JP5902626B2 - 汚染を測定することにより半導体の製造を制御する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造設備において、半導体又は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を製造するための利用される方法及び装置に関する。特に、本発明は、半導体製造設備における歩留まりを向上させるための手段に関する。

半導体製造設備において、半導体ウェハ及び／又はマスク等の基板は、プロセス室内において処理がなされ、材料を付着する工程や、エッチング工程等の様々な工程が実行される。これらの工程の間では、基板は、様々な装置の間を搬送される。

微小電気機械チップを製造するとき、多数の処理工程（およそ４００の工程）により、処理装置間における順序付けが妨げられる。基板は、装置間で搬送される。装置間での待ち時間は、典型的には数時間であるが、長いこともあるので、基板を保管しておくことが必要となる。

そのため、半導体製造設備には、複数の基板処理装置と、基板保管手段と、基板搬送手段と、製造実行システム（ＭＥＳ）とが設けられており、製造実行システムは、基板処理装置、基板保管手段、及び基板搬送手段と、機能的に関係付けられている。

すなわち、製造実行システム（ＭＥＳ）は、満足のいく処理工程を実行するために、基板処理装置を制御するように構成されている。また、製造実行システムは、基板を保管手段の外に運び出す命令を与え、処理工程のために次の処理装置に基板を導くように、基板搬送手段を制御するようになっている。

実行されるべき処理工程の数が多いため、製造の生産性を高めるために、従来、基板は束として処理されてきた。それゆえ、基板の束が、保管され、移送され、処理されることになる。

しかしながら、生産性を向上する必要性は、依然存在している。そのため、基板の束の移動を自動化し、その移動を最適化することが探求されてきた。製造生産高を向上させるため、特許文献１（米国特許第７６１０１１１号）では、基板処理装置の負荷により決定される命令の優先順位を調べ、保管手段内で待機している基板の束を調べ、保管時間を最小とするように、基板の束の移動を選択することにより、基板の束の移動を最適化することが提案されている。

このように、一般に、半導体製造設備は、待機時間と関連した問題を回避するために、工程間の最大の固定時間を取り扱っている。この継続時間は、次の工程で使用できる装置の数に関連した可能な最小時間と、それを超えると保管による汚染問題が発生するかもしれない最大時間とを調べることにより、経験的に求められる。

この進歩に関わらず、同一の設備内において、異なる半導体、又は微小電気機械システムを製造するための一連の処理工程は、本質的に変動する性質があるため、半導体製造設備の歩留まりは、まだ不十分であることが分かっている。

これは、基板の最大保管時間は、多数の因子に依存しているからである。すなわち、最大保管時間は、設備が製造する最終製品に依存している。この設備は、一般に、１０種以上の異なる製品を製造するものであり、これらの製品は、異なる処理列及び工程で、同一の処理装置を通らなければならないものである。また、最大保管時間は、処理されるべき基板の数と、処理された束内に存在する基板の数に依存している。また、最大保管時間は、基板束の来歴に依存している。

公知のシステムの限界の１つは、柔軟性及び適合性の欠如である。例えば、処理装置のメンテナンスを行うことは、工程の配列を変更することとなり、適合問題を引き起こす。新製品又は新技術の取り込みは、この種の基板束フロー処理において取り扱い難いものである。

しばしば、最大保管時間が長くなり、製造された製品における欠陥が増大することが観察される。

したがって、本発明の課題は、如何にして半導体製造設備における歩留まりと柔軟性を、より向上させるかということである。

本発明の基礎となる発想は、観察される歩留まりの低下は、処理装置間での移動の際に発生する汚染問題に起因するということにある。この汚染問題は、基板束を取り囲むガスと関係している。これは、ガスが基板と反応し、基板上に欠陥を形成するからである。この欠陥の発生は、存在するガスの濃度と接触時間の両方に比例する。

ガス量は、ガスの濃度に時間を掛けた量である。ガス量がある値となると、基板上に問題が生じると考えられている。

従来、基板の束は、全面開口式一体型ポッド（ＦＯＵＰ）や、標準機械的インターフェース（ＳＭＩＦ）等の保管及び搬送箱で構成された小型包囲物内に収容されている。これにより、基板の束と接触するガス雰囲気の量は減少する。しかしながら、この量の減少は、製造工程全体の信頼性、及びその歩留まりに十分な効果を発揮するには至っていない。

そのため、本発明は、保管及び搬送箱の内部雰囲気内の反応ガスの存在に起因する浮遊分子状汚染（ＡＭＣ）に焦点を当てている。

この浮遊分子状汚染は、半導体ウェハの表面と反応しやすい分子を表す一般的な用語である。このような化学反応は、半導体ウェハを使用に適しないものとする。これらの分子は、時として塩又は金属粒子として現れるが、通常は、ガス状物質である。

これらの分子には、例えば、酸、塩基、凝縮成分、及びドーピング成分が含まれる。

これらの分子は、半導体製造設備内部の空気からもたらされることがある。しかしながら、これらの分子は、主として、製造における半導体基板処理工程の残留物から、もたらされるものである。

保管及び搬送箱は、一般に、しばしば汚染濃縮物を含む可能性のあるポリカーボネート等の材料から構成されている。汚染濃縮物は、有機化合物、塩基、アミノ酸、酸性物質、及びドーピング汚染物質を含み、これらは保管及び搬送箱自体の製造、又は／及びその使用方法に起因し得るものである。

更に、半導体製造中に、保管及び搬送箱は処理されるが、これらは、保管及び搬送箱の壁内にとどまる汚染粒子を形成し、これにより、保管及び搬送箱が汚染されることとなる。保管及び搬送箱の壁に付着した粒子は、その後、剥がれて、保管及び搬送箱内に収容された基板上に落ち、これを劣化させる。また、保管及び搬送箱内に収容された基板の汚染は、箱内に存在する汚染の量と、保管及び搬送箱内の雰囲気にさらされた基板の継続時間の両方に応じて増加することが観察されている。

このため、脱イオン水等の液体を用いて、ポッドを洗浄し清浄化することが、目論まれている。この洗浄段階は、５〜７分にわたって継続され、引き続いて、より長い時間（５〜８時間）にわたる乾燥段階が実施される。乾燥段階は、例えば、赤外線放射により熱せられた加熱空気の対流により、搬送ポッドが加熱されて、遠心分離される過程を含み、この過程に引き続いて、搬送ポッドは、外気内に置かれる。このように乾燥させても、水の残留物が、保管及び搬送箱の壁に付着したままとなることがある。

半導体製造処理装置により作られる汚染を減少させるため、特許文献２（国際公開２００９／０２１９４１）に記載のような搬送処理方法及び装置が設計されている。

保管及び搬送箱とこれに収容された基板の束を汚染除去するために、包囲物を汚染除去するための方法及び装置も、特許文献３（国際公開ＷＯ２００７／１３５３４７Ａ１）に記載されているように、提案されてきている。

更に、保管及び搬送箱内の汚染を直接計測するために、特許文献４（欧州特許出願ＥＰ１７０３５４７）に記載されているような計測装置が提案されている。

米国特許第７６１０１１１号 国際公開２００９／０２１９４１ 国際公開ＷＯ２００７／１３５３４７Ａ１ 欧州特許出願ＥＰ１７０３５４７

しかしながら、現在に至るまで、これらの計測及び汚染除去手段は、汚染の源泉において製造工程に起因する汚染を直接処理するために、少なくとも１つの製造方法工程を実行することを意図された少なくとも１つの装置と直接組み合わせて用いられてきた。しかしながら、これは、半導体製造設備の生産高及び柔軟性の十分な向上を可能とするには、依然不十分である。

本発明の目的を達成するため、本発明は、保管及び搬送箱内の臨界ガスの量の計測に基づいて、動的な処理を実行することにより、基板束保管及び搬送箱の移動の順序付けの制限を取り扱うことである。保管及び搬送箱内に収容された基板の束の進路を定めること、並びに連続する基板処理工程の間に、どの程度の時間を置くかについて定めることが、この情報から、動的に引き出される。

本発明の第１の特徴によれば、基板処理装置と、基板保管手段と、基板搬送手段と、基板処理装置、基板保管手段及び基板搬送手段に機能的に関連付けられている製造実行システムとを備える半導体製造設備内の基板を取り扱う装置が提供される。この装置は、更に、
−少なくとも１つの基板保管及び搬送箱であって、各箱が、基板の束を収容可能であり、搬送手段により搬送され、保管手段内に保管される基板保管兼搬送箱と、
−基板保管兼搬送箱の内部雰囲気を形成するガスのための少なくとも１つのガス分析装置であって、保管及び搬送箱内に存在して分子汚染を作り出し得る臨界ガスの量を表す分析信号を生成するガス分析装置と、
−搬送手段及び保管手段を制御する実行装置であって、ガス分析装置から発せられた分析信号に応じて、分子汚染除去の必要性を検出するための命令を有する実行装置とを備えている。

本発明の第２の特徴によれば、本発明は、半導体製造設備内の基板を取り扱う方法において、
−複数の基板を、各々が保管及び搬送箱内に収容される束に分配する工程と、
−保管及び搬送箱の内部雰囲気内のガス分析を行う工程と、
−ガス分析の結果に応じて、保管及び搬送箱を、保管手段又は汚染除去ステーションに対して選択的に差し向ける工程とを有する方法を提案するものである。

分析としては、保管及び搬送箱内に存在する少なくとも１つのガス化学物質の質的分析と、ガス化学物質の量的分析の両方が実行される。

基板の束の移動は、保管及び搬送箱内の浮遊分子状汚染（ＡＭＣ）の現在量についての知識に基づいて行われることにより、保管及び搬送箱内の基板の汚染の変化を監視するか、又はその変化に備えることが可能となり、その結果、予測可能な汚染が小さい時はいつでも、危険なしに、保管時間を長くすることができ、より多くの汚染物質、又はより多くの反応性汚染物質を含む保管及び搬送箱が存在する場合には、保管及び搬送時間を短くすることができる。そのため、製造時間を最適化するための選択肢における柔軟性が向上する。

同時に、汚染の厳格な制御、及び過度の汚染レベルについての迅速な情報により、信頼性が向上する。

実際面において、実行装置内に記憶されたプログラムは、
−分析信号を生成し、精査するための命令と、
−分析信号と、記録された閾値との比較を実行するための命令と、
−この比較結果に基づいて、搬送手段及び保管手段を制御するための命令とを含むことができる。

−実行装置内に記憶されたプログラムは、分析信号に応じて、基板保管及び搬送箱内の汚染における予想可能な変化をシミュレーションするためのアルゴリズムを更に含んでおり、
−搬送手段及び保管手段を制御するための命令は、シミュレーション結果に応じて実行されることが望ましい。

このようにすると、処理工程及び処理時間の選択を更に最適化するために、汚染の変化を予測することができる。

したがって、本発明の装置は、処理される基板の保管及び搬送箱の選択に対して、能動的な影響を及ぼすものである。

本発明における選択肢を更に増やすため、
−この装置は、少なくとも１つの搬送及び保管箱の内部汚染を除去するために、少なくとも１つの閉鎖時における真空空間を含む内部汚染除去ステーションを更に備え、
−実行装置に記憶されたプログラムは、保管及び搬送箱の内部汚染除去の必要性を検出し、保管及び搬送箱の内部汚染除去を確保するために、搬送手段及び内部汚染除去手段に指示するための命令を更に含んでいることがある。

「閉鎖時における真空空間を含む内部汚染除去ステーション」は、国際公開ＷＯ２００７／１３５３４７に記載されているような汚染除去ステーションを指している。閉鎖された保管及び搬送箱は、基板を含んでも含まなくても、汚染除去ステーション内に置かれ、ステーション内に含まれるガスは、吸い出される。保管及び搬送箱は、通常、出口を備えているので、保管及び搬送箱内に含まれるガスも同時に吸い出され、これにより、汚染物質の全体的又は部分的排除が確実に行われる。

実際面において、実行装置内に記憶されたプログラムは、基板処理装置の出口における保管及び搬送箱内に含まれるガスの分析を指示し、ガス分析手段により計測されたＨＦ等の臨界ガスの計測レベルが所定の第１の閾値よりも小さい場合には、保管及び搬送箱を保管手段まで搬送し、臨界ガスの計測レベルが前記所定の第１の閾値よりも大きい場合には、保管及び搬送箱を内部汚染除去ステーションに搬送する命令を含んでいる。

選択例又は補足例として、
−装置は、少なくとも１つの空の保管及び搬送箱の開放型汚染除去のための、少なくとも１つの真空空間を含む開放型熱汚染除去ステーションを更に備え、
−実行装置内に記憶されたプログラムは、真空を伴う開放型熱汚染除去の必要性を検出し、保管及び搬送箱の開放型真空汚染除去を確保するために、又はその隔離を確保するために、搬送手段及び開放型汚染除去手段に指示する命令を更に含んでいる。

真空空間を含む開放型熱汚染除去ステーションは、国際公開ＷＯ２００９／０２１９４１に記載の一種のような汚染除去ステーションを指している。基板が空である保管及び搬送箱は、汚染除去ステーション内に置かれる。洗浄及び乾燥工程後、箱の表面は、減圧されたガス圧力と赤外線放射を組み合わせた作用を受ける。

実行装置に記憶されたプログラムは、清浄化に続く待機時間後に、空の閉鎖された保管及び搬送箱内のガスの分析を命じ、保管及び搬送箱内の臨界ガスの計測レベルが所定の第２の閾値と所定の第３の閾値の間にある場合には、空の保管及び搬送箱を、５時間よりも短い時間にわたる脱気のために、真空空間を含む開放型熱汚染除去ステーション内に搬入し、臨界ガスの計測レベルが所定の第３の閾値よりも大きい場合には、保管及び搬送箱を、１０時間よりも長い時間、好ましくは１０〜２０時間にわたる脱気のために、真空空間を含む開放型熱除去ステーション内に搬入するための命令を含ませると有益である

このようにして、汚染除去工程を制御することができ、その継続時間を最適化することができ、その効果及び充足度は、効率的であることが認められる。

本発明の第２の特徴における基板を取り扱う方法に関して、処理工程後、保管及び搬送箱の内部雰囲気内のＨＦ等の臨界ガスの計測レベルが所定の第３の閾値よりも大きな場合、保管及び搬送箱は、閉鎖された状態で、真空空間内で内部汚染除去されるようにすると有益である。

この場合、洗浄工程後、空の閉鎖された保管及び開放箱内の臨界ガスの計測レベルが、２時間より長い待機時間後に、所定の第２の閾値と所定の第３の閾値の間にある場合、保管及び搬送箱は、５時間以上の時間、望ましくは２〜５時間にわたって、開放された状態で、真空空間内で熱汚染除去されることができ、臨界ガスの前記計測レベルが、所定の第３の閾値よりも大きな場合、１０時間よりも長い時間、望ましくは１０〜２０時間にわたって、汚染除去がなされる。

それを超えると、本方法により製造された製品に欠陥が生じる可能性のある臨界ガス量の許容限界値を決定するための学習を行う工程を設けると有益である。

また、保管及び搬送箱の内部雰囲気内のガスの分析を、保管手段内への保管中に、周期的に行うことができる。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、添付図面を参照して行う特定の実施形態に関する以下の説明から明らかになると思う。

本発明の特定の一実施形態における半導体製造ユニットの機能概略図である。 本発明の一実施形態における方法の２つの工程間での保管及び搬送箱の移動に関する決定要領を示す要約図である。 洗浄後の汚染除去の必要性に応じた空の保管及び搬送箱の移動に関する決定要領を示す要約図である。 本発明の一実施形態における汚染計測装置及び搬送ロボットを備える保管手段を示す図である。

最初に、本発明の一実施形態における基板処理装置を含む図１の概略図に関して述べる。半導体製造ユニット１は、複数の処理装置２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、及び２ｆを備えている。処理装置の数は、一例に過ぎない。処理装置２ａ〜２ｆの各々は、付着又はエッチングのための反応装置を備えており、半導体基板束を処理する一連の様々な工程を実行できるようになっている。

また半導体製造ユニット１は、基板保管手段１と、基板搬送手段４と、製造実行システムＭＥＳとを備えている。製造実行システムＭＥＳは、基板処理装置２ａ〜２ｆ、基板保管手段３、及び基板搬送手段４と、機能的に関連付けられている。図１に示す実施形態では、半導体製造ユニット１は、更に、ガス分析装置５と、真空空間を含む内部汚染除去ステーション６と、真空空間を含む開放型熱汚染除去ステーション７とを備えている。

製造実行システムＭＥＳは、プロセッサー及び記憶しているプログラムを備える実行装置８を備えている。実行装置８は、ガス分析装置５から受け取った信号に応じて、搬送手段４及び搬送手段３を制御するようになっている。

最後に、排除装置９は、ガス分析装置によって、使用には不適当であることが分かっている保管及び搬送箱を指し向けるようになっている。

図１は、半導体製造設備１の概略図である。処理装置２ａ〜２ｆの数は、設備の収容能力に応じて、６個を超えることもある。基板保管手段３は、図１に示すように、集中して設けられている。選択例又は補足例として、これらを、複数の保管領域に分散することもできる。ガス分析手段５の、数を増やすこともでき、例えば、特定の基板処理装置２ａ、２ｆの出口に設けてもよく、また、少なくとも１つの基板保管手段３に組み込んでもよい。さらに少なくとも１つの汚染除去ステーション６又は７に接続してもよい。

処理されるべき複数の基板は、複数の束に分割され、各束は、保管及び搬送箱１０ａ〜１０ｅ内に収容される。

保管及び搬送箱１０ａ〜１０ｅには、内部雰囲気と、潜在的に少なくとも１つの半導体ウェハ等の基板とが設けられている。各保管及び搬送箱１０ａ〜１０ｅは、ドアにより閉鎖された基板搬入用の開口を有する外壁により、基板の使用及び搬送がなされる周辺環境から隔離された密閉空間を画成している。

特に、ＦＯＵＰ（「正面開口式一体型ポッド（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）」）として知られている正面開口式の標準化された搬送及び保管ポッドと、ＳＭＩＦ（「標準機械的インターフェースポッド（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｐｏｄ）」）として知られている底面開口式のポッドと、ＲＳＰ（「レチクルＳＭＩＦポッド」）として知られている標準化されたフォトマスク用の搬送及び保管ポッドと、太陽光発電産業用の基板搬送ポッドとが区別されている。

一般に、これらの保管及び搬送ポッドは、大気圧の内部雰囲気を含んでおり、半導体製造設備１内に存在する雰囲気の気圧内に維持されるようになっている。

また、ポッドは、必要であれば、真空空間内に保管されるようになっている。

これらの保管及び搬送ポッド１０ａ〜１０ｅは、保管及び搬送箱自身の製造及び／又はその使用方法に起因する有機化合物、塩基、アミノ酸、酸、及びドーピング汚染物質（ＡＭＣ）の濃縮物を、時として含む可能性のあるポリカーボネート等の材料で作られている。

図１は、異なるステーション又は装置の異なる部分に分配された保管及び搬送ポッド１０ａ〜１０ｅを示す。

半導体又は微小電気機械システムを製造する間、基板は、基板処理装置２ａ〜２ｆにおいて実行される多数の処理工程を受ける。単独の基板処理装置では、これらの処理の全てを実行することはできない。したがって、基板の束を、１つの基板処理装置から他の基板処理装置に周期的に搬送することが必要である。

処理工程の継続時間は、様々な基板処理装置２ａ〜２ｆにおいて異なっており、また、基板処理装置２ａ〜２ｆの各々により実行される工程は、数が同じではないので、基板を基板保管装置３内に保管することによる「緩衝領域」を提供することが必要となる。

従って、基板搬送手段４は、基板保管及び搬送箱１０ａ〜１０ｅを半導体製造設備１内で搬送することができる。基板搬送手段４は、例えば、箱１０ｂ等の複数の保管及び搬送箱を搬送するための複数のシャトル４ａと、半導体製造設備１内でシャトル４ａが移動するための移動路を備える搬送システム４ｂとを備えている。

基板保管手段３は、箱１０ａ等の複数の基板保管及び搬送箱を保管することができ、保管領域と、保管領域と出入口領域の間に位置する内部箱処理手段とを備えている。

図４は、基板保管手段３を概略的に示している。基板保管手段３は、棚３ａ等の保管棚を備え、出入口領域３ｃに対する搬送ロボット３ｂを備えている。

図１に示すガス分析装置５は、例えば、ＦＯＵＰ保管及び搬送箱内に設けられた、欧州特許出願１７０３５４７号に記載されているような装置である。

ガス分析装置５において、保管及び搬送箱１０ｃの内部雰囲気は、ＩＭＳ（「イオン易動度分光計」）又はＩＡＭＳ（「イオン付着質量分光計」）ガス分析セルと接触させられる。ＩＭＳ技術において、保管及び搬送箱の内部雰囲気からのガスのサンプルは、チューブの反応部分に導かれる。チューブの反応部分において、分子は、例えば電子衝撃により、イオン化される。分子の分解により得られたイオンは、その易動度の分析のために、イオン移動が生じる領域内に注入される。易動度は、電界内において正イオン及び負イオンにより達成される速度により決定される。生成されたイオンは、電流を作り出す電極により引き寄せられる。電流は、その後、（ｐｐｖｂを単位とする）ガス濃度を得るために処理される。

図１に、概略的に示されている装置は、２つの種類の汚染除去ステーション６及び７を備えている。

第１の種類の汚染除去ステーション６は、閉鎖された状態での真空空間を含む内部汚染除去ステーションであり、基板の束を含む場合も含まない場合もあり得る少なくとも１つの保管及び搬送箱１０ｄの内部汚染除去のためのものである。この場合、例えば、国際公開ＷＯ２００７／１３５３４７に記載されているような汚染除去ステーションを使用することができる。内部汚染除去ステーションは、ガス導入手段及びガス吸い出し手段を有する密封チャンバーを備えている。閉鎖された保管及び搬送箱１０ｃは、密閉チャンバー内に配置され、密閉チャンバー内に含まれているガスは、吸い出される。保管及び搬送箱１０ｃは、ＦＯＵＰにおいてもそうであるように、通常、出口を有しているので、この吸い出しにより、保管及び搬送箱１０ｃ内に含まれているガスも、同時に吸い出され、箱内部雰囲気内のガスの汚染の完全な又は部分的排除がなされる。

内部汚染除去ステーション６は、吸い出されたガスの分析手段を備えており、汚染源の確定と、保管及び搬送箱１０ｃの品質の監視が可能となっている。

内部汚染除去ステーション６における汚染除去工程は、保管及び搬送箱１０ｄが予め搬入されているガス分析装置５からの信号を読み取って始動されるように、自動化することができる。

第２の種類の汚染除去ステーション７は、基板束を含まない開放された保管及び搬送箱１０ｅの汚染除去が可能な、真空空間を含む開放型熱汚染除去ステーションである。この場合、例えば、国際公開ＷＯ２００９／０２１９４１号に記載されているようなステーションを使用することができる。

このような開放型汚染除去ステーション７では、保管及び搬送箱１０ｅの汚染除去は、保管及び搬送箱１０ｅの脱イオン水等の液体による洗浄の後に確実に行われる。この洗浄工程は、５〜７分にわたって継続するものであり、引き続いて乾燥工程が実行される。乾燥工程の間、箱表面は、保管及び搬送箱１０ａが開放された状態で、大気圧より減圧されたガス圧と赤外線放射を組み合わせた作用を受ける。これにより、表面上に存在するほとんどの汚染、又は保管及び搬送箱１０ｅの主要部における汚染は除去される。

本発明によれば、搬送及び保管箱及びそれに収納された基板の束が何処に搬送されるかについての決定は、保管及び搬送箱内の臨界ガス量の計測により、動的に行われる。この決定は、原則的に、製造方法の各処理工程の間、すなわち工程ｎとｎ＋１の間に実行される。

図２には、本発明の一実施形態における、このような決定の要領が示されている。この決定は、２つの連続する工程の間の各移動において、又は特定の連続する工程間の移動の間において、用いることができる。

図２の実施形態において、保管及び搬送箱が、工程ｎを実行する基板処理装置から搬出されると（１００）、基板搬送手段４(図１）が、これをガス分析装置５内に搬入する。ガス分析装置５は、臨界ガス、すなわち保管及び搬送箱に収容された基板に影響を及ぼす汚染物質を生成し得るガスの分析を行い、分析結果を所定の臨界ガス濃度限界値と比較する。

最も一般的な場合において、少なくとも１つの臨界ガスの濃度が第１の閾値ｌｉｍ１より小さければ、基板搬送手段４０に対して、保管及び搬送箱を大気圧保管装置３まで搬送する指示がなされる。所定時間に達すると、搬送手段４は、大気圧保管装置３内の保管及び搬送箱を取り上げ、工程ｎ＋１を実行可能な基板処理装置まで搬送する。

ガス分析装置５が、臨界ガスの濃度が第１の閾値ｌｉｍ１よりも大きい旨を検出すると、基板搬送手段は、保管及び搬送箱を、真空空間を含む内部汚染除去ステーション６内に搬入する。内部汚染除去の後、真空空間を含む内部汚染除去ステーション６自身が、臨界ガスの測定を伴う制御手段を備えている場合、内部汚染除去ステーション６が、保管及び搬送箱を、大気圧保管手段３内に直接送るようにしてもよい。そうでない場合には、真空空間を含む内部汚染除去ステーション６が、汚染除去の効果を確認するために、保管及び搬送箱をガス分析装置５に戻すようにしてもよい。

半導体製造設備において、保管及び搬送箱は、周期的に空にされて洗浄される。その後、これらは乾燥されて、洗浄液の微量な汚染が除去されることとなる。乾燥工程の後、これらは、閉鎖される。本発明は、図３に示すような決定につながるガス分析装置５におけるガス分析工程を通じて、これらの内部汚染状態の確認を可能とする。

ガス分析装置５により検出された少なくとも１つの臨界ガスの濃度が、特定の限界値に達した場合、基板搬送手段４に対して、保管及び搬送箱を、基板束の挿入後の製造サイクルでの使用のために大気圧保管手段３に送るか、排除領域９に送るか、又は開放型熱汚染除去ステーション７に送るかのいずれかを行うための指示がなされる。

これは、例えば、空のＦＯＵＰ保管及び搬送箱が、清浄化後に、検査されることを意味する。

クリーンルームにおける酸の平均レベルは、０．５ｐｐｂｖより小さいことが知られている。基板束を有していない空のＦＯＵＰ保管及び搬送箱内に含まれる酸の平均レベルは、例えば、約１ｐｐｂｖだけ大きい。この差は、箱材料による酸のガスの脱気に起因するものである。

したがって、保管及び搬送箱の内部雰囲気における酸性度が計測される。

酸の計測値が、例えば３ｐｐｂｖ程度で、第２の閾値ｌｉｍ２よりも小さな場合、このレベルは、条件を満たしていると決定され、箱は、再び製造フロー内に入れられる。

酸の計測値が、例えば６ｐｐｂｖ程度で、第２の閾値ｌｉｍ２よりも大きく、第３の閾値ｌｉｍ３よりも小さな場合、箱は、５時間よりも短い継続時間、例えば約４時間にわたる脱着のために、開放型汚染除去ステーション７に送られる。

酸の計測値が、第３の閾値ｌｉｍ３よりも大きい場合、箱は、１０時間よりも長い継続時間、例えば約１５時間にわたる脱着のために、開放型汚染除去ステーション７に送られる。

計測値が更に大きい場合、箱は、排除領域９に送られる。

清浄化後、直ぐには、箱は再び閉鎖されたばかりであって、大抵の場合、クリーンルームからの空気を含んでいるので、計測を行うことはできない。少なくとも２時間の待機が必要である。

開放型汚染除去の後、保管及び搬送箱は、基板の束が充填されることができ、大気圧保管手段３に戻されるべきか、内部汚染除去ステーション６に送られるべきかを決定するために、再び、ガス分析装置５に送られる。

超高感度表面を有しており、空気に耐性がない基板が収容されている保管及び搬送箱は、待機時間中、真空空間内で保管されなければならない。そのため、図２に示す真空保管手段３０内に、中間保管部が設けられている。

大気圧保管手段３内の保管及び搬送箱が、所定の最大待機時間を超えた場合には、保管及び搬送箱は、自動的にガス分析室内に配置され、過度に長い保管時間が、最大許容値を超えて、汚染を増大させていないことが確認される。

この場合、例えば図４に示すように、保管手段３内に直接組み込まれたガス分析装置５を提供するのが有益である。ガス分析装置５ａを含む入口ロードロック室３ａは、保管手段３内の保管及び搬送箱を周期的にチェックできることを特徴としている。

実施の際、工程ｎ（１００）とｎ＋１（１０１）間の決定は、製造実行システム（ＭＥＳ）内に組み込まれた実行装置８内に記憶されているプログラムにより、自動的に実行される。

換言すると、製造実行システム（ＭＥＳ）は、基板処理装置２ａ〜２ｆに対してのみならず、基板保管手段３、基板搬送手段４、ガス分析装置５、及び汚染除去ステーション６及び７に対しても、機能的に接続されている。

実行装置８内に記憶されているプログラムは、ガス分析装置５からの分析信号を生成して精査する命令と、分析信号とｌｉｍ１、ｌｉｍ２及びｌｉｍ３のような予め設定された閾値との比較を行う命令と、この比較結果に応じて、搬送手段４及び保管手段３を制御する命令とを含んでいる。

本発明の基板取り扱い装置の柔軟性と信頼性を更に高めるために、実行装置８に記憶されたプログラムが、分析信号に応じて、基板保管及び搬送箱内の予測可能な汚染の変化をシミュレーションするアルゴリズムを含むようにしてもよい。このシミュレーションは、汚染ガスの化学反応能力と、あり得る複数の汚染物質の存在と、保管及び搬送箱内に存在する基板の特性とを含んでいてもよい。

決定は、処理される基板の特性を考慮に入れてなされねばならず、又、基板が受ける後続の工程も、汚染物が導入されるかを決定するものであるため、考慮に入れてなされなければならない。従って、製造されるべき新たな製品を認定するとき、それを超えると、汚染除去又は排除操作が必要となる。すなわち、それを超えると、製造された製品に欠陥が発生する限界値ｌｉｍ１、ｌｉｍ２及びｌｉｍ３を決定するための学習が必要となる。

特に閾値ｌｉｍ２及びｌｉｍ３の決定に関して、統計的分析が、有益に実行される。半導体製造設備１における空の保管及び搬送箱の数が考慮され、それぞれにおける臨界ガス濃度が計測され、その平均値Ｍ及び標準偏差σが計算される。値ｌｉｍ２は、例えば、ｌｉｍ２＝Ｍ＋３σとなるように選択される。値ｌｉｍ３は、例えば、ｌｉｍ３＝Ｍ＋６σとなるように選択される。

内部真空汚染除去の肯定的な効果が分かっている。電子チップを製造するとき、ラインがエッチングされたときと銅が充填されたときの金属レベルのために、エッチング後の待機時間の間に、結晶化問題が生じる。この問題は、基板を脱気するフッ素を含む化学物質の存在と、クリーンルームにおける湿気の存在に起因するものである。内部真空汚染除去を用いることにより、ラインをエッチングした後、たとえ箱の真空化後の待機時間が２０時間であったとしても、結晶が生じることはない。結果として、保管の継続時間を汚染の危険なしに増大させることができるので、基板の束を如何に移動するかの選択における柔軟性を高めることができる。

本発明は、明示的に記載してきた上記実施形態に限られるものではなく、関係する技術分野における当業者がなし得る範囲の如何なる変形及び一般化をも含むものである。

１ 半導体製造設備
２ａ〜２ｆ 基板処理装置
３ 保管手段
４ 基板搬送手段
５ ガス分析装置
６ 内部汚染除去ステーション
７ 開放型熱汚染除去ステーション
８ 実行装置
９ 排除装置
ＭＥＳ 製造実行システム

Claims (13)

1. 基板処理装置（２ａ〜２ｆ）と、基板保管手段（３）と、基板搬送手段（４）と、前記基板処理装置（２ａ〜２ｆ）、前記基板保管手段（３）及び前記基板搬送手段（４）に機能的に関連付けられている製造実行システム（ＭＥＳ）とを備えた半導体製造設備（１）内の基板を取り扱う装置であって、前記装置は、
   前記搬送手段（４）により搬送され、前記保管手段（３）により保管される少なくとも１つの基板保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）と、
   前記基板保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の内部雰囲気を形成するガスのための少なくとも１つのガス分析装置（５）であって、前記基板保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）内に存在して分子汚染を作り出し得る臨界ガスの量を表す分析信号を生成するガス分析装置（５）と、
   前記搬送手段（４）及び前記保管手段（３）を制御して、ガス分析の結果に応じて、前記基板保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）を、前記保管手段（３）又は汚染除去ステーションに対して選択的に差し向ける実行装置（８）であって、前記ガス分析装置（５）により発せられた分析信号に応じて分子汚染除去の必要性を検出する命令を備えた実行装置（８）とを備え、
   少なくとも１つの空の保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の開放型汚染除去のための真空空間を含む少なくとも１つの開放型熱汚染除去ステーション（７）を備え、
   前記ガス分析装置（５）は、少なくとも１つの基板処理装置（２ａ〜２ｆ）の出口に設けられ、かつ／または少なくとも１つまたは複数の基板保管手段（３）に組み込まれ、かつ／または少なくとも１つの開放型熱汚染除去ステーション（７）に接続されている装置。
2. 前記実行装置（８）は、前記製造実行システム（ＭＥＳ）内に組み込まれている請求項１に記載の装置。
3. 前記実行装置（８）に記憶されたプログラムは、
   前記分析信号を生成し精査するための命令と、
   前記分析信号と記録された閾値（ｌｉｍ１、ｌｉｍ２、ｌｉｍ３）との比較を実行するための命令と、
   前記比較の結果に基づいて前記搬送手段（４）及び前記保管手段（３）を制御するための命令と
   を備えている請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記実行装置（８）に記憶された前記プログラムは、分析信号に応じて前記基板保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）内の汚染の予測可能な変化をシミュレーションするためのアルゴリズムを更に備え、
   前記搬送手段（４）及び前記保管手段（３）を制御するための命令は、前記シミュレーションの結果に応じて実行されるようになっている請求項３に記載の装置。
5. 前記装置は、少なくとも１つの保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の内部汚染除去のために、少なくとも１つの閉鎖された状態での真空空間を含む内部汚染除去ステーション（６）を更に備え、
   前記実行装置（８）に記憶された前記プログラムは、前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の内部汚染除去の必要性を検出して、前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の内部汚染除去を確保するために、前記搬送手段（４）及び内部汚染除去手段に指示するための命令を更に備える請求項３または４に記載の装置。
6. 前記実行装置（８）に記憶された前記プログラムは、基板処理装置（２ａ〜２ｆ）の出口において保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）内のガスの分析を命じ、前記ガス分析手段による臨界ガスの計測レベルが所定の第１の閾値（ｌｉｍ１）よりも小さな場合には、前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）を保管手段（３）まで搬送し、臨界ガスの計測レベルが前記所定の第１の閾値（ｌｉｍ１）よりも大きな場合には、前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）を真空空間を含む内部汚染除去ステーション（６）まで搬送するための命令を更に備えている請求項５に記載の装置。
7. 前記実行装置（８）に記憶されたプログラムは、真空空間を含む開放型熱汚染除去の必要性を検出し、保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の開放型真空汚染除去を確保するために、又はその隔離を確保するために、前記搬送手段（４）及び開放型汚染除去手段に指示するための命令を更に含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記実行装置（８）に記憶された前記プログラムは、清浄化に続く待機時間後に、空の保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）内のガスの分析を命じ、前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）内の臨界ガスの計測レベルが所定の第２の閾値（ｌｉｍ２）と所定の第３の閾値（ｌｉｍ３）の間にある場合には、５時間より短い期間にわたる脱着のために、前記空の保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）を前記真空空間を含む開放型熱汚染除去ステーション（７）まで搬送し、臨界ガスの計測レベルが前記第３の閾値（ｌｉｍ３）よりも大きい場合には、１０時間よりも長い期間にわたる脱気のために、前記空の保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）を前記真空空間を含む開放型熱汚染除去ステーション（７）まで搬送する命令を更に含む請求項７に記載の装置。
9. 半導体製造設備（１）内の基板を取り扱うための方法において、
   複数の基板を、各々が保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）内に収容される複数の束に分配する工程と、
   保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）内に存在して分子汚染を作り出しうる臨界ガスの量を表すガスであって、保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の内部雰囲気内のガスを分析する工程と、
   ガス分析の結果に応じて、前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）を、保管手段（３）又は汚染除去ステーション（６、７）に選択的に差し向ける工程とを備え、
   前記半導体製造設備（１）は、少なくとも１つの空の保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の開放型汚染除去のための真空空間を含む少なくとも１つの開放型熱汚染除去ステーション（７）を備え、
   前記ガス分析装置（５）は、少なくとも１つの基板処理装置（２ａ〜２ｆ）の出口に設けられ、かつ／または少なくとも１つまたは複数の基板保管手段（３）に組み込まれ、かつ／または少なくとも１つの開放型熱汚染除去ステーション（７）に接続されている方法。
10. 処理工程後に、前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の内部雰囲気内の臨界ガスの計測レベルが所定の第１の閾値（ｌｉｍ１）よりも大きいとき、前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）が、閉鎖状態で、真空空間内で汚染除去される請求項９に記載の方法。
11. 処理工程後、２時間よりも長い待機時間後に、前記空の閉鎖された保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）内の臨界ガスの測定レベルが、所定の第２の閾値（ｌｉｍ２）と所定の第３の閾値（ｌｉｍ３）の間にある場合には、前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）を、開放状態で、５時間よりも短い時間にわたって真空空間内で汚染除去し、臨界ガスの計測レベルが、前記所定の第３の閾値（ｌｉｍ３）よりも大きい場合には、１０時間よりも長い時間にわたって汚染除去を行う請求項９に記載の方法。
12. それを超えると、本方法により製造された製品に欠陥が生じ得る許容限界値を決定するための学習を行う工程を更に備える請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記保管及び搬送箱（１０ａ〜１０ｅ）の内部雰囲気内のガスを分析する工程を、前記保管手段（３）内に保管されている間、周期的に実行する請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。

Images