KR20220117816A - 막 두께 측정 장치, 성막 시스템 및 막 두께 측정 방법 - Google Patents

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유스케 기쿠치
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 기판이 배치되는 배치대가 기욺으로써 배치대 상의 기판의 막 두께의 측정 결과가 불규칙해지는 것을 억제한다.
[해결수단] 기판에 형성된 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치로서, 기판이 배치되는 배치대와, 상기 배치대 상의 기판에 막 두께 측정용의 광을 출사하며, 출사된 상기 광의 상기 배치대 상의 기판에 의한 반사광을 수광하는 수발광 유닛과, 상기 배치대를 회전시키는 회전 기구와, 상기 배치대의 방향을 검출하는 방향 검출부와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 방향 검출부에 의한 검출 결과에 기초하여, 기판이 배치될 때의 상기 배치대의 방향이, 원하는 방향이 되도록, 상기 회전 기구를 제어한다.

Description

막 두께 측정 장치, 성막 시스템 및 막 두께 측정 방법{FILM THICKNESS MEASURING DEVICE, FILM FORMING SYSTEM, AND FILM THICKNESS MEASURING METHOD}
본 개시는 막 두께 측정 장치, 성막 시스템 및 막 두께 측정 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)에 이용되는 적층막을 형성하는 진공 처리 장치가 개시되어 있다. 이 진공 처리 장치는, 적층막을 제조하는 경우에는, 반송 모듈을 둘러싸는 처리 모듈을 순차 이용하여, 기판에 대하여 진공 분위기에서 일련의 복수의 처리를 행한다.
특허문헌 2에는, 화학적 기상 성장법에 따라 산화물 초전도막을 갖가지 기판 상에 형성할 때에, 막 성장 과정의 in-situ 계측을 가능하게 하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, 기판에 제1 처리를 행하기 위한 제1 반응실과, 기판에 제2 처리를 행하기 위한 제2 반응실을 적어도 구비한, 클러스터링된 반도체 장치의 제조 장치가 개시되어 있다. 이 제조 장치는, 제1 반응실 및 제2 반응실을 포함하는 공통 공간을 대기와 차단된 분위기로 유지하는 것이 가능하게, 또한, 제1 반응실과 제2 반응실 사이에서 기판을 반송하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 또한, 제조 장치는, 상기 공통 공간 내의 어느 하나의 부위에 기판을 접지한 상태에서 상기 기판의 표면 상태를 광택적으로 평가하기 위한 광학적 측정 수단을 구비하고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 제6160614호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평성5-149720호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 평성11-330185호 공보
본 개시에 따른 기술은, 기판이 배치되는 배치대가 기욺으로써 배치대 상의 기판의 막 두께의 측정 결과가 불규칙해지는 것을 억제한다.
본 개시의 일양태는, 기판에 형성된 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치로서, 기판이 배치되는 배치대와, 상기 배치대 상의 기판에 막 두께 측정용의 광을 출사하며, 출사된 상기 광의 상기 배치대 상의 기판에 의한 반사광을 수광하는 수발광 유닛과, 상기 배치대를 회전시키는 회전 기구와, 상기 배치대의 방향을 검출하는 방향 검출부와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 방향 검출부에 의한 검출 결과에 기초하여, 기판이 배치될 때의 상기 배치대의 방향이, 원하는 방향이 되도록, 상기 회전 기구를 제어한다.
본 개시에 따르면, 기판이 배치되는 배치대가 기욺으로써 배치대 상의 기판의 막 두께의 측정 결과가 불규칙해지는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 막 두께 측정 장치를 구비한 성막 시스템의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 막 두께 측정 장치의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 막 두께 측정에 관한, 제어부의 기능 블록도이다.
도 4는 기판이 배치될 때의 스테이지의 방향을 조정하는 이유를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 기판이 배치될 때의 스테이지의 방향을 조정하는 이유를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 스테이지의 기준의 방향의 티칭 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 막 두께 측정 장치를 이용한 막 두께 측정 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
MRAM이나 HDD(Hard Disk Drive)의 자기 헤드 등의 자기 디바이스에는, 10 ㎚ 이하 등의 매우 얇은 막을 다수 적층하여 형성되는 적층막이 이용된다. 이러한 적층막을 형성하는 성막 시스템으로서는, 복수의 처리 장치를 진공 반송 장치에 접속하고, 각 층의 막을 각 처리 장치로 순차 형성하는 것이 알려져 있다.
또한, 형성된 각 막이 원하는 두께를 가지고 있는지를, 성막 시스템의 진공 분위기가 된 부분으로부터 꺼내지 않고 확인하는 것이 요구되고 있다.
그 때문에, 성막 시스템의 처리 장치로 형성한 막의 두께를 in-situ에서 측정하는 것이 생각된다. 구체적으로는, 예컨대, 성막 시스템에, 진공 반송 장치에 접속되어 내부가 진공 분위기가 되는 막 두께 측정 장치를 마련하고, 처리 장치로 막이 형성된 기판을 진공 반송 장치에 의해 처리 장치로부터 막 두께 측정 장치에 반송하고, 상기 막 두께 측정 장치로 기판 상의 막의 두께를 측정하는 것이 생각된다.
전술한 바와 같이 막 두께 측정 장치로서는, 용기와, 배치대와, 수발광 유닛과, 이동 기구를 갖는 것이 생각된다.
전술한 용기는, 감압 가능하게 구성되며, 그 내부에 배치대가 마련되어 있다. 배치대에는, 기판이 배치된다. 수발광 유닛은, 배치 대상의 기판에 막 두께 측정용으로 광을 출사하는 광 출사부 및 광 출사부로부터 출사되어 배치대 상의 기판에 반사된 반사광을 수광하는 수광부를 갖는다. 이동 기구는, 배치대 상의 기판에 대한 광 출사부로부터의 광의 조사점을 이동시킨다. 회전 기구는, 배치대를 회전시키는 것이며, 예컨대 이동 기구의 일부를 구성한다.
이 구성의 막 두께 측정 장치에서는, 이동 기구에 의해 상기 조사점을 이동시켜 가, 조사점마다, 수광부에 의한 상기 반사광의 수광 결과에 기초하여, 상기 조사점에 대응하는 기판의 부분의 막 두께를 산출한다. 이에 의해, 기판에 형성된 막의 두께의 면내 분포를 취득하도록 한다.
그러나, 막 두께 측정 장치의 조립 시에, 배치대의 기울기(구체적으로는 기판이 배치되는 배치면의 수평면에 대한 기울기)의 조정을 행하여도, 상기 기울기(구체적으로는 기판이 배치되는 배치면의 수평면에 대한 기울기)를 0°로 할 수는 없다. 예컨대, 조정 후의 배치대는 0.02°정도 기울어 버린다. 또한, 현재 상태는, 기판을 배치대에 배치할 때의 상기 배치대의 방향(회전 각도)은 관리되지 않는다. 이 점은, 측정 대상의 막 두께가 두꺼워 정밀도가 요구되지 않는 경우는 특별히 문제가 되지 않지만, 측정 대상의 막 두께가 10 ㎚ 이하로 얇아 정밀도가 요구되는 경우, 막 형성 레시피가 동일하여도, 막 두께 측정 장치에 의한 측정 결과(막 두께의 기판 면내 분포를 포함함)가 기판마다 달라져 가는 것이 추측되었다. 그리고, 실제, 본 발명자들이 예의 행한 조사에서는, 이 예측이 옳은 것이 확인되었다.
그래서, 본 개시에 따른 기술은, 기판이 배치되는 배치대가 기욺으로써 배치대 상의 기판의 막 두께의 측정 결과가 기판마다 불규칙해지는 것을 억제한다.
이하, 본 실시형태에 따른 막 두께 측정 장치, 성막 시스템 및 막 두께 측정 방법에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
<성막 시스템>
도 1은 본 실시형태에 따른 막 두께 측정 장치를 구비한 성막 시스템의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
성막 시스템(1)은, 복수의 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)(W)를 수용 가능한 카세트(C)가 반입출되는 카세트 스테이션(10)과, 웨이퍼(W)에 자성막의 형성 처리를 포함하는 복수의 처리를 실시하는 처리 스테이션(11)을 일체로 접속한 구성을 가지고 있다. 카세트 스테이션(10)과 처리 스테이션(11)은, 로드록 장치(12)를 통해 연결되어 있다. 로드록 장치(12)는, 후술하는 대기압 반송 장치(21)와 진공 반송 장치(30)를 연결하도록 마련되어 있다. 로드록 장치(12)는, 그 내부를, 대기압 상태와 진공 상태로 전환할 수 있게 구성되어 있다.
카세트 스테이션(10)은, 카세트 배치대(20)와 대기압 반송 장치(21)를 가지고 있다. 또한, 카세트 스테이션(10)에는, 웨이퍼(W)의 방향을 조절하는 오리엔터(도시하지 않음)가 더 마련되어 있어도 좋다.
카세트 배치대(20)는, 성막 시스템(1)의 Y방향 부방향(도 1의 하방향)측의 단부에 마련되어 있다. 카세트 배치대(20)에는, 카세트(C)를 복수, 예컨대 3개 배치할 수 있게 되어 있다.
대기압 반송 장치(21)는, 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를 대기압의 상태에서 반송한다. 웨이퍼 반송 기구는, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하는 반송 아암을 가지고, 이 반송 아암은, 선회 가능 또한 신축 가능하게 구성되며, 또한, 연직 방향으로 승강 가능 또한 수평 방향으로 이동 가능하게 마련되어 있다. 그리고, 웨이퍼 반송 기구는, 이 반송 아암에 의해 웨이퍼(W)를 유지하면서 반송하는 구성으로 되어 있다.
또한, 대기압 반송 장치(21)의 Y 방향 정방향(도 1의 상방향)측에는, 게이트 밸브(G1)를 통해 로드록 장치(12)가 접속되어 있다. 또한, 로드록 장치(12)의 Y 방향 정방향측에는 게이트 밸브(G2)를 통해, 처리 스테이션(11)의 진공 반송 장치(30), 구체적으로는, 후술하는 진공 반송실(311)이 접속되어 있다.
처리 스테이션(11)은, 진공 반송 장치(30)와, 복수(본 예에서는 6개)의 처리 장치(401∼406)(이하, 일부 또는 전부를 통합하여 「처리 장치(40)」라고 하는 경우가 있음)와, 막 두께 측정 장치(60)를 가지고 있다. 진공 반송 장치(30), 처리 장치(40)의 내부, 막 두께 측정 장치(60)는 각각, 성막 시스템(1)에서의 웨이퍼(W)에 대한 일련의 처리 중에 있어서, 대기압보다 감압된 분위기(진공 분위기)로 유지된다.
진공 반송 장치(30)는, 중계실(321, 322)(이하, 통합하여 「중계실(32)」이라고 하는 경우가 있음)을 통해 복수(본 예에서는 3개)의 진공 반송실(311∼313)(이하, 일부 또는 전부를 통합하여 「진공 반송실(31)」이라고 하는 경우가 있음)을 연결한 것이다.
진공 반송실(31) 및 중계실(32)은 각각, 평면에서 보아 대략 다각 형상을 이루도록 형성된 밀폐 가능한 구조의 케이스를 가지고 있다.
진공 반송 장치(30)의 X방향 부방향(도면의 좌방향) 외측에 있어서, Y 방향(도면의 상하 방향)을 따라 처리 장치(401∼403)가 배치되어 있고, 각각 대응하는 진공 반송실(31)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 처리 장치(401)가, 게이트 밸브(G11, G12)를 통해 진공 반송실(311), 진공 반송실(312)에 접속되고, 처리 장치(402)가, 게이트 밸브(G13, G14)를 통해, 진공 반송실(312), 진공 반송실(313)에 접속되고, 처리 장치(403)가, 게이트 밸브(G15)를 통해, 진공 반송실(313)에 접속되어 있다.
또한, 진공 반송 장치(30)의 X 방향 정방향(도면의 우방향) 외측에 있어서, Y 방향(도면의 상하 방향)을 따라 처리 장치(404∼406)가 배치되어 있고, 각각 대응하는 진공 반송실(31)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 처리 장치(404)가, 게이트 밸브(G16)를 통해, 진공 반송실(313)에 접속되고, 처리 장치(405)가, 게이트 밸브(G17, G18)를 통해, 진공 반송실(313), 진공 반송실(312)에 접속되고, 처리 장치(406)가, 게이트 밸브(G19, G20)를 통해, 진공 반송실(312), 진공 반송실(311)에 접속되어 있다.
또한, 진공 반송 장치(30)의 Y 방향 정방향(도면의 상방향) 외측에, 막 두께 측정 장치(60)가 배치되어 있다. 이 막 두께 측정 장치(60)는, 게이트 밸브(G21)를 통해, 진공 반송실(313)에 접속되어 있다.
진공 반송실(31)은 각각, 상기 진공 반송실(31)에 인접하는 모듈(처리 장치(40)나, 중계실(32), 로드록 장치(12), 막 두께 측정 장치(60))로부터 웨이퍼(W)를 꺼내어, 상기 진공 반송실(31)에 인접하는 다른 모듈에, 웨이퍼(W)를 반송한다.
또한, 각 진공 반송실(31)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 반송하는 웨이퍼 반송 기구(50)가 마련되어 있다. 웨이퍼 반송 기구(50)는, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하는 반송 아암(51)을 가지고 있다. 반송 아암(51)은, 수평 방향으로 신축 및 선회 가능하게 구성되어 있다. 또한, 웨이퍼 반송 기구(50)는, 반송 아암(51)의 하방에 마련된 승강부(52)를 가지고 있다. 승강부(52)에 의해, 반송 아암(51)은 연직 방향으로 승강 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 웨이퍼 반송 기구(50)는, 반송 아암(51)에 의해 웨이퍼(W)를 유지하면서 반송하는 구성으로 되어 있다. 또한, 이하에서는, 웨이퍼 반송 기구(50n), 반송 아암(51n)(n=1∼3)은, 진공 반송실(31n)에 마련된 웨이퍼 반송 기구(50), 상기 웨이퍼 반송 기구(50)가 갖는 반송 아암(51)을 의미한다.
중계실(32)은, 인접하는 진공 반송실(31) 사이에서 처리 장치(40)를 통하지 않고 웨이퍼(W)를 직접 전달할 때에 이용되는 모듈이다. 중계실(32)의 내부 공간을 통해, 인접하는 진공 반송실(31)의 내부 공간끼리가 연통하고, 이에 의해 상기 전달을 가능하게 한다. 또한, 중계실(32)과 진공 반송실(31)을 게이트 밸브를 통해 접속하도록 하여도 좋다.
처리 장치(401∼406)는, 웨이퍼(W)에 대하여 복수의 막을 형성하기 위한 것, 즉 적층막을 형성하기 위한 것이며, 실제로 PVD 처리 등의 성막 처리를 행하는 것을 포함하고, 세정 처리, 전처리, 냉각 처리 등을 행하는 것을 포함하여도 좋다.
또한, 처리 장치(40)마다 웨이퍼(W)에 대하여 행하는 처리가 달라도 좋고, 웨이퍼(W)에 대하여 행하는 처리가 일부의 처리 장치(40)에서 공통이어도 좋다.
막 두께 측정 장치(60)는, 어느 하나의 처리 장치(40)로 형성된 막의 두께 및 처리 스테이션(11)으로 형성된 적층막의 두께를 측정한다. 또한, 막 두께 측정 장치(60)의 위치는 본 예의 위치에 한정되지 않는다. 또한, 성막 시스템(1)에 마련되는 막 두께 측정 장치(60)의 수는 복수여도 좋다. 막 두께 측정 장치(60)의 상세에 대해서는 후술한다.
이상과 같이 구성되는 성막 시스템(1)에는, 제어부(70)가 마려되어 있다. 제어부(70)는, 예컨대 CPU나 메모리 등을 구비한 컴퓨터에 의해 구성되며, 각종 정보를 기억하는 기억부(도시하지 않음)를 가지고 있다. 기억부에는, 예컨대, 각 장치 및 각 기구의 구동부 등을 제어하여 성막 시스템(1)에 있어서의 후술하는 웨이퍼 처리를 실현하기 위한 프로그램이나, 상기 구동부 등을 제어하여 막 두께 측정 장치(60)에 의한 막 두께 측정을 실현하기 위한 프로그램 등이 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 컴퓨터에 판독 가능한 비일시적인 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 상기 기억 매체로부터 제어부(70)에 인스톨된 것이어도 좋다.
다음에, 이상과 같이 구성된 성막 시스템(1)을 이용한 웨이퍼 처리에 대해서 설명한다.
먼저, 복수의 웨이퍼(W)를 수납한 카세트(C)가, 성막 시스템(1)의 카세트 스테이션(10)에 반입되어, 카세트 배치대(20)에 배치된다. 그 후, 대기압 반송 장치(21)의 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)에 의해, 카세트(C)로부터 1장의 웨이퍼(W)가 꺼내지고, 게이트 밸브(G1)가 개방되어, 상기 웨이퍼(W)가 로드록 장치(12) 내에 반입된다. 로드록 장치(12) 내에 웨이퍼(W)가 반입되면, 게이트 밸브(G1)가 폐쇄되어 로드록 장치(12) 내가 밀폐되고, 감압된다. 그 후, 게이트 밸브(G2)가 개방되어, 로드록 장치(12)와 미리 진공 분위기가 된 진공 반송실(311)이 연통된다. 그리고, 웨이퍼 반송 기구(501)의 반송 아암(511)에 의해, 웨이퍼(W)가 로드록 장치(12)로부터 반출되어, 진공 반송실(311) 내에 반입된다.
계속해서, 게이트 밸브(G2)가 폐쇄되며, 게이트 밸브(G11)가 개방되어, 진공 반송실(311)과 처리 장치(401)가 연통된다. 그리고, 웨이퍼 반송 기구(501)의 반송 아암(511)을 이용하여, 웨이퍼(W)가 처리 장치(401) 내에 반입된다.
그 후, 게이트 밸브(G11)가 폐쇄되어, 처리 장치(401)가 밀폐된 후에, 상기 처리 장치(401) 내에서, 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 처리가 행해진다.
처리 장치(401)에 있어서의 처리가 종료하면, 게이트 밸브(G12)가 개방되어, 처리 장치(401)와 진공 반송실(312)이 연통된다. 그리고, 웨이퍼 반송 기구(502)의 반송 아암(512)에 의해, 웨이퍼(W)가 처리 장치(401)로부터 반출되어, 진공 반송실(312) 내에 반입된다.
그 후, 전술과 같이 하여, 게이트 밸브(G12∼G20, G2)나 반송 아암(512∼514) 등의 구동원이 구동되어, 이하의 순서로 반송되도록, 진공 반송실(31)과 처리 장치(40) 사이 등에서 웨이퍼(W)의 반입출이 행해진다.
처리 장치(402)→진공 반송실(313)→처리 장치(403)→진공 반송실(313)→처리 장치(404)→진공 반송실(313)→처리 장치(405)→진공 반송실(312)→처리 장치(406)→진공 반송실(311)→로드록 장치(12)
그리고, 각 처리 장치(401∼406)로 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 처리가 행해진다.
로드록 장치(12)에 복귀된 웨이퍼(W)는, 카세트(C)로부터의 반입 시와 반대의 순서로, 원래의 카세트(C)에 복귀된다.
이상과 같은 일련의 웨이퍼 처리가 각 웨이퍼(W)에 대하여 행해져, 각 웨이퍼(W)에 적층막이 형성된다.
이러한 일련의 웨이퍼 처리의 과정에서, 어떤 막이 형성된 후, 그 막의 두께를 측정할 필요가 있는 경우는, 막이 형성된 웨이퍼(W)가 막 두께 측정 장치(60)에 반송되어, 막 두께의 측정이 행해진다. 이때는, 성막 후의 처리 장치로부터 대응하는 진공 반송실의 웨이퍼 반송 기구(50)에 의해 웨이퍼(W)가 반출되어, 필요에 따라 1 또는 2 이상의 웨이퍼 반송 기구(50)에 이송된 후, 게이트 밸브(G21)가 개방되어, 웨이퍼 반송 기구(503)에 의해 막 두께 측정 장치(60)에 반송된다. 막 두께의 측정은, 성막 처리용의 처리 장치로 성막 처리가 행해질 때마다 행해져도 좋고, 몇 개의 처리 장치로 성막 처리가 행해진 후에 행해져도 좋고, 모든 막이 형성된 후에 행해져도 좋다.
<막 두께 측정 장치(60)>
계속해서, 막 두께 측정 장치(60)에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 막 두께 측정 장치(60)의 일례를 나타내는 종단면도이다.
막 두께 측정 장치(60)는, 예컨대, 도 2에 나타내는 바와 같이, 감압 가능하게 구성된, 용기로서의 챔버(100)를 가지고 있다. 챔버(100) 내에는, 웨이퍼(W)가 배치되는 배치대로서의 스테이지(110)가 마련되어 있다.
스테이지(110)는, 구체적으로는, 그 상면에 웨이퍼(W)가 배치된다. 또한, 스테이지(110)는, 회전 및 승강 가능하게 구성되어 있다. 스테이지(110)에 대하여는, 웨이퍼 반송 기구(503)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달할 때에 이용되는 리프터(도시하지 않음)가 스테이지(110)의 표면에 대하여 돌출이나 함몰 가능하게 마련되어 있다. 또한, 스테이지(110)에는, 상기 스테이지(110)에 배치된 웨이퍼(W)의 온도를 조절하기 위해, 히터 등의 온도 조절 기구가 마련되어 있어도 좋다. 또한, 상기 온도 조절 기구를 이용하여 웨이퍼(W)에 대하여 가열 처리나 냉각 처리가 행해지도록 하여도 좋다.
스테이지(110)의 바닥면의 중앙에는 지지축(111)이 접속되어 있다. 지지축(111)은 챔버(100)의 바닥벽(101)에 형성된 관통 구멍(101a)을 통하여 챔버(100)의 하방까지 연장되어 있고, 회전 기구(112)에 접속되어 있다.
회전 기구(112)는, 스테이지(110)를 회전시키며, 구체적으로는, 지지축(111)을 통해 스테이지(110)를 회전시킨다. 회전 기구(112)는, 스테이지(110)의 회전을 구동하는 구동부(113)를 갖는다. 구동부(113)는, 전술한 회전을 위한 구동력을 발생하는 구동 유닛으로서, 예컨대 모터(114)를 갖는다. 모터(114)는, 지지축(111)에 접속된 회전축(도시하지 않음)을 갖는다. 또한, 구동부(113)는, 모터(114)에 접속된 앱솔루트 엔코더(115)를 갖는다.
앱솔루트 엔코더(115)는, 모터(114)의 회전축의 동축으로 된 회전축(도시하지 않음)을 가지고, 예컨대, 모터(114)의 회전축의 회전 각도를 검출한다. 앱솔루트 엔코더(115)는, 구체적으로는, 회전판에 형성된 슬릿 모양에 의해 광의 투과 비투과 패턴을 형성하고, 이 패턴으로부터 모터(114)의 회전축의 임의의 기준점으로부터의 회전 위치 즉 회전 각도(절대 각도)를 검출한다. 모터(114)의 회전축의 회전 각도는, 스테이지(110)에 접속된 지지축(111)의 회전량과 일치하기 때문에, 스테이지(110)의 회전 각도 즉 스테이지(110)의 방향과 일치한다. 즉, 앱솔루트 엔코더(115)는, 스테이지(110)의 방향(회전 각도)을 검출하는 방향 검출부이다. 모터(114)는 제어부(70)로 제어되고, 앱솔루트 엔코더(115)의 검출 결과는 제어부(70)에 출력된다.
또한, 회전 기구(112)는, 승강판(116)에 부착되어 있고, 승강판(116)에는 조정 기구로서의 승강 기구(117)가 접속되어 있다. 승강 기구(117)는, 예컨대 압전 액츄에이터로 구성되며, 승강판(116) 및 지지축(111)을 통해 스테이지(110)를 승강시킨다. 이에 의해, 스테이지(110)의 높이를 미조정할 수 있다. 승강 기구(117)는, 제어부(70)로 제어된다. 바닥벽(101)과 승강판(116) 사이에는, 지지축(111)을 둘러싸도록 신축 가능한 벨로우즈(118)가 기밀하게 마련되어 있다.
챔버(100)의 바닥벽(101)에는, 배기구(101b)가 형성되어 있고, 배기구(101b)에는 배기관(120)이 접속되어 있고, 배기관(120)에는, 압력 제어 밸브나 진공 펌프를 갖는 배기 기구(121)가 접속되어 있다. 배기　기구(121)를 작동시킴으로써, 챔버(100) 내를 진공 분위기로 할 수 있다.
챔버(100)의 측벽(102)에는, 웨이퍼(W)의 반입출구(102a)가 마련되어 있고 반입출구(102a)는, 전술한 게이트 밸브(G21)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
챔버(100)의 천장벽(리드)(103)에는, 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 연장되는 가늘고 긴 스루 홀(103a)이 형성되어 있다. 스루 홀(103a)은 후술하는 막 두께 측정용의 광 및 거리 측정용의 레이저가 투과하는 예컨대 석영제의 투광 부재(130)에 의해 덮여 있다. 투광 부재(130)와 천장벽(103) 사이는, 시일 링(131)으로 밀폐되어 있다.
챔버(100)의 스루 홀(103a)에 대응하는 위치의 상방의 대기 분위기 영역에는, 광 어셈블리(140)가 마련되어 있다. 광 어셈블리(140)는, 본체부(141)와, 수발광 유닛(142)과, 레이저 유닛(143)을 갖는다.
본체부(141)에는, 수발광 유닛(142)과 레이저 유닛(143)이 서로 인접한 상태에서, 부착되어 있다.
수발광 유닛(142)은, 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)를 향하여 막 두께 측정용의 광(L1)을 출사하며, 출사된 광(L1)의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 의한 반사광을 수광한다. 수발광 유닛(142)은, 막 두께 측정용의 광(L1)을 웨이퍼(W)를 향하여 사출하는 광 출사부(도시하지 않음)와, 상기 반사광을 수광 즉 검출하는 수광부(도시하지 않음)를 갖는다.
광 출사부는, 광원부(144)로부터 광 파이버(145)를 통해 유도된 광(L1)을 출사한다. 광 출사부로부터 출사된 광은, 투광 부재(130) 및 스루 홀(103a)을 통해, 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 조사된다.
광원부(144)는, 광원, 광원으로부터의 광을 증폭하는 증폭기 등을 갖는다. 상기 광원으로서는, 파장이 800 ㎚ 이하 정도인 단파장의 브로드 광을 발광하는 램프 광원을 이용할 수 있다.
수광부는, 전술한 반사광을 수광 즉 검출하는 수광 센서(도시하지 않음)를 갖는다.
광 출사부(구체적으로는 광원부(144))는, 제어부(70)로 제어되고, 또한, 수광부에 의한 반사광의 수광 결과는, 제어부(70)에 출력된다. 제어부(70)에서는, 반사광의 수광 결과에 기초하여, 웨이퍼(W)에 형성된 막의 두께를 측정한다.
레이저 유닛(143)은, 거리 측정용의 레이저(L2)를 하방을 향하여, 즉 스테이지(110)를 향하여 출사하는 레이저 출사부와, 출사된 레이저(L2)의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 의한 반사광 또는 웨이퍼(W)가 배치되지 않은 스테이지(110)에 의한 반사광을 수광하는 레이저 수광부를 갖는다.
레이저 출사부는, 레이저 광원부(146)로부터 광 파이버(147)를 통해 유도된 레이저 광을 출사한다. 레이저 출사부로부터 출사된 레이저 광은, 투광 부재(130) 및 스루 홀(103a)을 통해, 스테이지(110)의 웨이퍼(W) 또는 스테이지(110)에 조사된다.
레이저 수광부는, 전술한 반사광을 수광 즉 검출하는 수광 센서(도시하지 않음)를 갖는다.
레이저 출사부(구체적으로는 레이저 광원부(146))는, 제어부(70)로 제어되고, 또한, 레이저 수광부에 의한 레이저 광의 반사광(이하, 「반사 레이저 광」이라고 하는 경우가 있음)의 수광 결과는, 제어부(70)에 출력된다. 제어부(70)에서는, 반사 레이저 광의 수광 결과에 기초하여, 수발광 유닛(142)과 웨이퍼(W)의 거리, 구체적으로는, 수발광 유닛(142)의 수광부의 수광 센서와 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)의 거리(d)(이하, 「상대 작동 거리(d)」라고 하는 경우가 있음)를 측정한다. 예컨대, 레이저 광원부(146), 광 파이버(147) 및 후술하는 거리 추정부가, 측거부를 구성한다.
또한, 챔버(100)의 상방에는, 수평 이동 기구(150)가 마련되어 있다.
수평 이동 기구(150)는, 광 어셈블리(140)의 본체부(141)를 가이드하는 리니어 가이드(151)를 갖는다. 리니어 가이드(151)는, 지지 부재(152)를 통해 챔버(100)의 천장벽(103)에 지지된 상태에서, 스테이지(110)의 직경 방향과 일치하는 장치 깊이 방향(도면의 Y 방향)으로 연장되도록 수평으로 배치되어 있다.
광 어셈블리(140)의 본체부(141)는, 리니어 가이드(151)에 가이드되는 슬라이더로서 구성된다. 수평 이동 기구(150)는, 리니어 가이드(151)를 따른 본체부(141)의 이동을 구동하는 구동부(153)를 갖는다. 구동부(153)는, 예컨대, 전술한 이동을 위한 구동력을 발생하는 구동 유닛으로서, 예컨대 모터를 갖는다.
수평 이동 기구(150)는, 전술한 바와 같은 구성에 의해, 수발광 유닛(142) 및 레이저 유닛(143)을 갖는 광 어셈블리(140) 전체를, 리니어 가이드(151)를 따라, 스테이지(110)의 직경 방향과 일치하는 장치 깊이 방향(도면의 Y 방향)으로 수평으로 이동시킬 수 있다.
전술한 수평 이동 기구(150)에 의해, 수발광 유닛(142)으로부터 출사된 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점을, 스테이지(110)의 직경 방향과 일치하는 장치 깊이 방향(도면의 Y 방향)으로 수평으로 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 전술한 수평 이동 기구(150)에 의해, 레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점 및 스테이지(110)에 대한 조사점을, 상기 장치 깊이 방향(도면의 Y 방향)으로 수평으로 이동시킬 수 있다.
또한, 회전 기구(112)에 의해, 수발광 유닛(142)으로부터 출사된 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점을, 스테이지(110)의 회전축과 일치하는 회전 기구(112)의 회전축을 중심으로 한 둘레 방향(θ 방향)으로 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 회전 기구(112)에 의해, 레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점 및 스테이지(110)에 대한 조사점을, 상기 둘레 방향(θ 방향)으로 이동시킬 수 있다.
즉, 수평 이동 기구(150) 및 회전 기구(112)는,
·수발광 유닛(142)으로부터 출사된 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점
·레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점
·레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저 광의 스테이지(110)에 대한 조사점을 이동시키는 이동 기구로서 기능한다.
챔버(100)의 상방에는, 광 어셈블리(140)를 냉각하기 위한 냉각 팬(160)이 마련되어 있다. 냉각 팬(160)은, 특히 스테이지(110)가 히터에 의해 가열되는 경우에 유효하다.
또한, 수발광 유닛(142) 및 레이저 유닛(143)의 광로에는 커버를 마련하여도 좋다.
<제어부(70)>
도 3은 막 두께 측정에 관한, 제어부(70)의 기능 블록도이다.
제어부(70)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, CPU 등의 프로세서가 기억부에 기억된 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 실현되는, 이동 제어부(71), 막 두께 추정부(72), 방향 제어부(73), 거리 추정부(74), 조정 기구로서의 높이 제어부(75)를 구비한다.
이동 제어부(71)는, 수평 이동 기구(150) 및 회전 기구(112)를 제어(구체적으로는 구동부(153) 및 구동부(113)를 제어)하여, 이하의 조사점의 이동을 제어한다.
·수발광 유닛(142)으로부터 출사된 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점
·레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점
·레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저 광의 스테이지(110)에 대한 조사점
이동 제어부(71)는, 상기 조사점을 막 두께 측정점으로 이동시킬 수 있다. 조사점의 R 방향 위치(구체적으로는 스테이지(110)의 직경 방향 위치)의 원점은, 예컨대, 스테이지(110)의 중심이다. 또한, 조사점의 θ 방향 위치(구체적으로는 스테이지(110)의 회전 방향 위치)의 원점은, 웨이퍼(W)가 배치되었을 때의 스테이지(110)의 회전 방향 위치이다. 또한, 예컨대, 조사점의 θ 방향 위치(θ 좌표)의 원점은, 웨이퍼(W)가 스테이지(110)에 배치된 후에 웨이퍼(W)가 소정의 방향이 되도록 스테이지(110)를 회전시켰을 때의 스테이지의 회전 방향 위치이다.
막 두께 측정점은, 예컨대 복수이며, 보다 구체적으로는, 예컨대 웨이퍼(W) 의 중심의 1점과, 웨이퍼(W)의 중앙 영역을 제외한 외주 영역을 직경 방향으로 3분할하여 얻어지는 3개의 원환형 영역 각각에서 4점의 계 13점이다.
막 두께 추정부(72)는, 수발광 유닛(142)으로부터 출사된 광(L1)의, 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 의한 반사광의 수광부에서의 수광 결과에 기초하여, 웨이퍼(W)에 형성된 막의 두께를 추정한다. 막 두께 추정부(72)는, 막 두께 측정점마다, 막 두께의 추정을 행한다.
또한, 상기 반사광의 수광 결과에 기초한 막 두께의 추정 방법에는, 예컨대 분광 간섭법을 이용할 수 있다. 막 두께 측정용의 광(L1)으로서, 파장이 800 ㎚ 이하 정도인 단파장의 브로드광을 이용하고, 막 두께의 추정에 분광 간섭법을 이용함으로써, 막 두께 10 ㎚ 이하, 더욱 1 ㎚ 이하의 극박막의 막 두께 측정을 행할 수 있다. 상기 반사광의 수광 결과에 기초한 막 두께의 추정 방법에, 편광 해석법을 이용하여도 좋다.
방향 제어부(73)는, 앱솔루트 엔코더(115)에 의한 스테이지(110)의 방향의 검출 결과에 기초하여 회전 기구(112)를 제어하여, 웨이퍼(W)가 배치될 때의 스테이지(110)의 방향(이하, 「배치 시 스테이지 방향」이라고 하는 경우가 있음)을 제어하여 조정한다. 배치 시 스테이지 방향은, 구체적으로는, 진공 반송 장치(30)의 웨이퍼 반송 기구(503)로부터 스테이지(110)에 웨이퍼(W)가 배치될 때의 상기 스테이지(110)의 방향이다.
막 두께 측정 장치(60)에서는, 스테이지(110)의 기울기(구체적으로는 웨이퍼 배치면의 수평면에 대한 기울기)를, 상기 막 두께 측정 장치(60)의 조립 시 등에 조정을 행하여도, 0°로 할 수 없다. 그리고, 종래, 웨이퍼(W)를 스테이지(110)에 배치할 때의 상기 스테이지(110)의 방향(회전 각도)은 관리되고 있지 않았기 때문에, 막 두께 측정 시의 스테이지(110)의 방향이 웨이퍼(W)마다 다른 경우가 있었다. 구체적으로는, 각 막 두께 측정점에 있어서의 스테이지(110)의 방향이 웨이퍼(W)마다 다른 경우가 있었다. 이와 같이, 각 막 두께 측정점에 있어서의 스테이지(110)의 방향이 웨이퍼(W)마다 다르면, 각 막 두께 측정점에 있어서의 스테이지(110)의 기울기도 웨이퍼(W)마다 달라져 간다. 예컨대, 도 4에 나타내는 바와 같이, 막 두께 측정점(A)에 있어서 스테이지(110)가 정면에서 보아 수평면에 대하여 부방향으로 기울어진 경우(즉 기울기 각도(α)＞0의 경우), 스테이지(110)의 방향이 180°다른 때에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 동일한 막 두께 측정점(A)에 있어서 스테이지(110)가 정면에서 보아 수평면에 대하여 정방향으로 기운다(즉 기울기 각도(α)＜0이 됨). 또한, 도 4 및 도 5에 있어서의 부호 N은 노치이다. 각 막 두께 측정점에 있어서, 전술한 바와 같이 스테이지(110)의 기울기가 웨이퍼(W)마다 다르면, 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)의 기울기도 다르기 때문에, 수발광 유닛(142)에 의한 반사광의 수광 결과(구체적으로는 광강도)도 달라져 간다.
특히, 수발광 유닛(142)의 수광부의 광축(구체적으로는 수광 센서에 대한 집광 광학계의 광축)(AX)도, 조립 시 등에 조정을 행하여도, 연직 방향으로부터 기울어 설치된다. 이와 같이, 수발광 유닛(142)의 수광부의 광축이 기울어진 상태에서는, 스테이지(110)의 방향에 따라, 수발광 유닛(142)의 수광부에의 반사광의 닿기 쉬운 상태가 크게 달라져 간다. 예컨대, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 수발광 유닛(142)의 수광부의 광축(AX)이 정면에서 보아 연직축에 대하여 정방향으로 기울어진 경우, 스테이지(110)가 수평면에 대하여 정방향으로 기울어지면, 수발광 유닛(142)의 수광부에 반사광은 닿기 쉽지만, 스테이지(110)의 방향이 달라 스테이지(110)가 수평면에 대하여 부방향으로 기울어지면, 수발광 유닛(142)의 수광부에 반사광은 닿기 어렵다.
본 발명자들이 실험을 거듭한 바에 따르면, 스테이지(110)의 기울기에 기인한, 수발광 유닛(142)에 의한 반사광의 수광 결과의 차이는, 10 ㎚ 이하, 더욱 1 ㎚ 이하로 매우 얇은 막의 막 두께 측정에 있어서는, 측정 정밀도에 영향을 끼치는 것이 판명되었다. 예컨대, 동일한 처리 레시피로 막을 형성한 웨이퍼(W)라도, 배치 시 스테이지 방향을 120°다르게 하는 것만으로, 웨이퍼 중심의 막 두께의 측정 결과가, 웨이퍼(W) 간에서 0.1 ㎚ 정도로 크게 다르고, 또한, 웨이퍼(W) 간에서 막 두께 분포 형상이 크게 다른 경우가 있었다.
그래서, 본 실시형태에서는, 배치 시 스테이지 방향이 원하는 방향이 되도록, 방향 제어부(73)가 앱솔루트 엔코더(115)에 의한 스테이지(110)의 방향의 검출 결과에 기초하여 회전 기구(112)를 제어한다.
예컨대, 방향 제어부(73)는, 스테이지(110)에 배치될 때의 웨이퍼(W)의 방향(이하, 이하, 「배치 시 웨이퍼 방향」이라고 하는 경우가 있음)이 일정한 경우 등에 있어서는, 배치 시 스테이지 방향이, 미리 정해진 기준의 방향이 되도록, 회전 기구(112)를 제어한다.
또한, 배치 시 웨이퍼 방향이 일정하면, 배치 시 스테이지 방향을, 미리 정해진 기준의 방향으로 함으로써, 웨이퍼(W)가 배치될 때의 스테이지(110)의, 배치되는 웨이퍼(W)에 대한 상대적인 방향(이하, 「배치 시 상대 스테이지 방향」이라고 하는 경우가 있음)도, 일정해진다. 단, 이하의 경우 등에 있어서, 배치 시 웨이퍼 방향은 일정해지지 않는 경우가 있다. 즉, 성막 시스템(1)이 본 실시형태와 같이 처리 장치(40)에 의해 복수의 웨이퍼(W)를 연속적으로 처리하는 경우로서, 막 두께 측정 장치(60)가 복수의 웨이퍼(W) 각각에 대해 측정을 행하는 경우, 측정 직전에 행해진 처리가 웨이퍼(W) 간에서 공통이어도, 배치 시 웨이퍼 방향이 복수의 웨이퍼(W) 간에서 다른 경우가 있다. 또한, 성막 시스템(1)이 본 실시형태와 같이 처리 장치(40)에 의해 복수의 처리를 행하여 웨이퍼(W) 상에 적층막을 형성하는 경우로서, 막 두께 측정 장치(60)가 상기 복수의 처리 각각이 행해질 때마다 측정을 행하는 경우, 배치 시 웨이퍼 방향이 상기 복수의 처리 간에서 다른 경우가 있다.
이와 같이 배치 시 웨이퍼 방향이 일정하지 않은 경우라도 배치 시 상대 스테이지 방향을 일정하게 하기 위해, 방향 제어부(73)가, 배치 시 상대 스테이지 방향이, 미리 정해진 방향이 되도록, 회전 기구(112)를 제어하여도 좋다.
이 경우에 필요한, 배치 시 웨이퍼 방향의 정보는, 처리 스테이션(11) 내에 웨이퍼 방향 검출부(도시하지 않음)를 마련해 두고, 상기 검출부에서의 검출 결과를 적용하여도 좋다. 또한, 배치 시 웨이퍼 방향이 기지인 경우는, 상기 방향의 정보를 제어부(70)의 기억부에 미리 기억시켜 두어도 좋다.
본 발명자들이 행한 실험에 따르면, 전술한 바와 같이 배치 시 스테이지 방향을 조정함으로써, 동일한 처리 레시피로 막을 형성한 웨이퍼(W)에 대해서는, 웨이퍼 중심의 막 두께의 측정 결과의 편차를 0.01 ㎚ 이하로 억제할 수 있고, 또한, 막 두께 분포 형상을 웨이퍼(W) 간에서 동일하게 할 수 있다.
도 3의 설명으로 되돌아간다.
거리 추정부(74)는, 레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저(L2)의, 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 의한 반사광의 레이저 수광부에서의 수광 결과에 기초하여, 상대 작동 거리(d)를 추정한다. 거리 추정부(74)는, 막 두께 측정점마다, 상대 작동 거리(d)의 추정을 행한다.
또한, 거리 추정부(74)는, 레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저(L2)의, 스테이지(110)에 의한 반사광의 레이저 수광부에서의 수광 결과에 기초하여, 레이저 유닛(143)으로부터 스테이지(110)까지의 거리를 추정할 수 있다.
높이 제어부(75)는, 거리 추정부(74)에 의한 상대 작동 거리(d)의 추정 결과에 기초하여, 승강 기구(117)를 제어하고, 스테이지(110)의 높이를 제어하여, 막 두께 측정 시의 상대 작동 거리(d)를 조정한다.
상대 작동 거리(d)를 조정하지 않는 경우, 스테이지(110)가 수평면에 대하여 기울어지면, 막 두께 측정 위치마다 상대 작동 거리(d)가 달라져 간다.
본 발명자들이 실험을 거듭한 바에 따르면, 상대 작동 거리(d)의 차이는, 10 ㎚ 이하, 더욱 1 ㎚ 이하로 매우 얇은 막의 막 두께 측정에 있어서는, 측정 정밀도에 영향을 끼치는 것이 판명되었다. 예컨대, 상대 작동 거리(d)가 1 ㎜ 변화하면, 측정막 두께에 0.2 ㎚의 오차가 생기는 경우가 있었다.
그래서, 본 실시형태에서는, 막 두께 측정 시의 상대 작동 거리(d)가 원하는 거리가 되도록, 높이 제어부(75)가, 거리 추정부(74)의 상대 작동 거리(d)의 추정 결과에 기초하여 승강 기구(117)를 제어한다.
예컨대, 높이 제어부(75)는, 막 두께 측정점마다, 막 두께 측정 시의 상대 작동 거리(d)가, 미리 정해진 거리로 보정되도록, 승강 기구(117)를 제어한다.
또한, 높이 제어부(75)는, 어떤 1의 막 두께 측정점에 대해서는 상대 작동 거리(d)의 보정은 행하지 않고, 다른 막 두께 측정점에 대해서는, 상기 다른 막 두께 측정점에서의 상대 작동 거리(d)가 상기 1의 막 두께 측정점에서의 상대 작동 거리(d)와 동일해지도록 보정되도록, 승강 기구(117)를 제어하여도 좋다.
스테이지(110)가 수평면에 대하여 경사진 경우에 있어서, 전술한 바와 같이 배치 시 스테이지 방향을 조정하는 것에 더하여, 상대 작동 거리(d)를 보정함으로써, 각 막 두께 측정점에서, 보다 정확하게 막 두께를 측정할 수 있다.
본 발명자들의 실험에 따르면, 배치 시 스테이지 방향의 조정 및 상대 작동 거리(d)의 양방을 행함으로써, 배치 시 스테이지 방향의 조정만을 행한 경우에 비해서, 형광 X선 분석에 의해 측정된 막 두께의 면내 분포에 가까운 막 두께 분포가 얻어졌다. 또한, 형광 X선 분석은 정확한 막 두께의 측정을 행할 수 있지만, X선을 이용하기 때문에, in-situ에서의 막 두께 측정에는 적합하지 않다.
<원점 위치의 티칭>
계속해서, 막 두께 측정 장치(60)를 이용한 막 두께 측정에 앞서 행해지는, 스테이지(110)의 기준의 방향(원점 위치)의 티칭에 대해서 설명한다. 도 6은 스테이지(110)의 기준의 방향의 티칭 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 또한, 상기 티칭은 성막 시스템(1) 및 막 두께 측정 장치(60)의 가동 시에 행해진다.
예컨대, 먼저, 스테이지(110)의 설치 후, 제어부(70)의 제어의 하, 스테이지(110)의 높이 분포가 취득되고, 취득된 상기 높이 분포가 작업자에 의해 평가된다(단계 S1).
구체적으로는, 예컨대, 막 두께 측정 장치(60)의 조립 후, 복수의 높이 측정 위치 각각에 대하여 이하의 각 처리가 행해진다.
·이동 제어부(71)가, 레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저 광의 스테이지(110)에 대한 조사점과 높이 측정 위치가 일치하도록, 수평 이동 기구(150) 및 회전 기구(112)를 제어하여, 레이저 유닛(143)을 이동시키켜 스테이지(110)를 회전시킨다.
·그 후, 제어부(70)가, 레이저 광원부(146)를 제어하여, 레이저 유닛(143)으로부터 레이저 광을 스테이지(110)를 향하여 조사시켜, 레이저 광의 스테이지(110)에 대한 조사점에서의 반사광을 레이저 수광부에 검출시킨다.
·거리 추정부(74)가, 레이저 수광부에서의 검출 결과에 기초하여, 스테이지(110)의 높이에 대응하는, 레이저 유닛(143)으로부터 스테이지(110)까지의 거리를 추정한다.
계속해서, 제어부(70)는, 복수의 높이 측정 위치 각각에 대하여 추정된, 레이저 유닛(143)으로부터 스테이지(110)까지의 거리를, 스테이지(110)의 높이 분포로서, 예컨대, 표시 디바이스(도시하지 않음)에 표시시킨다.
작업자는, 예컨대, 표시 디바이스의 표시 내용에 기초하여, 스테이지(110)의 높이 분포를 평가한다.
작업자는, 스테이지(110)의 높이 분포로부터, 스테이지(110)의 기울기 방향을 파악하면(단계 S2), 파악한 스테이지(110)의 기울기 방향에 따라, 지지축(111)을 중심으로 스테이지(110)를 회전시킨다(단계 S3). 또한, 단계 S3은 생략하여도 좋다.
그리고, 작업자의 제어부(70)의 조작 입력부(도시하지 않음)에 대한 조작에 따라, 제어부(70)가, 이 상태에서의 앱솔루트 엔코더(115)에 의한 검출 결과를, 스테이지(110)의 회전 각도의 원점 위치 즉(스테이지(110)의) 기준 방향으로서, 기억부(도시하지 않음)에 기억시킨다(단계 S4).
이에 의해, 스테이지(110)의 기준의 방향의 티칭은 종료한다.
<막 두께 측정 방법>
계속해서, 막 두께 측정 장치(60)를 이용한 막 두께 측정 방법에 대해서 설명한다. 도 7은 막 두께 측정 장치(60)를 이용한 막 두께 측정 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 방향 제어부(73)가, 앱솔루트 엔코더(115)에 의한 스테이지(110)의 방향의 검출 결과에 기초하여 회전 기구(112)를 제어하여, 스테이지(110)의 회전 각도를, 기억부에 기억된 원점 위치로 조정하고, 바꾸어 말하면, 스테이지(110)의 방향을, 기억부에 기억된 기준의 방향으로 조정한다(단계 S11).
계속해서, 방향 제어부(73)가, 앱솔루트 엔코더(115)에 의한 스테이지(110)의 방향의 검출 결과와 웨이퍼(W)가 스테이지(110)에 배치될 때의 웨이퍼(W)의 방향의 정보에 기초하여, 회전 기구(112)를 제어하여, 배치 시 상대 스테이지 방향이 미리 정해진 방향이 되도록, 스테이지(110)를 회전시킨다(단계 S12). 또한, 배치 시 상대 스테이지 방향이 항상 미리 정해진 방향이 되도록 할 필요는 없어, 이 단계 S12는 생략하여도 좋다.
계속해서, 제어부(70)의 제어 하, 게이트 밸브(G21)가 개방되고, 웨이퍼 반송 기구(503)에 의해 챔버(100) 내에 웨이퍼(W)가 반입되어, 스테이지(110) 상에 배치된다(단계 S13). 이때, 배치 시 스테이지 방향이 기준의 방향이 되고, 또는, 배치 시 상대 스테이지 방향이 미리 정해진 방향이 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 배치 후, 게이트 밸브(G21)는 폐쇄된다.
다음에, 예컨대, 웨이퍼 중심 위치를 막 두께 측정 위치로 하여, 상기 웨이퍼 중심 위치에서의 상대 작동 거리(d) 및 막 두께가 측정된다(단계 S14).
예컨대, 먼저, 제어부(70)가, 회전 기구(112)를 제어하여, 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)의 방향이 소정의 방향이 되도록, 스테이지(110)를 회전시킨다. 이 때문에 웨이퍼(W)의 방향의 검출 기구를 막 두께 측정 장치(60)에 마련하여도 좋다.
또한, 높이 제어부(75)가, 승강 기구(117)를 제어하여, 스테이지(110)의 높이가 소정의 측정 높이가 되도록, 스테이지(110)를 상승시킨다.
계속해서, 이동 제어부(71)가, 레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점과 웨이퍼 중심 위치가 일치하도록, 수평 이동 기구(150) 및 회전 기구(112)를 제어하여, 레이저 유닛(143)을 이동시키며 스테이지(110)를 회전시킨다.
그 후, 제어부(70)가, 레이저 광원부(146)를 제어하여, 레이저 유닛(143)으로부터 레이저 광을 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)를 향하여 조사시켜, 레이저 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점에서의 반사광을 레이저 수광부에 검출시킨다.
그리고, 거리 추정부(74)가, 레이저 수광부에서의 검출 결과에 기초하여, 웨이퍼 중심 위치에서의 상대 작동 거리(d)를 추정한다.
또한, 제어부(70)가, 수발광 유닛(142)으로부터 출사된 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점과 웨이퍼 중심 위치가 일치하도록, 수평 이동 기구(150)를 제어하여, 수발광 유닛(142)을 이동시킨다.
그 후, 제어부(70)가, 광원부(144)를 제어하여, 수발광 유닛(142)으로부터 광을 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)를 향하여 조사시켜, 상기 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점에서의 반사광을 수발광 유닛(142)의 수광부에 검출시킨다.
그리고, 막 두께 추정부(72)가, 수발광 유닛(142)의 수광부에서의 검출 결과에 기초하여, 웨이퍼 중심 위치에서의 막 두께를 추정한다.
계속해서, 나머지 막 두께 측정 위치 각각에 대해, 웨이퍼 중심 위치와 동일한 상대 작동 거리(d)로의 보정과, 보정 후의 막 두께 측정이 행해진다(단계 S15).
구체적으로는, 예컨대, 나머지의 막 두께 측정 위치 각각에 대하여 이하의 각 처리가 행해진다.
·이동 제어부(71)가, 레이저 유닛(143)으로부터 출사된 레이저 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점과 상기 막 두께 측정 위치가 일치하도록, 수평 이동 기구(150) 및 회전 기구(112) 중 적어도 어느 한쪽을 제어하여, 레이저 유닛(143)의 이동 및 스테이지(110)의 회전 중 어느 한쪽을 행하게 한다.
·그 후, 제어부(70)가, 레이저 광원부(146)를 제어하여, 레이저 유닛(143)으로부터 레이저 광을 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)를 향하여 조사시켜, 레이저 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점으로부터의 반사광을 레이저 수광부에 검출시킨다.
·그리고, 거리 추정부(74)가, 레이저 수광부에서의 검출 결과에 기초하여, 상기 막 두께 측정 위치에서의 상대 작동 거리(d)를 추정한다.
·계속해서, 높이 제어부(75)가, 거리 추정부(74)의 추정 결과에 기초하여, 승강 기구(117)를 제어하여, 상기 막 두께 측정 위치에서의 상대 작동 거리(d)가, 웨이퍼 중심 위치에서의 상대 작동 거리(d)와 동일해지도록 스테이지(110)의 높이를 보정한다.
·보정 후, 이동 제어부(71)가, 수발광 유닛(142)으로부터 출사된 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점과 상기 막 두께 측정 위치가 일치하도록, 수평 이동 기구(150)를 제어하여, 수발광 유닛(142)을 이동시킨다.
·그 후, 제어부(70)가, 광원부(144)를 제어하여, 수발광 유닛(142)으로부터 광을 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)를 향하여 조사시켜, 상기 광의 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)에 대한 조사점에서의 반사광을 수발광 유닛(142)의 수광부에 검출시킨다.
·그리고, 막 두께 추정부(72)가, 수발광 유닛(142)의 수광부에서의 검출 결과에 기초하여, 상기 막 두께 측정 위치에서의 막 두께를 추정한다.
모든 막 두께 측정 위치에 대한 막 두께의 측정이 완료하면, 방향 제어부(73)가, 앱솔루트 엔코더(115)에 의한 스테이지(110)의 방향의 검출 결과에 기초하여 회전 기구(112)를 제어하여, 반출 시의 웨이퍼(W)의 방향이 소정의 방향이 되도록 한다(단계 S16). 이 때문에 웨이퍼(W)의 방향의 검출 기구를 막 두께 측정 장치(60)에 마련하여도 좋다. 또한, 단계 S16은 생략하여도 좋다. 또한, 배치 시 스테이지 방향이 동일한 웨이퍼(W)라도, 측정 후의 반송처의 처리 장치 등에 따라, 반출 시의 웨이퍼(W)의 방향을 다르게 하는 경우가 있다.
그 후, 제어부(70)의 제어 하, 게이트 밸브(G21)가 개방되고, 웨이퍼 반송 기구(503)에 의해 챔버(100) 내의 웨이퍼(W)가 반출된다(단계 S17). 또한, 반출 후 게이트 밸브(G21)는 폐쇄된다.
그리고, 다음 웨이퍼(W)에 대하여 단계 S11∼S17이 행해진다.
<효과>
이상과 같이 본 실시형태에서는, 방향 제어부(73)가, 회전 기구(112)를 제어하여, 배치 시 스테이지 방향이 원하는 방향이 되도록 한다. 따라서, 10 ㎚ 이하, 더욱 1 ㎚ 이하라고 하는 매우 얇은 막의 막 두께 측정에 있어서, 스테이지(110)가 기울어져 있음으로써 스테이지(110) 상의 웨이퍼(W)의 막 두께의 측정 결과가 웨이퍼(W)마다 불규칙해지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 높이 제어부(75)가, 승강 기구(117)를 제어하여, 막 두께 측정 시의 상대 작동 거리(d)가 원하는 거리가 되도록 한다. 따라서, 0 ㎚ 이하, 더욱 1 ㎚ 이하라고 하는 매우 얇은 막의 막 두께 측정에 있어서, 스테이지(110)가 기울어져 있어도, 각 막 두께 측정점에서, 고정밀도로 막 두께를 측정할 수 있다.
전술한 특허문헌 2, 3에는, 복수의 처리 모듈을 갖는 성막 시스템에 있어서, 막 두께를 측정하는 모듈을 접속하여 in-situ에서 막 두께 측정하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이들 기술은, 레이저를 이용하여 막 두께를 측정하는 것이며, MRAM 등과 같은 10 ㎚ 이하, 더욱 1 ㎚ 이하와 같은 매우 얇은 막의 막 두께 측정은 상정하지 않는다. 그리고, 종래, MRAM용의 막의 막 두께 측정은, 적층막을 성막 후의 웨이퍼를 성막 시스템으로부터 반출한 후에 행해야 했다.
그에 대하여, 본 실시형태에 따르면, 10 ㎚ 이하, 더욱 1 ㎚ 이하와 같은 매우 얇은 막의 막 두께 측정을 성막 시스템으로부터 반출하지 않고 in-situ에서 행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 방향 제어부(73)가, 배치 시 상대 스테이지 방향이, 미리 정해진 방향이 되도록, 회전 기구(112)를 제어하여도 좋다. 이에 의해, 성막 시스템(1)이 처리 장치(40)에 의해 복수의 웨이퍼(W)를 연속적으로 처리하는 경우로서, 막 두께 측정 장치(60)가 복수의 웨이퍼(W) 각각에 대하여 측정을 행하는 경우에, 배치 시 상대 스테이지 방향을 복수의 웨이퍼(W) 간에서 동일하게 할 수 있다. 따라서, 막 두께 측정 장치(60)에 의한 측정 결과에 기초하여, 성막 시스템(1)에 의한 웨이퍼(W)에 대한 처리 결과를, 웨이퍼(W)마다 적절하게 평가할 수 있다.
방향 제어부(73)가, 배치 시 상대 스테이지 방향이, 미리 정해진 방향이 되도록, 회전 기구(112)를 제어함으로써, 이하의 효과도 있다. 즉, 성막 시스템(1)이 처리 장치(40)에 의해 복수의 처리를 행하여 웨이퍼(W) 상에 적층막을 형성하는 경우로서, 막 두께 측정 장치(60)가 상기 복수의 처리 각각이 행해질 때마다 측정을 행하는 경우에, 배치 시 상대 스테이지 방향을 상기 복수의 처리 간에서 동일하게 할 수 있다. 따라서, 막 두께 측정 장치(60)에 의한 측정 결과에 기초하여, 성막 시스템(1)에 의한 웨이퍼(W)에 대한 처리 결과를, 적층막의 형성에 따른 처리 때마다 적절하게 평가할 수 있다.
<변형예>
이상의 예에서는, 스테이지(110)의 방향의 검출에 앱솔루트 엔코더(115)를 이용하였지만, 스테이지(110)의 방향 즉 스테이지(110)의 절대 회전 각도를 검출 가능하면 앱솔루트 엔코더(115) 이외의 것을 이용하여도 좋다.
또한, 이상의 예에서는, 진공 반송실(31)이나 처리 장치(40)와는 별체의 모듈로서 막 두께 측정 장치를 마련하였지만, 예컨대, 막 두께 측정 장치를 진공 반송실(31)과 일체의 모듈로 하여도 좋다.
이상의 예에서는, 광 어셈블리(140)가 장치 깊이 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있지만, 이 대신에, 또는, 이에 더하여, 스테이지(110)가 장치 깊이 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있어도 좋다.
또한, 이상의 예에서는, 각 조사점을 이동시키는 이동 기구가 회전 기구(112)를 포함하고 있었지만, 각 조사점의 이동은, XY 스테이지 등, 회전 기구(112)를 포함하지 않는 이동 기구로 행하여도 좋다.
이상의 예에서는, 막 두께 측정 시의 상대 작동 거리(d)의 조정을 스테이지(110)를 승강시키는 승강 기구(117)를 이용하였었지만, 광 어셈블리(140)에 승강 기구를 마련하여, 상기 승강 기구를 이용하여 막 두께 측정 시의 상대 작동 거리(d)를 조정하도록 하여도 좋다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시형태는, 첨부된 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.

Claims (11)

  1. 기판에 형성된 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치로서,
    기판이 배치되는 배치대와,
    상기 배치대 상의 기판에 막 두께 측정용의 광을 출사하며, 출사된 상기 광의 상기 배치대 상의 기판에 의한 반사광을 수광하는 수발광 유닛과,
    상기 배치대를 회전시키는 회전 기구와,
    상기 배치대의 방향을 검출하는 방향 검출부와,
    제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 방향 검출부에 의한 검출 결과에 기초하여, 기판이 배치될 때의 상기 배치대의 방향이, 원하는 방향이 되도록, 상기 회전 기구를 제어하는 것인, 막 두께 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 방향 검출부에 의한 검출 결과에 기초하여, 기판이 배치될 때의 상기 배치대의 방향이, 미리 정해진 기준의 방향이 되도록, 상기 회전 기구를 제어하는 것인, 막 두께 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 방향 검출부에 의한 검출 결과에 기초하여, 기판이 배치될 때의 상기 배치대의, 배치되는 기판에 대한 상대적인 방향이, 미리 정해진 방향이 되도록, 상기 회전 기구를 제어하는 것인, 막 두께 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수발광 유닛으로부터, 상기 배치대 상의 기판에 대한 상기 수발광 유닛의 광의 조사점까지의 거리를 측정하는 측거부(測距部)와,
    상기 수발광 유닛으로부터 상기 조사점까지의 거리를 조정하는 조정 기구
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 측거부에 의한 측정 결과에 기초하여, 상기 조정 기구를 제어하는 것인, 막 두께 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 측거부에 의한 측정 결과에 기초하여, 막 두께 측정 시의 상기 수발광 유닛으로부터 상기 조사점까지의 거리가 원하는 거리가 되도록, 상기 조정 기구를 제어하는 것인, 막 두께 측정 장치.
  6. 성막 시스템으로서,
    기판에 막을 형성하는 처리 장치와,
    기판을 반송하는 반송 장치와,
    기판에 형성된 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치
    를 포함하고,
    상기 막 두께 측정 장치는,
    기판이 배치되는 배치대와,
    상기 배치대 상의 기판에 막 두께 측정용의 광을 출사하며, 출사된 상기 광의 상기 배치대 상의 기판에 의한 반사광을 수광하는 수발광 유닛과,
    상기 배치대를 회전시키는 회전 기구와,
    상기 배치대의 방향을 검출하는 방향 검출부와,
    제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 방향 검출부에 의한 검출 결과에 기초하여, 기판이 배치될 때의 상기 배치대의 방향이, 원하는 방향이 되도록, 상기 회전 기구를 제어하는 것인, 성막 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 막 두께 측정 장치는,
    상기 수발광 유닛으로부터, 상기 배치대 상의 기판에 대한 상기 수발광 유닛의 광의 조사점까지의 거리를 측정하는 측거부와,
    상기 수발광 유닛으로부터 상기 조사점까지의 거리를 조정하는 조정 기구
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 측거부에 의한 측정 결과에 기초하여, 막 두께 측정 시의 상기 수발광 유닛으로부터 상기 조사점까지의 거리가 원하는 거리가 되도록, 상기 조정 기구를 제어하는 것인, 성막 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 성막 시스템은, 상기 처리 장치에 의해 복수의 기판을 연속적으로 처리하고,
    상기 막 두께 측정 장치는, 상기 복수의 기판 각각에 대하여 측정을 행하고,
    상기 제어부는, 상기 방향 검출부에 의한 검출 결과에 기초하여 상기 회전 기구를 제어하여, 기판이 배치될 때의 상기 배치대의, 배치되는 기판에 대한 상대적인 방향을, 상기 복수의 기판 간에서 동일하게 하는 것인, 성막 시스템.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막 시스템은, 상기 처리 장치에 의해 복수의 처리를 행하여 기판 상에 적층막을 형성하고,
    상기 막 두께 측정 장치는, 상기 복수의 처리 각각이 행해질 때마다 측정을 행하고,
    상기 제어부는, 상기 방향 검출부에 의한 검출 결과에 기초하여 상기 회전 기구를 제어하여, 기판이 배치될 때의 상기 배치대의, 배치되는 기판에 대한 상대적인 방향을, 상기 복수의 처리 간에서 동일하게 하는 것인, 성막 시스템.
  10. 기판에 형성된 막의 두께를 막 두께 측정 장치에 의해 측정하는 방법으로서,
    상기 막 두께 측정 장치는,
    기판이 배치되는 배치대와,
    상기 배치대 상의 기판에 막 두께 측정용의 광을 출사하며, 출사된 상기 광의 상기 배치대 상의 기판에 의한 반사광을 수광하는 수발광 유닛
    을 포함하고,
    상기 배치대에 기판이 배치될 때에, 상기 배치대의 방향을 검출하는 공정과,
    상기 배치대의 방향의 검출 결과에 기초하여, 기판이 배치될 때의 상기 배치대의 방향이, 원하는 방향이 되도록, 상기 배치대를 회전시키는 공정과,
    상기 원하는 방향이 된 상기 배치대에 기판을 배치하는 공정과,
    상기 수발광 유닛으로부터 상기 광을 출사하여, 상기 반사광의 상기 수발광 유닛에 의한 수광 결과에 기초하여, 상기 배치대 상의 기판에 형성된 막의 두께를 측정하는 공정
    을 포함하는, 막 두께 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수발광 유닛으로부터, 상기 배치대 상의 기판에 대한 상기 수발광 유닛의 광의 조사점까지의 거리를 측정하는 공정과,
    상기 거리를 측정하는 공정에서의 측정 결과에 기초하여, 상기 막의 두께를 측정하는 공정 시의 상기 수발광 유닛으로부터 상기 조사점까지의 거리를 조정하는 공정
    을 포함하는, 막 두께 측정 방법.
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