JPH10242233A - 半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プロセス装置と検査・分析装置を高真空に保持
したままウエハや試料の搬送が可能な可搬式ウエハキャ
リアを使用することにより多種なプロセスに対応可能と
した。 【解決手段】工程中の製造プロセス装置と検査・分析装
置とを可搬式ウエハキャリアで間接接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ＬＳＩの半
導体デバイス等を製造する際に、基板を真空処理室内に
導いて薄膜成長等の表面処理した基板上の欠陥（微小異
物やパターン欠陥）を高感度，高スループット，高信頼
度で検出するのに好適な半導体製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は特開平６−６１３２６号公報に記
載のように枚葉式装置を複数集合したマルチチャンバ方
式の装置で、装置の有する処理の高速化という本来の目
的を維持したまま、処理室内で処理した後の基板の検査
を所定の頻度で敏速に行うようにするため、複数の処理
室の内の一つに連結した検査室で基板上の検査が行われ
ていた。

【０００３】図１は従来技術の薄膜成長装置の例であ
る。この薄膜成長装置１には、三つの処理室２と、基板
にエッチング等の前処理を施す処理室３と、基板のオリ
フラの位置検出を行ってこれを所定の方向に位置合わせ
する処理室４とが備えられ、この処理室２，３，４はゲ
ートバルブ５，６，７を介して内部にハンドラ８を配置
したハンドラ室９に接続されている。更にこのハンドラ
室９には、ゲートバルブ１０を介してロード・アンロー
ド室１１が接続され、このロード・アンロード室１１は
扉１２を介してカセットステーション１３に接続されて
いる。一方、前記ハンドラ室９は、ゲートバルブ１４を
介して、直列に接続された二つの検査室１５ａ，１５ｂ
に連通され、各検査室１５ａ，１５ｂの内部には、夫々
検査装置１６ａ，１６ｂが収納されて、この検査室１５
ａ，１５ｂ内で処理後の基板に対する検査が行われるよ
うなされている。

【０００４】検査の内容は、薄膜成長が終了した基板に
対する成長膜の膜厚，低効率，組成，表面状態，パーテ
ィクル，金属不純物，結晶欠陥，膜界面状態等があげら
れ、この中で必要とされる検査項目に対する検査が行わ
れる。

【０００５】検査は、検査を受けない基板の処理シーケ
ンスを阻害すること無く、検査の頻度が最大になるよう
設定され、抜き取りを行っている。

【０００６】従来技術では半導体工程中の製造装置プロ
セスごとウエハの評価を正確に行うためには、各種製造
装置に検査・分析装置をそれぞれ常備する必要がある。
これは、将来の製造プロセス中の異物検査を考えた場
合、検査に要する設備投資費用、装置占有面積の増大を
招き現実的でないなど欠点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】真空中の製造プロセス
で、真空を保ったままウエハ表面の異物を測る必要のあ
る工程は、スパッタリング装置以外にもドライエッチン
グ装置，蒸着装置，イオン打ち込み装置等があげられ
る。これらニーズに対応させプロセス途中のウエハ表面
の検査や、今後、検出されたウエハ表面の異物を大気に
触れさせずそのまま分析することもプロセス管理面から
必要となってくる。

【０００８】本発明の目的は、プロセス装置と検査・分
析装置を高真空に保持したままウエハや試料の搬送が可
能な可搬式ウエハキャリアを使用することにより多種な
プロセスに対応可能としたことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では工程中の製造プロセス装置と検査・分析
装置とを可搬式ウエハキャリアで間接接続する。

【００１０】上記のように構成した本発明では、真空中
製造プロセス処理室で処理したウエハを一度も大気に晒
すこと無く真空雰囲気を保持したまま検査，分析装置に
受け渡すことが出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図２は本発明の一実施例の可搬式ウエ
ハキャリアの位置付けを示す図である。

【００１２】可搬式ウエハキャリアの使命は、プロセス
途中のウエハを大気に一度も晒さずに超高真空雰囲気を
保持したまま、検査装置（あるいは他の分析装置）に受
け渡すことにある。従って、独立型の真空保持機構とウ
エハハンドリング機構を装備する必要がある。２１ａ，
２１ｂは処理装置、２２は可搬式ウエハキャリア、２３
は検査・分析装置群、２４は可搬式ウエハキャリア用標
準インターフェースである。

【００１３】処理後のウエハは可搬式ウエハキャリアを
介して必要に応じて検査すべき検査・分析装置群にアク
セスできるシステムになっている。

【００１４】処理装置からウエハを取り出し検査装置で
異物を検査する時のウエハ搬送方法を図３を用いて説明
する。図３は可搬式ウエハキャリアシステムの構成要素
を示す図である。

【００１５】まず、可搬式ウエハキャリア２２は昇降装
置３１を上昇させ交換フランジ３０とゲートバルブ３２
の高さ位置合わせを行う。処理装置の交換フランジ３０
に、ウエハを収納する試料準備室３３と真空ロボット３
４を内蔵するバッファ室３５とから成る可搬式ウエハキ
ャリア２２のゲートバルブ３２を連結する。この時、バ
ッファ室３５はドライポンプ３６及びターボ分子ポンプ
３７により高速排気状態になっている。ゲートバルブ３
２を開け、処理装置２１の成長室にバッファ室３５の真
空ロボット３４の先端に取り付けられた搬送アーム３８
を差し入れる。次に、真空ロボット３４の上下機構を用
いてウエハを処理室試料台（図示せず）から持ち上げ、
真空ロボット３４を介し試料準備室３３のウエハ昇降装
置３９上の試料台にウエハ２０を載置し受渡しを完了す
る。その後、可搬式ウエハキャリア２２を離脱し、可搬
式ウエハキャリアの下部の移動用の車４０により検査装
置まで移動する。将来の無人化クリーンルームラインで
は、可搬式ウエハキャリアは自走式であった方が良い。

【００１６】次に、ウエハの検査・分析装置への受渡し
は次のように行う。可搬式ウエハキャリア２２のゲート
バルブ３２を検査装置の交換フランジ３０に連結する。
可搬式ウエハキャリア２２の試料準備室３３内のウエハ
を真空ロボット３４により搬送し検査装置用の試料台の
上方に差し入れる。そして、真空ロボットの上下機構を
用いてウエハを試料台の上に受け渡す。その後、このウ
エハを検査ステーションに搬送し検査を行う。

【００１７】以上のように、可搬式ウエハキャリアを使
用することにより工程中の製造プロセス装置と検査・分
析装置間の真空搬送が可能と成った。

【００１８】図４は本発明に係る一実施例のウエハ異物
検査装置の構成を示す断面図、図５は平面図である。図
６は図４の部分詳細図である。

【００１９】２０は基板、４５は基板を載置するチャッ
ク、４６は真空チャンバで、真空チャンバの一端は可搬
式キャリア用標準インターフェース２４に接続されてい
る。４７は真空内Ｘ−Ｙ−Θ−Ｚステージ、４８は真空
ポンプ、４９は防振台である。５５は真空チャンバの上
蓋、５６はＯリング、５７は検査ユニットを載置するベ
ース（以下、真空フランジ）であり、真空フランジ５７
には、反射ミラー５８，窓５９，Ｏリング６０，窓押え
６１があり、真空フランジ５７上の検査ユニット６５は
照明系６６，検出系６７，検出器６８，観察−アライメ
ント系７５，ウエハ回転方向検出８５から構成されてい
る。

【００２０】上記の構成により、プロセス装置（例え
ば、基板（半導体ウエハ）の表面に薄膜を成長させる薄
膜成長技術は半導体デバイスの高性能化のためのキーテ
クノロジーの一つであり、特にＣＶＤ（化学的気相成
長）法による薄膜成長は、半導体製造方法で広く用いら
れている。）で処理されたウエハ２０は、可搬式キャリ
ア用標準インターフェース２４と間接接続可能な可搬式
ウエハキャリア２２を介して、真空チャンバ４６へ導入
され、真空内Ｘ−Ｙ−Θ−Ｚステージ４７上の真空対応
の静電チャック９０に載置しウエハ表面の異物検査が行
われる。

【００２１】図７に静電チャックの構造を示す。９１は
高圧電源、９２はスイッチ、９３は電流計、９４はチャ
ック表面である。静電チャックは静電チャック９０とウ
エハ２０に電圧を印加することによって、電極上と異符
号の電荷がその表面の絶縁体に励起されて誘電分極現象
が起こり、ウエハとの間で静電気力が生じることを利用
している。近年、ドライエッチングやＣＶＤ装置のウエ
ハの吸着に使用されている。今回、真空中の異物検査装
置に適用したことで検査が可能と成った。

【００２２】ウエハを全面に渡り検査するには、真空内
Ｘ−Ｙ−Θ−Ｚステージ４７のＸステージ及びＹステー
ジを夫久Ｘ，Ｙ方向に走査する。図８に示すようにウエ
ハを走査するには、Ｘステージを連続送りの往復走査、
Ｙステージはステップ送りする。本発明では検出器のＣ
ＣＤセンサ６８を任意の間隔で３ｃｈ配置しているマル
チヘッドタイプの検出系を有しているので、ウエハを少
ない往復回数させることによりウエハ全面を高速検査す
ることが可能である（図８）。

【００２３】この時、粗アライメントされたチヤック９
４上のウエハ２０は、ウエハ回転方向検出器４０の計測
値に基づいて、ウエハ回転方向の位置ずれ量を測定し、
Ｘ方向走査とウエハパターン方向とが平行に成るように
真空内Ｘ−Ｙ−Θ−Ｚステージ４７のＺステージを駆動
して、ウエハ２０の回転方向を調整する。

【００２４】図５の平面図のように、検査ユニット６５
は３ｃｈの検出系６７を有し、各ｃｈに対向して両側に
位置する計６本の照明系６６から構成される。対向して
レーザ光を照射したのは照明光量の増加を目的とし、異
物を検出容易にするためである。照明系６６の半導体レ
ーザ６９からのレーザ光は、反射ミラー５８を介して任
意の角度に曲げられウエハ表面上へある大きさの線状照
明７０として結像する。この時、レーザ光が真空内のウ
エハ上へ導入できるように、真空フランジ５７にはＯリ
ング６０を真空シールとし窓（光学ガラス）５９置き、
窓押え６１を設ける。ウエハの表面に異物があると、異
物はレーザを受けて散乱光を発生する。この散乱光を検
出系６７の検出レンズ７１で受光すると異物の検出が出
来る。

【００２５】異物がより微細になると、異物の検出が困
難となる。そこで、異物の検出出力を最大にしパターン
の検出出力を最小とする照明条件を実験から求めた。そ
して、異物からの回折光強度を最大にするため、本発明
ではΘ＝５゜〜１０゜の低角度照明を実現する反射ミラ
ーを真空室内に配置した。図９にレーザの入射角度を可
変にする方法を示す。レーザ入射角度Θは反射ミラー５
８を固定保持するミラーホルダ６２のαを変えることで
決まる。ミラーホルダ６２は真空と大気分離用の窓（光
学ガラス）５９を固定保持する窓押え６１の下部に位置
決めされている。この連結部品は真空フランジ５７に位
置決めされている。従って、ミラーホルダ６２は適宜交
換可能な構造となっている。ミラーホルダ６２交換後の
線状照明７０の位置の再現は、大気中の照明系６６を微
調整することで簡単にできる。これとは別に、１対の照
明系６６の対向するミラーホルダ６２のαがそれぞれ異
なったミラーホルダ６２ａ，６２ｂ，６２ｃを複数個配
置する事もできる。ウエハを往路走査すればウエハに最
適な照明角度が選択できる。この結果に基づいて検査す
ることにより、異物の検出率が向上できる。

【００２６】異物の検出では、検査ユニット６５を真空
フランジ５７には散乱光の導出用として穴をあけ、Ｏリ
ング６０で真空シールして検出レンズ７１を固定してい
る。検出レンズ７１は真空対応型である。この理由は照
明系のように光学ガラスを介して検出すると、ガラス部
分での反射光がバックグラウンドを上げ検出感度を低下
させる。そして、何よりも光学調整された真空対応型の
検出レンズ７１の性能を失うことなく最大限に生かした
いことによる。

【００２７】散乱光は検出レンズ７１へと入り、検出レ
ンズ７１の焦点面に配置されたＣＣＤ（１次元のリニア
イメージセンサ）６８によって検知される。ここで、Ｃ
ＣＤにおける画素サイズは３．５μｍである。

【００２８】この時、検出レンズのウエハとの結像位置
と共役な面の空間フィルタ７３には、例えばメモリマッ
トの繰返しにより生ずるフーリエ変換像を結ぶ。このフ
ーリエ変換像はウエハを移動しても変化しないので、こ
の像を遮光する空間フィルタ７３を設けることにより、
メモリマットからの光は遮光され、繰返しのない異物や
メモリマット端の周辺回路の光は遮光されずに検出する
ことができる。この空間フィルタ７３で消えない例え
ば、周辺回路などに対しては隣接チップとの比較検査を
行うことで異物を検出できる。

【００２９】以上から求めた検出最適条件（照明角度５
度、照明の視野１７．５ｍｍ／１ｃｈ、画素検出サイズ
３．５μｍ、ステージ２往復走査）で比較検査の結果、
検出異物感度：０．５μｍ／鏡面ウエハを得た。

【００３０】また、検出系６７には、ハーフミラー１０
１，ミラー１０２，結像レンズ１０３，ＴＶカメラ１０
４を配置し、空間フィルタ面の像をＴＶカメラ１０４で
結像して空間フィルタ７３の作成に用いている。

【００３１】検出した異物の目視観察を行なうのには、
観察−アライメント光学系３０を用いる。観察−アライ
メント光学系７５は、真空中に配置した対物レンズ７６
と、大気中の照明ランプ７７，レンズ７８，ハーフミラ
ー７９，リレーレンズ８０，ミラー８１，ＴＶカメラ８
２から構成されている。照明ランプ７７からの照明光は
対物レンズ７６を通してウエハ表面上を照明し、この像
をリレーレンズ８０を介してＴＶカメラ８２で受像す
る。ＣＣＤ（１次元のリニアイメージセンサ）６８によ
って検知された異物は、目視観察の座標位置の対物レン
ズ７６へＸ−Ｙステージにより移動される。そして、真
空中に配置した複数個の対物レンズ７６及び大気中のリ
レーレンズ８０を適宜選択することにより、総合倍率の
切り換えをして異物の観察を行うことができる。

【００３２】検出時、ウエハ表面位置が検出レンズの焦
点深度内に収まらないと検出は不可能と成る。図１０は
ウエハ異物検査装置の自動焦点方法を示す概略図であ
る。そこで、自動焦点機構１１０を用いて常にウエハ表
面を検出し、検出系へフィードバックする方式を採って
いる。Ａ／Ｆ用半導体レーザ１１１からのレーザ光はミ
ラー１１２を介して真空フランジの窓１１３を通り斜め
入射しウエハ表面ヘ当たる。ウエハ表面で反射したレー
ザ光は、対向するＡ／Ｆ用４分割センサ１１４に入光す
る。例えば、成膜後のウエハ厚さの変化や厚さむら等に
よりウエハ表面の位置が検出レンズの焦点深度から外れ
た場合は、上記Ａ／Ｆ用投光器１１１・受光器１１４の
自動焦点機構１１０を同期させて上下移動しウエハに焦
点を合せる。この上下移動量に従い、高さ位置決め部１
１５の駆動系（図示せず）にて検査装置の検出系の検出
器及びウエハを検出レンズの焦点深度に位置合せする。
このようにフィードバックすることで自動焦点の範囲内
に収束することができ、安定した検出が可能となった。

【００３３】基板としてウエハ以外にも液晶等、半導体
プロセス全般に適用できることはいうまでもない。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、可搬式ウエハキャリア
を介して真空処理装置と検査装置とを間接接続し真空搬
送することにより、真空状態にて多種の基板を検査でき
る。これにより、各成膜プロセス自体の異物評価及び各
工程の管理が可能となり、異物の発生原因を究明するこ
とができ早急な対策ができるので製品の歩留まり向上に
寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の薄膜成長装置の説明図。

【図２】本発明による可搬式ウエハキャリアの位置付け
を示す説明図。

【図３】本発明による可搬式ウエハキャリアシステムの
構成要素を示す説明図。

【図４】本発明によるウエハ異物検査装置の構成を示す
断面図。

【図５】本発明によるウエハ異物検査装置の構成を示す
平面図。

【図６】本発明による図４の部分断面図。

【図７】本発明による静電チャックの構造を示す説明
図。

【図８】本発明によるウエハ全面検査のステージの動き
を示す説明図。

【図９】本発明によるにレーザの入射角度を可変にする
方法を示す説明図。

【図１０】本発明によるにはウエハ異物検査装置の自動
焦点方法を示す説明図。

【符号の説明】

２１…処理装置、２２…可搬式ウエハキャリア、２３…
検査分析群、２４…標準インターフェース。

フロントページの続き (72)発明者 盛山 一郎 東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製 作所デバイス開発センタ内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体製造方法中の真空製造装置と処理基
   板検査装置とを可搬式ウエハキャリアで間接接続したこ
   とを特徴とする半導体製造方法。
2. 【請求項２】上記処理基板検査装置と可搬式ウエハキャ
   リアの雰囲気は真空である請求項１の半導体製造方法。
3. 【請求項３】上記処理基板検査装置と可搬式ウエハキャ
   リアの雰囲気は不活性ガスである請求項１の半導体製造
   方法。
4. 【請求項４】上記半導体製造方法においての可搬式ウエ
   ハキャリアの製造方法。
5. 【請求項５】上記半導体製造方法においての処理基板検
   査装置製造方法。
6. 【請求項６】基板受渡し導入ポートを設けた真空チャン
   バの上面に、照明系と、検出系と、基板の組合わせの回
   転検出系と、基板の位置確認用の観察−アライメント光
   学系とから成る着脱可能な検査ユニットを装備し、上記
   検査ユニットには照明系からのレーザをチャンバ内部へ
   導入用の窓を設け、基板表面上で反射した異物からの散
   乱光を検出系の検出器で受光し、常に基板の高さ位置を
   検知する自動焦点機構部と、上記自動焦点機構部に同期
   させて基板及び上記検査ユニットを上下移動させる高さ
   位置決め部とから構成した請求項５の処理基板検査装置
   の検査方法。
7. 【請求項７】上記検査ユニットの真空側に照明系の反射
   ミラーを設け低角度照明した請求項５の処理基板検査装
   置の検査方法。
8. 【請求項８】上記照明系の反射ミラーの角度を可変にし
   た請求項５の処理基板検査装置の検査方法。
9. 【請求項９】上記検査ユニットの真空側に検出系の検出
   レンズのレンズを窓として用いた請求項５の処理基板検
   査装置の検査方法。
10. 【請求項１０】上記検査ユニットの真空側に観察−アラ
    イメント光学系の対物レンズを複数個配置した請求項５
    の処理基板検査装置の検査方法。
11. 【請求項１１】上記観察−アライメント光学系が倍率切
    り換えできる請求項５の処理基板検査装置の検査方法。