JP4355488B2 - 分子汚染監視システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハのような材料基板の分子汚染を監視するシステム、分子汚染を検出するセンサ、計測装置並びにそのセンサを取り付けることが可能な保管搬送容器及び基板受入棚に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示装置、ハードディスク、医薬品等の製造工程では、これらの製品を良好に完成させるため、製造工程途中における汚染から保護する必要がある。このため、製造工程はクリーン・ルーム内で行なわれるのが一般的である。クリーン・ルーム内にはフィルタを通過した清浄な空気が送り込まれているので、そのようなフィルタは、例えば０．１μｍ程度の空気中に固体として浮遊しているゴミ（浮遊パーティクル）が製造途中の製品に付着して汚染されることを比較的良好に抑制し得る。
【０００３】
しかしながら汚染の原因はそのような浮遊パーティクルに止まらず、上記フィルタでは除去しきれないガス状物質に起因するものがある。このガス状物質は、分子レベルの汚染を引き起こすものであり、その蒸気（ガス状物質）が半導体ウエハやガラス基板等に触れることによって、分子レベルの汚染が生じる。例えば、半導体ウエハにそのような蒸気が触れると、その後に成膜された膜が剥がれやすくなったり、完成した製品の特性上の不具合を引き起こす虞がある。ガス状物質には、アルコールや有機溶媒等の有機物、室内壁面の塗料、人体からの汗、アンモニア等による蒸気が含まれるが、これらに限定されない。
【０００４】
分子汚染の汚染原因（ガス状物質）や汚染の程度を調べるには、テナックス(TENAX)管による捕集を行ない、ＧＣ(Gas Chromatography)−Ｍａｓｓによる質量分析を行なうのが一般的である。しかしながら、この手法は、まず検査しようとする空間の空気を２０ないし５０リットル程度ポンプで吸引し、テナックス管に吸着させ、その後ＧＣ−Ｍａｓｓによる所定の分析を行なう必要がある。このため、捕集および分析に多くの時間を要し、しかも装置が大型で費用も高くつくという問題点がある。
【０００５】
また、この手法では、一連の製造工程のうち、所定の製造工程に関する材料基板を抜き取り、その材料基板に関する検査を行なうことによって汚染状況を調べている。検査には例えば数日間のような長時間を要していたので、場合によっては、検査結果が好ましくないことが判明するまでに行なわれた製造プロセスに関与する材料基板は総て無駄になっていた。検査結果が判明するまで製造工程を停止させることも理論上は考えられるが、現実的には、製造工程は連続的に次々と行う必要があり、停止させるとしても数十分が限界であるといわれている。したがって検査が判明するまで停止させるのは事実上困難である。このように従来の手法では検査が迅速に行われていないという問題点がある。
【０００６】
半導体製造プロセスでは、ウエハ・サイズは大型化する傾向にあり、１ウエハ当たりの素子数および１チップ当たりの単価も大きくなる傾向にある。半導体の技術分野に限らず、他の技術分野でも材料基板当たりの価格は上昇傾向にある。したがって検査を迅速に行なって、不良製品の発生をできるだけ減少させる必要性がある。更に、どの製造工程に関する材料基板を抜き取って検査するかについても容易に判定できないという問題点もある。検査しなかった製造プロセスの分子汚染が著しい場合もあり得るからである。さりとて、抜き取る材料基板数を過剰に増加させるのは歩留まりの観点から好ましくない。
【０００７】
分子汚染の状況をより迅速に測定するために、水晶振動子を利用した分子汚染濃度計測装置がある（例えば、特許文献１参照。）。これは、QCM(quartz crystal microbalance)という技術を利用して、水晶振動子に汚染分子が付着すると発振周波数が変化することに着目し、この水晶振動子より成るセンサ・ヘッドをケーブルを介して計測装置に接続するものである。センサ・ヘッドを測定場所に置き、例えば１０メートル程度の同軸ケーブルを介してセンサ・ヘッドからの情報を計測装置が取得し、水晶振動子の周波数変化に基づいて汚染を解析するのである。この手法によれば、プロセス装置周辺に設置されたセンサ・ヘッドにより、その場所における分子汚染の様子を迅速に（リアルタイムに）把握することが可能である。
【０００８】
しかしながら、センサ・ヘッドが測定装置にケーブルで接続されているので、測定を行うべき箇所が多数存在する際には、測定箇所数に応じたセンサ・ヘッドを用意して、その各々にケーブルを配線する必要がある。分子汚染は、製造工程の途中およびプロセス装置への搬送時等に起こり得るが、その製造工程数は数百にも及び得る。したがって、この手法により分子汚染の生じ得る製造工程や場所等を緻密に調べるには、多くの費用を費やして多数のセンサ・ヘッドおよび測定装置を要することに加えて、多数のケーブルを複雑に引き回さなければならないという問題点がある。
【０００９】
一方、クリーン・ルーム内に存在するガス状物質が、製造工程途中の材料または材料基板に付着することによる汚染（分子汚染）に対処するために、材料基板を密閉した容器に入れて保管および搬送することが行なわれている。すなわち、材料基板がクリーン・ルーム内で搬送される際は常に密閉容器内に保管され、所定のプロセスの処理を施す際は、そのプロセスを行なう装置に容器を取り付け、材料基板がクリーン・ルーム内の空気（プロセス装置外の空気）に触れないように、プロセス装置内部に導入される。そして、所定の処理が材料基板に施され、処理が終了すると、材料基板が再び容器に収納され、密閉される。
【００１０】
密閉した容器としては、容器の底面が開くことによって材料基板をプロセス装置に出し入れするスミフポッド(SMIF: Standard Mechanical InterFace-Pod)がある。また、容器の側面が開くことによって材料基板を出し入れするフープポッド(FOUP: Front Opening Unified-Pod)がある。このような容器を利用すれば、クリーン・ルーム内に存在する浮遊パーティクルによる汚染や、プロセス装置外部の空気中のガス状物質（蒸気）からの分子汚染に対処することが可能である。この種の容器については、例えば、特許文献２に開示されている。
【００１１】
しかしながら、それだけでは総てのガス状物質による汚染から保護することはできない。なぜなら、上記の容器は比較的低価格なプラスチックのような可塑剤から構成されているのが一般的であるが、可塑剤からのＤＯＰ（フタル酸ジ２−エチルへキシル）、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）またはシロキサン等による分子汚染が生じ得るからである。また、プラスチックにはその製造過程で酸化防止剤や、成形工程における剥離を容易にするための剥離剤等も使用されているので、これらの物質に起因する分子汚染もあり得る。
【００１２】
更に、ある製造プロセスにおける所定の処理をした後の材料基板は、そのプロセスで用いたガス、薬品その他の分解物で汚れており、その汚れた材料基板を密閉した容器に収納して保管すると、容器の内壁も汚染され、以後その容器に収納する材料は総て汚れた内壁面に起因する分子汚染の影響を受けることになる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含む材料をエッチングする際に、塩素（Ｃｌ）を含むガスを使用することがあるが、このエッチングを行った後のウエハには塩素が付着している。エッチングの終了後に、このウエハを再び容器に収納して密閉すると、付着した塩素によって容器内が汚染される。その結果、以後この容器に収納されるウエハは、容器内の汚染された雰囲気によって汚染されることとなってしまう。従来は、このような密閉された容器内の分子汚染の様子を把握することは困難であった。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−３３３３９４号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平８−６４６６６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、製造プロセス全般にわたって、分子汚染の状況を製品レベルで追跡することを可能にする分子汚染センサ、分子汚染センサを有する保管搬送容器および分子汚染システムを提供することを包括的課題とする。
【００１６】
本発明は、密閉された容器内の分子汚染の状況を調べることの可能な分子汚染センサおよび分子汚染センサの設けられた保管搬送容器を提供することを具体的課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
製造工程における材料基板の汚染状況を監視する分子汚染監視システムであって：
前記材料基板を保管および搬送する複数の容器の各々に設けられた分子汚染センサから、個々の分子汚染センサの識別情報および周波数情報を、前記分子汚染監視システムのデータベースに読み込み、
前記周波数情報に基づいて、前記材料基板の汚染状況を監視することを特徴とする分子汚染監視システムが提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、
圧電効果を奏する結晶より成る振動子と該振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する分子汚染センサであって、
材料基板を保管および搬送する保管搬送容器に設けられ、
所定の製造工程における処理を前記材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられる前記保管搬送容器が、前記プロセス装置に取り付けられた場合に、前記周波数情報および分子汚染センサの識別情報を読取装置に読み取らせ、
前記振動子に汚染分子が付着することによって前記振動子の発振周波数が変化し、前記周波数情報および前記識別情報に基づいて、前記保管搬送容器内の材料基板の汚染を検出することを特徴とする分子汚染センサが提供される。
【００１９】
また、本発明によれば、
圧電効果を有する結晶片より成る振動子の発振周波数に応じて変動する電気信号を出力する発振手段と、
前記電気信号を変調し、前記振動子に汚染分子が付着することにより変化する前記発振周波数に関する情報を、無線送信する送信手段と、
所定の周波数の電磁波のエネルギを電気エネルギに変換し、前記発振手段に電力を供給する電源手段
を有することを特徴とする分子汚染センサが、提供される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本願実施例を説明する。原則として、各図を通じて同様の要素には同一の参照番号を付すこととする。説明の便宜上、半導体の製造工程を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されず、液晶表示装置や医薬品その他の分子汚染に配慮する必要のある製造工程に応用することが可能である。
【００２１】
[第１実施例]
図１は、本願実施例による分子汚染監視システム１００の部分概略図を示す。分子汚染監視システム１００は、半導体製造工程における処理を、半導体ウエハ（材料基板）に施すプロセス装置１０２を有する。簡単のため図では２つのプロセス装置１０２しか描かれていないが、実際には多数のプロセス装置が存在する。プロセス装置１０２における各種の処理内容および処理条件は、各プロセス装置１０２にローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて接続された製造プロセス・コントローラ１０４によって制御される。プロセス装置１０２には、密閉した状態で半導体ウエハ（この図では図示せず）を保管および搬送することが可能な保管搬送容器１０６が取り付けられる。保管搬送容器１０６の例としては、スミフポッドやフープポッド等が挙げられる。保管搬送容器１０６は、プロセス装置１０２に取り外し可能に取り付けられる。すなわち、保管搬送容器１０６内の半導体ウエハに所定の処理を施す場合に、保管搬送容器１０６は、プロセス装置１０２のステージ１１０上に取り付けられ、保管している半導体ウエハをプロセス装置１０２内に導入するよう動作する。半導体ウエハに対する所定の処理が完了すると、その半導体ウエハを再び収納し、密閉状態に戻る。その後、プロセス装置１０２から取り外されて、更なる処理を行うために別のプロセス装置１０２の場所に搬送される。半導体ウエハに必要な製造工程の処理が施されるまで、このような動作が継続して行なわれる。
【００２２】
プロセス装置１０２のステージ１１０上には、保管搬送容器１０６が取り付けられた場合に、所定の情報を読み取る読取装置１０８が設けられている。読取装置１０８については後述する。読取装置１０８は、ローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて分子汚染計測装置１１２に結合され、読み取った情報を分子汚染計測装置１１２に送信する。製造プロセス・コントローラ１０４および分子汚染計測装置１１２は互いにローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて結合され、製造プロセスに関する情報や分子汚染に関する情報（後述）を送受信する。
【００２３】
図２は、本願実施例による分子汚染監視システム１００の部分拡大図を示す。保管搬送容器１０６内には、所定の大きさの半導体ウエハ２０２が複数保管されており、これら半導体ウエハ２０２は、ウエハキャリア２０４によってまとめられている。ウエハキャリア２０４には、例えば、８インチの半導体ウエハが２５枚収容されたり、１２インチの半導体ウエハが１２枚収容されたりする。一般に、比較的サイズの小さな半導体ウエハに対してはスミフポッドが使用され、サイズの大きいものについては、半導体ウエハの出し入れの機構が簡潔なフープポッドが使用される。本願実施例では、フープポッドのような側壁（正面パネル）が開く容器を例にとっているが、スミフポッドのような容器の底面側からウエハキャリアを出し入れする機構を採用することも可能である。
【００２４】
保管搬送容器１０６がプロセス装置１０２のステージ１１０上に取り付けられると、プロセス装置１０２の側壁１０３および保管搬送容器１０６の正面パネル１０７が開き、ウエハキャリア２０４がプロセス装置１０２内部に導入される。その後、半導体ウエハ２０２に所定の処理が施され、処理が完了するとウエハキャリア２０４が保管搬送容器１０６内に収納され、側壁１０３および正面パネル１０７が閉じて、半導体ウエハ２０２は再び密閉された状態で保管される。
【００２５】
保管搬送容器１０６内には、本願発明による分子汚染センサ２０６が設けられている。後述するように、分子汚染センサ２０６は、水晶振動子のような圧電効果を奏する結晶より成る振動子と、その振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する。水晶振動子に汚染分子が付着すると、水晶振動子の発振周波数が変化する。この周波数変化を利用して、保管搬送容器内の材料基板の汚染状況を監視することが可能になる。分子汚染センサ２０６の出力回路は、保管搬送容器１０６の底面に設けられた外部接点２０８に結合される。外部接点２０８は、保管搬送容器１０６がステージ１１０上に取り付けられた場合に、ステージ１１０上のソケット２１０に結合される。更にソケット２１０は読取装置１０８に結合される。読取装置１０８は、リード線を通じてソケット２１０に結合された周波数情報読取装置２１２を有し、その出力はローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて分子汚染計測装置１１２に結合される。読取装置１０８は、分子汚染センサ２０６に付されたバーコードのような識別情報を光学的に読み取る識別情報読取装置２１４を有し、この出力もローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて分子汚染計測装置１１２に結合される。したがって、保管搬送容器１０６がステージ１１０に取り付けられると、分子汚染センサ２０６は、読取装置１０８に電気的に結合され、発振周波数を含む所定の情報を周波数情報読取装置２１２に読み取らせ、分子汚染センサ２０６の識別情報を識別情報読取装置２１４に読み取らせる。
【００２６】
外部接点２０８およびソケット２１０は、本願実施例のように保管搬送容器１０６の底面およびステージ１１０にそれぞれ設けられているが、他の場所に、例えば外部接点２０８を保管搬送容器１０６の側面に設けることも可能である。この場合は、ソケット２１０も保管搬送容器１０６の側面の側から接触する構造になる。保管搬送容器１０６にスミフポッドが使用される場合は、スミフポッドの底面側から半導体ウエハの出し入れが行なわれるので、外部接点２０８は底面よりは側面に設けた方が有利である。
【００２７】
図３に示すように、分子汚染センサ２０６は、ウエハキャリア２０４に取り付けることも可能である。分子汚染センサ２０６からの情報の読み出しは、ウエハキャリア２０４が保管搬送容器１０６から取り出され、プロセス装置１０２内にセットされた際に、外部接点２０９およびこれに対応するプロセス装置１０２側の接点（図示せず）を通じて行なうことが可能である。このようにすると、プロセス装置１０２内における分子汚染も測定することが可能になる。
【００２８】
分子汚染センサ２０６から情報を読み取る手段は、本願実施例のように、外部接点２０８およびソケット２１０による電気的な接触点を利用するだけでなく、保管搬送容器１０６および読取装置１０８にそれぞれ設けられた電磁コイル（図示せず）を利用して、非接触の形式で読み取ることも可能である。非接触で信号の送受信を行うことについては、第２実施例にて詳細に説明される。接触又は非接触のいずれの方式を採用するにせよ、保管搬送容器１０６および読取装置１０８の位置関係は正確に定められていることを要する。さもなくば、良好に情報を読み取ることができないためである。スミフポッドやフープポッドのような保管搬送容器は、半導体ウエハがプロセス装置および保管搬送容器外部の空気に触れないように出し入れするために、プロセス装置１０２に正確に位置決めされるので、読取装置との位置関係は正確に保たれている。しかも保管搬送容器の形状は規格化されている。したがって、本発明を使用するために、保管搬送容器と読取装置との位置関係を維持するための更なる位置決め機構を要しない。
【００２９】
図４は、本願実施例による分子汚染センサ２０６の拡大図を示す。分子汚染センサ２０６は、基板３０１上に設けられた、水晶振動子３０２と、水晶振動子３０２に所定の電圧を印加して振動させる発振制御回路３０４とを有する。水晶振動子を発振させる発振制御回路３０４は、保管搬送容器１０６の内外を問わず設けることが可能である。しかしながら、本願実施例で使用するような高い周波数（例えば２５ＭＨｚ）を取り扱う場合における発振の動作は、発振制御回路と水晶振動子の間の距離（リード線の長さ）や幾何学的位置関係等によっても変動し得るデリケートなものである。したがって、発振動作を良好に行なわせ、測定精度を向上させる観点からは、発振制御回路を保管搬送容器内に（分子汚染センサに近接して）設けることが好ましい。
【００３０】
水晶振動子３０２は、保管搬送容器１０６内で半導体ウエハと同様に密閉されることに加えて、半導体ウエハ周辺の空気が水晶振動子３０２にも流れて来るように設けられる。すなわち、水晶振動子３０２は、半導体ウエハを汚染するような蒸気が、半導体ウエハだけでなく水晶振動子３０２にも及び得るように設けられる。
【００３１】
図５は、本願実施例で使用する分子汚染センサを包囲する直方体の骨組み構造（フレーム）を示す。このフレームは、保管搬送容器またはウエハキャリアに対する分子汚染センサの取り付けおよび取り外しにおけるハンドリング用の構造である。したがって、分子汚染センサ２０６を囲む構造は、センサを密閉するようなものではなく、水晶振動子３０２に対して空気が自由に出入りすることができるような構造である。例えば、このフレームを利用して分子汚染センサを保管搬送容器から取り外して、分子汚染センサを洗浄したり、保管搬送容器またはウエハキャリアを交換することができる。
【００３２】
分子汚染センサ２０６は、分子汚染センサ２０６の識別情報その他のセンサ情報を電子情報として記憶するセンサ情報メモリ３０６を有する。センサ情報には、分子汚染センサの識別情報、保管搬送容器の識別情報、製造ロットの識別情報、半導体ウエハの製造仕様、製造元、製造および出荷日、製造元での出荷検査情報、初期発振周波数、周波数測定値、温度特性、電極材料、センサ表面物質、使用元での受け入れ検査情報、洗浄履歴情報その他の特性管理に必要な情報が含まれ得る。分子汚染センサの各々を区別する観点からは、センサの識別情報で足りる。分子汚染センサがどの保管搬送容器に収容されているかを把握するには、少なくともセンサの識別情報と保管搬送容器の識別情報を要する。保管搬送容器に収納される半導体ウエハがどのロットに対応するかは、製造ロットの識別情報により特定され得る。
【００３３】
ところで、製造プロセスの途中にて、半導体ウエハを収納する保管搬送容器は、必要に応じて交換され得る。例えば、レジストの塗布やエッチングの処理は半導体ウエハを特に汚染させるので、そのような処理に専用の保管搬送容器を使用することがある。このような場合でも、上記の識別情報を利用して、半導体ウエハと、保管搬送容器またはウエハキャリアと、分子汚染センサとの対応関係を識別情報により常に把握しておくことが可能である。したがって、このような識別情報を読み出し可能なメモリに記憶させておけば、それを読み出すことによって分子汚染センサの区別等をすることが可能になる。これらの識別情報に加えて、初期発振周波数や以後の周波数測定値を含む特性管理に必要な情報を読み書き可能なメモリに格納しておくことも有利である。このようにすると、読取装置で読み取った情報を中央の制御装置（例えば、分子汚染計測装置１１２）に送信することなしに、読み取った時点で分子汚染の状況を分析することが可能になるからである。基板３０１上の各要素は、基板３０１の裏面に設けられた電極３０８を通じて外部接点２０８に結合される。
【００３４】
分子汚染センサ２０６には、センサを識別するための識別情報３１０が付されている。この識別情報３１０は、センサ情報メモリ３０６に記憶することが可能であり、また、フープポッド等に付与された識別番号と対応させることも可能である。識別情報３１０は、光学的に読み取ることの可能なバーコードより成る。識別情報３１０は、バーコードに代えて、「ＸＭＦ０２００５８」のような文字や記号、ホログラフィーシール、磁気テープ等とすることが可能である。光学的な読取を行なう場合には、保管搬送容器の識別情報付近の材料は、光学的な読取が可能であるような透明な材料で形成されることを要する。この実施例では、光学的に読み取り可能な識別情報３１０と、センサ情報メモリ３０６に格納される識別情報の両者が使用されているが、分子汚染センサを区別する観点からは、一方のみを利用することも可能である。しかし、保管搬送手段１０６は一般に透明なプラスチック材料より成り、英数字のような識別番号は目視によっても識別可能な点で、電子情報に加えてそのような識別情報を設けることは有利である。
【００３５】
図６は、分子汚染センサ２０６に使用される水晶振動子３０２の平面図（Ａ）および断面図（Ｂ），（Ｃ）を示す。水晶振動子３０２は、例えばＡＴカットのような所定の方向にカットされた結晶板４０２より成る。発振動作を行なわせる観点からは他のカット面を採用することも可能である。ただし、ＡＴカットの発振動作は他の面に比べて発振周波数の温度依存性が少ない点で、本願実施例における分子汚染計測に適している。例えば直径６ｍｍで厚さが４０μｍの結晶板４０２に、例えば直径３ｍｍの金（Ａｕ）より成る所定の電極４０４を結晶板４０２の表裏に設ける。電極４０４を通じて結晶板４０２に電圧を印加して、機械的な振動を発生させる。この程度の大きさの水晶振動子を形成することによって、例えば２５ＭＨｚの周波数を発振させることができる。結晶板４０２としては、水晶以外にもニオブ酸リチウムまたはリチウム・ナイオベート(LiNbO3)や、表面弾性波(SAW: Surface Acoustic Wave)素子のような圧電効果を有する結晶を採用することが可能である。
【００３６】
図６の（Ｃ）に示される構造では、更に、結晶板４０２および電極４０４上に、例えばシリコン（Ｓｉ）のような所定の材料が成膜されている。シリコンを成膜しておくと、その水晶振動子は、シリコンより成る半導体ウエハと同様の分子汚染の影響を受け得るので、分子汚染センサに適切である。また、金は、有機物が付着しやすい一方、水は付着しにくいという性質を有する。シリコンは有機物および水のいずれも付着しやすいという性質を有する。したがって、金電極の露出した水晶振動子（Ｂ）と、シリコンの成膜されているもの（Ｃ）を用意し、それらの周波数変化を調べることにより、金もシリコンも汚染されている場合は、汚染物質が有機物であることがわかる。また、金は汚染されていないがシリコンは汚染されている場合は、汚染物質は水分であることがわかる。有機物や水分による汚染は、適切な洗浄工程によって洗浄することが可能であるので、繰り返し使用することが可能である。更に、水晶振動子に銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）を成膜すると、これらの材料は塩素（Ｃｌ）等と反応しやすいので塩素等に関連する分子汚染を調べることが可能になる。このように、成膜材料の異なる複数のセンサを用意すると、汚染物質の種類を判別することが可能になる。
【００３７】
次に、本願実施例により分子汚染を測定する手法について説明する。用意した水晶振動子は２種類であり、２チャネルの分子汚染センサ・ヘッドを形成する。１つは図６（Ｂ）のような結晶板上に金電極が露出しているものである。もう１つは、結晶板上にドーピングされていないシリコンをエバポレーション（ＥＢ）蒸着で２０ｎｍの厚さに成膜したものである。このシリコンは、スパッタ法で成膜することも可能である。これら２つの水晶振動子を図５に示すようなフレーム内に固定して分子汚染センサ２０６を形成する。なお、分子汚染と雰囲気の湿度や温度との間には密接な関連性のある場合が多いので、分子汚染センサに湿度や温度を測定するためのセンサを備えておくことが有利である。
【００３８】
この分子汚染センサ２０６は、保管搬送容器１０６内（またはウエハキャリア２０４）に設けられる。センサは有機溶媒等で充分に洗浄され、発振周波数が測定され、分子汚染センサの識別情報と共にその測定値は分子汚染計測装置１１２のデータベースおよびセンサ情報メモリ３０６に記憶される。分子汚染センサの識別情報は、例えば英数字やバーコードのような光学的に読み取ることも可能である。分子汚染計測装置１１２に取り込む情報のうち主要なものは次のようなものである：
センサの識別番号： Ｆｊ−ＱＣＭ−２００２−Ｍ−Ｐ２−Ｅｔｃｈ−２２５
第１チャネルの初期発振周波数：ｆ１０ Ｈｚ
第２チャネルの初期発振周波数：ｆ２０ Ｈｚ
第１チャネルの表面物質： Ａｕ
第２チャネルの表面物質： Ｓｉ
設置日： ２００２．０１．１５
洗浄履歴： ２００２．０１．１５
保管搬送容器のポッド番号： Ｆｊ−Ｍ−５０００５２３８
製造元： ○○○○株式会社
製造ロット： ＱＥＬＣ−２００２−Ｆ−２０００５３ＡＵ
これらの情報は分子汚染計測装置１１２のデータベースで一括管理される。
【００３９】
次に、保管搬送容器１０６内に半導体ウエハを収納し、所定のプロセス装置１０２に保管搬送容器１０６を取り付ける。この段階で、分子汚染センサ２０６は、分子汚染計測装置１１２に電気的に結合されるので、読取装置１０８は分子汚染センサ２０６から識別情報や周波数情報を読み取り、分子汚染計測装置１１２に送信することが可能である。この送信された情報に基づいて、分子汚染計測装置１１２は、汚染状況を調べる。また、必要に応じて、読み取った周波数値又はその周波数値に基づいて算出された周波数変化量（分子汚染量）をセンサ情報メモリ３０６に記憶させる。
【００４０】
情報を読み取って分子汚染計測装置１１２送信するのは、プロセス装置に半導体ウエハを導入する前であっても、後であっても、前後両方であってもよい。そのプロセス装置の処理による分子汚染を調べるのであれば、処理の前後で周波数情報を読み取り、その差分に基づいて汚染状況を調べることが可能である。また、ある処理を終えた後の測定値と、次の処理の前の測定値とを比較すれば、搬送途中における汚染を調べることが可能になる。このように保管搬送容器１０６（半導体ウエハ２０２）毎に分子汚染の様子を追跡することが可能である。なお、分子汚染の測定は、総てのプロセスについて行ってもよいし、所定のプロセスについてのみ行なうことも可能である。
【００４１】
例えば、第２チャネルの水晶振動子の初期発振周波数が、
ｆ２０＝２５０００１５２Ｈｚ
であり、エッチングが終了した時点における発振周波数が、
ｆ２１＝２４９９９８００Ｈｚ
であり、以後のアッシングが終了した時点における発振周波数が、
ｆ２２＝２４９９９３７３Ｈｚ
になったとする。この場合、初期状態からエッチング工程までの周波数変化は、
２５０００１５２−２４９９９８００＝３５２Ｈｚ
であり、エッチング工程からアッシング工程までの周波数変化は、
２４９９９８００−２４９９９３７３＝４２７Ｈｚ
となる。分子汚染センサの感度が、０．５２ｎｇ／ｃｍ２／Ｈｚとすると（１ｃｍ２当たり０．５２ｎｇの分子が付着すると１Ｈｚ周波数が偏移する）、３５２Ｈｚは１８３．０４ｎｇに相当し、４２７Ｈｚは２２２．０４ｎｇに相当するので、初期状態からアッシングの終了までの汚染量は、
１８３．０４＋２２２．０４＝４０５．０８ｎｇ
であることがわかる。
【００４２】
この汚染量が許容範囲内であれば、その工程に至るまでの製造プロセスは過剰に汚染されることなく無事に処理されていることが確認できる。製造工程における各プロセスでどの程度の分子汚染が発生し得るかは、経験により又はシミュレーション等によりある程度は予測することが可能である。したがって、上記の許容範囲がどの程度であるかも事前に予測することが可能である。許容範囲を超えてしまう場合は、その保管搬送容器に収納されている半導体ウエハの特性や歩留まりが悪化する可能性がある。また、その半導体ウエハに処理を施したプロセス装置に異常がある可能性もある。
【００４３】
このような場合は分子汚染計測装置１１２側から製造プロセス・コントローラ１０４に警報を発し、分子汚染の原因を究明し、その対策を講じる。具体的な対策としては、半導体ウエハ、保管搬送容器、ウエハキャリアまたは分子汚染センサを再度洗浄すること、プロセス装置の処理条件を調整すること、一連の製造プロセスを停止させること等が挙げられる。その結果、以降の製品に分子汚染の被害が拡大するのを未然に防ぐことが可能になる。このように、本願実施例によれば、許容値を超える分子汚染を早期に発見することが可能である。
【００４４】
図７は、本願実施例により計測された汚染履歴のグラフを示す。縦軸は、半導体ウエハが受けた分子汚染量（周波数変化量δｆＨｚ）を示す。横軸は一連の製造工程の順に並んだ製造プロセスを示す、すなわち時間を示す。図示されているのは１０個の製造プロセスに対するものであり、この製造プロセスは大工程ＩないしＩＩＩに分割され、大工程Ｉはプロセス１ないし４の４つのプロセスより成り、大工程ＩＩはプロセス５ないし７の３つのプロセスより成り、大工程ＩＩＩはプロセス８ないし１０の３つのプロセスより成る。概して製造工程が進むにつれて分子汚染量が増加していることがわかる。各プロセスには２つの測定値がプロットしてあり、それらはプロセス開始前の測定値と処理後の測定値に対応する。
【００４５】
例えば、第２プロセスにおける処理前後の測定値を比較すると（周波数の差分を計算すると）、第２プロセスでどの程度汚染されたかが判明する。更に、第３プロセスの処理後の測定値と、第４プロセスの処理前の測定値を比較すると、第３プロセスから第４プロセスに至るまでの間に、保管搬送容器内で受けた分子汚染量（搬送途中における分子汚染量）を知ることができる。第４プロセスと第５プロセスの間は、保管搬送容器を交換又は洗浄していることを表現する。
【００４６】
本願実施例では、大工程と大工程の間で保管搬送容器を交換している。分子汚染測定装置１１２は、このような分子汚染量を監視し、全体的な分子汚染量が所定値を超えた場合、特定のプロセスに関する分子汚染量が所定値を超えた場合（プロセスの異常）、搬送途中における分子汚染量が大幅に増加した等の場合に、予測される分子汚染量の範囲を逸脱したか否かを監視することによって、異常を検知することが可能である。
【００４７】
一連の製造工程において、半導体ウエハがどの保管搬送容器またはウエハキャリアに収納され、いつどのプロセス装置で処理されるかは、予め定められており、システムのデータベースに登録されている。更に、分子汚染計測装置１１２は、製造プロセスの処理内容を制御する製造プロセス・コントローラ１０４にも接続されている。したがって、どの分子汚染センサが、何時、どのロットに、どの保管搬送容器に収容されているか等を検索して探知することが可能である。概して半導体装置の製造工程は、例えば数百工程あり、使用する保管搬送容器も数百ないし数千個にも及び得る。本願実施例によれば、これら多数の保管搬送容器またはウエハキャリアに分子汚染センサを設け、総ての半導体ウエハの汚染レベルを、製造プロセス全般にわたって一括管理することが可能である。
【００４８】
以上説明したように、本願実施例で使用する分子汚染センサ２０６は、保管搬送容器１０６内にまたはウエハキャリア２０４に設けることの可能な小さなものであり、保管搬送容器を開けることなしに容器内の分子汚染の状況を分析することが可能になる。しかも水晶振動子やそれに付随する集積回路は比較的安価である。したがって、このような分子汚染センサ２０６を、多数の保管搬送容器に安価に設けることが可能である。分子汚染センサ２０６をケーブルで計測装置に接続することを要しないので、複雑な配線も不要である。
【００４９】
本願実施例によれば、半導体ウエハと行動を共にする分子汚染センサが総て区別され、そのセンサから得られる周波数の差分（周波数変化）を調べることにより、半導体ウエハ毎の汚染状況を測定することが可能になる。すなわち、半導体ウエハを搬送する容器に分子汚染センサが同伴しているので、特定の半導体ウエハがどのように汚染されてゆくかを調べることができる。このような作用効果は、上述した特開２００１−１３９４１０のセンサ・ヘッドを、プロセス装置周辺の所定の場所に多数設置したとしても得られない。識別可能な分子汚染センサと容器（半導体ウエハ）とが行動を共にして始めて得られる効果である。
【００５０】
本願実施例によれば、製造プロセス全般にわたって半導体ウエハ毎に分子汚染状況を追跡することができるので、半導体ウエハ毎に、総ての工程で問題のないことを確認することができる一方、異常な分子汚染が観測された場合には直ちに原因究明およびその対策を講じることが可能になる。したがって、信頼性の高い製品を歩留まり高く製造することが可能になる。
【００５１】
本願実施例によれば、周波数変化に基づいて汚染量が検出され、検査開始（センサ情報の読取開始）から検査結果を得るまでに長時間を要しないので、従来懸念されていた歩留まりの悪化を招来しないで済む。
本願実施例では、２つの水晶振動子を用意して２チャネルの分子汚染センサを例にとって説明したが、任意の数のチャネルを用意して分子汚染を検査することが可能である。水晶振動子に成膜された材料が異なれば、付着する分子の量および種類等も異なるので、成膜された材料の異なる振動子を複数用意することにより、分子汚染量だけでなく、分子汚染の態様をより詳しく知ることが可能になる。例えば、結晶板上に金電極が露出しているもの、シリコンを成膜しているもの、銅を成膜しているものの３つを用意して３チャネルの分子汚染センサを形成することも可能である。これにより、シリコン材料に関する分子汚染量に加えて、塩素に起因する分子汚染についても調べることが可能になる。更に、測定内容をより充実させて高精度の測定を行うために、水晶振動子に加えて、温度計測手段や湿度計測手段を分子汚染センサに設けることも有利である。
【００５２】
[第２実施例]
以下、本願発明による第２実施例について説明する。第２実施例では、第１実施例とは異なり、分子汚染センサに対する電力供給及び汚染情報の読み出し等の信号の送受信が、分子汚染センサと非接触の形式で行われる。
【００５３】
図８は、半導体ウエハの保管及び搬送を行うために使用される保管搬送容器内の様子を示す。例えば、フープポッドである保管搬送容器８０２の中には、複数の半導体ウエハ８０４を収納するための「基板受入棚」であるウエハキャリア８０６が収容されている。保管搬送容器８０２内には、分子汚染センサ８１０が、取付部８１２によって着脱可能に取り付けられている。同様に、ウエハキャリア８０６にも分子汚染センサ８１４が、取付部８１６によって着脱可能に取り付けられている。本実施例では、２つの分子汚染センサ８１０，８１４が使用されているが、必ずしも同時に２つの分子汚染センサを使用する必要はなく、何れか一方のみを使用することも可能である。分子汚染センサを、できるだけ半導体ウエハと同じ雰囲気にさらす観点からは、ウエハキャリアに設けることが望ましい。また、分子汚染センサを取り付ける場所や向きについても適宜変更することが可能である。ただし、後述するように、情報読取及び書込装置のような外部装置と電磁波等による通信を効果的に行う観点からは、そのような外部装置に対面し得る場所及び向きに設けられることが望ましい。
【００５４】
半導体ウエハ８０４に所定の製造工程における処理を施す前の状態では、図示されているように、保管搬送容器８０２は、ウエハキャリア８０６を収容して密閉されている。所定の処理を施す場合には、この保管搬送容器８０２をプロセス装置（図示せず）に取り付け、保管搬送容器８０２の正面パネル８０８を開き、ウエハキャリア８０６をプロセス装置の内部に導入する。プロセス装置内部では、ウエハキャリア８０６に収納されている半導体ウエハ８０４に所定の処理を施す。その後に、ウエハキャリア８０６は、再び保管搬送容器８０２内に収容され、正面パネル８０８を閉じることで容器内は密閉される。
【００５５】
図９は、本願実施例による分子汚染センサの概略斜視図を示す。分子汚染センサ９００は、信号処理部９０２と、信号処理部９０２上のソケット９０５に着脱可能に取り付けられた２つの水晶振動子９０４，９０６を有する。本実施例では水晶振動子が使用されているが、本発明はこれに限定されず、圧電効果を有する結晶片より成る振動子を信号処理部９０２上に設けることが可能である。分子汚染レベルの変化に応じて、振動子の発振周波数が変化することが可能であればよいからである。ただし、温度や湿度のような、分子汚染以外の環境変化に対する変動が少なく、比較的安定的に発振動作を行わせる観点からは、水晶振動子を利用することが好ましい。これら２つの水晶振動子９０４，９０６は、例えばステンレスより成る、直方体形状の網目状の格子（又はフレーム）９０８によって包囲されている。このフレームは、保管搬送容器８０２またはウエハキャリア８０６に分子汚染センサ９０４，９０６を取り付ける又はそれを取り外す際のハンドリング用の構造である。例えば、このフレームを利用して分子汚染センサを保管搬送容器から取り外し、分子汚染センサを洗浄する、又は保管搬送容器若しくはウエハキャリアを交換することができる。なお、このフレーム９０８も、信号処理部９０２に着脱可能に取り付けられており、フレーム９０８を取り外すことで、水晶振動子９０４，９０６をソケット９０５から取り外すことが可能になる。
【００５６】
水晶振動子９０４，９０６は、第１実施例と同様に保管搬送容器８０２内で半導体ウエハと同じ雰囲気中に置かれる。言い換えれば、半導体ウエハ周辺のガスが水晶振動子９０４，９０６の付近にも流れて来るように設けられる。このため、半導体ウエハ８０４がガス状物質により汚染される場合には、水晶振動子９０４，９０６も同様にガス状物質により汚染されることになる。
【００５７】
信号処理部９０２には、分子汚染センサ９００の外部と可視光線、赤外線、電場又は磁場等を通じて通信を行うための通信処理部９１０と、必要なデータの格納及び読み出し等の処理を行う制御部９１２と、水晶振動子９０４，９０６に接続され、汚染レベルに関する情報を作成するための計測部９１４が含まれている。通信処理部９１０、制御部９１２及び計測部９１４の各々は、ＩＣ回路基板上に作成された後に、エポキシ樹脂材料９１６により封止される。通信処理部９１０、制御部９１２及び計測部９１４は、説明の便宜上、機能毎に３つに分けて描いているが、３層に分けることは必須ではなく、１つの回路基板にまとめることも可能であるし、分子汚染センサの機能に応じて、更に多くの多層構造にすることも可能である。
【００５８】
図１０は、分子汚染センサの機能に関するブロック図を示す。分子汚染センサは、センサ内で行われる各種の動作を、信号線１００２を通じて制御する制御手段１００４を有する。分子汚染センサは、例えば２５ＭＨｚのような水晶振動子の発振周波数に応じて変化する電気信号を、制御手段１００４の制御の下に出力する発振手段１００６を有する。分子汚染センサは、発振手段１００６から出力された電気信号を例えば赤外線信号に変調し、無線送信する送信手段１００８を有する。水晶振動子に汚染分子が付着すると、その発振周波数が変化する（低くなる）。この発振周波数の変化を検出することで、その雰囲気の分子汚染レベルを把握することが可能になる。送信手段１００８から無線送信される信号には、そのような発振周波数に関する情報が含まれている。分子汚染センサは、例えば可視光線のような所定の周波数の電磁波のエネルギを電気エネルギに変換し、センサ内の各手段に必要な電力を供給する電源手段１０１０を有する。
【００５９】
更に、分子汚染センサは、センサ情報を電子情報として記憶する記憶手段１０１２を有する。センサ情報には、分子汚染センサの識別情報、保管搬送容器の識別情報、製造ロットの識別情報、半導体ウエハの製造仕様、製造元、製造および出荷日、製造元での出荷検査情報、初期発振周波数、周波数測定値、温度特性、電極材料、センサ表面物質、使用元での受け入れ検査情報、洗浄履歴情報その他の特性管理に必要な情報が含まれ得る。記憶手段１０１２は、第１実施例のセンサ情報メモリ３０６と同様の機能を有する。
【００６０】
図１１は、本願実施例による分子汚染センサの等価回路図を示す。概して、分子汚染センサ１１００は、水晶振動子の発振周波数に応じて変化する電気信号を出力する発振手段１１０２と、その電気信号を変調して無線送信する送信手段１１０４と、発振手段１１０２に電力を供給する電源手段１１０６を有する。
【００６１】
発振手段１１０２は、水晶振動子１１１２と、インバータ１１１４を有する。インバータ１１１４は、例えばＮチャネル及びＰチャネルＦＥＴより成るＣＭＯＳインバータとすることが可能である。水晶振動子１１１２の一端とインバータ１１１４の出力ノード１１１６との間には、例えば５００オームの第１抵抗器１１１８が接続される。例えば１メガオームの第２抵抗器１１２０は、インバータ１１１４に並列に接続される。水晶振動子１１１２の両端は、それぞれ例えば１２ピコファラッドの第１，第２キャパシタ１１２２，１１２４を通じて接地電位に接続される。出力ノード１１１６は、増幅器１１２６の入力に接続される。送信手段１１０４は、一端が増幅器１１２６の出力に接続され、他端が接地電位に接続され、赤外線を発する発光ダイオード１１２８を有する。
【００６２】
電源手段１１０６は、例えば可視光線を受け、光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池１１３０を有する。太陽電池１１３０の出力は、電気エネルギを所定の電圧に調整する調整回路１１３２に接続される。電源手段１１０６内の調整回路１１３２にて適切な値に調整された電圧は、発振手段１１０２内のインバータ１１１４及び増幅器１１２６に印加される。
【００６３】
ところで、分子汚染レベルの測定は、必ずしも時間的に連続的に行う必要はなく、例えば、プロセス装置における処理の前後、及び次のプロセス装置における処理の前の時点で行えばよい。数十メガヘルツの周波数で水晶振動子を振動させ、周波数情報を送信させるのに必要な電力は、せいぜいマイクロワット程度の電力であり、この程度の電力であれば、例えば１〜２秒間の可視光線を太陽電池に照射すれば充分に得られる。
【００６４】
分子汚染センサ１１００の外側の所定の場所には、分子汚染センサ１１００から無線送信された信号を受信する受信手段１１０８と、この受信した信号に基づいて汚染レベルを計測する計測手段１１１０より成る情報リーダ１１０１が設けられている。所定の場所とは、例えば、保管搬送容器を、プロセス装置に又はプロセス装置間の所定の測定地点に取り付けた際に、受信手段１１０８が送信手段１１０４に対面するような場所（例えば、図１及び図２の読み取り装置１０８）である。受信手段１１０８は、一端が接地電位に接続され、分子汚染センサ１１００からの無線信号を受信する受光ダイオード１１３４を有する。計測手段１１１０は、入力端子が受光ダイオード１１３４の他端に接続された増幅器１１３６と、増幅器１１３６の出力端子に接続された計測回路１１３８を有する。
【００６５】
動作を次に説明する。分子汚染センサ１１００が、保管搬送容器８０２に取り付けられ、保管搬送容器８０２はプロセス装置に取り付けられ、そのプロセス装置による処理を行う前の半導体ウエハ８０４の汚染レベルを測定するものとする。まず、太陽電池１１３０に可視光線が照射され、太陽電池の両端に電位差が生じ、この電圧は、調整回路１１３２にて適切な値に調整され、インバータ１１１４及び増幅器１１２６に、例えば３．３ボルトの電源電圧として供給される。そして、水晶振動子１１１２の両端に微小な電圧変化が生じ、インバータ１１１４の出力がスイッチングし、キャパシタ１１２２，１１２４による充放電を繰り返すことで、出力ノード１１１６に発振信号が生じる。この発振信号は、例えば２５ＭＨｚのような水晶振動子１１１２の振動周波数に応じて変化する信号である。出力ノード１１１６に生じた発振信号は、増幅器１１２６により増幅され、発光ダイオード１１２８に供給される。発光ダイオード１１２８は、増幅後の発振信号を強度変調した赤外線信号を発する。
【００６６】
この赤外線信号は、受光ダイオード１１３４により受信され、復調された電気信号を増幅器１１３６に入力する。計測回路１１３８は、適切な値に増幅された電気信号に基づいて、水晶振動子１１１２の発振周波数を見い出し、汚染レベルの計測を行う。水晶振動子１１１２に汚染分子が付着すると、主に水晶振動子の質量増加に起因して、出力ノード１１１６に生じる発振信号の周波数は減少する。従って、計測回路１１３８は、水晶振動子１１１２の発振周波数の変化量を求めることで、前回の測定時点と今回の測定時点の間にどの程度の分子汚染が生じたかを算出することができる。
【００６７】
図１２は、図１１に示される電源手段１１０６に対する他の構成例を示す。この電源手段は、誘導素子であるコイル１２０２と、コイル１２０２の両端に生じた電圧（逆起電力）を整流する整流回路１２０４と、整流回路１２０４に接続された調整回路１２３２を有する。整流回路１２０４は、４つのダイオード１２０６及び１つの平滑キャパシタ１２０７より成る。調整回路１２３２は、図１１の調整回路１１３２と同様なものである。電源手段１１０６’の外側には、コイル１２０８と、そのコイル１２０８に交流電圧を印加する電源１２１０が設けられている。
【００６８】
コイル１２０８は、その両端に交流電圧が印加されると磁場を発生させる。この磁場が電源手段内のコイル１２０２と相互作用することで、コイル１２０２の両端に逆起電力が生じ、整流回路１２０４により全波整流及び平滑化された電圧信号が調整回路１２３２に印加され、発振手段１１０２に電力が供給される。本実施例によれば、電源手段に非接触でエネルギを供給するために、可視光線の代わりに、磁場を利用することが可能である。
【００６９】
図１３は、図１１に示される送信手段１１０４及び受信手段１１０８の他の構成例を示す回路図である。本実施例における送信手段１１０４’は、一端が増幅器１１２６に接続され、直流成分を阻止するキャパシタ１３０２と、キャパシタ１３０２の他端と接地電位の間に接続されたコイル１３０４を有する。受信手段１１０８’は、増幅器１１３６の入力端子と接地電位の間に接続されたコイル１３０６を有する。
【００７０】
送信手段のコイル１３０４に、増幅器１１２６からの増幅後の発振信号が印加されると、コイル１３０４は磁場を生じさせる。この磁場と受信手段のコイル１３０６が相互作用することで、コイル１３０６の両端に電気信号が発生し、その電気信号は増幅器１１３６に入力される。本実施例によれば、送信手段及び受信手段の間で発振周波数に関する情報を伝送するために、赤外線の代わりに、磁場を利用することが可能である。
【００７１】
このように、電源手段に関するエネルギ供給、及び送受信手段の間の信号伝送に、光（可視光及び赤外光）を利用することも磁場を利用することも可能である。エネルギ供給及び信号伝送の双方に光又は磁場を利用することが可能であるのはもちろんのこと、一方に光を利用し、他方に磁場を利用することも可能である。回路構成の簡易化、軽量化及び小型化等の観点からは、上記の実施例のように、双方に光を利用することが望ましい。なお、本願実施例では、図１１に示すような発振手段を例示したが、本発明はこれに限定されず、振動子を適切に発振させる任意の発振手段を使用することが可能である。
【００７２】
次に、本願実施例により分子汚染を測定する際の具体例を説明する。第１実施例の場合と同様に、水晶振動子は、汚染管理の目的に応じて適切なものが選択される。例えば、シリコンウエハの汚染を調べるのであれば、水晶振動子の表面にシリコンが成膜されたものを利用することが好ましい。また、腐食性ガスによる汚染を調べるのであれば、銀や銅電極を有する水晶振動子を利用することが好ましい。以下に説明する例では、２種類の水晶振動子を用意し、１つは図４（Ｂ）のような結晶片上に金電極が露出しているものであり、もう１つは、結晶片上にドーピングされていないシリコンをエバポレーション（ＥＢ）蒸着で２０ｎｍの厚さに成膜したものである。
【００７３】
分子汚染センサは、有機溶媒等で充分に洗浄され、保管搬送容器８０２内（またはウエハキャリア８０６）に設けられた後に、太陽電池１１３０に光を照射するランプ及び赤外線を受信する受信手段１１０８を有する読み書きヘッドに近づけられる。そして、初期の発振周波数に加えて、分子汚染センサの識別情報、種類、設置した日時その他の、測定及び解析に必要な情報が、記憶手段１０１２に記憶される。これらの情報は、総ての分子汚染センサの情報を一括管理するためのデータベースに格納することも可能である。分子汚染センサの識別情報は、例えば英数字やバーコードのように光学的に読み取らせることも可能である。より具体的には、例えば次のような情報が記憶手段１０１２に記憶される：
センサの識別番号： Ｆｊ−ＱＣＭ−２００２−Ｍ−Ｐ２−Ｅｔｃｈ−２２５
第１チャネルの初期発振周波数：ｆ１０＝２５０００１５２Ｈｚ
第２チャネルの初期発振周波数：ｆ２０＝２４９８０５５７Ｈｚ
第３チャネルの種類：導電型湿度センサ
第１チャネルの表面物質： Ａｕ
第２チャネルの表面物質： Ｓｉ
第３チャネルの型格：ＨＭ−３５Ｅ
設置日： ２００２．１０．１５
洗浄履歴： ２００２．１０．１５
保管搬送容器のポッド番号： Ｆｊ−Ｍ−５０００５２３８
製造元： ○○○○株式会社
製造ロット： ＱＥＬＣ−２００２−Ｆ−２０００５３ＡＵ。
【００７４】
そして、保管搬送容器８０２がプロセス装置に取り付けられた時点、ウエハキャリア８０６がプロセス装置内に導入された時点、プロセス装置における処理が終了した時点その他の所望の時点で、分子汚染センサに電力を与えて発振周波数を測定する。必要に応じて、読み取った周波数値又はその周波数値に基づいて算出された周波数変化量（分子汚染量）が、記憶手段１０１２に記憶される。プロセス装置の処理工程に起因する分子汚染を調べるのであれば、処理の前後で周波数情報を読み取り、その差分に基づいて汚染状況を調べることが可能である。また、ある処理を終えた後の測定値と、次の処理の前の測定値とを比較すれば、搬送途中における汚染を調べることが可能になる。このように保管搬送容器８０２（又はウエハキャリア８０６）毎に分子汚染の様子を追跡することが可能である。
【００７５】
本実施例では、第１ロットの半導体ウエハに関し、第１チャネルの水晶振動子の初期発振周波数が、
ｆ１０＝２５０００１５２Ｈｚ
であり、６時間後の発振周波数が、
ｆ１１＝２５０００１０４Ｈｚ
になった。この場合の周波数変化量は、
２５０００１５２−２５０００１０４＝４８Ｈｚ
である。分子汚染センサの感度が、０．５２ｎｇ／ｃｍ２／Ｈｚとすると（１ｃｍ２当たり０．５２ｎｇの分子が付着すると１Ｈｚ周波数が偏移する）、４８Ｈｚは２５ｎｇに相当するので、密閉された保管搬送容器８０２内で保管されていた６時間の間に、２５ｎｇの汚染があったことが判明する。
【００７６】
その後、半導体ウエハ８０４にエッチング処理が行われ、約３０分の待ち時間の後に行われる次のアッシング工程の直前に発振周波数を測定したところ、
ｆ１２＝２４９９９９９１Ｈｚ
になっていた。この場合の周波数変化量は、
２５００００１０４−２４９９９９９１＝１１３Ｈｚ
であり、１１３Ｈｚは５９ｎｇに相当するので、保管搬送容器８０２の搬送途中及び３０分の待ち時間の間に、５９ｎｇの汚染があったことが判明する。
【００７７】
また、次の第２ロットの半導体ウエハに対して、同じくアッシング工程の直前に発振周波数を測定したところ、３０４Ｈｚの周波数変化が観測され、１５８ｎｇもの汚染のあったことが判明した。これは、第２ロットにて、エッチング処理に続くアッシング工程が、３０分程度の待ち時間後に行われるべきところ、アッシング工程を行うプロセス装置の故障に起因して、約１時間半の間待機させられたことに起因する。このように、第１ロットは約６０ｎｇ程度の汚染量にとどまっているが、第２ロットでは約２．６倍もの汚染を受けたことを明確に把握することが可能になる。
【００７８】
このようにして測定した汚染量が許容範囲内であれば、その工程に至るまでの製造プロセスは、過剰に汚染されることなく無事に処理されていることが確認できる。一方、汚染量が許容範囲を超えてしまった場合は、例えば、計測手段５０１の側から警報を発することで、分子汚染の原因を究明し、その対策を講じることが可能になる。従って、第１実施例と同様に、許容値を超える分子汚染を早期に発見することが可能である。
【００７９】
本願実施例による分子汚染センサへの電力供給、及び分子汚染センサからの情報の読み出し又はそこへの書き込みは、非接触で行われるので、例えば測定する度に容器を開ける等の作業を必要とせず、簡易に測定等を行うことが可能になる。すなわち、分子汚染センサに非接触でエネルギを供給し、分子汚染センサを作動させ、非接触で得られる周波数情報の差分に基づいて汚染量が検出されるので、検査開始から検査結果を得るまでの時間は非常に短く、従来懸念されていたような、汚染レベルの検査が長期化することに起因する歩留まりの悪化を回避することができる。
【００８０】
また、分子汚染センサへの電力供給等を非接触で行うので、分子汚染センサにアクセスするための電気接点やソケットのような専用の電気部品を保管搬送容器又はウエハキャリアに設けることは必須ではない。保管搬送容器又はウエハキャリアには、分子汚染センサを取り付けるための簡単な手段（例えば、図８の取付部８１２，８１６）が設けられていればよい。ただし、本願実施例のように、分子汚染センサとの間でエネルギの伝送及び情報通信を非接触で行うには、保管搬送容器（少なくとも分子汚染センサ付近の部分）が、センサの使用する可視光線、赤外光線、電場又は磁場を遮蔽しないものであることを要する。従って、本発明に、金属のような保管搬送容器を使用することは困難であるが、通常のスミフポッドやフープポッド等の容器は、透明なプラスチックやガラス等の材料で形成され、可視光線等を遮蔽しないので、多くの場合に本発明を利用することが可能である。
【００８１】
発振手段に電力を供給する電源手段に関し、非接触方式ではなく、保管搬送容器に収納され得る小型の電池を利用することも技術的には可能である。しかしながら、そのような電池には寿命があるので、電池の使用頻度に応じて交換する又は充電する等の電池を管理する作業が必要になる。また、その電池は小型であり、寿命は比較的短いので、電池の管理負担は一層重くなる。更に、電池交換等のために電池は取り外し可能に取り付けられる必要があるが、そのような取付機構を設けることは、保管管理容器内に収容する要素をできるだけ少なくして容器内を清浄にする観点から不利である。本願実施例のように、光又は磁場のような非接触の形式で、分子汚染センサにエネルギを伝送することで、電池を利用した場合に懸念される諸問題を回避することが可能になる。
【００８２】
本願実施例における分子汚染センサの発振手段１１０２、送信手段１１０４及び電源手段１１０６は、集積回路として形成され、エポキシ樹脂９１６で封止されている。このため、分子汚染の原因となるようなガス状物質が、集積回路から発生する虞を抑制することが可能になる。また、水晶振動子以外の要素を封止することで、集積回路が露出している場合に比べて、分子汚染センサを洗浄する作業負担を軽減することにもなる。ただし、電力用のエネルギの伝送及び周波数情報の送信等を行い得るようにしておく必要がある。このため、分子汚染センサの外部と光等を通じて通信を行うための通信処理部９１０を、信号処理部９０２の底面に設け、例えば太陽電池の受光面等を露出させることが有利である。
【００８３】
以下、本発明により教示される手段を列挙する。
【００８４】
（付記１） 製造工程における材料基板の汚染状況を監視する分子汚染監視システムであって：
前記材料基板を保管および搬送する複数の容器の各々に設けられた分子汚染センサから、個々の分子汚染センサの識別情報および周波数情報を、前記分子汚染監視システムのデータベースに読み込み、
前記周波数情報に基づいて、前記材料基板の汚染状況を監視することを特徴とする分子汚染監視システム。
【００８５】
（付記２） 同一の分子汚染センサに関する周波数情報の変化に基づいて、汚染状況を監視することを特徴とする付記１記載の分子汚染監視システム。
【００８６】
（付記３） 前記識別情報が、光学的又は電気的に読み取ることの可能な情報であることを特徴とする付記１記載の分子汚染監視システム。
【００８７】
（付記４） 所定の製造工程における処理を材料基板に施すプロセス装置と、前記プロセス装置に取り外し可能に取り付けられ、前記材料基板を保管および搬送することが可能な保管搬送容器と、
前記保管搬送容器に設けられ、圧電効果を奏する結晶より成る振動子と前記振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する分子汚染センサと、
前記保管搬送容器が前記プロセス装置に取り付けられた場合に、前記分子汚染センサから前記周波数情報および分子汚染センサの識別情報を読み取る読取装置を有し、前記振動子に汚染分子が付着することによって前記振動子の発振周波数が変化し、前記周波数情報および前記識別情報に基づいて、前記保管搬送容器内の材料基板の汚染状況を監視することを特徴とする分子汚染監視システム。
【００８８】
（付記５） 前記プロセス装置における処理の前および後における前記材料基板の汚染状況を測定することを特徴とする付記４記載の分子汚染監視システム。
【００８９】
（付記６） 更に、前記材料基板の汚染レベルが所定の閾値を超えたか否かを判定する手段を有することを特徴とする付記４記載の分子汚染監視システム。
【００９０】
（付記７） 所定の製造工程における処理を材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられ、前記材料基板を保管および搬送することが可能な保管搬送容器であって、
前記保管搬送容器に設けられ、圧電効果を奏する結晶より成る振動子と前記振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する分子汚染センサを有し、
前記保管搬送容器が前記プロセス装置に取り付けられた場合に、前記分子汚染センサから前記周波数情報および分子汚染センサの識別情報が読読取装置により読み取られ、
前記振動子に汚染分子が付着することによって前記振動子の発振周波数が変化し、前記周波数情報および前記識別情報に基づいて、前記保管搬送容器内の材料基板の汚染を検出することを特徴とする保管搬送容器。
【００９１】
（付記８） 圧電効果を奏する結晶より成る振動子と該振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する分子汚染センサであって、
材料基板を保管および搬送する保管搬送容器に設けられ、
所定の製造工程における処理を前記材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられる前記保管搬送容器が、前記プロセス装置に取り付けられた場合に、前記周波数情報および分子汚染センサの識別情報を読取装置に読み取らせ、
前記振動子に汚染分子が付着することによって前記振動子の発振周波数が変化し、前記周波数情報および前記識別情報に基づいて、前記保管搬送容器内の材料基板の汚染を検出することを特徴とする分子汚染センサ。
【００９２】
（付記９） 前記振動子に成膜された材料が、前記材料基板にも含まれていることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９３】
（付記１０） 前記分子汚染センサが、圧電効果を奏する結晶より成る複数の振動子を有し、各振動子には互いに異なる材料が成膜されることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９４】
（付記１１） 更に、前記分子汚染センサが、前記振動子に所定の電圧を印加して振動させる発振制御回路を有することを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９５】
（付記１２） 前記分子汚染センサが、前記保管搬送容器に取り外し可能に取り付けられることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９６】
（付記１３） 前記識別情報は、光学的に読み取ることが可能であることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９７】
（付記１４） 前記識別情報は、前記読取装置によって電気的又は磁気的に読み取ることが可能であることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９８】
（付記１５） 前記振動子が、水晶振動子であることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９９】
（付記１６） 前記周波数情報が、前記保管搬送容器および前記読取装置を接続する電気接点を通じて伝送されることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【０１００】
（付記１７） 前記周波数情報が、前記保管搬送容器および前記読取装置に設けられた電磁コイル手段を通じて非接触で伝送されることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【０１０１】
（付記１８） 圧電効果を有する結晶片より成る振動子の発振周波数に応じて変動する電気信号を出力する発振手段と、
前記電気信号を変調し、前記振動子に汚染分子が付着することにより変化する前記発振周波数に関する情報を、無線送信する送信手段と、
所定の周波数の電磁波のエネルギを電気エネルギに変換し、前記発振手段に電力を供給する電源手段
を有することを特徴とする分子汚染センサ。
【０１０２】
（付記１９） 前記振動子が、水晶振動子より成ることを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０３】
（付記２０） 前記発振手段が、各々が圧電効果を有する結晶片より成る複数の振動子を有し、各振動子には互いに異なる材料が成膜されていることを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０４】
（付記２１） 前記電源手段が、太陽電池を有することを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０５】
（付記２２） 前記電源手段が、誘導起電力を生じさせる誘導素子と、前記誘導素子に接続された整流回路を有することを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０６】
（付記２３） 前記送信手段が、前記電気信号を赤外線信号に変換するダイオードを有することを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０７】
（付記２４） 前記送信手段が、前記電気信号を、赤外線より低周波の電磁波で送信するための誘導素子を有することを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０８】
（付記２５） 前記発振手段、前記送信手段及び前記電源手段が、樹脂材料により封止されることを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０９】
（付記２６） 付記１記載の分子汚染センサから無線送信された信号を受信し、前記発振周波数に関する情報を抽出することで、分子汚染レベルを測定する計測装置。
【０１１０】
（付記２７） 更に、付記１記載の分子汚染センサから無線送信された信号を受信する受光ダイオードを有することを特徴とする付記２６記載の計測装置。
【０１１１】
（付記２８） 更に、付記１記載の分子汚染センサから無線送信された信号を受信する誘導素子を有することを特徴とする付記２６記載の計測装置。
【０１１２】
（付記２９） 所定の製造工程における処理を材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられ、前記材料基板を密閉して保管及び搬送するための保管搬送容器であって、
付記１８記載の分子汚染センサを、着脱可能に取り付けるための取付手段を有することを特徴とする保管搬送容器。
【０１１３】
（付記３０） 所定の製造工程における処理を材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられ、前記材料基板を密閉して保管及び搬送するための保管搬送容器に収納され、前記材料基板を載置するための基板受入棚であって、付記１８記載の分子汚染センサを、着脱可能に取り付けるための取付手段を有することを特徴とする基板受入棚。
【０１１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、製造プロセス全般にわたって、製品レベルで分子汚染の状況を追跡することが可能になる。また、密閉された容器内の分子汚染の状況を調べることも可能になる。
【０１１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願実施例による分子汚染監視システム１００の部分概略図を示す。
【図２】図２は、本願実施例による分子汚染監視システム１００の部分拡大図を示す。
【図３】図３は、ウエハキャリアに分子汚染センサを設けた形態を示す図である。
【図４】図４は、本願実施例による分子汚染センサ２０６の拡大図を示す。
【図５】図５は、本願実施例による分子汚染センサ２０６を設けるためのフレームの概略図を示す。
【図６】図６は、水晶振動子の概略平面図および概略断面図を示す。
【図７】図７は、本願実施例により計測された汚染履歴のグラフを示す。
【図８】図８は、半導体ウエハの保管及び搬送を行うための保管搬送容器内の概略図を示す。
【図９】図９は、本願実施例による分子汚染センサの概略斜視図を示す。
【図１０】図１０は、分子汚染センサの機能に関するブロック図を示す。
【図１１】図１１は、本願実施例による分子汚染センサの等価回路図を示す。
【図１２】図１２は、電源手段の他の構成例を示す回路図である。
【図１３】図１３は、送信手段及び受信手段の他の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１００ 分子汚染監視システム
１０２ プロセス装置
１０３，１０７ 側壁
１０４ 製造プロセス・コントローラ
１０６ 保管搬送容器
１０８ 読取装置
１１０ ステージ
１１２ 分子汚染測定装置
２０２ 半導体ウエハ
２０４ ウエハキャリア
２０６ 分子汚染センサ
２０８，２０９ 外部接点
２１０ ソケット
３０１ 基板
３０２ 水晶振動子
３０４ 発振制御回路
３０６ センサ情報メモリ
３０８ 電極
３１０ 識別情報
４０２ 結晶板
４０４ 電極
４０６ 成膜材料
８０２ 保管搬送容器
８０４ 半導体ウエハ
８０６ ウエハキャリア
８０８ 正面パネル
８１０，８１４ 分子汚染センサ
８１２，８１６ 取付部
９００ 分子汚染センサ
９０２ 信号処理部
９０４，９０６ 水晶振動子
９０５ ソケット
９０８ フレーム
９１０ 通信処理部
９１２ 制御部
９１４ 計測部
９１６ エポキシ樹脂
１００２ 信号線
１００４ 制御手段
１００６ 発振手段
１００８ 送信手段
１０１０ 電源手段
１０１２ 記憶手段
１１００ 分子汚染センサ
１１０１ 情報リーダ
１１０２ 発振手段
１１０４ 送信手段
１１０６ 電源手段
１１０８ 受信手段
１１１０ 計測手段
１１１２ 水晶振動子
１１１４ インバータ
１１１６ 出力ノード
１１１８，１１２０ 抵抗器
１１２２，１１２４ キャパシタ
１１２６ 増幅器
１１２８ 発光ダイオード
１１３０ 太陽電池
１１３２ 調整回路
１１３４ 受光ダイオード
１１３６ 増幅器
１１３８ 計測回路
１２０２，１２０８ コイル
１２０４ 整流回路
１２０６ ダイオード
１２１０ 交流電源
１２３２ 調整回路
１３０２ キャパシタ
１３０４，１３０６ コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハのような材料基板の分子汚染を監視するシステム、分子汚染を検出するセンサ、計測装置並びにそのセンサを取り付けることが可能な保管搬送容器及び基板受入棚に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示装置、ハードディスク、医薬品等の製造工程では、これらの製品を良好に完成させるため、製造工程途中における汚染から保護する必要がある。このため、製造工程はクリーン・ルーム内で行なわれるのが一般的である。クリーン・ルーム内にはフィルタを通過した清浄な空気が送り込まれているので、そのようなフィルタは、例えば０．１μｍ程度の空気中に固体として浮遊しているゴミ（浮遊パーティクル）が製造途中の製品に付着して汚染されることを比較的良好に抑制し得る。
【０００３】
しかしながら汚染の原因はそのような浮遊パーティクルに止まらず、上記フィルタでは除去しきれないガス状物質に起因するものがある。このガス状物質は、分子レベルの汚染を引き起こすものであり、その蒸気（ガス状物質）が半導体ウエハやガラス基板等に触れることによって、分子レベルの汚染が生じる。例えば、半導体ウエハにそのような蒸気が触れると、その後に成膜された膜が剥がれやすくなったり、完成した製品の特性上の不具合を引き起こす虞がある。ガス状物質には、アルコールや有機溶媒等の有機物、室内壁面の塗料、人体からの汗、アンモニア等による蒸気が含まれるが、これらに限定されない。
【０００４】
分子汚染の汚染原因（ガス状物質）や汚染の程度を調べるには、テナックス(TENAX)管による捕集を行ない、ＧＣ(Gas Chromatography)−Ｍａｓｓによる質量分析を行なうのが一般的である。しかしながら、この手法は、まず検査しようとする空間の空気を２０ないし５０リットル程度ポンプで吸引し、テナックス管に吸着させ、その後ＧＣ−Ｍａｓｓによる所定の分析を行なう必要がある。このため、捕集および分析に多くの時間を要し、しかも装置が大型で費用も高くつくという問題点がある。
【０００５】
また、この手法では、一連の製造工程のうち、所定の製造工程に関する材料基板を抜き取り、その材料基板に関する検査を行なうことによって汚染状況を調べている。検査には例えば数日間のような長時間を要していたので、場合によっては、検査結果が好ましくないことが判明するまでに行なわれた製造プロセスに関与する材料基板は総て無駄になっていた。検査結果が判明するまで製造工程を停止させることも理論上は考えられるが、現実的には、製造工程は連続的に次々と行う必要があり、停止させるとしても数十分が限界であるといわれている。したがって検査が判明するまで停止させるのは事実上困難である。このように従来の手法では検査が迅速に行われていないという問題点がある。
【０００６】
半導体製造プロセスでは、ウエハ・サイズは大型化する傾向にあり、１ウエハ当たりの素子数および１チップ当たりの単価も大きくなる傾向にある。半導体の技術分野に限らず、他の技術分野でも材料基板当たりの価格は上昇傾向にある。したがって検査を迅速に行なって、不良製品の発生をできるだけ減少させる必要性がある。更に、どの製造工程に関する材料基板を抜き取って検査するかについても容易に判定できないという問題点もある。検査しなかった製造プロセスの分子汚染が著しい場合もあり得るからである。さりとて、抜き取る材料基板数を過剰に増加させるのは歩留まりの観点から好ましくない。
【０００７】
分子汚染の状況をより迅速に測定するために、水晶振動子を利用した分子汚染濃度計測装置がある（例えば、特許文献１参照。）。これは、QCM(quartz crystal microbalance)という技術を利用して、水晶振動子に汚染分子が付着すると発振周波数が変化することに着目し、この水晶振動子より成るセンサ・ヘッドをケーブルを介して計測装置に接続するものである。センサ・ヘッドを測定場所に置き、例えば１０メートル程度の同軸ケーブルを介してセンサ・ヘッドからの情報を計測装置が取得し、水晶振動子の周波数変化に基づいて汚染を解析するのである。この手法によれば、プロセス装置周辺に設置されたセンサ・ヘッドにより、その場所における分子汚染の様子を迅速に（リアルタイムに）把握することが可能である。
【０００８】
しかしながら、センサ・ヘッドが測定装置にケーブルで接続されているので、測定を行うべき箇所が多数存在する際には、測定箇所数に応じたセンサ・ヘッドを用意して、その各々にケーブルを配線する必要がある。分子汚染は、製造工程の途中およびプロセス装置への搬送時等に起こり得るが、その製造工程数は数百にも及び得る。したがって、この手法により分子汚染の生じ得る製造工程や場所等を緻密に調べるには、多くの費用を費やして多数のセンサ・ヘッドおよび測定装置を要することに加えて、多数のケーブルを複雑に引き回さなければならないという問題点がある。
【０００９】
一方、クリーン・ルーム内に存在するガス状物質が、製造工程途中の材料または材料基板に付着することによる汚染（分子汚染）に対処するために、材料基板を密閉した容器に入れて保管および搬送することが行なわれている。すなわち、材料基板がクリーン・ルーム内で搬送される際は常に密閉容器内に保管され、所定のプロセスの処理を施す際は、そのプロセスを行なう装置に容器を取り付け、材料基板がクリーン・ルーム内の空気（プロセス装置外の空気）に触れないように、プロセス装置内部に導入される。そして、所定の処理が材料基板に施され、処理が終了すると、材料基板が再び容器に収納され、密閉される。
【００１０】
密閉した容器としては、容器の底面が開くことによって材料基板をプロセス装置に出し入れするスミフポッド(SMIF: Standard Mechanical InterFace-Pod)がある。また、容器の側面が開くことによって材料基板を出し入れするフープポッド(FOUP: Front Opening Unified-Pod)がある。このような容器を利用すれば、クリーン・ルーム内に存在する浮遊パーティクルによる汚染や、プロセス装置外部の空気中のガス状物質（蒸気）からの分子汚染に対処することが可能である。この種の容器については、例えば、特許文献２に開示されている。
【００１１】
しかしながら、それだけでは総てのガス状物質による汚染から保護することはできない。なぜなら、上記の容器は比較的低価格なプラスチックのような可塑剤から構成されているのが一般的であるが、可塑剤からのＤＯＰ（フタル酸ジ２−エチルへキシル）、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）またはシロキサン等による分子汚染が生じ得るからである。また、プラスチックにはその製造過程で酸化防止剤や、成形工程における剥離を容易にするための剥離剤等も使用されているので、これらの物質に起因する分子汚染もあり得る。
【００１２】
更に、ある製造プロセスにおける所定の処理をした後の材料基板は、そのプロセスで用いたガス、薬品その他の分解物で汚れており、その汚れた材料基板を密閉した容器に収納して保管すると、容器の内壁も汚染され、以後その容器に収納する材料は総て汚れた内壁面に起因する分子汚染の影響を受けることになる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含む材料をエッチングする際に、塩素（Ｃｌ）を含むガスを使用することがあるが、このエッチングを行った後のウエハには塩素が付着している。エッチングの終了後に、このウエハを再び容器に収納して密閉すると、付着した塩素によって容器内が汚染される。その結果、以後この容器に収納されるウエハは、容器内の汚染された雰囲気によって汚染されることとなってしまう。従来は、このような密閉された容器内の分子汚染の様子を把握することは困難であった。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−３３３３９４号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平８−６４６６６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、製造プロセス全般にわたって、分子汚染の状況を製品レベルで追跡することを可能にする分子汚染センサ、分子汚染センサを有する保管搬送容器および分子汚染システムを提供することを包括的課題とする。
【００１６】
本発明は、密閉された容器内の分子汚染の状況を調べることの可能な分子汚染センサおよび分子汚染センサの設けられた保管搬送容器を提供することを具体的課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
製造工程における材料基板の汚染状況を監視する分子汚染監視システムであって：
前記材料基板を保管および搬送する複数の容器の各々に設けられた分子汚染センサから、個々の分子汚染センサの識別情報および周波数情報を、前記分子汚染監視システムのデータベースに読み込み、
前記周波数情報に基づいて、前記材料基板の汚染状況を監視することを特徴とする分子汚染監視システムが提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、
圧電効果を奏する結晶より成る振動子と該振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する分子汚染センサであって、
材料基板を保管および搬送する保管搬送容器に設けられ、
所定の製造工程における処理を前記材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられる前記保管搬送容器が、前記プロセス装置に取り付けられた場合に、前記周波数情報および分子汚染センサの識別情報を読取装置に読み取らせ、
前記振動子に汚染分子が付着することによって前記振動子の発振周波数が変化し、前記周波数情報および前記識別情報に基づいて、前記保管搬送容器内の材料基板の汚染を検出することを特徴とする分子汚染センサが提供される。
【００１９】
また、本発明によれば、
圧電効果を有する結晶片より成る振動子の発振周波数に応じて変動する電気信号を出力する発振手段と、
前記電気信号を変調し、前記振動子に汚染分子が付着することにより変化する前記発振周波数に関する情報を、無線送信する送信手段と、
所定の周波数の電磁波のエネルギを電気エネルギに変換し、前記発振手段に電力を供給する電源手段
を有することを特徴とする分子汚染センサが、提供される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本願実施例を説明する。原則として、各図を通じて同様の要素には同一の参照番号を付すこととする。説明の便宜上、半導体の製造工程を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されず、液晶表示装置や医薬品その他の分子汚染に配慮する必要のある製造工程に応用することが可能である。
【００２１】
[第１実施例]
図１は、本願実施例による分子汚染監視システム１００の部分概略図を示す。分子汚染監視システム１００は、半導体製造工程における処理を、半導体ウエハ（材料基板）に施すプロセス装置１０２を有する。簡単のため図では２つのプロセス装置１０２しか描かれていないが、実際には多数のプロセス装置が存在する。プロセス装置１０２における各種の処理内容および処理条件は、各プロセス装置１０２にローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて接続された製造プロセス・コントローラ１０４によって制御される。プロセス装置１０２には、密閉した状態で半導体ウエハ（この図では図示せず）を保管および搬送することが可能な保管搬送容器１０６が取り付けられる。保管搬送容器１０６の例としては、スミフポッドやフープポッド等が挙げられる。保管搬送容器１０６は、プロセス装置１０２に取り外し可能に取り付けられる。すなわち、保管搬送容器１０６内の半導体ウエハに所定の処理を施す場合に、保管搬送容器１０６は、プロセス装置１０２のステージ１１０上に取り付けられ、保管している半導体ウエハをプロセス装置１０２内に導入するよう動作する。半導体ウエハに対する所定の処理が完了すると、その半導体ウエハを再び収納し、密閉状態に戻る。その後、プロセス装置１０２から取り外されて、更なる処理を行うために別のプロセス装置１０２の場所に搬送される。半導体ウエハに必要な製造工程の処理が施されるまで、このような動作が継続して行なわれる。
【００２２】
プロセス装置１０２のステージ１１０上には、保管搬送容器１０６が取り付けられた場合に、所定の情報を読み取る読取装置１０８が設けられている。読取装置１０８については後述する。読取装置１０８は、ローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて分子汚染計測装置１１２に結合され、読み取った情報を分子汚染計測装置１１２に送信する。製造プロセス・コントローラ１０４および分子汚染計測装置１１２は互いにローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて結合され、製造プロセスに関する情報や分子汚染に関する情報（後述）を送受信する。
【００２３】
図２は、本願実施例による分子汚染監視システム１００の部分拡大図を示す。保管搬送容器１０６内には、所定の大きさの半導体ウエハ２０２が複数保管されており、これら半導体ウエハ２０２は、ウエハキャリア２０４によってまとめられている。ウエハキャリア２０４には、例えば、８インチの半導体ウエハが２５枚収容されたり、１２インチの半導体ウエハが１２枚収容されたりする。一般に、比較的サイズの小さな半導体ウエハに対してはスミフポッドが使用され、サイズの大きいものについては、半導体ウエハの出し入れの機構が簡潔なフープポッドが使用される。本願実施例では、フープポッドのような側壁（正面パネル）が開く容器を例にとっているが、スミフポッドのような容器の底面側からウエハキャリアを出し入れする機構を採用することも可能である。
【００２４】
保管搬送容器１０６がプロセス装置１０２のステージ１１０上に取り付けられると、プロセス装置１０２の側壁１０３および保管搬送容器１０６の正面パネル１０７が開き、ウエハキャリア２０４がプロセス装置１０２内部に導入される。その後、半導体ウエハ２０２に所定の処理が施され、処理が完了するとウエハキャリア２０４が保管搬送容器１０６内に収納され、側壁１０３および正面パネル１０７が閉じて、半導体ウエハ２０２は再び密閉された状態で保管される。
【００２５】
保管搬送容器１０６内には、本願発明による分子汚染センサ２０６が設けられている。後述するように、分子汚染センサ２０６は、水晶振動子のような圧電効果を奏する結晶より成る振動子と、その振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する。水晶振動子に汚染分子が付着すると、水晶振動子の発振周波数が変化する。この周波数変化を利用して、保管搬送容器内の材料基板の汚染状況を監視することが可能になる。分子汚染センサ２０６の出力回路は、保管搬送容器１０６の底面に設けられた外部接点２０８に結合される。外部接点２０８は、保管搬送容器１０６がステージ１１０上に取り付けられた場合に、ステージ１１０上のソケット２１０に結合される。更にソケット２１０は読取装置１０８に結合される。読取装置１０８は、リード線を通じてソケット２１０に結合された周波数情報読取装置２１２を有し、その出力はローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて分子汚染計測装置１１２に結合される。読取装置１０８は、分子汚染センサ２０６に付されたバーコードのような識別情報を光学的に読み取る識別情報読取装置２１４を有し、この出力もローカル・エリア・ネットワークＬＡＮを通じて分子汚染計測装置１１２に結合される。したがって、保管搬送容器１０６がステージ１１０に取り付けられると、分子汚染センサ２０６は、読取装置１０８に電気的に結合され、発振周波数を含む所定の情報を周波数情報読取装置２１２に読み取らせ、分子汚染センサ２０６の識別情報を識別情報読取装置２１４に読み取らせる。
【００２６】
外部接点２０８およびソケット２１０は、本願実施例のように保管搬送容器１０６の底面およびステージ１１０にそれぞれ設けられているが、他の場所に、例えば外部接点２０８を保管搬送容器１０６の側面に設けることも可能である。この場合は、ソケット２１０も保管搬送容器１０６の側面の側から接触する構造になる。保管搬送容器１０６にスミフポッドが使用される場合は、スミフポッドの底面側から半導体ウエハの出し入れが行なわれるので、外部接点２０８は底面よりは側面に設けた方が有利である。
【００２７】
図３に示すように、分子汚染センサ２０６は、ウエハキャリア２０４に取り付けることも可能である。分子汚染センサ２０６からの情報の読み出しは、ウエハキャリア２０４が保管搬送容器１０６から取り出され、プロセス装置１０２内にセットされた際に、外部接点２０９およびこれに対応するプロセス装置１０２側の接点（図示せず）を通じて行なうことが可能である。このようにすると、プロセス装置１０２内における分子汚染も測定することが可能になる。
【００２８】
分子汚染センサ２０６から情報を読み取る手段は、本願実施例のように、外部接点２０８およびソケット２１０による電気的な接触点を利用するだけでなく、保管搬送容器１０６および読取装置１０８にそれぞれ設けられた電磁コイル（図示せず）を利用して、非接触の形式で読み取ることも可能である。非接触で信号の送受信を行うことについては、第２実施例にて詳細に説明される。接触又は非接触のいずれの方式を採用するにせよ、保管搬送容器１０６および読取装置１０８の位置関係は正確に定められていることを要する。さもなくば、良好に情報を読み取ることができないためである。スミフポッドやフープポッドのような保管搬送容器は、半導体ウエハがプロセス装置および保管搬送容器外部の空気に触れないように出し入れするために、プロセス装置１０２に正確に位置決めされるので、読取装置との位置関係は正確に保たれている。しかも保管搬送容器の形状は規格化されている。したがって、本発明を使用するために、保管搬送容器と読取装置との位置関係を維持するための更なる位置決め機構を要しない。
【００２９】
図４は、本願実施例による分子汚染センサ２０６の拡大図を示す。分子汚染センサ２０６は、基板３０１上に設けられた、水晶振動子３０２と、水晶振動子３０２に所定の電圧を印加して振動させる発振制御回路３０４とを有する。水晶振動子を発振させる発振制御回路３０４は、保管搬送容器１０６の内外を問わず設けることが可能である。しかしながら、本願実施例で使用するような高い周波数（例えば２５ＭＨｚ）を取り扱う場合における発振の動作は、発振制御回路と水晶振動子の間の距離（リード線の長さ）や幾何学的位置関係等によっても変動し得るデリケートなものである。したがって、発振動作を良好に行なわせ、測定精度を向上させる観点からは、発振制御回路を保管搬送容器内に（分子汚染センサに近接して）設けることが好ましい。
【００３０】
水晶振動子３０２は、保管搬送容器１０６内で半導体ウエハと同様に密閉されることに加えて、半導体ウエハ周辺の空気が水晶振動子３０２にも流れて来るように設けられる。すなわち、水晶振動子３０２は、半導体ウエハを汚染するような蒸気が、半導体ウエハだけでなく水晶振動子３０２にも及び得るように設けられる。
【００３１】
図５は、本願実施例で使用する分子汚染センサを包囲する直方体の骨組み構造（フレーム）を示す。このフレームは、保管搬送容器またはウエハキャリアに対する分子汚染センサの取り付けおよび取り外しにおけるハンドリング用の構造である。したがって、分子汚染センサ２０６を囲む構造は、センサを密閉するようなものではなく、水晶振動子３０２に対して空気が自由に出入りすることができるような構造である。例えば、このフレームを利用して分子汚染センサを保管搬送容器から取り外して、分子汚染センサを洗浄したり、保管搬送容器またはウエハキャリアを交換することができる。
【００３２】
分子汚染センサ２０６は、分子汚染センサ２０６の識別情報その他のセンサ情報を電子情報として記憶するセンサ情報メモリ３０６を有する。センサ情報には、分子汚染センサの識別情報、保管搬送容器の識別情報、製造ロットの識別情報、半導体ウエハの製造仕様、製造元、製造および出荷日、製造元での出荷検査情報、初期発振周波数、周波数測定値、温度特性、電極材料、センサ表面物質、使用元での受け入れ検査情報、洗浄履歴情報その他の特性管理に必要な情報が含まれ得る。分子汚染センサの各々を区別する観点からは、センサの識別情報で足りる。分子汚染センサがどの保管搬送容器に収容されているかを把握するには、少なくともセンサの識別情報と保管搬送容器の識別情報を要する。保管搬送容器に収納される半導体ウエハがどのロットに対応するかは、製造ロットの識別情報により特定され得る。
【００３３】
ところで、製造プロセスの途中にて、半導体ウエハを収納する保管搬送容器は、必要に応じて交換され得る。例えば、レジストの塗布やエッチングの処理は半導体ウエハを特に汚染させるので、そのような処理に専用の保管搬送容器を使用することがある。このような場合でも、上記の識別情報を利用して、半導体ウエハと、保管搬送容器またはウエハキャリアと、分子汚染センサとの対応関係を識別情報により常に把握しておくことが可能である。したがって、このような識別情報を読み出し可能なメモリに記憶させておけば、それを読み出すことによって分子汚染センサの区別等をすることが可能になる。これらの識別情報に加えて、初期発振周波数や以後の周波数測定値を含む特性管理に必要な情報を読み書き可能なメモリに格納しておくことも有利である。このようにすると、読取装置で読み取った情報を中央の制御装置（例えば、分子汚染計測装置１１２）に送信することなしに、読み取った時点で分子汚染の状況を分析することが可能になるからである。基板３０１上の各要素は、基板３０１の裏面に設けられた電極３０８を通じて外部接点２０８に結合される。
【００３４】
分子汚染センサ２０６には、センサを識別するための識別情報３１０が付されている。この識別情報３１０は、センサ情報メモリ３０６に記憶することが可能であり、また、フープポッド等に付与された識別番号と対応させることも可能である。識別情報３１０は、光学的に読み取ることの可能なバーコードより成る。識別情報３１０は、バーコードに代えて、「ＸＭＦ０２００５８」のような文字や記号、ホログラフィーシール、磁気テープ等とすることが可能である。光学的な読取を行なう場合には、保管搬送容器の識別情報付近の材料は、光学的な読取が可能であるような透明な材料で形成されることを要する。この実施例では、光学的に読み取り可能な識別情報３１０と、センサ情報メモリ３０６に格納される識別情報の両者が使用されているが、分子汚染センサを区別する観点からは、一方のみを利用することも可能である。しかし、保管搬送手段１０６は一般に透明なプラスチック材料より成り、英数字のような識別番号は目視によっても識別可能な点で、電子情報に加えてそのような識別情報を設けることは有利である。
【００３５】
図６は、分子汚染センサ２０６に使用される水晶振動子３０２の平面図（Ａ）および断面図（Ｂ），（Ｃ）を示す。水晶振動子３０２は、例えばＡＴカットのような所定の方向にカットされた結晶板４０２より成る。発振動作を行なわせる観点からは他のカット面を採用することも可能である。ただし、ＡＴカットの発振動作は他の面に比べて発振周波数の温度依存性が少ない点で、本願実施例における分子汚染計測に適している。例えば直径６ｍｍで厚さが４０μｍの結晶板４０２に、例えば直径３ｍｍの金（Ａｕ）より成る所定の電極４０４を結晶板４０２の表裏に設ける。電極４０４を通じて結晶板４０２に電圧を印加して、機械的な振動を発生させる。この程度の大きさの水晶振動子を形成することによって、例えば２５ＭＨｚの周波数を発振させることができる。結晶板４０２としては、水晶以外にもニオブ酸リチウムまたはリチウム・ナイオベート(LiNbO3)や、表面弾性波(SAW: Surface Acoustic Wave)素子のような圧電効果を有する結晶を採用することが可能である。
【００３６】
図６の（Ｃ）に示される構造では、更に、結晶板４０２および電極４０４上に、例えばシリコン（Ｓｉ）のような所定の材料が成膜されている。シリコンを成膜しておくと、その水晶振動子は、シリコンより成る半導体ウエハと同様の分子汚染の影響を受け得るので、分子汚染センサに適切である。また、金は、有機物が付着しやすい一方、水は付着しにくいという性質を有する。シリコンは有機物および水のいずれも付着しやすいという性質を有する。したがって、金電極の露出した水晶振動子（Ｂ）と、シリコンの成膜されているもの（Ｃ）を用意し、それらの周波数変化を調べることにより、金もシリコンも汚染されている場合は、汚染物質が有機物であることがわかる。また、金は汚染されていないがシリコンは汚染されている場合は、汚染物質は水分であることがわかる。有機物や水分による汚染は、適切な洗浄工程によって洗浄することが可能であるので、繰り返し使用することが可能である。更に、水晶振動子に銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）を成膜すると、これらの材料は塩素（Ｃｌ）等と反応しやすいので塩素等に関連する分子汚染を調べることが可能になる。このように、成膜材料の異なる複数のセンサを用意すると、汚染物質の種類を判別することが可能になる。
【００３７】
次に、本願実施例により分子汚染を測定する手法について説明する。用意した水晶振動子は２種類であり、２チャネルの分子汚染センサ・ヘッドを形成する。１つは図６（Ｂ）のような結晶板上に金電極が露出しているものである。もう１つは、結晶板上にドーピングされていないシリコンをエバポレーション（ＥＢ）蒸着で２０ｎｍの厚さに成膜したものである。このシリコンは、スパッタ法で成膜することも可能である。これら２つの水晶振動子を図５に示すようなフレーム内に固定して分子汚染センサ２０６を形成する。なお、分子汚染と雰囲気の湿度や温度との間には密接な関連性のある場合が多いので、分子汚染センサに湿度や温度を測定するためのセンサを備えておくことが有利である。
【００３８】
この分子汚染センサ２０６は、保管搬送容器１０６内（またはウエハキャリア２０４）に設けられる。センサは有機溶媒等で充分に洗浄され、発振周波数が測定され、分子汚染センサの識別情報と共にその測定値は分子汚染計測装置１１２のデータベースおよびセンサ情報メモリ３０６に記憶される。分子汚染センサの識別情報は、例えば英数字やバーコードのような光学的に読み取ることも可能である。分子汚染計測装置１１２に取り込む情報のうち主要なものは次のようなものである：
センサの識別番号： Ｆｊ−ＱＣＭ−２００２−Ｍ−Ｐ２−Ｅｔｃｈ−２２５
第１チャネルの初期発振周波数：ｆ１０ Ｈｚ
第２チャネルの初期発振周波数：ｆ２０ Ｈｚ
第１チャネルの表面物質： Ａｕ
第２チャネルの表面物質： Ｓｉ
設置日： ２００２．０１．１５
洗浄履歴： ２００２．０１．１５
保管搬送容器のポッド番号： Ｆｊ−Ｍ−５０００５２３８
製造元： ○○○○株式会社
製造ロット： ＱＥＬＣ−２００２−Ｆ−２０００５３ＡＵ
これらの情報は分子汚染計測装置１１２のデータベースで一括管理される。
【００３９】
次に、保管搬送容器１０６内に半導体ウエハを収納し、所定のプロセス装置１０２に保管搬送容器１０６を取り付ける。この段階で、分子汚染センサ２０６は、分子汚染計測装置１１２に電気的に結合されるので、読取装置１０８は分子汚染センサ２０６から識別情報や周波数情報を読み取り、分子汚染計測装置１１２に送信することが可能である。この送信された情報に基づいて、分子汚染計測装置１１２は、汚染状況を調べる。また、必要に応じて、読み取った周波数値又はその周波数値に基づいて算出された周波数変化量（分子汚染量）をセンサ情報メモリ３０６に記憶させる。
【００４０】
情報を読み取って分子汚染計測装置１１２送信するのは、プロセス装置に半導体ウエハを導入する前であっても、後であっても、前後両方であってもよい。そのプロセス装置の処理による分子汚染を調べるのであれば、処理の前後で周波数情報を読み取り、その差分に基づいて汚染状況を調べることが可能である。また、ある処理を終えた後の測定値と、次の処理の前の測定値とを比較すれば、搬送途中における汚染を調べることが可能になる。このように保管搬送容器１０６（半導体ウエハ２０２）毎に分子汚染の様子を追跡することが可能である。なお、分子汚染の測定は、総てのプロセスについて行ってもよいし、所定のプロセスについてのみ行なうことも可能である。
【００４１】
例えば、第２チャネルの水晶振動子の初期発振周波数が、
ｆ２０＝２５０００１５２Ｈｚ
であり、エッチングが終了した時点における発振周波数が、
ｆ２１＝２４９９９８００Ｈｚ
であり、以後のアッシングが終了した時点における発振周波数が、
ｆ２２＝２４９９９３７３Ｈｚ
になったとする。この場合、初期状態からエッチング工程までの周波数変化は、
２５０００１５２−２４９９９８００＝３５２Ｈｚ
であり、エッチング工程からアッシング工程までの周波数変化は、
２４９９９８００−２４９９９３７３＝４２７Ｈｚ
となる。分子汚染センサの感度が、０．５２ｎｇ／ｃｍ２／Ｈｚとすると（１ｃｍ２当たり０．５２ｎｇの分子が付着すると１Ｈｚ周波数が偏移する）、３５２Ｈｚは１８３．０４ｎｇに相当し、４２７Ｈｚは２２２．０４ｎｇに相当するので、初期状態からアッシングの終了までの汚染量は、
１８３．０４＋２２２．０４＝４０５．０８ｎｇ
であることがわかる。
【００４２】
この汚染量が許容範囲内であれば、その工程に至るまでの製造プロセスは過剰に汚染されることなく無事に処理されていることが確認できる。製造工程における各プロセスでどの程度の分子汚染が発生し得るかは、経験により又はシミュレーション等によりある程度は予測することが可能である。したがって、上記の許容範囲がどの程度であるかも事前に予測することが可能である。許容範囲を超えてしまう場合は、その保管搬送容器に収納されている半導体ウエハの特性や歩留まりが悪化する可能性がある。また、その半導体ウエハに処理を施したプロセス装置に異常がある可能性もある。
【００４３】
このような場合は分子汚染計測装置１１２側から製造プロセス・コントローラ１０４に警報を発し、分子汚染の原因を究明し、その対策を講じる。具体的な対策としては、半導体ウエハ、保管搬送容器、ウエハキャリアまたは分子汚染センサを再度洗浄すること、プロセス装置の処理条件を調整すること、一連の製造プロセスを停止させること等が挙げられる。その結果、以降の製品に分子汚染の被害が拡大するのを未然に防ぐことが可能になる。このように、本願実施例によれば、許容値を超える分子汚染を早期に発見することが可能である。
【００４４】
図７は、本願実施例により計測された汚染履歴のグラフを示す。縦軸は、半導体ウエハが受けた分子汚染量（周波数変化量δｆＨｚ）を示す。横軸は一連の製造工程の順に並んだ製造プロセスを示す、すなわち時間を示す。図示されているのは１０個の製造プロセスに対するものであり、この製造プロセスは大工程ＩないしＩＩＩに分割され、大工程Ｉはプロセス１ないし４の４つのプロセスより成り、大工程ＩＩはプロセス５ないし７の３つのプロセスより成り、大工程ＩＩＩはプロセス８ないし１０の３つのプロセスより成る。概して製造工程が進むにつれて分子汚染量が増加していることがわかる。各プロセスには２つの測定値がプロットしてあり、それらはプロセス開始前の測定値と処理後の測定値に対応する。
【００４５】
例えば、第２プロセスにおける処理前後の測定値を比較すると（周波数の差分を計算すると）、第２プロセスでどの程度汚染されたかが判明する。更に、第３プロセスの処理後の測定値と、第４プロセスの処理前の測定値を比較すると、第３プロセスから第４プロセスに至るまでの間に、保管搬送容器内で受けた分子汚染量（搬送途中における分子汚染量）を知ることができる。第４プロセスと第５プロセスの間は、保管搬送容器を交換又は洗浄していることを表現する。
【００４６】
本願実施例では、大工程と大工程の間で保管搬送容器を交換している。分子汚染測定装置１１２は、このような分子汚染量を監視し、全体的な分子汚染量が所定値を超えた場合、特定のプロセスに関する分子汚染量が所定値を超えた場合（プロセスの異常）、搬送途中における分子汚染量が大幅に増加した等の場合に、予測される分子汚染量の範囲を逸脱したか否かを監視することによって、異常を検知することが可能である。
【００４７】
一連の製造工程において、半導体ウエハがどの保管搬送容器またはウエハキャリアに収納され、いつどのプロセス装置で処理されるかは、予め定められており、システムのデータベースに登録されている。更に、分子汚染計測装置１１２は、製造プロセスの処理内容を制御する製造プロセス・コントローラ１０４にも接続されている。したがって、どの分子汚染センサが、何時、どのロットに、どの保管搬送容器に収容されているか等を検索して探知することが可能である。概して半導体装置の製造工程は、例えば数百工程あり、使用する保管搬送容器も数百ないし数千個にも及び得る。本願実施例によれば、これら多数の保管搬送容器またはウエハキャリアに分子汚染センサを設け、総ての半導体ウエハの汚染レベルを、製造プロセス全般にわたって一括管理することが可能である。
【００４８】
以上説明したように、本願実施例で使用する分子汚染センサ２０６は、保管搬送容器１０６内にまたはウエハキャリア２０４に設けることの可能な小さなものであり、保管搬送容器を開けることなしに容器内の分子汚染の状況を分析することが可能になる。しかも水晶振動子やそれに付随する集積回路は比較的安価である。したがって、このような分子汚染センサ２０６を、多数の保管搬送容器に安価に設けることが可能である。分子汚染センサ２０６をケーブルで計測装置に接続することを要しないので、複雑な配線も不要である。
【００４９】
本願実施例によれば、半導体ウエハと行動を共にする分子汚染センサが総て区別され、そのセンサから得られる周波数の差分（周波数変化）を調べることにより、半導体ウエハ毎の汚染状況を測定することが可能になる。すなわち、半導体ウエハを搬送する容器に分子汚染センサが同伴しているので、特定の半導体ウエハがどのように汚染されてゆくかを調べることができる。このような作用効果は、上述した特開２００１−１３９４１０のセンサ・ヘッドを、プロセス装置周辺の所定の場所に多数設置したとしても得られない。識別可能な分子汚染センサと容器（半導体ウエハ）とが行動を共にして始めて得られる効果である。
【００５０】
本願実施例によれば、製造プロセス全般にわたって半導体ウエハ毎に分子汚染状況を追跡することができるので、半導体ウエハ毎に、総ての工程で問題のないことを確認することができる一方、異常な分子汚染が観測された場合には直ちに原因究明およびその対策を講じることが可能になる。したがって、信頼性の高い製品を歩留まり高く製造することが可能になる。
【００５１】
本願実施例によれば、周波数変化に基づいて汚染量が検出され、検査開始（センサ情報の読取開始）から検査結果を得るまでに長時間を要しないので、従来懸念されていた歩留まりの悪化を招来しないで済む。
本願実施例では、２つの水晶振動子を用意して２チャネルの分子汚染センサを例にとって説明したが、任意の数のチャネルを用意して分子汚染を検査することが可能である。水晶振動子に成膜された材料が異なれば、付着する分子の量および種類等も異なるので、成膜された材料の異なる振動子を複数用意することにより、分子汚染量だけでなく、分子汚染の態様をより詳しく知ることが可能になる。例えば、結晶板上に金電極が露出しているもの、シリコンを成膜しているもの、銅を成膜しているものの３つを用意して３チャネルの分子汚染センサを形成することも可能である。これにより、シリコン材料に関する分子汚染量に加えて、塩素に起因する分子汚染についても調べることが可能になる。更に、測定内容をより充実させて高精度の測定を行うために、水晶振動子に加えて、温度計測手段や湿度計測手段を分子汚染センサに設けることも有利である。
【００５２】
[第２実施例]
以下、本願発明による第２実施例について説明する。第２実施例では、第１実施例とは異なり、分子汚染センサに対する電力供給及び汚染情報の読み出し等の信号の送受信が、分子汚染センサと非接触の形式で行われる。
【００５３】
図８は、半導体ウエハの保管及び搬送を行うために使用される保管搬送容器内の様子を示す。例えば、フープポッドである保管搬送容器８０２の中には、複数の半導体ウエハ８０４を収納するための「基板受入棚」であるウエハキャリア８０６が収容されている。保管搬送容器８０２内には、分子汚染センサ８１０が、取付部８１２によって着脱可能に取り付けられている。同様に、ウエハキャリア８０６にも分子汚染センサ８１４が、取付部８１６によって着脱可能に取り付けられている。本実施例では、２つの分子汚染センサ８１０，８１４が使用されているが、必ずしも同時に２つの分子汚染センサを使用する必要はなく、何れか一方のみを使用することも可能である。分子汚染センサを、できるだけ半導体ウエハと同じ雰囲気にさらす観点からは、ウエハキャリアに設けることが望ましい。また、分子汚染センサを取り付ける場所や向きについても適宜変更することが可能である。ただし、後述するように、情報読取及び書込装置のような外部装置と電磁波等による通信を効果的に行う観点からは、そのような外部装置に対面し得る場所及び向きに設けられることが望ましい。
【００５４】
半導体ウエハ８０４に所定の製造工程における処理を施す前の状態では、図示されているように、保管搬送容器８０２は、ウエハキャリア８０６を収容して密閉されている。所定の処理を施す場合には、この保管搬送容器８０２をプロセス装置（図示せず）に取り付け、保管搬送容器８０２の正面パネル８０８を開き、ウエハキャリア８０６をプロセス装置の内部に導入する。プロセス装置内部では、ウエハキャリア８０６に収納されている半導体ウエハ８０４に所定の処理を施す。その後に、ウエハキャリア８０６は、再び保管搬送容器８０２内に収容され、正面パネル８０８を閉じることで容器内は密閉される。
【００５５】
図９は、本願実施例による分子汚染センサの概略斜視図を示す。分子汚染センサ９００は、信号処理部９０２と、信号処理部９０２上のソケット９０５に着脱可能に取り付けられた２つの水晶振動子９０４，９０６を有する。本実施例では水晶振動子が使用されているが、本発明はこれに限定されず、圧電効果を有する結晶片より成る振動子を信号処理部９０２上に設けることが可能である。分子汚染レベルの変化に応じて、振動子の発振周波数が変化することが可能であればよいからである。ただし、温度や湿度のような、分子汚染以外の環境変化に対する変動が少なく、比較的安定的に発振動作を行わせる観点からは、水晶振動子を利用することが好ましい。これら２つの水晶振動子９０４，９０６は、例えばステンレスより成る、直方体形状の網目状の格子（又はフレーム）９０８によって包囲されている。このフレームは、保管搬送容器８０２またはウエハキャリア８０６に分子汚染センサ９０４，９０６を取り付ける又はそれを取り外す際のハンドリング用の構造である。例えば、このフレームを利用して分子汚染センサを保管搬送容器から取り外し、分子汚染センサを洗浄する、又は保管搬送容器若しくはウエハキャリアを交換することができる。なお、このフレーム９０８も、信号処理部９０２に着脱可能に取り付けられており、フレーム９０８を取り外すことで、水晶振動子９０４，９０６をソケット９０５から取り外すことが可能になる。
【００５６】
水晶振動子９０４，９０６は、第１実施例と同様に保管搬送容器８０２内で半導体ウエハと同じ雰囲気中に置かれる。言い換えれば、半導体ウエハ周辺のガスが水晶振動子９０４，９０６の付近にも流れて来るように設けられる。このため、半導体ウエハ８０４がガス状物質により汚染される場合には、水晶振動子９０４，９０６も同様にガス状物質により汚染されることになる。
【００５７】
信号処理部９０２には、分子汚染センサ９００の外部と可視光線、赤外線、電場又は磁場等を通じて通信を行うための通信処理部９１０と、必要なデータの格納及び読み出し等の処理を行う制御部９１２と、水晶振動子９０４，９０６に接続され、汚染レベルに関する情報を作成するための計測部９１４が含まれている。通信処理部９１０、制御部９１２及び計測部９１４の各々は、ＩＣ回路基板上に作成された後に、エポキシ樹脂材料９１６により封止される。通信処理部９１０、制御部９１２及び計測部９１４は、説明の便宜上、機能毎に３つに分けて描いているが、３層に分けることは必須ではなく、１つの回路基板にまとめることも可能であるし、分子汚染センサの機能に応じて、更に多くの多層構造にすることも可能である。
【００５８】
図１０は、分子汚染センサの機能に関するブロック図を示す。分子汚染センサは、センサ内で行われる各種の動作を、信号線１００２を通じて制御する制御手段１００４を有する。分子汚染センサは、例えば２５ＭＨｚのような水晶振動子の発振周波数に応じて変化する電気信号を、制御手段１００４の制御の下に出力する発振手段１００６を有する。分子汚染センサは、発振手段１００６から出力された電気信号を例えば赤外線信号に変調し、無線送信する送信手段１００８を有する。水晶振動子に汚染分子が付着すると、その発振周波数が変化する（低くなる）。この発振周波数の変化を検出することで、その雰囲気の分子汚染レベルを把握することが可能になる。送信手段１００８から無線送信される信号には、そのような発振周波数に関する情報が含まれている。分子汚染センサは、例えば可視光線のような所定の周波数の電磁波のエネルギを電気エネルギに変換し、センサ内の各手段に必要な電力を供給する電源手段１０１０を有する。
【００５９】
更に、分子汚染センサは、センサ情報を電子情報として記憶する記憶手段１０１２を有する。センサ情報には、分子汚染センサの識別情報、保管搬送容器の識別情報、製造ロットの識別情報、半導体ウエハの製造仕様、製造元、製造および出荷日、製造元での出荷検査情報、初期発振周波数、周波数測定値、温度特性、電極材料、センサ表面物質、使用元での受け入れ検査情報、洗浄履歴情報その他の特性管理に必要な情報が含まれ得る。記憶手段１０１２は、第１実施例のセンサ情報メモリ３０６と同様の機能を有する。
【００６０】
図１１は、本願実施例による分子汚染センサの等価回路図を示す。概して、分子汚染センサ１１００は、水晶振動子の発振周波数に応じて変化する電気信号を出力する発振手段１１０２と、その電気信号を変調して無線送信する送信手段１１０４と、発振手段１１０２に電力を供給する電源手段１１０６を有する。
【００６１】
発振手段１１０２は、水晶振動子１１１２と、インバータ１１１４を有する。インバータ１１１４は、例えばＮチャネル及びＰチャネルＦＥＴより成るＣＭＯＳインバータとすることが可能である。水晶振動子１１１２の一端とインバータ１１１４の出力ノード１１１６との間には、例えば５００オームの第１抵抗器１１１８が接続される。例えば１メガオームの第２抵抗器１１２０は、インバータ１１１４に並列に接続される。水晶振動子１１１２の両端は、それぞれ例えば１２ピコファラッドの第１，第２キャパシタ１１２２，１１２４を通じて接地電位に接続される。出力ノード１１１６は、増幅器１１２６の入力に接続される。送信手段１１０４は、一端が増幅器１１２６の出力に接続され、他端が接地電位に接続され、赤外線を発する発光ダイオード１１２８を有する。
【００６２】
電源手段１１０６は、例えば可視光線を受け、光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池１１３０を有する。太陽電池１１３０の出力は、電気エネルギを所定の電圧に調整する調整回路１１３２に接続される。電源手段１１０６内の調整回路１１３２にて適切な値に調整された電圧は、発振手段１１０２内のインバータ１１１４及び増幅器１１２６に印加される。
【００６３】
ところで、分子汚染レベルの測定は、必ずしも時間的に連続的に行う必要はなく、例えば、プロセス装置における処理の前後、及び次のプロセス装置における処理の前の時点で行えばよい。数十メガヘルツの周波数で水晶振動子を振動させ、周波数情報を送信させるのに必要な電力は、せいぜいマイクロワット程度の電力であり、この程度の電力であれば、例えば１〜２秒間の可視光線を太陽電池に照射すれば充分に得られる。
【００６４】
分子汚染センサ１１００の外側の所定の場所には、分子汚染センサ１１００から無線送信された信号を受信する受信手段１１０８と、この受信した信号に基づいて汚染レベルを計測する計測手段１１１０より成る情報リーダ１１０１が設けられている。所定の場所とは、例えば、保管搬送容器を、プロセス装置に又はプロセス装置間の所定の測定地点に取り付けた際に、受信手段１１０８が送信手段１１０４に対面するような場所（例えば、図１及び図２の読み取り装置１０８）である。受信手段１１０８は、一端が接地電位に接続され、分子汚染センサ１１００からの無線信号を受信する受光ダイオード１１３４を有する。計測手段１１１０は、入力端子が受光ダイオード１１３４の他端に接続された増幅器１１３６と、増幅器１１３６の出力端子に接続された計測回路１１３８を有する。
【００６５】
動作を次に説明する。分子汚染センサ１１００が、保管搬送容器８０２に取り付けられ、保管搬送容器８０２はプロセス装置に取り付けられ、そのプロセス装置による処理を行う前の半導体ウエハ８０４の汚染レベルを測定するものとする。まず、太陽電池１１３０に可視光線が照射され、太陽電池の両端に電位差が生じ、この電圧は、調整回路１１３２にて適切な値に調整され、インバータ１１１４及び増幅器１１２６に、例えば３．３ボルトの電源電圧として供給される。そして、水晶振動子１１１２の両端に微小な電圧変化が生じ、インバータ１１１４の出力がスイッチングし、キャパシタ１１２２，１１２４による充放電を繰り返すことで、出力ノード１１１６に発振信号が生じる。この発振信号は、例えば２５ＭＨｚのような水晶振動子１１１２の振動周波数に応じて変化する信号である。出力ノード１１１６に生じた発振信号は、増幅器１１２６により増幅され、発光ダイオード１１２８に供給される。発光ダイオード１１２８は、増幅後の発振信号を強度変調した赤外線信号を発する。
【００６６】
この赤外線信号は、受光ダイオード１１３４により受信され、復調された電気信号を増幅器１１３６に入力する。計測回路１１３８は、適切な値に増幅された電気信号に基づいて、水晶振動子１１１２の発振周波数を見い出し、汚染レベルの計測を行う。水晶振動子１１１２に汚染分子が付着すると、主に水晶振動子の質量増加に起因して、出力ノード１１１６に生じる発振信号の周波数は減少する。従って、計測回路１１３８は、水晶振動子１１１２の発振周波数の変化量を求めることで、前回の測定時点と今回の測定時点の間にどの程度の分子汚染が生じたかを算出することができる。
【００６７】
図１２は、図１１に示される電源手段１１０６に対する他の構成例を示す。この電源手段は、誘導素子であるコイル１２０２と、コイル１２０２の両端に生じた電圧（逆起電力）を整流する整流回路１２０４と、整流回路１２０４に接続された調整回路１２３２を有する。整流回路１２０４は、４つのダイオード１２０６及び１つの平滑キャパシタ１２０７より成る。調整回路１２３２は、図１１の調整回路１１３２と同様なものである。電源手段１１０６’の外側には、コイル１２０８と、そのコイル１２０８に交流電圧を印加する電源１２１０が設けられている。
【００６８】
コイル１２０８は、その両端に交流電圧が印加されると磁場を発生させる。この磁場が電源手段内のコイル１２０２と相互作用することで、コイル１２０２の両端に逆起電力が生じ、整流回路１２０４により全波整流及び平滑化された電圧信号が調整回路１２３２に印加され、発振手段１１０２に電力が供給される。本実施例によれば、電源手段に非接触でエネルギを供給するために、可視光線の代わりに、磁場を利用することが可能である。
【００６９】
図１３は、図１１に示される送信手段１１０４及び受信手段１１０８の他の構成例を示す回路図である。本実施例における送信手段１１０４’は、一端が増幅器１１２６に接続され、直流成分を阻止するキャパシタ１３０２と、キャパシタ１３０２の他端と接地電位の間に接続されたコイル１３０４を有する。受信手段１１０８’は、増幅器１１３６の入力端子と接地電位の間に接続されたコイル１３０６を有する。
【００７０】
送信手段のコイル１３０４に、増幅器１１２６からの増幅後の発振信号が印加されると、コイル１３０４は磁場を生じさせる。この磁場と受信手段のコイル１３０６が相互作用することで、コイル１３０６の両端に電気信号が発生し、その電気信号は増幅器１１３６に入力される。本実施例によれば、送信手段及び受信手段の間で発振周波数に関する情報を伝送するために、赤外線の代わりに、磁場を利用することが可能である。
【００７１】
このように、電源手段に関するエネルギ供給、及び送受信手段の間の信号伝送に、光（可視光及び赤外光）を利用することも磁場を利用することも可能である。エネルギ供給及び信号伝送の双方に光又は磁場を利用することが可能であるのはもちろんのこと、一方に光を利用し、他方に磁場を利用することも可能である。回路構成の簡易化、軽量化及び小型化等の観点からは、上記の実施例のように、双方に光を利用することが望ましい。なお、本願実施例では、図１１に示すような発振手段を例示したが、本発明はこれに限定されず、振動子を適切に発振させる任意の発振手段を使用することが可能である。
【００７２】
次に、本願実施例により分子汚染を測定する際の具体例を説明する。第１実施例の場合と同様に、水晶振動子は、汚染管理の目的に応じて適切なものが選択される。例えば、シリコンウエハの汚染を調べるのであれば、水晶振動子の表面にシリコンが成膜されたものを利用することが好ましい。また、腐食性ガスによる汚染を調べるのであれば、銀や銅電極を有する水晶振動子を利用することが好ましい。以下に説明する例では、２種類の水晶振動子を用意し、１つは図４（Ｂ）のような結晶片上に金電極が露出しているものであり、もう１つは、結晶片上にドーピングされていないシリコンをエバポレーション（ＥＢ）蒸着で２０ｎｍの厚さに成膜したものである。
【００７３】
分子汚染センサは、有機溶媒等で充分に洗浄され、保管搬送容器８０２内（またはウエハキャリア８０６）に設けられた後に、太陽電池１１３０に光を照射するランプ及び赤外線を受信する受信手段１１０８を有する読み書きヘッドに近づけられる。そして、初期の発振周波数に加えて、分子汚染センサの識別情報、種類、設置した日時その他の、測定及び解析に必要な情報が、記憶手段１０１２に記憶される。これらの情報は、総ての分子汚染センサの情報を一括管理するためのデータベースに格納することも可能である。分子汚染センサの識別情報は、例えば英数字やバーコードのように光学的に読み取らせることも可能である。より具体的には、例えば次のような情報が記憶手段１０１２に記憶される：
センサの識別番号： Ｆｊ−ＱＣＭ−２００２−Ｍ−Ｐ２−Ｅｔｃｈ−２２５
第１チャネルの初期発振周波数：ｆ１０＝２５０００１５２Ｈｚ
第２チャネルの初期発振周波数：ｆ２０＝２４９８０５５７Ｈｚ
第３チャネルの種類：導電型湿度センサ
第１チャネルの表面物質： Ａｕ
第２チャネルの表面物質： Ｓｉ
第３チャネルの型格：ＨＭ−３５Ｅ
設置日： ２００２．１０．１５
洗浄履歴： ２００２．１０．１５
保管搬送容器のポッド番号： Ｆｊ−Ｍ−５０００５２３８
製造元： ○○○○株式会社
製造ロット： ＱＥＬＣ−２００２−Ｆ−２０００５３ＡＵ。
【００７４】
そして、保管搬送容器８０２がプロセス装置に取り付けられた時点、ウエハキャリア８０６がプロセス装置内に導入された時点、プロセス装置における処理が終了した時点その他の所望の時点で、分子汚染センサに電力を与えて発振周波数を測定する。必要に応じて、読み取った周波数値又はその周波数値に基づいて算出された周波数変化量（分子汚染量）が、記憶手段１０１２に記憶される。プロセス装置の処理工程に起因する分子汚染を調べるのであれば、処理の前後で周波数情報を読み取り、その差分に基づいて汚染状況を調べることが可能である。また、ある処理を終えた後の測定値と、次の処理の前の測定値とを比較すれば、搬送途中における汚染を調べることが可能になる。このように保管搬送容器８０２（又はウエハキャリア８０６）毎に分子汚染の様子を追跡することが可能である。
【００７５】
本実施例では、第１ロットの半導体ウエハに関し、第１チャネルの水晶振動子の初期発振周波数が、
ｆ１０＝２５０００１５２Ｈｚ
であり、６時間後の発振周波数が、
ｆ１１＝２５０００１０４Ｈｚ
になった。この場合の周波数変化量は、
２５０００１５２−２５０００１０４＝４８Ｈｚ
である。分子汚染センサの感度が、０．５２ｎｇ／ｃｍ２／Ｈｚとすると（１ｃｍ２当たり０．５２ｎｇの分子が付着すると１Ｈｚ周波数が偏移する）、４８Ｈｚは２５ｎｇに相当するので、密閉された保管搬送容器８０２内で保管されていた６時間の間に、２５ｎｇの汚染があったことが判明する。
【００７６】
その後、半導体ウエハ８０４にエッチング処理が行われ、約３０分の待ち時間の後に行われる次のアッシング工程の直前に発振周波数を測定したところ、
ｆ１２＝２４９９９９９１Ｈｚ
になっていた。この場合の周波数変化量は、
２５００００１０４−２４９９９９９１＝１１３Ｈｚ
であり、１１３Ｈｚは５９ｎｇに相当するので、保管搬送容器８０２の搬送途中及び３０分の待ち時間の間に、５９ｎｇの汚染があったことが判明する。
【００７７】
また、次の第２ロットの半導体ウエハに対して、同じくアッシング工程の直前に発振周波数を測定したところ、３０４Ｈｚの周波数変化が観測され、１５８ｎｇもの汚染のあったことが判明した。これは、第２ロットにて、エッチング処理に続くアッシング工程が、３０分程度の待ち時間後に行われるべきところ、アッシング工程を行うプロセス装置の故障に起因して、約１時間半の間待機させられたことに起因する。このように、第１ロットは約６０ｎｇ程度の汚染量にとどまっているが、第２ロットでは約２．６倍もの汚染を受けたことを明確に把握することが可能になる。
【００７８】
このようにして測定した汚染量が許容範囲内であれば、その工程に至るまでの製造プロセスは、過剰に汚染されることなく無事に処理されていることが確認できる。一方、汚染量が許容範囲を超えてしまった場合は、例えば、計測手段５０１の側から警報を発することで、分子汚染の原因を究明し、その対策を講じることが可能になる。従って、第１実施例と同様に、許容値を超える分子汚染を早期に発見することが可能である。
【００７９】
本願実施例による分子汚染センサへの電力供給、及び分子汚染センサからの情報の読み出し又はそこへの書き込みは、非接触で行われるので、例えば測定する度に容器を開ける等の作業を必要とせず、簡易に測定等を行うことが可能になる。すなわち、分子汚染センサに非接触でエネルギを供給し、分子汚染センサを作動させ、非接触で得られる周波数情報の差分に基づいて汚染量が検出されるので、検査開始から検査結果を得るまでの時間は非常に短く、従来懸念されていたような、汚染レベルの検査が長期化することに起因する歩留まりの悪化を回避することができる。
【００８０】
また、分子汚染センサへの電力供給等を非接触で行うので、分子汚染センサにアクセスするための電気接点やソケットのような専用の電気部品を保管搬送容器又はウエハキャリアに設けることは必須ではない。保管搬送容器又はウエハキャリアには、分子汚染センサを取り付けるための簡単な手段（例えば、図８の取付部８１２，８１６）が設けられていればよい。ただし、本願実施例のように、分子汚染センサとの間でエネルギの伝送及び情報通信を非接触で行うには、保管搬送容器（少なくとも分子汚染センサ付近の部分）が、センサの使用する可視光線、赤外光線、電場又は磁場を遮蔽しないものであることを要する。従って、本発明に、金属のような保管搬送容器を使用することは困難であるが、通常のスミフポッドやフープポッド等の容器は、透明なプラスチックやガラス等の材料で形成され、可視光線等を遮蔽しないので、多くの場合に本発明を利用することが可能である。
【００８１】
発振手段に電力を供給する電源手段に関し、非接触方式ではなく、保管搬送容器に収納され得る小型の電池を利用することも技術的には可能である。しかしながら、そのような電池には寿命があるので、電池の使用頻度に応じて交換する又は充電する等の電池を管理する作業が必要になる。また、その電池は小型であり、寿命は比較的短いので、電池の管理負担は一層重くなる。更に、電池交換等のために電池は取り外し可能に取り付けられる必要があるが、そのような取付機構を設けることは、保管管理容器内に収容する要素をできるだけ少なくして容器内を清浄にする観点から不利である。本願実施例のように、光又は磁場のような非接触の形式で、分子汚染センサにエネルギを伝送することで、電池を利用した場合に懸念される諸問題を回避することが可能になる。
【００８２】
本願実施例における分子汚染センサの発振手段１１０２、送信手段１１０４及び電源手段１１０６は、集積回路として形成され、エポキシ樹脂９１６で封止されている。このため、分子汚染の原因となるようなガス状物質が、集積回路から発生する虞を抑制することが可能になる。また、水晶振動子以外の要素を封止することで、集積回路が露出している場合に比べて、分子汚染センサを洗浄する作業負担を軽減することにもなる。ただし、電力用のエネルギの伝送及び周波数情報の送信等を行い得るようにしておく必要がある。このため、分子汚染センサの外部と光等を通じて通信を行うための通信処理部９１０を、信号処理部９０２の底面に設け、例えば太陽電池の受光面等を露出させることが有利である。
【００８３】
以下、本発明により教示される手段を列挙する。
【００８４】
（付記１） 製造工程における材料基板の汚染状況を監視する分子汚染監視システムであって：
前記材料基板を保管および搬送する複数の容器の各々に設けられた分子汚染センサから、個々の分子汚染センサの識別情報および周波数情報を、前記分子汚染監視システムのデータベースに読み込み、
前記周波数情報に基づいて、前記材料基板の汚染状況を監視することを特徴とする分子汚染監視システム。
【００８５】
（付記２） 同一の分子汚染センサに関する周波数情報の変化に基づいて、汚染状況を監視することを特徴とする付記１記載の分子汚染監視システム。
【００８６】
（付記３） 前記識別情報が、光学的又は電気的に読み取ることの可能な情報であることを特徴とする付記１記載の分子汚染監視システム。
【００８７】
（付記４） 所定の製造工程における処理を材料基板に施すプロセス装置と、前記プロセス装置に取り外し可能に取り付けられ、前記材料基板を保管および搬送することが可能な保管搬送容器と、
前記保管搬送容器に設けられ、圧電効果を奏する結晶より成る振動子と前記振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する分子汚染センサと、
前記保管搬送容器が前記プロセス装置に取り付けられた場合に、前記分子汚染センサから前記周波数情報および分子汚染センサの識別情報を読み取る読取装置を有し、前記振動子に汚染分子が付着することによって前記振動子の発振周波数が変化し、前記周波数情報および前記識別情報に基づいて、前記保管搬送容器内の材料基板の汚染状況を監視することを特徴とする分子汚染監視システム。
【００８８】
（付記５） 前記プロセス装置における処理の前および後における前記材料基板の汚染状況を測定することを特徴とする付記４記載の分子汚染監視システム。
【００８９】
（付記６） 更に、前記材料基板の汚染レベルが所定の閾値を超えたか否かを判定する手段を有することを特徴とする付記４記載の分子汚染監視システム。
【００９０】
（付記７） 所定の製造工程における処理を材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられ、前記材料基板を保管および搬送することが可能な保管搬送容器であって、
前記保管搬送容器に設けられ、圧電効果を奏する結晶より成る振動子と前記振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する分子汚染センサを有し、
前記保管搬送容器が前記プロセス装置に取り付けられた場合に、前記分子汚染センサから前記周波数情報および分子汚染センサの識別情報が読読取装置により読み取られ、
前記振動子に汚染分子が付着することによって前記振動子の発振周波数が変化し、前記周波数情報および前記識別情報に基づいて、前記保管搬送容器内の材料基板の汚染を検出することを特徴とする保管搬送容器。
【００９１】
（付記８） 圧電効果を奏する結晶より成る振動子と該振動子の周波数情報を出力する出力回路とを有する分子汚染センサであって、
材料基板を保管および搬送する保管搬送容器に設けられ、
所定の製造工程における処理を前記材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられる前記保管搬送容器が、前記プロセス装置に取り付けられた場合に、前記周波数情報および分子汚染センサの識別情報を読取装置に読み取らせ、
前記振動子に汚染分子が付着することによって前記振動子の発振周波数が変化し、前記周波数情報および前記識別情報に基づいて、前記保管搬送容器内の材料基板の汚染を検出することを特徴とする分子汚染センサ。
【００９２】
（付記９） 前記振動子に成膜された材料が、前記材料基板にも含まれていることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９３】
（付記１０） 前記分子汚染センサが、圧電効果を奏する結晶より成る複数の振動子を有し、各振動子には互いに異なる材料が成膜されることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９４】
（付記１１） 更に、前記分子汚染センサが、前記振動子に所定の電圧を印加して振動させる発振制御回路を有することを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９５】
（付記１２） 前記分子汚染センサが、前記保管搬送容器に取り外し可能に取り付けられることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９６】
（付記１３） 前記識別情報は、光学的に読み取ることが可能であることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９７】
（付記１４） 前記識別情報は、前記読取装置によって電気的又は磁気的に読み取ることが可能であることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９８】
（付記１５） 前記振動子が、水晶振動子であることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【００９９】
（付記１６） 前記周波数情報が、前記保管搬送容器および前記読取装置を接続する電気接点を通じて伝送されることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【０１００】
（付記１７） 前記周波数情報が、前記保管搬送容器および前記読取装置に設けられた電磁コイル手段を通じて非接触で伝送されることを特徴とする付記８記載の分子汚染センサ。
【０１０１】
（付記１８） 圧電効果を有する結晶片より成る振動子の発振周波数に応じて変動する電気信号を出力する発振手段と、
前記電気信号を変調し、前記振動子に汚染分子が付着することにより変化する前記発振周波数に関する情報を、無線送信する送信手段と、
所定の周波数の電磁波のエネルギを電気エネルギに変換し、前記発振手段に電力を供給する電源手段
を有することを特徴とする分子汚染センサ。
【０１０２】
（付記１９） 前記振動子が、水晶振動子より成ることを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０３】
（付記２０） 前記発振手段が、各々が圧電効果を有する結晶片より成る複数の振動子を有し、各振動子には互いに異なる材料が成膜されていることを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０４】
（付記２１） 前記電源手段が、太陽電池を有することを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０５】
（付記２２） 前記電源手段が、誘導起電力を生じさせる誘導素子と、前記誘導素子に接続された整流回路を有することを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０６】
（付記２３） 前記送信手段が、前記電気信号を赤外線信号に変換するダイオードを有することを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０７】
（付記２４） 前記送信手段が、前記電気信号を、赤外線より低周波の電磁波で送信するための誘導素子を有することを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０８】
（付記２５） 前記発振手段、前記送信手段及び前記電源手段が、樹脂材料により封止されることを特徴とする付記１８記載の分子汚染センサ。
【０１０９】
（付記２６） 付記１記載の分子汚染センサから無線送信された信号を受信し、前記発振周波数に関する情報を抽出することで、分子汚染レベルを測定する計測装置。
【０１１０】
（付記２７） 更に、付記１記載の分子汚染センサから無線送信された信号を受信する受光ダイオードを有することを特徴とする付記２６記載の計測装置。
【０１１１】
（付記２８） 更に、付記１記載の分子汚染センサから無線送信された信号を受信する誘導素子を有することを特徴とする付記２６記載の計測装置。
【０１１２】
（付記２９） 所定の製造工程における処理を材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられ、前記材料基板を密閉して保管及び搬送するための保管搬送容器であって、
付記１８記載の分子汚染センサを、着脱可能に取り付けるための取付手段を有することを特徴とする保管搬送容器。
【０１１３】
（付記３０） 所定の製造工程における処理を材料基板に施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられ、前記材料基板を密閉して保管及び搬送するための保管搬送容器に収納され、前記材料基板を載置するための基板受入棚であって、付記１８記載の分子汚染センサを、着脱可能に取り付けるための取付手段を有することを特徴とする基板受入棚。
【０１１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、製造プロセス全般にわたって、製品レベルで分子汚染の状況を追跡することが可能になる。また、密閉された容器内の分子汚染の状況を調べることも可能になる。
【０１１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願実施例による分子汚染監視システム１００の部分概略図を示す。
【図２】図２は、本願実施例による分子汚染監視システム１００の部分拡大図を示す。
【図３】図３は、ウエハキャリアに分子汚染センサを設けた形態を示す図である。
【図４】図４は、本願実施例による分子汚染センサ２０６の拡大図を示す。
【図５】図５は、本願実施例による分子汚染センサ２０６を設けるためのフレームの概略図を示す。
【図６】図６は、水晶振動子の概略平面図および概略断面図を示す。
【図７】図７は、本願実施例により計測された汚染履歴のグラフを示す。
【図８】図８は、半導体ウエハの保管及び搬送を行うための保管搬送容器内の概略図を示す。
【図９】図９は、本願実施例による分子汚染センサの概略斜視図を示す。
【図１０】図１０は、分子汚染センサの機能に関するブロック図を示す。
【図１１】図１１は、本願実施例による分子汚染センサの等価回路図を示す。
【図１２】図１２は、電源手段の他の構成例を示す回路図である。
【図１３】図１３は、送信手段及び受信手段の他の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１００ 分子汚染監視システム
１０２ プロセス装置
１０３，１０７ 側壁
１０４ 製造プロセス・コントローラ
１０６ 保管搬送容器
１０８ 読取装置
１１０ ステージ
１１２ 分子汚染測定装置
２０２ 半導体ウエハ
２０４ ウエハキャリア
２０６ 分子汚染センサ
２０８，２０９ 外部接点
２１０ ソケット
３０１ 基板
３０２ 水晶振動子
３０４ 発振制御回路
３０６ センサ情報メモリ
３０８ 電極
３１０ 識別情報
４０２ 結晶板
４０４ 電極
４０６ 成膜材料
８０２ 保管搬送容器
８０４ 半導体ウエハ
８０６ ウエハキャリア
８０８ 正面パネル
８１０，８１４ 分子汚染センサ
８１２，８１６ 取付部
９００ 分子汚染センサ
９０２ 信号処理部
９０４，９０６ 水晶振動子
９０５ ソケット
９０８ フレーム
９１０ 通信処理部
９１２ 制御部
９１４ 計測部
９１６ エポキシ樹脂
１００２ 信号線
１００４ 制御手段
１００６ 発振手段
１００８ 送信手段
１０１０ 電源手段
１０１２ 記憶手段
１１００ 分子汚染センサ
１１０１ 情報リーダ
１１０２ 発振手段
１１０４ 送信手段
１１０６ 電源手段
１１０８ 受信手段
１１１０ 計測手段
１１１２ 水晶振動子
１１１４ インバータ
１１１６ 出力ノード
１１１８，１１２０ 抵抗器
１１２２，１１２４ キャパシタ
１１２６ 増幅器
１１２８ 発光ダイオード
１１３０ 太陽電池
１１３２ 調整回路
１１３４ 受光ダイオード
１１３６ 増幅器
１１３８ 計測回路
１２０２，１２０８ コイル
１２０４ 整流回路
１２０６ ダイオード
１２１０ 交流電源
１２３２ 調整回路
１３０２ キャパシタ
１３０４，１３０６ コイル
Claims (2)
- 半導体製造工程における半導体ウエハの汚染状況を監視する分子汚染監視システムであって、
前記半導体ウエハを保管および搬送する複数の保管搬送容器の各々に設けられた分子汚染センサから、個々の分子汚染センサの識別情報および周波数情報を、前記分子汚染監視システムのデータベースに読み込み、
前記分子汚染センサは、圧電効果を奏する結晶を有する振動子と前記振動子の周波数情報を前記保管搬送容器の外に出力する出力回路とを有し、
前記保管搬送容器は、半導体製造工程における処理を半導体ウエハに施すプロセス装置に取り外し可能に取り付けられ、
前記周波数情報は、前記振動子に汚染分子が付着することによって前記振動子の発振周波数が変化したことを示し、
前記周波数情報に基づいて、前記半導体ウエハの汚染状況が監視される、分子汚染監視システム。 - 前記データベースは、半導体ウエハがどの保管搬送容器で何時どのプロセス装置で処理されるかについての情報を記憶する、請求項1記載の分子汚染監視システム。
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