JP2006196716A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置のメンテナンスの時期を正確に知ることができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 処理用チャンバ１０１と、処理用チャンバ１０１の内部に出入りする可動部材１０７とを備えた半導体製造装置であって、可動部材１０７は、処理用チャンバ１０１の内部の状態を観察するためのセンサ１０６を少なくとも一つ以上有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

半導体製造技術に係り、特に製造装置の処理用チャンバの状態を把握し、半導体製造装置の稼働率の向上及び歩留まり低下を抑制できる半導体製造装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体デバイス製造工程においては、近年の半導体装置の微細化に伴い、設備投資額が増大し、設備投資の回収を含め、より効率的に利益を上げることが必要である。そのため製造プロセスに要するコスト低減と製造プロセスにおける歩留まりの向上とが必要不可欠である。

個々の製造プロセスにおいては、装置の経時変化によるプロセス変動やパーティクル発生による歩留まり低下を防止するために、製造装置の状態管理を行い、定期的に装置のメンテナンスが行われている。

具体的には、処理枚数とともに特性変動やパーティクルの増加が起こることを考慮し、経験的に設定された処理枚数に達すると定期的に処理用チャンバのメンテナンスが行われている。

また、設定された処理枚数に達していなくても、ロット毎や毎日のモニターウエハによるパーティクル測定やエッチングレート、堆積レート、膜質などの特性を管理し、突発的な装置異常を検知した場合は処理用チャンバの不定期のメンテナンスが行われている。

しかしながら、このような従来の半導体装置の製造方法によると、メンテナンスを行うか否かの判断は、ウエハ処理枚数という経験的なパラメータによっているために正確にメンテナンスの時期を把握することが出来ず、例えば、実際にはまだメンテナンス時期ではない場合でも不必要なメンテナンスを行い、設備の稼働率を低下させたりしている。また、突発的な装置異常が発生し、メンテナンスが必要な場合でも、モニターウエハによる管理では異常が出来ないケースがあり、異常に気づくことなくロット処理を行い、歩留まりを低下させたりしている。

このような突発的な異常の場合、装置処理チャンバ内を目視で確認すれば容易に判断できるケースが多いが、装置処理チャンバを大気に開放し、目視確認を行った場合には、メンテナンスが必要となり、設備の稼働率を低下させてしまう。

上記のような問題から処理チャンバ内の状態を知る手段として、（特許文献１）などには、次に示す方法が開示されている。
すなわち、処理チャンバの内部に設置した反射ミラー上に、処理チャンバの外部に設けられた赤外線分光モニタから、処理チャンバのチャンバ窓を通して赤外線を照射し、その反射光の光量により前記反射ミラー上に堆積している反応生成物の膜厚をモニタし、処理チャンバの内部の状態を知る方法である。
特開２０００−３９０５号公報

しかしながら（特許文献１）に記載された方法は、処理用チャンバを大気に開放することなく測定を実施しているが、その測定内容は反射ミラー上に堆積した反応生成物の状態のモニタリングであり、チャンバ内のパーツに堆積した反応生成物の状態は知ることが出来ず、反射ミラーを設置した場所情報しか得ることが出来ない。

また、チャンバ窓を利用するためチャンバ窓上に堆積した反応生成物の影響で経時変化が生じ正確に計測することが出来ないという問題がある。
さらに、運転の継続によって前記処理用チャンバの内部のパーツの消耗が発生するが、この検出も難しい。

本発明は、処理用チャンバを大気に開放することなく処理用チャンバの内部の状態を従来よりも正確に把握でき、半導体製造装置の稼働率の向上および歩留まり低下を抑制できる半導体製造装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の半導体製造装置は、処理用チャンバと、前記処理用チャンバの内部に出入りする可動部材とを備えた半導体製造装置であって、前記可動部材に、前記処理用チャンバの内部の状態を観察するためのセンサを設けたことを特徴とする。

この構成によると、センサによって処理用チャンバを大気に開放することなく処理用チャンバの内部の状態を観察することができ、半導体製造装置のメンテナンスの時期を正確に知ることができる。

また、請求項２記載の半導体製造装置によると、請求項１において、前記処理用チャンバの内部を観察するための光源を備えていることを特徴とする。
この構成によると、センサによる処理用チャンバの内部の観察がしやすくなる。特にセンサが撮像素子である場合には、明瞭な画像を得ることができる。特に、可動部材に光源が設置されている場合には、処理用チャンバの外部に光源が設置されている場合と比較して、光源からの光を処理用チャンバの内部に導入するための窓に堆積物が付着した場合においても、十分な光量を確保できる。

また、本発明の請求項３記載の半導体製造装置によると、請求項１において、前記センサからの出力データを処理して前記処理用チャンバの内部の異常を判定するデータ処理システムを備えていることを特徴とする。

この構成によると、人為的な判断を必要とせずに、処理用チャンバの内部の異常を判定することが可能となる。特に、センサが撮像素子である場合には、撮像素子により取得した処理用チャンバの内部の画像データをシステムに格納されたソフトウェアで画像処理を行うことにより、処理用チャンバの内部における堆積膜剥がれ等の異常を検知できる。

また、本発明の請求項４記載の半導体製造装置によると、請求項１において、前記可動部材は、ウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアームであることを特徴とする。

この構成によると、ウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアームとは別の処理用チャンバの内部に出入りする可動部材を必要とすることが無くなり、装置の構成が単純になる。

また、本発明の請求項５記載の半導体製造装置によると、請求項１において、前記可動部材は、ウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアームとは別の可動部材であることを特徴とする。

この構成によると、処理用チャンバの内部における可動部材の位置を自在に制御することにより、センサがウエハ搬送用アームに設置されている場合と比較して、より広範な処理用チャンバの内部の情報を取得できる。

また、本発明の請求項６記載の半導体製造装置によると、請求項１において、前記センサは、撮像手段であることを特徴とする。
この構成によると、撮像手段により取得した処理用チャンバの内部の画像データから、処理用チャンバの内部における堆積膜剥がれ等の異常を検知できる。

また、本発明の請求項７記載の半導体製造装置によると、請求項１において、前記センサは、距離を計測する距離センサであることを特徴とする。
この構成によると、処理用チャンバの内部に設置されたパーツと可動部材との距離を計測してメンテナンスの要否を判断できる。

また、本発明の請求項８記載の半導体製造装置によると、請求項７において、前記距離センサは、前記処理用チャンバの内部のパーツに向けて検出光を出射する発光素子と、前記パーツでの反射光を検出する受光素子とを有していることを特徴とする。

また、本発明の請求項９記載の半導体製造装置によると、請求項７において、前記センサとは別に前記可動部材の高さ位置を検出するレベルセンサを有し、このレベルセンサの検出に基づいて前記データ処理システムの判定結果を制御するよう構成したことを特徴とする。

この構成によると、前記可動部材の高さ位置のずれの発生に伴うメンテナンスの時期誤検出を防止して、メンテナンスの時期を正確に検出できる。
また、本発明の請求項１０記載の半導体製造装置によると、請求項５において、前記処理用チャンバに隣接して設置された、前記可動部材を格納するための格納用チャンバを備えていることを特徴とする。

この構成によると、処理用チャンバを大気開放することなく、前記可動部材を処理用チャンバの内部に導入できる。
本発明の請求項１１記載の半導体装置の製造方法によると、ウエハを処理用チャンバに搬入搬出して半導体装置を製造するに際し、ウエハを処理用チャンバの内部に搬入する際、あるいは前記処理用チャンバの内部からウエハを搬出する際に、または処理用チャンバにおいて処理が行われていないアイドル状態の期間に、前記処理用チャンバの内部に出入りする可動部材に取り付けたセンサによって前記処理用チャンバの内部の状態を観察してデータを取得し、取得した前記データをデータ処理システムで処理して前記処理用チャンバの異常の有無を判断して前記処理用チャンバの状態を管理することを特徴とする。

この構成によると、半導体装置の製造工程への影響を最小限にしつつ、製造工程中において、前記処理用チャンバの内部のデータを取得してメンテナンスの時期を正確に検出できる。

本発明の請求項１２記載の半導体装置の製造方法によると、ウエハを処理用チャンバに搬入搬出して半導体装置を製造するに際し、ウエハを処理用チャンバの内部に搬入する際、あるいは前記処理用チャンバの内部からウエハを搬出する際に、または処理用チャンバにおいて処理が行われていないアイドル状態の期間に、前記処理用チャンバの内部に出入りする可動部材に取り付けた撮像手段によって前記処理用チャンバの内部の状態を観察して画像データを取得し、取得した前記画像データをデータ処理システムで処理して前記処理用チャンバの異常の有無を判断して前記処理用チャンバの状態を管理することを特徴とする。

この構成によると、半導体装置の製造工程への影響を最小限にしつつ、製造工程中において、前記処理用チャンバの内部のデータを取得してメンテナンスの時期を正確に検出できる。特に、撮像手段により取得した画像データと、処理用チャンバの内部に設置されたパーツ上に堆積した反応生成物の膜厚ごとの事前に取得した画像データとを比較することにより、処理用チャンバの内部の反応生成物の堆積膜厚を算出できる。これにより、処理用チャンバの内部で堆積膜剥がれ等の異常が実際に発生する前に、半導体製造装置のメンテナンスの要否を決定することが可能となる。事前に取得した画像データをデータベース化し、記憶装置に蓄積しておくことで、撮像手段により取得した画像データとの対比をデータ処理システムで処理することにより、正確かつ高速にメンテナンス時期を検出できる。

本発明の請求項１３に記載の半導体装置の製造方法によると、請求項１１または請求項１２において、処理用チャンバの内部に出入りする可動部材が、ウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアーム、またはウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアームとは別の可動部材であることを特徴とする。

この構成によると、ウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアームを使用した場合には、ウエハの搬入搬出経路中のパーツに付着した反応生成物の状態からメンテナンス時期を検出できる。ウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアームとは別の可動部材を使用した場合には、処理用チャンバがアイドル状態の時に操作して処理用チャンバの内部のデータを取得することにより、処理用チャンバの内部にウエハを搬送する際、あるいは前記処理用チャンバの内部からウエハを搬出する際に処理用チャンバの内部のデータを取得する場合と比較して、より詳細に処理用チャンバの内部の状態を調べることができ、より広範な処理用チャンバの内部の情報を取得してより正確かつ高速にメンテナンス時期を検出できる。

本発明の請求項１４に記載の半導体装置の製造方法によると、ウエハを処理用チャンバに搬入搬出して半導体装置を製造するに際し、ウエハを処理用チャンバの内部に搬入する際、あるいは前記処理用チャンバの内部からウエハを搬出する際に、または処理用チャンバにおいて処理が行われていないアイドル状態の期間に、前記処理用チャンバの内部に出入りする可動部材に取り付けた距離センサによって前記処理用チャンバの内部に設置されたパーツとの距離を計測することにより、前記パーツの消耗量を計測し、前記パーツの寿命を検出して前記処理用チャンバの異常の有無を判断して前記処理用チャンバの状態を管理することを特徴とする。

この構成によれば、処理用チャンバの内部に設置されたパーツの消耗を検出することができ、半導体製造装置のメンテナンスの要否を、処理用チャンバを大気に開放することなく判断できる。

本発明の請求項１５に記載の半導体装置の製造方法によると、請求項１４において、前記距離用センサを用いて計測した前記処理用チャンバの内部に設置されたパーツとの距離から前記パーツの寿命を算出するので、処理用チャンバを大気に開放することなく、半導体製造装置のメンテナンスの要否を判断できる。

本発明の半導体製造装置及び半導体装置の製造方法によれば、処理用チャンバを大気に開放することなく装置のメンテナンスの時期を正確に知ることができる。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１〜図３は本発明の（第１の実施形態）に係る半導体製造装置を示す。

この実施形態では、半導体製造装置が平行平板型ドライエッチング装置である場合について説明する。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ドライエッチングを実行する処理チャンバとしてのエッチングチャンバ１０１には、トランスファーチャンバ１１７を介してカセットチャンバ１１８が設けられている。トランスファーチャンバ１１７には、被加工物のウエハ１０５を前記カセットチャンバ１１８と前記エッチングチャンバ１０１との間で搬入搬出する可動部材としてのウエハ搬送アーム１０７が設けられている。なお、エッチングチャンバ１０１とトランスファーチャンバ１１７の間の隔壁には、気密構造のゲート１０ａが設けられている。トランスファーチャンバ１１７とカセットチャンバ１１８の間の隔壁には、気密構造のゲート１０ｂが設けられている。カセットチャンバ１１８には、ウエハ１０５を収容しているカセット（図示せず）を出し入れするゲート１０ｃが設けられている。

ウエハ１０５をエッチングする前記エッチングチャンバ１０１では、例えば、次のような条件で前記ウエハ１０５ 上に形成されたシリコン酸化膜等がエッチングされる。
上部電極１０２には６０ＭＨｚ、２０００Ｗの電力が供給され、下部電極１１１には２ＭＨｚ、１５００Ｗの電力が供給される。また、エッチングチャンバ１０１には、エッチング用ガスとしては、Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２（＝２０ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ）の混合ガスが供給される。エッチングチャンバ１０１内の圧力は４Ｐａに設定される。また、エッチング時間は２分間とする。

エッチングに際しては、エッチングチャンバ１０１とトランスファーチャンバ１１７との内部圧力を調整した状態でエッチングチャンバ１０１のゲート１０ａを開放して、その開口からウエハ１０５をウエハ搬送アーム１０７に載置して静電チャック１１０の上方位置に移動させると、図２（ａ）（ｂ）に示すように下部電極１１１の側からピン１１が上昇して、このピン１１がウエハ１０５をウエハ搬送アーム１０７の上面から持ち上げる。

この状態でウエハ搬送アーム１０７が前記トランスファーチャンバ１１７に後退し、図３（ａ）に示すようにゲート１０ａが閉鎖され、前記ピン１１が下降してウエハ１０５が図３（ｂ）に示すように静電チャック１１０の上に載置される。１０８はフォーカスリングである。

なお、この実施の形態では、ウエハ搬送アーム１０７の前記ウエハ１０５が載置される側（上面）であってウエハ１０５に隣接する位置には、図１（ｂ）（ｃ）にも示すようにセンサとして撮像手段であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子を使用したカメラ１０６が設置されている。

ウエハ１０５のエッチング処理が完了すると、図３（ｃ）に示すように前記ピン１１が上昇してウエハ１０５が持ち上げられ、エッチングチャンバ１０１とトランスファーチャンバ１１７との内部圧力を調整した状態でゲート１０ａが開放されて、ウエハ搬送アーム１０７がウエハ１０５の下方位置に侵入し、この状態で図３（ｃ）に示すように前記ピン１１が下降してウエハ１０５がウエハ搬送アーム１０７の上に載置される。ウエハ１０５を受け取ったウエハ搬送アーム１０７は、ウエハ１０５をエッチングチャンバ１０１から搬出し、ゲート１０ａが閉鎖され、トランスファーチャンバ１１７とカセットチャンバ１１８との内部圧力を調整した状態でゲート１０ｂが開放されて処理済みのウエハ１０５がカセットチャンバ１１８に位置している前記カセットに移載される。

上記の処理ルーチンを繰り返し実行することによって、エッチングチャンバ１０１における上部絶縁リング１０３の表面や下部絶縁リング１０９の表面等には、図１（ｂ）に示すようにエッチング反応生成物であるＣＦ系堆積膜１０４が堆積していく。

この堆積膜１０４の膜厚が厚くなりすぎた場合、あるいは何らかの装置異常により堆積膜１０４の膜質が変化した場合には、堆積膜１０４には膜剥がれが生じ、パーティクルの原因となり歩留まり低下を引き起こす。

そこで（第１の実施形態）では、チャンバ窓１１２を介して光源１１３によりエッチングチャンバ１０１内を、例えばウエハ１０５がウエハ搬送アーム１０７によってエッチングチャンバ１０１に搬送される毎に照明し、前記カメラ１０６により上部絶縁リング１０３の画像データを取得するように運転システムが構成されている。

さらに、この運転システムでは、カメラ１０６が取得した画像データは、ケーブル１１４を通じてデータ処理システム１１５Ａに送られ、データ処理システム１１５Ａにより画像処理することにより、上部絶縁リング１０３の表面に堆積した堆積膜１０４が剥がれを起こしているか否かの判定を行い、装置メンテナンスの要否を判定する。

このように、エッチングチャンバ１０１内の堆積膜１０４の剥がれを処理ウエハ毎に確認できるため、メンテナンスの実施時期を正確に知ることが出来る。これにより、不要なメンテナンスを防止し、装置の稼働率低下を防ぎ、かつ堆積膜１０４が剥がれた異常状態の装置で処理することによる歩留まり低下を防止することが出来る。

なお、ウエハ１０５をエッチングチャンバ１０１へ搬入する際、及びエッチングチャンバ１０１から搬出する際に、エッチングチャンバ１０１とトランスファーチャンバ１１７との間のゲート１０ａを閉塞した状態で、事前にトランスファーチャンバ１１７内の大気を排気することで、エッチングチャンバ１０１の内部が大気に曝されることが無くなる。これにより、エッチングチャンバ１０１内に堆積した堆積膜１０４の剥がれが生じにくくなる。

なお、カメラ１０６をウエハ搬送アーム１０７の下面に設置した場合には、下部絶縁リング１０９の表面に堆積した堆積膜１０４を観察することができる。また、カメラ１０６をウエハ搬送アーム１０７の側面に設置した場合には、エッチングチャンバ１０１の内壁に堆積した堆積膜１０４を観察することができる。

カメラ１０６の数や設置位置は、本実施形態の数や設置位置に限定されない。すなわち、カメラ１０６を複数個としてもよいし、カメラ１０６を、ウエハ搬送アーム１０７の下面、側面あるいは先端に設置してもよい。

（第２の実施形態）
図４（ａ）（ｂ）は、本発明の（第２の実施形態）に係る半導体製造装置を示す。図１に示した（第１の実施形態）と異なる点は、カメラ１０６の設置数及び設置場所であり、その他は同じである。

図４（ａ）（ｂ）において、ウエハ搬送アーム１０７には、第１のカメラ１０６Ａ、第２のカメラ１０６Ｂ及び第３のカメラ１０６Ｃ，１０６Ｄが設置されている。第１〜第３のカメラ１０６Ａ〜１０６Ｄは、ケーブル１１４を介してデータ処理システム１１５Ａに接続されている。

第１のカメラ１０６Ａは、ウエハ搬送アーム１０７のウエハ１０５が載置される側（上面）であってウエハ１０５に隣接する位置に設置されている。第２のカメラ１０６Ｂは、ウエハ１０５が載置される側とは反対の側（下面）に設置されている。第３のカメラ１０６Ｃ，１０６Ｄは、ウエハ搬送アーム１０７の側面に設置されている。

そして、運転システムは次のように構成されている。
本実施の形態では、チャンバ窓１１２を介して光源１１３によりエッチングチャンバ１０１内を、例えばウエハ１０５がウエハ搬送アーム１０７によってエッチングチャンバ１０１に搬送される毎に照明し、前記第１〜第３のカメラ１０６Ａ〜１０６Ｃによりエッチングチャンバ１０１の内部の画像データを取得するように運転システムが構成されている。

この場合、前記第１〜第３のカメラ１０６Ａ〜１０６Ｄによりそれぞれ、上部絶縁リング１０３、下部絶縁リング１０９及びエッチングチャンバ１０１の内壁の画像データを取得する。

前記第１〜第３のカメラ１０６Ａ〜１０６Ｄからの画像データは、ケーブル１１４を通じデータ処理システム１１５Ａに送られて、データ処理システム１１５Ａにより画像処理して、上部絶縁リング１０３、下部絶縁リング１０９及びエッチングチャンバ１０１の内壁に堆積している堆積膜１０４が剥がれを起こしているか否かの判定を行い、装置メンテナンスの要否を判定している。

このように（第２の実施形態）によれば、チャンバ内の堆積膜１０４の剥がれを処理ウエハ毎に確認できるため、メンテナンスの実施時期を正確に知ることが出来る。また（第１の実施形態）と比較して、エッチングチャンバ１０１内の複数箇所の堆積膜１０４の剥がれを処理ウエハ毎に確認し、メンテナンスの実施時期を（第１の実施形態）よりもさらに正確に知ることが出来る。

これにより、不要なメンテナンスを防止し、装置の稼働率低下を防ぎ、かつ堆積膜１０４が剥がれた異常状態の装置で処理することによる歩留まり低下を防止できる。
なお、第１〜第３のカメラ１０６Ａ〜１０６Ｄの数や設置位置は、本実施形態の数や設置位置に限定されない。すなわち、第１，第２のカメラ１０６Ａ，１０６Ｂを複数としてもよいし、第３のカメラ１０６Ｃ，１０６Ｄを１個または３個以上としてもよい。また、第３のカメラ１０６Ｃ，１０６Ｄの設置場所をウエハ搬送アーム１０７の先端にしてもよい。

（第３の実施形態）
図５（ａ）（ｂ）は、本発明の（第３の実施形態）に係る半導体製造装置を示す。図１に示した（第１の実施形態）と異なる点は、エッチングチャンバ１０１の内部を照らすための光源１１３が、図７ではウエハ搬送アーム１０７のウエハ１０５が載置される側（上面）であってカメラ１０６に隣接する位置に設置されている点であり、その他は同じである。

そして、運転システムは次のように構成されている。
本実施の形態では、ウエハ搬送アーム１０７上に設置された光源１１３によりエッチングチャンバ１０１内を、例えばウエハ１０５がウエハ搬送アーム１０７によってエッチングチャンバ１０１に搬送される毎に照明し、前記カメラ１０６によりエッチングチャンバ１０１の内部の画像データを取得するように運転システムが構成されている。

さらに、この運転システムでは、カメラ１０６が取得した画像データは、ケーブル１１４を通じてデータ処理システム１１５Ａに送られ、データ処理システム１１５Ａにより画像処理することにより、上部絶縁リング１０３の表面に堆積した堆積膜１０４が剥がれを起こしているか否かの判定を行い、装置メンテナンスの要否を判定する。

このように、上部絶縁リング１０３を近接した位置から光源１１３によって照明するため、エッチングチャンバ１０１内の堆積膜１０４の剥がれを（第１の実施形態）の場合よりも明瞭に確認できるため、メンテナンスの実施時期を正確に知ることが出来る。

このように（第３の実施形態）によれば、エッチングチャンバ１０１内の堆積膜１０４の剥がれを処理ウエハ毎に確認できるため、メンテナンスの実施時期を正確に知ることが出来る。また（第１の実施形態）と比較して、チャンバ窓１１２上に堆積したエッチング生成物による影響でチャンバ外部からの光量が乏しい場合でも光量を確保することが出来るように構成した点に特徴を有している。

これにより不要なメンテナンスを防止し、装置の稼働率低下を防ぎ、かつ堆積膜１０４が剥がれた異常状態の装置で処理することによる歩留まり低下を防止できる。
なお、光源１１３の数や設置位置は、本実施形態の数や設置位置に限定されない。すなわち、光源１１３を複数としてもよいし、光源１１３をウエハ搬送アーム１０７の下面、側面あるいは先端に設置してもよい。これらの場合においては、カメラ１０６の設置位置に隣接して設置するとよい。

カメラ１０６をウエハ搬送アーム１０７のウエハ１０５が載置される側とは反対の側（下面）に設置した場合には、光源１１３をウエハ搬送アーム１０７の下面に設置することにより下部絶縁リング１０９の表面に堆積した堆積膜１０４を明瞭に観察できる。

また、カメラ１０６をウエハ搬送アーム１０７の側面に設置した場合には、光源１１３をウエハ搬送アーム１０７の側面に設置することによりエッチングチャンバ１０１の内壁に堆積した堆積膜１０４を観察することができる。

さらに、前記（第２の実施形態）においても第１〜第３のカメラ１０６Ａ〜１０６Ｄの近傍に光源１１３を設置することによっても同様な効果を期待できる。
（第４の実施形態）
図６は本発明の（第４の実施形態）に係る半導体製造装置を示す。

図１に示した（第１の実施形態）と異なる点は、（第１の実施形態）の運転システムでは、カメラ１０６による画像データの取得は、ウエハ１０５の搬入搬出経路中においてウエハ搬送アーム１０７によってウエハ１０５がエッチングチャンバ１０１に搬送される毎に実行されたが、この図６では、ウエハ搬送アーム１０７の位置を制御するためのウエハ搬送アームコントローラ１１６を次のように構成している点が異なっており、その他は同じである。

ウエハ搬送アームコントローラ１１６は、エッチングチャンバ１０１において処理が行われていない期間（アイドル時）に、ウエハ搬送アーム１０７をチャンバ１０１内の観察したい任意の場所に移動させて、エッチングチャンバ１０１内の詳細なデータを取得するよう構成されている。

このように構成したため、エッチングチャンバ１０１において処理が行われていない間（アイドル時）にカメラ１０６によって取得されたデータは、例えば、ロット処理終了後のエッチングチャンバ１０１のアイドル時に、あらかじめ観測点が設定された搬送レシピによりウエハ搬送アーム１０７の移動及びデータ取得を行う。

例えば、ウエハ搬送アーム１０７の上面に設置されたカメラ１０６により上部絶縁リング１０３の面内の複数点の画像データを取得する。前記画像データを、ケーブル１１４を通じてデータ処理システム１１５Ａに送り、データ処理システム１１５Ａにより画像処理することにより、堆積膜１０４が剥がれを起こしているか否かの判定を行い、装置メンテナンスの要否を判定する。

このように（第４の実施形態）によれば、エッチングチャンバ１０１のアイドル時に、ウエハ搬送アーム１０７をチャンバ１０１内の観察したい任意の場所に移動させることで、チャンバ１０１内の詳細なデータを取得できる。これにより（第１の実施形態）で行っている処理ウエハ毎の定点の観察では観察できないエッチングチャンバ１０１内の詳細な情報を得ることができ、メンテナンスの実施時期をより正確に知ることができる。これにより、不要なメンテナンスを防止し、装置の稼働率低下を防ぎ、かつ堆積膜１０４が剥がれた異常状態の装置で処理することによる歩留まり低下を防止できる。

なお、これはウエハ搬送アーム１０７に（第２の実施形態）〜（第３の実施形態）のようにカメラ１０６Ａ〜１０６Ｄを取り付けた場合にも同様に実施できる。
（第５の実施形態）
図７は本発明の（第５の実施形態）に係る半導体製造装置を示す。

図１に示した（第１の実施形態）と異なる点は、（第１の実施形態）のデータ処理システム１１５Ａでは、カメラ１０６によって取得された画像データを処理して堆積膜１０４が剥がれを起こしているか否かの判定を行ったが、図７に示した（第５の実施形態）では、カメラ１０６によって取得された画像データから堆積膜１０４の厚さを算出し、算出された堆積膜１０４の膜厚により装置メンテナンスの要否を判定する点が異なり、その他は同じである。

本実施形態では、具体的には、データ処理システム１１５Ａ内の記憶装置１１５Ｂに、上部絶縁リング１０３上に堆積した堆積膜１０４の様々な厚さにおける画像データをデータベースとして蓄積しておく。次に、カメラ１０６によって取得した現在の画像データと前記記憶装置１１５Ｂ内に蓄積された画像データとを演算装置１１５Ｃにより比較、参照することにより現在の堆積膜１０４の膜厚を計算するよう構成されている。

このように、チャンバ内の堆積膜１０４の膜厚を処理ウエハ毎に確認し、堆積膜１０４がある膜厚に達しているか否かの判定を行うよう構成されているので、前記のある膜厚に達した場合にメンテナンスを行い、膜剥がれを起こし始める以前にメンテナンスを実施することができる。これにより、（第１の実施形態）よりもさらに堆積膜１０４の剥がれによる歩留まり低下の頻度を低下させることができる。

なお、これはウエハ搬送アーム１０７に（第２の実施形態）〜（第４の実施形態）のようにカメラを取り付けた場合にも同様に実施できる。
（第６の実施形態）
図８は、本発明の（第６の実施形態）に係る半導体製造装置を示す。

図１の（第１の実施形態）と異なる点は、センサとしてカメラ１０６に代わって距離センサ１２が設置されている。距離センサ１２は、発光素子である半導体レーザ１２２と、受光素子であるフォトダイオード１２３とで構成されている。

詳しくは、半導体レーザ１２２が、ウエハ搬送アーム１０７のウエハ１０５が載置される側（上面）であってウエハ１０５に隣接する位置に設置されている。また、フォトダイオード１２３が、ウエハ搬送アーム１０７の上面であって発光素子１２２に隣接する位置に設置されている。

（第１の実施形態）で説明したようなエッチング処理を行うと、エッチングチャンバ１０１内のパーツ、例えば、上部絶縁リング１０３や下部絶縁リング１０９が消耗していく。パーツの厚みが初期状態に比べて薄くなりすぎた場合は、特性変動を起こしたり、パーティクルが発生したりして歩留まり低下を引き起こす。

そこで本実施形態の運転システムは、次のように構成されている。
各ウエハ１０５がウエハ搬送アーム１０７によってエッチングチャンバ１０１に搬送される毎に、ウエハ搬送アーム１０７の上面に設置された前記半導体レーザ１２２により、上部絶縁リング１０３にレーザ光を照射し、上部絶縁リング１０３に当たり、戻ってきた反射レーザ光を前記フォトダイオード１２３により受光する。

フォトダイオード１２３の検出信号をケーブル１１４を通じてデータ処理システム１１５Ａに送り、データ処理システム１１５Ａではレーザ光が上部絶縁リング１０３に当たって戻ってきた時間を測定し、それに応じて上部絶縁リング１０３とウエハ搬送アーム１０７との距離を計測する。このようにして求めた上部絶縁リング１０３とウエハ搬送アーム１０７との距離と、上部絶縁リング１０３が新品の状態において取得したウエハ搬送アーム１０７との距離との差により、上部絶縁リング１０３の消耗量を計測し、装置メンテナンスの要否を判定する。

このように、エッチングチャンバ１０１内の上部絶縁リング１０３の消耗量を処理ウエハ毎に確認できるため、メンテナンスの実施時期を正確に知ることができる。これにより、不要なメンテナンスを防止し、装置の稼働率低下を防ぎ、かつチャンバ内パーツの消耗による特性変動や、パーティクル発生による歩留まり低下を防止できる。

なお、半導体レーザ１２２及びフォトダイオード１２３をウエハ搬送アーム１０７のウエハ１０５が載置される側とは反対の側（下面）に設置した場合には、下部絶縁リング１０９の消耗状態を計測して、下部絶縁リング１０９とウエハ搬送アーム１０７との距離と、下部絶縁リング１０９が新品の状態において取得したウエハ搬送アーム１０７との距離との差により、下部絶縁リング１０９の消耗量を計測し、装置メンテナンスの要否を判定できる。ウエハ搬送アーム１０７の両面に上記の距離センサ１２を設けて、上部絶縁リング１０３，下部絶縁リング１０９の消耗量を処理ウエハ毎に確認するように構成することもできる。

（第７の実施形態）
図９は本発明の第７の実施形態に係る半導体製造装置を示す。
図８の（第６の実施形態）ではウエハ搬送アーム１０７の高さのズレが発生した場合には、上部絶縁リング１０３の消耗量の計測の精度が低下し、装置メンテナンスの要否を適正に判定することができないが、図９に示す（第７の実施形態）では、ウエハ搬送アーム１０７の高さのズレを計測するセンサとしてレベルセンサ１３を備えている点が異なり、その他は（第６の実施形態）同じである。

レベルセンサ１３は、発光素子としての半導体レーザ１２４と受光素子としてのフォトダイオード１２５，１２６，１２７とで構成されている。
半導体レーザ１２４は、ウエハ搬送アーム１０７の先端にエッチングチャンバ１０１の内壁１４に向けてレーザ光を出射するように取り付けられている。フォトダイオード１２５，１２６，１２７はエッチングチャンバ１０１の内壁１４に取り付けられている。フォトダイオード１２５の取り付けレベルは、メンテナンス直後の前記半導体レーザ１２４の初期位置とほぼ同じ高さの位置に設置されている。フォトダイオード１２６は、フォトダイオード１２５の取り付けレベルよりも高い位置に設置されている。フォトダイオード１２７は、フォトダイオード１２５の取り付けレベルよりも低い位置に設置されている。

そこで本実施形態の運転システムは、次のように構成されている。
ウエハ１０５がウエハ搬送アーム１０７によってエッチングチャンバ１０１に搬送される毎に、前記半導体レーザ１２２により上部絶縁リング１０３にレーザ光を照射し、上部絶縁リング１０３で反射して戻ってきた反射レーザ光を前記フォトダイオード１２３により受光して、データ処理システム１１５Ａではレーザ光が上部絶縁リング１０３に当たって戻ってきた時間を測定し、それに応じて上部絶縁リング１０３とウエハ搬送アーム１０７との距離を計測する。このようにして求めた上部絶縁リング１０３とウエハ搬送アーム１０７との距離と、上部絶縁リング１０３が新品の状態において取得したウエハ搬送アーム１０７との距離との差により、上部絶縁リング１０３の消耗量を計測し、装置メンテナンスの要否を判定する。ここで、受光素子１２５が前記半導体レーザ１２４から出射したレーザ光を受光したとデータ処理システム１１５Ａで検出した場合には、前記装置メンテナンスの要否の判定結果は有効であるとして処理するが、受光素子１２６または受光素子１２７が半導体レーザ１２４から出射したレーザ光を受光していると判定した場合には、上部絶縁リング１０３が新品の状態において取得したウエハ搬送アーム１０７との距離との差に基づく装置メンテナンスの要否判定を無効として処理し、ウエハ搬送アーム１０７の高さを初期位置に戻す指示を外部に発生する。

このように構成したため、ウエハ搬送アーム１０７の高さの初期位置からのズレが発生した場合には、装置メンテナンスの要否判定を無効とするため、不要なメンテナンスを防止し、装置の稼働率低下を防ぐことができる。

また、フォトダイオード１２５とフォトダイオード１２６の取り付けレベル差ならびにフォトダイオード１２５とフォトダイオード１２７の取り付けレベル差が既知の場合には、受光素子１２６が半導体レーザ１２４から出射したレーザ光を受光していると判定した場合には、上部絶縁リング１０３が新品の状態において取得したウエハ搬送アーム１０７との距離との差を、受光素子１２５と受光素子１２６とのレベル差で補正し、これと上部絶縁リング１０３が新品の状態において取得したウエハ搬送アーム１０７との距離との差により、上部絶縁リング１０３の消耗量を計測して装置メンテナンスの要否を判定するようにデータ処理システム１１５Ａを構成することによって、装置メンテナンスの要否をより適切に判定できる。

同様に、受光素子１２７が半導体レーザ１２４から出射したレーザ光を受光していると判定した場合には、上部絶縁リング１０３が新品の状態において取得したウエハ搬送アーム１０７との距離との差を、受光素子１２５と受光素子１２７とのレベル差で補正し、これと上部絶縁リング１０３が新品の状態において取得したウエハ搬送アーム１０７との距離との差により、上部絶縁リング１０３の消耗量を計測して装置メンテナンスの要否を判定するようにデータ処理システム１１５Ａを構成する。

この（第７の実施形態）では、上部絶縁リング１０３の消耗を検出する場合を例に挙げて説明したが、下部絶縁リング１０９の消耗を検出する場合も同様に実施できる。
このように、ウエハ搬送アーム１０７の高さの初期位置からのズレを計測し、ウエハ搬送アーム１０７の高さズレを補正した正確な距離測定を行うことができる。これによりチャンバ内パーツの消耗量をより正確に計測し、装置メンテナンスの要否を判定できる。

したがって、この（第７の実施形態）によれば、エッチングチャンバ１０１内のパーツの消耗量を（第６の実施形態）と比較してより正確に測定できるため、メンテナンスの実施時期を正確に知ることができる。これにより、不要なメンテナンスを防止し、装置の稼働率低下を防ぎ、かつチャンバ内パーツの消耗による特性変動や、パーティクル発生による歩留まり低下を防止できる。

なお、ウエハ搬送アーム１０７の高さのズレを計測するためのレベルセンサ１３における受光素子の数は、３個に限らず２個または４個以上としてもよい。
（第８の実施形態）
図１０は、本発明の（第８の実施形態）に係る半導体製造装置を示す。

図１に示した（第１の実施形態）ではエッチングチャンバ１０１の内部の状態を観察するためのセンサが、ウエハ搬送アーム１０７に設けられていたが、この（第８の実施形態）では前記センサとしてのカメラ１０６がウエハ搬送アーム１０７とは別のアームであるロボットアーム１２０に設置している点である。

以下、異なる点について詳しく説明する。
エッチングチャンバ１０１に隣接したロボットアーム格納チャンバ１１９に格納されている前記ロボットアーム１２０は、ウエハ搬送アーム１０７のような前進と後退だけでなく、エッチングチャンバ１０１の内部の指定された部位を観察できるように先端部を移動させることができる多関節の産業用ロボットである。カメラ１０６は、ロボットアーム１２０の上面（上部電極１０２側）に設置されている。

ロボットアーム１２０は、ケーブル１１４Ｂを介してロボットアームコントローラ１２１によってＸ，Ｙ，Ｚ方向に可動するように制御される。
本実施形態では、エッチングチャンバ１０１において処理が行われていない間（アイドル時）に、データ取得用ロボットアーム１２０をチャンバ１０１内で観察したい任意の場所に移動させて、チャンバ１０１内の詳細なデータを取得する。例えば、非定常的なトラブルの発生時にエッチングチャンバ１０１内の画像データを取得し、異常原因の調査を行い、装置メンテナンスの要否を判定する。

このように、ロボットアーム１２０にセンサを設けた場合には、ウエハ搬送アーム１０７にセンサを設置した場合にはチャンバウォールに当たる等のため観察することが難しいエッチングチャンバ１０１内の情報を得ることができる。これにより非定常的なトラブルの発生時にエッチングチャンバ１０１内の画像データを取得し、異常原因の調査を大気開放することなしに行うことができる。これにより、不要なメンテナンスを防止し、装置の稼働率低下を防ぎ、かつ異常状態の装置で処理することによる歩留まり低下を防止できる。

なお、この（第８の実施形態）ではロボットアーム格納チャンバ１１９にロボットアーム１２０を設置した場合を例に挙げて説明したが、トランスファーチャンバ１１７にロボットアーム１２０を設置して同様に構成することもできる。

また、上記ではロボットアーム１２０が多関節のアームであるとして説明したが、エッチングチャンバ１０１の内部の指定された部位を観察できるように先端部を移動させることができる構成であれば、例えば、医療部門で器官内部を観察する内視鏡に使用されている光ファイバーを使用した内視鏡装置などで実現することもできる。

また、第２〜第７の実施形態におけるウエハ搬送アーム１０７に設置されるカメラ１０６、１０６Ａ〜１０６Ｃや距離センサ１２２〜１２６あるいは光源１１３をロボットアーム１２０に設置して構成することもできる。

上記の各実施形態では、エッチングチャンバ１０１の内部を観察する撮像手段として、ＣＣＤを使用したカメラ１０６，１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃを用いているが、撮像素子としてはＣＭＯＳセンサ等の他の撮像素子としてもよい。

上記の各実施形態では、距離センサ１２として、半導体レーザと受光素子の組み合わせを用いているが、半導体レーザに代えて発光ダイオードなどを光源に使用して構成することもできる。

本発明にかかる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法は、半導体装置の微細化、歩留まり向上、設備稼働率向上を図る上で極めて意義の大きいものである。

本発明の（第１の実施形態）に係る半導体製造装置の平面図，断面図およびウエハ搬送アームの平面図 同実施形態における搬入過程の断面図とウエハ搬送アームの平面図 同実施形態における搬入搬出過程の断面図 本発明の（第２の実施形態）に係る半導体製造装置の断面図とウエハ搬送アームの平面図 本発明の（第３の実施形態）に係る半導体製造装置の断面図とウエハ搬送アームの平面図 本発明の（第４の実施形態）に係る半導体製造装置の断面図 本発明の（第５の実施形態）に係る半導体製造装置の断面図 本発明の（第６の実施形態）に係る半導体製造装置の断面図 本発明の（第７の実施形態）に係る半導体製造装置の断面図 本発明の（第８の実施形態）に係る半導体製造装置の平面図と断面図

符号の説明

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ゲート
１２ 距離センサ
１０１ エッチングチャンバ（処理チャンバ）
１０２ 上部電極
１０３ 上部絶縁リング
１０４ 堆積膜
１０５ ウエハ（被加工物）
１０６ カメラ（撮像手段）
１０６Ａ〜１０６Ｄ 第１〜第３のカメラ
１０７ ウエハ搬送アーム（可動部材）
１０９ 下部絶縁リング
１１０ 静電チャック
１１１ 下部電極
１１２ チャンバ窓
１１３ 光源
１１５Ａ データ処理システム
１１５Ｂ 記憶装置
１１５Ｃ 演算装置
１１６ ウエハ搬送アームコントローラ
１１７ トランスファーチャンバ
１１８ カセットチャンバ
１１９ ロボットアーム格納チャンバ
１２０ ロボットアーム（可動部材）
１２１ ロボットアームコントローラ

Claims (15)

1. 処理用チャンバと、前記処理用チャンバの内部に出入りする可動部材とを備えた半導体製造装置であって、
   前記可動部材に、前記処理用チャンバの内部の状態を観察するためのセンサを設けた
   半導体製造装置。
2. 前記処理用チャンバの内部を観察するための光源を備えている
   請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記センサからの出力データを処理して前記処理用チャンバの内部の異常を判定するデータ処理システムを備えている
   請求項１に記載の半導体製造装置。
4. 前記可動部材は、ウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアームである
   請求項１に記載の半導体製造装置。
5. 前記可動部材は、ウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアームとは別の可動部材である
   請求項１に記載の半導体製造装置。
6. 前記センサは、撮像手段であることを特徴とする
   請求項１に記載の半導体製造装置。
7. 前記センサは、距離を計測する距離センサであることを特徴とする
   請求項１に記載の半導体製造装置。
8. 前記距離センサは、前記処理用チャンバの内部のパーツに向けて検出光を出射する発光素子と、前記パーツでの反射光を検出する受光素子とを有している
   請求項７に記載の半導体製造装置。
9. 前記センサとは別に前記可動部材の高さ位置を検出するレベルセンサを有し、このレベルセンサの検出に基づいて前記データ処理システムの判定結果を制御するよう構成した
   請求項７記載の半導体製造装置。
10. 前記処理用チャンバに隣接して設置された、前記可動部材を格納するための格納用チャンバを備えた
    請求項５に記載の半導体製造装置。
11. ウエハを処理用チャンバに搬入搬出して半導体装置を製造するに際し、
    ウエハを処理用チャンバの内部に搬入する際、あるいは前記処理用チャンバの内部からウエハを搬出する際に、または処理用チャンバにおいて処理が行われていないアイドル状態の期間に、
    前記処理用チャンバの内部に出入りする可動部材に取り付けたセンサによって前記処理用チャンバの内部の状態を観察してデータを取得し、取得した前記データをデータ処理システムで処理して前記処理用チャンバの異常の有無を判断して前記処理用チャンバの状態を管理する
    半導体装置の製造方法。
12. ウエハを処理用チャンバに搬入搬出して半導体装置を製造するに際し、
    ウエハを処理用チャンバの内部に搬入する際、あるいは前記処理用チャンバの内部からウエハを搬出する際に、または処理用チャンバにおいて処理が行われていないアイドル状態の期間に、
    前記処理用チャンバの内部に出入りする可動部材に取り付けた撮像手段によって前記処理用チャンバの内部の状態を観察して画像データを取得し、取得した前記画像データをデータ処理システムで処理して前記処理用チャンバの異常の有無を判断して前記処理用チャンバの状態を管理する
    半導体装置の製造方法。
13. 処理用チャンバの内部に出入りする可動部材が、
    ウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアーム、またはウエハを前記処理用チャンバの内部に搬送するためのアームとは別の可動部材であることを特徴とする
    請求項１１または請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. ウエハを処理用チャンバに搬入搬出して半導体装置を製造するに際し、
    ウエハを処理用チャンバの内部に搬入する際、あるいは前記処理用チャンバの内部からウエハを搬出する際に、または処理用チャンバにおいて処理が行われていないアイドル状態の期間に、
    前記処理用チャンバの内部に出入りする可動部材に取り付けた距離センサによって前記処理用チャンバの内部に設置されたパーツとの距離を計測することにより、前記パーツの消耗量を計測し、前記パーツの寿命を検出して前記処理用チャンバの異常の有無を判断して前記処理用チャンバの状態を管理する
    半導体装置の製造方法。
15. 前記距離用センサを用いて計測した前記処理用チャンバの内部に設置されたパーツとの距離から前記パーツの寿命を算出する
    請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。

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