特許 6945367 基板反り監視装置及びこれを用いた基板処理装置、並びに基板反り監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6945367

(24)【登録日】2021年9月16日

(45)【発行日】2021年10月6日

(54)【発明の名称】基板反り監視装置及びこれを用いた基板処理装置、並びに基板反り監視方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20210927BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20210927BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 N

   G01B11/24 M

【請求項の数】16

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2017-131836(P2017-131836)

(22)【出願日】2017年7月5日

(65)【公開番号】特開2019-16662(P2019-16662A)

(43)【公開日】2019年1月31日

【審査請求日】2019年12月5日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】千葉 俊弥

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 祐也

(72)【発明者】

【氏名】田口 純之介

【審査官】 三浦 みちる

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０１５３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１５１９９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１７７３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１６５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０７５６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００８２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０２５２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｇ０１Ｂ １１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転テーブル上に周方向に沿って設けられた基板載置領域に載置された基板の前記回転テーブルの回転中における反りを監視する基板反り監視装置であって、
前記回転テーブルの上方から前記回転テーブル上の所定位置に光を照射して前記回転テーブルを回転させ、前記所定位置を通過する前記回転テーブル及び前記基板からの反射光を受光して前記基板の表面プロファイルを計測可能な光学式変位計と、
前記光を所定の参照面に照射したときの計測値を参照値として記憶する記憶手段と、
前記光学式変位計が計測した前記基板の表面プロファイルと、前記記憶手段に記憶された参照値とに基づいて、前記基板の反り量を算出する演算手段と、を有し、
前記回転テーブル上には、複数の基板が載置可能なように前記周方向に沿って複数の基板載置領域が設けられ、
前記回転テーブルの回転中における前記複数の基板載置領域の位置を取得する基板位置取得手段を更に有し、前記複数の基板載置領域毎に前記基板の反り量を算出し、
前記参照面は、隣接する前記複数の基板載置領域同士の間の前記回転テーブルの表面であり、前記記憶手段に記憶される前記参照値は、前記回転テーブルの回転中において前記複数の基板の表面プロファイルを計測する度に更新され、
前記演算手段は、ノイズとなる前記基板のエッジ部からの前記反射光の計測値は、マスクをかけて記録しないようにし、前記基板の形状の算出に用いずに破棄する基板反り監視装置。

【請求項2】

前記光学式変位計が、前記回転テーブルの異なる位置を監視可能なように複数の位置に設けられた請求項１に記載の基板反り監視装置。

【請求項3】

前記回転テーブルの異なる位置は、前記回転テーブルの半径方向において、前記基板の中心位置、内側の所定位置、外側の所定位置を含む請求項２に記載の基板反り監視装置。

【請求項4】

前記回転テーブル上には、複数の基板が載置可能なように前記周方向に沿って複数の基板載置領域が設けられ、
前記回転テーブルの回転中における前記複数の基板載置領域の位置を取得する基板位置取得手段を更に有し、前記複数の基板載置領域毎に前記基板の反り量を算出する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板反り監視装置。

【請求項5】

前記演算手段は、前記複数の基板のうち少なくとも１つの基板の反り量が所定の閾値を超えていると判定したときには、アラーム信号を発する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板反り監視装置。

【請求項6】

前記演算手段は、前記複数の基板載置領域のうち少なくとも１つの基板載置領域から受光した前記反射光が、前記基板からではなく前記回転テーブルから反射されたときの計測値であると判定したときには、前記少なくとも１つの基板載置領域から前記基板が脱離したと判定し、アラーム信号を発する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板反り監視装置。

【請求項7】

前記光は、レーザ光、ＬＥＤ光又はランプ光である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板反り監視装置。

【請求項8】

処理容器と、
該処理容器内に設けられ、周方向に沿って設けられた複数の基板載置領域を有する回転テーブルと、
該回転テーブル上に反応ガスを供給可能な反応ガス供給ノズルと、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板反り監視装置と、を有する基板処理装置。

【請求項9】

処理容器と、
該処理容器内に設けられ、周方向に沿って設けられた複数の基板載置領域を有する回転テーブルと、
該回転テーブル上に反応ガスを供給可能な反応ガス供給ノズルと、
請求項５又は６に記載の基板反り監視装置と、
該基板反り監視装置からの前記アラーム信号を受信したときに、前記回転テーブルを減速又は停止させる制御手段と、を有する基板処理装置。

【請求項10】

処理容器内に設けられ、周方向に沿って基板載置領域を有する回転テーブル上に基板を載置する工程と、
光学式変位計を用いて前記基板の表面以外の所定の参照面に光を照射し、反射光の計測値を参照値として記憶する工程と、
前記基板が載置された前記回転テーブルを回転させ、前記光学式変位計を用いて前記回転テーブル上の所定位置を通過する前記回転テーブル及び前記基板からの反射光を受光し、前記基板の表面プロファイルを計測する工程と、
前記光学式変位計が計測した前記基板の表面プロファイルと、前記参照値とに基づいて、前記基板の反り量を算出する工程と、を有し、
前記回転テーブル上には、複数の基板が載置可能なように前記周方向に沿って複数の基板載置領域が設けられ、
前記回転テーブルの回転中における前記複数の基板載置領域の位置を取得する工程を更に有し、
前記基板の反り量を算出する工程では、前記複数の基板載置領域毎に前記基板の反り量を算出し、
前記参照面は、隣接する前記複数の基板載置領域同士の間の前記回転テーブルの表面であり、
前記反射光の計測値を参照値として記憶する工程において前記参照値は、前記回転テーブルの回転中において前記複数の基板の表面プロファイルを計測する度に更新され、
前記基板の反り量を算出する工程において、ノイズとなる前記基板のエッジ部からの前記反射光の計測値は、マスクをかけて記録しないようにし、前記基板の形状の算出に用いずに破棄する基板反り監視方法。

【請求項11】

複数の光学式変位計を用いて、前記基板の異なる位置について、前記反射光の計測値を参照値として記憶する工程、前記基板の表面プロファイルを計測する工程及び前記基板の形状を算出する工程を実施する請求項１０に記載の基板反り監視方法。

【請求項12】

前記基板の異なる位置は、前記回転テーブルの半径方向において、前記基板の中心位置、内側の所定位置、外側の所定位置を含む請求項１１に記載の基板反り監視方法。

【請求項13】

前記基板の反り量を算出する工程において、前記複数の基板のうち少なくとも１つの基板の反り量が所定の閾値を超えていると判定したときには、前記回転テーブルを減速又は停止させる請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の基板反り監視方法。

【請求項14】

前記基板の反り量を算出する工程において、前記複数の基板載置領域のうち少なくとも１つの基板載置領域から受光した前記反射光が、前記基板からではなく前記回転テーブルから反射されたときの計測値であると判定したときには、前記少なくとも１つの基板載置領域から前記基板が脱離したと判定し、前記回転テーブルの回転を停止させる請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の基板反り監視方法。

【請求項15】

前記基板の表面プロファイルを計測する工程及び前記基板の反り量を算出する工程は、前記基板を処理しながら行う請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の基板反り監視方法。

【請求項16】

前記光は、レーザ光、ＬＥＤ光又はランプ光である請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の基板反り監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板反り監視装置及びこれを用いた基板処理装置、並びに基板反り監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、チャンバ内に略水平に設けられた回転テーブルの表面に形成された基板載置用の凹部上に基板が載置された状態で前記回転テーブルを連続回転させ、前記基板の処理を行う基板処理装置に用いられる基板脱離検出装置であって、前記回転テーブルの回転中に、前記凹部上における前記基板の有無を判定することにより、前記基板が前記凹部から脱離したことを判定する基板脱離判定手段を有する基板脱離検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

かかる基板脱離検出装置では、回転テーブルの基板を載置するための凹部に設けられた昇降ピン用の貫通孔の温度を検出する放射温度計を設け、温度差により基板の脱離を検出したり、凹部を撮像する撮像手段を設けたりして基板の脱離を検出し、基板が脱離したら回転テーブルの回転を停止させるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−８２６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、基板の脱離が発生したことは検出できても、基板の脱離を予測することはできないため、事後的な対処にならざるを得ず、チャンバ内の損傷、不良ウエハの発生等の被害を小さくすることはできても、被害を完全に食い止めることはできない。

【0006】

そこで、本発明は、回転テーブル回転中の基板の反りを監視でき、基板の脱離を予測できる基板反り監視装置及びこれを用いた基板処理装置、並びに基板反り監視方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板反り監視装置は、回転テーブル上に周方向に沿って設けられた基板載置領域に載置された基板の前記回転テーブル回転中における反りを監視する基板反り監視装置であって、
前記回転テーブルの上方から前記回転テーブルの所定位置に光を照射して前記回転テーブルを回転させ、前記所定位置を通過する前記回転テーブル及び前記基板からの反射光を受光して前記基板の表面プロファイルを計測可能な光学式変位計と、
前記光を所定の参照面に照射したときの計測値を参照値として記憶する記憶手段と、
前記光学式変位計が計測した前記基板の表面プロファイルと、前記記憶手段に記憶された参照値とに基づいて、前記基板の反り量を算出する演算手段と、を有し、
前記回転テーブル上には、複数の基板が載置可能なように前記周方向に沿って複数の基板載置領域が設けられ、
前記回転テーブルの回転中における前記複数の基板載置領域の位置を取得する基板位置取得手段を更に有し、前記複数の基板載置領域毎に前記基板の反り量を算出し、
前記参照面は、隣接する前記複数の基板載置領域同士の間の前記回転テーブルの表面であり、前記記憶手段に記憶される前記参照値は、前記回転テーブルの回転中において前記複数の基板の表面プロファイルを計測する度に更新され、
前記演算手段は、ノイズとなる前記基板のエッジ部からの前記反射光の計測値は、マスクをかけて記録しないようにし、前記基板の形状の算出に用いずに破棄する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、基板の反り量を監視でき、基板の脱離を予測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る基板反り監視装置及びこれを用いた基板処理装置の一例を示した構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る基板反り監視装置が適用される基板処理装置の内部構造の斜視図である。

【図3】本発明の実施形態に係る基板反り監視装置が適用される基板処理装置の内部構造の上面図である。

【図4】回転テーブルの同心円に沿ったチャンバの断面を示した図である。

【図5】チャンバ内の天井面が設けられている領域を示す断面図である。

【図6】本発明の第１の実施形態に係る基板反り監視装置の基本原理を説明するための図である。

【図7】レーザ変位計を複数配置した例を示した図である。

【図8】本実施形態に係る基板反り監視装置及び基板反り監視方法の一例における参照面の計測について説明するための図である。

【図9】３個のレーザ変位計がウエハの表面にレーザを照射可能となった状態を示した図である。

【図10】図８及び図９で示した３個のレーザ変位計を用いて計測したウエハＷの表面プロファイルの例を示した図である。

【図11】周方向においてウエハＷに反りが生じている場合の表面プロファイルの計測値を説明するための図である。

【図12】参照値を用いてウエハＷの反り量を算出する工程について説明するための図である。

【図13】３個のレーザ変位計を用いた場合のより詳細な表面プロファイルの計測値の実測例を示した図である。

【図14】図１３（ｂ）の計測結果の拡大図である。

【図15】図１３（ａ）の計測結果の拡大図である。

【図16】表面プロファイル計測におけるノイズの発生原因を説明するための図である。

【図17】図１５及び図１６で説明したノイズを除去するための方法の一例を示した図である。

【図18】本発明の第１の実施形態に係る基板反り監視方法の処理フローを説明するための図である。

【図19】第１の実施形態に係る基板反り監視装置のレーザ変位計の向きを説明するための図である。

【図20】第２の実施形態に係る基板反り監視装置の一例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係る基板反り監視装置及びこれを用いた基板処理装置の一例を示した構成図である。また、図２は、本発明の実施形態に係る基板反り監視装置が適用される基板処理装置の内部構造の斜視図であり、図３は、本発明の実施形態に係る基板反り監視装置が適用される基板処理装置の内部構造の上面図である。

【0012】

なお、基板処理装置は、回転テーブルを回転させながら基板の処理を行う装置であれば、種々の基板処理装置が適用可能であるが、本実施形態においては、基板処理装置が成膜装置として構成された例を挙げて説明する。

【0013】

図１から図３までを参照すると、成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平なチャンバ１と、このチャンバ１内に設けられ、チャンバ１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。チャンバ１は、処理対象となる基板を収容し、基板に成膜処理を行うための処理容器である。図１に示すように、チャンバ１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。

【0014】

天板１の一部には、窓１６が形成されている。窓１６には、例えば、石英ガラスが設けられ、チャンバ１の外部から内部が視認可能に構成される。

【0015】

また、チャンバ１は、真空ポンプ６４０に接続された排気口６１０を有し、真空排気可能な真空容器として構成されてもよい。

【0016】

回転テーブル２は、基板を載置するための載置台である。回転テーブル２は、表面に円形窪み状の凹部２４を有し、凹部２４上に基板を支持する。図１においては、凹部２４上に半導体ウエハＷが基板として載置された状態が示されている。基板は、必ずしも半導体ウエハＷには限定されないが、以下、基板として半導体ウエハＷ（以下「ウエハ」という。）が用いられた例を挙げて説明する。

【0017】

また、モータ２３には、エンコーダ２５が設けられており、回転軸２２の回転角度を検出できるように構成されている。本実施形態に係る基板反り監視装置においては、回転テーブル２上の各々の凹部２４に載置された各々のウエハＷの反り状態を総て監視するため、凹部２４とウエハの対応及びそれらの位置特定手段として、エンコーダ２５を用いている。

【0018】

天板１１の窓１６の上方には、レーザ変位計１１０が設けられる。レーザ変位計１１０は、回転テーブル２の凹部２４上に存在するウエハＷの表面プロファイルを計測するための手段である。レーザ変位計１１０は、レーザ照射部１１１とレーザ受光部１１２とを備え、レーザ照射部１１１からウエハＷの上面にレーザを照射し、反射したレーザをレーザ受光部１１２が受光することにより、レーザ変位計１１０とウエハＷとの間の距離を測定する。よって、回転テーブル２を回転させてウエハＷが回転方向に沿って移動したときには、レーザ照射位置におけるウエハＷの表面プロファイルを計測することができる。即ち、ウエハＷの表面の凹凸に応じてレーザ変位計１１０とウエハＷとの間の距離が変化するため、ウエハＷの表面の凹凸の変化、つまり表面プロファイルを計測することができる。例えば、ウエハＷの中心にレーザを照射するようにすれば、ウエハＷの中心を通るラインの表面プロファイルを計測することができる。

【0019】

なお、本実施形態においては、レーザ光を照射光とし、レーザ変位計１１０を用いた例を挙げて説明するが、変位計は、非接触式の光学的変位計であれば、種々の変位計を用いることができる。例えば、ＬＥＤ光を用いたＬＥＤ変位計を用いてもよいし、光源をランプ光とし、ランプ光を用いて変位を検出可能な変位計を用いるようにしてもよい。また、変位計として、共焦点式変位計を用いてもよい。このように、本実施形態に係る基板反り監視装置は、非接触式の光学的変位計であれば、種々の変位計を用いることができる。但し、以下の実施形態では、説明の容易のため、レーザ変位計１１０を用いた例について説明する。

【0020】

演算部１２０は、レーザ変位計１１０で計測したウエハＷの表面プロファイル情報に基づいて、凹部２４上のウエハＷの反り量を算出する手段である。演算部１２０は、用途に応じて、適切な演算処理手段が選択されてよい。例えば、演算部１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）、メモリを有し、プログラムによって動作するマイクロコンピュータや、特定の用途のために設計、製造される集積回路であるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の演算処理手段として構成されてもよい。

【0021】

なお、演算部１２０は、ウエハＷの表面プロファイルだけではなく、レーザ変位計１１０で計測した所定の参照面からの計測値を参照値として用いてウエハＷの反り量を算出するが、この点の詳細については後述する。

【0022】

また、演算部１２０は、エンコーダ２５からの信号を受信し、ウエハＷの反り量が所定の閾値を超えていることが検出されたときに、どの凹部２４上のどのウエハＷの反り量が閾値を超えているのかの特定も行う。演算部１２０は、ウエハＷの反り量が閾値を超えていると判定したら、アラーム信号を制御部１００に出力する。

【0023】

記憶部１３０は、レーザ変位計１１０が計測した参照面の計測値を記憶するための記憶手段である。記憶部１３０は、演算部１２０と独立して示しているが、演算部１２０内に組み込まれて設けられていてもよい。つまり、上述の演算部１２０内のメモリを記憶部１３０として機能させてもよい。

【0024】

演算部１２０は、記憶部１３０に記憶された参照面の計測値を参照値として用いて、ウエハＷの反り量を算出する。なお、その演算処理の詳細については後述する。

【0025】

また、本実施形態に係る基板反り監視装置は、ウエハ処理中におけるウエハＷの反りを常時監視し、ウエハＷの反り量が所定の閾値を超えた段階で回転テーブル２の回転を減速又は停止させてウエハＷの脱離を防ぐことを主たる目的としているが、ウエハＷが凹部２４から脱離してしまった状態も検出することができる。つまり、レーザ変位計１１０によるウエハＷの表面プロファイルの計測時において、ウエハＷが凹部２４内に存在しない場合には、レーザが回転テーブル２の凹部２４の底面に照射されるため、明らかにウエハＷにレーザを照射したときとは異なる情報を得ることができる。よって、ウエハＷが脱離してしまった場合も、本実施形態に係る基板反り監視装置で検出することができる。なお、この点の詳細についても後述する。

【0026】

なお、レーザ変位計１１０、演算部１２０、記憶部１３０及びエンコーダ２５で、本実施形態に係る基板反り監視装置１５０を構成する。

【0027】

制御部１００は、成膜装置全体を制御するための制御手段であり、コンピュータからなる演算処理手段として構成されてよい。制御部１００は、演算部１２０からアラーム信号を受信したら、回転テーブル２の回転を減速又は停止させる制御を行う。これにより、凹部２４上のウエハＷの反り量が増加し、脱離のおそれがある場合に、速やかに回転テーブル２の回転を減速又は停止させ、ウエハＷがチャンバ１の内部を破損したり、他のウエハＷを破損したりすることを事前に食い止めることができる。

【0028】

なお、ウエハＷの凹部２４からの脱離が検出された場合には、制御部１００は、回転テーブル２を停止させる制御を行う。脱離が発生してしまった場合には、迅速に回転テーブル２の回転を停止してチャンバ１内の破損を一刻も早く食い止めることが求められるからである。

【0029】

制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、基板反り監視装置１５０からのアラーム信号に基づく回転テーブル２の回転の減速又は停止も含めて、所定の成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは、回転テーブル２の減速及び回転停止処理も含めて、所定の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。

【0030】

次に、図２〜図５を用いて、成膜装置の構成についてより詳細に説明する。

【0031】

図２及び図３に示すように、回転テーブル２の表面には、回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板である半導体ウエハＷを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しいか、又はウエハＷの厚さよりも深い深さとを有している。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになるか、ウエハＷの表面が回転テーブル２の表面よりも低くなる。凹部２４の深さは、ウエハＷの厚さよりも深い場合であっても、あまり深くすると成膜に影響が出てしまうので、ウエハＷの厚さの３倍程度の深さまでとすることが好ましい。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。

【0032】

図２及び図３は、チャンバ１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２及び分離ガスノズル４１，４２がチャンバ１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び反応ガスノズル３２がこの順番で配列されている。これらのノズル３１、３２、４１、４２は、各ノズル３１、３２、４１、４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、チャンバ１の外周壁からチャンバ１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して水平に伸びるように取り付けられている。

【0033】

反応ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、第１の反応ガスの供給源（図示せず）に接続される。反応ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、第２の反応ガスの供給源（図示せず）に接続される。分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスとして、例えば窒素（Ｎ_２）ガスの供給源（図示せず）に接続される。なお、プラズマを用いる場合には、分離ガスにはアルゴン（Ａｒ）が用いられる場合が多い。このように、分離ガスは、用途に応じて適切な不活性ガス又は希ガスを用いることができる。

【0034】

反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔３３が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、第１の反応ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着された第１の反応ガスと第２の反応ガスとが反応する第２の処理領域Ｐ２となる。

【0035】

図２及び図３を参照すると、チャンバ１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２とともに分離領域Ｄを構成するため、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、チャンバ１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。

【0036】

図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿ったチャンバ１の断面を示している。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられているため、チャンバ１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。また、高い天井面４５の下方の空間に反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、説明の便宜上、図４に示すように、反応ガスノズル３１が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８１で表し、反応ガスノズル３２が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８２で表す。

【0037】

また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４２ｈ（図４参照）が、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。

【0038】

天井面４４は、狭い空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２の吐出孔４２ｈからＮ_２ガスが供給されると、このＮ_２ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ_２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ_２ガスが、第１の領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の領域Ｐ２からの第２の反応ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の領域Ｐ２からの第２の反応ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、チャンバ１内において第１の反応ガスと第２の反応ガスとが混合し、反応することが抑制される。

【0039】

なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時のチャンバ１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ_２ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。

【0040】

一方、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。

【0041】

先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している。一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す断面図である。図５に示すように、扇型の凸状部４の周縁部（チャンバ１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。

【0042】

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図４に示すように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域と記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０が形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１に示すように各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。なお、図１に示されるように、真空ポンプ６４０の上流側に圧力制御器６５０が設けられている。

【0043】

回転テーブル２とチャンバ１の底部１４との間の空間には、図１及び図４に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば４５０℃）に加熱される。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている（図５）。このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａとチャンバ１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。

【0044】

ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ_２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。またチャンバ１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。また、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。

【0045】

また、チャンバ１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ_２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２の凹部２４側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給される第１の反応ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される第２の反応ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。

【0046】

さらに、チャンバ１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。

【0047】

次に、上述の基板処理装置を用いた基板処理方法について簡単に説明する。なお、上述のように、上述の基板処理装置は成膜装置として構成されているので、基板を成膜処理する例について説明する。

【0048】

まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入する。ウエハＷ等の基板の搬入に際しては、先ず、ゲートバルブＧを開放する。そして、サセプタ２を間欠的に回転させながら、搬送アーム１０により搬送口１５を介して回転テーブル２上に載置する。

【0049】

次に、基板反り監視装置１５０が、レーザ変位計１１０を用いて所定の参照面にレーザを照射し、反射レーザを受光してその計測値を記憶部１３０に記憶する。ここで、所定の参照面は、例えば回転テーブル２の上面であってもよいし、チャンバ１内の所定位置又は所定部品の表面であってもよいし、又はチャンバ１外に存在する他の面であってもよい。なお、この点の詳細については後述する。

【0050】

次いで、ゲートバルブＧを閉じて、真空ポンプ６４０及び圧力制御器６５０によりチャンバ１内を所定の圧力にした状態で、サセプタ２を回転させながら、ヒータユニット７によりウエハＷを所定の温度に加熱する。この時、分離ガスノズル４１、４２からは、分離ガス、例えば、Ｎ_２ガスが供給される。

【0051】

続いて、第１の反応ガスノズル３１からは第１の反応ガスを供給し、第２の反応ガスノズル３２からは第２の反応ガスを供給する。また、図２及び図３には示されていないが、プラズマ改質処理を行う場合には、プラズマ処理用ガスノズルから、所定の流量でプラズマ処理用ガスを供給する。

【0052】

ここで、第１の反応ガス、第２の反応ガスは、用途に応じて種々のガスを用いてよいが、第１の処理ガスノズル３１からは原料ガス、第２の処理ガスノズル３２からは酸化ガス又は窒化ガスを供給する。また、プラズマ処理を行う場合、図示しないプラズマ処理用ガスノズルからは、第２の処理ガスノズルから供給された酸化ガス又は窒化ガスと類似した酸化ガス又は窒化ガスと、希ガスを含む混合ガスからなるプラズマ処理用ガスを供給する。

【0053】

ここでは、成膜しようとする膜がシリコン酸化膜であり、第１の反応ガスがＳｉ含有ガス、第２の処理ガスが酸素ガスからなる場合を例に挙げて説明する。

【0054】

ウエハＷの表面では、サセプタ２の回転によって第１の処理領域Ｐ１においてＳｉ含有ガスが吸着し、次いで、第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスが、酸素ガスによって酸化される。これにより、薄膜成分であるシリコン酸化膜の分子層が１層又は複数層形成されて反応生成物が形成される。また、ウエハＷが分離領域Ｄを通過した際には、Ｎ_２等の分離ガスが供給されてウエハＷがパージされる。回転テーブル２を回転させることにより、シリコン酸化膜の分子層がウエハＷの表面上に堆積し、シリコン酸化膜が成膜される。このように、成膜処理を行うためには回転テーブル２の回転が必要であるが、上述のように、ヒータユニット７により回転テーブル２は加熱されているため、回転テーブル２の回転中にウエハＷに反りが発生し、反り量が大きくなるとウエハＷが凹部２４から離脱するおそれがある。

【0055】

そこで、本実施形態に係る基板反り監視装置１５０及び基板反り監視方法では、回転テーブル２が回転して基板処理を行っているときに、ウエハＷの反り量を含むウエハＷの反りの状態を常時監視し、脱離のおそれがある場合に回転テーブル２を減速又は停止させ、基板処理中のウエハＷの凹部２４からの脱離を防止する。

【0056】

以下、かかる基板反り監視装置１５０及び基板反り監視方法の内容についてより詳細に説明する。なお、上述のように、基板反り監視装置１５０及び基板反り監視方法に用いられる変位計は、非接触式の光学的変位計であれば、種々の変位計を用いることができ、ＬＥＤ変位計、ランプ光を用いた変位計、共焦点式変位計等を用いることができるが、以下の実施形態では、説明の容易のため、レーザ光（以下、単に「レーザ」と呼ぶ。）を用いたレーザ変位計１１０を用いた例を挙げて説明する。他の変位計を用いる場合には、レーザ変位計１１０を他の変位計に置き換えて用いればよい。

【0057】

［第１の実施形態］
図６は、本発明の第１の実施形態に係る基板反り監視装置１５０の基本原理を説明するための図である。図６において、凹部２４上にウエハＷが載置され、右側のレーザ変位計１１０のレーザ照射部１１１からはレーザがウエハＷに照射され、レーザ受光部１１２においてウエハＷからの反射レーザを受光している。また、左側のレーザ変位計１１０のレーザ照射部１１１からはレーザが回転テーブル２の凹部２４が形成されていない表面に照射され、レーザ受光部１１２において回転テーブル２の表面からの反射レーザを受光している。レーザ変位計１１１は、反射レーザを受光できれば、対象物の材質に関わらず対象物との間の距離、即ち対象物の高さを計測することができる。よって、石英からなる回転テーブル２の表面高さも、シリコン等の半導体からなるウエハＷの表面高さも正確に測定することができ、その高さを検出することができる。ここで、レーザ受光部１１２は、レーザ光の受光を検出できれば、種々の受光素子を用いることができる。レーザ受光部１１２は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等から構成されていてもよい。

【0058】

なお、上述のように、回転テーブル２は、一般的には石英で構成されており、ほぼ透明であるため、ウエハＷにレーザを照射した場合よりも反射レーザの受光量は小さくなるが、受光量に関係無く高さ位置を検出することができる。よって、ウエハＷが脱離した場合には、凹部２４にはウエハＷが存在しない状態であるので、ウエハＷが存在する場合と明らかに高さの計測値が異なる。よって、この高さの計測値の相違から、ウエハＷの脱離を検出することができる。凹部２４の位置は、エンコーダ２５により把握することができるので、どの凹部２４からウエハＷが脱離したかは、容易に検出することができる。

【0059】

また、例えば、回転テーブル２の表面を参照面に設定し、ウエハＷの表面にレーザを照射したときの計測値と回転テーブル２の表面にレーザを照射したときの計測値との差分を算出すれば、ウエハＷの回転テーブル２の表面に対する高さの変位量を算出することができる。つまり、回転テーブル２の平坦面の表面を基準とし、ウエハＷの表面高さが基準面よりもどの位高いか又は低いのかを算出することができる。回転テーブル２の表面は、加工精度、設置状況等の影響により、総ての領域において完全に水平な平坦面として構成されている訳ではなく、局所的に微細な傾斜（偏芯）がある面である場合が多い。よって、ウエハＷの近傍の回転テーブル２の表面を参照面とすれば、そのような各々の凹部２４付近の局所的な傾斜（偏芯）を反映させた面を個別に参照面とすることができ、凹部２４上のウエハＷの参照面からの反り量を正確に把握することができる。特に、各々の凹部２４の近傍の回転テーブル２の表面を参照面とし、凹部２４毎に個別の参照面を設定すれば、非常に正確にウエハＷの反り量を把握することができる。

【0060】

但し、凹部２４近傍の回転テーブル２の表面を参照面とすることは必須ではなく、チャンバ１内外の種々の面を参照面とすることができる。例えば、ウエハＷ面内の別の点や、１回転前の同一点を参照面としてもよい。

【0061】

図７は、レーザ変位計１１０を複数配置した例を示した図である。図７（ａ）は、３個のレーザ変位計１１０を配置した例を示した図である。図７（ａ）に破線で示すように、レーザ変位計１１０は、回転テーブル２の半径方向における所定位置（１点）についてしか表面プロファイルを測定することができない。よって、ウエハＷの全体的な表面プロファイルを把握するためには、回転テーブル２の中心からの距離が異なり、ウエハＷが通過する複数の位置にレーザを照射可能な構成とすることが好ましい。

【0062】

図７（ａ）においては、ウエハＷの中心が通過する位置、回転テーブル２の中心付近のウエハＷの内側端部が通過する位置、回転テーブル２の周縁部付近のウエハＷの外側端部が通過する位置に設けた例が示されている。レーザ変位計１１０の個数及び配置位置は、用途に応じて種々変更することができるが、３個のレーザ変位計１１０を用いる場合には、図７（ａ）に示されるように、ウエハＷの中心、内側、外側の表面プロファイルを計測可能な位置に各々を配置することが好ましい。例えば、５個のレーザ変位計１１０を用いる場合には、中心と内側のレーザ変位計１１０同士の間の位置と、中心と外側のレーザ変位計１１０同士の間の位置に更にレーザ変位計１１０を設けてもよい。このように、レーザ変位計１１０の個数及び配置位置は、用途に応じて種々の構成とすることができる。

【0063】

図７（ｂ）は、図７（ａ）の半径方向に沿った面におけるレーザ変位計１１０の側面図である。図７（ｂ）に示されるように、半径方向においてウエハＷの中心、内側、外側と異なる箇所にレーザ変位計１１０を設け、各々上方からウエハＷにレーザを照射している。このような構成とすることにより、ウエハＷの中心は反り上がっておらず、中心側と外側の両端のみが反り上がっている場合でも、中心側と外側に設けられたレーザ変位計１１０により両端の反りを監視することができる。

【0064】

図７（ｃ）は、ウエハＷの監視が可能な範囲を説明するための図である。レーザ変位計１１０は、回転テーブル２及びウエハＷの上方からレーザを照射し、レーザ変位計１１０と照射対象物との間の距離を計測できるため、ウエハＷが凹部２４内には収まっているが反りは発生している状態、つまり凹部２４内の反り状態も監視することができる。側面からレーザを照射する構成であると、ウエハＷの反り量が凹部２４の深さ以上であり、ウエハＷの一部が回転テーブル２の表面よりも高くなった状態にならないと監視できない場合もあり得るが、本実施形態に係る基板反り監視装置１５０では、ウエハＷの上面からレーザを照射し、表面プロファイルを計測するので、ウエハＷが凹部２４内で反っている状態も監視することができる。

【0065】

図８は、本実施形態に係る基板反り監視装置１５０及び基板反り監視方法の一例における参照面の計測について説明するための図である。図８において、３個のレーザ変位計１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃがそれぞれ回転テーブル２の中心側、中間、外側に設けられた例が示されている。複数のレーザ変位計１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、このように回転テーブル２の半径方向に沿って１列に配置してもよい。

【0066】

図８において、参照面を回転テーブル２の表面に設定したと仮定すると、図８の状態で各々のレーザ変位計１１０ａ〜１１０ｃが回転テーブル２の上面にレーザを照射し、反射レーザを受光して計測値を取得する。これにより、３個のレーザ変位計１１０ａ〜１１０ｃが各々参照値を取得する。このような参照値の計測は、上述のように、ウエハＷを複数の凹部２４上に載置してから行うようにしてもよい。

【0067】

図９は、回転テーブル２の回転により、ウエハＷが３個のレーザ変位計１１０ａ〜１１０ｃの真下に移動し、３個のレーザ変位計１１０ａ〜１１０ｃがウエハＷの表面にレーザを照射可能となった状態を示した図である。この状態において、レーザ変位計１１０ａ〜１１０ｃは、ウエハＷの表面にレーザを照射することができ、ウエハＷの表面プロファイルを計測することができる。なお、図９の破線に示されるように、３個のレーザ変位計１１０ａ〜１１０ｃがウエハＷにレーザを照射できる長さは、各位置により異なる。つまり、レーザ変位計１１０ｂは、ウエハＷの表面の中心を通過する最も長い軌跡（距離）においてウエハＷの表面プロファイルを取得することが可能である。また、内側のレーザ変位計１１０ａは、距離的には最も短い距離だけウエハＷの表面プロファイルを計測し、外側のレーザ変位計１１０ｃは、内側のレーザ変位計１１０ａよりは長く、中間のレーザ変位計１１０ｂよりは短い距離の表面プロファイルを計測する。

【0068】

図１０は、図８及び図９で示した３個のレーザ変位計１１０ａ〜１１０ｃを用いて計測したウエハＷの表面プロファイルの例を示した図である。図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）が各々レーザ変位計１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが計測した表面プロファイルに対応している。

【0069】

なお、図１０においては、参照面を回転テーブル２の表面とし、回転テーブル２の表面からの反射レーザの計測値は検出範囲外となるように設定されている。つまり、既に参照面の計測値が考慮された状態の計測値が示されている。よって、図１０（ａ）〜（ｃ）において、プラスの計測値が示されている箇所はウエハＷの表面プロファイルを計測した領域であることを示し、計測値がゼロの箇所は回転テーブル２にレーザが照射されていた領域を示している。

【0070】

また、図１０（ａ）〜（ｃ）において、横軸が回転角度、縦軸が計測値となっているが、回転角度は、図１０（ａ）に示される計測距離の短い内側のレーザ変位計１００ａの計測結果よりも、図１０（ｃ）に示される計測距離の長い外側のレーザ変位計１００ｃの方の計測結果の方が小さくなっている。これは、計測のサンプリング周期が回転角度に同期しており、ウエハＷの外側の方が内側よりも計測範囲となる回転角度が小さいためである。但し、ウエハＷの反りの監視において、ウエハＷの外側の位置における回転角度が小さいことは特に問題とはならず、取得データ量としては十分であり、ウエハＷの反りの監視は十分可能である。

【0071】

なお、回転テーブル２の回転速度が高くなった場合であっても、サンプリング周期の変更によりモニタの点数を任意に変更可能であるため、十分に対応可能である。

【0072】

図１１は、周方向においてウエハＷに反りが生じている場合の表面プロファイルの計測値を説明するための図である。図１１の最も左側の計測値の波形は、ウエハＷに周方向に沿った反りが発生した場合のレーザ変位計１１０ｂにおける計測値を示した図である。レーザ変位計１１０ｂの計測値はウエハＷの中間位置における表面プロファイルを示しているので、図１１に示されるように、反った波形が計測された場合には、ウエハＷの表面にも反りが発生している。図１１の例では、回転テーブル２の周方向に沿ったウエハＷの両端部が反り上がった状態となっている。

【0073】

また、図１１において、凹部２４の底面を示す計測値と、凹部２４の上面（回転テーブル２の平坦面）の高さを示す計測値が各々破線Ｂ、Ｔで示されている。図１１の例においては、最も左側の計測値は、凹部２４の上面よりも高くなっているので、ウエハＷに大きな反りが発生している状態を意味する。このような計測値の波形が検出された場合には、回転テーブル２を速やかに減速又は停止させることが好ましい。

【0074】

なお、他の計測値は、総て凹部２４の上面Ｔよりも低くなっているので、ウエハＷに大きな反りは発生していない状態と言える。このような波形の場合には、そのまま回転テーブル２の回転を継続し、基板処理を継続すればよい。

【0075】

図１２は、参照値を用いてウエハＷの反り量を算出する工程について説明するための図である。図１２において、ウエハＡ〜Ｅの表面プロファイルの計測値が示されているが、ウエハＡ〜Ｅは、計測値の絶対値としては、バラツキがある計測値となっている。しかしながら、参照値として、参照値Ａ〜Ｅが各々設定されており、参照値Ａ〜Ｅは総て異なる計測値が設定されている。上述のように、回転テーブル２の表面を参照値に設定した場合、回転テーブル２の回転により、ウエハＷにレーザを照射する前に必ず隣接する凹部２４間の回転テーブル２の上面にもレーザが照射されるため、そのタイミングで参照面を随時更新することができ、回転テーブル２の偏芯等を補正しつつウエハＷの反りを監視することができる。回転テーブル２が石英で構成されている場合には、図６で説明したように、レーザは透過し、計測値は非常に小さい値となる。

【0076】

図１２に示されるように、参照値Ａ〜Ｅは、ウエハＡ〜Ｅ毎に異なる高さの計測値となっている。このような場合であっても、ウエハＡ〜Ｅの計測値と参照値Ａ〜Ｅの差分を各々算出すれば、正確なウエハＡ〜Ｅの各反り量を算出することができる。図１２において、ウエハＡ〜Ｅの計測値の絶対値はバラツキがあるが、参照値Ａ〜ＥもウエハＡ〜Ｅと類似したバラツキ傾向があるため、ウエハＡ〜Ｅの計測値と参照値Ａ〜Ｅとの差分を算出すれば、全体的に揃った計測値を有する反り量を算出することができる。

【0077】

このように、本実施形態に係る基板反り監視装置１５０及び基板反り監視方法においては、ウエハＷの表面プロファイルをリアルタイムに計測するとともに、反り量の算出に必要な参照値もリアルタイムに更新できるため、回転テーブル２の偏芯や局所的な傾きの相違等も反映させて正確な反り量の算出を行うことができる。ここで、算出される反り量は、必ずしも反り量の正確な値でなくてよく、回転テーブル２の減速又は停止の必要性を判断することが可能な、参照値を基準とする相対的な計測値であれば十分である。

【0078】

なお、ウエハＷの表面プロファイルはリアルタイムに計測する必要があるが、反り量の算出に用いる参照値は、必ずしもリアルタイムに計測しなくてもよい。例えば、回転テーブル２を回転させる前に、回転テーブル２等の参照面にレーザを照射して予め参照値を取得して記憶部１３０に記憶させておき、記憶した参照値を用いてウエハＷの反り量の算出をリアルタイムに行うようにしてもよい。回転テーブル２の偏芯は経時変化する訳ではないので、各凹部２４に対応した凹部２４付近の回転テーブル２４の高さを計測しておけば、その高さ自体は時間の経過とともに大きく変化するものではないからである。回転テーブル２の表面ではなく、ウエハＷの面内の所定位置を参照面にする場合も、最初にウエハＷが反っていない状態で各凹部２４に載置されたウエハＷの高さを計測して記憶部１３０に記憶しておけば、回転テーブル２の表面を参照面とする場合と同様にしてウエハＷの反り量を算出することができる。

【0079】

即ち、回転テーブル２の偏芯等を考慮して参照面の高さ位置を一度取得しておけば、その後はウエハＷの高さをリアルタイムに取得することにより、正確なウエハＷの反り量をリアルタイムで取得することができる。このような、各凹部２４の高さの相違を考慮して参照面を設定することができれば、参照面は、回転テーブル２やウエハＷの表面以外とすることも可能である。

【0080】

また、逆に、参照面の高さを示す参照値をリアルタイムに更新するには、所定の参照面の高さをリアルタイムに計測するとともに、記憶部１３０に記憶されている参照値をリアルタイムに更新すればよい。

【0081】

このように、本実施形態に係る基板反り監視装置１５０及び基板反り監視方法においては、用途に応じて柔軟に参照面を設定し、ウエハＷの反り量をリアルタイムに計測することができる。

【0082】

また、本実施形態に係る基板反り監視装置１５０及び基板反り監視方法においては、常に最新のデータを用いてウエハＷの反り量を監視することができる。よって、ウエハＷの表面プロファイル及び反り量の変化を経時的に監視してデータを蓄積することができ、ウエハＷの表面プロファイル及び反り量の変化のトレンドから、ウエハＷの反り量が所定の許容値（閾値）を超えるタイミングを予測することができる。

【0083】

また、上述のように、参照面は、用途に応じて種々の面を設定することができ、回転テーブル２の表面に限られないため、種々の基板処理装置に本実施形態に係る基板反り監視装置１５０及び基板反り監視方法を適用することができる。

【0084】

図１３は、３個のレーザ変位計を用いた場合のより詳細な表面プロファイルの計測値の実測例を示した図である。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図８及び図９におけるレーザ変位計１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの計測値にそれぞれ相当する。これらの実測値は、ヒータユニット７の温度を６２０℃、チャンバ１内の圧力を８．０Ｔｏｒｒ、回転テーブル２の回転速度を１８０ｒｐｍに設定して測定した値であり、高温、高圧、高速回転のプロセス条件である。

【0085】

図１３において、横軸が回転角度、縦軸が計測値を示しているが、検出する回転角度については、図１０で説明した通り、ウエハＷの表面プロファイルの回転角度については、中間のレーザ変位計１００ｂの回転角度が最も大きく、内側のレーザ変位計１００ａの回転角度が次に大きく、外側のレーザ変位計１００ｃの回転角度が最も小さくなっている。

【0086】

このうち、図１３（ｂ）及び図１３（ａ）の計測結果についてより詳細に説明する。

【0087】

図１４は、図１３（ｂ）の計測結果の拡大図である。図１４においては、５個の凹部２４に第１〜第５の番号を付し、その傾向について説明する。図１４に示される通り、第１〜第５の凹部２４の計測値において、第１〜３の凹部２４の計測値が高く、第４、５の凹部２４の計測値が低い計測値を示している。これは、回転テーブル２の傾き（偏芯）が影響しているためだと考えられる。図１４に示されるように、最も低い第５の凹部２４の計測値と最も高い第１の凹部２４の計測値は３目盛近くの計測値の差となっている。このような場合、回転テーブル２の偏芯量に合せてウエハＷの表面プロファイルを計測するようにすれば、全体が揃った値で、正確に反り量を算出することができる。例えば、計測値の高い第１〜３の凹部２４には各々に応じた高い参照値を設定し、計測値の低い第４、５の凹部２４には各々に応じた低い参照値を設定し、それらの差分を各々算出するようにすれば、相対的な値ではあるが、各々正確な反り量を算出することができる。

【0088】

例えば、回転テーブル２の表面の計測値をカットして計測値として反映させない設定としている場合には、そのような参照値を新たに設定してもよい。その場合であっても、回転テーブル２の表面の計測値の局所的な相違を参照値に反映させるようにすれば、回転テーブル２の表面を参照面としつつ、より効果的な参照値を第１〜５の凹部２４に各々設定することができる。

【0089】

図１５は、図１３（ａ）の計測結果の拡大図である。図１５においては、５個の凹部２４に第１〜第５の番号を付し、計測値のノイズをカットする方法について説明する。

【0090】

図１５において、第１〜５の凹部２４のレーザ変位計１００ａによる計測値が示されており、第５の凹部２４ではウエハＷの反りが検出されている。一方、第４の凹部２４では、計測値自体は低いが、測定開始時においてノイズが発生しており、第１の凹部２４の計測値に近い大きさを有する瞬間的な計測値が観測されている。第４の凹部２４におけるノイズは、ウエハＷのエッジにレーザを照射した場合に発生するノイズである。

【0091】

図１６は、表面プロファイル計測におけるノイズの発生原因を説明するための図である。図１６（ａ）に示されるように、ウエハＷのエッジ部にレーザ変位計１００ａからレーザが照射された場合にノイズが発生する。

【0092】

図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のエッジ部の拡大図である。図１６（ｂ）に示される通り、ウエハＷのエッジにはベベル部Ｗｂが形成されており、丸みを帯びた表面形状を有するため、ベベル部Ｗｂに照射されたレーザは乱反射し、実際の高さとは異なる位置に対応するＣＭＯＳの画素に反射レーザが受光され、実際の高さよりも高い位置に対応する反射レーザが検出される場合もある。原則として、総てのウエハＷのエッジ部にベベル部Ｗｂが形成されているので、このようなノイズが発生した場合、ウエハＷの反り量の正確な算出を妨げるおそれがある。

【0093】

図１７は、図１５及び図１６で説明したノイズを除去するための方法の一例を示した図である。図１７において、横軸が回転角度、縦軸が計測値の有無を示している。図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図８及び図９に示したレーザ変位計１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの計測値にそれぞれ対応する。

【0094】

図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、ウエハＷの表面プロファイルを計測する際、ウエハＷのエッジ部に相当する計測値は、マスクをかけて記録しないようにする。つまり、ウエハＷのエッジ部に相当する計測値は破棄し、表面プロファイルの計測値データとして用いないようにする。このような処理は、演算部１２０において行えばよく、記録として採用せず除外するだけなので、容易に行うことができる。よって、記録される表面プロファイルのデータは、ノイズが除去された信頼性の高いデータのみとなるので、ウエハＷの表面プロファイルを適切に把握及び記録することが可能となる。

【0095】

図１８は、本発明の第１の実施形態に係る基板反り監視方法の処理フローを説明するための図である。なお、今までに説明した構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。また、３個のレーザ変位計１００ａ〜１００ｃを用いた場合を例に挙げて説明する。

【0096】

ステップＳ１００では、レーザ変位計１００ａ〜１００ｃの初期化が行われる。必要に応じて、キャリブレーション等を行う。

【0097】

ステップＳ１１０では、回転テーブル２の上面が参照面として選択され、回転テーブル２の表面にレーザを照射し、計測値が取得される。具体的には、図８で示した状態とされ、隣接する凹部２４同士の間の回転テーブル２の表面にレーザが照射され、計測が行われる。なお、取得した計測値は、参照値として記憶部１３０に記憶される。

【0098】

ステップＳ１２０では、回転テーブル２を間欠的に低速回転させ、各凹部２４において、ウエハＷの反りが収まったか否かの検出が行われる。チャンバ１内は高温であるため、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、凹部２４上に載置すると、ウエハＷに反りが生じる場合が多い。その、最初の段階における反りの検出をステップＳ１２０において行う。各ウエハＷの反りが収まり、回転テーブル２を回転させてもよい状態となったら、ステップＳ１２０を終了する。

【0099】

なお、ステップＳ１１０、Ｓ１２０のいずれか又はそれらの前後において、チャンバ１の真空排気、ヒータユニット７の加熱、分離ガスの供給、反応ガスの供給等、基板処理に必要な準備も基板処理の内容に応じて行われる。

【0100】

ステップＳ１３０では、回転テーブル２の回転を開始し、ウエハＷの反りの常時監視を行う。具体的には、レーザ変位計１１０ａ〜１１０ｃにより各位置におけるウエハＷの表面プロファイルの計測が継続的に行われる。その際、ステップＳ１１０で取得した参照面の計測値を参照値として用い、反り量の算出を必要に応じて行う。また、必要に応じて、ウエハＷのエッジ部ではマスクをかけて表面プロファイルデータから削除する。

【0101】

ステップＳ１４０では、算出した反り量が所定の閾値を超えていないかを判定する。このような判定は、演算部１２０で行う。なお、閾値は、反り量が閾値を超えると脱離の可能性が出てくるというレベルに設定し、脱離はまだ発生しないレベルに設定する。これにより、脱離の発生予防が可能となる。また、このような判定は、複数のウエハＷの総てについて行う。複数のウエハＷのうち、１枚でも閾値を超えたら、反り量が閾値を超えたと判定する。そして、算出した反り量が閾値を超えている場合には、ステップＳ１６０に進む。なお、反り量が閾値を超えているウエハＷは、エンコーダ２５により特定される。

【0102】

ステップＳ１６０では、回転テーブル２の回転の減速又は停止が行われる。反り量が所定の閾値を超えている場合には、ウエハＷが凹部２４から脱離する可能性が出てくるので、回転テーブル２の回転を減速させるか、停止させる。減速とするか停止とするかは、ステップＳ１４０において閾値を２段階に設定してもよいし、他の要素との総合判断により決めてもよい。

【0103】

ステップＳ１６０を実行したら、処理フローを終了する。その後は、ウエハＷをチャンバ１から搬出し、他のロットの処理を継続する、原因を突き止める等の次の処理が行われる。

【0104】

ステップＳ１４０で、算出したウエハＷの反り量が閾値を超えていない場合には、ステップＳ１５０に進む。

【0105】

ステップＳ１５０では、ウエハＷの脱離が検出されたか否かを判定する。ウエハＷの脱離は、ウエハＷが凹部２４上に存在せず、回転テーブル２が露出しているか否かに基づいて行われる。回転テーブル２が石英の場合には、凹部２４上のレーザの計測値が極めて小さい値となっている時に該当する。このような判断は、演算部１２０が行う。ステップＳ１５０において、凹部２４からのウエハＷの脱離が検出された場合には、ステップＳ１７０に進む。

【0106】

ステップＳ１７０では、回転テーブル２の回転が停止される。脱離の場合は、回転テーブル２の減速ではなく、速やかに回転テーブル２を停止させ、チャンバ１の内部及びウエハＷの損傷を最小限に留めるようにする。

【0107】

ステップＳ１７０を実行したら、本処理フローは終了し、チャンバ１及びウエハＷの損傷を確認する等の必要な措置が施される。

【0108】

ステップＳ１５０において、ウエハＷの脱離が検出されなかった場合には、ステップＳ１３０に戻り、常時監視が継続される。その後も、ステップＳ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０の処理フローが継続的に繰り返される。

【0109】

なお、ステップＳ１３０〜Ｓ１５０は、基板処理を行いながら、基板処理と並行して行われる。ステップＳ１６０、Ｓ１７０の回転テーブル２の減速、停止は、基板処理の終了を意味する。

【0110】

このように、本実施形態に係る基板反り監視方法によれば、ウエハＷの脱離の可能性が高まった段階で対処ができるので、ウエハＷの脱離の発生を効果的に防止することができる。

【0111】

図１９は、第１の実施形態に係る基板反り監視装置のレーザ変位計１１０、１１０ａ〜１１０ｃの向きを説明するための図である。図１９に示されるように、第１の実施形態においては、レーザ変位計１１０、１１０ａ〜１１０ｃのレーザヘッドの取り付け角度は、回転テーブル２の外側から内側へ投受光となるように設置している。これにより、ノイズの影響を防ぎ、ウエハＷの端部まで表面プロファイルの計測が可能となる。

【0112】

［第２の実施形態］
図２０は、第２の実施形態に係る基板反り監視装置の一例を示した図である。第２の実施形態に係る基板反り監視装置１５１では、レーザ変位計１１０ｄを、回転テーブル２の回転方向から±１０°の範囲となるように、回転方向に沿って配置する。これにより、ウエハＷのベベル部Ｗｂの乱反射の受光を抑制し、安定的な反射レーザの受光が可能となる。

【0113】

他の構成要素及び基板反り監視方法については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

【0114】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0115】

１ チャンバ
２ 回転テーブル
４ 凸状部
５ 突出部
７ ヒータユニット
１０ 搬送アーム
１１ 天板
１２ 容器本体
１５ 搬送口
１６ 窓
２１ コア部
２４ 凹部（基板載置部）
２５ エンコーダ
３１，３２ 反応ガスノズル
４１，４２ 分離ガスノズル
４３ 溝部
４４ （低い）天井面
４５ （高い）天井面
１００ 制御部
１１０、１１０ａ〜１１０ｄ レーザ変位計
１２０ 演算部
１３０ 記憶部
Ｃ 中心領域
Ｄ 分離領域
Ｅ１，Ｅ２ 排気領域
Ｓ 内部空間
Ｗ ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】