JP4302491B2 - 枚葉式真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の真空処理室に対して被処理基板を一枚ずつ所定の搬送経路で順次搬送し処理する枚葉式真空処理方法及び枚葉式真空処理装置に関する。

従来より、クラスター状に配置した複数の真空処理室に対して被処理基板を一枚ずつ所定の搬送経路で順次搬送し処理する形態の枚葉式真空処理装置が公知となっている（例えば下記特許文献１参照）。この種の枚葉式真空処理装置は、多角筒形状の真空搬送室の側壁面に複数の真空処理室を配置し、真空搬送室に設けた搬送アームによって被処理基板を一枚ずつ、加熱室、エッチング室、成膜室等の各真空処理室へ所定の搬送順序で搬送し、処理している。

特開平１１−１９５６９１号公報 特開２００３−２３４２８８号公報

従来の枚葉式真空処理装置においては、真空搬送室へ半導体ウェーハや液晶表示装置用ガラス基板等の被処理基板を搬送した後は、設定されたレシピに従って被処理基板を各種真空処理室へ自動搬送して、プラズマエッチングやスパッタ等の所定の処理を行うことになる。

このとき、異品種混入等により、本来処理すべきでない品種の被処理基板が誤って真空搬送室へ搬送された場合、例えば、被処理面にプラズマエッチングしてはいけない金属膜が形成されたウェーハを誤ってエッチング室へ搬送し処理すると、以後、その処理室ではプラズマ放電ができなくなったり、処理室が汚染されてしまう。この結果、処理が継続できなくなり、処理室をメンテナンスしなければならなくなるので、これによるメンテナンス費用の発生や生産ラインの停止等が余儀なくされていた。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、真空処理室への搬送前に被処理基板の品種を識別して被処理基板の誤処理を防止することができる枚葉式真空処理方法及び枚葉式真空処理装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の枚葉式真空処理方法は、複数の真空処理室に対して被処理基板を一枚ずつ所定の搬送経路で順次搬送し処理する枚葉式真空処理方法であって、前記真空処理室への搬送前に又はその搬送途上で、前記被処理基板の被処理面に検査光を照射しその反射光を検出する工程と、前記検出した反射光に基づいて、前記真空処理室における当該被処理基板の処理の適否を判定する工程とを有することを特徴とする。

また、以上の課題を解決するに当たり、本発明の枚葉式真空処理装置は、クラスター状に配置された複数の真空処理室と、前記各真空処理室に対して被処理基板を一枚ずつ搬送する搬送手段を有した真空搬送室と、前記真空搬送室に対してゲートバルブを介して配置され前記真空搬送室との間で前記被処理基板の授受を行う大気室とを備えた枚葉式真空処理装置において、前記真空搬送室及び前記大気室の少なくとも何れか一方において前記被処理基板の被処理面に検査光を照射してその反射光を検出する検出手段が設けられていると共に、前記検出した反射光に基づいて、前記真空処理室における当該被処理基板の処理の適否を判定する判定手段を備えたことを特徴とする。

本発明において、被処理基板は、真空処理室への搬送前又は搬送途上にて、その被処理面に検出手段から検査光が照射される。検出手段は被処理基板からの反射光を検出し、判定手段は、検出した反射光に基づいて、真空処理室における当該被処理基板の処理の適否を判定する。
被処理基板の被処理面における上記反射光の検出工程では、当該反射光の反射率や反射光量、その強度分布等が測定対象とされる。被処理基板の被処理面の性状、特に、被処理面が金属層か絶縁層かによって反射光量が大きく変化する。
従って、検査光の反射光量の大きさによって、被処理面が金属層か絶縁層かで被処理基板を識別することが可能となり、例えば、絶縁膜のエッチング処理室に対して、被処理面に金属層を有する被処理基板が誤って搬送されることが防止される。

上記検出手段による反射光の検出工程は、減圧雰囲気で行われてもよいし、大気圧雰囲気で行われてもよい。つまり、被処理基板の反射光検出位置は、真空搬送室内、大気室内の何れも適用可能である。

一方、上記検出手段を用いて、被処理基板の被処理面に対して行われた処理の適否を判定することも可能である。例えば、金属膜の成膜室から搬出された被処理基板の被処理面に検査光を照射して得られる反射光から、当該金属膜の膜質を判定することができる。
つまり、同じ検出手段を用いて、処理前の被処理基板においては異品種混入の検査に用い、処理後の被処理基板においてはその被処理面に対して行われた処理の適否を判定に用いることができる。

以上述べたように、本発明によれば、被処理基板の被処理面に照射した検査光の反射光に基づいて、真空処理室における当該被処理基板の処理の適否を判定するようにしているので、被処理基板の誤処理を防止できると同時に、異品種混入による装置稼働率の低下を回避することができる。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１〜３は本発明の第１の実施の形態を示している。
ここで、図１は本実施の形態の枚葉式真空処理装置１０の概略構成を示す平面図、図２は枚葉式真空処理装置１０の要部の断面図、図３は枚葉式真空処理装置１０の要部の斜視図である。

本実施の形態の枚葉式真空処理装置１０は、ロード／アンロード室（以下「Ｌ／ＵＬ室」という。）１１Ａと複数の真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆとがそれぞれクラスター状に配置されて構成されている。各真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆとしては、例えば、１１Ｂは加熱（又は冷却）室、１１Ｃは第１成膜室、１１Ｄは第２成膜室、１１Ｅはプラズマエッチング室、１１Ｆはアッシング室、等のように設定されているが、処理室の数、種類等はこれに限らない。これらＬ／ＵＬ室１１Ａ及び各真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆにはそれぞれ図示せずとも真空排気ポンプが接続され、相互に独立して内部が真空排気可能とされている。

多角筒形状の真空搬送室１２は、その側壁面に、Ｌ／ＵＬ室１１Ａ及び各真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆが設けられている。真空搬送室１２はＬ／ＵＬ室１１Ａ及び各真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆに対してゲートバルブ１３Ａ〜１３Ｆを介してそれぞれ接続されている。

真空搬送室１２の内部略中央部には、Ｌ／ＵＬ室１１Ａ及び各真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆとの間で被処理基板としてのウェーハＷを一枚ずつ搬入又は搬出する第１搬送ロボット１４が設置されている。真空搬送室１２には図示せずとも真空排気ポンプが接続され、独立して内部が真空排気可能とされている。

Ｌ／ＵＬ室１１Ａには更に、ゲートバルブ１５を介して、大気圧に維持された大気室１６が設置されている。大気室１６には、Ｌ／ＵＬ室１１Ａを介して、処理すべきウェーハＷを真空搬送室１２へ搬送し、又は、処理済みのウェーハＷを真空搬送室１２から受け取る第２搬送ロボット１７が設置されている。第２搬送ロボット１７は、Ｌ／ＵＬ室１１Ａを介して、真空搬送室１２の第１搬送ロボット１４との間でウェーハＷの授受を行う。大気室１６には、処理前のウェーハＷを収容したウェーハカセット１８Ａと、処理済のウェーハＷを収容するためのウェーハカセット１８Ｂとが設置されている。

なお、第１，第２搬送ロボット１４，１７はフロッグレッグ形式のものが適用されているが、勿論これに限られない。

さて、本実施の形態の枚葉式真空処理装置１０においては、いわゆるインターロック構造の多工程マルチチャンバとして構成され、真空搬送室１２へ搬送されたウェーハＷは、あらかじめ設定されたレシピに従って所定の搬送経路で各真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆへ順次搬送され処理されるようになっている。

したがって、当該枚葉式真空処理装置１０による処理が適さない異品種のウェーハが搬入されると、当該ウェーハに対して適正な処理を行うことができなくなるだけでなく、不適切な処理加工により真空処理室の汚染、動作不良等の不具合を生じさせることになる。

そこで、本実施の形態では、ウェーハＷの品種を自動的に識別するための検出器１９を大気室１６側に配置すると共に、検出器１９の出力を受けウェーハ品種の適否を判定する判定ユニット２０を設けることによって、異品種ウェーハの処理を未然に防止するようにしている。

検出器１９は本発明の「検出手段」に対応し、図２に示すように、第２搬送ロボット１７のアーム１７ａに支持されたウェーハＷの被処理面（表面）に検査光Ｌａを照射する発光部１９ａと、ウェーハＷの被処理面における検査光Ｌａの反射光Ｌｂを受光しその受光量に応じた電圧信号に変換する受光センサ１９ｂと、これら発光部１９ａと受光センサ１９ｂとを支持する支持体１９ｃとを有するユニット体で構成されている。

検出器１９は、図２に示すように大気室１６の室外上部に配置されてもよいし、図３に示すように大気室１６の室内に配置されてもよい。大気室１６の室外上部に配置される場合には、ガラスやプラスチック等の光学的に透明な材料でなる窓部材２１を介して、ウェーハＷの被処理面に対向する位置に設置される。

発光部１９ａに使用される光源波長は特に限定されず、ウェーハＷの被処理面の膜種（金属膜、絶縁膜等）によって反射率の相違を検出できる程度のものであればよい。特に、ウェーハＷの被処理面が金属層の場合に高い反射率が得られる可視光光源が好ましく、中でも、赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）が安価で好適である。

受光センサ１９ｂの検出感度を高めるために、発光部１９ａ及び／又は受光センサ１９ｂとしてはピント補正機能を備えたものが好ましい。また、ウェーハＷの被処理面に対する検査光Ｌａの照射位置は任意に決めることができ、投光スポットの大きさも特に限定されない。更に、この測定ユニット１９をウェーハＷの面内でスキャン動作させるようにすれば、反射光Ｌｂの強度分布を得ることができる。

一方、判定ユニット２０は本発明の「判定手段」に対応し、測定ユニット１９の受光センサからの出力を受け、反射光Ｌｂの測定結果に基づいて真空処理室１１Ｂ〜１１ＦにおけるウェーハＷの処理の適否を判定する。

本実施の形態においては、反射光Ｌｂの反射率（反射光量）に基づいてウェーハＷの処理の適否を判定している。そして、被処理面に絶縁層が形成されたウェーハＷを処理対象とし、反射率が金属層に比べて低い（例えば１０％以下の）場合に適正な品種と判定して処理を続行する。一方、反射率が例えば５０％以上と高い場合には、被処理面が金属層であると判定して処理を中止し、警報（ブザー、警告灯等）を発したり、所定の回収部へ搬送する。

図４は、ウェーハの品種とその被処理面の反射率、処理の適否の関係を示している。被処理面が絶縁層（ＳｉＯ２、ＳｉＮ）の場合と金属層（Ｓｉウェーハ、ＴｉＮ膜を含む。）の場合とで反射率に大きな隔たりがあり、従って、反斜率の大きさによってウェーハＷの被処理面が絶縁層であるか金属層であるかは容易に識別できる。なお、この例では、当該真空処理装置１０におけるプラズマエッチング処理に適する品種を「○」、適さない品種を「×」としている。

判定ユニット２０は、例えば図４に示した判定基準に従って、ウェーハＷの被処理面が金属層であるか絶縁層であるかの識別と、処理の適否の判定を行うようにしている。当該判定基準は、判定ユニット２０の内部メモリに組み込まれるが、判定ユニット２０に接続した外部コンピュータに登録して逐次参照するようにしてもよい。また、判定基準は、図４に例示した反射率を中心とする一定範囲で設定するのが実際的である。

また、判定ユニット２０は、シーケンサ（ＰＬＣ：プログラマブルロジックコントローラ）もしくは、当該真空処理装置１０の制御コンピュータで構成され、反射率が５０％以上の場合は警報を発する設定とされている。
調整は、Ｓｉウェーハで約９５％に光量を合わせて校正を行い、これを１００％に換算した値を反射光量情報とする。このため、被処理面がより反射率の高い金属層の場合にはオーバーレンジとなるので金属層の識別が確実となる。

次に、以上のように構成される本実施の形態の枚葉式真空処理装置１０の動作について説明し、併せて、本発明の枚葉式真空処理方法について説明する。

図１を参照して、各真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆ及び真空搬送室１２はそれぞれ所定の減圧雰囲気に真空排気され、ゲートバルブ１３Ａ〜１３Ｆによってそれらの真空度が維持されている。また、大気室１６には、処理すべきウェーハＷを収容したウェーハカセット１８Ａと、処理したウェーハを収容するウェーハカセット１８Ｂとが設置されている。ウェーハカセット１８Ａには、被処理面に例えばシリコン酸化物等の絶縁膜が形成されたウェーハＷが被処理基板として所定枚数収容されている。

第２搬送ロボット１７の駆動により、ウェーハカセット１８ＡからウェーハＷが一枚搬出され、検出器１９の直下位置で停止する。検出器１９は、図２に示したように、発光部１９ａから検査光Ｌａを出射し、ウェーハＷの被処理面における反射光Ｌｂを受光センサ１９ｂで検出する。検出された反射光Ｌｂは電圧信号に変換されて判定ユニット２０へ供給される。

判定ユニット２０は、受光センサ１９ｂの出力信号に基づいて、反射光Ｌｂの反射率を測定する。判定ユニット２０は、図４に示したような反射率に対応する被処理面の膜種と処理の適否に関する情報に基づいて、当該ウェーハＷに対する処理の適否を判定する。

ここで、判定ユニット２０がウェーハＷの被処理面を絶縁層であると識別し、当該真空処理装置１０における処理が適正であると判定すると、第２搬送ロボット１７は処理を続行し、ゲートバルブ１５を介してウェーハＷをＬ／ＵＬ室１１Ａへ搬送する。この後、ゲートバルブ１５が閉じてＬ／ＵＬ室１１Ａの真空排気が行われる。そして、ゲートバルブ１３Ａが開放され、第１搬送ロボット１４を介して、予め設定された搬送経路に従ってウェーハＷが所定の真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆへ順に搬送され、処理される。
ウェーハＷに対する一連の処理が完了すると、再びＬ／ＵＬ室１１ＡへウェーハＷが搬送される。そして、Ｌ／ＵＬ室１１Ａの内部が大気圧とされた後、ゲートバルブ１５が開放され、第２搬送ロボット１７を介して処理済ウェーハＷをウェーハカセット１８Ｂへ収容する。第２搬送ロボット１７は続いて未処理のウェーハＷをウェーハカセット１８Ａから取出し、検出器１９の直下位置へウェーハＷを搬送する。

一方、判定ユニット２０がウェーハＷの被処理面を金属層であると識別し、当該真空処理装置１０における処理が不適であると判定すると、第２搬送ロボット１７はその後の処理を中止し、ブザーや警告灯を作動させ、あるいは当該ウェーハＷを所定の回収部へ搬送する。

以上のように、本実施の形態によれば、ウェーハＷの被処理面に照射した検査光Ｌａの反射光Ｌｂに基づいて、真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆにおける当該ウェーハＷの品種及び処理の適否を判定するようにしているので、ウェーハＷの誤処理を防止できると同時に、異品種混入による装置稼働率の低下を回避し、生産性の向上を図ることができる。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図５は本発明の第２の実施の形態による枚葉式真空処理装置２５の概略構成を示す平面図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施の形態では、ウェーハＷの被処理面に検査光を照射しその反射光を検出する検出器１９は真空搬送室１２の室外上部に配置されており、ウェーハＷの品種及び処理の適否を判定が、真空搬送室１２に搬送された後に行われるようにしている。
この構成によっても上述の第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。

上述の第１の実施の形態では、本発明に係る検出器１９を大気室１６に設置した例について説明し、第２の実施の形態では、検出器１９を真空排気室１２に設置した例について説明した。そこで、本実施の形態の枚葉式真空処理装置においては、図示せずとも、大気室１６と真空排気室１２の双方に、図１及び図５に示したような態様で、検出器１９をそれぞれ配置した例について説明する。

検出器１９（及びこれに接続される判定ユニット２０）は、上述の各実施の形態と同様に真空処理室１１Ｂ〜１１Ｆにおける処理の前のウェーハＷの品種の判定に供されるが、本実施の形態では更に、この検出器１９を用いて真空処理後のウェーハＷの品質管理を行うようにしている。図６に示す動作フロー例を参照して以下説明する。

図６を参照して、ステップＳ１０１〜Ｓ１０２では、処理前のウェーハＷの品種の判定（被処理面が金属層であるか絶縁層であるか）を行う。この工程では、例えば大気室１６側の測定器１９が用いられる。判定の結果、金属層でない場合は処理を続行し（Ｓ１０３）、金属層である場合は処理を中止する（Ｓ１０６）。

ステップＳ１０３では、真空処理室１１Ｂ〜１１ＦにおいてウェーハＷに対する所定の真空処理を行う。その後、当該ウェーハＷの被処理面に対して行った処理の適否を判定する工程を行う（ステップＳ１０４）。この工程では、例えば真空搬送室１２側の測定器１９が用いられる。

このステップＳ１０４では、例えば、成膜室１１Ｃ，１１Ｄにおいて成膜された金属膜の膜質チェックが行われる。一例として、アルミニウムのスパッタ膜の膜質チェックを行う場合、適正に処理が施されたＡｌ膜は反射率が高いが、処理が不適切であると反射率は低下する。反射率が低くなる原因としては、以下の要因が挙げられる。
（１）Ａｌターゲット表面の不純物の付着による、ウェーハ被処理面の白濁化、
（２）ウェーハＷのチャック不良に起因するウェーハの過熱によるＡｌ膜表面の凹凸、
（３）ターゲットが削れて下地金属と共にスパッタされることによるＡｌ膜の純度低下。

そして、ウェーハＷ上の形成膜の膜質を測定器１９による反射率の検出によってチェックした後、その結果を判定ユニット２０または外部メモリあるいは専用コンピュータに保存する（ステップＳ１０５）。
このとき、反射率が所定基準値より低く膜質異常と判定した場合には、処理を中止し、警報等を発動させるようにしている。

本実施の形態によれば、上述の第１の実施の形態と同様な効果が得られると共に、成膜処理したウェーハＷの反射率に基づく品質管理を行うことができ、処理前後のウェーハＷの反射光量（反射率）の一覧をグラフ化する機能を付加する等して、トラブル発生時にどのウェーハから異常が発生したか瞬時に判断することができるようになる。更に、膜質異常の場合における処理室内設備の異常の早期発見等にも貢献することができる。

また、本実施の形態によれば、品種識別用の検出器１９を用いてウェーハＷの品質管理を行うことが可能となるので、品質検査用の追加モジュールの設置を不要とし、装置コストの低減を実現することができ、検査時間の短縮も図れる。更に、ウェーハＷの全品検査が可能となるので、品質の向上も図ることができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の各実施の形態では、ウェーハＷの反射光Ｌｂに基づいて、ウェーハＷの被処理面が金属層であるか絶縁層であるかを判定するようにしたが、これに限らず、ウェーハＷの表面に形成されたレジストパターン及び配線パターンの疎密分布等からウェーハの品種を識別し、処理の適否を判定するようにしてもよい。

また、以上の第３の実施の形態では、処理済ウェーハの品質管理例として金属膜の膜質チェックを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば反射率の強度分布等からパターンエッチングの処理の適否等も対象とすることができる。

本発明の第１の実施の形態による枚葉式真空処理装置１０の概略構成を示す平面図である。 検出器１９の設置位置の一例を示す要部拡大断面図である。 検出器１９の設置位置の他の例を示す要部斜視図である。 ウェーハ被処理面の形成膜と反射率、処理の適否の関係の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による枚葉式真空処理装置１０の概略構成を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態による枚葉式真空処理方法を説明するフロー図である。

符号の説明

１０ 枚葉式真空処理装置
１１Ａ Ｌ／ＵＬ室
１１Ｂ〜１１Ｆ 真空処理室
１２ 真空搬送室
１３Ａ〜１３Ｆ ゲートバルブ
１４ 第１搬送ロボット
１５ ゲートバルブ
１６ 大気室
１７ 第２搬送ロボット
１８Ａ，１８Ｂ ウェーハカセット
１９ 検出器
１９ａ 発光部
１９ｂ 受光センサ
２０ 判定ユニット
２５ 枚葉式真空処理装置
Ｌａ 検査光
Ｌｂ 反射光
Ｗ ウェーハ

Claims (2)

1. 被処理基板に金属膜を成膜する成膜室を含み、クラスター状に配置された複数の真空処理室と、
   前記各真空処理室に対して前記被処理基板を一枚ずつ搬送する搬送手段を有した真空搬送室と、
   前記真空搬送室に対してゲートバルブを介して配置され前記真空搬送室との間で前記被処理基板の授受を行う大気室と、
   前記大気室に設置され、前記大気室に搬送された成膜前の前記被処理基板の被処理面に第１の検査光を照射してその反射光を検出する第１の検出器と、
   前記第１の検出器の出力に基づいて前記被処理面における前記第１の検査光の反射率を測定し、前記反射率が第１の所定基準値よりも低い場合に前記被処理基板が適正な品種であると判定する第１の判定ユニットと、
   前記真空搬送室に設置され、前記成膜室から前記真空搬送室に搬送された成膜後の前記被処理基板の被処理面に第２の検査光を照射してその反射光を検出する第２の検出器と、
   前記第２の検出器の出力に基づいて前記被処理面における前記第２の検査光の反射率を測定し、前記反射率が第２の所定基準値以上である場合に前記被処理面に成膜された金属膜が適正であると判定する第２の判定ユニットと
   を具備する枚葉式真空処理装置。
2. 請求項１に記載の枚葉式真空処理装置であって、
   前記第１及び第２の検出ユニットは、可視光光源と受光センサとを含むユニット体でなる
   枚葉式真空処理装置。

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