JPH10303261A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜厚測定部で測定した膜厚データを熱処理部
や電気特性測定部で直接利用することができ、熱処理部
から電気特性測定部に至る工程を簡素化することができ
るようにする。 【解決手段】 シリコンウエハＷ表面に酸化膜を形成す
る熱処理部２０と、酸化膜の形成されたシリコンウエハ
ＷのＣ−Ｖ特性を測定する電気特性測定部３０と、熱処
理部２０にあるシリコンウエハＷを電気特性測定部３０
の電気特性測定器３４に移動させる基板移動部４０と、
熱処理部２０と電気特性測定部３０との間でシリコンウ
エハＷ表面に形成された酸化膜の厚さを測定する膜厚測
定部５０とを備え、膜厚測定部５０の膜厚センサ５２が
基板移動部４０によるシリコンウエハＷの移動経路に対
応する位置に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板やセラ
ミックス基板等の各種基板に対して基板表面に形成され
た薄膜に関連する所定の処理を行う基板処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体製造工程においては、例
えばシリコンウエハに対して酸化炉内で熱処理を行うこ
とにより表面保護等のための酸化膜を形成する一方、こ
の形成した酸化膜に対する評価が行われている。すなわ
ち、シリコンウエハ表面に形成された酸化膜（ＳｉＯ₂
膜）にその製造工程で侵入した電荷によってトランジス
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ことに
より酸化膜に対する評価が行われる。

【０００３】なお、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特性からイオンの数量を推定して酸化膜
の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】また、安定した特性を得るためにシリコン
ウエハ表面の酸化膜の厚さをあらかじめ設定された範囲
内の値にする必要があることから、加熱処理されて形成
されたシリコンウエハ表面の酸化膜の厚さの測定結果に
応じて次回に行う処理条件が変更される。

【０００５】

【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、酸化炉等の熱処理部で加熱処理の行われたシ
リコンウエハをカセットに収納し直した上で熱処理部
や、酸化膜の評価を行う電気特性測定部から独立した工
程にある膜厚測定部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
納し直された上で熱処理部から独立した工程にある電気
特性測定部に運び込まれてＣ−Ｖ特性等の電気特性の測
定が行われることになる。

【０００６】すなわち、従来では熱処理部、膜厚測定部
及び電気特性測定部がそれぞれ独立した工程にあるた
め、膜厚測定部で測定した膜厚データを熱処理部や電気
特性測定部で直接利用することができないという問題が
あった。

【０００７】また、従来では熱処理部で加熱処理の行わ
れたシリコンウエハを膜厚測定部に運び込み、膜厚測定
の終了したシリコンウエハを電気特性測定部に運び込む
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。

【０００８】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セラミックス
基板等の他の基板についても生じ得るものである。

【０００９】従って、本発明は、膜厚測定部で測定した
膜厚データを熱処理部等の前工程における処理部や電気
特性測定部等の後工程における処理部で直接利用するこ
とができ、しかも、工程を簡素化することのできる基板
処理装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【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に係る基板処理装置は、基板表面に形成さ
れた薄膜に関連する処理を行う基板処理装置であって、
上流側と下流側との間で基板を移動させる基板移動部
と、前記基板移動部による移動途中で基板の薄膜の厚さ
を測定する膜厚測定部と、前記上流側及び前記下流側の
少なくとも一方に配設され、前記膜厚測定部で得られた
膜厚データを利用して基板に対して所定の処理を行う処
理部と、を備えたことを特徴としている。

【００１１】上記構成によれば、基板移動部により基板
が移動されている途中に基板表面に形成されている薄膜
の厚さが膜厚測定部により測定され、基板移動部の上流
側及び下流側の少なくとも一方に配設されている処理部
が膜厚測定部で得られた膜厚データを利用して基板に対
して所定の処理を行う。

【００１２】また、請求項２に係る基板処理装置は、請
求項１に係るものにおいて、前記上流側には前記処理部
が配設され、前記下流側には基板が収納されるカセット
が配設されたことを特徴としている。上記構成によれ
ば、上流側に配設された処理部で処理された基板が基板
移動部により下流側に移動され、下流側に配設されたカ
セットに移載される。

【００１３】また、請求項３に係る基板処理装置は、請
求項２に係るものにおいて、前記上流側に配設される処
理部は、基板に対して熱処理を行うことにより基板表面
に酸化膜を形成し、かつ前記膜厚測定部から出力される
膜厚データに応じて処理条件を変更する変更手段を備え
た熱処理部であることを特徴としている。

【００１４】上記構成によれば、上流側に基板に対して
熱処理を行うことにより基板表面に酸化膜を形成する熱
処理部が配設され、膜厚測定部から出力される膜厚デー
タに応じて熱処理部に備えられた変更手段が処理条件の
変更を行う。

【００１５】また、請求項４に係る基板処理装置は、請
求項１に係るものにおいて、前記上流側には基板が収納
されるカセットが配設され、前記下流側には前記処理部
が配設されたことを特徴としている。

【００１６】上記構成によれば、上流側に配設されたカ
セットに収納されている基板が基板移動部により下流側
に移動され、下流側に配設された処理部で基板に対する
処理が行われる。

【００１７】また、請求項５に係る基板処理装置は、請
求項４に係るものにおいて、前記下流側に配設される処
理部は、前記膜厚測定部から出力される膜厚データに基
づき前記基板の薄膜に関連する電気特性を測定する電気
特性測定部であることを特徴としている。

【００１８】上記構成によれば、下流側に電気特性測定
部が配設され、膜厚測定部から出力される膜厚データに
基づき電気特性測定部が基板の薄膜に関連する電気特性
の測定を行う。

【００１９】また、請求項６に係る基板処理装置は、請
求項１に係るものにおいて、前記上流側に配設される処
理部は、基板に対して熱処理を行うことにより基板表面
に酸化膜を形成し、かつ前記膜厚測定部から出力される
膜厚データに応じて処理条件を変更する変更手段を備え
た熱処理部であり、前記下流側に配設される処理部は、
前記膜厚測定部から出力される膜厚データに基づき基板
の薄膜に関連する電気特性を測定する電気特性測定部で
あることを特徴としている。

【００２０】上記構成によれば、上流側に基板に対して
熱処理を行うことにより基板表面に酸化膜を形成する熱
処理部が配設され、膜厚測定部から出力される膜厚デー
タに応じて熱処理部に備えられた変更手段が処理条件の
変更を行う。また、下流側に電気特性測定部が配設さ
れ、膜厚測定部から出力される膜厚データに基づき電気
特性測定部が基板の薄膜に関連する電気特性の測定を行
う。

【００２１】また、請求項７に係る基板処理装置は、請
求項５または請求項６に係るものにおいて、前記電気特
性測定部は、基板との間に所定の距離を有して対向配置
されているセンサ部と、前記センサ部と基板とを相対的
に移動させる駆動手段とを備えたことを特徴としてい
る。

【００２２】上記構成によれば、基板との間に所定の距
離を有して対向配置されているセンサ部と基板とを駆動
手段が相対的に移動させて、センサ部と基板との距離を
変えている。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
基板処理装置の概略構成を示す図である。この図に示す
基板処理装置１０は、シリコンウエハＷ表面に薄膜であ
る酸化膜を形成する熱処理部２０と、表面に酸化膜の形
成されたシリコンウエハＷの酸化膜に関連する電気特性
を測定する電気特性測定部３０と、熱処理部２０と電気
特性測定部３０との間でシリコンウエハＷを移動させる
基板移動部４０と、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５０と、全体の動作を制御する
システム制御部６０とを備えている。

【００２４】熱処理部２０は、シリコンウエハＷを所定
の条件（例えば、１０００〜１２００℃の温度で２〜３
時間）で加熱して表面に酸化膜を形成するもので、石英
材料等からなる炉心管２２と、炉心管２２の周囲を取り
囲むように配設された加熱部２４と、複数のシリコンウ
エハＷを上下方向に並べて収納する熱処理用カセット２
６と、熱処理用カセット２６を炉心管２２の外部と内部
との間で昇降させる昇降手段２８と、加熱部２４を駆動
する電圧供給部２９とを備えている。なお、加熱部２４
は、中央部の主ヒータ２４１と、主ヒータ２４１の上下
に配設された補助ヒータ２４２，２４３とから構成され
ている。また、昇降手段２８は、上下方向に配設された
ボールねじ２８１と、ボールねじ２８１を駆動するステ
ッピングモータ２８２とから構成されている。

【００２５】なお、炉心管２２の内部には図略の複数の
温度センサが配設されており、この温度センサからの検
出信号に基づき電圧供給部２９からの加熱部２４への通
電量が制御され、炉心管２２の内部温度が所定の設定値
になるようにされている。

【００２６】電気特性測定部３０は、Ｃ−Ｖ特性等のシ
リコンウエハＷの電気特性を非接触状態で測定するもの
で、ハウジング３２の内部に電気特性測定器３４を配設
して構成されている。

【００２７】電気特性測定器３４は、図１の右側から見
た内部構成図である図２に示すように構成されたもので
ある。すなわち、電気特性測定器３４は、図２に示すよ
うに、測定室（筐体）３４１と、光量測定器３４２と、
インピーダンスメータ３４３と、位置制御装置３４４
と、真空源３４５と、測定器全体の動作を制御する測定
制御部３４６とを備えている。

【００２８】測定室３４１は、その内部に、シリコンウ
エハＷを真空源３４５から供給された負圧により吸着す
る基板載置台３４７と、基板載置台３４７を回転可能に
支持する支持台３４８と、基板載置台３４７を中心軸の
回りに回転させる載置台回転装置３４９と、支持台３４
８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３５０と、基板載置台３４７に真空源３４５の負
圧を供給する配管３５１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３５２と、センサヘッド３５２を
固定する支持筒３５３と、支持筒３５３を上下方向に移
動させてセンサヘッド３５２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３５４とを備えてい
る。

【００２９】また、測定室３４１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３４１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３４１の内部から外
部へ搬出するための窓部３５５を備え、測定室３４１内
部の窓部３５５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３５６を備えてい
る。なお、窓部３５５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３４１内部への搬入時、及び、シリコンウエハＷの測
定室３４１外部への搬出時には窓部３５５が開けられ、
電気特性測定中は窓部３５５が閉じられた状態となるよ
うになっている。

【００３０】基板載置台３４７は、支持台３４８に対し
て回転可能に支持された回転支持部３４７ａと、回転支
持部３４７ａに一体に形成され、配管３５１を介して真
空源３４５に接続される基台３４７ｂと、基台３４７ｂ
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３４７ｃとから構成されている。なお、基台３４７
ｂは金属材料で構成され、試料台３４７ｃはシリコンウ
エハＷと同一の半導体材料で構成される。

【００３１】載置台回転装置３４９は、支持台３４８の
下部３４８ａに取り付けられた駆動モータ３４９ａと、
この駆動モータ３４９ａの回転を基板載置台３４７の回
転支持部３４７ａに伝達する伝達機構３４９ｂとから構
成され、駆動モータ３４９ａが回転することにより基板
載置台３４７がその中心軸の回りに回転可能となってい
る。

【００３２】支持台駆動装置３５０は、測定室３４１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３５０ａと、
ボールねじ３５０ａを回転駆動する駆動モータ３５０ｂ
とから構成されると共に、支持台３４８がボールねじ３
５０ａに連結されており、ボールねじ３５０ａが回転す
ることにより、支持台３４８が基板載置台３４７と共に
シリコンウエハＷの搬入出位置である窓部３５５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
３５２の下方の位置との間を移動可能となっている。

【００３３】配管３５１は、支持台３４８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３５１には、外部と連通し
て基板載置台３４７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３５１ａが配設されてい
る。

【００３４】センサヘッド３５２は、レーザ光導入用の
直角プリズム３５２ａと、この直角プリズム３５２ａ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
３５２ｂと斜面３５２ｃとを有するセンサ本体３５２ｄ
とから構成されている。このセンサ本体３５２ｄは、図
示を省略しているが、その底面３５２ｂの中央部に配設
されたリング状の電気特性測定用電極と、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
とを備えている。

【００３５】支持筒３５３は、その下部にセンサヘッド
３５２を支持すると共に、その周面にレーザ発信器３５
３ａと、受光センサ３５３ｂとを備えている。この構成
において、レーザ発信器３５３ａから発射されたレーザ
光は直角プリズム３５２ａを通ってセンサ本体３５２ｄ
に導入され、センサ本体３５２ｄの底面３５２ｂで反射
された後に受光センサ３５３ｂで受光されるようになっ
ている。この受光センサ３５３ｂで受光されたレーザ光
は、光量測定器３４２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３５２ｄ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。

【００３６】センサ位置調節手段３５４は、センサヘッ
ド３５２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３５４ａの上部に配
設されたステッピングモータ３５４ｂと、フランジ３５
４ａと支持筒３５３との間に配設された３個の圧電アク
チュエータ３５４ｃ，３５４ｄ，３５４ｅとから構成さ
れ、位置制御装置３４４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３５２は、セ
ンサ本体３５２ｄの底面３５２ｂで反射されたレーザ光
の光量を光量測定器３４２により測定しつつステッピン
グモータ３５４ｂ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。

【００３７】また、センサヘッド３５２は、ステッピン
グモータ３５４ｂ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３４２により測定
しつつ圧電アクチュエータ３５４ｃ，３５４ｄ，３５４
ｅが駆動されてギャップ寸法が微調整される。そして、
センサ本体３５２ｄ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３４７側）との間の各静電
容量がインピーダンスメータ３４３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３５４ｃ，３５４ｄ，３５４ｅが駆動されてセンサ
本体３５２ｄの底面３５２ｂ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。

【００３８】ノッチセンサ３５６は、例えば、図３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３５６ａと、シ
リコンウエハＷの他方面側で投光部３５６ａからの光束
を受光する受光部３５６ｂ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３５６ｂ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３５６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３５６ｃを
備えている。

【００３９】基板移動部４０は、中央に位置する基板搬
送部４２と、熱処理部２０と基板搬送部４２との間に位
置する上流側移載ロボット４４と、基板搬送部４２と電
気特性測定部３０の電気特性測定器３４との間に位置す
る下流側移載ロボット４６とを備えている。

【００４０】基板搬送部４２は、ハウジング３２の内部
と外部とに跨って配設されており、上流側移載ロボット
４４と下流側移載ロボット４６との間に水平方向に配設
されたボールねじからなるガイド部材４２１と、このガ
イド部材４２１上に沿って上流側移載ロボット４４と下
流側移載ロボット４６との間を往復移送されるカセット
台４２２と、ガイド部材４２１を駆動するステッピング
モータ４２３とから構成されている。

【００４１】カセット台４２２は、上部にシリコンウエ
ハＷを収納するカセット４２４が取り付けられている。
このカセット４２４は、カセット台４２２の内部に配設
されたステッピングモータ４２５によりカセット台４２
２上で回転可能となっており、ハウジング３２の内部で
は開口部４２４ａ側が下流側移載ロボット４６側に向く
ようになっている。

【００４２】上流側移載ロボット４４は、先端にシリコ
ンウエハＷの外周面を把持するハンド４４１を有するア
ーム４４２と、アーム４４２を直線運動させ、ハンド４
４１を駆動するモータやギア等からなる第１の駆動部４
４３と、アーム４４２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４４４とを備えている。

【００４３】この上流側移載ロボット４４は、熱処理部
２０で処理されて表面に酸化膜の形成されたシリコンウ
エハＷをハンド４４１で把持して熱処理用カセット２６
から取り出し、基板搬送部４２のカセット４２４内に移
載する一方、電気特性測定器３４での電気特性の測定が
終了したカセット４２４内のシリコンウエハＷをハンド
４４１で把持して取り出し、後工程の図略のカセット等
に移載するものである。

【００４４】下流側移載ロボット４６は、電気特性測定
部３０のハウジング３２内に配設されており、先端にシ
リコンウエハＷの外周面を把持するハンド４６１を有す
るアーム４６２と、アーム４６２を直線運動させると共
に、ハンド４６１を駆動するモータやギア等からなる第
１の駆動部４６３と、アーム４６２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４６４とを備えてい
る。

【００４５】この下流側移載ロボット４６は、ハンド４
６１でカセット４２４内のシリコンウエハＷを把持して
取り出すと共に、そのシリコンウエハＷを電気特性測定
部３０の搬入出位置である測定室３４１の窓部３５５を
介して測定室３４１内部の基板載置台３４７上に移載す
る一方、電気特性の測定が終了した搬入出位置にある基
板載置台３４７上のシリコンウエハＷをハンド４６１で
把持し、窓部３５５を介して測定室３４１外部に取り出
すと共に、カセット４２４内に移載する。なお、この下
流側移載ロボット４６は、電気特性測定器３４の測定制
御部３４６により電気特性測定器３４の動作と同期をと
って制御されるようになっている。

【００４６】膜厚測定器５０は、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
た周知の構成になるものであり、シリコンウエハＷの近
傍位置においてシリコンウエハＷ表面の酸化膜の厚さを
測定する測定端子部となる膜厚センサ５２を備えてい
る。この膜厚センサ５２は、熱処理用カセット２６から
基板搬送部４２のカセット台４２２上のカセット４２４
に至るシリコンウエハＷの移動経路（すなわち、上流側
移載ロボット４４のハンド４４１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５２１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５２２を介して受光する受光部５２３とを備えて
いる。

【００４７】システム制御部６０は、所定の演算処理を
行うＣＰＵ６０１、所定のプログラムが記憶されている
ＲＯＭ６０２及び処理データを一時的に記憶するＲＡＭ
６０３を備えており、所定のプログラムに従って基板処
理装置１０全体の動作を制御する。また、ＣＰＵ６０１
は、熱処理部２０の熱処理条件を膜厚測定器５０から出
力される膜厚データに応じて設定変更する条件変更手段
６０１ａの機能を有している。

【００４８】なお、電気特性測定器３４の測定制御部３
４６は、所定の演算処理を行うＣＰＵ３４６ａ、所定の
プログラムが記憶されているＲＯＭ３４６ｂ及び処理デ
ータを一時的に記憶するＲＡＭ３４６ｃを備えており、
ＣＰＵ３４６ａは、シリコンウエハＷ表面の酸化膜とセ
ンサヘッド３５２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ギャップ変更手段３４６ｄ、及び、
酸化膜の評価を行う評価算出手段３４６ｅの機能を有し
ている。

【００４９】次に、上記のように構成された基板処理装
置１０の全体の動作について説明する。まず、上下方向
に沿って複数のシリコンウエハＷの収納された熱処理用
カセット２６が昇降手段２８により上昇されて炉心管２
２の内部に収納される一方、加熱部２４に通電されて炉
心管２２の内部が所定の温度に上昇される。そして、所
定の時間だけ加熱処理が行われ、シリコンウエハＷ表面
に酸化膜が形成される。その後、加熱部２４への通電が
遮断され、熱処理用カセット２６が昇降手段２８により
降下されて炉心管２２の外部に排出される。なお、加熱
処理時には、酸化を促進したり、酸化状態を制御するた
めの反応ガスが炉心管２２の内部に必要に応じて供給さ
れる。

【００５０】次いで、熱処理用カセット２６内のシリコ
ンウエハＷが上流側移載ロボット４４のハンド４４１で
把持されて順に取り出され、熱処理部２０側に移動して
きている基板搬送部４２のカセット台４２２上に取り付
けられているカセット４２４内に順に移載される。この
とき、膜厚測定器５０は、各シリコンウエハＷがハンド
４４１で把持された状態で膜厚センサ５２の下方を通過
する度に、レーザ発信器５２１からレーザ光を発射し、
その反射光を受光部５２３で受光することにより各シリ
コンウエハＷ表面の酸化膜の複数箇所の厚さを測定す
る。この測定した各シリコンウエハＷの膜厚値は平均値
が算出され、膜厚データとしてシステム制御部６０のＲ
ＡＭ６０３に個別に記憶される。なお、膜厚の測定時に
上流側移載ロボット４４のハンド４４１及びアーム４４
２の移動を一時的に停止させるようにしてもよい。

【００５１】なお、シリコンウエハＷの次回の熱処理に
そなえ、ＲＡＭ６０３に記憶されている今回の膜厚デー
タに基づいて熱処理部２０の熱処理条件が条件変更手段
６０１ａにより設定変更されることになる。すなわち、
酸化膜の膜厚は、加熱温度を高くするか加熱時間を長く
することによって厚くなり、加熱温度を低くするか加熱
時間を短くすることによって薄くなるので、今回測定し
た膜厚データに基づいて加熱温度及び加熱時間の一方、
又は、その両方の設定値が変更されることになる。炉心
管２２の内部に反応ガスを供給する場合は、この反応ガ
スの供給量等により膜厚を制御することが可能であるの
で、この反応ガスの供給量等の設定値を変更するように
してもよい。この結果、シリコンウエハＷ表面に形成さ
れる酸化膜の厚さのばらつきを可及的に抑制することが
できる。

【００５２】次いで、シリコンウエハＷの移載終了と同
時にカセット４２４が回転してその開口部４２４ａが電
気特性測定器３４側に向くと共に、シリコンウエハＷが
カセット台４２２の移動によって電気特性測定器３４側
に搬送される。そして、カセット４２４内のシリコンウ
エハＷは、その１枚が下流側移載ロボット４６のハンド
４６１で把持されて取り出される一方、窓部３５５を介
して電気特性測定器３４の測定室３４１の内部に搬入さ
れ、窓部３５５側に移動してきている基板載置台３４７
上に移載される。

【００５３】このとき、同時に真空源３４５から負圧が
供給されてシリコンウエハＷは基板載置台３４７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３４７は、載置台回転装置３４９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
３）がノッチセンサ３５６の位置にきたときに停止さ
れ、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。そして、この基準位置の設定されたシリコンウ
エハＷは、支持台３４８が支持台駆動装置３５０によっ
て直線方向に移動されることにより測定位置であるセン
サヘッド３５２の下方の位置に移動される。

【００５４】次いで、センサヘッド３５２がセンサ位置
調節手段３５４によって下方のシリコンウエハ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３５２ｂ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Ｃ
ｔ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。

【００５５】なお、シリコンウエハＷ表面の酸化膜の厚
さが熱処理部２０の熱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
５０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、測定制御部３４６の変更手段３４６ｄにより自
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）に設定変更され、
この設定変更された値になるように上記ギャップ寸法が
調整される。

【００５６】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３５２
ｄ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３４３で測定される。このインピーダンス
メータ３４３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３４９と支持台駆
動装置３５０とによりシリコンウエハＷのセンサヘッド
３５２との対向位置を移動させ、ノッチセンサ３５６に
より設定された基準位置と対応づけたシリコンウエハＷ
の複数箇所について測定される。

【００５７】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、Ｎａイオン数Ｎ_FBを算出するのに必要なフラ
ット・バンド電圧Ｖ_FBが算出される。なお、このフラッ
ト・バンド電圧Ｖ_FBの算出時には、システム制御部６０
のＲＡＭ６０３に記憶されている膜厚データが読み出さ
れる。また、このフラット・バンド電圧Ｖ_FBは、測定制
御部３４６内のＲＡＭ３４６ｃに記憶される。

【００５８】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３５３ａから発射されたレーザ光のセンサ本体３
５２ｄの底面３５２ｂ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。

【００５９】また、上流側移載ロボット４４のハンド４
４１で把持したシリコンウエハＷについてシリコンウエ
ハＷのノッチＮＴ（図３）と対応づける等して酸化膜の
厚さの測定箇所が記憶されるようになっていると、その
酸化膜の厚さを測定した箇所のＣ−Ｖ特性を測定するこ
とができ、より高い精度で酸化膜評価を行うことが可能
となる。

【００６０】次いで、支持台３４８が支持台駆動装置３
５０により移動されることにより基板載置台３４７が測
定位置から窓部３５５の位置に移動される。このとき、
配管３５１の電磁バルブ３５１ａが開けられて基板載置
台３４７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３５５の
シャッタが開いて下流側移載ロボット４６のハンド４６
１が窓部３５５を介して内部に挿入され、シリコンウエ
ハＷはハンド４６１により把持されて測定室３４１の外
部に搬出される。この搬出されたシリコンウエハＷは、
ハンド４６１によりカセット４２４内に戻される。

【００６１】そして、上記の動作が繰り返し行われ、す
べてのシリコンウエハＷのＣ−Ｖ特性の測定が終了して
すべてのシリコンウエハＷがカセット４２４内に戻され
ると、カセット台４２２が上流側移載ロボット４４側に
移動すると共に、カセット４２４が回転して開口部４２
４ａが所定の方向に向けられる。そして、カセット４２
４内の各シリコンウエハＷが上流側移載ロボット４４の
ハンド４４１により順に取り出され、後工程のカセット
等に移載される。

【００６２】図４は、本発明の別の実施形態に係る基板
処理装置の概略構成を示す図である。この基板処理装置
８０は、シリコンウエハＷ表面に薄膜である酸化膜を形
成する熱処理部２０と、表面に酸化膜の形成されたシリ
コンウエハＷの酸化膜に関連する電気特性を測定する電
気特性測定部３０´と、熱処理部２０で処理されたシリ
コンウエハＷを電気特性測定部３０´側に移動させる基
板移動部４０´と、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５０と、全体の動作を制御する
システム制御部６０とを備えている。

【００６３】すなわち、基板処理装置８０は、図１に示
す基板処理装置１０に比べ、電気特性測定部３０´が電
気特性測定器３４とその近傍に配設されたカセット８２
とで構成されている点、及び、基板移動部４０´が上流
側移載ロボット４４（以下、図４では単に移載ロボット
４４と呼ぶ。）のみで構成されている点でのみ相違して
おり、その他の点は図１に示す基板処理装置１０と全く
同一の構成になるものである。そのため、同一の構成要
素には同一の参照符号を用い、その詳細な説明を省略す
る。

【００６４】上記のように構成された基板処理装置８０
は、熱処理部２０で加熱処理の行われた各シリコンウエ
ハＷが移載ロボット４４のハンド４４１で把持されて熱
処理部２０の熱処理用カセット２６から一旦、電気特性
測定部３０´のカセット８２に移載される。

【００６５】そして、カセット８２内の各シリコンウエ
ハＷは、移載ロボット４４のハンド４４１で把持されて
電気特性測定器３４の窓部３５５から測定室３４１内の
基板載置台３４７上に移載され、Ｃ−Ｖ特性の測定が行
われた後に移載ロボット４４のハンド４４１で把持され
てカセット８２内に戻される。

【００６６】なお、シリコンウエハＷ表面の酸化膜の厚
さは、シリコンウエハＷが熱処理用カセット２６からカ
セット８２に移載される途中、又はカセット８２から基
板載置台３４７に移載される途中で膜厚測定器５０によ
り測定され、図１に示す基板処理装置１０と同様に、熱
処理部２０の処理条件の設定変更や、Ｃ−Ｖ特性測定後
のフラット・バンド電圧Ｖ_FBの算出等に利用される。

【００６７】そして、Ｃ−Ｖ特性の測定が行われてすべ
てのシリコンウエハＷがカセット８２内に戻されと、シ
リコンウエハＷは順に移載ロボット４４のハンド４４１
で把持されて後工程のカセット等に移載される。

【００６８】本発明の基板処理装置１０，８０は、以上
説明したように、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５０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前工程である熱処
理部２０の処理条件の設定変更等に直接利用することが
できると共に、後工程である電気特性測定部３０，３０
´のセンサヘッド３５２の位置調節、Ｎａイオン数Ｎ_FB
の算出等に直接利用することができるようになる。

【００６９】また、従来のように、熱処理部で処理され
たシリコンウエハＷを独立した工程にある膜厚測定部に
運び込み、膜厚測定の終了したシリコンウエハＷを独立
した工程にある電気特性測定部に運び込む必要がないこ
とから、熱処理部２０から電気特性測定部３０，３０´
に至る工程を簡素化することができ、しかも、シリコン
ウエハＷの熱処理部２０から電気特性測定部３０，３０
´側への移動途中で酸化膜の厚さを測定することができ
る結果、膜厚測定に要する時間と電気特性の測定に要す
る時間のトータル時間を短縮することができ、ロスタイ
ムを可及的に削減することができるようになる。

【００７０】なお、図１及び図４に示す実施形態では、
熱処理部２０で、シリコンウエハＷに対して加熱処理を
行うことによりその表面に薄膜である酸化膜を形成する
ようにしているが、加熱処理を行う対象はシリコンウエ
ハＷに限るものではなく、表面に酸化膜等の薄膜を形成
する必要のあるものであればセラミックス基板等の他の
基板であってもよい。

【００７１】また、図１及び図４に示す実施形態では、
電気特性測定部３０，３０´で、シリコンウエハＷの酸
化膜に関連する電気特性としてＣ−Ｖ特性を測定するよ
うにしているが、Ｃ−ｔ特性等の他の電気特性を測定す
ることも可能である。また、電気特性測定装置３０，３
０´は、電気特性測定器３４のみで構成するようにして
もよい。また、電気特性を測定する対象はシリコンウエ
ハＷだけに限るものではなく、表面に酸化膜等の薄膜の
形成された基板であればセラミックス基板等の他の基板
であってもよい。

【００７２】また、図１及び図４に示す実施形態では、
基板処理装置１０，８０の全体の制御をシステム制御部
６０で行い、基板処理装置１０，８０の電気特性測定器
３４の制御を測定制御部３４６で行うようにしている
が、電気特性測定器３４の制御も含めてシステム制御部
６０で制御するようにすることも可能である。

【００７３】また、図１及び図４に示す実施形態では、
上流側である膜厚測定部５０の前工程に熱処理部２０が
設けられているが、この前工程に設けるものは熱処理部
２０に限るものではなく、シリコンウエハＷ等の種々の
基板に対して表面の薄膜に関連する所定の処理を行う処
理部であればいかなるものであってもよく、さらには、
処理部でなくても表面の薄膜に関連する所定の処理の行
われた基板を収納するカセットであってもよい。また、
下流側である膜厚測定部５０の後工程に電気特性測定部
３０，３０´が設けられているが、この後工程に設ける
ものは電気特性測定部３０，３０´に限るものではな
く、上流側の処理部で処理の行われた基板に対して表面
の薄膜に関連する別の処理を行う処理部であればいかな
るものであってもよく、さらには、処理部でなくても下
流側の処理部にシリコンウエハＷ等の種々の基板を搬送
するためのカセットであってもよい。

【００７４】また、図１及び図４に示す実施形態では、
膜厚測定器５０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、例えば、光干渉式のものを採用す
るようにしてもよい。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ことから基板処理装置に一体的に組
み込むことは困難であり、従来では基板処理装置と一体
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、基板処理装置との一体化が可能とな
ったのである。

【００７５】また、図１に示す実施形態では、膜厚セン
サ５２は、上流側移載ロボット４４による熱処理用カセ
ット２６からカセット４２４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いるが、カセット
４２４から基板載置台３４７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することも可能である。
また、基板搬送部４２がシリコンウエハＷを１枚づつ搬
送するようにした場合等では、この基板搬送部４２にお
けるシリコンウエハＷの移動経路に対応する位置に配設
することも可能である。また、基板搬送部４２でシリコ
ンウエハＷを１枚づつ搬送する場合には、基板搬送部４
２を搬送ベルトや搬送ローラ等で構成することができ
る。

【００７６】また、図１に示す実施形態では、基板搬送
部４２のカセット４２４は、カセット台４２２が上流側
移載ロボット側に移動しているときには開口部４２４ａ
が上流側移載ロボット側に向き、カセット台４２２が下
流側移載ロボット４６側に移動しているときには開口部
４２４ａが下流側移載ロボット４６側に向くようにカセ
ット台４２２上で回転可能となっているが、ガイド部材
４２１の両端部を例えば図１の紙面手前側位置において
上流側移載ロボット４４と下流側移載ロボット４６とに
対向する位置にまで延設しておけばカセット台４２２上
で回転不能となっていてもよい。

【００７７】

【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、基板移動部により基板が移動されている途
中に基板表面に形成されている薄膜の厚さが測定され、
基板移動部の上流側及び下流側の少なくとも一方に配設
されている処理部が膜厚測定部で得られた膜厚データを
利用して基板に対して所定の処理を行っているので、膜
厚データを処理部において直接利用することができ、か
つ膜厚測定処理から基板処理までの工程を簡素化するこ
とができる。

【００７８】また、請求項２に係る発明によれば、上流
側に配設された処理部で処理された基板が基板移動部に
より下流側へ移動され、下流側に配設されたカセットに
移載されるので、膜厚データを処理部において直接利用
することができ、膜厚測定処理から基板処理、基板のカ
セット移載までの一連の工程を簡素化することができ
る。

【００７９】また、請求項３に係る発明によれば、上流
側に配設された処理部に備えられた変更手段が膜厚測定
部から出力される膜厚データに応じて処理条件の変更を
行うので、膜厚データを熱処理部において直接利用する
ことができる。

【００８０】また、請求項４に係る発明によれば、上流
側に配設されたカセットに収納されている基板が基板移
動部により下流側に移動され、下流側に配設された処理
部で基板に対する処理が行われるので、膜厚データを処
理部において直接利用することができ、基板のカセット
からの移動及び膜厚測定処理から基板処理までの一連の
工程を簡素化することができる。

【００８１】また、請求項５に係る発明によれば、下流
側に配設された電気特性測定部が、膜厚測定部から出力
される膜厚データに基づき基板の薄膜に関連する電気特
性の測定を行うので、膜厚データを電気特性測定部にお
いて直接利用することができる。

【００８２】また、請求項６に係る発明によれば、上流
側に配設された熱処理部に備えられた変更手段が膜厚測
定部から出力される膜厚データに応じて処理条件の変更
を行い、下流側に配設された電気特性測定部が膜厚測定
部から出力される膜厚データに基づき基板の薄膜に関連
する電気特性の測定を行うので、膜厚データを熱処理部
および電気特性測定部それぞれにおいて直接利用するこ
とができる。

【００８３】また、請求項７に係る発明によれば、基板
との間に所定の距離を有して対向配置されているセンサ
部と基板とを駆動手段が相対的に移動させているので、
基板の薄膜に関連する電気特性が非接触で測定でき、か
つセンサ部と基板とを適切な距離で測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略構
成を示す図である。

【図２】図１に示す基板処理装置における電気特性測定
部の電気特性測定器の構成を説明するための図である。

【図３】図２に示す電気特性測定器に適用されるノッチ
センサの構成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処理装置の概
略構成を示す図である。

【符号の説明】

１０，８０ 基板処理装置 ２０ 熱処理部 ３０，３０´ 電気特性測定部 ４０ 基板移動部 ４２ 基板搬送部 ４４ 上流側移載ロボット ４６ 下流側移載ロボット ５０ 膜厚測定器（膜厚測定部） ５２ 膜厚センサ ６０ システム制御部 ３５２ センサヘッド（センサ部） ３４６ｄ ギャップ変更手段 ３４６ｅ 評価算出手段 ６０１ａ 条件変更手段 Ｗ シリコンウエハ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板表面に形成された薄膜に関連する処
   理を行う基板処理装置であって、 上流側と下流側との間で基板を移動させる基板移動部
   と、 前記基板移動部による移動途中で基板の薄膜の厚さを測
   定する膜厚測定部と、 前記上流側及び前記下流側の少なくとも一方に配設さ
   れ、前記膜厚測定部で得られた膜厚データを利用して基
   板に対して所定の処理を行う処理部と、 を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基板処理装置におい
   て、 前記上流側には前記処理部が配設され、前記下流側には
   基板が収納されるカセットが配設されたことを特徴とす
   る基板処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の基板処理装置におい
   て、 前記上流側に配設される処理部は、基板に対して熱処理
   を行うことにより基板表面に酸化膜を形成し、かつ前記
   膜厚測定部から出力される膜厚データに応じて処理条件
   を変更する変更手段を備えた熱処理部であることを特徴
   とする基板処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の基板処理装置におい
   て、 前記上流側には基板が収納されるカセットが配設され、
   前記下流側には前記処理部が配設されたことを特徴とす
   る基板処理装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の基板処理装置におい
   て、 前記下流側に配設される処理部は、前記膜厚測定部から
   出力される膜厚データに基づき前記基板の薄膜に関連す
   る電気特性を測定する電気特性測定部であることを特徴
   とする基板処理装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の基板処理装置におい
   て、 前記上流側に配設される処理部は、基板に対して熱処理
   を行うことにより基板表面に酸化膜を形成し、かつ前記
   膜厚測定部から出力される膜厚データに応じて処理条件
   を変更する変更手段を備えた熱処理部であり、 前記下流側に配設される処理部は、前記膜厚測定部から
   出力される膜厚データに基づき基板の薄膜に関連する電
   気特性を測定する電気特性測定部であることを特徴とす
   る基板処理装置。
7. 【請求項７】請求項５または６に記載の基板処理装置に
   おいて、 前記電気特性測定部は、基板との間に所定の距離を有し
   て対向配置されているセンサ部と、前記センサ部と基板
   との距離を相対的に移動させる駆動手段とを備えたこと
   を特徴とする基板処理装置。