特開 2024-131495 基板処理システム、監視システムおよび基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024131495

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】基板処理システム、監視システムおよび基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/27 20060101AFI20240920BHJP

   H01L 21/306 20060101ALI20240920BHJP

   G01N 21/3577 20140101ALI20240920BHJP

   G01B 11/06 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

G01N21/27 B

H01L21/306 R

G01N21/3577

G01B11/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023041786

(22)【出願日】2023-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000001096

【氏名又は名称】倉敷紡績株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100167988

【弁理士】

【氏名又は名称】河原 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】塩見 元信

(72)【発明者】

【氏名】宗徳 皓太

【テーマコード（参考）】

2F065

2G059

5F043

【Ｆターム（参考）】

2F065AA30

2F065BB15

2F065CC17

2F065GG21

2F065LL67

2F065MM04

2G059AA01

2G059AA03

2G059BB08

2G059BB16

2G059DD12

2G059EE02

2G059EE12

2G059FF04

2G059JJ01

5F043DD13

5F043DD25

5F043EE07

5F043EE08

(57)【要約】

【課題】基板処理の制御に必要なデータが変更、追加された場合でも、より簡単にプログラムを修正可能な基板処理システムを提供する。
【解決手段】基板処理装置１０、監視装置２０およびファイルサーバ６０を備え、前記監視装置は、基板に向かって光を照射する投光部２２と、処理液中を通過した光を受光する受光部２２と、前記受光部が受光した光を複数の波長に分光して光強度を測定する測光部２３と、分光スペクトルを生成し、基板処理の状況を反映した処理情報を算出し、該処理情報を前記ファイルサーバ６０に送信する制御演算部２４とを有し、前記基板処理装置が、前記処理情報のうち前記基板処理の制御に必要な制御用情報を、前記ファイルサーバからネットワーク６１を介して読み込み、前記制御用情報に基づいて、現に実行中である前記基板処理を制御可能である基板処理システム１。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板処理装置、監視装置およびファイルサーバを備え、
前記基板処理装置は、回転する基板上に処理液を供給して基板処理を行う枚葉式の処理装置であり、
前記監視装置は、
前記基板上に前記処理液がある状態で、前記基板に向かって光を照射する投光部と、
前記処理液中を通過した光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した光を複数の波長に分光し、前記複数の波長の光強度を測定する測光部と、
前記測光部が測定した前記複数の波長の光強度から分光スペクトルを生成し、前記分光スペクトルに基づいて前記基板処理の状況を反映した処理情報を算出し、該処理情報を前記ファイルサーバに送信する制御演算部とを有し、
前記ファイルサーバは、
ネットワークを介して前記基板処理装置と接続され、
前記監視装置から受信した前記処理情報を、ネットワークを介して読取可能な状態で保持し、
前記基板処理装置が、前記処理情報のうち前記基板処理の制御に必要な制御用情報を、前記ファイルサーバから前記ネットワークを介して読み込み、前記制御用情報に基づいて、現に実行中である前記基板処理を制御可能であることを特徴とする、
基板処理システム。

【請求項2】

回転する基板上に処理液を供給して基板処理を行う枚葉式の基板処理装置と接続して用いられる監視システムであって、
監視装置およびファイルサーバを備え、
前記監視装置は、
前記基板上に前記処理液がある状態で、前記基板に向かって光を照射する投光部と、
前記処理液中を通過した光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した光を複数の波長に分光し、前記複数の波長の光強度を測定する測光部と、
前記測光部が測定した前記複数の波長の光強度から分光スペクトルを生成し、前記分光スペクトルに基づいて前記基板処理の状況を反映した処理情報を算出し、該処理情報を前記ファイルサーバに送信する制御演算部とを有し、
前記ファイルサーバは、
ネットワークを介して前記基板処理装置と接続され、
前記監視装置から受信した前記処理情報を、前記基板処理装置が、前記基板処理を実行中に、前記ネットワークを介して読み込み可能な状態で保持する、
監視システム。

【請求項3】

前記測光部が、前記受光部が受光した光を前記複数の波長に同時に分光し、前記複数の波長の光強度を同時に測定する、
請求項２に記載の監視システム。

【請求項4】

前記処理情報が少なくとも、前記処理液中の特定成分の濃度に関する情報、または前記処理液の液膜の厚さに関する情報を含む、
請求項２に記載の監視システム。

【請求項5】

回転する基板上に処理液を供給して処理する基板処理工程と、
前記基板上に前記処理液がある状態で、前記基板に向かって光を照射し、前記処理液中を通過した光を受光して複数の波長に分光し、前記複数の波長の光強度を測定し、測定した前記複数の波長の光強度から分光スペクトルを生成する工程と、
前記分光スペクトルに基づいて前記基板処理工程の状況を反映した処理情報を算出する工程と、
前記処理情報をファイルサーバに記録する工程と、
前記基板処理工程の実行中に、前記処理情報のうち前記基板処理工程の制御に必要な制御用情報を、ネットワークを介して前記ファイルサーバから読み取る工程と、
前記制御用情報に基づいて、前記基板処理工程を制御する工程と、
を有する基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェハ等の基板上に処理液を供給して枚葉式で処理する基板処理システム、およびその基板処理方法に関する。また、本発明は、かかる基板処理において、分光スペクトルに基づいて処理状況に関する情報を取得する監視システムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体工業における枚葉式プロセスでは、半導体ウェハを水平等に保持して回転させながら、その表面に処理液を供給することにより、エッチングや洗浄などの工程が実施される。

【0003】

特許文献１には、回転する基板上に処理液を供給しながら、基板上面に形成された処理液の液膜に赤外線を照射して反射光を受光し、所定波長における吸光度から処理液膜に含まれる１以上の成分の存在量を測定して、その変化を監視する装置および方法が記載されている。これにより、例えば、処理液をリンス処理のための純水から乾燥処理のための２－プロパノール（ＩＰＡ）に切り替えた後に、ＩＰＡ中に残存するＨ_２Ｏの存在量を監視することができる。

【0004】

特許文献２には、回転するウェハ上に薬液、純水、ＩＰＡ液を順次供給して行われる基板処理において、純水を除去するためにＩＰＡ液が供給されると、発光部から、可視光線から赤外線にわたる波長領域の光をウェハ上のＩＰＡ液に照射し、ＩＰＡ液中を通過した光を受光部へと導き、受光部からの電気信号に基づいて液中の水分濃度を測定する装置および方法が記載されている。これにより、ＩＰＡ液の供給が終了されるべきであるか否かが判定できるとされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－０７０６６９号公報

【特許文献2】特開２００９－２１８４０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来、基板処理装置と各種測定装置等の周辺装置との間では、予め定められた手順に従って、データの受け渡しが直接行われている。例えば、測定装置が所定のデータ形式、タイミングで測定結果を出力し、上位にある基板処理装置側のシーケンサ等がそれを直接受信する。

【0007】

上記特許文献１および２に記載された装置では、処理液中の成分濃度を測定して、基板処理の制御に利用している。これに対して、近年、分光スペクトルを利用する測定装置や監視装置では、一種類のデータだけでなく、分光スペクトルに含まれる多くの情報から多種多様なデータを取得することが可能となっている。また、基板処理装置も、より多くのデータに基づいて、より高度に基板処理を制御することが可能となっている。

【0008】

しかし、取得可能なデータが多岐に亘ることや、基板処理に用いるデータは変更、追加される場合があることから、測定装置等と基板処理装置のデータの受け渡しの手順を予め定めておくことは容易ではない。また、操業結果の解析等に基づいて、基板処理の制御に必要となるデータが事後に変更、追加された場合に、測定装置等と基板処理装置との間のデータ送受信に関するプログラムを修正することは面倒な作業であった。

【0009】

本発明は上記を考慮してなされたものであり、分光スペクトルを利用することで多種多様なデータを取得可能であり、かつ、基板処理の制御に必要なデータが変更、追加された場合でも、より簡単にプログラムを修正可能な基板処理システムおよび方法を提供することを目的とする。また、かかる基板処理システムおよび方法に用いる監視システム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】

【0010】

上記課題に対して、本発明は、監視装置が取得した情報を基板処理装置に直接送信するのではなく、ファイルサーバを介して伝達する。

【0011】

具体的には、本発明の基板処理システムは、基板処理装置、監視装置およびファイルサーバを備える。前記基板処理装置は、回転する基板上に処理液を供給して基板処理を行う枚葉式の処理装置である。前記監視装置は、前記基板上に前記処理液がある状態で、前記基板に向かって光を照射する投光部と、前記処理液中を通過した光を受光する受光部と、前記受光部が受光した光を複数の波長に分光し、前記複数の波長の光強度を測定する測光部と、前記測光部が測定した前記複数の波長の光強度から分光スペクトルを生成し、前記分光スペクトルに基づいて前記基板処理の状況を反映した処理情報を算出し、該処理情報を前記ファイルサーバに送信する制御演算部とを有する。前記ファイルサーバは、ネットワークを介して前記基板処理装置と接続され、前記監視装置から受信した前記処理情報を、前記ネットワークを介して読取可能な状態で保持する。そして、前記基板処理装置が、前記処理情報のうち前記基板処理の制御に必要な制御用情報を、前記ファイルサーバから前記ネットワークを介して読み込み、前記制御用情報に基づいて、現に実行中である前記基板処理を制御可能であることを特徴とする。

【0012】

本発明の監視システムは、回転する基板上に処理液を供給して基板処理を行う枚葉式の基板処理装置と接続して用いられる監視システムであって、監視装置およびファイルサーバを備える。前記監視装置は、前記基板上に前記処理液がある状態で、前記基板に向かって光を照射する投光部と、前記処理液中を通過した光を受光する受光部と、前記受光部が受光した光を複数の波長に分光し、前記複数の波長の光強度を測定する測光部と、前記測光部が測定した前記複数の波長の光強度から分光スペクトルを生成し、前記分光スペクトルに基づいて前記基板処理の状況を反映した処理情報を算出し、該処理情報を前記ファイルサーバに送信する制御演算部とを有する。前記ファイルサーバは、ネットワークを介して前記基板処理装置と接続され、前記監視装置から受信した前記処理情報を、前記基板処理装置が、前記基板処理を実行中に、前記ネットワークを介して読み込み可能な状態で保持する。

【0013】

好ましくは、上記監視システムにおいて、前記測光部が、前記受光部が受光した光を前記複数の波長に同時に分光し、前記複数の波長の光強度を同時に測定する。ここで、複数の波長に同時に分光するとは、分光された各波長の光が、時間的にずれることなく、同時刻に受光した光の一部であることをいう。また、複数の波長の光強度を同時に測定するとは、各波長の光強度が、時間的にずれることなく、同時刻の光強度であることをいう。

【0014】

好ましくは、上記いずれかの監視システムにおいて、前記処理情報が少なくとも、前記処理液中の特定成分の濃度に関する情報、または前記処理液の液膜の厚さに関する情報を含む。

【0015】

本発明の基板処理方法は、基板処理装置が回転する基板上に処理液を供給して処理する基板処理工程と、監視装置が前記基板上に前記処理液がある状態で、前記基板に向かって光を照射し、前記処理液中を通過した光を受光して複数の波長に分光し、前記複数の波長の光強度を測定し、測定した前記複数の波長の光強度から分光スペクトルを生成する工程と、前記監視装置が前記分光スペクトルに基づいて前記基板処理工程の状況を反映した処理情報を算出する工程と、前記監視装置が前記処理情報をファイルサーバに記録する工程と、前記基板処理装置が、前記基板処理工程の実行中に、前記処理情報のうち前記基板処理工程の制御に必要な制御用情報を、ネットワークを介して前記ファイルサーバから読み取る工程と、前記基板処理装置が、前記制御用情報に基づいて、前記基板処理工程を制御する工程とを有する。

【発明の効果】

【0016】

本発明の基板処理システム、監視システム、または基板処理方法によれば、処理液中を通過した光の分光スペクトルを取得することによって、処理液膜や基板表面の状態に関する種々の情報を取得して、基板処理の状況を把握することができる。また、本発明では、監視装置から基板処理装置へ直接データを渡すのではなく、監視装置は、制御に利用されるか否かとは関係なく種々の情報をファイルサーバに送信し、基板処理装置は、監視装置による計測のタイミングとは独立に、必要なときに必要な情報をファイルサーバから読み込んで基板処理を制御する。これにより、基板処理に用いる情報を変更、追加する場合にも、基板処理装置および監視装置のプログラムの修正を最小限で済ませられる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施形態の基板処理システムおよび監視システムの構成を示す図である。

【図2】投光部と受光部を兼ねるプローブの構造を示す図である。

【図3】測光部の構造を示す図である。

【図4】測光部の他の構造を示す図である。Ａ：図４ＢのＡＡ断面図、Ｂ：図４ＡのＢＢ断面図である。

【図5】一実施形態の基板処理方法のフローを示す図である。

【図6】処理液の波打ちによる光強度への影響を説明するための図である。

【図7】処理液の波打ちによる光強度への影響を説明するための図である。

【図8】処理液の波打ちによる光強度への影響を説明するための図である。

【図9】処理液中のＩＰＡ濃度の測定結果の例である。

【図10】シリコンウェハ表面のパターンに違いによる分光スペクトルの違いを示す測定結果の例である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の一実施形態を、半導体ウェハの処理を例に説明する。

【0019】

図１を参照して、本実施形態の基板処理システム１は、基板処理装置１０、監視装置２０およびファイルサーバ６０を備える。このうち、監視装置２０とファイルサーバ６０が本実施形態の監視システム２を構成する。基板処理装置１０は、基板処理室１１と基板処理制御部１５を有する。基板処理制御部１５、監視装置２０およびファイルサーバ６０は、互いに接続されている。

【0020】

基板処理装置１０の基板処理室１１には、ウェハＷを水平または所望の角度に保持して回転させる回転テーブル１２と、ウェハ上に処理液Ｓを供給するノズル１３を有する。ノズル１３は、処理液の種類毎に複数設けられ、それぞれ配管１４によって図示しない処理液供給源に接続される。ノズル１３は、ウェハの中心から外縁にかけて半径方向に移動可能である。ウェハＷを回転させながらその上面に処理液Ｓを供給すると、処理液は遠心力によってウェハの外縁に向かって移動し、移動量と供給量が釣り合う膜厚の処理液膜Ｆを形成する。処理液の供給が停止すると、処理液はウェハ外縁から排出され、処理液膜は膜厚を減じて、やがて消滅する。

【0021】

基板処理の内容と用いられる処理液Ｓの種類は特に限定されない。基板処理としては、洗浄処理、エッチング処理、乾燥処理などが挙げられる。処理液としては、各種洗浄処理に用いられるアンモニア過酸化水素水混合液、硫酸過酸化水素水混合液、塩酸過酸化水素水混合液、希フッ酸やオゾン水、各種エッチング処理に用いられるフッ酸、硝酸、酢酸、リン酸およびそれらを混合した混酸、リンス処理に用いられる純水、乾燥処理に用いられるＩＰＡなどが挙げられる。

【0022】

基板処理制御部１５は、各種基板処理において、回転テーブル１２へのウェハＷのチャック、回転の開始・停止および速度の調整、処理液供給の開始・停止および供給量の調整を初め、基板処理の全体を制御する。また、基板処理制御部は、監視装置２０に基板処理の開始および終了を通知するとともに、基板処理実行中にファイルサーバ６０から基板処理の制御に必要な制御用情報を読み込み、読み込んだ情報に基づいて基板処理を制御する。

【0023】

監視装置２０は、基板処理の状況を反映した種々の処理情報を取得し、その変化を監視する。監視装置２０は、光源２１、プローブ２２、測光部２３および制御演算部２４を有する。プローブ２２は、基板処理室１１の内部でウェハＷの上方に配置され、本実施形態では、ウェハＷに向かって光を照射する投光部と、ウェハ上の処理液中を通って基板から戻る反射光を受光する受光部を兼ねる。光源２１、測光部２３および制御演算部２４は基板処理室１１の外部に配置される。光源２１とプローブ２２、およびプローブ２２と測光部２３は、光ファイバ２８によって接続されている。プローブ２２から延びる光ファイバは途中で分岐して、一方は光源２１に、他方は測光部２３に到る。制御演算部２４は、基板処理制御部１５から基板処理開始および終了の通知を受け、監視装置２０の全体を制御し、各種演算を行い、ファイルサーバ６０に処理情報を送信する。

【0024】

光源２１は、少なくとも複数の波長を含む光を発生し、好ましくは、連続する波長範囲の光を発生する。光源が発生する光の波長は、目的に応じて決定することができる。例えば、光源に赤外線を含む光を発生させて、処理液中の成分による吸収量を測定することができる。また、例えば、ウェハ表面に形成された薄膜やパターンによる干渉が観測できる波長範囲を含む光を光源に発生させて、ウェハ表面の状態を監視することができる。光源２１には公知のもの、例えば、ハロゲンタングステンランプ等の市販のランプを用いることができる。

【0025】

図２を参照して、プローブ２２は、ウェハＷの上方からウェハＷに向かって光線Ｂを照射して、処理液膜Ｆ中を通ってウェハ表面から反射する光を受光する。つまり、本実施形態では、プローブ２２が、ウェハＷ上の処理液に向かって光を照射する投光部と、ウェハの表面から反射する光を受光する受光部を兼ねている。光源２１から光ファイバ２８を通ってプローブの一端（図２の右端）から導入された光は、図２の左側に向かって水平に進み、レンズ３１でコリメートされ、ミラー３２で下向きに反射され、レンズ３３を通って、ウェハＷに向けて垂直に照射される。ウェハ上の処理液膜Ｆを通過してウェハＷで反射された光線はレンズ３３を通り、プローブ内を逆向きに辿って光ファイバ２８へと導かれる。プローブ２２は、ウェハの中心から外縁にかけて半径方向に移動可能である。

【0026】

図３を参照して、測光部２３は、スリット４２、線形可変フィルタ（Ｌｉｎｅａｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ、以下「ＬＶＦ」という）４３およびフォトダイオード（ＰＤ）アレイ４４を備える。プローブ２２から光ファイバ２８を通って測光部の一端（図３の左端）から導入された光は、図３の右側に向かって進み、縦長のスリット４２によってＬＶＦの幅に絞られ、ＬＶＦ４３で分光され、ＰＤアレイ４４で複数の波長の光強度が測定される。

【0027】

ＬＶＦ４３は、基板の一方向に沿った入射位置に応じて透過波長が異なる分光フィルタである。ＬＶＦとしては、各種公知のものを用いることができる。ＬＶＦを用いることによって、受光した光を複数の波長に同時に分光することができる。同時に分光するとは、分光された各波長の光が、時間的にずれることなく、同時刻に受光した光の一部であることをいう。例えば、それぞれ異なる波長の光を透過する複数の干渉フィルタを入れ替えながら分光するのでは、同時に分光したことにならない。光を同時に分光する手段はＬＶＦには限られず、例えば、光ファイバからの光を回折格子に当てることによって、同時に分光された光が回折格子からの反射光として得られる。

【0028】

ＰＤアレイ４４は、ＰＤ素子４５が線状に並列したもので、ＬＶＦ４３の異なる位置を透過した光の強度を各ＰＤ素子で測定することによって、分光された複数の波長の光強度を同時に測定する。複数の波長の光強度を同時に測定するとは、ＰＤアレイの各ＰＤ素子が複数の光の強度を同時刻に測定することをいい、より正確には、各ＰＤ素子が同一時刻に露光を開始し、同一時刻に露光を終了して光強度を測定することをいう。

【0029】

ＰＤアレイ４４を構成するＰＤ素子４５の数、つまり分光スペクトルの波長の数は、好ましくは３２以上、より好ましくは６４以上である。分光スペクトルの波長分解能が高いほど、ウェハ処理の進行状況をより的確に把握することができる。一方、ＰＤアレイが有するＰＤの数は、好ましくは５１２以下、より好ましくは２５６以下である。分光スペクトルの波長分解能をこれ以上に高くしても特にメリットはなく、個々のＰＤ素子に届く光量が小さくなるため、光強度の測定精度が低下したり、露光時間を長くする必要が生じたりするからである。

【0030】

ＰＤアレイ４４の露光時間は、好ましくは、ウェハＷの回転周期の自然数倍とする。ウェハからの反射光にＰＤアレイを露光している間にも、ウェハの回転によって、反射光が出射するウェハ上の位置は移動する。露光時間をウェハの回転周期の自然数倍とすることによって、どの瞬間から露光を開始しても、上方をプローブ２２が通過する円周上のすべての位置からの反射光が均等に受光される。これによって、ウェハ表面の周方向の位置による反射スペクトルの変動を均すことができる。露光時間とウェハの回転周期を同期させるには、例えばウェハが１回転する毎に、基板処理装置１０から制御演算部２４に同期信号を送信し、制御演算部２４が同期信号に合わせて露光開始および露光終了すればよい。

【0031】

あるいは、ＰＤアレイ４４の露光時間は、好ましくは２．５ｍｓ以下、より好ましくは１．５ｍｓ以下とする。露光時間を短くすることによって、計測する領域の空間分解能を高めることができる。また、測定された光強度への処理液による影響が確認しやすくなる。

【0032】

また、ＰＤアレイ４４の露光時間をウェハＷの回転周期より短くした場合は、露光を行うサンプリング周期をウェハの回転周期の自然数分の１とすることで、ウェハが１回転する毎にウェハ上の同じ位置を計測することができる。これにより、例えば異常な分光スペクトルが検知された場合に、その位置をウェハ上で特定することが容易になる。

【0033】

複数の波長に同時に分光して、各波長の光強度を同時に測定する他の手段として、後述する実験では、それぞれ異なる波長の光を透過する干渉フィルタとＰＤ素子が、光軸の周りに回転対称の位置に配置された分光光度計を用いた（図４）。

【0034】

図４に示した測光部５０では、略円筒状の筐体５６の一端（図４Ａでは左端）に接続された光ファイバ２８から導入された光は、レンズ５１によって光ファイバの光軸Ｘに平行な光線束にコリメートされる。光路には、光を通さない隔壁５２が光軸Ｘに垂直に設けられ、隔壁５２には同形状で同面積の開口部５３が光軸Ｘの周りに回転対称に形成されている。開口部は、光軸Ｘに対して回転対称に配置されているので、いずれも光軸からの距離が等しく、各開口部に入射する光の強度は等しい。各開口部５３には、開口部全体を塞ぐようにそれぞれ異なる波長の光を透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５４が配置され、ＢＰＦの後方（光ファイバと反対側）に光検出素子５５が配置されている。これにより、光ファイバ２８から導入された光が、同時に分光されて、各波長の光強度が同時に測定される。なお、開口部の数は３には限られず、好ましくは３または４である。また、プローブ２２からの光ファイバを分岐して、複数台の測光部５０に並列に接続することによって、より多くの数の波長で光強度を測定することができる。

【0035】

制御演算部２４は、光源２１の作動、測光部の測光条件、プローブ２２の移動を初め、監視装置２０の全体を制御する。

【0036】

また、制御演算部２４は各種演算を行う。制御演算部２４は、測光部２３から複数の波長の光強度を受信して分光スペクトルを生成する。分光スペクトルは、各波長に対する光強度のリストとして表すことができる。分光スペクトルは、測光部から受信した１回の光強度の測定結果から生成してもよいし、複数回の光強度の測定結果を積算して生成してもよい。

【0037】

制御演算部２４はさらに、生成した分光スペクトルから、基板処理の制御に利用される予定のないものも含めて、分光スペクトルから算出可能で、基板処理の状況を反映した種々の処理情報を算出する。

【0038】

図１に戻って、制御演算部２４は、ファイルサーバ６０および基板処理装置１０の基板処理制御部１５と、ネットワークを介して、またはネットワークを介さずに直接接続される。制御演算部は、基板処理装置から基板処理の開始および終了の通知を受信して、測定を開始または終了する。制御演算部は、算出した各種処理情報をファイルサーバに送信する。制御演算部からファイルサーバへの処理情報の送信は、基板処理装置からの指令等を契機とするのではなく、制御演算部が処理情報を算出する毎に随時実行される。

【0039】

ファイルサーバ６０は、監視装置２０と接続される他、基板処理装置１０の基板処理制御部１５とネットワーク６１を介して接続される。ファイルサーバのネットワークへの接続形態は特に限定されず、図１に示したように独自のネットワークインターフェースによって接続されていてもよいし、監視装置とファイルサーバが直接接続されている場合は、制御演算部がファイルサーバのネットワークインターフェースを兼ねてもよい。ファイルサーバは、監視装置から受信した各種の処理情報を、基板処理装置が、基板処理を実行中に、ネットワーク６１を介して読み込み可能な状態で保持する。ネットワーク６１の通信規格にはイーサネットを用いるが、これに限定されず、種々の有線又は無線通信規格を用いることができる。

【0040】

次に、本実施形態の基板処理システムの使用方法を図５のフローに沿って説明する。

【0041】

まず、基板処理装置１０が、基板処理制御部１５から監視装置２０の制御演算部２４に基板処理の開始を通知して、次いで処理を開始し、ウェハＷを回転させ、ウェハ上に処理液を供給する。

【0042】

基板処理装置１０から基板処理開始の通知を受けた監視装置２０は測定を開始し、ウェハ表面に処理液が流されている状態で、プローブ２２からウェハに向かって光を照射し、処理液中を通過してウェハ表面から反射する光をプローブで受光して、測光部２３が複数の波長の光強度を測定する。制御演算部２４が、測光部２３が測定した複数の波長の光強度から分光スペクトルを生成し、さらに生成した分光スペクトルから各種の処理情報を算出する。制御演算部２４は算出した処理情報を測定時刻とともにファイルサーバ６０に送信する。監視装置２０は、以上の測光、分光スペクトル生成、処理情報算出、処理情報送信を、基板処理装置から基板処理完了通知を受信するまで繰り返す。

【0043】

処理情報の種類は、生成した分光スペクトルから算出可能で、基板処理の状況を反映するものであれば特に限定されない。

【0044】

例えば、制御演算部２４は、分光スペクトルから、ウェハ上の処理液の液膜厚や処理液中の特定成分の濃度を算出することができる。具体的には、分光スペクトルから処理液による吸収を示す吸光度スペクトルを計算し、測定対象となる特定成分の濃度と液膜厚を変えて予め測定した一群の吸光度スペクトルを用いて、主成分回帰法や部分最小二乗回帰法による多変量解析を行うことによって、処理液膜の厚さと処理液中の各特定成分の濃度を同時に求めることができる。このとき、分光スペクトルがウェハ表面の酸化膜、窒化膜等による干渉成分を含む場合は、フーリエ変換などを利用することによって、分光スペクトルから干渉スペクトルと吸収スペクトルに分離することができる。また、制御演算部は、算出した処理液膜の膜厚や特定成分の濃度から、それらの時間微分である変化率を求めることができる。さらに、この変化率から、例えば、純水洗浄からＩＰＡ乾燥に切り替えたときの、液の置換が完了したか否かを示す終点判定値を求めることができる。処理情報として、生成した吸光度スペクトルの一定時間内でのばらつきの程度、例えば標準偏差を含めてもよい。このばらつきからは、後述する実験例で説明するように、処理液の波打ちの有無や程度を知ることができる。

【0045】

また、例えば、分光スペクトルがウェハ表面の酸化膜、窒化膜等による干渉成分を含む場合に、分光スペクトルを干渉スペクトルと吸収スペクトルに分離したときは、分離した干渉スペクトルから、処理情報として酸化膜等の膜厚、その変化率、当該変化率に基づくエッチング終了判定値を算出できる。また、分光スペクトル自体の変化率を処理情報としてもよい。この変化率からは、ウェハ表面のパターン倒壊の有無などを知ることができる。

【0046】

一方、基板処理制御部１５は、処理情報のうち、現に実行中の基板処理の制御に必要な制御用情報を、ファイルサーバ６０からネットワーク６１経由で読み込む。基板処理制御部は、制御用情報として、種々の処理情報から必要な項目を１つまたは複数選択し、さらにそれらの項目のデータから所要の時間間隔に間引いたデータを選択する。一例として、多様な処理情報から、処理液中の特定成分の濃度を選択し、０．１秒毎に記録された濃度データから１秒毎のデータを選択する。基板処理制御部１５による制御用情報の読み込みは、基板処理の制御に必要なタイミングで行われ、監視装置２０による測定や処理情報の算出とは独立に行われる。

【実施例0047】

上記実施形態における処理情報について、実験結果によってさらに詳細を説明する。実験に用いた監視装置は図１に示したもので、光源２１にはタングステンランプ（１５Ｗ）を用いた。測光部２３には図４に示したもの３台を並列にして用い、近赤外域での９つの波長で光強度を測定した。この測定値に基づいて、制御演算部２４が９波長の光強度で表された分光スペクトルを生成した。

【0048】

実験１として、吸光度スペクトルのばらつきによって処理液の波打ちの有無が判別可能であることを確認した。

【0049】

実験は、径２００ｍｍのパターニングされていないシリコンウェハを５００ｒｐｍで回転させて、ウェハの中心に純水を１．０Ｌ／分で供給しながら、ウェハの中心から５０ｍｍの位置に光を照射し、反射光から分光スペクトルを生成した。サンプリングの露光時間は１ｍｓとした。

【0050】

図６に、波長１３００ｎｍでの受光強度から算出した吸光度を示す。吸光度Ａは、測定した受光強度をＩ、純水を供給しない場合の受光強度をＩ_０として、次式により算出した。
Ａ＝－ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ_０）
図６には１秒間、すなわち１０００回の測定による受光強度がプロットされている。図６において、吸光度は大きくばらつき、飛び抜けて大きな値が時おり観測された。この結果からは、処理液が波打つことによる光強度の変動は、単に処理液膜の厚さの大小の変化によるものではなく、処理液に照射された光が散乱されて、受光部に戻る光量が減少したことによるものと考えられた。そして、露光時間が１ｍｓの場合に、処理液の波打ちによる光強度の変動が明瞭に判別可能であることが確認できた。分光スペクトルのばらつきは、処理液の波打ちの状況を反映している処理情報である。

【0051】

図７および図８に、図６の実験での受光強度をそれぞれ２回または３回ずつ積算してから算出した吸光度を示す。図７および図８は、露光時間をそれぞれ２ｍｓ、３ｍｓとした場合の結果に相当する。図６～図８を比較すると、処理液の波打ちによる光強度への影響は、露光時間が短いほど判別が容易であることが分かる。この結果から、処理液の波打ちの状況を検知するには、測光部の露光時間は２．５ｍｓ以下であることが好ましく、１．５ｍｓ以下であることがさらに好ましいことが分かった。なお、シリコンウェハの回転速度を１００～１０００ｒｐｍ、純水の供給速度を０．１～１．０Ｌ／分の範囲で変えた実験の結果からも、露光時間の好ましい範囲として同様の結果が得られた。

【0052】

実験２として、分光スペクトルから処理液の波打ちによるノイズの影響を除外して、処理液中の成分濃度を測定した。

【0053】

実験は、径２００ｍｍのパターニングされていないシリコンウェハを１０００ｒｐｍで回転させて、ウェハの中心に、純水を５０ｍＬ／分で１８秒間供給した後、純水の供給を停止してＩＰＡを５０ｍＬ／分で約２０秒間供給した。ウェハの中心から５０ｍｍの位置に光を照射し、反射光から９波長の光強度を測定した。露光時間は１ｍｓとして、０．１秒間に測定された１００回の測定による光強度から処理液による影響を除外して吸光度を求め、液膜厚とＩＰＡ－水混合比を変えて予め測定した一群の吸光度データを用いて多変量解析を行うことによって、ウェハ上の処理液中のＩＰＡ濃度および液膜厚を求めた。

【0054】

処理液の波打ちによる影響は、以下の方法によって除外した。各波長について、０．１秒間に測定された１００回の光強度のそれぞれから吸光度を算出し、値の小さい１０個の吸光度データを、無条件に異常値とみなして排除した。そして、残りの９０個のなかの最小値を、吸光度の正常な値であるとみなして基準値とした。なお、基準値は、正常値であることが極めて確実と考えられる値であり、無条件に排除した１０個のデータが正常値を含んでいても構わない。次に、基準値＋０．２を閾値として、９０個の吸光度データの中で閾値超のデータを異常値と判定して、閾値以下のデータを正常値として残した。なお、閾値の設定方法は、予め一定の値、例えば予想される最大の吸光度に定めておいてもよいし、本実験のように、基準値と所定の計算式に従って定めてもよい。正常値として残した吸光度データから、多変量解析によって、ウェハ上の処理液中のＩＰＡ濃度を求めた。

【0055】

図９に、処理液を純水からＩＰＡに切り替えた前後の、ウェハ上のＩＰＡの存在量の測定結果を示す。横軸は時間経過、縦軸はＩＰＡの濃度を表している。白丸は、異常値でないと判定された吸光度の値に基づいて算出された０．１秒毎のＩＰＡ濃度である。黒丸は、ＩＰＡ濃度の変化率で、直前５回の濃度の最大値と最小値の差の絶対値を取ったものである。ＩＰＡ濃度が１００％を超えているのは定量誤差によるものであるが、算出されたＩＰＡ濃度の変化はなめらかで、処理液がＩＰＡに置換された後のＩＰＡ濃度の変化率も安定している。

【0056】

この結果から、ＩＰＡ濃度およびその変化率に基づいて、液の置換の終点を判定できることが確認できた。そこで、例えば、ＩＰＡ濃度の変化率が予め設定した値以下に下がってからの経過時間を終点判定値とすることができる。

【0057】

なお、基板処理の状況をリアルタイムで監視するには、ある程度短いサンプリング間隔で分光スペクトルを求める必要があり、サンプリング間隔は、好ましくは０．５秒以下、より好ましくは０．２５秒以下、特に好ましくは０．１秒以下であると言われている。したがって、１回の光強度の測定結果から分光スペクトルを生成する場合でも、露光時間は好ましくは０．５秒以下、より好ましくは０．２５秒以下、特に好ましくは０．１秒以下である。本実験の光強度のばらつきを統計的に処理した結果によれば、例えば許容誤差を０．０５とすると、上記時間内に、９５％信頼区間では３０～５０回程度、９９％信頼区間では６０～８０回程度の光強度測定を行う必要があることが分かった。

【0058】

実験３として、分光スペクトルが基板表面の状態を反映していることを確認した。

【0059】

実験は、径２００ｍｍで、異なるパターニングがされた領域が周方向に並ぶシリコンウェハを１０００ｒｐｍで回転させて、ウェハの中心に純水を０．５Ｌ／分で供給しながら、ウェハの中心から３１．５ｍｍの位置に光を照射して、反射光から分光スペクトルを生成した。サンプリングの露光時間は１００μｓとした。

【0060】

図１０に、１０ｍｓの間に測定された各波長における光強度の変化を示す。反射光を出射するウェハ上の位置は、ウェハの回転に伴って周方向に移動し、何回かのサンプリングを経て、隣接する他のパターンの領域に移る。図１０から、ウェハ表面に形成されたパターンの違いによって、受光した反射光の分光スペクトルが明らかに異なることが分かる。この結果から、分光スペクトル自体の変化率を処理情報とすれば、分光スペクトルの突発的な変化によって、ウェハ表面のパターン倒壊などを検知できることが分かった。

【0061】

本発明は、上記の実施形態や実施例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

【0062】

例えば、基板処理は、シリコンウェハ上の処理液を対象とするものには限られず、基板は、炭化ケイ素、ガリウムヒ素等の化合物半導体、サファイア等の結晶ウェハ、ガラス基板であってもよい。

【0063】

また、例えば、上記実施形態では、投光部と受光部を兼ねるプローブ２２からウェハＷの上面に向かって垂直に光を照射し、処理液中を通過してウェハＷから反射した光をプローブ２２で受光することによって基板処理状況を監視したが、投光部と受光部を離して、投光部からウェハＷ上面に斜めに光を照射し、処理液中を通過してウェハＷから反射した光を受光部で受光してもよい。さらに、ウェハＷを透過した光を用いて基板処理状況を監視してもよい。具体的には、ウェハの上または下に配置した投光部からウェハに向かって光を照射して、ウェハを挟んで投光部と相対する受光部でウェハおよび処理液中を通過した光を受光し、受光した透過光の分光スペクトル等を生成して、基板処理の状況の変化を検知することができる。

【0064】

また、より上位の監視システムがネットワークを介してファイルサーバに接続されてもよい。例えば、基板生産工場の中央制御室に設置された集中制御端末が、工場内ＬＡＮを経由してファイルサーバの処理情報に直接アクセスできるようにしてもよい。ファイルサーバに蓄積された処理情報を直接収集することで、生産管理に有効活用することも想定できる。

【符号の説明】

【0065】

１ 基板処理システム
２ 監視システム
１０ 基板処理装置
１１ 基板処理室
１２ 回転テーブル
１３ ノズル
１４ 配管
１５ 基板処理制御部
２０ 監視装置
２１ 光源
２２ プローブ（投光部、受光部）
２３ 測光部
２４ 制御演算部
２８ 光ファイバ
３１、３３ レンズ
３２ ミラー
４２ スリット
４３ 線形可変フィルタ（ＬＶＦ）
４４ フォトダイオードアレイ（ＰＤアレイ）
４５ フォトダイオード素子（ＰＤ素子）
５０ 他の測光部
５１ レンズ
５２ 隔壁
５３ 開口部
５４ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
５５ 光検出素子
５６ 筐体
６０ ファイルサーバ
６１ ネットワーク
Ｂ 光線
Ｆ 処理液膜
Ｓ 処理液
Ｗ ウェハ（基板）
Ｘ 他の測光部の光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】