JP2010028023A - Environment monitoring method - Google Patents

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充明 堀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and speedily grasp change in manufacture environment of a semiconductor device. <P>SOLUTION: A silicon wafer is left in a monitor environment, for example, in a manufacturing device, a clean room, etc., as it is for a certain time and the film thickness of an oxide film formed on a silicon wafer surface meanwhile is found (steps S1 to S4). Then an increment in the film thickness in the leaving time is compared with a threshold of an increment in film thickness allowed in a normal monitoring environment; when the threshold is exceeded, it is determined that the monitoring environment is abnormal, and qualitative analysis and quantitative analysis of the silicon wafer are made to examine the cause of the abnormality (steps S5, S6). Change of the monitoring environment can easily and speedily be grasped by using the increment in film thickness of the oxide film formed on the silicon wafer. Further, only when the abnormality is found, detailed analysis is made to lower the analytic cost. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、環境モニタ方法に関し、特に、半導体装置の製造環境をモニタする環境モニタ方法に関する。   The present invention relates to an environment monitoring method, and more particularly to an environment monitoring method for monitoring a manufacturing environment of a semiconductor device.

半導体装置製造においては、製品歩留まりに大きく影響し得る製造装置内部やクリーンルーム内の環境を、一定の基準内で清浄に保つことが重要である。
従来、半導体装置の製造分野では、その製造環境をモニタする方法がいくつか提案されている。例えば、洗浄液等の液体中に含まれる汚染物質の分析に関し、フッ酸等で処理した後のシリコンウェーハを分析対象の液体中に浸漬し、引き上げたシリコンウェーハ表面の付着物質の分析によってその液体中の汚染物質を分析する方法が提案されている(特許文献1参照)。また、シリコンウェーハをアニオン溶液に浸漬してその表面にアニオン基を導入し、それをモニタ環境下に置き、静電引力で付着した金属汚染物質を分析することによって、そのモニタ環境の汚染度を評価する方法等も提案されている(特許文献2参照)。また、シリコンウェーハ表面にクリーンルーム大気を強制的に送り込み、その表面にクリーンルーム大気に含まれる汚染物質を多量に短時間で付着させることで、分析の高感度化と時間短縮を図る試み等も行われている(特許文献3参照)。
In semiconductor device manufacturing, it is important to keep the environment inside the manufacturing apparatus and the clean room, which can greatly affect the product yield, within a certain standard.
Conventionally, in the field of manufacturing semiconductor devices, several methods for monitoring the manufacturing environment have been proposed. For example, regarding the analysis of contaminants contained in a liquid such as a cleaning solution, a silicon wafer that has been treated with hydrofluoric acid or the like is immersed in the liquid to be analyzed, and the surface of the silicon wafer that has been pulled up is analyzed by analyzing the adhered substances. A method for analyzing the pollutants is proposed (see Patent Document 1). In addition, a silicon wafer is immersed in an anion solution to introduce an anionic group on the surface, and it is placed in a monitor environment. By analyzing the metal contaminants attached by electrostatic attraction, the contamination level of the monitor environment is improved. A method for evaluation has also been proposed (see Patent Document 2). In addition, attempts have been made to increase the sensitivity and shorten the analysis time by forcibly sending clean room air to the silicon wafer surface and attaching a large amount of contaminants contained in the clean room air to the surface in a short time. (See Patent Document 3).

シリコンウェーハ表面の付着物質の分析方法としては、例えば、その付着物質が金属である場合、プラズマ発光質量分析(ICP−MS)法を用いることが知られている。このほか、アルミニウム以外の元素に対して好適な全反射傾向X線分析(TXRF)法、シリコンウェーハに付着した汚染物質を熱処理によって拡散させた後に行うマイクロ波光導電減衰(μ−PCD)法や表面光電圧(SPV)法等も知られている。また、付着物質が有機物である場合、その分析方法としては、加熱脱離ガスクロマトグラフ質量分析(TD−GC−MS)法、ウェーハ加熱脱離ガスクロマトグラフ質量分析(WTD−GC−MS)法等が知られている。
特開平11−248693号公報 特開平10−31009号公報 特開2000−28596号公報
As a method for analyzing the adhered substance on the silicon wafer surface, for example, when the adhered substance is a metal, it is known to use a plasma emission mass spectrometry (ICP-MS) method. In addition, a total reflection tendency X-ray analysis (TXRF) method suitable for elements other than aluminum, a microwave photoconductive decay (μ-PCD) method and surface light performed after diffusing contaminants attached to a silicon wafer by heat treatment A voltage (SPV) method and the like are also known. When the adhering substance is an organic substance, the analysis method includes a thermal desorption gas chromatograph mass spectrometry (TD-GC-MS) method, a wafer thermal desorption gas chromatograph mass spectrometry (WTD-GC-MS) method, and the like. Are known.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-248893 Japanese Patent Laid-Open No. 10-31009 JP 2000-28596 A

しかし、半導体装置製造に利用される液体や空間等の環境をモニタするために、汚染物質をシリコンウェーハ表面に付着させてそれを分析しようとする場合、その分析には、長時間を要したり、多くの工数が必要になったりする。さらに、分析に高額の費用がかかってしまう場合がある。   However, in order to monitor the environment such as liquids and spaces used in semiconductor device manufacturing, if a contaminant is attached to the surface of the silicon wafer and analyzed, the analysis takes a long time. A lot of man-hours are required. In addition, the analysis can be expensive.

半導体装置を安定して製造するためには、製造装置内部やクリーンルーム内の環境を定期的にモニタする必要があるが、分析に要する時間、工数、費用等の面で、分析を頻繁に行うことが難しい場合がある。また、分析の時間や工程が長かったり、分析の頻度が少なかったりすると、分析結果の製造ラインへのフィードバックが遅れ、製造装置内部やクリーンルーム内の環境の変化を迅速に把握することも難しくなる。   In order to manufacture semiconductor devices stably, it is necessary to monitor the environment inside the manufacturing equipment and clean room regularly. However, analysis is frequently performed in terms of time, man-hours, cost, etc. required for analysis. May be difficult. In addition, if the analysis time and process are long or the frequency of analysis is low, feedback of analysis results to the production line is delayed, and it is difficult to quickly grasp changes in the environment inside the manufacturing apparatus and clean room.

このような点に鑑み、半導体装置の製造環境の変化を簡便かつ迅速に把握することのできる環境モニタ方法を提供することを目的とする。   In view of these points, an object of the present invention is to provide an environment monitoring method capable of easily and quickly grasping a change in the manufacturing environment of a semiconductor device.

上記課題を解決するために、次のような環境モニタ方法が提供される。この環境モニタ方法は、ウェーハをモニタ環境下に一定時間放置する工程、及び放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程を有する。   In order to solve the above problems, the following environmental monitoring method is provided. This environmental monitoring method includes a step of leaving a wafer in a monitoring environment for a certain period of time and a step of obtaining the thickness of an oxide film formed on the wafer surface by leaving it to stand.

この環境モニタ方法では、ウェーハがモニタ環境下に一定時間放置され、その放置によってウェーハ表面に形成される酸化膜の膜厚が求められる。   In this environmental monitoring method, a wafer is left in a monitoring environment for a certain period of time, and the film thickness of an oxide film formed on the wafer surface is determined by being left as it is.

開示の環境モニタ方法によれば、モニタ環境の変化を簡便かつ迅速に把握することが可能になる。   According to the disclosed environment monitoring method, it is possible to easily and quickly grasp changes in the monitoring environment.

以下、図面を参照して詳細に説明する。
図1は環境モニタ方法のフローの一例を示す図である。
ここでは、半導体製造装置内やクリーンルーム内等の環境モニタに、シリコンウェーハを用いる。環境モニタを行うに当たっては、まず、その環境モニタ用のシリコンウェーハに対し、酸化膜の膜厚測定を実施する(ステップS1)。この膜厚測定には、例えば、光学的に膜厚を測定するエリプソメータを用いる。
Hereinafter, it will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a flow of an environment monitoring method.
Here, a silicon wafer is used for environmental monitoring in a semiconductor manufacturing apparatus, a clean room, or the like. In performing environmental monitoring, first, the film thickness of the oxide film is measured for the silicon wafer for environmental monitoring (step S1). For this film thickness measurement, for example, an ellipsometer that optically measures the film thickness is used.

そして、このステップS1の酸化膜の膜厚測定後、そのシリコンウェーハを半導体製造装置内やクリーンルーム内等のモニタ環境下に一定時間放置する(ステップS2)。放置されたシリコンウェーハには、そのモニタ環境の大気等により、放置時間に応じた膜厚で、酸化膜(有機物が含有或いは付着した酸化膜を含む)が形成される。なお、この酸化膜の形成挙動の詳細については後述する。   Then, after measuring the thickness of the oxide film in step S1, the silicon wafer is left for a certain period of time in a monitoring environment such as a semiconductor manufacturing apparatus or a clean room (step S2). On the left silicon wafer, an oxide film (including an oxide film containing or adhering an organic substance) is formed with a film thickness corresponding to the leaving time due to the atmosphere of the monitoring environment. The details of the formation behavior of the oxide film will be described later.

シリコンウェーハをモニタ環境下に一定時間放置した後は、その放置後のシリコンウェーハについて、上記同様エリプソメータを用い、酸化膜の膜厚測定を実施する(ステップS3)。   After the silicon wafer is left in the monitor environment for a certain period of time, the film thickness of the oxide film is measured using the ellipsometer in the same manner as described above for the silicon wafer after being left (step S3).

このステップS3の酸化膜の膜厚測定後は、この膜厚測定結果と、上記ステップS1の膜厚測定結果との差分、即ち、モニタ環境下での放置の間にシリコンウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚(膜厚増加量)を求める(ステップS4)。   After the film thickness measurement of the oxide film in step S3, the difference between the film thickness measurement result and the film thickness measurement result in step S1, that is, formed on the silicon wafer surface during standing in the monitor environment. The thickness of the oxide film (thickness increase amount) is obtained (step S4).

次いで、このステップS4で求められた放置の間の膜厚増加量を用い、そのモニタ環境が正常な状態にあるか否かの判定を行う(ステップS5)。モニタ環境が正常か否かの判定は、放置の間の膜厚増加量を、予め設定された、そのモニタ環境で許容される膜厚増加量の閾値と比較することによって行う。   Next, it is determined whether or not the monitor environment is in a normal state by using the film thickness increase amount during the standing determined in step S4 (step S5). The determination of whether or not the monitor environment is normal is performed by comparing the film thickness increase amount while the monitor environment is left with a preset threshold value of the film thickness increase amount allowed in the monitor environment.

例えば、正常な状態のモニタ環境について、シリコンウェーハの放置時間とその放置の間の膜厚増加量との関係を予め取得しておく。そして、ステップS1〜S4の処理で実際に得られた一定放置時間での膜厚増加量が、予め取得した関係における、同じ放置時間での膜厚増加量と同じかそれを下回る場合には、そのモニタ環境が正常な状態にあると判定する。また、上回る場合には、そのモニタ環境が異常な状態にあると判定する。   For example, in a normal monitoring environment, the relationship between the silicon wafer leaving time and the increase in film thickness during that time is acquired in advance. And, when the film thickness increase amount in the constant standing time actually obtained in the processing of steps S1 to S4 is the same as or less than the film thickness increase amount in the same leaving time in the relationship acquired in advance, It is determined that the monitor environment is in a normal state. If it exceeds, it is determined that the monitor environment is in an abnormal state.

このような実測値と閾値との比較により、モニタ環境が正常な状態にあると判定された場合には、環境モニタの処理を終了する。その後は、同じ又は異なるシリコンウェーハを用い、そのモニタ環境について、引き続きステップS1以降の処理を実施すればよい。   If it is determined that the monitor environment is in a normal state based on the comparison between the actually measured value and the threshold value, the environment monitor process is terminated. Thereafter, the same or different silicon wafers are used, and the processing after step S1 may be continuously performed for the monitor environment.

また、実測値と閾値との比較により、モニタ環境が異常な状態にあると判定された場合には、その実測に用いたシリコンウェーハについて、それに付着している物質の定性分析や定量分析を実施し、その異常の原因を調査する(ステップS6)。   In addition, if it is determined that the monitoring environment is in an abnormal state by comparing the measured value with the threshold value, qualitative analysis and quantitative analysis of the substance attached to the silicon wafer used for the actual measurement is performed. Then, the cause of the abnormality is investigated (step S6).

以上のような処理を、モニタすべき各モニタ環境について、それぞれ実施することができる。
続いて、上記のような環境モニタ方法に用いるシリコンウェーハについて説明する。
The above processing can be performed for each monitoring environment to be monitored.
Next, a silicon wafer used in the above environment monitoring method will be described.

環境モニタ用のシリコンウェーハとしては、その表面に予め酸化膜(自然酸化膜のほか意図的に形成した酸化膜を含む)が形成されているもの、或いはその表面に存在している酸化膜の全部又は一部を除去したものを用いることができる。環境モニタ用にいずれの形態のシリコンウェーハを用いる場合にも、ステップS1〜S6の流れに従って環境モニタを実施することができる。   As an environmental monitoring silicon wafer, an oxide film (including an oxide film intentionally formed in addition to a natural oxide film) is formed on the surface of the silicon wafer, or all oxide films existing on the surface of the silicon wafer. Alternatively, a part of which is removed can be used. Regardless of the type of silicon wafer used for environmental monitoring, environmental monitoring can be carried out according to the flow of steps S1 to S6.

なお、環境モニタ用に酸化膜を除去したシリコンウェーハを用いる場合、ステップS1の酸化膜の膜厚測定は、必ずしも実施することを要しない。このようにステップS1の酸化膜の膜厚測定を実施しない場合には、ステップS4の酸化膜の膜厚測定で得られた結果を、そのモニタ環境下での放置の間にシリコンウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚(膜厚増加量)とみなせばよい。   When a silicon wafer from which the oxide film is removed is used for environmental monitoring, the film thickness measurement of the oxide film in step S1 is not necessarily performed. When the oxide film thickness measurement in step S1 is not performed as described above, the result obtained by the oxide film thickness measurement in step S4 is formed on the surface of the silicon wafer while being left in the monitor environment. It can be regarded as the thickness of the oxide film (amount of increase in film thickness).

シリコンウェーハの酸化膜除去は、例えば、水素雰囲気での熱処理により行うことができる。このような水素雰囲気での熱処理を行うことにより、シリコンウェーハ表面の酸化膜が還元して除去され、さらに、そのシリコンウェーハ表面のシリコン結晶が水素原子により終端(水素終端)されるようになる。熱処理は、例えば、水素20Torr(1Torr=133.322Pa)、1000℃、10秒の条件にて行うことができる。熱処理条件は、その熱処理前のシリコンウェーハ表面に存在する酸化膜の膜厚(初期膜厚)等に応じ、適宜調整される。   The removal of the oxide film from the silicon wafer can be performed, for example, by a heat treatment in a hydrogen atmosphere. By performing the heat treatment in such a hydrogen atmosphere, the oxide film on the silicon wafer surface is reduced and removed, and the silicon crystal on the silicon wafer surface is terminated by hydrogen atoms (hydrogen termination). The heat treatment can be performed, for example, under conditions of hydrogen 20 Torr (1 Torr = 133.322 Pa), 1000 ° C., and 10 seconds. The heat treatment conditions are appropriately adjusted according to the thickness (initial film thickness) of the oxide film existing on the surface of the silicon wafer before the heat treatment.

水素雰囲気での熱処理を行ったシリコンウェーハでは、エリプソメータにより酸化膜の膜厚測定を実施すると、その膜厚値として概ね0.05nm未満の値が得られる。水素雰囲気での熱処理を行ったシリコンウェーハでは、極小の膜厚値を安定して示し、また、異なるシリコンウェーハ間で得られる膜厚値のばらつきも少ないことから、上記のように、ステップS1の膜厚測定を実施しないようにすることも可能になる。   In a silicon wafer that has been heat-treated in a hydrogen atmosphere, when the thickness of the oxide film is measured with an ellipsometer, a value of approximately less than 0.05 nm is obtained as the thickness value. In the silicon wafer subjected to the heat treatment in the hydrogen atmosphere, the minimum film thickness value is stably shown, and the variation in the film thickness value obtained between different silicon wafers is small. It is also possible not to perform film thickness measurement.

ここで、水素雰囲気での熱処理の有無と、それによるその後のシリコンウェーハ表面の酸化膜形成挙動の違いを検討した結果について述べる。
まず、シリコンウェーハ表面の酸化膜の膜厚が異なる4種類のサンプルa,b,c,dを用意した。
Here, the result of examining the presence or absence of heat treatment in a hydrogen atmosphere and the difference in the subsequent oxide film formation behavior on the silicon wafer surface will be described.
First, four types of samples a, b, c and d having different oxide film thicknesses on the silicon wafer surface were prepared.

サンプルaは、20Torrの水素(残りは不活性ガス)を含む雰囲気中、1000℃、10秒の条件で熱処理を行い、酸化膜を還元除去したシリコンウェーハである。なお、この熱処理後にエリプソメータで測定したサンプルaの酸化膜の初期膜厚は、0.01nmであった。   Sample a is a silicon wafer in which an oxide film is reduced and removed by performing a heat treatment at 1000 ° C. for 10 seconds in an atmosphere containing 20 Torr of hydrogen (the rest is an inert gas). In addition, the initial film thickness of the oxide film of the sample a measured with the ellipsometer after this heat processing was 0.01 nm.

サンプルbは、5Torrの酸素(残りは不活性ガス)を含む雰囲気中、900℃、50秒の条件で熱処理を行い、表面に初期膜厚1.0nm(エリプソメータで測定)の酸化膜(熱酸化膜)を形成したシリコンウェーハである。   Sample b was heat-treated in an atmosphere containing 5 Torr of oxygen (the rest being an inert gas) at 900 ° C. for 50 seconds, and an oxide film (thermal oxidation) having an initial film thickness of 1.0 nm (measured with an ellipsometer) on the surface. This is a silicon wafer on which a film is formed.

サンプルcは、760Torrの酸素雰囲気中、900℃、8秒の条件で熱処理を行い、表面に初期膜厚1.7nm(エリプソメータで測定)の酸化膜を形成したシリコンウェーハである。   Sample c is a silicon wafer having an oxide film with an initial film thickness of 1.7 nm (measured with an ellipsometer) formed on the surface by heat treatment in an oxygen atmosphere of 760 Torr at 900 ° C. for 8 seconds.

サンプルdは、酸素と水素を8Torr含む(残りは不活性ガス)混合雰囲気中、850℃、30秒の条件で熱処理を行い、表面に初期膜厚3.2nm(エリプソメータで測定)の酸化膜を形成したシリコンウェーハである。   Sample d is heat-treated at 850 ° C. for 30 seconds in a mixed atmosphere containing oxygen and hydrogen at 8 Torr (the rest is an inert gas), and an oxide film with an initial film thickness of 3.2 nm (measured with an ellipsometer) is formed on the surface. It is the formed silicon wafer.

なお、サンプルa,b,c,dのエリプソメータによる酸化膜の膜厚測定は、波長633nmのヘリウム−ネオンレーザを用い、酸化膜の屈折率は1.462で固定とした。
このようなサンプルa,b,c,dをそれぞれ、次のような3種類の異なるモニタ環境x,y,zに一定時間放置した。
In addition, the thickness measurement of the oxide film by the ellipsometer of samples a, b, c, and d was performed using a helium-neon laser having a wavelength of 633 nm, and the refractive index of the oxide film was fixed at 1.462.
Such samples a, b, c, and d were left for a certain period of time in three different monitor environments x, y, and z as follows.

モニタ環境xは、SEMI(Semiconductor Equipment and Materials Institute)規格に準拠したシリコンウェーハ搬送用の容器である、密閉性に優れたFOUP(Front Opening Universal Pod)内である。サンプルa,b,c,dのシリコンウェーハはそれぞれ、密閉状態のFOUP内に一定時間放置した。   The monitor environment x is in a FOUP (Front Opening Universal Pod) excellent in airtightness, which is a container for transporting silicon wafers compliant with SEMI (Semiconductor Equipment and Materials Institute) standards. The silicon wafers of samples a, b, c, and d were each left for a certain time in a sealed FOUP.

モニタ環境yは、半導体装置の製造が行われるクリーンルームの出入口付近である。サンプルa,b,c,dのシリコンウェーハはそれぞれ、開放状態のFOUP内に配置し、クリーンルーム出入口付近に一定時間放置した。   The monitor environment y is near the entrance of a clean room where semiconductor devices are manufactured. The silicon wafers of samples a, b, c, and d were each placed in an open FOUP and left for a certain period of time near the clean room entrance.

モニタ環境zは、半導体装置の製造が行われるクリーンルームの中央部付近である。サンプルa,b,c,dのシリコンウェーハはそれぞれ、開放状態のFOUP内に配置し、クリーンルーム中央部付近に一定時間放置した。   The monitor environment z is near the center of a clean room where semiconductor devices are manufactured. The silicon wafers of samples a, b, c, and d were each placed in an open FOUP and left in the vicinity of the center of the clean room for a certain period of time.

なお、サンプルa,b,c,dを放置した期間で平均すると、湿度についてはモニタ環境y,zで有意差は認められなかった。温度についてはモニタ環境yがモニタ環境zよりも0.3℃程度高くなった。   When the samples a, b, c, and d were averaged over a period of time, no significant difference was observed in the monitor environments y and z with respect to humidity. Regarding the temperature, the monitor environment y was higher by about 0.3 ° C. than the monitor environment z.

このようなモニタ環境x,y,zにサンプルa,b,c,dをそれぞれ放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を、次の図2〜図5に示す。
図2はサンプルaをモニタ環境x,y,zに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。図3はサンプルbをモニタ環境x,y,zに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。図4はサンプルcをモニタ環境x,y,zに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。図5はサンプルdをモニタ環境x,y,zに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。
The following FIGS. 2 to 5 show the relationship between the standing time and the amount of increase in the thickness of the oxide film when the samples a, b, c, and d are left in such monitor environments x, y, and z, respectively.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the standing time when the sample a is left in the monitor environment x, y, z and the film thickness increase amount of the oxide film. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the standing time when the sample b is left in the monitor environment x, y, z and the amount of increase in the thickness of the oxide film. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the standing time when the sample c is left in the monitor environment x, y, z and the amount of increase in the thickness of the oxide film. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the standing time when the sample d is left in the monitor environment x, y, z and the amount of increase in the thickness of the oxide film.

まず、図3〜図5より、それぞれ初期膜厚が1.0nm,1.7nm,3.2nmの酸化膜を形成したサンプルb,c,dのいずれの場合も、モニタ環境x,zに比べて、外気の流出入の影響を受けやすいモニタ環境yでの膜厚増加量が大きくなる。FOUP内のモニタ環境xとクリーンルーム中央部付近のモニタ環境zとの間では、膜厚増加量について有意な差は認められない。   First, as shown in FIGS. 3 to 5, the samples b, c, and d each having an oxide film having an initial film thickness of 1.0 nm, 1.7 nm, and 3.2 nm are compared with the monitor environments x and z. Thus, the amount of increase in the film thickness in the monitor environment y that is easily affected by the inflow and outflow of outside air increases. There is no significant difference in film thickness increase between the monitor environment x in the FOUP and the monitor environment z near the center of the clean room.

これらのサンプルb,c,dでは、モニタ環境x,y,zのいずれの場合にも、放置時間が短い領域において、酸化膜の膜厚増加が急速である。その後、酸化膜の膜厚増加の速度は低下し、24時間程度からほぼ飽和する傾向にある。   In these samples b, c, and d, in any of the monitor environments x, y, and z, the thickness of the oxide film is rapidly increased in the region where the leaving time is short. Thereafter, the rate of increase in the thickness of the oxide film decreases and tends to be saturated from about 24 hours.

予め酸化膜が形成されているサンプルb,c,dでは、その酸化膜の初期膜厚によらず、図3〜図5に示したように、放置時間の経過に伴う酸化膜の膜厚増加傾向は認められる。但し、モニタ環境x,zのように、異なるモニタ環境の間で、酸化膜の膜厚増加挙動に有意差を見出すことができない場合がある。   In samples b, c, and d in which an oxide film is formed in advance, as shown in FIGS. 3 to 5, the oxide film thickness increases as the standing time elapses regardless of the initial film thickness of the oxide film. There is a trend. However, as in the monitor environments x and z, there may be a case where a significant difference cannot be found in the film thickness increase behavior of the oxide film between different monitor environments.

一方、図2に示すように、予め水素雰囲気での熱処理を行っているサンプルaの場合には、モニタ環境x,y,zのいずれの場合にも、放置時間の経過に伴って酸化膜の膜厚増加量が線形的に増加していく傾向が認められる。このように、サンプルaでの酸化膜の膜厚増加傾向は、図3〜図5に示したサンプルb,c,dでの酸化膜の膜厚増加傾向とは明らかに異なっている。サンプルaでは、水素雰囲気での熱処理により、シリコンウェーハ表面から酸化膜が還元除去され、さらに、その表面が水素終端されるために、シリコン結晶終端の水素と大気中の酸素との置換に時間を要し、放置したときの急激な酸化が抑えられているものと考えられる。   On the other hand, as shown in FIG. 2, in the case of the sample a that has been previously heat-treated in a hydrogen atmosphere, the oxide film changes with the passage of the standing time in any of the monitor environments x, y, and z. There is a tendency for the film thickness increase to increase linearly. Thus, the tendency of the oxide film thickness increase in sample a is clearly different from the tendency of the oxide film thickness increase in samples b, c, and d shown in FIGS. In sample a, the oxide film is reduced and removed from the surface of the silicon wafer by heat treatment in a hydrogen atmosphere. Further, since the surface is hydrogen-terminated, it takes time to replace hydrogen at the silicon crystal end with oxygen in the atmosphere. In short, it is considered that rapid oxidation when left untreated is suppressed.

さらに、サンプルaでは、放置時間に対する酸化膜の膜厚増加量が、外気の流出入の影響を受けやすいクリーンルーム出入口付近のモニタ環境yで最も大きくなり、次いでクリーンルーム中央部付近のモニタ環境zで大きく、FOUP内のモニタ環境xで最も小さくなる。このように、サンプルaを用いた場合、異なるモニタ環境x,y,zの酸化膜の膜厚増加量を有意差として区別することができる。サンプルaでは、モニタ環境x,y,zによる酸化膜の膜厚増加量の違いが明確に現れ、予め酸化膜が形成されているサンプルb,c,dでは不明であったモニタ環境x,zの間の膜厚増加量の違いも明確に現れるようになる。   Further, in sample a, the amount of increase in the thickness of the oxide film with respect to the standing time becomes the largest in the monitor environment y near the clean room entrance and exit which is easily affected by the outside air flow, and then increases in the monitor environment z near the center of the clean room. The monitor environment x in the FOUP is the smallest. As described above, when the sample a is used, the amount of increase in the thickness of the oxide film in different monitor environments x, y, and z can be distinguished as a significant difference. In the sample a, the difference in the increase in the thickness of the oxide film due to the monitor environments x, y, and z clearly appears, and the monitor environments x, z that were unknown in the samples b, c, and d in which the oxide films are formed in advance. The difference in the amount of increase in film thickness clearly appears.

環境モニタの際、水素雰囲気で熱処理を行ったシリコンウェーハのサンプルaを用いることにより、異なるモニタ環境x,y,zごとに、放置時間と酸化膜の膜厚増加量との適正な関係を取得することができる。従って、各モニタ環境x,y,zについて、一定時間の放置の結果形成される酸化膜の膜厚(膜厚増加量)から、それぞれの状態の変化をより適正に評価することが可能になる。   When monitoring the environment, by using a sample a of a silicon wafer that has been heat-treated in a hydrogen atmosphere, an appropriate relationship between the standing time and the increase in the thickness of the oxide film is obtained for each of the different monitoring environments x, y, and z. can do. Therefore, for each monitor environment x, y, z, it is possible to more appropriately evaluate the change in each state from the thickness (thickness increase amount) of the oxide film formed as a result of leaving for a certain period of time. .

なお、環境モニタにサンプルb,c,dを用いても、一定のモニタ環境については、その状態の変化を評価することが可能である。
続いて、サンプルa,b,c,dについてXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)測定を行った結果について述べる。
Even if the samples b, c, and d are used for the environment monitor, it is possible to evaluate the change in the state of a certain monitor environment.
Next, the results of XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) measurement on samples a, b, c, and d will be described.

図6はXPS測定結果を示す図である。
XPS測定では、サンプルa,b,c,d表面に所定エネルギーのX線を照射して発生する光電子を検出することで、サンプルa,b,c,dの構成元素とその電子状態を分析する。シリコンウェーハのシリコンの2p軌道から発生する光電子(低結合エネルギー側(Si−Si結合)のピーク)と、酸化膜のシリコンの2p軌道から発生する光電子(高結合エネルギー側(Si−O結合)のピーク)との強度比からは、酸化膜の膜厚を推定することができる。
FIG. 6 is a diagram showing the results of XPS measurement.
In XPS measurement, constituent elements and their electronic states of samples a, b, c, and d are analyzed by detecting photoelectrons generated by irradiating the surfaces of samples a, b, c, and d with X-rays having a predetermined energy. . Photoelectrons (low bond energy side (Si-Si bond) peak) generated from silicon 2p orbit of silicon wafer and photoelectrons (high bond energy side (Si-O bond) generated from silicon 2p orbit of oxide film) The film thickness of the oxide film can be estimated from the intensity ratio with respect to the peak.

図7はサンプルbのXPS測定結果から得られた酸化膜の膜厚とエリプソメータで測定された酸化膜の膜厚との比較を示す図である。また、図8はサンプルcのXPS測定結果から得られた酸化膜の膜厚とエリプソメータで測定された酸化膜の膜厚との比較を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing a comparison between the thickness of the oxide film obtained from the XPS measurement result of sample b and the thickness of the oxide film measured by an ellipsometer. FIG. 8 is a diagram showing a comparison between the thickness of the oxide film obtained from the XPS measurement result of sample c and the thickness of the oxide film measured by an ellipsometer.

なお、XPS測定及びエリプソメータによる膜厚測定は、各モニタ環境x,y,zに一定時間放置した複数のサンプルb,cについて実施している。図7及び図8には、それぞれの測定の結果得られた膜厚の平均値(Ave(エリプソメータ),Ave(XPS))、最大値(Max(エリプソメータ),Max(XPS))、最小値(Min(エリプソメータ),Min(XPS))を示している。   Note that the XPS measurement and the film thickness measurement using an ellipsometer are performed on a plurality of samples b and c that are left in each monitor environment x, y, and z for a certain period of time. 7 and 8, the average values (Ave (ellipsometer), Ave (XPS)), maximum values (Max (ellipsometer), Max (XPS)), and minimum values (Max) obtained as a result of each measurement are shown. Min (ellipsometer), Min (XPS)).

サンプルb,cでは、上記の図3及び図4に示したエリプソメータによる酸化膜の膜厚測定結果によれば、モニタ環境x,y,zのうち、モニタ環境yで最も酸化膜の膜厚が厚くなる傾向が見られた。しかし、図7及び図8に示す測定結果からは、酸化膜の膜厚測定について、エリプソメータ測定により得られる酸化膜の膜厚とXPS測定結果から得られる酸化膜の膜厚との間に明確な相関は認められない。   In samples b and c, according to the result of measuring the thickness of the oxide film by the ellipsometer shown in FIGS. 3 and 4, the oxide film thickness is the most in the monitor environment y among the monitor environments x, y, and z. There was a tendency to become thicker. However, from the measurement results shown in FIG. 7 and FIG. 8, regarding the thickness measurement of the oxide film, it is clear between the thickness of the oxide film obtained by ellipsometer measurement and the thickness of the oxide film obtained from the XPS measurement result. There is no correlation.

一般に、シリコンウェーハ表面の極薄膜を大気に曝し酸化膜をエリプソメータで測定すると、0.005nm/h程度の割合で膜厚増加が観測される。この増加は、初期膜厚のほか、シリコンウェーハの放置環境にも依存する。放置環境に影響する因子としては、温度、湿度、無機・有機汚染物質等が考えられる。この増加量の大部分は、100℃程度の熱をかけたり、レーザ照射を行ったりすると無くなるので、有機物の影響が大きいと認識されている。上記のXPS測定は、Si−Si結合ピークとSi−O結合ピークの強度比から酸化膜の膜厚を推定するため、その膜厚値にそのような有機物の存在が加味されない。一方、エリプソメータによる酸化膜の膜厚測定では、光学的に膜厚を測定する手法であるため、そのような有機物の存在も加味された酸化膜の膜厚値が得られる。このような点が、XPS測定とエリプソメータ測定で得られる膜厚とが一致しない原因のひとつになっていると考えられる。   Generally, when an ultrathin film on the surface of a silicon wafer is exposed to the atmosphere and the oxide film is measured with an ellipsometer, an increase in film thickness is observed at a rate of about 0.005 nm / h. This increase depends on the initial film thickness as well as the environment in which the silicon wafer is left. Factors that affect the neglected environment include temperature, humidity, and inorganic and organic pollutants. Most of this increase is lost when heat of about 100 ° C. is applied or laser irradiation is performed, and it is recognized that the influence of organic matter is great. In the XPS measurement described above, since the thickness of the oxide film is estimated from the intensity ratio of the Si—Si bond peak and the Si—O bond peak, the presence of such organic substances is not taken into account for the film thickness value. On the other hand, the measurement of the thickness of the oxide film using an ellipsometer is a technique for optically measuring the thickness of the oxide film, and therefore the thickness value of the oxide film can be obtained in consideration of the presence of such organic substances. Such a point is considered to be one of the reasons why the film thickness obtained by XPS measurement and ellipsometer measurement do not match.

このような放置後のシリコンウェーハ表面における有機物の存在を考慮し、同様にXPS測定により、サンプルa,b,c,dの炭素の存在比率を求めた。
図9はXPS測定結果の一例を示す図である。また、図10はサンプルa,b,c,dの炭素の存在比率を示す図である。
Considering the presence of organic substances on the surface of the silicon wafer after being left as such, the carbon abundance ratios of samples a, b, c and d were similarly determined by XPS measurement.
FIG. 9 is a diagram showing an example of the XPS measurement result. Moreover, FIG. 10 is a figure which shows the carbon abundance ratio of sample a, b, c, d.

図9に示すように、所定のサンプルにX線を照射したときに炭素の1s軌道から発生する光電子の強度は、そのサンプルにおける炭素の存在比率(1.6atom%,4.5atom%)によって変化する。   As shown in FIG. 9, the intensity of photoelectrons generated from the 1s orbit of carbon when a predetermined sample is irradiated with X-rays varies depending on the abundance of carbon in the sample (1.6 atom%, 4.5 atom%). To do.

この図9のような知見から、XPS測定によれば、炭素の1s軌道から発生する光電子の強度に基づき、サンプルa,b,c,dの炭素存在比率を求めることができる。求めたサンプルa,b,c,dの炭素存在比率を図10に示す。炭素存在比率は、サンプルa,b,c,dの構成元素がシリコン、酸素、炭素の3種類であるとして求めている。   From the knowledge shown in FIG. 9, according to the XPS measurement, the carbon abundance ratio of the samples a, b, c, and d can be obtained based on the intensity of photoelectrons generated from the carbon 1s orbital. FIG. 10 shows the carbon abundance ratios of the obtained samples a, b, c, and d. The carbon abundance ratio is obtained on the assumption that the constituent elements of the samples a, b, c, and d are three kinds of silicon, oxygen, and carbon.

図10に示すように、放置後のサンプルa,b,c,dについて、含有される炭素は、XPS測定によって検出することができる。図10より、サンプルa,b,c,dそれぞれの炭素存在比率は、モニタ環境xで最も低く、次いでモニタ環境z、そしてモニタ環境yで最も高くなる傾向が認められた。特に、その傾向はサンプルaで顕著に現れている。サンプルaでは、放置による膜厚増加量が最も大きいモニタ環境yで明らかに炭素存在比率が高くなっており、その膜厚増加には、酸化のほか、有機物の付着も影響していると言うことができる。   As shown in FIG. 10, the contained carbon can be detected by XPS measurement for samples a, b, c, and d after standing. From FIG. 10, it was recognized that the carbon abundance ratios of the samples a, b, c, and d tend to be the lowest in the monitor environment x, and then the highest in the monitor environment z and the monitor environment y. In particular, the tendency is prominent in sample a. In sample a, the carbon abundance ratio is clearly high in the monitor environment y where the amount of increase in film thickness due to standing is the largest, and the increase in film thickness is affected by the adhesion of organic substances in addition to oxidation. Can do.

なお、この図10に示す炭素の存在比率は、絶対量でないため、酸化膜の膜厚が厚くなると、より薄い酸化膜と同量の炭素が含まれていたとしても、その炭素の存在比率は低くなる。その点で、予め酸化膜が形成されているサンプルb,c,dでは、放置によって付着した炭素の存在を見落としてしまうおそれがあることに留意する必要がある。サンプルaは、水素雰囲気での熱処理を行って酸化膜を還元除去しているため、その後の放置で付着した炭素の存在をXPS測定で検出しやすいと言える。   Since the carbon abundance ratio shown in FIG. 10 is not an absolute amount, when the thickness of the oxide film is increased, even if the same amount of carbon as the thinner oxide film is included, the abundance ratio of the carbon is Lower. In this regard, it should be noted that the samples b, c, and d in which an oxide film is formed in advance may overlook the presence of carbon adhering to the samples. Since sample a is heat-treated in a hydrogen atmosphere to reduce and remove the oxide film, it can be said that it is easy to detect the presence of carbon adhering to the sample a by XPS measurement.

このように、XPS測定では、付着物の同定はできないものの、有機物の存在の可能性については評価することができる。但し、酸化膜の膜厚によっては精度良く評価することが難しくなる。また、有機物の存在を考慮して酸化膜の膜厚、さらには放置による膜厚増加量を求めることも難しい。   As described above, the XPS measurement cannot identify the deposit, but can evaluate the possibility of the presence of the organic substance. However, depending on the thickness of the oxide film, it is difficult to accurately evaluate. In addition, it is difficult to obtain the thickness of the oxide film, and further the amount of increase in film thickness due to leaving it in consideration of the presence of organic matter.

一方、酸化膜のエリプソメータによる光学的な膜厚測定では、酸化膜の膜厚や付着している有機物の存在も含めて、簡便に膜厚増加量を求めることができる。エリプソメータによる膜厚測定は、有機物を含み得るモニタ環境の変化を、そのモニタ環境へのシリコンウェーハの放置による酸化膜の膜厚増加量によって把握しようとするときに用いる手法として好適である。   On the other hand, in the optical film thickness measurement of an oxide film using an ellipsometer, the amount of increase in film thickness can be easily determined including the film thickness of the oxide film and the presence of attached organic matter. The film thickness measurement by an ellipsometer is suitable as a technique used when trying to grasp the change in the monitor environment that may contain organic substances by the increase in the thickness of the oxide film caused by leaving the silicon wafer in the monitor environment.

以上説明したように、モニタ環境に放置したシリコンウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚増加量を光学的な膜厚測定によって求めることにより、そのモニタ環境の状態の変化を簡便にかつ適正に把握することができる。環境モニタ用のシリコンウェーハとしては、モニタ環境によらず、水素雰囲気での熱処理を行ったものが好適であるが、予め酸化膜が形成されているシリコンウェーハによっても、一定のモニタ環境では、その状態の変化を把握することが可能である。   As explained above, by determining the increase in the thickness of the oxide film formed on the surface of the silicon wafer left in the monitor environment by optical film thickness measurement, it is possible to easily and appropriately change the monitor environment state. I can grasp it. As a silicon wafer for environmental monitoring, a silicon wafer that has been heat-treated in a hydrogen atmosphere is suitable regardless of the monitoring environment, but even with a silicon wafer on which an oxide film has been formed in advance, It is possible to grasp the change of the state.

このようにシリコンウェーハを用いた簡便な環境モニタを行うことで、モニタ環境の異常の有無を迅速に把握し、その対策を講じることが可能になる。そして、モニタ環境の異常が見つかったときに、定性分析や定量分析等、より詳細な分析を行うようにすることで、分析コストを抑えることも可能になる。   By performing simple environmental monitoring using a silicon wafer in this way, it is possible to quickly grasp the presence or absence of abnormality in the monitoring environment and take countermeasures. When an abnormality in the monitor environment is found, analysis costs can be reduced by performing more detailed analysis such as qualitative analysis and quantitative analysis.

なお、分析には、上記のようなXPS測定のほか、様々な手法を用いることが可能である。例えば、金属元素を特定するための分析方法としては、ICP−MS法、TXRF法、μ−PCD法、SPV法等を挙げることができる。また、有機物を特定するための分析方法としては、TD−GC−MS法、WTD−GC−MS法等を挙げることができる。   In addition to the XPS measurement as described above, various methods can be used for the analysis. For example, as an analysis method for specifying a metal element, an ICP-MS method, a TXRF method, a μ-PCD method, an SPV method, and the like can be given. Examples of the analysis method for specifying the organic substance include a TD-GC-MS method and a WTD-GC-MS method.

次に、上記のような環境モニタ方法の適用例について説明する。
図11は半導体製造装置の一例の構成概略図である。
図11に示す半導体製造装置10は、クリーンルーム内に設置される。この半導体製造装置10は、ウェーハ待機・移載部11、フィルタ設置部12、処理チャンバ13及びFOUP設置部14を有している。
Next, an application example of the environment monitoring method as described above will be described.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an example of a semiconductor manufacturing apparatus.
A semiconductor manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 11 is installed in a clean room. The semiconductor manufacturing apparatus 10 includes a wafer standby / transfer unit 11, a filter installation unit 12, a processing chamber 13, and a FOUP installation unit 14.

ウェーハ待機・移載部11は、FOUP設置部14の近傍、及び処理チャンバ13との間に、それぞれシャッタ11a,11bを備えている。ウェーハ待機・移載部11は、そのシャッタ11aの部分に、ウェーハWが収納されたFOUP20が接続可能になっている。ウェーハ待機・移載部11には、FOUP20と接続され、FOUP20のシャッタ20a及びウェーハ待機・移載部11のシャッタ11aが開けられているときに、FOUP20との間でロボットアーム(図示せず)によりウェーハWの出し入れが行われるようになっている。   The wafer standby / transfer unit 11 includes shutters 11 a and 11 b in the vicinity of the FOUP installation unit 14 and between the processing chamber 13. The wafer standby / transfer unit 11 can be connected to the shutter 11a of the FOUP 20 in which the wafer W is stored. The wafer standby / transfer unit 11 is connected to the FOUP 20, and a robot arm (not shown) is connected to the FOUP 20 when the shutter 20a of the FOUP 20 and the shutter 11a of the wafer standby / transfer unit 11 are opened. Thus, the wafer W is taken in and out.

ウェーハ待機・移載部11は、大気圧であり、パーティクル除去フィルタ(図示せず)を備えたフィルタ設置部12を介して、クリーンルーム大気がダウンフローで流れ込むようになっている。   The wafer standby / transfer section 11 is at atmospheric pressure, and clean room air flows in a down flow through a filter installation section 12 having a particle removal filter (not shown).

処理チャンバ13は、ウェーハ待機・移載部11のシャッタ11bが開けられているときに、ウェーハ待機・移載部11との間でロボットアームによりウェーハWの出し入れが行われるようになっている。   When the shutter 11b of the wafer standby / transfer unit 11 is opened, the processing chamber 13 is configured so that the wafer W can be taken in and out with the wafer standby / transfer unit 11 by a robot arm.

このような構成を有する半導体製造装置10によるウェーハWの処理の際には、まず、FOUP設置部14に設置されたFOUP20がウェーハ待機・移載部11に接続され、シャッタ11a,20aが開けられる。そして、そのFOUP20から所定スロットのウェーハWがロボットアームによりウェーハ待機・移載部11へと搬送される。その後、シャッタ11bが開けられ、ウェーハWは、さらにロボットアームにより処理チャンバ13へと搬送され、シャッタ11bが閉じられた後、そこで処理が行われる。処理後のウェーハWは、シャッタ11bが開けられた後、ロボットアームによりFOUP20の元のスロットに戻される。このようにして、FOUP20内のウェーハWについて、次々と処理が行われる。なお、FOUP20内の全ウェーハWの処理後は、シャッタ11a,20aが閉じられ、FOUP20はシャッタ20aが閉じられた状態で次工程へと搬送される。   When processing the wafer W by the semiconductor manufacturing apparatus 10 having such a configuration, first, the FOUP 20 installed in the FOUP installation unit 14 is connected to the wafer standby / transfer unit 11 and the shutters 11a and 20a are opened. . Then, the wafer W in a predetermined slot is transferred from the FOUP 20 to the wafer standby / transfer unit 11 by the robot arm. Thereafter, the shutter 11b is opened, and the wafer W is further transferred to the processing chamber 13 by the robot arm. After the shutter 11b is closed, processing is performed there. The processed wafer W is returned to the original slot of the FOUP 20 by the robot arm after the shutter 11b is opened. In this way, the wafers W in the FOUP 20 are processed one after another. After the processing of all the wafers W in the FOUP 20, the shutters 11a and 20a are closed, and the FOUP 20 is transferred to the next process with the shutter 20a closed.

このような半導体製造装置10において、まず、そのフィルタ設置部12に、パーティクル除去フィルタと共に、ケミカルフィルタを設けた場合の効果について調査した。
ここでは、膜厚1.24nmの酸化膜を形成したシリコンウェーハを用い、このシリコンウェーハを、フィルタ設置部12にケミカルフィルタを設けなかった場合と設けた場合のウェーハ待機・移載部11にそれぞれ一定時間放置した。一定時間放置の後、放置したシリコンウェーハ面内の異なる9箇所について酸化膜の膜厚測定を実施した。結果を次の図12に示す。
In such a semiconductor manufacturing apparatus 10, first, the effect of providing a chemical filter together with a particle removal filter in the filter installation unit 12 was investigated.
Here, a silicon wafer having an oxide film with a thickness of 1.24 nm is used, and this silicon wafer is respectively used for the wafer standby / transfer section 11 when the chemical filter is not provided in the filter installation section 12 and when the chemical filter is provided. Left for a certain time. After standing for a certain period of time, the film thickness of the oxide film was measured at nine different locations on the left silicon wafer surface. The results are shown in FIG.

図12は酸化膜の膜厚の経時変化を示す図である。図12には、測定した膜厚の平均値(Ave)、最大値(Max)、最小値(Min)を示している。
フィルタ設置部12にケミカルフィルタを設けなかった場合には、ウェーハWのウェーハ待機・移載部11への120分の放置で、0.12nmの酸化膜の膜厚増加が認められた。一方、フィルタ設置部12にケミカルフィルタを設けた場合には、ウェーハWのウェーハ待機・移載部11への120分の放置でも酸化膜の膜厚増加は0.02nm程度であり、膜厚増加量は約1/6に低減された。
FIG. 12 is a diagram showing the change over time of the thickness of the oxide film. FIG. 12 shows the average value (Ave), maximum value (Max), and minimum value (Min) of the measured film thickness.
In the case where no chemical filter was provided in the filter installation unit 12, an increase in the thickness of the oxide film of 0.12 nm was observed when the wafer W was left in the wafer standby / transfer unit 11 for 120 minutes. On the other hand, when a chemical filter is provided in the filter installation unit 12, the increase in the thickness of the oxide film is about 0.02 nm even if the wafer W is left in the wafer standby / transfer unit 11 for 120 minutes. The amount was reduced to about 1/6.

このように、ケミカルフィルタは、ウェーハWの酸化抑制に効果的であるということができる。
但し、このようなケミカルフィルタは、その設置環境にもよるが、そのフィルタ性能が設置後から次第に劣化していき、一定レベルのフィルタ性能を確保するためには、一般的にその寿命は2年程度とされている。半導体製造装置10において、設置したケミカルフィルタの劣化が進むと、ウェーハ待機・移載部11のウェーハWや、ウェーハ待機・移載部11と連通しているFOUP20内のウェーハWが酸化し、処理チャンバ13で所望の処理が行えないといったことが起こり得る。また、処理チャンバ13で処理後のウェーハWがFOUP20に戻された後に酸化してしまうといったことも起こり得る。
Thus, it can be said that the chemical filter is effective in suppressing oxidation of the wafer W.
However, such a chemical filter depends on its installation environment, but its filter performance gradually deteriorates after installation. In order to ensure a certain level of filter performance, its lifetime is generally 2 years. It is said to be about. In the semiconductor manufacturing apparatus 10, when the installed chemical filter deteriorates, the wafer W in the wafer standby / transfer unit 11 and the wafer W in the FOUP 20 communicating with the wafer standby / transfer unit 11 are oxidized and processed. It is possible that a desired process cannot be performed in the chamber 13. In addition, the wafer W after processing in the processing chamber 13 may be oxidized after being returned to the FOUP 20.

そこで、このようなケミカルフィルタの劣化がウェーハ待機・移載部11内の環境に及ぼす影響について検討した。
まず、半導体製造装置10を用い、フィルタ設置部12に設置から2年経過したケミカルフィルタを設けている場合と、設置から半年未満のケミカルフィルタを設けている場合のそれぞれについて、25枚のシリコンウェーハの水素雰囲気での熱処理を連続的に行った。
Therefore, the influence of such deterioration of the chemical filter on the environment in the wafer standby / transfer unit 11 was examined.
First, using the semiconductor manufacturing apparatus 10, 25 silicon wafers are provided for each of the case where a chemical filter that has been installed for two years is provided in the filter installation unit 12 and the case where a chemical filter that is less than half a year has been provided. Heat treatment in a hydrogen atmosphere was continuously performed.

即ち、まず、25枚のシリコンウェーハを収納したFOUP20をウェーハ待機・移載部11に接続し、シャッタ11a,20aを開ける。そのFOUP20から、所定スロットのシリコンウェーハを、ウェーハ待機・移載部11、処理チャンバ13へと順に搬送し、そこで水素雰囲気での熱処理を行う。そして、その熱処理後のシリコンウェーハを、処理チャンバ13からFOUP20の元のスロットへと搬送する。次いで、FOUP20内の別のスロットのシリコンウェーハについて、同様に水素雰囲気での熱処理を行い、熱処理後は、そのシリコンウェーハを元のスロットに戻す。このようにして、FOUP20内のシリコンウェーハについて、次々と水素雰囲気での熱処理を行っていき、全シリコンウェーハの熱処理後、シャッタ11a,20aを閉じる。   That is, first, the FOUP 20 containing 25 silicon wafers is connected to the wafer standby / transfer unit 11 and the shutters 11a and 20a are opened. From the FOUP 20, a silicon wafer in a predetermined slot is sequentially transferred to the wafer standby / transfer unit 11 and the processing chamber 13, where heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere. Then, the heat-treated silicon wafer is transferred from the processing chamber 13 to the original slot of the FOUP 20. Next, the silicon wafer in another slot in the FOUP 20 is similarly heat-treated in a hydrogen atmosphere, and after the heat treatment, the silicon wafer is returned to the original slot. In this way, the silicon wafers in the FOUP 20 are successively heat-treated in a hydrogen atmosphere, and after all the silicon wafers are heat-treated, the shutters 11a and 20a are closed.

この熱処理の間、ウェーハ待機・移載部11にはフィルタ設置部12を介してクリーンルームの大気が流入している。そして、上記のような手順で熱処理を行った場合には、その熱処理の順番が早かったシリコンウェーハほど、クリーンルームの大気が流入するウェーハ待機・移載部11と連通状態にあるFOUP20内に長く放置されることになる。   During this heat treatment, the air in the clean room flows into the wafer standby / transfer unit 11 via the filter installation unit 12. When heat treatment is performed according to the procedure described above, the silicon wafers with earlier heat treatment order are left longer in the FOUP 20 in communication with the wafer standby / transfer unit 11 into which the clean room air flows. Will be.

上記のような25枚のシリコンウェーハの熱処理には、103分程度を要した。そして、25枚のシリコンウェーハの熱処理を行った後、直ちにシリコンウェーハの酸化膜の膜厚測定を実施した。膜厚測定は、熱処理の順番が1〜5,10,15,20,22〜25番目だったシリコンウェーハについて実施した。また、各シリコンウェーハについて、その面内の異なる9箇所の膜厚測定を実施した。結果を次の図13に示す。   The heat treatment of the 25 silicon wafers as described above took about 103 minutes. And after heat-processing 25 silicon wafers, the film thickness measurement of the oxide film of the silicon wafer was implemented immediately. Film thickness measurement was performed on silicon wafers in which the order of heat treatment was 1 to 5, 10, 15, 20, 22 to 25th. Moreover, about each silicon wafer, the film thickness measurement of nine different places in the surface was implemented. The results are shown in FIG.

図13は膜厚測定結果を示す図である。図13には、半導体製造装置10のケミカルフィルタが設置から半年未満の場合と2年経過している場合のそれぞれの熱処理後に測定した膜厚の平均値(Ave(半年未満),Ave(2年経過))、最大値(Max(半年未満),Max(2年経過))、最小値(Min(半年未満),Min(2年経過))を示している。   FIG. 13 is a diagram showing the results of film thickness measurement. FIG. 13 shows the average values (Ave (less than half a year), Ave (two years) of the film thickness measured after each heat treatment when the chemical filter of the semiconductor manufacturing apparatus 10 is less than half a year and two years have passed since installation. Progress)), maximum values (Max (less than half a year), Max (elapsed two years)), and minimum values (Min (less than half a year), Min (elapsed two years)).

図13より、フィルタ設置部12に設置から2年経過したケミカルフィルタを設けている半導体製造装置10を用いた場合には、水素雰囲気での熱処理の順番が早かったものほど酸化膜の膜厚が厚くなる傾向が認められる。これは、設置から2年経過したケミカルフィルタでは、そのフィルタ性能が劣化しており、さらに、上記のように熱処理の順番が早かったシリコンウェーハほどクリーンルーム大気に長く曝されるようになるためである。   From FIG. 13, when the semiconductor manufacturing apparatus 10 provided with a chemical filter that has been installed for two years in the filter installation part 12 is used, the film thickness of the oxide film increases as the heat treatment order in the hydrogen atmosphere becomes earlier. A tendency to thicken is observed. This is because the filter performance of a chemical filter that has been installed for two years has deteriorated, and moreover, silicon wafers with earlier heat treatment orders as described above will be exposed to the clean room atmosphere longer. .

一方、図13より、フィルタ設置部12に設置から半年未満のケミカルフィルタを設けている半導体製造装置10を用いた場合には、熱処理の順番と酸化膜の膜厚との間に、一定の傾向は認められない。ケミカルフィルタが一定レベルのフィルタ性能を維持していれば、熱処理の順番が早かったシリコンウェーハでも、ケミカルフィルタを通過したクリーンルーム大気に多少曝されても、酸化膜の形成は抑えられるようになる。   On the other hand, as shown in FIG. 13, in the case where the semiconductor manufacturing apparatus 10 provided with a chemical filter of less than half a year from the installation in the filter installation unit 12, there is a certain tendency between the order of the heat treatment and the film thickness of the oxide film. It is not allowed. If the chemical filter maintains a certain level of filter performance, the formation of an oxide film can be suppressed even if a silicon wafer that has been subjected to the heat treatment in an early order is exposed to the clean room atmosphere that has passed through the chemical filter.

なお、図13に示したように、いずれのケミカルフィルタを用いた場合にも、熱処理の順番が遅かったシリコンウェーハの酸化膜の膜厚は同程度であることから、この熱処理による還元能力の差は同程度であるということができる。   Note that, as shown in FIG. 13, the film thickness of the oxide film of the silicon wafer that was delayed in the heat treatment sequence was the same regardless of which chemical filter was used. Can be said to be comparable.

このように、ケミカルフィルタの劣化は、ウェーハ待機・移載部11内の環境を変化させる。換言すれば、ウェーハ待機・移載部11内の環境の変化をモニタすることにより、フィルタ設置部12のケミカルフィルタが劣化しているか否かを評価することが可能になる。   Thus, the deterioration of the chemical filter changes the environment in the wafer standby / transfer unit 11. In other words, it is possible to evaluate whether or not the chemical filter of the filter installation unit 12 has deteriorated by monitoring the environmental change in the wafer standby / transfer unit 11.

例えば、半導体製造装置10がウェーハWに対して成膜処理等の所定の処理を行うものである場合、モニタ環境であるウェーハ待機・移載部11内の適当な場所に、水素雰囲気で熱処理を行ったシリコンウェーハを環境モニタ用に配置しておく。例えば、横置きに、即ちフィルタ設置部12からのクリーンルーム大気がそのシリコンウェーハ表面に概ね法線方向から衝突するような位置に、配置する。そして、所定の日数、月数、年数、或いは所定の処理回数等、一定時間の経過(放置)後に、そのシリコンウェーハの酸化膜の膜厚測定を実施し、その一定時間での膜厚増加量を求め、その膜厚増加量に基づいてケミカルフィルタの劣化の程度を評価する。   For example, when the semiconductor manufacturing apparatus 10 performs a predetermined process such as a film forming process on the wafer W, a heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at an appropriate place in the wafer standby / transfer unit 11 which is a monitor environment. The performed silicon wafer is placed for environmental monitoring. For example, it is arranged horizontally, that is, at a position where the clean room air from the filter installation unit 12 collides with the silicon wafer surface from the normal direction. Then, after a predetermined time, such as a predetermined number of days, months, years, or a predetermined number of treatments, the film thickness of the oxide film of the silicon wafer is measured, and the amount of increase in film thickness over the predetermined time And the degree of deterioration of the chemical filter is evaluated based on the amount of increase in the film thickness.

評価にあたっては、例えば、図13のようなデータや、図2のような放置時間と膜厚増加量との関係等を用い、ケミカルフィルタが一定レベルのフィルタ性能を維持している場合に一定時間の放置で許容される酸化膜の膜厚増加量の値(閾値)を予め設定しておく。そして、ウェーハ待機・移載部11内に設置して一定時間経過後のシリコンウェーハについて実測した酸化膜の膜厚増加量を、予め設定した膜厚増加量の閾値と比較する。膜厚増加量の実測値が閾値を上回る場合には、モニタ環境であるウェーハ待機・移載部11内が正常な状態になく、即ちケミカルフィルタが劣化していると判定することができる。   In the evaluation, for example, the data shown in FIG. 13 or the relationship between the standing time and the film thickness increase amount as shown in FIG. 2 is used, and the chemical filter maintains a certain level of filter performance for a certain time. The value (threshold value) of the amount of increase in the thickness of the oxide film that is allowed by leaving is set in advance. Then, the amount of increase in the thickness of the oxide film measured in the silicon wafer after the elapse of a predetermined time after being installed in the wafer standby / transfer unit 11 is compared with a preset threshold for the amount of increase in thickness. When the measured value of the increase in film thickness exceeds the threshold value, it can be determined that the inside of the wafer standby / transfer unit 11 that is the monitor environment is not in a normal state, that is, the chemical filter has deteriorated.

ケミカルフィルタの劣化が認められた場合には、半導体製造装置10のケミカルフィルタを交換する等の対策を講じるようにすればよい。
なお、環境モニタ用のシリコンウェーハとしては、例示した水素雰囲気で熱処理を行ったもののほか、予め所定膜厚の酸化膜を形成したものを用いることも可能であり、同様にしてケミカルフィルタの劣化の程度を評価することが可能である。
When deterioration of the chemical filter is recognized, measures such as replacing the chemical filter of the semiconductor manufacturing apparatus 10 may be taken.
As the silicon wafer for environmental monitoring, it is possible to use a silicon wafer that has been heat-treated in the exemplified hydrogen atmosphere, and that in which an oxide film having a predetermined film thickness has been formed in advance. It is possible to evaluate the degree.

また、環境モニタ用のシリコンウェーハは、ウェーハ待機・移載部11内に、横置きのほか、縦置きで配置しても構わない。その場合は、閾値設定に当たり、環境モニタ用のシリコンウェーハと同条件で配置したシリコンウェーハについて、モニタ環境が正常であるときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量の関係を取得しておけばよい。   In addition, the silicon wafer for environmental monitoring may be placed in the wafer standby / transfer section 11 in a vertical orientation in addition to a horizontal orientation. In that case, when setting the threshold value, for silicon wafers placed under the same conditions as the silicon wafer for environmental monitoring, the relationship between the standing time when the monitoring environment is normal and the increase in film thickness of the oxide film should be obtained. Good.

また、シリコンウェーハの酸化膜の膜厚測定を実施する場合には、その面内の複数箇所の膜厚測定を実施すると、酸化膜の膜厚の面内分布が得られるため、その面内分布から、大気の流れや不純物の流れ等を推定することも可能になる。   In addition, when measuring the film thickness of an oxide film on a silicon wafer, if an in-plane distribution of the thickness of the oxide film is obtained by measuring the film thickness at multiple locations within the plane, the in-plane distribution Therefore, it is possible to estimate the flow of air, the flow of impurities, and the like.

ここではウェーハ待機・移載部11内に環境モニタ用のシリコンウェーハを設置する場合を例示したが、このような環境モニタ用のシリコンウェーハは、FOUP20内や、クリーンルームへの大気供給を行っている部分等にも設置可能である。いずれに環境モニタ用のシリコンウェーハを設置する場合でも、その設置場所に正常時に放置したときの酸化膜の膜厚増加傾向に関する情報を予め取得しておき、その情報を基に閾値を設定しておく。そして、そのシリコンウェーハの一定時間の放置による膜厚増加量の実測値を、設定した閾値と比較し、そのシリコンウェーハの設置環境が正常な状態にあるか否かを判定すればよい。   Here, a case where a silicon wafer for environmental monitoring is installed in the wafer standby / transfer unit 11 is illustrated, but such a silicon wafer for environmental monitoring supplies air to the FOUP 20 or a clean room. It can also be installed on the part. Regardless of where the silicon wafer for environmental monitoring is installed, information on the tendency to increase the thickness of the oxide film when it is left in the normal location is acquired in advance, and a threshold is set based on that information. deep. Then, the measured value of the increase in film thickness due to the silicon wafer being left for a certain period of time may be compared with a set threshold value to determine whether or not the installation environment of the silicon wafer is in a normal state.

続いて、上記のようなケミカルフィルタを備える半導体製造装置10を用いた半導体装置の製造方法の具体例について説明する。
図14は素子分離絶縁膜形成工程の要部断面模式図、図15は第1シリコン酸化膜形成工程の要部断面模式図、図16は第2シリコン酸化膜形成工程の要部断面模式図、図17は窒化処理工程の要部断面模式図、図18はゲート加工工程の要部断面模式図、図19は不純物拡散領域及びサイドウォール絶縁膜形成工程の要部断面模式図である。
Then, the specific example of the manufacturing method of the semiconductor device using the semiconductor manufacturing apparatus 10 provided with the above chemical filters is demonstrated.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the main part of the element isolation insulating film forming process, FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the main part of the first silicon oxide film forming process, and FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the main part of the second silicon oxide film forming process. 17 is a schematic cross-sectional view of a main part of a nitriding process, FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a main part of a gate processing process, and FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a main part of an impurity diffusion region and sidewall insulating film forming process.

まず、図14に示すように、ウェット洗浄後のシリコンウェーハ(シリコン基板)30に、STI(Shallow Trench Isolation)法を用い、第1,第2素子領域40,50を画定する素子分離絶縁膜31を形成する。   First, as shown in FIG. 14, an element isolation insulating film 31 that defines first and second element regions 40 and 50 is formed on a silicon wafer (silicon substrate) 30 after wet cleaning using an STI (Shallow Trench Isolation) method. Form.

次いで、温度800℃のパイロジェニック酸化を行い、図15に示すように、シリコン基板30の第1素子領域40上に第1シリコン酸化膜41を形成する。さらに、温度900℃の熱酸化を行い、図16に示すように、シリコン基板30の第2素子領域50上に第2シリコン酸化膜51を、例えば膜厚1nmで形成する。この第2シリコン酸化膜51の形成時には、先に形成した第1シリコン酸化膜41も酸化されて厚くなる。第2シリコン酸化膜51形成後の第1シリコン酸化膜41の膜厚は、例えば7nmとする。   Next, pyrogenic oxidation at a temperature of 800 ° C. is performed to form a first silicon oxide film 41 on the first element region 40 of the silicon substrate 30 as shown in FIG. Further, thermal oxidation is performed at a temperature of 900 ° C., and as shown in FIG. 16, a second silicon oxide film 51 is formed on the second element region 50 of the silicon substrate 30 with a film thickness of 1 nm, for example. When the second silicon oxide film 51 is formed, the previously formed first silicon oxide film 41 is also oxidized and thickened. The film thickness of the first silicon oxide film 41 after the formation of the second silicon oxide film 51 is, for example, 7 nm.

これら第1,第2シリコン酸化膜41,51の形成には、上記の半導体製造装置10のような構成を有する薄膜形成装置を用いることができる。即ち、上記の例に従い、FOUPからシリコン基板30をウェーハ待機・移載部、処理チャンバへと順に搬送し、そこで第1シリコン酸化膜41の形成、又は第2シリコン酸化膜51の形成を行う。そして、第1シリコン酸化膜41の形成後、又は第2シリコン酸化膜51の形成後、そのシリコン基板30を元のFOUPに戻す。   For the formation of the first and second silicon oxide films 41 and 51, a thin film forming apparatus having a configuration like the semiconductor manufacturing apparatus 10 described above can be used. That is, according to the above example, the silicon substrate 30 is transferred from the FOUP to the wafer standby / transfer section and the processing chamber in order, and the first silicon oxide film 41 or the second silicon oxide film 51 is formed there. Then, after the formation of the first silicon oxide film 41 or the formation of the second silicon oxide film 51, the silicon substrate 30 is returned to the original FOUP.

このような薄膜形成装置を用いた薄い第1,第2シリコン酸化膜41,51の形成においては、処理チャンバ外でのシリコン基板30の僅かな酸化や有機物付着でも、第1,第2シリコン酸化膜41,51の形成自体、或いはそれ以後の工程やデバイス性能に影響し得る。そこで、ケミカルフィルタを通してウェーハ待機・移載部にクリーンルーム大気を流入させるようにし、さらに、ウェーハ待機・移載部には、上記のように、予め水素雰囲気で熱処理を行ったシリコンウェーハを環境モニタ用に設置しておく。そして、一定時間後のそのシリコンウェーハについて酸化膜の膜厚測定を実施し、その測定結果を所定の閾値と比較することで、フィルタ設置部のケミカルフィルタの劣化の程度を評価する。   In the formation of the thin first and second silicon oxide films 41 and 51 using such a thin film forming apparatus, even if the silicon substrate 30 is slightly oxidized outside the processing chamber or attached with organic substances, the first and second silicon oxide films are formed. The formation of the films 41 and 51, or subsequent processes and device performance may be affected. Therefore, clean room air is allowed to flow into the wafer standby / transfer section through the chemical filter, and a silicon wafer that has been previously heat-treated in a hydrogen atmosphere as described above is used for environmental monitoring in the wafer standby / transfer section. Keep it in place. And the film thickness measurement of an oxide film is implemented about the silicon wafer after a fixed time, and the degree of deterioration of the chemical filter of a filter installation part is evaluated by comparing the measurement result with a predetermined threshold value.

一定時間放置後のシリコンウェーハの膜厚測定結果からケミカルフィルタの劣化が認められたときには、ケミカルフィルタの交換等の措置を講じ、所定膜厚の第1,第2シリコン酸化膜41,51を安定して形成する。   When deterioration of the chemical filter is recognized from the film thickness measurement result of the silicon wafer after standing for a certain time, measures such as replacement of the chemical filter are taken to stabilize the first and second silicon oxide films 41 and 51 having a predetermined film thickness. To form.

第1,第2シリコン酸化膜41,51の形成後は、プラズマ窒化処理を行うことにより、図17に示すように、第1,第2シリコン酸化膜41,51をそれぞれ第1,第2シリコン酸窒化膜41a,51aに変化させる。プラズマ窒化処理は、例えば、RF電力を500Wとして窒素プラズマを励起し、室温、20mTorrの条件で、第1,第2シリコン酸化膜41,51に活性窒素を導入することで行う。   After the formation of the first and second silicon oxide films 41 and 51, plasma nitridation is performed to form the first and second silicon oxide films 41 and 51, respectively, as shown in FIG. The oxynitride films 41a and 51a are changed. The plasma nitriding process is performed, for example, by exciting nitrogen plasma with RF power of 500 W and introducing active nitrogen into the first and second silicon oxide films 41 and 51 under the conditions of room temperature and 20 mTorr.

プラズマ窒化処理後には、ポストアニール処理を行う。ポストアニール処理では、例えば、1000℃程度の減圧酸素雰囲気中での酸化アニール(RTO)と、1050℃程度の窒素雰囲気中での急速昇温アニール(RTA)とを続けて行う。その後、そのシリコン基板30を冷却する。   After the plasma nitriding process, a post-annealing process is performed. In the post-annealing process, for example, oxidation annealing (RTO) in a reduced pressure oxygen atmosphere at about 1000 ° C. and rapid temperature increase annealing (RTA) in a nitrogen atmosphere at about 1050 ° C. are continuously performed. Thereafter, the silicon substrate 30 is cooled.

ポストアニール処理後は、全面にポリシリコンを堆積し、エッチングにより所定をゲート加工を行うことで、図18に示すように、第1,第2シリコン酸窒化膜41a,51aからなるゲート絶縁膜、及びポリシリコンからなる第1,第2ゲート電極42,52を形成する。   After the post-annealing process, polysilicon is deposited on the entire surface, and a predetermined gate process is performed by etching, so that a gate insulating film composed of the first and second silicon oxynitride films 41a and 51a, as shown in FIG. Then, first and second gate electrodes 42 and 52 made of polysilicon are formed.

第1,第2ゲート電極42,52の形成後は、図19に示すように、第1,第2低濃度不純物拡散領域(エクステンション領域)43,53、サイドウォール絶縁膜44,54、及び第1,第2高濃度不純物拡散領域45,55を順に形成する。   After the formation of the first and second gate electrodes 42 and 52, as shown in FIG. 19, the first and second low-concentration impurity diffusion regions (extension regions) 43 and 53, the sidewall insulating films 44 and 54, and the first First, second high-concentration impurity diffusion regions 45 and 55 are formed in this order.

これにより、シリコン基板30に2種類のMOSトランジスタが形成される。その後は、常法に従い、必要な層間絶縁膜や配線等の形成を行い、半導体装置を完成させるようにすればよい。   As a result, two types of MOS transistors are formed on the silicon substrate 30. After that, according to a conventional method, necessary interlayer insulating films, wirings, and the like are formed to complete the semiconductor device.

なお、ここでは上記のケミカルフィルタを備えた半導体製造装置10のような構成を、第1,第2シリコン酸化膜41,51を形成する薄膜形成装置に適用した場合について例示した。このほか、上記の半導体製造装置10のような構成は、他の工程で用いる装置にも同様に適用することが可能であり、また、同様にして環境モニタを行うことが可能である。   Here, the case where the configuration like the semiconductor manufacturing apparatus 10 including the chemical filter is applied to a thin film forming apparatus for forming the first and second silicon oxide films 41 and 51 is illustrated. In addition, the configuration of the semiconductor manufacturing apparatus 10 described above can be similarly applied to apparatuses used in other processes, and environmental monitoring can be performed in the same manner.

例えば、上記製造方法におけるポストアニール処理には、上記の半導体製造装置10のような構成を有する熱処理装置を用いることができる。その場合、上記の例に従い、FOUPからシリコン基板30をウェーハ待機・移載部、処理チャンバへと順に搬送し、そこでポストアニール処理を行い、処理後、シリコン基板30を元のFOUPに戻す。ウェーハ待機・移載部には、環境モニタ用のシリコンウェーハを設置しておき、一定時間後のそのシリコンウェーハの酸化膜の膜厚測定結果を所定の閾値と比較することで、フィルタ設置部のケミカルフィルタの劣化の程度を評価する。   For example, for the post-annealing process in the manufacturing method, a heat treatment apparatus having a configuration like the semiconductor manufacturing apparatus 10 can be used. In that case, according to the above example, the silicon substrate 30 is sequentially transferred from the FOUP to the wafer standby / transfer section and the processing chamber, where post-annealing is performed, and after the processing, the silicon substrate 30 is returned to the original FOUP. A silicon wafer for environmental monitoring is installed in the wafer standby / transfer section, and the film thickness measurement result of the oxide film of the silicon wafer after a certain time is compared with a predetermined threshold value, so that the filter installation section Evaluate the degree of deterioration of the chemical filter.

このほか、上記の半導体製造装置10のような構成は、ウェット洗浄を行う洗浄装置、ポリシリコンや絶縁膜の形成を行う成膜装置、ゲート加工を行うエッチング装置等にも同様に適用可能である。   In addition, the configuration of the semiconductor manufacturing apparatus 10 described above can be similarly applied to a cleaning apparatus that performs wet cleaning, a film forming apparatus that forms polysilicon or an insulating film, an etching apparatus that performs gate processing, and the like. .

なお、以上の説明では、環境モニタ用のシリコンウェーハに予め酸化膜を形成する場合の形成方法として熱酸化法を例示したが、このほか、ウェット酸化により所定膜厚の酸化膜を形成するようにしてもよい。ウェット酸化には、例えば、アンモニアと過酸化水素を含有する水溶液(SC1)や、塩酸と過酸化水素を含有する水溶液(SC2)等を用いることが可能である。   In the above description, the thermal oxidation method is exemplified as the formation method when the oxide film is formed in advance on the silicon wafer for environmental monitoring. However, in addition to this, an oxide film having a predetermined thickness is formed by wet oxidation. May be. For the wet oxidation, for example, an aqueous solution (SC1) containing ammonia and hydrogen peroxide, an aqueous solution (SC2) containing hydrochloric acid and hydrogen peroxide, or the like can be used.

また、以上の説明では、水素雰囲気での熱処理によってシリコンウェーハ表面の酸化膜除去と表面の水素終端を行う方法を例示したが、フッ酸溶液等を用いたウェット処理によってそのような酸化膜除去と水素終端を行うようにしてもよい。   In the above description, the method of removing the oxide film on the surface of the silicon wafer and terminating the hydrogen on the surface by heat treatment in a hydrogen atmosphere is exemplified. However, such oxide film removal by wet treatment using a hydrofluoric acid solution or the like is exemplified. Hydrogen termination may be performed.

ところで、環境モニタ用のシリコンウェーハを半導体製造装置内に放置するような場合には、その後の膜厚測定に際し、そのモニタ環境と異なる雰囲気に曝すことなく、FOUP等の密閉性に優れた容器に収納できるようにしておくことが好ましい。その場合は、その容器ごとエリプソメータ等の膜厚測定用の装置まで運び、そこで容器を開放してシリコンウェーハを取り出し、膜厚測定を実施するようにすればよい。   By the way, when a silicon wafer for environmental monitoring is left in a semiconductor manufacturing apparatus, a container having excellent hermeticity such as FOUP can be used for subsequent film thickness measurement without being exposed to an atmosphere different from the monitoring environment. It is preferable that it can be stored. In that case, the container may be transported to an apparatus for measuring the film thickness such as an ellipsometer, where the container is opened, the silicon wafer is taken out, and the film thickness is measured.

環境モニタ用のシリコンウェーハをクリーンルーム内の適所に放置するような場合には、開放状態のFOUP内に配置した状態で放置し、その後の膜厚測定に際し、FOUPを密閉状態にして膜厚測定用の装置まで運び、そこで膜厚測定を実施するようにすればよい。   When leaving a silicon wafer for environmental monitoring in place in a clean room, leave it in an open FOUP, and then measure the film thickness with the FOUP sealed in the subsequent film thickness measurement. The film thickness may be measured there.

環境モニタ用のシリコンウェーハを半導体製造装置内に配置する場合やFOUP等の容器内に配置する場合には、その配置の仕方にも留意する。例えば、環境モニタ用のシリコンウェーハ表面が、半導体製造装置内の大気の流れ方向に対して垂直或いは平行になるように配置する。また、FOUP等の容器内に配置する場合には、その容器内における位置や、その容器内に収納される別のシリコンウェーハとの配置関係(間隔)等によって容器内の大気の流れが変わる可能性があるため、それらを考慮して配置する。いずれの配置とする場合でも、閾値設定に当たっては、環境モニタ用のシリコンウェーハと同条件で配置したシリコンウェーハについて、モニタ環境が正常であるときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量の関係を取得しておけばよい。   When placing a silicon wafer for environmental monitoring in a semiconductor manufacturing apparatus or in a container such as a FOUP, attention should be paid to the way in which the silicon wafer is placed. For example, the silicon wafer surface for environmental monitoring is arranged so as to be perpendicular or parallel to the air flow direction in the semiconductor manufacturing apparatus. In addition, when it is placed in a container such as FOUP, the flow of air in the container may change depending on the position in the container or the arrangement relationship (interval) with another silicon wafer stored in the container. Because of this, arrange them in consideration of them. Regardless of the arrangement, when setting the threshold, for silicon wafers arranged under the same conditions as the silicon wafer for environmental monitoring, the relationship between the standing time when the monitoring environment is normal and the amount of increase in the oxide film thickness Get it.

以上説明した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1) ウェーハをモニタ環境下に一定時間放置する工程と、
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程と、
を有することを特徴とする環境モニタ方法。
Regarding the embodiment described above, the following additional notes are further disclosed.
(Appendix 1) A process of leaving a wafer in a monitor environment for a certain period of time;
A step of determining the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving;
An environmental monitoring method characterized by comprising:

(付記2) 前記モニタ環境下への放置前に、前記ウェーハ表面を還元すると共に水素終端させる工程を有することを特徴とする付記1記載の環境モニタ方法。
(付記3) 前記ウェーハを水素雰囲気で熱処理することによって前記ウェーハ表面を還元すると共に水素終端させることを特徴とする付記2記載の環境モニタ方法。
(Supplementary note 2) The environmental monitoring method according to supplementary note 1, further comprising a step of reducing the surface of the wafer and terminating it with hydrogen before being left in the monitoring environment.
(Supplementary note 3) The environmental monitoring method according to supplementary note 2, wherein the wafer surface is reduced and hydrogen-terminated by heat-treating the wafer in a hydrogen atmosphere.

(付記4) 前記モニタ環境下へ放置する前記ウェーハに対して酸化膜の膜厚測定を実施する工程を有し、
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程では、放置後の前記ウェーハに対して酸化膜の膜厚測定を実施し、放置前後の酸化膜の膜厚測定結果から、放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求めることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の環境モニタ方法。
(Additional remark 4) It has the process of implementing the film thickness measurement of an oxide film with respect to the said wafer left to stand in the said monitor environment,
In the step of determining the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving it to stand, the film thickness measurement of the oxide film is performed on the wafer after being left, and from the film thickness measurement result of the oxide film before and after being left to stand 4. The environmental monitoring method according to any one of appendices 1 to 3, wherein the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface is obtained by being left standing.

(付記5) 放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程では、放置後の前記ウェーハに対して酸化膜の膜厚測定を実施し、放置後の酸化膜の膜厚測定結果により、放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求めることを特徴とする付記2又は3に記載の環境モニタ方法。   (Supplementary Note 5) In the step of obtaining the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving it to stand, the film thickness of the oxide film is measured on the wafer after being left, and the film of the oxide film after being left to stand 4. The environmental monitoring method according to appendix 2 or 3, wherein the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface is obtained by leaving it to stand based on the thickness measurement result.

(付記6) 前記ウェーハに対し、エリプソメータを用いて酸化膜の膜厚測定を実施することを特徴とする付記4又は5に記載の環境モニタ方法。
(付記7) 前記ウェーハを前記モニタ環境下に放置する時間と、放置することによって前記ウェーハ表面に形成される酸化膜の膜厚との関係に基づき、前記モニタ環境で許容される酸化膜の膜厚増加量を予め設定する工程と、
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を、予め設定された前記膜厚増加量と比較し、前記モニタ環境が正常か否かを判定する工程と、
を有することを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の環境モニタ方法。
(Additional remark 6) The environmental monitoring method of Additional remark 4 or 5 which implements the film thickness measurement of an oxide film with respect to the said wafer using an ellipsometer.
(Supplementary Note 7) Based on the relationship between the time for which the wafer is left in the monitor environment and the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving the wafer, the film of the oxide film allowed in the monitor environment A step of presetting the thickness increase amount;
Comparing the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving the film thickness with a preset film thickness increase amount, and determining whether the monitoring environment is normal;
The environmental monitoring method according to any one of appendices 1 to 6, characterized by comprising:

(付記8) 前記環境モニタが異常と判定された場合に、前記ウェーハについて定性分析又は定量分析を行うことを特徴とする付記7記載の環境モニタ方法。
(付記9) 前記モニタ環境は、クリーンルーム内の空間であることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の環境モニタ方法。
(Supplementary note 8) The environmental monitoring method according to supplementary note 7, wherein qualitative analysis or quantitative analysis is performed on the wafer when the environmental monitor is determined to be abnormal.
(Supplementary note 9) The environmental monitoring method according to any one of supplementary notes 1 to 8, wherein the monitor environment is a space in a clean room.

(付記10) 前記モニタ環境は、半導体製造装置内の空間であることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の環境モニタ方法。
(付記11) 前記ウェーハは、シリコンウェーハであることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の環境モニタ方法。
(Supplementary note 10) The environmental monitoring method according to any one of supplementary notes 1 to 8, wherein the monitoring environment is a space in a semiconductor manufacturing apparatus.
(Supplementary note 11) The environmental monitoring method according to any one of supplementary notes 1 to 10, wherein the wafer is a silicon wafer.

環境モニタ方法のフローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flow of an environment monitoring method. サンプルaをモニタ環境x,y,zに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the leaving time when the sample a is left in monitor environment x, y, z, and the film thickness increase amount of an oxide film. サンプルbをモニタ環境x,y,zに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the leaving time when the sample b is left in monitor environment x, y, z, and the film thickness increase amount of an oxide film. サンプルcをモニタ環境x,y,zに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the leaving time when the sample c is left in monitor environment x, y, z, and the film thickness increase amount of an oxide film. サンプルdをモニタ環境x,y,zに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the leaving time when the sample d is left in monitor environment x, y, z, and the film thickness increase amount of an oxide film. XPS測定結果を示す図である。It is a figure which shows a XPS measurement result. サンプルbのXPS測定結果から得られた酸化膜の膜厚とエリプソメータで測定された酸化膜の膜厚との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with the film thickness of the oxide film obtained from the XPS measurement result of the sample b, and the film thickness of the oxide film measured with the ellipsometer. サンプルcのXPS測定結果から得られた酸化膜の膜厚とエリプソメータで測定された酸化膜の膜厚との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with the film thickness of the oxide film obtained from the XPS measurement result of the sample c, and the film thickness of the oxide film measured with the ellipsometer. XPS測定結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a XPS measurement result. サンプルa,b,c,dの炭素の存在比率を示す図である。It is a figure which shows the abundance ratio of the carbon of sample a, b, c, d. 半導体製造装置の一例の構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of an example of a semiconductor manufacturing apparatus. 酸化膜の膜厚の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the film thickness of an oxide film. 膜厚測定結果を示す図である。It is a figure which shows a film thickness measurement result. 素子分離絶縁膜形成工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of an element isolation insulating film formation process. 第1シリコン酸化膜形成工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a 1st silicon oxide film formation process. 第2シリコン酸化膜形成工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a 2nd silicon oxide film formation process. 窒化処理工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a nitriding process. ゲート加工工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a gate processing process. 不純物拡散領域及びサイドウォール絶縁膜形成工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of an impurity diffusion area | region and a side wall insulating film formation process.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体製造装置
11 ウェーハ待機・移載部
11a,11b,20a シャッタ
12 フィルタ設置部
13 処理チャンバ
14 FOUP設置部
20 FOUP
30 シリコン基板
31 素子分離絶縁膜
40,50 第1,第2素子領域
41,51 第1,第2シリコン酸化膜
41a,51a 第1,第2シリコン酸窒化膜
42,52 第1,第2ゲート電極
43,53 第1,第2低濃度不純物拡散領域
44,54 サイドウォール絶縁膜
45,55 第1,第2高濃度不純物拡散領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor manufacturing apparatus 11 Wafer stand-by / transfer part 11a, 11b, 20a Shutter 12 Filter installation part 13 Processing chamber 14 FOUP installation part 20 FOUP
30 Silicon substrate 31 Element isolation insulating film 40, 50 First and second element regions 41, 51 First and second silicon oxide films 41a and 51a First and second silicon oxynitride films 42 and 52 First and second gates Electrodes 43, 53 First and second low-concentration impurity diffusion regions 44, 54 Side wall insulating films 45, 55 First and second high-concentration impurity diffusion regions

Claims (5)

ウェーハをモニタ環境下に一定時間放置する工程と、
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程と、
を有することを特徴とする環境モニタ方法。
A process of leaving the wafer in a monitor environment for a certain period of time;
A step of determining the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving;
An environmental monitoring method characterized by comprising:
前記モニタ環境下への放置前に、前記ウェーハ表面を還元すると共に水素終端させる工程を有することを特徴とする請求項1記載の環境モニタ方法。   2. The environmental monitoring method according to claim 1, further comprising a step of reducing the surface of the wafer and terminating the hydrogen before leaving the wafer in the monitoring environment. 前記モニタ環境下へ放置する前記ウェーハに対して酸化膜の膜厚測定を実施する工程を有し、
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程では、放置後の前記ウェーハに対して酸化膜の膜厚測定を実施し、放置前後の酸化膜の膜厚測定結果から、放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求めることを特徴とする請求項1又は2に記載の環境モニタ方法。
Having a step of measuring the thickness of the oxide film on the wafer to be left in the monitor environment;
In the step of determining the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving it to stand, the film thickness measurement of the oxide film is performed on the wafer after being left, and from the film thickness measurement result of the oxide film before and after being left to stand 3. The environmental monitoring method according to claim 1, wherein the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface is obtained by leaving it to stand.
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程では、放置後の前記ウェーハに対して酸化膜の膜厚測定を実施し、放置後の酸化膜の膜厚測定結果により、放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求めることを特徴とする請求項2記載の環境モニタ方法。   In the step of determining the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving it to stand, the film thickness of the oxide film is measured on the wafer after being left, and the film thickness measurement result of the oxide film after being left to stand is used. 3. The environmental monitoring method according to claim 2, wherein the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface is obtained by leaving it to stand. 前記ウェーハを前記モニタ環境下に放置する時間と、放置することによって前記ウェーハ表面に形成される酸化膜の膜厚との関係に基づき、前記モニタ環境で許容される酸化膜の膜厚増加量を予め設定する工程と、
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を、予め設定された前記膜厚増加量と比較し、前記モニタ環境が正常か否かを判定する工程と、
を有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の環境モニタ方法。
Based on the relationship between the time for which the wafer is left in the monitoring environment and the thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving the wafer, the amount of increase in the thickness of the oxide film allowed in the monitoring environment is determined. A step of presetting;
Comparing the film thickness of the oxide film formed on the wafer surface by leaving the film thickness with a preset film thickness increase amount, and determining whether the monitoring environment is normal;
The environment monitoring method according to claim 1, comprising:
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