JP2001176952A - ウェーハ位置ずれ検出装置 - Google Patents

ウェーハ位置ずれ検出装置

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JP2001176952A
JP2001176952A JP36291199A JP36291199A JP2001176952A JP 2001176952 A JP2001176952 A JP 2001176952A JP 36291199 A JP36291199 A JP 36291199A JP 36291199 A JP36291199 A JP 36291199A JP 2001176952 A JP2001176952 A JP 2001176952A
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reflected light
light
susceptor
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Hirofumi Katsumata
洋文 勝又
Takehiko Kobayashi
毅彦 小林
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Toshiba Machine Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サセプタ上に置かれたウェーハが落し込み用
の段差の中に収まっているか否かについて、確実に判定
することができる検出装置を提供する。 【解決手段】 本発明のウェーハ位置ずれ検出装置は、
レーザ光をウェーハ1の表面に向けて照射する半導体レ
ーザ素子23、ウェーハ1の表面からの反射光を検出す
る絞り25・集光レンズ26・フォトダイオード27、
及び位置ずれの有無を判定する演算回路29などから構
成される。レーザ光をウェーハ1の表面に向けて照射す
ると、その反射光は、絞り25を介して集光レンズ26
に入り、フォトダイオード27の受光面上に収束され
る。演算回路29において、フォトダイオード27の出
力電圧を、予め設定された基準値と比較することによっ
て、ウェーハ1表面の傾きの有無を識別し、それ基づき
ウェーハ位置ずれの有無を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハ落し込み
用の段差を有するサセプタ上に置かれたウェーハが、上
記段差の中に収まっているか否かについて、ウェーハ表
面の傾きから検出するウェーハ位置ずれ検出装置に係
る。
【0002】
【従来の技術】図5に、半導体製造装置の一例として、
エピタキシャル成長装置を示す。この装置は、ウェーハ
表面へエピタキシャル成長によってシリコン薄膜を堆積
する際に使用される。
【0003】反応室2の中央にはリング状のサセプタ3
が配置され、サセプタ3は、その下面の周縁部において
中空の受け台4によって支持されている。受け台4はサ
セプタ3の中心軸の回りで回転する。サセプタ3には、
その内周に沿ってウェーハ落し込み用の段差(座ぐり
部)が設けられている。ウェーハ1はこの段差の中に置
かれる。受け台4の内部には、ウェーハ1の下面に面し
て円板状のヒータ6が配置され、ヒータ6の外側には、
ウェーハ1の下面周縁部及びサセプタ3の下面に面して
リング状のヒータ7が配置されている。なお、ヒータ6
及び7は回転しない。
【0004】反応室2の天井部2aの中央には反応ガス
導入用のノズル8が設けられている。反応ガスの流れ
は、ウェーハ1の中心部に到達した後、ウェーハ1の表
面に沿って径方向外向きに流れ、次いで、反応室2の側
壁に沿って下向きに流れ、排気口9を介して排出され
る。
【0005】更に、反応室2の天井部2aには、ウェー
ハ1の表面の温度を検出する複数の放射温度計11及び
12が取り付けられ、温度計11はウェーハ1の中央部
近傍の温度を、温度計12はウェーハ1の周縁部近傍の
温度を、それぞれ検出する。放射温度計11及び12
は、ウェーハ1の温度のフィードバック制御に使用され
る。
【0006】ウェーハ1を回転させることによって、ウ
ェーハ1表面における反応ガスの入れ替えを促進してシ
リコン薄膜の成長速度を速め、同時に、ウェーハ1の面
内温度分布を均一にして、堆積される薄膜の厚さの均一
性を高める。
【0007】(従来の装置における問題点)通常、半導
体製造装置は高度に自動化されているので、ウェーハ1
はロボットハンド(図示せず)によってサセプタ3の上
に置かれる。その際、ロボットハンドの位置制御の誤差
によってウェーハ1の位置がずれ、サセプタ3の上面に
形成されているウェーハ落し込み用の段差から外れるこ
とがある。その場合、ウェーハ1の縁の一部が段差上に
乗り上げるので、ウェーハ1の表面が水平面から傾いた
状態になる。その様な状態でシリコン薄膜の堆積を行う
と、反応ガスの流れの対象性及びウェーハ1の温度分布
の均一性が損なわれ、その結果、形成されるシリコン薄
膜の厚さの均一性及び品質が低下する。
【0008】また、ウェーハ1の位置のずれが大きい
と、回転速度を上げた時にウェーハ1がサセプタ3から
飛び出すこともある。その様な場合には、ウェーハ1を
破損させるとともに、反応室2内の部品に損傷を与え
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来の半導体製造装置における問題点に鑑み成されたも
ので、本発明の目的は、サセプタ上に置かれたウェーハ
が、サセプタの上面に形成されているウェーハ落し込み
用の段差の中に収まっているか否かについて、確実に判
定することができるウェーハ位置ずれ検出装置を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のウェーハ位置ず
れ検出装置は、上面にウェーハ落し込み用の段差を有す
るサセプタ上に置かれたウェーハの位置ずれを検出する
ウェーハ位置ずれ検出装置であって、ウェーハの表面に
レーザ光を照射するレーザ光源と、ウェーハの表面で反
射された反射光を集光する集光レンズと、この集光レン
ズによって集光された反射光のエネルギーを電圧信号に
変換する光量検出器と、この光量検出器の出力に基づい
て、ウェーハが前記段差の中にあるか否かについて判定
する演算回路と、を備えたことを特徴とする。
【0011】本発明の装置によれば、ウェーハの位置ず
れの検出は次の様に行われる。先ず、ウェーハがサセプ
タ上面の段差の中に正常に収まっているときに、ウェー
ハの表面からの反射光が集光レンズを通って光量検出器
に到達する様に、前記レーザ光源、前記集光レンズ及び
前記光量検出器の光軸を調整し、その状態で、予め前記
光量検出器の出力を記録しておく。実操業の際、ウェー
ハが段差から外れてウェーハの縁の一部が段差の上に乗
り上げると、ウェーハの表面が水平面から傾いた状態に
なる。その結果、ウェーハの表面からの反射光の一部ま
たは全部が集光レンズから外れ、光量検出器に到達する
反射光のエネルギーが減少またはゼロになる。従って、
前記光量検出器の出力を正常状態における出力と比較す
ることによって、ウェーハが前記段差の中に収まってい
るか否かについて判定することができる。
【0012】好ましくは、前記集光レンズの手前に口径
の調整が可能な絞りを配置し、この絞りを用いて前記集
光レンズに入射する反射光の領域を制限する。これによ
って、ウェーハの表面の傾きが所定の範囲を超えた場合
に前記集光レンズに入射する反射光をゼロにすることが
できるので、ウェーハの位置ずれについての判定制度を
高めることができる。
【0013】なお、上記の様に前記集光レンズで集光さ
れた反射光のエネルギーに基づいてウェーハの傾きの有
無を判定する代わりに、前記集光レンズで集光された反
射光の到達位置を、CCD素子など受光素子を用いて検
出し、検出された位置座標に基づいてウェーハの傾きの
有無を判定することもできる。
【0014】この場合にも、前記集光レンズの手前に口
径の調整が可能な絞りを配置することにより、前記集光
レンズに入射する反射光の領域を適切な範囲に限定すれ
ば、判定精度を高めることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明に基づくウェーハ位
置ずれ検出装置について、図面を用いて説明する。
【0016】図1に、本発明に基づくウェーハ位置ずれ
検出装置をエピタキシャル成長装置に組み込んだ例を示
す。図中、20がウェーハ位置ずれ検出装置の検出ヘッ
ドで、その中にレーザ光源及び反射光の検出器等が収容
されている。検出ヘッド20は、反応室2の天井2aに
設けられた窓の上に取り付けられ、ウェーハ1の周縁部
の近傍に向けられている。その他の構成は、先に「従来
の技術」の項で説明した図5と共通なので、その説明は
省略する。
【0017】図2に、ウェーハ位置ずれ検出装置の概略
構成を示す。検出ヘッド20内には、駆動回路22、半
導体レーザ素子23(レーザ光源)、投光レンズ24、
絞り25、集光レンズ26、フォトダイオード27(光
量検出器)、受光回路28が収容されている。
【0018】制御回路30から指令に基づいて、駆動回
路22から半導体レーザ素子23に電圧が加えられる
と、レーザ光がウェーハ1の表面に向けて照射される。
ウェーハ1の表面は鏡面に近いので、レーザ光は拡散せ
ずに全反射される。ウェーハ1の表面からの反射光は、
絞り25を介して集光レンズ26に入り、フォトダイオ
ード27の受光面上に収束される。フォトダイオード2
7の出力電圧は、受光回路を経て演算回路29に送ら
れ、演算回路29においてウェーハ1表面の傾きの有無
(ウェーハ位置ずれの有無)についての判定が行われ
る。ウェーハ位置ずれがあると判定されたときには、演
算回路29からアラーム信号が発信される。制御回路3
0は、アラーム信号に基づいて装置の運転を停止すると
ともに、警報を鳴らす。また、可能な場合には、ロボッ
トハンドを用いてウェーハ1を置き直す。
【0019】次に、本発明のウェーハ位置ずれ検出装置
の使用方法について説明する。
【0020】先ず、図3に示す様に、ウェーハ1がサセ
プタ3上に正常に置かれた状態、即ちウェーハ1がサセ
プタ3上面の段差3aの中に収まっている状態で、半導
体レーザ素子23、絞り25、集光レンズ26及びフォ
トダイオード27の光軸調整を行い、ウェーハ1の表面
から反射された反射光が、集光レンズ26の中心に入射
し、フォトダイオード27の受光面に焦点を結ぶ様にす
る。この状態で、フォトダイオード27の出力電圧を測
定し、その値を記録する。
【0021】次に、図4に示す様に、ウェーハ1がサセ
プタ3上面の段差3aの中に収まらずに、ウェーハ1の
縁の一部が段差3aの上に乗り上げ、ウェーハ1の表面
が水平面から傾いた状態を、数種類、人為的に作り出
し、そのときのフォトダイオード27の出力電圧を測定
し、それらの値を記録する。
【0022】この様にして収集されたフォトダイオード
27の出力電圧のデータに基づいて、ウェーハ1の位置
ずれの有無を判定するための出力電圧の基準値を予め設
定しておく。
【0023】なお、必要に応じて、絞り25を調整して
集光レンズ26に入射する反射光の領域を制限すれば、
ウェーハ1表面の傾きに対するフォトダイオード27の
出力電圧の変化量(感度)を調整することができる。即
ち、絞り25の開度を狭くすれば、僅かな傾きがあって
も集光レンズ26に入射する反射光が遮られ、フォトダ
イオード27の出力電圧が減少する。一方、絞り25の
開度を広くすれば、僅かな傾きの範囲内ではフォトダイ
オード27の出力電圧がほとんど変化せず、傾きがある
限度を超えた後に、出力電圧が減少し始める。従って、
絞り25の開度を適切な値に設定すれば、位置ずれの判
定精度を高めることができる。
【0024】また、集光レンズ26及びフォトダイオー
ド27の光軸調整の際、絞り25を最小限に設定するこ
とによって、光軸調整の精度を高めることができる。
【0025】なお、ウェーハ1の表面の傾きの検出(位
置ずれの検出)は、ウェーハ1が停止している状態で
も、回転している状態でも行うことができる。ウェーハ
1が回転している状態で傾きを検出する際には、1回転
する間に数点、サンプリングを行い、これらの平均値に
基づいて判定を行う。あるいは、積分回路を用い、積分
値に基づいて判定を行うこともできる。
【0026】
【発明の効果】本発明の、ウェーハ位置ずれ検出装置に
よれば、サセプタ上に置かれたウェーハが落とし込み用
の段差の中に正常に収まっているか否かについて、正確
に判定することができる。従って、ウェーハが異常な状
態のままで処理されることを未然に防止し、処理後のウ
ェーハの歩留まりを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のウェーハ位置ずれ検出装置をエピタキ
シャル成長装置に取り付けた状態を示す図。
【図2】本発明のウェーハ位置ずれ検出装置の概略構成
図。
【図3】サセプタ上に正常な状態で置かれているウェー
ハにレーザ光を照射した状態を示す図。
【図4】サセプタから一部外れた状態で置かれているウ
ェーハにレーザ光を照射した状態を示す図。
【図5】従来のエピタキシャル成長装置の一例を示す概
略構成図。
【符号の説明】
1・・・ウェーハ、 2・・・反応室、 3・・・サセプタ、 4・・・受け台、 6、7・・・ヒータ、 8・・・反応ガス導入用のノズル、 9・・・排気口、 11、12・・・放射温度計、 20・・・検出ヘッド、 22・・・駆動回路、 23・・・半導体レーザ素子(レーザ光源)、 24・・・投光レンズ、 25・・・絞り、 26・・・集光レンズ、 27・・・フォトダイオード(光量検出器)、 28・・・受光回路、 29・・・演算回路、 30・・・制御回路。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面にウェーハ落し込み用の段差を有す
    るサセプタ上に置かれたウェーハの位置ずれを検出する
    ウェーハ位置ずれ検出装置であって、 ウェーハの表面にレーザ光を照射するレーザ光源と、 ウェーハの表面で反射された反射光を集光する集光レン
    ズと、 この集光レンズによって集光された反射光のエネルギー
    を電圧信号に変換する光量検出器と、 この光量検出器の出力に基づいて、ウェーハが前記段差
    の中にあるか否かについて判定する演算回路と、 を備えたことを特徴とするウェーハ位置ずれ検出装置。
  2. 【請求項2】 前記集光レンズの手前に口径の調整が可
    能な絞りを備え、この絞りを用いて前記集光レンズに入
    射する反射光の領域を制限することを特徴とする請求項
    1に記載のウェーハ位置ずれ検出装置。
  3. 【請求項3】 上面にウェーハ落し込み用の段差を有す
    るサセプタ上に置かれたウェーハの位置ずれを検出する
    ウェーハ位置ずれ検出装置であって、 ウェーハの表面にレーザ光を照射するレーザ光源と、 ウェーハの表面で反射された反射光を集光する集光レン
    ズと、 この集光レンズで集光された反射光の到達位置を検出す
    る受光素子と、 この受光素子によって検出された反射光の到達位置に基
    づいて、ウェーハが前記段差の中にあるか否かについて
    判定する演算回路と、 を備えたことを特徴とするウェーハ位置ずれ検出装置。
  4. 【請求項4】 前記集光レンズの手前に口径の調整が可
    能な絞りを備え、この絞りを用いて前記集光レンズに入
    射する反射光の領域を制限することを特徴とする請求項
    3に記載のウェーハ位置ずれ検出装置。
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