(57)【要約】【課題】見かけ上の膜厚を補正し、正確な膜厚を測定することを可能とする。【解決手段】膜厚測定装置は、基板の表面に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定部と、前記膜厚測定部の周辺の湿度を測定する湿度測定部と、湿度と膜厚の相関関係に関する情報を格納する格納部と、前記湿度測定部により測定された湿度と前記格納部に格納された情報とから膜厚の測定値を補正するための第１の補正量を算出し、算出された第１の補正量により前記膜厚測定部により測定された膜厚の測定値を補正する補正部と、前記膜厚測定部と前記湿度測定部と前記補正部を制御する制御部と、を有する。【選択図】図４
2019062003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定部と、
前記膜厚測定部の周辺の湿度を測定する湿度測定部と、
湿度と膜厚の相関関係に関する情報を格納する格納部と、
前記湿度測定部により測定された湿度と前記格納部に格納された情報とから膜厚の測定値を補正するための第１の補正量を算出し、算出された第１の補正量により前記膜厚測定部により測定された膜厚の測定値を補正する補正部と、
前記膜厚測定部と前記湿度測定部と前記補正部を制御する制御部と、
を有する膜厚測定装置。
【請求項２】
基板の表面に膜が形成された後に前記基板が大気に暴露された時間である大気曝露時間を算出する算出部をさらに有し、
前記格納部は、大気曝露時間と膜厚の増加量との関係を示す情報を格納し、
前記補正部は、前記湿度測定部により測定された湿度とともに、前記算出部により算出された大気曝露時間を用いて第２の補正量を算出する
請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
膜厚測定部により、基板の表面に形成された膜の膜厚を測定する工程と、
前記膜厚測定部の周辺の湿度を測定する工程と、
前記膜厚測定部の周辺の湿度と、格納部に格納された湿度と膜厚の相関関係に関する情報と、から膜厚の測定値を補正するための第１の補正量を算出し、算出された第１の補正量により測定された膜厚の測定値を補正する工程と、
を有する膜厚測定方法。
【請求項４】
膜厚測定部により、基板の表面に形成された膜の膜厚を測定する手順と、
前記膜厚測定部の周辺の湿度を測定する手順と、
前記膜厚測定部の周辺の湿度と、格納部に格納された湿度と膜厚の相関関係に関する情報と、から膜厚の測定値を補正するための第１の補正量を算出し、算出された第１の補正量により測定された膜厚の測定値を補正する手順と、
を行う手順をコンピュータにより前記膜厚測定部に実行させるプログラム。
【請求項５】
基板に膜を形成する工程と、
前記基板の裏面に形成された膜を除去する工程と、
膜厚測定部により、前記基板の表面に形成された膜の膜厚を測定する工程と、前記膜厚測定部の周辺の湿度を測定する工程と、前記膜厚測定部の周辺の湿度と、格納部に格納された湿度と膜厚の相関関係に関する情報と、から膜厚の測定値を補正するための第１の補正量を算出し、算出された第１の補正量により測定された膜厚の測定値を補正する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚測定装置、膜厚測定方法、プログラム及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板を基板保持具に載置して反応炉内に収容し、成膜やアニール等の各種基板処理が行われている。これらの工程を行う基板処理装置において、導体膜、半導体膜、絶縁膜等の成膜処理後に、基板に対して膜厚測定が行われている。
【０００３】
上述した膜厚測定では、例えば大気に曝される時間や測定器周辺の湿度等の測定器の設置されている環境によって測定結果が異なってしまうため、正確な膜厚を測定することができないという問題があった（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１７２３３号公報
【特許文献２】特開２００１−０９３９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、見かけ上の膜厚を補正し、正確な膜厚を測定することを可能とする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、基板の表面に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定部と、前記膜厚測定部の周辺の湿度を測定する湿度測定部と、湿度と膜厚の相関関係に関する情報を格納する格納部と、前記湿度測定部により測定された湿度と前記格納部に格納された情報とから膜厚の測定値を補正するための第１の補正量を算出し、算出された第１の補正量により前記膜厚測定部により測定された膜厚の測定値を補正する補正部と、前記膜厚測定部と前記湿度測定部と前記補正部を制御する制御部と、を有する技術が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、見かけ上の膜厚を補正し、正確な膜厚を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体製造システムを示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜装置を示す側面断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る膜厚測定装置の制御構成を示すブロック図である。
【図５】膜厚測定時大気暴露時間とＴｉＮ膜厚の増加量との関係を示す図である。
【図６】事前大気暴露時間毎の膜厚測定時大気暴露時間とＴｉＮ膜厚の増加量との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る膜厚測定装置の格納部に格納される情報の一例を示す図であって、事前大気暴露時間別の膜厚測定値増加量レートを示す図である。
【図８】図７をグラフ化して示した図である。
【図９】本発明の実施形態に係る膜厚測定装置の格納部に格納される情報の一例を示す図であって、湿度と膜厚の相関関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る膜厚測定装置の膜厚測定工程を示したフローチャートである。
【図１１】膜厚測定装置を用いて膜厚測定を行う際の測定順序を説明する図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る膜厚測定装置を用いた実施例を示す図である。
【図１３】（Ａ）は、補正処理を行う前の実行回数に対する膜厚（測定値）の変動を示した図であって、（Ｂ）は、補正処理を行った後の実行回数に対する膜厚（真値）の変動を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
本実施形態における半導体製造システムは、図１に示されているように、ホスト装置１０と、成膜装置（基板処理装置）１００と、後処理装置１２と、膜厚測定装置１４を有する。本実施形態における半導体製造システムでは、成膜装置１００において基板に膜を形成し、後処理装置１２において基板の裏面に形成された膜を除去し、膜厚測定装置１４において基板の表面に形成された膜の膜厚を測定するように構成されている。成膜装置１００と後処理装置１２と膜厚測定装置１４は、それぞれコンピュータであるホスト装置１０に接続されている。
【００１１】
ホスト装置１０は、成膜装置１００による成膜処理開始前に、処理レシピ、ロット情報等を成膜装置１００に送信する。また、ホスト装置１０は、成膜装置１００から成膜処理終了後に、処理開始時刻、処理終了時刻、処理内容、処理結果等の情報を取得する。また、ホスト装置１０は、後処理装置１２による処理開始前に、処理レシピ、ロット情報等を後処理装置１２に送信する。また、ホスト装置１０は、後処理装置１２から後処理終了後に、処理開始時刻、処理終了時刻、処理内容、処理結果等の情報を取得する。また、膜厚測定装置１４は、ホスト装置１０から成膜装置１００や後処理装置１２における処理開始時刻、処理終了時刻、処理内容、処理結果等の情報を取得する。そして、膜厚測定装置１４は、膜厚測定処理終了後に、処理結果等の情報をホスト装置１０に送信したり、出力したりする。
【００１２】
次に、成膜装置１００について図２及び図３に基づいて説明する。
図２及び図３に示されているように、成膜装置１００は、成膜装置本体として用いられる筐体１１１を備えている。筐体１１１内では、シリコン等からなる基板としてのウエハ２００を所定の枚数収容し、収容容器として用いられるウエハキャリアとしてフープ（ＦＯＵＰ、ＰＯＤとも称される。以下ポッドという。）１１０が使用される。なお、図２において、後述するメンテナンス扉１０４側を装置前方、待機部１２６側を装置後方として定義し、他の図面においても装置に対する前後方向と説明する場合は、同一の定義によって説明を行う。
【００１３】
筐体１１１の正面壁１１１ａの正面前方部にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４がそれぞれ建て付けられている。筐体１１１の正面壁１１１ａにはポッド搬入搬出口１１２が筐体１１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１１２はフロントシャッタ１１３によって開閉されるようになっている。ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側には、搬入搬出部として用いられるロードポート１１４が設置されており、ロードポート１１４はポッド１１０が載置されて位置合わせするように構成されている。ポッド１１０はロードポート１１４上にＯＨＴ（Ｏｖｅｒｈｅａｄ  Ｈｏｉｓｔ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）等の図示しない工程内搬送装置によって搬入、搬出されるようになっている。
【００１４】
筐体１１１内の前後方向の略中央部における上部には、ポッド棚（収容棚）１０５が設置されている。ポッド棚１０５は垂直に立設される支持部１１６と、支持部１１６に対して例えば上中下段の各位置において垂直方向にそれぞれ独立して移動可能に保持された複数段の載置部１１７とを備えており、ポッド棚１０５は、複数段の載置部１１７にポッド１１０を複数個それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。すなわち、ポッド棚１０５は、例えば２つのポッド１１０を一直線上に同一方向を向いて配置して垂直方向に複数段に複数個のポッド１１０を収容する。
【００１５】
筐体１１１内におけるロードポート１１４とポッド棚１０５との間には、ポッド搬送装置（収容容器搬送機構）１１８が設置されている。ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま垂直方向に昇降可能な軸部としてのポッドエレベータ１１８ａとポッド１１０を載置して水平方向に搬送する搬送部としてのポッド搬送部１１８ｂとで構成されており、ポッド搬送装置１１８はポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送部１１８ｂとの連続動作により、ロードポート１１４、ポッド棚１０５、ポッドオープナ１２１との間で、ポッド１１０を搬送するように構成されている。
【００１６】
筐体１１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａにはウエハ２００をサブ筐体１１９内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１２０が、例えば垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口１２０には一対のポッドオープナ１２１がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置する載置台１２２と、密閉部材として用いられるポッド１１０のキャップを着脱するキャップ着脱機構１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は載置台１２２に載置されたポッド１１０のキャップをキャップ着脱機構１２３によって着脱することにより、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。
【００１７】
サブ筐体１１９はポッド搬送装置１１８やポッド棚１０５の設置空間から流体的に隔絶された移載室１２４を構成している。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。図２に模式的に示されているようにウエハ移載装置エレベータ１２５ｂはサブ筐体１１９の移載室１２４右側面に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ及びウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａの基板保持体（基板移載機）としてのツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、基板保持具としてのボート２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）及び脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
【００１８】
移載室１２４の後側領域には、ボート２１７を収容して待機させる待機部１２６が構成されている。待機部１２６の上方には、処理室として用いられる処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。また、ウエハ処理条件等によって酸素濃度を低くしたい場合など必要に応じて処理炉２０２の直下の待機部１２６を囲うように図示しない予備室（ロードロック室）を設け、予め酸素濃度を低下したり、基板処理されたウエハの冷却などを行うようにしても良い。
【００１９】
図２に模式的に示されているように、待機部１２６右側面にはボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。ボート２１７は複数本の基板保持柱としてのボート柱２１７ａを備えており、複数枚（例えば、２５〜２００枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に多段に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
【００２０】
図２に模式的に示されているように移載室１２４のウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ側及びボートエレベータ１１５側と反対側である左側面には、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア１３３を供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４が設置されている。クリーンユニット１３４から吹き出されたクリーンエア１３３は、ウエハ移載装置１２５ａ、待機部１２６にあるボート２１７に流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気がなされるか、もしくはクリーンユニット１３４の吸い込み側である供給側（左側面側）にまで循環され、再びクリーンユニット１３４によって、移載室１２４内に吹き出されるように構成されている。
【００２１】
次に、上述した構成を用いた成膜装置１００の動作について説明する。
尚、以下の説明において、成膜装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ２４０により制御される。
【００２２】
図２及び図３に示されているように、ポッド１１０がロードポート１１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、ロードポート１１４の上のポッド１１０はポッド搬送装置１１８によって筐体１１１の内部へポッド搬入搬出口１１２から搬入される。搬入されたポッド１１０はポッド棚１０５の指定された載置部１１７へポッド搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、ポッド棚１０５から一方のポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載されるか、もしくは直接ポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載される。この際、ポッドオープナ１２１のウエハ搬入搬出口１２０はキャップ着脱機構１２３によって閉じられており、移載室１２４にはクリーンエア１３３が流通され、充満されている。例えば、移載室１２４にはクリーンエア１３３として窒素ガスが充満することにより、酸素濃度が一定の値（例えば２０ｐｐｍ）以下と、筐体１１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。
【００２３】
載置台１２２に載置されたポッド１１０はその開口側端面がサブ筐体１１９の正面壁１１９ａにおけるウエハ搬入搬出口１２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、ポッド１１０の開口部を閉塞しているキャップがキャップ着脱機構１２３によって取り外され、ポッド１１０を開放する。
ポッド１１０がポッドオープナ１２１によって開放されると、ウエハ２００はポッド１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって排出され、移載室１２４の後方にある待機部１２６に待機しているボート２１７に装填される。ボート２１７に所定枚数のウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはポッド１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２４】
このとき、他方（下段または上段）のポッドオープナ１２１にはポッド棚１０５から別のポッド１１０がポッド搬送装置１１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ１２１によるポッド１１０の開放作業が同時に行われる。
【００２５】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填（チャージング）されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。
【００２６】
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に成膜処理（基板処理）が実施される。
処理後は、上述の逆の手順で、ボート２１７を処理炉２０２から搬出（ボートアンローディング）され、ボート２１７からポッドにウエハ２００を払い出され（ディスチャージング）、ウエハ２００及びポッド１１０は筐体の外部へ搬出される。その後、未処理のウエハ２００が収容された別のポッド１１０が搬送され、上述した処理が行われる。
【００２７】
次に、膜厚測定装置１４について説明する。
【００２８】
膜厚測定装置１４は、ウエハ２００に形成された膜の膜厚を測定するものである。膜厚測定装置１４として、例えばエリプソメータを用いることができる。エリプソメータは、光を照射して入射光と反射光の偏光の変化を測定するものであって、ウエハ２００上の単層または複層の膜厚および屈折率等の表面特性の測定に使用される。この膜厚測定装置１４の膜厚測定結果は、例えば膜厚測定装置１４の表示部に出力されたり、ホスト装置１０に送信される。
【００２９】
図４は、膜厚測定装置１４の制御構成を示すブロック図である。
膜厚測定装置１４は、主に、膜厚測定部１６と、湿度測定部１８と、格納部２０と、記憶部２１と、補正部２２と、算出部２４と、制御部２６と、出力部２８と、通信部２９から構成される。
【００３０】
制御部２６は、通信部２９を介して、成膜装置１００や後処理装置１２等の処理開始時刻、処理終了時刻、処理内容、処理結果等の情報をホスト装置１０から取得する。
【００３１】
膜厚測定部１６は、ウエハ２００の表面に形成された膜の膜厚を測定する。ここで測定される見かけ上の値を以下において測定値と記す。
【００３２】
湿度測定部１８は、膜厚測定部１６（膜厚測定装置１４）の周辺の湿度を測定する。
【００３３】
格納部２０は、湿度と膜厚の相関関係に関する情報を格納する。また、格納部２０は、膜厚測定時大気暴露時間と事前大気暴露時間と膜厚の増加量との関係を示す情報を格納する。
【００３４】
記憶部２１は、成膜装置１００や後処理装置１２等の処理開始時刻、処理終了時刻、処理内容、処理結果等の情報を記憶する。また、記憶部２１は、膜厚測定装置１４の処理開始時刻、膜厚を測定するウエハ毎の測定開始時刻、処理終了時刻、処理内容、処理結果等の情報を記憶する。
【００３５】
算出部２４は、成膜後のウエハ２００が大気に暴露された時間である大気曝露時間を算出する。
【００３６】
補正部２２は、湿度測定部１８により測定された湿度と、格納部２０に格納された情報とから膜厚の測定値を補正するための第１の補正量としての補正量（湿度由来補正量）を算出する。そして、算出された補正量により膜厚測定部１６により測定された膜厚の測定値を補正する。
【００３７】
また、補正部２２は、湿度測定部１８により測定された湿度とともに、算出部２４により算出された大気曝露時間を用いて第２の補正量としての補正量（大気暴露時間由来補正量）を算出し、算出された補正量により膜厚測定部１６により測定された膜厚の測定値を補正する。
【００３８】
出力部２８は、補正部２２により測定値が補正された補正値を膜厚測定結果として出力する。
【００３９】
そして、制御部２６は、通信部２９を介して、補正部２２により測定値が補正された補正値を膜厚測定結果としてホスト装置１０へ送信する。
【００４０】
つまり、制御部２６は、膜厚測定部１６と湿度測定部１８と記憶部２１と補正部２２と算出部２４と出力部２８と通信部２９等を制御する。
【００４１】
次に、膜厚測定装置１４の補正処理について説明する。
【００４２】
ここで、成膜処理後にポッド１１０のキャップを開放すると、ウエハ２００が大気に曝されて膜厚測定値が上昇される。これは、高濃度のＮ2雰囲気に置換されているポッド１１０のキャップを開放することでポッド１１０内のウエハ２００が大気に暴露され、膜が酸化されたり、膜の表面に水分や有機物等が付着するためであると考えられる。また、ポッド１１０を開放した直後は、膜厚測定値の増加レートが大きく、時間が経過すると次第に膜厚測定値の増加レートは小さくなる。また、膜厚を測定する順序によって、膜厚測定時までのウエハ２００が大気に曝される時間が異なる。すなわち、膜厚の真値を取得するためには、測定値に大気暴露時間に応じた補正処理を行うことが必要である。
【００４３】
図５は、窒化チタン（ＴｉＮ）の膜厚の増加量と膜厚測定時の大気暴露時間の関係を示す。図５に示されているように、膜厚測定時の大気暴露時間と膜厚の増加量との関係は、膜厚の増加量の経時変化を曲線で表わした増加量経時曲線（図５における破線）で示される。ここで、膜厚測定時の大気暴露時間とは、膜厚測定装置１４による経過時間による膜厚測定の測定開始時刻の差によって生じる大気暴露時間であって、１つのポッド１１０においてキャップを開放して最初に測定を開始したウエハの膜厚測定開始時刻と、測定対象であるウエハの膜厚測定開始時刻との差によって算出される。
【００４４】
そして、本実施形態では、増加量経時曲線を近似化するために膜厚測定時の大気暴露時間を３領域に分ける。そして、膜厚測定時大気暴露時間が０〜１０分の場合には増加レートとして０．０２１Å／分、膜厚測定時大気暴露時間が１０〜２５分の場合には増加レートとして０．０１０Å／分、膜厚測定時大気暴露時間が２５分以降の場合には増加レートとして０．００６Å／分を用いて膜厚測定値の補正を行う。
【００４５】
なお、成膜装置１００による成膜処理後、膜厚測定装置１４による膜厚測定を行う前に、ウエハ２００の裏面に形成された膜を除去する工程やウエハ２００の表面に付着した異物を測定する工程等の後処理工程を行う場合がある。このような場合にも、ウエハ２００が大気に暴露されてから膜厚測定までに時間がかかる場合がある。
【００４６】
図６は、事前大気暴露時間が及ぼす増加量経時曲線への影響を示す図である。ここで、事前大気暴露時間とは、成膜処理を終了してポッド１１０を開放してから膜厚測定装置１４による測定を開始するまでの大気暴露時間であって、例えば後処理開始時刻と膜厚測定装置１４による膜厚測定開始時刻との差によって算出される。図６には、事前大気暴露時間が５分後の場合、６０分後の場合、１２０分後の場合の増加量経時曲線が示されている。
【００４７】
すなわち、事前大気暴露時間が５分後の場合には、膜厚測定時大気暴露時間が０〜１０分の場合には増加レートとして０．０２１Å／分、膜厚測定時大気暴露時間が１０〜２５分の場合には増加レートとして０．０１０Å／分、膜厚測定時大気暴露時間が２５分以降の場合には増加レートとして０．００６Å／分を用いて膜厚測定値の補正を行う。
【００４８】
また、事前大気暴露時間が６０分後の場合には、膜厚測定時大気暴露時間が０〜１０分の場合には増加レートとして０．０１８Å／分、膜厚測定時大気暴露時間が１０〜２５分の場合には増加レートとして０．００９Å／分、膜厚測定時大気暴露時間が２５分以降の場合には増加レートとして０．００５Å／分を用いて膜厚測定値の補正を行う。
【００４９】
また、事前大気暴露時間が１２０分後の場合には、膜厚測定時大気暴露時間が０〜１０分の場合には増加レートとして０．０１６Å／分、膜厚測定時大気暴露時間が１０〜２５分の場合には増加レートとして０．００６Å／分、膜厚測定時大気暴露時間が２５分以降の場合には増加レートとして０．００４Å／分を用いて膜厚測定値の補正を行う。
【００５０】
つまり、図６に示されているように、事前大気暴露時間が長いほど膜厚測定値の増加レートが低くなっていることが分かる。これは、膜厚測定装置１４による膜厚測定工程前にウエハ２００が大気に暴露されているため、ＴｉＮ膜の酸化や、膜表面への水分、有機物等の付着が膜厚測定装置１４による膜厚測定工程前に起こり、膜厚測定開始時には膜厚測定値増加レートが低い状態となるためである。
【００５１】
図７は、上述した増加量経時曲線を近似化した膜厚測定時大気暴露時間が０〜１０分、膜厚測定時大気暴露時間が１０〜２５分、膜厚測定時大気暴露時間が２５分以降での事前大気暴露時間に応じた膜厚測定値増加レートを示している。図８は、図７をグラフ化した図である。図８によると、事前大気暴露時間に応じた３領域での膜厚測定値増加レートは、下記に示す近似式により算出することができる。なお、下記近似式におけるｙは事前大気暴露時間（分）である。
【００５２】
膜厚測定時大気暴露時間が０〜１０分の場合の増加レートａは次の式で示される。
（数１）
増加レートａ＝−４×１０-5×ｙ＋０．０２０８
【００５３】
また、膜厚測定時大気暴露時間が１０〜２５分の場合の増加レートａは次の式で示される。
（数２）
増加レートａ＝−３×１０-5×ｙ＋０．０１０３
【００５４】
また、膜厚測定時大気暴露時間が２５分以降の場合の増加レートａは次の式で示される。
（数３）
増加レートａ＝−２×１０-5×ｙ＋０．００６３
【００５５】
つまり、上述した膜厚測定値増加レートを算出し、算出された増加レートと算出された大気暴露時間を用いて膜厚測定値の補正を行う。
【００５６】
すなわち、本実施形態の膜厚測定装置１４は、格納部２０に図６〜図８に示されている事前大気暴露時間別の膜厚測定時大気暴露時間と膜厚増加量との関係を示す情報等を格納し、この増加量経時曲線から取得される直線近似式を用いて膜厚測定値の補正を行う。つまり、ウエハ２００が大気に暴露された大気暴露時間を算出し、算出された大気暴露時間と格納部２０に格納された情報を用いて膜厚測定値の補正を行う。
【００５７】
以上のように、膜厚は大気暴露時間と密接な関係があるため、成膜処理を終了してから膜厚測定を開始するまでの時間や、膜厚測定装置１４による経過時間をフィードバックし補正をすることで膜厚の真値を算出することができる。
【００５８】
次に、膜厚測定装置１４の周辺の湿度に応じた補正処理の詳細について説明する。
【００５９】
図９は、湿度と膜厚の相関関係を示す図である。図９に示されているように、膜厚測定装置１４周辺の湿度が高い場合には、ＴｉＮ膜の膜厚測定値が大きいことが分かる。本実施形態の膜厚測定装置１４は、格納部２０に、図９に示すような湿度と膜厚の相関関係に関する情報を格納し、このプロットから取得される次の直線近似式を用いて膜厚測定値の補正を行う。なお、下記近似式におけるｘは湿度（％）を示している。
（数４）
膜厚Ｙ（Å）＝０．０３６９×ｘ＋１０．５０４
【００６０】
つまり、制御部２６は、湿度測定部１８により測定された湿度から膜厚の増加量を算出し、膜厚測定部１６により測定された膜厚の測定値に対して補正を行う。
【００６１】
次に、膜厚測定装置１４の膜厚測定工程について説明する。ここでは、上述した成膜装置１００によってウエハ２００に膜を形成した後（成膜処理後）に、後処理装置１２によってウエハ２００の裏面に形成された膜を除去する後処理工程を経て、膜厚測定装置１４を用いてウエハ２００の表面に形成された膜の膜厚を測定する場合を例にして、図１０及び図１１を参照しながら説明する。
【００６２】
制御部２６はまず、ポッド１１０のキャップを開放し、膜厚測定部１６によりウエハ２００上に形成された膜厚の測定値（実測値）及び測定時刻をそれぞれ取得する（ステップＳ１０）。具体的には、ポッド１１０内には、図１１に示されるように複数枚のウエハ２００が垂直方向に略水平に収容されている。膜厚測定装置１４は、下段（Ｂｏｔｔｏｍ）のウエハ２００、中段（Ｃｅｎｔｅｒ）のウエハ２００、上段（Ｔｏｐ）のウエハ２００の順にウエハ２００上に形成された膜厚の測定値及び測定時刻をそれぞれ取得する。次に、制御部２６は、通信部２９を介してホスト装置１０から成膜処理終了から後処理開始までの時間及び処理内容を取得する（ステップＳ１１）。次に、後処理終了から膜厚測定開始までの時間及び処理内容を取得する（ステップＳ１２）。そして、成膜処理終了から後処理開始までの時間、後処理終了から膜厚測定開始までの時間、及び処理内容等に基づいて算出部２４により事前大気暴露時間を算出する（ステップＳ１３）。次に、制御部２６は、膜厚測定装置１４による膜厚測定開始時刻と、測定対象であるウエハ２００の膜厚測定開始時刻に基づいて膜厚測定時大気暴露時間を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、下段のウエハ２００の膜厚測定時刻と膜厚測定開始時刻との差が下段のウエハ２００の膜厚測定時大気暴露時間であり、中段のウエハ２００の膜厚測定時刻と膜厚測定開始時刻との差が中段のウエハ２００の膜厚測定時大気暴露時間であり、上段のウエハ２００の膜厚測定時刻と膜厚測定開始時刻との差が上段のウエハ２００の膜厚測定時大気暴露時間である。
【００６３】
次に、湿度測定部１８により膜厚測定装置１４周辺の湿度を取得する（ステップＳ１５）。そして、補正部２２は、上述した算出部２４により算出された事前大気暴露時間と膜厚測定時大気暴露時間、湿度測定部１８により取得された膜厚測定装置１４周辺の湿度、及び格納部２０に格納された情報とに基づいて補正量を算出し、算出された補正量に基づいてステップＳ１０において測定された測定値を補正する（ステップＳ１６）。
【００６４】
そして、出力部２８によりステップ１６において算出された補正後の膜厚値（真値）を出力する（ステップＳ１７）。
【００６５】
すなわち、本実施形態では、ポッド１１０のキャップが閉じられて密閉された状態でのポッド１１０内待機時間や、後処理時や膜厚測定時でのポッド１１０のキャップが開放された状態でのポッド１１０内待機時間も考慮して補正量を算出する。
【００６６】
次に、実施例について図１２及び図１３に基づいて説明する。
本実施例では、膜厚測定装置１４を用いて、測定処理１回当たりのポッド１１０内における上段（Ｔｏｐ）、中段（Ｃｅｎｔｅｒ）、下段（Ｂｏｔｔｏｍ）位置の３枚のウエハ２００上のＴｉＮ膜の膜厚を順番に測定し、１０回分のデータを取得した。
【００６７】
本実施例では、図１２に示されているＡ〜Ｃ列に示す値が、それぞれ上段（以下Ｔｏｐと記す）、中段（以下Ｃｅｎｔｅｒと記す）、下段（以下Ｂｏｔｔｏｍと記す）位置の膜厚測定値として取得された値であり、Ｄ列に示す値は、その平均膜厚である。１回目の処理では、Ｔｏｐ位置のウエハの膜厚は１１．４０６８Åで、Ｃｅｎｔｅｒ位置のウエハの膜厚は１１．３４９３Åで、Ｂｏｔｔｏｍ位置のウエハの膜厚は１１．３２７８Åで、１回目の処理においてウエハの膜厚の測定値の平均値は１１．３６Åであった。同様に、１０回分のデータを取得した結果、補正処理が実行される前の１〜１０回分のそれぞれの膜厚の測定値の平均値のばらつき３σは、０．５６Åであった。
【００６８】
Ｅ列は、後処理工程の開始時刻を示している。Ｆ〜Ｈ列は、それぞれＴｏｐ、Ｃｅｎｔｅｒ、Ｂｏｔｔｏｍ位置の膜厚測定開始時刻を示している。つまり、Ｈ列は、膜厚測定を実施する３枚中最も先に測定されるＢｏｔｔｏｍ位置の膜厚測定開始時刻を示しており、Ｂｏｔｔｏｍ位置、Ｃｅｎｔｅｒ位置、Ｔｏｐ位置の順序で膜厚測定が実施されている。そして、１回目の測定処理におけるＩ列の事前大気暴露時間は、次の式で算出される。
（数５）
Ｉ列（事前大気暴露時間）
＝Ｈ列（Ｂｏｔｔｏｍ位置の膜厚測定開始時刻）−Ｅ列（後処理工程の開始時刻）
＝５分
【００６９】
また、Ｊ〜Ｌ列は、Ｔｏｐ位置、Ｃｅｎｔｅｒ位置、Ｂｏｔｔｏｍ位置それぞれの膜厚測定時の大気暴露時間であって、次の式で算出される。
（数６）
Ｌ列（Ｂｏｔｔｏｍ位置の膜厚測定時大気暴露時間）
＝Ｈ列（Ｂｏｔｔｏｍ位置の膜厚測定開始時刻）−Ｈ列（膜厚測定開始時刻）
＝０分
（数７）
Ｋ列（Ｃｅｎｔｅｒ位置の膜厚測定時大気暴露時間）
＝Ｇ列（Ｃｅｎｔｅｒ位置の膜厚測定開始時刻）−Ｈ列（膜厚測定開始時刻）
＝３．８分
（数８）
Ｊ列（Ｔｏｐ位置の膜厚測定時大気暴露時間）
＝Ｆ列（Ｔｏｐ位置の膜厚測定開始時刻）−Ｈ列（膜厚測定開始時刻）
＝８．５分
【００７０】
また、Ｎ〜Ｐ列は、大気暴露時間補正を行うための傾きａであって、Ｉ列の事前大気暴露時間と格納部２０に格納された情報とに基づいて抽出される。具体的には、Ｉ列の事前大気暴露時間が５分なので、上述した数１〜数３を用いて、Ｎ列の膜厚測定時暴露時間が０〜１０分の場合の傾きａとして０．０２１、Ｏ列の膜厚測定時暴露時間が１０〜２５分の場合の傾きａとして０．０１０、Ｐ列の膜厚測定時暴露時間が２５分以降の場合の傾きａとして０．００６が抽出される。
【００７１】
また、Ｑ〜Ｓ列は、大気暴露時間の影響によるＴｏｐ、Ｃｅｎｔｅｒ、Ｂｏｔｔｏｍ位置それぞれの膜厚増加量（大気暴露時間補正量）であって、Ｎ〜Ｐ列で抽出された傾きと、Ｊ〜Ｌ列で算出された膜厚測定時の大気暴露時間を用いて算出される。
【００７２】
ここで、膜厚測定時大気暴露時間が１０分以下の場合の膜厚増加量は、次の式で算出される。
（数９）
膜厚増加量（Å）
＝Ｊ〜Ｋ列（膜厚測定時の大気暴露時間）×Ｎ列（０〜１０分領域の傾き）
【００７３】
また、膜厚測定時大気暴露時間が１０分より長く２５分以下の場合の膜厚増加量は次の式で算出される。
（数１０）
膜厚増加量（Å）
＝［Ｊ〜Ｋ列（膜厚測定時の大気暴露時間）−１０］×Ｏ列（１０〜２５分領域の傾き）＋Ｎ列×１０
【００７４】
また、膜厚測定時大気暴露時間が２５分より長い場合の膜厚増加量は次の式で算出される。
（数１１）
膜厚増加量（Å）
＝［Ｊ〜Ｋ列（膜厚測定時の大気曝露時間）−２５］×Ｐ列（２５分以降領域の傾き）＋Ｎ列×１０＋Ｏ列×１５
【００７５】
すなわち、本実施例の１回目の測定処理においては、膜厚測定時の大気暴露時間が全て１０分以下なので、上述した数９を用いてＴｏｐ、Ｃｅｎｔｅｒ、Ｂｏｔｔｏｍ位置それぞれのウエハ２００に対する膜厚増加量が大気暴露時間補正量として算出される。
（数１２）
Ｑ列（Ｔｏｐ位置のウエハの大気暴露時間補正量（Å））
＝Ｊ列（Ｔｏｐ位置のウエハの膜厚測定時大気暴露時間）×Ｎ列（０〜１０分領域の傾き）
＝８．５×０．０２１
＝０．１８
（数１３）
Ｒ列（Ｃｅｎｔｅｒ位置のウエハの大気暴露時間補正量（Å））
＝Ｋ列（Ｃｅｎｔｅｒ位置のウエハの膜厚測定時大気暴露時間）×Ｎ列（０〜１０分領域の傾き）
＝３．８×０．０２１
＝０．０８
（数１４）
Ｓ列（Ｂｏｔｔｏｍ位置のウエハの大気暴露時間補正量（Å））
＝Ｌ列（Ｂｏｔｔｏｍ位置のウエハの膜厚測定時大気暴露時間）×Ｎ列（０〜１０分領域の傾き）
＝０×０．０２１
＝０
【００７６】
また、Ｔ〜Ｖ列は、上述した数４を用いて膜厚測定装置１４周辺の湿度の影響による膜厚増加量（湿度補正量）を算出している。ここでは例えば湿度３０％を基準とし、膜厚測定時の湿度との差分を用いて膜厚増加量を算出している。なお、Ｍ列は、膜厚測定時の膜厚測定装置１４周辺の湿度である。
（数１５）
Ｔ〜Ｖ列（湿度補正量（Å））
＝０．０３６９×｜Ｍ列（膜厚測定時の湿度）−３０（基準湿度）｜
＝０．０３６９×｜１７．８−３０｜
＝０．４５
【００７７】
そして、Ｗ〜Ｙ列は、Ｔｏｐ、Ｃｅｎｔｅｒ、Ｂｏｔｔｏｍ位置それぞれのウエハの大気暴露時間や湿度等の測定環境外乱を排除した補正膜厚であり真値である。
【００７８】
具体的には、Ｗ列のＴｏｐ位置のウエハの膜厚補正値は、次の式で算出される。
（数１６）
Ｗ列（Ｔｏｐ位置のウエハの膜厚補正値）
＝Ａ列（膜厚測定値）−Ｑ列（大気暴露時間補正量）−Ｔ列（湿度補正量）
＝１１．４０６８−０．１８−（−０．４５）
＝１１．６８（Å）
【００７９】
同様に、Ｘ列のＣｅｎｔｅｒ位置のウエハの膜厚補正値は、次の式で算出される。
（数１７）
Ｘ列（Ｃｅｎｔｅｒ位置のウエハの膜厚補正値）
＝Ｂ列（膜厚測定値）−Ｒ列（大気暴露時間補正量）−Ｕ列（湿度補正量）
＝１１．３４９３−０．０８−（−０．４５）
＝１１．７２（Å）
【００８０】
同様に、Ｙ列のＢｏｔｔｏｍ位置のウエハの膜厚補正値は、次の式で算出される。
（数１８）
Ｙ列（Ｂｏｔｔｏｍ位置のウエハの膜厚補正値）
＝Ｃ列（膜厚測定値）−Ｓ列（大気暴露時間補正量）−Ｖ列（湿度補正量）
＝１１．３２７８−０−（−０．４５）
＝１１．７８（Å）
【００８１】
また、Ｚ列はＷ列〜Ｙ列の平均値である。すなわち、補正後には、Ｔｏｐ位置のウエハの膜厚は１１．６８Åで、Ｃｅｎｔｅｒ位置のウエハの膜厚は１１．７２Åで、Ｂｏｔｔｏｍ位置のウエハの膜厚は１１．７８Åで、１回目の測定処理によって測定されたウエハの膜厚の測定値の平均値は１１．７３Åであった。同様に、１０回分のデータを取得した結果、補正処理が実行された後の１〜１０回分のそれぞれの膜厚の補正値の平均値のばらつき３σは、０．１３Åであった。
【００８２】
図１３（Ａ）は、図１２の測定データにおける補正処理を行う前の１〜１０回分のそれぞれの実行回数に対するＴｏｐ、Ｃｅｎｔｅｒ、Ｂｏｔｔｏｍ位置の膜厚（測定値）の平均値（Ｄ列）の変動を示したものである。図１３（Ｂ）は、図１２の測定データにおける補正処理を行った後の１〜１０回分のそれぞれの実行回数に対するＴｏｐ、Ｃｅｎｔｅｒ、Ｂｏｔｔｏｍ位置の膜厚（真値）の平均値（Ｚ列）の変動を示したものである。
【００８３】
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示したように、膜厚測定装置１４において補正処理を行う前のＴｉＮ膜の膜厚の測定値のばらつき３σは０．５６Åであるのに対し、膜厚測定装置１４において補正処理を行った後のＴｉＮ膜の膜厚の補正値のばらつき３σは０．１３Åであった。ここで、σは標準偏差である。つまり、測定値と比べて補正値では、ばらつき３σが小さくなっていることが分かる。
【００８４】
すなわち、本実施形態における膜厚測定装置１４は、ポッド１１０のキャップが閉じられて密閉された状態でのポッド１１０内待機時間や、後処理時や膜厚測定時でのポッド１１０のキャップが開放された状態でのポッド１１０内待機時間も考慮して、事前大気暴露時間と膜厚測定時大気暴露時間を算出し、さらに装置の周囲の湿度に応じて測定値を補正することで、外乱の影響を排除することが可能となり、成膜性能のばらつきを小さくでき、真値の測定精度を高めることができる。
【００８５】
なお、上述した実施形態では、ＴｉＮ膜の例を用いて、膜厚影響因子として大気曝露時間と湿度を用いて説明したが、その他の膜種や、他の膜厚影響因子においても相関図を格納し、補正処理を行うことで同様の効果を得ることができる。
【００８６】
また、上述した実施形態では、膜厚測定装置１４を成膜装置１００の筐体１１１の外部に備える構成について説明したが、本発明はこのような態様に限定されず、例えば成膜装置１００内に膜厚測定装置１４を設けた構成においても適用することができる。
【００８７】
また、上述した実施形態では、膜厚測定装置１４の制御部２６が測定値の補正処理を行う例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されず、例えばホスト装置１０で補正処理を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１０      ホスト装置
１２      後処理装置
１４      膜厚測定装置
１６      膜厚測定部
１８      湿度測定部
２０      格納部
２２      補正部
２４      算出部
２６      制御部
２８      出力部
１００    成膜装置
２００    ウエハ（基板）
２４０      コントローラ
【図１】
2019062003.tif 000003
【図２】
2019062003.tif 000004
【図３】
2019062003.tif 000005
【図４】
2019062003.tif 000006
【図５】
2019062003.tif 000007
【図６】
2019062003.tif 000008
【図７】
2019062003.tif 000009
【図８】
2019062003.tif 000010
【図９】
2019062003.tif 000011
【図１０】
2019062003.tif 000012
【図１１】
2019062003.tif 000013
【図１２】
2019062003.tif 000014
【図１３】
2019062003.tif 000015