台回転装置
４０支持台駆動装置
４４センサヘッド
４８センサ位置調節手段
５０窓部
５４，９２膜厚センサ
９０搬送ロボット
３２１ＣＰＵ
３２１ａ変更手段
３２１ｂ評価算出手段
Ｗシリコンウエハ

Claims

表面に薄膜が形成された基板を評価するための基板評価装置であって、
基板に形成された薄膜の厚さを測定する膜厚測定部と、
基板の電気特性を測定する電気特性測定部と、
前記膜厚測定部で測定された膜厚データを利用して前記電気特性測定部に基板の電気特性を測定させる制御手段とを備え、
前記電気特性測定部は、基板に対して所定の距離を隔てて対向配置されるセンサ部と、前記膜厚測定部で測定された膜厚データに基づいて、基板と前記センサ部との距離を相対的に変更させる変更手段とを備えてなり、
前記変更手段は、前記所定の距離における静電容量があらかじめ定められた所定の範囲内の値になるように設定すると共に、前記膜厚測定部により得られた膜厚が基準値を超えている場合には、前記所定の距離における静電容量を前記あらかじめ定められた所定の範囲内の値よりも低い範囲内の値に設定変更し、この設定変更した値になるように前記ギャップ寸法を調整するものであることを特徴とする基板評価装置。
請求項１に記載の基板評価装置において、
前記膜厚測定部で測定された膜厚データと前記電気特性測定部で測定された基板の電気特性データとに基づいて、基板の評価を行う評価算出手段とを備えたことを特徴とする基板評価装置。
請求項１又は請求項２に記載の基板評価装置において、
基板を載置させる基板載置台と、
基板が搬出入される搬出入位置と基板の電気特性が測定される測定位置との間で前記基板載置台を移動させる駆動手段と、をさらに備え、
前記膜厚測定部は、前記搬出入位置から前記測定位置に至る前記基板載置台の移動経路に対応する位置に配置されていることを特徴とする基板評価装置。
請求項１又は請求項２に記載の基板評価装置において、
基板の電気特性が測定される測定位置において基板を載置させる基板載置台と、
前記基板載置台から離間した離間位置と前記基板載置台との間で基板を搬送させる搬送手段と、をさらに備え、
前記膜厚測定部は、前記離間位置から前記基板載置台に至る基板の搬送経路に対応する位置に配置されていることを特徴とする基板評価装置。