JP6801574B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置に関する。

特許文献１および特許文献２には、複数の真空チャンバーを備えた半導体製造装置が開示されている。特許文献２において、複数の真空チャンバーは、試料をエッチング処理するチャンバーと、試料を検査するチャンバーを含む。

特開２００４−３０４１１６号公報 特開２００５−２８６１０２号公報

特許文献１に示される真空処理装置は、表面検査機構を備えない。このため、製品出来栄え検査として、成膜後に製品表面の目視検査を行い、膜ムラ等の異常を検出することが必要となる場合がある。従って、異常発見までにタイムラグが発生し、製品処理前に異常が発見できない可能性がある。また、作業者によって検出感度にバラつきが生じる可能性がある。

また、特許文献２に示される半導体製造装置では、試料を検査するためにチャンバーを増設する必要がある。また、検査モジュールとしてレーザーまたはＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた装置が搭載される。このため、半導体製造装置が大型化し、製造コストが高額となる場合がある。また、レーザー等の部品が高額となり、ランニングコストが高くなる場合がある。また、検査モジュールが真空チャンバーに組み込まれているため、メンテナンスが複雑となり、長時間のメンテナンスが必要となる可能性がある。

また、検査専用のチャンバー内でレーザーまたは電子線照射による測定を行うため、検査時間が長くなる可能性がある。さらに、ウエハ表面の膜ムラ等の異常を検出するために、別途作業者による目視検査が必要となる場合がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、ウエハ表面の異常の早期発見が可能となる半導体製造装置を得ることを目的とする。

本発明に係る半導体製造装置は、ウエハの表面を処理するチャンバー部と、該チャンバー部の外に設けられたカメラと、該カメラに隣接して設けられ、モニタウエハを収納するモニタウエハストッカーと、該チャンバー部で処理された該モニタウエハを、該カメラの下部を通るように該モニタウエハストッカーまで搬送するアーム駆動部と、を備え、該カメラは、該アーム駆動部に搭載された該モニタウエハの表面を撮影し、該モニタウエハストッカーに設けられている。

本発明に係る半導体製造装置では、チャンバー部で処理されたモニタウエハは、アーム駆動部によってモニタウエハストッカーまで搬送される。この際、モニタウエハは、アーム駆動部に搭載された状態でカメラにより撮影される。従って、ウエハ表面の異常の早期発見が可能となる。

実施の形態１に係る半導体製造装置の平面図である。 実施の形態１に係る半導体製造装置の正面図である。 実施の形態１のモニタウエハストッカーおよび画像処理ユニットの構成を示す斜視図である。

本発明の実施の形態に係る半導体製造装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体製造装置１００の平面図である。半導体製造装置１００は、ウエハの表面を処理するチャンバー部１０を備える。チャンバー部１０は、２つのデポチャンバー１２を備える。デポチャンバー１２は、高温および真空状態においてガスを反応させてウエハ上に成膜を行う。

チャンバー部１０は、エッチングチャンバー１４を備える。エッチングチャンバー１４は、ウエハをエッチングするチャンバーである。また、デポチャンバー１２およびエッチングチャンバー１４に囲まれるように、搬送チャンバー１３が設けられている。搬送チャンバー１３は、デポチャンバー１２およびエッチングチャンバー１４にウエハを搬送する。デポチャンバー１２、エッチングチャンバー１４および搬送チャンバー１３において、高真空状態が形成されている。

また、チャンバー部１０は、搬送チャンバー１３に隣接する２つのロックチャンバー１５を備える。ロックチャンバー１５は、チャンバー部１０の外部から高真空状態の搬送チャンバー１３にウエハをロードする。また、ロックチャンバー１５は、高真空状態の搬送チャンバー１３からチャンバー部１０の外部にウエハをアンロードする。ここで、チャンバー部１０の外は大気圧である。ここで、大気圧にはクリーンルーム内の室内気圧も含まれる。本実施の形態では、チャンバー部１０は、枚葉式ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。

半導体製造装置１００には、チャンバー部１０と隣接して、搬送機構部５０が設けられている。また、搬送機構部５０に対してチャンバー部１０と反対側には、ローダー部１１が設けられる。ローダー部１１において、台座部分４４の上に複数のウエハストッカー１８とモニタウエハストッカー２０が設置されている。各々のウエハストッカー１８には製品ウエハが収納されたウエハカセットが載置される。また、モニタウエハストッカー２０にはモニタウエハが収納されたモニタウエハカセットが載置される。ここで、モニタウエハはダミーウエハまたはテストウエハとも呼ばれる。また、上述のとおり、ウエハストッカーはウエハが収納されたウエハカセットを載置するものであるが、以降では、便宜上、ウエハストッカーにウエハが収納されるといった表現を用いている。

搬送機構部５０は、ウエハストッカー１８に収納された製品ウエハをチャンバー部１０に搬送する。また、チャンバー部１０によって処理された製品ウエハは、搬送機構部５０によってウエハストッカー１８に収納される。また、搬送機構部５０は、モニタウエハストッカー２０に収納されたモニタウエハをチャンバー部１０に搬送する。また、チャンバー部１０によって処理されたモニタウエハは、搬送機構部５０によってモニタウエハストッカー２０に収納される。

搬送機構部５０はレール１７と、レール１７の上を移動するアーム駆動部１６を備える。搬送機構部５０は、複数のウエハストッカー１８およびモニタウエハストッカー２０とチャンバー部１０との間でウエハおよびモニタウエハを搬送できる。ここで、半導体製造装置１００が備えるウエハストッカー１８およびモニタウエハストッカー２０の数は、図１に示される数に限定されず、各々１つ以上であれば良い。

半導体製造装置１００には、モニタウエハストッカー２０に隣接して、カメラ３０が設けられている。カメラ３０は、モニタウエハストッカー２０と搬送機構部５０との間に設けられる。つまりは、カメラ３０はチャンバー部１０の外側にある。

図２は、実施の形態１に係る半導体製造装置１００の正面図である。アーム駆動部１６は、チャンバー部１０で処理されたモニタウエハ２６を、カメラ３０の下部を通るようにモニタウエハストッカー２０まで搬送する。この時、図２に示されるように、カメラ３０は、アーム駆動部１６に搭載されたモニタウエハ２６の表面を撮影する。この際、カメラ３０は、大気中でモニタウエハ２６を撮影する。

モニタウエハストッカー２０は、収納部３２を備える。収納部３２は、複数のモニタウエハが収納されたモニタウエハカセット５２を取り囲む。収納部３２の上部にはクリーンユニット４２が設けられている。クリーンユニット４２はＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ）フィルターおよびファンを備える。これにより、矢印２４ａに示されるようにクリーンエアーを収納部３２内へ流すことができる。

さらに、収納部３２は、収納部３２内から、ローダー部１１の台座部分４４の内部に向かって、矢印２４ｂに示される方向に空気が流れる構造を備える。台座部分４４の上面および収納部３２の底面部には、例えばローダー部１１の空間を経てローダー部１１の裏面側に空気の流れを生じさせる複数の貫通穴が形成されている。

従って、モニタウエハカセット５２を囲む収納部３２の内部において、モニタウエハストッカー２０はダウンフロー構造を備える。これにより、クリーンユニット４２から流れるクリーンエアーがアンダーフロアへ抜ける。従って、モニタウエハストッカー２０の清浄度を向上できる。これにより、モニタウエハへの異物または不純物の付着を防止でき、モニタウエハからチャンバー部１０への異物または不純物の持ち込みを防止できる。

図３は、実施の形態１のモニタウエハストッカー２０および画像処理ユニット２２の構成を示す斜視図である。半導体製造装置１００は画像処理ユニット２２を備える。画像処理ユニット２２は、カメラ３０と判定部３６とを備える。画像処理ユニット２２はチャンバー部１０の外側にある。画像処理ユニット２２はカメラ３０によってモニタウエハ２６を撮影する。また、モニタウエハ２６はアーム駆動部１６のアーム部分２８に搭載される。アーム部分２８は水平方向に伸縮しても良い。

カメラ３０は、モニタウエハ２６がモニタウエハストッカー２０に収容される際に、その表面を撮影する。このため、平面視において、カメラ３０はモニタウエハストッカー２０と搬送機構部５０との間に設置されている。カメラ３０は、アーム駆動部１６の動作を妨げない位置に設けられる。つまり、カメラ３０は、アーム部分２８の可動範囲を避けて設けられる。本実施の形態では、カメラ３０は、収納部３２に隣接する領域が開放されるように、収納部３２よりも上に配置される。これにより、アーム駆動部１６にモニタウエハ２６が搭載された状態で、カメラ３０によってモニタウエハ２６を撮影できる。さらに、アーム駆動部１６は、カメラ３０の下部を通って、モニタウエハ２６をモニタウエハストッカー２０に収納できる。

また、モニタウエハストッカー２０には、モニタウエハ２６の収納部３２の側面において開閉可能な扉３４が設けられている。扉３４は、カメラ３０が設置された位置とは反対側に設けられている。つまり、扉３４は、モニタウエハストッカー２０のウエハ取り出し口側に設けられている。ここで、ウエハ取り出し口は、作業者がモニタウエハストッカー２０からモニタウエハ２６を取り出す部分である。扉３４により、作業者の通路側からの異物混入を防止できる。扉３４は、外側に向かって開く。

判定部３６は、カメラ３０によって撮影された画像を処理し、モニタウエハ２６の表面の異常を検出する。判定部３６は、画像認識ソフトを実行し、カメラ３０によって撮影されたモニタウエハ２６の表面の画像を処理する。これにより、判定部３６はモニタウエハ２６の表面の膜ムラ等を検出する。判定部３６は、モニタウエハ２６の表面の異常が検出されなかった場合にＯＫの判定をする。また、判定部３６は、モニタウエハ２６の表面の異常が検出された場合にＮＧの判定をする。

また、判定部３６は、モニタウエハ２６の表面の状態を表示する表示部３８を備える。表示部３８には、モニタウエハ２６の表面の異常の有無の判定結果が表示される。表示部３８は、モニタウエハ２６の表面の画像を、異常が検出された部分と異常が検出されなかった部分の色を変えて表示するものとしても良い。

判定部３６は、モニタウエハ２６の表面の異常を検出した場合にアラームを発する。また、判定部３６は、例えば、比較画像とモニタウエハ２６の表面の画像を比較し、モニタウエハ２６の表面の異常を検出するものとしても良い。

モニタウエハストッカー２０にはウエハカウンター４０が設けられている。ウエハカウンター４０は、モニタウエハストッカー２０に収納されたモニタウエハ２６の数をカウントする。また、ウエハカウンター４０は、モニタウエハストッカー２０に収納された成膜済みのモニタウエハ２６の数をカウントする。

ここで、成膜されていないモニタウエハ２６は、ダミーラン用ウエハとして使用できる。ウエハカウンター４０は、成膜済みのモニタウエハ２６の数を、チャンバー部１０で実行される製品処理レシピにおいて必要となるダミーラン用ウエハの数と比較する。ウエハカウンター４０は、成膜されていないモニタウエハ２６の数が、製品処理レシピにおいて必要となるダミーラン用ウエハの数よりも少ない場合に、アラームを発する。つまり、ウエハカウンター４０は、チャンバー部１０で実行される製品処理レシピに対してダミーラン用ウエハが不足する場合にアラームを発する。

ウエハカウンター４０において、モニタウエハ２６の処理枚数は、製品処理レシピ毎に細分化して管理される。また、ウエハカウンター４０において、モニタウエハ２６の処理枚数は、製品処理レシピと組み合わせて管理される。ウエハカウンター４０が発するアラーム等の信号は製品処理レシピに反映させる。例えば、製品処理レシピに対して、ダミーラン用ウエハの数が不足する場合は、成膜済みのモニタウエハ２６をエッチングする等して、ダミーラン用ウエハを補充するように製品処理レシピを変更する。

以上から、ウエハカウンター４０は、モニタウエハストッカー２０に収納されているモニタウエハ２６の枚数およびモニタウエハ２６の状態を管理する。これにより、ダミーラン用ウエハとして使用できるモニタウエハ２６の残数を管理できる。従って、ダミーラン抜けを防止できる。また、成膜済みのモニタウエハ２６によるダミーランを防止できる。従って、成膜済みのモニタウエハ２６の使用による表面異常の誤検出を防止できる。

また、ウエハカウンター４０は、モニタウエハストッカー２０が成膜済みのモニタウエハ２６で満杯となった場合に、アラームを発するものとしても良い。

次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する。まず、作業者は扉３４を開け、モニタウエハストッカー２０にモニタウエハ２６を収納する。次に、製品処理レシピに従い、ダミーランが実行される。まず、アーム駆動部１６はモニタウエハストッカー２０からモニタウエハ２６を取り出し、チャンバー部１０に搬送する。モニタウエハ２６はチャンバー部１０にロードされる。

チャンバー部１０において、モニタウエハ２６は、例えばデポチャンバー１２にロードされ、成膜される。次に、成膜されたモニタウエハ２６は、搬送チャンバー１３およびロックチャンバー１５を介してチャンバー部１０からアンロードされる。アーム駆動部１６は、モニタウエハ２６をモニタウエハストッカー２０まで搬送する。

この際、アーム駆動部１６は、モニタウエハ２６が画像処理ユニット２２を構成するカメラ３０の下部を通るようにモニタウエハ２６を搬送する。モニタウエハ２６は、カメラ３０の下部において、アーム駆動部１６のアーム部分２８に搭載された状態でカメラ３０によって撮影される。撮影された画像は、画像処理ユニット２２を構成する判定部３６において解析され、表面の異常の有無が判定される。この変形例として、表示部３８に表示されたモニタウエハ２６の表面の画像から、作業者が表面観察を行い、表面の異常の有無を判定しても良い。

この際、デポチャンバー１２にて成膜されたモニタウエハ２６の場合、膜ムラ等の有無が判定される。また、エッチングチャンバー１４にてエッチングされたモニタウエハ２６の場合、エッチングにより形成されたパターンの異常等の有無が判定される。次に、モニタウエハ２６の表面の異常の判定結果に応じて、成膜またはエッチングの条件が調整される。

カメラ３０による撮影後、モニタウエハ２６はアーム駆動部１６によってモニタウエハストッカー２０に収納される。ウエハカウンター４０は、成膜されたモニタウエハ２６をカウントする。このとき、チャンバー部１０で実行される製品処理レシピに対してダミーラン用ウエハが不足する場合は、ウエハカウンター４０はアラームを発する。

製品処理レシピに対してダミーラン用ウエハが不足する場合、ウエハカウンター４０は、モニタウエハ２６をエッチングして除膜するように製品処理レシピを変更する。これに応じて、アーム駆動部１６は、成膜されたモニタウエハ２６をチャンバー部１０に搬送する。チャンバー部１０は、モニタウエハ２６を除膜する。このとき、モニタウエハ２６は、エッチングチャンバー１４にて除膜される。この変形例として、デポチャンバー１２にチャンバーエッチング機能が設けられ、モニタウエハ２６はデポチャンバー１２にて除膜されるものとしても良い。

除膜されたモニタウエハ２６は、再びアーム駆動部１６によってモニタウエハストッカー２０に収納される。これにより、モニタウエハ２６を再びダミーラン用ウエハとして使用できる。従って、作業者によるモニタウエハ２６の交換頻度を低減できる。

このとき、画像処理ユニット２２によって除膜されたモニタウエハ２６の表面検査を行っても良い。これにより、エッチング残などの除膜時の異常について検出できる。よって、除膜時の異常に起因する膜ムラ等の異常の発生を抑制できる。従って、モニタウエハ２６の表面の異常の判定精度を向上できる。

また、ウエハカウンター４０が発するアラームに応じて、作業者が、ダミーラン用ウエハとして使用可能なモニタウエハ２６をモニタウエハストッカー２０に追加するものとしても良い。

一般に、半導体製品には様々なパターンが形成されている。このため、一般にパターンの異常または膜ムラ等を判定するウエハ表面検査が必要となる。本実施の形態に係る半導体製造装置１００では、ウエハ表面を処理するチャンバー部１０と表面検査をする画像処理ユニット２２が一体となっている。このため、装置単体で表面処理および表面検査ができる。これにより、外部に表面検査用の専用装置を設ける場合と比較して、異常の早期発見が可能となる。従って、モニタウエハ２６の処理から異常発見までのタイムラグを抑制でき、異常の発見前に製品が処理されることを防止できる。また、作業者による目視検査で発生する可能性のある検出感度のバラつきを解消できる。

また、モニタウエハ２６はチャンバー部１０で除膜されるため、モニタウエハ２６を装置内で再利用できる。これにより、作業者によるモニタウエハ２６の交換頻度を低減できる。また、モニタウエハ２６専用のストッカーであるモニタウエハストッカー２０が設けられることで、製品ウエハとモニタウエハ２６の入れ替えの手間を省ける。

また、本実施の形態では、画像処理ユニット２２がチャンバー部１０の外部に設けられる。このため、チャンバー部１０に表面検査用のチャンバーを増設する必要がない。従って、表面検査機構がチャンバー部１０内に設けられる場合と比較して、チャンバー部１０を小型化できる。また、カメラ３０をはじめ画像処理ユニット２２を構成する全てがチャンバー部１０の外部に設けられることで、半導体製造装置１００のメンテナンスを容易にできる。

また、本実施の形態において表面検査は、簡易な構造の画像処理ユニット２２によって実施される。従って、レーザーまたはＳＥＭなどで表面検査を実施する場合と比較して、半導体製造装置１００をシンプルに構成できる。このため、半導体製造装置１００の製造コストを低減できる。また、画像処理ユニット２２はレーザー装置などと比較して交換が必要となる部品が少ないため、ランニングコストを抑制できる。

また、本実施の形態ではモニタウエハ２６がアーム駆動部１６に搭載されたまま、表面検査が実施される。このため、モニタウエハ２６を検査用のステージに載せ変えて検査する場合と比較して、検査時間を短縮できる。また、本実施の形態ではカメラ３０による撮影で表面検査が実施される。このため、レーザーまたは電子線の照射による表面検査と比較して、検査時間を短縮できる。従って、表面の異常の早期発見が可能となる。

本実施の形態の変形例として、画像処理ユニット２２はモニタウエハストッカー２０と一体化されていても良い。つまり、モニタウエハストッカー２０は、画像処理ユニット２２付きのモニタウエハストッカー２０であるものとしても良い。また、枚葉式ＣＶＤ装置のローダー部に、変形例に係る画像処理ユニット２２付きのモニタウエハストッカー２０を設置することで、半導体製造装置１００を構成しても良い。これにより、表面検査機構を備えない枚葉式ＣＶＤ装置を用いて、表面検査を実施できる半導体製造装置１００を容易に構成できる。

本実施の形態では、チャンバー部１０は枚葉式ＣＶＤ装置であるものとした。この変形例として、チャンバー部１０はエッチング装置またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置でもよい。また、画像処理ユニット２２は、図３に示される構造に限定されず、モニタウエハ２６をアーム駆動部１６に搭載した状態で撮影できる構造であれば良い。また、本実施の形態では、モニタウエハ２６はカメラ３０の下部を通るように、搬送されるものとした。これに対し、アーム駆動部１６は、モニタウエハ２６の表面がカメラ３０の撮影方向と対向する様に、モニタウエハ２６を搬送するものとしても良い。

１００ 半導体製造装置、１０ チャンバー部、１６ アーム駆動部、２０ モニタウエハストッカー、２２ 画像処理ユニット、２６ モニタウエハ、３４ 扉、３６ 判定部、３８ 表示部、４０ ウエハカウンター

Claims (11)

1. ウエハの表面を処理するチャンバー部と、
   前記チャンバー部の外に設けられたカメラと、
   前記カメラに隣接して設けられ、モニタウエハを収納するモニタウエハストッカーと、
   前記チャンバー部で処理された前記モニタウエハを、前記カメラの下部を通るように前記モニタウエハストッカーまで搬送するアーム駆動部と、
   を備え、
   前記カメラは、前記アーム駆動部に搭載された前記モニタウエハの表面を撮影し、前記モニタウエハストッカーに設けられていることを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記カメラは、大気中で前記モニタウエハを撮影することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記カメラによって撮影された画像を処理し、前記モニタウエハの表面の異常を検出する判定部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置。
4. 前記判定部は、前記モニタウエハの表面の状態を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
5. 前記判定部は、前記モニタウエハの表面の異常を検出した場合にアラームを発することを特徴とする請求項３または４に記載の半導体製造装置。
6. 前記モニタウエハストッカーにはウエハカウンターが設けられ、
   前記ウエハカウンターは、前記モニタウエハストッカーに収納された成膜済みのモニタウエハの数をカウントし、前記チャンバー部で実行される製品処理レシピに対してダミーラン用ウエハが不足する場合にアラームを発することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体製造装置。
7. 前記モニタウエハストッカーにはウエハカウンターが設けられ、
   前記ウエハカウンターは、前記モニタウエハストッカーが成膜済みのモニタウエハで満杯となった場合にアラームを発することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体製造装置。
8. 前記チャンバー部は、前記モニタウエハを除膜することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体製造装置。
9. 前記チャンバー部は、枚葉式ＣＶＤ装置であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の半導体製造装置。
10. 前記モニタウエハストッカーはダウンフロー構造を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の半導体製造装置。
11. 前記モニタウエハストッカーには、前記モニタウエハの収納部の側面において開閉可能な扉が設けられていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の半導体製造装置。

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