JP4535477B2 - クリーンルーム及び半導体デバイスもしくは液晶ディスプレーの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工場や液晶ディスプレー製造工場等に設置するクリーンルーム及び半導体デバイスもしくは液晶ディスプレーの製造方法に関するもので、更に詳しくは、空気の循環回数の異なる複数のクリーンルームを隣接して設置したクリーンルームにおいて、循環回数の多い側のクリーンルームの空気中の塵埃の数を低減させるのみならず、半導体製造装置等の生産装置から発生する化学汚染物質をも低減することのできるクリーンルーム及び半導体デバイスもしくは液晶ディスプレーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体製造用のクリーンルームは、これまで塵埃微粒子の除去を目的として構築され、運転されてきた。現在、クリーンルームにおいて、塵埃微粒子を含む空気は高性能フィルターで濾過し、０．１μｍ以上の微粒子を除去している。クリーンルームは、その清浄度に応じてクラス分けしており、このクラスは、濾過後に残った微粒子数を単位体積当たりで表している。一般的には、１立方メートル当たりの微粒子数で表すＪＩＳ規格よりも厳しく、例えば１立方フィート当たり１０個の微粒子数の時に、クラス１０のクリーンルームとして分類されている。
【０００３】
このような微粒子数のクリーンルームを実現するために、フィルターを通した清浄空気を循環させる密閉した空間を構成し、フィルターを通過する空気の循環回数を増加させている。例えば、クラス１０のクリーンルームでは、循環回数は３００回／ｈｒ程度、クラス１０００では３０回／ｈｒ程度の循環回数である。半導体製造用クリーンルームでは、クラス１０のクリーンルームは、通常、シリコンウェーハを搬送するラインに使用されており、またクラス１０００のクリーンルームには、半導体製造装置が設置されるのが一般的である。
【０００４】
一方、クリーンルームにおける空気の換気回数は、夫々のクリーンルームに対して供給される取入れ外気の量によって決まる。例えば、従来のクリーンルームでは、循環回数が多いクリーンルームの換気回数は、通常３回／ｈｒ以下であり、また、循環回数が少ないクリーンルームの換気回数は１５回／ｈｒ程度である。
【０００５】
図６、図７は、半導体製造工場におけるクリーンルームの従来例を示すもので、図６はクリーンルームの主要な部分の模式的断面図、図７は模式的平面図である。
符号１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）は隣接して構成されたクリーンルームであり、１ａは循環回数が最も多く、クラス１０以下のクリーンルーム、１ｂは循環回数が２番目に多く、クラス５００程度のクリーンルームである。また、１ｃは循環回数が３番目に多いクリーンルーム、１ｄは循環回数が最も少ないクリーンルームである。
【０００６】
図７に示されるように、循環回数が最も多いクリーンルーム１ａは、これよりも循環回数の少ないクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄに隣接している。これらのクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄには半導体製造装置２が設置されており、これらのクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄに隣接しているクリーンルーム１ａは上述したように各半導体製造装置２に対するシリコンウェーハの搬送ラインとして構成されている。
【０００７】
符号３は外気を取入れ、取り入れた外気を処理して各クリーンルームに供給する外調機であり、この外調機３から各クリーンルーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに外気供給ダクト４が設置されている。また各半導体製造装置２には排気ダクト５が接続されており、この排気ダクト５に接続されている排気ファン６により室外に排気がなされる構成としている。
【０００８】
図中の、その他の構成要素を説明すると、符号７は天井室、８は床下室、９は循環空気通路、１０は高性能フィルター、１１は循環空気冷却コイル、１２はクリーンルーム間間仕切り、１３はアクセスフロア、１４は搬送中のシリコンウェーハを示すものである。また、図中に示される矩形枠中の数字は、空気量の割合（％）を示すものである。
【０００９】
以上の構成に示すように、空気の循環回数の異なる複数のクリーンルームを隣接して設置した従来のクリーンルームでは、外気の殆どは、外調機３により半導体製造装置等の生産装置が設置されているクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄに供給される。現状の空気量の割合は、上述したとおり、図中の矩形枠中の数字に示されるとおりである。
【００１０】
空気の循環回数が多いクリーンルーム１ａは、通常ワーキングエリアと称され、このエリアで作業者が働いている。空気は、クリーンルーム１ａに隣接して配置されている循環通路９を通って天井室７に送られ、次いでファンフィルターユニット（ＦＦＵ）によって再びクリーンルーム１ａ内に吹き出される。空気の循環回数は通常、数百回／ｈｒ程度としており、この循環回数を調節することにより、クリーンルーム１ａ内の塵埃の数を、例えば１０（個／１立方フィート）とするようにしている。しかしながら、外気の供給量は少なく、新鮮な外気による換気回数は通常１０回／ｈｒ以下である。
【００１１】
一方、空気の循環回数が少ないクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄは、通常メンテナンスエリアと称され、上述したとおり、この室内に半導体製造装置２等の生産装置が設置されている。これらのクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄでは、空気の循環回数は数十回／ｈｒ程度であるが、外気の供給量が多いことから、新鮮な空気による換気回数は多く、通常、数十回／ｈｒ程度であることが多い。そして、上述したとおり、このエリアに供給された空気の大部分は、半導体製造装置２から排気ダクト５を介して室外に排気されている。
【００１２】
ところで、ここ数年来、クリーンルームの空気中には多くの有機物が存在し、この有機物がシリコンウェーハに吸着すると、製造された半導体デバイスを劣化させることが知られるようになってきた。その、原因は、ゲート酸化膜の信頼性の低下によるものとされている。（例えば、島崎他、応用物理学会予稿集、１９９２春季、ｐ．６８６参照。）
化学汚染物質は、従来はクリーンルーム構成材料、特に壁材、床材、また、最近では、高性能フィルター自体が発生源であることが明らかになり、本発明者等は、その改良方法についての発明を創案している。（国際公開番号ＷＯ９７／０４８５１の再公表特許公報参照。）
このような方法を適用すると、クリーンルーム構成材料からガス状有機物が発生しないので、完工後のクリーンルームは極めてガス状有機物の含有量の少ない環境を提供することが可能となった。
【００１３】
また、半導体製造装置から大量の有機物等の化学汚染物質が発生していることは、従来、余り知られていない。それは、従来のクリーンルームでは、建築材料や空調設備からの化学汚染物質が非常に多いために、装置搬入後に汚染物質が増加しても、発生源を特定できなかったためである。そして、一般には、クリーンルームの空気中の有機物質汚染は、建築系及び空調系の材料に起因すると信じられているのが現状である。
このような化学汚染物質は、これまでケミカルフィルターによって除去されるのが常套手段であった。
すなわち、有機汚染物質の除去には活性炭そのものを使用したケミカルフィルターが使用される。
アルカリ成分ないし金属イオン類の除去には、リン酸などの酸成分を活性炭に添着したものが、また、アニオン類ないし酸性成分は、苛性カリなどのアルカリ性成分を活性炭に添着したものが使用されている。
さらに無機物の除去には、イオン交換樹脂が使用されることもある。
オゾンの除去にはオゾン分解用ケミカルフィルターが使用されている。
このように、ケミカルフィルターにはリン酸や苛性カリのように、そのごく一部がリークしても半導体デバイスや液晶ディスプレーの歩留まりを低下させるような成分を持っている。
また、これらのケミカルフィルターは、非常に高価であり、製品のコストアップにつながる。
また、それぞれのケミカルフィルターは、吸着能に限界があって、飽和吸着量になると取り替える必要があり、取替え費用が嵩むという問題が起こる。また、使用済みのケミカルフィルターは廃棄されるため、資源の消費につながる。このため、ケミカルフィルターを不要にすることが強く望まれている。
【００１４】
本発明者等は、鋭意研究の経過において、始めて、建築系及び空調系の材料に起因する化学汚染物質をなくしたクリーンルームにおいて、化学汚染の経時変化を測定したところ、クリーンルーム完工直後では測定されなかった化学汚染物質が、半導体製造装置等の装置搬入後に急増するとの明らかな知見を得た。この点は、後述する本発明の実施の形態に関する説明において詳述する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体製造装置に起因する化学汚染物質を低減するには、半導体製造装置に使用する各種材料を一々吟味して、化学汚染物質の発生しない材料を使用することが考えられ、本発明者等も既にこのような方法を提案している。（特開平９−９５５８１号、特開平９−９５６６１号、特開平９−２４９８４９号またはＷＯ９７／０４８５１の公報参照。）
【００１６】
しかしながら、精密な加工精度を要求される多数の部品の一つ一つを吟味して使用するには、膨大な時間、従って多大なコストを要して実用的ではない。
そこで、従来通り、化学汚染物質の発生対策がなされていない半導体製造装置をクリーンルームに設置しても、それから発生する化学汚染物質が、ワーキングエリア、即ち、シリコンウェーハが裸で取り扱われる、空気の循環回数が多いクリーンルーム側に拡散するのを防止するための技術が要求されるようになっている。
【００１７】
上述した図６、図７に示すクリーンルームの従来例からもわかるように、ワーキングエリアを構成するクリーンルーム、即ち塵埃粒子を濾過することに注力して、空気を数百回／ｈｒ程度で循環させているクリーンルームと、隣接しているメンテナンスエリアのクリーンルームとは、その内部に設置されている半導体製造装置におけるシリコンウェーハ搬入口を有する前面で接しており、この面は、この搬入口により開口していることや、装置の気密が十分でないために、メンテナンスエリアのクリーンルームにおいて半導体製造装置から発生する化学汚染物質がワーキングエリアを構成するクリーンルームに拡散されてしまう。
【００１８】
さらにワーキングエリアを構成するクリーンルームは、空気の循環回数は多いものの、上述したとおり換気回数が少なく、従って、ほぼ密閉された空間内で空気が循環される結果、化学汚染物質の濃縮現象、いわゆる「吹き溜まり」現象が発生してしまう。
【００１９】
このことから、図６、図７に示されるような従来の構成では、ワーキングエリアを構成するクリーンルームにおいて、確かに、塵埃は除去されるが、現在問題となっている有機物汚染、特に、半導体製造装置等の装置に起因する化学汚染物質の低減には適していないばかりか、却って、上述したような化学汚染物質の濃縮現象により、装置搬入後のクリーンルームの汚染を増大させ、製造する半導体デバイスの歩留まりを低下させる原因となっている。
【００２０】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたもので、その目的は、化学汚染物質の低減対策のされていない半導体製造装置等の生産装置をクリーンルームに設置しても、その装置から発生する化学汚染物質が、シリコンウェーハを搬送する目的等の、循環回数の多いクリーンルーム側に拡散して汚染することを防止するクリーンルームを提供することにある。即ち、本発明では、現状の塵埃除去を主目的とするクリーンルームから、半導体製造装置等の生産装置に起因する化学汚染物質の影響を極力減少できるクリーンルームを提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明では、空気の循環回数の異なる複数のクリーンルームを隣接して設置したクリーンルームにおいて、循環回数の異なる隣接のクリーンルーム間に空気流通部を構成し、循環回数の多い側のクリーンルームに外気供給部を構成すると共に、循環回数の少ない側のクリーンルームに排気部を構成したクリーンルームを提案する。
【００２２】
また本発明では、上記の構成において、循環回数の少ない側のクリーンルームにも外気供給部を構成することを提案する。
【００２３】
また本発明では、上記の構成において、外気供給部を設けた側のクリーンルームは、清浄空気の循環通路を省略したクリーンルームを提案する。
【００２４】
そして本発明では、上記の構成においてクリーンルームは半導体製造用であり、循環回数の多い側のクリーンルームをウェーハの搬送部とすると共に、循環回数の少ない側のクリーンルームに半導体製造装置を設置することを提案する。
【００２５】
さらに本発明では、以上の構成のクリーンルームにおいて、有機汚染物質及びオゾンの少ない環境で半導体デバイスもしくは液晶ディスプレーを製造する方法を提案する。
【００２６】
以上の本発明においては、外気は循環回数の多い側のクリーンルームに外調機から供給され、このクリーンルーム内の空気が空気流通部を経て循環回数の少ない側のクリーンルームに流入して、このクリーンルームから排気されるため、循環回数の少ない側のクリーンルームから循環回数の多い側のクリーンルームへの空気の侵入を防止できると共に、循環回数の多い側のクリーンルームにおける換気回数が多くなるために化学汚染物質の濃縮現象の発生を防止することができる。
【００２７】
尚、循環回数の少ない側のクリーンルームには半導体製造装置等の生産装置を設置しており、これには空冷目的又は環境汚染防止目的で、周辺の空気をクリーンルームの外部へ排気できるようにされているため、循環回数の多い側のクリーンルームに供給された外気に見合う空気を、このような設備を経て室外に排気することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１、図２は本発明の第一の実施の形態を示すもので、図６、図７と同様に、図１はクリーンルームの主要な部分の模式的断面図、図２は模式的平面図である。
符号１０１（１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ）は隣接して構成されたクリーンルームであり、１０１ａは最も循環回数が多く、クラス１０以下のクリーンルーム、１０１ｂは循環回数が２番目に多く、クラス５００程度のクリーンルームである。また、１０１ｃは循環回数が３番目に多いクリーンルーム、１０１ｄは循環回数が最も少ないクリーンルームである。
【００２９】
図１に示されるように、循環回数が最も多いクリーンルーム１０１ａは、これよりも循環回数の少ないクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに隣接している。これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄには半導体製造装置１０２が設置されており、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに隣接しているクリーンルーム１０１ａは上述したように各半導体製造装置１０２に対するシリコンウェーハの搬送ラインとして構成されている。
【００３０】
符号１０３は外気を取入れ、取り入れた外気を処理して各クリーンルームに供給する外調機であり、この外調機１０３からクリーンルーム１０１ａの後記天井室１０７に外気供給ダクト１０４が設置されている。また各半導体製造装置１０２には排気ダクト１０５が接続されており、この排気ダクト１０５に接続されている排気ファン１０６により室外に排気がなされる構成としている。
【００３１】
これらの各クリーンルーム１０１において、符号１０７は天井室、１０８は床下室、１０９は循環空気通路、１１０は高性能フィルター、１１１はクリーンルーム間間仕切り、１１２はアクセスフロアを示すもので、クリーンルーム１０１ａと、他のクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの夫々の床下室１０８の仕切り壁１１３には空気流通部１１４を構成している。
【００３２】
以上の構成において、外気は循環回数の最も多い側のクリーンルーム１０１ａに外調機１０３から１００％供給され、このクリーンルーム１０１ａ内の空気が床下室１０８の仕切り壁１１３に設けられている空気流通部１１４を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入する。そして、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ内の空気は半導体製造装置１０２から排気ダクト１０５を経て室外に排気される。尚、図７に示すと同様に、図１、図２中に矩形枠で囲んで示している数値は、空気量の割合（％）を示すものであり、例えば図１において、クリーンルーム１０１ａ内の空気は８６％が空気流通部１１４を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入すると共に、１０％がクリーンルーム間間仕切り１１１を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入し、更に４％の空気が室外にリークしている。
また、各クリーンルーム１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄにおける空気循環動作は、図により自明であるので詳細な説明は省略する。
【００３３】
このように、外気は循環回数の多い側のクリーンルーム１０１ａに外調機１０３から供給され、このクリーンルーム１０１ａ内の空気が空気流通部１１４を経て循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに流入して、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄから排気されるため、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄから循環回数の多い側のクリーンルーム１０１ａへの空気の侵入を防止できると共に、循環回数の多い側のクリーンルーム１０１ａにおける換気回数が多くなるために化学汚染物質の濃縮現象の発生を防止することができる。
【００３４】
次に図３は、本発明の第二の実施の形態を示すもので、クリーンルームの主要な部分の模式的断面図である。
この実施の形態では、外調機１０３からの外気供給ダクト１０４は循環空気通路１０９に外気を供給するように構成しており、また空気流通部１１４は、第一の実施の形態における床下室１０８の仕切り壁１１３に代えて、天井室１０７の仕切り壁１１５に構成している。
このような構成要素以外の要素は、第一の実施の形態のものと同様であるので、対応する構成要素には第１図と同様な符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
この実施の形態においても、外気は循環回数の最も多い側のクリーンルーム１０１ａの循環空気通路１０９に外調機１０３から１００％供給され、このクリーンルーム１０１ａ内の空気が天井室１０７の仕切り壁１１５に設けられている空気流通部１１４を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入する。そして、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ内の空気は半導体製造装置１０２から排気ダクト１０５を経て室外に排気される。
【００３６】
次に図４は、本発明の第三の実施の形態を示すもので、クリーンルームの主要な部分の模式的断面図である。
この実施の形態では、外調機１０３からの外気供給ダクト１０４は第一の実施の形態と同様に天井室１０７に外気を供給するように構成すると共に、この外気供給ダクト１０４は、分岐して分岐部１１６により、他のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）の天井室１０７内にも外気を供給可能に構成している。また、空気流通部１１４は、第一の実施の形態と同様に床下室１０８の仕切り壁１１３に設けると共に、第二の実施の形態と同様に、天井室１０７の仕切り壁１１５にも構成している。
このような構成要素以外の要素は、第一の実施の形態のものと同様であるので、対応する構成要素には第１図と同様な符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
この実施の形態においては、循環回数の最も多い側のクリーンルーム１０１ａの天井室１０７内に外調機１０３から、殆どの外気、例えば９０％の割合の外気が供給されると共に、少量の外気、例えば１０％の外気が、隣接しているクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）の天井室１０７内にも供給される。
このように外気は、隣接しているクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）の天井室１０７内にも供給されるとはいっても、クリーンルーム１０１ａへの供給量の方が多いので、循環回数の多い側クリーンルーム１０１ａ内の空気が天井室１０７及び床下室１０８の仕切り壁１１３，１１５に設けられている空気流通部１１４を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入する。そして、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ内の空気は半導体製造装置１０２から排気ダクト１０５を経て室外に排気される。
【００３８】
次に図５は、本発明の第四の実施の形態を示すもので、クリーンルームの主要な部分の模式的断面図である。
この実施の形態では、第三の実施の形態において、外気供給ダクト１０４によって外気が供給されるクリーンルーム１０１ａは、循環空気通路１０９を省略しており、この他の構成要素は、第三の実施の形態のものと同様であるので、対応する構成要素には図４と同様な符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
この実施の形態では、外気供給ダクト１０４によってクリーンルーム１０１ａの天井室１０７内に供給された外気は、クリーンルーム１０１ａにおける循環に供されずに空気流通部１１４を経て、循環回数の少ないクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に供給され、そしてこれらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ内の空気は半導体製造装置１０２から排気ダクト１０５を経て室外に排気される。
【００４０】
【実施例】
図８は、上述した従来例のクリーンルームと、第一〜第三の実施の形態のクリーンルームにおける空気中の汚染物質を測定した結果を示す表である。
まず実施した測定方法を説明する。
（クリーンルームの空気中の有機物の測定方法）
クリーンルーム内の空気中の有機物の測定には、まず、洗浄したシリコン（Ｓｉ）ウェーハをクリーンルーム内に曝露してクリーンルーム中の有機物をウェーハに吸着させる。この場合、シリコンウェーハ表面の洗浄には、シリコンウェーハを紫外線照射下でオゾンガスで酸化分解する方法を採った。この方法で有機物を除去したシリコンウェーハには、表面に酸化膜が形成されるので、フッ酸洗浄しただけのシリコンウェーハの約６倍の吸着速度を持っている。従って、クリーンルームの有機物濃度が低い場合の分析に適している。
次に、シリコンウェーハに吸着した有機物の分析には、シリコンウェーハアナライザ（商品名…以下ＳＷＡと略す）を用い、吸着成分をヘリウム気流中で４００℃で加熱脱離して、ＳＷＡ付帯のＧＣ／ＭＳ装置に導入して分析した。尚、温度条件は次の通りである。
初期温度 ８０℃（１０分保持）→昇温（７℃／分）→
最終温度３００℃（１０分保持）
ＳＷＡを用いた分析では、空気中に存在する有機物のうち、シリコンウェーハに吸着しやすい物質が解明できる点で優れている。また、分析感度は、有機物が数ｐｇ（１０-12ｇ）のオーダーまで分析できるので、シリコンウェーハへの吸着量は、シリコンウェーハ単位面積当たりのｐｇとして、（ｐｇ／ｃｍ2）で表示する。
尚、本測定では、同じ洗浄をしたシリコンウェーハをクリーンルームには曝露しないで、ウェーハポッドに放置したものも、同じ分析に掛け、この値をブランク値とした。この値を、上記のクリーンルームに曝露したシリコンウェーハの分析値から差し引き、有機物のシリコンウェーハ吸着量とした。
（クリーンルームの空気中の無機物の測定方法）
クリーンルームの空気中の無機物の分析には、クリーンルームの空気を超純水の入ったインピンジャーに通気し、溶解した無機物を分析する方法を採った。無機物のうち、金属元素は、ＩＰＣ／ＭＳ法で、また、イオン類はＩＣＧ法で分析した。濃度既知の各成分溶液を使用して検量線をつくり、補集した試料の溶液濃度を定量して、これより総補集量を１０-9ｇ（ｎｇ）まで計算し、さらにこの値を通気ガス量で割って、クリーンルームの空気ｍ3当たりの濃度（ｎｇ／ｍ3）で表示する。
【００４１】
次に図８の表の内容を説明する。
まず、完工直後の現状のクリーンルームでは、使用材料を吟味して使用（例えば特開平９−９５５８１号、特開平９−９５６６１号、特開平９−２４９８４９号又はＷＯ９７／０４８５１の公報参照）すると、クリーンルームの空気は、表に示される取り入れ外気とほぼ同等の分析値が得られている。
しかし、その後、半導体製造装置をメンテナンスエリアに設置してクリーンルームの空気中の化学汚染物質の濃度を分析すると、表の比較例の中段に示されるような数値となり、高い化学汚染物質濃度を示す。
これは、メンテナンスエリアからの汚染が、ワーキングエリアへと拡散されているためと判断される。即ち、現状では、表の比較例の欄に示すように、循環回数の多いクリーンルームの空気の有機物濃度、硝酸イオン、アンモニウムイオン、オゾン濃度は、循環回数の少ないクリーンルームの影響を受けて、高い濃度になっている。また有機物のシリコンウェーハへの吸着量も高い。これは、半導体製造装置が発生する化学汚染物質が、循環回数の少ないクリーンルームに充満し、この一部がワーキングエリアへと拡散してくるためと考えられる。
このような際、従来は、これらの化学汚染物質を除去するのに、ケミカルフィルターが使用されているのであるが、このケミカルフィルターは高価であり、且つ、吸着量に限界があって、頻繁に取り替える必要があるため、面倒である。
【００４２】
これに対して、上記第一の実施の形態に従ってクリーンルームを構成し、その後、循環回数の少ないクリーンルーム側に半導体製造装置を設置して、気相の化学汚染物質を測定した結果、表に実施例１として示されるように、循環回数の多いクリーンルームにおいて、気相有機物濃度、シリコンウェーハへの有機物吸着量は、殆ど外気の濃度に近い値が得られ、半導体製造装置に起因する汚染の影響が抑制されることが分かる。また、イオン類も、オゾン濃度も低い値に抑制されることがわかる。
上述したとおり、従来では、これらの化学汚染物質を除去するのに高価なケミカルフィルターが使用されているのであるが、これを使用することなく、半導体製造装置に起因する汚染の影響を低減できるという点において、本発明の有効性が明確に分かる。
【００４３】
上記第二、第三の実施の形態に従ってクリーンルームを構成し、その後、循環回数の少ないクリーンルーム側に半導体製造装置を設置して、気相の化学汚染物質を測定した結果は、表に実施例２、実施例３として示されるものであり、これについても実施例１と同様に良好な値が得られた。
【００４４】
第四の実施の形態についての測定結果は表には示していないが、実施例１と同様な分析値が得られており、やはり、その有効性が明確になった。
【００４５】
上記第一の実施の形態に従って構成したクリーンルームにおいて、酸化炉で５ｎｍの酸化膜をつけたシリコンウェーハをオープンカセットに入れた状態で１２時間曝露した。
その後、このウェーハにポリシリコン膜を５０ｎｍつけて、次いでアルミニウム電極を取り付けたＭＯＳキャパシターを作成した。このＭＯＳキャパシターの酸化膜に０．１Ａ／ｃｍ2の定電流ストレスを印加し、酸化膜の絶縁破壊するまでの時間を測定した。そして、破壊する電場の強さと破壊したＭＯＳキャパシターの数をワイブル分布プロットした。
その結果、キャパシターが絶縁破壊を起こし始める電場は１１ｋＶ／ｃｍで、さらに５０％破壊する電場はほぼ１３ｋＶ／ｃｍであった。
一方、比較例のクリーンルームにおいて、第一の実施の形態のクリーンルームに曝露したウェーハと同様な条件で比較例のウェーハを曝露し、同様なキャパシターを作成した。
この比較例のＭＯＳキャパシターについて、第一の実施の形態のクリーンルームで作成したものと同様な測定を行った。
その結果、比較例のＭＯＳキャパシターでは、絶縁破壊を起こし始める電場が２ｋＶ／ｃｍで、また、５０％破壊にいたる電場は約７ｋＶ／ｃｍであり、第一の実施の形態のクリーンルームで作成したものと比較して、非常に低い電場で絶縁破壊することが分かった。
ＭＯＳキャパシターの絶縁破壊電場が高くなることは、すなわち、それだけ壊れにくく、不良製品が出にくくなることを意味する。
この実験結果から、第一の実施の形態のクリーンルームでは、有機物の吸着量やオゾン濃度が低いため、クリーンルームからのウェーハへの汚染の影響が少なかったことが、ＭＯＳキャパシターの絶縁破壊電場を高くしたと考えられる。
上述したとおり、絶縁破壊電圧が高くなることは、即ち、それだけ不良製品が出にくくなることなので、本発明のクリーンルームで半導体を製造することは、歩留まり向上の点から優れた方法であるといえる。
【００４６】
尚、以上は、本発明のクリーンルームを、半導体製造工場のクリーンルームにつき説明したが、本発明のクリーンルームは、その他の用途のクリーンルーム、例えば、液晶ディスプレー製造用のクリーンルームにも適用できることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は以上のとおり、外気は循環回数の多い側のクリーンルームに外調機から供給され、このクリーンルーム内の空気が空気流通部を経て循環回数の少ない側のクリーンルームに流入して、このクリーンルームから排気されるため、循環回数の少ない側のクリーンルームから循環回数の多い側のクリーンルームへの空気の侵入を防止できると共に、循環回数の多い側のクリーンルームにおける換気回数が多くなるために化学汚染物質の濃縮現象の発生を防止することができるという効果がある。
【００４８】
そのため、高価なケミカルフィルターを使用せずに、半導体製造装置等の生産装置に起因する汚染の影響を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のクリーンルームの第一の実施の形態を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図２】 図２は本発明のクリーンルームの第一の実施の形態を示す模式的平面図である
【図３】 本発明のクリーンルームの第二の実施の形態を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図４】 本発明のクリーンルームの第三の実施の形態を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図５】 本発明のクリーンルームの第四の実施の形態を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図６】 従来のクリーンルームの構成を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図７】 従来のクリーンルームの構成を示す模式的平面図である。
【図８】 従来のクリーンルームと、本発明の第一〜第三の実施の形態のクリーンルームにおける空気中の汚染物質を測定した結果を示す表である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ クリーンルーム
２ 半導体製造装置
３ 外調機
４ 外気供給ダクト
５ 排気ダクト
６ 排気ファン
７ 天井室
８ 床下室
９ 循環空気通路
１０ 高性能フィルター
１１ 循環空気冷却コイル
１２ クリーンルーム間間仕切り
１３ アクセスフロワ
１４ シリコンウェーハ
１０１ａ，１０１ｂ クリーンルーム
１０１ｃ，１０１ｄ クリーンルーム
１０２ 半導体製造装置
１０３ 外調機
１０４ 外気供給ダクト
１０５ 排気ダクト
１０６ 排気ファン
１０７ 天井室
１０８ 床下室
１０９ 循環空気通路
１１０ 高性能フィルター
１１１ クリーンルーム間間仕切り
１１２ アクセスフロワ
１１３ 床下室の仕切り壁
１１４ 空気流通部
１１５ 天井室の仕切り壁
１１６ 分岐部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工場や液晶ディスプレー製造工場等に設置するクリーンルーム及び半導体デバイスもしくは液晶ディスプレーの製造方法に関するもので、更に詳しくは、空気の循環回数の異なる複数のクリーンルームを隣接して設置したクリーンルームにおいて、循環回数の多い側のクリーンルームの空気中の塵埃の数を低減させるのみならず、半導体製造装置等の生産装置から発生する化学汚染物質をも低減することのできるクリーンルーム及び半導体デバイスもしくは液晶ディスプレーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体製造用のクリーンルームは、これまで塵埃微粒子の除去を目的として構築され、運転されてきた。現在、クリーンルームにおいて、塵埃微粒子を含む空気は高性能フィルターで濾過し、０．１μｍ以上の微粒子を除去している。クリーンルームは、その清浄度に応じてクラス分けしており、このクラスは、濾過後に残った微粒子数を単位体積当たりで表している。一般的には、１立方メートル当たりの微粒子数で表すＪＩＳ規格よりも厳しく、例えば１立方フィート当たり１０個の微粒子数の時に、クラス１０のクリーンルームとして分類されている。
【０００３】
このような微粒子数のクリーンルームを実現するために、フィルターを通した清浄空気を循環させる密閉した空間を構成し、フィルターを通過する空気の循環回数を増加させている。例えば、クラス１０のクリーンルームでは、循環回数は３００回／ｈｒ程度、クラス１０００では３０回／ｈｒ程度の循環回数である。半導体製造用クリーンルームでは、クラス１０のクリーンルームは、通常、シリコンウェーハを搬送するラインに使用されており、またクラス１０００のクリーンルームには、半導体製造装置が設置されるのが一般的である。
【０００４】
一方、クリーンルームにおける空気の換気回数は、夫々のクリーンルームに対して供給される取入れ外気の量によって決まる。例えば、従来のクリーンルームでは、循環回数が多いクリーンルームの換気回数は、通常３回／ｈｒ以下であり、また、循環回数が少ないクリーンルームの換気回数は１５回／ｈｒ程度である。
【０００５】
図６、図７は、半導体製造工場におけるクリーンルームの従来例を示すもので、図６はクリーンルームの主要な部分の模式的断面図、図７は模式的平面図である。
符号１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）は隣接して構成されたクリーンルームであり、１ａは循環回数が最も多く、クラス１０以下のクリーンルーム、１ｂは循環回数が２番目に多く、クラス５００程度のクリーンルームである。また、１ｃは循環回数が３番目に多いクリーンルーム、１ｄは循環回数が最も少ないクリーンルームである。
【０００６】
図７に示されるように、循環回数が最も多いクリーンルーム１ａは、これよりも循環回数の少ないクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄに隣接している。これらのクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄには半導体製造装置２が設置されており、これらのクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄに隣接しているクリーンルーム１ａは上述したように各半導体製造装置２に対するシリコンウェーハの搬送ラインとして構成されている。
【０００７】
符号３は外気を取入れ、取り入れた外気を処理して各クリーンルームに供給する外調機であり、この外調機３から各クリーンルーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに外気供給ダクト４が設置されている。また各半導体製造装置２には排気ダクト５が接続されており、この排気ダクト５に接続されている排気ファン６により室外に排気がなされる構成としている。
【０００８】
図中の、その他の構成要素を説明すると、符号７は天井室、８は床下室、９は循環空気通路、１０は高性能フィルター、１１は循環空気冷却コイル、１２はクリーンルーム間間仕切り、１３はアクセスフロア、１４は搬送中のシリコンウェーハを示すものである。また、図中に示される矩形枠中の数字は、空気量の割合（％）を示すものである。
【０００９】
以上の構成に示すように、空気の循環回数の異なる複数のクリーンルームを隣接して設置した従来のクリーンルームでは、外気の殆どは、外調機３により半導体製造装置等の生産装置が設置されているクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄに供給される。現状の空気量の割合は、上述したとおり、図中の矩形枠中の数字に示されるとおりである。
【００１０】
空気の循環回数が多いクリーンルーム１ａは、通常ワーキングエリアと称され、このエリアで作業者が働いている。空気は、クリーンルーム１ａに隣接して配置されている循環通路９を通って天井室７に送られ、次いでファンフィルターユニット（ＦＦＵ）によって再びクリーンルーム１ａ内に吹き出される。空気の循環回数は通常、数百回／ｈｒ程度としており、この循環回数を調節することにより、クリーンルーム１ａ内の塵埃の数を、例えば１０（個／１立方フィート）とするようにしている。しかしながら、外気の供給量は少なく、新鮮な外気による換気回数は通常１０回／ｈｒ以下である。
【００１１】
一方、空気の循環回数が少ないクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄは、通常メンテナンスエリアと称され、上述したとおり、この室内に半導体製造装置２等の生産装置が設置されている。これらのクリーンルーム１ｂ，１ｃ，１ｄでは、空気の循環回数は数十回／ｈｒ程度であるが、外気の供給量が多いことから、新鮮な空気による換気回数は多く、通常、数十回／ｈｒ程度であることが多い。そして、上述したとおり、このエリアに供給された空気の大部分は、半導体製造装置２から排気ダクト５を介して室外に排気されている。
【００１２】
ところで、ここ数年来、クリーンルームの空気中には多くの有機物が存在し、この有機物がシリコンウェーハに吸着すると、製造された半導体デバイスを劣化させることが知られるようになってきた。その、原因は、ゲート酸化膜の信頼性の低下によるものとされている。（例えば、島崎他、応用物理学会予稿集、１９９２春季、ｐ．６８６参照。）
化学汚染物質は、従来はクリーンルーム構成材料、特に壁材、床材、また、最近では、高性能フィルター自体が発生源であることが明らかになり、本発明者等は、その改良方法についての発明を創案している。（国際公開番号ＷＯ９７／０４８５１の再公表特許公報参照。）
このような方法を適用すると、クリーンルーム構成材料からガス状有機物が発生しないので、完工後のクリーンルームは極めてガス状有機物の含有量の少ない環境を提供することが可能となった。
【００１３】
また、半導体製造装置から大量の有機物等の化学汚染物質が発生していることは、従来、余り知られていない。それは、従来のクリーンルームでは、建築材料や空調設備からの化学汚染物質が非常に多いために、装置搬入後に汚染物質が増加しても、発生源を特定できなかったためである。そして、一般には、クリーンルームの空気中の有機物質汚染は、建築系及び空調系の材料に起因すると信じられているのが現状である。
このような化学汚染物質は、これまでケミカルフィルターによって除去されるのが常套手段であった。
すなわち、有機汚染物質の除去には活性炭そのものを使用したケミカルフィルターが使用される。
アルカリ成分ないし金属イオン類の除去には、リン酸などの酸成分を活性炭に添着したものが、また、アニオン類ないし酸性成分は、苛性カリなどのアルカリ性成分を活性炭に添着したものが使用されている。
さらに無機物の除去には、イオン交換樹脂が使用されることもある。
オゾンの除去にはオゾン分解用ケミカルフィルターが使用されている。
このように、ケミカルフィルターにはリン酸や苛性カリのように、そのごく一部がリークしても半導体デバイスや液晶ディスプレーの歩留まりを低下させるような成分を持っている。
また、これらのケミカルフィルターは、非常に高価であり、製品のコストアップにつながる。
また、それぞれのケミカルフィルターは、吸着能に限界があって、飽和吸着量になると取り替える必要があり、取替え費用が嵩むという問題が起こる。また、使用済みのケミカルフィルターは廃棄されるため、資源の消費につながる。このため、ケミカルフィルターを不要にすることが強く望まれている。
【００１４】
本発明者等は、鋭意研究の経過において、始めて、建築系及び空調系の材料に起因する化学汚染物質をなくしたクリーンルームにおいて、化学汚染の経時変化を測定したところ、クリーンルーム完工直後では測定されなかった化学汚染物質が、半導体製造装置等の装置搬入後に急増するとの明らかな知見を得た。この点は、後述する本発明の実施の形態に関する説明において詳述する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体製造装置に起因する化学汚染物質を低減するには、半導体製造装置に使用する各種材料を一々吟味して、化学汚染物質の発生しない材料を使用することが考えられ、本発明者等も既にこのような方法を提案している。（特開平９−９５５８１号、特開平９−９５６６１号、特開平９−２４９８４９号またはＷＯ９７／０４８５１の公報参照。）
【００１６】
しかしながら、精密な加工精度を要求される多数の部品の一つ一つを吟味して使用するには、膨大な時間、従って多大なコストを要して実用的ではない。
そこで、従来通り、化学汚染物質の発生対策がなされていない半導体製造装置をクリーンルームに設置しても、それから発生する化学汚染物質が、ワーキングエリア、即ち、シリコンウェーハが裸で取り扱われる、空気の循環回数が多いクリーンルーム側に拡散するのを防止するための技術が要求されるようになっている。
【００１７】
上述した図６、図７に示すクリーンルームの従来例からもわかるように、ワーキングエリアを構成するクリーンルーム、即ち塵埃粒子を濾過することに注力して、空気を数百回／ｈｒ程度で循環させているクリーンルームと、隣接しているメンテナンスエリアのクリーンルームとは、その内部に設置されている半導体製造装置におけるシリコンウェーハ搬入口を有する前面で接しており、この面は、この搬入口により開口していることや、装置の気密が十分でないために、メンテナンスエリアのクリーンルームにおいて半導体製造装置から発生する化学汚染物質がワーキングエリアを構成するクリーンルームに拡散されてしまう。
【００１８】
さらにワーキングエリアを構成するクリーンルームは、空気の循環回数は多いものの、上述したとおり換気回数が少なく、従って、ほぼ密閉された空間内で空気が循環される結果、化学汚染物質の濃縮現象、いわゆる「吹き溜まり」現象が発生してしまう。
【００１９】
このことから、図６、図７に示されるような従来の構成では、ワーキングエリアを構成するクリーンルームにおいて、確かに、塵埃は除去されるが、現在問題となっている有機物汚染、特に、半導体製造装置等の装置に起因する化学汚染物質の低減には適していないばかりか、却って、上述したような化学汚染物質の濃縮現象により、装置搬入後のクリーンルームの汚染を増大させ、製造する半導体デバイスの歩留まりを低下させる原因となっている。
【００２０】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたもので、その目的は、化学汚染物質の低減対策のされていない半導体製造装置等の生産装置をクリーンルームに設置しても、その装置から発生する化学汚染物質が、シリコンウェーハを搬送する目的等の、循環回数の多いクリーンルーム側に拡散して汚染することを防止するクリーンルームを提供することにある。即ち、本発明では、現状の塵埃除去を主目的とするクリーンルームから、半導体製造装置等の生産装置に起因する化学汚染物質の影響を極力減少できるクリーンルームを提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明では、空気の循環回数の異なる複数のクリーンルームを隣接して設置したクリーンルームにおいて、循環回数の異なる隣接のクリーンルーム間に空気流通部を構成し、循環回数の多い側のクリーンルームに外気供給部を構成すると共に、循環回数の少ない側のクリーンルームに排気部を構成したクリーンルームを提案する。
【００２２】
また本発明では、上記の構成において、循環回数の少ない側のクリーンルームにも外気供給部を構成することを提案する。
【００２３】
また本発明では、上記の構成において、外気供給部を設けた側のクリーンルームは、清浄空気の循環通路を省略したクリーンルームを提案する。
【００２４】
そして本発明では、上記の構成においてクリーンルームは半導体製造用であり、循環回数の多い側のクリーンルームをウェーハの搬送部とすると共に、循環回数の少ない側のクリーンルームに半導体製造装置を設置することを提案する。
【００２５】
さらに本発明では、以上の構成のクリーンルームにおいて、有機汚染物質及びオゾンの少ない環境で半導体デバイスもしくは液晶ディスプレーを製造する方法を提案する。
【００２６】
以上の本発明においては、外気は循環回数の多い側のクリーンルームに外調機から供給され、このクリーンルーム内の空気が空気流通部を経て循環回数の少ない側のクリーンルームに流入して、このクリーンルームから排気されるため、循環回数の少ない側のクリーンルームから循環回数の多い側のクリーンルームへの空気の侵入を防止できると共に、循環回数の多い側のクリーンルームにおける換気回数が多くなるために化学汚染物質の濃縮現象の発生を防止することができる。
【００２７】
尚、循環回数の少ない側のクリーンルームには半導体製造装置等の生産装置を設置しており、これには空冷目的又は環境汚染防止目的で、周辺の空気をクリーンルームの外部へ排気できるようにされているため、循環回数の多い側のクリーンルームに供給された外気に見合う空気を、このような設備を経て室外に排気することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１、図２は本発明の第一の実施の形態を示すもので、図６、図７と同様に、図１はクリーンルームの主要な部分の模式的断面図、図２は模式的平面図である。
符号１０１（１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ）は隣接して構成されたクリーンルームであり、１０１ａは最も循環回数が多く、クラス１０以下のクリーンルーム、１０１ｂは循環回数が２番目に多く、クラス５００程度のクリーンルームである。また、１０１ｃは循環回数が３番目に多いクリーンルーム、１０１ｄは循環回数が最も少ないクリーンルームである。
【００２９】
図１に示されるように、循環回数が最も多いクリーンルーム１０１ａは、これよりも循環回数の少ないクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに隣接している。これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄには半導体製造装置１０２が設置されており、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに隣接しているクリーンルーム１０１ａは上述したように各半導体製造装置１０２に対するシリコンウェーハの搬送ラインとして構成されている。
【００３０】
符号１０３は外気を取入れ、取り入れた外気を処理して各クリーンルームに供給する外調機であり、この外調機１０３からクリーンルーム１０１ａの後記天井室１０７に外気供給ダクト１０４が設置されている。また各半導体製造装置１０２には排気ダクト１０５が接続されており、この排気ダクト１０５に接続されている排気ファン１０６により室外に排気がなされる構成としている。
【００３１】
これらの各クリーンルーム１０１において、符号１０７は天井室、１０８は床下室、１０９は循環空気通路、１１０は高性能フィルター、１１１はクリーンルーム間間仕切り、１１２はアクセスフロアを示すもので、クリーンルーム１０１ａと、他のクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの夫々の床下室１０８の仕切り壁１１３には空気流通部１１４を構成している。
【００３２】
以上の構成において、外気は循環回数の最も多い側のクリーンルーム１０１ａに外調機１０３から１００％供給され、このクリーンルーム１０１ａ内の空気が床下室１０８の仕切り壁１１３に設けられている空気流通部１１４を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入する。そして、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ内の空気は半導体製造装置１０２から排気ダクト１０５を経て室外に排気される。尚、図７に示すと同様に、図１、図２中に矩形枠で囲んで示している数値は、空気量の割合（％）を示すものであり、例えば図１において、クリーンルーム１０１ａ内の空気は８６％が空気流通部１１４を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入すると共に、１０％がクリーンルーム間間仕切り１１１を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入し、更に４％の空気が室外にリークしている。
また、各クリーンルーム１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄにおける空気循環動作は、図により自明であるので詳細な説明は省略する。
【００３３】
このように、外気は循環回数の多い側のクリーンルーム１０１ａに外調機１０３から供給され、このクリーンルーム１０１ａ内の空気が空気流通部１１４を経て循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに流入して、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄから排気されるため、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄから循環回数の多い側のクリーンルーム１０１ａへの空気の侵入を防止できると共に、循環回数の多い側のクリーンルーム１０１ａにおける換気回数が多くなるために化学汚染物質の濃縮現象の発生を防止することができる。
【００３４】
次に図３は、本発明の第二の実施の形態を示すもので、クリーンルームの主要な部分の模式的断面図である。
この実施の形態では、外調機１０３からの外気供給ダクト１０４は循環空気通路１０９に外気を供給するように構成しており、また空気流通部１１４は、第一の実施の形態における床下室１０８の仕切り壁１１３に代えて、天井室１０７の仕切り壁１１５に構成している。
このような構成要素以外の要素は、第一の実施の形態のものと同様であるので、対応する構成要素には第１図と同様な符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
この実施の形態においても、外気は循環回数の最も多い側のクリーンルーム１０１ａの循環空気通路１０９に外調機１０３から１００％供給され、このクリーンルーム１０１ａ内の空気が天井室１０７の仕切り壁１１５に設けられている空気流通部１１４を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入する。そして、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ内の空気は半導体製造装置１０２から排気ダクト１０５を経て室外に排気される。
【００３６】
次に図４は、本発明の第三の実施の形態を示すもので、クリーンルームの主要な部分の模式的断面図である。
この実施の形態では、外調機１０３からの外気供給ダクト１０４は第一の実施の形態と同様に天井室１０７に外気を供給するように構成すると共に、この外気供給ダクト１０４は、分岐して分岐部１１６により、他のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）の天井室１０７内にも外気を供給可能に構成している。また、空気流通部１１４は、第一の実施の形態と同様に床下室１０８の仕切り壁１１３に設けると共に、第二の実施の形態と同様に、天井室１０７の仕切り壁１１５にも構成している。
このような構成要素以外の要素は、第一の実施の形態のものと同様であるので、対応する構成要素には第１図と同様な符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
この実施の形態においては、循環回数の最も多い側のクリーンルーム１０１ａの天井室１０７内に外調機１０３から、殆どの外気、例えば９０％の割合の外気が供給されると共に、少量の外気、例えば１０％の外気が、隣接しているクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）の天井室１０７内にも供給される。
このように外気は、隣接しているクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）の天井室１０７内にも供給されるとはいっても、クリーンルーム１０１ａへの供給量の方が多いので、循環回数の多い側クリーンルーム１０１ａ内の空気が天井室１０７及び床下室１０８の仕切り壁１１３，１１５に設けられている空気流通部１１４を経て、循環回数の少ない側のクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に流入する。そして、これらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ内の空気は半導体製造装置１０２から排気ダクト１０５を経て室外に排気される。
【００３８】
次に図５は、本発明の第四の実施の形態を示すもので、クリーンルームの主要な部分の模式的断面図である。
この実施の形態では、第三の実施の形態において、外気供給ダクト１０４によって外気が供給されるクリーンルーム１０１ａは、循環空気通路１０９を省略しており、この他の構成要素は、第三の実施の形態のものと同様であるので、対応する構成要素には図４と同様な符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
この実施の形態では、外気供給ダクト１０４によってクリーンルーム１０１ａの天井室１０７内に供給された外気は、クリーンルーム１０１ａにおける循環に供されずに空気流通部１１４を経て、循環回数の少ないクリーンルーム１０１ｂ（１０１ｃ，１０１ｄ）に供給され、そしてこれらのクリーンルーム１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ内の空気は半導体製造装置１０２から排気ダクト１０５を経て室外に排気される。
【００４０】
【実施例】
図８は、上述した従来例のクリーンルームと、第一〜第三の実施の形態のクリーンルームにおける空気中の汚染物質を測定した結果を示す表である。
まず実施した測定方法を説明する。
（クリーンルームの空気中の有機物の測定方法）
クリーンルーム内の空気中の有機物の測定には、まず、洗浄したシリコン（Ｓｉ）ウェーハをクリーンルーム内に曝露してクリーンルーム中の有機物をウェーハに吸着させる。この場合、シリコンウェーハ表面の洗浄には、シリコンウェーハを紫外線照射下でオゾンガスで酸化分解する方法を採った。この方法で有機物を除去したシリコンウェーハには、表面に酸化膜が形成されるので、フッ酸洗浄しただけのシリコンウェーハの約６倍の吸着速度を持っている。従って、クリーンルームの有機物濃度が低い場合の分析に適している。
次に、シリコンウェーハに吸着した有機物の分析には、シリコンウェーハアナライザ（商品名…以下ＳＷＡと略す）を用い、吸着成分をヘリウム気流中で４００℃で加熱脱離して、ＳＷＡ付帯のＧＣ／ＭＳ装置に導入して分析した。尚、温度条件は次の通りである。
初期温度 ８０℃（１０分保持）→昇温（７℃／分）→
最終温度３００℃（１０分保持）
ＳＷＡを用いた分析では、空気中に存在する有機物のうち、シリコンウェーハに吸着しやすい物質が解明できる点で優れている。また、分析感度は、有機物が数ｐｇ（１０-12ｇ）のオーダーまで分析できるので、シリコンウェーハへの吸着量は、シリコンウェーハ単位面積当たりのｐｇとして、（ｐｇ／ｃｍ2）で表示する。
尚、本測定では、同じ洗浄をしたシリコンウェーハをクリーンルームには曝露しないで、ウェーハポッドに放置したものも、同じ分析に掛け、この値をブランク値とした。この値を、上記のクリーンルームに曝露したシリコンウェーハの分析値から差し引き、有機物のシリコンウェーハ吸着量とした。
（クリーンルームの空気中の無機物の測定方法）
クリーンルームの空気中の無機物の分析には、クリーンルームの空気を超純水の入ったインピンジャーに通気し、溶解した無機物を分析する方法を採った。無機物のうち、金属元素は、ＩＰＣ／ＭＳ法で、また、イオン類はＩＣＧ法で分析した。濃度既知の各成分溶液を使用して検量線をつくり、補集した試料の溶液濃度を定量して、これより総補集量を１０-9ｇ（ｎｇ）まで計算し、さらにこの値を通気ガス量で割って、クリーンルームの空気ｍ3当たりの濃度（ｎｇ／ｍ3）で表示する。
【００４１】
次に図８の表の内容を説明する。
まず、完工直後の現状のクリーンルームでは、使用材料を吟味して使用（例えば特開平９−９５５８１号、特開平９−９５６６１号、特開平９−２４９８４９号又はＷＯ９７／０４８５１の公報参照）すると、クリーンルームの空気は、表に示される取り入れ外気とほぼ同等の分析値が得られている。
しかし、その後、半導体製造装置をメンテナンスエリアに設置してクリーンルームの空気中の化学汚染物質の濃度を分析すると、表の比較例の中段に示されるような数値となり、高い化学汚染物質濃度を示す。
これは、メンテナンスエリアからの汚染が、ワーキングエリアへと拡散されているためと判断される。即ち、現状では、表の比較例の欄に示すように、循環回数の多いクリーンルームの空気の有機物濃度、硝酸イオン、アンモニウムイオン、オゾン濃度は、循環回数の少ないクリーンルームの影響を受けて、高い濃度になっている。また有機物のシリコンウェーハへの吸着量も高い。これは、半導体製造装置が発生する化学汚染物質が、循環回数の少ないクリーンルームに充満し、この一部がワーキングエリアへと拡散してくるためと考えられる。
このような際、従来は、これらの化学汚染物質を除去するのに、ケミカルフィルターが使用されているのであるが、このケミカルフィルターは高価であり、且つ、吸着量に限界があって、頻繁に取り替える必要があるため、面倒である。
【００４２】
これに対して、上記第一の実施の形態に従ってクリーンルームを構成し、その後、循環回数の少ないクリーンルーム側に半導体製造装置を設置して、気相の化学汚染物質を測定した結果、表に実施例１として示されるように、循環回数の多いクリーンルームにおいて、気相有機物濃度、シリコンウェーハへの有機物吸着量は、殆ど外気の濃度に近い値が得られ、半導体製造装置に起因する汚染の影響が抑制されることが分かる。また、イオン類も、オゾン濃度も低い値に抑制されることがわかる。
上述したとおり、従来では、これらの化学汚染物質を除去するのに高価なケミカルフィルターが使用されているのであるが、これを使用することなく、半導体製造装置に起因する汚染の影響を低減できるという点において、本発明の有効性が明確に分かる。
【００４３】
上記第二、第三の実施の形態に従ってクリーンルームを構成し、その後、循環回数の少ないクリーンルーム側に半導体製造装置を設置して、気相の化学汚染物質を測定した結果は、表に実施例２、実施例３として示されるものであり、これについても実施例１と同様に良好な値が得られた。
【００４４】
第四の実施の形態についての測定結果は表には示していないが、実施例１と同様な分析値が得られており、やはり、その有効性が明確になった。
【００４５】
上記第一の実施の形態に従って構成したクリーンルームにおいて、酸化炉で５ｎｍの酸化膜をつけたシリコンウェーハをオープンカセットに入れた状態で１２時間曝露した。
その後、このウェーハにポリシリコン膜を５０ｎｍつけて、次いでアルミニウム電極を取り付けたＭＯＳキャパシターを作成した。このＭＯＳキャパシターの酸化膜に０．１Ａ／ｃｍ2の定電流ストレスを印加し、酸化膜の絶縁破壊するまでの時間を測定した。そして、破壊する電場の強さと破壊したＭＯＳキャパシターの数をワイブル分布プロットした。
その結果、キャパシターが絶縁破壊を起こし始める電場は１１ｋＶ／ｃｍで、さらに５０％破壊する電場はほぼ１３ｋＶ／ｃｍであった。
一方、比較例のクリーンルームにおいて、第一の実施の形態のクリーンルームに曝露したウェーハと同様な条件で比較例のウェーハを曝露し、同様なキャパシターを作成した。
この比較例のＭＯＳキャパシターについて、第一の実施の形態のクリーンルームで作成したものと同様な測定を行った。
その結果、比較例のＭＯＳキャパシターでは、絶縁破壊を起こし始める電場が２ｋＶ／ｃｍで、また、５０％破壊にいたる電場は約７ｋＶ／ｃｍであり、第一の実施の形態のクリーンルームで作成したものと比較して、非常に低い電場で絶縁破壊することが分かった。
ＭＯＳキャパシターの絶縁破壊電場が高くなることは、すなわち、それだけ壊れにくく、不良製品が出にくくなることを意味する。
この実験結果から、第一の実施の形態のクリーンルームでは、有機物の吸着量やオゾン濃度が低いため、クリーンルームからのウェーハへの汚染の影響が少なかったことが、ＭＯＳキャパシターの絶縁破壊電場を高くしたと考えられる。
上述したとおり、絶縁破壊電圧が高くなることは、即ち、それだけ不良製品が出にくくなることなので、本発明のクリーンルームで半導体を製造することは、歩留まり向上の点から優れた方法であるといえる。
【００４６】
尚、以上は、本発明のクリーンルームを、半導体製造工場のクリーンルームにつき説明したが、本発明のクリーンルームは、その他の用途のクリーンルーム、例えば、液晶ディスプレー製造用のクリーンルームにも適用できることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は以上のとおり、外気は循環回数の多い側のクリーンルームに外調機から供給され、このクリーンルーム内の空気が空気流通部を経て循環回数の少ない側のクリーンルームに流入して、このクリーンルームから排気されるため、循環回数の少ない側のクリーンルームから循環回数の多い側のクリーンルームへの空気の侵入を防止できると共に、循環回数の多い側のクリーンルームにおける換気回数が多くなるために化学汚染物質の濃縮現象の発生を防止することができるという効果がある。
【００４８】
そのため、高価なケミカルフィルターを使用せずに、半導体製造装置等の生産装置に起因する汚染の影響を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のクリーンルームの第一の実施の形態を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図２】 図２は本発明のクリーンルームの第一の実施の形態を示す模式的平面図である
【図３】 本発明のクリーンルームの第二の実施の形態を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図４】 本発明のクリーンルームの第三の実施の形態を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図５】 本発明のクリーンルームの第四の実施の形態を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図６】 従来のクリーンルームの構成を示す主要な部分の模式的断面図である。
【図７】 従来のクリーンルームの構成を示す模式的平面図である。
【図８】 従来のクリーンルームと、本発明の第一〜第三の実施の形態のクリーンルームにおける空気中の汚染物質を測定した結果を示す表である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ クリーンルーム
２ 半導体製造装置
３ 外調機
４ 外気供給ダクト
５ 排気ダクト
６ 排気ファン
７ 天井室
８ 床下室
９ 循環空気通路
１０ 高性能フィルター
１１ 循環空気冷却コイル
１２ クリーンルーム間間仕切り
１３ アクセスフロワ
１４ シリコンウェーハ
１０１ａ，１０１ｂ クリーンルーム
１０１ｃ，１０１ｄ クリーンルーム
１０２ 半導体製造装置
１０３ 外調機
１０４ 外気供給ダクト
１０５ 排気ダクト
１０６ 排気ファン
１０７ 天井室
１０８ 床下室
１０９ 循環空気通路
１１０ 高性能フィルター
１１１ クリーンルーム間間仕切り
１１２ アクセスフロワ
１１３ 床下室の仕切り壁
１１４ 空気流通部
１１５ 天井室の仕切り壁
１１６ 分岐部
Claims (5)
- 空気の循環回数の異なる複数のクリーンルームを隣接して設置したクリーンルームにおいて、循環回数の異なる隣接のクリーンルーム間に空気流通部を構成し、循環回数の多い側のクリーンルームに外気供給部を構成すると共に、循環回数の少ない側のクリーンルームに排気部を構成したことを特徴とするクリーンルーム
- 循環回数の少ない側のクリーンルームにも外気供給部を構成したことを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム
- 外気供給部を設けた側のクリーンルームは、清浄空気の循環通路を省略したことを特徴とする請求項１又は２に記載のクリーンルーム
- クリーンルームは半導体製造用であり、循環回数の多い側のクリーンルームをウェーハの搬送部とすると共に、循環回数の少ない側のクリーンルームに半導体製造装置を設置したことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項に記載のクリーンルーム
- 請求項１〜４までのいずれかに記載のクリーンルームにおいて、有機汚染物質及びオゾンの少ない環境で半導体デバイスもしくは液晶ディスプレーを製造することを特徴とする半導体デバイスもしくは液晶ディスプレーの製造方法
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