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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren.
Insbesondere wird die vorliegende Erfindung für eine hochempfindliche Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse
verwendet.
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2. Stand der Technik
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Bei
einer Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse
werden angeregte Röntgenstrahlen
unter einer Totalreflexionsbedingung auf die Oberfläche eines
Subjektes einfallen gelassen, und Röntgenfluoreszenz, die von einer
Verunreinigung in der Oberfläche
des Subjektes emittiert wird, wird von einem Halbleiterdetektor
detektiert, der über
dem Subjekt angeordnet ist, wodurch eine sehr geringe Menge eines
Verunreinigungselementes auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats
mit einer hohen Empfindlichkeit analysiert wird, und die Streuung
von angeregten Röntgenstrahlen
und die Einflüsse
von Röntgenfluoreszenz,
welche von der Hauptmasse des Subjektes emittiert wird, minimiert
wird.
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Um
die Verunreinigungen auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats
mit einer hohen Empfindlichkeit zu analysieren, werden auch chemische Analyseverfahren
wie WSA (Wafer Surface Analysis, Wafer-Oberflächenanalyse) oder VPD (Wafer
Phase Decomposition, Dampfphasenzerlegung) in großem Umfang
verwendet. Bei der WSA wird eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats
einem saurem Dampf ausgesetzt, um eine Oxidschicht aufzulösen, und
die Oberfläche
des Substrats wird mit einer geringen Menge einer sauren Lösung abgefahren
bzw. gescannt, um Verunreinigungen auf der Oberfläche und der
Oxidschicht in die Lösung
aufzunehmen. Die Konzentration der Verunreinigung in der Lösung wird unter
Verwendung von atomarer Absorptionsspektrometrie (AAS), Plasmaemissionsmassenspektrometrie
(Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy) (ICP-MS)) und dergleichen
gemessen, um die Verunreinigungen auf der Substratoberfläche zu analysieren.
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In
letzter Zeit wurde ein ultra-hochempfindliches Verunreinigungs-Analyseverfahren
verfügbar, wie
es in den
Japanischen Patenten
Nr. 2,604,037 und
3,249,316 offenbart
ist, bei dem eine Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse und
die WSA kombiniert werden. Bei solch einem Verfahren wird eine Lösung, die
eine Verunreinigung enthält,
auf einem Spiegelsubstrat getrocknet, und ein getrockneter Rückstand
wird unter Verwendung der Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse
gemessen. Unter Verwendung dieses ultra-hochempfindlichen Verunreinigungsanalyseverfahrens
ist es ohne besonders Können
oder Erfahrung möglich,
eine ultra-hochempfindliche
Analyse durchzuführen,
die vergleichbar ist mit WSA unter Verwendung von ICP-MS.
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Wenn
jedoch die in dem
Japanischen
Patent Nr. 2,604,037 offenbarte Technik verwendet wird,
ist es notwendig, eine Verunreinigungs-Sammellösung zu konzentrieren und zu
trocknen, um in einem Bereich zu sein, der von einem Halbleiterdetektor
unter Bedingungen, die das Totalreflexionskriterium erfüllen, detektierbar
ist. Darüber
hinaus besteht die Neigung, dass die Empfindlichkeit infolge von
Einflüssen der
Absorption und der Streuung von Röntgenfluoreszenz verringert
wird, die durch die Silizium-Matrix, welche
in der Sammellösung
enthalten ist, verursacht werden. Dementsprechend sind gegenwärtig die
Subjekte, die unter Verwendung dieser Technik gemessen werden können, sehr
begrenzt. Wenn das Verfahren, das in dem
Japanischen Patent Nr. 3,249,316 offenbart
ist, verwendet wird, bestehen Probleme darin, dass, wenn als Vorbehandlung
vor dem Durchführen
einer Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse
nur das Aussetzen gegenüber
dem saurem Dampf durchgeführt
wird, die Vorbehandlung stark von dem Oberflächenzustand des Substrats abhängig ist,
wodurch die Messergebnisse variieren, und da der Analysebereich
klein ist, wird die Empfindlichkeit um eine oder zwei Größenordnungen
verringert im Vergleich zu einem Fall, in dem das Abfahren (bzw.
Scannen) und das Sammeln unter Verwendung der sauren Lösung nach
dem Aussetzen durchgeführt
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet: ein Halbleitersubstrat
einem saurem Dampf auszusetzen; das Abfahren und das Sammeln einer
Verunreinigung auf einer Fläche
des Halbleitersubstrats, welches dem sauren Dampf ausgesetzt wurde,
mit einer sauren Lösung;
das Konzentrieren und Trocknen der bei dem Abfahren und Sammeln
verwendeten sauren Lösung
auf einem Substrat, welches eine Spiegelfläche hat, um die saure Lösung in
ein konzentriertes und getrocknetes Objekt zu verändern; das Ändern des
konzentrierten und getrockneten Objektes in ein partikelähnliches
konzentriertes Objekt unter Verwendung einer Säure und die Analyse des partikelähnlichen
konzentrierten Objektes unter Verwendung einer Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalysevorrichtung.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1A und 1B zeigen
Analyseschritte bei einem Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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2A bis 2C zeigen
Analyseschritte bei dem Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
einen Analyseschritt bei dem Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
einen Analyseschritt bei einem Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
ein Graph, der die Abhängigkeit
einer charakteristischen Röntgenstrahlung
von einem Einfallswinkel zeigt, wobei die charakteristische Röntgenstrahlung
von einer Verunreinigung stammt, die in einem getrockneten Rückstand
bei der ersten Ausführungsform
enthalten ist.
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6 ist
ein Graph, der die Abhängigkeit
der charakteristischen Röntgenstrahlung
von dem Einfallswinkel zeigt, wobei die charakteristische Röntgenstrahlung
von einer Verunreinigung stammt, die in einem getrockneten Rückstand
bei der ersten Ausführungsform
enthalten ist.
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7 ist
ein Graph, der die Abhängigkeit
der charakteristischen Röntgenstrahlung
vom Einfallswinkel in Fällen
zeigt, die jeweils einen unterschiedlichen Anhaftungszustand der
Verunreinigung aufweisen.
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8A und 8B zeigen
Analyseschritte bei einem Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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9A und 9B zeigen
Analyseschritte bei dem Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt
einen Analyseschritt bei dem Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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11 zeigt
einen Analyseschritt bei dem Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 zeigt
einen Analyseschritt bei dem Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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13A bis 13C erläutern schematisch den
Anhaftungszustand des getrockneten Rückstandes bei der zweiten Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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(Erste Ausführungsform)
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Ein
Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf 1A bis 7 beschrieben. 1A bis 4 zeigen
schematisch Analyseschritte des Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahrens
dieser Ausführungsform. 5 und 6 sind Graphen,
die die Abhängigkeit
der charakteristischen Röntgenstrahlung
der Verunreinigungen, die in den getrockneten Rückständen enthalten sind, von dem Einfallswinkel
zeigen. 7 ist ein Graph, der die Abhängigkeit
der charakteristischen Röntgenstrahlung von
dem Einfallswinkel zeigt, wenn der Anhaftungszustand verändert wird.
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Zuerst
wird, wie in 1A gezeigt ist, ein Halbleitersubstrat 2,
auf dem eine Eigenoxidschicht 4 ausgebildet ist, in einem
luftdichten Behälter
angeordnet, welcher aus einem Fluor enthaltendem Harz 20 besteht.
Dann wird Fluorwasserstoffgas 25 in den luftdichten Behälter aus
Fluor enthaltendem Harz 20 aus einem Einlassrohr 22 eingeführt, wodurch
eine Fläche
des Halbleitersubstrats 2 einer Fluorwasserstoffatmosphäre für eine Stunde
ausgesetzt wird. In diesem Fall fließt das Fluorwasserstoffgas
immer durch den luftdichten Behälter
aus Fluor enthaltendem Harz 20, und es wird von einem Auslassrohr 24 entlassen.
Indem die Fläche
des Halbleitersubstrats 2 der Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre für eine Stunde
ausgesetzt wird, wird die Eigenoxidschicht auf dem Halbleitersubstrat 2 gelöst, um eine
gelöste
Eigenoxidschicht 4A zu bilden, wie in 1B gezeigt ist.
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Als
nächstes
wird das Halbleitersubstrat 2 mit der gelösten Eigenoxidschicht 4A aus
dem luftdichten Behälter
aus Fluor enthaltendem Harz 20 entnommen. Danach wird eine
Sammellösung
von 200 μL,
welche Fluorwasserstoff in einer Konzentration von 2 Gew.-% und
H2O2 in einer Konzentration von
2 Gew.-% enthält,
auf das Halbleitersubstrat 2 geträufelt, wodurch ein Sammeltröpfchen 6 auf
dem Halbleitersubstrat 2 gebildet wird, wie in 2A gezeigt
ist. Die Fläche
des Halbleitersubstrats 2 wird mit dem Sammeltröpfchen 6 abgefahren,
um Verunreinigungen auf der Fläche
des Halbleitersubstrats 2 und in der Eigenoxidschicht 4A in
dem Sammeltröpfchen 6 aufzunehmen,
wie in 2B gezeigt ist. Nachdem das
Abfahren bzw. Scannen beendet ist, wird das Sammeltröpfchen 6 mit
einer Infrarotlampe 30 bestrahlt, um das Sammeltröpfchen 6 auf
dem Halbleitersubstrat 2 zu erwärmen und zu trocknen, um einen getrockneten
Rückstand 8 zu
bilden, wie in 2C gezeigt ist.
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Dann
wird, wie in 3 gezeigt ist, das Halbleitersubstrat 2,
auf dem der getrocknete Rückstand 8 ausgebildet
ist, wieder in den luftdichten Behälter 20 gesetzt, und
ein Fluorwasserstoffgas 25 wird in diesen geleitet, um
das Halbleitersubstrat 2 einer Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre für zehn Minuten
auszusetzen. Danach wird, wie in 4 gezeigt
ist, der getrocknete Rückstand 8 mit
Totalreflexions-Röntgenfluoreszenz 45 bestrahlt,
um unter Verwendung einer Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalysevorrichtung
eine Verunreinigungskonzentration des getrockneten Rückstandes 8 zu
messen.
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In 5 zeigt
eine charakteristische Kurve g1 die Abhängigkeit
der Ni-Ka-Intensität
vom Einfallswinkel, wobei Ni-Ka in dem getrockneten Rückstand 8 enthalten
ist, nachdem dieser einer Wärme-
und Trockenoperation unter Verwendung der Infrarotlampe 30 unterzogen
wurde. Die Intensität
der Röntgenstrahlung
ist auf der Seite der geringeren Einfallswinkel geringer, und sie
steigt um den kritischen Winkel ϕcrit herum rapide an.
Dies bedeutet, dass die Form des anhaftenden Ni eine Plattenform
ist, wie an Hand der charakteristischen Kurven g3 und
g4 in 7 verständlich wird.
In 7 zeigt die charakteristische Kurve g3 die
Abhängigkeit
der charakteristischen Röntgenstrahlung
von dem Einfallswinkel, wenn eine Verunreinigung in einer Plattenform
an dem Halbleitersubstrat 2 anhaftet, und die charakteristische
Kurve g4 zeigt die Abhängigkeit der charakteristischen Röntgenstrahlung
vom Einfallswinkel, wenn eine Verunreinigung in einer Partikelform
an dem Halbleitersubstrat 2 anhaftet. Wenn die Form der
anhaftenden Verunreinigung eine Plattenform ist, wird die Röntgenstrahlungs-Intensität um den
kritischen Winkel ϕcrit des Einfallswinkels herum maximal,
wie durch die charakteristische Kurve g3 repräsentiert
wird, und wenn die Form eine Partikelform ist, nimmt die Intensität der Röntgenstrahlung
mit zunehmendem Einfallswinkel nach und nach ab, mit Ausnahme des
kritischen Winkels ϕcrit, um welchen herum die Intensität der Röntgenstrahlung
mit zunehmendem Einfallswinkel rapide abnimmt, wie durch die charakteristische
Kurve g4 repräsentiert wird.
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Die
charakteristische Kurve g2 von 5 zeigt
die Abhängigkeit
der Ni-Ka-Intensität
von dem Einfallswinkel, nachdem der getrocknete Rückstand 8 der
Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre ausgesetzt wurde.
Die Spitze der charakteristischen Kurve g2 ist, verglichen
mit der charakteristischen Kurve g1, bei der
der getrocknete Rückstand 8 getrocknet
ist, zur Seite der geringeren Einfallswinkel hin verschoben, und
außerdem
ist der Ni-Ka-Intensitätswert der
Spitze niedriger. Dies bedeutet, dass die Form des anhaftenden Ni
einer Partikelform nahe kommt, welche durch die charakteristische
Kurve g4 von 7 repräsentiert
wird.
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Auf ähnliche
Weise zeigt 6 die Charakteristika der Abhängigkeit
des Na vom Einfallswinkel. Die charakteristische Kurve g5 von 6 repräsentiert
die Abhängigkeit
der Na-Intensität vom Einfallswinkel,
wobei das Na in dem getrockneten Rückstand 8 enthalten
ist, nachdem dieser durch die Infrarotlampe 30 getrocknet
wurde. Die charakteristische Kurve g7 repräsentiert
das Rauschen (Intensität
der Hintergrund-Röntgenstrahlung)
zu diesem Zeitpunkt. Die charakteristische Kurve g6 repräsentiert
die Abhängigkeit
der Na-Intensität
vom Einfallswinkel, nachdem das Substrat der Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre ausgesetzt
wurde, und die charakteristische Kurve g8 repräsentiert
das Rauschen (Intensität
der Hintergrund-Röntgenstrahlung)
zu diesem Zeitpunkt. Es ist den charakteristischen Kurven g5 und g6 von 6 klar
zu entnehmen, dass die Form der Verunreinigung, die an dem Substrat
anhaftet, in eine Partikelform verändert wird, nachdem sie dem
Fluorwasserstoffgas ausgesetzt wurde.
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Die
Partikelform der Verunreinigungen, welche an dem Substrat anhaften,
hat die folgenden zwei Vorteile.
- 1) Da die
Analysegenauigkeit verbessert wird, wird die Abhängigkeit der Intensität der charakteristischen
Röntgenstrahlung
von dem Einfallswinkel verringert, so dass die Fluktuationen in
einem Messsystem den Röntgenstrahlungs-Einfallswinkel nicht
wesentlich verändern.
- 2) Da der Rauschabstand („S/N
ratio”)
verbessert wird, kann die Analyseempfindlichkeit verbessert werden.
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Bei
der Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse
wird, je geringer der Einfallswinkel ist, wenn Röntgenstrahlung einfallen gelassen
wird, desto mehr das Rauschen verringert, und die Analyseempfindlichkeit
wird verbessert. Die Verhältnisse
Signal/Rauschen („S/N
ratios”)
des Einfallswinkels α1 und
des Einfallswinkels α2
betragen 25 bzw. 7, wenn sie unter Verwendung von Daten berechnet
werden, die gesammelt werden, nachdem das Substrat der Trockenoperation
ausgesetzt wurde, wie sie durch die charakteristische Kurve von
g5 von 6 repräsentiert
werden. Somit wird mit dem geringeren Einfallswinkel (Einfallswinkel
= α1) die
Empfindlichkeit um eine Größenordnung
verbessert. Wenn jedoch ein geringerer Einfallswinkel gewählt wird,
besteht der Nachteil, dass die Signalintensität ebenfalls verringert wird.
Wenn die Form der anhaftenden Verunreinigung eine Partikelform ist,
wird die Signalintensität
bei einem geringeren Einfallswinkel erhöht. Dadurch, dass das Substrat
dem Fluorwasserstoffgas ausgesetzt wird, wodurch die Form der anhaftenden Verunreinigung
optimiert wird, ist es möglich,
den Rauschabstand (das Verhältnis
Signal/Rauschen) signifikant auf 87 zu verbessern (wenn der Einfallswinkel α1 von 6 ist).
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Wie
oben beschrieben wurde, ist es gemäß dieser Ausführungsform
dadurch, dass der anhaftende Rückstand
dem Fluorwasserstoffgas ausgesetzt wird, möglich, die Form der Verunreinigung,
welche an dem Halbleitersubstrat anhaftet, in eine Partikelform
zu ändern,
wodurch der Rauschabstand verbessert wird, wenn ein Röntgenstrahl
unter einem geringeren Einfallswinkel eingestrahlt wird. Da die
Verbesserung des Rauschabstandes nicht von der Art der Probe und
dem Oberflächenzustand
der Probe abhängt,
ist es möglich,
ein Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
mit einer hohen Empfindlichkeit zu erhalten.
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Obwohl
in dieser Ausführungsform
das Halbleitersubstrat einer Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre für eine Stunde
ausgesetzt wird, wird die Zeit des Aussetzens natürlich bestimmt
durch die Art und die Dicke eines dünnen Filmes, der auf der Fläche des Substrates
ausgebildet ist.
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Obwohl
in dieser Ausführungsform
die Sammellösung
Fluorwasserstoff (Fluorwasserstoffsäure) und eine Wasserstoffperoxidlösung enthält, kann
die Sammellösung
mindestens eine der folgenden Substanzen enthalten: Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, eine
Wasserstoffperoxidlösung,
Schwefelsäure,
Phosphorsäure
und Ozon. Obwohl in dieser Ausführungsform
der getrocknete Rückstand
der Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre
einmal ausgesetzt wird, ist es darüber hinaus möglich, ihn
dieser zweimal oder öfter
auszusetzen.
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Obwohl
in dieser Ausführungsform
Fluorwasserstoffgas (Fluorwasserstoffsäure-Gas) als Atmosphäre verwendet
wird, welcher der getrocknete Rückstand
ausgesetzt ist, kann ferner derselbe Effekt mit einem sauren Dampf
erzielt werden, der z. B. zumindest eine der folgenden Substanzen
enthält:
Salpetersäure,
Chlorwasserstoffsäure,
eine Wasserstoffperoxydlösung,
Schwefelsäure,
Phosphorsäure und
Ozon.
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Obwohl
in dieser Ausführungsform
die Trocknungsoperation und die Operation des Aussetzens gegenüber dem
Fluorwasserstoffgas nach der Operation des Abfahrens (Scannens)
und Sammelns durchgeführt
werden, ist es darüber
hinaus möglich, eine
saure Lösung
nach der Trocknungsoperation zuzufügen, und eine weitere Trocknungsoperation durchzuführen. Die
Operation des Zufügens
der sauren Lösung
und die Trocknungsoperation kann mehrere Male wiederholt werden.
Durch das Wiederholen des Zufügens
und des Trocknens einer sauren Lösung
ist es möglich,
die Matrixelemente wie beispielsweise Silizium zu entfernen, um
das Streuen von Röntgenstrahlen
infolge solch einer Matrix einzuschränken, wodurch die Analyseempfindlichkeit
verbessert wird und eine hochgenaue Messung ermöglicht wird. In diesem Fall
kann die saure Lösung
wenigstens eine der folgenden Substanzen beinhalten: Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, eine
Wasserstoffperoxidlösung,
Schwefelsäure,
Phosphorsäure
und Ozon.
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Obwohl
bei dieser Ausführungsform
das Fluorwasserstoffgas fortwährend
fließt,
kann darüber
hinaus der Behälter
luftdicht gemacht werden, nachdem das Fluorwasserstoffgas in diesen
eingeführt wurde,
so lange das Halbleitersubstrat dem Fluorwasserstoffgas ausgesetzt
ist.
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Obwohl
bei dieser Ausführungsform
die Sammellösung
auf das zu analysierende Substrat geträufelt wird, mit dem Sammeltröpfchen entlang gefahren
wird und danach das Sammeltröpfchen
getrocknet wird, ist es darüber
hinaus möglich,
die Trocknungsoperation, die Operation des Aussetzens gegenüber der
Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre
und die Operation der Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse auf
einem anderen Substrat durchzuführen,
welches eine Spiegelfläche
hat. In diesem Fall kann eine Mehrzahl von Sammeltröpfchen gleichzeitig
auf demselben Substrat getrocknet werden, wodurch der Analysedurchsatz
erheblich verbessert wird.
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(Zweite Ausführungsform)
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 8A bis 13C ein Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8A bis 12 zeigen
schematisch die Analyseschritte des Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseverfahrens
gemäß dieser
Ausführungsform. 13A bis 13B erläutern schematisch
den Zustand des getrockneten Rückstandes,
der an dem Substrat anhaftet.
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Zuerst
werden, wie in 8A und 8B gezeigt
ist, ein Halbleitersubstrat 2, auf welchem eine Oxinitridschicht 3 ausgebildet
ist, und ein Behälter 52,
der eine Fluorwasserstofflösung 54 enthält, in einem
luftdichten Behälter 52 aus
einem Fluor enthaltendem Harz 50 für eine Stunde untergebracht,
um die Oxinitridschicht 3 auf der Fläche des Halbleitersubstrats 2 einer
Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre 56 auszusetzen,
die von dem Behälter 52 erzeugt wird,
wodurch die Oxinitridschicht 3 gelöst wird, um eine gelöste Oxinitridschicht 3a zu
bilden. In diesem Fall wird das Halbleitersubstrat 2 auf
eine Plattform 60 innerhalb des luftdichten Behälters aus
Fluor enthaltendem Harz 50 gesetzt.
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Als
nächstes
wird das Halbleitersubstrat 2 mit der gelösten Oxinitridschicht 3 aus
dem luftdichten Behälter
aus Fluor enthaltendem Harz 50 entnommen. Danach wird eine
Sammellösung
von 100 μL,
welche eine Konzentration von 2 Gew.-% Fluorwasserstoff und eine
Konzentration von 2 Gew.-% H2O2 enthält, auf
das Halbleitersubstrat 2 geträufelt, wodurch ein Sammeltröpfchen 7 auf
dem Halbleitersubstrat 2 gebildet wird, wie in 9A gezeigt
ist. Die Fläche
des Halbleitersubstrats 2 wird mit dem Sammeltröpfchen 7 abgefahren,
um in dem Sammeltröpfchen 7 Verunreinigungen
auf der Fläche
des Halbleitersubstrats 2 und in der Oxinitridschicht 3 aufzunehmen,
wie in 9B gezeigt ist.
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Nachdem
die Operation des Abfahrens und Sammelns beendet ist, wird das Sammeltröpfchen 7, das
eine Verunreinigung enthält,
auf ein amorphes Analysesubstrat 72 bewegt, welches verspiegelt
wurde, wie in 10 gezeigt ist. Das amorphe
Substrat 72 wird in eine Trocknungs-Vorrichtung 70 mit
verringertem Druck gesetzt, wodurch das Sammeltröpfchen 7 mit einem
verringerten Druck getrocknet wird. Somit wird das Sammeltröpfchen 7 zu
einem getrockneten Rückstand 9.
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Nach
der Trocknungsoperation wird das amorphe Substrat 72 mit
dem getrockneten Rückstand 9 wieder
in den luftdichten Behälter 50 gesetzt, um
es einer Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre 56 für zehn Minuten
auszusetzen, wie in 11 gezeigt ist. Danach wird,
wie in 12 gezeigt ist, die Konzentration
der Verunreinigung des getrockneten Rückstandes 9 mit einer
Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalysevorrichtung 40 gemessen.
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Wenn,
anders als in dieser Ausführungsform, die
Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse
nach der Trocknungsoperation mit verringertem Druck durchgeführt wird,
ist es aufgrund eines hohen Grades von Streuung, die durch den getrockneten
Rückstand
verursacht wird, nicht möglich,
die Messoperation durchzuführen.
Wenn jedoch, wie im Falle dieser Ausführungsform, eine Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse durchgeführt wird,
nachdem der getrocknete Rückstand
einer Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre ausgesetzt wurde, wird die
Streuung verringert, wodurch eine Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse
ermöglicht
wird.
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Der
Grund hierfür
könnte
darin liegen, dass die Silizium-Matrix,
die zum Zeitpunkt der Trocknungsoperation mit verringertem Druck
nicht vollständig
entfernt wurde, als Siliziumfluorid diffundiert, wenn das Substrat
wiederum der Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre ausgesetzt wird. Dies wird
unten unter Bezugnahme auf 13A, 13B und 13C beschrieben.
Wenn ein Substrat 72, an welchem ein getrockneter Rückstand 80 in
einer Plattenform anhaftet, wie in 13A gezeigt
ist, einer Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre ausgesetzt
wird, diffundiert die Silizium-Matrix, die in dem getrockneten Rückstand 80 enthalten
ist, als Siliziumfluorid, wie in 13B gezeigt
ist, wodurch Verunreinigungs-Partikel 82 gebildet werden,
die an dem Substrat 72 anhaften. Wenn die Siliziummatrix
der Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre,
die in 8B gezeigt ist, ausgesetzt wird,
diffundiert sie ebenfalls als Siliziumfluorid.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird die Lösung, die
eine Verunreinigung gesammelt hat, getrocknet und einem sauren Dampf
ausgesetzt, wodurch sich der Zustand der Verunreinigung, die in
dem getrockneten Rückstand
enthalten ist, aus einem Film-Zustand in einen Partikel-Zustand ändert, ohne
von dem Zustand der Probe abhängig
zu sein. Darüber hinaus
wird ein großer
Anteil der Silizium-Matrix, die in der Sammellösung enthalten ist, durch zwei
Stufen entfernt. Dementsprechend erhöht sich die charakteristische
Röntgenstrahlungsintensität auf der
Seite geringerer Einfallswinkel, und das Streuen der angeregten
Röntgenstrahlen
infolge der Silizium-Matrix und die Röntgenfluoreszenzabsorption
von Verunreinigungselementen, insbesondere leichten Elemente wie
Na, kann eingeschränkt
werden.
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Durch
die Verwendung der Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse
gemäß dieser
Ausführungsform
ist es möglich,
ein hohes Signal/Rauschen-Verhältnis
zu erzielen, ohne von dem Oberflächenzustand
abhängig
zu sein. Dementsprechend ist es möglich, eine Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse an
verschiedenen Proben mit einer hohen Empfindlichkeit durchzuführen.
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Obwohl
das Halbleitersubstrat in dieser Ausführungsform einer Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre für eine Stunde
ausgesetzt ist, wird die Zeitdauer des Aussetzens natürlich durch
die Art und die Dicke des dünnen
Films, der auf der Fläche
des Substrats ausgebildet ist, bestimmt.
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Obwohl
die Sammellösung
in dieser Ausführungsform
Fluorwasserstoff (Fluorwasserstoffsäure) und eine Wasserstoffperoxidlösung beinhaltet,
kann darüber
hinaus die Sammellösung
zumindest eine der folgenden Substanzen enthalten: Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, eine
Wasserstoffperoxidlösung,
Schwefelsäure, Phosphorsäure und
Ozon.
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Obwohl
der getrocknete Rückstand
in dieser Ausführungsform
der Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre
einmal ausgesetzt wird, ist es darüber hinaus möglich, ihn
dieser zweimal oder öfter
auszusetzen.
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Obwohl
in dieser Ausführungsform
Fluorwasserstoffgas (Fluorwasserstoffsäure-Gas) als Atmosphäre verwendet
wird, welcher der getrocknete Rückstand
ausgesetzt wird, kann derselbe Effekt in einem sauren Dampf erzielt
werden, der z. B. wenigstens eine der folgenden Substanzen enthält: Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, eine
Wasserstoffperoxidlösung,
Schwefelsäure,
Phosphorsäure
und Ozon.
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Obwohl
bei dieser Ausführungsform
die Trocknungsoperation und die Operation des Aussetzens gegenüber dem
Fluorwasserstoffgas nach der Operation des Abfahrens (Scannens)
und Sammelns durchgeführt
wird, ist es darüber hinaus
möglich,
eine saure Lösung
nach der Trocknungsoperation zuzufügen, und eine weitere Trocknungsoperation
durchzuführen.
Die Operation des Zufügens
der sauren Lösung
und die Trocknungsoperation können
mehrere Male wiederholt werden. Durch das Wiederholen des Zufügens und
des Trocknens einer sauren Lösung
ist es möglich,
die Matrixelemente, wie beispielsweise Silizium, zu entfernen, um
das Streuen der Röntgenstrahlen
infolge solch einer Matrix einzuschränken, wodurch die Analyseempfindlichkeit
verbessert wird und eine hochgenaue Messung ermöglicht wird. In diesem Fall
kann die saure Lösung
zumindest eine der folgenden Substanzen enthalten: Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, eine
Wasserstoffperoxidlösung,
Schwefelsäure, Phosphorsäure und
Ozon.
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In
dieser Ausführungsform
werden die Trocknungsoperation, die Operation des Aussetzens gegenüber der
Fluorwasserstoffgas-Atmosphäre und die
Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyseoperation
an einem amorphen Substrat durchgeführt, welches eine Spiegelfläche hat.
Dementsprechend ist es möglich,
eine Mehrzahl von Sammeltröpfchen auf
einem Substrat zu trocknen, wodurch der Durchsatz erheblich verbessert
wird.
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Obwohl
das Sammeltröpfchen
in der ersten Ausführungsform
mit Wärme
und in der zweiten Ausführungsform
unter verringertem Druck getrocknet wird, kann das Trocken mit Wärme und
das Trocknen unter einem verringertem Druck miteinander kombiniert
werden.