JP6114708B2 - 基板脱離検出装置及び基板脱離検出方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

基板脱離検出装置及び基板脱離検出方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板脱離検出装置及び基板脱離検出方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法に関する。
従来から、ウエハをプラテン上に載置するとともに、ウエハの周縁部をプラテンに対して押圧可能なクランプリングによりクランプした状態でイオン注入を行うイオン注入装置において、ウエハの重ね保持等の異常を認識すべく、クランプの変位を検知する変位検知手段を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、被処理物を回転台に載置し処理する気相成長装置において、回転台と回転台を支持する回転台支持部とが異なる素材で作られており、熱膨張係数の差から高温時に回転台支持部に対する回転台の位置が変わって不一致が生じた場合に、この不一致を位置ずれとして検知し、位置ずれが所定範囲以上のときに警告又は装置の停止を行うものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開平9−115994号公報 特開2011−111651号公報
ところで、チャンバ内に回転テーブルを設け、回転テーブルの表面に円形窪み状のポケットを設け、かかるポケット上にウエハを載置した状態で回転テーブルを回転させ、周方向に分離されて設けられた複数の処理領域を順次ウエハが通過する際に、処理領域内で原料ガスが供給され、原子堆積法(ALD法、Atomic Layer Deposition)又は分子堆積法(MLD法、Molecular Layer Deposition)により成膜を行う成膜装置が知られている。
かかるALD法又はMLD法を用いた成膜装置(以下、「ALD成膜装置」と呼ぶ。)では、成膜の均一性の観点から、爪等を用いてウエハをポケットにクランプするような固定手段は用いることができない。また、上述の気相成長装置程ではないものの、チャンバ内は高温に加熱されているため、ウエハをチャンバ内に搬入した際には、常温から高温に急激に雰囲気が変化するため、ウエハがポケット上で反るという現象が発生する場合が多い。また、ALD成膜装置においては、成膜を行うためには回転テーブルを回転させる必要があるため、ウエハを搬入し、ウエハの反りが収まった状態で回転テーブルを回転させて成膜を開始するようにしているが、誤って十分に反りが収まっていない状態で回転を開始した場合には、ウエハがポケットから脱離してしまう。更に、ウエハの反り以外の何らかの異常によっても、ウエハが回転中の回転テーブルから離脱することが起こり得る。かかる場合に、速やかにウエハの脱離を検出することができないと、ウエハが脱離した状態で回転テーブルが回転し続け、チャンバ内の種々の部品を破損したり、脱離していない他のウエハに損傷を与えたりするおそれがある。
一方、上述の特許文献1に記載の発明は、クランプ機構を有する基板処理装置に関する発明であるため、ALD成膜装置に適用することはできない。また、特許文献2に記載の発明は、回転台の回転支持台に対する位置ずれを検出する発明であるため、上述のような課題を解決することはできない。
そこで、本発明は、回転テーブルを回転させて基板の処理を行う基板処理装置を用いた場合に、基板の処理中における回転テーブルからの脱離を監視し、検出することができる基板脱離検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板脱離検出装置は、チャンバ内に略水平に設けられた回転テーブルの表面に形成された基板載置用の凹部上に基板が載置された状態で前記回転テーブルを連続回転させ、前記基板の処理を行う基板処理装置に用いられる基板脱離検出装置であって、
前記回転テーブルの回転中に、前記凹部上における前記基板の有無を判定することにより、前記基板が前記凹部から脱離したことを判定する基板脱離判定手段を有し、
前記凹部には、前記基板を前記凹部上に移載する際に用いる受け渡し用の昇降ピンを貫通させる貫通孔が形成され、
前記回転テーブルの下方には、ヒータが設けられ、
前記基板脱離判定手段は、前記回転テーブルと離間して設けられ、前記凹部上の前記基板の温度を検出する放射温度計を有し、前記放射温度計は、前記貫通孔の温度を検出するように設置され、前記貫通孔から検出される前記ヒータの温度と、前記基板の温度との温度差に基づいて前記凹部上における前記基板の有無を判定する。
本発明の他の態様に係る基板脱離検出方法は、チャンバ内に略水平に設けられた回転テーブルの表面に形成された基板載置用の凹部上に基板が載置された状態で前記回転テーブルを連続回転させ、前記基板の処理を行う基板処理装置に用いられる基板脱離検出方法であって、
前記回転テーブルの回転中に、前記凹部上における前記基板の有無を判定することにより、前記基板が前記凹部から脱離したことを判定する基板脱離判定工程を有し、
前記凹部には、前記基板を前記凹部上に移載する際に用いる受け渡し用の昇降ピンを貫通させる貫通孔が形成され、
前記回転テーブルの下方には、ヒータが設けられ、
前記基板脱離判定工程は、前記回転テーブルと離間して設けられた放射温度計を用いて前記凹部上の前記基板の温度と、前記貫通孔の温度とを検出し、前記貫通孔から検出される前記ヒータの温度と、前記基板の温度との温度差に基づいて、前記凹部上における前記基板の有無を判定することにより行われる。
本発明によれば、基板の回転テーブルからの脱離を確実に検出することができる。
本発明の実施形態に係る基板離脱検出装置及びこれを用いた基板処理装置の一例を示した構成図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の内部構造の斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の内部構造の上面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の回転テーブルの同心円に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置のチャンバの天井面が設けられている領域を示す断面図である。 本実施形態に係るウエハ脱離検出装置が検出するウエハの脱離についての説明図である。図6(A)は、ウエハが回転テーブルの凹部上に載置された状態を示した断面図である。図6(B)は、ウエハが回転テーブルの凹部上に載置された状態を示した上面図である。図6(C)は、図6(A)、(B)に示した状態で回転テーブルを回転させた状態を示した断面図である。図6(D)は、図6(A)、(B)に示した状態で回転テーブルを回転させた状態を示した上面図である。 本発明の実施形態1に係る基板脱離検出装置の構成を示した図である。 実施形態1に係る基板脱離検出装置の放射温度検出と、脱離判定の説明図である。図8(A)は、放射温度計による放射温度検出の説明図である。図8(B)は、図8(A)の状態で、放射温度計による温度測定を行った検出結果を示した図である。 本発明の実施形態2に係る基板脱離検出装置の一例を示した図である。図9(A)は、実施形態2に係る基板脱離検出装置の一例の構成を示した断面図である。図9(B)は、実施形態2に係る基板脱離検出装置の一例の検出箇所を示した平面図である。 実施形態2に係る基板脱離検出装置の判定部で行わる基板脱離判定工程の一例を示した図である。 本発明の実施形態3に係る基板脱離検出装置の一例を示した図である。図11(A)は、実施形態3に係る基板脱離検出装置の一例の構成を示した断面図である。図11(B)は、実施形態3に係る基板脱離検出装置の一例の検出箇所を示した平面図である。 本発明の実施形態4に係る基板脱離検出装置の一例を示した図である。図12(A)は、実施形態4に係る基板脱離検出装置の一例の構成を示した断面図であり、図12(B)は、実施形態4に係る基板脱離検出装置の一例の検出箇所を示した平面図である。 本発明の実施形態5に係る基板脱離検出装置の一例を示した図である。図13(A)は、実施形態5に係る基板脱離検出装置の一例の構成を示した断面図であり、図13(B)は、実施形態5に係る基板脱離検出装置の一例の検出箇所を示した平面図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
図1は、本発明の実施形態に係る基板離脱検出装置及びこれを用いた基板処理装置の一例を示した構成図である。また、図2は、本発明の実施形態に係る基板剥離検出装置が適用される基板処理装置の内部構造の斜視図であり、図3は、本発明の実施形態に係る基板剥離検出装置が適用される基板処理装置の内部構造の上面図である。
なお、基板処理装置は、回転テーブルを回転させながら基板の処理を行う装置であれば、種々の基板処理装置が適用可能であるが、本実施形態においては、基板処理装置が成膜装置として構成された例を挙げて説明する。
図1から図3までを参照すると、成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平なチャンバ1と、このチャンバ1内に設けられ、チャンバ1の中心に回転中心を有する回転テーブル2と、を備えている。チャンバ1は、処理対象となる基板を収容し、基板に成膜処理を行うための容器である。図1に示すように、チャンバ1は、有底の円筒形状を有する容器本体12と、容器本体12の上面に対して、例えばOリングなどのシール部材13を介して気密に着脱可能に配置される天板11とを有している。
天板1の一部には、窓16が形成されている。窓16には、例えば、石英ガラスが設けられ、チャンバ1の外部から内部が視認可能に構成される。
また、チャンバ1は、真空ポンプ640に接続された排気口610を有し、真空排気可能な真空容器として構成されてもよい。
回転テーブル2は、基板を載置するための載置台である。回転テーブル2は、表面に円形窪み状の凹部24を有し、凹部24上に基板を支持する。図1においては、凹部24上に半導体ウエハWが基板として載置された状態が示されている。基板は、必ずしも半導体ウエハWには限定されないが、以下、基板として半導体ウエハW(以下「ウエハ」という。)が用いられた例を挙げて説明する。
回転テーブル2は、例えば石英により作製されており、中心部にて円筒形状のコア部21に固定されている。コア部21は、鉛直方向に伸びる回転軸22の上端に固定されている。回転軸22は、チャンバ1の底部14を貫通し、その下端が回転軸22(図1)を鉛直軸回りに回転させるモータ23に取り付けられている。回転軸22及びモータ23は、上面が開口した筒状のケース体20内に収納されている。このケース体20はその上面に設けられたフランジ部分がチャンバ1の底部14の下面に気密に取り付けられており、ケース体20の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
また、モータ23には、エンコーダ25が設けられており、回転軸22の回転角度を検出できるように構成されている。本実施形態に係る基板脱離検出装置においては、回転テーブル2上の凹部24から脱離したウエハWの位置を特定するための脱離位置特定手段として、エンコーダ25を用いている。
天板11の窓16の上方には、検出器110が設けられる。検出器110は、ウエハWが回転テーブル2の凹部24上に存在するか否かを検出するための手段である。検出器110は、ウエハWの凹部24上の有無を検出することができれば、種々の検出器110を用いることができる。例えば、検出器110は、放射温度計であってもよく、この場合には、ウエハWが凹部24上に存在する場合と存在しない場合の温度差に基づいてウエハWの有無が検出される。また、ウエハWの凹部24上の有無を、凹部24の表面の高さで検出する場合には、検出器110には、距離計等の高さ検出器が用いられる。このように、検出方法に応じて、検出器110は適宜変更することができる。なお、この点の具体的な内容については後述する。
判定部120は、検出器110で検出した情報に基づいて、凹部24上にウエハWが存在するか否かを判定する手段であり、必要に応じて設けられる。判定部120も、用いられる検出器110の種類に応じて、適切な判定手段が選択されてよい。例えば、判定部120は、CPU(Central Processing Unit、中央処理装置)、メモリを有し、プログラムによって動作するマイクロコンピュータや、特定の用途のために設計、製造される集積回路であるASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の演算処理手段として構成されてもよい。
また、判定部120は、エンコーダ25からの信号を受信し、ウエハWの脱離が検出されたときに、どのウエハWが凹部24から脱離したのかの判定も行う。判定部120は、ウエハWが凹部24から脱離していると判定したら、脱離検出信号を制御部100に出力する。
なお、検出器110と判定部120とで、ウエハWの凹部24からの脱離を判定する脱離判定手段を構成する。更に、検出器110、判定部120及びエンコーダ25で、本実施形態に係る基板脱離検出装置を構成する。
制御部100は、成膜装置全体を制御するための制御手段であり、コンピュータからなる演算処理手段として構成されてよい。制御部100は、判定部120又は検出器110から脱離検出信号を受信したら、回転テーブル2の回転を停止させる制御を行う。これにより、ウエハWが凹部24から脱離した場合に速やかに回転テーブル2の回転を停止させ、ウエハWがチャンバ1の内部を破損したり、他のウエハWを破損したりすることを最小限に食い止めることができる。
また、制御部100のメモリ内には、制御部100の制御の下に、ウエハWの脱離検出装置からの脱離検出に基づく回転テーブル2の回転停止も含めて、所定の成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは、脱離検出時の回転テーブル2の回転停止処理も含めて、所定の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体102に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部101へ読み込まれ、制御部100内にインストールされる。
次に、図2〜図5を用いて、成膜装置の構成についてより詳細に説明する。
図2及び図3に示すように、回転テーブル2の表面には、回転方向(周方向)に沿って複数(図示の例では5枚)の基板である半導体ウエハWを載置するための円形状の凹部24が設けられている。なお図3には便宜上1個の凹部24だけにウエハWを示す。この凹部24は、ウエハWの直径よりも僅かに例えば4mm大きい内径と、ウエハWの厚さにほぼ等しいか、又はウエハWの厚さよりも深い深さとを有している。したがって、ウエハWが凹部24に収容されると、ウエハWの表面と回転テーブル2の表面(ウエハWが載置されない領域)とが同じ高さになるか、ウエハWの表面が回転テーブル2の表面よりも低くなる。凹部24の深さは、ウエハWの厚さよりも深い場合であっても、あまり深くすると成膜に影響が出てしまうので、ウエハWの厚さの3倍程度の深さまでとすることが好ましい。凹部24の底面には、ウエハWの裏面を支えてウエハWを昇降させるための例えば3本の昇降ピンが貫通する貫通孔(いずれも図示せず)が形成されている。
図2及び図3は、チャンバ1内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板11の図示を省略している。図2及び図3に示すように、回転テーブル2の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル31、反応ガスノズル32及び分離ガスノズル41,42がチャンバ1の周方向(回転テーブル2の回転方向(図3の矢印A))に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口15から時計回り(回転テーブル2の回転方向)に、分離ガスノズル41、反応ガスノズル31、分離ガスノズル42、及び反応ガスノズル32がこの順番で配列されている。これらのノズル31、32、41、42は、各ノズル31、32、41、42の基端部であるガス導入ポート92a、31a、32a、41a、42a(図3)を容器本体12の外周壁に固定することにより、チャンバ1の外周壁からチャンバ1内に導入され、容器本体12の半径方向に沿って回転テーブル2に対して水平に伸びるように取り付けられている。
反応ガスノズル31は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、第1の反応ガスの供給源(図示せず)に接続される。反応ガスノズル32は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、第2の反応ガスの供給源(図示せず)に接続される。分離ガスノズル41、42は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスとして、例えば窒素(N)ガスの供給源(図示せず)に接続される。
反応ガスノズル31、32には、回転テーブル2に向かって開口する複数のガス吐出孔33が、反応ガスノズル31、32の長さ方向に沿って、例えば10mmの間隔で配列されている。反応ガスノズル31の下方領域は、第1の反応ガスをウエハWに吸着させるための第1の処理領域P1となる。反応ガスノズル32の下方領域は、第1の処理領域P1においてウエハWに吸着された第1の反応ガスと第2の反応ガスとが反応する第2の処理領域P2となる。
図2及び図3を参照すると、チャンバ1内には2つの凸状部4が設けられている。凸状部4は、分離ガスノズル41、42とともに分離領域Dを構成するため、後述のとおり、回転テーブル2に向かって突出するように天板11の裏面に取り付けられている。また、凸状部4は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部5(後述)に連結し、外円弧が、チャンバ1の容器本体12の内周面に沿うように配置されている。
図4は、反応ガスノズル31から反応ガスノズル32まで回転テーブル2の同心円に沿ったチャンバ1の断面を示している。図示のとおり、天板11の裏面に凸状部4が取り付けられているため、チャンバ1内には、凸状部4の下面である平坦な低い天井面44(第1の天井面)と、この天井面44の周方向両側に位置する、天井面44よりも高い天井面45(第2の天井面)とが存在する。天井面44は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部4には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部43が形成され、分離ガスノズル42が溝部43内に収容されている。もう一つの凸状部4にも同様に溝部43が形成され、ここに分離ガスノズル41が収容されている。また、高い天井面45の下方の空間に反応ガスノズル31、32がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル31、32は、天井面45から離間してウエハWの近傍に設けられている。なお、説明の便宜上、図4に示すように、反応ガスノズル31が設けられる、高い天井面45の下方の空間を参照符号481で表し、反応ガスノズル32が設けられる、高い天井面45の下方の空間を参照符号482で表す。
また、凸状部4の溝部43に収容される分離ガスノズル41、42には、回転テーブル2に向かって開口する複数のガス吐出孔41h(図4参照)が、分離ガスノズル41、42の長さ方向に沿って、例えば10mmの間隔で配列されている。
天井面44は、狭い空間である分離空間Hを回転テーブル2に対して形成している。分離ガスノズル42の吐出孔42hからNガスが供給されると、このNガスは、分離空間Hを通して空間481及び空間482へ向かって流れる。このとき、分離空間Hの容積は空間481及び482の容積よりも小さいため、Nガスにより分離空間Hの圧力を空間481及び482の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間481及び482の間に圧力の高い分離空間Hが形成される。また、分離空間Hから空間481及び482へ流れ出るNガスが、第1の領域P1からの第1の反応ガスと、第2の領域P2からの第2の反応ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第1の領域P1からの第1の反応ガスと、第2の領域P2からの第2の反応ガスとが分離空間Hにより分離される。よって、チャンバ1内において第1の反応ガスと第2の反応ガスとが混合し、反応することが抑制される。
なお、回転テーブル2の上面に対する天井面44の高さh1は、成膜時のチャンバ1内の圧力、回転テーブル2の回転速度、供給する分離ガス(Nガス)の供給量などを考慮し、分離空間Hの圧力を空間481及び482の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。
一方、天板11の下面には、回転テーブル2を固定するコア部21の外周を囲む突出部5(図2及び図3)が設けられている。この突出部5は、本実施形態においては、凸状部4における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面44と同じ高さに形成されている。
先に参照した図1は、図3のI−I'線に沿った断面図であり、天井面45が設けられている領域を示している。一方、図5は、天井面44が設けられている領域を示す断面図である。図5に示すように、扇型の凸状部4の周縁部(チャンバ1の外縁側の部位)には、回転テーブル2の外端面に対向するようにL字型に屈曲する屈曲部46が形成されている。この屈曲部46は、凸状部4と同様に、分離領域Dの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部4は天板11に設けられ、天板11が容器本体12から取り外せるようになっていることから、屈曲部46の外周面と容器本体12との間には僅かに隙間がある。屈曲部46の内周面と回転テーブル2の外端面との隙間、及び屈曲部46の外周面と容器本体12との隙間は、例えば回転テーブル2の上面に対する天井面44の高さと同様の寸法に設定されている。
容器本体12の内周壁は、分離領域Dにおいては図4に示すように屈曲部46の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域D以外の部位においては、図1に示すように例えば回転テーブル2の外端面と対向する部位から底部14に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域と記す。具体的には、第1の処理領域P1に連通する排気領域を第1の排気領域E1と記し、第2の処理領域P2に連通する領域を第2の排気領域E2と記す。これらの第1の排気領域E1及び第2の排気領域E2の底部には、図1から図3に示すように、それぞれ、第1の排気口610及び第2の排気口620が形成されている。第1の排気口610及び第2の排気口620は、図1に示すように各々排気管630を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ640に接続されている。なお図1中、参照符号650は圧力制御器である。
回転テーブル2とチャンバ1の底部14との間の空間には、図1及び図4に示すように加熱手段であるヒータユニット7が設けられ、回転テーブル2を介して回転テーブル2上のウエハWが、プロセスレシピで決められた温度(例えば450℃)に加熱される。回転テーブル2の周縁付近の下方側には、回転テーブル2の上方空間から排気領域E1、E2に至るまでの雰囲気とヒータユニット7が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル2の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材71が設けられている(図5)。このカバー部材71は、回転テーブル2の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材71aと、この内側部材71aとチャンバ1の内壁面との間に設けられた外側部材71bと、を備えている。外側部材71bは、分離領域Dにおいて凸状部4の外縁部に形成された屈曲部46の下方にて、屈曲部46と近接して設けられ、内側部材71aは、回転テーブル2の外縁部下方(及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方)において、ヒータユニット7を全周に亘って取り囲んでいる。
ヒータユニット7が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部14は、回転テーブル2の下面の中心部付近におけるコア部21に接近するように上方側に突出して突出部12aをなしている。この突出部12aとコア部21との間は狭い空間になっており、また底部14を貫通する回転軸22の貫通穴の内周面と回転軸22との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体20に連通している。そしてケース体20にはパージガスであるNガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管72が設けられている。またチャンバ1の底部14には、ヒータユニット7の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット7の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管73が設けられている(図5には一つのパージガス供給管73を示す)。また、ヒータユニット7と回転テーブル2との間には、ヒータユニット7が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材71bの内周壁(内側部材71aの上面)から突出部12aの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材7aが設けられている。蓋部材7aは例えば石英で作製することができる。
また、チャンバ1の天板11の中心部には分離ガス供給管51が接続されていて、天板11とコア部21との間の空間52に分離ガスであるNガスを供給するように構成されている。この空間52に供給された分離ガスは、突出部5と回転テーブル2との狭い隙間50を介して回転テーブル2の凹部24側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間50は分離ガスにより空間481及び空間482よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間50により、第1の処理領域P1に供給されるSi含有ガスと第2の処理領域P2に供給される酸化ガスとが、中心領域Cを通って混合することが抑制される。すなわち、空間50(又は中心領域C)は分離空間H(又は分離領域D)と同様に機能することができる。
さらに、チャンバ1の側壁には、図2、図3に示すように、外部の搬送アーム10と回転テーブル2との間で基板であるウエハWの受け渡しを行うための搬送口15が形成されている。この搬送口15は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル2におけるウエハ載置領域である凹部24はこの搬送口15に臨む位置にて搬送アーム10との間でウエハWの受け渡しが行われることから、回転テーブル2の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部24を貫通してウエハWを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構(いずれも図示せず)が設けられている。
次に、図6〜図13を用いて、本実施形態に係るウエハ脱離検出装置についてより詳細に説明する。
図6は、本実施形態に係るウエハ脱離検出装置が検出するウエハの脱離について説明するための図である。図6(A)は、ウエハWが回転テーブルの表面に形成された凹部上に載置された状態を示した断面図であり、図6(B)は、ウエハWが回転テーブルの表面に形成された凹部上に載置された状態を示した上面図である。
図6(B)に示すように、一見すると、回転テーブル2の凹部24上に5枚のウエハWが各々載置されている。しかしながら、図6(A)に示されるように、ウエハWの両端部は、回転テーブル2の表面よりも高く反り上がっており、凹部24の深さでは収まりきっていない状態である。
図6(C)は、図6(A)、(B)に示した状態で回転テーブルを回転させた状態を示した断面図であり、図6(D)は、図6(A)、(B)に示した状態で回転テーブルを回転させた状態を示した上面図である。
図6(C)に示すように、図6(A)の状態で回転テーブル2を回転させると、ウエハWに遠心力が働くが、ウエハWの端部は凹部24の側面には当接せず、回転テーブル2の表面上よりも高い位置にあるので、何ら遠心力を抑制するものは無く、ウエハWは凹部24から脱離してしまう。
図6(D)に示すように、回転テーブル2の回転により、遠心力が作用したウエハWは、凹部24から脱離し、回転テーブル2よりも外側に飛び出してしまう。
このように、凹部24内のウエハWが凹部24の深さよりも大きく反っていたり、何らかの異常があったりすると、回転テーブル2を回転させたときに、ウエハWが凹部24から脱離して飛び出してしまう。この状態で回転テーブル2が回転し続けると、ウエハWはチャンバ1内の内壁に衝突し、更に遠心力と回転テーブル2の回転力が作用するので、ウエハWがチャンバ1内を引きずられるように移動し、チャンバ1の内部の部品や他のウエハWを損傷してしまうおそれがある。
本実施形態に係る基板脱離検出装置は、このような基板脱離状態を検出し、回転テーブル2の回転を停止する等の制御が可能なように構成している。次に、本発明の実施形態に係る基板脱離検出装置のより具体的な種々の態様を、具体的な実施形態として以下に説明する。なお、以下の実施形態において、今までの説明した内容は総て適用できるものとする。また、今まで説明した構成要素と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
〔実施形態1〕
図7は、本発明の実施形態1に係る基板脱離検出装置の構成を示した図である。実施形態1に係る開版脱離検出装置は、放射温度計111と、判定部121と、エンコーダ25とを備える。また、本発明の実施形態1に係る基板処理装置は、更にチャンバ1と、回転テーブル2と、制御部100とを備える。実施形態1に係る基板脱離検出装置は、検出器として、放射温度計111を用いる。
放射温度計111は、物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して物体の温度を測定する温度計である。放射温度計111を用いることにより、測定を高速かつ非接触で行うことができる。よって、放射温度計111をチャンバ1の外部の窓16上に設け、窓16を介して各凹部24の温度測定点TPにおけるウエハ温度を測定することができる。ウエハ温度は、ウエハWが凹部24上に存在する場合には、文字通りウエハ温度となるが、ウエハWが凹部24上に存在しない場合には、回転テーブル2上の温度となる。石英からなる回転テーブル2は、Si等の半導体からなるウエハWよりも放射率が高く、ウエハWが凹部24上に存在しない場合には、ウエハWが存在する場合よりも温度が高く検出され、一般的には、10℃程度以上の温度差がある。このレベルの温度差は、状態の差として認識するのに十分な差である。よって、放射温度計111で凹部24上のウエハ温度を検出し、その検出信号を判定部121に送信し、判定部121で所定の温度差を検出した場合には、ウエハWが凹部24上に存在せず、凹部24から脱離していると判定することができる。そして、その際、エンコーダ25からの検出結果を用い、温度差が検出された凹部24の回転角度から凹部24の位置を特定すれば、ウエハWの脱離が発生した凹部24を特定することができる。
判定部121では、ウエハWが凹部24から脱離したと判定したときには、制御部100に脱離検出信号を送信するので、制御部100では、脱離検出信号を受信したときには、回転テーブル2の回転を停止する制御を行うことができる。これにより、ウエハWの脱離が検出されたら速やかに回転テーブル2の回転を停止させることができ、ウエハWの凹部24からの脱離による被害を最小限に抑制することができる。
図8は、実施形態1に係る基板脱離検出装置の放射温度検出と、脱離判定の内容を説明するための図である。
図8(A)は、放射温度計111による放射温度検出を説明するための図である。図8(A)に示されるように、放射温度計111を用いて、凹部24の所定箇所、具体的にはウエハWの中心上のやや中央寄りの温度測定点TPの放射温度を測定している。また、図8(A)において、6箇所の凹部24のうち、2番目の凹部24上にウエハWが存在せず、他の5箇所の凹部にはウエハWが存在する状態となっている。
図8(B)は、図8(A)の状態で、放射温度計111による温度測定を行った検出結果を示した図である。図8(B)に示されるように、ウエハWの存在する凹部24では、温度が低く平坦に検出され、凹部24同士の間の回転テーブル2が露出した箇所では、温度が上昇してパルスが検出されている。凹部24にウエハWが存在している箇所では、短いパルスが規則的に検出されているが、ウエハWが脱離した2番目の凹部24では、幅の広いパルスが検出されている。このようなパルスの時間幅の変化により、2番目の凹部24のウエハWが脱離したことを検出することができる。しかも、エンコーダ25のパルスと、図8(B)で示された温度パルスとを時間的に対応させることにより、ウエハWが脱離した凹部24がどの凹部24なのかを特定することができる。
このように、実施形態1に係る基板脱離検出装置によれば、凹部24上のウエハW温度を測定することにより、ウエハWの凹部24からの脱離を容易かつ確実に検出することができる。
なお、基板脱離検出の手順としては、放射温度計111及び判定部121においてまずウエハWの脱離を判定及び検出する基板脱離判定工程を行い、次いで、必要に応じて、エンコーダ25の回転角度情報から、ウエハWが脱離した凹部24の特定を行う脱離位置特定工程を行うという手順になる。そして、基板脱離判定工程の直ぐ後、又は脱離位置特定工程の後に、判定部120から制御部100に脱離検出信号が送信され、制御部100において回転テーブル回転停止工程を実行する。
〔実施形態2〕
図9は、本発明の実施形態2に係る基板脱離検出装置の一例を示した図である。図9(A)は、実施形態2に係る基板脱離検出装置の一例の構成を示した断面図であり、図9(B)は、実施形態2に係る基板脱離検出装置の一例の検出箇所を示した平面図である。
図9(A)に示すように、実施形態2に係る基板脱離検出装置は、放射温度計111と、判定部121と、エンコーダ25を有する点で、実施形態1に係る基板脱離検出装置と同様であるが、放射温度計111の温度測定点TPが、昇降ピン用の貫通孔26である点で、実施形態1に係る基板脱離検出装置と異なっている。
実施形態2に係る基板脱離検出装置においては、凹部24の平坦部ではなく、ウエハWを凹部24に移載する際に用いられる昇降ピン81を貫通させる貫通孔26の温度を測定する。図9(A)に示すように、容器本体12よりも下方に昇降機構80が設けられ、昇降ピン81が貫通孔26を介して凹部24上に上昇できるように構成されている。凹部24の下方には、ヒータユニット7が設けられているので、放射温度計111で貫通孔26の温度を測定することにより、ヒータユニット7からの直接の温度を測定することができる。つまり、凹部24上にウエハWが存在する場合には、ウエハWで遮断された温度を検出するが、ウエハWが凹部24上に存在しない場合には、ヒータユニット7からの熱を直接測定することになり、大きな温度差に基づいてウエハWの有無を判定することができる。
図9(B)に示すように、貫通孔26は非常に小さい孔であるが、放射温度計111は、離間した箇所から小さな領域の温度を測定できるので、貫通孔26の温度を問題なく測定することができる。なお、複数ある貫通孔26のうち、どの貫通孔26を温度測定点TPとするかは、用途に応じて定めてよい。
なお、放射温度計111、判定部121、エンコーダ25及び制御部100の構成及び処理内容は、基準とする温度差が異なる点、ウエハWの温度と回転テーブル2上の温度を合わせた3つのレベルの温度が測定される点が実施形態1と異なるが、ウエハWと回転テーブル2の温度差は10℃前後であり、貫通孔26とウエハWとの温度差はそれよりも遙かに大きい温度差となるので、ウエハWの脱離を検出することは、実施形態1と同様に容易に行うことができる。
図10は、実施形態2に係る基板脱離検出装置の判定部121で行わる基板脱離判定工程の一例を示した図である。図10において、横軸が時間、縦軸が温度[℃]を示している。図10には、図9(B)に示した3つの貫通孔26のうち、回転テーブル2の中心に近い2つの貫通孔26が温度測定点TPとなるように放射温度計111が設置された例が示されている。
図9(B)に示したように、5個の凹部24のうち、4個にはウエハWが載置され、1個からはウエハWが脱離してしまった場合を例に挙げると、この場合には、図10に示すように、放射温度計111がウエハWに遮蔽されていない貫通孔26の温度を検出したときには、温度のピークが検出され、690℃以上の温度が検出されている。一方、貫通孔26以外の場所の温度を検出しているときには、660℃前後の温度が継続的に検出されている。この継続的な温度を、基準温度と呼ぶこととする。
この場合において、ピーク値と基準温度の温度差が30℃以上あるので、判定部121では、ウエハWが凹部24から脱離したことを判定することができる。例えば、図10に示す温度の時間変化が判定部121に入力されたら、基準温度の1点のデータと、ピーク値の1点のデータをサンプリングし、これを比較することにより、ウエハWの凹部24からの脱離を判定することができる。しかしながら、実際のプロセスでは、脱離判定の信頼性を高める必要があるため、1点のサンプリングではなく、複数点のデータをサンプリングし、これらの平均値を用いて脱離判定を行うようにしてもよい。これにより、データの信頼性を高め、誤判定を防止することができる。
図10において、2つのピーク付近で、4点の基準温度と2点の貫通孔26の温度(以下、「ピン穴温度」という。)が各々検出されている。例えば、1つ目のピーク付近において、基準温度1=657.4℃。基準温度2=657.7℃、基準温度3=658.6℃、基準温度4=659.0℃であり、貫通孔温度a=687.3℃、貫通孔温度b=691.2が検出されたとすると、基準温度の平均TREFは、
REF=(657.4+657.7+658.6+659.0)/4=658.2℃
となる。また、ピン穴温度の平均TPINは、
PIN=(687.3+691.2)/2=689.3℃
となる。
ここで、両平均の温度差△Tは、
△T=TPIN−TREF=689.3−658.2=31.1℃
となり、30℃以上の十分な温度差があるため、当然にウエハWの脱離を判定することができる。
このように、基準温度、ピン穴温度のサンプリング回数を複数回とし、複数データで平均を算出し、平均値を用いて脱離判定を行うようにすれば、脱離判定における誤判定を防止することができ、判定部121で行う脱離判定の信頼性を高めることができる。なお、サンプリングは、上述のように、エンコーダ25で凹部24の位置を把握できるので、貫通孔26付近の温度を放射温度計111が検出するときに、貫通孔26付近の所定時間範囲をサンプリング範囲とし、その間に所定間隔で複数回サンプリングを行うようにすればよい。また、サンプリングの回数も、図10では基準温度が4回、ピン穴温度が2回の例を挙げて説明しているが、用途に応じて適宜適切な回数としてよい。
このように、実施形態2に係る基板脱離検出装置及び基板脱離検出方法において、必要に応じて、脱離判定を行うためのデータ取得のサンプリング回数を複数回とし、基準温度とピン穴温度の平均値を用いて基板脱離判定を行うようにしてもよい。これにより、誤判定を防止することができ、脱離判定の信頼性を高めることができる。また、検出データの信頼性が高く、基準温度、ピン穴温度とも、1回のサンプリング値で問題無い場合には、1回ずつのサンプリングで済ますようにしてもよい。このように、脱離判定の際のデータ処理については、用途に応じて種々の態様とすることができる。
また、脱離判定工程後の脱離位置特定工程及び回転テーブル回転停止工程は、実施形態1に係る基板脱離検出装置及び基板脱離検出方法と同様に行うことができる。
実施形態2に係る基板脱離検出装置及び基板脱離検出方法によれば、貫通孔26を利用し、ヒータ7からの直接熱の温度と回転テーブル2又はウエハWの表面の温度とを比較することができ、大きな温度差を基準としてウエハWの脱離判定を行うことができる。
〔実施形態3〕
図11は、本発明の実施形態3に係る基板脱離検出装置の一例を示した図である。図11(A)は、実施形態3に係る基板脱離検出装置の一例の構成を示した断面図であり、図11(B)は、実施形態3に係る基板脱離検出装置の一例の検出箇所を示した平面図である。
図11(A)、(B)に示すように、実施形態3に係る基板脱離検出装置においては、検出器として光学的検出器112を用い、昇降ピン81の貫通孔26を検出対象とする。光学的検出器112としては、例えば、赤外線等の光線を用いた反射型光センサや透過型光センサを用い、貫通孔26の有無を検出することにより、凹部24上のウエハWの有無を判定する。
例えば、反射型光センサを光学的検出器112として用いた場合には、検出対象とする貫通孔26が存在する箇所に光を照射する。そして、ウエハWが存在する場合には反射光が検出され、ウエハWが存在しない場合には反射光が検出されないという点に基づいて、ウエハWの有無を判定する。
また、透過型光センサを光学的検出器112として用いる場合には、貫通孔26を通る垂直線上の上下に一対の発光器と受光器を設置し、受光器で投光器の光を検出した場合にはウエハWが存在しないと判定し、受光器で投光器の光を検出しない場合にはウエハWが存在すると判定する。
また、判定部122は、光学的検出器112からの光の検出に基づいて、凹部24上のウエハWの有無を判定する。当然ながら、反射型光センサ、透過型光センサと適合した判定を行うように構成された判定部122が用いられる。なお、その他の構成要素については、実施形態2と同様であるので、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
実施形態3に係る基板脱離検出装置及び基板脱離検出方法によれば、光学的検出器112を用いて、容易かつ確実に凹部24からのウエハWの脱離を検出することができる。
〔実施形態4〕
図12は、本発明の実施形態4に係る基板脱離検出装置の一例を示した図である。図12(A)は、実施形態4に係る基板脱離検出装置の一例の構成を示した断面図であり、図12(B)は、実施形態4に係る基板脱離検出装置の一例の検出箇所を示した平面図である。
実施形態4に係る基板脱離検出装置は、検出器として、凹部24の表面高さを検出する高さ検出器113を用いる。高さ検出器113としては、距離計等が一例として挙げられる。距離計は、ウエハWの表面にダメージを与えないように、レーザよりも、赤外線を用いた距離計を用いることが好ましい。凹部24の表面高さは、凹部24上にウエハWが存在すれば、ウエハWの厚さ分だけ表面高さが高くなるので、凹部24上にウエハWが存在しなければ、ウエハWの存在する箇所に比較して、ウエハWの厚さ分だけ表面高さが低くなる。このように、実施形態4に係る基板脱離検出装置及び基板脱離検出方法では、凹部24の表面高さを検出し、ウエハWの厚さを利用して凹部24上のウエハWの有無を検出する。
なお、判定部123は、高さ検出器113で検出された凹部24の表面高さに基づいて、ウエハWの有無を判定する演算処理を行うように構成される。
また、その他の構成要素及びその機能については、実施形態1と同様であるので、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
〔実施形態5〕
図13は、本発明の実施形態5に係る基板脱離検出装置の一例を示した図である。図13(A)は、実施形態5に係る基板脱離検出装置の一例の構成を示した断面図であり、図13(B)は、実施形態5に係る基板脱離検出装置の一例の検出箇所を示した平面図である。
図13(A)、(B)に示すように、実施形態5に係る基板脱離検出装置は、検出器として、カメラ等の撮像素子114を用い、ウエハWの凹部24からの脱離を、画像処理により判定する。つまり、撮像素子114により凹部24の画像を取得し、画像処理部124で画像処理を行い、凹部24上のウエハWの有無、つまりウエハWが凹部24から脱離しているか否かの判定を行う。
その他の構成要素及びその機能については、実施形態1と同様であるので、各構成要素に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施形態5に係る基板脱離装置及び基板脱離方法によれば、撮像素子114を用いて、直接的にウエハWの凹部24からの脱離を検出することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
1 チャンバ
2 回転テーブル
4 凸状部
5 突出部
7 ヒータユニット
10 搬送アーム
11 天板
12 容器本体
15 搬送口
16 窓
21 コア部
24 凹部(基板載置部)
25 エンコーダ
31,32 反応ガスノズル
41,42 分離ガスノズル
43 溝部
44 (低い)天井面
45 (高い)天井面
100 制御部
110〜114 検出器
120〜124 判定部
C 中心領域
D 分離領域
E1,E2 排気領域
S 内部空間
W ウエハ

Claims (12)

  1. チャンバ内に略水平に設けられた回転テーブルの表面に形成された基板載置用の凹部上に基板が載置された状態で前記回転テーブルを連続回転させ、前記基板の処理を行う基板処理装置に用いられる基板脱離検出装置であって、
    前記回転テーブルの回転中に、前記凹部上における前記基板の有無を判定することにより、前記基板が前記凹部から脱離したことを判定する基板脱離判定手段を有し、
    前記凹部には、前記基板を前記凹部上に移載する際に用いる受け渡し用の昇降ピンを貫通させる貫通孔が形成され、
    前記回転テーブルの下方には、ヒータが設けられ、
    前記基板脱離判定手段は、前記回転テーブルと離間して設けられ、前記凹部上の前記基板の温度を検出する放射温度計を有し、前記放射温度計は、前記貫通孔の温度を検出するように設置され、前記貫通孔から検出される前記ヒータの温度と、前記基板の温度との温度差に基づいて前記凹部上における前記基板の有無を判定する基板脱離検出装置。
  2. 前記回転テーブルの表面には、周方向に沿って前記凹部が複数形成され、
    前記基板脱離判定手段が前記凹部からの前記基板の脱離を検出したときに、前記基板が脱離した前記凹部の位置を特定する脱離位置特定手段を更に有する請求項1に記載の基板脱離検出装置。
  3. 前記脱離位置特定手段は、前記回転テーブルの回転軸の回転位置を検出するエンコーダである請求項2に記載の基板脱離検出装置。
  4. 前記凹部には、前記基板を前記凹部上に移載する際に用いる受け渡し用の昇降ピンを貫通させる貫通孔が形成され、
    前記放射温度計は、前記貫通孔とは異なる箇所の温度を検出するように設置され、前記回転テーブルと前記基板との放射率の相違による温度差に基づいて前記基板の有無を判定する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板脱離検出装置。
  5. 前記チャンバの上面には、前記チャンバの内部が視認可能な窓が形成され、
    前記基板脱離判定手段は、前記チャンバの外部に設けられ、前記窓から前記基板が前記凹部から脱離したことを判定する請求項1乃至のいずれか一項に記載の基板脱離検出装置。
  6. チャンバと、
    該チャンバ内に略水平に設けられ、表面に基板載置用の凹部が形成された回転テーブルと、
    請求項1乃至のいずれか一項に記載の基板脱離検出装置を備えた基板処理装置。
  7. チャンバ内に略水平に設けられた回転テーブルの表面に形成された基板載置用の凹部上に基板が載置された状態で前記回転テーブルを連続回転させ、前記基板の処理を行う基板処理装置に用いられる基板脱離検出方法であって、
    前記回転テーブルの回転中に、前記凹部上における前記基板の有無を判定することにより、前記基板が前記凹部から脱離したことを判定する基板脱離判定工程を有し、
    前記凹部には、前記基板を前記凹部上に移載する際に用いる受け渡し用の昇降ピンを貫通させる貫通孔が形成され、
    前記回転テーブルの下方には、ヒータが設けられ、
    前記基板脱離判定工程は、前記回転テーブルと離間して設けられた放射温度計を用いて前記凹部上の前記基板の温度と、前記貫通孔の温度とを検出し、前記貫通孔から検出される前記ヒータの温度と、前記基板の温度との温度差に基づいて、前記凹部上における前記基板の有無を判定することにより行われる基板脱離検出方法。
  8. 前記回転テーブルの表面には、周方向に沿って前記凹部が複数形成され、
    前記基板脱離判定工程で前記凹部からの前記基板の脱離を検出したときに、前記基板が脱離した前記凹部の位置を特定する脱離位置特定工程を更に有する請求項に記載の基板脱離検出方法。
  9. 前記脱離位置特定工程は、前記回転テーブルの回転軸の回転位置を検出するエンコーダを用いて行われる請求項に記載の基板脱離検出方法。
  10. 前記凹部には、前記基板を前記凹部上に移載する際に用いる受け渡し用の昇降ピンを貫通させる貫通孔が形成され、
    前記放射温度計は、前記貫通孔とは異なる箇所の温度を検出し、前記回転テーブルと前記基板との放射率の相違による温度差に基づいて前記基板の有無を判定する請求項7乃至9のいずれか一項に記載の基板脱離検出方法
  11. 前記チャンバの上面には、前記チャンバの内部が視認可能な窓が形成され、
    前記基板脱離判定工程は、前記チャンバの外部から、前記窓を介して前記基板が前記凹部から脱離したことを判定することにより行われる請求項乃至10のいずれか一項に記載の基板脱離検出方法。
  12. チャンバ内に略水平に設けられた回転テーブルの表面に形成された基板載置用の凹部上に基板が載置された状態で前記回転テーブルを回転させ、前記基板の処理を行う基板処理工程と、
    請求項乃至11のいずれか一項に記載の基板脱離検出方法を用いて、前記基板の処理中における前記基板の前記凹部からの脱離を検出する基板脱離検出工程と、
    該基板脱離検出工程で前記基板の前記凹部からの脱離が検出されたときに、前記回転テーブルの回転を停止させ、前記基板の処理を停止させる基板処理方法。
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