JP7117841B2 - ワーク検出装置、成膜装置及びワーク検出方法 - Google Patents

ワーク検出装置、成膜装置及びワーク検出方法 Download PDF

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Description

本発明はワーク検出装置、成膜装置及びワーク検出方法に関する。
各種半導体装置の製造工程において、ウエーハやガラス基板等のワーク上に複数の膜を積層して形成することがある。複数の膜を形成する成膜装置として、複数の減圧可能なチャンバを備えた、いわゆるマルチチャンバタイプの成膜装置がある。各チャンバ内には成膜材料からなるターゲットが配置されている。チャンバ内に不活性ガスを導入し、ターゲットに電圧を印加して不活性ガスをプラズマ化してイオンを生成し、このイオンをターゲットに衝突させる。ターゲットから叩き出された材料の粒子がワーク上に堆積するスパッタリングにより成膜が行われる。
特開２００８－２４４０７８号公報
スパッタリングにより成膜が行われるワークは、ホルダ内に載置された状態で、成膜装置に運ばれて来る。ホルダに載置されたワークは、その位置や傾きが一定とはならず、ホルダからはみ出している場合がある。ホルダからのはみ出しの程度が大きいワークは、ターゲット及びプラズマとの距離が成膜面内で一定とならず、均一な成膜処理を行うことができない。
これに対処するため、ワークの外周等の位置をレーザセンサ等により検出して、基準となる位置とのずれ量から、位置の異常を判定する方法が考えられる。しかし、ワークは、その材質によって表面性状が異なる。例えば、半導体のウエーハは、材質がシリコン（Ｓｉ）かシリコンカーバイド（ＳｉＣ）か、パターンが形成されているか否か、成膜がなされているか否か等によって、光の透過率あるいは反射率が異なる。このような表面性状の異なる複数種類のウエーハを、例えば、共通のセンサで検出しようとすると、それぞれのウエーハの検出に最適な感度等の値が異なるため、ウエーハを変更する度に値を変更しなければならない。また、それぞれのウエーハの検出に最適な感度等の値を知ることが困難な場合もある。これに対処するため、表面性状の異なるウエーハに対応して、それぞれに適したセンサを設けることは、コスト高となり現実的ではない。
そこで、ウエーハに映った任意の像をカメラにより撮像して、撮像した任意の像の画像の中心位置を求め、この中心位置と、あらかじめ設定した基準となる中心位置とのずれ量から、ワークの位置の異常を検出する方法が考えられる（特許文献１参照）。
しかしながら、ウエーハには非常に薄いものが存在する。例えば、パワーデバイス分野でウエーハは、あらかじめＭＯＳ－ＦＥＴなどの電子回路を形成した後、裏面を削ることにより非常に薄く加工された後、成膜装置に搬送され、裏面に電極となるアルミニウム（Ａｌ）が成膜される。このように薄いウエーハは、反りや歪みが生じている。この反りや歪みの態様は、各ウエーハで相違しているため、同径のウエーハであっても、また、正しい位置にあるウエーハであっても、中心位置は一定とはならない。このため、基準となるウエーハの中心位置を設定することが容易でないばかりでなく、設定した中心位置に基づいてずれ量を判断することが難しい。
本発明は、反り等のあるワークの位置の異常を、共通の検出手段によって、ワークの表面性状に左右されずに検出できるワーク検出装置、成膜装置及びワーク検出方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明のワーク検出装置は、
ホルダに収容された正常な位置にあるワークからの反射光の画像が収まる大きさの第１の領域を設定する第１の設定部と、
前記第１の領域よりも大きく、前記第１の領域が全て収まる第２の領域を設定する第２の設定部と、
前記ホルダに収容されて撮像されたワークからの反射光で形成される画像のうち、前記ワークの外縁に相当する輪郭に囲まれた領域である、反射光の画像が、前記第２の領域のうち前記第１の領域と重なる領域以外の領域と重なる領域の面積に対応する値を検出する検出部と、
前記検出部により検出された値が、しきい値を超えるか否かに基づいて、前記ホルダに対する前記ワークの位置の異常の有無を判定する判定部と、
を有する。
前記第１の領域及び前記第２の領域は、同心円であってもよい。
前記第１の設定部による第１の領域の設定を指示する入力部と、前記第２の設定部は、前記入力部による前記第１の領域の設定に応じて、前記第２の領域を設定してもよい。
前記面積に対応する情報を表示する表示部を有していてもよい。前記表示部は、前記異常を示す情報を表示してもよい。
前記ワークに光を照射する単一の光源と、前記ワークからの反射光を撮像する撮像部と、を有していてもよい。
また、本発明の成膜装置は、前記ワーク検出装置と、前記ワーク検出装置による位置の異常の有無を判定されたワークに対して、成膜を行う成膜部と、を有する。
また、本発明のワーク検出方法は、
コンピュータ又は電子回路が、
ホルダに収容された正常な位置にあるワークからの反射光の画像が収まる大きさの第１の領域を設定する第１の設定処理と、
前記第１の領域よりも大きく、前記第１の領域が全て収まる第２の領域を設定する第２の設定処理と、
ワークからの反射光で形成される画像のうち、前記ワークの外縁に相当する輪郭に囲まれた領域である、反射光の画像が、前記第２の領域のうち前記第１の領域と重なる領域以外の領域と重なる面積に対応する値を検出する検出処理と、
前記検出処理により検出された値が、しきい値を超えるか否かに基づいて、ホルダに対する前記ワークの位置の異常の有無を判定する判定処理と、
を実行する。
本発明によれば、反り等のあるワークの位置の異常を、共通の検出手段によって、その表面性状に左右されずに検出できる。
反りのあるウエーハを模式的に示す平面図（Ａ）、側面図（Ｂ）である。 ウエーハを収容するホルダを示す平面図（Ａ）、Ａ－Ａ矢視断面図（Ｂ）である。 実施形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す平面図である。 検出機構の構成を模式的に示す図３のＢ－Ｂ矢視断面図である。 図４の検出機構のウエーハ受取状態を示す断面図である。 図４の検出機構のウエーハ載置状態を示す断面図である。 撮像部のカメラと光源を示す底面図である。 反射光の画像、第１の領域、第２の領域の表示画面例を示す説明図である。 成膜室の構成を模式的に示す断面図である。 図９の成膜室のホルダ載置状態を示す断面図である。 制御装置を示すブロック図である。 反射光の画像、第１の領域、第２の領域の大きさを示す説明図である。 ホルダに対するウエーハの位置の態様を示す説明図である。 ホルダに対するウエーハの乗り上げの態様を示す説明図である。 乗り上げ量と検出値との関係を示すグラフである。 実施形態の処理手順を示すフローチャートである。
本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
（ウエーハ）
本実施形態では、成膜対象のワークとして、図１に示すように半導体のウエーハＷを使用する例を説明する。ウエーハＷは、成膜工程の前に表面に回路が形成され、裏面が研削されている。近年では、高集積化に伴う薄化傾向により、ウエーハＷは厚さ数十μｍレベルまで研削される。このようにウエーハＷは非常に薄く形成されているため、反りや歪みが生じている。成膜工程では、研削された面に膜が形成される。
（ホルダ）
また、本実施形態では、成膜されるウエーハＷが載置される部材として、図２に示すように、ホルダＨを用いる。ホルダＨは、Ａ－Ａ切断面で切断した断面が矩形の有底円筒形状の部材であり、内部にウエーハＷを収容する大きさの収容部Ｈｓを有している。ホルダＨの底部には、ウエーハＷよりも小さい径の開口Ｈоが形成されている。このため、開口Ｈоの周縁の底部によって、ウエーハＷの表面の外周が支持可能となっている。また、開口Ｈоは、昇降板２３２及び昇降軸２３３が挿排可能な大きさである（図５参照）。
（成膜装置）
（概要）
図３に示すように、本実施形態の成膜装置１００は、大気ローダ２００、成膜部３００及び制御装置４００を有する。
大気ローダ２００は、ホルダＨにウエーハＷを載置して、成膜部３００に搬入する構成部である。成膜部３００は、ホルダＨに載置されたウエーハＷに対して、スパッタリングによる成膜を行う構成部である。制御装置４００は、成膜装置１００の各部を制御する装置である。以下、成膜装置１００の各部の詳細を説明する。
（大気ローダ）
大気ローダ２００は、ホルダ供給部２１０、ウエーハ供給部２２０、検出機構２３０を有する。ホルダ供給部２１０は、図示はしないが、ホルダＨを多数積層して収容したホルダカセット及び搬送アームを有する。ウエーハ供給部２２０は、ウエーハＷを多数積層して収容したウエーハカセット及び搬送アームを有する。検出機構２３０は、ホルダＨに載置されたウエーハＷを撮像する構成部である。
ホルダ供給部２１０のホルダカセットから搬送アームにより取り出されたホルダＨは、検出機構２３０にセットされる。ウエーハ供給部２２０のウエーハカセットから取り出されたウエーハＷは、検出機構２３０にセットされたホルダＨの収容部Ｈｓに載置される。ウエーハＷは、図示しない搬送アームによって、ホルダＨに載置された状態で、成膜部３００に搬入される。
検出機構２３０は、図４に示すように、支持台２３１、昇降板２３２、昇降軸２３３、支柱２３４、撮像部２３５を有する。支持台２３１は、ホルダＨが載置される台である。支持台２３１には、ホルダＨの開口Ｈоに対応する開口２３１ａが設けられている。昇降板２３２は、支持台２３１の下方から開口２３１ａ及び開口Ｈоを介して垂直方向に進退可能な板状体である。
昇降軸２３３は、一端が昇降板２３２に連結された棒状の部材である。昇降軸２３３の他端は、図示しない駆動源に接続されている。駆動源は昇降軸２３３を昇降させる。駆動源としては、例えばエアシリンダを用いることができる。
図５に示すように、昇降軸２３３により、支持台２３１の開口２３１ａ及びホルダＨの開口Ｈоから進入して、さらに上昇した昇降板２３２は、ホルダＨの上方に来たウエーハＷを受け取る。そして、図６に示すように、昇降板２３２が下降することにより、ウエーハＷをホルダＨの収容部Ｈｓに収容する。支柱２３４は、支持台２３１の両脇から立設された二本の柱状の部材に、ホルダＨの径と平行な方向であって、支持台２３１の上方を跨ぐように配置された梁が取り付けられた部材である。
撮像部２３５は、カメラ２１、光源２２を有する。図７に示すように、カメラ２１は、レンズ等の光学部材及びＣＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子であるイメージセンサを有し、光学部材を介して受光素子で検出した光に応じた信号を出力する撮像装置である。光源２２は、ウエーハＷに対して光を照射するＬＥＤ等の照明装置である。本実施形態では、図７に示すように、光源２２は、カメラ２１の光学部材に隣接する位置に１つ設けられている。なお、光源２２は、ウエーハＷ全体を照らしてもよいが、必ずしもウエーハＷ全体を照らす必要はない。例えば、本実施形態では、直径が１０ｍｍ程度の光をウエーハＷに対して照射する。
カメラ２１が撮像したウエーハＷからの反射光の画像は、図８に示すように、後述する表示部４９の画面に表示される。ウエーハＷからの反射光の画像とは、光源２２からウエーハＷに照射されて反射した光を、受光素子で検出することにより形成される画像のうち、反射光あるいはウエーハＷの外縁に相当する輪郭に囲まれた領域である。以下、このウエーハＷからの反射光の画像を反射光の画像Ｓｗと呼ぶ。全反射、透明、半透明のウエーハＷのいずれであっても、反射光の外縁に相当する輪郭は、背景から識別できる明るさで撮像できる。このため、あらかじめ設定されたしきい値以上の光量の領域を、反射光の画像Ｓｗとして抽出できる。
（成膜部）
成膜部３００は、図３に示すように、六角柱状の真空搬送室３１０を中心とし、真空搬送室３１０の各側面に沿って、複数のチャンバ３０が配置されたマルチチャンバ構成となっている。複数のチャンバ３０の少なくとも一つは、ウエーハＷに対して成膜を行う成膜室である。成膜室の数は、ウエーハＷに形成する膜の数に応じて決定されるものであり、特定の数に限定されない。また、チャンバ３０のいずれかを、冷却室、加熱室、エッチング室等、成膜以外の処理を行う室としてもよい。
本実施形態では、一例としてチャンバ３０が５つの成膜室３２１～３２５と１つのロードロック室３２６としている。なお、真空搬送室３１０の形状も六角柱状に限られず、必要とされる成膜室３２１～３２５の数に応じた多角形状としても良く、あるいは円筒状としても良い。
ロードロック室３２６は、大気ローダ２００からのホルダＨを外部から搬入し、また成膜処理を終了したホルダＨを大気ローダ２００に搬出するための室である。ロードロック室３２６は、一方の側面が真空ゲート弁３２６ａを介して真空搬送室３１０に連結され、他方の側面が大気ゲート弁３２６ｂを介して大気ローダ２００に連結されている。真空ゲート弁３２６ａの開閉により、真空搬送室３１０に対して連通及び遮断を切り換えることができる。大気ゲート弁３２６ｂの開閉により、大気ローダ２００に対して連通及び遮断を切り換えることができる。
ロードロック室３２６の内部には、搬入されたウエーハＷを保持する不図示の保持部が設けられている。また、ロードロック室３２６には不図示の排気装置及び圧力計が設けられており、所望の圧力に減圧可能である。
真空搬送室３１０は、ロードロック室３２６に搬入されたウエーハＷを各成膜室３２１～３２５に搬入及び搬出するための室である。また、真空搬送室３１０には、不図示の排気装置及び圧力計が設けられており、所望の圧力に減圧可能である。
真空搬送室３１０の中心には、ウエーハＷを搬送するために搬送アーム３１１が設置されている。搬送アーム３１１は、ロードロック室３２６及び各成膜室３２１～３２５の内部に伸ばして、各室からウエーハＷを取り出して真空搬送室３１０の内部に搬入し、さらに他の室に搬入する。
複数の成膜室３２１～３２５は、搬入及び搬出の際には、それぞれの真空ゲート弁３２１ａ～３２５ａを開放する。処理の際には真空ゲート弁３２１ａ～３２５ａを閉じて、各室の内部を密閉する。各成膜室３２１～３２５においては、ウエーハＷに対して成膜を行う。各成膜室３２１～３２５は、いずれも同様に構成しても良く、あるいは異なる構成としても良い。
ここでは、成膜室３２１の構造を一例として、図９及び図１０を参照して説明する。成膜室３２１は、チャンバ３０、ステージ３１、昇降機構３２、スパッタ源３３を有する。チャンバ３０は、内部を真空とすることが可能な容器である。チャンバ３０には、圧力計３０ａ及び不図示の排気装置が設けられている。チャンバ３０内は、排気装置によって常に排気され、所定の減圧状態になるように管理されている。また、チャンバ３０にはガス導入部３０ｂが設けられている。このガス導入部３０ｂから、チャンバ３０の内部にスパッタガスを導入することができる。スパッタガスは、例えば、アルゴン等の不活性ガスを用いることができる。
ステージ３１は、チャンバ３０の内底部付近に設置され、ウエーハＷを収容したホルダＨが載置される部材である。ステージ３１は円板状であり、チャンバ３０の底面から延びるシャフト３１ａに連結されて支持されている。シャフト３１ａは、チャンバ３０の底面に気密に貫通し、外部に連通している。
ステージ３１は、中央部分が突出することにより、断面が凸形状となっている。中央部分の上面は、ホルダＨの開口Ｈоから進入することにより、ウエーハＷが載置される平坦な載置面となる。この載置面は、静電チャック３１ｂを構成している。静電チャック３１ｂは、金属製のベース部材とセラミック製の誘電体から構成されている。ウエーハＷの載置面は誘電体の上面である。
誘電体の内部には電極が設けられ、電極に電圧が印加されると、載置面とその上に載置されたウエーハＷとの間に静電力が発生し、ウエーハＷが誘電体の上面に吸着固定される。誘電体の内部の電極に電力を供給するために、ケーブルがステージ３１のシャフト３１ａの内部を通されて、チャンバ３０の外部に設けられた図示しない電力供給源に接続されている。なお、ステージ３１には、不図示の冷却機構が設けられ、冷却機構によりステージ３１を冷却可能に設けられている。
昇降機構３２は、チャンバ３０の底部付近に設けられている。昇降機構３２は、ロッド３２ａ、テーブル３２ｂ、ピン３２ｃを有する。ロッド３２ａは、チャンバ３０の底部を気密に貫通し、チャンバ３０の外部で、シリンダ装置またはモーター等の不図示の駆動機構に連結される。この駆動機構の駆動により、ロッド３２ａは、チャンバ３０の内部で昇降する。
テーブル３２ｂは、ロッド３２ａの上端に取り付けられている。テーブル３２ｂは、例えば円板状であり、ステージ３１の下方で、ステージ３１と略平行に配置されている。テーブル３２ｂの中央には貫通孔が形成されている。その貫通孔を、ステージ３１のシャフト３１ａが挿通する。ロッド３２ａの昇降によって、テーブル３２ｂはステージ３１及びシャフト３１ａに対して相対的に上下動する。
ピン３２ｃは、テーブル３２ｂの上面に、複数本が垂直に立設して設けられている。ステージ３１には、図示はしないが、チャンバ３０の上下方向に貫通するガイド孔が、ピン３２ｃの数に対応して形成されている。各ピン３２ｃはこれらのガイド孔に挿通され、テーブル３２ｂの上下動に伴って上下動する。
これらのピン３２ｃは上昇することにより、図９に示すように、搬送アーム３１１によって真空搬送室３１０から搬入されたホルダＨを受け取って保持し、図１０に示すように、下降することによりホルダＨに載置されたウエーハＷをステージ３１の上面である静電チャック３１ｂまで搬送する。そのため、ピン３２ｃは、少なくとも搬送アーム３１１からホルダＨを受け取る受取位置まで上昇するように設定されている。また、ピン３２ｃの上端は、少なくともステージ３１のガイド孔上面と同じ位置まで下降するように設定されている。ステージ３１の上面が、ウエーハＷに対して成膜を行う成膜位置である。
スパッタ源３３は、ウエーハＷに堆積されて膜となる成膜材料の供給源である。スパッタ源３３は、チャンバ３０の上部に配置されている。スパッタ源３３は、ターゲット３３ａ、バッキングプレート３３ｂ及び導電部材３３ｃから構成されている。
ターゲット３３ａは、例えばチャンバ３０の上面に取り付けられ、その表面がチャンバ３０の底部付近に設置されたステージ３１に対向するように配置されている。ターゲット３３ａは成膜材料からなり、周知のあらゆる成膜材料を適用可能であるが、例えばチタン、シリコン等を使用できる。ターゲット３３ａの形状は、例えば、円柱形状である。但し、長円柱形状、角柱形状等、他の形状であってもよい。
バッキングプレート３３ｂは、ターゲット３３ａのステージ３１とは反対面を保持する部材である。導電部材３３ｃは、チャンバ３０の外部からバッキングプレート３３ｂを介してターゲット３３ａに電力を印加する部材である。なお、スパッタ源３３には、必要に応じてマグネット、冷却機構などが設けられている。
スパッタ源３３には、電源３４が接続されている。電源３４は、ターゲット３３ａに電力を印加することにより、ターゲット３３ａの周囲に導入されたスパッタガスをプラズマ化させる。本実施形態における電源３４は、例えば、高電圧を印加するＤＣ電源である。なお、高周波スパッタを行う装置の場合には、ＲＦ電源とすることもできる。
スパッタガスをチャンバ３０の内部に導入して、電源３４からターゲット３３ａに直流電圧を印加する。直流電圧の印加によってスパッタガスがプラズマ化し、イオンが発生する。発生したイオンがターゲット３３ａに衝突すると、ターゲット３３ａの材料が粒子として飛び出す。飛び出した粒子がステージ３１に載置されたウエーハＷに堆積することで、ウエーハＷ上に薄膜が形成される。
制御装置４００は、上述した大気ローダ２００、成膜部３００の各部を制御する装置である。制御装置４００は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって構成できる。制御装置４００には、各部の制御内容がプログラムされており、ＰＬＣやＣＰＵなどの処理装置により実行される。これにより、多種多様な成膜仕様に対応可能である。
このような制御装置４００の構成を、仮想的な機能ブロック図である図１１を参照して説明する。すなわち、制御装置４００は、機構制御部４０、表示処理部４１、第１の設定部４２、第２の設定部４３、検出部４４、判定部４５、記憶部４６、入出力制御部４７を有する。
機構制御部４０は、各部の機構を制御する処理部である。制御される機構としては、例えば、ホルダ供給部２１０、ウエーハ供給部２２０及び不図示の搬送アーム、検出機構２３０の昇降軸２３３の駆動源、撮像部２３５のカメラ２１、光源２２、真空ゲート弁３２１ａ～３２５ａ、３２６ａ及び大気ゲート弁３２６ｂ、真空搬送室３１０、成膜室３２１～３２５及びロードロック室３２６の排気装置、真空搬送室３１０の搬送アーム３１１、成膜室３２１～３２５のガス導入部３０ｂ、電源３４、昇降機構３２を含む。
表示処理部４１は、撮像部２３５により撮像された画像の表示処理を行う。つまり、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、撮像部２３５が撮像した反射光の画像Ｓｗを、表示部４９の表示画面に表示させる。また、表示処理部４１は、後述する第１の領域Ｓ１、第２の領域Ｓ２、検出領域Ｄの表示を制御する。
第１の設定部４２は、図８（Ａ）に示すように、所定の大きさの第１の領域Ｓ１を設定する。所定の大きさは、本実施形態では、反射光の画像Ｓｗが収まる大きさである。また、本実施形態では、第１の領域Ｓ１は円形である。反射光の画像Ｓｗが収まる大きさとは、反射光の画像Ｓｗの大きさ以上であればよく、図８（Ｂ）に示すように、ウエーハＷが収容部Ｈｓ内で乗り上げた状態となり、光が当たる位置がずれることにより、実際に撮像した反射光の画像Ｓｗが第１の領域Ｓ１から外れてもよい。但し、第１の設定部４２は、対象とするウエーハＷを異なる材質あるいは異なるパターンが形成されたウエーハＷへ交換する毎に、正常な位置にあるウエーハＷからの反射光が収まる位置に、第１の領域Ｓ１を設定する。なお、乗り上げるとは、ウエーハＷの外周の一部が収容部Ｈｓの側面あるいはホルダＨの上面に接触し、ウエーハＷが傾いた状態を指す。例えば、図１３の（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）のような状態を乗り上げた状態という。収容部Ｈｓ内で乗り上げた状態とは、（Ｂ）および（Ｄ）のような状態を指す。
また、ウエーハＷの反りの状態によっては、光の反射により生じる反射光の画像Ｓｗの位置のずれ量、つまりオフセットが大きくなる可能性があるため、これを考慮して第１の領域Ｓ１をウエーハＷよりも大きめに設定することが好ましい。
第２の設定部４３は、第１の領域Ｓ１よりも大きく、第１の領域Ｓ１が全て収まる第２の領域Ｓ２を設定する。本実施形態では、第２の領域Ｓ２は、第１の領域Ｓ１よりも大きな径の同心円である。したがって、図１２に示すように、反射光の画像Ｓｗの径をα、第１の領域Ｓ１の径をβ、第２の領域Ｓ２の径をγとすると、α≦β＜γとなる。
検出部４４は、反射光の画像Ｓｗが、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間の領域と重なる領域の面積に対応する値を検出する。このように検出された領域を検出領域Ｄと呼ぶ。つまり、検出部４４は、あらかじめ設定されたしきい値以上の光量の領域を反射光の画像Ｓｗとして抽出し、抽出された反射光の画像Ｓｗと第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間の領域とが重なる領域を検出領域Ｄとする。検出領域Ｄの面積に対応する値は、例えば、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間の領域と重なる部分の画素数の合計により求めることができる。面積に対応する値とは、面積に比例して増減する値のことをいい、画素数そのものの値であっても、画素数に基づいて算出される面積の値であってもよい。面積の値とは、画面上の面積値であっても、画素数と撮像領域の縮尺に基づいて算出される実面積値であってもよい。
判定部４５は、検出部４４により検出された値が、しきい値を超えるか否かに基づいて、ホルダＨに対するウエーハＷの位置の異常の有無を判定する。ウエーハＷの乗り上げ量に応じて、検出領域Ｄの面積は相違する。ウエーハＷの種類、例えば、表面性状の違いによって、ずれが生じた場合に示す検出領域Ｄの面積にばらつきが生じる。このため、検出領域Ｄの面積から正常か異常かを識別するしきい値は異なってくる。
例えば、図１３に示すように、（Ａ）～（Ｄ）は、収容部ＨｓからウエーハＷがはみ出していない場合であって、（Ｅ）～（Ｆ）は、収容部ＨｓからウエーハＷがはみ出している場合である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｅ）は、ウエーハＷが下に凸の反りを有する場合であって、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｆ）は、ウエーハＷが上に凸の反りを有する場合である。本実施形態では、（Ａ）～（Ｄ）の場合にはОＫ、つまり正常であるとして許容され、（Ｅ）、（Ｆ）の場合にはＮＧ、つまり異常であるとして許容されない。
図１３の（Ｅ）、（Ｆ）の状態でステージ３１まで搬送されると、ウエーハＷが静電チャック３１ｂで吸着できない恐れがある。また、吸着できたとしてもステージ３１の正常な位置から位置ずれした状態でウエーハＷが載置されるため、ウエーハＷのステージ３１と接触していない部分は、ステージ３１から十分冷却されず加熱されてしまう。また、ウエーハＷが載置されなかったステージ３１の上面には成膜する膜が付着する恐れがある。
但し、図１４に示すように、ウエーハＷの乗り上げ量ｐが同じであっても、ウエーハＷの種類によって、検出領域Ｄの面積には、ばらつきが生じる。これは、ウエーハＷの表面性状によって、光の反射率等が異なるため、輪郭がはっきりする場合やぼやける場合等があり、撮像される反射光の画像Ｓｗの大きさが一定とならないためである。例えば、ウエーハＷの乗り上げ量と検出部４４により検出される値との関係を、図１５に示す。図１５の円、正方形、三角形のマーカは、表面性状の異なるウエーハＷを示す。
各ウエーハＷについて、検出部４４により検出される値である検出値は、以下のようにして求める。ウエーハＷをホルダＨに所定の乗り上げ量の状態で載置して、検出機構２３０の支持台２３１にセットする。そして、ホルダＨを３０度ずつ３６０度回転させて反射光の画像Ｓｗを１２点撮像する。各撮像した反射光の画像Ｓｗから検出領域Ｄの面積に対応する値である検出値を求める。
各ウエーハＷについての検出値は、乗り上げ量ａ、ｂにおいては、各ウエーハＷの検出値の上限値を各マーカで示す。乗り上げ量ｃにおいては、各ウエーハＷの検出値の下限値を各マーカで示す。同じウエーハＷにおける検出値の分布をエラーバーで示す。各ウエーハＷのエラーバーを示すと、重なってしまうので、図１５では、ある乗り上げ量における全ての検出値の分布をエラーバーとして示す。これらのエラーバーを、エラーバーＥＢ１、ＥＢ２、ＥＢ３と呼ぶ。
マーカで示された各ウエーハＷの検出値は、乗り上げ量ａ、ｂ、ｃごとに比較すると、同じ乗り上げ量でもそれぞれ異なる値となる。これは、表面性状が異なるためと考えられる。また、同じウエーハＷの検出値においてもばらつきに幅がある。これは、ウエーハＷに反りがあるためと考えられる。
例えば、乗り上げ量ｃ以上の場合に、ホルダＨからはみだしている、つまり、異常と判定したい場合には、エラーバーＥＢ２の検出値のうち、上限の値（円の値）より大きな値であり、エラーバーＥＢ３の検出値のうち、下限の値（正方形の値）より小さな値をしきい値Ｔｈ１として設定する。
エラーバーＥＢ２の上限の値より大きな値をしきい値Ｔｈ１として設定すると、検出値がＴｈ１以下の場合、収容部Ｈｓ内にウエーハＷが収容されているものとして処理する。これにより、ホルダＨからはみ出していないにもかかわらず、異常と判断して、頻繁に停止処理を行うことによる生産性の低下を防止できる。また、エラーバーＥＢ３の検出値のうち、下限の値より小さい値をしきい値Ｔｈ１として設定する場合、ホルダＨからはみ出しているウエーハＷが、成膜部３００に搬入される可能性を低くすることができるので、安全性が確保される。これは、エラーバーＥＢ２の上限の値とエラーバーＥＢ３の下限の値との差が大きい場合に適している。
エラーバーＥＢ２の上限の値とエラーバーＥＢ３の下限の値との差が小さい場合、エラーバーＥＢ２の範囲内の値、例えば、正方形のマーカの値をしきい値Ｔｈ２として設定してもよい。この場合、ホルダＨからはみ出していないにもかかわらず、異常と判断して、停止処理が発生してしまうものの、安全性は確保される。
記憶部４６は、本実施形態の制御に必要な情報を記憶する構成部である。この情報は、撮像部２３５のカメラ２１の撮像タイミング、光源２２の光量、第１の設定部４２により設定される第１の領域Ｓ１の設定条件、第２の設定部４３により設定される第２の領域Ｓ２の設定条件、検出部４４による検出値、判定部４５による判定のしきい値及び判定結果を含む。第２の領域Ｓ２の設定条件としては、第１の領域Ｓ１の径と第２の領域Ｓ２の径の差分値を含む。機構制御部４０は、記憶部４６に記憶された情報に基づいて、各部に対しての制御信号を生成して出力する。
なお、記憶部４６は、たとえば、各種のメモリ、ハードディスク等により構成できる。一時的な記憶領域として使用される記憶媒体も記憶部４６に含まれる。画像表示用のＶＲＡＭ等も、記憶部４６として捉えることができる。入出力制御部４７は、制御対象となる各部との間での信号の変換や入出力を制御するインタフェースである。
さらに、制御装置４００には、入力部４８、表示部４９が接続されている。入力部４８は、作業者が、制御装置４００を介して成膜装置１００を操作するためのスイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力装置である。第１の設定部４２による第１の領域Ｓ１の設定の指示、第１の領域Ｓ１の径に対する第２の領域Ｓ２の径の差分値、判定部４５の判定のしきい値等は、入力部４８から入力することができる。入力部４８からの第１の領域Ｓ１の設定の指示と、第２の領域Ｓ２の設定条件に基づいて、第２の設定部４３が第２の領域Ｓ２を設定する。
表示部４９は、装置の状態を確認するための情報を、作業者が視認可能な状態とするディスプレイ、ランプ、メータ等の出力装置である。ディスプレイは、表示画面に検出領域Ｄの面積を示す情報を表示する。検出領域Ｄの面積を示す情報は、検出領域Ｄを示す画像であっても、検出領域Ｄの面積の数値であっても、その双方であってもよい。
例えば、図８（Ａ）に示すように、作業者が、入力部４８によって、表示画面に表示された正常時の反射光の画像Ｓｗよりも外側の任意の点を指定すると、第１の設定部４２は、指定された点を通る軌跡で、反射光の画像Ｓｗが収まる大きさの第１の領域Ｓ１を設定する。さらに、第２の設定部４３は、第１の領域Ｓ１の径に対して、設定条件で設定された長さだけ大きな径の同心円を、第２の領域Ｓ２として設定する。
このように、表示部４９のディスプレイは、表示画面に、反射光の画像Ｓｗ、第１の領域Ｓ１、第２の領域Ｓ２を表示する。図８（Ｂ）に示すように、反射光の画像Ｓｗにおける第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間の領域と重なる領域が検出領域Ｄである。また、ディスプレイは、判定部４５の判定結果を表示する。例えば、異常と判定された場合には、検出領域Ｄを他の領域と区別した色分け表示をする。なお、以上を音声により報知する出力装置を備えてもよい。
［動作］
次に、本実施形態に係る成膜装置１００の動作について説明する。なお、以下のような手順によりウエーハＷの位置の異常を検出する検出方法も、本発明の一態様である。すなわち、搬送アームによりホルダ供給部２１０から取り出されたホルダＨは、図４に示すように、検出機構２３０の支持台２３１に載置される。一方、搬送アームによりウエーハ供給部２２０から取り出されたウエーハＷは、支持台２３１に載置されたホルダＨの上方に搬送される。
昇降板２３２が上昇して、図５に示すように、ウエーハＷを搬送アームから受け取る。そして、昇降板２３２が下降して、ウエーハＷがホルダＨの収容部Ｈｓ内に載置される。このようにホルダＨに載置されたウエーハＷに対して、ずれを検出する処理を、上述の図面に加えて、図１６のフローチャートを参照して説明する。
（領域設定処理）
第１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２を設定する処理を説明する。まず、ホルダＨに対して正常な位置にあるウエーハＷに対して、光源２２から光を照射して、その反射光をカメラ２１が撮像する（ステップ１０１）。撮像されたウエーハＷの画像は、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ディスプレイの表示画面に表示される（ステップ１０２）。
作業者は、ディスプレイに表示されたウエーハＷの画像を見て、ウエーハＷの輪郭の外側を指定する（ステップ１０３）。すると、第１の設定部４２は、指定された点を通り、ウエーハＷの画像が収まる円を第１の領域Ｓ１として設定する（ステップ１０４）。また、第２の設定部４３は、第１の領域Ｓ１が収まる同心円を、第２の領域Ｓ２として設定する（ステップ１０５）。設定された第１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２は、ディスプレイに表示される。
（検出処理）
次に、設定された第１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２に基づいて、ウエーハＷの位置の異常を検出する処理を説明する。上記のように、ホルダＨの収容部Ｈｓに収容されたウエーハＷに対して、光源２２が光を照射して、その反射光をカメラ２１が撮像する（ステップ１０６）。
撮像されたウエーハＷの反射光の画像Ｓｗは、第１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２に重ねて、ディスプレイに表示される（ステップ１０７）。検出部４４は、カメラ２１が撮像した反射光の画像Ｓｗが、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間の領域と重なる領域の面積に相当する値を検出する（ステップ１０８）。
判定部４５は、検出した値がしきい値を超えるか否かを判定する（ステップ１０９）。しきい値は、事前の実験から図１５のようなグラフを作成し、決定する。しきい値を超える場合には（ステップ１０９のＹＥＳ）、ずれ量が多く、収容部Ｈｓからのはみ出し量が大きいため、異常と判定する（ステップ１１０）。異常と判定された場合には、ディスプレイが異常を示す情報を表示し（ステップ１１１）、大気ローダ２００、成膜部３００が動作を停止する（ステップ１１２）。
この場合、作業者は、ホルダＨ上のウエーハＷの位置を修正した後、大気ローダ２００、成膜部３００の動作を開始させる。または、ホルダＨ上のウエーハＷを取り出す。しきい値を超えない場合には（ステップ１０９のＮＯ）、検出処理を終了する。このような検出処理は、検出機構２３０に載置されるホルダＨに対して、順次行われていく。
（成膜処理）
次に、以上のように位置が修正されたウエーハＷ又は正常な位置のウエーハＷに対する成膜処理を説明する。まず、大気ゲート弁３２６ｂが開き、搬送アームによって、ウエーハＷを載置したホルダＨがロードロック室３２６に搬入される。
このとき、ロードロック室３２６は大気圧下であり、真空搬送室３１０側の真空ゲート弁３２１ａは閉じられている。ウエーハＷを搬入した搬送アームがロードロック室３２６から退避すると、大気ゲート弁３２６ｂを閉める。続いて、ロードロック室３２６を排気して所定の圧力まで減圧する。減圧が完了すると、ロードロック室３２６の真空ゲート弁３２１ａを開け、真空搬送室３１０と連通させる。なお、真空搬送室３１０は、予め減圧されている。
真空搬送室３１０の搬送アーム３１１をロードロック室３２６に進入させる。搬送アーム３１１はホルダＨを保持して、真空搬送室３１０へ搬入する。搬入を完了すると、ロードロック室３２６と真空搬送室３１０を繋ぐ真空ゲート弁３２１ａを閉じる。
次に、ロードロック室３２６に隣接する成膜室３２１の真空ゲート弁３２１ａを開けて、ホルダＨを保持した搬送アーム３１１をチャンバ３０に進入させる。図９に示すように、成膜室３２１の昇降機構３２は、搬送アーム３１１の進入のタイミングに合わせて、複数のピン３２ｃを受取位置まで上昇させる。
搬送アーム３１１は、保持しているホルダＨを、ピン３２ｃの上端部に載置する。載置後、搬送アーム３１１を成膜室３２１から退避させ、真空搬送室３１０と成膜室３２１を繋ぐ真空ゲート弁３２１ａを閉じる。
真空ゲート弁３２１ａを閉じると、昇降機構３２を動作させて、ピン３２ｃをステージ３１まで下降させる。これにより、ホルダＨはステージ３１に載置される。すると、図１０に示すように、ホルダＨの開口Ｈоからステージ３１の載置面が進入し、ウエーハＷに接する。載置面の静電チャック３１ｂには、通電により静電力が働いているため、ウエーハＷは静電チャック３１ｂの上面に吸着固定される。
チャンバ３０内を所定の圧力まで減圧させると、ガス導入部３０ｂからスパッタガスを成膜室３２１に導入する。電源３４からターゲット３３ａに直流電圧を印加して、スパッタガスをプラズマ化させる。プラズマから発生したイオンがターゲット３３ａに衝突し、衝突されたターゲット３３ａの成膜材料の粒子が飛び出して、ステージ３１に載置されたウエーハＷに堆積する。これによって、ウエーハＷの上に薄膜が形成される。
成膜が完了すると、静電チャック３１ｂの内部の電極への電圧印加を停止し、静電チャック３１ｂによるウエーハＷの吸着固定を解除する。昇降機構３２はピン３２ｃを上昇させ、ウエーハＷをステージ３１から持ち上げる。ピン３２ｃは受取位置まで上昇させる。成膜室３２１の真空ゲート弁３２１ａを開き、真空搬送室３１０の搬送アーム３１１をチャンバ３０内に進入させる。
搬送アーム３１１でウエーハＷを保持し、チャンバ３０から搬出する。ウエーハＷが搬出されると、成膜室３２１の真空ゲート弁３２１ａは閉じられる。続いて、成膜室３２１に隣接する成膜室３２２の真空ゲート弁３２２ａを開放し、チャンバ３０にウエーハＷを搬入する。このように、複数の成膜室３２１～３２５に順次ウエーハＷを搬入して、必要な成膜処理を行う。
［効果］
（１）上述したように、本実施形態の成膜装置１００は、所定の大きさの第１の領域Ｓ１を設定する第１の設定部４２と、第１の領域Ｓ１よりも大きく、第１の領域Ｓ１が全て収まる第２の領域Ｓ２を設定する第２の設定部４３と、ホルダＨに収容されて撮像されたウエーハＷの反射光の画像が、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間の領域と重なる領域の面積に対応する値を検出する検出部４４と、検出部４４により検出された値が、しきい値を超えるか否かに基づいて、ホルダＨに対するウエーハＷの位置の異常の有無を判定する判定部４５と、を有する。
このように、撮像されたウエーハＷの反射光の画像Ｓｗを使用することにより、表面性状の異なるウエーハＷについて、その位置の異常を共通の検出手段を用いて検出できる。さらに、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間の領域と重なる領域である検出領域Ｄは、ウエーハＷの乗り上げ量に応じて面積が変化することから、中心点等を求める必要がなく、反りや歪みのあるウエーハＷであっても、位置の異常を正確に判定できる。
（２）第１の領域Ｓ１は、ホルダＨに収容された正常な位置にあるウエーハＷからの反射光の画像Ｓｗが収まる大きさである。このため、第１の領域Ｓ１からのはみ出し量によって、乗り上げの程度が判断しやすい。
（３）第１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２は、同心円である。このように、同心円間の距離は３６０°方向で均一であるため、同心円間の重なり面積により異常を判定することにより、ウエーハＷがホルダＨ内でいずれの方向へ乗り上げたとしても判定できる。
（４）第１の設定部４２による第１の領域Ｓ１の設定を指示する入力部４８を有し、第２の設定部４３は、入力部４８による第１の領域Ｓ１の設定に応じて、第２の領域Ｓ２を設定する。入力部４８の指示に応じて、第１の領域Ｓ１を設定すると、第２の領域Ｓ２も設定されるため、異なる大きさのウエーハＷを処理することになった場合に第１の領域Ｓ１及び第２の領域Ｓ２の変更を容易に行うことができる。
（５）反射光の画像Ｓｗが、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２との間の領域と重なる面積に対応する情報を表示する表示部４９を有する。このため、作業者は、ウエーハＷの乗り上げの程度を視覚的に認識することができる。
（６）表示部４９は、異常を示す情報を表示する。このため、作業者は、ウエーハＷの位置の異常を視覚的に認識することができ、早期に対応できる。
（７）ウエーハＷに光を照射する単一の光源２２と、ウエーハＷからの反射光を撮像するカメラ２１とを有する。これにより、複数の光源２２によるハレーションを抑えて、ウエーハＷの正確な画像を撮像できる。従って、簡素な構成で、ウエーハＷの位置の異常を正確に判定できる。
［他の実施形態］
（１）本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で構成要素を適宜変形することができる。また、上述の実施形態に開示されてい
る複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。例えば、上述の実施形態に示される構成要
素から幾つかの構成要素を削除してもよく、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み
合わせてもよい。
（２）ホルダＨの収容部Ｈｓの寸法は、ウエーハＷを収容可能であればよい。但し、成膜後に、ステージ３１からピン３２ｃでホルダＨを持ち上げる際に、ウエーハＷが跳ねることがある。これは、例えば、静電チャック３１ｂの静電力が残存していることによって発生するものと考えられる。このとき、収容部Ｈｓの深さが浅いとホルダＨからはみ出すほど乗り上げることがあるので、収容部Ｈｓにはある程度の深さｄｐ（図１４参照）が必要となる。一方、収容部Ｈｓの深さｄｐを大きくすると、成膜の際にターゲットから叩き出された成膜材料をホルダＨが遮蔽してしまい、ウエーハＷの外周の膜厚が、ウエーハＷの中央の膜厚よりも薄くなってしまう。発明者は、鋭意検討した結果、１．８ｍｍ≦ｄｐ≦２．１ｍｍとすることが好ましいことを見出した。これにより、成膜の均一性と成膜後のはみ出すほどの乗り上げを防止できる。
（３）成膜対象のワークは、半導体のウエーハＷに限定されず、例えば、ＤＶＤ及びハードディスク等の光ディスク、ミラー、表示パネル並びに太陽電池パネル等、成膜される種々のワークに適用可能である。ワークの形状についても、円形には限定されず、方形等の多角形状であってもよいし、立体物であってもよい。例えば、立方体、直方体等の複数の平面から成る多面体、半球状、ドーム状、椀状等の単数又は複数の曲面を含む曲面体、角筒形、円筒形、円錐形等の曲面と平面を含む複合体であってもよい。また、ウエーハＷの成膜される面の反対側の面、つまり回路が形成された表面には、成膜前に、保護用の粘着テープが貼られていてもよい。
（４）第１の領域Ｓ１、第２の領域Ｓ２については、円形には限定されない。ワークの形状に合わせて、多角形状であってもよい。また、第１の領域Ｓ１の大きさは、必ずしもワークよりも大きくする必要はなく、ワークよりも小さくてもよい。ホルダＨの形状も、これらのワークの形状に合わせた形状としてもよい。ホルダＨは、ワークを載置して搬送する部材であればよく、トレイ、サセプタ等の呼び名は問わない。
（５）ワークからの反射光は、外部の照明、自然光が反射した光であってもよい。つまり、ワークからの反射光を得るために、どのような光源を用いるかは問わない。また、光源は、光ファイバーによって光を誘導して、ワークに照射する態様であってもよい。
（６）成膜部３００の具体的な構成は、上記の態様には限定されない。インライン式の成膜装置であってもよい。ステージ３１にヒータを設け、予備加熱を行ってもよい。ホルダＨを保持する機構は、メカチャック機構としてもよい。また、予備加熱を行う専用のチャンバ３０を設けても良い。例えば、ロードロック室３２６と成膜室３２１の間に前処理室を設け、前処理室で予備加熱を行っても良い。また、前処理室での前処理をロードロック室３２６で兼用するようにしてもよい。
１００ 成膜装置
２００ 大気ローダ
２１０ ホルダ供給部
２２０ ウエーハ供給部
２３０ 検出機構
２３１ 支持台
２３２ 昇降板
２３３ 昇降軸
２３４ 支柱
２３５ 撮像部
２１ カメラ
２２ 光源
３００ 成膜部
３１０ 真空搬送室
３１１ 搬送アーム
３２１～３２５ 成膜室
３２１ａ～３２５ａ 真空ゲート弁
３２６ ロードロック室
３２６ａ 真空ゲート弁
３２６ｂ 大気ゲート弁
３０ チャンバ
３０ａ 圧力計
３０ｂ ガス導入部
３１ ステージ
３１ａ シャフト
３１ｂ 静電チャック
３２ 昇降機構
３２ａ ロッド
３２ｂ テーブル
３２ｃ ピン
３３ スパッタ源
３３ａ ターゲット
３３ｂ バッキングプレート
３３ｃ 導電部材
３４ 電源
４００ 制御装置
４０ 機構制御部
４１ 表示処理部
４２ 第１の設定部
４３ 第２の設定部
４４ 検出部
４５ 判定部
４６ 記憶部
４７ 入出力制御部
４８ 入力部
４９ 表示部

Claims (8)

  1. ホルダに収容された正常な位置にあるワークからの反射光の画像が収まる大きさの第１の領域を設定する第１の設定部と、
    前記第１の領域よりも大きく、前記第１の領域が全て収まる第２の領域を設定する第２の設定部と、
    前記ホルダに収容されて撮像されたワークからの反射光で形成される画像のうち、前記ワークの外縁に相当する輪郭に囲まれた領域である、反射光の画像が、前記第２の領域のうち前記第１の領域と重なる領域以外の領域と重なる領域の面積に対応する値を検出する検出部と、
    前記検出部により検出された値が、しきい値を超えるか否かに基づいて、前記ホルダに対する前記ワークの位置の異常の有無を判定する判定部と、
    を有することを特徴とするワーク検出装置。
  2. 前記第１の領域及び前記第２領域は、同心円であることを特徴とする請求項１記載のワーク検出装置。
  3. 前記第１の設定部による第１の領域の設定を指示する入力部と、
    前記第２の設定部は、前記入力部による前記第１の領域の設定に応じて、前記第２の領域を設定することを特徴とする請求項１または２に記載のワーク検出装置。
  4. 前記面積に対応する情報を表示する表示部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のワーク検出装置。
  5. 前記表示部は、前記異常を示す情報を表示することを特徴とする請求項４記載のワーク検出装置。
  6. 前記ワークに光を照射する単一の光源と、
    前記ワークからの反射光を撮像する撮像部と、
    を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のワーク検出装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のワーク検出装置と、
    前記ワーク検出装置による位置の異常の有無を判定されたワークに対して、成膜を行う成膜部と、
    を有することを特徴とする成膜装置。
  8. コンピュータ又は電子回路が、
    ホルダに収容された正常な位置にあるワークからの反射光の画像が収まる大きさの第１の領域を設定する第１の設定処理と、
    前記第１の領域よりも大きく、前記第１の領域が全て収まる第２の領域を設定する第２の設定処理と、
    ワークからの反射光で形成される画像のうち、前記ワークの外縁に相当する輪郭に囲まれた領域である、反射光の画像が、前記第２の領域のうち前記第１の領域と重なる領域以外の領域と重なる面積に対応する値を検出する検出処理と、
    前記検出処理により検出された値が、しきい値を超えるか否かに基づいて、ホルダに対する前記ワークの位置の異常の有無を判定する判定処理と、
    を実行することを特徴とするワーク検出方法。
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