膜厚測定方法、膜厚測定システムおよび膜厚測定装置
【課題】化学反応性の高いアルカリ金属、アルカリ土類金属等からなる薄膜であっても、簡便かつ高い精度で膜厚を測定できる膜厚測定方法、膜厚測定システムおよび膜厚測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る膜厚測定方法は、成膜室２内のステージ２２に設置された測定用基板１０上に複数配置された振動子１１に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成することを含む。上記測定用基板１０は、外部より低湿度に調節された測定室３の内部へ搬送される。測定室３内で、振動子１１を検出ユニット３２に接続し発振させることで、薄膜の膜厚が測定される。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る膜厚測定方法は、成膜室２内のステージ２２に設置された測定用基板１０上に複数配置された振動子１１に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成することを含む。上記測定用基板１０は、外部より低湿度に調節された測定室３の内部へ搬送される。測定室３内で、振動子１１を検出ユニット３２に接続し発振させることで、薄膜の膜厚が測定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子を用いた膜厚測定方法ならびにそれに用いる膜厚測定システムおよび膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空蒸着またはスパッタリングにおいて、成膜される膜の膜厚をモニタするために、水晶振動子を用いた膜厚測定方法が用いられている。この方法は、成膜室内に配置されている水晶振動子の表面に被処理基板に成膜される材料と同じ成膜材料を付着させ、それによる水晶振動子の応答周波数の変化から被処理基板上の成膜材料の膜厚を測定するものである。
【０００３】
この方法によって測定された膜厚は、成膜源からの距離が水晶振動子と被処理基板とで異なるために、被処理基板上の実際の膜厚とは必ずしも一致せず、誤差が生じることがあった。この誤差を補正する方法として、例えば特許文献１には、成膜対象物表面に薄膜を形成する前に準備工程を設けて、基板ホルダ上の測定用基板と、校正用水晶振動子の表面とに同じ時間だけ薄膜を成長させ、測定用基板上の薄膜の膜厚を触針式段差計等によって測定し、校正用振動子の膜厚を補正する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２２２００号公報
【特許文献２】特開２００７−２４９０９号公報
【特許文献３】特開２００６−７８３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、電池等に用いるリチウム（Ｌｉ）等のアルカリ金属およびマグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属からなる薄膜の膜厚を測定する際には、これらの材料の化学反応性が非常に高いため、成膜室の外に出すと大気中の水分と反応し、正確な膜厚測定が困難であった。また、これらの薄膜がやわらかいため、触針式段差計等では正確に膜厚が測定できないという問題もあった。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡便かつ高い精度で膜厚を測定できる膜厚測定方法、膜厚測定システムおよび膜厚測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る膜厚測定方法は、成膜室内のステージに設置された測定用基板上に複数配置された振動子に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成することを含む。
上記測定用基板は、外部より低湿度に調節された測定室の内部へ搬送される。
上記測定室内で上記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで上記薄膜の膜厚が測定される。
【０００８】
本発明の一形態に係る膜厚測定システムは、成膜室と、測定用基板と、測定室と、調節機構と、検出ユニットとを具備する。
上記成膜室は、ステージを有する。
上記測定用基板は、本体と、上記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有し、上記ステージに設置されることが可能である。
上記測定室は、上記成膜室と隣接して設置される。
上記調節機構は、上記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能である。
上記検出ユニットは、上記測定室に配置され上記振動子と接続されることが可能な接続部と、上記振動子を発振させる発振部と、上記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する。
【０００９】
本発明の一形態に係る膜厚測定装置は、測定室と、調節機構と、測定用基板と、検出ユニットとを具備する。
上記調節機構は、上記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能である。
上記測定用基板は、本体と、上記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有する。
上記検出ユニットは、上記測定室に配置され上記振動子と接続されることが可能な接続部と、上記振動子を発振させる発振部と、上記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する。
【００１０】
本発明の一形態に係る膜厚測定方法は、振動子が配置された測定用基板を成膜室内のステージに設置する工程を含む。
膜厚測定器によって第１の膜厚が検出されるまで上記振動子上に薄膜が形成される。
上記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで上記薄膜の第２の膜厚が測定される。
上記第１の膜厚と上記第２の膜厚との比に基づいて、上記膜厚測定器の出力が補正される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る膜厚測定システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る測定用基板の構成を示す図であり、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）の[Ａ]−[Ａ]方向における要部断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る膜厚測定方法の工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定方法は、成膜室内のステージに設置された測定用基板上に複数配置された振動子上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成することを含む。
上記測定用基板は、外部より低湿度に調節された測定室の内部へ搬送される。
上記測定室内で上記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで上記薄膜の膜厚が測定される。
【００１３】
上記膜厚測定方法は、外部より低湿度に調節された測定室内で膜厚を測定するため、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋなどのアルカリ金属、または、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ等のアルカリ土類金属からなる薄膜の化学反応を抑制できる。また、測定用基板上に設置された振動子を用いることから、被処理基板に近い条件で薄膜を形成することができ、薄膜の形状を変化させずに測定が可能である。したがって、精度よく、かつ簡便な方法で膜厚を測定することができる。
【００１４】
上記薄膜を形成する工程は、上記膜厚を、上記成膜室に設置された膜厚測定器の出力に基づいてモニタすることを含んでもよい。この場合、上記膜厚測定方法は、さらに、上記検出ユニットで測定された膜厚に基づいて上記膜厚測定器の出力を補正し、補正された上記膜厚測定器の出力に基づいて上記ステージに設置された被処理基板上に上記薄膜を形成する。
【００１５】
これにより、上記測定用基板を用いた精度よい膜厚測定の結果を用いて上記膜厚測定器の出力を補正することができ、被処理基板を用いた実際の成膜工程においても、膜厚測定器によって成膜中の膜厚を精度よくモニタすることができる。
【００１６】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定システムは、成膜室と、測定用基板と、測定室と、調節機構と、検出ユニットとを具備する。
上記成膜室は、ステージを有する。
上記測定用基板は、本体と、上記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有し、上記ステージに設置されることが可能である。
上記測定室は、上記成膜室と隣接して設置される。
上記調節機構は、上記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能である。
上記検出ユニットは、上記測定室に配置され上記振動子と接続されることが可能な接続部と、上記振動子を発振させる発振部と、上記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する。
【００１７】
上記膜厚測定システムは、測定用基板上に設置された振動子を用いることから、被処理基板に近い条件で薄膜を形成することができ、薄膜の形状を変化させずに測定が可能である。また、測定室は成膜室に隣接し、外部より低湿度に調節されているため、例えばアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる材料の薄膜であってもその化学反応を抑制できる。したがって、精度よく膜厚を測定することができる。さらに、成膜前の準備工程と、成膜工程とを連続的に行うことができるため、簡便な方法で効率的に膜厚を測定することができる。
【００１８】
上記膜厚測定システムは、上記成膜室と上記測定室との間に設置された搬送室と、上記成膜室と上記搬送室の間に設置された第１の仕切りバルブと、上記測定室と上記搬送室との間に設置された第２の仕切りバルブと、上記測定用基板を上記成膜室から上記測定室へ搬送する搬送ユニットを有する搬送機構をさらに具備してもよい。
これによって、成膜室または測定室の雰囲気を維持しつつ、上記測定用基板を自動で成膜室から測定室へ搬送することができ、さらに効率的に膜厚を測定することができる。
【００１９】
上記膜厚測定システムは、上記成膜室に設置され、上記ステージ上の被処理基板に形成される薄膜の膜厚をモニタし出力する膜厚測定器と、上記検出ユニットによって測定された上記膜厚に基づいて上記膜厚測定器の出力を補正する補正部とをさらに具備してもよい。
このことによって、上記測定用基板を用いた精度よい膜厚測定の結果を用いて上記膜厚測定器の出力を簡便に補正することができ、被処理基板を用いた実際の成膜工程においても、膜厚測定器によって成膜中の膜厚を精度よくモニタすることができる。
【００２０】
上記振動子は、上記本体の一表面の中央から周辺に向かって複数配置されてもよい。
これによって、上記測定用基板を用いて成膜面内での膜厚の分布も測定することができる。
【００２１】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置は、測定室と、調節機構と、測定用基板と、検出ユニットとを具備する。
上記調節機構は、上記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能である。
上記測定用基板は、本体と、上記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有する。
上記検出ユニットは、上記測定室に配置され上記振動子と接続されることが可能な接続部と、上記振動子を発振させる発振部と、上記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する。
【００２２】
上記膜厚測定装置は、測定用基板上に設置された振動子を用いることから、被処理基板に近い条件で形成した薄膜を測定可能である。また、測定室は外部より低湿度に調節されているため、例えばアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる材料の薄膜であっても化学反応を抑制できる。したがって、精度よく膜厚を測定することができる。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定方法は、振動子が配置された測定用基板を成膜室内のステージに設置する工程を含む。
膜厚測定器によって第１の膜厚が検出されるまで上記振動子上に薄膜が形成される。
上記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで上記薄膜の第２の膜厚が測定される。
上記第１の膜厚と上記第２の膜厚との比に基づいて、上記膜厚測定器の出力が補正される。
【００２４】
上記膜厚測定方法では、実際の成膜前に、測定用基板に複数配置された振動子を用いて被処理基板に近い条件で形成した薄膜の膜厚を測定し、この膜厚に基づいて予め上記膜厚測定器の出力を補正することができる。このことから、被処理基板の成膜工程において、膜厚測定器を用いて精度よく膜厚をモニタすることができる。
【００２５】
上記薄膜は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であってもよい。この場合、上記第２の薄膜の測定は、外部より低湿度に調整された測定室の内部で行われる。
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
［膜厚測定システムの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る膜厚測定システムを示す概略構成図である。膜厚測定システム１は、成膜室２と、測定室３と、成膜室２と測定室３との間に設置された搬送室４とを有する。
【００２８】
（成膜室）
成膜室２は、Ｌｉ等を蒸着する蒸着室として構成される。成膜室２の内部には、抵抗加熱源や電子ビーム加熱源等の蒸発源２１と、測定用基板１０または半導体ウェーハやガラス基板等の被処理基板Ｗを支持する基板固定ジグ（ステージ）２２と、膜厚モニタ用のセンサヘッド（膜厚測定器）２３とが設置されている。また、基板固定ジグ２２は、静電チャック、メカニカルチャック等の基板保持機構を有し、図示しない駆動源に接続された回転機構２４によって回転可能に支持されている。なお、成膜室２の内部は、真空ポンプＰ１によって所定の真空度に維持可能に構成されている。
【００２９】
センサヘッド２３は、水晶発振式の膜厚センサであり、例えば（株）アルバック社製「ＣＲＴＳ」を用いることができる。センサヘッド２３は、蒸発源２１から見て基板固定ジグ２２の基板支持面と幾何学的に略等距離の位置に設置されており、蒸着源２１からの蒸着材料を表面に付着させることが可能な水晶振動子２３０を支持している。
【００３０】
また、センサヘッド２３は、成膜室２の外部に設置された発振器Ｏｓ１に接続される。発振器Ｏｓ１は水晶振動子２３０を発振することで、成膜材料の堆積量に応じた周波数変化を検出し、さらにこれを出力Ｖ１としてコントローラ６へ出力する。
【００３１】
コントローラ６は、センサヘッド２３からの出力Ｖ１に基づいて、測定用基板１０または被処理基板Ｗ上の堆積膜の膜厚を測定し、モニタする。コントローラ６は、蒸着源２１を制御することで、成膜の停止や成膜レートを制御する。このようなコントローラ６として、例えば（株）アルバック社製「ＣＲＴＭ−９０００Ｇ」を用いることができる。
【００３２】
（測定用基板）
図２（Ａ）は、測定用基板１０の構成を示す平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の[Ａ]−[Ａ]方向における要部断面図である。測定用基板１０は、本体１２と、本体１２の一表面上に配置された単数又は複数の水晶振動子１１とを有する。本体１２の形状は、図示する矩形状に限られず、円形でもよい。本体１２を構成する材料は特に制限されず、例えばセラミクス、ガラス、半導体ウェーハ等を用いることができる。
【００３３】
本実施形態において、水晶振動子１１は、本体１２の一表面の中央から周縁に向かって複数配置されている。各々の水晶振動子１１は、例えば薄膜が形成される表面の周縁および裏面の所定位置に測定プローブ３２の端子と接続するための図示しない電極パターンを有している。
【００３４】
測定用基板１０は、水晶振動子１１を本体１２の一表面上に配置するための構造として、座台１３と、第１のカバー１４と、固定具１５と、第２のカバー１６とをさらに有する。水晶振動子１１は、例えば以下のように本体１２の一表面へ配置される。
【００３５】
まず座台１３の配置面１３ａに、水晶振動子１１を配置する。座台１３は、例えば円形に形成されている。次に、水晶振動子１１表面の電極が形成された周縁と座台１３とを第１のカバー１４によって被覆する。第１のカバー１４は開口を有しており、当該開口を介して水晶振動子１１表面の中央部に薄膜を形成することが可能に構成されている。第１のカバー１４は、水晶振動子１１表面の周縁に形成された電極への成膜材料の付着を防止するマスクとして機能する。また、第１のカバー１４は、図２（Ｂ）で示すように、開口から漸次厚みが増すようなテーパ面１４ａを有している。これにより、開口によって露出された水晶振動子１１表面に均一に薄膜を形成することができる。
【００３６】
そして、固定具１５によって、一体化された水晶振動子１１、座台１３および第１のカバー１４を本体１２の一表面上の所定の位置に配置する。第２のカバー１６は、座台１２、固定具１５および第１のカバー１４を被覆し、これらを本体１２の一表面上に保持する。
【００３７】
水晶振動子１１は、測定用基板１０に成膜される薄膜の膜厚分布測定に用いられる。水晶振動子１１の大きさ、基本振動数等は特に限定されず、適宜の振動子を用いることが可能である。また後述するように、水晶振動子１１の出力がセンサヘッド２３の校正に用いられる場合には、水晶振動子１１としては、センサヘッド２３の振動子２３０と同一の振動子が用いられる。
【００３８】
以上のような構成の測定用基板１０を基板固定ジグ２２に保持させ、回転機構２４によって回転させながら成膜することによって、成膜面１３上での膜厚の分布を検出することができる。
【００３９】
（測定室）
測定室３は、本実施形態において、大気から隔離した環境で作業を行うためのグローブボックスで構成される。測定室３の内部には、測定用基板１０のための支持台３１と、測定プローブ（接続部）３２と、外部から測定者が作業するためのグローブ３４が備えられている。
【００４０】
測定室３には、内部の湿度を外部より低く調節可能な調節機構として、真空ポンプＰ２、ドライエア供給源Ｇ等が接続されている。これによって、測定室３内部は、例えば真空ポンプＰ２によって排気後、ドライエア供給源Ｇからのドライエアに置換され、露点−４０から−７０℃程度の外部より低湿度の環境に維持することが可能である。なお、所定の低湿度雰囲気が維持できればこの構成に限られず、例えばドライエア供給源に替えてアルゴンガス供給源等を用いることもできる。
【００４１】
測定プローブ３２は、フィードスルー３３を介して測定室３外部の発振器Ｏｓ２と接続される。測定プローブ３２は、水晶振動子１１と電気的に接続可能な複数の端子を有する。これらの端子が水晶振動子１１の表面および裏面の電極パターンと各々接続されることによって、発振器Ｏｓ２による水晶振動子１１の励振が可能となる。そして発振器Ｏｓ２は、水晶振動子１１表面に形成された成膜材料の堆積量に応じた周波数変化を検出する。
【００４２】
発振器Ｏｓ２は、検出した周波数変化を出力Ｖ２としてコントローラ（処理部）６へ出力する。本実施形態においては、測定プローブ３２、発振器Ｏｓ２およびコントローラ６が検出ユニットを構成する。
【００４３】
コントローラ６では、測定プローブ３２からの出力Ｖ２に基づいて、水晶振動子１１上の堆積膜の膜厚を測定する。本実施形態では、センサヘッド２３からの出力Ｖ１と、測定プローブ３２からの出力Ｖ２とが同じコントローラ６によって処理されるよう構成されている。さらに、コントローラ６は、出力Ｖ２に基づいて出力Ｖ１を補正する補正部７と接続されている。
【００４４】
（搬送室）
搬送室４は、成膜室２との間に設置された第１の仕切りバルブ４１と、測定室３との間に設置された第２の仕切りバルブ４２とによって仕切られており、測定室３と同様の雰囲気を維持可能とするため、真空ポンプＰ３、ドライエア供給源Ｇ等の調節機構によって内部の真空度及び湿度を調節可能に構成されている。また、内部には搬送ロボット（搬送ユニット）４３が設置されている。なお、搬送室４、第１の仕切りバルブ４１と、第２の仕切りバルブ４２と、搬送ロボット４３とが搬送機構４０を構成している。
【００４５】
搬送ロボット４３は、図示しないコントローラによって、基板固定ジグ２２上の測定用基板１０等を移載する工程と、搬送室４内に搬送し、さらに測定室３内に搬送する工程と、支持台３１上へ移載する工程とが制御されている。なお、この制御はコントローラ６によって行われてもよい。
【００４６】
次に、以上のような構成の膜厚測定システム１および測定用基板１０を用いた膜厚の測定方法について説明する。
【００４７】
（膜厚測定方法）
図３は、本発明の膜厚測定方法を説明するフローチャートである。
【００４８】
まず、所定の真空度に調節された成膜室２内の基板固定ジグ２２に、測定用基板１０を保持させる。この際、測定用基板１０を支持台３１上に配置し、搬送ロボット４３を用いて基板固定ジグ２２に移載することができる。
【００４９】
蒸着源２１は、蒸発材料を加熱蒸発させる加熱源を内蔵しており、その加熱蒸発によって生成された蒸発粒子が堆積することによって、測定用基板１０上の水晶振動子１１表面に薄膜が形成される（ステップＳ１）。本実施形態において、蒸着材料はＬｉである。また、センサヘッド２３を駆動し、水晶振動子２３０上にも同様に薄膜を形成させることで、その膜厚がコントローラ６によってモニタされる（ステップＳ２）。
【００５０】
コントローラ６は、センサヘッド２３からの出力Ｖ１を膜厚に換算してモニタしており、予め設定された膜厚Ｔ１を検出すると、蒸着源２１による成膜を停止させる（ステップＳ４）。なお、検出された膜厚が膜厚Ｔ１より薄い場合は、膜厚Ｔ１が検出されるまで膜厚をモニタしつつ、成膜を続ける（ステップＳ２）。
【００５１】
搬送室４は、予め真空ポンプＰ３によって成膜室２内とほぼ等しい真空度に調節されている。そしてステップＳ４の後、そして第１の仕切りバルブ４１が開放され、測定用基板１０が基板固定ジグ２２から搬送ロボット４３に移載される。測定用基板１０は、搬送室４へ搬送され、第１の仕切りバルブ４１は閉じられる。その後、ドライエア供給源Ｇ等によって搬送室４内部が測定室３とほぼ等しい雰囲気に置換される。続いて第２の仕切りバルブ４２が開放され、測定室３内部へ搬送されて支持台３１に移載される（ステップＳ５）。
【００５２】
測定室３内部は、第２の仕切りバルブ４２が開放される前に、予めドライエア供給源等によってドライエア等に置換され、例えばおよそ露点−４０℃から−７０℃程度の外部より低湿度の雰囲気に管理されている。これにより、測定室３へ搬送された測定用基板１０上のＬｉ膜の反応を抑制することができる。
【００５３】
なお、支持台３１に移載された測定用基板１０の表面は、支持台３１に対向していてもよい。また、搬送ロボット４３によって、測定用基板１０の表面を上向きに反転して支持台３１上に載置するようにしてもよい。
【００５４】
次に、測定室３内において、支持台３１上の測定用基板１０に配置された水晶振動子１１を測定プローブ３２と接続し、水晶振動子１１上の膜厚を測定する（ステップＳ６）。この工程は、例えば作業者がグローブ３４を介して測定用基板１０から振動子１１を取り外し、当該振動子１１を測定プローブ３２へ装着する。そして、発振器Ｏｓ２によって水晶振動子１１を発振させ、その出力Ｖ２をコントローラ６で測定する。このとき測定された膜厚を膜厚Ｔ２とする。測定に使用される振動子１１は、例えば、測定用基板１０の中央部に配置された振動子１１（図２（Ａ））が用いられるが、これに限られない。
【００５５】
続いて、センサヘッド２３を用いて測定された膜厚Ｔ１と、測定用基板１０を用いて測定された膜厚Ｔ２とを比較する（ステップＳ７）。これらの差が予め決められた許容範囲内であれば、膜厚Ｔ１と膜厚Ｔ２とが等しいとみなして、以後、被処理基板を用いた成膜（生産）を行う（ステップＳ９）。すなわち、成膜室２内の基板固定ジグ２２に被処理基板Ｗを保持させ、センサヘッド２３を駆動して膜厚をモニタしつつ、Ｌｉ膜を成膜する。
【００５６】
一方、膜厚Ｔ１と膜厚Ｔ２との差が許容範囲を超えていた場合、これらの値が補正部７へと出力される。そして補正部７によって、出力Ｖ１が出力Ｖ２となるようセンサヘッド２３からの出力が補正される（ステップＳ８）。その後、ステップＳ９の成膜工程が行われる。
【００５７】
補正部７による補正の方法としては、例えば、膜厚Ｔ１と膜厚Ｔ２との比を補正係数として算出し、それを用いて出力Ｖ１を補正する方法が挙げられるが、これに限られない。
【００５８】
以上のような膜厚測定方法では、測定用基板１０を大気に曝されることなく測定室３へ搬送することができ、膜厚の測定においても外部より低湿度に調節された測定室内で行うことが可能である。したがって、Ｌｉ等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成した際でも、これらの化学反応を抑制し、精度よく膜厚を測定することができる。
【００５９】
また、触針型の膜厚測定器等のように、形成された薄膜に触れることなく膜厚の測定をすることができるため、柔らかいＬｉ膜等であってもその形状を変化させることなく、精度よく膜厚を測定することができる。
【００６０】
一方、形成された薄膜の膜厚を精度よく測定する方法として、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて実際に膜を観察して膜厚を測定する方法が挙げられる。この方法と比較しても、本実施形態に係る膜厚測定方法は精度よく測定でき、かつ非常に簡便に行うことができる。
【００６１】
表１は、センサヘッド２３によって測定したＬｉ膜の膜厚（狙い膜厚）を膜厚Ｔ１とした際に、本実施形態の水晶振動子１１によって測定した膜厚Ｔ２と、同じＬｉ膜の膜厚を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した値とを示している。なお、水晶振動子１１は、測定用基板１０の略中央に配置された水晶振動子１１Ａの結果を示している。
【００６２】
【表１】
【００６３】
この結果から、水晶振動子１１によって測定された膜厚Ｔ２の値は、ＳＥＭによる観察結果と比較して誤差の範囲の値に収まっており、非常に精度が高いことがわかる。したがって本実施形態では、この膜厚Ｔ２に基づいてセンサヘッド２３の出力を補正するため、実際の成膜工程においても精度の高いモニタリングが可能となる。
【００６４】
さらに、測定用基板１０にはその中央部から周辺部に向かって複数の振動子１１が配置されているので、各振動子の膜厚を検出することで、基板上における膜厚の面内分布を測定することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６６】
例えば以上の実施形態では、測定用基板１０上において水晶振動子１１は図２のように直線的に配置されたが、これに限られず、基板の大きさや形状等に応じて、各振動子の配置は任意に設定可能である。
【００６７】
また、以上の実施形態では、センサヘッド２３からの出力Ｖ１と、測定プローブ３２からの出力Ｖ２とが同じコントローラ６によって処理されるように構成されたが、別々のコントローラが用いられてもよい。また、補正部７はコントローラ６と独立した構成として説明したが、コントローラ６内に設けることもできる。さらに、コントローラ６は膜厚測定システム１全体の制御を行う構成とすることもできる。
【００６８】
さらに、水晶振動子に限らず、圧電セラミック振動子等の他の振動子を用いることもできる。また、膜厚測定器として、例えば光学式の膜厚モニタ等を使用することもできる。
【００６９】
以上の実施形態では、Ｌｉ膜を蒸着する際の膜厚測定方法について説明したが、これに限らず、ナトリウム（Ｎａ）膜等の他のアルカリ金属、マグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属からなる薄膜の形成に用いることも、その他の材料の薄膜形成に用いることもできる。
【００７０】
また、成膜室２を真空蒸着装置として説明したが、スパッタリング装置等の他の成膜装置を用いることもできる。さらに、測定室３における測定プローブ３２への振動子１１の接続は作業者による手作業としたが、この作業を自動で行うことも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・膜厚測定システム
２・・・成膜室
３・・・測定室
４・・・搬送室
６・・・コントローラ
７・・・補正部
１０・・・測定用基板
１１・・・水晶振動子
１２・・・本体
２１・・・蒸着源
２２・・・基板固定ジグ
２３・・・センサヘッド
３１・・・支持台
３２・・・測定プローブ
４０・・・搬送システム
４１・・・第１の仕切りバルブ
４２・・・第２の仕切りバルブ
４３・・・搬送ロボット
Ｏｓ１，Ｏｓ２・・・発振器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子を用いた膜厚測定方法ならびにそれに用いる膜厚測定システムおよび膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空蒸着またはスパッタリングにおいて、成膜される膜の膜厚をモニタするために、水晶振動子を用いた膜厚測定方法が用いられている。この方法は、成膜室内に配置されている水晶振動子の表面に被処理基板に成膜される材料と同じ成膜材料を付着させ、それによる水晶振動子の応答周波数の変化から被処理基板上の成膜材料の膜厚を測定するものである。
【０００３】
この方法によって測定された膜厚は、成膜源からの距離が水晶振動子と被処理基板とで異なるために、被処理基板上の実際の膜厚とは必ずしも一致せず、誤差が生じることがあった。この誤差を補正する方法として、例えば特許文献１には、成膜対象物表面に薄膜を形成する前に準備工程を設けて、基板ホルダ上の測定用基板と、校正用水晶振動子の表面とに同じ時間だけ薄膜を成長させ、測定用基板上の薄膜の膜厚を触針式段差計等によって測定し、校正用振動子の膜厚を補正する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２２２００号公報
【特許文献２】特開２００７−２４９０９号公報
【特許文献３】特開２００６−７８３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、電池等に用いるリチウム（Ｌｉ）等のアルカリ金属およびマグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属からなる薄膜の膜厚を測定する際には、これらの材料の化学反応性が非常に高いため、成膜室の外に出すと大気中の水分と反応し、正確な膜厚測定が困難であった。また、これらの薄膜がやわらかいため、触針式段差計等では正確に膜厚が測定できないという問題もあった。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡便かつ高い精度で膜厚を測定できる膜厚測定方法、膜厚測定システムおよび膜厚測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る膜厚測定方法は、成膜室内のステージに設置された測定用基板上に複数配置された振動子に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成することを含む。
上記測定用基板は、外部より低湿度に調節された測定室の内部へ搬送される。
上記測定室内で上記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで上記薄膜の膜厚が測定される。
【０００８】
本発明の一形態に係る膜厚測定システムは、成膜室と、測定用基板と、測定室と、調節機構と、検出ユニットとを具備する。
上記成膜室は、ステージを有する。
上記測定用基板は、本体と、上記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有し、上記ステージに設置されることが可能である。
上記測定室は、上記成膜室と隣接して設置される。
上記調節機構は、上記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能である。
上記検出ユニットは、上記測定室に配置され上記振動子と接続されることが可能な接続部と、上記振動子を発振させる発振部と、上記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する。
【０００９】
本発明の一形態に係る膜厚測定装置は、測定室と、調節機構と、測定用基板と、検出ユニットとを具備する。
上記調節機構は、上記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能である。
上記測定用基板は、本体と、上記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有する。
上記検出ユニットは、上記測定室に配置され上記振動子と接続されることが可能な接続部と、上記振動子を発振させる発振部と、上記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する。
【００１０】
本発明の一形態に係る膜厚測定方法は、振動子が配置された測定用基板を成膜室内のステージに設置する工程を含む。
膜厚測定器によって第１の膜厚が検出されるまで上記振動子上に薄膜が形成される。
上記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで上記薄膜の第２の膜厚が測定される。
上記第１の膜厚と上記第２の膜厚との比に基づいて、上記膜厚測定器の出力が補正される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る膜厚測定システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る測定用基板の構成を示す図であり、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）の[Ａ]−[Ａ]方向における要部断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る膜厚測定方法の工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定方法は、成膜室内のステージに設置された測定用基板上に複数配置された振動子上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成することを含む。
上記測定用基板は、外部より低湿度に調節された測定室の内部へ搬送される。
上記測定室内で上記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで上記薄膜の膜厚が測定される。
【００１３】
上記膜厚測定方法は、外部より低湿度に調節された測定室内で膜厚を測定するため、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋなどのアルカリ金属、または、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ等のアルカリ土類金属からなる薄膜の化学反応を抑制できる。また、測定用基板上に設置された振動子を用いることから、被処理基板に近い条件で薄膜を形成することができ、薄膜の形状を変化させずに測定が可能である。したがって、精度よく、かつ簡便な方法で膜厚を測定することができる。
【００１４】
上記薄膜を形成する工程は、上記膜厚を、上記成膜室に設置された膜厚測定器の出力に基づいてモニタすることを含んでもよい。この場合、上記膜厚測定方法は、さらに、上記検出ユニットで測定された膜厚に基づいて上記膜厚測定器の出力を補正し、補正された上記膜厚測定器の出力に基づいて上記ステージに設置された被処理基板上に上記薄膜を形成する。
【００１５】
これにより、上記測定用基板を用いた精度よい膜厚測定の結果を用いて上記膜厚測定器の出力を補正することができ、被処理基板を用いた実際の成膜工程においても、膜厚測定器によって成膜中の膜厚を精度よくモニタすることができる。
【００１６】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定システムは、成膜室と、測定用基板と、測定室と、調節機構と、検出ユニットとを具備する。
上記成膜室は、ステージを有する。
上記測定用基板は、本体と、上記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有し、上記ステージに設置されることが可能である。
上記測定室は、上記成膜室と隣接して設置される。
上記調節機構は、上記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能である。
上記検出ユニットは、上記測定室に配置され上記振動子と接続されることが可能な接続部と、上記振動子を発振させる発振部と、上記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する。
【００１７】
上記膜厚測定システムは、測定用基板上に設置された振動子を用いることから、被処理基板に近い条件で薄膜を形成することができ、薄膜の形状を変化させずに測定が可能である。また、測定室は成膜室に隣接し、外部より低湿度に調節されているため、例えばアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる材料の薄膜であってもその化学反応を抑制できる。したがって、精度よく膜厚を測定することができる。さらに、成膜前の準備工程と、成膜工程とを連続的に行うことができるため、簡便な方法で効率的に膜厚を測定することができる。
【００１８】
上記膜厚測定システムは、上記成膜室と上記測定室との間に設置された搬送室と、上記成膜室と上記搬送室の間に設置された第１の仕切りバルブと、上記測定室と上記搬送室との間に設置された第２の仕切りバルブと、上記測定用基板を上記成膜室から上記測定室へ搬送する搬送ユニットを有する搬送機構をさらに具備してもよい。
これによって、成膜室または測定室の雰囲気を維持しつつ、上記測定用基板を自動で成膜室から測定室へ搬送することができ、さらに効率的に膜厚を測定することができる。
【００１９】
上記膜厚測定システムは、上記成膜室に設置され、上記ステージ上の被処理基板に形成される薄膜の膜厚をモニタし出力する膜厚測定器と、上記検出ユニットによって測定された上記膜厚に基づいて上記膜厚測定器の出力を補正する補正部とをさらに具備してもよい。
このことによって、上記測定用基板を用いた精度よい膜厚測定の結果を用いて上記膜厚測定器の出力を簡便に補正することができ、被処理基板を用いた実際の成膜工程においても、膜厚測定器によって成膜中の膜厚を精度よくモニタすることができる。
【００２０】
上記振動子は、上記本体の一表面の中央から周辺に向かって複数配置されてもよい。
これによって、上記測定用基板を用いて成膜面内での膜厚の分布も測定することができる。
【００２１】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置は、測定室と、調節機構と、測定用基板と、検出ユニットとを具備する。
上記調節機構は、上記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能である。
上記測定用基板は、本体と、上記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有する。
上記検出ユニットは、上記測定室に配置され上記振動子と接続されることが可能な接続部と、上記振動子を発振させる発振部と、上記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する。
【００２２】
上記膜厚測定装置は、測定用基板上に設置された振動子を用いることから、被処理基板に近い条件で形成した薄膜を測定可能である。また、測定室は外部より低湿度に調節されているため、例えばアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる材料の薄膜であっても化学反応を抑制できる。したがって、精度よく膜厚を測定することができる。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定方法は、振動子が配置された測定用基板を成膜室内のステージに設置する工程を含む。
膜厚測定器によって第１の膜厚が検出されるまで上記振動子上に薄膜が形成される。
上記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで上記薄膜の第２の膜厚が測定される。
上記第１の膜厚と上記第２の膜厚との比に基づいて、上記膜厚測定器の出力が補正される。
【００２４】
上記膜厚測定方法では、実際の成膜前に、測定用基板に複数配置された振動子を用いて被処理基板に近い条件で形成した薄膜の膜厚を測定し、この膜厚に基づいて予め上記膜厚測定器の出力を補正することができる。このことから、被処理基板の成膜工程において、膜厚測定器を用いて精度よく膜厚をモニタすることができる。
【００２５】
上記薄膜は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であってもよい。この場合、上記第２の薄膜の測定は、外部より低湿度に調整された測定室の内部で行われる。
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
［膜厚測定システムの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る膜厚測定システムを示す概略構成図である。膜厚測定システム１は、成膜室２と、測定室３と、成膜室２と測定室３との間に設置された搬送室４とを有する。
【００２８】
（成膜室）
成膜室２は、Ｌｉ等を蒸着する蒸着室として構成される。成膜室２の内部には、抵抗加熱源や電子ビーム加熱源等の蒸発源２１と、測定用基板１０または半導体ウェーハやガラス基板等の被処理基板Ｗを支持する基板固定ジグ（ステージ）２２と、膜厚モニタ用のセンサヘッド（膜厚測定器）２３とが設置されている。また、基板固定ジグ２２は、静電チャック、メカニカルチャック等の基板保持機構を有し、図示しない駆動源に接続された回転機構２４によって回転可能に支持されている。なお、成膜室２の内部は、真空ポンプＰ１によって所定の真空度に維持可能に構成されている。
【００２９】
センサヘッド２３は、水晶発振式の膜厚センサであり、例えば（株）アルバック社製「ＣＲＴＳ」を用いることができる。センサヘッド２３は、蒸発源２１から見て基板固定ジグ２２の基板支持面と幾何学的に略等距離の位置に設置されており、蒸着源２１からの蒸着材料を表面に付着させることが可能な水晶振動子２３０を支持している。
【００３０】
また、センサヘッド２３は、成膜室２の外部に設置された発振器Ｏｓ１に接続される。発振器Ｏｓ１は水晶振動子２３０を発振することで、成膜材料の堆積量に応じた周波数変化を検出し、さらにこれを出力Ｖ１としてコントローラ６へ出力する。
【００３１】
コントローラ６は、センサヘッド２３からの出力Ｖ１に基づいて、測定用基板１０または被処理基板Ｗ上の堆積膜の膜厚を測定し、モニタする。コントローラ６は、蒸着源２１を制御することで、成膜の停止や成膜レートを制御する。このようなコントローラ６として、例えば（株）アルバック社製「ＣＲＴＭ−９０００Ｇ」を用いることができる。
【００３２】
（測定用基板）
図２（Ａ）は、測定用基板１０の構成を示す平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の[Ａ]−[Ａ]方向における要部断面図である。測定用基板１０は、本体１２と、本体１２の一表面上に配置された単数又は複数の水晶振動子１１とを有する。本体１２の形状は、図示する矩形状に限られず、円形でもよい。本体１２を構成する材料は特に制限されず、例えばセラミクス、ガラス、半導体ウェーハ等を用いることができる。
【００３３】
本実施形態において、水晶振動子１１は、本体１２の一表面の中央から周縁に向かって複数配置されている。各々の水晶振動子１１は、例えば薄膜が形成される表面の周縁および裏面の所定位置に測定プローブ３２の端子と接続するための図示しない電極パターンを有している。
【００３４】
測定用基板１０は、水晶振動子１１を本体１２の一表面上に配置するための構造として、座台１３と、第１のカバー１４と、固定具１５と、第２のカバー１６とをさらに有する。水晶振動子１１は、例えば以下のように本体１２の一表面へ配置される。
【００３５】
まず座台１３の配置面１３ａに、水晶振動子１１を配置する。座台１３は、例えば円形に形成されている。次に、水晶振動子１１表面の電極が形成された周縁と座台１３とを第１のカバー１４によって被覆する。第１のカバー１４は開口を有しており、当該開口を介して水晶振動子１１表面の中央部に薄膜を形成することが可能に構成されている。第１のカバー１４は、水晶振動子１１表面の周縁に形成された電極への成膜材料の付着を防止するマスクとして機能する。また、第１のカバー１４は、図２（Ｂ）で示すように、開口から漸次厚みが増すようなテーパ面１４ａを有している。これにより、開口によって露出された水晶振動子１１表面に均一に薄膜を形成することができる。
【００３６】
そして、固定具１５によって、一体化された水晶振動子１１、座台１３および第１のカバー１４を本体１２の一表面上の所定の位置に配置する。第２のカバー１６は、座台１２、固定具１５および第１のカバー１４を被覆し、これらを本体１２の一表面上に保持する。
【００３７】
水晶振動子１１は、測定用基板１０に成膜される薄膜の膜厚分布測定に用いられる。水晶振動子１１の大きさ、基本振動数等は特に限定されず、適宜の振動子を用いることが可能である。また後述するように、水晶振動子１１の出力がセンサヘッド２３の校正に用いられる場合には、水晶振動子１１としては、センサヘッド２３の振動子２３０と同一の振動子が用いられる。
【００３８】
以上のような構成の測定用基板１０を基板固定ジグ２２に保持させ、回転機構２４によって回転させながら成膜することによって、成膜面１３上での膜厚の分布を検出することができる。
【００３９】
（測定室）
測定室３は、本実施形態において、大気から隔離した環境で作業を行うためのグローブボックスで構成される。測定室３の内部には、測定用基板１０のための支持台３１と、測定プローブ（接続部）３２と、外部から測定者が作業するためのグローブ３４が備えられている。
【００４０】
測定室３には、内部の湿度を外部より低く調節可能な調節機構として、真空ポンプＰ２、ドライエア供給源Ｇ等が接続されている。これによって、測定室３内部は、例えば真空ポンプＰ２によって排気後、ドライエア供給源Ｇからのドライエアに置換され、露点−４０から−７０℃程度の外部より低湿度の環境に維持することが可能である。なお、所定の低湿度雰囲気が維持できればこの構成に限られず、例えばドライエア供給源に替えてアルゴンガス供給源等を用いることもできる。
【００４１】
測定プローブ３２は、フィードスルー３３を介して測定室３外部の発振器Ｏｓ２と接続される。測定プローブ３２は、水晶振動子１１と電気的に接続可能な複数の端子を有する。これらの端子が水晶振動子１１の表面および裏面の電極パターンと各々接続されることによって、発振器Ｏｓ２による水晶振動子１１の励振が可能となる。そして発振器Ｏｓ２は、水晶振動子１１表面に形成された成膜材料の堆積量に応じた周波数変化を検出する。
【００４２】
発振器Ｏｓ２は、検出した周波数変化を出力Ｖ２としてコントローラ（処理部）６へ出力する。本実施形態においては、測定プローブ３２、発振器Ｏｓ２およびコントローラ６が検出ユニットを構成する。
【００４３】
コントローラ６では、測定プローブ３２からの出力Ｖ２に基づいて、水晶振動子１１上の堆積膜の膜厚を測定する。本実施形態では、センサヘッド２３からの出力Ｖ１と、測定プローブ３２からの出力Ｖ２とが同じコントローラ６によって処理されるよう構成されている。さらに、コントローラ６は、出力Ｖ２に基づいて出力Ｖ１を補正する補正部７と接続されている。
【００４４】
（搬送室）
搬送室４は、成膜室２との間に設置された第１の仕切りバルブ４１と、測定室３との間に設置された第２の仕切りバルブ４２とによって仕切られており、測定室３と同様の雰囲気を維持可能とするため、真空ポンプＰ３、ドライエア供給源Ｇ等の調節機構によって内部の真空度及び湿度を調節可能に構成されている。また、内部には搬送ロボット（搬送ユニット）４３が設置されている。なお、搬送室４、第１の仕切りバルブ４１と、第２の仕切りバルブ４２と、搬送ロボット４３とが搬送機構４０を構成している。
【００４５】
搬送ロボット４３は、図示しないコントローラによって、基板固定ジグ２２上の測定用基板１０等を移載する工程と、搬送室４内に搬送し、さらに測定室３内に搬送する工程と、支持台３１上へ移載する工程とが制御されている。なお、この制御はコントローラ６によって行われてもよい。
【００４６】
次に、以上のような構成の膜厚測定システム１および測定用基板１０を用いた膜厚の測定方法について説明する。
【００４７】
（膜厚測定方法）
図３は、本発明の膜厚測定方法を説明するフローチャートである。
【００４８】
まず、所定の真空度に調節された成膜室２内の基板固定ジグ２２に、測定用基板１０を保持させる。この際、測定用基板１０を支持台３１上に配置し、搬送ロボット４３を用いて基板固定ジグ２２に移載することができる。
【００４９】
蒸着源２１は、蒸発材料を加熱蒸発させる加熱源を内蔵しており、その加熱蒸発によって生成された蒸発粒子が堆積することによって、測定用基板１０上の水晶振動子１１表面に薄膜が形成される（ステップＳ１）。本実施形態において、蒸着材料はＬｉである。また、センサヘッド２３を駆動し、水晶振動子２３０上にも同様に薄膜を形成させることで、その膜厚がコントローラ６によってモニタされる（ステップＳ２）。
【００５０】
コントローラ６は、センサヘッド２３からの出力Ｖ１を膜厚に換算してモニタしており、予め設定された膜厚Ｔ１を検出すると、蒸着源２１による成膜を停止させる（ステップＳ４）。なお、検出された膜厚が膜厚Ｔ１より薄い場合は、膜厚Ｔ１が検出されるまで膜厚をモニタしつつ、成膜を続ける（ステップＳ２）。
【００５１】
搬送室４は、予め真空ポンプＰ３によって成膜室２内とほぼ等しい真空度に調節されている。そしてステップＳ４の後、そして第１の仕切りバルブ４１が開放され、測定用基板１０が基板固定ジグ２２から搬送ロボット４３に移載される。測定用基板１０は、搬送室４へ搬送され、第１の仕切りバルブ４１は閉じられる。その後、ドライエア供給源Ｇ等によって搬送室４内部が測定室３とほぼ等しい雰囲気に置換される。続いて第２の仕切りバルブ４２が開放され、測定室３内部へ搬送されて支持台３１に移載される（ステップＳ５）。
【００５２】
測定室３内部は、第２の仕切りバルブ４２が開放される前に、予めドライエア供給源等によってドライエア等に置換され、例えばおよそ露点−４０℃から−７０℃程度の外部より低湿度の雰囲気に管理されている。これにより、測定室３へ搬送された測定用基板１０上のＬｉ膜の反応を抑制することができる。
【００５３】
なお、支持台３１に移載された測定用基板１０の表面は、支持台３１に対向していてもよい。また、搬送ロボット４３によって、測定用基板１０の表面を上向きに反転して支持台３１上に載置するようにしてもよい。
【００５４】
次に、測定室３内において、支持台３１上の測定用基板１０に配置された水晶振動子１１を測定プローブ３２と接続し、水晶振動子１１上の膜厚を測定する（ステップＳ６）。この工程は、例えば作業者がグローブ３４を介して測定用基板１０から振動子１１を取り外し、当該振動子１１を測定プローブ３２へ装着する。そして、発振器Ｏｓ２によって水晶振動子１１を発振させ、その出力Ｖ２をコントローラ６で測定する。このとき測定された膜厚を膜厚Ｔ２とする。測定に使用される振動子１１は、例えば、測定用基板１０の中央部に配置された振動子１１（図２（Ａ））が用いられるが、これに限られない。
【００５５】
続いて、センサヘッド２３を用いて測定された膜厚Ｔ１と、測定用基板１０を用いて測定された膜厚Ｔ２とを比較する（ステップＳ７）。これらの差が予め決められた許容範囲内であれば、膜厚Ｔ１と膜厚Ｔ２とが等しいとみなして、以後、被処理基板を用いた成膜（生産）を行う（ステップＳ９）。すなわち、成膜室２内の基板固定ジグ２２に被処理基板Ｗを保持させ、センサヘッド２３を駆動して膜厚をモニタしつつ、Ｌｉ膜を成膜する。
【００５６】
一方、膜厚Ｔ１と膜厚Ｔ２との差が許容範囲を超えていた場合、これらの値が補正部７へと出力される。そして補正部７によって、出力Ｖ１が出力Ｖ２となるようセンサヘッド２３からの出力が補正される（ステップＳ８）。その後、ステップＳ９の成膜工程が行われる。
【００５７】
補正部７による補正の方法としては、例えば、膜厚Ｔ１と膜厚Ｔ２との比を補正係数として算出し、それを用いて出力Ｖ１を補正する方法が挙げられるが、これに限られない。
【００５８】
以上のような膜厚測定方法では、測定用基板１０を大気に曝されることなく測定室３へ搬送することができ、膜厚の測定においても外部より低湿度に調節された測定室内で行うことが可能である。したがって、Ｌｉ等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成した際でも、これらの化学反応を抑制し、精度よく膜厚を測定することができる。
【００５９】
また、触針型の膜厚測定器等のように、形成された薄膜に触れることなく膜厚の測定をすることができるため、柔らかいＬｉ膜等であってもその形状を変化させることなく、精度よく膜厚を測定することができる。
【００６０】
一方、形成された薄膜の膜厚を精度よく測定する方法として、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて実際に膜を観察して膜厚を測定する方法が挙げられる。この方法と比較しても、本実施形態に係る膜厚測定方法は精度よく測定でき、かつ非常に簡便に行うことができる。
【００６１】
表１は、センサヘッド２３によって測定したＬｉ膜の膜厚（狙い膜厚）を膜厚Ｔ１とした際に、本実施形態の水晶振動子１１によって測定した膜厚Ｔ２と、同じＬｉ膜の膜厚を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した値とを示している。なお、水晶振動子１１は、測定用基板１０の略中央に配置された水晶振動子１１Ａの結果を示している。
【００６２】
【表１】
【００６３】
この結果から、水晶振動子１１によって測定された膜厚Ｔ２の値は、ＳＥＭによる観察結果と比較して誤差の範囲の値に収まっており、非常に精度が高いことがわかる。したがって本実施形態では、この膜厚Ｔ２に基づいてセンサヘッド２３の出力を補正するため、実際の成膜工程においても精度の高いモニタリングが可能となる。
【００６４】
さらに、測定用基板１０にはその中央部から周辺部に向かって複数の振動子１１が配置されているので、各振動子の膜厚を検出することで、基板上における膜厚の面内分布を測定することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６６】
例えば以上の実施形態では、測定用基板１０上において水晶振動子１１は図２のように直線的に配置されたが、これに限られず、基板の大きさや形状等に応じて、各振動子の配置は任意に設定可能である。
【００６７】
また、以上の実施形態では、センサヘッド２３からの出力Ｖ１と、測定プローブ３２からの出力Ｖ２とが同じコントローラ６によって処理されるように構成されたが、別々のコントローラが用いられてもよい。また、補正部７はコントローラ６と独立した構成として説明したが、コントローラ６内に設けることもできる。さらに、コントローラ６は膜厚測定システム１全体の制御を行う構成とすることもできる。
【００６８】
さらに、水晶振動子に限らず、圧電セラミック振動子等の他の振動子を用いることもできる。また、膜厚測定器として、例えば光学式の膜厚モニタ等を使用することもできる。
【００６９】
以上の実施形態では、Ｌｉ膜を蒸着する際の膜厚測定方法について説明したが、これに限らず、ナトリウム（Ｎａ）膜等の他のアルカリ金属、マグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属からなる薄膜の形成に用いることも、その他の材料の薄膜形成に用いることもできる。
【００７０】
また、成膜室２を真空蒸着装置として説明したが、スパッタリング装置等の他の成膜装置を用いることもできる。さらに、測定室３における測定プローブ３２への振動子１１の接続は作業者による手作業としたが、この作業を自動で行うことも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・膜厚測定システム
２・・・成膜室
３・・・測定室
４・・・搬送室
６・・・コントローラ
７・・・補正部
１０・・・測定用基板
１１・・・水晶振動子
１２・・・本体
２１・・・蒸着源
２２・・・基板固定ジグ
２３・・・センサヘッド
３１・・・支持台
３２・・・測定プローブ
４０・・・搬送システム
４１・・・第１の仕切りバルブ
４２・・・第２の仕切りバルブ
４３・・・搬送ロボット
Ｏｓ１，Ｏｓ２・・・発振器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室内のステージに設置された測定用基板上に複数配置された振動子に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成し、
外部より低湿度に調節された測定室の内部へ前記測定用基板を搬送し、
前記測定室内で前記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで前記薄膜の膜厚を測定する
膜厚測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の膜厚測定方法であって、
前記薄膜を形成する工程は、前記膜厚を、前記成膜室に設置された膜厚測定器の出力に基づいてモニタすることを含み、
前記膜厚測定方法は、さらに
前記検出ユニットで測定された膜厚に基づいて前記膜厚測定器の出力を補正し、
補正された前記膜厚測定器の出力に基づいて前記ステージに設置された被処理基板上に前記薄膜を形成する
膜厚測定方法。
【請求項３】
ステージを有する成膜室と、
本体と、前記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有し、前記ステージに設置されることが可能な測定用基板と、
前記成膜室と隣接して設置された測定室と、
前記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能な調節機構と、
前記測定室に配置され前記振動子と接続されることが可能な接続部と、前記振動子を発振させる発振部と、前記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する検出ユニットと、
を具備する膜厚測定システム。
【請求項４】
請求項３に記載の膜厚測定システムであって、
前記成膜室と前記測定室との間に設置された搬送室と、前記成膜室と前記搬送室の間に設置された第１の仕切りバルブと、前記測定室と前記搬送室との間に設置された第２の仕切りバルブと、前記測定用基板を前記成膜室から前記測定室へ搬送する搬送ユニットとを有する搬送機構をさらに具備する
膜厚測定システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の膜厚測定システムであって、
前記成膜室に設置され、前記ステージ上の被処理基板に形成される薄膜の膜厚をモニタし出力する膜厚測定器と、
前記検出ユニットによって測定された前記膜厚に基づいて前記膜厚測定器の出力を補正する補正部とをさらに具備する
膜厚測定システム。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１つに記載の膜厚測定システムであって、
前記振動子は、前記本体の一表面の中央から周縁に向かって複数配置されている
膜厚測定システム。
【請求項７】
測定室と、
前記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能な調節機構と、
本体と、前記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有する測定用基板と、
前記測定室に配置され前記振動子と接続されることが可能な接続部と、前記振動子を発振させる発振部と、前記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する検出ユニットと
を具備する膜厚測定装置。
【請求項８】
振動子が配置された測定用基板を成膜室内のステージに設置し、
膜厚測定器によって第１の膜厚が検出されるまで前記振動子上に薄膜を形成し、
前記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで前記薄膜の第２の膜厚を測定し、
前記第１の膜厚と前記第２の膜厚との比に基づいて、前記膜厚測定器の出力を補正する
膜厚測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の膜厚測定方法であって、
前記薄膜はアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなり、
前記第２の膜厚の測定は、外部より低湿度に調整された測定室の内部で行う
膜厚測定方法。
【請求項１】
成膜室内のステージに設置された測定用基板上に複数配置された振動子に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる薄膜を形成し、
外部より低湿度に調節された測定室の内部へ前記測定用基板を搬送し、
前記測定室内で前記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで前記薄膜の膜厚を測定する
膜厚測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の膜厚測定方法であって、
前記薄膜を形成する工程は、前記膜厚を、前記成膜室に設置された膜厚測定器の出力に基づいてモニタすることを含み、
前記膜厚測定方法は、さらに
前記検出ユニットで測定された膜厚に基づいて前記膜厚測定器の出力を補正し、
補正された前記膜厚測定器の出力に基づいて前記ステージに設置された被処理基板上に前記薄膜を形成する
膜厚測定方法。
【請求項３】
ステージを有する成膜室と、
本体と、前記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有し、前記ステージに設置されることが可能な測定用基板と、
前記成膜室と隣接して設置された測定室と、
前記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能な調節機構と、
前記測定室に配置され前記振動子と接続されることが可能な接続部と、前記振動子を発振させる発振部と、前記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する検出ユニットと、
を具備する膜厚測定システム。
【請求項４】
請求項３に記載の膜厚測定システムであって、
前記成膜室と前記測定室との間に設置された搬送室と、前記成膜室と前記搬送室の間に設置された第１の仕切りバルブと、前記測定室と前記搬送室との間に設置された第２の仕切りバルブと、前記測定用基板を前記成膜室から前記測定室へ搬送する搬送ユニットとを有する搬送機構をさらに具備する
膜厚測定システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の膜厚測定システムであって、
前記成膜室に設置され、前記ステージ上の被処理基板に形成される薄膜の膜厚をモニタし出力する膜厚測定器と、
前記検出ユニットによって測定された前記膜厚に基づいて前記膜厚測定器の出力を補正する補正部とをさらに具備する
膜厚測定システム。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１つに記載の膜厚測定システムであって、
前記振動子は、前記本体の一表面の中央から周縁に向かって複数配置されている
膜厚測定システム。
【請求項７】
測定室と、
前記測定室内部の湿度を外部より低く調節可能な調節機構と、
本体と、前記本体の一表面に配置された単数又は複数の振動子とを有する測定用基板と、
前記測定室に配置され前記振動子と接続されることが可能な接続部と、前記振動子を発振させる発振部と、前記発振によって得られた信号を処理する処理部とを有する検出ユニットと
を具備する膜厚測定装置。
【請求項８】
振動子が配置された測定用基板を成膜室内のステージに設置し、
膜厚測定器によって第１の膜厚が検出されるまで前記振動子上に薄膜を形成し、
前記振動子を検出ユニットに接続し発振させることで前記薄膜の第２の膜厚を測定し、
前記第１の膜厚と前記第２の膜厚との比に基づいて、前記膜厚測定器の出力を補正する
膜厚測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の膜厚測定方法であって、
前記薄膜はアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなり、
前記第２の膜厚の測定は、外部より低湿度に調整された測定室の内部で行う
膜厚測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１９８５４（Ｐ２０１３−１９８５４Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５４０６（Ｐ２０１１−１５５４０６）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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