JPH11150168A - 半導体ツールおよび半導体ツールを用いて半導体ウエハを処理する方法 - Google Patents

半導体ツールおよび半導体ツールを用いて半導体ウエハを処理する方法

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JPH11150168A
JPH11150168A JP10247763A JP24776398A JPH11150168A JP H11150168 A JPH11150168 A JP H11150168A JP 10247763 A JP10247763 A JP 10247763A JP 24776398 A JP24776398 A JP 24776398A JP H11150168 A JPH11150168 A JP H11150168A
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wafer
semiconductor
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カール・エマーソン・マウツ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチ・チャンバ・ツール（５００）内で実
行する処理工程間において、半導体ウエハ（１２０）の
裏面汚染をその場で監視する方法を提供する。 【解決手段】 レーザ源（２２０）および検出器（２１
０）を、ロボット・アーム（１１０）上またはツール内
部に取り付ける。レーザおよび検出器は、ロボット・ア
ームが処理キャリア（６１０〜６５０）とチャンバ（５
１０〜５４０）との間でウエハを移送する際に、ロボッ
ト・アームと共に移動する。遷移の間に、レーザ・ビー
ムによって半導体ウエハの裏面を走査し、検出器によっ
て汚染を検出する。次に、レーザおよび検出器は、ロボ
ット・アームが遷移している間、および／またはロボッ
ト・アームが処理シーケンス内において静止している間
に、ウエハの裏面において走査を行う。チャンバ毎およ
びウエハ毎に、データ・プロセッサ（２３０）を用いて
絶対粒子数および差／増分粒子数を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、半導体
の製造に関し、更に特定すれば、トラック・システム(t
rack system)上において、トラックがウエハの裏面を露
出させることによってウエハの裏面にアクセスし、その
場で粒子検出を可能にする半導体ウエハ処理に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】時代と共にウエハの直径が大きくなり、
更に時代と共にリソグラフ構造(lithographic feature)
のサイズが小さくなるに連れて、半導体ウエハの裏面に
おける微粒子汚染の制御が重要になりつつある。この制
御が必要なのは、リソグラフＩＣ構造サイズの縮小が進
むと、これら縮小構造の製造に伴って、リソグラフの焦
点深度が一層厳しく制約されるという事実によるもので
ある。加えて、この焦点深度による歩留まりの問題は、
ウエハが大型化し完全な平面位置に維持するのが困難に
なる程悪化する。ウエハ、またはより具体的にはウエハ
の露出領域が、ウエハ裏面の汚染のためにリソグラフの
露出の間完全な平面位置に維持することができない場
合、リソグラフ・ツールはウエハ全体を均一にまたは精
度高く露出することができず、ダイが廃棄されることに
なる。したがって、ウエハの裏面の汚染を至近距離で監
視し、素早い検出および補正を行い、今後数年にわたる
ＩＣ製造を改善する必要性が存在する。
【０００３】ウエハの背面汚染問題を例示するために、
図１および図２を用意した。従来技術の図１は、従来の
有機ウエハ・チャック(organic wafer chuck) を用いて
処理した後の半導体基板１０（ウエハ）を示す。図１に
示すように、汚染の痕跡１４が基板１０上に残されてい
る。汚染の痕跡１４は、通常の処理サイクルのためにウ
エハ１０をチャックに単に接触させるだけで、半導体ウ
エアの裏面に転移される。図１における汚染は、しばら
くの間処理されたが、オペレータが検出可能な可視欠陥
(visible defect)が未だ発生していないチャックをウエ
ハ１０に接触させた際に、その結果として発生したもの
である。ウエハ１０上の汚染痕跡１４を形成する個々の
汚染物／粒子１２は、図１の例示を与えるための従来技
術の現場外レーザ粒子システム(ex situ laser particl
e system) によって検出された。半導体構造のサイズが
０．２５ミクロン以下に達すると、半導体ウエハ１０の
裏面の個々の汚染１２は、リソグラフ・パターンの歩留
まりに対して、増々重大な影響を有することになる。何
故なら、ＩＣ技術が発達するに連れて、焦点深度は連続
的に減少するからである。ウエハの背面汚染の結果、ウ
エハのある部分が、リソグラフ露出処理の間、この焦点
深度の外側に位置することになり、以前は無害であった
ウエハの裏面汚染によって、歩留まりが悪影響を受けて
いる。
【０００４】半導体基板１０の裏面の汚染量を減少させ
るために、セラミックまたはその他の無機ウエハ・チャ
ック化合物が用いられている。かかるセラミック・ウエ
ハ・チャックの１つの汚染痕跡を図２に示す。図２にお
いて、半導体基板２０は、通常の処理サイクルの間、セ
ラミック・チャックに露出されていた。図２のセラミッ
ク・チャックは比較的新しく、ウエハ２０上の汚染の測
定以前に、図２において利用されているセラミック・チ
ャック上で、約１００回の処理サイクルが行われてい
る。図２に示すように、セラミック・チャックが比較的
使用頻度が少ないにも拘らず、ウエハ２０上に顕著な汚
染痕跡２４が発生し始めている。言い換えると、微粒子
／汚染物２２は、ウエハ２０とセラミック・チャックと
の間の単純な接触によっても、ウエハ２０の裏面に堆積
されている。セラミック・チャックは裏面汚染を低減さ
せ得るが、図１における有機チャックを用いて処理され
たウエハ１０と同様に、ウエハ２０も汚染されている。
後続の処理の結果としてのウエハ裏面の汚染物のデバイ
ス領域への移動、およびウエハの裏面における物理的な
汚染は、それらの焦点深度に対する影響の結果として、
構造サイズが小さいデバイスの形成に影響を及ぼす可能
性があるので、図２に示す程度を超えるウエハの背面汚
染の低減を図ることは重要である。したがって、歩留ま
りに影響が及ぶ前または相互汚染(cross-contaminatio
n) が発生する前に、その場で半導体基板の裏面汚染を
素早く検出し補正する方法および装置を有することがで
きれば有利であろう。
【０００５】半導体ウエハの背面汚染を監視する従来技
術の方法に、個々のウエハの処理の間に処理領域の視覚
検査を行うというものがある。この視覚検査の間、オペ
レータは、ウエハ・チャック，ハンドラ，およびウエハ
を汚染する可能性があるその他の処理場所を手作業で検
査し、ウエハ・チャック上に視認し得る汚染があるか否
かについて判定することができる。この方法は、非常に
主観的な検査であり、そのために個々のオペレータによ
って結果が異なるという点に限界があることは明らかで
ある。更に、構造サイズの縮小が進展しつつあるのに対
して、汚染検出を可能とするには、汚染が問題を発生さ
せる以前にそれが視認可能であることを前提としている
点にも、この検査の限界がある。歩留まりを低下させる
汚染は、常に人間の目に見える訳ではない。したがっ
て、最先端技術(state-of-art technology) に悪影響を
及ぼし得る非常に小さな粒子は検出されない。例えば、
０．２５ミクロン以下の小さな構造サイズのデバイスで
は、ウエハの裏面の０．１または０．２ミクロンの汚染
物が、歩留まりに悪影響を及ぼす程に焦点深度をずらす
可能性がある。加えて、より小さな粒子が互いに重なり
合って、事実上、大きな粒子を形成し、先に論じた汚染
問題の原因となるという、付加的な影響も発生する。こ
のサイズの粒子は、人間の目では検出不可能であり、し
かもＩＣ製造者に著しい財政的損失を及ぼす。
【０００６】最後に述べる視覚検査プロセスの限界は、
処理用チャックがオペレータに実際に見えるように、処
理ツールを設計しなければならないという事実にある。
これは、ツールに関連する限界であり、実際に、多くの
ツールではかかる視覚検査を行うことができない。更
に、一旦単一のチャックまたはウエハが汚染され、しか
も検出されないまま過ぎてしまうと、このウエハまたは
チャックは多くの他のウエハまたはチャックを汚染する
可能性があり、それにより一層の汚染拡大の一因とな
る。検出されない場合、小さな汚染領域が広い汚染領域
に拡散する可能性がある（即ち、相互汚染が発生す
る）。
【０００７】汚染検査を行う第２の従来技術の方法は、
ツール内の多数の処理工程に検査用ウエハを実際に流す
というものである。個々の処理工程の各々では、裏面が
研磨されているウエハが供給され、ウエハがツールから
取り外され、ウエハを引繰返して現場外レーザ・プロセ
スによってウエハの裏面を走査し、当該プロセスによっ
て発生した汚染を判定する。各プロセス・チャンバを監
視して汚染を発見するために、処理対象の各ウエハを取
り外し、走査し、再びツール内に搬入して、ツール内の
更に別のチャンバの検査を行わなければならない。ある
いは、各チャンバが、既知の汚染レベルを有する専用ウ
エハを有し、これを用いてツール内の全てのチャンバを
監視することも可能である。このプロセスの限界は、通
常検査用ウエハを使用すること、および汚染を検出する
ためにウエハを処理ツールから取り出さなければならな
いことである。また、このプロセスは、スループットに
も悪影響を与え、汚染の検出が間に合わず、有害な汚染
が多数のチャンバ処理ツール内に拡散するのを回避でき
ない可能性がある。通常のウエハは、このようには処理
することができない。何故なら、ウエハの活性表面は、
通常、ウエハが粒子走査ツール・チャック上で引繰返さ
れた場合傷が付いてしまうからである。全体として、こ
のプロセスは、最新の半導体製造環境においては、非常
に遅く、非効率的であり、煩わしく、費用がかかるもの
である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】現在まで、従来からの
現場外ウエハ裏面粒子検出は、効果的でも効率的でもな
かった。ウエハの裏面汚染は、早急な検出および補正に
欠けるために、大口径のウエハおよび／または小さなリ
ソグラフ寸法では、集積回路デバイスの歩留まりが低下
する恐れがある。マルチ・チャンバ・ツール内に汚染が
拡散するのを回避するための現場汚染検出方法は開発さ
れていない。マルチ・チャンバ・ツールでは、現場外技
法を用いて１つの「問題チャンバ」を識別することは、
効率的でも高精度でもない。通常、検査ウエハによって
ある処理ツールから汚染が検出された場合、潜在的な歩
留まりの低下(damage)は、処理済みのウエハでは、既に
発生してしまっている。この問題を回避するために、多
くの製造設備は頻繁に製造機器の操業を停止し、短い周
期で種々のチャンバを手作業で洗浄し、容易に検出する
ことができない汚染の問題を防止している。このウエハ
の背面汚染の問題を防止するためのシステムの「過剰保
全(over-maintenance)」は、損失が大きく、製造設備の
スループットを低下させる。また、補正処置を行って
も、プロセスを繰り返すことなく、補正が有効であった
ことを確認できる機構は、現在では存在しない。
【０００９】したがって、処理ツール内でウエハの裏面
汚染を効率的に検出し補正することができる、自動化さ
れた方法論があれば有益であろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】概して、本発明は、マルチ・チャ
ンバ・ツール内で行われる処理工程間にその場で半導体
ウエハの裏面を監視する方法である。第１形態では、半
導体処理ツール内のロボット・アーム即ちトラック上に
レーザ源および検出器を取り付ける。レーザおよび検出
器は、ロボット・アームが処理チャンバ間でウエハを移
送する(shuffle) 際に、このロボット・アームと共に移
動する。チャンバ間遷移の間に、ロボット・アーム上に
配置したレーザ・ビームによって半導体ウエハの裏面を
走査することにより、ロボット・アーム上に配置した検
出器によってレーザの散乱を検出する。次に、レーザお
よび検出器は、ロボット・アームが遷移している間、お
よび／またはロボット・アームが処理シーケンス内にお
いて処理チャンバ間で静止している間に、ウエハの裏面
において粒子を走査する。チャンバ毎，ウエハ毎，また
は転送毎に、過去のデータから、絶対粒子数および差／
増分微粒子数を計算する。
【００１１】ウエハが新たなツールに導入され、そこか
ら戻って来る際にチェックすることによって、汚染レベ
ルを監視することができる。この汚染データ、即ち、微
粒子データを記憶しコンピュータによって処理すれば、
相互汚染が発生する前およびＩＣ歩留まりに影響を及ぼ
す前に、問題のウエハを素早く識別するために用いるこ
とができる。ここに教示するような現場検出は、汚染源
（即ち、処理に用いられた最後のチャンバ）も素早く判
定する。一旦汚染が素早く検出されたなら、ウエハ上の
裏面汚染は、従来技術によって教示される現場外処理と
は異なり、洗浄または再処理(redo)プロセスによって補
正することができる。加えて、ウエハが汚染されている
と判定した場合、その汚染の原因となったチャンバまた
はチャンバ群を洗浄し、連続汚染を防止する必要があ
る。ここに教示するプロセスは、高速かつ効率的であ
り、歩留まりを高め、ツールのスループットに悪影響を
与えず、機器の停止時間(down-time) を短縮し、構造サ
イズの縮小およびウエハ・サイズの大口径化という将来
の発展を可能にする。
【００１２】別の実施例は、ウエハの裏面における粒子
検出のために用いられるマルチ・チャンバ・ツール内の
特定領域を設計するものである。この領域は、先に論じ
たようなロボット・アームには取り付けられず、粒子検
出領域が固定され、ロボット・アームはウエハをマルチ
・チャンバ・ツール内のこの粒子検出領域に搬入しなけ
ればならない。ロボット・アームはウエハをチャンバか
ら取り出し、指定された粒子検出領域においてウエハの
裏面で粒子検出を行い、次いでウエハを次の処理チャン
バに搬送する。この実施例は、ロボット・アームを妨げ
たり、ロボット・インターフェースを大きくすることは
ないが、ロボット・アームの移動時間が追加されるため
に、スループットが多少低下する。更に、ここに教示す
る現場粒子走査方法は、ウエハの裏面の指定領域のみを
走査するように変更し(customize) 、この指定領域を、
特定の処理ツールによって汚染される可能性が非常に高
い領域とすることも可能である。加えて、以前では定性
的であった粒子検査プロセスを定量的とすることがで
き、プロセス制御の改善および人間の主観性排除が可能
となった。ウエハ裏面粒子検出における数値データ処理
は、従来技術の技法を用いた場合、実現の可能性がない
か、あるいは不可能であった。したがって、今やコンピ
ュータが、粒子走査データからウエハの裏面汚染が仕様
を超過したときを判定し、当該特定の問題があるチャン
バを通じたウエハの処理を停止し、自動的に補正処置を
開始することができる。また、補正処置が成功であった
ことの自動確認も可能である。
【００１３】本発明は、図３ないし図７を参照すること
によって一層深く理解することができよう。
【００１４】図３は、ロボット・アーム１１０を示す。
ロボット・アーム１１０は、環状部１１４を有する。一
実施例では、環状部１１４は、アームの前方に開口を有
し、これによって個々の半導体ウエハを自動的に拾い上
げ、そして戻すことができる。また、ロボット・アーム
１１０は、環状部１１４の底部分にピン１１２を有す
る。ピン１１２は、重力の使用によって、半導体基板１
２０を物理的に保持／支持するために用いられる。ロボ
ット・アーム１１０は、半導体基板１２０の裏面が開放
され、下に位置する物体に露出されるように設計されて
いることに注意するのは重要である。裏面走査／処理に
利用できないのは、ウエハ１２０およびピン１１２が重
なり合う小さな領域だけである。したがって、重なり合
いの最小化によって、ウエハの裏面領域を最大限走査す
ることが可能となる。図３は、ウエハ１２０のウエハ裏
面から見た図であり、ウエハの裏面の反対側は、ウエハ
の活性領域であり、その上に活性ＩＣ回路が形成され
る。したがって、ピン１１２は、半導体ウエハ１２０の
周囲における３ｍｍエッジ除外ゾーン内に延出している
のがわかる。ここで処理されるウエハは、好ましくは、
３００ｍｍウエハであるが、あらゆるサイズの半導体ウ
エハおよびフラット・パネル・ディスプレイであっても
よい。
【００１５】図４は、裏面測定システム（ＢＭＳ：back
side metrology system)またはロボット・アーム・シス
テムの側面図を示す。裏面測定システムは、図３のロボ
ット・アーム内に支持されている半導体ウエハの裏面
の、粒子などの汚染を検出するために用いられる。この
裏面測定システムは、エネルギ源２２０（好ましくは、
レーザ源），検出器２１０，およびコントローラ２３０
から成る。
【００１６】動作において、レーザ２２０はレーザ・ビ
ーム２２１を発生し、これが半導体基板１２０の一部に
おいて合焦する。レーザがウエハに合焦する角度（ｑ）
は、入射角として知られており、ウエハの表面上におい
てレーザ光散乱による最適な汚染検出を可能にするため
に、予め設定されている。検出器２１０は、検出器部分
２１６を有し、ここで反射即ち散乱レーザ・ビーム２２
３を受光する。検出器２１０によって検出されるレーザ
の反射パターンに基づいて、コントローラ２３０は、レ
ーザ・ビームが合焦している位置に、汚染点が存在する
か否かについて判定することができる。
【００１７】レーザビームはいかなる一時においても一
部分に合焦し、データは二次元表面（ウエハ上の一部分
のみではなく）にわたって必要であるので、より広いウ
エハ表面に亘って汚染を検出するためには、レーザおよ
び検出システムを半導体ウエハに対して移動させる必要
がある。一実施例では、このレーザの移動は、好ましく
は固定の検出器およびレーザに対して、半導体基板１２
０を移動させることによって行う。このレーザによるラ
スタ走査は、検出器およびレーザに対して半導体基板１
２０をＸおよびＹ軸方向に移動させ、半導体ウエハを回
転させ、更に半導体ウエハの垂直成分即ちＺ軸を調節す
ることによっても行うことができる。この種のラスタ走
査は、実質的に全てのウエハ裏面について汚染をチェッ
クする。また、半導体基板のみならず検出器およびレー
ザも移動させたり、基板は空間内に固定しておき、レー
ザおよび検出器のみを移動させることも可能であること
は、当業者には認められよう。
【００１８】検出器及びレーザがラスタ走査を行い、更
にまたはレーザ・ビーム２２１の正確な入射角の位置決
めが変更可能であることを必要とする実施例では、モー
タ制御部分２１２，２２２が、それぞれ、コントローラ
／コンピュータ２３０に接続されている構成が示されて
いる。逆に、一実施例において、検出器およびレーザが
図３のロボット・アーム１１０に物理的に結合されてい
ない場合、レーザおよび検出器に対して半導体基板１２
０の表面を制御する目的のために、コントローラ２３０
がロボット・アーム１１０に接続されている構成が示さ
れている。加えて、結合部分２１４，２２４が検出器お
よびレーザ双方に対して示されており、これによって、
別の実施例では、検出器２１０およびレーザ２２０を、
図３のロボット・アーム１１０に堅固に支持したり、あ
るいは物理的に接続することも実際には可能である。こ
の実施例では、検出器２１０，レーザ２２０およびロボ
ット・アーム１１０は全て静的に接続されており、その
説明は以下の段落で更に詳細に行うことにする。
【００１９】半導体業界において半導体ウエハの大口径
化が増々一般化しているので、検査対象の半導体基板上
で、ある程度の反り(bowing)が発生することが予測され
る。コントローラ２３０を用いることによって、この反
りを補償することが必要である。通常、反りを特徴化
し、所定の成分を有することができるので、検査対象の
半導体基板の所定部分に基づいて、ロボット・アームを
調節して適切な入射および反射角を確保し、検出器２１
０による適正な検出を可能とする。
【００２０】従来技術の図１および図２を参照して既に
論じたように、半導体基板を保持するチャックは、汚染
痕跡を有する傾向があり、しかもこれは反復する可能性
がある。したがって、本発明は、ウエハの裏面汚染を、
個々の処理チャックの結果であるという想定も行う。一
旦チャックの汚染痕跡が判定されたなら、変更データの
処理を実行することにより、汚染痕跡の一部分であるこ
とがわかったデータ部分または表面領域を、実際に汚染
のために検査する。こうすることによって、裏面測定シ
ステムの全体的なスループットを大幅に向上させること
ができ、その上一層の精度向上を図ることもできる。
【００２１】図５は、図４に示した裏面測定サブシステ
ムを含む、半導体処理部分５００の平面図である。即
ち、ロボット機構１１０が、図５におけるトラック５５
０上に位置するものとして示されている。図５は、可能
な実施例を双方とも示している。第１実施例は、裏面測
定サブシステムをロボット機構１１０上に取り付け、機
構１１０と共に移動可能とした場合である。第２実施例
は、裏面測定サブシステムを測定部分２００内に固定
し、機構１１０がチャンバ間で測定部分２００を移動さ
せ、処理の間特定点として粒子検出を行わなければなら
ない。
【００２２】第２実施例のために、トラックの一端に裏
面測定システムの測定部２００が図示されている。この
第２実施例では、処理チャンバ５１０，５２０，５３
０，５４０の１つによって半導体基板が除去されると、
ロボット・アーム１１０によって固定の裏面測定部分２
００までトラックに沿って搬送され、裏面汚染分析が行
われる。第３実施例では、裏面測定サブシステム１００
は、実際には、処理チャンバ５１０ないし５４０の１つ
の位置またはその内部に常駐する。例えば、チャンバ５
４０は、実際には、図５の裏面測定部２００と同等とす
ることも可能である。第１実施例では、ロボット・シス
テム１００は、図４のシステムであり、接続部２１４，
２２４，およびコントローラ２３０を含み、これによっ
て、裏面測定サブシステムは、ロボット・システム１１
０と共に、チャンバからチャンバに移動可能となってい
る。この構成では、粒子検出およびコンピュータの粒子
データ格納は、異なる処理チャンバ５１０ないし５４０
間でウエハを転移させている間に行われるので、潜在的
にスループットを高めることになる。
【００２３】図５は、入力即ちウエハ・キャリア部分６
００を示す。これは、それ自体のロボット・システム１
１１を有し、先に論じた３つの実施例の１つを用いて、
システム１１１も裏面測定サブシステムにアクセス可能
であるという点において、ロボット・システム１１０と
類似している。ロボット・システム１１１は、ウエハ・
キャリア入力領域６１０ないし６５０から、チャンバ５
１０ないし５４０を含む処理チャンバ環境に、ウエハを
移動させる。
【００２４】また、図５は、システム１１０，１１１と
は異なる、それ自体のロボット・システムを含むリソグ
ラフ露出チャンバ５０５も示している。通過領域５０２
を介して、ロボット・システム１１０およびシステム５
０５間で交換を行うことによって、ロボット制御は、一
方のシステムから他方のシステムに切り替えられる。し
たがって、ウエハをリソグラフ的に処理するマルチ・チ
ャンバ処理ツールを示す図５のシステムは、現場粒子検
出，ならびに汚染データのコンピュータ処理および格納
を行うことができる。
【００２５】図６は、裏面測定サブシステムを含む、処
理システムの断面図を示す。第１実施例は、裏面測定サ
ブシステムを、先に論じたような可動ロボット・システ
ム／アーム１１０，１１１に取り付ける。図６は、第２
実施例において用いる場合のように、システム５００全
体のうち低い部分に位置する裏面測定サブシステム２０
０を示す図である。更に第３実施例では、チャンバ５１
０ないし５４０全体を、現場測定チャンバとしてのみ用
いることも可能である。システム全体のうち低い部分に
システム２００を備える理由の１つは、裏面測定サブシ
ステムに到達し得る拡散光の量を制限することが有効で
あるためである。何故なら、拡散光の侵入によって、レ
ーザ装置の汚染読み取りに影響を及ぼす可能性があるか
らである。実際上、ツール内における裏面測定サブシス
テムのサブシステムの配置には無関係に、ツール上の拡
散光量を制限することは重要であろう。従来技術では、
チャンバ・システムまたはロボット・システムを備えた
特別に設計されたツールを必要とし、更に視覚検査を行
うために、このツールをオペレータによる操作および視
認を可能としなければならず、この点において、本発明
は従来技術よりも有利である。これは、同様のツールの
設計において、一層処理に照準を置くことによって、オ
ペレータ操作容易性(operator-friendly characteristi
cs) を重視し視覚検査に対応したという点で、従来技術
とは反対である。
【００２６】図７は、本発明を用いるためのフロー７０
０を示す。即ち、フロー７００のステップ７１０におい
て、ウエハ・キャリアを用いて、ツール５００のような
ツールに、材料（例えば、ウエハ基板）を引き渡す。ス
テップ７１２において、ロボット・アームに半導体基板
／ウエハを位置づける。一実施例では、処理チャンバ内
への導入に先立って、半導体基板の裏面が導入時におい
て汚染されているか否かを判定し、初期汚染部分を得る
ことが有利な場合もある。したがって、ステップ７１４
において、半導体基板を裏面測定システムに導入する。
これによって、測定システムを固定測定部分としてロボ
ット・システムが測定システムを受け渡したり、前述の
ように、測定システムをロボット・システムの一部分と
することも可能となる。
【００２７】処理ツールによって実施される特定のプロ
セスに基づいて、裏面汚染が検出された場合に、いくつ
かのイベントの１つを実行することができる。フロー経
路７３０に沿って、裏面汚染状態が検出された場合に、
ある内部プロセスの「再実行(redo)」プロセスをウエハ
上で行う。言い換えると、フォトレジスト・スピン工程
の結果、裏面が過度に汚染された場合、ウエハを洗浄
し、よりよい裏面汚染結果が得られることを期待して、
同じ工程で再処理（再実行）を行う。また、特定の「問
題のあるチャンバ」は、繰り返しを行う前に洗浄し、再
実行が成功する可能性を高めようとしてもよい。洗浄
は、通常手作業による洗浄工程である。かかる再実行状
態は、裏面溶液剥離(backside solvent strip)を行い、
次いで再確認工程（例えば、その場で再度行う粒子検
出）を実行して、再実行が成功であったか否かについて
判定を行う。代表的な初回の「再実行」は、１回以上の
脱イオン（ＤＩ：deionized ）水による濯ぎ洗い，また
は処理ツール内における有機溶剤の噴霧または浴漬(bat
h)を伴う。
【００２８】内部処理工程の再実行７３０では問題を解
決できなかった場合、一層強力な洗浄工程を実行するこ
とができる（例えば、現場外におけるメガソニック洗浄
(megasonic clean) ，約１２０℃に加熱したＨ2 Ｏ2 お
よびＨ2 ＳＯ4 を用いたピラニア洗浄(piranha clean)
，または約９０℃に加熱したアルカリ・アミン溶剤に
よる洗浄）。このより強力な洗浄の代わりとして、プロ
セス・フロー経路７３２に沿ってウエハを処理すること
によって、ホスト・システムおよびオペレータに通知
し、ステップ７２６において応答を待つことも可能であ
る。応答７２６は、チャンバ洗浄プロセス、またはチャ
ンバを仕様に適合させるのに必要な他の何らかの種類の
保全とすればよい。良好なウエハが検出された（即ち、
裏面汚染が容認可能なしきい値以内であった）場合、ウ
エハは経路７３３に沿って処理され、後続の処理工程の
ために、処理チャンバに装填される。ステップ７１８に
おける材料の処理に続いて、ステップ７１２において、
ウエハを再度ロボット・ツールのアーム上に装填する。
ステップ７１４において裏面状態の確認を繰り返すこと
によって、直前の処理が完了した後のウエハの裏面の状
態が良好かまたは劣悪かについて、再度判定を行う。状
態が良好である場合、他のチャンバにおいて処理を継続
するか、あるいは経路７３１に沿ってプロセス・フロー
を進め、処理を完了する。
【００２９】図８は、フォトリソグラフィ・プロセス８
００に本発明を利用する具体的な方法を示す。フロー８
００は、ステップ８１０から開始し、外部源から材料を
処理ツールに引き渡す(deliver) 。通常、材料は、処理
すべき個々の半導体ウエハを収容したウエハ搬送機器を
含む。次に、ステップ８１１において、ステップ８１０
でツールに引き渡した基板を、ロボット・システムによ
って、ロボット・アーム上に装填する。次に、ステップ
８１２において、ロボット・アームが定位置に移動し、
ウエハの裏面状態を確認する。次に、ステップ８１３に
おいて、半導体基板を、脱水焼成および接着モジュール
(dehydration bake and adhesion module)に装填する。
ステップ８１３に続いて、ロボット・アームは半導体ウ
エハを装填し、再度処理ツール内で移動し、裏面汚染が
発生したか否かの確認を行う。
【００３０】ステップ８１４における背面汚染の判定に
続いて、ロボット・アームは半導体基板を他の処理チャ
ンバに装填することにより、ステップ８１５においてフ
ォトレジスト・コーティングを実施する。次に、ステッ
プ８１６において、ロボット・アームは、基板をステッ
プ８１５のコーティング・チャンバから取り出し、再
度、裏面汚染が発生したか否かの確認を行う。裏面汚染
が発生したか否かについての判定即ち確認を行う各ステ
ップ（８１２，８１４，８１６，８１８，８２０，８２
２，８２４，８２６）は、コンピュータまたはコントロ
ーラのようなデータ処理システムによるデータの収集，
この情報の格納，およびそれを以前の情報および基準情
報と比較することによる汚染が発生したか否かについて
の判定を含む。次に、ステップ８１７において、ロボッ
ト・アームは半導体ウエハを、軟焼成プロセス用チャン
バに装填する。続いて、ステップ８１８において、半導
体基板をロボット・アーム上に装填し、半導体基板の裏
面が汚染されているか否かについて判定を行う。次に、
ステップ８１９において、再度ロボット・アームによっ
て基板を処理チャンバに搬送し、特定の写真画像に基板
を露出させる。続いて、ステップ８２０において、ロボ
ット機構は搬送のために基板を装填し、ステップ８１９
において、裏面汚染が発生したか否かについて判定を行
う。次に、ステップ８２１において、半導体基板を処理
チャンバに搬入し、露出後焼成(post-exposure bake)を
行う。次に、ステップ８２２において、半導体基板を露
出後焼成処理チャンバから取り出し、再度裏面汚染が発
生したか否かについて判定を行うために搬送する。ステ
ップ８２３において、半導体基板を現像チャンバに搬送
する。ステップ８２４において、半導体基板を現像チャ
ンバから取り出し、搬送し、裏面汚染が発生したか否か
について判定を行う。ステップ８２５において、半導体
基板を硬焼成処理チャンバに搬送する。続いて、ステッ
プ８２６において、ロボット・アームに半導体基板を装
填し、再度裏面汚染が発生したか否かについて判定を行
うために搬送する。最後のステップ８２７において、ロ
ボット・アームは半導体基板を搬送し、処理ツールから
取り出す。
【００３１】フロー８００の間、図７を参照して論じた
形式の判定ステップが多数あってもよく、これによっ
て、図８のフローの裏面汚染確認ステップの１つにおい
て汚染が検出されたか否かに応じて、プロセス・フロー
を中断してもよいことを注記しておく。
【００３２】また、これは、プロセス・チャンバ毎に汚
染のリアル・タイム検出ができるという点において、従
来技術よりも有利なフローであることを注記しておく。
言い換えると、特定のプロセス・チャンバがウエハを汚
染し始めた場合、汚染を早期に検出することによって、
当該チャンバを汚染源として識別する。これは、通常周
期的な洗浄工程が不規則的に防止処置として行われる従
来技術に対する利点である。本発明は、ウエハおよびチ
ャンバの汚染を監視する明確な方法(determinastic met
hod)を提供し、汚染されたチャンバにおける処理を防止
することによって汚染されるウエハの数を最少に抑え、
汚染されたチャンバを識別して洗浄する。個々のウエハ
およびチャンバの汚染レベルについてのデータベースを
維持することにより、履歴を生成し、ウエハおよびチャ
ンバの品質を確保するために用いることができる。
【００３３】以上、特定の実施例を参照しながら本発明
を図示しかつ説明したが、更に別の変更や改良も当業者
には想起されよう。例えば、粒子以外にも、例えば、元
素または分子レベルの汚染を含む化学的汚染のように、
他の種類の汚染も検出することができる。したがって、
本発明は、例示した特定の使用法に限定される訳ではな
く、特許請求の範囲は、本発明の精神および範囲から逸
脱しない全ての変更を含むことを意図するものである。
【００３４】尚、図示の簡略化および明確化のために、
図面に示すエレメントは必ずしも同一拡縮率で描かれた
ものではないことは認められよう。例えば、エレメント
の中には、その寸法が他のエレメントに対して誇張し明
確化したものもある。更に、適切であると考えられる場
合、対応するエレメントまたは類似のエレメントを示す
ために、図面間で参照番号を反復して使用した。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウエハの裏面における汚染痕跡を示す
図。
【図２】半導体ウエハの裏面における汚染痕跡を示す
図。
【図３】半導体基板を支持するロボット・アームを示す
平面図。
【図４】半導体基板を搬送するためのロボット・システ
ムを示す断面図。
【図５】本発明による半導体ウエハ処理ツールを示す平
面図。
【図６】図５のツールを示す断面図。
【図７】本発明の一実施例を実施するフロー・チャー
ト。
【図８】本発明の別の実施例を実施するフロー・チャー
ト。
【符号の説明】
１０，２０ 半導体基板（ウエハ） １２，２２ 汚染物／粒子 １４，２４ 汚染の痕跡 １００ 裏面測定サブシステム １１０ ロボット・アーム １１１ ロボット・システム １１２ ピン １１４ 環状部 ２００ 測定部 ２１０ 検出器 ２１２，２２２ モータ制御部 ２１４，２２４ 結合部分 ２１６ 検出器部分 ２２０ エネルギ源 ２２１ レーザ・ビーム ２２３ 散乱レーザ・ビーム ２３０ コントローラ ５００ 半導体処理部 ５０２ 通過領域 ５０５ リソグラフ露出チャンバ ５１０，５２０，５３０，５４０ 処理チャンバ ５５０ トラック ６００ ウエハ・キャリア部 ６１０ないし６５０ ウエハ・キャリア入力領域 ８００ フォトリソグラフィ・プロセス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バーバラ・バスクーズ アメリカ合衆国テキサス州オースチン、ナ ンバー12、ファルコン・レッジ・ドライブ 1314 (72)発明者 カール・エマーソン・マウツ アメリカ合衆国テキサス州ラウンド・ロッ ク、メドウ・ラン７

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体処理ツールを用いて半導体ウエハ
    （１０）を処理する方法であって：半導体ウエハ処理ツ
    ール（５００）内のロボット・アーム（１１０）上に前
    記半導体ウエハ（１０）を配置する段階；前記ロボット
    ・アーム（１１０）を処理チャンバに移動させることに
    よって、前記半導体ウエハ（１０）を前記半導体処理ツ
    ールの前記処理チャンバに搬入する段階；前記処理チャ
    ンバ内において前記半導体ウエハ（１０）を処理する段
    階；前記ロボット・アーム（１１０）を用いて、前記処
    理チャンバから前記半導体ウエハ（１０）を取り出し、
    前記半導体ウエハ（１０）を前記ロボット・アーム（１
    １０）上に配置するときに、前記ロボット・アーム（１
    １０）が前記半導体ウエハ（１０）の裏面部分を露出さ
    せる段階；およびエネルギ源（２２０）を用いて前記半
    導体ウエハ（１０）の前記裏面部分を走査することによ
    って、前記半導体処理ツール（５００）内において前記
    半導体ウエハ（１０）の前記裏面部分の汚染物走査を行
    う段階であって、前記処理チャンバ内の処理の間に前記
    半導体ウエハ（１０）の前記裏面部分が汚染されたか否
    かを判定するために、前記汚染物走査を用いる、ところ
    の段階；から成ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】請求項１記載の方法であって：前記半導体
    ウエハ（１０）の前記裏面部分上の汚染が仕様外である
    か否かについて判定を行う段階；および前記半導体基板
    （１０）の前記裏面部分の汚染が仕様外である場合、前
    記半導体ウエハ（１０）を洗浄する段階；を更に含むこ
    とを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】半導体処理ツールを用いて半導体ウエハ
    （１０）を処理する方法であって：前記半導体処理ツー
    ルに取り付けられた半導体ウエハ・キャリアから前記半
    導体ウエハ（１０）を取り出す段階；前記半導体処理ツ
    ールの第１プロセス・チャンバ内に前記半導体ウエハ
    （１０）を配置する段階であって、前記第１プロセス・
    チャンバ内において、前記半導体ウエハ（１０）に感光
    材料を被覆するところの段階；ロボット・システムを用
    いて、前記第１プロセス・チャンバから前記半導体ウエ
    ハ（１０）を取り出す段階；および前記ロボット・シス
    テムを用いて、前記半導体ウエハ（１０）の露出された
    裏面で、現場汚染検出を行う段階；から成ることを特徴
    とする方法。
  4. 【請求項４】半導体ウエハ処理ツール（５００）であっ
    て：複数のプロセス・チャンバ；半導体ウエハ・キャリ
    ア領域；前記複数のプロセス・チャンバと前記半導体ウ
    エハ・キャリア領域との間で、半導体ウエハ（１０）を
    転移させるロボット・システムであって、該ロボット・
    システムは少なくとも１つのロボット運動単位を有し、
    該ロボット運動単位は：ロボット・アーム（１１０）；
    前記ロボット・アーム（１１０）に結合された半導体ウ
    エハ（１０）を支持する手段；前記ロボット・アーム
    （１１０）に結合されたレーザであって、前記ロボット
    ・アーム（１１０）が前記複数のプロセス・チャンバ内
    のチャンバ間を移動するときに、当該レーザは前記ロボ
    ット・アーム（１１０）に追従し、前記半導体ウエハ
    （１０）が前記支持手段によって支持されている場合、
    前記半導体ウエハ（１０）の裏面に向けてレーザ・ビー
    ムを送出するように構成されている、ところのレーザ；
    前記レーザを移動させ、前記支持手段によって支持され
    た半導体ウエハ（１０）の裏面に沿って前記レーザを走
    査させる、レーザ移動手段；および前記ロボット・アー
    ム（１１０）に結合された検出器（２１０）であって、
    前記ロボット・アーム（１１０）が前記複数のプロセス
    ・チャンバ内のチャンバ間を移動するときに、当該検出
    器（２１０）は前記ロボット・アーム（１１０）に追従
    し、前記半導体ウエハ（１０）が前記支持手段によって
    支持されているときに、前記半導体ウエハ（１０）の裏
    面からのレーザの反射を受光するように構成されてい
    る、ところの検出器（２１０）；から成るロボット・シ
    ステム；ならびに前記半導体ウエハ処理ツール（５０
    ０）に結合され、前記検出器（２１０）によって検出さ
    れた半導体ウエハ（１０）の汚染物データを格納しかつ
    処理するコンピュータ手段；から成ることを特徴とする
    半導体ウエハ処理ツール（５００）。
  5. 【請求項５】半導体処理ツールを用いて半導体ウエハ
    （１０）を処理する方法であって：前記半導体処理ツー
    ルに取り付けられた半導体ウエハ・キャリアから前記半
    導体ウエハ（１０）を取り外す段階；ロボット・システ
    ムを用いて、前記半導体ウエハ（１０）の露出された裏
    面において、現場汚染物検出を行う段階；前記半導体処
    理ツールの第１プロセス・チャンバ内に前記半導体ウエ
    ハ（１０）を配置する段階であって、前記第１プロセス
    ・チャンバ内において、前記半導体ウエハ（１０）に接
    着促進物質を被覆する、ところの段階；前記ロボット・
    システムを用いて、前記第１プロセス・チャンバから前
    記半導体ウエハ（１０）を取り出す段階；前記ロボット
    ・システムを用いて、前記半導体ウエハ（１０）の露出
    された裏面において、現場汚染検出を行う段階；前記半
    導体処理ツールの第２プロセス・チャンバ内に前記半導
    体ウエハ（１０）を配置し、前記第２プロセス・チャン
    バ内において、前記半導体ウエハ（１０）に感光材料を
    被覆する段階；前記ロボット・システムを用いて、前記
    第２プロセス・チャンバから前記半導体ウエハ（１０）
    を取り出す段階；前記ロボット・システムを用いて、前
    記半導体ウエハ（１０）の露出された裏面上を現場汚染
    検出する段階；前記半導体処理ツールの第３プロセス・
    チャンバ内に前記半導体ウエハ（１０）を配置し、前記
    第３プロセス・チャンバ内において、前記半導体ウエハ
    に焼成処理を施す段階；前記ロボット・システムを用い
    て、前記第３プロセス・チャンバから前記半導体ウエハ
    （１０）を取り出す段階；前記ロボット・システムを用
    いて、前記半導体ウエハ（１０）の露出された裏面上を
    現場汚染検出する段階；前記半導体処理ツールの第４プ
    ロセス・チャンバ内に前記半導体ウエハ（１０）を配置
    し、前記第４プロセス・チャンバ内において、前記半導
    体ウエハをリソグラフ的に露出させる段階；前記ロボッ
    ト・システムを用いて、前記第４プロセス・チャンバか
    ら前記半導体ウエハ（１０）を取り出す段階；前記ロボ
    ット・システムを用いて、前記半導体ウエハ（１０）の
    露出された裏面上を現場汚染検出する段階；から成るこ
    とを特徴とする方法。
JP10247763A 1997-08-18 1998-08-17 半導体ツールおよび半導体ツールを用いて半導体ウエハを処理する方法 Pending JPH11150168A (ja)

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