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発明の名称 半導体製造装置およびそれを用いた半導体製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−151552
公開日 平成6年(1994)5月31日
出願番号 特願平4−298998
出願日 平成4年(1992)11月10日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 大和
発明者 石川 勝彦 / 田辺 義和
要約 目的
マルチチャンバ装置において、半導体ウエハを外部に取り出すことなく検査可能とする。

構成
半導体集積回路装置の製造工程において用いるマルチチャンバ装置1において、ウエハ搬送チャンバ2の外周に、半導体ウエハの検査を行う機能を有する検査チャンバ8を設け、半導体ウエハに対する処理および検査を一貫して行うことが可能な構造とした。
特許請求の範囲
【請求項1】 半導体ウエハに対して所定の処理を施す複数のプロセスチャンバと、前記プロセスチャンバとは別に1台以上設けられ、かつ、前記半導体ウエハに対して1以上のプロセス評価を行うための検査機能を備える検査チャンバと、前記半導体ウエハを前記プロセスチャンバおよび前記検査チャンバに搬送するための搬送機能を備えるウエハ搬送チャンバとを設けたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項2】 前記検査チャンバにおける検査結果に基づいて、前記半導体ウエハを搬送すべきプロセスチャンバを判断し、かつ、その判断結果を前記ウエハ搬送室の搬送制御部に伝送するとともに、搬送対象のプロセスチャンバにおける半導体ウエハの処理条件を設定し、かつ、その設定結果を搬送対象のプロセスチャンバの処理制御部に伝送するための主制御部を設けたことを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置。
【請求項3】 前記検査チャンバは、半導体装置製造処理に際して外気を遮断し、かつ、チャンバ内を真空または不活性ガス雰囲気とする機構を有することを特徴とする請求項1または2記載の半導体製造装置。
【請求項4】 半導体ウエハに対して所定の処理を施す複数のプロセスチャンバと、前記半導体ウエハを搬送するための搬送機能を備えるウエハ搬送チャンバとを設けた複数の装置本体を、連結チャンバを介して連結するとともに、前記連結チャンバに、前記半導体ウエハに対して1以上のプロセス評価を行うための検査機能を持たせたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項5】 前記半導体装置を用いた半導体製造工程に際して、前記検査チャンバにおける検査結果に基づいて前記半導体ウエハを所定のプロセスチャンバに搬送する工程と、前記検査結果に基づいて前記所定のプロセスチャンバにおいて行うべき処理条件を設定する工程と、前記処理条件に基づいて前記半導体ウエハに対する処理を実行する工程とを有することを特徴とする請求項1,2,3または4記載の半導体製造装置を用いた半導体製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置およびそれを用いた半導体製造技術に関し、装置本体に複数のプロセスチャンバを有するマルチチャンバ装置に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マルチチャンバ装置は、今後の半導体製造装置の発展形態の1つとして、1980年代の後半頃から、国内外の半導体装置メーカから堤案され、製作されている。これは、マルチチャンバ装置が、以下に示すような優れた特徴を有するからである。
【0003】(1)マルチチャンバ装置は、真空または不活性ガス雰囲気中において半導体ウエハの一貫処理を行うことができ、各層の形成に際し外界からの汚染等を防ぐことができるので、半導体集積回路装置の品質の向上および安定化を図ることが可能である。
【0004】(2)マルチチャンバ装置は、装置本体内での一貫処理が可能なので、半導体ウエハを搬送するのに要する時間を短くすることができ、全体として製造時間を短縮することが可能である。
【0005】(3)マルチチャンバ装置は、新プロセスに対応する際、装置全体を新規に製造し直すのではなく、ウエハ搬送室、ロードロック室等は従来のものをそのまま用い、変更を必要とするプロセスチャンバだけを新規に製作し直せば良い。
【0006】このため、新プロセスに対応可能なマルチチャンバ装置を比較的短時間で製造でき、新プロセスの導入に迅速に対応することが可能である。また、新プロセスに対応可能なマルチチャンバ装置の製造費用を比較的低く抑えることができ、新プロセスの導入に比較的安価に対応することが可能である。
【0007】ところで、従来のマルチチャンバ装置は、例えばウエハ搬送チャンバと、その周囲に設置された複数台のプロセスチャンバと、ウエハ搬送チャンバの周囲に各1式ずつ設置されたローダおよびアンローダとから構成されていた。
【0008】ウエハ搬送チャンバは、室内に設置されたウエハ搬送ロボットによって半導体ウエハを所定のプロセスチャンバ等に搬送するための構成部である。プロセスチャンバは、半導体ウエハに対して、例えば薄膜形成等のような所定の処理を施すための構成部である。
【0009】なお、マルチチャンバ装置については、例えば株式会社プレスジャーナル、1990年8月20日発行、「月刊 セミコンダクタワールド(Semiconductor World) 1990年9月号」P103〜P139に記載があり、半導体製造プロセスにおけるマルチチャンバ装置の重要性等について説明されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体集積回路装置の製造プロセスにおいては、半導体集積回路装置の信頼性や歩留りを向上させる等のような観点から製造処理だけでなく検査も行う必要がある。特に、複数台のマルチチャンバ装置を搬送室を介して接続した場合には、一貫処理工程が長くなるので、途中、必ず検査工程が必要になる。
【0011】ところが、上記従来のマルチチャンバ装置においては、装置内に半導体ウエハの検査を行うための検査部を設置することについての考慮がなされていなかった。すなわち、従来のマルチチャンバ装置においては、検査工程をも含めた一貫処理が行えなかった。
【0012】このため、従来は、検査を行う場合、一旦、半導体ウエハをマルチチャンバ装置の外部に取り出さなければならなかった。しかし、そのようにすると、例えば外気によって半導体ウエハが汚染されたり、半導体ウエハ上に自然酸化膜が形成され、膜質が劣化したり、素子を構成する膜の厚さが規定値と異なってしまったりする不具合が生じ、半導体集積回路装置の信頼性および歩留りが低下する問題があった。
【0013】本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その目的は、複数のプロセスチャンバを有する半導体製造装置において、半導体ウエハを外部に取り出すことなく検査することのできる技術を提供することにある。
【0014】本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0015】
【課題を解決するための手段】本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0016】すなわち、請求項1記載の発明は、半導体ウエハに対して所定の処理を施す複数のプロセスチャンバと、前記プロセスチャンバとは別に1台以上設けられ、かつ、前記半導体ウエハに対して1以上のプロセス評価を行うための検査機能を備える検査チャンバと、前記半導体ウエハを前記プロセスチャンバおよび前記検査チャンバに搬送するための搬送機能を備えるウエハ搬送チャンバとを設けた半導体製造装置構造とするものである。
【0017】請求項2記載の発明は、前記検査チャンバにおける検査結果に基づいて、前記半導体ウエハを搬送すべきプロセスチャンバを判断し、かつ、その判断結果を前記ウエハ搬送室の搬送制御部に伝送するとともに、搬送対象のプロセスチャンバにおける半導体ウエハの処理条件を設定し、かつ、その設定結果を搬送対象のプロセスチャンバの処理制御部に伝送するための主制御部を設けた半導体製造装置構造とするものである。
【0018】請求項4記載の発明は、半導体ウエハに対して所定の処理を施す複数のプロセスチャンバと、半導体ウエハを搬送するための搬送機能を備えるウエハ搬送チャンバとを設けた複数の装置本体を、連結チャンバを介して連結するとともに、前記連結チャンバに、前記半導体ウエハに対して1以上のプロセス評価を行うための検査機能を持たせた半導体製造装置構造とするものである。
【0019】
【作用】上記した請求項1記載の発明によれば、複数のプロセスチャンバを有する半導体製造装置において、検査工程をも含めた自動一貫処理が可能となる。すなわち、当該半導体製造装置において、半導体ウエハを外部に取り出すことなく検査することが可能となる。
【0020】上記した請求項2記載の発明によれば、検査工程および検査工程によって判明した誤り部分の修正工程等をも含めた自動一貫処理が可能となる。
【0021】上記した請求項4記載の発明によれば、半導体ウエハを連結チャンバを通じて搬送する際に同時に検査を行うことができるので、連結チャンバに検査機能を持たせない場合に比べて、当該半導体製造装置による半導体集積回路装置の全体としての製造時間を短縮することが可能となる。
【0022】
【実施例1】図1は本発明の一実施例である半導体製造装置の説明図、図2は検査チャンバの説明図、図3は半導体製造方法のフロー図、図4,図6〜図8は所定工程時の半導体製造装置における半導体ウエハの位置と半導体ウエハ断面構造とを示した説明図、図5はプロセスチャンバと搬送チャンバとの間における半導体ウエハの搬送方法の説明図である。
【0023】図1に示す本実施例1のマルチチャンバ装置(半導体製造装置)1は、例えば半導体ウエハ(図1には図示せず)の洗浄、酸化、膜付けおよび検査を連続的に一貫して処理することが可能な構造となっている。
【0024】マルチチャンバ装置1を構成するウエハ搬送チャンバ2の周囲には、ウエハローダ3と、ウエハアンローダ4と、洗浄チャンバ( プロセスチャンバ)5と、酸化チャンバ( プロセスチャンバ)6と、膜付けチャンバ( プロセスチャンバ)7と、検査チャンバ8とが設置されている。
【0025】ウエハ搬送チャンバ2は、半導体ウエハを所定の位置に搬送するための構成部であり、その内部には、半導体ウエハを搬送するための伸縮可能なアーム2aと、半導体ウエハを載置するための試料台2bとが設置されている。
【0026】ウエハ搬送チャンバ2は、アーム制御系2cおよびバルブ開閉制御系2dによって制御されるようになっている。アーム制御系2cおよびバルブ開閉制御系2dは、搬送チャンバ用CPU2eの制御下にある。
【0027】ウエハローダ3は、半導体ウエハをマルチチャンバ装置1内に搬入するための構成部である。ウエハローダ3とウエハ搬送チャンバ2との間にはゲートバルブ3aが設置されている。ウエハローダ3の内部には、試料台3bが設置されている。試料台3b上には、半導体ウエハが載置されるようになっている。
【0028】ウエハローダ3は、試料台制御系3cによって制御されるようになっている。
【0029】試料台制御系3cは半導体ウエハの保持およびウエハ搬送チャンバ2との半導体ウエハの受渡し等を制御するものである。試料台制御系3cは、ウエハローダ用CPU3dの制御下にある。
【0030】ウエハアンローダ4は、半導体ウエハをマルチチャンバ装置1の外部に搬出するための構成部である。ウエハアンローダ4とウエハ搬送チャンバ2との間にはゲートバルブ4aが設置されている。ウエハアンローダ4の内部には、試料台4bが設置されている。試料台4b上には、半導体ウエハが載置されるようになっている。
【0031】ウエハアンローダ4は、試料台制御系4cによって制御されるようになっている。試料台制御系4cは、半導体ウエハの保持およびウエハ搬チャンバ2との半導体ウエハの受渡し等を制御するものである。試料台制御系4cは、ウエハアンローダ用CPU4dの制御下にある。
【0032】洗浄チャンバ5は、半導体ウエハに対して洗浄処理を施すための構成部である。洗浄チャンバ5とウエハ搬送チャンバ2との間にはゲートバルブ5aが設置されている。洗浄チャンバ5の内部には、試料台5bが設置されている。試料台5b上には、半導体ウエハが載置されるようになっている。
【0033】洗浄チャンバ5は、試料台制御系5cおよびプロセス制御系5dによって制御されるようになっている。試料台制御系5cは半導体ウエハの保持およびウエハ搬送チャンバ2との半導体ウエハの受渡し等を制御し、プロセス制御系5dは半導体ウエハを洗浄処理する場合の方法を制御するものである。試料台制御系5cおよびプロセス制御系5dは、洗浄チャンバ用CPU(処理制御部)5eの制御下にある。
【0034】酸化チャンバ6は、半導体ウエハに対して酸化処理を施し、半導体ウエハ上に例えば二酸化ケイ素等のような絶縁膜(図1には図示せず)を形成するための構成部である。酸化チャンバ6とウエハ搬送チャンバ2との間にはゲートバルブ6aが設置されている。酸化チャンバ6の内部には、試料台6bが設置されている。試料台6b上には、半導体ウエハが載置されるようになっている。
【0035】酸化チャンバ6は、試料台制御系6cおよびプロセス制御系6dによって制御されるようになっている。試料台制御系6cは半導体ウエハの保持およびウエハ搬送チャンバ2との半導体ウエハの受渡し等を制御し、プロセス制御系6dは半導体ウエハを酸化処理する場合の方法を制御するものである。試料台制御系6cおよびプロセス制御系6dは、酸化チャンバ用CPU(処理制御部)6eの制御下にある。
【0036】膜付けチャンバ7は、酸化チャンバ6において半導体ウエハ上に形成された絶縁膜上に、例えばポリシリコン等を堆積するための構成部である。膜付けチャンバ7とウエハ搬送チャンバ2との間にはゲートバルブ7aが設置されている。膜付けチャンバ7の内部には、試料台7bが設置されている。試料台7b上には、半導体ウエハが載置されるようになっている。
【0037】膜付けチャンバ7は、試料台制御系7cおよびプロセス制御系7dによって制御されるようになっている。試料台制御系7cは半導体ウエハの保持およびウエハ搬送チャンバ2との半導体ウエハの受渡し等を制御し、プロセス制御系7dは半導体ウエハを膜付け処理する場合の方法を制御するものである。試料台制御系7cおよびプロセス制御系7dは、膜付けチャンバ用CPU(処理制御部)7eの制御下にある。
【0038】検査チャンバ8は、半導体ウエハに対して所定の検査を行う構成部である。すなわち、本実施例1のマルチチャンバ装置1においては、検査をも含めた自動一貫処理が可能な構造となっている。
【0039】検査チャンバ8とウェハ搬送チャンバ2との間にはゲートバルブ8aがあり、検査チャンバ8の内部には、試料台8bが設置されている。試料台8b上には、半導体ウエハが載置されるようになっている。
【0040】検査チャンバ8は、試料台制御系8cおよび検査制御系8dによって制御されるようになっている。試料台制御系8cは半導体ウェハの保持およびウェハ搬送チャンバ2との半導体ウエハの受渡し等を制御し、検査制御系8dは半導体ウエハを検査する場合の方法を制御するものである。また、試料台制御系8cおよび検査制御系8dは、検査チャンバ用CPU8eの制御下にある。
【0041】搬送チャンバ用CPU2e、ウエハローダ用CPU3d、ウエハアンローダ用CPU4d、洗浄チャンバ用CPU5e、酸化チャンバ用CPU6e、膜付けチャンバ用CPU7e、検査チャンバ用CPU8eは、全体制御用CPU(主制御部)9の管理下にある。
【0042】ここで、検査チャンバ8の例を図2に示す。本実施例1においては、検査チャンバ8に、例えば光学式の膜厚測定装置が設置されている。その構成は次の通りである。
【0043】試料台8b上に載置された半導体ウエハ10の上方には、光学系11が設置されている。光学系11は、検査に際し、光学系11の下部に設置された対物レンズ11aを半導体ウエハ10に近接させることが可能なように、高さ方向に上下動可能な状態で設置されている。
【0044】光学系11と検査チャンバ8の内部とは、ベローズ12を介して分離されている。ベローズ12は、その伸縮によって光学系の上下動を吸収するとともに、検査チャンバ8の内部の雰囲気と外部の雰囲気とを遮断する機能を備えている。
【0045】すなわち、本実施例1のマルチチャンバ装置1の検査チャンバ8においては、半導体ウエハ10の周辺を、管理された環境に保ちながら検査することが可能となっている。したがって、検査チャンバ8の内部の雰囲気を真空に保つことも可能であるし、また、窒素(N2)ガスや水素(H2)ガス等のような不活性ガス雰囲気に保つことも可能となっている。
【0046】なお、検査チャンバ8のみならず、搬送チャンバ2および他のプロセスチャンバも必要に応じて室内の雰囲気を窒素ガスや水素ガス等のような不活性ガス雰囲気にすることが可能な構造となっている。
【0047】次に、本実施例1のマルチチャンバ装置1を用いた半導体製造方法を、図3の命令に沿って図1、図4〜図8によって説明する。
【0048】図3は、一例として実行するプロセスフロー図である。このプロセスフローは、図1の全体制御用CPU9によって管理される。したがって、処理は図3のプロセスフローの開始命令(100)から完了命令(110)の命令をもとに実行される。
【0049】そして、それぞれの命令(100〜110)は、その1つ前の命令が終了したという情報を受信した後は、当該命令を自動的に処理し、完了命令(110)を実行するまで続行するものとする。なお、各プロセスチャンバ5〜7は、操作開始時点には使用可能の状態にあり、また、半導体ウエハを処理した後も直に使用可能状態になるものとする。
【0050】まず、図4(a)の左は、半導体ウエハ10が、ウエハローダ3の試料台3bに設置されている状態を示している。図4(a)の右は、その時の半導体ウエハ10の断面図である。
【0051】半導体ウエハ10は、例えばシリコン(Si)単結晶からなる厚い半導体基板からなり、その主面上には薄い自然酸化膜13が形成されている。この状態で、作業者は開始命令を入力することができる。
【0052】命令が入力されると(100)、図1に示した全体制御用CPU9は、図3のプロセスフローに従い、入力が開始命令であるかどうかを判断する。入力が開始命令であるとすると、ウエハロード命令へ進行する。
【0053】全体制御用CPU9は、その信号を図1に示したウエハローダ用CPU3dに送信する。ウエハローダ用CPU3dは、試料台3bにある半導体ウエハ10をウエハ搬送チャンバ2へ送ることができる状態にあることを確認する。確認後、ウエハローダ用CPU3dは、確認信号を全体制御用CPU9に送信する(101)。
【0054】全体制御用CPU9は、ウエハ搬送チャンバ2に、図3のプロセスフローの検査命令を送信する。搬送チャンバ用CPU2eは、ウエハ搬送チャンバ2とウエハローダ3との間でイコライゼーション(等圧化処理)等を実行した後、ゲートバルブ3aを開け、アーム2aをウエハローダ3に入れ、半導体ウエハ10をウエハローダ3の試料台3bからウエハ搬送チャンバ2の試料台2bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ3aを閉じる。
【0055】次に、搬送チャンバ用CPU2eは、検査チャンバ8が使用可能であることを確認した後、ウエハ搬送チャンバ2と検査チャンバ8との間でイコライゼーション等を実行する。続いて、ゲートバルブ5aを開き、アーム2aを検査チャンバ8に入れ、半導体ウエハ10をウエハ搬送チャンバ2の試料台2b上から検査チャンバ8の試料台8b上に移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ8aを閉じる。
【0056】図4(b)の左は、この時のマルチチャンバ装置1内における半導体ウエハの位置(以下、単に装置内ウエハ位置という)を示している。また、図4(b)の右は、この時の半導体ウエハ10の断面構造である。半導体ウエハ10には処理が施されていないので、その構造はその前の工程である図4(a)の右と同等である。
【0057】検査チャンバ8において、検査チャンバ用CPU8eは、図3のプロセスフローの検査命令の時に、半導体ウエハ10が試料台8bに設置されたことを確認する。続いて、対物レンズ14を通して自動焦点合せをした後、光の干渉を利用して半導体ウエハ10上に形成された自然酸化膜13の膜厚を測定する。
【0058】測定後、検査チャンバ用CPU8eは終了信号を全体制御用CPU9に送信する。そして、全体制御用CPU9は、図3のプロセスフローの洗浄命令を実行する。すなわち、全体制御用CPU9は、ウエハ搬送チャンバ2に、図3のプロセスフローの洗浄命令を送信する(103)。すると、以下の動作を開始する。
【0059】まず、搬送チャンバ用CPU2eは、ウエハ搬送チャンバ2と検査チャンバ8との間でイコライゼーション等を実行した後、ゲートバルブ8aを開け、アーム2aを検査チャンバ8に入れ、半導体ウエハ10を試料台8bから試料台2bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ8aを閉じる。
【0060】続いて、搬送チャンバ用CPU2eは、洗浄チャンバ5が使用可能であることを確認した後、ウエハ搬送チャンバ2と洗浄チャンバ5との間でイコライゼーション等を実行する。その後、ゲートバルブ5aを開き、アーム2aを洗浄チャンバ5に入れ、半導体ウエハ10を試料台2bから試料台5bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ5aを閉じる。
【0061】図4(c)の左はこの時の装置内ウエハ位置である。また、図4(c)の右はこの時の半導体ウエハ10の断面図である。半導体ウエハ10には処理が施されていないので、その構造はその前の工程図4(b)の右と同等である。
【0062】ここで、搬送チャンバ2から洗浄チャンバ5に半導体ウエハ10を搬送する時の搬送ロボットの動作を図5(a)〜(C)によって説明する。
【0063】図5(a)は、半導体ウエハ10がウエハ搬送チャンバ2の試料台2b上に載置されている状態を示している。図5(b)は、ウエハ搬送チャンバ2の試料台2b上の半導体ウエハ10が洗浄チャンバ5bに移載される前の状態である。
【0064】試料台2bの上面は、試料台5bの上面よりも△だけ高い位置にある。試料台2bは、試料台5bと交差しない状態で、対応する位置が重なりあうまで移動した後、所定の位置で2△だけ下方に移動する。試料台2b上の半導体ウエハ10は、その途中で試料台8b上に移される。
【0065】図5(c)は、その後、試料台2bが洗浄チャンバ5からウエハ搬送チャンバ2に引出される状態を示している。この後、ウエハ搬送チャンバ2の内部の試料台2bの位置は、図5(a)の状態に回復される。
【0066】洗浄チャンバ5の試料台5bの高さと、検査チャンバ8の高さは同等である。
【0067】したがって、半導体ウエハ10を検査チャンバ8に搬送し試料台8b上に載置することは、半導体ウエハ10を洗浄チャンバ5に搬送し試料台5b上に載置するのと同等の方法で実行することができる。
【0068】続いて、洗浄チャンバ5における洗浄処理およびそれ以降の処理について説明する。
【0069】半導体ウエハ10が洗浄チャンバ5に搬送されると、洗浄チャンバ用CPU5eは、プロセス制御系5dを駆動して所定のウエハ洗浄処理を実行する。図6(a)の左は、この時の装置内ウエハ位置である。また、図6(a)の右が洗浄処理実行後の半導体ウエハ10の状態である。ここでは、図4に示した薄い自然酸化膜13が除去され、半導体ウエハ10は半導体基板のみの状態である。
【0070】ウエハ洗浄処理後、洗浄チャンバ用CPU5eは、終了信号を全体制御用CPU9に送信する。全体制御用CPU9は、終了信号を受信後、図3のプロセスフローの検査命令を実行する(104)。そうすると、以下の動作を開始する。
【0071】まず、搬送チャンバ用CPU2eは、ウエハ搬送チャンバ2と洗浄チャンバ5との間でのイコライゼーション等実行した後、ゲートバルブ5aを開け、アーム2aを洗浄チャンバ5に入れ、半導体ウエハ10を試料台5bから試料台2bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ5aを閉じる。
【0072】続いて、搬送チャンバ用CPU2eは、検査チャンバ8が使用可であることを確認した後、ウエハ搬送チャンバ2と検査チャンバ8との間でイコライゼーション等を実行する。その後、ゲートバルブ8aを開き、アーム2aを洗浄チャンバ5に入れ、半導体ウエハ10を試料台2bから試料台8bに移した後、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ8aを閉じる。
【0073】図6(b)の左はこの時の装置内ウエハ位置である。また、図6(b)の右はこの時のウエハの断面構造である。この場合、ウエハ搬送域の雰囲気は、N2 等のような不活性な雰囲気であるので、半導体ウエハ10には自然酸化膜13は形成されず、その構造はその前の工程の図6(a)の右と同等である。
【0074】次に、検査チャンバ用CPU8eは、前述の検査方法と同様の方法で膜厚を測定する。検査チャンバ制御CPU8eは、膜厚が正常であることを確認した後、終了信号を全体制御用CPU9に送信する。全体制御用CPU9は、終了信号を受信した後、図3のプロセスフローの酸化命令を実行する(105)。そうすると、以下の動作を開始する。
【0075】まず、搬送チャンバ用CPU2eは、ウエハ搬送チャンバ2と検査チャンバ8との間でイコライゼーション等実行した後、ゲートバルブ8aを開け、アーム2aを検査チャンバ8に入れ、半導体ウエハ10を試料台8bから試料台2bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ8aを閉じる。
【0076】続いて、搬送チャンバ制御用CPU2eは、酸化チャンバ6が使用可であることを確認した後、ウエハ搬送チャンバ2と酸化チャンバ6との間でイコライゼーション等を実行する。その後、ゲートバルブ6aを開き、アーム2aを酸化チャンバ6に入れ、半導体ウエハ10を試料台2bから試料台6bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ6aを閉じる。
【0077】図6(c)の左はこの時の装置内ウエハ位置を示している。また、図6(c)の右は半導体ウエハ10の断面構造である。この場合、ウエハ搬送域の雰囲気は、N2 等の不活性な雰囲気とする。このため、半導体ウエハ10に自然酸化膜が形成されず、その構造はその前の工程である図6(b)の右と同等である。
【0078】次に、酸化チャンバ用CPU6eは、プロセス制御系6dを駆動させて所定の酸化処理を実行する。図7(a)の左はこの時の装置内ウエハ位置である。また、図7(a)の右は酸化処理後の半導体ウエハ10の断面構造である。半導体ウエハ10上には、酸化膜14が形成されている。
【0079】酸化チャンバ用CPU6eは、酸化処理が正常に終了したことを確認した後、終了信号を全体制御用CPU9に送信する。終了信号を受信した全体制御用CPU9は、図3のプロセスフローの検査命令(106)を実行する。そうすると、以下の動作を開始する。
【0080】まず、搬送チャンバ用CPU2eは、ウエハ搬送チャンバ2と酸化チャンバ6との間でイコライゼーション等実行した後、ゲートバルブ6aを開け、アーム2aを酸化チャンバ6に入れ、半導体ウエハ10を試料台6bから試料台2bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ6aを閉じる。
【0081】続いて、搬送チャンバ用CPU2eは、検査チャンバ8が使用可能であることを確認した後、ウエハ搬送チャンバ2と検査チャンバ8との間でイコライゼーション等を実行する。その後、ゲートバルブ8aを開き、アーム2aを検査チャンバ8に入れ、半導体ウエハ10を試料台2bから試料台8bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ8aを閉じる。
【0082】図7(b)の左はこの時の装置内ウエハ位置である。また、図7(b)の右は半導体ウエハ10の断面構造である。この場合、ウエハ搬送域の雰囲気は、N2等の不活性な雰囲気とした。このため、半導体ウエハ10には自然酸化膜が形成されず、その構造はその前の工程の図7(a)の右と同等である。したがって、酸化膜14は、厚さおよび質ともに良好なままである。
【0083】次に、検査チャンバ用CPU8eが、前述の検査方法と同様の方法で膜厚を測定する。膜厚が正常であることを確認して、検査チャンバ用CPU8eは、終了信号を全体制御用CPU9に送信する。
【0084】全体制御用CPU9は、終了信号を受信した後、図3のプロセスフローのPoly−Si膜付け命令(107)を実行する。すると、以下の動作を開始する。
【0085】まず、搬送チャンバ用CPU2eは、検査チャンバ8との間でイコライゼーション等を実行した後、ゲートバルブ8aを開け、アーム2aを検査チャンバ8に入れ、半導体ウエハ10を試料台8bから試料台2bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ8aを閉じる。
【0086】続いて、搬送チャンバ用CPU2eは、膜付けチャンバ7が使用可能であることを確認した後、ウエハ搬送チャンバ2と膜付けチャンバ7との間でイコライゼーション等を実行する。その後、ゲートバルブ7aを開き、アーム2aを膜付けチャンバ7に入れ、半導体ウエハ10を試料台2bから試料台7bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ7aを閉じる。
【0087】図7(c)の左はこの時の装置内ウエハ位置である。また、図7(c)の右は半導体ウエハ10の断面構造である。この場合、ウエハ搬送域の雰囲気は、N2等の不活性な雰囲気とした。このため、半導体ウエハ10には自然酸化膜が形成されず、その構造はその前の工程の図7(b)の右と同等である。したがって、酸化膜14は、厚さおよび質ともに良好なままである。
【0088】次に、膜付けチャンバ用CPU7eは、プロセス制御系7dを駆動させて、例えばCVD法等のような所定の成膜処理によって、半導体ウエハ10上にポリシリコン等を堆積する処理を実行する。
【0089】図8(a)の左は、この処理における装置内ウエハ位置である。また、図8(a)の右は、この処理後の半導体ウエハ10の断面構造である。酸化膜14上には、例えばポリシリコンからなる半導体膜15が堆積されている。
【0090】膜付けチャンバ用CPU7eは、膜付け処理が正常に終了したことを確認した後、終了信号を全体制御用CPU9に送信する。全体制御用CPU9は、終了信号を受信した後、図3のプロセスフローの検査命令(108)を実行する。そうすると、以下の動作を開始する。
【0091】まず、搬送チャンバ用CPU2eは、ウエハ搬送チャンバ2と膜付けチャンバ7との間でイコライゼーション等実行した後、ゲートバルブ7aを開け、アーム2aを膜付けチャンバ7に入れ、半導体ウエハ10を試料台7bから試料台2bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ7aを閉じる。
【0092】続いて、搬送チャンバ用CPU2eは、検査チャンバ8が使用可能であることを確認した後、ウエハ搬送チャンバ2と検査チャンバ8との間でイコライゼーション等を実行する。
【0093】その後、ゲートバルブ8aを開き、アーム2aを検査チャンバ8に入れ、半導体ウエハ10を試料台2bから試料台8bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ8aを閉じる。図8(b)の左はこの時の装置内ウエハ位置である。また、図8(b)の右は半導体ウエハ10の断面構造である。この場合の構造も、同様に図8(a)の右と同等である。
【0094】次に、検査チャンバ用CPU8eは、前述の検査方法と同様の方法で膜厚を測定する。検査チャンバ用CPU8eは、膜厚が正常であることを確認した後、終了信号を全体制御用CPU9に送信する。終了信号を受信した全体制御用CPU9は、図3のプロセスフローのウエハアンロード命令(109)を実行する。そうすると、以下の動作を開始する。
【0095】まず、搬送チャンバ用CPU2eは、ウエハ搬送チャンバ2と検査チャンバ8との間でイコライゼーション等を実行した後、ゲートバルブ8aを開け、アーム2aを検査チャンバ8に入れ、半導体ウエハ10を試料台8bから試料台2bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ8aを閉じる。
【0096】続いて、搬送チャンバ用CPU2eは、ウエハアンローダ4に半導体ウエハ10を移動可能であることを確認した後、ウエハ搬送チャンバ2とウエハアンローダ4との間でイコライゼーション等を実行する。
【0097】その後、ゲートバルブ4aを開き、アーム2aをウエハアンローダ4に入れ、半導体ウエハ10を試料台2bから試料台4bに移し、アーム2aを引き抜き、ゲートバルブ4aを閉じる。
【0098】図8(c)の左はこの時の装置内ウエハ位置である。また、図8(c)の右は半導体ウエハ10の断面構造である。なお、必要に応じてイコライゼーション等を省略することは可能である。
【0099】以上のようにした後、終了信号を受信した全体制御用CPU9は、図3のプロセスフローの完了命令を実行し(110)、一貫処理を終了する。
【0100】このように、本実施例1によれば、マルチチャンバ装置1に検査チャンバ8を設けたことにより、製造プロセスのみならず、検査をも含めた一貫処理が可能となる。すなわち、製造プロセスおよび検査を、不活性雰囲気に制御した条件下で行うことが可能となる。したがって、半導体ウエハ10が、検査に際して外部汚染を受けるのを防止することが可能となる。
【0101】このため、検査の際に、例えば半導体ウエハ10上に自然酸化膜が形成されるのを防止することが可能となる。したがって、膜厚精度の高い、しかも良質の酸化膜14を、半導体ウエハ10上に形成することが可能となる。この結果、半導体集積回路装置の信頼性および歩留りを向上させることが可能となる。
【0102】
【実施例2】図9は本発明の他の実施例である半導体製造方法を示すフロー図である。
【0103】以下、本実施例2の半導体製造方法を、図9のフローに沿って説明する。なお、本実施例2のマルチチャンバ装置は、前記実施例1と同一構造なので、本実施例2の説明においても図1,図2,図4〜図8を用いることとする。
【0104】まず、洗浄チャンバ5において、半導体ウエハ10上に形成された自然酸化膜13を除去する(201)。
【0105】続いて、検査チャンバ8において、自然酸化膜13が除去されていることを確認する(202)。この時、自然酸化膜13が残っていれば、残りの自然酸化膜13を除去できる洗浄時間を算出した後、その算出された条件に従って再度洗浄処理を行うことによって自然酸化膜13を除去する。この手順を繰返して、半導体ウエハ10上の自然酸化膜13を全て除去する(203)。
【0106】次いで、酸化チャンバ6において、所定の厚さの酸化膜14を形成する(204)。続いて、検査チャンバ8において、その酸化膜14の膜厚を検査する(205)。ここで、この時に測定された酸化膜14の膜厚の結果によって、3つの分岐ができる。
【0107】第1に、酸化膜厚が規格内の時には、それで当該作業を終了する(206,207)。
【0108】第2に、酸化膜厚が規格値よりも大きい時には、検査チャンバ用CPU8eが、当該膜厚と規格値との差を求めて(208)、その差をゼロにする洗浄条件を計算する(209)。洗浄チャンバCPU5eは、その条件に従って洗浄を行い(210)、終了後、もとのフローに戻す。
【0109】第3に、酸化膜厚が規格値よりも小さい時には、検査チャンバ用CPU8eが、当該膜厚と規格値との差を求め(211)、現状の膜厚にさらにその厚さを追加して酸化するのに必要な酸化条件を計算する(212)。酸化チャンバ用CPU6eは、その条件に従って酸化処理を行い(213)、終了後、もとのフローに戻す。
【0110】このように、本実施例2においては、上述のフローを繰り返すことにより、自然酸化膜の無い状態で、しかも膜厚を高精度に制御した状態で、酸化膜14を半導体ウエハ10上に形成することが可能となる。したがって、半導体集積回路装置の信頼性および歩留りをさらに向上させることが可能となる。
【0111】
【実施例3】図10は本発明の他の実施例である半導体製造装置の説明図である。
【0112】本実施例3においては、図10に示すように、例えば2台のマルチチャンバ装置(半導体製造装置)1a,1bが、連結チャンバ16を介して機械的に接続されている。
【0113】一方のマルチチャンバ装置1aは、ウエハ搬送チャンバ2、ウエハローダ3、ウエハアンローダ4、洗浄チャンバ5、酸化チャンバ6、膜付けチャンバ7および連結チャンバ16によって構成されている。
【0114】また、他方のマルチチャンバ装置1bは、ウエハ搬送チャンバ2の周りに、5台のプロセスチャンバ17a〜17eが設置され、さらに、連結チャンバ16が設置されている。
【0115】連結チャンバ16は、マルチチャンバ装置1a,1b間の半導体ウエハの搬送経路となるとともに、半導体ウエハに対して所定の検査を行うための検査機能を備えている。すなわち、本実施例3においては、半導体ウエハをマルチチャンバ装置1a,1b間に搬送する間に同時に半導体ウエハに対して検査を行うことが可能となっている。
【0116】このように本実施例3によれば、以下の効果を得ることが可能となる。
【0117】(1).連結チャンバ16に検査機能を持たせたことにより、半導体ウエハ10の搬送工程中に検査を行うことができるので、連結チャンバに検査機能を持たせない場合に比べて、当該半導体製造装置による半導体集積回路装置の全体としての製造時間を短縮することが可能となる。すなわち、信頼性の高い半導体集積回路装置を短時間で製造することが可能となる。
【0118】(2).連結チャンバ16に検査機能を持たせたことにより、検査チャンバを別に設けないで済む分、当該半導体製造装置全体のチャンバ数を低減することが可能となる。
【0119】
【実施例4】図11は本発明の他の実施例である半導体製造装置の説明図である。
【0120】本実施例4の半導体製造装置は、バッチ処理対応のマルチチャンバ装置1である。この場合は、前記図1のマルチチャンバ装置1と以下の点で異なる。
【0121】本実施例4のマルチチャンバ装置1の場合には、バッチ処理を行うので、複数枚の半導体ウエハを一次保管する場所が必要である。
【0122】そこで、1つのプロセスチャンバ接続面に、検査チャンバ8で検査を行う半導体ウエハを一時的に保管しておくためのウエハ保管チャンバ18が設置されている。
【0123】このウエハ保管チャンバ18は、保管チャンバ用制御系18aによって管理されるようになっている。保管チャンバ用制御系18aは、検査チャンバ用CPU8eによって制御されるようになっている。これにより、複数枚の半導体ウエハに対しての検査が可能となっている。
【0124】また、本実施例4においては、ウエハ搬送チャンバ2の外周に、ローダ・アンローダ19が設置されている。ローダ・アンローダ19は、ローダ機能とアンローダ機能とを一体的に有する機構部である。これにより、チャンバ数を減らすことが可能となっている。
【0125】ローダ・アンローダ19の構要素は、ウエハローダ等と同等である。すなわち、ウエハ搬送チャンバ2との間に設置されたゲートバルブ19aと、ローダ・アンローダ19内に設置された試料台19bと、試料台19bを制御するための試料台制御系19cと、プロセス制御系19dと、ローダ・アンローダ用CPU19eとを有している。
【0126】本実施例4によれば、複数枚の半導体ウエハを処理する場合においても、前記実施例1,2と同様の効果を得ることが可能となる。
【0127】以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例1〜4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種々変更可能であることはいうまでもない。
【0128】例えば前記実施例1〜4においては、検査チャンバに光学方式を用いた膜厚測定装置を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば電子光学方式を用いた顕微鏡を設けても良い。この例を図12に示す。
【0129】この電子線方式の検査チャンバ8は、基本的には、真空雰囲気内に、電子光学系20、半導体ウエハ10、検査チャンバ用試料台8bが設置されるようになっている。真空雰囲気は、真空排気部21によって維持されるようになっている。
【0130】ウエハ搬送チャンバ2と検査チャンバ8の間には、検査チャンバ用のゲートバルブ8aが設置されている。これを閉じることにより検査チャンバ8は閉じた系になるので、この系を真空にすることが可能になっている。
【0131】また、前記実施例1〜4においては、マルチチャンバ装置に洗浄、成膜および検査用のチャンバを設けて、洗浄、成膜および膜厚測定等を一貫して行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々のプロセスに適用可能であり、例えばマルチャンバ装置に洗浄、配線形成、成膜および検査用のチャンバを設けて、洗浄、配線形成、配線パターンの良否判定検査および成膜処理等の一連の処理を一貫して行うようにしても良い。
【0132】また、そのマルチチャンバ装置に、例えば配線修正用チャンバを設けることにより、検査用チャンバにおいて断線または短絡不良が発見された際に、その検査結果のデータを配線修正用チャンバに伝送し、その検査データに従って配線修正用チャンバにおいて配線の修正を行うようにしても良い。
【0133】この場合、半導体ウエハを配線修正に際して外部に取り出さなくて済むので、配線修正処理に際して、配線上に自然酸化膜が形成される等の不良モードを無くすことができる。したがって、半導体集積回路装置の信頼性および歩留りを向上させることが可能となる。
【0134】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【0135】(1).請求項1記載の発明によれば、複数のプロセスチャンバを有する半導体製造装置において、検査工程をも含めた自動一貫処理が可能となる。すなわち、当該半導体製造装置において、半導体ウエハを外部に取り出すことなく検査することが可能となる。
【0136】したがって、検査に際して半導体ウエハを取り出したことに起因する汚染や膜厚の変化および膜質の劣化等を防止することができるので、半導体集積回路装置の信頼性および歩留りを向上させることが可能となる。
【0137】(2).請求項2記載の発明によれば、検査工程および検査工程によって判明した誤り部分の修正工程等をも含めた自動一貫処理が可能となる。
【0138】(3).請求項4記載の発明によれば、半導体ウエハを連結チャンバを通じて搬送する際に同時に検査を行うことができるので、連結チャンバに検査機能を持たせない場合に比べて、当該半導体製造装置による半導体集積回路装置の全体としての製造時間を短縮することが可能となる。すなわち、信頼性の高い半導体集積回路装置を短時間で製造することが可能となる。




 

 


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