JP2005322710A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成でウエハ処理環境における搬送ティーチングを可能とする。
【解決手段】 半導体製造装置１００において、半導体ウエハを収容する減圧チャンバ１０１内の搬送ロボット１１１に位置ずれ検出用ウエハ１１０が設置される。位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面には、構造体１１３が設けられ、構造体１１３の凹凸形状が変位センサ１１５により測定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハ搬送機構を有する半導体製造装置に関する。

半導体製造装置での搬送ずれは、製品であるウエハの割れ、欠け、傷を生じる。このため、半導体製造装置において、搬送用ロボットのティーチングと呼ばれる位置合わせ工程が行われており、搬送ティーチングの精度向上は重要な品質管理につながる。

半導体製造装置のウエハ搬送ティーチングは、装置固有のティーチング治具を用いて手動または自動で実施している。従来の治具を用いた自動のティーチングとしては、たとえば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、発光ファイバと受光ファイバを備える光学ユニットを４個埋設した位置合わせ用ウエハをウエハポートに保持させて、移載装置の自動ティーチングを行う方法が開示されている。
特開平１０−２３３４２６号公報

ところが、上記特許文献１に記載の構成の場合、位置合わせ用ウエハに光学ユニットが埋設され、発光ファイバと受光ファイバが位置合わせ用ウエハと光電変換ユニットを接続していたため、装置構成が複雑であった。

また、実際のウエハは高温あるいは低温、また真空処理チャンバ内あるいは高圧チャンバ内で処理される場合が多いのに対し、実際のティーチングおよび搬送確認は、処理雰囲気でない状態で行われるため、誤差が生じる可能性があった。このため、実際の処理環境下での搬送ロボットのティーチングおよび搬送確認が実施できれば、より精度の高いティーチングおよび搬送確認が可能となると考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成でウエハ処理環境における搬送ティーチングを可能とする技術を提供することにある。

本発明によれば、半導体ウエハを収容するウエハ収容室と、前記ウエハ収容室内に設置され、表面に、位置ずれ検出用の凹凸形状を有する構造体が設けられた位置ずれ検出ウエハと、前記ウエハ収容室内で前記半導体ウエハを移動させる移動手段と、前記構造体の前記凹凸形状を測定する変位センサと、を有することを特徴とする半導体製造装置が提供される。

本発明の半導体製造装置は、位置ずれ検出ウエハを有する。位置ずれ検出ウエハの表面には構造体が設けられ、構造体は凹凸形状を有する。そして、構造体の凹凸形状は、変位センサにより測定される。このため、変位センサで測定された凹凸形状から、位置ずれ検出ウエハを移動させた際に位置ずれか生じているかどうかを確認することができる。このため、収容室内における半導体ウエハの搬送時に生じる位置ずれを簡素な構成で確実に検出することができる。よって、簡素な構成で搬送ティーチングを確実に行うことができる。

なお、本発明において、凹凸形状の測定結果に基づき検出される位置ずれとして、たとえば位置ずれの有無、位置ずれの方向、または位置ずれの大きさ等が挙げられる。

本発明の半導体製造装置において、前記ウエハ収容室が減圧チャンバであって、前記移動手段は前記減圧チャンバ内を減圧した状態で前記半導体ウエハを移動可能に構成されてもよい。こうすることにより、減圧チャンバの減圧状態を解除せずに、減圧チャンバ内での半導体ウエハの搬送時に生じる位置ずれを検出することができる。このため、ウエハ処理雰囲気中での位置ずれの検出および搬送ティーチングが可能となる。したがって、実際のウエハ処理環境において生じる位置ずれを確実に検出し、さらに確実にティーチングを行うことができる。

本発明の半導体製造装置において、前記変位センサは、前記構造体に光を照射する光源と、前記構造体における反射光を受光する受光部と、を有する構成とすることができる。こうすることにより、変位センサから構造体までの距離を安定的に測定することができる。よって、構造体の凹凸形状を安定的に測定可能な構成とすることができる。

本発明の半導体製造装置において、前記ウエハ収容室の上面に窓部が設けられ、前記光源は前記窓部を介して前記光を照射し、前記受光部は前記窓部を介して前記反射光を受光するように構成されてもよい。こうすることにより、ウエハ収容室の外部に変位センサを設けて、窓部を介して光照射および受光を行うことができる。このため、装置構成を簡素化しつつ、位置ずれ検出ウエハの凹凸形状の測定を確実に行い、位置ずれを検出することができる。また、窓部を有する既存の装置にも容易に適用することができる。

本発明の半導体製造装置において、前記移動手段が前記位置ずれ検出ウエハを移動させながら、前記変位センサが前記構造体の前記凹凸形状を測定するように構成してもよい。こうすることにより、位置ずれ検出ウエハを所定の搬送経路で移動させる過程において、構造体の凹凸形状を変位センサにより連続的に測定することができる。このため、搬送過程で発生する位置ずれをさらに正確に検出することが可能となる。

たとえば、本発明の半導体製造装置において、前記移動手段が前記位置ずれ検出ウエハを水平移動させながら、前記変位センサが前記構造体の前記凹凸形状を連続的に測定するように構成されてもよい。こうすることにより、位置ずれ検出ウエハの水平移動で生じる位置ずれを、構造体の凹凸形状として確実に検出することができる。

本発明の半導体製造装置において、前記構造体は、前記位置ずれ検出ウエハの表面に平行で互いに高さの異なる三以上の面を有する構成とすることができる。こうすることにより、位置ずれ検出ウエハの面内の位置ずれを、構造体の高さ変化として変位センサにより検出することができる。また、このとき、面内の二方向以上の位置ずれを検出することが可能となる。

本発明の半導体製造装置において、前記構造体は、一方向に連続する階段状の段差構造を有し、前記構造体における複数の段部の前記位置ずれ検出ウエハの表面からの高さが互いに異なる構成とすることができる。こうすることにより、位置ずれが生じていないときに変位センサで測定される段差構造の高さと位置ずれが生じた時に測定される段差構造の高さとが異なる構成とすることができる。このため、段差構造が設けられた方向における位置ずれの有無および程度を、変位測定で測定される高さにより確実に検出することができる。

なお、本明細書において、階段状の段差構造の段部は位置ずれ検出ウエハの表面に平行な面を有する。段部を検出ウエハの表面に平行な面とすることにより、変位センサを用いた変位の測定を確実に行うことができる。また、本明細書において、一方向に連続するとは、段差構造が螺旋形状や折れ曲がり形状となっておらず、所定の方向に向かって略一直線に連続していることをいう。

また、本発明において、前記段差構造の前記段部が前記一方向に沿って一定の幅で形成されていてもよい。ここで、段部の幅とは、階段の踏面に対応する。一定の幅の段部を有する構成とすることにより、段差構造が連続する方向における位置ずれの程度を確実に測定可能な構成とすることができる。また、本発明において、前記段差構造の前記段部の高さが所定のピッチで変化していてもよい。ここで、段部の高さのピッチとは、階段の蹴上げに対応する。こうすることにより、位置ずれ検出ウエハの表面の高さ変化を変位センサで測定したときに、位置ずれの程度をさらに確実に検出することができる。

本発明の半導体製造装置において、前記段差構造が複数列並列されてなる構成とすることができる。こうすることにより、段差構造の連続方向および並列方向の二方向についての位置ずれを、変位センサを用いて測定することが可能となる。このため、半導体ウエハの平面内の位置ずれを確実に測定し、精密な搬送ティーチングを行うことが可能となる。

本発明の半導体製造装置において、隣接する前記段部の高さが互いに異なる構成とすることができる。こうすることにより、半導体ウエハの平面内の位置ずれをより一層確実に検出することができる。

本発明の半導体製造装置において、前記段差構造が三段以上の段部を有してもよい。こうすることにより、構造体の表面における光の照射位置の移動方向を段差構造の連続方向と異なる方向とした際に、段差構造の連続方向についての位置ずれ正負いずれの方向についても検知することが可能となる。

本発明の半導体製造装置において、前記構造体は、所定の方向に沿って凹部と凸部が交互に設けられた形状を含んでもよい。こうすることにより、構造体の表面における光の照射位置の移動方向を凹部と凸部が交互に設けられた所定の方向とした際に、変位センサで測定される凹部と凸部の出現パターンにより位置ずれの有無および程度を検出することができる。

本発明の半導体製造装置において、前記構造体は、第一の方向に沿って、連続する階段状の段差構造を有し、前記構造体における複数の段部の前記位置ずれ検出ウエハの表面からの高さが互いに異なるとともに、前記一の方向に直交する第二の方向に沿って凹凸パターンが形成されていてもよい。こうすることにより、位置ずれ検出ウエハの面内の位置ずれを、二次元的に検出することが可能となる。このため、位置ずれの精密な測定および精密な搬送ティーチングが可能となる。

本発明の半導体製造装置において、前記位置ずれ検出ウエハの表面に平行な所定の方向に沿って、前記構造体の幅が段階的に変化している形状を有してもよい。こうすることにより、所定の方向に垂直な方向に沿って構造体の凹凸形状を測定すると、測定された構造体の幅に応じて、位置ずれの有無および程度を検出することができる。なお、本発明において、構造体の幅は、所定の方向に垂直な方向の幅を指す。

本発明の半導体製造装置において、前記構造体は、前記位置ずれ検出ウエハの表面に平行な単一の上面を有してもよい。こうすることにより、構造体の形状を簡素化しつつ、位置ずれの有無および程度を確実に検出することができる。

本発明によれば、ウエハ収容室内で半導体ウエハを移動させる移動手段に、位置ずれ検出用の凹凸形状を有する構造体が設けられた位置ずれ検出ウエハが設置され、構造体の凹凸形状が変位センサにより測定される構成とすることにより、簡素な構成でウエハ処理環境における搬送ティーチングを可能とする技術が実現される。

本発明の半導体製造装置は、チャンバ内におけるウエハ搬送機構が設けられた構成であればよく、具体的には、たとえば、スパッタリング装置やＣＶＤ装置等とすることができる。こうした半導体製造装置において、移載ロボットの位置ずれ検出や、搬送ロボットのティーチングおよび確認が行われる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同じの符号を付し、適宜説明を省略する。

（第一の実施形態）
図１は、本実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す断面図である。図１に示した半導体製造装置１００は、半導体ウエハを収容する減圧チャンバ１０１と、減圧チャンバ１０１内で処理対象の半導体ウエハと同様に搬送される位置ずれ検出用ウエハ１１０と、変位センサ１１５とを有する。

減圧チャンバ１０１の内部には、ステージ１０７、ステージ保持部１０９、および搬送ロボット１１１が設けられている。また、減圧チャンバ１０１の上壁面は、上蓋１０３となっており、上蓋１０３には窓部１０５が設けられている。また、減圧チャンバ１０１は、ポンプ１２１と接続しており、チャンバ内を減圧することができるように構成されている。

ステージ１０７には、シリコンウエハや化合物半導体ウエハ等の半導体ウエハが設置される。ステージ保持部１０９は、ステージ１０７を高さ方向および平面方向に移動可能に保持する。ステージ保持部１０９を調節することにより、ステージ１０７の減圧チャンバ１０１内での空間配置を３次元方向に調節可能である。

図２は、図１に示した半導体製造装置１００における、搬送ロボット１１１、変位センサ１１５および位置ずれ検出用ウエハ１１０を示す斜視図である。図２に示したように、搬送ロボット１１１は、半導体製造装置の搬送機構であり、搬送テーブル１４９を有する。搬送ロボット１１１は、搬送テーブル１４９上に載置された半導体ウエハまたは位置ずれ検出用ウエハ１１０を所定の一つの位置から他の位置へと移動させる。図１および図２には示していないが、後述するように、搬送ロボット１１１の動作は制御部によって制御される構成とすることができる。

位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面には位置ずれ検出用の構造体１１３が設けられている。構造体１１３は凹凸形状を有し、この凹凸形状は、変位センサ１１５によって測定される。なお、構造体１１３の構成については後述する。

図１に戻り、変位センサ１１５は、測定光を照射しその反射により反射物との距離を測定する。変位センサ１１５は、レーザー光源１１７と受光素子１１９を有する。レーザー光源１１７からの出射光１２７は、上蓋１０３に設けられた窓部１０５を透過し、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面に設けられた構造体１１３へと照射される。また、受光素子１１９には、レーザー光源１１７からの出射光１２７のうち、構造体１１３の表面で反射した反射光１２９が集光される。

窓部１０５は、レーザー光源１１７からの出射光を透過可能な材料により構成される。具体的には、窓部１０５の材料を、たとえば、石英とすることができる。また、構造体１１３は、たとえば表面が金属膜で被覆された構成とすることができる。また、構造体１１３の表面を鏡面とすることができる。こうすれば、構造体１１３の表面で出射光１２７を確実に反射させ、受光素子１１９にて受光することができる。

なお、図１では、減圧チャンバ１０１の上蓋１０３に変位センサ１１５が接続された構成を例示しているが、変位センサ１１５は減圧チャンバ１０１内の位置ずれ検出用ウエハ１１０の凹凸形状を検出できるように設置されていればよく、たとえば減圧チャンバ１０１の内部に設置されていてもよい。また、図１においては、変位センサ１１５がレーザー光源１１７を有している場合を例示したが、構造体１１３に照射する光はレーザー光でなくてもよい。

以上のように構成された半導体製造装置１００においては、搬送ロボット１１１上に設けられた位置ずれ検出用ウエハ１１０を移動させながらレーザー光源１１７から光照射を行う。構造体１１３の表面における出射光１２７の照射位置を移動させながらレーザー光を照射し、構造体１１３の凹凸形状を連続的に測定することにより、搬送過程における位置ずれ検出用ウエハ１１０の位置ずれを検出することができる。なお、位置ずれの具体的な測定手順については後述する。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、位置ずれ検出用ウエハ１１０を用いた搬送位置ずれ検出方法を説明する斜視図である。図３（ａ）は、図２に示した搬送ロボット１１１上の位置ずれ検出用ウエハ１１０に設けられた構造体１１３への光照射方向を示す図である。ここでは、構造体１１３の中心線１２５がＹ軸に平行であり、Ｙ軸方向に沿って位置ずれ検出用ウエハ１１０を水平移動させる搬送経路における位置ずれを測定する場合を例示している。以下、この場合を例に説明する。

また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した構造体１１３の拡大図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示したように、構造体１１３は位置ずれ検出用の凹凸形状を有する。構造体１１３は、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面に平行で平坦で高さの異なる複数の面を有し、中心線１２５に沿って出射光１２７が照射される。なお、図３（ｂ）に示したように、構造体１１３のＸ軸方向には段差が段階的に形成されているが、本実施形態および以降の実施形態において、繰り返し設けられた凹凸構造および連続する段差構造等をあわせて構造体１１３の凹凸形状と呼ぶ。

構造体１１３は、Ｘ軸方向に連続する階段状の段差構造を有し、構造体１１３における複数の段部の位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面からの高さが互いに異なる構成を有する。図４は、段差構造の基本構成の一例を示す図である。図４に示した段差構造は、複数の階段状の段差を有し、複数の段差の高さが互いに異なる構成となっている。図４では、高さがｂ、ｈ、およびｃの３段の段部がこの順に設けられた段差構造である。ここで、段部の高さはｃ＜ｂ＜ｈとなっている。

段差構造の上面は長方形であり、その幅を、Ｘ方向および軸方向のそれぞれについてｗ_xおよびｗ_yとする。中心線１２５は、上面におけるＸ軸方向の中心に位置し、Ｙ軸に平行になっている。

ｗ_xおよびｗ_yならびに上面に平行な各段差面の幅は、出射光１２７のスポット径よりも大きくすることができる。こうすれば、出射光１２７を構造体１１３の表面のうち、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面に平行な面で確実に反射させることができる。このため、変位センサ１１５を用いて構造体１１３の凹凸形状を確実に検出することができる。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、図３（ｂ）に示した構造体１１３の断面図である。図５（ａ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａ'断面図であり、図５（ｂ）は、図３（ｂ）の中心線１２５方向の断面図である。

図５（ａ）に示したように、構造体１１３は、五つの段部を有する段差構造がＸ軸方向に連続した構成を有し、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面から五つの段部までの高さが互いに異なる。

また、図５（ｂ）に示したように、構造体１１３はＹ軸方向に沿って凹部と凸部が交互に設けられた形状を含む。凹部と凸部が交互に設けられた形状となっている。なお、構造体１１３における凹部と凸部の繰り返し回数に特に制限はなく、測定対象の搬送経路の長さや方向に応じて適宜選択することができる。

また、構造体１１３は、図４に示した段差構造が、複数列（図３（ｂ）では五列）並列配列することにより形成され、隣接する段部の高さが互いに異なる構成となっている。

図６は、二つの段差構造の並列配置を示している。図６では、二つの段差構造を、Ｚ軸方向に（ｈ−ａ）の段差を設けて並列配置している。このため、Ｘ軸方向に３段の段部を有するとともに、それぞれの段部からＹ軸方向に連続する階段状の段差が２段形成された構成となっている。

このように、構造体１１３は、Ｘ軸方向に沿って、連続する階段状の段差構造を有し、構造体１１３における複数の段部の位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面からの高さが互いに異なるとともに、Ｘ軸に直交するＹ軸方向に沿って凹凸パターンが形成されている。また、隣接する段部の高さが互いに異なる構成となっている。

また、構造体１１３の中央には、位置合わせマーク１４７が設けられている。位置合わせマーク１４７は、たとえば位置ずれ検出用ウエハ１１０表面の中心に設けることができる。こうすれば、位置ずれ検出用ウエハ１１０の中心位置を所定の位置に確実にあわせることができる。位置合わせマーク１４７は、構造体１１３の上面に設けられ、深さが（ｈ−ａ）よりも小さい凹部となっている。なお、位置合わせマーク１４７を凸部とすることもできる。

図３（ｂ）、図４、図５（ａ）、図５（ｂ）、および図６において、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交する３つの軸であり、これらの軸方向についての位置ずれが検出対象となる。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の位置ずれについて検出可能なしきい値の大きさをそれぞれＬ_x、Ｌ_y、およびＬ_zとすると、
ｗ_x／２＜Ｌ_x
ｗ_y＜Ｌ_y
Ｌ_z＜ｈ−ａ
とすることができる。こうすれば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれについてしきい値以上の位置ずれが生じた際に、その位置ずれをＺ軸方向の高さ変化に変換して検出することができる。なお、しきい値は、たとえば位置ずれの許容値とすることができる。

図７は、図１に示した半導体製造装置１００の構成を示すブロック図である。図７に示したように、半導体製造装置１００は、演算部１３１、制御部１３３、駆動機構１３５、搬送手段１３７、表示部１３９、変位センサ１１５および参照データ記憶部１４１を有する。

図７において、駆動機構１３５および搬送手段１３７は、図１における搬送ロボット１１１に対応する。搬送手段１３７は、位置ずれ検出用ウエハ１１０の設置される搬送テーブル１４９に対応する。また、駆動機構１３５は、搬送手段１３７を駆動するモータ（図１では不図示）に対応する。また、図７において、変位センサ１１５は光源１４３および受光部１４５を有する。光源１４３は、図１におけるレーザー光源１１７に対応し、受光部１４５は受光素子１１９に対応する。演算部１３１は、駆動機構１３５および変位センサ１１５の駆動の制御を行う。

また、演算部１３１、制御部１３３、参照データ記憶部１４１および表示部１３９は、たとえば図１におけるＰＣ１２３に設けられていてもよい。また、演算部１３１および表示部１３９は、変位センサ１１５に設けられている構成とすることもできる。

次に、半導体製造装置１００におけるウエハの搬送ティーチングの方法について説明する。図８は、半導体製造装置１００における位置ずれ検出および搬送ティーチングの手順を示す図である。図１、図７、および図８を用いて搬送ティーチングの手順を説明する。

まず、減圧チャンバ１０１の上蓋１０３および変位センサ１１５を所定の位置にセットする（Ｓ１０１）。そして、減圧チャンバ１０１の処理室内の雰囲気をウエハ処理条件に対応する所定の条件に設定する（Ｓ１０２）。このとき、たとえば処理室内のガスの種類や減圧度を調整することができる。

そして、搬送ロボット１１１上に設置された位置ずれ検出用ウエハ１１０の搬送を行う（Ｓ１０３）。このとき、前述したように、位置ずれ検出用ウエハ１１０の構造体１１３に光源１４３からの出射光１２７を照射しながら位置ずれ検出用ウエハ１１０を搬送させる。受光部１４５で検知した反射光１２９の大きさに基づき、演算部１３１にて位置ずれの方向および大きさの算出を行う（Ｓ１０４）。このとき、演算部１３１は、予め参照データ記憶部１４１に記憶されたデータを参照して演算を行ってもよい。参照データ記憶部１４１には、たとえば、位置ずれが生じていないときに測定される構造体１１３の凹凸形状のパターンが記憶されている。

そして、位置ずれ検出用ウエハ１１０の搬送において位置ずれが生じていなければ、位置ずれの測定は終了する。一方、位置ずれが生じている場合（Ｓ１０５のＹｅｓ）、位置ずれを修正するための搬送ティーチングを行うことになる。

位置ずれの修正に減圧チャンバ１０１の開放を要しない場合（Ｓ１０６のＮｏ）、減圧チャンバ１０１の雰囲気を保持した状態で位置ずれを修正する搬送ティーチングを行う（Ｓ１０９）。このとき、具体的には、たとえば、搬送ロボット１１１の駆動機構１３５を調整することができる。また、たとえば、位置ずれ検出用ウエハ１１０を所定の位置からステージ１０７上に移動される過程での位置ずれに対しては、ステージ保持部１０９を調節することにより、ステージ１０７の位置を調整することができる。搬送ティーチング（Ｓ１０９）の後、ステップ１０３以降の手順を再度行う。

また、位置ずれの修正に減圧チャンバ１０１の開放が必要な場合には、減圧チャンバ１０１を開放し（Ｓ１０７）、必要な調整を行った後、ステップ１０２以降の手順を再度行う。

以上の手順により、位置ずれ検出用ウエハ１１０の搬送過程で生じる位置ずれの検出およびその修正が可能となる。なお、位置ずれ検出用ウエハ１１０を用いたティーチングのうち、実際の処理ウエハを用いて確認操作を行ってもよい。

以上の手順のうち、ステップ１０３では、位置ずれ検出用ウエハ１１０に設けられた構造体１１３に設けられ、三軸（Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸）方向の位置ずれを反映する高さに段差が設定された水平面に変位センサ１１５からレーザー光を照射して水平面で反射させる。このときの反射光１２９により、変位センサ１１５と位置ずれ検出用ウエハ１１０に設けられた構造体１１３に形成させた水平面との距離を変位センサ１１５にて測定する。

ステップ１０３において、まず、搬送ロボット１１１が搬送物である位置ずれ検出用ウエハ１１０を搬送テーブル１４９に載置し、搬送元から搬送（移動）を開始する。そして、減圧チャンバ１０１内の所定の搬送位置に搬送する。そして、減圧チャンバ１０１内の所定の搬送位置にて搬送動作を一旦停止する。この搬送期間の過程において、変位センサ１１５と位置ずれ検出用ウエハ１１０に設けられた構造体１１３との距離を変位センサ１１５により測定する。

このように、本実施形態では、位置ずれ検出用ウエハ１１０を通常の製品ウエハと同じように搬送させる。そして、このウエハが処理室に入ってくるタイミングでモニタする。または、搬送ロボット１１１が位置ずれ検出用ウエハ１１０を移動させながら、変位センサ１１５が構造体１１３の前記凹凸形状を連続的に測定する。なお、構造体１１３の凹凸形状を常時モニタしてもよい。そして、構造体１１３の凹凸形状を反映する高さ（Ｚ軸）方向の変位を変位センサ１１５で読み取る。構造体１１３に設けられた段部の高さは、Ｘ軸方向に対応する高さｂおよびｃとＹ軸方向に対応する高さａとで異なるため、Ｚ軸方向の変位をモニタすることにより、Ｚ軸方向の位置ずれに加え、位置ずれ検出用ウエハ１１０の平面内の位置ずれの方向および大きさを検出することができる。

図９は、図３（ｂ）のＡ−Ａ'断面図である。また、図１０は、ステップ１０３における変位センサ１１５の測定においてモニタされる構造体１１３の凹凸形状の一例を示す図である。なお、演算部１３１で算出された構造体１１３の凹凸形状を表示部１３９に表示させてもよい。

図１０において、位置ずれ検出用ウエハ１１０が位置ずれなく搬送される場合、出射光１２７は中心線１２５上に照射され続けることになる。これは図９におけるＴの位置に出射光１２７が照射されている場合に対応し、図１０中に実線で示したモニタ波形が得られる。一方、位置ずれ検出用ウエハ１１０がたとえばＴからＸ軸方向に位置ずれしている場合、図９中のＳに光照射されることになるため、図１０中に破線で示したモニタ波形が得られる。このように、位置ずれ検出用ウエハ１１０を連続搬送させてモニタ波形を見るだけで、搬送ずれを検出することができる。また、搬送工程の再現性確認も容易に実施できる。

また、モニタ波形において、位置合わせマーク１４７に対応する凹部の位置により、位置ずれ検出用ウエハ１１０の中心の位置ずれを検知することができる。

次に、図１に示した半導体製造装置１００の効果を説明する。
図１に示した半導体製造装置１００は、減圧チャンバを減圧した状態で、外部駆動される搬送ロボット１１１によりチャンバ内に収容された半導体ウエハを移動させることができる。このため、半導体ウエハの処理環境下で搬送の位置ずれを検出することができる。したがって、減圧チャンバ１０１の真空状態の解除を必要最小限とし、スループットを向上させることができる。

また、減圧チャンバ１０１に合う窓部１０５つきの上蓋１０３を有する。そして、変位センサ１１５のレーザー光源１１７が窓部１０５を介して出射光１２７を照射し、受光素子１１９は窓部１０５を介して反射光１２９を受光するように構成されている。このため、減圧チャンバ１０１の外部に変位センサ１１５を取り付け、位置ずれ検出用ウエハ１１０を搬送させることによって、位置ずれ検出用ウエハ１１０の搬送過程における構造体１１３の凹凸形状を測定し、搬送過程で生じる位置ずれを検出することができる。また、変位センサ１１５を用いることにより、装置構成全体を簡素化しつつ、搬送位置の確認を精度、確度よくおこなうことができる。

また、半導体製造装置の真空チャンバ等に設けられている外部窓を利用して、真空チャンバ内の搬送機構の三軸方向の搬送位置ずれの検出を行うことができる。このため、コスト面にて優れ、また、既存の半導体製造装置の搬送機構に大規模な改造を施すことなく容易に適用することができる。

また、半導体製造装置１００においては、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面に凹凸形状を有する構造体１１３が設けられ、構造体１１３は、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面に平行で互いに高さの異なる三以上の面を有する。このため、変位センサ１１５のレーザー光源１１７からの出射光１２７をこれらの面で確実に反射させ、受光素子１１９に集光させることができる。よって、変位センサ１１５を用いて構造体１１３の凹凸形状を測定し、搬送過程における位置ずれを容易に検出することができる。

位置ずれ検出用ウエハ１１０に設けられている構造体１１３は、Ｘ軸方向に連続する階段状の段差構造を有し、構造体１１３における五つの段部の位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面からの高さが互いに異なっている。このため、構造体１１３のＹ軸方向に沿って位置ずれ検出用ウエハ１１０を移動させることにより、Ｘ軸方向の位置ずれをＸ方向および−Ｘ方向のいずれについても検出することができる。

また、構造体１１３は、Ｙ軸方向の幅が略一定であり、Ｙ軸方向に沿って凹部と凸部が交互に設けられた形状を有する。このため、出射光１２７の照射位置の進行方向をＹ軸方向として構造体１１３の凹凸形状を連続的に測定した際に、変位センサ１１５にて測定される凹凸形状のパターンによりＹ軸方向の位置ずれの有無および大きさを検出することができる。

また、構造体１１３は、階段状の段差構造が複数並列されており、隣接する段部の高さが互いに異なるため、Ｘ軸方向の位置ずれおよびＹ軸方向の位置ずれを、いずれもＺ軸方向の段差に変換して検出することができる。また、ｃ＜ｂ＜ａ＜ｈかつＬ_z＜ｈ−ａとなっているため、Ｚ軸方向の位置ずれについても確実に検出することが可能である。

このように、半導体製造装置１００においては、１つの変位センサ１１５を用いて位置ずれ検出用ウエハ１１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の互いに直交する３軸方向の搬送位置ずれを、いずれもＺ軸（高さ）方向の変位で判断できるようになる。これにより、１つの変位センサ１１５を有する簡素な構成で、ウエハのＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の搬送位置ずれを定量的に算出可能となる。

また、半導体製造装置１００において、ウエハの搬送過程が複数設けられている場合にも、所定の搬送過程について位置ずれ検出用ウエハ１１０を用いたティーチングを行うことにより、上流側における搬送履歴を反映した位置ずれを検出することができる。このため、搬送ティーチングのステップ１０８またはステップ１０９において、確実に位置合わせを行うことが可能である。

また、従来のティーチング方法においては、所定の搬送過程における位置ずれのみを検知していたが、本実施形態に係る半導体製造装置１００においては、構造体１１３を移動させながら連続的に凹凸形状を測定することにより、半導体製造装置１００内で位置ずれ検出用ウエハ１１０に施された搬送履歴を反映した位置ずれの３次元的な情報を、１次元的な情報に変換して検出することができる。

このため、複数の搬送過程を有する半導体製造装置１００の場合においても、各搬送過程において生じる位置ずれを確実に検出することができる。よって、位置ずれ検出用ウエハ１１０を用いて位置ずれの検出およびティーチングを行うことにより、実際の処理対象のウエハを所定の位置に確実に搬送し、所定の位置に載置することができる。よって、ウエハに対して所定の処理を安定的に行い、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。

なお、本実施形態において、構造体１１３の構成は以下のようにしてもよい。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、構造体１１３のＡ−Ａ'断面すなわちＸ軸方向の断面図である。図１１（ａ）では、Ｘ軸方向に連続する階段形状が、Ｘ方向に向かうにつれて段部の高さが低下するように構成されている。また、図１１（ｂ）では、中心線１２５の位置に設けられた段部の高さが最も高く、Ｘ方向、−Ｘ方向いずれについても中心線１２５から遠ざかるにつれて段部の高さが低下する形状である。図１１（ｂ）は、図３（ｂ）に示した構造体１１３の構成に対応している。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）のいずれの場合も、構造体１１３の進行方向に対して垂直なＸ軸方向に連続し、互いに高さが異なる段部を三段有するため、中心線１２５の両側に段差を設けることができる。このため、中心線１２５からの位置ずれをＸ方向、−Ｘ方向のどちらにずれているかを含めて検知することができる。

また、図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、構造体１１３の中心線１２５方向の断面すなわちＹ軸方向の断面図である。図１２（ａ）に示したように、Ｙ軸方向にも階段状に連続する段差形状を形成することにより、位置ずれ検出用ウエハ１１０の位置ずれをＹ方向と−Ｙ方向を区別して検出することができる。また、図１２（ｂ）に示したように、Ｙ軸方向に沿って凹部と凸部を交互に設けた場合、Ｙ軸方向を位置ずれ検出用ウエハ１１０の移動方向とすることにより、モニタされる凹凸形状のパターンから位置ずれを検出することができる。

また、構造体１１３の段差構造の段部は、Ｘ軸方向に沿って一定の幅で形成されていてもよい。一定の幅の段部を有する構成とすることにより、段差構造が連続するＸ軸方向における位置ずれの程度を確実に測定可能な構成とすることができる。また、段差構造の段部の高さが所定のピッチで変化していてもよい。こうすれば、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面の高さ変化を変位センサ１１５で測定したときに、位置ずれの程度をさらに確実に検出することができる。

また、本実施形態および以下の実施形態において、位置ずれ検出用ウエハ１１０を複数回搬送させ、そのデータをＰＣ１２３で確認することにより位置ずれを測定してもよい。こうすることにより、従来人が行っていた目視による搬送確認作業を搬送後のデータ確認として行うことが可能となる。

（第二の実施形態）
第一の実施形態においては、変位センサ１１５を一つ用いて位置ずれ検出用ウエハ１１０の位置ずれを検出する場合について説明したが、図１に示した半導体製造装置１００において、複数の変位センサ１１５を有する構成とすることができる。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、本実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す斜視図である。本実施形態に係る半導体製造装置の基本構成は、第一の実施形態に記載の搬送装置（図１）と同様であるが、変位センサ１１５を二つ有する点が異なる。これらの変位センサ１１５は、いずれもＰＣ１２３に接続されている。二つの変位センサ１１５の設置方向は、位置ずれ検出用ウエハ１１０を移動させる際の進行方向に沿って並んで設けられており、進行方向に対して前方に一方の変位センサ１１５が設けられ、後方に他方の変位センサ１１５が設けられている。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）においては、位置ずれ検出用ウエハ１１０の搬送において、位置ずれが生じていなければ、二つの変位センサ１１５からの出射光１２７は、いずれも構造体１１３の中心線１２５上に照射されることになる。一方、位置ずれ検出用ウエハ１１０の搬送において、Ｚ軸に対して回転角θだけ回転方向の位置ずれが生じている場合、二つの変位センサ１１５からの出射光１２７が、異なる高さの面に照射されることになる。

このため、二つの変位センサ１１５で測定される凹凸形状を比較することにより、演算部１３１において、回転方向（θ方向）の位置ずれの有無および大きさを算出することができる。具体的には、たとえば、二つの変位センサ１１５のうち、一方でモニタされた波形を時間方向にシフトさせた際に、他方でモニタされた波形に重ね合わせることができれば、二つの変位センサ１１５が同じ凹凸形状を測定しており、θ方向の位置ずれが生じていないと判断することができる。

このように、二つの変位センサ１１５を用いて位置ずれ検出用ウエハ１１０の搬送時の構造体１１３の凹凸形状を連続的に測定することにより、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の位置ずれに加えて、さらに回転方向（θ方向）の位置ずれを検出することが可能となる。このため、ウエハを回転移動させる駆動部の搬送ティーチングをさらに精密に行うことが可能となる。具体的には、たとえば、ウエハに形成されたノッチやオリフラの検出のためにウエハを回転移動させる場合に生じる回転方向の位置ずれを検出することができる。

（第三の実施形態）
以上の実施形態においては、位置ずれ検出用ウエハ１１０の構造体１１３の上面に所定の凹凸形状を形成し、変位センサ１１５で測定した。ここで、構造体１１３は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の位置ずれをＺ軸方向の高さ変化に変換して検出できる形状であれば、図３（ｂ）および図４に示した形状以外の形状の構造体１１３を位置ずれ検出用ウエハ１１０に設けることもできる。

図１４は、本実施形態に係る位置ずれ検出用ウエハ１１０の構成を示す図である。図１４において、上の図が位置ずれ検出用ウエハ１１０の平面図であり、下の図が断面図である。図１４に示した位置ずれ検出用ウエハ１１０は、第一および第二の実施形態の場合と同様に、表面に構造体１１３を有する。

構造体１１３は、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面に平行な単一な上面を有し、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面に平行なＸ軸方向に沿って、構造体１１３の幅が段階的に変化している形状を有する。

この場合、Ｘ軸に垂直なＹ軸方向に沿って位置ずれ検出用ウエハ１１０を搬送することにより、Ｘ軸方向の位置ずれを検知することができる。たとえば、位置ずれが生じていないときには出射光１２７が中心線１２５上に照射される場合、位置ずれ検出用ウエハ１１０がＸ方向に位置ずれしていると、出射光１２７が照射される構造体１１３の距離が長くなる。たとえば、位置ずれが生じていない場合には、図１４中のＱの位置に出射光１２７が照射されるとすると、Ｘ方向に位置ずれが生じている場合にはＲの位置に出射光１２７が照射され、−Ｘ方向に位置ずれが生じている場合にはＰの位置に出射光１２７が照射されることになる。

図１５は、図１４中のＰ、Ｑ、およびＲのそれぞれの位置に出射光１２７が照射される際に変位センサ１１５で測定される位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面の凹凸パターンを模式的に示す図である。図１５に示したように、Ｘ軸方向の位置ずれにより、測定される凹凸パターンが変化するため、これを用いて位置ずれの有無を検出することができる。

また、図１５には示していないが、位置ずれ検出用ウエハ１１０がＺ軸方向に位置ずれしている場合、測定される凹凸パターンが縦軸方向に位置ずれ分シフトすることになる。このため、本実施形態においても、位置ずれ検出用ウエハ１１０の表面に平行な方向と垂直な方向の位置ずれを、ともにＺ軸方向の段差形状として検出することができる。

また、本実施形態では、構造体１１３の上面を単一面とすることにより、構造体１１３の構成を簡素化するとともに、出射光１２７を確実に反射させることができる。

なお、本実施形態に係る構造体１１３の構成を第一または第二の実施形態の構成と組み合わせて用いてもよい。たとえば、構造体１１３の上面にさらに所定の凹凸パターンを形成してもよい。こうすれば、さらに精密な搬送ティーチングが可能となる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

たとえば、以上の実施形態において、検出した位置ずれ検出用ウエハ１１０の搬送位置ずれ量が許容値内（小さい）の場合は、搬送ロボットの搬送動作を終了するとともに、搬送位置ずれ量が許容値外（大きい）の場合は、搬送位置ずれとしてアラームを発生させ、搬送ロボット１１１の搬送動作を停止させる構成とすることもできる。

また、以上の実施形態においては、半導体製造装置１００が減圧チャンバ１０１を有する場合を例に説明したが、半導体ウエハの収容室は減圧チャンバ１０１には限られず、たとえば、加熱チャンバや加圧チャンバの場合にも本発明の構成を適用することができる。

本実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す断面図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の構成を説明する斜視図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれ検出用ウエハの構成を示す斜視図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれ検出用ウエハの構造体の段差構造の構成を示す斜視図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれ検出用ウエハの構造体の構成を示す断面図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれ検出用ウエハの構造体の段差構造の構成を示す斜視図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれの検出手順を示す図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれの検出方法を説明する図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれの検出方法を説明する図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれ検出用ウエハの構造体の構成を示す断面図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれ検出用ウエハの構造体の構成を示す断面図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれの検出方法を説明する図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれ検出用ウエハの構成を示す図である。 本実施形態に係る半導体製造装置の位置ずれの検出方法を説明する図である。

符号の説明

１００ 半導体製造装置
１０１ 減圧チャンバ
１０３ 上蓋
１０５ 窓部
１０７ ステージ
１０９ ステージ保持部
１１０ 検出用ウエハ
１１１ 搬送ロボット
１１３ 構造体
１１４ 段差構造
１１５ 変位センサ
１１７ レーザー光源
１１９ 受光素子
１２１ ポンプ
１２５ 中心線
１２７ 出射光
１２９ 反射光
１３１ 演算部
１３３ 制御部
１３５ 駆動機構
１３７ 搬送手段
１３９ 表示部
１４１ 参照データ記憶部
１４３ 光源
１４５ 受光部
１４７ 位置合わせマーク
１４９ 搬送テーブル

Claims (14)

1. 半導体ウエハを収容するウエハ収容室と、
   前記ウエハ収容室内に設置され、表面に、位置ずれ検出用の凹凸形状を有する構造体が設けられた位置ずれ検出ウエハと、
   前記ウエハ収容室内で前記半導体ウエハを移動させる移動手段と、
   前記構造体の前記凹凸形状を測定する変位センサと、
   を有することを特徴とする半導体製造装置。
2. 請求項１に記載の半導体製造装置において、前記ウエハ収容室が減圧チャンバであって、前記移動手段は前記減圧チャンバ内を減圧した状態で前記半導体ウエハを移動可能に構成されたことを特徴とする半導体製造装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体製造装置において、前記変位センサは、前記構造体に光を照射する光源と、前記構造体における反射光を受光する受光部と、を有することを特徴とする半導体製造装置。
4. 請求項３に記載の半導体製造装置において、前記ウエハ収容室の上面に窓部が設けられ、前記光源は前記窓部を介して前記光を照射し、前記受光部は前記窓部を介して前記反射光を受光するように構成されたことを特徴とする半導体製造装置。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の半導体製造装置において、前記移動手段が前記位置ずれ検出ウエハを移動させながら、前記変位センサが前記構造体の前記凹凸形状を測定するように構成されたことを特徴とする半導体製造装置。
6. 請求項１乃至５いずれかに記載の半導体製造装置において、前記構造体は、前記位置ずれ検出ウエハの表面に平行で互いに高さの異なる三以上の面を有することを特徴とする半導体製造装置。
7. 請求項１乃至６いずれかに記載の半導体製造装置において、前記構造体は、一方向に連続する階段状の段差構造を有し、前記構造体における複数の段部の前記位置ずれ検出ウエハの表面からの高さが互いに異なることを特徴とする半導体製造装置。
8. 請求項７に記載の半導体製造装置において、前記段差構造が複数列並列されてなることを特徴とする半導体製造装置。
9. 請求項８に記載の半導体製造装置において、隣接する前記段部の高さが互いに異なることを特徴とする半導体製造装置。
10. 請求項７乃至９いずれかに記載の半導体製造装置において、前記段差構造が三段以上の段部を有することを特徴とする半導体製造装置。
11. 請求項１乃至１０いずれかに記載の半導体製造装置において、前記構造体は、所定の方向に沿って凹部と凸部が交互に設けられた形状を含むことを特徴とする半導体製造装置。
12. 請求項１乃至１１いずれかに記載の半導体製造装置において、前記構造体は、
    第一の方向に沿って、連続する階段状の段差構造を有し、前記構造体における複数の段部の前記位置ずれ検出ウエハの表面からの高さが互いに異なるとともに、
    前記一の方向に直交する第二の方向に沿って凹凸パターンが形成されていることを特徴とする半導体製造装置。
13. 請求項１乃至１２いずれかに記載の半導体製造装置において、前記位置ずれ検出ウエハの表面に平行な所定の方向に沿って、前記構造体の幅が段階的に変化している形状を有することを特徴とする半導体製造装置。
14. 請求項１３に記載の半導体製造装置において、前記構造体は、前記位置ずれ検出ウエハの表面に平行な単一の上面を有することを特徴とする半導体製造装置。

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