(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理を行う基板処理部と、該基板処理部と基板収納部との間で基板の搬送を行う基板搬送部とを有し、該基板搬送部の動作範囲内に基板表面に成膜された膜厚を測定する膜厚測定装置を設け、該膜厚測定装置が測定位置と前記基板搬送部の基板搬送に干渉しない退避位置との間で移動可能な測定ヘッドを有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウェーハ等の基板に各種絶縁膜、電極膜を成膜し、或はエッチング処理をして半導体装置を製造する基板処理装置、特に成膜処理後の膜厚を測定可能な基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造する場合に、成膜処理後の成膜膜厚、膜厚分布を知ることは成膜状態を管理する上で、又半導体装置の品質の向上、歩留りの向上の為に必要である。
【０００３】
基板処理装置としては所要枚数を一括して処理するバッチ式の基板処理装置、１枚又は２枚を個別に処理する枚葉式の基板処理装置があり、バッチ式の基板処理装置に於いては製品用のウェーハの間に複数のモニタウェーハを介在させ、成膜処理後モニタウェーハについて膜厚測定を行っている。
【０００４】
モニタウェーハの膜厚測定の結果からバッチ処理したウェーハの成膜品質、膜厚の均一性を判断し、次の基板処理の条件設定等に反映させている。
【０００５】
従来では、膜厚測定装置が設けられた膜厚測定室を設備し、成膜処理後基板処理装置からモニタウェーハを取出し、膜厚測定室で膜厚測定を行っている。
【０００６】
或は、膜厚センサを搭載した膜厚測定ユニットを基板処理装置の近傍に設け、成膜処理後基板処理装置からモニタウェーハを取出し、膜厚測定ユニットで膜厚測定を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の別室の膜厚測定室で行う膜厚測定では、膜厚異常についての管理が基板処理後直ちにできないというという問題があった。
【０００８】
又、膜厚測定ユニットを基板処理装置の近傍に設けた場合、基板処理装置の製造コストが高くなり、又膜厚測定ユニットを収納する為のスペースがクリーンルームに必要となり、クリーンルームが大型化する。又、膜厚測定を膜厚処理の工程の１つに組込むとすると、モニタウェーハを取出し膜厚測定する工程が必要となり、処理工程全体が複雑化すると共にスループットが低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、膜厚測定室、膜厚測定ユニットを別途設けることなく、或は膜厚測定工程を別途設けることなく、成膜処理後直ちに膜厚測定が行える様にするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板処理を行う基板処理部と、該基板処理部と基板収納部との間で基板の搬送を行う基板搬送部とを有し、該基板搬送部の動作範囲内に基板表面に成膜された膜厚を測定する膜厚測定装置を設け、該膜厚測定装置が測定位置と前記基板搬送部の基板搬送に干渉しない退避位置との間で移動可能な測定ヘッドを有する基板処理装置に係るものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
先ず、図１、図２により基板処理装置について説明する。
【００１３】
筐体１の前面にはカセットステージ２が設けられ、前記筐体１の内部で前記カセットステージ２の後方にカセット棚３が設けられると共に前記カセットステージ２の上方に予備カセット棚４が設けられている。該予備カセット棚４、前記カセットステージ２と前記カセット棚３との間にカセットエレベータ５が設けられ、該カセットエレベータ５にカセット搬送ロボット６が設けられている。
【００１４】
前記筐体１の後部上方に反応管２３、ヒータ２４等から構成される反応炉７が配設され、該反応炉７の下方にボートエレベータ８が設けられ、該ボートエレベータ８によりボート９が前記反応炉７内に装入、抜脱される。前記ボートエレベータ８と前記カセット棚３との間にウェーハエレベータ１１が設けられ、該ウェーハエレベータ１１によりウェーハ搬送ロボット１２が昇降される。
【００１５】
該ウェーハ搬送ロボット１２は前記ウェーハエレベータ１１によって昇降される回転台１７と該回転台１７に進退可能に設けられたプレートホルダ１８を具備し、該プレートホルダ１８によって所要枚数（例えば５枚）の基板移載プレート１３が保持されている。前記ウェーハ搬送ロボット１２は前記ウェーハエレベータ１１による昇降及び前記回転台１７の回転、プレートホルダ１８の進退により、ウェーハを所要枚数（図では最大５枚）一括で搬送できる。
【００１６】
而して、基板処理装置は主に前記カセットステージ２を含むカセット授受部と、前記カセット棚３、予備カセット棚４、カセット２０を含むウェーハ収納部と、前記ウェーハ搬送ロボット１２を含むウェーハ移載部と、前記反応炉７、ボートエレベータ８を含むウェーハ処理部とを具備している。
【００１７】
又、図３〜図７に示される様に、最下段の基板移載プレート１３ａは分離プレートホルダ１９に支持されており、該分離プレートホルダ１９は前記プレートホルダ１８と一体に進退可能であると共に独立して進退可能となっている。而して、前記分離プレートホルダ１９の独立した進退により一枚毎のウェーハ移載も可能となっている。尚、該分離プレートホルダ１９は最上段の基板移載プレート１３を支持する構造でもよい。
【００１８】
前記カセット棚３の所要位置は空棚１４となっており、該空棚１４の上棚板１５の下面には膜厚測定装置１６が設けられている。
【００１９】
該膜厚測定装置１６は測定部本体１６ａと測定ヘッド１６ｂを有し、前記測定部本体１６ａはシリンダ等の駆動機（図示せず）を有し、該駆動機により前記測定ヘッド１６ｂを前記ウェーハ搬送ロボット１２に向かって進退可能としている。
【００２０】
前記膜厚測定装置１６は測定媒体である測定光をウェーハ表面に照射し、測定光をウェーハ表面で反射させ、反射光を受光するものである。測定光の反射はウェーハ表面に成膜される膜厚の状態に左右され、反射光の状態、例えば偏光状態の変化を測定することで、膜厚を測定することができる。
【００２１】
前記膜厚測定装置１６で検出された結果は図示しない制御部（図示せず）に送出され、該制御部で膜厚について異常の有無が判断される。
【００２２】
尚、図中２５は前記ボート９が降下した状態で反応炉７の炉口を閉塞する炉口蓋である。
【００２３】
次に、基板処理の概略について説明する。
【００２４】
外部搬送装置（図示せず）により前記カセットステージ２に前記カセット２０が搬送され、更に該カセット２０は前記カセットエレベータ５の昇降、前記カセット搬送ロボット６の進退、回転、横行の協働により前記カセットステージ２から前記カセット棚３に、更に前記予備カセット棚４に搬送される。
【００２５】
前記カセット棚３は前記ウェーハ搬送ロボット１２の搬送の対象となるカセット２０が収納されるウェーハ移載位置があり、ウェーハの移載に供されるカセット２０は前記カセットエレベータ５、カセット搬送ロボット６によりウェーハ移載位置に移動される。
【００２６】
前記ウェーハ搬送ロボット１２の進退、回転、前記ウェーハエレベータ１１の昇降の協働により前記カセット棚３のカセット２０から降下状態の前記ボート９にウェーハ２１を移載する。
【００２７】
前記ボート９に所定枚数のウェーハ２１が移載されると前記ボートエレベータ８により前記ボート９が前記反応炉７に装入され、該反応炉７で前記ウェーハ２１が加熱されると共に成膜原料ガスが供給され、熱分解したガスにより前記ウェーハ２１表面に成膜処理がなされる。
【００２８】
該ウェーハ２１への処理が完了すると、前記ボート９が前記ボートエレベータ８により降下されることで前記反応炉７から引出され、更に前記ウェーハ搬送ロボット１２により前記ボート９から前記カセット棚３のカセット２０に処理済のウェーハ２１が移載される。
【００２９】
上記した様に、前記ボート９には製品用ウェーハの所要枚数毎にモニタウェーハが装填されている。モニタウェーハが前記ウェーハ搬送ロボット１２により移載される場合は、前記基板移載プレート１３の内最下段の基板移載プレート１３ａで保持される様に、前記ウェーハ搬送ロボット１２の移載動作が制御される。
【００３０】
該ウェーハ搬送ロボット１２が処理済ウェーハを移載する場合に、モニタウェーハを含む場合は、前記カセット２０に移載する前に、前記膜厚測定装置１６によりモニタウェーハの膜厚測定が行われる。
【００３１】
モニタウェーハの膜厚測定が完了すると前記カセット２０への移載が行われる。
【００３２】
図３〜図１３によりモニタウェーハの膜厚測定について説明する。
【００３３】
図３は膜厚測定直前、或は終了直後を示しており、又前記膜厚測定装置１６のホーム位置を示している。
【００３４】
前記ウェーハ搬送ロボット１２が前記ボート９からモニタウェーハ２１ａを含む処理済のウェーハ２１を保持すると、図３、図８で示す様に、前記膜厚測定装置１６と対向する位置、膜厚測定位置に移動する。
【００３５】
前記膜厚測定装置１６のホーム位置では前記測定ヘッド１６ｂは後退し、略前記カセット棚３に収納される位置となっている。即ち、前記測定ヘッド１６ｂの後退位置では、前記ウェーハ搬送ロボット１２によるウェーハ搬送動作に支障ない状態となっている。
【００３６】
測定が開始されると、前記測定ヘッド１６ｂが測定位置迄前進する。次に、前記モニタウェーハ２１ａを保持する基板移載プレート１３ａのみが前記分離プレートホルダ１９の前進により前方へ移動する。
【００３７】
移動量は僅かであり、前記モニタウェーハ２１ａの周縁が前記測定ヘッド１６ｂの測定点に達するものとする。周縁の測定点Ａでの膜厚測定が行われる（図４、図９参照）。
【００３８】
前記分離プレートホルダ１９が更に前進し、測定点Ｂが前記モニタウェーハ２１ａの中心となる様に前記基板移載プレート１３ａを移動させる。測定点Ｂでの膜厚測定が行われる（図５、図１０参照）。
【００３９】
更に、前記分離プレートホルダ１９が前記基板移載プレート１３ａを前進させ、測定点が前記モニタウェーハ２１ａの前記測定点Ａの反対側の周縁の測定点Ｃとなる様にする。測定点Ｃでの膜厚測定が行われる（図６、図１１参照）。該測定点Ｃに至る前記分離プレートホルダ１９の動き量は、膜厚測定での分離プレートホルダ１９の最大動き量となるが、図６、図１１に示される様に、前記ウェーハ２１をカセット２０に移載する際の動作量の一部であり、前記ウェーハ搬送ロボット１２がウェーハ移載の為に持っている動作の範囲内である。
【００４０】
前記分離プレートホルダ１９を所定量後退させると共に前記回転台１７を図１２中、反時計方向に４５゜回転させる。測定点Ｄは前記測定点Ａから時計方向に９０°回転したモニタウェーハ２１ａの周縁となる。測定点Ｄでの膜厚測定が行われる（図７、図１２参照）。
【００４１】
前記回転台１７を時計方向に９０°回転する。測定点Ｅは前記測定点Ａから反時計方向に９０°回転したモニタウェーハ２１ａの周縁となる。即ち、前記測定点Ｄの反対側となる。測定点Ｅでの膜厚測定が行われる（図７、図１３参照）。
【００４２】
前記回転台１７が時計方向に４５°回転し、前記分離プレートホルダ１９が後退し、前記測定ヘッド１６ｂがホーム位置に後退して膜厚測定が終了する。
【００４３】
尚、上記膜厚測定の測定点は代表的な５点について説明したが、前記回転台１７の回転、前記分離プレートホルダ１９の進退の協働により前記モニタウェーハ２１ａの全面の任意な位置の膜厚測定が可能である。又、膜厚測定は非接触であり、モニタウェーハ２１ａではなく、製品用のウェーハに対して膜厚測定を行うこともできることは言う迄もない。
【００４４】
膜厚測定は、所要のモニタウェーハに対して実施され、膜厚測定の結果は、基板処理装置の制御部に入力され、膜厚の正常異常が判断される。
【００４５】
異常が判断された場合は、判断結果を所定の表示部に表示し、次のバッチ処理に反映させる。即ち、膜厚を修正する様に成膜条件を調整するか、或は製品不良の虞れがある場合は、警告を発して処理を停止する等である。
【００４６】
以上、本発明の膜厚測定では、基板処理装置内部の空間を利用して膜厚測定装置１６が設けられ、更にウェーハ搬送ロボット１２の動作可能な範囲内に設けられる。従って、ウェーハ搬送ロボット１２のウェーハ搬送動作経路上であってもよいし、又ウェーハ搬送動作経路から外れた位置であってもよい。
【００４７】
特に、膜厚測定装置１６が上記したカセット棚３内の空き空間に設けられる場合は、カセット棚３、筐体１等の形状、構造の変更をする必要がない。而も、ウェーハ搬送ロボット１２の搬送動作を利用して測定点の選択、変更がなされるので、該ウェーハ搬送ロボット１２の構造を変更する必要がなく、又膜厚測定の為の特別な機構を設ける必要がない。
【００４８】
尚、上記実施の形態では膜厚測定装置１６をカセット棚３の空棚１４に設けたが、ウェーハ搬送ロボット１２の移載動作に支障ない位置、例えばカセット棚３の端部に設けてもよい。更に、カセット棚３に限らず、ウェーハ搬送ロボット１２の動作範囲内に設けられればよい。更に又、測定ヘッド１６ｂの進退のストロークを大きくし、測定ヘッド１６ｂの移動で測定点の前後方向の移動を行う様にすれば、測定時ウェーハ搬送ロボット１２は回転台１７を回転するだけでよい。
【００４９】
又、本発明はバッチ式の基板処理装置に限らず、枚葉式の基板処理装置であっても、基板搬送ロボットを具備する基板処理装置であれば実施可能であることは言う迄もない。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板処理を行う基板処理部と、該基板処理部と基板収納部との間で基板の搬送を行う基板搬送部とを有し、該基板搬送部の動作範囲内に基板表面に成膜された膜厚を測定する膜厚測定装置を設け、該膜厚測定装置が測定位置と前記基板搬送部の基板搬送に干渉しない退避位置との間で移動可能な測定ヘッドを有するので、膜厚測定室、膜厚測定ユニットを別途設けることなく、或は膜厚測定工程を別途設けることなく、又成膜処理後直ちに膜厚測定が行え、膜厚測定の結果が次処理に反映でき、歩留りの向上、製品品質の向上を図れるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略全体斜視図である。
【図２】同前実施の形態に係る基板処理装置の概略側面図である。
【図３】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図４】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図５】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図６】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図７】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す側面から観た説明図である。
【図８】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図９】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図１０】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図１１】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図１２】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【図１３】同前実施の形態に於ける膜厚測定の作動を示す平面から観た説明図である。
【符号の説明】
１          筐体
２          カセットステージ
３          カセット棚
５          カセットエレベータ
６          カセット搬送ロボット
７          反応炉
８          ボートエレベータ
９          ボート
１２        ウェーハ搬送ロボット
１６        膜厚測定装置
１６ｂ      測定ヘッド
２０        カセット
【図１】
0003871112.tif 000002
【図２】
0003871112.tif 000003
【図３】
0003871112.tif 000004
【図４】
0003871112.tif 000005
【図５】
0003871112.tif 000006
【図６】
0003871112.tif 000007
【図７】
0003871112.tif 000008
【図８】
0003871112.tif 000009
【図９】
0003871112.tif 000010
【図１０】
0003871112.tif 000011
【図１１】
0003871112.tif 000012
【図１２】
0003871112.tif 000013
【図１３】
0003871112.tif 000014