JP4549017B2 - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び基板処理装置 Download PDF

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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薄膜の生成、エッチング、不純物の拡散等を行って半導体装置を製造する半導体装置の製造方法及び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基板処理装置には、一枚ずつ処理を行う枚葉式の基板処理装置と所要枚数の基板を一括して処理するバッチ式の基板処理装置とがあり、以下はバッチ式の縦型反応炉を有する基板処理装置について説明する。
【0003】
図4に於いて、筐体51の前面にカセット授受ユニット52が設けられ、該カセット授受ユニット52の背面側にカセットストッカ53が配設され、該カセットストッカ53の上方にバッファカセットストッカ54が配設され、前記カセット授受ユニット52とカセットストッカ53、バッファカセットストッカ54間にカセット搬送機55が設けられている。前記カセットストッカ53の背面側にウェーハ移載機56が設けられ、該ウェーハ移載機56の背面側にボートエレベータ57が配設されている。該ボートエレベータ57は基板(ウェーハ60)を保持する保持具であるボート58を昇降させ、該ボート58を反応炉59に装入、引出しする。
【0004】
該反応炉59は石英等の耐熱材からなる反応管61、該反応管61を囲繞する加熱装置62を具備し、前記反応管61は反応室63を画成し、該反応室63には図示しないが反応ガスを供給する反応ガス供給系が連通し、又前記反応室63内を減圧排気する排気系が連通している。
【0005】
装置外部よりカセット64が前記カセット授受ユニット52に搬入されると、前記カセット搬送機55は前記カセット64を前記カセットストッカ53、バッファカセットストッカ54に搬送し、或は該カセットストッカ53、バッファカセットストッカ54間で前記カセット64の搬送を行う。前記ウェーハ移載機56は降下状態の前記ボート58に前記カセットストッカ53に収納されているカセット64から前記ウェーハ60を移載する。
【0006】
図5に示される様に、前記ボート58に移載されるウェーハ60には、前記ボート58の上端部、下端部に装填されるサイドダミーウェーハS、充填用のフィルダミーウェーハF、プロダクトウェーハP、モニタウェーハMがあり、ウェーハの種別毎に移載される。通常、サイドダミーウェーハS、プロダクトウェーハP1 、モニタウェーハM、プロダクトウェーハP2 、モニタウェーハM…、サイドダミーウェーハSの順で移載され、更に空き部分にはフィルダミーウェーハFが移載される。
【0007】
所定のウェーハ60が前記ボート58に移載されると、前記ボートエレベータ57により前記ボート58が前記反応室63に装入され、前記加熱装置62により加熱され、反応ガスが供給され、ウェーハに所要の処理がなされる。
【0008】
処理が完了すると前記ボート58が引出され、所定温度迄冷却された後、前記ウェーハ移載機56により前記ボート58から前記カセットストッカ53内の空のカセット64に処理済のウェーハ60が移載される。処理済のウェーハ60が装填されたカセット64は前記カセット搬送機55により前記カセット授受ユニット52に搬送され、装置外部に搬出される。
【0009】
ウェーハ処理の品質、特性を管理する為、例えば前記モニタウェーハMについて膜厚、表面状態、パーティクルの付着状態、金属不純物の有無、結晶欠陥の有無等が検査される。
【0010】
モニタウェーハMの検査は、パーティクルの付着、処理工程の減少等を考慮すると、基板処理装置内(インライン)で行うことが好ましい。
【0011】
基板処理装置内に測定装置を設けた場合、前記カセット64から前記ボート58、又は該ボート58から前記カセット64へモニタウェーハMを移載する過程で測定が行われる。
【0012】
図6(A)により、インラインでモニタウェーハMの測定を行う様にした全ウェーハの搬送について説明する。
【0013】
先ず、前記ウェーハ60の処理が完了すると、モニタウェーハMについて測定が行われ、測定が完了する迄他のウェーハの移載は停止され、測定が完了し、測定済のモニタウェーハMが前記カセット64に移載される。全てのモニタウェーハMについて測定が完了すると、続いてプロダクトウェーハP1 〜P4 の移載が行われ、更にフィルダミーウェーハF、サイドダミーウェーハSの順で移載が行われる。
【0014】
尚、インラインでウェーハ検査を行い、枚葉式、マルチチャンバ方式の基板処理装置として、例えば特許文献1に示されるものがある。
【0015】
【特許文献1】
特許公報第3222532号
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
ウェーハの移載途中で測定工程が組込まれた場合、従来では測定が行われている間はウェーハの移載が停止されており、その結果、処理後のカセット64とボート58との間のウェーハ移載工程に要される時間が大幅に増大し、スループットが著しく低下するという問題があった。特に、前記ボート58が1つであり、ウェーハ移載工程でバッファ機能を有していない基板処理装置に於いては、測定工程が組込まれた場合のスループットの低下が顕著であった。
【0017】
本発明は斯かる実情に鑑み、ウェーハの移載工程にウェーハの測定工程が組込まれた場合にスループットの低下を防止するものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の基板を基板保持具に収納して処理する反応室と、該反応室に収納された基板を加熱する加熱装置と、前記基板を測定する測定装置と、前記基板保持具及び前記測定装置及び搬送容器に前記基板を搬送する搬送装置とを具備する基板処理装置に於いて、前記処理後の基板を前記測定装置にて測定する工程と前記測定中に他の基板を前記搬送装置により前記搬送容器に搬送する工程とを含む半導体装置の製造方法に係り、又基板を基板保持具に収納して処理する反応室と、該反応室に収納された基板を加熱する加熱装置と、前記基板へ成膜処理をし、該成膜処理後に、前記基板を測定する測定装置と、前記基板保持具及び前記測定装置及び搬送容器に前記基板を搬送する搬送装置を有し、前記測定装置と前記搬送装置を同室に有する基板処理装置に於いて、少なくとも前記測定装置にて測定中に、他の前記基板を搬送容器に搬送し、前記測定終了した際には、前記他の基板を搬送容器へ搬送することを中断させ、前記測定装置にある前記基板を搬送する制御部を具備する基板処理装置に係るものである。
【0019】
【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。
【0020】
先ず、図1、図2に於いて、本発明に係る基板処理装置について概略を説明する。
【0021】
尚、以下に説明する1ボート式の基板処理装置では、縦型反応炉を有し、シリコンウェーハ等の基板の搬送容器として密閉式の搬送容器が用いられている。
【0022】
筐体1の前部にはステージ2が設けられ、該ステージ2には図2中左右に2つの搬送容器3が載置される様になっている。前記ステージ2に対峙して上下2段にオープナ4,5が設けられ、該オープナ4,5は前記ステージ2に対して中央に配置されている。前記オープナ4,5の上方には収納棚6が設けられ、該収納棚6は左右に3つの搬送容器3を収納する棚板7を上下2段に有している。
【0023】
前記ステージ2とオープナ4,5、収納棚6との間に搬送容器搬送装置8が設けられている。該搬送容器搬送装置8は横行機構部9、昇降機構部10によりロボットハンド11を横行且つ昇降可能に具備しており、該ロボットハンド11は前記搬送容器3を前後方向に移動可能である。
【0024】
気密な基板移載室12が前記オープナ4,5に連設され、前記基板移載室12には基板移載機13が設けられ、該基板移載機13は前記オープナ4,5と正対した位置に配置されている。前記基板移載機13は昇降、回転、進退可能となっており、ウェーハ23を保持する基板支持プレート14を所要枚数(図では5枚)具備している。
【0025】
前記基板移載室12に気密室15が気密に連設され、前記基板移載室12と前記気密室15とはゲート弁17を介して連通されている。前記気密室15の上側に縦型反応炉16が気密に連設され、該縦型反応炉16は有天筒状の加熱装置18及び該加熱装置18内部に設けられ、反応室19を画成する反応管20を具備している。
【0026】
前記反応室19には原料ガス供給部24(図3参照)が接続され、又ガス排気部25(図3参照)が接続されている。
【0027】
前記気密室15にはボートエレベータ21が設けられ、該ボートエレベータ21は基板保持具22(以下、ボート22)を前記縦型反応炉16に装入、引出し可能とする。前記ボート22は前記ウェーハ23を水平姿勢で多段に保持可能となっている。
【0028】
上記した様に前記筐体1の内部に前記基板移載室12、該基板移載室12に気密に連設する気密室15が設けられており、前記筐体1の内部は外気と連通し、前記基板移載室12内部は外気と遮断され中清浄雰囲気であり、前記気密室15内部は高清浄雰囲気となっている。
【0029】
前記基板移載室12の前記基板移載機13の移載動作領域内の所要位置(図では前記オープナ4,5が臨接する壁面の角部)に、ノッチアライナ(図示せず)と共に測定装置26が設けられる。前記ノッチアライナ(図示せず)は前記測定装置26と離れていても良く、又離れていなくても良い。
【0030】
前記ノッチアライナは前記ウェーハ23を前記ボート22に移載する過程で、前記ウェーハ23に設けられたノッチの位置が一定位置となる様、ウェーハ23の水平面内での姿勢を合わせるものである。
【0031】
前記測定装置26は処理済のウェーハ、例えば後述するモニタウェーハMについて膜厚、比抵抗、表面状態、パーティクルの付着状態、金属不純物の有無、不純物の濃度、結晶欠陥の有無等のいずれか1つ又は複数種類を測定するものである。
【0032】
次に、図3に於いて上記基板処理装置の制御系の概略を説明する。
【0033】
図中、28は制御部であり、該制御部28にはハードディスク等の記憶部29、液晶表示装置等の表示部31、キーボード等の入力部32が接続され、前記記憶部29には基板処理装置を作動させる為のシーケンスプログラムが格納されている。前記搬送容器搬送装置8、前記基板移載機13、ボートエレベータ21、原料ガス供給部24、ガス排気部25、測定装置26は前記シーケンスプログラムに従って前記制御部28に作動が制御され、ウェーハ23の搬送、ウェーハ23の処理が行われる。
【0034】
以下、上記半導体製造装置の作動について説明する。
【0035】
図示しない外部搬送装置により前記搬送容器3が前記ステージ2に載置される。前記搬送容器3には所要数、例えば25枚のウェーハ23が密閉状態で収納されている。
【0036】
前記搬送容器搬送装置8は前記横行機構部9による横行、前記昇降機構部10による昇降の協働により、前記ロボットハンド11を前記ステージ2上の搬送容器3と正対させる。前記ロボットハンド11が伸長して先端が前記搬送容器3の下方に位置すると、前記昇降機構部10が前記ロボットハンド11を若干上昇させて該ロボットハンド11が前記搬送容器3を受載する。前記ロボットハンド11を縮短させ、前記搬送容器3を前記カセット2上から取出し、前記横行機構部9、前記昇降機構部10の協働で前記ロボットハンド11を前記オープナ4,5の内空いている方に正対させ、前記ロボットハンド11を伸長させ、更に前記昇降機構部10で前記ロボットハンド11を降下させ、前記搬送容器3を前記オープナ4,5に載置する。
【0037】
同様に、前記横行機構部9による横行、前記昇降機構部10による昇降、前記ロボットハンド11の伸縮の協働により前記ステージ2から前記収納棚6に前記搬送容器3を移載し、又前記オープナ4,5と収納棚6間で前記搬送容器3を移載する。
【0038】
前記オープナ4,5が前記搬送容器3の蓋を開ける。前記ボート22が降下され、前記ゲート弁17が開かれる。前記基板移載機13が前記搬送容器3内のウェーハ23を所定枚数(例えば5枚)保持し、前記ボート22へ移載する。前記ウェーハ23を前記ボート22へ移載する途中で、前記ノッチアライナにより前記ウェーハ23のノッチ合せが行われる。
【0039】
前記搬送容器3が空になると、前記オープナ4,5と収納棚6との間で前記搬送容器搬送装置8により、空の搬送容器3とウェーハ23が収納された実搬送容器3とが交換され、同様にして前記基板移載機13により前記オープナ4,5の実搬送容器3から前記ボート22へウェーハ23が移載される。
【0040】
前記ボート22に所定枚数のウェーハ23が移載されると、前記ゲート弁17が閉じられ、前記ボート22が前記ボートエレベータ21により前記反応室19に装入される。前記加熱装置18で前記ウェーハ23が加熱され、更に前記反応室19に前記原料ガス供給部24より原料ガスが導入され、前記ウェーハ23に所要の処理がなされる。
【0041】
ウェーハ処理が完了すると前記反応室19から前記ボート22が降下され、所定温度迄前記ウェーハ23が冷却されると、前記ゲート弁17が開かれ、前記基板移載機13により待機している前記搬送容器3へ前記ウェーハ23が移載される。
【0042】
モニタウェーハMについては、前記基板移載機13は前記測定装置26に前記モニタウェーハMを移載し、前記測定装置26で所要の測定がなされる。該測定装置26で測定がなされている間、前記基板移載機13は他のウェーハ、例えば後述するプロダクトウェーハP、サイドダミーウェーハS、フィルダミーウェーハFを前記搬送容器3に順次移載していく。
【0043】
尚、前記測定装置26での測定状態は監視されており、測定が完了すると測定完了の信号が前記制御部28に送信され、該制御部28は前記基板移載機13に前記プロダクトウェーハP等の移載の中断を指令し、その時前記基板移載機13が所持しているウェーハを移動し終えたら、更に、測定完了したモニタウェーハMが前記搬送容器3に移載され、更に他のモニタウェーハMが前記ボート22から前記測定装置26に移載され、測定が行われる。測定が開始されると、中断していたプロダクトウェーハP等の移載が開始される。又、処理後のウェーハ23の移載作動に於いて、先ず最初にモニタウェーハMを前記測定装置26に移載して、測定を行う様にすると、測定を行っている時間を他のウェーハの移載に有効に利用することができる。
【0044】
前記搬送容器3が処理済のウェーハ23で一杯になると、前記搬送容器搬送装置8により空の搬送容器3と交換され、更に前記ボート22から前記空の搬送容器3へのウェーハ23の移載が行われる。
【0045】
処理済のウェーハ23の移載が完了すると、前記搬送容器搬送装置8により前記収納棚6、オープナ4,5から前記搬送容器3が前記ステージ2へ移載され、図示しない外部搬送装置により前記搬送容器3が搬出される。
【0046】
図6(B)、図6(C)は、本発明に係るウェーハの移載シーケンスを示しており、図6(B)、図6(C)を参照して、処理後のウェーハの移載作動について説明する。
【0047】
先ず、図6(B)はモニタウェーハMの測定時間の合計が、プロダクトウェーハPの移載時間の合計より短い場合を示している。
【0048】
ウェーハ23の移載工程が開始されると、先ず、モニタウェーハMが前記測定装置26に移載され、測定が開始される。1枚目のモニタウェーハMの測定が開始されると、前記ボート22からプロダクトウェーハPが前記オープナ4,5の搬送容器3に移載される。上記した様に、前記測定装置26でのモニタウェーハMの測定が開始されており、1枚目のモニタウェーハMの測定が完了すると完了信号が前記制御部28に送信され、該制御部28はその時点で移載途中の前記プロダクトウェーハPの移載を完了させると、新たなプロダクトウェーハPの移載作業を中断させ、1枚目のモニタウェーハMを前記搬送容器3に移載し、更に2枚目のモニタウェーハMを前記測定装置26に移載する。
【0049】
2枚目のモニタウェーハMの測定が開始されると、前記プロダクトウェーハPの前記ボート22から前記搬送容器3への移載が再開される。前記プロダクトウェーハPの移載が継続され、受け側の前記搬送容器3が一杯になると、前記搬送容器搬送装置8により一杯となった実搬送容器3が前記ステージ2に搬送され、前記収納棚6から空の搬送容器3が前記オープナ4,5に搬送される。前記搬送容器3が交換されると、更にプロダクトウェーハPの移載が継続される。2枚目のモニタウェーハMについての測定が完了すると、2枚目のモニタウェーハMについての完了信号が前記制御部28に送信され、該制御部28はその時点で移載途中の前記プロダクトウェーハPの移載を完了させると、新たなプロダクトウェーハPの移載作業を中断させ、2枚目のモニタウェーハMを前記搬送容器3に移載し、更に3枚目のモニタウェーハMを前記測定装置26に移載する。
【0050】
3枚目のモニタウェーハMの測定が開始されると、更にプロダクトウェーハPの移載が再開される。
【0051】
而して、同様に、3枚目のモニタウェーハMの測定中にプロダクトウェーハPの移載が行われる。3枚目のモニタウェーハMの測定が完了すると残りのプロダクトウェーハPが前記ボート22から前記搬送容器3へ移載される。
【0052】
全てのプロダクトウェーハPの移載が完了すると、フィルダミーウェーハF、サイドダミーウェーハSの移載が行われる。
【0053】
上記モニタウェーハMの測定で、不良項目が検出された場合は、再測定の有無設定如何により再度同一のモニタウェーハMについて測定が行われ、測定エラーがなかったかどうかが確認され、測定が適正なものと判断されると、該当するバッチでの処理ウェーハを不良として登録し、前記制御部28を通して管理システム(図示せず)への通知を行う。更に、不良内容が分析され、次バッチが中断される。或は、次バッチの処理に反映され、処理条件の補正が行われ、次バッチが継続される等の対応がとられる。
【0054】
次に、図6(C)はモニタウェーハMの測定時間の合計が、プロダクトウェーハPの移載時間の合計より長い場合を示している。
【0055】
ウェーハ23の移載工程が開始されると、先ず、モニタウェーハMが前記測定装置26に移載され、測定が開始される。1枚目のモニタウェーハMの測定が開始されると、前記ボート22からプロダクトウェーハPが前記オープナ4,5の搬送容器3に移載される。上記した様に、前記測定装置26でのモニタウェーハMの測定が開始されており、1枚目のモニタウェーハMの測定が完了すると完了信号が前記制御部28に送信され、該制御部28はその時点で移載途中の前記プロダクトウェーハPの移載を完了させると、新たなプロダクトウェーハPの移載作業を中断させ、1枚目のモニタウェーハMを前記搬送容器3に移載し、更に2枚目のモニタウェーハMを前記測定装置26に移載する。
【0056】
同様にして、2枚目のモニタウェーハMが測定されている間にプロダクトウェーハPの移載が行われる。プロダクトウェーハPの移載時間の合計がモニタウェーハMの測定時間の合計より短いので、図示の如くモニタウェーハMの測定時間中に全てのプロダクトウェーハPの移載が完了する。プロダクトウェーハPが移載完了したらフィルダミーウェーハFを移載し始める。最後のモニタウェーハMの測定が完了すると、最後のモニタウェーハMを前記搬送容器3に移載し、その後引き続きフィルダミーウェーハF、サイドダミーウェーハSの移載を順次行う。
【0057】
而して、従来の移載作動である図6(A)と本発明の移載作動である図6(B)、図6(C)とを比較して分る様に、最大でモニタウェーハMの測定時間の合計分だけ、プロダクトウェーハP等の移載時間が短縮され、スループットが大幅に改善される。
【0058】
上記した実施の形態では、前記2組のオープナ4,5により前記ウェーハ23の移載対象の搬送容器3を2個設けることができるので、一方の搬送容器3にウェーハ23を移載している状態で、もう一方の搬送容器3を交換でき、該搬送容器3の交換によりウェーハ23の移載を休止することが無くなり、効率よくウェーハ23の移載が行える。尚、オープナを1組設けた、1個の搬送容器3であっても上記実施の形態のウェーハ23の移載は行えることは言う迄もない。
【0059】
尚、上記実施の形態では、測定用にモニタウェーハMを用意したが、特にモニタウェーハMを用意せず、適宜抽出したプロダクトウェーハPにより測定することも可能である。
【0060】
又、上記実施の形態では、モニタウェーハMの他は、プロダクトウェーハP、フィルダミーウェーハF、サイドダミーウェーハSの移載の順としたが、プロダクトウェーハP、フィルダミーウェーハF、サイドダミーウェーハSは移載順序を変えても良い。又、フィルダミーウェーハFがなくても良く、サイドダミーウェーハSがなくても良い。
【0061】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板を基板保持具に収納して処理する反応室と、該反応室に収納された基板を加熱する加熱装置と、前記基板へ成膜処理をし、該成膜処理後に、前記基板を測定する測定装置と、前記基板保持具及び前記測定装置及び搬送容器に前記基板を搬送する搬送装置を有し、前記測定装置と前記搬送装置を同室に有する基板処理装置に於いて、少なくとも前記測定装置にて測定中に、他の前記基板を搬送容器に搬送し、前記測定終了した際には、前記他の基板を搬送容器へ搬送することを中断させ、前記測定装置にある前記基板を搬送するので、基板の測定工程を設けた場合でも、基板移載工程に要する時間を延長することが防止され、スループットが低下することなく、又基板をインラインで測定可能となるので、処理状態をリアルタイムで知ることができ、次バッチ処理に迅速に反映させることができる等の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於ける基板処理装置の概略を示す側面図である。
【図2】本発明の実施の形態に於ける基板処理装置の概略を示す平面図である。
【図3】本発明の実施の形態に於ける制御系の概略ブロック図である。
【図4】従来の基板処理装置を示す概略側面図である。
【図5】ボートに装填したウェーハの状態を示す説明図である。
【図6】ウェーハの移載作動の態様を示す説明図であり、(A)は従来例、(B)、(C)は本発明を示す。
【符号の説明】
2 ステージ
3 搬送容器
8 搬送容器搬送装置
4,5 オープナ
13 基板移載機
16 縦型反応炉
18 加熱装置
19 反応室
22 ボート
23 ウェーハ
26 測定装置

Claims (2)

  1. 少なくともプロダクト基板とモニタ基板とを基板保持具に収納して反応室にて加熱装置により加熱し処理する工程と、
    前記基板保持具を前記反応室から搬出し、搬送装置にて前記基板保持具に収納された前記処理後のモニタ基板を測定装置に搬送する工程と、
    前記測定装置にて前記処理後のモニタ基板の測定中に、前記処理後のプロダクト基板を前記搬送装置により搬送容器に搬送する工程と、
    前記処理後のモニタ基板の測定が終了した際に、前記処理後のプロダクト基板を前記搬送装置による前記搬送容器への搬送を中断し、前記測定装置にある前記処理後のモニタ基板を搬送容器に搬送する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 少なくともプロダクト基板とモニタ基板とを基板保持具に収納して処理する反応室と、
    該反応室に収納された基板を加熱する加熱装置と、
    前記反応室にて処理された基板を測定する測定装置と、
    前記基板保持具及び前記測定装置及び搬送容器に前記基板を搬送する搬送装置と、
    前記反応室での処理後のモニタ基板を前記測定装置にて測定中に、前記反応室での処理後のプロダクト基板を搬送容器に搬送し、前記モニタ基板の測定が終了した際には、前記プロダクト基板の搬送容器への搬送を中断し、前記測定装置から前記モニタ基板を搬送するよう少なくとも制御する制御部を具備することを特徴とした基板処理装置。
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