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1. (WO2006038584) 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
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半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、製造工程中における基板の位置を検出する機能を有する半導体製造 装置及びそれを用いて処理する半導体装置の製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来より、半導体製造装置においては、製造工程中における基板、例えば半導体 基板 (以下ウェハという)の位置を検出するためにウェハ状態検出機構が設けられて いる。このようなウェハ状態検出機構は、隣り合うウェハ間の位置やボートに移載され た他のスロットのウェハの位置などをあら力じめ設定した位置情報と比較し、製造ェ 程中におけるウェハ状態が正常である力否かを判定している。つまり、従来のウェハ 状態検出方法では、ボートに移載された隣同士のウェハ間隔 (以下、ウェハピッチと いう)をあらかじめ設定した位置情報と比較し、位置ずれの間隔がウェハ移載機にて 搬送可能な許容誤差 Δ t以下である場合は正常状態と判定して、る。

[0003] また、半導体製造装置において、ウェハの位置を検出しながら所定の半導体製造 処理を行う技術は多く報告されている。例えば、ボートの最下段部分の 3段において あら力じめウェハの位置データの取得を行、、ボートの溝位置が許容範囲以内であ るカゝ否かを判定し、移載位置を登録し、搬送している技術が開示されている(例えば 、特許文献 1参照)。また、ボート上のウェハの位置検知において、ボートの原点位置 を検知開始位置とする技術も開示されている (例えば、特許文献 2参照)。さらに、位 置センサによってボート本体の位置を確認してボートの傾きを検出する技術も開示さ れて、る(例えば、特許文献 3)。

特許文献 1 :特開平 7— 142553号公報

特許文献 2 :特開平 5— 41442号公報

特許文献 3 :特開平 6— 298315号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、ウェハはボートに多段に移載されているため、上記の許容誤差 A tは 検出するウェハの枚数が増えるにしたがって累積される。例えば、ボート上にウェハピ ツチ 10mmで n枚のウェハが載置されているときのウェハ状態検出する場合、許容誤 差 A tの範囲を ±0.5mmとすれば、ウェハピッチが 9.5mm〜10.5mmの範囲にあれ ば正常と判定される。したがって、 1枚目のウェハと 2枚目のウェハとの間隔が 9.8mm であった場合は正常と判定される。さらに、 2枚目のウェハと 3枚目のウェハとの間隔 力 S9.8mmであった場合も正常と判定される。同様にして、 n枚目のウェハまで検出し て全てのウェハ間隔が 9.8mmであったとすると、 n番目のウェハは基準位置より〔(n - 1) X 0.2〕 mmずれることになる。し力し、このような場合でも隣同士のウェハの間隔 が正常であると、全てのウェハの位置は正常であると判定されてしまう。

[0005] 例えば、上記の例に従えば、 11番目のウェハは基準位置より 2mmずれることにな る力従来のウェハ状態検出機構による判定方法では全てのウェハの位置は正常で あると判定されてしまう。このような状態においてウェハ移載機でウェハの搬送作業を 行うと、ウェハの裏面をツイ一ザが引つかいてバックスクラッチを生じたり、ツイ一ザが ウェハに衝突してボートを破損させたりすることがある。また、ウェハがボート溝にこす られることもある。すなわち、従来のウェハ状態検出機構は、ウェハ移載機のツイ一ザ がボート上に移載されたウェハ間に挿入されても干渉しないことを確認することを目 的として、ウェハピッチを確認しているものであるので、ウェハの累積誤差による対策 は何ら行われていない。また、従来のウェハ位置検出方法では、隣り合うウェハ同士 の相対比較を行っているため、ボート内が空きスロットなしで全スロットにウェハが載 置されて!、る状態でなければ正確な位置検知を行うことはできな、。

[0006] さらに、前記の特許文献 3の技術は、ボートそのものの傾きを検出しているものであ つて、ボートに装填されたウェハの位置を検出してボート上におけるウェハの載置状 態を検出するものではない。つまり、石英は光透過性の材料であるので、この技術で は石英製のボートを光センサで測ることは難しい。また、ウェハの位置や載置状態を 検出する場合には、ウェハの状態を検出するウェハ検出センサとボートの状態を検出 するボート検出センサの 2種類のセンサを設けなければならないので、半導体製造装 置のコストが高くなつてしまう。

[0007] 本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、ボート内に空きスロット があるなしに関わらず、ウェハの位置ずれが許容範囲内にある力否かを正確に検知 することができるウェハ状態検出機構を備えた半導体製造装置及びそれを用いて処 理する半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0008] 上述した課題を解決するため、本発明に係る半導体製造装置は、複数の基板に所 定の加熱処理を施す処理炉と、前記複数の基板を積層配置して前記処理炉へ搬入 •搬出するためのボートと、該ボートに積層配置される前記複数の基板に対して相対 位置を変化させて基板を検出する基板検出センサと、前記複数の基板の基準位置、 および前記複数の基板の基準位置に対する位置ずれ許容範囲を登録する制御部と を備え、前記制御部が、前記基板検出センサの測定した前記複数の基板の位置情 報を入力し、前記複数の基板の位置情報が前記複数の基板の基準位置に対し前記 位置ずれ許容範囲を超えて!/、た場合は、前記複数の基板の位置情報の平均値と最 大値とを比較すると共に、前記複数の基板の位置情報の平均値と最小値とを比較し 、前記それぞれの比較により求められた差が前記基板のずれの許容範囲内であれ ば、ボート停止位置のずれと判断することを特徴とする。

[0009] また、前記制御部は、前記それぞれの比較により求められた差が前記基板のずれ の許容範囲内であれば、ボート停止位置のずれを示す障害信号を出力することを特 徴とする。

[0010] また、前記制御部は、予め設定された前記複数の基板の全枚数に対する所定割合 枚数分の前記基板の位置情報の平均値と最大値とを比較すると共に、予め設定され た前記複数の基板の全枚数に対する所定割合枚数分の前記基板の位置情報の平 均値と最小値とを比較することを特徴とする。

[0011] また、前記制御部は、予め設定された所定枚数分を前記基板の位置情報の平均 値と最大値とを比較すると共に、予め設定された所定枚数分を前記基板の位置情報 の平均値と最小値とを比較することを特徴とする。

[0012] さらに、前記制御部は、前記複数の基板に対する全ての前記基板の位置情報の平 均値と最大値とを比較すると共に、前記複数の基板に対する全ての基板の位置情報

の平均値と最小値とを比較することを特徴とする。

[0013] また、本発明は、複数の基板に所定の加熱処理を施す処理炉と、前記複数の基板 を積層配置して前記処理炉へ搬入'搬出するためのボートと、該ボートに積層配置さ れる前記複数の基板に対して相対位置を変化させて基板を検出する基板検出セン サと、前記複数の基板の基準位置、および前記複数の基板の基準位置に対する位 置ずれ許容範囲を登録する制御部とを備え、前記制御部は、前記基板検出センサ の測定した前記複数の基板の位置情報を入力し、前記複数の基板の位置情報が前 記複数の基板の基準位置に対し前記位置ずれ許容範囲を超えて、た場合は、前記 基板位置が漸次変化して、る力確認し、前記基板位置が漸次変化して、ることを検 出すれば、ボート変形であると判断することを特徴とする。

[0014] また、本発明は、前記半導体製造装置を用いて処理する半導体装置の製造方法 において、前記制御部が、前記基板検出センサの測定した前記複数の基板の位置 情報を入力し、前記複数の基板の位置情報が前記複数の基板の基準位置に対し前 記位置ずれ許容範囲を超えて!/ヽなカゝつた場合は、前記ボートに積層配置された前記 複数の基板と次回に処理する複数の基板とを交換し、前記処理炉に前記次回に処 理する複数の基板を積層配置したボートを搬入し、前記処理炉にて前記次回に処理 する複数の基板に所定の加熱処理を施すことを特徴とする。

[0015] また、前記制御部は、前記基板位置が漸次変化して、る力確認し、前記基板位置 が漸次変化していることを検出すれば、ボート変形であることを示す障害信号を出力 することを特徴とする。

[0016] また、本発明は、複数の基板に所定の加熱処理を施す処理炉と、前記複数の基板 を積層配置して前記処理炉へ搬入'搬出するためのボートと、該ボートに積層配置さ れる前記複数の基板に対して相対位置を変化させて基板を検出する基板検出セン サと、前記処理炉で前記複数の基板が加熱処理されると、前記ボートが前記処理炉 から搬出されてから、又は前記ボートが前記処理炉から搬出される際に、前記基板 検出センサにより前記複数の基板の位置を測定し、この測定値と登録されている前 記複数の基準位置とを比較し、前記複数の基板の位置ずれ許容範囲を超えてヽる 場合は前記基板の位置が異常であると判断する制御部とを具備することを特徴とす る。

[0017] また、前記制御部は、前記基板の位置が異常であると判断した場合には、障害信 号を出力することを特徴とする。

また、前記半導体製造装置を用いて処理する半導体装置の製造方法において、 前記制御部が、前記基板検出センサにより前記複数の基板の位置を測定し、この測 定値と登録されて、る前記複数の基準位置とを比較し、前記複数の基板の位置ずれ 許容範囲を超えてヽな力つた場合は、前記ボートに積層配置された前記複数の基板 と次回に処理する複数の基板とを交換し、前記処理炉に前記次回に処理する複数 の基板を積層配置したボートを搬入し、前記処理炉にて前記次回に処理する複数の 基板に所定の加熱処理を施すことを特徴とする。

発明の効果

[0018] 以上に詳述したように、本発明によれば、基板の基準位置に対して各基板 (ウエノ、) のずれを検知して、るので、ボートの上段にお!、てもウェハの検知位置ずれが累積 されることはなくなる。したがって、ウェハの処理工程中においてツイ一ザの挿入作業 を行っても、ウェハにバックスクラッチが生じたり、ツイ一ザがウェハと衝突したりするこ とがなくなる。これによつて、ウェハの製品歩留りが一段と向上するので、品質管理レ ベルの高い半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。 図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の半導体製造装置におけるウェハ状態検出機構の構成を示す概念図 である。

[図 2]本発明の半導体製造装置における処理炉及びその周辺を示す基板処理装置 の断面図である。

[図 3]図 2に示す移載機及びボートに載置されたウェハを上力も見た平面図である。

[図 4]本発明のウェハ状態検出機構において、全スロットで検知ウェハ位置の取得デ ータが正常であるグラフを示す図である。

[図 5]本発明のウェハ状態検出機構において、検知ウェハ位置の取得データが異常 であるグラフを示す図である。

[図 6]本発明のウェハ状態検出機構において、検知ウェハ位置の取得データは異常

であるが、ボートエレベータの位置決めが必要であるグラフを示す図である。

[図 7]本発明のウェハ状態検出機構において、検知ウェハ位置の取得データはボート ピッチ異常であるグラフを示す図である。

[図 8]本発明のウェハ状態検出機構において、基準位置データと検知位置データと の差分 Δ Pnと、許容誤差 Δ tとを比較した第 1のフローチャートである。

[図 9]本発明のウェハ状態検出機構において、基準位置データと検知位置データと の差分 Δ Pnと、許容誤差 Δ tとを比較した第 2のフローチャートである。

[図 10]従来のウェハ状態検出機構と本発明のウェハ状態検出機構によるウェハ検知 判定の比較を示す概念図であり、(a)はウェハ状態検出機構、(b)は従来の検知状 態、(c)は本発明の検知状態を示す。

[図 11]一般に使用される半導体製造装置におけるボートへのウェハの移載状態を示 す図である。

[図 12]本発明によるウェハ状態検知機構において、メインコントローラがウェハマップ を用いてウェハ移載を制御する状態を示す概念図である。

[図 13]本発明に適用される処理装置の外観斜視図である。

[図 14]図 13に示す処理装置の側面図である。

[図 15]本発明の半導体製造装置における減圧 CVD炉を示す断面図である。

符号の説明

1 光センサ(基板検出センサ)

2 光軸

3 ウェハ

4 演算ユニット (制御部)

5 アンプ

11 筐体

12 処理炉

13 ボート

14 移載機

14a 移載機本体

15 ツイ一ザ

16 アーム

17 フラグ

18 近接スィッチ

19a 支柱

19b 支持溝

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下 の説明では、理解を容易にするために必要に応じて従来技術と対比しながら本発明 について説明する。

[0022] 図 1は、本発明の半導体製造装置におけるウェハ状態検出機構の構成を示す概念 図である。ウェハ状態検出機構に具備される光センサ 1は、発光素子と受光素子とに よって光軸 2を投光 '受光している。光センサ 1は、ウェハ 3が光軸 2を遮光することに よってウェハ 3の移載状態 (例えば、ウェハの有無や位置や基準位置からのずれ等) を検出する。そして、光センサ 1が検出したウェハ 3の移載状態の情報を演算ユニット 4へ送信することによって、演算ユニット 4はウェハ 3の位置を演算する。尚、光センサ 1は図示しな!、ボートの垂直方向の軸に沿って昇降可能な構成になつて、る。

[0023] 図 2は、本発明の半導体製造装置における処理炉及びその周辺を示す基板処理 装置の断面図である。図 2 (a)に示すように、筐体 11の上に処理炉 12が搭載され、 筐体 11の内部には、ウェハ 3の載置されたボート 13、移載機 14、ツイ一ザ 15、先端 部分に光センサ 1を備えるアーム 16などが収納されている。また、図 2 (b)の A部詳細 図に示すように、移載機 14にはフラグ 17が取り付けられ、フラグ 17に対応する位置 には近接スィッチ 18が筐体 11側の部材(図示せず)に固定されている。

[0024] すなわち、本発明の半導体製造装置によるウェハ状態検出機構においては、ゥェ ノ、 3の位置データ取得の開始信号を送出するために、移載機 14にフラグ 17が取り付 けられ、近接スィッチ 18が移載機 14の移動する鉛直方向軸上に固定されている。そ して、光センサ 1を有するアーム 16を具備した移載機 14が図示しない鉛直軸に沿つ て昇降する際、フラグ 17が近接スィッチ 18を通過するときに近接スィッチ 18が ONさ れて位置データ取得のための開始信号が送信できるようになって!/、る。この開始信 号が基準位置データを算出する上での原点位置として用いられる。

[0025] 図 3は、図 2に示す移載機 14及びボートに載置されたウェハ 3を上から見た平面図 である。図 3に示すように、 3本の支柱 19aが鉛直方向(紙面の裏力表の方向)に配 置され、それらの支柱 19aに形成された支持溝 19bに各ウェハ 3が平行に支えられて いる。移載機 14は、上下方向に移動及び回転する移載機本体 14aと、この移載機本 体 14a上で往復動するツイ一ザ 15が取付けられるツイ一ザ取付部 14bとを備えてい る。また、移載機本体 14aからは 2本のアーム 16が平行に延びていて、一方のアーム 16の先端に発光素子を有し、他方のアーム 16の先端に受光素子を有した一対の光 センサ 1を備えている。このような構成により、移載機 14が支柱 19aに沿って鉛直方 向に移動すると、光センサ 1の光軸 2がウェハ 3によって遮られることによってウェハ 3 を検出する。

[0026] なお、図 2に示す基板処理装置において、移載機 14の鉛直移動軸による移動量は 、図示しない昇降用の回転軸に設けられるエンコーダによるパルスカウント値により 得ることができる。このノレスカウント値は、 f列えば、 00000〜99999の整数〖こよって 表され、移載機が昇降する場合にその回転軸が回転するに伴って増減する。例えば 、鉛直垂直軸の移動量は 0.004mmZパルスであって、 1パルス当りの移動量は極 めて小さぐかつ、停止位置精度も 10パルス(すなわち、 0.04mm)程度であって非 常に高精度で管理されている。

[0027] 移載機 14に取り付けられたウェハ状態検出機構は、フラグ 17と近接スィッチ 18から なるデータ取得開始スィッチによる開始信号を原点位置にしたとき、各ボートスロット( 支柱 19aに設けられた溝 19b)位置まで移動する距離は、ウェハ位置の異常状態を 検出する精度に影響が出ないようにかなり高精度となっている。例えば、ウェハ 3の基 準位置からのずれは ±0. 25mmが許容範囲であるとすれば、 10— 2mmの移動距離 を高精度に測定するためには、少なくとも 10—3mmオーダの検出精度が必要があるが 、本発明によるウェハ状態検出機構の検出精度は充分にこの条件を満足している。

[0028] また、図 2に示す基板処理装置で使用されるボート 13の製作仕様は 1000mmの長 さに対してその誤差が 0.3mm以下であり、ボートスロットの各ピッチ誤差は 0.05mm

以下となっている。以上のようなウェハ状態検出機構の構成によって、基準位置を決 めるイニシャル検知データは、ウェハ位置の検出データの比較対象とするための高 精度な絶対位置データであると言える。

[0029] 次に、図 1を用いて、ウェハ位置の検出データの比較対象とするための基準位置デ ータとウェハ位置データの取得の流れについて説明する。光センサ 1で取得されたゥ ェハ 3の位置データはアンプ 5で増幅されて演算ユニット 4に取り込まれる。このとき、 開始信号スィッチ (近接スィッチ 18)が ONすることによって原点位置が求められるの で、原点位置を基準としたウェハの位置が求められる。ここで求められたウェハ 3の位 置データは、原点位置からの距離を示す値である。距離の求め方は、上述したように 、移載機 14を昇降するモータの回転量をエンコーダ(図示せず)で検出し、その検出 量 (パルス数)により原点位置力もの移載機 14の上昇量 (位置)を演算する。即ち、ェ ンコーダが出力する 1パルスあたりの移動距離 (mm)を予め求めておけば、原点位 置からウェハ 3を検出する位置 (移載機が停止する位置)までのエンコーダ力のパ ルス数をカウントすることで、その移動距離が分かる。

[0030] 言い換えると、演算ユニット 4は、光センサ 1で検出されたウェハ状態検知データより ウェハ位置(ウェハ検知)データを取得し、各スロット No.ごとにデータを記録して行く( ステップ Sl)。さらに、演算ユニット 4は、開始信号スィッチ (近接スィッチ 18)で検出さ れた原点位置からのパルス数と対応付けて各スロット No.ごとにデータを記録して行く (ステップ S2)。尚、基準位置データは 2枚以上の複数枚のウェハによって取得して 格納するものとする。

[0031] そして、各スロット No.ごとに記録 (格納)されたウェハ状態検知データ(つまり、ゥェ ハの検知位置データ)と基準位置データは、各スロット No.ごとに分けて、基準位置デ 一タと検知位置データとの差分 Δ Pを求め、 nスロット目の差分を Δ Pnとしてプロットし て行く(ステップ S3)。ここで、コントローラには、予め複数の基板の基準位置及びこの 複数の基板の基準位置に対する基板ずれの許容誤差が登録されている。ここで、複 数の基板の基準位置とは、前記原点位置力各スロットまでの距離の値であり、例え ば、次の(1)〜(5)の条件で取得することができ、予めコントローラに登録しておく。

[0032] そして、処理炉でボートに積層配置された複数の基板を加熱処理して、処理炉から

ボートが搬出された後に、基板の位置ずれ、ボート原点位置のずれ、ボート変形を検 出するために、ボートに積層配置された複数の基板の高さ位置を測定し、その測定 値と前記予めコントローラに登録している基準位置との差(Δ Ρη)を求めておき、累積 誤差等が生じても、確実に基板の位置ずれを検出できる。

ここで、基板の位置ずれとは、その測定対象となる少なくとも一枚の基板の基板全 体の位置がずれること、または、基板の一部の位置がずれること、または、基板の一 部が変形すること (例えば、熱変形により基板の主面中心部分が垂れること)のうちい ずれの状態をも含む。

(1)上下端 2枚ウェハを検知し、その 2枚の間に入るウェハの位置情報は計算により 取得する。以下は、この(1)に比較して記述される。

(2)上下端どちら力載置した 1枚のウェハ検知を行い、その 1枚のデータを元に他ゥ ハ位置情報を計算する。

なお、ボート製作の際、作製図面記載における公差の誤差は必ず存在するため、 1 スロットのみでは設計上ボートピッチが誤差無く連続していると仮定した上の計算とな る。上記(1)のように上下端、若しくは途中スロットに複数ウェハを載せ、理論位置デ ータを取得した方がその信頼性は高くなる。

(3)任意に設定した段の夫々にウェハを載置し、その検知結果力全ウェハ位置情 報を算出する(3枚以上であってもよ、)。

任意スロットでのデータ取得は可能である。但し、任意スロットは仮に隣合うスロット 若しくは比較的近、スロットでは複数枚載せることの意味はな、。離れたスロットにゥ ェハを載せその間を等分する方が好ましい。又ウェハ間隔が非常に広く更に理論位 置データの精度を上げるために、ウェハ間にもう一枚ウェハを追加すると良いが、実 際にウェハ検出機構にて検出可能な分解能 (0. 5mmずれ)とボート製作公差 ±0. lmmを比較すると(1)の方法で十分精度よい理論位置データを取得することが可能 であり、複数枚載せる必要はない。

(4)全段にウェハを載置し、全部の段のウェハ検知を行い、計算を行わない。

なお、ここでは製品用のウェハに相当する高い精度のウェハが全スロット分必要とな る。

(5)ウェハは全く用いず、ボート駆動軸 (昇降軸)のホーム位置情報とボートの設計寸 法とを用い、計算上だけで全ウェハ位置情報を取得する方法。

[0034] 以上のようにして得られた、 Δ Pnを nスロット目の基準位置データと検知位置データ との差分、 Atを許容誤差としたとき、 | Δ Ρη | < | At |である力否かを判定する( ステップ S4)。ここで、 | Δ Ρη |く | At |であれば nスロット目のウェハは正常であ ると判定し、 | Δ Ρη | < | At |でなければ nスロット目のウェハは異常であると判定 して、それぞれの判定結果を出力する (ステップ S5)。

[0035] 次に、具体的な実施例として、ボートスロット数が 100スロットの場合において、各ス ロット No.と、上記の nスロット目の基準位置データと検知位置データとの差分 Δ Pnの 関係を図 4、図 5、図 6、及び図 7のグラフに示して説明する。尚、何れの図のグラフも 横軸にボートスロット No.を示し、縦軸に基準位置に対する検知ウェハ位置のずれ量 を示している。また、検知ウェハ位置のずれ量は、 +が上方ずれ、一が下方ずれを示 している。さらに、基準位置は、ずれ量が ±0mmであり、検知ウェハ位置のずれ量( つまり、許容誤差 Δ t)は ± 0.5mm以下が正常範囲とする。

[0036] 図 4は、本発明のウェハ状態検出機構において、全スロットで検知ウェハ位置の取 得データが正常であるグラフを示している。すなわち、図 4に示すように、全スロットに お 、て基準位置データと検知位置データとの差分 Δ Pnは許容誤差 Δ t ( ± 0.5mm) を下回っているので、ウェハ状態は正常であると判定される。

[0037] 図 5は、本発明のウェハ状態検出機構において、検知ウェハ位置の取得データが 異常であるグラフを示している。すなわち、図 5に示すように、全スロットの中で基準位 置データと検知位置データとの差分 Δ Pnが許容誤差 Δ t ( ±0.5mm)を上回って!/ヽ るスロットが存在して、るので、ウェハ状態は異常であると判定される。

[0038] 図 6は、本発明のウェハ状態検出機構において、検知ウェハ位置の取得データは 異常であるが、ボートエレベータの位置決めが必要であるグラフを示している。すな わち、図 6に示すように、全スロットで基準位置データと検知位置データとの差分 Δ Ρ nが許容誤差 Δ t ( ±0.5mm)を上回って!/、るが、全ての差分 Δ Pnにお!/、てばらつき の少な、状態で基準位置(士 Omm)力約 + 1mm程度ずれて!/、るので、ボートエレ ベータの停止位置異常であると判断される。この場合はボートエレベータの位置決め

の再調整が必要である。但し、全てのスロットとしたが、例えば所定割合 (例えば 95% )以上、又は所定枚数 (例えば 95枚)以上であれば、該当するスロットのみ基準位置 力ものずれを見ても良い。但し、この場合所定割合又は所定枚数を設定する必要が ある。

[0039] 図 7は、本発明のウェハ状態検出機構において、検知ウェハ位置の取得データは ボートピッチ異常であるグラフを示している。すなわち、図 7に示すように、検知位置 データが次第に基準位置(±Omm)力も同一方向にずれて行き、やがて許容誤差 Δ t (±0.5mm)を上回って行く。したがって、この検知位置データ力もボートの熱変形 が考えられるので、事前にボートメンテナンス時期をアナウンスする必要がある。尚、 ボートの熱変形は、ボートの支柱が熱処理によってクリープ状になって(つまり、軟ら かい状態になって)行き、バッチ処理を繰り返すことによって徐々に支柱が変形してゥ ェハの支持溝が変化することによって生じる現象である。

[0040] 次に、フローチャートを用いて上記の図 4〜図 7に示した 4つのグラフ特性を判定し てみる。図 8は、本発明のウェハ状態検出機構において、基準位置データと検知位 置データとの差分 Δ Ρηと、許容誤差 A tとを比較した第 1のフローチャートである。ま ず、 ロットにおける基準位置と検出位置との差分 Δ Ρηを求め、差分 Δ Ρηの絶対 値と許容誤差 A tの絶対値が、 I Δ Ρη Iく I A t Iであるか否かを判定する (ステツ プ S11)。ここで、 I Δ Ρη I < I A t Iであれば (ステップ SI 1で Yes)、ロットのゥ ェハ状態は正常であると判断する (ステップ S12)。すなわち、図 4のグラフがこれに 相当する。

[0041] 一方、ステップ S11の判定結果において、 I Δ Ρη Iく I A t Iでなければ (ステツ プ S11で No)、 nスロットのウェハ状態は異常であると判断する(ステップ S13)。すな わち、図 5のグラフにおいて、許容誤差 A t (±0.5mm)より小さな差分 Δ Ρのスロット については、ウェハ移載状態は正常と判定され、許容誤差 A t (±0.5mm)を超えた スロットについては異常と判定される。

[0042] 図 9は、本発明のウェハ状態検出機構において、基準位置データと検知位置デー タとの差分 Δ Ρηと、許容誤差 A tとを比較した第 2のフローチャートである。まず、 nス ロットにおける基準位置と検出位置との差分 Δ Pnを求め、差分 Δ Pnの絶対値と許容

誤差 A tの絶対値が、 I Δ Ρη I く I A t Iであるか否かを判定する (ステップ S21)。 ここで、 | Δ Ρη | く | A t |であれば (ステップ S21で Yes)、 nスロットのウェハ状態 は正常であると判断する (ステップ S22)。

[0043] 一方、ステップ S21の判定結果において、 | Δ Ρη | く | A t |でなければ (ステツ プ S21で No)、 nスロットのウェハ状態は異常であると判断し (ステップ S23)、さらに、 全スロットにおける Δ Pnの平均値と Δ Pnの最大値の差分 Δ Pn(max)、及び Δ Pnの 平均値と Δ Pnの最小値の差分 Δ Pn (min)が許容誤差 Δ t以下であるか否かを判定 する(ステップ S 24)。

[0044] ここで、 A Pn (max)、 Δ Ρη (min)が許容誤差 A t以下であれば (ステップ S24で Y es)、各ウェハのずれ量は Δ Pnの平均値を基準に考えれば許容誤差 Δ tの範囲内で あるので、この場合にはボートエレベータの位置ずれと判定する(ステップ S25)。一 方、 Δ Pn (max)、 Δ Pn (min)が許容誤差 Δ t以下でなければ (ステップ S24で No) 、ウェハ状態は異常と判断される (ステップ S26)。

[0045] すなわち、ステップ S25のような、各ウェハのずれ量が Δ Pnの平均値の許容誤差

A tの範囲内にある場合は、図 6のグラフに示すようにボートエレベータの位置ずれと 判定される。言い換えれば、図 6のグラフに示すように、取得した検知位置データの ばらつき量は ±0. 5mm以内であるが、原点位置(± Omm)からほぼ均一に + lmm 程度シフトしているので、ウェハ異常の原因はボートエレベータの停止位置の異常と 検知することができる。尚、図 6では上方にシフトしている力本発明のウェハ状態検 出機構では、上方、下方のシフトを問わない。

[0046] ここで、ボートエレベータ停止位置の異常についてさらに詳しく説明する。熱処理炉 に投入されたウェハをチャージしたボートは、熱処理終了後にボートエレベータによ つて降下する。この時の温度は通常は数百度程度であるので、ボートの下降中にボ ートに近接するボートエレベータは高温の熱を受ける。この結果、ボートエレベータの 位置決めセンサの故障や、ボートエレベータのスライドガイド等が熱膨張することによ つて鉛直方向の精度低下が生じたりスライドガイドの伸縮によって停止位置異常が発 生する。

[0047] 以上述べたように、本発明によるゥヱハ状態検出機構によれば、演算ユニット 4が、

検出したウェハ位置に対して個別に判定を行うための基準位置情報を格納している 。これによつて、ボート 13上のウェハ 3の移載状態(つまり、ずれ量)を常に正確に検 知することができる。

[0048] 図 10は、従来のウェハ状態検出機構と本発明のウェハ状態検出機構によるウエノ、 検知判定の比較を示す概念図であり、(a)はウェハ状態検出機構、(b)は従来の検 知状態、(c)は本発明の検知状態を示す。図 10 (a)に示すように、ボート 13内に n枚 のウェハ 3がウェハピッチ 10mmで配置され、光センサ 1からの光軸 2によってウェハ 3 の位置が検出されている。また、許容誤差 A tを ±0.5mmに設定されている。(すな わち、ウェハピッチが 9.5mm〜10.5mmであればウェハ位置は正常であるとしている o )

[0049] 図 10 (b)に示す従来技術では、各ウェハ間隔が 9.8mmであるので全てのウェハ位 置は正常と判定される。しかし、実際には、最上段のウェハ位置は、基準位置を原点 とすると 3.2mmずれていることになる力正常と判定されてしまう。このため、ツイ一ザ 15を挿入するとウェハ 3の裏面を擦ってしまい、ウェハ 3にバックスクラッチを生じてし まつことがある。

[0050] 一方、図 10 (c)に示す本発明では、基準位置に対して各ウェハ位置の許容誤差 Δ tが ±0.25mmであれば正常であるとすると、最下段から 2段目までは基準位置との ずれ量が 0.2mm以下に入っているので正常と判定される力それ以上の上段は 基準位置とのずれ量が— 0.25mmを超えるので全て異常と判定される。これによつ て、何れの段のウェハ 3にツイ一ザ 15を挿入してもウェハ 3の裏面を擦ってしまうおそ れはない。尚、隣り合うウェハ 3がそれぞれ最大限近づくとウェハピッチは 9.5mmとな り、最大限遠ざかるとウェハピッチは 10.5mmとなるので、ウェハピッチの範囲は 9.5 mm〜10.5mmとなる。

[0051] ここで、ウェハの移載状態のバリエーションについて説明する。図 11は、一般に使 用される半導体製造装置におけるボートへのウェハの移載状態を示す図である。す なわち、図 11 (a)は、等ピッチに区切られたボートの全スロットにウェハを移載してい る移載状態を示している。通常は、このように等ピッチでウェハが移載される。また、 図 11 (b)は、隣り合うウェハがないところが存在する移載状態を示している。このよう に、部分的にスロットを空けてウェハを移載し、ウェハピッチがボート全領域で一定し て 、な、移載状態の場合もある。

[0052] さらに、図 11 (c)は部分的にウェハが移載されていない移載状態を示している。こ のように、ボートスロットの一部の領域にウェハを移載しないで使用する場合もある。 すなわち、本発明によるウェハ状態検出機構では、図 l l (a)〜(c)に示すように、ゥ ェハが如何なる移載状態にあっても正確にウェハの位置情報を検知することができる

[0053] 図 12は、本発明によるウェハ状態検知機構において、メインコントローラがウェハマ ップを用いてウェハ移載を制御する状態を示す概念図である。図 12 (a)に示すように 、基板処理装置 20のメインコントローラ 21が、ウェハ状態検知機構により出力された ウェハ移載情報に関する正常 '異常の信号を受け取り、あらかじめメインコントローラ 2 1が保持しているウェハ移載情報(つまり、ウェハマップ)と比較する。そして、メインコ ントローラ 21は、ウェハを移載していないスロットに関しては、ウェハなしのエラー条件 を充たす力ウェハマップに移載指定されてヽな、スロットであればエラーが起きな いようリセットする。これによつて、図 12 (b)に示すように、ウェハ状態検知機構での状 態取得データは、ウェハ検出できないところはエラー出力しないでスキップし、ウェハ 検出できるところのみウェハを移載する。

[0054] また、本発明によれば、ウェハ状態検知機構にてウェハ状態を正常'異常判断する 比較対照データの取得方法を実現することもできる。このとき、比較対照データの取 得は、原点検出センサ (例えば、移載機 14に固定したフラグ 17とフラグ 17の鉛直移 動に対して固定されている近接スィッチ 18とからなる原点検出センサ)を設けることに よって実現することができる。

[0055] また、前述で取得した基準位置データと、基板処理装置の通常運用時にウェハ状 態検知機構にて検知して取得したウェハ位置データとを比較することにより、基準位 置データとウェハの検知位置データとの差 Δ P力ウェハ移載機にて搬送可能な許 容誤差 Δ t以内であるか否か、または上方 ·下方の何れの方向にずれて、るかを判 定することちでさる。

[0056] さらに、前述した基準位置データと実際に検知したウェハの検知位置データとの差 Δ Ρが、許容誤差 Δはり大きぐかつ、全ウェハが異常移載であると判定された場合 は、例えば、ピークの Δ Ρのずれ量及びずれ方向を散布図として表すことによって、 ボートエレベータの停止位置異常であるか否かの判定を行うことができる。また、計算 によるウェハ状態判定方法の一例として、全ウェハのずれ量 Δ Ρの平均値に対して、 最大の Δ Pmaxと最小の Δ Pminが許容誤差 Δ t以内である場合はウェハピッチは正 常であって、ボート停止位置の異常であると自動的に判定することができる。

[0057] また、上記で異常判定された場合は、ウェハのずれ量 Δ Ρが上下どちらかの方向に ずれていて、かつ、次第にそのずれ量が大きくなる場合は、熱処理炉内での熱変形 及び経年変化によるボートピッチ異常であると判定することができる。

処理炉で複数の基板が加熱処理され、ボートが処理炉から搬出されると移載機 14 に設けられた光センサ 1により、移載機 14が上昇、又は下降して、光センサ 1とウェハ 3の相対位置を変化させる実施例について説明した力これに限らず、光センサ 1は 例えば筐体等にボート 13に積層されたウェハ 3を検知可能な位置に固定して、ボート 13が処理炉カも搬出される際、即ちボート 13の下降動作により、光センサ 1とウェハ 3の相対位置を変化させ、ウェハ 3を検知することも可能である。但し、この場合は、ゥ ェハ位置を検出するための原点位置検出用のセンサをなすフラグ 17はボート昇降機 (図示せず)に設け、近接スィッチはフラグ 17により ON'OFF可能な位置に、例えば 筐体 11等に取付けられる。

[0058] 以上説明したように、本発明の半導体製造装置では、ウェハの位置や載置状態を 検知する検知センサによってウェハの状態を検出することができ、検出によって取得 したウェハ位置データを解析すれば、一義的にボートの状態も判断することができる 。し力も、ウェハ位置データの取得動作は一度の検出操作で済むので、製造コストを 低減させることができると共にスループットも向上する。

[0059] 次に、本発明における半導体製造装置の具体的な実施例を基板処理装置に適用 して図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明では、基板処理装置として 基板に拡散処理や CVD処理などを行う縦型の装置(以下、単に処理装置と、う)を 適用した場合について述べる。図 13は、本発明に適用される処理装置の外観斜視 図である。尚、この図は透視図として描かれている。また、図 14は図 13に示す処理 装置の側面図である。したがって、図 13と図 14を用いて本発明に係る基板処理装置 を説明する。

[0060] 本発明の処理装置は、シリコン等力もなるウェハ(基板) 200を収納したポッド (基板 収納容器) 100を、外部力も筐体 101内へ挿入するため、およびその逆に筐体 101 内から外部へ払出すための IZOステージ (保持具授受部材) 105が筐体 101の前面 に付設され、筐体 101内には挿入されたポッド 100を保管するためのカセット棚 (載 置手段) 109が敷設されている。また、ウェハ 200の搬送エリアであり、後述のボート( 基板保持手段) 217のローデイング、アンローデイング空間となる Ν2パージ室 (気密 室) 102が設けられている。ウェハ 200に処理を行うときの Ν2パージ室 102の内部は 、ウェハ 200の自然酸ィ匕膜を防止するために Ν2ガスなどの不活性ガスが充満される ように、 Ν2パージ室 102は密閉容器となっている。

[0061] 上述したポッド 100としては、現在 FOUPというタイプが主流で使用されており、ポッ ド 100の一側面に設けられた開口部を蓋体(図示せず)で塞ぐことで大気からウェハ 2 00を隔離して搬送でき、蓋体を取り去ることでポッド 100内へウェハ 200を入出させる ことができる。このポッド 100の蓋体を取外し、ポッド 100内の雰囲気と Ν2パージ室 1 02の雰囲気とを連通させるために、 Ν2パージ室 102の前面側には、ポッドオーブナ (開閉手段) 108が設けられている。ポッドオーブナ 108、カセット棚 109、および 1/ Οステージ 105間のポッド 100の搬送は、カセット移載機 114によって行なわれる。こ のカセット移載機 114によるポッド 100の搬送空間には、筐体 101に設けられたタリー ンユニット(図示せず)によって清浄ィ匕した空気をフローさせるようにして、る。

[0062] Ν2パージ室 102の内部には、複数のウェハ 200を多段に積載するボート 217と、ゥ ヱハ 200のノッチ(又はオリエンテーションフラット)の位置を任意の位置に合わせる基 板位置合わせ装置 106と、ポッドオーブナ 108上のポッド 100と基板位置合わせ装 置 106とボート 217との間でゥヱハ 200の搬送を行うゥヱハ移載機 (搬送手段) 112と が設けられている。また、 Ν2パージ室 102の上部にはウェハ 200を処理するための 処理炉 202が設けられており、ボート 217はボートエレベータ(昇降手段) 115によつ て処理炉 202へローデイング、又は処理炉 202からアンローデイングすることができる [0063] 次に、図 13、図 14に示す処理装置の動作について説明する。先ず、 AGVや OH Tなどにより筐体 101の外部力も搬送されてきたポッド 100は、 IZOステージ 105に 載置される。 ΙΖΟステージ 105に載置されたポッド 100は、カセット移載機 114によつ て、直接ポッドオーブナ 108上に搬送される力、または、ー且カセット棚 109にストック された後にポッドオーブナ 108上に搬送される。ポッドオーブナ 108上に搬送された ポッド 100は、ポッドオーブナ 108によってポッド 100の蓋体を取外され、ポッド 100 の内部雰囲気が Ν2パージ室 102の雰囲気と連通される。

[0064] 次に、ウェハ搬送機 112によって、 Ν2パージ室 102の雰囲気と連通した状態のポ ッド 100内力もウェハ 200を取出す。取出されたウェハ 200は、基板位置合わせ装置 106によって任意の位置にノッチが定まる様に位置合わせが行なわれ、位置合わせ 後、ボート 217へ搬送される。

[0065] ボート 217へのウェハ 200の搬送が完了したならば、処理室 201の炉ロシャツタ 11 6を開けて、ボートエレベータ 115によりウェハ 200を搭載したボート 217をローデイン グする。ローデイング後は、処理炉 202にてウェハ 200に任意の処理が実施され、処 理後は上述の逆の手順で、ウェハ 200およびポッド 100は筐体 101の外部へ払出さ れる。

[0066] 図 15に示した減圧 CVD処理炉について説明する。

なお、この処理炉において、上述した制御部は、予めボート上の複数の基板の基 準位置及びこの複数の基板の基準位置に対する位置ずれの許容範囲が登録されて いる状態で CVD処理を実行し、半導体製造を行う。その後、測定された基板位置と 登録値とを比較し、複数の基板が位置ずれ許容範囲を越えていない場合に、次回に CVD処理する複数の基板と CVD処理済の基板とを交換し、次回の未処理の複数の 基板に対し、 CVD処理を実行し、半導体製造を行う。

外管(以下アウターチューブ 205)は例えば石英(Si02)等の耐熱性材料からなり、 上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。内管 (以下インナーチ ユーブ 204)は、上端及び下端の両端に開口を有する円筒状の形態を有し、了ウタ 一チューブ 205内に同心円状に配置されている。アウターチューブ 205とインナーチ ユーブ 204の間の空間は筒状空間 250を成す。インナーチューブ 204の上部開口か ら上昇したガスは、筒状空間 250を通過して排気管 231から排気されるようになって いる。

[0067] アウターチューブ 205およびインナーチューブ 204の下端には、例えばステンレス 等よりなるマ-ホールド 209が係合され、このマ-ホールド 209にアウターチューブ 2 05およびインナーチューブ 204が保持されて!、る。このマ-ホールド 209は保持手 段(以下ヒータベース 251)に固定される。アウターチューブ 205の下端部およびマ二 ホールド 209の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフ ランジ間には気密部材 (以下 Oリング 220)が配置され、両者の間が気密にシールさ れている。

[0068] マ-ホールド 209の下端開口部には、例えばステンレス等よりなる円盤状の蓋体( 以下シールキャップ 219)が Oリング 220を介して気密シール可能に着脱自在に取り 付けられている。シールキャップ 219には、ガスの供給管 232が貫通するよう設けら れている。これらのガスの供給管 232により、処理用のガスがアウターチューブ 205 内に供給されるようになっている。これらのガスの供給管 232はガスの流量制御手段 (以下マスフローコントローラ(MFC) 241)に連結されており、 MFC241はガス流量 制御部に接続されており、供給するガスの流量を所定の領に制御し得る。

[0069] マ-ホールド 209の上部には、圧力調節器 (例えば APC (自動圧力調節器)、 N2 ノ《ラスト制御器があり、以下ここでは APC242とする)及び、排気装置 (以下真空ボン プ 246)に連結されたガスの排気管 231が接続されており、アウターチューブ 205とィ ンナーチューブ 204との間の筒状空間 250を流れるガスを排出し、アウターチューブ 205内を APC242により圧力を制御することにより、所定の圧力の減圧雰囲気にす るよう圧力検出手段 (以下圧力センサ 245)により検出し、圧力制御部により制御する

[0070] シールキャップ 219には、回転手段(以下回転軸 254)が連結されており、回転軸 2 54により、基板保持手段 (以下ボート 217)及びボート 217上に保持されている基板( 以下ウェハ 200)を回転させる。又、シールキャップ 219は昇降手段(以下ボートエレ ベータ 115)に連結されていて、ボート 217を昇降させる。回転軸 254、及びボートェ レベータ 115を所定のスピードにするように、駆動制御部により制御する。

[0071] アウターチューブ 205の外周には加熱手段(以下ヒータ 207)が同心円状に配置さ れている。ヒータ 207は、アウターチューブ 205内の温度を所定の処理温度にするよ う温度制御手段 (以下熱電対 263)により温度を検出し、温度制御部により制御する

[0072] 図 15に示した処理炉による減圧 CVD処理方法の一例を説明すると、まず、ボート エレベータ 115【こよりボー卜 217を下降させる。ボー卜 217【こ複数枚のウエノヽ 200を保 持する。次いで、ヒータ 207により加熱しながら、アウターチューブ 205内の温度を所 定の処理温度にする。ガスの供給管 232に接続された MFC241により予めアウター チューブ 205内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ 115により、ボート 2 17を上昇させてアウターチューブ 205内に移し、アウターチューブ 205の内部温度 を所定の処理温度に維持する。アウターチューブ 205内を所定の真空状態まで排気 した後、回転軸 254により、ボート 217及びボート 217上に保持されているゥヱハ 200 を回転させる。同時にガスの供給管 232から処理用のガスを供給する。供給されたガ スは、アウターチューブ 205内を上昇し、ウェハ 200に対して均等に供給される。

[0073] 減圧 CVD処理中のアウターチューブ 205内は、排気管 231を介して排気され、所 定の真空になるよう APC242により圧力が制御され、所定時間減圧 CVD処理を行う

[0074] このようにして減圧 CVD処理が完了すると、次のゥヱハ 200の減圧 CVD処理に移 るべぐアウターチューブ 205内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧 にし、その後、ボートエレベータ 115によりボート 217を下降させて、ボート 217及び 処理済のウェハ 200をアウターチューブ 205から取出す。この際、予め制御部に登録 されたボート 217上の複数のウェハ 200の基準位置とこの複数の基板の基準位置に 対する位置ずれ許容範囲と、ボート 217上の処理済の複数のウェハ 200の位置の測 定値とを比較し、処理済の複数のウエノ、 200が位置ずれ許容範囲を越えて、な、正 常な場合に、次回に CVD処理を実行する未処理の複数のウェハ 200とアウターチュ ーブ 205から取出されたボート 217上の処理済のウエノ、 200は、交換され、再度前述 同様にしてアウターチューブ 205内に上昇され、減圧 CVD処理が成される。

[0075] なお、一例まで、本実施例の処理炉にて処理される処理条件は、 Si N膜の成膜に

おいて、ウェハ温度 770°C、ガス種供給量はジクロロシラン(SiH 2 CI 2 )、 180sccm、ァ ンモ-ァ(NH )、 1800sccm、処理圧力は 55Paである。