具体实施方式

以下,参照附上的附图对实施方式进行具体说明。需要说明的是,在本说明书以及附图中,对于具有实质上相同功能的构成要素,有时通过付与相同的附图标记而省略重复的说明。

[基板处理系统]

首先,对基板处理系统进行说明。该基板处理系统是对于基板成膜氮化硅膜等的膜的系统。处理对象的基板例如为半导体的晶圆W。图1是示出基板处理系统的概略构成的一个例子的示意图。

基板处理系统20设置于洁净室之内,在沿装置纵深方向延伸的大致五边形的平台或真空输送室PH的周围例如以集群状配置有四台工艺模块PM₁、PM₂、PM₃、PM₄以及两台负载锁定模块LLM_a、LLM_b。虽然省略图示,但是在基板处理系统20中,具有用于统括控制系统整体的动作的系统控制器。

更详细而言,两台工艺模块PM₁,PM₂通过闸阀GV₁,GV₂分别在图的左侧的长边处连结于真空输送室PH,两台工艺模块PM₃,PM₄通过闸阀GV₃,GV₄分别在图的右侧的长边处连结于真空输送室PH,负载锁定模块LLM_a,LLM_b通过闸阀GV_a,GV_b分别在图的下侧以八字状延伸的一对短边处连结于真空输送室PH。

工艺模块PM₁,PM₂,PM₃,PM₄具有通过未图示的各专用排气装置而室内成为可变的圧力且保持为始终减压状态的真空腔室10,典型地构成为在配置于室内的中央部的載置台或基座(未图示)之上载置1片晶圆W,并且使用规定的作用力(处理气体、电力、减圧等)来形成期望的膜。

负载锁定模块LLM_a、LLM_b分别通过门阀DV_c、DV_d能够也与后述的装载输送室LM的大气输送室连通,在各个负载锁定室202内设置有用于暂时保留在装载输送室LM与真空输送室PH之间传送的晶圆W的载置台或交接台(未图示)。

真空输送室PH与专用的真空排气装置(未图示)连接,其室内通常以恒定的圧力保持为始终减压状态。在室内具有可伸缩的一对输送臂F_a、F_b,并且设有能够进行滑动动作、旋转动作以及升降动作的单片式的真空输送机器人204。该真空输送机器人204根据来自输送控制部206的指令在工艺模块PM₁～PM₄以及负载锁定模块LLM_a、LLM_b之间来回,从而以单片单位输送晶圆W。

与装载输送室LM相邻地设有装载端口LP、对位机构ORT以及膜厚测定单元U3。装载端口LP被用于在与外部输送車之间将能够容纳例如1批25片的晶圆W的晶圆盒CR投入、送出。这里,晶圆盒CR作为FOUP(Front open unified pod)、SMIF(Standard MechanicalInterface)箱等构成。对位机构ORT是为了使晶圆W的槽口或定向平面与规定的位置或朝向一致而使用的。对于在工艺模块PM₁～PM₄中的任一者进行成膜且返回装载输送室LM的全部处理完成的晶圆W、或者对于周期的抽样的处理完成的晶圆W,膜厚测定单元U3对形成的膜的膜厚进行测定。

设于装载输送室LM内的单片式的大气输送机器人210具有上下两层叠合的可伸缩的一对输送臂F_c、F_d,其在线性马达212的线性引导件214之上能够在水平方向移动,能够升降、旋转,并且根据来自输送控制部206的指令在装载端口LP、定向平面对准机构ORT、负载锁定模块LLM_a、LLM_b、以及膜厚测定单元U3之间来回,从而将晶圆W以单片单位进行输送。

这里,对用于使投入到装载端口LP的晶圆盒CR内的1张晶圆在该集群工具内接受一系列的处理的基本的晶圆输送顺序进行说明。

装载输送室LM内的大气输送机器人210在LP门216打开的状态下自装载端口LP之上的晶圆盒CR取出1片晶圆W,将该晶圆W输送至对位机构ORT使其接受对位,对位完成之后将其转移至负载锁定模块LLM_a,LLM_b中的任一者(例如LLM_a)。转移目的地的负载锁定模块LLM_a在大气圧状态下接收晶圆W,搬入之后对室内进行抽真空,从而在减圧状态下将半导体的晶圆W交给真空输送室PH的真空输送机器人204。

在该基板处理系统20中,作为一个系统方式,可以在全部4台的工艺模块PM₁～PM₄中使用相同机种的成膜装置,并且使这些工艺模块PM₁～PM₄进行相同方案的成膜。

真空输送机器人204使用输送臂F_a、F_b中的一者将自负载锁定模块LLM_a取出的晶圆W搬入工艺模块PM₁～PM₄中的任一者。在搬入了晶圆W的工艺模块PM₁～PM₄内,基于预先设定的方案在规定的工序条件(气体、圧力、电力、时间等)之下进行成膜处理。在该成膜处理结束之后,真空输送机器人204将晶圆W自工艺模块PM₁～PM₄搬出,并将其输送至负载锁定模块LLM_a、LLM_b中的一者。

若接受了成膜处理的晶圆W被搬入一个负载锁定模块(例如LLM_b),则该负载锁定模块LLM_b的室内自减圧状态切换至大气圧状态。然后,装载输送室LM内的大气输送机器人210自大气圧状态的负载锁定模块LLM_b取出晶圆W,并将该处理完成的晶圆W搬入膜厚测定单元U3。

并且,若膜厚测定单元U3结束对该晶圆W的膜厚的测定、评价,则大气输送机器人210自膜厚测定单元U3将晶圆W取出,并将取出的晶圆W返回符合的晶圆盒CR。

[膜厚测定系统]

接下来,对实施方式的膜厚测定系统进行说明。图2是示出膜厚测定系统的一个例子的示意图。该膜厚测定系统1包括控制装置100以及膜厚测定单元U3。

[膜厚测定单元]

膜厚测定单元U3取得形成于处理对象的基板(例如半导体的晶圆W)的膜的表面的信息、以及膜厚的信息。

如图2所示,膜厚测定单元U3包括壳体30、保持部31、驱动部32、摄像部33、投光/反射部34、以及分光测定部40。保持部31将晶圆W水平保持。驱动部32例如以电动马达等为动力源,沿水平的直线状的路径使保持部31移动。驱动部32也可以使保持部31在水平面内旋转。摄像部33例如具有CCD摄影机等的摄影机35。摄影机35在保持部31的移动方向中设于膜厚测定单元U3内的一端侧,并且朝向该移动方向的另一端侧。投光/反射部34用于向摄像范围投光,并且将来自该摄像范围的反射光引导至摄影机35侧。例如投光/反射部34具有半透半反镜36以及光源37。半透半反镜36在比保持部31高的位置设于驱动部32的移动范围的中间部,用于将来自下方的光反射至摄影机35侧。光源37设于半透半反镜36之上,其通过半透半反镜36向下方照射照明光。

分光测定部40具有使来自晶圆W的光入射并分光,从而取得分光光谱的功能。分光测定部40具有使来自晶圆W的光入射的入射部41、对入射至入射部41的光进行导波的导波部42、对通过导波部42被导波的光进行分光而取得分光光谱的分光器43、以及光源44。入射部41构成为在被保持部31保持的晶圆W伴随基于驱动部32的驱动而移动时,来自晶圆W的中央部的光能够入射。即,设于与在驱动部32的驱动下移动的保持部31的中心的移动路径对应的位置。并且,入射部41以在晶圆W因保持部31的移动而移动时,入射部41沿晶圆W的径向相对于晶圆W的表面相对移动的方式安装。由此,分光测定部40可以取得包括晶圆W的中心部的、沿晶圆W的径向的多处的分光光谱。另外,通过驱动部32使保持部31旋转,分光测定部40可以取得沿晶圆W的周向的多处的分光光谱。导波部42例如由光纤等构成。分光器43对入射的光进行分光,从而取得包括与各波长对应的強度信息的分光光谱。光源44向下方照射照明光。由此,在晶圆W处的反射光经由入射部41、导波部42而入射至分光器43。

需要说明的是,作为在分光器43取得的分光光谱的波长范围,例如可以设定为可视光(380nm～780nm)的波长范围。因此,将射出可视光的光源用作光源44,通过将在晶圆W表面的对于来自光源44的光的反射光在分光器43中进行分光,可以获得可视光的波长范围的分光光谱数据。需要说明的是,在分光器43取得的分光光谱的波长范围不限于可视光的范围,也可以设定为包括例如红外线、紫外线的波长范围。可以根据取得的分光光谱数据的波长范围,选择合适的分光器43以及光源44。

膜厚测定单元U3进行如下动作以取得晶圆W的表面的图像数据。首先,驱动部32使保持部31移动。由此,晶圆W在半透半反镜36之下通过。在该通过过程中,来自晶圆W的表面的反射光依次被送至摄影机35。摄影机35使来自晶圆W的表面的反射光成像,从而取得晶圆W的表面的图像数据。若形成于晶圆W的表面的膜的膜厚改变,则由摄影机35摄像的晶圆W的表面的图像数据改变,例如晶圆W的表面的颜色根据膜厚而改变等。即,取得晶圆W的表面的图像数据相当于取得形成于晶圆W的表面的膜的膜厚的信息。关于这点后面详述。

由摄影机35取得的图像数据被送至控制装置100。在控制装置100中,可以基于图像数据对晶圆W的表面的膜的膜厚进行推定,推定结果在控制装置100中作为检查结果被保存。

另外,来自晶圆W的表面的光入射至分光测定部40中,从而进行分光测定。在驱动部32使保持部31移动时,晶圆W在入射部41之下通过。在该通过过程中,来自晶圆W的表面的多处的反射光入射至入射部41,然后经由导波部42入射至分光器43。在分光器43中对入射的光进行分光,取得分光光谱数据。若形成于晶圆W的表面的膜的膜厚改变,则分光光谱例如根据膜厚改变。即,取得晶圆W的表面的分光光谱数据相当于取得形成于晶圆W的表面的膜的膜厚的信息。关于这点后面详述。

由分光器43取得的分光光谱数据被送至控制装置100。在控制装置100中,可以基于分光光谱数据的对晶圆W的表面的膜的膜厚进行推定,推定结果在控制装置100中作为检查结果被保存。

[控制装置]

对控制装置100的一个例子进行详细说明。图3是示出控制装置的功能构成的一个例子的框图。控制装置100用于对膜厚测定单元U3中包括的各要素进行控制。控制装置100可以自基板处理系统20的系统控制器独立设置。控制装置100也可以与基板处理系统20的系统控制器协作或汇总。

如图3所示,作为功能上的构成,控制装置100具有膜厚测定部101、分光数据取得部102、参照用膜厚取得部103、校正用图像数据取得部104、校正用颜色信息取得部105、相关关系取得部106、产品用图像数据取得部107、产品用颜色信息取得部108、分光信息保存部109以及膜厚推定部110。

膜厚测定部101具有用于对在膜厚测定单元U3的产品用晶圆的膜厚测定的动作进行控制的功能。在膜厚测定单元U3的膜厚测定中,取得图像数据以及分光光谱数据。

分光数据取得部102具有自膜厚测定单元U3的分光器43取得并保存参照用晶圆的表面的分光光谱数据的功能。在分光数据取得部102中保存的分光光谱数据被用于形成于参照用晶圆的膜的膜厚的推定。

参照用膜厚取得部103具有基于在分光数据取得部102中保存的分光光谱数据,对形成于参照用晶圆的膜的膜厚进行计算的功能。膜厚的计算的步骤的详细内容后述。参照用膜厚取得部103是第一膜厚取得部的一个例子。

校正用图像数据取得部104具有自膜厚测定单元U3的摄像部33取得并保存对校正用晶圆的表面摄像而得的图像数据的功能。在校正用图像数据取得部104中保存的图像数据被用于形成于校正用晶圆的膜的颜色信息的取得。校正用图像数据取得部104是第一图像数据取得部的一个例子。

校正用颜色信息取得部105具有取得并保存在校正用图像数据取得部104中保存的图像数据中包含的颜色信息的功能。颜色信息的取得的步骤的详细内容后述。校正用颜色信息取得部105是第一颜色信息取得部的一个例子。

相关关系取得部106具有取得并保存作为测定对象的膜的膜厚与颜色信息的相关关系的功能。相关关系的取得的步骤的详细内容后述。

产品用图像数据取得部107具有自膜厚测定单元U3的摄像部33取得并保存对产品用晶圆的表面进行摄像而得的图像数据的功能。在产品用图像数据取得部107中保存的图像数据被用于形成于产品用晶圆的膜的颜色信息的取得。产品用图像数据取得部107是第二图像数据取得部的一个例子。

产品用颜色信息取得部108具有取得并保存在产品用图像数据取得部107中保存的图像数据中包含的颜色信息的功能。颜色信息的取得的步骤的详细内容后述。产品用颜色信息取得部108是第二颜色信息取得部的一个例子。

分光信息保存部109具有保存自分光光谱数据计算膜厚时所使用的分光信息的功能。由膜厚测定单元U3取得的分光光谱数据根据形成于晶圆W的表面的膜的种类以及膜厚而改变。因此,在分光信息保存部109中保存膜厚与分光光谱的对应关系的信息。

膜厚推定部110基于在产品用颜色信息取得部108中保存的颜色信息以及在相关关系取得部106中保存的相关关系,对形成于产品用晶圆的膜的膜厚进行推定。膜厚的推定的步骤的详细内容后述。膜厚推定部110是推定部的一个例子。

控制装置100由一个或多个控制用计算机构成。图4是示出控制装置的硬件构成的一个例子的框图。例如,控制装置100具有图4所示电路120。电路120具有一个或多个处理器121、内存122、存储器123、以及输入输出端口124。存储器123具有例如硬盘等的、能够被计算机读取的存储介质。存储介质存储有用于使控制装置100执行后述的工序处理步骤的程序。存储介质可以是非易失性半导体内存、磁盘以及光盘等的能够取出的介质。内存122用于临时存储自存储器123的存储介质读取的程序以及基于处理器121的演算结果。处理器121通过与内存122一同工作来执行上述程序,从而构成上述的各功能模块。输入输出端口124依照来自处理器121的指令,在与控制对象的部件之间进行电气信号的输入输出。

需要说明的是,控制装置100的硬件构成并不一定限于由程序构成各功能模块。例如控制装置100的各功能模块可以由专用的逻辑电路或者将其集成的ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)构成。

需要说明的是,图3所示功能的一部分可以设于与用于控制膜厚测定单元U3的控制装置100不同的装置上。一部分的功能设于与控制装置100不同的外部装置的情况下,外部装置与控制装置100协作来发挥以下的实施方式中说明的功能。另外,在该情况下,搭载有与在本实施方式中说明的控制装置100对应的功能的外部装置与在本实施方式中说明的膜厚测定系统1的残余部分可以一体地作为膜厚测定系统起作用。

[膜厚测定方法]

接下来,对基于控制装置100的膜厚测定方法进行说明。膜厚测定方法是在膜厚测定单元U3中进行的成膜后的膜厚的测定的方法。在膜厚测定单元U3中,对在成膜后的晶圆W中成膜的膜的膜厚进行测定。膜厚测定单元U3如上所述例如具有摄像部33以及分光测定部40,从而可以取得通过摄像部33对晶圆W的表面进行摄像而得的图像数据,并且可以通过分光测定部40取得晶圆W的表面的分光光谱数据。在控制装置100中,基于这些数据对膜的膜厚进行测定。在以下的说明中,设定为对氮化硅膜的膜厚进行测定。

控制装置100在氮化硅膜的膜厚的测定之前,取得用于测定的参照用数据以及校正用数据。图5是示出基于控制装置的控制(参照用数据的取得)的一个例子的流程图。图6是示出基于控制装置的控制(自分光光谱数据的膜厚的推定)的一个例子的流程图。图7是示出基于控制装置的控制(校正用数据的取得)的一个例子的流程图。图8是示出取得参照用晶圆的分光光谱数据的位置的一个例子的图。图9是示出取得校正用晶圆的颜色信息的区域的一个例子的图。

[参照用数据的取得]

在取得参照用数据的时候,事先准备作为测定对象的膜,这里是事先准备形成有氮化硅膜的N个(N是2以上的整数)参照用晶圆W1(参照图8)。参照用晶圆W1是在未形成图案的裸晶圆之上整体形成氮化硅膜的晶圆。在N个参照用晶圆W1之间,氮化硅膜的膜厚不同。例如,准备5个参照用晶圆W1,各参照用晶圆W1中的氮化硅膜的膜厚分别为约64nm、约66nm、约70nm、约72nm、约74nm。但是,参照用晶圆W1的氮化硅膜的膜厚可以不严密。参照用晶圆W1是第一基板的一个例子,形成于参照用晶圆W1的氮化硅膜是第一膜的一个例子。

如图5所示,控制装置100的膜厚测定部101首先执行步骤S11。在步骤S11中,将1个参照用晶圆W1搬入膜厚测定单元U3。参照用晶圆W1在保持部31中被保持。

接下来,控制装置100的分光数据取得部102执行步骤S12。在步骤S12中,通过分光测定部40对参照用晶圆W1的表面的、事先决定的多个测定位置进行分光测定。如上所述,由于分光测定部40的入射部41在保持部31移动时设于被保持部31保持的晶圆W(在此是参照用晶圆W1)的中心通过的路径之上,因此可以取得在包括中心部的沿参照用晶圆W1的径向的多处的分光光谱。另外,通过驱动部32使保持部31旋转,分光测定部40也可以取得在沿参照用晶圆W1的周向的多处的分光光谱。因此,如图8所示,例如,来自通过参照用晶圆W1的中心的多个线段与多个同心圆相交的多个第一位置P1的反射光入射至入射部41。分光器43进行入射至入射部41的光的分光光谱的测定。其结果,在分光器43中,取得例如与图8所示多个第一位置P1对应的P个(例如49个)分光光谱数据。这样,通过使用分光器43,取得在多个第一位置P1的参照用晶圆W1的表面的分光光谱数据。需要说明的是,第一位置P1的位置以及数量可以根据基于分光器43的分光测定的间隔、基于保持部31的参照用晶圆W1的移动速度而适当改变。由分光器43取得的分光光谱数据在控制装置100的分光数据取得部102中被保存。需要说明的是,在分光测定时,自图像信息确定保持部31的中心位置以及被保持部31保持的参照用晶圆W1的中心位置,通过对两者之间的差分进行补正,从而能够使分光测定部40准确地与各第一位置P1对位。对于后述的校正用晶圆W2、产品用晶圆W3的分光测定也是相同的。

接下来,控制装置100的参照用膜厚取得部103执行步骤S13。在步骤S13中,自分光光谱数据取得进行了分光测定的各第一位置P1处的氮化硅膜的膜厚。所谓使用分光光谱数据的膜厚的取得是指,利用了根据表面的膜的膜厚的反射率的改变的方法。若对在表面形成有膜的晶圆照射光,则光在最上的膜的表面反射,或者在最上的膜与其下层(的膜或晶圆)的界面反射。并且,这些光作为反射光射出。即,反射光中包括相位不同的两种成分的光。另外,若表面的膜厚变大,则其相位差变大。因此,若膜厚改变,则上述在膜表面反射的光与在与下层的界面反射的光的干涉的程度改变。即,反射光的分光光谱的形状产生改变。根据膜厚的分光光谱的改变在理论上可以计算。因此在控制装置100中,事先保存根据在表面形成的膜的膜厚的分光光谱的形状的信息。并且,将对实际的参照用晶圆W1照射光而得的反射光的分光光谱与事先保存的信息进行比较。由此,能够对参照用晶圆W1的表面的膜的膜厚进行推定。用于膜厚的推定的膜厚与分光光谱的形状的关系的信息被保存在控制装置100的分光信息保存部109中。

由分光光谱数据计算膜厚的方法具体如图6所示。首先,取得分光测定的结果、即取得分光光谱数据(步骤S21)之后,将该分光光谱数据与在分光信息保存部109中保存的信息、即理论上的根据膜厚的分光光谱的形状的信息进行比较(步骤S22)。由此,可以针对每个分光光谱数据对得到该分光光谱数据的区域的膜厚进行推定(步骤S23)。由此,可以对每个光光谱数据、即对参照用晶圆W1的表面的各第一位置P1处的膜厚进行推定。

接下来,控制装置100的膜厚测定部101执行步骤S14。在步骤S14中,将参照用晶圆W1自膜厚测定单元U3搬出。

控制装置100对事先准备的规定数量(N个)的参照用晶圆W1执行步骤S11～S14的处理(步骤S15的NO)。

并且,若完成对事先准备的规定数量(N个)的参照用晶圆W1的处理(步骤S15的YES),则控制装置100的膜厚测定部101完成参照用数据的取得的处理。

这样,在控制装置100的参照用膜厚取得部103中,针对N个参照用晶圆W1的每一个参照用晶圆,取得并保存作为参照用数据取得的各第一位置P1处的氮化硅膜的膜厚。

[校正用数据的取得]

在取得校正用数据时,事先准备形成有与产品晶圆相同的图案的N个校正用晶圆W2(参照图9)。校正用晶圆W2是模仿产品用晶圆的晶圆,在初始状态中,在校正用晶圆W2上未形成作为测定对象的膜(在此是氮化硅膜)。以下,将未形成作为测定对象的膜的校正用晶圆W2称作成膜前校正用晶圆W2。校正用晶圆W2是第二基板的一个例子。

如图7所示,控制装置100的膜厚测定部101首先执行步骤S31。在步骤S31中,将1个成膜前校正用晶圆W2搬入膜厚测定单元U3。成膜前校正用晶圆W2在保持部31中被保持。

接下来,控制装置100的校正用图像数据取得部104执行步骤S32。在步骤S32中,通过摄像部33对成膜前校正用晶圆W2的表面进行摄像。具体而言,一边在驱动部32的驱动下使保持部31在规定的方向移动,一边通过摄像部33对成膜前校正用晶圆W2的表面进行摄像。由此,在摄像部33中取得成膜前校正用晶圆W2的表面的成膜前图像数据。成膜前图像数据在控制装置100的校正用图像数据取得部104中被保存。

接下来,控制装置100的校正用颜色信息取得部105执行步骤S33。在步骤S33中,如图9所示,针对每一个与参照用晶圆W1的第一位置P1对应的校正用晶圆W2的第二位置P2,取得包括该第二位置P2的第一区域R1内的多个第一子区域SR1中的成膜前图像数据所包含的成膜前颜色信息。第一区域R1是事先针对每一个第二位置P2设置的规定的区域,例如,第二位置P2位于第一区域R1的中心。第一区域R1的数量与第一位置P1的数量(例如49个)相等。另外,多个第一子区域SR1是事先针对每一个第一区域R1设置的规定的子区域,例如,第一子区域SR1针对每一个第一区域R1设置纵横40×40(合计1600)个。各第一子区域SR1例如与摄像部33的图像传感器(例如，CCD传感器)的各像素对应。各第一子区域SR1的尺寸为例如150μm×150μm。校正用颜色信息取得部105作为成膜前颜色信息例如取得R(红)、G(绿)、B(蓝)的各亮度值。成膜前颜色信息在控制装置100的校正用颜色信息取得部105中被保存。

接下来,控制装置100的膜厚测定部101执行步骤S34。在步骤S34中,将成膜前校正用晶圆W2自膜厚测定单元U3搬出。自膜厚测定单元U3搬出的成膜前校正用晶圆W2上形成有与形成于参照用晶圆W1的作为测定对象的膜相同膜厚的作为测定对象的膜。以下,将形成有作为测定对象的膜的校正用晶圆W2称作成膜后校正用晶圆W2。形成于成膜后校正用晶圆W2的氮化硅膜的膜厚与形成于参照用晶圆W1的氮化硅膜的膜厚相等。例如,5个成膜后校正用晶圆W2中的氮化硅膜的膜厚分别为约64nm、约66nm、约70nm、约72nm、约74nm。但是,成膜后校正用晶圆W2的氮化硅膜的膜厚可以不严密。形成于校正用晶圆W2的氮化硅膜是第二膜的一个例子。

控制装置100对事先准备的规定数量(N个)的成膜前校正用晶圆W2执行步骤S31～S34的处理(步骤S35的NO)。

并且,若完成对事先准备的规定数量(N个)的成膜前校正用晶圆W2的处理(步骤S35的YES),则控制装置100的膜厚测定部101执行步骤S36。在步骤S36中,将1个成膜后校正用晶圆W2搬入膜厚测定单元U3。成膜后校正用晶圆W2在保持部31中被保持。

接下来,控制装置100的校正用图像数据取得部104执行步骤S37。在步骤S37中,通过摄像部33对成膜后校正用晶圆W2的表面进行摄像。具体而言,一边在驱动部32的驱动下使保持部31在规定的方向移动,一边通过摄像部33进行成膜后校正用晶圆W2的表面的摄像。由此,在摄像部33中取得成膜后校正用晶圆W2的表面的成膜后图像数据。成膜后图像数据在控制装置100的校正用图像数据取得部104中被保持。成膜后校正用晶圆W2的成膜后图像数据是第一图像数据的一个例子。

接下来,控制装置100的校正用颜色信息取得部105执行步骤S38。在步骤S38中,与成膜前校正用晶圆W2的成膜前颜色信息的取得相同地,针对每一个第二位置P2,取得包括该第二位置P2的第一区域R1内的多个第一子区域SR1中的成膜后图像数据中包含的成膜后颜色信息。校正用颜色信息取得部105作为成膜后颜色信息例如取得R(红)、G(绿)、B(蓝)的各亮度值。成膜后颜色信息在控制装置100的校正用颜色信息取得部105中被保持。成膜后校正用晶圆W2的成膜后颜色信息是第一颜色信息的一个例子。

接下来,控制装置100的膜厚测定部101执行步骤S39。在步骤S39中,将成膜后校正用晶圆W2自膜厚测定单元U3搬出。

控制装置100对事先准备的规定数量(N个)的成膜后校正用晶圆W2执行步骤S36～S39的处理(步骤S40的NO)。

并且,若完成对事先准备的规定数量(N个)的成膜后校正用晶圆W2的处理(步骤S40的YES),则控制装置100的相关关系取得部106执行步骤S41。在步骤S41中,作为第一区域R1内的氮化硅膜的膜厚,使用在参照用膜厚取得部103中保存的第一位置P1处的氮化硅膜的膜厚,取得第一区域R1内的氮化硅膜的膜厚与该第一区域R1内的多个第一子区域SR1的每一个第一子区域的校正用颜色信息的相关关系，并且该取得的相关关系被存储于相关关系取得部106。例如,校正用颜色信息是表示各第一子区域SR1中的成膜前颜色信息与成膜后颜色信息之间的亮度值的差(亮度值差)的颜色信息。具体而言，从成膜前校正用晶圆W2获取的亮度值R(红)与从成膜后校正用晶圆W2获取的亮度值R(红)的差、从成膜前校正用晶圆W2获取的亮度值G(绿)和从成膜后校正用晶圆W2获取的亮度值G(绿)的亮度值的差、以及从成膜前校正用晶圆W2获取的亮度值B(蓝)与从成膜后校正用晶圆W2获取的亮度值B(蓝)的差这一组数据被用作成膜前的颜色信息和成膜后的颜色信息(即校正用颜色信息)的差。在本实施例中，将从成膜前的图像数据获取的亮度值与从成膜后的图像数据获取的亮度值的差(即，成膜前的颜色信息与成膜后的颜色信息的差)称为“亮度差”或“亮度值差”。图10是示出第一子区域SR1中的膜厚与亮度值差的关系的一个例子的图。可以针对每一个第一子区域SR1取得图10中示出的那样的关系。

例如,基于由以下数学式1表示的相关关系的假设，相关关系取得部106使用多重回归分析来计算分别表示对应的第一子区域SR1的校正颜色信息与第一区域R1内的氮化硅膜的膜厚的相关关系的数学式，该对应的第一子区域SR1位于该第一区域R1内。数学式1是表示相关关系的数学式的一个例子。在数学式1中,y是氮化硅膜的膜厚,x_i(i是从1到3的整数)是第一子区域SR1的亮度值差,例如，x₁，x₂和x₃分别是R(红)的亮度值差，G(绿)的亮度值差以及B(蓝)的亮度值差。另外，α是常数,β_i是多重回归系数(在本实施例中可以简称为“系数”)。针对所有第一区域R1中的每个第一子区域SR1计算(取得)相关关系。

y＝α+Σβ_ix_i＝α+β₁x₁+β₂x₂+β₃x₃…(数学式1)

以下将说明相对于校正晶圆的某个子区域，计算(取得)颜色信息(校正用颜色信息)与膜厚(即，取得常数α和系数β_i)的相关关系的例子。以下，假设使用5个参照用晶圆W11、W12、W13、W14和W15，并使用5个校正用晶圆W21、W22、W23、W24和W25来计算(取得)颜色信息和膜厚的相关关系情况。另外，在以下说明中使用的术语的定义与上述相同。即，校正用晶圆的某个子区域是包括在校正用晶圆的第一区域R1中的一个子区域SR1，并且包括该某个子区域的第一区域R1中的第二位置P2对应于参照用晶圆上的第一位置P1。

假设在一个例子中参照用晶圆W11、W12、W13、W14和W15的第一位置的膜厚分别为T1、T2、T3、T4和T5，并且，在参照用晶圆W11、W12、W13、W14和W15的第一位置的膜厚基本上分别等于在校正用晶圆W21、W22、W23、W24和W25的第二位置的膜厚。此外，假设校正用晶圆W21、W22、W23、W24和W25的该某个子区域的颜色信息(亮度值差)如下：

校正用晶圆W21的R(红)的亮度值差为Lr1。

校正用晶圆W21的G(绿)的亮度值差为Lg1。

校正用晶圆W21的B(蓝)的亮度值差为Lb1。

校正用晶圆W22的R(红)的亮度值差为Lr2。

校正用晶圆W22的G(绿)的亮度值差为Lg2。

校正用晶圆W22的B(蓝)的亮度值差为Lb2。

校正用晶圆W23的R(红)的亮度值差为Lr3。

校正用晶圆W23的G(绿)的亮度值差为Lg3。

校正用晶圆W23的B(蓝)的亮度值差为Lb3。

校正用晶圆W24的R(红)的亮度值差为Lr4。

校正用晶圆W24的G(绿)的亮度值差为Lg4。

校正用晶圆W24的B(蓝)的亮度值差为Lb4。

校正用晶圆W25的R(红)的亮度值差为Lr5。

校正用晶圆W25的G(绿)的亮度值差为Lg5。

校正用晶圆W25的B(蓝)的亮度值差为Lb5。

在这种情况下，通过使用以下5组数据((T1、Lr1、Lg1、Lb1)，(T2、Lr2、Lg2、Lb2)，(T3、Lr3、Lg3、Lb3)，(T4、Lr4、Lg4、Lb4)和(T5、Lr5、Lg5、Lb5))，取得相对于校正用晶圆的特定子区域的常数α和系数β_i(β₁、β₂、β₃)。并且对每个子区域SR1进行用于获得常数α和系数βi的多重回归分析。

以上说明了使用多重回归分析来计算(取得)颜色信息(校正用颜色信息)与膜厚的相关关系的例子。但是计算(取得)颜色信息与膜厚的相关关系不限于多重回归分析。为了取得颜色信息与膜厚的相关关系可以使用其他的已知方法，例如SVM(support vectormachine)、回归树、非线形回归、GPR(Gaussian Process regression)、考虑了过拟合(Overfitting)的Ridge回归或Lasso回归、PLS等的已知的方法。

相关关系的取得(计算)后,控制装置100的膜厚测定部101结束校正用数据的取得的处理。

这样,在控制装置100的相关关系取得部106中,作为校正用数据取得并保存第一区域R1内的氮化硅膜的膜厚与该第一区域R1内的多个第一子区域SR1的每一个第一子区域的校正用颜色信息(亮度值差)的相关关系。该相关关系不一定以数学式1之类的数学表达式的格式保存。在通过上述数学式1表示相关关系的情况下，对于每个第一子区域SR1，数学式1中的一组常数α和系数β_i(β₁、β₂、β₃)可以保存在相关关系取得部106中。

[产品用晶圆中的膜厚测定]

控制装置100在如上所述取得了参照用数据以及校正用数据的基础上,对产品用晶圆中的氮化硅膜的膜厚进行测定。图11是示出基于控制装置的控制(产品用晶圆中的膜厚测定)的一个例子的流程图。图12是示出取得产品用晶圆的颜色信息的区域的一个例子的图。

控制装置100的膜厚测定部101执行步骤S51。在步骤S51中,将形成有图案的产品用晶圆W3(参照图12)搬入膜厚测定单元U3。在初始状态下,在产品用晶圆W3上未形成作为测定对象的膜(在此为氮化硅膜)。以下,将未形成作为测定对象的膜的产品用晶圆W3称作成膜前产品用晶圆W3。成膜前产品用晶圆W3在保持部31中被保持。产品用晶圆W3是第三基板的一个例子。

接下来,控制装置100的产品用图像数据取得部107执行步骤S52。在步骤S52中,通过摄像部33对成膜前产品用晶圆W3的表面进行摄像。具体而言,一边在驱动部32的驱动下使保持部31在规定的方向移动,一边通过摄像部33对成膜前产品用晶圆W3的表面进行摄像。由此,在摄像部33中取得成膜前产品用晶圆W3的表面的成膜前图像数据。也可以将与成膜前产品用晶圆W3的表面有关的成膜前的图像数据称为“成膜前产品用晶圆W3的成膜前的图像数据”。在控制器100的产品用图像数据取得部107中保存成膜前产品用晶圆W3的成膜前的图像数据。

接下来,控制装置100的产品用颜色信息取得部108执行步骤S53。在步骤S53中,如图12所示,针对与多个第一子区域SR1对应的多个第二子区域SR2的毎一个第二子区域,取得成膜前产品用晶圆W3的成膜前图像数据中包含的成膜前产品用晶圆W3的成膜前颜色信息。产品用颜色信息取得部108作为成膜前产品用晶圆W3的成膜前颜色信息取得例如R(红)、G(绿)、B(蓝)的各亮度值。成膜前产品用晶圆W3的成膜前颜色信息在控制装置100的产品用颜色信息取得部108中被保存。

接下来,控制装置100的膜厚测定部101执行步骤S54。在步骤S54中,将成膜前产品用晶圆W3自膜厚测定单元U3搬出。在自膜厚测定单元U3搬出的成膜前产品用晶圆W3上,在工艺模块PM₁～PM₄的任一者中形成作为测定对象的膜。以下,将形成有作为测定对象的膜的产品用晶圆W3称作成膜后产品用晶圆W3。形成于产品用晶圆W3的氮化硅膜是第三膜的一个例子。

接下来,控制装置100的膜厚测定部101执行步骤S55。在步骤S55中,将1个成膜后产品用晶圆W3搬入膜厚测定单元U3。成膜后产品用晶圆W3在保持部31中被保持。

接下来,控制装置100的产品用图像数据取得部107执行步骤S56。在步骤S56中,通过摄像部33对成膜后产品用晶圆W3的表面进行摄像。具体而言,一边在驱动部32的驱动下使保持部31在规定的方向移动,一边通过摄像部33进行成膜后产品用晶圆W3的表面的摄像。由此,在摄像部33中取得成膜后产品用晶圆W3的表面的成膜后图像数据。也可以将与成膜后产品用晶圆W3的表面有关的成膜后的图像数据称为“成膜后产品用晶圆W3的成膜后的图像数据”。在控制器100的产品用图像数据取得部107中保存成膜后产品用晶圆W3的成膜后的图像数据。成膜后产品用晶圆W3的成膜后图像数据是第二图像数据的一个例子。

接下来,控制装置100的产品用颜色信息取得部108执行步骤S57。在步骤S57中,与成膜前产品用晶圆W3的成膜前颜色信息的取得相同地,针对每一个第二子区域SR2,取得成膜后产品用晶圆W3的成膜后图像数据中含有的成膜后产品用晶圆W3的成膜后颜色信息。产品用颜色信息取得部108作为成膜后产品用晶圆W3的成膜后颜色信息取得例如R(红)、G(绿)、B(蓝)的各亮度值。成膜后产品用晶圆W3的成膜后颜色信息在控制装置100的产品用颜色信息取得部108中被保持。成膜后产品用晶圆W3的成膜后颜色信息是第二颜色信息的一个例子。

接下来,控制装置100的膜厚推定部110执行步骤S58。在步骤S58中,基于在在相关关系取得部106中保存的相关关系,并且基于在产品用颜色信息取得部108中保存的成膜前产品用晶圆W3的成膜前的颜色信息和成膜后产品用晶圆W3的成膜后的颜色信息，以及保存在相关关系取得部106中的相关关系，对形成于成膜后产品用晶圆W3的氮化硅膜的膜厚进行推定。氮化硅膜的膜厚的推定在各第二区域R2中进行。

作为执行图10中所示的取得校正数据的步骤的结果，对于(成膜后)校正用晶圆W2中的每个第一子区域SR1，取得了表示膜厚与校正用颜色信息的相关关系的数学式1。在步骤S58中，首先，通过使用在产品用颜色信息取得部108中保存的成膜前产品用晶圆W3的成膜前的颜色信息以及成膜后产品用晶圆W3的成膜后的颜色信息，对于全部第二区域R2的每一个第二子区域SR2计算R(红)、G(绿)和B(蓝)的亮度值差。接下来，对于每一个第二子区域SR2，使用数学式1以及对应的第二子区域SR2的R(红)、G(绿)和B(蓝)的亮度值差来计算推定值(即，膜厚)。在下面的说明中，使用数学式1和第二子区域SR2的R(红)、G(绿)和B(蓝)的亮度值差计算的值被称为“第二子区域SR2的推定膜厚”。当计算成膜后产品用晶圆W3上的多个第二子区域SR2中的某个第二子区域SR2的推定膜厚时，选择对应的第一子区域SR1(即，与某个第二子区域SR2对应的子区域SR1)的方程式(方程式1)，并且将某个第二子区域SR2的R(红)、G(绿)和B(蓝)的亮度值差输入所选数学式(数学式1)的x₁、x₂、以及x₃。对于(成膜后)校正用晶圆W2中的每一个第二子区域SR2，执行膜厚的推定。接下来，通过使用第二子区域SR2的推定膜厚度来推定各个第二区域R2的膜厚。通过计算某个第二区域R2中全部第二子区域SR2的推定膜厚的加权平均值，来推定某个第二区域R2的膜厚。假设在(成膜后)产品用晶圆W3中限定n个(n是自然数)个第二区域R2并且每一个第二区域R2由p个第二子区域SR2组成(p是自然数)。此外，第k个第二区域R2的膜厚由Y_k表示(k是满足1≤k≤n的整数)。在这种情况下，通过使用以下数学式(数学式2)来计算Y_k。

接下来,控制装置100的膜厚测定部101执行步骤S59。在步骤S59中,将成膜后产品用晶圆W3自膜厚测定单元U3搬出。被搬出的成膜后产品用晶圆W3例如被送至后级的处理模块。

这样,形成于产品用晶圆W3的测定对象的膜的膜厚被测定。

[作用]

在膜厚测定单元U3中,自未形成图案的参照用晶圆W1基于分光光谱数据取得膜厚,自模仿产品用晶圆W3的校正用晶圆W2基于图像数据取得颜色信息,并且取得膜厚与颜色信息的相关关系。并且,在测定形成于产品用晶圆W3的测定对象的膜的膜厚时,自产品用晶圆W3基于图像数据取得颜色信息,使用膜厚与颜色信息的相关关系推定膜厚。因此,即使未在产品用晶圆W3上形成图案的情况下,也能够不受产品用晶圆W3的模具的位置的影响地以高精度对测定对象的膜的膜厚进行测定。也就是说,即使不进行产品用晶圆W3的模具的识别,也能够以高精度对膜厚进行测定。

另外,由于分光测定部40设于膜厚测定单元U3中,因此与使用膜厚测定单元U3的外部的椭偏仪来取得膜厚的信息的情况相比,对于成膜处理前的状态下输送至基板处理系统20的晶圆W以及在基板处理系统20的成膜处理后的晶圆W的全部,均可以不自基板处理系统20取出地进行膜厚的测定。

需要说明的是,测定对象的膜比较薄的情况下,有时通过分光分析测定的膜厚与使用椭偏仪测定的膜厚不同。在该情况下,优选例如事先取得通过分光分析测定的膜厚与使用椭偏仪测定的膜厚的相关关系,并且将该相关关系保存在分光信息保存部109中,从而在膜厚的推定(步骤S23)时使用该相关关系。

图13是示出裸晶圆之上的膜的膜厚的测定结果的一个例子的图。在该测定中,准备在裸晶圆之上形成膜厚不同的氮化硅膜的5个试样S11～S15,并且分别在49个测定位置(第一位置)进行了通过分光分析的膜厚的测定和使用椭偏仪的膜厚的测定。在图13中,示出了通过分光分析的膜厚的测定结果(实线)和使用椭偏仪的膜厚的测定结果(虚线)。图13中的横轴表示测定位置的号码。横轴的1～49表示试样S11的测定位置,50～98表示试样S12的测定位置,99～147表示试样S13的测定位置,148～196表示试样S14的测定位置,197～245表示试样S15的测定位置。图13中的纵轴表示膜厚的测定结果。图14是示出使用椭偏仪测定的膜厚与通过分光分析测定的膜厚的关系的图。图14的横轴表示使用椭偏仪测定的膜厚,图15的纵轴表示通过分光分析测定的膜厚。在图14示出了245个测定位置的结果。

在图13以及图14所示例子中,不论在试样S11～S15的哪一个中,在各测定位置通过分光分析测定的膜厚与使用椭偏仪测定的膜厚之间产生了一定的差。利用一次式对图14所示的相关关系进行近似,结果均方根误差(RMSE)为0.16nm。

在此,对形成有图案的产品用晶圆的测定例进行说明。在该例子中,使用5组参照用晶圆W1以及校正用晶圆W2来取得校正用数据,并且使用该校正用数据对4个产品用晶圆W3进行了测定结果的验证。具体而言,对于5个校正用晶圆W2(试样S21～S25)以及4个产品用晶圆W3(试样S31～S34),在49个测定位置(第一位置)进行了测定对象的膜(氮化硅膜)的膜厚的测定。图15是示出膜厚测定的结果的例子的图。在图15的(a)中,示出了5个校正用晶圆W2(试样S21～S25)中的膜厚的测定结果,在图15的(b)中,示出了4个产品用晶圆W3(试样S31～S34)中的膜厚的测定结果。图15中的白圆表示各试样中的通过分光分析取得的氮化硅膜的平均膜厚。图15中的黒圆表示各试样中的使用上述实施方式的膜厚测定系统测定的氮化硅膜的平均膜厚。图15中的横轴表示试样的号码。图15中的纵轴表示膜厚的测定结果。

在图15所示例子中,不仅在校正用晶圆W2(试样S21～S25)中使用上述实施方式的膜厚测定系统测定的氮化硅膜的平均膜厚与通过分光分析取得的氮化硅膜的平均膜厚的差极小,而且在产品用晶圆W3(试样S31～S34)中使用上述实施方式的膜厚测定系统测定的氮化硅膜的平均膜厚与通过分光分析取得的氮化硅膜的平均膜厚的差也极小。

图16是示出试样S34中的膜厚的测定结果的一个例子的图。图16的横轴示出通过分光分析测定的膜厚,图16的纵轴表示使用膜厚测定系统测定的膜厚。在图16中,示出了49个测定位置的结果。对于试样S34,利用一次式对图16所示的相关关系进行近似,结果均方根误差(RMSE)为0.6nm。

需要说明的是,光源44可以与入射部41一体构成。

膜厚测定系统1例如可以内置于进行成膜以及膜厚测定的成膜装置中来使用。作为成膜装置,可以举出例如涂布/显影装置、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition:CVD)装置、溅射装置、蒸镀装置以及原子层沉积(atoollayer deposition:ALD)装置。膜厚测定系统可以内置于例如进行蚀刻以及膜厚测定的蚀刻装置中来使用。作为蚀刻装置,可以举出例如等离子体蚀刻装置以及原子层蚀刻(atomic layer etching:ALE)装置。另外,膜厚测定系统可以自成膜装置或蚀刻装置独立配置,并且将测定结果通信传递至成膜装置或蚀刻装置。另外,膜厚测定系统1不需要配置于成膜装置或蚀刻装置内,其可以自成膜装置或蚀刻装置独立配置,并且将测定结果通信传递至成膜装置或蚀刻装置。

膜厚测定系统1不需要包括分光测定部40,分光数据取得部102可以构成为自膜厚测定系统1的外部取得分光数据。

以上,对优选实施方式等进行了详细说明,但是不限于上述实施方式等,可以不脱离权利要求书记载的范围地对上述实施方式等施加各种变形以及置换。