JP2000124292A - ウェハ検知機構付き半導体製造装置及びウェハの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハ処理用プロセスガスに曝されないウェ
ハ検知機構を実現する。 【解決手段】 外部光ファイバ３を介して反射型光セン
サに接続された内部光ファイバ１を、Ｈｅガス導入路４
ａ，４ｂ及びＨｅガス放出孔４ｃに沿って配置する。ウ
ェハ１８が静電チャックステージ５に吸着されておれ
ば、反射型光センサの発した光は内部光ファイバ１の端
面から出た後、反射して戻ってくるのでウェハ検知がで
きる。このとき内部光ファイバ１はウェハ１８で覆われ
るので、プラズマ状態のプロセスガスによって削り取ら
れることがない。また、Ｈｅガスが内部光ファイバ１周
辺及びウェハ１８と静電チャックステージ５との間のわ
ずかな隙間に充満しておれば、ウェハ１８の表面温度の
均一性を高めるだけでなく、プロセスガスが内部光ファ
イバ１周辺に侵入するのを防ぐので、内部光ファイバ１
に反応生成物質が生じにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
おけるウェハの有無または位置を検知することに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置においてウェハの表面に
処理を施す場合、ウェハをステージに載置して処理を施
すことが多い。そしてウェハをステージに載置するとき
には、ロボットアームによってウェハの搬送を行うこと
が一般的である。

【０００３】さて、ウェハをロボットアームにより半導
体製造装置のステージに載置する際に、ノイズが信号に
混入してロボットアームに正しく命令が伝わらなかった
り、その他の様々な原因によってロボットアームが故障
したりすることがある。すると、ウェハがステージ上の
適切な位置に載置されなかったり、あるいはウェハが全
くステージに搬送されなかったりする事態が生じる。

【０００４】このような異常事態を検知するために、半
導体製造装置の内部にはウェハの有無または位置を検知
する機構が取り付けられていることが多い。例えば、ウ
ェハ検知機構を備えたプラズマエッチング装置の例とし
て特開昭６１−５６４１６号公報に開示された技術があ
る。このプラズマエッチング装置の構造の概略の断面を
図１１に示す。図１１においてプラズマエッチング装置
Ｄ３は、プラズマガスの供給口１１４とプラズマ噴射孔
を有するプレート１０９とを備えた上体部１１５と、排
気口１１３及び上下に移動するストローク機構１１２を
備え、ウェハ１１０を載置するステージ部１１１とを有
し、さらにウェハ検知機構として、上体部１１５に単結
晶サファイヤ１０８、集光レンズ１０６、光ファイバ１
０４、投光器１０２を、ステージ部１１１に単結晶サフ
ァイヤ１０７、集光レンズ１０５、光ファイバ１０３、
受光器１０１をそれぞれ有する。

【０００５】この装置Ｄ３において、ウェハ１１０が無
ければ投光器１０２から発せられた光は、光ファイバ１
０４、集光レンズ１０６、単結晶サファイヤ１０８、プ
レート１０９のプラズマ噴射孔、単結晶サファイヤ１０
７、集光レンズ１０５、光ファイバ１０３を介して受光
器１０１に到達するが、ウェハ１１０がステージ部１１
１の上に存在して光路を遮断すれば受光器１０１には到
達しない。これによってウェハの有無が検知できる。

【０００６】また、ウエハが所定の位置からずれて配置
されているかどうかを検知するには、投光器１０２、光
ファイバ１０４、集光レンズ１０６、単結晶サファイヤ
１０８及び受光器１０１、光ファイバ１０３、集光レン
ズ１０５、単結晶サファイヤ１０７の一組からなるウェ
ハ検知機構を、例えばウエハ１１０の外周部より僅かに
外側の位置に円周を等分するように複数設ければよい。
そうすれば、全てのウェハ検知機構の光路が遮断されな
ければウエハは所定位置にあると検知され、いずれかの
ウェハ検知機構の光路が遮断されればウエハがそのウェ
ハ検知機構の存在する方向に偏心していると判断され
る。

【０００７】なお、単結晶のサファイヤは特定の光軸方
向のみの光を透過させ光軸以外の方向からの光を透過さ
せないため、プラズマ空間のプラズマ発光があってもそ
の光を受光器１０１に導かずに、投光器１０２と受光器
１０１との間において直線で入射する光のみを透過させ
ることができる。

【０００８】また、他のウェハ検知機構として例えば、
特開平４−３４５０５０号公報に開示された技術もあ
る。この技術は、投光器及び受光器の設置場所とウェハ
処理室とを石英ガラス板によって区切った装置であっ
て、投光器から発せられた赤外線が石英ガラス板を介し
てウェハに到達し、そこで反射してＶ字型の光路を描い
て再び石英ガラス板を介して受光器に戻るように投光器
と受光器とを隣接して配置するという基本思想に立脚し
て、ウェハが所定の位置にあるとき以外の反射光を受光
器が検知しないよう遮光版により光路を制限する、とい
うものである。

【０００９】また他に、特開平２−２１１６５０号公報
に開示された技術もある。この技術は、ウェハを三本以
上の支持棒の端面で支持するタイプの装置にウェハ検知
機構を組み込んだものであり、各支持棒の内部に光ファ
イバが内蔵されている。光ファイバの一端は、ウェハを
支える支持棒の端面からやや支持棒内部に入り込んだ位
置になるよう配置され、光ファイバの他端は反射型光セ
ンサに接続されている。

【００１０】反射型光センサとは発光素子と受光素子と
を同一面に備え、発光素子から発せられた光の反射を受
光素子が捕らえることで対象物を検知するセンサのこと
である。ウェハがこの支持棒の上に載置されておれば、
発光素子から発せられた光は光ファイバを介してウェハ
へと放出され、そこで反射して再び光ファイバに戻り受
光素子に到達するので、ウェハの存在を検知できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１１に示し
たウェハ検知機構には、エッチング処理中に単結晶サフ
ァイヤ１０７，１０８がプラズマに曝されるためその表
面に反応生成物質が生じ、その結果表面が曇って安定し
た検知ができなくなる、という問題があった。また、プ
ラズマによって単結晶サファイヤ１０７，１０８の表面
が削り取られる、という問題や、上体部１１５とステー
ジ部１１１とで囲まれたプラズマ発生室１１６中に単結
晶サファイヤ１０７，１０８が配置されるため、ウェハ
１１０に対するプラズマガス分布の均一性が確保できな
いという問題もあった。さらに、投受光型光センサを用
いているという点と、ファイバやレンズなどの構成部品
数が多いという点とから、センサ取付位置に制約があ
る、という問題もあった。

【００１２】また、特開平４−３４５０５０号公報に開
示された技術には、プラズマエッチング装置などウェハ
表面をガスに曝すタイプの半導体製造装置に用いた場合
に、投光器及び受光器がウェハを挟み込まないのでウェ
ハの片面に対して処理の均一性が確保できるという利点
や、比較的コンパクトであるのでセンサ取付位置に対す
る制約も多くはないという利点があるものの、特開昭６
１−５６４１６号公報に開示された技術と同様、石英ガ
ラス板や遮光板の表面に反応生成物質が生じるという問
題や、プラズマによって石英ガラス板や遮光板の表面が
削り取られるという問題が残る。

【００１３】また、特開平２−２１１６５０号公報に開
示された技術にも、反射型光センサを用いているため特
開平４−３４５０５０号公報に開示された技術と同様の
利点はあるものの、プラズマエッチング装置などウェハ
表面をガスに曝すタイプの半導体製造装置に用いた場合
には、光ファイバの表面に反応生成物質が生じるという
問題が残る。

【００１４】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたもので、センサ取付位置への制約が少ない反射
型光センサと光ファイバとを用いて、光ファイバを処理
物質に曝すことなく、光ファイバの表面に反応生成物質
が生じないようにするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明のうち請求項１
にかかるものは、自己の発した光の反射光を検知する光
センサと、ウェハの搬出入口を備えた密閉可能な反応室
と、第１の孔を有し、前記ウェハを前記反応室内で保持
し得るステージと、前記ウェハに処理をするための処理
用物質を、前記反応室へ外部から送り込む第１の送入手
段と、前記ステージに保持された前記ウェハと前記ステ
ージとの間に不活性ガスが前記第１の孔を介して浸透す
るよう、前記不活性ガスを前記反応室へ外部から送り込
む第２の送入手段と、２つの端面を有し、前記第１の孔
の径よりは小さい径を有し、前記反応室から外部へと伸
びている光ファイバとを備え、前記光ファイバの一方の
前記端面が前記光センサに接続され、前記ウェハが前記
ステージに保持された状態のときに、前記光ファイバの
他方の前記端面が前記第１の孔を介して前記ウェハの表
面に接近し、かつ対向して配置された、ウェハ検知機構
付き半導体製造装置である。

【００１６】この発明のうち請求項２にかかるものは、
前記光ファイバの前記反応室の内部にある部分のうち前
記他方の前記端面以外の一部分または全部分を取り囲む
ようにして設けられた温度制御手段をさらに備える請求
項１記載のウェハ検知機構付き半導体製造装置である。

【００１７】この発明のうち請求項３にかかるものは、
前記光ファイバの径と同程度の径の第２の孔を有するウ
ェハ保持部を有し、前記ウェハ保持部の位置を変化させ
ることで前記搬出入口を介して前記ウェハを前記ステー
ジに搬送可能なロボットアームをさらに備える請求項１
記載のウェハ検知機構付き半導体製造装置である。

【００１８】この発明のうち請求項４にかかるものは、
前記第２の孔の中心は前記ウェハ保持部の中心に一致し
ている、請求項３記載のウェハ検知機構付き半導体製造
装置である。

【００１９】この発明のうち請求項５にかかるものは、
前記第１の孔の中心が前記ステージの中心に一致してい
る、請求項４記載のウェハ検知機構付き半導体製造装置
である。

【００２０】この発明のうち請求項６にかかるものは、
自己の発した光の反射光を検知する光センサと、ウェハ
の搬出入口を備えた密閉可能な反応室と、第１の孔を有
し、前記ウェハを前記反応室内で保持し得るステージ
と、前記ウェハに処理をするための処理用物質を、前記
反応室へ外部から送り込む第１の送入手段と、前記ステ
ージに保持された前記ウェハと前記ステージとの間に不
活性ガスが前記第１の孔を介して浸透するよう、前記不
活性ガスを前記反応室へ外部から送り込む第２の送入手
段と、２つの端面を有し、前記第１の孔の径よりは小さ
い径を有し、前記反応室から外部へと伸びている光ファ
イバとを備え、前記光ファイバの一方の前記端面が前記
光センサに接続され、前記ウェハが前記ステージに保持
された状態のときに、前記光ファイバの他方の前記端面
が前記第１の孔を介して前記ウェハの表面に接近し、か
つ対向して配置された、ウェハ検知機構付き半導体製造
装置を用い、前記ウェハを前記搬出入口から前記反応室
内に搬入し、前記ステージに保持させる第１の工程と、
前記第１の工程の後に、前記ステージに保持された前記
ウェハと前記ステージとの間に前記不活性ガスが前記第
１の孔を介して浸透するよう、前記第２の送入手段によ
り不活性ガスを前記反応室へ外部から送り込む第２の工
程と、前記第２の工程の後に、前記ウェハに処理をする
ための前記処理用物質を、前記第１の送入手段により前
記反応室へ外部から送り込む第３の工程とを備えたウェ
ハの処理方法である。

【００２１】この発明のうち請求項７にかかるものは、
自己の発した光の反射光を検知する光センサと、ウェハ
の搬出入口を備えた密閉可能な反応室と、第１の孔を有
し、前記ウェハを前記反応室内で保持し得るステージ
と、前記ウェハに処理をするための処理用物質を、前記
反応室へ外部から送り込む第１の送入手段と、前記ステ
ージに保持された前記ウェハと前記ステージとの間に不
活性ガスが前記第１の孔を介して浸透するよう、前記不
活性ガスを前記反応室へ外部から送り込む第２の送入手
段と、２つの端面を有し、前記第１の孔の径よりは小さ
い径を有し、前記反応室から外部へと伸びている光ファ
イバと、前記光ファイバの径と同程度の径の第２の孔を
有するウェハ保持部を有し、前記ウェハ保持部の位置を
変化させることで前記搬出入口を介して前記ウェハを前
記ステージに搬送可能なロボットアームとを備え、前記
光ファイバの一方の前記端面が前記光センサに接続さ
れ、前記ウェハが前記ステージに保持された状態のとき
に、前記光ファイバの他方の前記端面が前記第１の孔を
介して前記ウェハの表面に接近し、かつ対向して配置さ
れた、ウェハ検知機構付き半導体製造装置を用い、前記
光センサが、前記光ファイバを介して前記第２の孔の位
置を検出し、前記ウェハ保持部を前記ステージの適切な
位置に移動させることができるよう、前記ロボットアー
ムに学習させる工程を備えたウェハの処理方法である。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本実施の形態は、
本発明をプラズマエッチング装置に適用した一例であ
る。

【００２３】図１に、本実施の形態にかかるプラズマエ
ッチング装置Ｄ１の断面図を示す。プラズマエッチング
装置Ｄ１は平行平板電極型であり、エッチング処理時に
プラズマエッチャントとなるプロセスガスを供給するた
めのプロセスガス供給口８と、空気または処理済プロセ
スガスを引き抜くための排気口９と、ウェハ１８を出し
入れするためのウェハ搬出入口１０とを備えた反応室７
を中心に構成される。

【００２４】ウェハ１８は、ウェハ保持部１９、第１ア
ーム２１及び第２アーム２２を備えたロボットアームＲ
１により反応室７に搬出入される。

【００２５】反応室７の内部には、零電位に保持される
下部電極である電極板１７がプロセスガス供給口８を覆
うように設けられている。この電極板１７は多数のガス
噴射孔を備えており、プロセスガス供給口８から供給さ
れたプロセスガスがウェハ１８の全面に均一に当たるよ
うにする機能も有する。

【００２６】反応室７の上部には蓋１１が存在し、反応
室７を密閉する。蓋１１の一部は絶縁体１２で構成され
ており、絶縁体１２の反応室７内部側には、高周波電力
が印加される上部電極である静電チャックステージ５が
設けられている。絶縁体１２はこの静電チャックステー
ジ５と蓋１１とを絶縁する機能を有する。

【００２７】静電チャックステージ５は、クーロン力に
よってウェハ１８を吸着保持するステージである。ウェ
ハ１８を静電チャックステージ５に吸着させる際には、
処理すべき側の面を下向きにしてウェハ１８をロボット
アームＲ１がウェハ保持部１９に載せ、ウェハ保持部１
９を静電チャックステージ５の真下まで移動させてから
上方に移動させた後、ウェハ１８を静電チャックステー
ジ５に接近させて吸着を行う。また、静電チャックステ
ージ５の内部にはウェハ１８の表面の温度をプロセスに
適した温度に保つための媒質、例えば冷媒を通すパイプ
６が設けられている。

【００２８】絶縁体１２の中央外部側には、Ｈｅガス導
入用のフランジ１３が取り付けられている。図２は、図
１のフランジ１３近傍の構造を拡大して示す断面図であ
る。フランジ１３にはＨｅガス供給孔１４とＨｅガス供
給孔１４に導通したＨｅガス導入路４ａとが設けられて
いる。Ｈｅガス供給孔１４から供給されたＨｅガスは、
Ｈｅガス導入路４ａと、絶縁体１２の内部にも設けられ
たＨｅガス導入路４ｂと、静電チャックステージ５に設
けられたＨｅガス放出孔４ｃとを通って反応室７の内部
に導入される。

【００２９】このＨｅガスは、ウェハ１８の処理すべき
側の表面の温度を全面にわたって均一にする機能を有し
ている。ガスであることから、ウェハ１８とウェハ１８
を吸着した静電チャックステージ５との間に生じるわず
かな隙間にも浸透し、温度制御された静電チャックステ
ージ５の温度をウェハに伝え、ウェハ表面の温度の均一
性を高める。

【００３０】フランジ１３の上部には、フランジ１５が
取り付けられている。フランジ１５には、外部光ファイ
バ３と接続された接続具２がナット１６によって固定さ
れている。またフランジ１５からは、Ｈｅガスの供給を
阻害しないようＨｅガス導入路４ａ，４ｂ及びＨｅガス
放出孔４ｃの径よりも小さな径を有する内部光ファイバ
１が、Ｈｅガス導入路４ａ，４ｂに沿って、Ｈｅガス放
出孔４ｃ内の静電チャックステージ５の表面より距離δ
だけ奥まった位置まで伸びている。

【００３１】図３は、フランジ１５付近の内部の構造を
示す断面図である。接続具２は外部光ファイバ３と内部
光ファイバ１とを接続するためのものであり、その端面
２ａは、ナット１６がフランジ１５にねじ締結されるこ
とによって内部光ファイバ１の端面１ａと密着する。ま
たフランジ１５はＯリング２３を備えており、フランジ
１３との密着性は高い。

【００３２】外部光ファイバ３の先には反射型光センサ
２４が接続される。この反射型光センサ２４は、発光部
と受光部と信号処理部とを備え、発光部から発せられた
光の反射光を受光部が検知し、その強弱に応じてウェハ
有無の判断結果を信号処理部から出力する、というもの
である。

【００３３】よってウェハ１８が静電チャックステージ
５に吸着されている場合、反射型光センサ２４の発光部
から発せられた光は、外部光ファイバ３及び内部光ファ
イバ１を介して内部光ファイバ１の端面１ｂに到達し、
ウェハ１８まで進む。そしてウェハ１８の処理すべき面
とは反対側の面で反射して、再び内部光ファイバ１及び
外部光ファイバ３を介して反射型光センサ２４へと戻
り、反射型光センサ２４の受光部は戻ってきた光を検知
する。信号処理部はその光の強度からウェハが存在する
ことを出力する。このとき、内部光ファイバ１はウェハ
１８が静電チャックステージ５に吸着されているので直
接プラズマに曝されることはなく、端面１ｂがプラズマ
によって削り取られるといったダメージを受けることは
ない。

【００３４】逆に静電チャックステージ５上にウェハ１
８が吸着されていなければ、戻ってくる光は零か非常に
微弱なものになるので、信号処理部はその光の強度に応
じてウェハが存在しないことを出力する。

【００３５】このように光ファイバ１，３を用いること
によって、反射型光センサ２４から発せられた光を減衰
することなくウェハ１８の間近にまで導くことができ、
比較的反射光の検出距離が短い反射型光センサであって
も採用することができる。ウェハ１８が静電チャックス
テージ５に保持された状態のときに内部光ファイバ１の
端面１ｂが、Ｈｅガス放出孔４ｃを介してウェハ１８の
表面に接近し、かつ対向するように配置されており、端
面１ｂがウェハ検知の直接の受発光面となっているから
である。

【００３６】内部光ファイバ１はフランジ１５に真空装
置用接着剤で接着されている。この内部光ファイバ１は
３０〜５０μｍの微細ファイバを複数本、例えば一万本
程度、軸方向に引っ張りながら溶着して束ねることで形
成される。図４は、図３に示された切断線ＡＡにおける
内部光ファイバ１の断面図である。内部光ファイバ１は
微細ファイバの束１ｄ及び微細ファイバの束１ｄの周囲
を覆う遮光材１ｃとで構成される。遮光材１ｃは内部光
ファイバ１の内部を通過する光が外部に漏れないように
するために設けられる。また図５は、図４に示された切
断線ＢＢにおける断面図である。

【００３７】ここで、Ｈｅガス導入路４ａ，４ｂ及びＨ
ｅガス放出孔４ｃに内部光ファイバ１を配置した理由を
述べる。Ｈｅガスは不活性ガスであり、内部光ファイバ
１の端面１ｂの付近に満たされていても端面１ｂには付
着しにくい。さらに、Ｈｅガスはウェハ１８と静電チャ
ックステージ５とのわずかな隙間に浸透するので、プラ
ズマ状態のプロセスガスがこの隙間から内部光ファイバ
１のところに侵入するのを防ぐ。つまりＨｅガスに、ウ
ェハ表面の温度の均一性を高める機能だけでなく、内部
光ファイバ１を保護する機能をも持たせているのであ
る。

【００３８】よって、ウェハ検知の直接の受発光面とな
る端面１ｂ付近には反応生成物質が生じにくく、受光面
を定期的に洗浄するなどのメンテナンス作業が軽減され
る。

【００３９】なお、反射型光センサ２４がウェハ１８の
存在を検知しない限りは、通常、プロセスガスを反応室
７の内部には導入しないので、プロセスガスが反応室７
に充填されるときは常にウェハ１８が静電チャックステ
ージ５に吸着されているといえる。よって内部光ファイ
バ１が直接プロセスガスに曝されることはない。

【００４０】また、プロセスガスが反応室７に充填され
る際には、通常、予めＨｅガスがＨｅガス導入路４ａ，
４ｂ及びＨｅガス放出孔４ｃに充満されてウェハ１８の
温度が制御されているので、ウェハ１８と静電チャック
ステージ５との隙間からプロセスガスが内部光ファイバ
１に浸透してくることはほとんどない。

【００４１】また処理手順を考慮すれば、通常、ウェハ
１８が静電チャックステージ５から離脱される前にプロ
セスガスは反応室７内部から排気されるので、内部光フ
ァイバ１がプロセスガスに曝されることはない。

【００４２】このプラズマエッチング装置Ｄ１を用いれ
ば、内部光ファイバ１は直接プラズマに曝されることは
なく、端面１ｂがプラズマによって削り取られるといっ
たダメージを受けることはない。また、Ｈｅガスがウェ
ハ１８と静電チャックステージ５とのわずかな隙間にも
浸透して、プラズマ状態のプロセスガスがこの隙間から
侵入して内部光ファイバ１に反応生成物質が生じるのを
防ぐので、受光面を定期的に洗浄するなどのメンテナン
ス作業が軽減される。また、端面１ｂが静電チャックス
テージ５よりも距離δだけＨｅガス放出孔４ｃにおいて
奥まっているので、ウェハ１８の静電チャックを妨げる
ことがない。

【００４３】なお、本実施の形態においてはウェハ１８
の有無を検知することを目的として、内部光ファイバ１
及びそれを保持するフランジ１５等の部品及び外部光フ
ァイバ３及び反射型光センサ２４によって構成されるウ
ェハ検知機構を一組しか有していないが、もちろん、ウ
エハ１８が所定の位置からずれて配置されているかどう
かを検知するには、上記のウェハ検知機構を、例えばウ
エハ１８の外周部より僅かに外側の位置に円周を等分す
るように複数設ければよい。

【００４４】また、複数のウェハの有無または位置を検
知したい場合には、その数と各ウェハの配置場所に応じ
て上記のウェハ検知機構を複数設ければよい。

【００４５】また、本実施の形態においては、ウェハ表
面の温度の均一性を高める機能と内部光ファイバ１を保
護する機能とを有するガスとしてＨｅガスを例に上げた
が、以上の機能を有するものであれば他の不活性ガスで
あってもよい。

【００４６】また、本実施の形態においてはステージが
静電チャックステージである場合を例にとったが、もち
ろん、ウェハが重力に従って載置されるシンプルなステ
ージであってもよい。ただしその場合は、ステージとウ
ェハの位置関係において本実施の形態とは上下が逆にな
るので、上記のウェハ検知機構も上下が逆転して設けら
れることになる。いずれの場合であっても、ウェハとス
テージとの間に大きな隙間が生じない方が、内部光ファ
イバ１への反応生成物質の生じる確率はより小さいとい
える。ただし、不活性ガスを多量に供給できるのであれ
ば、大きな隙間があっても構わない。

【００４７】実施の形態２．実施の形態１にかかるプラ
ズマエッチング装置Ｄ１における内部光ファイバ１の端
面１ｂ付近の側面に、ヒータ２５を取りつけた例を図６
に示す。

【００４８】実施の形態１で述べたように、ウエハ１８
が静電チャックステージ５に吸着されていない場合に
は、反応室７の内部にはプロセスガスは通常存在しな
い。

【００４９】しかし、厳密にいえば反応室７の内部には
微量のプロセスガスが残っている。短期的にはこの残ガ
スによる影響は無いが、長期的には除々に反応生成物質
が内部光ファイバ１に蓄積し、最終的には内部光ファイ
バ１のウエハ検知能力の安定性を阻害する。

【００５０】一般に、プロセスガスによる反応生成物質
はおよそ７０℃以上に加熱すれば、昇華して蓄積するこ
とがない。この特性を利用して、ヒータ２５をエッチン
グ処理中または処理終了後に作動させ、内部光ファイバ
１の表面温度を７０℃以上に保持すれば、残ガスによる
内部光ファイバ１への反応生成物質の蓄積を防ぐことが
できる。

【００５１】なお、図６においては内部光ファイバ１の
端面１ｂ付近にのみヒータ２５を設けているが、その理
由は端面１ｂの周辺に最も反応生成物質が生じやすいか
らである。もちろん、ヒータ２５は内部光ファイバ１の
側面全てを覆うようなものであってもよい。

【００５２】実施の形態３．本実施の形態は、実施の形
態１にかかるプラズマエッチング装置Ｄ１にさらに、ロ
ボットアームがウェハをステージ上の適切な位置に搬送
できるようにする機能を付加したものである。

【００５３】図７に本実施の形態にかかるプラズマエッ
チング装置Ｄ２の断面図を示す。プラズマエッチング装
置Ｄ２は、ウェハ保持部１９に基準孔２０を備える点を
除いて実施の形態１にかかるプラズマエッチング装置Ｄ
１と全く同じである。

【００５４】ロボットアームＲ１を初めて用いる場合、
ウェハ保持部１９のウェハ搬送時の適切な位置を教え込
む必要がある。例えば、実施の形態１におけるプラズマ
エッチング装置Ｄ１の場合は、一枚のウェハをエッチン
グする装置であるために、ウェハ１８の中心を静電チャ
ックステージ５の中心に一致させてウェハ１８を配置で
きるよう、ウェハ保持部１９のウェハ搬送時の位置を教
え込むことが望ましい。その理由は、プロセスガスがウ
ェハ１８の表面に均一に当たるようにするためである。
ウェハ１８が静電チャックステージ５から偏心して吸着
された場合、プロセスガスがウェハ１８の表面に均一に
当たらなくなる。プロセスガスがウェハ１８の表面に均
一に当たらなければ、ウェハ１８の表面上の場所の違い
によってウェハ１８から製造されるチップ特性に変化が
生じてしまうことになる。

【００５５】さて、従来はウェハ保持部１９のウェハ搬
送時の位置を教え込むのに、目視による調整を行ってい
たが、本発明ではウェハ保持部１９に目印を設けて、ウ
ェハ検知機構を利用する。つまり、ウェハ保持部１９の
位置合わせを行う際には、ウェハ保持部１９にはウェハ
を載せずにロボットアームＲ１だけを動かして、ウェハ
検知機構が目印を捕らえた場合にロボットアームＲ１の
動きを記憶させるなどして学習させるのである。このよ
うにすれば、人間の目視による調整が不要となり、ロボ
ットアームの位置決め学習に要する労力が軽減される。

【００５６】目印としては、内部光ファイバ１の端面１
ｂから放出される光の反射を減衰させるか、または増強
させるはたらきを有するものであればよい。そのような
はたらきを有するものとして、光の反射率を弱める塗料
や、逆に光の反射率を強める金属メッキ等が考えられる
が、最も簡単であるのがウェハ保持部１９に内部光ファ
イバ１の径と同程度の径を有する孔を設けることであ
る。つまり、ウェハ保持部１９が適切な位置にあれば、
端面１ｂから放出される光はウェハ保持部１９に設けら
れた基準孔２０を通過してしまい反射せず、ほとんど端
面１ｂに戻らないので、反射光の強度を検知することに
よってウェハ保持部１９のウェハ搬送時の位置を教え込
むことが可能となる。

【００５７】なお、エッチング装置等の真空処理装置の
場合には、塗料や金属メッキが汚染源となり得る場合が
あることからも孔を目印にすることが望ましい。

【００５８】基準孔２０と内部光ファイバ１との位置関
係と、反射型光センサ２４における出力電圧との関係を
図８に示す。この図８においては、内部光ファイバ１の
中心線と基準孔２０の最外郭とが一致するまでの範囲が
停止位置エリアとして示され、それよりもやや広い範囲
が位置ずれ許容範囲として示されている。この位置ずれ
許容範囲の設定によって、ウェハ保持部１９の最適位置
の教え込みのレベルを変化させることができる。例え
ば、教え込み初めの段階においては位置ずれ許容範囲を
広く設定しておき、ウェハ保持部１９が確実にその範囲
内に移動できるようになれば、位置ずれ許容範囲を狭め
ていくことで、ウェハ保持部１９をより最適な位置へと
確実に移動させることができるようになる。

【００５９】さて、プラズマエッチング装置Ｄ２の場合
は、図７に示すように基準孔２０の中心がウェハ保持部
１９の中心に一致するように基準孔２０を設けることが
望ましい。この理由を、図９を用いて説明する。図９に
示したプラズマエッチング装置Ｄ２０は、内部光ファイ
バ１及びその周辺の部分を含めたウェハ検知機構と基準
孔２０とが中心からずれている点のみプラズマエッチン
グ装置Ｄ２と異なっている。この場合のウェハ保持部１
９の学習過程においては、図１０に示すようにウェハ保
持部１９の位置が１９ａ，１９ｂ，１９ｃのいずれにあ
るときであっても基準孔２０の位置は同じ位置にあると
認識される。すると、ウェハ１８が静電チャックステー
ジ５のどこに吸着されるかが、その時々のウェハ保持部
１９の動き方によって変わることになり、先述のウェハ
１８が静電チャックステージ５から偏心して吸着される
という問題が生じてしまう。これを防ぐには、複数組の
ウェハ検知機構を用いなければならなくなる。つまり一
組のウェハ検知機構を用いてウェハ保持部１９の位置が
回転方向の自由度を除いて一義的に決定されるには、基
準孔２０の中心がウェハ保持部１９の中心と一致してい
る必要があるのである。

【００６０】また、プラズマエッチング装置Ｄ２の場
合、基準孔２０の中心をウェハ保持部１９の中心に一致
させるだけではなく、Ｈｅガス放出孔４ｃの中心も静電
チャックステージ５の中心に一致するようにＨｅガス放
出孔４ｃを設けることが望ましい。例えば、中心に基準
孔２０を備えたウェハ保持部１９が図９における内部光
ファイバ１の位置に位置合わせをした場合も、ウェハ１
８は静電チャックステージ５から偏心して吸着されるこ
とになる。このような状態でエッチングプロセスを行う
と、先述のようにプロセスガスがウェハ１８の表面に均
一に当たらなくなり、ウェハ１８の表面上の場所の違い
によってチップ特性に変化が生じてしまうからである。

【００６１】なお、例えばプラズマアッシング装置や、
複数のウェハを収納可能で各ウェハに均等に処理が施せ
る装置などに本発明を適用する場合には、エッチング装
置などに比べ、ウェハ表面へのプロセスの均一性はそれ
ほど要求されないことから、基準孔をロボットアームの
ウェハ保持部の中心に設ける必要はなく、また、光ファ
イバの位置もステージの中心に設ける必要はない。

【００６２】このプラズマエッチング装置Ｄ２を用いれ
ば、一組のウェハ検知機構でロボットアームＲ１がウェ
ハ１８を静電チャックステージ５の適切な位置に搬送す
るように自動的に学習させることができる。

【００６３】その他．本発明は、プラズマエッチング装
置に限らずあらゆる種類の半導体製造装置に適用可能で
ある。しかし、不活性ガスによって光ファイバを保護す
ることから、内部を真空状態にしてプロセスガスを送り
込むことでウェハの処理を行う真空処理装置に最も適し
ているといえる。

【００６４】そのような真空処理装置としては例えば、
イオン注入装置、スパッタリング装置、レジストアッシ
ング装置等が挙げられる。

【００６５】

【発明の効果】この発明のうち請求項１にかかるウェハ
検知機構付き半導体製造装置を用いれば、光ファイバが
直接に処理用物質に曝されることはなく、光ファイバの
端面が処理用物質によって削り取られることはない。ま
た、不活性ガスがウェハとステージとの間に送り込まれ
るので、処理用物質によって光ファイバの表面に反応生
成物質が生じるのを防ぐ。これによって、光ファイバの
端面を定期的に洗浄するなどのメンテナンス作業が軽減
される。本発明は、不活性ガスによって光ファイバを保
護することから、内部を真空状態にして処理用物質を送
り込むことでウェハの処理を行う真空処理装置に最も適
している。

【００６６】この発明のうち請求項２にかかるウェハ検
知機構付き半導体製造装置を用いれば、処理用物質が反
応室の内部に送り込まれている間または終了後に温度制
御手段を作動させ、光ファイバの表面温度を制御すれ
ば、反応室の内部に残ったわずかな処理用物質による光
ファイバへの反応生成物質の蓄積を防ぐことができる。

【００６７】この発明のうち請求項３にかかるウェハ検
知機構付き半導体製造装置を用いれば、第２の孔をウェ
ハ検知機構で検知することによって、ロボットアームが
ウェハ保持部をステージに対して適切な位置に移動させ
るように自動的に学習させることができる。

【００６８】この発明のうち請求項４にかかるウェハ検
知機構付き半導体製造装置を用いれば、ロボットアーム
の位置決め学習において、一組のウェハ検知機構を用い
るだけで、前記ウェハ保持部の位置が回転方向の自由度
を除いて一義的に決定できる。

【００６９】この発明のうち請求項５にかかるウェハ検
知機構付き半導体製造装置を用いれば、ロボットアーム
の位置決め学習において、ウェハ保持部がステージから
偏心した位置に移動するよう学習されることがないの
で、ウェハがステージから偏心して載置されることがな
い。よって、処理用物質がウェハの表面に均一に当たる
ようにすることが可能となる。

【００７０】この発明のうち請求項６にかかるウェハの
処理方法を用いれば、処理用物質が反応室に送入される
際に、予め不活性ガスがウェハとステージとの間に浸透
しているので、処理物質が光ファイバの方に浸透してく
ることはほとんどない。よって、光ファイバが直接に処
理用物質に曝されることもほとんどない。

【００７１】この発明のうち請求項７にかかるウェハの
処理方法を用いれば、ロボットアームがウェハ保持部を
ステージに対して適切な位置に移動させるように自動的
に学習させることができるので、人間の目視による調整
が不要となり、ロボットアームの位置決め学習に要する
労力が軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかる半導体製造装
置の構造を示す断面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１にかかる半導体製造装
置の構造の一部を示す断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態１にかかる半導体製造装
置の構造の一部を示す断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態１にかかる半導体製造装
置の内部光ファイバ１の構造を示す断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態１にかかる半導体製造装
置の内部光ファイバ１の構造を示す断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態２にかかる半導体製造装
置の構造の一部を示す断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態３にかかる半導体製造装
置の構造を示す断面図である。

【図８】 本発明の実施の形態３にかかる半導体製造装
置の反射型光センサ２４の特性を示す図である。

【図９】 本発明の実施の形態３にかかる半導体製造装
置の変形例の構造を示す断面図である。

【図１０】 本発明の実施の形態３にかかる半導体製造
装置の変形例の構造の一部を示す図である。

【図１１】 従来の技術を示す断面図である。

【符号の説明】 １ 内部光ファイバ、１ａ，１ｂ，２ａ 端面、３ 外
部光ファイバ、４ａ，４ｂ Ｈｅガス導入路、４ｃ Ｈ
ｅガス放出孔、５ 静電チャックステージ、７反応室、
８ プロセスガス供給口、１０ ウェハ搬出入口、１１
蓋、１４Ｈｅガス供給孔、１９ ウェハ保持部、２０
基準孔、２４ 反射型光センサ、２５ ヒータ、Ｒ１
ロボットアーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西崎 展弘 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 小野 一清 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F031 HA16 HA38 HA39 JA06 JA22 MA32 NA04 PA06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自己の発した光の反射光を検知する光セ
   ンサと、 ウェハの搬出入口を備えた密閉可能な反応室と、 第１の孔を有し、前記ウェハを前記反応室内で保持し得
   るステージと、 前記ウェハに処理をするための処理用物質を、前記反応
   室へ外部から送り込む第１の送入手段と、 前記ステージに保持された前記ウェハと前記ステージと
   の間に不活性ガスが前記第１の孔を介して浸透するよ
   う、前記不活性ガスを前記反応室へ外部から送り込む第
   ２の送入手段と、 ２つの端面を有し、前記第１の孔の径よりは小さい径を
   有し、前記反応室から外部へと伸びている光ファイバと
   を備え、 前記光ファイバの一方の前記端面が前記光センサに接続
   され、 前記ウェハが前記ステージに保持された状態のときに、
   前記光ファイバの他方の前記端面が前記第１の孔を介し
   て前記ウェハの表面に接近し、かつ対向して配置され
   た、ウェハ検知機構付き半導体製造装置。
2. 【請求項２】 前記光ファイバの前記反応室の内部にあ
   る部分のうち前記他方の前記端面以外の一部分または全
   部分を取り囲むようにして設けられた温度制御手段をさ
   らに備える請求項１記載のウェハ検知機構付き半導体製
   造装置。
3. 【請求項３】 前記光ファイバの径と同程度の径の第２
   の孔を有するウェハ保持部を有し、前記ウェハ保持部の
   位置を変化させることで前記搬出入口を介して前記ウェ
   ハを前記ステージに搬送可能なロボットアームをさらに
   備える請求項１記載のウェハ検知機構付き半導体製造装
   置。
4. 【請求項４】 前記第２の孔の中心は前記ウェハ保持部
   の中心に一致している、請求項３記載のウェハ検知機構
   付き半導体製造装置。
5. 【請求項５】 前記第１の孔の中心が前記ステージの中
   心に一致している、請求項４記載のウェハ検知機構付き
   半導体製造装置。
6. 【請求項６】 自己の発した光の反射光を検知する光セ
   ンサと、 ウェハの搬出入口を備えた密閉可能な反応室と、 第１の孔を有し、前記ウェハを前記反応室内で保持し得
   るステージと、 前記ウェハに処理をするための処理用物質を、前記反応
   室へ外部から送り込む第１の送入手段と、 前記ステージに保持された前記ウェハと前記ステージと
   の間に不活性ガスが前記第１の孔を介して浸透するよ
   う、前記不活性ガスを前記反応室へ外部から送り込む第
   ２の送入手段と、 ２つの端面を有し、前記第１の孔の径よりは小さい径を
   有し、前記反応室から外部へと伸びている光ファイバと
   を備え、 前記光ファイバの一方の前記端面が前記光センサに接続
   され、 前記ウェハが前記ステージに保持された状態のときに、
   前記光ファイバの他方の前記端面が前記第１の孔を介し
   て前記ウェハの表面に接近し、かつ対向して配置され
   た、ウェハ検知機構付き半導体製造装置を用い、 前記ウェハを前記搬出入口から前記反応室内に搬入し、
   前記ステージに保持させる第１の工程と、 前記第１の工程の後に、前記ステージに保持された前記
   ウェハと前記ステージとの間に前記不活性ガスが前記第
   １の孔を介して浸透するよう、前記第２の送入手段によ
   り不活性ガスを前記反応室へ外部から送り込む第２の工
   程と、 前記第２の工程の後に、前記ウェハに処理をするための
   前記処理用物質を、前記第１の送入手段により前記反応
   室へ外部から送り込む第３の工程とを備えたウェハの処
   理方法。
7. 【請求項７】 自己の発した光の反射光を検知する光セ
   ンサと、 ウェハの搬出入口を備えた密閉可能な反応室と、 第１の孔を有し、前記ウェハを前記反応室内で保持し得
   るステージと、 前記ウェハに処理をするための処理用物質を、前記反応
   室へ外部から送り込む第１の送入手段と、 前記ステージに保持された前記ウェハと前記ステージと
   の間に不活性ガスが前記第１の孔を介して浸透するよ
   う、前記不活性ガスを前記反応室へ外部から送り込む第
   ２の送入手段と、 ２つの端面を有し、前記第１の孔の径よりは小さい径を
   有し、前記反応室から外部へと伸びている光ファイバ
   と、 前記光ファイバの径と同程度の径の第２の孔を有するウ
   ェハ保持部を有し、前記ウェハ保持部の位置を変化させ
   ることで前記搬出入口を介して前記ウェハを前記ステー
   ジに搬送可能なロボットアームとを備え、 前記光ファイバの一方の前記端面が前記光センサに接続
   され、 前記ウェハが前記ステージに保持された状態のときに、
   前記光ファイバの他方の前記端面が前記第１の孔を介し
   て前記ウェハの表面に接近し、かつ対向して配置され
   た、ウェハ検知機構付き半導体製造装置を用い、 前記光センサが、前記光ファイバを介して前記第２の孔
   の位置を検出し、前記ウェハ保持部を前記ステージの適
   切な位置に移動させることができるよう、前記ロボット
   アームに学習させる工程を備えたウェハの処理方法。