(57)【要約】【課題】  半導体製造工程における半導体基板の待機中或いは搬送中に、大気中の水分等不純物の半導体基板への付着を制御できる基板収納装置及びその不純物制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】  ガス流量を適切にフィードバックした基板収納装置及び基板収納装置内の不純物制御方法を用いることにより、半導体製造工程間における不純物による半導体基板への悪影響、例えば配線の腐食、自然酸化膜の形成等を防止する。【選択図】  図１
2006114582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料保管箱と、
前記試料保管箱内に流すガス流量を制御するガス流量コントローラと、
前記試料保管箱のガス中不純物量を計測する計器と、
前記計測によって得られたデータを前記計器から受けて、前記ガス流量コントローラの流量をフィードバック制御する制御ユニットと
を有することを特徴とする基板収納装置。
【請求項２】
試料が保管され、また、ガスが流されている試料保管箱内の前記ガス中不純物量を計測する計測ステップと、
前記計測した不純物量を所定の不純物量である標準値と比較する比較ステップと、
前記比較の結果、前記計測値が前記所定の標準値より大きい場合はガス流量を増加し、前記計測値が前記標準値と等しいか或いは小さい場合は前記ガス流量を維持するか或いは少なくする調整ステップと
を有することを特徴とする基板収納装置の不純物制御方法。
【請求項３】
前記標準値は、前記試料保管箱内へ前記ガスを流した後の時間に依存し、前記時間の経過と共に減少することを特徴とする請求項２に記載の基板収納装置の不純物制御方法。
【請求項４】
試料が保管され、また、ガスが流されている試料保管箱内の前記ガス中不純物量を計測する計測ステップと、
前記計測した不純物量を所定の不純物量である設定値と比較する比較ステップと、
前記測定値が前記設定値と等しいか或いは小さい場合、前記ガス流量を減少させる調整ステップと
を有することを特徴とする基板収納装置の不純物制御方法。
【請求項５】
前記測定値を複数個有することを特徴とする請求項４に記載の基板収納装置の不純物制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置製造工程における半導体基板用の基板収納装置及び基板収納装置内の不純物制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造ラインにおいて、製造工程中の半導体基板を搬送するため、半導体基板搬送箱を用いている。その搬送中、或いは工程間の待機中に、半導体基板搬送箱内の半導体基板が大気中の水分や酸素によって悪影響を受け、例えば、配線の腐食、或いは自然酸化膜の形成等の現象が生じる場合がある。近年、半導体装置におけるデザインルールの微細化と共に、この現象が顕著になりつつある。
【０００３】
このため、半導体基板搬送箱内を窒素等でパージする機能をつけた窒素ガスによるパージ機能付き搬送箱が用いられる。この場合、窒素ガスは、あらかじめ決めた設定流量で搬送箱中を流すようになしている。また、ケミカルフィルタを設置する方法、湿度計により計測する手法も用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、搬送箱或いは搬送中の半導体基板表面に付着する水分等の不純物は、半導体基板上に形成された薄膜の種類、半導体基板が経過した直前工程の種類、半導体基板の数量、搬送箱の個体差等によって異なっている。従って、それぞれの搬送箱内の到達湿度が異なり、必要な湿度に到達せずに、結果として製造された半導体装置の歩留まりを低下させる等の問題点があった。
【特許文献１】特開２０００−１７４１０９号公報（第８ページ、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、半導体製造工程における半導体基板の待機中或いは搬送中に、大気中の水分等不純物の半導体基板への付着を制御できる基板収納装置及び基板収納装置内の不純物制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、基板収納装置として、試料保管箱と、前記試料保管箱内に流すガス流量を制御するガス流量コントローラと、前記試料保管箱のガス中不純物量を計測する計器と、前記計測によって得られたデータを前記計器から受けて、前記ガス流量コントローラの流量をフィードバック制御する制御ユニットとを有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第２の態様は、基板収納装置の不純物制御方法として、試料が保管され、また、ガスが流されている試料保管箱内の前記ガス中不純物量を計測する計測ステップと、前記計測した不純物量を所定の不純物量である標準値と比較する比較ステップと、前記比較の結果、前記計測値が前記所定の標準値より大きい場合はガス流量を増加し、前記計測値が前記標準値と等しいか或いは小さい場合は前記ガス流量を維持するか或いは少なくする調整ステップとを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第３の態様は、基板収納装置の不純物制御方法として、試料が保管され、また、ガスが流されている試料保管箱内の前記ガス中不純物量を計測する計測ステップと、前記計測した不純物量を所定の不純物量である設定値と比較する比較ステップと、前記測定値が前記設定値と等しいか或いは小さい場合、前記ガス流量を減少させる調整ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガス流量を適切にフィードバックした基板収納装置及び基板収納装置内の不純物制御方法を用いることにより、半導体製造工程間における不純物による半導体基板への悪影響、例えば配線の腐食、自然酸化膜の形成等を防止できる。このため、高歩留まりの半導体装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１乃至図４を参照して第１の実施例を説明する。図１は、基板収納装置の概略を示す模式図である。図２（ａ）は、基板収納装置における試料保管箱本体及び試料保管箱蓋の概略図であり、図２（ｂ）は、試料保管箱本体に挿入する半導体基板を設置するキャリアカセットの概略図である。
【００１２】
図３は、本実施例における不純物制御方法の手順を示すフローチャートである。不純物として水分を対象にし、湿度を制御する。更に、図４は、図３に示した湿度制御方法によって得られた基板収納装置内の湿度の時間依存性を示すグラフである。
【００１３】
先ず、図１に示す基板収納装置について説明する。基板収納装置１０は、試料として半導体基板を設置する試料保管箱本体１１ａ及び半導体基板の出し入れのための試料保管箱蓋１１ｂからなる試料保管箱１１、試料保管箱１１内の湿度を計測する湿度計１２、試料保管箱１１内へガスを送り込むガス流量コントローラ１３、湿度計１２による湿度計測結果をもとに、ガス流量コントローラ１３の流量制御を含めて、基板収納装置１０の全体を制御する制御ユニット１４、ガスの入出力に用いる配管１５からなっている。また、配管１５の途中には、バルブ１５ａを設置し、試料保管箱１１を容易に取り外しできるようにしてある。
【００１４】
試料保管箱本体１１ａ及び試料保管箱蓋１１ｂの概略図を図２（ａ）に示す。試料保管箱１１は例えば、ポリカーボネイトによって作られている。試料保管箱１１の底面が試料保管箱蓋１１ｂ蓋になっており、半導体基板はそこから出し入れを行う。半導体基板は、例えば図２（ｂ）に示すキャリアカセット１５に入れた状態で試料保管箱本体１１ａに設置される。即ち、半導体基板（図示せず）はキャリアカセット１６内の基板保持溝１６ａに試料保管箱１１の底面と水平になるように差し込まれる。
【００１５】
なお、キャリアカセット１６が試料保管箱本体１１ａと一体となって作られていても良い。この場合は、試料保管箱蓋１１ｂは試料保管箱１１の底面ではなくて、例えば試料保管箱１１の側面の一つとして形成される。
【００１６】
試料保管箱本体１１ａと試料保管箱蓋１１ｂにより、試料保管箱１１が密閉された状態で、試料保管箱本体１１ａのガス導入口１１ｃを通して、例えば窒素ガスが配管１５から導入され、試料保管箱１１をパージしてガス排出口１１ｄから排出される。この時、ガス流量は流量コントローラ１３によって制御される。
【００１７】
一方、試料保管箱１１をパージして排出されたガスの湿度を湿度計１２によって計測する。計測されたデータは制御ユニット１４に送られる。制御ユニット１４内のマイクロコントローラユニット（図示せず）が、その回路内のメモリに記憶している所定のデータと、得られたデータとの比較等を実行し、制御すべき流量を決定する。更に、制御ユニット１４から流量コントローラ１３へ設定する流量の指示信号が送られる。
【００１８】
次に、図３及び図４を用いて本実施例における湿度制御方法の手順とその効果を説明する。本実施例における半導体基板は、配線工程において、配線としてＡｌを形成した後で、次の工程に移る段階にある。従って、Ａｌ配線の酸化腐食を防止するために基板収納装置を用いる。
【００１９】
図３は、本実施例における湿度制御方法の手順を示すフローチャートである。図１の基板収納装置の概略図も参考にしながら手順を説明する。先ず、半導体基板を基板収納装置１０内に配置し、ガスとして、例えば、数ｐｐｍ程度の高純度に乾燥された窒素ガスを流す（Ｓ１０）。図４は、本実施例における基板収納装置内の湿度の時間依存性を示すグラフであり、例えば、試料Ａと試料Ｂをそれぞれ異なる基板収納装置に入れた場合を示している。
【００２０】
試料Ａは湿度の時間依存性に関し、標準的な推移を示す試料の場合である。例えば、流量として先ず、５０ｌ／ｍｉｎを基板収納装置１０に流す。続いて、初期に存在していた大気を押し出した後（例えば、３分後）流量を例えば、１０ｌ／ｍｉｎに下げる（Ｓ１１）。更に、１０分後に湿度を湿度計１２で計測する（Ｓ１２）。例えば、図４のグラフに示すように湿度は２５％ＲＨである。
【００２１】
次に、このデータを制御ユニット１４に送る。制御ユニット１４では湿度の時間依存性に関する所定のデータをマイクロコントローラユニット（図示せず）内のメモリ回路に記憶させている。マイクロコントローラユニット内のＣＰＵの指示によって、計測値をそれらの記憶されているデータと比較する（Ｓ１３）。
【００２２】
スタート後、１０分のデータである湿度２５％ＲＨが、標準的な湿度推移を示す値（標準値）とほぼ一致する場合、或いはそれを下回る場合、例えば流量は変えずに１０ｌ／ｍｉｎを維持する（Ｓ１４）。
【００２３】
一方、試料Ｂは、１０分後の湿度として３４％ＲＨ程度である。この場合、標準値よりも計測値が大きくなるため、湿度を更に急激に減少させる必要がある。従って、所定のデータから湿度推移を読み取り、必要な流量を設定する。例えば、この場合は２０ｌ／ｍｉｎに設定する（Ｓ１５）。このような設定によって、図４の試料Ｂに示すような湿度の減少カーブを得ることができる。
【００２４】
従来例においては、流量を制御せずに、例えば１０ｌ／ｍｉｎを維持しているため、試料Ｂ（従来）のように湿度の減少に時間が係る。このため、Ａｌ配線の腐食が進行し、製造した半導体装置の歩留まりが悪化する場合があった。一方、本実施例で示した標準値は、時間の関数であり、事前にいくつもの標準値を準備し、実際に測定しているデータを照合させて、その時間推移を予測する。その予測から必要な時間に、所望の湿度が得られるように流量を調整することを可能にしている。
【００２５】
更に、所定の時間に湿度を計測し、Ａｌ配線の酸化腐食防止として設定した湿度、例えば５％ＲＨの設定値に到達した場合（Ｓ１６）、例えば流量を２ｌ／ｍｉｎに減少させ、本不純物制御のステップを終了する。
【００２６】
この場合、半導体基板が次の工程に移るまで、本基板収納装置に保持しておき、次の工程に移る時に、バルブ１５ａから配管を外し、例えば、搬送系で次の工程が実施される装置付近まで運べば良い。
【００２７】
本実施例で示した基板収納装置及びその湿度制御方法を用いることにより、適切な流量制御が得られ、半導体製造工程におけるＡｌ配線の腐食が進行するのを防止できる。また、湿度制御方法として、標準値を用いて実際の測定値と比較することにより、制御性が非常に高くなる。このため、高歩留まりの半導体装置が得られる。
【実施例２】
【００２８】
第１の実施例では、配線工程において、配線としてＡｌを形成した後、次の工程に移る段階のものであった。従って、Ａｌ配線の酸化腐食を防止するために基板収納装置を用いた。
【００２９】
一方、本実施例での半導体基板は、素子分離工程を終了し、ゲート絶縁膜形成工程に入る前の段階にあり、自然酸化膜の形成を制御するために基板収納装置を用いる。本実施例における基板収納箱は、第１の実施例と構成等は基本的に同じであり、ここでの説明は省略する。
【００３０】
図５は、本実施例における酸素量制御方法の手順を示すフローチャートである。本実施例では、湿度の設定値だけを用いるが、その設定値を複数個予め決めておき、湿度の測定値が設定値の到達した段階で流量を段階的に下げる手法を用いる。例えば、本実施例では複数の設定値として、第１の設定値は湿度５％ＲＨ、第２の設定値は湿度１％ＲＨをそれぞれ用いる。
【００３１】
先ず、半導体基板を基板収納装置内に配置し、ガスとして、例えば、数ｐｐｍ程度の高純度に乾燥された窒素ガスを流す（Ｓ２０）。ガス流量として先ず、第１の流量、５０ｌ／ｍｉｎを基板収納装置に流す。続いて、初期に存在していた大気を押し出した後（例えば、３分後）、例えば１０分後に湿度を湿度計で計測する（Ｓ２１）。
【００３２】
次に、このデータを制御ユニットへ送る。制御ユニットにおいて、得られたデータと第１の設定値である５％ＲＨとを比較し（Ｓ２２）、測定値が第１の設定値よりも小さい場合、自動的に流量を減少させ、第２の流量である１０ｌ／ｍｉｎにする（Ｓ２３）。一方、測定値が第１の設定値と等しいか或いは大きい場合、その流量は、第１の流量である５０ｌ／ｍｉｎのままにする。この場合、所定の時間後、再度湿度を計測する。
【００３３】
次に、第２の流量である１０ｌ／ｍｉｎでガスを流した状態で、設定の時間経過後、湿度を湿度計で計測する（Ｓ２１）。続いて、このデータを制御ユニットへ送り、制御ユニットにおいて、得られたデータと第２の設定値である２％ＲＨとを比較する（Ｓ２２）。測定値が第２の設定値よりも小さい場合、自動的に流量を減少させ、第３の流量である２ｌ／ｍｉｎにする（Ｓ２３）。一方、測定値が第２の設定値と等しいか或いは大きい場合、その流量は、第２の流量である１０ｌ／ｍｉｎのままにする。この場合、所定の時間後、再度湿度を計測する。
【００３４】
上記のステップを繰り返し行い、例えば、第３の流量である２ｌ／ｍｉｎに設定してから所定の時間経過後、本不純物制御のステップを終了する。
【００３５】
この場合、半導体基板が次の工程に移るまで、本基板収納装置に保持しておき、次の工程に移る時に、バルブ１５ａから配管を外し、例えば、搬送系で次の工程が実施される装置付近まで運べば良い。
【００３６】
従来例においては、流量を制御せずに、特定の流量を維持しているため、水分の減少に多くの時間がかかる場合があり、このため、半導体表面で自然酸化膜が形成され、製造した半導体装置の歩留まりが悪化することがあった。
【００３７】
本実施例で示した基板収納装置及び基板収納装置内の不純物制御方法を用いることにより、半導体製造工程における半導体基板表面での自然酸化膜形成が抑制できる。このため、高歩留まりの半導体装置が得られる。
【実施例３】
【００３８】
図６を参照して第３の実施例を説明する。本実施例における基板収納箱及びその不純物制御方法は、第１の実施例と基本的に同じである。異なる点は、半導体基板として、第１の実施例では、配線工程の配線としてＡｌを形成した後、次の工程に移る段階のものであった。従って、Ａｌ配線の酸化腐食を防止するために基板収納装置を用いた。一方、本実施例での半導体基板は、ソース及びドレイン形成工程を終了し、配線間絶縁層形成工程に入る前の段階にあり、ボロン析出物発生を抑制するために基板収納装置を用いる。
【００３９】
本実施例で用いる基板収納装置は、第１の実施例における基板収納装置１０と同じであるため説明は省略する。
【００４０】
図６は、本実施例における湿度制御方法の手順を示すフローチャートである。図１の基板収納装置の概略図も参考にしながら手順を説明する。先ず、半導体基板を基板収納装置の内に配置し、ガスとして、例えば、数ｐｐｍ程度の高純度に乾燥された窒素ガスを流す（Ｓ３０）。
【００４１】
流量として先ず、５０ｌ／ｍｉｎを基板収納装置１０に流す。続いて、初期に存在していた大気を押し出した後（例えば、３分後）流量を例えば、５ｌ／ｍｉｎに下げる（Ｓ３１）。更に、１０分後に水分を湿度計１２で計測する（Ｓ３２）。
【００４２】
次に、このデータを制御ユニット１４に送る。制御ユニット１４では湿度の時間依存性に関する所定のデータをマイクロコントローラユニット（図示せず）内のメモリ回路に記憶させている。マイクロコントローラユニット内のＣＰＵの指示によって、計測値をそれらの記憶されているデータと比較する（Ｓ３３）。
【００４３】
スタートから１０分後のデータである水分量が、標準的な湿度推移を示す値（標準値）とほぼ一致する場合、或いはそれを下回る場合、例えば流量は変えずに５ｌ／ｍｉｎを維持する（Ｓ３４）。
【００４４】
一方、１０分後の湿度として、標準値よりも計測値が大きい場合、水分濃度を更に急激に減少させる必要がある。従って、所定のデータから水分濃度推移を読み取り、必要な流量を設定する。例えば、この場合は１０ｌ／ｍｉｎに設定する（Ｓ３５）。このような設定によって、水分濃度の減少カーブを得ることができる。
【００４５】
従来例においては、流量を制御せずに、例えば５ｌ／ｍｉｎを維持しているため、水分の減少に多くの時間がかかった。このため、半導体表面でボロン析出物が形成され、製造した半導体装置の歩留まりが悪化する場合があった。
【００４６】
更に、所定の時間に水分量を計測し、ボロン析出物の形成を防止する水分量として設定した値、例えば１５％ＲＨの設定値に到達した場合、例えば流量を２ｌ／ｍｉｎに減少させ、本不純物制御のステップを終了する。
【００４７】
この場合、半導体基板が次の工程に移るまで、本基板収納装置に保持しておき、次の工程に移る時に、バルブから配管を外し、例えば、搬送系で次の工程が実施される装置付近まで運べば良い。
【００４８】
本実施例で示した基板収納装置及び基板収納装置内の不純物制御方法を用いることにより、半導体製造工程における半導体基板表面でのボロン析出物の形成が抑制できる。このため、高歩留まりの半導体装置が得られる。
【００４９】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５０】
実施例において、不純物として水分を計測したが、酸素濃度計を用いて酸素濃度を計測してもよく、例えば、ゲート絶縁膜形成工程の前に、自然酸化膜の形成を制御するために適用することが可能である。更に、半導体製造工程において使われる不純物、例えば、弗素、塩素、アンモニア等を計測しても良い。
【００５１】
また、基板収納箱に流すガスの種類も窒素ガスに限らず、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスであっても良い。またその流量も工程等に合わせて適切な値をとれば良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による第１の実施例における基板収納装置の概略を示す模式図。
【図２】本発明による第１の実施例における基板収納装置の試料保管箱本体及び試料保管箱蓋の概略図（ａ）、及び半導体基板を試料保管箱本体において保持するキャリアカセットの概略図（ｂ）。
【図３】本発明による第１の実施例における不純物制御方法の概略の手順を示すフローチャート。
【図４】本発明による第１の実施例における基板収納装置内の湿度の時間依存性を示すグラフ。
【図５】本発明による第２の実施例における不純物制御方法の概略の手順を示すフローチャート。
【図６】本発明による第３の実施例における不純物制御方法の概略の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５３】
１０  基板収納装置
１１  試料保管箱
１１ａ  試料保管箱本体
１１ｂ  試料保管箱蓋
１１ｃ  ガス導入口
１１ｄ  ガス排出口
１２  湿度計
１３  流量コントローラ
１４  制御ユニット
１５  配管
１５ａ  バルブ
１８  キャリアカセット
１８ａ  基板保持溝
【図１】
2006114582.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006114582.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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