(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送室と、前記搬送室に接続された処理室と、
前記搬送室内に配置され、先端にハンドが取り付けられた伸縮可能なアームが設けられた基板搬送ロボットと、を有し、
基板を前記ハンド上に乗せて前記搬送室から前記基板を前記処理室内に搬入し、前記処理室内部で基板を処理できるように構成された基板の処理装置であって、
膜厚センサと、電源と、測定手段とを有し、
前記膜厚センサは、前記搬送室内に配置された測定コイルを備え、
前記電源は、前記ハンド上の前記基板が前記測定コイルと近接したときに前記測定コイルに交流電圧を印加し、前記基板表面の導電性薄膜に渦電流を生成させるように構成され、
前記ハンドを移動させ、前記処理室から前記ハンドを引き抜く際に、前記ハンド上の前記基板は前記測定コイルの下方に位置し、前記測定手段は、前記渦電流の影響により前記測定コイルに生じる信号を前記基板の複数の測定点で測定するように構成された基板の処理装置。
【請求項２】
前記処理室は複数設けられ、前記処理室のうち少なくとも一つは、前記基板の表面に導電性の薄膜を成長させるように構成され、
前記ハンド上の前記基板を前記処理室間で移動させられるように構成された請求項１記載の基板の処理装置。
【請求項３】
前記処理室は複数設けられ、前記処理室のうち少なくとも一つは、前記基板の表面に成膜された導電性の薄膜をエッチングするように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の基板の処理装置。
【請求項４】
前記処理室には前記測定コイルと前記基板との間の距離を測定する距離測定装置が設けられ、前記渦電流が発生しているときに、前記距離が測定されるように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の基板の処理装置。
【請求項５】
前記基板搬送ロボットは、前記距離測定装置の測定値から、前記距離が所定の値になるように、前記ハンドを移動させるように構成された請求項４記載の基板の処理装置。
【請求項６】
前記膜厚センサは、基準コイルと、二個の基準抵抗とを有し、
前記基準コイルは、前記測定コイルに直列接続され、前記測定コイルと前記基板が対向したときに、前記基板に対して、前記測定コイルよりも遠く位置するように配置され、
前記二個の基準抵抗は、互いに直列接続され、
前記二個の基準抵抗の直列接続回路と、前記測定コイル及び前記基準コイルの直列接続回路とは、互いに並列に接続され、
前記測定手段は、前記測定コイル及び前記基準コイルの直列接続回路の両端に交流電圧が印加されたときに、前記測定コイル及び基準コイルが接続された部分と、前記二個の基準抵抗が互いに接続された部分との間の電位差を、前記測定コイルに生じる信号として測定するように構成された請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の基板の処理装置。
【請求項７】
成膜室内部で基板表面に導電性の薄膜を成膜し、
前記薄膜が成膜された基板を前記成膜室から取り出した後に、前記薄膜の膜厚を求める基板の処理方法であって、
前記成膜室に接続された搬送室内に配置され、先端にハンドが取り付けられた伸縮可能なアームが設けられた基板搬送ロボットの前記ハンド上に前記基板を乗せて前記ハンドを前記成膜室から引き抜き、前記基板を前記成膜室から取り出しながら、前記基板と測定コイルとを近接させ、
前記測定コイルに交流電圧を印加して、前記基板表面の導電性薄膜に渦電流を生成させ、
前記渦電流の影響により前記測定コイルに生じる信号を前記基板の複数の測定点で検出し、前記信号に基づいて、前記基板表面に成膜された薄膜の膜厚を求めることを特徴とする基板の処理方法。
【請求項８】
エッチング室内部で、基板表面に成膜された導電性の薄膜をエッチングした後、
前記エッチング室に接続された搬送室内に配置され、先端にハンドが取り付けられた伸縮可能なアームが設けられた基板搬送ロボットの前記ハンド上に前記基板を乗せて前記ハンドを前記エッチング室から引き抜き、前記基板を前記エッチング室から取り出しながら前記基板を測定コイルに近接させ、
前記測定コイルに交流電圧を印加して、前記基板表面の導電性薄膜に渦電流を生成させ、
前記渦電流の影響により前記測定コイルに生じる信号を前記基板の複数の測定点で検出し、前記信号に基づいて、前記基板表面に形成されている薄膜の膜厚を求めることを特徴とする基板の処理方法。
【請求項９】
前記基板を前記測定コイル近傍で移動させながら、前記基板の複数箇所において、前記測定コイルに生じる信号を測定することを特徴とする請求項７又は請求項８のいずれか１項記載の基板の処理方法。
【請求項１０】
前記基板に対して前記測定コイルよりも遠い位置に、前記測定コイルと直列接続された基準コイルを配置し、二個の基準抵抗を直列接続し、前記二個の基準抵抗の直列接続回路と、前記測定コイル及び前記基準コイルの直列接続回路とを並列に接続してマクスウェルのインダクタンスブリッジを構成しておき、
前記マクスウェルのインダクタンスブリッジを用いて、前記測定コイルのインダクタンス成分の変化を求めることで、前記測定コイルに生じる信号を検出することを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載の基板の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板の処理装置及び基板の処理方法に関し、特に、基板を搬送する際に、基板上に成膜された薄膜の膜厚を測定しながら搬送する技術の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１９の符号１５０に、従来の真空マルチチャンバーを示す。このマルチチャンバー１５０は、平面が六角形状の搬送室１４０を有している。搬送室１４０には、第１〜第５の処理室１５１〜１５５と、搬出入室１５６とが、それぞれ真空バルブを介して接続されている。これらの各室には図示しない真空排気系がそれぞれ接続されており、それぞれの内部を真空排気することができるように構成されている。
【０００３】
第１〜第５の処理室１５１〜１５５は、それぞれの内部で基板表面に薄膜を成膜することができるように構成されている。また、搬送室１４０内には、搬送ロボット１４５が配置されている。この搬送ロボット１４５は、ハンド１４３を有しており、基板をハンド１４３に乗せた状態で、その基板を各室１５１〜１５６の間で搬送できるように構成されている。
【０００４】
かかる真空マルチチャンバー１５０で、基板表面に多層膜を成膜する動作について以下で説明する。ここでは、第１、第２の処理室１５１、１５２内で、二層膜を成膜する場合について説明する。
【０００５】
まず、全ての真空バルブを閉じた状態で、基板搬出入室１５６以外の各室の内部を真空排気し、所定の真空度にしておく。
この状態で、搬出入室１５６の図示しない扉を開き、基板を搬出入室１５６に搬入した後、搬出入室１５６内部を真空排気し、所定の真空度になったら、搬出入室１５６と搬送室１４０との間の真空バルブを開き、搬送ロボット１４０のハンド１４３を搬出入室１５６に入れ、基板をハンド１４３上に載せ、ハンド１４３を搬送室１４０内に入れる。
【０００６】
次に、第１の処理室１５１と搬送室１４０との間の真空バルブを開き、ハンド１４３を第１の処理室１５１内に入れ、基板を第１の処理室１５１内の所定位置に位置させ、ハンド１４３を処理室１５１から取り出す。
【０００７】
次いで、第１の処理室１５１と搬送室１４０との間の真空バルブを閉じ、処理室１５１内で一層目の薄膜の成膜処理をする。
一層目の成膜処理が終了したら、第１の処理室１５１と搬送室１４０との間の真空バルブを開き、ハンド１４３を第１の処理室１５１内に入れ、基板をハンド１４３上に移し替え、ハンド１４３を第１の処理室１５１から取り出す。
【０００８】
次に、第１の処理室１５１と搬送室１４０との間の真空バルブを閉じ、第２の処理室１５２と搬送室１４０との間の真空バルブを開き、上述した動作と同様に基板を第２の処理室１５２内に搬入し、二層目の薄膜の成膜処理を行う。その後、第２の処理室１５２から基板を搬送室１４０内に搬送し、搬出入室１５６と搬送室１４０との間の真空バルブを開き、搬送ロボット１４０のハンド１４３を搬出入室１５６に入れ、基板を搬出入室１５６内に位置させ、搬出入室１５６と搬送室１４０との間の真空バルブを閉じ、搬出入室１５６を大気圧雰囲気にした後に、搬出入室１５６の扉を開き、基板を装置外へと取り出す。以上の工程を経て、真空雰囲気中で基板表面に、二層膜を成膜することができる。
【０００９】
しかしながら、上述した真空マルチチャンバー１５０では、各処理室の成膜処理は、時間管理などの方法でなされており、実際の薄膜の膜厚を監視しながら成膜しているわけではないので、例えば実際に成膜された一層目の薄膜の膜厚が、所定値に満たなかったり、あるいは基板表面において膜厚が均一でないような場合もあった。
【００１０】
従来ではこのような場合でも、二層目の成膜処理に移行してしまうので、二層目の薄膜が成膜された後に、その二層膜の膜厚が所定値に達しなかったり、二層膜の膜厚が均一でなくなってしまう等という問題が生じていた。
このため、基板表面に薄膜を成膜した後、次の成膜処理に移行する前に、その薄膜の膜厚や、膜厚分布を求めたいという要求が高まっていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、基板の表面に薄膜を成膜した後に、次の処理に移行する前に薄膜の膜厚を正確に求めることができる技術を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、搬送室と、前記搬送室に接続された処理室と、前記搬送室内に配置され、先端にハンドが取り付けられた伸縮可能なアームが設けられた基板搬送ロボットと、を有し、基板を前記ハンド上に乗せて前記搬送室から前記基板を前記処理室内に搬入し、前記処理室内部で基板を処理できるように構成された基板の処理装置であって、膜厚センサと、電源と、測定手段とを有し、前記膜厚センサは、前記搬送室内に配置された測定コイルを備え、前記電源は、前記ハンド上の前記基板が前記測定コイルと近接したときに前記測定コイルに交流電圧を印加し、前記基板表面の導電性薄膜に渦電流を生成させるように構成され、前記ハンドを移動させ、前記処理室から前記ハンドを引き抜く際に、前記ハンド上の前記基板は前記測定コイルの下方に位置し、前記測定手段は、前記渦電流の影響により前記測定コイルに生じる信号を前記基板の複数の測定点で測定するように構成されている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の基板の処理装置であって、前記処理室は複数設けられ、前記処理室のうち少なくとも一つは、前記基板の表面に導電性の薄膜を成長させるように構成され、前記ハンド上の前記基板を前記処理室間で移動させられるように構成されている。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の基板の処理装置であって、前記処理室は複数設けられ、前記処理室のうち少なくとも一つは、前記基板の表面に成膜された導電性の薄膜をエッチングするように構成されている。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の基板の処理装置であって、前記処理室には前記測定コイルと前記基板との間の距離を測定する距離測定装置が設けられ、前記渦電流が発生しているときに、前記距離が測定されるように構成されている。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の基板の処理装置であって、前記基板搬送ロボットは、前記距離測定装置の測定値から、前記距離が所定の値になるように、前記ハンドを移動させるように構成されている。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の基板の処理装置であって、前記膜厚センサは、基準コイルと、二個の基準抵抗とを有し、前記基準コイルは、前記測定コイルに直列接続され、前記測定コイルと前記基板が対向したときに、前記基板に対して、前記測定コイルよりも遠く位置するように配置され、前記二個の基準抵抗は、互いに直列接続され、前記二個の基準抵抗の直列接続回路と、前記測定コイル及び前記基準コイルの直列接続回路とは、互いに並列に接続され、前記測定手段は、前記測定コイル及び前記基準コイルの直列接続回路の両端に交流電圧が印加されたときに、前記測定コイル及び基準コイルが接続された部分と、前記二個の基準抵抗が互いに接続された部分との間の電位差を、前記測定コイルに生じる信号として測定するように構成されている。
請求項７記載の発明は、成膜室内部で基板表面に導電性の薄膜を成膜し、前記薄膜が成膜された基板を前記成膜室から取り出した後に、前記薄膜の膜厚を求める基板の処理方法であって、前記成膜室に接続された搬送室内に配置され、先端にハンドが取り付けられた伸縮可能なアームが設けられた基板搬送ロボットの前記ハンド上に前記基板を乗せて前記ハンドを前記成膜室から引き抜き、前記基板を前記成膜室から取り出しながら、前記基板と測定コイルとを近接させ、前記測定コイルに交流電圧を印加して、前記基板表面の導電性薄膜に渦電流を生成させ、前記渦電流の影響により前記測定コイルに生じる信号を前記基板の複数の測定点で検出し、前記信号に基づいて、前記基板表面に成膜された薄膜の膜厚を求めることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、基板の処理方法であって、エッチング室内部で、基板表面に成膜された導電性の薄膜をエッチングした後、前記エッチング室に接続された搬送室内に配置され、先端にハンドが取り付けられた伸縮可能なアームが設けられた基板搬送ロボットの前記ハンド上に前記基板を乗せて前記ハンドを前記エッチング室から引き抜き、前記基板を前記エッチング室から取り出しながら前記基板を測定コイルに近接させ、前記測定コイルに交流電圧を印加して、前記基板表面の導電性薄膜に渦電流を生成させ、前記渦電流の影響により前記測定コイルに生じる信号を前記基板の複数の測定点で検出し、前記信号に基づいて、前記基板表面に形成されている薄膜の膜厚を求めることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項７又は請求項８のいずれか１項記載の基板の処理方法であって、前記基板を前記測定コイル近傍で移動させながら、前記基板の複数箇所において、前記測定コイルに生じる信号を測定することを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載の基板の処理方法であって、前記基板に対して前記測定コイルよりも遠い位置に、前記測定コイルと直列接続された基準コイルを配置し、二個の基準抵抗を直列接続し、前記二個の基準抵抗の直列接続回路と、前記測定コイル及び前記基準コイルの直列接続回路とを並列に接続してマクスウェルのインダクタンスブリッジを構成しておき、前記マクスウェルのインダクタンスブリッジを用いて、前記測定コイルのインダクタンス成分の変化を求めることで、前記測定コイルに生じる信号を検出することを特徴とする。
【００１３】
本発明は上述したように構成されており、膜厚センサ内に設けられた測定コイルを基板と近接するように配置し、その状態で測定コイルに交流電圧を印加して基板に渦電流を生じさせ、基板に生じた渦電流の影響を受けた測定コイルに生じる信号、例えばインダクタンス成分の変化量を求めることで、基板表面に成膜された薄膜の膜厚を求めている。
【００１４】
かかる測定コイルのインダクタンス成分の変化量は、インダクタンスブリッジを用いた高感度測定回路により求めている。
図１１は、本発明の測定原理を説明するためのブロック図であり、符号１０は、マクスウェルのインダクタンスブリッジを示している。
【００１５】
このインダクタンスブリッジ１０は、直列接続された２個の基準抵抗１４、１５と、直列接続された基準コイル１２及び測定コイル１１が、並列接続されて構成されている。
【００１６】
インダクタンスブリッジ１０のバランスが取れている場合、インダクタンスブリッジ１０の入力端子２１、２２の間に交流電圧源２７を接続し、インダクタンスブリッジ１０に交流電圧ＶDを印加しても、インダクタンスブリッジ１０の出力端子２３、２４の間に電圧は現れない。
【００１７】
インダクタンスブリッジ１０のバランスが取れた状態で、測定コイル１１に基板５を近づけると、基板５に渦電流が生じ、その影響によって測定コイル１１のインダクタンス値が変化し、バランスがくずれて出力端子２３、２４間に電圧ＶSが現れる。
【００１８】
インダクタンスブリッジ１０に印加する交流電圧ＶDを、
ＶD ＝ ＶD0・ｅｘｐ(ｉωｔ)
で表した場合、出力端子２３、２４間に現れる電圧ＶSは、
【００１９】
ＶS ＝ ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ＋φ) ＝ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ)・ｃｏｓ(φ) ＋ ｉ・ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ)・ｓｉｎ(φ)
となる。
【００２０】
この電圧ＶSの、入力電圧ＶDに同期した位相の電圧と、９０°ずれた位相の電圧とを測定し、その比から、測定コイル１１のインダクタンス成分の大きさの変化分が求められる。
【００２１】
インダクタンス成分の変化量は、基板５中の渦電流損失を表しており、交流電圧ＶDの周波数は既知であるから、基板５や基板５表面の金属薄膜の比抵抗が既知であれば、その金属薄膜の膜厚が求められる。
【００２２】
図１３のグラフは、インダクタンス成分の変化量と、基板表面の銅薄膜の膜厚の関係の一例を示すグラフである。印加した交流信号の周波数は２ＭＨｚである。また、交流電圧ＶDの大きさは数Ｖ程度である。
【００２３】
このグラフから分かるように、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量は、基板表面の銅薄膜の膜厚に応じて変化するため、予め、インダクタンス成分の変化量と膜厚との関係を測定しておき、薄膜が成膜される前に基板を測定コイルに近づけてインダクタンス成分の変化量を測定しておき、基板表面に銅薄膜を成膜し、成膜後の基板を測定コイルに近づけ、測定コイルのインダクタンス成分の変化量を求めると、求められたインダクタンス成分の変化量から、成膜された薄膜の膜厚を求めることができる。
【００２４】
このように本発明では、測定コイルを基板に近接させ、基板表面の導電性薄膜中に渦電流を生じさせ、この渦電流による測定コイルのインダクタンス成分の変化量に応じて、導電性薄膜の膜厚を求めているので、正確に実際の膜厚を求めることができる。
また、インダクタンス成分の変化量を求めることで薄膜の膜厚を求めているので、ごく短時間で所定位置の膜厚を求めることができる。
【００２５】
かかる本発明によれば、成膜室内部で基板表面に導電性の薄膜を成膜し、基板を成膜室から取り出した後、基板と近接する位置に測定コイルを配置して、薄膜の膜厚を正確に求めることができる。
【００２６】
また、エッチング室内部で、基板表面に成膜された導電性の薄膜をエッチングする前に、予め基板と測定コイルとを近接させ、導電性薄膜の膜厚を正確に求めておくと、エッチング時間を正確に設定することができる。
【００２７】
他方、導電性薄膜をエッチング処理する場合、エッチングが不十分であると、不良品になってしまうため、エッチング処理を終了した後、基板と測定コイルとを近接させ、エッチング後の導電性薄膜の膜厚を測定すると、エッチング不足を検出することができる。エッチング不足を検出した場合、真空雰囲気から取り出さずに再度エッチング処理を行うことにより、追加エッチングを行うことができる。
【００２８】
また、処理室内で、基板表面に成膜された導電性の薄膜の膜厚を増加又は減少させる表面処理、例えば成膜処理やエッチング処理等を行う際に、その表面処理の途中で基板を処理室内から取り出し、その状態で、基板と近接する位置に測定コイルを配置することで、基板表面に成膜された薄膜の膜厚を求めることができる。このように構成することにより、薄膜の膜厚が増加又は減少されているか否かを正確に知ることができる。
【００２９】
また、本発明において、基板を測定コイル近傍で移動させながら、基板の複数箇所の膜厚を求めるように構成してもよい。
このように構成することにより、基板表面の複数箇所で膜厚を求めることができ、求められた膜厚の平均値を求めることもできるし、また、膜厚分布を求めることもできる。従って、例えば、基板表面に複数回に分けて金属薄膜を成膜するような場合に、一回目の成膜処理終了後、薄膜の膜厚分布を求めることができ、基板表面の膜厚にばらつきがあるような場合には、そのばらつきを補償するように二回目の成膜処理をすることで、金属薄膜の膜厚が均一になるように制御することができる。
【００３０】
また、小さな測定コイルを用いて膜厚を測定することができるので、真空マルチチャンバーのように、膜厚測定のための専用室を設けるスペースが確保しにくい場合でも、搬送室内に測定コイルを配置するだけで膜厚を正確かつ迅速に測定することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１の符号５０に、本発明の基板の処理装置の一実施形態の真空マルチチャンバーを示す。このマルチチャンバー５０は、平面が六角形状の搬送室４０を有している。搬送室４０には、第１〜第５の処理室５１〜５５と、搬出入室５６とが、それぞれ真空バルブ５８1〜５８6を介して接続されている。これらの各室には図示しない真空排気系が接続されており、それぞれの内部を真空排気することができるように構成されている。真空バルブ５８1〜５８6を閉じると、第１〜第５の処理室５１〜５５と搬出入室５６の内部は、搬送室４０から分離されるようになっている。
【００３２】
搬送室４０内には、搬送ロボット４５が配置されている。この搬送ロボット４５は、図示しない駆動機構により動作し、搬送室４０の中心で上下方向に伸縮可能でかつ水平方向に回転可能な支持体４４に取り付けられ、伸縮可能に構成されたアーム４１、４２と、アーム４１、４２の先端に取り付けられ、絶縁体からなるハンド４３とを有しており、支持体４４を回転させてアーム４１、４２を伸縮させることにより、その先端のハンド４３を各室間で移動させることができる。またハンド４３はその上面に基板を載置できるように構成されており、基板をハンド４３に乗せた状態で、その基板を各室５１〜５６の間で搬送できるように構成されている。
【００３３】
また、搬送室４０内の天井側には、第１、第２の処理室５１、５２の近傍位置に、膜厚センサ７1、７2がそれぞれ配置されている。
この膜厚センサ７1、７2は、図１１に示すように、測定コイル１１及び基準コイル１２と、直列接続された二個の基準抵抗１４、１５を有している。
【００３４】
このうち、測定コイル１１は、図１２に示すように基準コイル１２よりも下方に配置されている。これらの測定コイル１１及び基準コイル１２は直列接続されており、その直列接続回路が、やはり直列接続された基準抵抗１４、１５の直列接続回路と並列に接続され、マクスウェルのインダクタンスブリッジ１０を構成している。
【００３５】
かかるインダクタンスブリッジ１０は、直列接続された基準抵抗１４、１５の両端が入力端子となっている。図１１の符号２１、２２にその入力端子を示す。また、測定コイル１１と基準コイル１２とが接続された部分と、二つの基準抵抗１４、１５が互いに接続された部分とが、それぞれインダクタンスブリッジ１０の出力端子となっている。図１１の符号２３、２４に、その出力端子を示す。
【００３６】
このインダクタンスブリッジ１０は、搬送室４０外に配置された測定装置８に接続されている。
この測定装置８1、８2は、交流電圧源２６と、測定器２７とを有している。
【００３７】
交流電圧源２６は、インダクタンスブリッジ１０の入力端子２１、２２に接続されており、交流電圧源２６を起動すると、測定コイル１１に交流電流を供給することができるように構成されている。
【００３８】
測定器２７は、インダクタンスブリッジ１０の出力端子２３、２４に接続されており、出力端子２３、２４間に現れる電圧を測定することで、後述する測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を求めることができるように構成されている。
【００３９】
搬送室４０内の天井側には、かかる構成の膜厚センサ７に近接するように、距離測定器９が配置されている。
この距離測定器９は、下方に位置する測定対象にレーザ光を照射し、測定対象から反射される反射光と照射光との位相差を求め、その位相差に基づいて、後述する基板表面と測定コイルとの間の距離を測定することができるように構成されている。こうして測定された距離は、搬送ロボット４５に出力され、搬送ロボット４５は、この距離に応じて、ハンド４３を移動させられるように構成されている。
【００４０】
上述した構成の真空マルチチャンバー５０では、予め図２に示すように基板をハンド４３上に載置しない状態で、インダクタンスブリッジのバランスがとれ、インダクタンスブリッジの出力端子２３、２４間に現れる電圧Ｖｓが０Ｖになるようにしておく。
【００４１】
以下で、上述した構成の真空マルチチャンバー５０を用いて、二層の金属薄膜(金属薄膜は、導電性薄膜の例である。)を成膜する動作について説明する。
まず、全ての真空バルブ５８1〜５８6を閉じた状態で、搬出入室５６以外の各室の内部を真空排気し、所定の真空度にしておく。
【００４２】
この状態で、搬出入室５６の図示しない扉を開き、基板５を搬出入室５６に搬入した後、搬出入室５６内部を真空排気し、内部が所定の真空度になったら、搬出入室５６と搬送室４０との間の真空バルブ５８6を開け、搬送ロボット４５のハンド４３を搬出入室５６に入れ、１枚の基板５をハンド４３上に載せ、ハンド４３を搬送室４０内に入れる。
【００４３】
こうして、基板５をハンド４３上に載置させた状態で、ハンド４３を膜厚センサ７の下方に位置させ、膜厚センサ７1内の測定コイル１１近傍に基板５を位置させる。
【００４４】
この状態で交流電圧源２６を起動して測定コイル１１に交流電圧を供給すると、測定コイル１１の内部及びその付近の空間に交流磁界が形成される。この交流磁界は、測定コイル１１の近傍に位置する基板５にも達し、基板５の内部に渦電流が発生する。この渦電流によってインダクタンスブリッジのバランスが崩れ、インダクタンスブリッジの出力端子２３、２４の間に電圧が生じる。この電圧を測定器２７が測定することにより、基板５の表面に金属薄膜が成膜されていない状態における、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を求めることができる。
【００４５】
成膜処理をする以前に、予め、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量と、測定対象の基板と同種類で同じ厚さの基板表面に成膜された既知の薄膜の膜厚との関係は対応づけられており、その対応関係は測定器２７に記憶されている。
【００４６】
次に、第１の処理室５１と搬送室４０との間の真空バルブ５８1を開け、ハンド４３を第１の処理室５１内に入れ、基板を第１の処理室５１内の所定位置に位置させ、ハンド４３を第１の処理室５１から取り出す。
【００４７】
次いで、第１の処理室５１と搬送室４０との間の真空バルブ５８1を閉じ、第１の処理室５１内で一層目の成膜処理をする。
一層目の成膜処理が終了したら、第１の処理室５１と搬送室４０との間の真空バルブ５１1を開け、ハンド４３を第１の処理室５１内に入れ、基板５をハンド４３上に移し替え、ハンド４３を第１の処理室５１から取り出す。
【００４８】
このときの動作を図３乃至図１０を参照しながら以下で説明する。図３は、ハンド４３が第１の処理室５１内に位置し、ハンド４３上に基板が移し替えられた状態を示している。
【００４９】
次いで、ハンド４３を第１の処理室５１から引き抜く。その状態を図８、図４に示す。
図８は、第１の処理室５１及び搬送室４０の間で基板５が移動する状態を説明する平面図であり、ハンド４３等は省略している。図４は図８のＡ−Ａ線断面図に対応している。
【００５０】
図８、図４に示すように、第１の処理室５１から基板５が引き出されると、まず搬送室４０側の端部が測定コイル１１の下方に位置する。その状態では、図１２に示すように、基板５の表面と測定コイル１１とは近接した状態になっている。図１２で符号３０はシリコン基板を示しており、符号３１はその表面に成膜された金属薄膜３１を示している。
【００５１】
この状態で測定コイル１１に交流電圧を供給し、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を求める。薄膜の膜厚に応じて、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量は変化する。測定器２７には上述したように、インダクタンス成分の変化量と膜厚との対応関係が記憶されており、薄膜が成膜された状態でのインダクタンス成分の変化量と、薄膜が成膜されていない状態でのインダクタンス成分の変化量との差分をとり、この差分を、上述した対応関係と照合することで、基板５の、搬送室４０側の端部における薄膜の膜厚を求めることができる。
【００５２】
次いで、ハンド４３を更に引き抜くと、測定コイル１１の下方に、基板５の中央部分が位置する。その状態を図９、図５に示す。図９はその状態を示す平面図であり、図５は図９のＢ−Ｂ線断面図を示している。
【００５３】
測定器２７は、基板５の中央部分が測定コイル１１の下方に位置した状態でも、上述したと同様に測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を求めており、この変化量より、基板５の中央部分における薄膜の膜厚を求めることができる。
【００５４】
ハンド４３を更に引き抜くと、測定コイル１１の下方に、第１の処理室５１側に位置する基板５の端部が位置する。その状態を図１０、図６に示す。図１０はその状態を示す平面図であり、図６は図１０のＣ−Ｃ線断面図を示している。
【００５５】
測定器２７は、第１の処理室５１側に位置する基板５の端部が測定コイル１１の下方に位置した状態でも、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を求めており、この変化量より、基板５の、第１の処理室５１側に位置する端部における膜厚を求めることができる。
以上までの動作で、基板５の、搬送方向における両端部と、中央部分との合計三点の位置における金属薄膜の膜厚を求めることができる。
【００５６】
以上までの動作中、距離測定器９は、測定対象となる基板５の表面にレーザ光を照射し、照射光と、基板５表面からの反射光との位相差を検出して基板５表面と測定コイル１１との間の距離を常時測定し、搬送ロボット４５に出力している。
【００５７】
搬送ロボット４５は、距離測定器９で測定された距離に応じてハンド４３の位置を微調整しながら移動させ、常に、基板５表面と測定コイル１１との間の距離が一定になるように動作している。測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量は、基板の厚み及び薄膜の膜厚の和と、測定コイル１１及び基板５表面の間の距離とで規定され、測定コイル１１及び基板５表面の間の距離が一定でない場合には、インダクタンス成分の変化量を正確に求めることはできないが、本実施形態では、測定コイル１１と基板５表面との距離を常に一定に保っているので、インダクタンス成分の変化量を正確に求めることができる。
【００５８】
以上のようにして、基板５表面における三点の位置における薄膜の膜厚を求めることで、三点における膜厚の平均値や、膜厚分布を求めることができる。こうして求められた膜厚の平均値が所定値に達していなかった場合や、三点における膜厚に許容誤差以上のばらつきが生じたような場合には、再び基板５を第１の処理室５１に入れ、成膜パラメータや基板の向き等を調整し、そのばらつきを補償するような成膜処理をする。
【００５９】
こうして、基板５の表面に成膜された一層目の薄膜の膜厚及び膜厚分布が所定の値に達したら、第１の処理室５１と搬送室４０との間の真空バルブ５８1を閉じ、第２の処理室５２と搬送室４０との間の真空バルブ５２1を開け、上述した動作と同様に、基板５を第２の処理室５２内に搬入し、二層目の薄膜の成膜処理を行う。
【００６０】
二層目の成膜処理が終了したら、第２の処理室５２から基板５を取り出す。搬送室４０内部の天井側には、第２の処理室５２の近傍位置に、上述した膜厚センサ７1と同じ構成の膜厚センサ７2が配置されており、第２の処理室５２から基板を取り出す際にも、基板５表面の薄膜の膜厚を三点で測定し、薄膜の膜厚及び膜厚分布を求める。こうして適正な膜厚及び膜厚分布が得られたら、二層目の成膜処理を終了し、得られなかった場合には再度第２の処理室５２内に基板５を搬入し、成膜処理をする。
【００６１】
二層目の成膜処理が終了した後に、搬出入室５６と搬送室４０との間の真空バルブ５８6を開け、搬送ロボット４０のハンド４３を搬出入室５６に入れ、基板を搬出入室５６内に位置させ、搬出入室５６と搬送室４０との間の真空バルブ５８6を閉じ、搬出入室５６を大気圧雰囲気にした後に、搬出入室５６の扉を開き、基板を装置外へと取り出す。以上の工程を経て、真空雰囲気中で基板表面に、二層膜を成膜することができる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態では、搬送室４０内に膜厚センサ７1、７2が配置されており、それぞれの内部に測定コイル１１が設けられており、この測定コイル１１で基板５中に渦電流を生じさせ、この渦電流による測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量に応じて、薄膜の膜厚を求めているので、正確に実際の膜厚を求めることができる。また、インダクタンス成分の変化量を求めることで薄膜の膜厚を求めているので、ごく短時間で基板表面の所定位置における薄膜の膜厚を求めることができる。
【００６３】
従って第１の処理室５１から、第２の処理室５２に基板５を搬送する途中で、一層目の薄膜の膜厚を正確にかつ短時間で測定することができ、一層目の薄膜の膜厚が所定値に達していなければ、再度一層目の薄膜の成膜処理をすることにより、所定値の膜厚で一層目の薄膜を成膜することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、基板５を測定コイル１１近傍で移動させながら、基板５の複数箇所の膜厚を求めているので、薄膜の膜厚分布を求めることもできる。
さらに、小さな測定コイル１１を用いて膜厚を測定することができるので、真空マルチチャンバーのように、膜厚測定のための専用室を設けるスペースが確保しにくい場合でも、搬送室４０内に測定コイルを配置するだけで膜厚を正確かつ迅速に測定することができる。
【００６５】
なお、膜厚センサ７1、７2を二個搬送室４０内に配置しているが、本発明はこれに限らず、全部の処理室５１〜５５近傍の搬送室４０の天井側に配置してもよいし、搬送室４０に一個だけ配置するように構成してもよい。
【００６６】
また、膜厚センサ７1、７2を搬送室４０の天井側に配置して、これらが基板５の表面と近接するようにしているが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば搬送室４０の内部底面側に膜厚センサ７1、７2を配置し、基板５が移動する際に、基板５の裏面側で基板５と膜厚センサ７1、７2とが近接するように構成してもよい。
【００６７】
また、第１〜第５の処理室５１〜５５のうち、少なくともいずれか一つは、その内部で基板表面をエッチングできるように構成されたエッチング装置であってもよい。このように構成し、エッチング処理の前に基板５を膜厚センサ７1に位置させて、基板表面の薄膜の膜厚を測定すると、エッチングに要する時間を正確に求めることができる。また、エッチング処理後に、基板５表面の膜厚を測定し、薄膜の膜厚が０になったらエッチングを終了させることにより、時間管理で終点検出をしていた従来に比して、確実に薄膜をエッチングすることができる。
【００６８】
更にまた、第１〜第５の処理装置５１〜５５のうち、いずれか１個を膜厚測定専用の処理装置としてもよい。図１６の符号８１は、上記第１〜第５の処理装置５１〜５５の１個を、測定室５６に変えた他は、上記マルチチャンバー５０と同じ構成のマルチチャンバーを示している。
【００６９】
このマルチチャンバー８１では、搬送室４０内には、上記膜厚センサ７1、７2や距離測定装置９1、９2は配置されておらず、測定室５６内に膜厚センサ７と距離測定装置９が配置されている。
【００７０】
測定室５６と搬送室４０とは真空バルブ５９で接続されており、真空バルブ５９を開けた状態では、測定室５６と搬送室４０とが接続され、搬送ロボット４５のアーム４１、４２を伸ばし、ハンド４３を測定室５６内に挿入すると、ハンド４３上の基板５は、膜厚センサ７と距離測定装置９の下方位置で静止するようになっている。
【００７１】
この状態では、膜厚センサ７内の測定コイル１１が基板５表面の金属薄膜に近接した位置にあり、距離測定装置９によって金属薄膜と測定コイル１１の間の距離を測定し、また、インダクタンスブリッジ１０に交流電圧を印加し、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を測定し、金属薄膜の膜厚を求められるようになっている。
【００７２】
このマルチチャンバー８１では、測定室５６と搬送室４０の間を真空バルブ５９で接続したが、図１７、１８に示したマルチチャンバー８２では、搬送室４９の一部が側方に膨出されており、膨出部分が測定室５７になっている。この測定室５７は搬送室４９と一体であり、測定室５７と搬送室４９の間には真空バルブは配置されていない。
【００７３】
ここでは、図１に示したマルチチャンバー５０の第５の処理室５５の位置に測定室５７が配置されており、第１〜第４の処理室５１〜５４及び搬出入室５６の間で基板５を搬送する際に、測定室５７に基板５を挿入し、測定室５７内の膜厚センサ７と距離測定装置９により、基板５表面の金属薄膜の膜厚を測定できるようになっている。
【００７４】
以上は、基板を真空雰囲気中で処理する真空マルチチャンバー５０、８１、８２について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、大気雰囲気中で基板を処理する装置にも適用可能である。
【００７５】
図１４(ａ)の符号６０に、本発明の他の実施形態に係るめっき成膜装置を示す。
この装置は、処理室６１を有しており、処理室６１の内部に、ローダ６２、アンローダ６３、搬送ロボット６４、第１の成膜チャンバ６５、第２の成膜チャンバ６６、洗浄槽６７、スピン乾燥装置６８及び膜厚測定台６９が配置されることで構成されている。
【００７６】
第１、第２の成膜チャンバ６５、６６は、それぞれの内部に薬液と電極とが配置されためっき槽であって、表面に種となる薄膜が成膜された基板を電極に接続し、薬液中に漬けて電極に電圧を印加すると、めっき法で、種となる薄膜表面に金属薄膜を成長させられるように構成されている。
【００７７】
洗浄槽６７は、成膜後の基板を洗浄するように構成されており、スピン乾燥装置６８は、洗浄後の基板を回転させて乾燥させることができるように構成されている。
【００７８】
搬送ロボット６４は、ローダ６２、アンローダ６３、第１の成膜チャンバ６５、第２の成膜チャンバ６６、洗浄槽６７、スピン乾燥装置６８及び膜厚測定台６９の間で基板を移動させられるように構成されている。
【００７９】
膜厚測定台６９内には、上述した膜厚センサ７が配置され、この膜厚センサ７は、測定装置８に接続されている。
この膜厚測定台６９の構成を図１４(ｂ)に示す。この膜厚測定台６９は、絶縁体で構成され、表面が平坦にされ、内部に静電吸着電極８２1、８２2が埋め込まれており、静電吸着電極８２1、８２2の間に直流電圧を印加すると、基板５を表面に載置した状態で静電吸着できるように構成されている。
【００８０】
膜厚測定台６９内には、上述した膜厚センサ７が埋め込まれている。膜厚センサ７内部には、測定コイル１１及び基準コイル１２が配置されているが、このうち測定コイル１１は、基準コイル１２よりも測定台６９の表面に近い位置に配置されている。
【００８１】
かかる膜厚センサ７は、上述した構成の測定装置８に接続されており、基板５が膜厚測定台６９表面に載置された状態で、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を求めることができるように構成されている。
【００８２】
予め、成膜を開始する以前に、基板を測定台６９上に載置しない状態で、インダクタンスブリッジのバランスがとれ、インダクタンスブリッジの出力端子２３、２４間に現れる電圧Ｖｓが０Ｖになるようにしておく。
【００８３】
上述した成膜装置６０で、第１の成膜チャンバ６５のみを用いて単層の金属薄膜を成膜するには、まず、ローダ６２内に基板５を入れる。すると、搬送ロボット６４が起動して、基板５を膜厚測定台６９上に載せる。
こうして、基板５を膜厚測定台６９表面に載置させて静電吸着させると、基板５の裏面が、膜厚センサ７内の測定コイル１１近傍に位置する。
【００８４】
この状態で交流電圧源２６を起動して測定コイル１１に交流電流を供給して基板５内に渦電流を生成させ、薄膜が表面に成膜されていない基板５を測定コイル１１に近接させた場合の、インダクタンス成分の変化量を求めておく。成膜処理をする以前に、予め、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量と、測定対象たる基板と同種類で同じ厚みの基板表面に成膜された既知の薄膜の膜厚との関係は対応づけられており、その対応関係が測定装置８内の測定器２７に記憶されているのは、図１の真空マルチチャンバ５０と同様である。
【００８５】
次に、搬送ロボット６４が基板５を第１の成膜チャンバ６５に移し、基板表面にめっき法で金属薄膜を成膜する。この成膜処理は二回に分けて行うようになっており、一回目の成膜処理では、所定の膜厚の半分程度の膜厚になるまで成膜を続ける。
【００８６】
一回目の成膜処理が終了したら、搬送ロボット６４が基板５を洗浄槽６７に移す。基板５は、洗浄槽６７内部で洗浄される。
搬送ロボット６４は、洗浄後の基板をスピン乾燥装置６８に移動させる。スピン乾燥装置６８は、洗浄後の基板５を乾燥する。
【００８７】
基板５が乾燥されたら、搬送ロボット６４がその基板５を膜厚測定台６９上に載置させる。このとき、搬送ロボット６４は、基板５の一端が、膜厚センサ７の上方に位置するように載置する。
【００８８】
この状態で基板５を膜厚測定台６９に静電吸着させ、測定コイル１１に交流電流を供給し、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を求める。薄膜の膜厚に応じて、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量は変化する。測定器２７には上述したように、インダクタンス成分の変化量と膜厚との対応関係が記憶されており、薄膜が成膜された状態でのインダクタンス成分の変化量と、薄膜が成膜されていない状態でのインダクタンス成分の変化量との差分をとり、この差分を、上述した対応関係と照合することで、基板５の一端における薄膜の膜厚を求めることができる。
【００８９】
基板５の一端における薄膜の膜厚が求められたら、搬送ロボット６４は基板５を膜厚測定台６９上で移動させ、基板５の、膜厚測定がされた一端と反対側の端部を、膜厚センサ７の上方に位置させる。
【００９０】
次いで、この状態での測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を求め、薄膜の膜厚を求める。ここまでで、基板５の両端における薄膜の膜厚が求められる。
【００９１】
その後、搬送ロボット６４が、基板５を膜厚測定台６９上で移動させ、基板５の中央部分を、膜厚センサ７の上方に位置させ、この状態での測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を求め、薄膜の膜厚を求める。以上のようにして、基板５の両端及び中央部における薄膜の膜厚が求められる。
【００９２】
次いで、搬送ロボット６４は基板５を第１の成膜チャンバ６５に移動させ、二回目の成膜処理をするが、このとき、一回目の成膜処理終了後に求められた膜厚及び膜厚分布に応じて、第１の成膜チャンバ６５における二回目の成膜処理の条件を設定する。
このとき、膜厚及び膜厚分布に応じて、それらのばらつきを補償する方向に電圧、かくはん条件等を設定し、基板表面における膜厚が均一になるようにする。
【００９３】
こうして、第１の成膜チャンバ６５における二回目の成膜処理をし、終了したら、搬送ロボット６４により基板５を、洗浄槽６７、スピン乾燥装置６８へと順次搬送し、それぞれで洗浄して乾燥した後に、再度膜厚測定台６９上に載せ、膜厚及び膜厚分布を測定する。
そして、膜厚及び膜厚分布が適正な値になっていたら、アンローダ６３に基板５を搬送し、アンローダ６３から基板５を取り出す。
【００９４】
以上２回に分けて成膜する場合を述べたが、１回で所定の膜厚まで成膜を行い、膜厚分布を測定し、次の成膜時に前回の膜厚分布を補償する条件に成膜パラメータを再設定し、常に膜厚分布を制御するように成膜することも可能である。
【００９５】
以上説明した図１４の成膜装置６０では、図１の真空マルチチャンバ５０と同様に、基板表面の薄膜の膜厚を正確かつ迅速に求めることができる。この成膜装置６０では、図１の真空マルチチャンバ５０と異なり、大気雰囲気中で基板５表面に成膜処理をしているが、この場合でも全く問題なく膜厚を求めることができる。
【００９６】
なお、上記例では、膜厚測定台６９上に基板５を配置し、金属薄膜の膜厚を測定したが、基板搬送ロボット６４に基板５を載置した状態で、膜厚測定を行うこともできる。
【００９７】
図１５の符号７１は、上記処理室６１の天井を示しており、符号７２は、処理室６１の底壁面を示している。
符号６０'はメッキ装置の他の例を示している。このメッキ装置６０'は、上記メッキ装置６０の膜厚測定台６９に替え、天井７１から垂下された支柱７３の下端に上記の膜厚センサ７及び距離測定装置９と同じ構成の膜厚センサ７０及び距離測定装置７９とが取り付けられている。その他の構成は、上記めっき装置６０と同じ構造である。膜厚センサ７０と距離測定装置７９とは、処理室６１の外部に配置された測定装置８に接続されている。
【００９８】
このメッキ装置６０'の膜厚センサ７０は、基板搬送ロボット６４が基板５を水平移動させる水平面よりも、僅かに高い位置に配置されており、図１５に示すように、基板搬送ロボット６４のアームの先端に基板５を乗せ、アームを伸縮させ、基板５を、膜厚センサ７０の下方位置に移動させると、膜厚センサ７０内の測定コイル１１が基板５表面の金属薄膜に近接し、膜厚センサ７０内の基準コイル１２は、測定コイル１１よりも金属薄膜から遠い位置に存するようになっている。
【００９９】
この状態で距離測定装置７９によって、金属薄膜と基準コイル１１との間の距離を測定し、インダクタンスブリッジ１０に交流電圧を印加し、基準コイル１１のインダクタンス成分の変化量を測定すると、基板搬送ロボット６４に乗せたまま、金属薄膜の膜厚を測定することができる。
【０１００】
なお、上述した各実施形態では、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を、マクスウェルのインダクタンスブリッジを用いて測定しているが、本発明はこれに限らず、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量を測定できる高精度の測定装置であれば、いかなる装置でもよい。
【０１０１】
また、上述した実施形態では、基板５を水平にした状態で搬送し、その際に薄膜の膜厚を測定するようにしているが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば基板５を垂直に立てた状態で搬送し、その際に薄膜の膜厚を測定するように構成してもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
基板表面に薄膜を成膜させながら、その薄膜の膜厚を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板の処理装置を説明する図
【図２】本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置の配置状態を説明する図
【図３】本発明の一実施形態において、基板を移動させながら測定する動作を説明する第１の断面図
【図４】本発明の一実施形態において、基板を移動させながら測定する動作を説明する第２の断面図
【図５】本発明の一実施形態において、基板を移動させながら測定する動作を説明する第３の断面図
【図６】本発明の一実施形態において、基板を移動させながら測定する動作を説明する第４の断面図
【図７】本発明の一実施形態において、基板を移動させながら測定する動作を説明する第５の断面図
【図８】本発明の一実施形態において、基板を移動させながら測定する動作を説明する第１の平面図
【図９】本発明の一実施形態において、基板を移動させながら測定する動作を説明する第２の平面図
【図１０】本発明の一実施形態において、基板を移動させながら測定する動作を説明する第３の平面図
【図１１】本発明の一実施形態における、膜厚センサ及び測定装置の構成を説明する図
【図１２】本発明の一実施形態の、測定コイル、基準コイル及び基板の配置状態を説明する図
【図１３】膜厚とインダクタンス成分の変化量との関係の一例を示すグラフ
【図１４】(ａ)：本発明の他の実施形態に係る基板の処理装置を説明する図
(ｂ)：本発明の他の実施形態に係る膜厚測定台の構成を説明する図
【図１５】本発明の他の実施形態を説明するための図
【図１６】処理室に替えて測定室を設けた実施例を説明するための図
【図１７】測定室と搬送室を一体化した実施例を説明するための図
【図１８】その実施例の平面図
【図１９】従来の基板の処理装置を説明する図
【符号の説明】
７、７1、７2……膜厚センサ
８、８1、８2……測定装置(測定手段)
１１……測定コイル
１２……基準コイル
２７……交流電圧源(電源)
４０、４９……搬送室
５０、８１、８２……真空マルチチャンバ(基板の処理装置)
５１〜５５……処理室
５６……搬出入室
６０……成膜装置(基板の処理装置)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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