本発明は、環境モニタ方法に関し、特に、半導体装置の製造環境をモニタする環境モニタ方法に関する。

半導体装置製造においては、製品歩留まりに大きく影響し得る製造装置内部やクリーンルーム内の環境を、一定の基準内で清浄に保つことが重要である。
従来、半導体装置の製造分野では、その製造環境をモニタする方法がいくつか提案されている。 例えば、洗浄液等の液体中に含まれる汚染物質の分析に関し、フッ酸等で処理した後のシリコンウェーハを分析対象の液体中に浸漬し、引き上げたシリコンウェーハ表面の付着物質の分析によってその液体中の汚染物質を分析する方法が提案されている（特許文献１参照）。 また、シリコンウェーハをアニオン溶液に浸漬してその表面にアニオン基を導入し、それをモニタ環境下に置き、静電引力で付着した金属汚染物質を分析することによって、そのモニタ環境の汚染度を評価する方法等も提案されている（特許文献２参照）。 また、シリコンウェーハ表面にクリーンルーム大気を強制的に送り込み、その表面にクリーンルーム大気に含まれる汚染物質を多量に短時間で付着させることで、分析の高感度化と時間短縮を図る試み等も行われている（特許文献３参照）。

シリコンウェーハ表面の付着物質の分析方法としては、例えば、その付着物質が金属である場合、プラズマ発光質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）法を用いることが知られている。 このほか、アルミニウム以外の元素に対して好適な全反射傾向Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）法、シリコンウェーハに付着した汚染物質を熱処理によって拡散させた後に行うマイクロ波光導電減衰（μ−ＰＣＤ）法や表面光電圧（ＳＰＶ）法等も知られている。 また、付着物質が有機物である場合、その分析方法としては、加熱脱離ガスクロマトグラフ質量分析（ＴＤ−ＧＣ−ＭＳ）法、ウェーハ加熱脱離ガスクロマトグラフ質量分析（ＷＴＤ−ＧＣ−ＭＳ）法等が知られている。

特開平１１−２４８６９３号公報

特開平１０−３１００９号公報

特開２０００−２８５９６号公報

しかし、半導体装置製造に利用される液体や空間等の環境をモニタするために、汚染物質をシリコンウェーハ表面に付着させてそれを分析しようとする場合、その分析には、長時間を要したり、多くの工数が必要になったりする。 さらに、分析に高額の費用がかかってしまう場合がある。

半導体装置を安定して製造するためには、製造装置内部やクリーンルーム内の環境を定期的にモニタする必要があるが、分析に要する時間、工数、費用等の面で、分析を頻繁に行うことが難しい場合がある。 また、分析の時間や工程が長かったり、分析の頻度が少なかったりすると、分析結果の製造ラインへのフィードバックが遅れ、製造装置内部やクリーンルーム内の環境の変化を迅速に把握することも難しくなる。

このような点に鑑み、半導体装置の製造環境の変化を簡便かつ迅速に把握することのできる環境モニタ方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、次のような環境モニタ方法が提供される。 この環境モニタ方法は、ウェーハをモニタ環境下に一定時間放置する工程、及び放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程を有する。

この環境モニタ方法では、ウェーハがモニタ環境下に一定時間放置され、その放置によってウェーハ表面に形成される酸化膜の膜厚が求められる。

開示の環境モニタ方法によれば、モニタ環境の変化を簡便かつ迅速に把握することが可能になる。

以下、図面を参照して詳細に説明する。
図１は環境モニタ方法のフローの一例を示す図である。
ここでは、半導体製造装置内やクリーンルーム内等の環境モニタに、シリコンウェーハを用いる。 環境モニタを行うに当たっては、まず、その環境モニタ用のシリコンウェーハに対し、酸化膜の膜厚測定を実施する（ステップＳ１）。 この膜厚測定には、例えば、光学的に膜厚を測定するエリプソメータを用いる。

そして、このステップＳ１の酸化膜の膜厚測定後、そのシリコンウェーハを半導体製造装置内やクリーンルーム内等のモニタ環境下に一定時間放置する（ステップＳ２）。 放置されたシリコンウェーハには、そのモニタ環境の大気等により、放置時間に応じた膜厚で、酸化膜（有機物が含有或いは付着した酸化膜を含む）が形成される。 なお、この酸化膜の形成挙動の詳細については後述する。

シリコンウェーハをモニタ環境下に一定時間放置した後は、その放置後のシリコンウェーハについて、上記同様エリプソメータを用い、酸化膜の膜厚測定を実施する（ステップＳ３）。

このステップＳ３の酸化膜の膜厚測定後は、この膜厚測定結果と、上記ステップＳ１の膜厚測定結果との差分、即ち、モニタ環境下での放置の間にシリコンウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚（膜厚増加量）を求める（ステップＳ４）。

次いで、このステップＳ４で求められた放置の間の膜厚増加量を用い、そのモニタ環境が正常な状態にあるか否かの判定を行う（ステップＳ５）。 モニタ環境が正常か否かの判定は、放置の間の膜厚増加量を、予め設定された、そのモニタ環境で許容される膜厚増加量の閾値と比較することによって行う。

例えば、正常な状態のモニタ環境について、シリコンウェーハの放置時間とその放置の間の膜厚増加量との関係を予め取得しておく。 そして、ステップＳ１〜Ｓ４の処理で実際に得られた一定放置時間での膜厚増加量が、予め取得した関係における、同じ放置時間での膜厚増加量と同じかそれを下回る場合には、そのモニタ環境が正常な状態にあると判定する。 また、上回る場合には、そのモニタ環境が異常な状態にあると判定する。

このような実測値と閾値との比較により、モニタ環境が正常な状態にあると判定された場合には、環境モニタの処理を終了する。 その後は、同じ又は異なるシリコンウェーハを用い、そのモニタ環境について、引き続きステップＳ１以降の処理を実施すればよい。

また、実測値と閾値との比較により、モニタ環境が異常な状態にあると判定された場合には、その実測に用いたシリコンウェーハについて、それに付着している物質の定性分析や定量分析を実施し、その異常の原因を調査する（ステップＳ６）。

以上のような処理を、モニタすべき各モニタ環境について、それぞれ実施することができる。
続いて、上記のような環境モニタ方法に用いるシリコンウェーハについて説明する。

環境モニタ用のシリコンウェーハとしては、その表面に予め酸化膜（自然酸化膜のほか意図的に形成した酸化膜を含む）が形成されているもの、或いはその表面に存在している酸化膜の全部又は一部を除去したものを用いることができる。 環境モニタ用にいずれの形態のシリコンウェーハを用いる場合にも、ステップＳ１〜Ｓ６の流れに従って環境モニタを実施することができる。

なお、環境モニタ用に酸化膜を除去したシリコンウェーハを用いる場合、ステップＳ１の酸化膜の膜厚測定は、必ずしも実施することを要しない。 このようにステップＳ１の酸化膜の膜厚測定を実施しない場合には、ステップＳ４の酸化膜の膜厚測定で得られた結果を、そのモニタ環境下での放置の間にシリコンウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚（膜厚増加量）とみなせばよい。

シリコンウェーハの酸化膜除去は、例えば、水素雰囲気での熱処理により行うことができる。 このような水素雰囲気での熱処理を行うことにより、シリコンウェーハ表面の酸化膜が還元して除去され、さらに、そのシリコンウェーハ表面のシリコン結晶が水素原子により終端（水素終端）されるようになる。 熱処理は、例えば、水素２０Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１３３．３２２Ｐａ）、１０００℃、１０秒の条件にて行うことができる。 熱処理条件は、その熱処理前のシリコンウェーハ表面に存在する酸化膜の膜厚（初期膜厚）等に応じ、適宜調整される。

水素雰囲気での熱処理を行ったシリコンウェーハでは、エリプソメータにより酸化膜の膜厚測定を実施すると、その膜厚値として概ね０．０５ｎｍ未満の値が得られる。 水素雰囲気での熱処理を行ったシリコンウェーハでは、極小の膜厚値を安定して示し、また、異なるシリコンウェーハ間で得られる膜厚値のばらつきも少ないことから、上記のように、ステップＳ１の膜厚測定を実施しないようにすることも可能になる。

ここで、水素雰囲気での熱処理の有無と、それによるその後のシリコンウェーハ表面の酸化膜形成挙動の違いを検討した結果について述べる。
まず、シリコンウェーハ表面の酸化膜の膜厚が異なる４種類のサンプルａ，ｂ，ｃ，ｄを用意した。

サンプルａは、２０Ｔｏｒｒの水素（残りは不活性ガス）を含む雰囲気中、１０００℃、１０秒の条件で熱処理を行い、酸化膜を還元除去したシリコンウェーハである。 なお、この熱処理後にエリプソメータで測定したサンプルａの酸化膜の初期膜厚は、０．０１ｎｍであった。

サンプルｂは、５Ｔｏｒｒの酸素（残りは不活性ガス）を含む雰囲気中、９００℃、５０秒の条件で熱処理を行い、表面に初期膜厚１．０ｎｍ（エリプソメータで測定）の酸化膜（熱酸化膜）を形成したシリコンウェーハである。

サンプルｃは、７６０Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中、９００℃、８秒の条件で熱処理を行い、表面に初期膜厚１．７ｎｍ（エリプソメータで測定）の酸化膜を形成したシリコンウェーハである。

サンプルｄは、酸素と水素を８Ｔｏｒｒ含む（残りは不活性ガス）混合雰囲気中、８５０℃、３０秒の条件で熱処理を行い、表面に初期膜厚３．２ｎｍ（エリプソメータで測定）の酸化膜を形成したシリコンウェーハである。

なお、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄのエリプソメータによる酸化膜の膜厚測定は、波長６３３ｎｍのヘリウム−ネオンレーザを用い、酸化膜の屈折率は１．４６２で固定とした。
このようなサンプルａ，ｂ，ｃ，ｄをそれぞれ、次のような３種類の異なるモニタ環境ｘ，ｙ，ｚに一定時間放置した。

モニタ環境ｘは、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials Institute）規格に準拠したシリコンウェーハ搬送用の容器である、密閉性に優れたＦＯＵＰ（Front Opening Universal Pod）内である。 サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄのシリコンウェーハはそれぞれ、密閉状態のＦＯＵＰ内に一定時間放置した。

モニタ環境ｙは、半導体装置の製造が行われるクリーンルームの出入口付近である。 サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄのシリコンウェーハはそれぞれ、開放状態のＦＯＵＰ内に配置し、クリーンルーム出入口付近に一定時間放置した。

モニタ環境ｚは、半導体装置の製造が行われるクリーンルームの中央部付近である。 サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄのシリコンウェーハはそれぞれ、開放状態のＦＯＵＰ内に配置し、クリーンルーム中央部付近に一定時間放置した。

なお、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄを放置した期間で平均すると、湿度についてはモニタ環境ｙ，ｚで有意差は認められなかった。 温度についてはモニタ環境ｙがモニタ環境ｚよりも０．３℃程度高くなった。

このようなモニタ環境ｘ，ｙ，ｚにサンプルａ，ｂ，ｃ，ｄをそれぞれ放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を、次の図２〜図５に示す。
図２はサンプルａをモニタ環境ｘ，ｙ，ｚに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。 図３はサンプルｂをモニタ環境ｘ，ｙ，ｚに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。 図４はサンプルｃをモニタ環境ｘ，ｙ，ｚに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。 図５はサンプルｄをモニタ環境ｘ，ｙ，ｚに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。

まず、図３〜図５より、それぞれ初期膜厚が１．０ｎｍ，１．７ｎｍ，３．２ｎｍの酸化膜を形成したサンプルｂ，ｃ，ｄのいずれの場合も、モニタ環境ｘ，ｚに比べて、外気の流出入の影響を受けやすいモニタ環境ｙでの膜厚増加量が大きくなる。 ＦＯＵＰ内のモニタ環境ｘとクリーンルーム中央部付近のモニタ環境ｚとの間では、膜厚増加量について有意な差は認められない。

これらのサンプルｂ，ｃ，ｄでは、モニタ環境ｘ，ｙ，ｚのいずれの場合にも、放置時間が短い領域において、酸化膜の膜厚増加が急速である。 その後、酸化膜の膜厚増加の速度は低下し、２４時間程度からほぼ飽和する傾向にある。

予め酸化膜が形成されているサンプルｂ，ｃ，ｄでは、その酸化膜の初期膜厚によらず、図３〜図５に示したように、放置時間の経過に伴う酸化膜の膜厚増加傾向は認められる。 但し、モニタ環境ｘ，ｚのように、異なるモニタ環境の間で、酸化膜の膜厚増加挙動に有意差を見出すことができない場合がある。

一方、図２に示すように、予め水素雰囲気での熱処理を行っているサンプルａの場合には、モニタ環境ｘ，ｙ，ｚのいずれの場合にも、放置時間の経過に伴って酸化膜の膜厚増加量が線形的に増加していく傾向が認められる。 このように、サンプルａでの酸化膜の膜厚増加傾向は、図３〜図５に示したサンプルｂ，ｃ，ｄでの酸化膜の膜厚増加傾向とは明らかに異なっている。 サンプルａでは、水素雰囲気での熱処理により、シリコンウェーハ表面から酸化膜が還元除去され、さらに、その表面が水素終端されるために、シリコン結晶終端の水素と大気中の酸素との置換に時間を要し、放置したときの急激な酸化が抑えられているものと考えられる。

さらに、サンプルａでは、放置時間に対する酸化膜の膜厚増加量が、外気の流出入の影響を受けやすいクリーンルーム出入口付近のモニタ環境ｙで最も大きくなり、次いでクリーンルーム中央部付近のモニタ環境ｚで大きく、ＦＯＵＰ内のモニタ環境ｘで最も小さくなる。 このように、サンプルａを用いた場合、異なるモニタ環境ｘ，ｙ，ｚの酸化膜の膜厚増加量を有意差として区別することができる。 サンプルａでは、モニタ環境ｘ，ｙ，ｚによる酸化膜の膜厚増加量の違いが明確に現れ、予め酸化膜が形成されているサンプルｂ，ｃ，ｄでは不明であったモニタ環境ｘ，ｚの間の膜厚増加量の違いも明確に現れるようになる。

環境モニタの際、水素雰囲気で熱処理を行ったシリコンウェーハのサンプルａを用いることにより、異なるモニタ環境ｘ，ｙ，ｚごとに、放置時間と酸化膜の膜厚増加量との適正な関係を取得することができる。 従って、各モニタ環境ｘ，ｙ，ｚについて、一定時間の放置の結果形成される酸化膜の膜厚（膜厚増加量）から、それぞれの状態の変化をより適正に評価することが可能になる。

なお、環境モニタにサンプルｂ，ｃ，ｄを用いても、一定のモニタ環境については、その状態の変化を評価することが可能である。
続いて、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄについてＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）測定を行った結果について述べる。

図６はＸＰＳ測定結果を示す図である。
ＸＰＳ測定では、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄ表面に所定エネルギーのＸ線を照射して発生する光電子を検出することで、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄの構成元素とその電子状態を分析する。 シリコンウェーハのシリコンの２ｐ軌道から発生する光電子（低結合エネルギー側（Ｓｉ−Ｓｉ結合）のピーク）と、酸化膜のシリコンの２ｐ軌道から発生する光電子（高結合エネルギー側（Ｓｉ−Ｏ結合）のピーク）との強度比からは、酸化膜の膜厚を推定することができる。

図７はサンプルｂのＸＰＳ測定結果から得られた酸化膜の膜厚とエリプソメータで測定された酸化膜の膜厚との比較を示す図である。 また、図８はサンプルｃのＸＰＳ測定結果から得られた酸化膜の膜厚とエリプソメータで測定された酸化膜の膜厚との比較を示す図である。

なお、ＸＰＳ測定及びエリプソメータによる膜厚測定は、各モニタ環境ｘ，ｙ，ｚに一定時間放置した複数のサンプルｂ，ｃについて実施している。 図７及び図８には、それぞれの測定の結果得られた膜厚の平均値（Ａｖｅ（エリプソメータ），Ａｖｅ（ＸＰＳ））、最大値（Ｍａｘ（エリプソメータ），Ｍａｘ（ＸＰＳ））、最小値（Ｍｉｎ（エリプソメータ），Ｍｉｎ（ＸＰＳ））を示している。

サンプルｂ，ｃでは、上記の図３及び図４に示したエリプソメータによる酸化膜の膜厚測定結果によれば、モニタ環境ｘ，ｙ，ｚのうち、モニタ環境ｙで最も酸化膜の膜厚が厚くなる傾向が見られた。 しかし、図７及び図８に示す測定結果からは、酸化膜の膜厚測定について、エリプソメータ測定により得られる酸化膜の膜厚とＸＰＳ測定結果から得られる酸化膜の膜厚との間に明確な相関は認められない。

一般に、シリコンウェーハ表面の極薄膜を大気に曝し酸化膜をエリプソメータで測定すると、０．００５ｎｍ／ｈ程度の割合で膜厚増加が観測される。 この増加は、初期膜厚のほか、シリコンウェーハの放置環境にも依存する。 放置環境に影響する因子としては、温度、湿度、無機・有機汚染物質等が考えられる。 この増加量の大部分は、１００℃程度の熱をかけたり、レーザ照射を行ったりすると無くなるので、有機物の影響が大きいと認識されている。 上記のＸＰＳ測定は、Ｓｉ−Ｓｉ結合ピークとＳｉ−Ｏ結合ピークの強度比から酸化膜の膜厚を推定するため、その膜厚値にそのような有機物の存在が加味されない。 一方、エリプソメータによる酸化膜の膜厚測定では、光学的に膜厚を測定する手法であるため、そのような有機物の存在も加味された酸化膜の膜厚値が得られる。 このような点が、ＸＰＳ測定とエリプソメータ測定で得られる膜厚とが一致しない原因のひとつになっていると考えられる。

このような放置後のシリコンウェーハ表面における有機物の存在を考慮し、同様にＸＰＳ測定により、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄの炭素の存在比率を求めた。
図９はＸＰＳ測定結果の一例を示す図である。 また、図１０はサンプルａ，ｂ，ｃ，ｄの炭素の存在比率を示す図である。

図９に示すように、所定のサンプルにＸ線を照射したときに炭素の１ｓ軌道から発生する光電子の強度は、そのサンプルにおける炭素の存在比率（１．６ａｔｏｍ％，４．５ａｔｏｍ％）によって変化する。

この図９のような知見から、ＸＰＳ測定によれば、炭素の１ｓ軌道から発生する光電子の強度に基づき、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄの炭素存在比率を求めることができる。 求めたサンプルａ，ｂ，ｃ，ｄの炭素存在比率を図１０に示す。 炭素存在比率は、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄの構成元素がシリコン、酸素、炭素の３種類であるとして求めている。

図１０に示すように、放置後のサンプルａ，ｂ，ｃ，ｄについて、含有される炭素は、ＸＰＳ測定によって検出することができる。 図１０より、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄそれぞれの炭素存在比率は、モニタ環境ｘで最も低く、次いでモニタ環境ｚ、そしてモニタ環境ｙで最も高くなる傾向が認められた。 特に、その傾向はサンプルａで顕著に現れている。 サンプルａでは、放置による膜厚増加量が最も大きいモニタ環境ｙで明らかに炭素存在比率が高くなっており、その膜厚増加には、酸化のほか、有機物の付着も影響していると言うことができる。

なお、この図１０に示す炭素の存在比率は、絶対量でないため、酸化膜の膜厚が厚くなると、より薄い酸化膜と同量の炭素が含まれていたとしても、その炭素の存在比率は低くなる。 その点で、予め酸化膜が形成されているサンプルｂ，ｃ，ｄでは、放置によって付着した炭素の存在を見落としてしまうおそれがあることに留意する必要がある。 サンプルａは、水素雰囲気での熱処理を行って酸化膜を還元除去しているため、その後の放置で付着した炭素の存在をＸＰＳ測定で検出しやすいと言える。

このように、ＸＰＳ測定では、付着物の同定はできないものの、有機物の存在の可能性については評価することができる。 但し、酸化膜の膜厚によっては精度良く評価することが難しくなる。 また、有機物の存在を考慮して酸化膜の膜厚、さらには放置による膜厚増加量を求めることも難しい。

一方、酸化膜のエリプソメータによる光学的な膜厚測定では、酸化膜の膜厚や付着している有機物の存在も含めて、簡便に膜厚増加量を求めることができる。 エリプソメータによる膜厚測定は、有機物を含み得るモニタ環境の変化を、そのモニタ環境へのシリコンウェーハの放置による酸化膜の膜厚増加量によって把握しようとするときに用いる手法として好適である。

以上説明したように、モニタ環境に放置したシリコンウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚増加量を光学的な膜厚測定によって求めることにより、そのモニタ環境の状態の変化を簡便にかつ適正に把握することができる。 環境モニタ用のシリコンウェーハとしては、モニタ環境によらず、水素雰囲気での熱処理を行ったものが好適であるが、予め酸化膜が形成されているシリコンウェーハによっても、一定のモニタ環境では、その状態の変化を把握することが可能である。

このようにシリコンウェーハを用いた簡便な環境モニタを行うことで、モニタ環境の異常の有無を迅速に把握し、その対策を講じることが可能になる。 そして、モニタ環境の異常が見つかったときに、定性分析や定量分析等、より詳細な分析を行うようにすることで、分析コストを抑えることも可能になる。

なお、分析には、上記のようなＸＰＳ測定のほか、様々な手法を用いることが可能である。 例えば、金属元素を特定するための分析方法としては、ＩＣＰ−ＭＳ法、ＴＸＲＦ法、μ−ＰＣＤ法、ＳＰＶ法等を挙げることができる。 また、有機物を特定するための分析方法としては、ＴＤ−ＧＣ−ＭＳ法、ＷＴＤ−ＧＣ−ＭＳ法等を挙げることができる。

次に、上記のような環境モニタ方法の適用例について説明する。
図１１は半導体製造装置の一例の構成概略図である。
図１１に示す半導体製造装置１０は、クリーンルーム内に設置される。 この半導体製造装置１０は、ウェーハ待機・移載部１１、フィルタ設置部１２、処理チャンバ１３及びＦＯＵＰ設置部１４を有している。

ウェーハ待機・移載部１１は、ＦＯＵＰ設置部１４の近傍、及び処理チャンバ１３との間に、それぞれシャッタ１１ａ，１１ｂを備えている。 ウェーハ待機・移載部１１は、そのシャッタ１１ａの部分に、ウェーハＷが収納されたＦＯＵＰ２０が接続可能になっている。 ウェーハ待機・移載部１１には、ＦＯＵＰ２０と接続され、ＦＯＵＰ２０のシャッタ２０ａ及びウェーハ待機・移載部１１のシャッタ１１ａが開けられているときに、ＦＯＵＰ２０との間でロボットアーム（図示せず）によりウェーハＷの出し入れが行われるようになっている。

ウェーハ待機・移載部１１は、大気圧であり、パーティクル除去フィルタ（図示せず）を備えたフィルタ設置部１２を介して、クリーンルーム大気がダウンフローで流れ込むようになっている。

処理チャンバ１３は、ウェーハ待機・移載部１１のシャッタ１１ｂが開けられているときに、ウェーハ待機・移載部１１との間でロボットアームによりウェーハＷの出し入れが行われるようになっている。

このような構成を有する半導体製造装置１０によるウェーハＷの処理の際には、まず、ＦＯＵＰ設置部１４に設置されたＦＯＵＰ２０がウェーハ待機・移載部１１に接続され、シャッタ１１ａ，２０ａが開けられる。 そして、そのＦＯＵＰ２０から所定スロットのウェーハＷがロボットアームによりウェーハ待機・移載部１１へと搬送される。 その後、シャッタ１１ｂが開けられ、ウェーハＷは、さらにロボットアームにより処理チャンバ１３へと搬送され、シャッタ１１ｂが閉じられた後、そこで処理が行われる。 処理後のウェーハＷは、シャッタ１１ｂが開けられた後、ロボットアームによりＦＯＵＰ２０の元のスロットに戻される。 このようにして、ＦＯＵＰ２０内のウェーハＷについて、次々と処理が行われる。 なお、ＦＯＵＰ２０内の全ウェーハＷの処理後は、シャッタ１１ａ，２０ａが閉じられ、ＦＯＵＰ２０はシャッタ２０ａが閉じられた状態で次工程へと搬送される。

このような半導体製造装置１０において、まず、そのフィルタ設置部１２に、パーティクル除去フィルタと共に、ケミカルフィルタを設けた場合の効果について調査した。
ここでは、膜厚１．２４ｎｍの酸化膜を形成したシリコンウェーハを用い、このシリコンウェーハを、フィルタ設置部１２にケミカルフィルタを設けなかった場合と設けた場合のウェーハ待機・移載部１１にそれぞれ一定時間放置した。 一定時間放置の後、放置したシリコンウェーハ面内の異なる９箇所について酸化膜の膜厚測定を実施した。 結果を次の図１２に示す。

図１２は酸化膜の膜厚の経時変化を示す図である。 図１２には、測定した膜厚の平均値（Ａｖｅ）、最大値（Ｍａｘ）、最小値（Ｍｉｎ）を示している。
フィルタ設置部１２にケミカルフィルタを設けなかった場合には、ウェーハＷのウェーハ待機・移載部１１への１２０分の放置で、０．１２ｎｍの酸化膜の膜厚増加が認められた。 一方、フィルタ設置部１２にケミカルフィルタを設けた場合には、ウェーハＷのウェーハ待機・移載部１１への１２０分の放置でも酸化膜の膜厚増加は０．０２ｎｍ程度であり、膜厚増加量は約１／６に低減された。

このように、ケミカルフィルタは、ウェーハＷの酸化抑制に効果的であるということができる。
但し、このようなケミカルフィルタは、その設置環境にもよるが、そのフィルタ性能が設置後から次第に劣化していき、一定レベルのフィルタ性能を確保するためには、一般的にその寿命は２年程度とされている。 半導体製造装置１０において、設置したケミカルフィルタの劣化が進むと、ウェーハ待機・移載部１１のウェーハＷや、ウェーハ待機・移載部１１と連通しているＦＯＵＰ２０内のウェーハＷが酸化し、処理チャンバ１３で所望の処理が行えないといったことが起こり得る。 また、処理チャンバ１３で処理後のウェーハＷがＦＯＵＰ２０に戻された後に酸化してしまうといったことも起こり得る。

そこで、このようなケミカルフィルタの劣化がウェーハ待機・移載部１１内の環境に及ぼす影響について検討した。
まず、半導体製造装置１０を用い、フィルタ設置部１２に設置から２年経過したケミカルフィルタを設けている場合と、設置から半年未満のケミカルフィルタを設けている場合のそれぞれについて、２５枚のシリコンウェーハの水素雰囲気での熱処理を連続的に行った。

即ち、まず、２５枚のシリコンウェーハを収納したＦＯＵＰ２０をウェーハ待機・移載部１１に接続し、シャッタ１１ａ，２０ａを開ける。 そのＦＯＵＰ２０から、所定スロットのシリコンウェーハを、ウェーハ待機・移載部１１、処理チャンバ１３へと順に搬送し、そこで水素雰囲気での熱処理を行う。 そして、その熱処理後のシリコンウェーハを、処理チャンバ１３からＦＯＵＰ２０の元のスロットへと搬送する。 次いで、ＦＯＵＰ２０内の別のスロットのシリコンウェーハについて、同様に水素雰囲気での熱処理を行い、熱処理後は、そのシリコンウェーハを元のスロットに戻す。 このようにして、ＦＯＵＰ２０内のシリコンウェーハについて、次々と水素雰囲気での熱処理を行っていき、全シリコンウェーハの熱処理後、シャッタ１１ａ，２０ａを閉じる。

この熱処理の間、ウェーハ待機・移載部１１にはフィルタ設置部１２を介してクリーンルームの大気が流入している。 そして、上記のような手順で熱処理を行った場合には、その熱処理の順番が早かったシリコンウェーハほど、クリーンルームの大気が流入するウェーハ待機・移載部１１と連通状態にあるＦＯＵＰ２０内に長く放置されることになる。

上記のような２５枚のシリコンウェーハの熱処理には、１０３分程度を要した。 そして、２５枚のシリコンウェーハの熱処理を行った後、直ちにシリコンウェーハの酸化膜の膜厚測定を実施した。 膜厚測定は、熱処理の順番が１〜５，１０，１５，２０，２２〜２５番目だったシリコンウェーハについて実施した。 また、各シリコンウェーハについて、その面内の異なる９箇所の膜厚測定を実施した。 結果を次の図１３に示す。

図１３は膜厚測定結果を示す図である。 図１３には、半導体製造装置１０のケミカルフィルタが設置から半年未満の場合と２年経過している場合のそれぞれの熱処理後に測定した膜厚の平均値（Ａｖｅ（半年未満），Ａｖｅ（２年経過））、最大値（Ｍａｘ（半年未満），Ｍａｘ（２年経過））、最小値（Ｍｉｎ（半年未満），Ｍｉｎ（２年経過））を示している。

図１３より、フィルタ設置部１２に設置から２年経過したケミカルフィルタを設けている半導体製造装置１０を用いた場合には、水素雰囲気での熱処理の順番が早かったものほど酸化膜の膜厚が厚くなる傾向が認められる。 これは、設置から２年経過したケミカルフィルタでは、そのフィルタ性能が劣化しており、さらに、上記のように熱処理の順番が早かったシリコンウェーハほどクリーンルーム大気に長く曝されるようになるためである。

一方、図１３より、フィルタ設置部１２に設置から半年未満のケミカルフィルタを設けている半導体製造装置１０を用いた場合には、熱処理の順番と酸化膜の膜厚との間に、一定の傾向は認められない。 ケミカルフィルタが一定レベルのフィルタ性能を維持していれば、熱処理の順番が早かったシリコンウェーハでも、ケミカルフィルタを通過したクリーンルーム大気に多少曝されても、酸化膜の形成は抑えられるようになる。

なお、図１３に示したように、いずれのケミカルフィルタを用いた場合にも、熱処理の順番が遅かったシリコンウェーハの酸化膜の膜厚は同程度であることから、この熱処理による還元能力の差は同程度であるということができる。

このように、ケミカルフィルタの劣化は、ウェーハ待機・移載部１１内の環境を変化させる。 換言すれば、ウェーハ待機・移載部１１内の環境の変化をモニタすることにより、フィルタ設置部１２のケミカルフィルタが劣化しているか否かを評価することが可能になる。

例えば、半導体製造装置１０がウェーハＷに対して成膜処理等の所定の処理を行うものである場合、モニタ環境であるウェーハ待機・移載部１１内の適当な場所に、水素雰囲気で熱処理を行ったシリコンウェーハを環境モニタ用に配置しておく。 例えば、横置きに、即ちフィルタ設置部１２からのクリーンルーム大気がそのシリコンウェーハ表面に概ね法線方向から衝突するような位置に、配置する。 そして、所定の日数、月数、年数、或いは所定の処理回数等、一定時間の経過（放置）後に、そのシリコンウェーハの酸化膜の膜厚測定を実施し、その一定時間での膜厚増加量を求め、その膜厚増加量に基づいてケミカルフィルタの劣化の程度を評価する。

評価にあたっては、例えば、図１３のようなデータや、図２のような放置時間と膜厚増加量との関係等を用い、ケミカルフィルタが一定レベルのフィルタ性能を維持している場合に一定時間の放置で許容される酸化膜の膜厚増加量の値（閾値）を予め設定しておく。 そして、ウェーハ待機・移載部１１内に設置して一定時間経過後のシリコンウェーハについて実測した酸化膜の膜厚増加量を、予め設定した膜厚増加量の閾値と比較する。 膜厚増加量の実測値が閾値を上回る場合には、モニタ環境であるウェーハ待機・移載部１１内が正常な状態になく、即ちケミカルフィルタが劣化していると判定することができる。

ケミカルフィルタの劣化が認められた場合には、半導体製造装置１０のケミカルフィルタを交換する等の対策を講じるようにすればよい。
なお、環境モニタ用のシリコンウェーハとしては、例示した水素雰囲気で熱処理を行ったもののほか、予め所定膜厚の酸化膜を形成したものを用いることも可能であり、同様にしてケミカルフィルタの劣化の程度を評価することが可能である。

また、環境モニタ用のシリコンウェーハは、ウェーハ待機・移載部１１内に、横置きのほか、縦置きで配置しても構わない。 その場合は、閾値設定に当たり、環境モニタ用のシリコンウェーハと同条件で配置したシリコンウェーハについて、モニタ環境が正常であるときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量の関係を取得しておけばよい。

また、シリコンウェーハの酸化膜の膜厚測定を実施する場合には、その面内の複数箇所の膜厚測定を実施すると、酸化膜の膜厚の面内分布が得られるため、その面内分布から、大気の流れや不純物の流れ等を推定することも可能になる。

ここではウェーハ待機・移載部１１内に環境モニタ用のシリコンウェーハを設置する場合を例示したが、このような環境モニタ用のシリコンウェーハは、ＦＯＵＰ２０内や、クリーンルームへの大気供給を行っている部分等にも設置可能である。 いずれに環境モニタ用のシリコンウェーハを設置する場合でも、その設置場所に正常時に放置したときの酸化膜の膜厚増加傾向に関する情報を予め取得しておき、その情報を基に閾値を設定しておく。 そして、そのシリコンウェーハの一定時間の放置による膜厚増加量の実測値を、設定した閾値と比較し、そのシリコンウェーハの設置環境が正常な状態にあるか否かを判定すればよい。

続いて、上記のようなケミカルフィルタを備える半導体製造装置１０を用いた半導体装置の製造方法の具体例について説明する。
図１４は素子分離絶縁膜形成工程の要部断面模式図、図１５は第１シリコン酸化膜形成工程の要部断面模式図、図１６は第２シリコン酸化膜形成工程の要部断面模式図、図１７は窒化処理工程の要部断面模式図、図１８はゲート加工工程の要部断面模式図、図１９は不純物拡散領域及びサイドウォール絶縁膜形成工程の要部断面模式図である。

まず、図１４に示すように、ウェット洗浄後のシリコンウェーハ（シリコン基板）３０に、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法を用い、第１，第２素子領域４０，５０を画定する素子分離絶縁膜３１を形成する。

次いで、温度８００℃のパイロジェニック酸化を行い、図１５に示すように、シリコン基板３０の第１素子領域４０上に第１シリコン酸化膜４１を形成する。 さらに、温度９００℃の熱酸化を行い、図１６に示すように、シリコン基板３０の第２素子領域５０上に第２シリコン酸化膜５１を、例えば膜厚１ｎｍで形成する。 この第２シリコン酸化膜５１の形成時には、先に形成した第１シリコン酸化膜４１も酸化されて厚くなる。 第２シリコン酸化膜５１形成後の第１シリコン酸化膜４１の膜厚は、例えば７ｎｍとする。

これら第１，第２シリコン酸化膜４１，５１の形成には、上記の半導体製造装置１０のような構成を有する薄膜形成装置を用いることができる。 即ち、上記の例に従い、ＦＯＵＰからシリコン基板３０をウェーハ待機・移載部、処理チャンバへと順に搬送し、そこで第１シリコン酸化膜４１の形成、又は第２シリコン酸化膜５１の形成を行う。 そして、第１シリコン酸化膜４１の形成後、又は第２シリコン酸化膜５１の形成後、そのシリコン基板３０を元のＦＯＵＰに戻す。

このような薄膜形成装置を用いた薄い第１，第２シリコン酸化膜４１，５１の形成においては、処理チャンバ外でのシリコン基板３０の僅かな酸化や有機物付着でも、第１，第２シリコン酸化膜４１，５１の形成自体、或いはそれ以後の工程やデバイス性能に影響し得る。 そこで、ケミカルフィルタを通してウェーハ待機・移載部にクリーンルーム大気を流入させるようにし、さらに、ウェーハ待機・移載部には、上記のように、予め水素雰囲気で熱処理を行ったシリコンウェーハを環境モニタ用に設置しておく。 そして、一定時間後のそのシリコンウェーハについて酸化膜の膜厚測定を実施し、その測定結果を所定の閾値と比較することで、フィルタ設置部のケミカルフィルタの劣化の程度を評価する。

一定時間放置後のシリコンウェーハの膜厚測定結果からケミカルフィルタの劣化が認められたときには、ケミカルフィルタの交換等の措置を講じ、所定膜厚の第１，第２シリコン酸化膜４１，５１を安定して形成する。

第１，第２シリコン酸化膜４１，５１の形成後は、プラズマ窒化処理を行うことにより、図１７に示すように、第１，第２シリコン酸化膜４１，５１をそれぞれ第１，第２シリコン酸窒化膜４１ａ，５１ａに変化させる。 プラズマ窒化処理は、例えば、ＲＦ電力を５００Ｗとして窒素プラズマを励起し、室温、２０ｍＴｏｒｒの条件で、第１，第２シリコン酸化膜４１，５１に活性窒素を導入することで行う。

プラズマ窒化処理後には、ポストアニール処理を行う。 ポストアニール処理では、例えば、１０００℃程度の減圧酸素雰囲気中での酸化アニール（ＲＴＯ）と、１０５０℃程度の窒素雰囲気中での急速昇温アニール（ＲＴＡ）とを続けて行う。 その後、そのシリコン基板３０を冷却する。

ポストアニール処理後は、全面にポリシリコンを堆積し、エッチングにより所定をゲート加工を行うことで、図１８に示すように、第１，第２シリコン酸窒化膜４１ａ，５１ａからなるゲート絶縁膜、及びポリシリコンからなる第１，第２ゲート電極４２，５２を形成する。

第１，第２ゲート電極４２，５２の形成後は、図１９に示すように、第１，第２低濃度不純物拡散領域（エクステンション領域）４３，５３、サイドウォール絶縁膜４４，５４、及び第１，第２高濃度不純物拡散領域４５，５５を順に形成する。

これにより、シリコン基板３０に２種類のＭＯＳトランジスタが形成される。 その後は、常法に従い、必要な層間絶縁膜や配線等の形成を行い、半導体装置を完成させるようにすればよい。

なお、ここでは上記のケミカルフィルタを備えた半導体製造装置１０のような構成を、第１，第２シリコン酸化膜４１，５１を形成する薄膜形成装置に適用した場合について例示した。 このほか、上記の半導体製造装置１０のような構成は、他の工程で用いる装置にも同様に適用することが可能であり、また、同様にして環境モニタを行うことが可能である。

例えば、上記製造方法におけるポストアニール処理には、上記の半導体製造装置１０のような構成を有する熱処理装置を用いることができる。 その場合、上記の例に従い、ＦＯＵＰからシリコン基板３０をウェーハ待機・移載部、処理チャンバへと順に搬送し、そこでポストアニール処理を行い、処理後、シリコン基板３０を元のＦＯＵＰに戻す。 ウェーハ待機・移載部には、環境モニタ用のシリコンウェーハを設置しておき、一定時間後のそのシリコンウェーハの酸化膜の膜厚測定結果を所定の閾値と比較することで、フィルタ設置部のケミカルフィルタの劣化の程度を評価する。

このほか、上記の半導体製造装置１０のような構成は、ウェット洗浄を行う洗浄装置、ポリシリコンや絶縁膜の形成を行う成膜装置、ゲート加工を行うエッチング装置等にも同様に適用可能である。

なお、以上の説明では、環境モニタ用のシリコンウェーハに予め酸化膜を形成する場合の形成方法として熱酸化法を例示したが、このほか、ウェット酸化により所定膜厚の酸化膜を形成するようにしてもよい。 ウェット酸化には、例えば、アンモニアと過酸化水素を含有する水溶液（ＳＣ１）や、塩酸と過酸化水素を含有する水溶液（ＳＣ２）等を用いることが可能である。

また、以上の説明では、水素雰囲気での熱処理によってシリコンウェーハ表面の酸化膜除去と表面の水素終端を行う方法を例示したが、フッ酸溶液等を用いたウェット処理によってそのような酸化膜除去と水素終端を行うようにしてもよい。

ところで、環境モニタ用のシリコンウェーハを半導体製造装置内に放置するような場合には、その後の膜厚測定に際し、そのモニタ環境と異なる雰囲気に曝すことなく、ＦＯＵＰ等の密閉性に優れた容器に収納できるようにしておくことが好ましい。 その場合は、その容器ごとエリプソメータ等の膜厚測定用の装置まで運び、そこで容器を開放してシリコンウェーハを取り出し、膜厚測定を実施するようにすればよい。

環境モニタ用のシリコンウェーハをクリーンルーム内の適所に放置するような場合には、開放状態のＦＯＵＰ内に配置した状態で放置し、その後の膜厚測定に際し、ＦＯＵＰを密閉状態にして膜厚測定用の装置まで運び、そこで膜厚測定を実施するようにすればよい。

環境モニタ用のシリコンウェーハを半導体製造装置内に配置する場合やＦＯＵＰ等の容器内に配置する場合には、その配置の仕方にも留意する。 例えば、環境モニタ用のシリコンウェーハ表面が、半導体製造装置内の大気の流れ方向に対して垂直或いは平行になるように配置する。 また、ＦＯＵＰ等の容器内に配置する場合には、その容器内における位置や、その容器内に収納される別のシリコンウェーハとの配置関係（間隔）等によって容器内の大気の流れが変わる可能性があるため、それらを考慮して配置する。 いずれの配置とする場合でも、閾値設定に当たっては、環境モニタ用のシリコンウェーハと同条件で配置したシリコンウェーハについて、モニタ環境が正常であるときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量の関係を取得しておけばよい。

以上説明した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） ウェーハをモニタ環境下に一定時間放置する工程と、
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程と、
を有することを特徴とする環境モニタ方法。

（付記２） 前記モニタ環境下への放置前に、前記ウェーハ表面を還元すると共に水素終端させる工程を有することを特徴とする付記１記載の環境モニタ方法。
（付記３） 前記ウェーハを水素雰囲気で熱処理することによって前記ウェーハ表面を還元すると共に水素終端させることを特徴とする付記２記載の環境モニタ方法。

（付記４） 前記モニタ環境下へ放置する前記ウェーハに対して酸化膜の膜厚測定を実施する工程を有し、
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程では、放置後の前記ウェーハに対して酸化膜の膜厚測定を実施し、放置前後の酸化膜の膜厚測定結果から、放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求めることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の環境モニタ方法。

（付記５） 放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求める工程では、放置後の前記ウェーハに対して酸化膜の膜厚測定を実施し、放置後の酸化膜の膜厚測定結果により、放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を求めることを特徴とする付記２又は３に記載の環境モニタ方法。

（付記６） 前記ウェーハに対し、エリプソメータを用いて酸化膜の膜厚測定を実施することを特徴とする付記４又は５に記載の環境モニタ方法。
（付記７） 前記ウェーハを前記モニタ環境下に放置する時間と、放置することによって前記ウェーハ表面に形成される酸化膜の膜厚との関係に基づき、前記モニタ環境で許容される酸化膜の膜厚増加量を予め設定する工程と、
放置することによって前記ウェーハ表面に形成された酸化膜の膜厚を、予め設定された前記膜厚増加量と比較し、前記モニタ環境が正常か否かを判定する工程と、
を有することを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の環境モニタ方法。

（付記８） 前記環境モニタが異常と判定された場合に、前記ウェーハについて定性分析又は定量分析を行うことを特徴とする付記７記載の環境モニタ方法。
（付記９） 前記モニタ環境は、クリーンルーム内の空間であることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の環境モニタ方法。

（付記１０） 前記モニタ環境は、半導体製造装置内の空間であることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の環境モニタ方法。
（付記１１） 前記ウェーハは、シリコンウェーハであることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の環境モニタ方法。

環境モニタ方法のフローの一例を示す図である。

サンプルａをモニタ環境ｘ，ｙ，ｚに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。

サンプルｂをモニタ環境ｘ，ｙ，ｚに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。

サンプルｃをモニタ環境ｘ，ｙ，ｚに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。

サンプルｄをモニタ環境ｘ，ｙ，ｚに放置したときの放置時間と酸化膜の膜厚増加量との関係を示す図である。

ＸＰＳ測定結果を示す図である。

サンプルｂのＸＰＳ測定結果から得られた酸化膜の膜厚とエリプソメータで測定された酸化膜の膜厚との比較を示す図である。

サンプルｃのＸＰＳ測定結果から得られた酸化膜の膜厚とエリプソメータで測定された酸化膜の膜厚との比較を示す図である。

ＸＰＳ測定結果の一例を示す図である。

サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄの炭素の存在比率を示す図である。

半導体製造装置の一例の構成概略図である。

酸化膜の膜厚の経時変化を示す図である。

膜厚測定結果を示す図である。

素子分離絶縁膜形成工程の要部断面模式図である。

第１シリコン酸化膜形成工程の要部断面模式図である。

第２シリコン酸化膜形成工程の要部断面模式図である。

窒化処理工程の要部断面模式図である。

ゲート加工工程の要部断面模式図である。

不純物拡散領域及びサイドウォール絶縁膜形成工程の要部断面模式図である。

符号の説明

１０ 半導体製造装置 １１ ウェーハ待機・移載部 １１ａ，１１ｂ，２０ａ シャッタ １２ フィルタ設置部 １３ 処理チャンバ １４ ＦＯＵＰ設置部 ２０ ＦＯＵＰ
３０ シリコン基板 ３１ 素子分離絶縁膜 ４０，５０ 第１，第２素子領域 ４１，５１ 第１，第２シリコン酸化膜 ４１ａ，５１ａ 第１，第２シリコン酸窒化膜 ４２，５２ 第１，第２ゲート電極 ４３，５３ 第１，第２低濃度不純物拡散領域 ４４，５４ サイドウォール絶縁膜 ４５，５５ 第１，第２高濃度不純物拡散領域