反り測定システム、成膜システム、及び反り測定方法
【課題】Ｉｎ−ｓｉｔｕで安定した測定を行うことのできる反り測定システム、反り測定方法、及び成膜システムを提供する。
【解決手段】鉛直上下方向に移動可能であり、成膜用ホルダに載置されたウエハの外周部を支持して持ち上げるウエハ持ち上げ機構と、持ち上げられた前記ウエハの所定位置の高さを検出する高さ測定機構と、制御部とを具備する。前記ウエハ持ち上げ機構は、成膜チャンバ内で前記ウエハを支持する。前記制御部は、前記ウエハの成膜前後に、前記ウエハを支持した状態で前記ウエハ持ち上げ機構を測定用高さに位置させ、持ち上げられた前記ウエハの高さを測定し、成膜前後の前記ウエハの高さデータに基いて、成膜前後での前記ウエハの反り変化量を算出する。
【解決手段】鉛直上下方向に移動可能であり、成膜用ホルダに載置されたウエハの外周部を支持して持ち上げるウエハ持ち上げ機構と、持ち上げられた前記ウエハの所定位置の高さを検出する高さ測定機構と、制御部とを具備する。前記ウエハ持ち上げ機構は、成膜チャンバ内で前記ウエハを支持する。前記制御部は、前記ウエハの成膜前後に、前記ウエハを支持した状態で前記ウエハ持ち上げ機構を測定用高さに位置させ、持ち上げられた前記ウエハの高さを測定し、成膜前後の前記ウエハの高さデータに基いて、成膜前後での前記ウエハの反り変化量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ上に成膜を行う成膜機構、成膜されたウエハの反り量を測定する反り測定システム、及び反り測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハでは、ウエハ上に、素子形成のための絶縁薄膜や、金属配線薄膜が成膜される。ウエハ上に薄膜を成膜する成膜機構としては、例えば、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、及び真空蒸着装置などが挙げられる。このような装置により、ウエハ上に成膜された薄膜は、その膜種に応じた膜応力を持っている。その膜応力は、膜厚、プロセス圧力、温度等の諸条件により、大きく変化する。
【０００３】
その膜応力は、ウエハに反りを生じさせることがある。この反り（ウエハストレス）は、デバイス性能・信頼性において重要な項目である。また、この反りによって、半導体製造装置内でウエハを搬送する際に、うまく搬送できなくなることもある。
【０００４】
ウエハの反りは、ウエハが大口径化していくにつれ顕著となる。大口径化が進む近年の半導体ウエハでは、ウエハの反りは重要な課題である。従って、デバイス性能を保証する意味でも、量産中にウエハの反りを定量的に監視、測定する技術が望まれている。
【０００５】
かかる要求を解決するための手法が、特許文献１に記載されている。図１を参照して、特許文献１に記載された応力測定方法を説明する。
【０００６】
図１に示すように測定システム１００は、一次レーザビームを発生するレーザ源１０５を含む。少なくとも１つのビームスプリッタ１０４ａ〜１０４ｃが前記一次レーザビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記第１ビームは半導体ウェーハ１０表面の第１点１０３へ指向させられ、かつ前記第２ビームはウェーハ１０１表面の第２点１０２ａ、１０２ｂへ指向させられる。前記少なくとも１つのビームスプリッタ１０４ａ〜１０４ｃは、ウェーハ１０１表面の第１点１０３からの反射後の前記第１ビームの部分とウェーハ表面の第２点１０２ａ、１０２ｂからの反射後の前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームＢＥＡＭ１〜ＢＥＡＭ３に合成するように更に動作可能である。前記干渉じまパターン分析により、各種半導体製造機器内で半導体ウェーハ内の反り、薄膜応力、及びすべり転位を測定する、というシステムである。
【０００７】
一方、特許文献２には、基板上に膜を形成する成膜機構において、成膜中の基板応力を随時検出する膜応力検出手段を有し、その膜応力検出手段の検出結果と目標値とに基いて、成膜条件を制御することが記載されている。そして、その膜応力検出手段として、応力センサーが開示されている。応力センサーは、基板の成膜面と反対側の面に触針式のプローブを有しており、膜が成膜されるにつれて膜応力によって生じる基板の反りを検出し、その値を応力に換算する、というものである。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２３５５７４号 公報
【特許文献２】特許第２５２９２６７号 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に示す測定方法では、レーザー、及び干渉じま分析システム等、高額な部品を必要とするので、コスト面で不利である。また、光学系を形成するにあたり、占有面積がどうしても大きくなってしまうので、量産装置のチャンバ内に取付けづらい。さらに、非接触式反射測定であるため、ウエハ裏面の状態（裏面の反射率／膜種／粗さ）に測定結果が影響され、反り量のみを安定して測定することは困難である。
【００１０】
また、特許文献２に示される技術では、成膜中に、裏面に常に応力センサーを接触させているものと認められる。成膜中には、基板の温度を高めるために、基板を支持するホルダなどにヒータを埋め込むことが有る。このような場合には、応力センサがヒータによる熱によって悪影響を受けたり、機構が複雑になるなどの問題点が生じるものと考えられる。即ち、Ｉｎ−ｓｉｔｕでの測定では有るが、安定して膜応力の測定を行うことは困難である。
【００１１】
即ち、本発明の目的は、Ｉｎ−ｓｉｔｕにおいて、安定して反りの評価を行うことのできる反り測定システム、反り測定方法、及び成膜システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１３】
本発明にかかる反り測定システム（１０）は、鉛直上下方向に移動可能であり、成膜用ホルダ（６０）に載置されたウエハ（１）の外周部を支持して持ち上げるウエハ持ち上げ機構（２０）と、持ち上げられたウエハ（１）の所定位置の高さを検出する高さ測定機構（３０）と、制御部（４０）と、を具備する。ウエハ持ち上げ機構（２０）は、成膜チャンバ（８０）内でウエハ（１）を支持する。制御部（４０）は、ウエハ（１）の成膜前後に、ウエハ持ち上げ機構（２０）をウエハ（１）を支持した状態で測定用高さに位置させて、ウエハ（１）の高さを測定し、成膜前後におけるウエハ（１）の高さデータに基いて、成膜前後でのウエハ（１）の反り変化量を算出する。
【００１４】
このような構成に依れば、ウエハ持ち上げ機構（２０）がウエハを支持して持ち上げることで、成膜時における位置とは異なる位置でウエハ（１）の反りを測定することができる。成膜時の位置では、ヒータによる熱の影響を受けたりしてウエハ（１）の形状を正確に測定することは困難であるのに対して、ウエハ（１）を持ち上げて反り測定を行うことにより、熱などの影響を受けずに安定して反りを測定することができる。また、ウエハ（１）を持ち上げるにあたっては、上下方向に移動可能でさえあればよく、大掛かりな装置を必要としない。従って、成膜チャンバ（８０）内、即ちｉｎ−ｓｉｔｕで、安定した測定を行う事ができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に依れば、Ｉｎ−ｓｉｔｕで安定した反りの評価を行うことのできる反り測定システム、反り測定方法、及び成膜システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
図面を参照して、第１の実施形態にかかる成膜システムについて説明する。図２は、本実施形態に係る成膜システム７０の概略構成図である。
【００１７】
（構成）
成膜システム７０は、ホルダ６０と、成膜機構５０と、反り測定システム１０と、成膜チャンバ８０と、装置制御系とを有している。装置制御系は、コンピュータなどに例示されるものであり、インストールされたプログラムによって成膜システム７０全体の動作を制御する機能を実現する。
【００１８】
ホルダ６０は成膜時にウエハ１を載置するものである。ホルダ６０は、成膜チャンバ８０内に配置されている。ホルダ６０には、必要に応じて、ウエハ１を加熱する加熱機構や、ウエハ１を吸着する吸着機構が取りつけられている。
【００１９】
ホルダ６０の中央部には、反り測定時に測定部材を通す為の貫通口６１が設けられている。反り測定システム１０の構成の一部（後述する駆動ピン及び圧電素子）が、その貫通口６１を介してホルダ６０の上下に移動可能となっている。
【００２０】
また、ホルダ６０のウエハ載置面６２は、ウエハ１よりも狭く形成されている。ホルダ６０に載置されたウエハ１の外周部は、ホルダ６０からはみ出るようになっている。反り測定時において、ウエハ１は、ホルダ６０からはみ出た外周部で下方向から支持されながら、上方向に持ち上げられる。尚、ホルダ６０上に載置されたウエハ１が、下方向から支持されながら持ち上げられることができれば、必ずしもホルダ６０がウエハ１よりも狭く形成されている必要はない。例えば、ウエハ１を持ち上げる為に、ホルダ６０に開口や切り欠きが形成されていてもよい。
【００２１】
成膜機構５０は、ホルダ６０上に載置されたウエハ１に対して成膜を行うものである。成膜機構５０によって、ウエハ１の上面に薄膜２が成膜される。成膜機構５０としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）装置が例示される。
【００２２】
続いて、反り測定システム１０について説明する。反り測定システム１０は、ウエハ持ち上げ機構２０と、高さ測定機構３０と、制御部４０とを有している。制御部４０は、コンピュータなどに例示され、反り測定システム１０の動作を制御する機能を実現する。なお、本実施形態では、装置制御系に制御部４０が含まれている。
【００２３】
ウエハ持ち上げ機構２０は、ウエハ１を支持する時にウエハ１の外周部下面に当設する支持面２２と、ウエハ１が水平方向にずれないように支えるガイド２３と、を有している。支持面２２は、ウエハ１がホルダ６０からはみ出した部分を、下側から支持できるように設けられている。支持面２２の数は限定されるものではない。但し、ウエハ１を安定して支えるために、少なくとも４ヶ所に設けられていることが好ましい。
【００２４】
ウエハ持ち上げ機構２０は、鉛直上下方向に、ホルダ６０の載置面６２を挟む範囲で移動可能となっている。従って、ウエハ１がホルダ６０に載置されている状態で、ウエハ持ち上げ機構２０を上方向に移動させると、ウエハ１は自動的にウエハ持ち上げ機構２０の支持面２２により支持される。そして支持されたウエハ１はホルダ６０から浮く。また、ウエハ１がホルダ６０から浮いているときに、ウエハ持ち上げ機構２０を下方向に移動させると、ウエハ１は自動的にホルダ６０に載置される。
【００２５】
高さ測定機構３０は、駆動ピン３２と、圧電素子３１と、モータ３３と、駆動ピン３２と、エンコーダ３４と、電圧値／エンコーダモニタ３５とを有している。
【００２６】
圧電素子３１は、駆動ピン３２の先端に取りつけられている。駆動ピン３２は、モータ３３に接続されている。駆動ピン３２は、貫通口６１内を通るように設けられており、モータ３３によって鉛直上下方向に移動する。駆動ピン３２が上方向に移動する事で、圧電素子３１がウエハ１に接触するようになっている。ここで、圧電素子３１は、ウエハ１の下面中央部に接触する。
【００２７】
エンコーダ３４は、モータ３４及び電圧値／エンコーダモニタ３５に接続されている。エンコーダ３４は、モータ３３を介して駆動ピン３２の移動量をパルス値として検知して、電圧値／エンコーダモニタ７に通知する。電圧値／エンコーダモニタ３５は、圧電素子３１からの電圧出力値及びエンコーダ３４からのパルス値を記録できる機能を持ち、各値を個別に演算し、その結果を制御部４０へ伝達する。
【００２８】
この高さ測定機構３０の各構成のうち、モータ３３、エンコーダ３４、は電圧値／エンコーダモニタ３５は、成膜チャンバ８０外に配置されている。駆動ピン３２は一端で成膜チャンバ８０外のモータ３３に接続されているが、他端は成膜チャンバ８０の下壁をつきぬけて成膜チャンバ８０内に配置されている。駆動ピン３２の先端に取りつけられた圧電素子３１も、当然ながら成膜チャンバ８０内に配置されている。
【００２９】
上述のような構成により、高さ測定機構３０は、圧電素子３１の電圧変動を検出して、圧電素子３１がウエハ１に接触しているか否かを検出することができる。そして、圧電素子３１がウエハ１に接触するまでの駆動ピン３２の移動量を読み取ることで、ウエハ１の高さを検出することができる。
【００３０】
（動作方法）
続いて、上述の反り測定システムの動作方法について説明する。図７は、本実施形態に係る反り測定方法のフローチャートである。その反り測定方法は、ウエハを受け取るステップ（ステップＳ１０）、高さを測定するステップ（ステップＳ２０、２１）、ウエハをホルダ上に載置するステップ（ステップＳ３０）、成膜するステップ（ステップＳ４０）、ウエハを持ち上げるステップ（ステップＳ５０）、高さを測定するステップ（ステップＳ６０）、及び反り量を算出するステップ（ステップＳ７０）を有している。各ステップにおける動作の詳細について、図３を参照して以下に説明する。尚、図３において、成膜機構５０及び成膜チャンバ８０は図示が省略されている。
【００３１】
図３（ａ）を参照しつつ、ステップＳ１０、２０の動作について説明する。
【００３２】
ステップＳ１０；ウエハの受け取り
まず、成膜システム７０内に、ウエハ１が搬入される。ウエハ１が搬入される際に、制御部４０は、ウエハ持ち上げ機構２０を測定用高さに位置させる。この時、ウエハ持ち上げ機構２０の支持面２２の高さは、高さＨである。この状態で、ウエハ１の搬送を行う搬送装置（図示せず）から、ウエハ持ち上げ機構２０にウエハ１が受け渡される。
【００３３】
ステップＳ２０、２１；高さ検出、データの格納
制御部４０は、駆動ピン３２を鉛直上方向に移動させる。駆動ピン３２の移動は、圧電素子３１がウエハ１の鉛直下面に接触するまで行われる（Ｓ２０）。そして、電圧値／エンコーダモニタ３５が、駆動ピン３２の移動量を読み取り、「（Ａ）パルス」として記憶する（Ｓ２１）。
【００３４】
続いて、図３（ｂ）を参照しつつ、ステップＳ３０、４０の動作について説明する。
【００３５】
ステップＳ３０；ウエハをホルダ上に載置
制御部４０は、駆動ピン３２及びウエハ持ち上げ機構２０を下降させる。これにより、圧電素子３１の上端、及びウエハ持ち上げ機構２０の支持面２２は、ホルダ６０のウエハ載置面６２よりも下まで下降する。この時、ウエハ１は、自動的にウエハ持ち上げ機構２０からホルダ６０に乗り移る。
【００３６】
ステップＳ４０；成膜
続いて、装置制御系は、成膜機構５０によって、ウエハ１の上面に薄膜２を成膜する。このとき、成膜条件によっては、ホルダ６０などに設けられた加熱機構によって、ウエハ１に熱が加えられることもある。成膜されたウエハ１は、反りが発生することが有る。通常、その反りは、膜応力によって下に凸の反りとなる。
【００３７】
続いて、図３（ｃ）を参照しつつ、ステップＳ５０、６０の動作について説明する。
【００３８】
ステップＳ５０；ウエハの持ち上げ
成膜が終了すると、制御部４０は、ウエハ持ち上げ機構２０を再び上昇させて、測定用高さに位置させる。ここで、ウエハ持ち上げ機構２０がホルダ６０の載置面６２を通り過ぎる際に、ウエハ１が自動的にホルダ６０からウエハ持ち上げ機構２０に乗り移る。ウエハ持ち上げ機構２０の支持面２２の高さは、ステップＳ１０と同様に、高さＨとなる。
【００３９】
ステップＳ６０；高さ検出
制御部４０は、ステップＳ２０と同様に、駆動ピン３１を上昇させて、圧電素子３１がウエハ１に接触するまでの駆動ピン３１の移動量を求める。即ち、そして、電圧値／エンコーダモニタ３５が、駆動ピン３２の移動量を読み取り、「（Ａ）’パルス」として記憶する。
【００４０】
ステップＳ７０；反り量の算出
電圧値／エンコーダモニタ３５は、（Ａ）と（Ａ）’とを用いて、（Ａ）−（Ａ）’＝「ａ」の演算を実施する。この結果の「ａ」は、薄膜形成前後における反り量の変化を示している。
【００４１】
以上のステップＳ１０〜７０の動作により、反り量の変化を示す「ａ」が算出される。このようにして求められた「ａ」は、電圧値／エンコーダモニタ３５から装置制御系へ通知される。そして、装置制御系にて必要に応じた処理が為される。例えば、予め設定された規格幅と比較して監視し、規格幅を超えた時には装置を停止させることで、異常品の流出を防止する。また、成膜前後における反り量の変化は、成膜された膜の膜応力に依存している。従って、「ａ」に基いて、膜応力を算出することもできる。このように、膜応力を算出して、膜質判定を行ってもよい。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に依れば、成膜前後で反り量を測定することで、成膜前後における反り量の変化を求めることができる。反り量の変化を求めるにあたり、成膜時にはウエハの形状を測定する必要は無く、成膜時の熱の影響などを排除して反り測定を行うことができる。
【００４３】
また、ウエハ持ち上げ機構２０によって、ウエハをホルダから持ち上げた状態で反りの測定を行うので、熱の影響をより受け難い位置で測定を行うことができる。熱がウエハの反り量に与える影響を、より排除して反りの評価を行う事ができる。
【００４４】
また、ウエハ持ち上げ機構２０は、成膜チャンバー８０内でウエハ１を支持するので、Ｉｎ−ｓｉｔｕで反り測定を行うことができる。
【００４５】
また、ウエハの反り量を算出するにあたって、ビームを用いた時のような非接触式の測定では、実際の製造工程でのウエハ下面状態のばらつきによる散乱光の影響を受けてしまう可能性が有る。これに対して、本実施の形態では、高さデータを用いているので、ウエハ１の表面状態に依存しないで反りの評価を行うことができる。
【００４６】
また、光学的に反り量を求める時に必要な、占有スペースが大きく、高価な装置は必要ない。高さ測定機構３０としては、圧電素子３１、駆動ピン３２、モータ３３、エンコーダ３４、電圧／エンコーダモニタ３５といった安価な機械部品で構成することができるので、コスト的に有利である。ここで、成膜チャンバ８０内には圧電素子３１の取りつけられた駆動ピン３２を設置するのみでよく、成膜チャンバ８０外への設置部品も、光学的に反り量を求める装置と比較して大きなシステムは必要としない。従って、設置スペース面で実装置への取付に適している。
【００４７】
また、ウエハ持ち上げ機構２０は、ウエハ１の外周部を下側から支持して持ち上げるので、ウエハ持ち上げ機構２０がウエハ１へ加える力を最小限に留めることができる。即ち、横方向や上方向からウエハ１を支持した場合には、ウエハ１に圧力がかかってしまうことがある。このような圧力は、ウエハ１の形状を変化させてしまう事があり、正確な反り測定の妨げになる事がある。これに対して、本実施形態では、ウエハ持ち上げ機構２０が鉛直下方向からウエハ１を支持して持ち上げるので、ウエハ１に加わる力を最小限とする事ができる。よって、より正確に反り変化量を求める事ができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態と比較して、高さ測定機構３０の構成について工夫が為されている。その他の構成は第１の実施形態と同じであるため説明は省略する。
【００４９】
図４は、本実施形態に係る成膜システム７０の構成図である。尚、成膜チャンバ８０や成膜機構５０など、一部の構成は図示が省略されている。本実施形態では、圧電素子３１、駆動ピン３２、モータ３３、及びエンコーダ３４が、夫々５個づつ設けられている。即ち、圧電素子３１ａ〜ｅ、駆動ピン３２ａ〜ｅ、モータ３３ａ〜ｅ、及びエンコーダ３５ａ〜ｅが設けられている。これらは、符号の後に付した英数字に対応して組を形成しており、各組内で電気的に接続されている。即ち、圧電素子３１ａ、駆動ピン３２ａ、モータ３３ａ、及びエンコーダ３５ａで一組を形成し、圧電素子３１ｂ、駆動ピン３２ｂ、モータ３３ｂ、及びエンコーダ３５ｂで別の一組が形成されている。これらの各組は、一の電圧値／エンコーダモニタ３５に電気的に接続されている。
【００５０】
これらの５組は、夫々が第１の実施形態と同様に、高さ検出ステップ（Ｓ２０、６０）においてウエハ１の高さを測定する。これらの５組は、個々に動作可能であり、駆動距離も個々に測定可能となっている。即ち、各組によって、ウエハ１の鉛直下面の異なる位置の高さが測定される。電圧値／エンコーダモニタ３５は、各組によって測定されたウエハ１の高さデータを記憶する。
【００５１】
このように、圧電素子３１〜エンコーダ３５までを複数組用意し、ウエハ１の下面の複数位置の高さを測定することにより、ウエハ１の反り量をより精度高く測定することができる。また、ウエハ１上の反り形状分布をマッピングすることも可能になる。
【００５２】
尚、これらの組の数は、５組のみでなく、成膜チャンバ８０の形状が許す限り多数にしてもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係る成膜システム７０の構成図である。
【００５４】
本実施形態では、既述の第１、２の実施形態と比較して、上面固定機構２１が追加されている。また、反り測定を行うにあたり、既述の実施形態の各ステップに対して、反発力を測定するステップ（ステップＳ２２、６１）が追加される。また、既述の高さ測定機構３０は、ウエハの反発力を検出する反発力測定機構としても機能する。尚、既述の実施形態と同様の構成、動作については、その説明を省略する。
【００５５】
反発力測定機構３０は、圧電素子３１、駆動ピン３２、モータ３３、エンコーダ３４、及び電圧値／エンコーダモニタ３５を有しており、高さ測定機構３０と兼用される。即ち、圧電素子３１、駆動ピン３２、モータ３３、エンコーダ３４、及び電圧値／エンコーダモニタ３５は、制御部４０の指示により、高さ測定機構３０としても機能し、反発力測定機構３０としても機能するようになっている。
【００５６】
既述の実施形態において、高さ測定機構３０は圧電素子３１をウエハ１に接触させる事で、ウエハ１の高さを測定する。これに対して、本実施形態において、反発力測定機構３０は、圧電素子３１がウエハ１に接触した状態から、更に駆動ピン３２を駆動させて、ウエハ１の反りが無くなるまでウエハ１を押し上げる。そして、電圧値／エンコーダモニタ３５が、反りが無くなった時の圧電素子３１に加わっている圧力を、反発力として読み取り記憶する。
【００５７】
上面固定機構２１は、ウエハ持ち上げ機構２０がウエハ１を支持して測定用高さに位置するときに、ウエハ１の上面外周端部に当接する位置に設けられている。ここで、上面固定機構２１は、高さ測定機構３０によってウエハ１が押し上げられない限り、上面固定機構２１からウエハ１に対して力が加わらないように設けられている事が好ましい。これは、第１の実施形態の欄にて説明したように、ウエハ１の反りを測定する際に上面固定機構２１からウエハ１へ加わる圧力によって、ウエハ１が変形してしまわないようにするためである。
【００５８】
尚、上面固定機構２１は、反発力の測定時に、ウエハ１が上方向へ移動しないように固定するものである。従って、ウエハ持ち上げ機構２０に一体に形成されていても良いし、ウエハ持ち上げ機構２０とは別に形成されていてもよい。
【００５９】
続いて、本実施形態にかかる反り測定方法の動作について説明する。図８は、本実施形態に係る反り測定方法のフローチャートである。既述の実施形態に対して、高さを検出するステップ（Ｓ２０）とウエハをホルダ上に載置ステップ（Ｓ３０）との間に、反発力を測定するステップ（Ｓ２２）が追加されている。また、高さを検出するステップ（Ｓ６０）と反り量を算出するステップ（Ｓ７０）との間に、反発力を測定するステップ（Ｓ６１）が追加されている。ステップＳ２２、６１の動作について、以下に説明する。
【００６０】
図６（ａ）は、ステップＳ２２の動作を説明する説明図である。図６Ａ（ａ）に示されるように、制御部４０が、駆動ピン３２を上方向に駆動させる。制御部４０は、圧電素子３１がウエハ１に接触した位置から、更に駆動ピン３２を駆動させてウエハ１を押し上げる。ここで、上面固定機構２１によって、ウエハ１の上面外周部が固定されるので、ウエハ１は上面固定機構２１より上側には移動せず、反りだけが解消される。制御部４０は、このようにして、ウエハ１の反りが完全に無くなる位置まで駆動ピン３２を駆動させる（図６Ａ（ｂ））。ウエハ１の反りが完全に無くなる位置は、測定用高さにおける支持面の高さＨが、圧電素子３１の上端の高さと一致する高さである。よって、駆動ピン３２の移動量を予め設定しておく事で、ウエハ１の反りを完全に無くす位置まで駆動ピン３２を駆動させる事ができる。
【００６１】
ウエハ１の反りが無くなった状態において、電圧値／エンコーダモニタ３５が圧電素子３１の圧力を読み取る。そして、電圧値／エンコーダモニタ３５は、圧電素子３１の電圧出力値を成膜前の電圧出力値（Ｂｘ）ｍＶとして記録する。この電圧出力値（Ｂｘ）は、成膜前のウエハ１の反発力を示している。
【００６２】
一方、ステップＳ６１においても、図６Ｂ（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ステップＳ２２と同様の動作が行われる。電圧値／エンコーダ３５は、圧電素子３１の電圧出力値を成膜後の電圧出力値（Ｂ’ｘ）ｍＶとして記録する。この電圧出力値（Ｂ’ｘ）は、成膜後のウエハ１の反発力を示している。
【００６３】
さらに、反り量を算出するステップ（Ｓ７０）において、電圧値／エンコーダモニタ３５は、（Ｂｘ）、（Ｂ’ｘ）を用い、（Ｂｘ）−（Ｂ’ｘ）＝「ｂ」ｍＶの演算を実施する。この結果「ｂ」は、薄膜形成前後の反発力の差に比例した値となっており、ウエハ上の膜応力に依存している。
【００６４】
このように、既述の実施形態で実施されたように、ウエハの反り量の変化「ａ」に基いた監視に加えて、この電圧値「ｂ」をも監視するパラメータに加えることで、更に精度よくウエハの反り状態を評価することができる。
【００６５】
以上、第１〜３の実施形態について説明したが、これらの実施形態において為された工夫は、矛盾の無い範囲内で組み合わせて使用できる事は、当業者にとっては自明的であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】従来例の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる成膜システムの構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる反り測定方法の動作を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる成膜システムの構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる成膜システムの構成図である。
【図６Ａ】本発明の第３の実施形態にかかる反り測定方法の動作を説明する説明図である。
【図６Ｂ】本発明の第３の実施形態にかかる反り測定方法の動作を説明する説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態にかかる反り測定方法の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかる反り測定方法の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１ ウエハ
２ 薄膜
１０ 反り測定システム
２０ ウエハ持ち上げ機構
２１ 上面固定機構
２２ 支持面
２３ ガイド
３０ 高さ測定機構、反発力測定機構
３１ 圧電素子
３２ 駆動ピン
３３ モータ
３４ エンコーダ
３５ 電圧値／エンコーダモニタ
４０ 制御部
５０ 成膜機構
６０ ホルダ
６１ 貫通口
６２ ウエハ載置面
７０ 成膜システム
８０ 成膜チャンバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ上に成膜を行う成膜機構、成膜されたウエハの反り量を測定する反り測定システム、及び反り測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハでは、ウエハ上に、素子形成のための絶縁薄膜や、金属配線薄膜が成膜される。ウエハ上に薄膜を成膜する成膜機構としては、例えば、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、及び真空蒸着装置などが挙げられる。このような装置により、ウエハ上に成膜された薄膜は、その膜種に応じた膜応力を持っている。その膜応力は、膜厚、プロセス圧力、温度等の諸条件により、大きく変化する。
【０００３】
その膜応力は、ウエハに反りを生じさせることがある。この反り（ウエハストレス）は、デバイス性能・信頼性において重要な項目である。また、この反りによって、半導体製造装置内でウエハを搬送する際に、うまく搬送できなくなることもある。
【０００４】
ウエハの反りは、ウエハが大口径化していくにつれ顕著となる。大口径化が進む近年の半導体ウエハでは、ウエハの反りは重要な課題である。従って、デバイス性能を保証する意味でも、量産中にウエハの反りを定量的に監視、測定する技術が望まれている。
【０００５】
かかる要求を解決するための手法が、特許文献１に記載されている。図１を参照して、特許文献１に記載された応力測定方法を説明する。
【０００６】
図１に示すように測定システム１００は、一次レーザビームを発生するレーザ源１０５を含む。少なくとも１つのビームスプリッタ１０４ａ〜１０４ｃが前記一次レーザビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記第１ビームは半導体ウェーハ１０表面の第１点１０３へ指向させられ、かつ前記第２ビームはウェーハ１０１表面の第２点１０２ａ、１０２ｂへ指向させられる。前記少なくとも１つのビームスプリッタ１０４ａ〜１０４ｃは、ウェーハ１０１表面の第１点１０３からの反射後の前記第１ビームの部分とウェーハ表面の第２点１０２ａ、１０２ｂからの反射後の前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームＢＥＡＭ１〜ＢＥＡＭ３に合成するように更に動作可能である。前記干渉じまパターン分析により、各種半導体製造機器内で半導体ウェーハ内の反り、薄膜応力、及びすべり転位を測定する、というシステムである。
【０００７】
一方、特許文献２には、基板上に膜を形成する成膜機構において、成膜中の基板応力を随時検出する膜応力検出手段を有し、その膜応力検出手段の検出結果と目標値とに基いて、成膜条件を制御することが記載されている。そして、その膜応力検出手段として、応力センサーが開示されている。応力センサーは、基板の成膜面と反対側の面に触針式のプローブを有しており、膜が成膜されるにつれて膜応力によって生じる基板の反りを検出し、その値を応力に換算する、というものである。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２３５５７４号 公報
【特許文献２】特許第２５２９２６７号 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に示す測定方法では、レーザー、及び干渉じま分析システム等、高額な部品を必要とするので、コスト面で不利である。また、光学系を形成するにあたり、占有面積がどうしても大きくなってしまうので、量産装置のチャンバ内に取付けづらい。さらに、非接触式反射測定であるため、ウエハ裏面の状態（裏面の反射率／膜種／粗さ）に測定結果が影響され、反り量のみを安定して測定することは困難である。
【００１０】
また、特許文献２に示される技術では、成膜中に、裏面に常に応力センサーを接触させているものと認められる。成膜中には、基板の温度を高めるために、基板を支持するホルダなどにヒータを埋め込むことが有る。このような場合には、応力センサがヒータによる熱によって悪影響を受けたり、機構が複雑になるなどの問題点が生じるものと考えられる。即ち、Ｉｎ−ｓｉｔｕでの測定では有るが、安定して膜応力の測定を行うことは困難である。
【００１１】
即ち、本発明の目的は、Ｉｎ−ｓｉｔｕにおいて、安定して反りの評価を行うことのできる反り測定システム、反り測定方法、及び成膜システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１３】
本発明にかかる反り測定システム（１０）は、鉛直上下方向に移動可能であり、成膜用ホルダ（６０）に載置されたウエハ（１）の外周部を支持して持ち上げるウエハ持ち上げ機構（２０）と、持ち上げられたウエハ（１）の所定位置の高さを検出する高さ測定機構（３０）と、制御部（４０）と、を具備する。ウエハ持ち上げ機構（２０）は、成膜チャンバ（８０）内でウエハ（１）を支持する。制御部（４０）は、ウエハ（１）の成膜前後に、ウエハ持ち上げ機構（２０）をウエハ（１）を支持した状態で測定用高さに位置させて、ウエハ（１）の高さを測定し、成膜前後におけるウエハ（１）の高さデータに基いて、成膜前後でのウエハ（１）の反り変化量を算出する。
【００１４】
このような構成に依れば、ウエハ持ち上げ機構（２０）がウエハを支持して持ち上げることで、成膜時における位置とは異なる位置でウエハ（１）の反りを測定することができる。成膜時の位置では、ヒータによる熱の影響を受けたりしてウエハ（１）の形状を正確に測定することは困難であるのに対して、ウエハ（１）を持ち上げて反り測定を行うことにより、熱などの影響を受けずに安定して反りを測定することができる。また、ウエハ（１）を持ち上げるにあたっては、上下方向に移動可能でさえあればよく、大掛かりな装置を必要としない。従って、成膜チャンバ（８０）内、即ちｉｎ−ｓｉｔｕで、安定した測定を行う事ができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に依れば、Ｉｎ−ｓｉｔｕで安定した反りの評価を行うことのできる反り測定システム、反り測定方法、及び成膜システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
図面を参照して、第１の実施形態にかかる成膜システムについて説明する。図２は、本実施形態に係る成膜システム７０の概略構成図である。
【００１７】
（構成）
成膜システム７０は、ホルダ６０と、成膜機構５０と、反り測定システム１０と、成膜チャンバ８０と、装置制御系とを有している。装置制御系は、コンピュータなどに例示されるものであり、インストールされたプログラムによって成膜システム７０全体の動作を制御する機能を実現する。
【００１８】
ホルダ６０は成膜時にウエハ１を載置するものである。ホルダ６０は、成膜チャンバ８０内に配置されている。ホルダ６０には、必要に応じて、ウエハ１を加熱する加熱機構や、ウエハ１を吸着する吸着機構が取りつけられている。
【００１９】
ホルダ６０の中央部には、反り測定時に測定部材を通す為の貫通口６１が設けられている。反り測定システム１０の構成の一部（後述する駆動ピン及び圧電素子）が、その貫通口６１を介してホルダ６０の上下に移動可能となっている。
【００２０】
また、ホルダ６０のウエハ載置面６２は、ウエハ１よりも狭く形成されている。ホルダ６０に載置されたウエハ１の外周部は、ホルダ６０からはみ出るようになっている。反り測定時において、ウエハ１は、ホルダ６０からはみ出た外周部で下方向から支持されながら、上方向に持ち上げられる。尚、ホルダ６０上に載置されたウエハ１が、下方向から支持されながら持ち上げられることができれば、必ずしもホルダ６０がウエハ１よりも狭く形成されている必要はない。例えば、ウエハ１を持ち上げる為に、ホルダ６０に開口や切り欠きが形成されていてもよい。
【００２１】
成膜機構５０は、ホルダ６０上に載置されたウエハ１に対して成膜を行うものである。成膜機構５０によって、ウエハ１の上面に薄膜２が成膜される。成膜機構５０としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）装置が例示される。
【００２２】
続いて、反り測定システム１０について説明する。反り測定システム１０は、ウエハ持ち上げ機構２０と、高さ測定機構３０と、制御部４０とを有している。制御部４０は、コンピュータなどに例示され、反り測定システム１０の動作を制御する機能を実現する。なお、本実施形態では、装置制御系に制御部４０が含まれている。
【００２３】
ウエハ持ち上げ機構２０は、ウエハ１を支持する時にウエハ１の外周部下面に当設する支持面２２と、ウエハ１が水平方向にずれないように支えるガイド２３と、を有している。支持面２２は、ウエハ１がホルダ６０からはみ出した部分を、下側から支持できるように設けられている。支持面２２の数は限定されるものではない。但し、ウエハ１を安定して支えるために、少なくとも４ヶ所に設けられていることが好ましい。
【００２４】
ウエハ持ち上げ機構２０は、鉛直上下方向に、ホルダ６０の載置面６２を挟む範囲で移動可能となっている。従って、ウエハ１がホルダ６０に載置されている状態で、ウエハ持ち上げ機構２０を上方向に移動させると、ウエハ１は自動的にウエハ持ち上げ機構２０の支持面２２により支持される。そして支持されたウエハ１はホルダ６０から浮く。また、ウエハ１がホルダ６０から浮いているときに、ウエハ持ち上げ機構２０を下方向に移動させると、ウエハ１は自動的にホルダ６０に載置される。
【００２５】
高さ測定機構３０は、駆動ピン３２と、圧電素子３１と、モータ３３と、駆動ピン３２と、エンコーダ３４と、電圧値／エンコーダモニタ３５とを有している。
【００２６】
圧電素子３１は、駆動ピン３２の先端に取りつけられている。駆動ピン３２は、モータ３３に接続されている。駆動ピン３２は、貫通口６１内を通るように設けられており、モータ３３によって鉛直上下方向に移動する。駆動ピン３２が上方向に移動する事で、圧電素子３１がウエハ１に接触するようになっている。ここで、圧電素子３１は、ウエハ１の下面中央部に接触する。
【００２７】
エンコーダ３４は、モータ３４及び電圧値／エンコーダモニタ３５に接続されている。エンコーダ３４は、モータ３３を介して駆動ピン３２の移動量をパルス値として検知して、電圧値／エンコーダモニタ７に通知する。電圧値／エンコーダモニタ３５は、圧電素子３１からの電圧出力値及びエンコーダ３４からのパルス値を記録できる機能を持ち、各値を個別に演算し、その結果を制御部４０へ伝達する。
【００２８】
この高さ測定機構３０の各構成のうち、モータ３３、エンコーダ３４、は電圧値／エンコーダモニタ３５は、成膜チャンバ８０外に配置されている。駆動ピン３２は一端で成膜チャンバ８０外のモータ３３に接続されているが、他端は成膜チャンバ８０の下壁をつきぬけて成膜チャンバ８０内に配置されている。駆動ピン３２の先端に取りつけられた圧電素子３１も、当然ながら成膜チャンバ８０内に配置されている。
【００２９】
上述のような構成により、高さ測定機構３０は、圧電素子３１の電圧変動を検出して、圧電素子３１がウエハ１に接触しているか否かを検出することができる。そして、圧電素子３１がウエハ１に接触するまでの駆動ピン３２の移動量を読み取ることで、ウエハ１の高さを検出することができる。
【００３０】
（動作方法）
続いて、上述の反り測定システムの動作方法について説明する。図７は、本実施形態に係る反り測定方法のフローチャートである。その反り測定方法は、ウエハを受け取るステップ（ステップＳ１０）、高さを測定するステップ（ステップＳ２０、２１）、ウエハをホルダ上に載置するステップ（ステップＳ３０）、成膜するステップ（ステップＳ４０）、ウエハを持ち上げるステップ（ステップＳ５０）、高さを測定するステップ（ステップＳ６０）、及び反り量を算出するステップ（ステップＳ７０）を有している。各ステップにおける動作の詳細について、図３を参照して以下に説明する。尚、図３において、成膜機構５０及び成膜チャンバ８０は図示が省略されている。
【００３１】
図３（ａ）を参照しつつ、ステップＳ１０、２０の動作について説明する。
【００３２】
ステップＳ１０；ウエハの受け取り
まず、成膜システム７０内に、ウエハ１が搬入される。ウエハ１が搬入される際に、制御部４０は、ウエハ持ち上げ機構２０を測定用高さに位置させる。この時、ウエハ持ち上げ機構２０の支持面２２の高さは、高さＨである。この状態で、ウエハ１の搬送を行う搬送装置（図示せず）から、ウエハ持ち上げ機構２０にウエハ１が受け渡される。
【００３３】
ステップＳ２０、２１；高さ検出、データの格納
制御部４０は、駆動ピン３２を鉛直上方向に移動させる。駆動ピン３２の移動は、圧電素子３１がウエハ１の鉛直下面に接触するまで行われる（Ｓ２０）。そして、電圧値／エンコーダモニタ３５が、駆動ピン３２の移動量を読み取り、「（Ａ）パルス」として記憶する（Ｓ２１）。
【００３４】
続いて、図３（ｂ）を参照しつつ、ステップＳ３０、４０の動作について説明する。
【００３５】
ステップＳ３０；ウエハをホルダ上に載置
制御部４０は、駆動ピン３２及びウエハ持ち上げ機構２０を下降させる。これにより、圧電素子３１の上端、及びウエハ持ち上げ機構２０の支持面２２は、ホルダ６０のウエハ載置面６２よりも下まで下降する。この時、ウエハ１は、自動的にウエハ持ち上げ機構２０からホルダ６０に乗り移る。
【００３６】
ステップＳ４０；成膜
続いて、装置制御系は、成膜機構５０によって、ウエハ１の上面に薄膜２を成膜する。このとき、成膜条件によっては、ホルダ６０などに設けられた加熱機構によって、ウエハ１に熱が加えられることもある。成膜されたウエハ１は、反りが発生することが有る。通常、その反りは、膜応力によって下に凸の反りとなる。
【００３７】
続いて、図３（ｃ）を参照しつつ、ステップＳ５０、６０の動作について説明する。
【００３８】
ステップＳ５０；ウエハの持ち上げ
成膜が終了すると、制御部４０は、ウエハ持ち上げ機構２０を再び上昇させて、測定用高さに位置させる。ここで、ウエハ持ち上げ機構２０がホルダ６０の載置面６２を通り過ぎる際に、ウエハ１が自動的にホルダ６０からウエハ持ち上げ機構２０に乗り移る。ウエハ持ち上げ機構２０の支持面２２の高さは、ステップＳ１０と同様に、高さＨとなる。
【００３９】
ステップＳ６０；高さ検出
制御部４０は、ステップＳ２０と同様に、駆動ピン３１を上昇させて、圧電素子３１がウエハ１に接触するまでの駆動ピン３１の移動量を求める。即ち、そして、電圧値／エンコーダモニタ３５が、駆動ピン３２の移動量を読み取り、「（Ａ）’パルス」として記憶する。
【００４０】
ステップＳ７０；反り量の算出
電圧値／エンコーダモニタ３５は、（Ａ）と（Ａ）’とを用いて、（Ａ）−（Ａ）’＝「ａ」の演算を実施する。この結果の「ａ」は、薄膜形成前後における反り量の変化を示している。
【００４１】
以上のステップＳ１０〜７０の動作により、反り量の変化を示す「ａ」が算出される。このようにして求められた「ａ」は、電圧値／エンコーダモニタ３５から装置制御系へ通知される。そして、装置制御系にて必要に応じた処理が為される。例えば、予め設定された規格幅と比較して監視し、規格幅を超えた時には装置を停止させることで、異常品の流出を防止する。また、成膜前後における反り量の変化は、成膜された膜の膜応力に依存している。従って、「ａ」に基いて、膜応力を算出することもできる。このように、膜応力を算出して、膜質判定を行ってもよい。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に依れば、成膜前後で反り量を測定することで、成膜前後における反り量の変化を求めることができる。反り量の変化を求めるにあたり、成膜時にはウエハの形状を測定する必要は無く、成膜時の熱の影響などを排除して反り測定を行うことができる。
【００４３】
また、ウエハ持ち上げ機構２０によって、ウエハをホルダから持ち上げた状態で反りの測定を行うので、熱の影響をより受け難い位置で測定を行うことができる。熱がウエハの反り量に与える影響を、より排除して反りの評価を行う事ができる。
【００４４】
また、ウエハ持ち上げ機構２０は、成膜チャンバー８０内でウエハ１を支持するので、Ｉｎ−ｓｉｔｕで反り測定を行うことができる。
【００４５】
また、ウエハの反り量を算出するにあたって、ビームを用いた時のような非接触式の測定では、実際の製造工程でのウエハ下面状態のばらつきによる散乱光の影響を受けてしまう可能性が有る。これに対して、本実施の形態では、高さデータを用いているので、ウエハ１の表面状態に依存しないで反りの評価を行うことができる。
【００４６】
また、光学的に反り量を求める時に必要な、占有スペースが大きく、高価な装置は必要ない。高さ測定機構３０としては、圧電素子３１、駆動ピン３２、モータ３３、エンコーダ３４、電圧／エンコーダモニタ３５といった安価な機械部品で構成することができるので、コスト的に有利である。ここで、成膜チャンバ８０内には圧電素子３１の取りつけられた駆動ピン３２を設置するのみでよく、成膜チャンバ８０外への設置部品も、光学的に反り量を求める装置と比較して大きなシステムは必要としない。従って、設置スペース面で実装置への取付に適している。
【００４７】
また、ウエハ持ち上げ機構２０は、ウエハ１の外周部を下側から支持して持ち上げるので、ウエハ持ち上げ機構２０がウエハ１へ加える力を最小限に留めることができる。即ち、横方向や上方向からウエハ１を支持した場合には、ウエハ１に圧力がかかってしまうことがある。このような圧力は、ウエハ１の形状を変化させてしまう事があり、正確な反り測定の妨げになる事がある。これに対して、本実施形態では、ウエハ持ち上げ機構２０が鉛直下方向からウエハ１を支持して持ち上げるので、ウエハ１に加わる力を最小限とする事ができる。よって、より正確に反り変化量を求める事ができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態と比較して、高さ測定機構３０の構成について工夫が為されている。その他の構成は第１の実施形態と同じであるため説明は省略する。
【００４９】
図４は、本実施形態に係る成膜システム７０の構成図である。尚、成膜チャンバ８０や成膜機構５０など、一部の構成は図示が省略されている。本実施形態では、圧電素子３１、駆動ピン３２、モータ３３、及びエンコーダ３４が、夫々５個づつ設けられている。即ち、圧電素子３１ａ〜ｅ、駆動ピン３２ａ〜ｅ、モータ３３ａ〜ｅ、及びエンコーダ３５ａ〜ｅが設けられている。これらは、符号の後に付した英数字に対応して組を形成しており、各組内で電気的に接続されている。即ち、圧電素子３１ａ、駆動ピン３２ａ、モータ３３ａ、及びエンコーダ３５ａで一組を形成し、圧電素子３１ｂ、駆動ピン３２ｂ、モータ３３ｂ、及びエンコーダ３５ｂで別の一組が形成されている。これらの各組は、一の電圧値／エンコーダモニタ３５に電気的に接続されている。
【００５０】
これらの５組は、夫々が第１の実施形態と同様に、高さ検出ステップ（Ｓ２０、６０）においてウエハ１の高さを測定する。これらの５組は、個々に動作可能であり、駆動距離も個々に測定可能となっている。即ち、各組によって、ウエハ１の鉛直下面の異なる位置の高さが測定される。電圧値／エンコーダモニタ３５は、各組によって測定されたウエハ１の高さデータを記憶する。
【００５１】
このように、圧電素子３１〜エンコーダ３５までを複数組用意し、ウエハ１の下面の複数位置の高さを測定することにより、ウエハ１の反り量をより精度高く測定することができる。また、ウエハ１上の反り形状分布をマッピングすることも可能になる。
【００５２】
尚、これらの組の数は、５組のみでなく、成膜チャンバ８０の形状が許す限り多数にしてもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係る成膜システム７０の構成図である。
【００５４】
本実施形態では、既述の第１、２の実施形態と比較して、上面固定機構２１が追加されている。また、反り測定を行うにあたり、既述の実施形態の各ステップに対して、反発力を測定するステップ（ステップＳ２２、６１）が追加される。また、既述の高さ測定機構３０は、ウエハの反発力を検出する反発力測定機構としても機能する。尚、既述の実施形態と同様の構成、動作については、その説明を省略する。
【００５５】
反発力測定機構３０は、圧電素子３１、駆動ピン３２、モータ３３、エンコーダ３４、及び電圧値／エンコーダモニタ３５を有しており、高さ測定機構３０と兼用される。即ち、圧電素子３１、駆動ピン３２、モータ３３、エンコーダ３４、及び電圧値／エンコーダモニタ３５は、制御部４０の指示により、高さ測定機構３０としても機能し、反発力測定機構３０としても機能するようになっている。
【００５６】
既述の実施形態において、高さ測定機構３０は圧電素子３１をウエハ１に接触させる事で、ウエハ１の高さを測定する。これに対して、本実施形態において、反発力測定機構３０は、圧電素子３１がウエハ１に接触した状態から、更に駆動ピン３２を駆動させて、ウエハ１の反りが無くなるまでウエハ１を押し上げる。そして、電圧値／エンコーダモニタ３５が、反りが無くなった時の圧電素子３１に加わっている圧力を、反発力として読み取り記憶する。
【００５７】
上面固定機構２１は、ウエハ持ち上げ機構２０がウエハ１を支持して測定用高さに位置するときに、ウエハ１の上面外周端部に当接する位置に設けられている。ここで、上面固定機構２１は、高さ測定機構３０によってウエハ１が押し上げられない限り、上面固定機構２１からウエハ１に対して力が加わらないように設けられている事が好ましい。これは、第１の実施形態の欄にて説明したように、ウエハ１の反りを測定する際に上面固定機構２１からウエハ１へ加わる圧力によって、ウエハ１が変形してしまわないようにするためである。
【００５８】
尚、上面固定機構２１は、反発力の測定時に、ウエハ１が上方向へ移動しないように固定するものである。従って、ウエハ持ち上げ機構２０に一体に形成されていても良いし、ウエハ持ち上げ機構２０とは別に形成されていてもよい。
【００５９】
続いて、本実施形態にかかる反り測定方法の動作について説明する。図８は、本実施形態に係る反り測定方法のフローチャートである。既述の実施形態に対して、高さを検出するステップ（Ｓ２０）とウエハをホルダ上に載置ステップ（Ｓ３０）との間に、反発力を測定するステップ（Ｓ２２）が追加されている。また、高さを検出するステップ（Ｓ６０）と反り量を算出するステップ（Ｓ７０）との間に、反発力を測定するステップ（Ｓ６１）が追加されている。ステップＳ２２、６１の動作について、以下に説明する。
【００６０】
図６（ａ）は、ステップＳ２２の動作を説明する説明図である。図６Ａ（ａ）に示されるように、制御部４０が、駆動ピン３２を上方向に駆動させる。制御部４０は、圧電素子３１がウエハ１に接触した位置から、更に駆動ピン３２を駆動させてウエハ１を押し上げる。ここで、上面固定機構２１によって、ウエハ１の上面外周部が固定されるので、ウエハ１は上面固定機構２１より上側には移動せず、反りだけが解消される。制御部４０は、このようにして、ウエハ１の反りが完全に無くなる位置まで駆動ピン３２を駆動させる（図６Ａ（ｂ））。ウエハ１の反りが完全に無くなる位置は、測定用高さにおける支持面の高さＨが、圧電素子３１の上端の高さと一致する高さである。よって、駆動ピン３２の移動量を予め設定しておく事で、ウエハ１の反りを完全に無くす位置まで駆動ピン３２を駆動させる事ができる。
【００６１】
ウエハ１の反りが無くなった状態において、電圧値／エンコーダモニタ３５が圧電素子３１の圧力を読み取る。そして、電圧値／エンコーダモニタ３５は、圧電素子３１の電圧出力値を成膜前の電圧出力値（Ｂｘ）ｍＶとして記録する。この電圧出力値（Ｂｘ）は、成膜前のウエハ１の反発力を示している。
【００６２】
一方、ステップＳ６１においても、図６Ｂ（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ステップＳ２２と同様の動作が行われる。電圧値／エンコーダ３５は、圧電素子３１の電圧出力値を成膜後の電圧出力値（Ｂ’ｘ）ｍＶとして記録する。この電圧出力値（Ｂ’ｘ）は、成膜後のウエハ１の反発力を示している。
【００６３】
さらに、反り量を算出するステップ（Ｓ７０）において、電圧値／エンコーダモニタ３５は、（Ｂｘ）、（Ｂ’ｘ）を用い、（Ｂｘ）−（Ｂ’ｘ）＝「ｂ」ｍＶの演算を実施する。この結果「ｂ」は、薄膜形成前後の反発力の差に比例した値となっており、ウエハ上の膜応力に依存している。
【００６４】
このように、既述の実施形態で実施されたように、ウエハの反り量の変化「ａ」に基いた監視に加えて、この電圧値「ｂ」をも監視するパラメータに加えることで、更に精度よくウエハの反り状態を評価することができる。
【００６５】
以上、第１〜３の実施形態について説明したが、これらの実施形態において為された工夫は、矛盾の無い範囲内で組み合わせて使用できる事は、当業者にとっては自明的であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】従来例の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる成膜システムの構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる反り測定方法の動作を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる成膜システムの構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる成膜システムの構成図である。
【図６Ａ】本発明の第３の実施形態にかかる反り測定方法の動作を説明する説明図である。
【図６Ｂ】本発明の第３の実施形態にかかる反り測定方法の動作を説明する説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態にかかる反り測定方法の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかる反り測定方法の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１ ウエハ
２ 薄膜
１０ 反り測定システム
２０ ウエハ持ち上げ機構
２１ 上面固定機構
２２ 支持面
２３ ガイド
３０ 高さ測定機構、反発力測定機構
３１ 圧電素子
３２ 駆動ピン
３３ モータ
３４ エンコーダ
３５ 電圧値／エンコーダモニタ
４０ 制御部
５０ 成膜機構
６０ ホルダ
６１ 貫通口
６２ ウエハ載置面
７０ 成膜システム
８０ 成膜チャンバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直上下方向に移動可能であり、成膜用ホルダに載置されたウエハの外周部を支持して持ち上げるウエハ持ち上げ機構と、
持ち上げられた前記ウエハの所定位置の高さを検出する高さ測定機構と、
制御部と、
を具備し、
前記ウエハ持ち上げ機構は、成膜チャンバ内で前記ウエハを支持し、
前記制御部は、
前記ウエハの成膜前後に、前記ウエハ持ち上げ機構を前記ウエハを支持した状態で測定用高さに位置させ、持ち上げられた前記ウエハの高さを測定し、成膜前後における前記ウエハの高さデータに基いて、成膜前後での前記ウエハの反り変化量を算出する
反り測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載された反り測定システムであって、
前記高さ測定機構は、前記ウエハに接触する接触用部材を有しており、前記接触用部材が前記ウエハに接触しているか否かにより、前記ウエハの高さを測定する
反り測定システム。
【請求項３】
請求項２に記載された反り測定システムであって、
前記高さ測定機構は、更に、
前記接触用部材を支持する支持部材と、
前記支持部材を上下方向に移動させる駆動機構と、
前記支持部材の移動量を検出する移動量検出器と、
前記高さ測定機構は、前記接触用部材が前記ウェハに接触するまでの前記支持部材の移動量に基いて、前記ウエハの高さを測定する
反り測定システム。
【請求項４】
請求項３に記載された反り測定システムであって、
前記接触用部材は、圧電素子である
反り測定システム。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかに記載された反り測定システムであって、
前記接触用部材は、複数個設けられており、
前記高さ測定機構は、前記ウエハの鉛直下面内の複数位置の高さを測定する
反り測定システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された反り測定システムであって、
前記ウエハ持ち上げ機構は、前記ウエハを鉛直下面側から支持して持ち上げる
反り測定システム。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載された反り測定システムであって、
更に、
前記ウエハの反発力をする反発力測定機構と、
上面固定機構と、
を具備し、
前記反発力測定機構は、
前記上面固定機構によって固定された前記ウエハを、反りが無くなるまで下側から上側に力を加えて押し上げ、反りを無くすのに要した力を前記反発力として測定し、
前記上面固定機構は、反発力測定時に前記ウエハの上面側を抑えるように設けられている
反り測定システム。
【請求項８】
請求項７に記載された反り測定システムであって、
前記制御部は、前記反発力測定機構によって、成膜前後での前記ウエハの反発力を検出し、
成膜前後での前記ウエハの反発力データに基いて、前記ウエハに成膜された膜の膜応力を算出する
反り測定システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載された反り測定システムであって、
前記反発力測定機構は、前記高さ測定機構を兼ねている
反り測定システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載された反り測定システムと、
成膜時にウエハを載置する成膜用ホルダと、
前記ホルダ上に載置されたウエハに成膜する成膜機構と、
を具備する
成膜システム。
【請求項１１】
成膜チャンバ内において、成膜用ホルダに載置されたウエハの外周部を支持して、測定用高さまで持ち上げる持ち上げステップと、
持ち上げられた前記ウエハの所定位置の高さを検出する高さ測定ステップと、
前記ウエハの成膜前後での反り変化量を算出する反り量算出ステップと、
を具備し、
前記高さ測定ステップは、前記ウエハの成膜前後に実施され、
前記反り量算出ステップにおいて、成膜前後の前記ウエハの高さデータに基いて、反り変化量を算出する
反り測定方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載された反り測定方法であって、
前記高さ測定ステップにおいて、接触しているか否かを検出することで、前記ウエハの高さを測定する
反り測定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載された反り測定方法であって、
前記高さ測定ステップは、
接触用部材を、前記ウエハに接触するまで上下方向に移動させるステップと、
前記ウエハに接触するまでの前記接触用部材の移動量を検出するステップと、
前記接触用部材の移動量に基いて、前記ウエハの高さを測定するステップと、
を有している
反り測定方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載された反り測定方法であって、
前記接触用部材は、圧電素子である
反り測定方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれかに記載された反り測定方法であって、
前記高さ測定ステップにおいて、前記鉛直下面内の複数位置における高さを測定する
反り測定方法。
【請求項１６】
請求項１０乃至１５のいずれかに記載された反り測定方法であって、
前記ウエハ持ち上げステップにおいて、前記ウエハを鉛直下面側から支持して持ち上げる
反り測定方法。
【請求項１７】
請求項１０乃至１５のいずれかに記載された反り測定方法であって、
更に、
ウエハの反発力を測定する反発力測定ステップ
を具備し、
前記反発力測定ステップは、
前記ウエハに対して下側から上側に力を加えて、反りが無くなるまで押し上げる押し上げステップと、
前記押し上げステップの後に、反りを無くすのに要する力を前記反発力として測定するステップと、を有している
反り測定方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載された反り測定方法であって、
前記反発力測定ステップは、前記ウエハの成膜前後で実行され、
前記反り量算出ステップにおいて、前記高さ測定ステップの測定結果に加え、前記反発力測定ステップの測定結果に基いて、前記ウエハの反り量を算出する
反り測定方法。
【請求項１９】
請求項１１乃至１８のいずれかに記載された反り測定方法と、
前記ウエハに成膜する工程と、
を具備する
成膜方法。
【請求項２０】
鉛直上下方向に移動可能であり、成膜用ホルダに載置されたウエハの外周部を支持して持ち上げるウエハ持ち上げ機構と、
前記ウエハを、反りが無くなるまで下側から上側に力を加えて押し上げて、反りを無くすのに要した力を反発力として測定する反発力測定機構と、
前記ウエハ持ち上げ機構が前記ウエハを支持した状態で測定用高さに位置するときに、前記ウエハが上方向に移動しないように前記ウエハの上面側を固定する上面固定機構と、
制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記ウエハの成膜前後で、前記反発力測定機構に前記ウエハの反発力を測定させ、成膜前後における反発力データに基いて、前記ウエハに成膜された膜の膜応力を算出する
反り測定システム。
【請求項１】
鉛直上下方向に移動可能であり、成膜用ホルダに載置されたウエハの外周部を支持して持ち上げるウエハ持ち上げ機構と、
持ち上げられた前記ウエハの所定位置の高さを検出する高さ測定機構と、
制御部と、
を具備し、
前記ウエハ持ち上げ機構は、成膜チャンバ内で前記ウエハを支持し、
前記制御部は、
前記ウエハの成膜前後に、前記ウエハ持ち上げ機構を前記ウエハを支持した状態で測定用高さに位置させ、持ち上げられた前記ウエハの高さを測定し、成膜前後における前記ウエハの高さデータに基いて、成膜前後での前記ウエハの反り変化量を算出する
反り測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載された反り測定システムであって、
前記高さ測定機構は、前記ウエハに接触する接触用部材を有しており、前記接触用部材が前記ウエハに接触しているか否かにより、前記ウエハの高さを測定する
反り測定システム。
【請求項３】
請求項２に記載された反り測定システムであって、
前記高さ測定機構は、更に、
前記接触用部材を支持する支持部材と、
前記支持部材を上下方向に移動させる駆動機構と、
前記支持部材の移動量を検出する移動量検出器と、
前記高さ測定機構は、前記接触用部材が前記ウェハに接触するまでの前記支持部材の移動量に基いて、前記ウエハの高さを測定する
反り測定システム。
【請求項４】
請求項３に記載された反り測定システムであって、
前記接触用部材は、圧電素子である
反り測定システム。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかに記載された反り測定システムであって、
前記接触用部材は、複数個設けられており、
前記高さ測定機構は、前記ウエハの鉛直下面内の複数位置の高さを測定する
反り測定システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された反り測定システムであって、
前記ウエハ持ち上げ機構は、前記ウエハを鉛直下面側から支持して持ち上げる
反り測定システム。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載された反り測定システムであって、
更に、
前記ウエハの反発力をする反発力測定機構と、
上面固定機構と、
を具備し、
前記反発力測定機構は、
前記上面固定機構によって固定された前記ウエハを、反りが無くなるまで下側から上側に力を加えて押し上げ、反りを無くすのに要した力を前記反発力として測定し、
前記上面固定機構は、反発力測定時に前記ウエハの上面側を抑えるように設けられている
反り測定システム。
【請求項８】
請求項７に記載された反り測定システムであって、
前記制御部は、前記反発力測定機構によって、成膜前後での前記ウエハの反発力を検出し、
成膜前後での前記ウエハの反発力データに基いて、前記ウエハに成膜された膜の膜応力を算出する
反り測定システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載された反り測定システムであって、
前記反発力測定機構は、前記高さ測定機構を兼ねている
反り測定システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載された反り測定システムと、
成膜時にウエハを載置する成膜用ホルダと、
前記ホルダ上に載置されたウエハに成膜する成膜機構と、
を具備する
成膜システム。
【請求項１１】
成膜チャンバ内において、成膜用ホルダに載置されたウエハの外周部を支持して、測定用高さまで持ち上げる持ち上げステップと、
持ち上げられた前記ウエハの所定位置の高さを検出する高さ測定ステップと、
前記ウエハの成膜前後での反り変化量を算出する反り量算出ステップと、
を具備し、
前記高さ測定ステップは、前記ウエハの成膜前後に実施され、
前記反り量算出ステップにおいて、成膜前後の前記ウエハの高さデータに基いて、反り変化量を算出する
反り測定方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載された反り測定方法であって、
前記高さ測定ステップにおいて、接触しているか否かを検出することで、前記ウエハの高さを測定する
反り測定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載された反り測定方法であって、
前記高さ測定ステップは、
接触用部材を、前記ウエハに接触するまで上下方向に移動させるステップと、
前記ウエハに接触するまでの前記接触用部材の移動量を検出するステップと、
前記接触用部材の移動量に基いて、前記ウエハの高さを測定するステップと、
を有している
反り測定方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載された反り測定方法であって、
前記接触用部材は、圧電素子である
反り測定方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれかに記載された反り測定方法であって、
前記高さ測定ステップにおいて、前記鉛直下面内の複数位置における高さを測定する
反り測定方法。
【請求項１６】
請求項１０乃至１５のいずれかに記載された反り測定方法であって、
前記ウエハ持ち上げステップにおいて、前記ウエハを鉛直下面側から支持して持ち上げる
反り測定方法。
【請求項１７】
請求項１０乃至１５のいずれかに記載された反り測定方法であって、
更に、
ウエハの反発力を測定する反発力測定ステップ
を具備し、
前記反発力測定ステップは、
前記ウエハに対して下側から上側に力を加えて、反りが無くなるまで押し上げる押し上げステップと、
前記押し上げステップの後に、反りを無くすのに要する力を前記反発力として測定するステップと、を有している
反り測定方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載された反り測定方法であって、
前記反発力測定ステップは、前記ウエハの成膜前後で実行され、
前記反り量算出ステップにおいて、前記高さ測定ステップの測定結果に加え、前記反発力測定ステップの測定結果に基いて、前記ウエハの反り量を算出する
反り測定方法。
【請求項１９】
請求項１１乃至１８のいずれかに記載された反り測定方法と、
前記ウエハに成膜する工程と、
を具備する
成膜方法。
【請求項２０】
鉛直上下方向に移動可能であり、成膜用ホルダに載置されたウエハの外周部を支持して持ち上げるウエハ持ち上げ機構と、
前記ウエハを、反りが無くなるまで下側から上側に力を加えて押し上げて、反りを無くすのに要した力を反発力として測定する反発力測定機構と、
前記ウエハ持ち上げ機構が前記ウエハを支持した状態で測定用高さに位置するときに、前記ウエハが上方向に移動しないように前記ウエハの上面側を固定する上面固定機構と、
制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記ウエハの成膜前後で、前記反発力測定機構に前記ウエハの反発力を測定させ、成膜前後における反発力データに基いて、前記ウエハに成膜された膜の膜応力を算出する
反り測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１１６３５４（Ｐ２００８−１１６３５４Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３００５１３（Ｐ２００６−３００５１３）
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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