TW202300862A - 膜厚測量裝置、成膜系統及膜厚測量方法 - Google Patents

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Abstract

[課題] 抑制藉由載置基板的載置台傾斜，載置台上之基板之膜厚之測量結果產生偏差之情形。 [解決手段] 一種測量被形成在基板之膜之厚度的膜厚測量裝置，具備：載置台，其係載置基板；受光發光單元，其係對上述載置台上之基板射出膜厚測量用之光，同時接受被射出的上述光之上述載置台上之基板所致之反射光；旋轉機構，其係使上述載置台旋轉；方向檢測部，其係檢測上述載置台之方向；及控制部，上述控制部係根據上述方向檢測部所致的檢測結果，以載置基板之時的上述載置台之方向成為期望的方向之方式，控制上述旋轉機構。

Description

膜厚測量裝置、成膜系統及膜厚測量方法
本揭示係關於膜厚測量裝置、成膜系統及膜厚測量方法。
在專利文獻1揭示形成被使用於MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory)之疊層膜的真空處理裝置。該真空處理裝置係在製造疊層膜之情況，依序使用包圍搬運模組之處理模組，在真空氛圍對基板進行一連串的複數處理。
在專利文獻2，揭示在藉由化學氣相沉積法在各種基板上形成氧化物超電導膜之時，能夠進行膜生長過程之in-situ計測的方法。 在專利文獻3揭示被叢集化的半導體裝置之製造裝置，其至少具備用以對基板進行第1處理之第1反應室，用以對基板進行第2處理之第2反應室。該製造裝置係被構成能夠將包含第1反應室及第2反應室的共通空間維持在與待機阻斷的氛圍，並且能夠在第1反應室和第2反應室之間搬運基板。再者，製造裝置具備在將基板接地於上述共通空間內之任一部位之狀態，光澤性地評估上述基板之表面狀態的光學性測量手段。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利第6160614號公報 [專利文獻2] 日本特開平5-149720號公報 [專利文獻3] 日本特開平11-330185號公報
[發明所欲解決之課題]
本揭示所涉及之技術係抑制藉由載置基板的載置台傾斜，載置台上之基板之膜厚之測量結果產生偏差之情形。 [用以解決課題之手段]
本揭示之一態樣係測量被形成在基板之膜之厚度的膜厚測量裝置，具備：載置台，其係載置基板；受光發光單元，其係對上述載置台上之基板射出膜厚測量用之光，同時接受被射出的上述光之上述載置台上之基板所致之反射光；旋轉機構，其係使上述載置台旋轉；方向檢測部，其係檢測上述載置台之方向；及控制部，上述控制部係根據上述方向檢測部所致的檢測結果，以載置基板之時的上述載置台之方向成為期望的方向之方式，控制上述旋轉機構。 [發明之效果]
若藉由本揭示時，可以抑制藉由載置基板的載置台傾斜，載置台上之基板之膜厚之測量結果產生偏差之情形。
在MRAM或HDD(Hard Disk Drive)之磁頭等的磁裝置，使用疊層多數10nm以下等之極薄的膜而形成的疊層膜。作為形成如此的疊層膜的成膜系統，已知有將複數處理裝置連接於真空搬運裝置，以各處理裝置依序形成各層的膜者。
再者，要求不用從成膜系統之被設為真空氛圍的部分取出而確認所形成的各膜是否具有期望的厚度。 因此，考慮在in-situ測量以成膜系統之處理裝置形成之膜的厚度。具體而言，考慮例如在成膜系統設置被連接於真空搬運裝置，內部被設為真空氛圍的膜厚測量裝置，將在處理裝置形成膜的基板藉由真空搬運裝置從處理裝置搬運至膜厚測量裝置，以該膜厚測量裝置測量基板上之膜的厚度。
作為上述般之膜厚測量裝置，可考慮具有容器、載置台、受光發光單元、移動機構者。 上述容器係被構成能夠減壓，在其內部設置載置台。在載置台載置基板。受光發光單元具有：光射出部，其係對其係載置台上之基板射出膜厚測量用之光的光射出部，及受光部，其係接受從光射出部被射出且被反射在載置台上之基板的反射光。移動機構係使來自光射出部之光對載置台上之基板的照射點移動。旋轉機構係使載置台旋轉者，構成例如移動機構之一部分。 在該構成之膜厚測量裝置中，藉由移動機構使上述照射點移動，對每個照射點，根據受光部所致之上述反射光之受光結果，算出對應於該照射點的基板之部分的膜厚。依此，成為取得被形成在基板之膜之厚度之面內分布。
但是，在膜厚測量裝置之組裝時，即使進行載置台之傾斜(具體而言，載置基板之載置面相對於水平面的傾斜)之調整，亦無法使上述傾斜(具體而言，載置基板之載置面相對於水平面的傾斜)成為0°。例如，調整後的載置台傾斜0.02°程度。再者，現狀，將基板載置於載置台之時之該載置台的方向(旋轉角度)不被管理。雖然該點在測量對象之膜厚厚之方面不要求精度之情況不會特別成為問題，但是在測量對象之膜厚薄至10nm以下且要求精度之情況，推測即使膜形成配方相同，膜厚測量裝置所致的測量結果(包含膜厚之基板面內分布)在每個基板不同。而且，實際上，在本發明者精心進行的調查中，確認該預測為正確。
於是，本揭示所涉及之技術係抑制藉由載置基板的載置台傾斜，載置台上之基板之膜厚之測量結果在每個基板產生偏差之情形。
以下，針對本實施型態所涉及之膜厚測量裝置、成膜系統及膜厚測量方法，一面參照圖一面予以說明。另外，在本說明書及圖面中，針對實質上具有相同功能構成之要素，藉由賦予相同符號，省略重複說明。
＜成膜系統＞ 圖1為表示具備本實施型態所涉及之膜厚測量裝置之成膜系統之一例的概略俯視圖。
成膜系統1具有一體連接能夠收容作為複數基板之半導體晶圓(以下，稱為「晶圓」)W的卡匣C之卡匣站10，和對晶圓W施予包含磁性膜之形成處理的複數處理之處理站11的構成。卡匣站10和處理站11係經由裝載鎖定裝置12而連結。裝載鎖定裝置12係被設置成連結後述的大氣壓搬運裝置21和真空搬運裝置30。裝載鎖定裝置12係被構成將其內部切換成大氣壓狀態和真空狀態。
卡匣站10具有卡匣載置台20和大氣壓搬運裝置21。另外，即使在卡匣站10，進一步設置調節晶圓W之方向的定位器(無圖示)亦可。
卡匣載置台20係被設置在成膜系統1之Y方向負方向(圖1之下方向)側之端部。成為可以在卡匣載置台20，載置複數，例如3個卡匣C。
大氣壓搬運裝置21係藉由晶圓搬運機構(無圖示)在大氣壓之狀態下搬運晶圓W。晶圓搬運機構具有將晶圓W保持略水平之搬運臂，該搬運臂係被構成旋轉自如並且伸縮自如，再者，被設置成在垂直方向升降自如並且在水平方向移動自如。而且，晶圓搬運機構成為一面藉由該搬運臂保持晶圓W一面進行搬運的構成。 再者，在大氣壓搬運裝置21之Y方向正方向(圖1之上方向)側，經由閘閥G1而連接裝載鎖定裝置12。另外，在裝載鎖定裝置12之Y方向正方向側，經由閘閥G2，連接處理站11之真空搬運裝置30，具體而言，為後述的真空搬運室31 1。
處理站11具有真空搬運裝置30、複數(在本例中為6個)之處理裝置40 1～40 6(以下，有將一部分或全部總稱為「處理裝置40」之情形)，和膜厚測量裝置60。真空搬運裝置30、處理裝置40之內部、膜厚測量裝置60分別在成膜系統1對晶圓W的一連串處理中，被維持藉由大氣壓被減壓的氛圍(真空氛圍)。
真空搬運裝置30係經由中繼室32 1、32 2(以下，有總稱為「中繼室32」之情形)而連結複數(在本例中為3個)之真空搬運室31 1～31 3(以下，有將一部分或全部總稱為「真空搬運室31」之情形)者。 真空搬運室31及中繼室32分別具有被形成在俯視下構成略多角形狀的能夠密閉之構造的框體。
在真空搬運裝置30之X方向負方向(圖之左方向)外側，沿著Y方向(圖之上下方向)配設處理裝置40 1～40 3，分別被連接於對應的真空搬運室31。具體而言，處理裝置40 1係經由閘閥G11、G12而被連接於真空搬運室31 1、真空搬運室31 2，處理裝置40 2係經由閘閥G13、G14而被連接於真空搬運室31 2、真空搬運室31 3，處理裝置40 3係經由閘閥G15而被連接於真空搬運室31 3。
再者，在真空搬運裝置30之X方向正方向(圖之右方向)外側，沿著Y方向(圖之上下方向)配設處理裝置40 4～40 6，分別被連接於對應的真空搬運室31。具體而言，處理裝置40 4係經由閘閥G16而被連接於真空搬運室31 3，處理裝置40 5係經由閘閥G17、G18而被連接於真空搬運室31 3，真空搬運室31 2，處理裝置40 6係經由閘閥G19、G20而被連接於真空搬運室31 2、真空搬運室31 1。
並且，在真空搬運裝置30之Y方向正方向(圖之上方向)外側，配設膜厚測量裝置60。該膜厚測量裝置60係經由閘閥G21而被連接於真空搬運室31 3。
真空搬運室31分別從與該真空搬運室31相鄰接之模組(處理裝置40，或中繼室32、裝載鎖定裝置12、膜厚測量裝置60)取出晶圓W，將晶圓朝與該真空搬運室31相鄰接之其他模組搬運晶圓W。
再者，在各真空搬運室31之內部，設置有搬運晶圓W之晶圓搬運機構50。晶圓搬運機構50具有將晶圓W略保持水平之搬運臂51。搬運臂51被構成能在水平方向伸縮及旋轉。再者，晶圓搬運機構50具有被設置在搬運臂51之下方的升降部52。搬運臂51係被構成藉由升降部52在垂直方向升降自如。而且，晶圓搬運機構50成為一面藉由搬運臂51保持晶圓W一面進行搬運的構成。另外，在以下中，晶圓搬運機構50n、搬運臂51n(n=1～3)係指被設置在真空搬運室31n之晶圓搬運機構50、該晶圓搬運機構50具有的搬運臂51。
中繼室32係被使用於在相鄰接的真空搬運室31間不經由處理裝置40而直接收授晶圓W之時的模組。經由中繼室32之內部空間，相鄰接的真空搬運室31之內部空間彼此連通，依此能夠進行上述收授。另外，即使經由閘閥連接中繼室32和真空搬運室31亦可。
處理裝置40 1～40 6係用以對晶圓W形成複數膜者，即是用以形成疊層膜者，實際上包含進行PVD處理等的成膜處理者，即使包含洗淨處理、前處理、冷卻處理等者亦可。 另外，即使每個處理裝置40對晶圓W進行的處理不同亦可，即使對晶圓W進行的處理在一部之處理裝置40共同亦可。
膜厚測量裝置60係測量以任何的處理裝置40被形成之膜的厚度，及以處理站11被形成的疊層膜之厚度。另外，膜厚測量裝置60之位置不限定於本例的位置。再者，即使被設置在成膜系統1之膜厚測量裝置60之數量為複數亦可。針對膜厚測量裝置60之詳細於後述。
在如上述般地被構成的成膜系統1被設置控制部70。控制部70係藉由例如具備有CPU或記憶體等之電腦構成，具有記憶各種資訊的記憶部(無圖示)。在記憶部儲存例如用以控制各裝置及各機構之驅動部等而實現成膜系統1中之後述晶圓處理的程式，或用以控制上述驅動部等而實現膜厚測量裝置60所致的膜厚測量之程式等。另外，上述程式即使為被記錄於例如電腦可讀取之記憶媒體者，且為從該記憶媒體被安裝於控制部70者亦可。
接著，針對使用如上述般構成之成膜系統1而執行之晶圓處理進行說明。
首先，收納複數晶圓W之卡匣C被搬入至成膜系統1之卡匣站10，被載置於卡匣載置台20。之後，藉由大氣壓搬運裝置21之晶圓搬運機構(無圖示)，從卡匣C取出一片晶圓W，閘閥G1被開啟，該晶圓W被搬入至裝載鎖定裝置12內。當晶圓W被搬入至裝載鎖定裝置12內時，閘閥G1被關閉，裝載鎖定裝置12內被密閉，被減壓。之後，閘閥G2被開啟，裝載鎖定裝置12和事先被設為真空氛圍的真空搬運室31 1被連通。而且，藉由晶圓搬運機構50 1之搬運臂51 1，晶圓W從裝載鎖定裝置12被搬出，被搬入至真空搬運室31 1內。
接著，閘閥G2被關閉，同時閘閥G11被開啟，真空搬運室31 1和處理裝置40 1被連通。而且，使用晶圓搬運機構50 1之搬運臂51 1，晶圓W被搬入至處理裝置40 1內。
之後，閘閥G11被關閉，處理裝置40 1被密閉之後，在該處理裝置40 1內，對晶圓W進行特定處理。
當在處理裝置40 1中之處理結束時，閘閥G12被開啟，處理裝置40 1和真空搬運室31 2被連通。而且，藉由晶圓搬運機構50 2之搬運臂51 2，晶圓W從處理裝置40 1被搬出，被搬入至真空搬運室31 2內。
之後，與上述相同，閘閥G12～G20、G2或搬運臂51 2～51 4等之驅動源被驅動，以下述的順序被搬運之方式，在真空搬運室31和處理裝置40之間等，進行晶圓W之搬入搬出。 處理裝置40 1→真空搬運室31 3→處理裝置40 3→真空搬運室31 3→處理裝置40 4→真空搬運室31 3→處理裝置40 5→真空搬運室31 2→處理裝置40 6→真空搬運室31 1→裝載鎖定裝置12 而且，在各處理裝置40 1～40 6，對晶圓W進行特定處理。
被返回至裝載鎖定裝置12的晶圓W，以與從卡匣C搬入之時相反的順序，返回至原來的卡匣C。 對各晶圓W進行以上一連串的晶圓處理，在各晶圓W形成疊層膜。
在該如此的一連串的晶圓處理之過程中，於形成某膜之後，必須測量其膜之厚度之情況，形成有膜之晶圓W被搬運至膜厚測量裝置60，進行膜厚之測量。此時，晶圓W從成膜後之處理裝置藉由對應的真空搬運室之晶圓搬運機構50被搬出，因應所需，被移載至1或2以上之晶圓搬運機構50之後，閘閥G21被開啟，藉由晶圓搬運機構50 3被搬運至膜厚測量裝置60。即使膜厚之測量在每次以成膜處理用之處理裝置進行成膜處理之時被進行亦可，即使於以幾個處理裝置進行成膜處理之後被進行亦可，即使於形成所有的膜之後被進行亦可。
＜膜厚測量裝置60＞ 接著，針對膜厚測量裝置60使用圖2予以說明。圖2為表示膜厚測量裝置60之一例的縱剖面圖。
膜厚測量裝置60係例如圖2所示般，具有被構成能夠減壓之作為容器的腔室100。在腔室100內設置有作為載置晶圓W之載置台的平台110。
平台110具體而言在其上面載置晶圓W。再者，平台110係被構成能夠旋轉及升降。對平台110，在與晶圓搬運機構50 3之間，收授晶圓W之時所使用的升降器(無圖示)被設置成能夠對平台110之表面伸出縮回。另外，即使在平台110，為了調節被載置於該平台110之晶圓W之溫度，設置加熱器等之溫度調節機構亦可。再者，即使使用上述溫度調節機構，對晶圓W進行加熱處理或冷卻處理亦可。
在平台110之底面之中央，連接支軸111。支軸111係通過被形成在腔室100之底壁101之貫通孔101a而延伸至腔室100之下方，被連接於旋轉機構112。
旋轉機構112係使平台110旋轉，具體而言，經由支軸111而使平台110旋轉。旋轉機構112具有驅動平台110之旋轉的驅動部113。驅動部113具有例如馬達114，作為發生用以進行上述旋轉的驅動力的驅動單元。馬達114具有被連接於支軸111之旋轉軸(無圖示)。再者，驅動部113具有被連接於馬達114之絕對編碼器115。
絕對編碼器115具有被設為與馬達114之旋轉軸之同軸的旋轉軸(無圖示)，例如檢測馬達114之旋轉軸之旋轉角度。絕對編碼器115具體而言係藉由被形成在旋轉板之縫隙模樣，形成光之穿透非穿透圖案，從該圖案，檢測從馬達114之旋轉軸之任意的基準點的旋轉位置，即是旋轉角度(絕對角度)。因馬達114之旋轉軸之旋轉角度與被連接於平台110之支軸111之旋轉量一致，故與平台110之旋轉角度即是平台110之方向一致。即是，絕對編碼器115係檢測平台110之方向(旋轉角度)的方向檢測部。馬達114係被控制部70控制，絕對編碼器115之檢測結果被輸出至控制部70。
再者，旋轉機構112被安裝於升降板116，在升降板116，連接作為調整機構的升降機構117。升降機構117係由例如壓電致動器構成，經由升降板116及支軸111使平台110升降。依此，可以對平台110之高度進行微調整。升降機構117被控制部70控制。在底壁101和升降板116之間，以包圍支軸111之方式，氣密地設置能夠伸縮的伸縮管118。
在腔室100之底壁101，形成排氣口101b，在排氣口101b，連接排氣管120，在排氣管120，連接具有壓力控制閥或真空泵的排氣機構121。藉由使排氣機構121動作，可以使腔室100內成為真空氛圍。
在腔室100之側壁102，設置晶圓W之搬入搬出口102a，搬入搬出口102a係藉由上述閘閥G21能夠開關。
在腔室100之頂壁(頂板)103，行成在晶圓W之徑向延伸的細長透孔103a。透孔103a係藉由後述膜厚測量用之光及距離測量用之雷射穿透的例如石英製之透光構件130而被覆蓋。透光構件130和頂壁103之間係以密封環131被密閉。
在對應於腔室100之透孔103a之位置之上方之大氣氛圍區域，設置光組件140。光組件140具有本體部141、受光發光單元142和雷射單元143。
在本體部141，受光發光單元142和雷射單元143在彼此相鄰接之狀態下被安裝。
受光發光單元142係朝向平台110上之晶圓W射出膜厚測量用之光L1，同時再受光被射出之光L1之平台110上之晶圓W所致的反射光。受光發光單元142具有朝向晶圓W射出膜厚測量用之光L1的光射出部(無圖示)，和受光上述反射光即是檢測的受光部(無圖示)。
光射出部分係射出從光源部144經由光纖145被引導的光L1。從光射出部被射出的光經由透光構件130及透孔103a而被照射至平台110上之晶圓W。 光源部144具有光源，和放大來自光源之光的放大器等。作為上述光源，可以使用波長800nm以下程度之短波長之泛光的燈光源。 受光部具有受光即是檢測上述反射光的受光感測器(無圖示)。
光射出部(具體而言，光源部144)係被控制部70控制，再者，受光部所致之反射光之受光結果被輸出至控制部70。在控制部70，根據反射光之受光結果，測量被形成在晶圓W之膜的厚度。
雷射單元143具有雷射射出部，其係朝下方，即是朝向平台110射出距離測量用之雷射L2，和雷射受光部，其係接受被射出之雷射L2之平台110上之晶圓W所致的反射光或無載置晶圓W之平台110所致的反射光。 雷射射出部係射出從雷射光源部146經由光纖147而被引導的雷射光。從雷射射出部被射出的雷射光經由透光構件130及透孔103a而被照射至平台110上之晶圓W或平台110。 雷射受光部具有受光即是檢測(無圖示)上述反射光的受光感測器。
雷射射出部(具體而言，雷射光源部146)係被控制部70控制，再者，雷射受光部所致的雷射光之反射光(以下，有稱為「反射雷射光」之情形)之受光結果被輸出至控制部70。在控制部70中，根據反射雷射光之受光結果，測量受光發光單元142和晶圓W之距離，具體而言，受光發光單元142之受光部之受光感測器和平台110上之晶圓W之距離d(以下，有稱為「相對動作距離d」之情形)。例如，雷射光源部146、光纖147及後述距離推定部構成測距部。
並且，在腔室100之上方設置有水平移動機構150。 水平移動機構150具有引導光組件140之本體部141之線性導件151。線性導件151係在經由支持構件152而被支持於腔室100之頂壁103之狀態下，以在與平台110之徑向一致之裝置深度方向(圖之Y方向)延伸之方式被配置成水平。
光組件140之本體部141係被購成被線性導件151引導的滑件。水平移動機構150具有驅動沿著線性導件151之本體部141之移動的驅動部153。驅動部153具有例如馬達，作為發生用以進行上述移動的驅動力的驅動單元。
水平移動機構150係藉由上述般之構成，可以使具有受光發光單元142及雷射單元143之光組件140全體，沿著線性導件151，在與平台110之徑向一致之裝置深度方向(圖之Y方向)水平移動。
藉由上述水平移動機構150，可以使從受光發光單元142被射出之光對平台110上之晶圓W的照射點，在與平台110之旋轉軸一致之裝置深度方向(圖之Y方向)水平移動。同樣，藉由上述水平移動機構150，可以使從雷射單元143被射出之雷射光對平台110上之晶圓W的照射點及對平台110的照射點，在與上述裝置深度方向(圖之Y方向)水平移動。 再者，藉由旋轉機構112，可以使從受光發光單元142被射出之光對平台110上之晶圓W的照射點，在以與平台110之旋轉軸一致之旋轉機構112之旋轉軸為中心的圓周方向(θ方向)移動。同樣，藉由旋轉機構112，可以使從雷射單元143被射出之雷射光對平台110上之晶圓W的照射點及對平台110的照射點，在上述圓周方向(θ方向)移動。 即是，水平移動機構150及旋轉機構112係作為移動下述點的移動機構而發揮功能。 ・從受光發光單元142被射出之光對平台110上之晶圓W的照射點 ・從雷射單元143被射出之雷射光對平台110上之晶圓W的照射點 ・從雷射單元143被射出之雷射光對平台110的照射點
在腔室100之上方，設置用以冷卻光組件140之冷卻風扇160。冷卻風扇160係在平台110藉由加熱器被加熱之情況特別有效。
另外，即使在受光發光單元142及雷射單元143之光路徑設置蓋體亦可。
＜控制部70＞ 圖3為關於膜厚測量之控制部70之功能方塊圖。 控制部70係如圖3所示般，具備藉由CPU等之處理器讀出被記憶於記憶部之程式而實行被實現的移動控制部71、膜厚推定部72、方向控制部73、距離推定部74、作為調整機構的高度控制部75。
移動控制部71係控制水平移動機構150及旋轉機構112(具體而言，驅動部153及驅動部113)，控制以下的照射點之移動。 ・從受光發光單元142被射出之光對平台110上之晶圓W的照射點 ・從雷射單元143被射出之雷射光對平台110上之晶圓W的照射點 ・從雷射單元143被射出之雷射光對平台110的照射點
移動控制部71可以使上述照射點移動至膜厚測量點。照射點之R方向位置(具體而言，平台110之徑向位置)之原點例如平台110之中心。再者，照射點之θ方向位置(具體而言，平台110之旋轉方向位置)之原點為載置晶圓W之時的平台110之旋轉方向位置。再者，例如照射點之θ方向位置(θ座標)之原點係於晶圓W被載置於平台110之後，晶圓W成為特定方向之方式，使平台110旋轉之時之平台的旋轉方向位置。 膜厚測量點係例如複數，更具體而言，例如晶圓W之中心之1點，和在徑向將除了晶圓W之中央區域之外的外周區域3分割而獲得的3個圓環狀區域各為4點的合計13點。
膜厚推定部72係根據從受光發光單元142被射出之光L1由於平台110上之晶圓W所導致之反射光在受光部的受光結果，推定被形成在晶圓W之膜的膜厚。膜厚推定部72係在每個膜厚測量點進行膜厚的推定。
再者，基於上述反射光之受光結果的膜厚之推定方法，可以使用例如光譜干擾法。作為膜厚測量用之光L1，藉由使用波長為800nm以下程度之短波長之泛光，膜厚之推定使用分光干擾法，可以進行膜厚10nm以下，進行1nm以下之極薄之膜的膜厚測量。即使基於上述反射光之受光結果的膜厚之推定方法使用偏光解析法亦可。
方向控制部73係根據絕對編碼器115所致的平台110之方向的檢測結果，控制旋轉機構112，控制且調整載置晶圓W之時之平台110之方向(以下，有稱為「載置時平台方向」之情形)。載置時平台方向具體而言，係真空搬運裝置30之晶圓搬運機構50 3在平台110載置晶圓W之時之該平台110之方向。
在膜厚測量裝置60中，平台110之傾斜(具體而言，相對於晶圓載置面之水平面的傾斜)，該膜厚測量裝置60之組裝時等進行調整，也無法成為0°。而且，以往，因將晶圓W載置於平台110之時之該平台110之方向(旋轉角度)不被管理，有膜厚測量時之平台110之方向在每個晶圓W不同。具體而言，在各膜厚測量點中之平台110之方向在每晶圓W不同。如此一來，當在各膜厚測量點中之平台110之方向在每晶圓W有所不同時，在各膜厚測量點中之平台110之傾斜也在每晶圓W不同。例如，如圖4所示般，在膜厚測量點A中，在平台110在正視圖對水平面朝負方向傾斜之情況(即是，傾斜角度α＞0之情況)，平台110之方向180°不同之時，如圖5所示般，在相同的膜厚測量點A中，平台110在正視圖相對於水平面朝正方向傾斜(即是，傾斜角度α＜0)。另外，圖4及圖5中之符號N為溝槽。在各膜厚測量點中，當如上述般平台110之傾斜成為在每晶圓W不同時，因平台110上之晶圓W之傾斜也不同，故受光發光單元142所致的反射光之受光結果(具體而言，光強度)也不同。
尤其，受光發光單元142之受光部之光軸(具體而言，聚光光學系統對受光感測器的光軸)AX，即使於組裝時等進行調整，也設置成從垂直方向傾斜。如此一來，在受光發光單元142之受光部之光軸傾斜之狀態，因應平台110之方向，反射光照射到受光發光單元142之受光部的容易大有不同。例如，如圖4及圖5所示般，受光發光單元142之受光部之光軸AX在正視圖相對於垂直軸朝正方向傾斜之情況，當平台110相對於水平面朝正方向傾斜時，雖然反射光容易照射至受光發光單元142之受光部，但是當平台110之方向不同，平台110相對水平面朝負方向傾斜時，反射光難以照射至受光發光單元142之受光部。
若藉由本發明者們重複實驗時，驗證因平台110之傾斜，引起受光發光單元142所致的反射光之受光結果的不同，在10nm以下、甚至1nm以下之極薄之膜的膜厚測量中，會影響到測量精度。例如，即使以相同的處理配方形成膜之晶圓W，亦僅使載置時平台方向120°不同，晶圓中心之膜厚之測量結果在晶圓W間有0.1nm程度的很大差異，再者，在晶圓W間，膜厚度分布形狀有很大差異。
在此，在本實施型態中，以載置時平台方向成為期望的方向之方式，方向控制部73根據絕對編碼器115所致的平台110之方向之檢測結果，控制旋轉機構112。
例如，方向控制部73係在被載置於平台110之時之晶圓W之方向(以下，有稱為「載置時晶圓方向」之情形)為一定之情況等，以載置時平台方向成為事先設定的基準之方向之方式，控制旋轉機構112。
另外，若載置時晶圓方向為一定時，藉由將載置時平台方向設為事先設定的基準之方向，載置晶圓W之時之平台110之對被載置之晶圓W的相對方向(以下，也稱為「載置時相對平台方向」之情形)也成為一定。但是，在以下的情況等，有載置時晶圓方向不成為一定之情形。即是，成膜系統1如本實施型態般，藉由處理裝置40連續地處理複數晶圓W之情況，針對膜厚測量裝置60針對複數晶圓W之各者進行測量之情況，即使於將要測量之前被進行的處理在晶圓W間共通，也有載置時晶圓方向在複數晶圓W間不同之情形。再者，成膜系統1係如本實施型態般，在藉由處理裝置40進行複數處理，於晶圓W上形成疊層膜之情況，膜厚測量裝置60在每次進行上述複數處理之各者之情況，有載置時晶圓方向在上述複數處理間不同之情形。
如此一來，即使載置時晶圓方向非一定之情況，為了使載置時相對平台方向成為一定，方向控制部73以載置時相對平台方向成為事先設定的方向之方式，控制旋轉機構112亦可。 在此情況成為必須的載置時晶圓方向之資訊，即使在處理平台11內事先設置晶圓方向檢測部(無圖示)，適用在該檢測部的檢測結果亦可。再者，在載置時晶圓方向為已知之情況，即使將上述方向之資訊事先記憶於控制部70之記憶部亦可。
若藉由本發明者們進行的實驗時，針對藉由如上述般調整載置時平台方向，以相同的處理配方形成膜之晶圓W，可以將晶圓中心之膜厚之測量結果之偏差抑制到0.01nm以下，再者，可以使膜厚分布形狀在晶圓W間成為相同。
返回至圖3之說明。 距離推定部74係根據從雷射單元143被射出之雷射L2由於平台110上之晶圓W所導致之反射光在雷射受光部的受光結果，推定相對動作距離d。距離推定部74係在每個膜厚測量點進行相對動作距離d的推定。 再者，距離推定部74係根據從雷射單元143被射出之雷射L2由於平台110所致之反射光在雷射受光部之受光結果，可以推定從雷射單元143至平台110為止之距離。
高度控制部75係根據距離推定部74所致的相對動作距離d之推定結果，控制升降機構117，控制平台110之高度，調整膜厚測量時之相對動作距離d。
在不調整相對動作距離d之情況，當平台110對水平面傾斜時，在每個膜厚測量位置，相對動作距離d不同。 若藉由本發明者們重覆實驗之結果時，驗證相對動作距離d之不同在10nm以下，甚至1nm以下之極薄之膜的膜厚測量中，影響到測量精度。例如，當相對動作距離d變化1mm時，就有測量膜厚產生0.2nm之誤差的情形。
於是，在本實施型態中，以膜厚測量時之相對動作距離d成為期望的距離之方式，高度控制部75根據距離推定部74之相對動作距離d之推定結果，控制升降機構117。
例如，高度控制部75係在每個膜厚測量點，膜厚測量時之相對動作距離d被補正成事先設定的距離之方式，控制升降機構117。
再者，高度控制部75即使針對某1個膜厚測量點，不進行相對動作距離d之補正，針對其他膜厚測量點，以在該其他的膜厚測量點的相對動作距離d，成為與在上述1個膜厚測量點的相對動作距離d相同之方式被補正，控制升降機構117亦可。
即使在平台110對水平面傾斜之情況，除了如上述般調整載置時平台方向之外，可以藉由補正相對動作距離d，在各膜厚測量點更正確地測量膜厚。 若藉由本發明者們的實驗時，藉由進行載置時平台方向之調整及相對動作距離d之雙方，比起僅進行載置時平台方向之調整之情況，能取得接近於藉由螢光X射線分析而測量到的膜厚之面內分布的膜厚分布。另外，雖然螢光X射線分析可以進行正確的膜厚之測量，但是因使用X射線，故不適合於在in-situ的膜厚測量。
＜原點位置之教導＞ 接著，針對於使用膜厚測量裝置60之膜厚測量之前被進行的平台110之基準的方向(原點位置)之教導予以說明。圖6為用以說明平台110之基準之方向之教導方法之一例的流程圖。另外，上述教導係於成膜系統1及膜厚測量裝置60之啟動時被進行。
例如，首先，在平台110之設置後，在控制部70之控制下，取得平台110之高度分布，被取得的上述高度分布藉由作業者被評估(步驟S1)。
具體而言，例如針對膜厚測量裝置60之組裝，複數高度測量位置之各者，進行以下的各處理。 ・移動控制部71係以從雷射單元143被射出的雷射光對平台110的照射點和高度測量位置一致之方式，控制水平移動機構150及旋轉機構112，使雷射單元143移動，並且使平台110旋轉。 ・之後，控制部70控制雷射光源部146，使雷射光從雷射單元143朝向平台110照射，使雷射受光部檢測來自雷射光對平台110之照射點的反射光。 ・距離推定部74係根據在雷射受光部之檢測結果，推定相對於平台110之高度的從雷射單元143至平台110為止之距離。
接著，控制部70係將針對複數高度測量位置之各者而被推定的從雷射單元143至平台110為止之距離，作為平台110之高度分布，使顯示於例如顯示裝置(無圖示)。 作業者係根據例如顯示裝置之顯示內容，評估平台110之高度分布。
當作業者從平台110之高度分布，掌握平台110之傾斜方向時(步驟S2)，因應掌握到的平台110之傾斜方向，以支軸111為中心使平台110旋轉(步驟S3)。另外，即使省略步驟S3亦可。
而且，因應作業者對控制部70之操作輸入部(無圖示)的操作，控制部70係將在該狀態的絕對編碼器115所致的檢測結果，作為平台110之旋轉角度之原點位置，即是(平台110之)基準的方向，記憶於記憶部(無圖示)(步驟S4)。 依此，平台110之基準的方向的教導結束。
＜膜厚測量方法＞ 接著，針對使用膜厚測量裝置60之膜厚測量方法予以說明。圖7為用以說明使用膜厚測量裝置60之膜厚測量方法之一例的流程圖。
首先，方向控制部73係根據絕對編碼器115所致的平台110之方向之檢測結果，控制旋轉機構112，將平台110之旋轉角度調整成被記憶於記憶部的原點位置，換言之，將平台110之方向調整成被記憶於記憶部的基準之方向(步驟S11)。
接著，方向控制部73係根據絕對編碼器115所致之平台110之方向之檢測結果和晶圓W被載置於平台110之時之晶圓W之方向的資訊，控制旋轉機構112，以載置時相對平台方向成為事先設定的方向之方式，使平台110旋轉(步驟S12)。另外，不需要載置時相對平台方向總是成為事先設定的方向，即使省略該步驟S12亦可。
接著，在控制部70之控制之下，閘閥G21被開啟，晶圓W藉由晶圓搬運機構50 3被搬入至腔室100內，被載置在平台110上(步驟S13)。此時，載置時平台方向成為基準之方向，或者，載置時相對平台方向成為事先設定的方向。另外，在晶圓W之載置後，閘閥G21被關閉。
接著，例如將晶圓中心位置作為膜厚測量位置，測量在該晶圓中心位置之相對動作距離d及膜厚(步驟S14)。
例如，首先，控制部70控制旋轉機構112，以平台110上之晶圓W之方向成為特定的方向之方式，使平台110旋轉。因此，即使在膜厚測量裝置60設置晶圓W之方向之檢測機構亦可。 再者，高度控制部75係控制升降機構117，以平台110之高度成為特定測量高度之方式，使平台110上升。 接著，移動控制部71係以從雷射單元143被射出的雷射光對平台110上之晶圓W的照射點，和晶圓中心位置一致之方式，控制水平移動機構150及旋轉機構112，使雷射單元143移動，並且使平台110旋轉。
之後，控制部70控制雷射光源部146，使雷射光從雷射單元143朝向平台110上之晶圓W照射，使雷射受光部檢測來自雷射光對平台110上之晶圓W之照射點的反射光。 而且，距離推定部74係根據在雷射受光部之檢測結果，推定在晶圓中心位置的相對動作距離d。
再者，控制部70係以從受光發光單元142被射出之光對平台110上之晶圓W的照射點，和晶圓中心位置一致之方式，控制水平移動機構150，使受光發光單元142移動。 之後，控制部70控制光源部144，使光從受光發光單元142朝向平台110上之晶圓W照射，使受光發光單元142之受光部檢測來自上述光對平台110上之晶圓W之照射點的反射光。 而且，膜厚推定部72係根據在受光發光單元142之受光部的檢測結果，推定在晶圓中心位置的膜厚。
接著，針對剩下的膜厚測量位置之各者，進行與晶圓中心位置相同，朝相對動作距離d的補正，和補正後之膜厚測量(步驟S15)。
具體而言，例如，針對剩下的膜厚測量位置之各者，進行以下的各處理。 ・移動控制部71係以從雷射單元143被射出的雷射光對平台110上之晶圓W的照射點，和該膜厚測量位置一致之方式，控制水平移動機構150及旋轉機構112之至少任一方，使進行雷射單元143移動及平台110之旋轉中之任一方。 ・之後，控制部70控制雷射光源部146，使雷射光從雷射單元143朝向平台110上之晶圓W照射，使雷射受光部檢測來自雷射光對平台110上之晶圓W之照射點的反射光。 ・而且，距離推定部74係根據在雷射受光部之檢測結果，推定在該膜厚測量位置的相對動作距離d。 ・接著，高度控制部75係根據距離推定部74之推定結果，控制升降機構117，以在該膜厚測量位置中之相對動作距離d，與在晶圓中心位置中之相對動作距離d相同方式，補正平台110之高度。 ・補正後，移動控制部71係以從受光發光單元142被射出之光對平台110上之晶圓W的照射點，和該膜厚測量位置一致之方式，控制水平移動機構150，使受光發光單元142移動。 之後，控制部70控制光源部144，使光從受光發光單元142朝向平台110上之晶圓W照射，使受光發光單元142之受光部檢測來自上述光對平台110上之晶圓W之照射點的反射光。 ・而且，膜厚推定部72係根據在受光發光單元142之受光部的檢測結果，推定在該膜厚測量位置的膜厚。
當針對所有的膜厚測量位置之膜厚的測量結束時，方向控制部73係根據絕對編碼器115所致之平台110之方向的檢測結果，控制旋轉機構112，使搬出時之晶圓W的方向成為特定方向(步驟S16)。因此，即使在膜厚測量裝置60設置晶圓W之方向之檢測機構亦可。再者，即使省略步驟S16亦可。另外，有即使為載置時平台方向相同的晶圓W，因應測量後之搬運目的地之處理裝置等，也有使搬出時之晶圓W之方向不同的情況。
之後，在控制部70之控制之下，閘閥G21被開啟，腔室100內之晶圓W藉由晶圓搬運機構50 3被搬出(步驟S17)。另外，搬出後閘閥G21被關閉。 而且，對下一個晶圓W，進行步驟S11～S17。
[效果] 如上述般在本實施型態中，方向控制部73係控制旋轉機構112，使載置時平台方向成為期望的方向。因此，在10nm以下，甚至1nm以下的極薄之膜的膜厚測量中，可以抑制由於平台110傾斜，平台110上之晶圓W之膜厚之測量結果在每個晶圓W產生偏差之情形。
再者，在本實施型態中，高度控制部75係控制升降機構117，使膜厚測量時之相對動作距離d成為期望的距離。因此，在0nm以下，設置1nm以下的極薄之膜的膜厚測量中，即使平台110傾斜，亦可以在各膜厚測量點，以高精度測量膜厚。
在上述專利文獻2、3中，在具有複數處理模組之成膜系統中，連接測量膜厚之模組而在in-situ進行膜厚測量的技術。但是，該些技術係使用雷射測量膜厚者，無假設MRAM等般之10nm以下，甚至1nm以下般的極薄之膜的膜厚測量。而且，以往，MRAM用之膜的膜厚測量不得不在從成膜系統搬出成膜疊層膜後的晶圓之後進行。 對此，若藉由本實施型態時，可以不用從成膜系統搬出10nm以下，甚至1nm以下般的極薄之膜的膜厚測量，而在in-situ進行。
再者，在本實施型態中，即使方向控制部73係以載置時相對平台方向成為事先設定方向之方式，控制旋轉機構112。依此，在成膜系統1藉由處理裝置40連續性地處理複數晶圓W之情況，可以在膜厚測量裝置60針對複數晶圓W之各者進行測量之情況，使載置時相對平台方向在複數晶圓W間成為相同。因此，根據膜厚測量裝置60所致之測量結果，可以對每個晶圓W適當地評估成膜系統1所致的相對於晶圓W的處理結果。
藉由方向控制部73係以載置時相對平台方向成為事先設定方向之方式，控制旋轉機構112，也有以下的效果。亦即，成膜系統1係在藉由處理裝置40進行複數處理，於晶圓W上形成疊層膜之情況，膜厚測量裝置60在每次進行上述複數處理之各者之情況，可以使載置時相對平台方向在上述複數處理間成為相同。因此，根據膜厚測量裝置60所致之測量結果，可以對疊層膜之形成所涉及的每個處理，適當地評估成膜系統1所致的相對於晶圓W的處理結果。
＜變形例＞ 在以上之例中，雖然平台110之方向之檢測使用絕對編碼器115，但是若能夠檢測平台110之方向即是平台110之絕對旋轉角度時，即使使用絕對編碼器115以外的裝置亦可。
再者，在以上的例中，雖然設置膜厚測量裝置，作為與真空搬運室31或處理裝置40不同個體的模組，但是例如即使將膜厚測量裝置設為與真空搬運室31一體的模組亦可。 在上述例中，雖然光組件140被構成能夠在裝置深度方向移動，但是代替此或除此之外，被構成平台110能夠在裝置深度方向移動亦可。
再者，在上述之例中，雖然使各照射部移動的移動機構包含旋轉機構112，但是即使各照射點的移動由XY平台等、不包含旋轉機構112的移動機構進行亦可。
在上述的例中，雖然使用使平台110升降的升降機構117進行膜厚測量時的相對動作距離d，但是即使在光組件140設置升降機構，使用該升降機構而調整膜厚測量時之相對動作距離d亦可。
應理解成此次揭示的實施型態所有的點皆為例示，並非用以限制者。上述實施型態在不脫離附件的申請專利範圍及其主旨的情況下，即使以各種型態進行省略、替換或變更亦可。
1:成膜系統 30:真空搬運裝置 40:處理裝置 60:膜厚測量裝置 70:控制部 100:腔室 112:旋轉機構 115:絕對編碼器 142:受光發光單元 L1:光 W:晶圓
[圖1]為表示具備本實施型態所涉及之膜厚測量裝置之成膜系統之一例的概略俯視圖。 [圖2]為表示膜厚測量裝置之一例的縱剖面圖。 [圖3]為關於膜厚測量之控制部之功能方塊圖。 [圖4]為用以說明調整載置基板之時之平台之方向之理由的圖。 [圖5]為用以說明調整載置基板之時之平台之方向之理由的圖。 [圖6]為用以說明平台之基準之方向之教導方法之一例的流程圖。 [圖7]為用以說明使用膜厚測量裝置之膜厚測量方法之一例的流程圖。
60:膜厚測量裝置
70:控制部
100:腔室
101a:貫通孔
101b:排氣口
102:側壁
102a:搬入搬出口
103:頂壁
103a:透孔
110:平台
111:支軸
112:旋轉機構
113:驅動部
114:馬達
115:絕對編碼器
116:升降板
117:升降機構
118:伸縮管
120:排氣管
121:排氣機構
130:透光構件
131:密封環
140:光組件
141:本體部
142:受光發光單元
143:雷射單元
144:光源部
145:光纖
146:雷射光源部
147:光纖
150:水平移動機構
151:線性導件
152:支持構件
153:驅動部
160:冷卻風扇
L1:光
L2:雷射
W:晶圓
G21:閘閥

Claims (11)

  1. 一種膜厚測量裝置，其係測量被形成在基板之膜之厚度的膜厚測量裝置，其特徵在於，具備： 載置台，其係載置基板； 受光發光單元，其係對上述載置台上之基板射出膜厚測量用之光，同時接受被射出的上述光之上述載置台上之基板所致之反射光； 旋轉機構，其係使上述載置台旋轉； 方向檢測部，其係檢測上述載置台之方向；及 控制部， 上述控制部係根據上述方向檢測部所致的檢測結果，以載置基板之時的上述載置台之方向成為期望的方向之方式，控制上述旋轉機構。
  2. 如請求項1之膜厚測量裝置，其中 上述控制部係根據上述方向檢測部所致的檢測結果，以載置基板之時的上述載置台之方向成為事先設定之基準的方向之方式，控制上述旋轉機構。
  3. 如請求項1之膜厚測量裝置，其中 上述控制部係根據上述方向檢測部所致的檢測結果，以載置基板之時的上述載置台之相對於被載置之基板的相對方向，成為事先設定的方向之方式，控制上述旋轉機構。
  4. 如請求項1至3中之任一項之膜厚測量裝置，其中 具備： 測距部，其測量係從上述受光發光單元至該受光發光單元之光對上述載置台上之基板的照射點的距離；和 調整機構，其係調整從上述受光發光單元至上述照射點為止的距離， 上述控制部係根據上述測距部所致之測量結果，控制上述調整機構。
  5. 如請求項4之膜厚測量裝置，其中 上述控制部係根據上述測距部所致的測量結果，以從膜厚測量時之上述受光發光單元至上述照射點為止之距離成為期望之距離之方式，控制上述調整機構。
  6. 一種成膜系統，具有： 處理裝置，其係在基板形成膜； 搬運裝置，其係搬運基板；及 膜厚測量裝置，其係測量被形成在基板之膜之厚度， 上述膜厚測量裝置具有： 載置台，其係載置基板； 受光發光單元，其係對上述載置台上之基板射出膜厚測量用之光，同時接受被射出的上述光之上述載置台上之基板所致之反射光； 旋轉機構，其係使上述載置台旋轉； 方向檢測部，其係檢測上述載置台之方向；及 控制部， 上述控制部係根據上述方向檢測部所致的檢測結果，以載置基板之時的上述載置台之方向成為期望的方向之方式，控制上述旋轉機構。
  7. 如請求項6之成膜系統，其中 上述膜厚測量裝置具有： 測距部，其測量係從上述受光發光單元至該受光發光單元之光對上述載置台上之基板的照射點的距離；和 調整機構，其係調整從上述受光發光單元至上述照射點為止的距離， 上述控制部係根據上述測距部所致的測量結果，以從膜厚測量時之上述受光發光單元至上述照射點為止之距離成為期望之距離之方式，控制上述調整機構。
  8. 如請求項6或7之成膜系統，其中 上述成膜系統係藉由上述處理裝置連續地對複數基板進行處理， 上述膜厚測量裝置係 針對上述複數基板之各者進行測量， 上述控制部係根據上述方向檢測部所致的檢測結果，控制上述旋轉機構，使載置基板之時的上述載置台之相對於被載置之基板的相對方向，在上述複數基板間成為相同。
  9. 如請求項6至8中之任一項之成膜系統，其中 上述成膜系統係藉由上述處理裝置進行複數處理，在基板上形成疊層膜， 上述膜厚測量裝置係 在每次進行上述複數處理之各者進行測量， 上述控制部係根據上述方向檢測部所致的檢測結果，控制上述旋轉機構，使載置基板之時的上述載置台之相對於被載置之基板的相對方向，在上述複數基板間成為相同。
  10. 一種膜厚測量方法，其係藉由膜厚測量裝置測量被形成在基板之膜之厚度的方法，其特徵在於， 上述膜厚測量裝置係具備 載置台，其係載置基板；及 受光發光單元，其係對上述載置台上之基板射出膜厚測量用之光，同時接受被射出的上述光之上述載置台上之基板所致之反射光；該膜厚測量方法包含： 在上述載置台載置基板之時，檢測上述載置台之方向的工程； 根據上述載置台之方向的檢測結果，以載置基板之時的上述載置台之方向成為期望的方向之方式，使上述載置台旋轉的工程； 在被設為上述期望的方向之上述載置台載置基板的工程；及 從上述受光發光單元射出上述光，根據上述反射光之上述受光發光單元所致的受光結果，測量被形成在上述載置台上之基板之膜之厚度的工程。
  11. 如請求項10之膜厚測量方法， 其中，包含： 測量從上述受光發光單元至該受光發光單元之光對上述載置台上之基板的照射點的距離的工程；和 根據在測量上述距離之工程的測量結果，調整測量上述膜之厚度的工程時之從上述受光發光單元至上述照射點為止之距離的工程。
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