JP3871112B2 - Substrate processing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウェーハ等の基板に各種絶縁膜、電極膜を成膜し、或はエッチング処理をして半導体装置を製造する基板処理装置、特に成膜処理後の膜厚を測定可能な基板処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置を製造する場合に、成膜処理後の成膜膜厚、膜厚分布を知ることは成膜状態を管理する上で、又半導体装置の品質の向上、歩留りの向上の為に必要である。
【0003】
基板処理装置としては所要枚数を一括して処理するバッチ式の基板処理装置、1枚又は2枚を個別に処理する枚葉式の基板処理装置があり、バッチ式の基板処理装置に於いては製品用のウェーハの間に複数のモニタウェーハを介在させ、成膜処理後モニタウェーハについて膜厚測定を行っている。
【0004】
モニタウェーハの膜厚測定の結果からバッチ処理したウェーハの成膜品質、膜厚の均一性を判断し、次の基板処理の条件設定等に反映させている。
【0005】
従来では、膜厚測定装置が設けられた膜厚測定室を設備し、成膜処理後基板処理装置からモニタウェーハを取出し、膜厚測定室で膜厚測定を行っている。
【0006】
或は、膜厚センサを搭載した膜厚測定ユニットを基板処理装置の近傍に設け、成膜処理後基板処理装置からモニタウェーハを取出し、膜厚測定ユニットで膜厚測定を行っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の別室の膜厚測定室で行う膜厚測定では、膜厚異常についての管理が基板処理後直ちにできないというという問題があった。
【0008】
又、膜厚測定ユニットを基板処理装置の近傍に設けた場合、基板処理装置の製造コストが高くなり、又膜厚測定ユニットを収納する為のスペースがクリーンルームに必要となり、クリーンルームが大型化する。又、膜厚測定を膜厚処理の工程の1つに組込むとすると、モニタウェーハを取出し膜厚測定する工程が必要となり、処理工程全体が複雑化すると共にスループットが低下するという問題があった。
【0009】
本発明は斯かる実情に鑑み、膜厚測定室、膜厚測定ユニットを別途設けることなく、或は膜厚測定工程を別途設けることなく、成膜処理後直ちに膜厚測定が行える様にするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板処理を行う基板処理部と、該基板処理部と基板収納部との間で基板の搬送を行う基板搬送部とを有し、該基板搬送部の動作範囲内に基板表面に成膜された膜厚を測定する膜厚測定装置を設け、該膜厚測定装置が測定位置と前記基板搬送部の基板搬送に干渉しない退避位置との間で移動可能な測定ヘッドを有する基板処理装置に係るものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【0012】
先ず、図1、図2により基板処理装置について説明する。
【0013】
筐体1の前面にはカセットステージ2が設けられ、前記筐体1の内部で前記カセットステージ2の後方にカセット棚3が設けられると共に前記カセットステージ2の上方に予備カセット棚4が設けられている。該予備カセット棚4、前記カセットステージ2と前記カセット棚3との間にカセットエレベータ5が設けられ、該カセットエレベータ5にカセット搬送ロボット6が設けられている。
【0014】
前記筐体1の後部上方に反応管23、ヒータ24等から構成される反応炉7が配設され、該反応炉7の下方にボートエレベータ8が設けられ、該ボートエレベータ8によりボート9が前記反応炉7内に装入、抜脱される。前記ボートエレベータ8と前記カセット棚3との間にウェーハエレベータ11が設けられ、該ウェーハエレベータ11によりウェーハ搬送ロボット12が昇降される。
【0015】
該ウェーハ搬送ロボット12は前記ウェーハエレベータ11によって昇降される回転台17と該回転台17に進退可能に設けられたプレートホルダ18を具備し、該プレートホルダ18によって所要枚数(例えば5枚)の基板移載プレート13が保持されている。前記ウェーハ搬送ロボット12は前記ウェーハエレベータ11による昇降及び前記回転台17の回転、プレートホルダ18の進退により、ウェーハを所要枚数(図では最大5枚)一括で搬送できる。
【0016】
而して、基板処理装置は主に前記カセットステージ2を含むカセット授受部と、前記カセット棚3、予備カセット棚4、カセット20を含むウェーハ収納部と、前記ウェーハ搬送ロボット12を含むウェーハ移載部と、前記反応炉7、ボートエレベータ8を含むウェーハ処理部とを具備している。
【0017】
又、図3〜図7に示される様に、最下段の基板移載プレート13aは分離プレートホルダ19に支持されており、該分離プレートホルダ19は前記プレートホルダ18と一体に進退可能であると共に独立して進退可能となっている。而して、前記分離プレートホルダ19の独立した進退により一枚毎のウェーハ移載も可能となっている。尚、該分離プレートホルダ19は最上段の基板移載プレート13を支持する構造でもよい。
【0018】
前記カセット棚3の所要位置は空棚14となっており、該空棚14の上棚板15の下面には膜厚測定装置16が設けられている。
【0019】
該膜厚測定装置16は測定部本体16aと測定ヘッド16bを有し、前記測定部本体16aはシリンダ等の駆動機(図示せず)を有し、該駆動機により前記測定ヘッド16bを前記ウェーハ搬送ロボット12に向かって進退可能としている。
【0020】
前記膜厚測定装置16は測定媒体である測定光をウェーハ表面に照射し、測定光をウェーハ表面で反射させ、反射光を受光するものである。測定光の反射はウェーハ表面に成膜される膜厚の状態に左右され、反射光の状態、例えば偏光状態の変化を測定することで、膜厚を測定することができる。
【0021】
前記膜厚測定装置16で検出された結果は図示しない制御部(図示せず)に送出され、該制御部で膜厚について異常の有無が判断される。
【0022】
尚、図中25は前記ボート9が降下した状態で反応炉7の炉口を閉塞する炉口蓋である。
【0023】
次に、基板処理の概略について説明する。
【0024】
外部搬送装置(図示せず)により前記カセットステージ2に前記カセット20が搬送され、更に該カセット20は前記カセットエレベータ5の昇降、前記カセット搬送ロボット6の進退、回転、横行の協働により前記カセットステージ2から前記カセット棚3に、更に前記予備カセット棚4に搬送される。
【0025】
前記カセット棚3は前記ウェーハ搬送ロボット12の搬送の対象となるカセット20が収納されるウェーハ移載位置があり、ウェーハの移載に供されるカセット20は前記カセットエレベータ5、カセット搬送ロボット6によりウェーハ移載位置に移動される。
【0026】
前記ウェーハ搬送ロボット12の進退、回転、前記ウェーハエレベータ11の昇降の協働により前記カセット棚3のカセット20から降下状態の前記ボート9にウェーハ21を移載する。
【0027】
前記ボート9に所定枚数のウェーハ21が移載されると前記ボートエレベータ8により前記ボート9が前記反応炉7に装入され、該反応炉7で前記ウェーハ21が加熱されると共に成膜原料ガスが供給され、熱分解したガスにより前記ウェーハ21表面に成膜処理がなされる。
【0028】
該ウェーハ21への処理が完了すると、前記ボート9が前記ボートエレベータ8により降下されることで前記反応炉7から引出され、更に前記ウェーハ搬送ロボット12により前記ボート9から前記カセット棚3のカセット20に処理済のウェーハ21が移載される。
【0029】
上記した様に、前記ボート9には製品用ウェーハの所要枚数毎にモニタウェーハが装填されている。モニタウェーハが前記ウェーハ搬送ロボット12により移載される場合は、前記基板移載プレート13の内最下段の基板移載プレート13aで保持される様に、前記ウェーハ搬送ロボット12の移載動作が制御される。
【0030】
該ウェーハ搬送ロボット12が処理済ウェーハを移載する場合に、モニタウェーハを含む場合は、前記カセット20に移載する前に、前記膜厚測定装置16によりモニタウェーハの膜厚測定が行われる。
【0031】
モニタウェーハの膜厚測定が完了すると前記カセット20への移載が行われる。
【0032】
図3〜図13によりモニタウェーハの膜厚測定について説明する。
【0033】
図3は膜厚測定直前、或は終了直後を示しており、又前記膜厚測定装置16のホーム位置を示している。
【0034】
前記ウェーハ搬送ロボット12が前記ボート9からモニタウェーハ21aを含む処理済のウェーハ21を保持すると、図3、図8で示す様に、前記膜厚測定装置16と対向する位置、膜厚測定位置に移動する。
【0035】
前記膜厚測定装置16のホーム位置では前記測定ヘッド16bは後退し、略前記カセット棚3に収納される位置となっている。即ち、前記測定ヘッド16bの後退位置では、前記ウェーハ搬送ロボット12によるウェーハ搬送動作に支障ない状態となっている。
【0036】
測定が開始されると、前記測定ヘッド16bが測定位置迄前進する。次に、前記モニタウェーハ21aを保持する基板移載プレート13aのみが前記分離プレートホルダ19の前進により前方へ移動する。
【0037】
移動量は僅かであり、前記モニタウェーハ21aの周縁が前記測定ヘッド16bの測定点に達するものとする。周縁の測定点Aでの膜厚測定が行われる(図4、図9参照)。
【0038】
前記分離プレートホルダ19が更に前進し、測定点Bが前記モニタウェーハ21aの中心となる様に前記基板移載プレート13aを移動させる。測定点Bでの膜厚測定が行われる(図5、図10参照)。
【0039】
更に、前記分離プレートホルダ19が前記基板移載プレート13aを前進させ、測定点が前記モニタウェーハ21aの前記測定点Aの反対側の周縁の測定点Cとなる様にする。測定点Cでの膜厚測定が行われる(図6、図11参照)。該測定点Cに至る前記分離プレートホルダ19の動き量は、膜厚測定での分離プレートホルダ19の最大動き量となるが、図6、図11に示される様に、前記ウェーハ21をカセット20に移載する際の動作量の一部であり、前記ウェーハ搬送ロボット12がウェーハ移載の為に持っている動作の範囲内である。
【0040】
前記分離プレートホルダ19を所定量後退させると共に前記回転台17を図12中、反時計方向に45゜回転させる。測定点Dは前記測定点Aから時計方向に90°回転したモニタウェーハ21aの周縁となる。測定点Dでの膜厚測定が行われる(図7、図12参照)。
【0041】
前記回転台17を時計方向に90°回転する。測定点Eは前記測定点Aから反時計方向に90°回転したモニタウェーハ21aの周縁となる。即ち、前記測定点Dの反対側となる。測定点Eでの膜厚測定が行われる(図7、図13参照)。
【0042】
前記回転台17が時計方向に45°回転し、前記分離プレートホルダ19が後退し、前記測定ヘッド16bがホーム位置に後退して膜厚測定が終了する。
【0043】
尚、上記膜厚測定の測定点は代表的な5点について説明したが、前記回転台17の回転、前記分離プレートホルダ19の進退の協働により前記モニタウェーハ21aの全面の任意な位置の膜厚測定が可能である。又、膜厚測定は非接触であり、モニタウェーハ21aではなく、製品用のウェーハに対して膜厚測定を行うこともできることは言う迄もない。
【0044】
膜厚測定は、所要のモニタウェーハに対して実施され、膜厚測定の結果は、基板処理装置の制御部に入力され、膜厚の正常異常が判断される。
【0045】
異常が判断された場合は、判断結果を所定の表示部に表示し、次のバッチ処理に反映させる。即ち、膜厚を修正する様に成膜条件を調整するか、或は製品不良の虞れがある場合は、警告を発して処理を停止する等である。
【0046】
以上、本発明の膜厚測定では、基板処理装置内部の空間を利用して膜厚測定装置16が設けられ、更にウェーハ搬送ロボット12の動作可能な範囲内に設けられる。従って、ウェーハ搬送ロボット12のウェーハ搬送動作経路上であってもよいし、又ウェーハ搬送動作経路から外れた位置であってもよい。
【0047】
特に、膜厚測定装置16が上記したカセット棚3内の空き空間に設けられる場合は、カセット棚3、筐体1等の形状、構造の変更をする必要がない。而も、ウェーハ搬送ロボット12の搬送動作を利用して測定点の選択、変更がなされるので、該ウェーハ搬送ロボット12の構造を変更する必要がなく、又膜厚測定の為の特別な機構を設ける必要がない。
【0048】
尚、上記実施の形態では膜厚測定装置16をカセット棚3の空棚14に設けたが、ウェーハ搬送ロボット12の移載動作に支障ない位置、例えばカセット棚3の端部に設けてもよい。更に、カセット棚3に限らず、ウェーハ搬送ロボット12の動作範囲内に設けられればよい。更に又、測定ヘッド16bの進退のストロークを大きくし、測定ヘッド16bの移動で測定点の前後方向の移動を行う様にすれば、測定時ウェーハ搬送ロボット12は回転台17を回転するだけでよい。
【0049】
又、本発明はバッチ式の基板処理装置に限らず、枚葉式の基板処理装置であっても、基板搬送ロボットを具備する基板処理装置であれば実施可能であることは言う迄もない。
【0050】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板処理を行う基板処理部と、該基板処理部と基板収納部との間で基板の搬送を行う基板搬送部とを有し、該基板搬送部の動作範囲内に基板表面に成膜された膜厚を測定する膜厚測定装置を設け、該膜厚測定装置が測定位置と前記基板搬送部の基板搬送に干渉しない退避位置との間で移動可能な測定ヘッドを有するので、膜厚測定室、膜厚測定ユニットを別途設けることなく、或は膜厚測定工程を別途設けることなく、又成膜処理後直ちに膜厚測定が行え、膜厚測定の結果が次処理に反映でき、歩留りの向上、製品品質の向上を図れるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略全体斜視図である。
【図2】同前実施の形態に係る基板処理装置の概略側面図である。
【図3】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図4】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図5】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図6】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図7】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図8】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図9】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図10】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図11】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図12】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図13】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【符号の説明】
1 筐体
2 カセットステージ
3 カセット棚
5 カセットエレベータ
6 カセット搬送ロボット
7 反応炉
8 ボートエレベータ
9 ボート
12 ウェーハ搬送ロボット
16 膜厚測定装置
16b 測定ヘッド
20 カセット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus for manufacturing a semiconductor device by forming various insulating films and electrode films on a substrate such as a silicon wafer, or performing an etching process, particularly a substrate processing capable of measuring a film thickness after the film forming process. It relates to the device.
[0002]
[Prior art]
When manufacturing semiconductor devices, it is necessary to know the film thickness and film thickness distribution after film formation in order to control the film formation state and to improve the quality and yield of semiconductor devices. is there.
[0003]
As a substrate processing apparatus, there is a batch type substrate processing apparatus that processes a required number of sheets at once, a single wafer type substrate processing apparatus that processes one or two pieces individually, and in a batch type substrate processing apparatus, A plurality of monitor wafers are interposed between product wafers, and the film thickness is measured on the monitor wafers after film formation.
[0004]
The film thickness quality and film thickness uniformity of the batch processed wafer are judged from the result of the film thickness measurement of the monitor wafer, and are reflected in the setting of conditions for the next substrate processing.
[0005]
Conventionally, a film thickness measuring chamber provided with a film thickness measuring device is provided, and a monitor wafer is taken out from the substrate processing apparatus after the film forming process, and the film thickness is measured in the film thickness measuring chamber.
[0006]
Alternatively, a film thickness measurement unit equipped with a film thickness sensor is provided in the vicinity of the substrate processing apparatus, the monitor wafer is taken out of the substrate processing apparatus after the film formation process, and the film thickness measurement unit measures the film thickness.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The film thickness measurement performed in the conventional film thickness measurement chamber of the above-described conventional chamber has a problem that the management of the film thickness abnormality cannot be performed immediately after the substrate processing.
[0008]
Further, when the film thickness measuring unit is provided in the vicinity of the substrate processing apparatus, the manufacturing cost of the substrate processing apparatus is increased, and a space for housing the film thickness measuring unit is required in the clean room, and the clean room is enlarged. Further, if the film thickness measurement is incorporated into one of the film thickness processing steps, a process of taking out the monitor wafer and measuring the film thickness is required, which causes a problem that the entire processing process becomes complicated and throughput is lowered.
[0009]
In view of such circumstances, the present invention enables film thickness measurement to be performed immediately after a film forming process without separately providing a film thickness measuring chamber and a film thickness measuring unit or without providing a film thickness measuring step. It is.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a substrate processing unit that performs substrate processing, and a substrate transport unit that transports a substrate between the substrate processing unit and the substrate storage unit, and the substrate surface is within the operating range of the substrate transport unit. Substrate processing having a film thickness measurement device for measuring the film thickness formed, and having a measurement head that is movable between the measurement position and a retreat position that does not interfere with substrate conveyance of the substrate conveyance unit It concerns the device.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
First, the substrate processing apparatus will be described with reference to FIGS.
[0013]
A
[0014]
A
[0015]
The
[0016]
Thus, the substrate processing apparatus mainly includes a cassette transfer unit including the
[0017]
As shown in FIGS. 3 to 7, the lowermost
[0018]
The required position of the
[0019]
The film
[0020]
The film
[0021]
The result detected by the film
[0022]
In the figure,
[0023]
Next, an outline of substrate processing will be described.
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
When a predetermined number of
[0028]
When the processing on the
[0029]
As described above, monitor wafers are loaded in the
[0030]
When the
[0031]
When the film thickness measurement of the monitor wafer is completed, transfer to the
[0032]
The measurement of the film thickness of the monitor wafer will be described with reference to FIGS.
[0033]
FIG. 3 shows the position immediately before or after the film thickness measurement, and also shows the home position of the film
[0034]
When the
[0035]
At the home position of the film
[0036]
When the measurement is started, the
[0037]
It is assumed that the amount of movement is small and the peripheral edge of the
[0038]
The
[0039]
Further, the
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
In addition, although the measurement point of the said film thickness measurement demonstrated five typical points, the film | membrane of the arbitrary positions of the whole surface of the said
[0044]
The film thickness measurement is performed on a required monitor wafer, and the result of the film thickness measurement is input to the control unit of the substrate processing apparatus to determine whether the film thickness is normal or abnormal.
[0045]
When an abnormality is determined, the determination result is displayed on a predetermined display unit and reflected in the next batch process. That is, the film forming conditions are adjusted so as to correct the film thickness, or when there is a possibility of product failure, a warning is issued and the processing is stopped.
[0046]
As described above, in the film thickness measurement of the present invention, the film
[0047]
In particular, when the film
[0048]
In the above embodiment, the film
[0049]
Further, the present invention is not limited to a batch type substrate processing apparatus, and it is needless to say that even a single wafer type substrate processing apparatus can be implemented as long as the substrate processing apparatus includes a substrate transfer robot.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a substrate processing unit that performs substrate processing and a substrate transfer unit that transfers a substrate between the substrate processing unit and the substrate storage unit are provided. A film thickness measuring device for measuring the film thickness formed on the substrate surface is provided within the range, and the film thickness measuring device is movable between a measurement position and a retreat position that does not interfere with the substrate conveyance of the substrate conveyance unit. Since it has a measuring head, it is possible to measure the film thickness immediately after the film forming process without providing a film thickness measuring chamber and a film thickness measuring unit or without providing a film thickness measuring process. Can be reflected in the next process, and it has the excellent effect of improving yield and product quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view of the substrate processing apparatus according to the previous embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram viewed from the side showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view seen from the side showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
FIG. 5 is an explanatory view seen from the side showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
FIG. 6 is an explanatory view seen from the side showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
FIG. 7 is an explanatory view seen from a side surface showing an operation of film thickness measurement in the same embodiment.
FIG. 8 is an explanatory view seen from a plane showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
FIG. 9 is an explanatory view seen from a plane showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
FIG. 10 is an explanatory view seen from a plane showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
FIG. 11 is an explanatory view seen from a plane showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
FIG. 12 is an explanatory diagram viewed from a plane showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
FIG. 13 is an explanatory view seen from a plane showing the operation of film thickness measurement in the previous embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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