DE68907437T2

DE68907437T2 - Verfahren zur Messung von Verunreinigungen.

Info

Publication number: DE68907437T2
Application number: DE89107448T
Authority: DE
Inventors: Mokuji Intellectual P Kageyama; Ayako C O Intellectual P Maeda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-25
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2009-04-26
Also published as: KR890016380A; DE68907437D1; EP0339561B1; JPH0625717B2; US5055413A; JPH01272939A; EP0339561A3; EP0339561A2; KR910004154B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Verunreinigungen, wobei Art und Menge einer Verunreinigung die auf der Oberfläche eines zu messenden Objekts, insbesondere eines Halbleitersubstrats, haftet, gemessen wird.
Es ist allgemein bekannt, daß, wenn eine Verunreinigung wie beispielsweise Natrium (Na), Kalium (K) oder Eisen (Fe) in einem dünnen Film, beispielsweise einem auf einem Halbleitersubstrat gebildeten Oxidfilm enthalten ist, die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiterelements selbst dann signifikant ungünstig beeinflußt werden, wenn die Menge der Verunreinigung sehr gering ist. Deshalb muß zum Zwecke der Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Halbleiterelementes die Vermischung der Verunreinigung von der Substratoberfläche so gering wie möglich gemacht werden. Zu diesem Zweck muß der Kontaminationsgrad auf der Substratoberfläche korrekt analysiert und gemessen werden.
Der Grad der Kontamination auf der Substratoberfläche wird in konventioneller Weise unter Verwendung von Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS), Auger-Elektronenspektroskopie (AES), Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) gemessen. Weil diese Verfahren ein umfangreiches teures Meßinstrument erforderlich machen, vergrößern sich die Analysekosten. Darüber hinaus ist Erfahrenheit bei der Durchführung der Analyse erforderlich. Weil darüber hinaus jedes Analyseverfahren einen Elektronen- oder Lichtstrahl verwendet, kann lokal analysiert werden, aber das Ausmaß der Kontamination auf der Gesamtoberfläche kann nicht bestimmt werden.
Aus diesem Grunde wird anstelle der zuvor beschriebenen instrumentellen Analysemethoden ein Verfahren zum leichten Messen des Kontaminationsgrades auf der Gesamtoberfläche vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird ein Oxidfilm mit einer vorbestimmten Dicke zuvor auf der Substratoberfläche gebildet und unter Verwendung von Flußsäuredampf gelöst, und die sich ergebende Lösung wird zur Messung von Verunreinigungen unter Verwendung eines spektroskopischen Analysegeräts gewonnen. Dieses Verfahren wird Dampfphasenabscheidung (VPD) (siehe Japanese Journal of Applied Physics Supplements 30.9.1984, Tokyo, JA, Seite 281; A. Shimazaki, et al. : "Chemical Analysis of Ultratrace Impurities in SiO&sub2; Films") genannt.
Bei dem zuvor genannten Verfahren ist jedoch ein Oxidfilmbildungsschritt erforderlich. Bei diesem Oxidfilmbildungsschritt wird eine Verunreinigung aus einer Oxidationsatmosphäre in einen Oxidfilm gemischt, die Verunreinigung verdampft von der Substratoberfläche in die Oxidationsatmosphäre, oder die in dem Substrat enthaltene Verunreinigung diffundiert zur Oberfläche. Aus diesem Grund ist das Verfahren in bezug auf die Verläßlichkeit der Analysewerte unerwünscht.
Bei einem anderen konventionellen Verfahren ohne Bildung eines Oxidfilms auf einer Substratoberfläche mittels eines Oxidationsschrittes wird das gesamte Substrat in eine Flußsäurelösung getaucht, wodurch ein auf natürliche Weise auf der Substratoberfläche gebildeter natürlicher Oxidfilm sich löst, und die sich ergebende Lösung wird zur Messung der Verunreinigungsmenge unter Verwendung eines spektroskopischen Analysegerats gewonnen.
Weil jedoch bei diesem Verfahren eine extrem große Menge an Fluß säurelösung erforderlich ist, um die Verunreinigung zu gewinnen, nimmt die in der Lösung enthaltene Konzentration an Verunreinigung signifikant ab, und deshalb verschlechtern sich die Analyseempfindlichkeit und Präzision. Darüber hinaus ist bei diesem Verfahren die Flußsäurelösung durch an dem Kessel anhaftender Verunreinigung mit hoher Wahrscheinlichkeit kontaminiert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Messung von Verunreinigungen zur Verfügung zu stellen, bei dem die zu messende, an einer Objektoberfläche anhaftende Verunreinigungsmenge mit hoher Empfindlichkeit und Präzision gemessen werden kann, und bei dem niedrige Analysekosten und hohe Verläßlichkeit gewährleistet sind.
Ein Verfahren zum Messen der Verunreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Abkühlen und Verfestigen einer Lösung in eine stabartige Form erhaltener Stab in Kontakt mit der Oberfläche des zu messenden Objekts gebracht wird, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Stab und dem zu messenden Objekt erhalten wird, wobei ein natürlicher, auf der Oberfläche des zu messenden Objekts gebildeter Oxidfilm sich auflöst, und wobei eine auf der Oberfläche des zu messenden Objekts verstreute Verunreinigung gewonnen wird, während die Lösung an dem distalen Endteil des Stabs gehalten wird. Nachdem der Stab in Kontakt mit der Gesamtoberfläche des zu messenden Objekts gebracht worden ist, wird die an dem distalen Endteil des Stabes gewonnene Lösung analysiert, wobei eine Menge der auf der Oberfläche des zu messenden Objekts anhaftenden Verunreinigung gemessen wird.
Bei dem Meßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Stab in Kontakt mit der Oberfläche des zu messenden Objekts gehalten, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Stab und dem zu messenden Objekt entsteht. Deshalb können Auflösung des natürlichen, auf der Oberfläche des zu messenden Objekts gebildeten Ozidfilms und Gewinnung der sich ergebenden Lösung gleichzeitig durchgeführt werden.
Weil darüber hinaus die gewonnene Lösung nicht in Kontakt mit irgendetwas außer der Oberfläche des zu messenden Objekts gebracht wird, wird nur der natürliche Oxidfilm, der die Verunreinigung auf der Oberfläche des zu messenden Objekts enthält, in der Lösung gelöst. Deshalb kann eine hoch zuverlässige Messung mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit durchgeführt werden, wobei eine Lösung mit einer angemessenen Menge und einer ausreichenden Konzentration an Verunreinigung verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen einer Verunreinigung zur Verfügung gestellt, bei dem eine auf dem zu messenden Objekt anhaftende Verunreinigung mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit gemessen werden kann, und welches niedrige Meßkosten und hohe Zuverlässigkeit ermöglicht.
Diese Erfindung kann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genauer verstanden werden, wobei bedeutet:
Fig. 1 ist eine Anordnung, die eine für das Durchführen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Vorrichtung darstellt.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemaß der vorliegenden Erfindung. Ein Siliziumhalbleitersubstrat (10) als zu messendes Objekt wird auf einen Trägertisch (nicht dargestellt) plaziert und horizontal zusammen mit dem Trägertisch rotiert. Ein Stab (11) wird in Kontakt mit der Oberfläche des rotierenden Substrats (10) gebracht.
Der Stab (11) wird durch Abkühlen und Verfestigen einer Lösung zum Auflösen eines natürlichen Oxidfilms, welcher eine an der Substratoberfläche anhaftende Verunreinigung enthält und hydrophober Natur im Hinblick auf die Substratoberfläche ist, in eine stabartige Form gebracht. Ein Beispiel der Losung ist eine Flußsäure(HF)-Lösung mit einer Konzentration von 0,5 % bis 2 %.
Der Stab (11) ist mittels einer Spannvorrichtung (12) eingespannt und so gehalten, daß sein distales Endteil in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats (10) gebracht wird. Die Spannvorrichtung (12) wird angetrieben, so daß der Stab (11) sich horizontal von der Peripherie des Substrats (10) zum Zentrum der Rotation oder in umgekehrter Richtung bewegt.
Bei einer derartigen Vorrichtung wird der Stab (11) aufeinanderfolgend gelöst durch:
(1) einen Zwischenoberflächendruck zwischen dem Stab und der Substratoberfläche, der bei Rotation des Substrats (10) induziert wird;
(2) eine chemische Reaktion zwischen dem Stab und dem Oxidfilm oder dergleichen auf der Substratoberfläche; und
(3) Erwärmen des Substrats (10).
Eine Lösung (13) benetzt die Substratoberfläche, und die Substratoberfläche behält ihre hydrophile Natur, während der auf der Substratoberfläche gebildete natürliche Oxidfilm (nicht dargestellt) in Kontakt mit der Lösung (13) vorliegt. Wenn der natürliche Oxidfilm jedoch durch die Losung (13) gelöst wird, haften Fluor (F) und Wasserstoff (H) auf der Substratoberfläche und schließen diese ab, wodurch die hydrophobe Natur zunimmt. Äus diesem Grund wird die Lösung (13) durch die Substratoberfläche abgewiesen. Inzwischen wird die Lösung (13) im Hinblick auf den Stab (11) hydrophil gehalten. Deshalb wird die Lösung (13) um das distale Endteil des Stabes (11) herum gehalten und mit dem Stab (11) bewegt.
Wenn der Stab (11) in Kontakt mit der Gesamtoberfläche des Substrats (10) gebracht wird, wobei der natürliche Oxidfilm aufgelost wird, wird die auf der Substratoberfläche verstreute Verunreinigung zusammen mit der Lösung (13) an dem distalen Endteil des Stabes (11) gewonnen. Anschließend wird von der gewonnenen Lösung (13) eine Probe genommen und mittels chemischer Analyse unter Verwendung eines spektroskopischen Analysegerätes zur Messung der Art und Menge der Verunreinigung analysiert, wobei der Kontaminationsgrad des Substrats (10) bestimmt wird.
Weil das zuvor beschriebene Verfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kein teures Meßinstrument erforderlich macht, können die Meßkosten verringert werden. Darüber hinaus wird der Stab (11) in Kontakt mit der Substratoberfläche (10) gehalten. Deshalb konnen Auflösung des natürlichen, auf der Substratoberfläche gebildeten Oxidfilms und Gewinnung der Lösung (13) gleichzeitig durchgeführt werden, wodurch die Meßzeit reduziert wird.
Die gewonnene Lösung (13) wird außer mit der Substratoberfläche mit nichts anderem in Kontakt gebracht, und deshalb wird nur der natürliche Oxidfilm auf der Substratoberfläche, der die Verunreinigung enthält, darin gelöst. Deshalb kann, weil die Lösung (13) eine angemessene Menge und ausreichende Verunreinigungskonzentration enthält, eine hoch zuverlässige Messung mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit bei der chemischen Analyse unter Verwendung einer spektroskopischen Vorrichtung durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern kann verschiedenartig modifiziert werden. Beispielsweise wird bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform die vorliegende Erfindung für die Messung einer Verunreinigung auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats verwendet. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch für die allgemeine Messung des Kontaminationsgrades auf der Oberfläche eines Metalles verwendet werden. Darüber hinaus kann die Art der Lösung, die den Stab bildet, willkürlich in Übereinstimmung mit der Art des Objektmaterials ausgewählt werden.
Beispiele für die Lösung die den Stab bilden, sind
(1) HF
(2) HF + HNO&sub3;
(3) HF + H&sub2;O&sub2;
(4) HCl + H&sub2;O&sub2;.
Wenn darüber hinaus der Stab in Kontakt mit der Oberfläche des zu messenden Objekts gebracht wird, kann das zu messende Objekt erhitzt werden, um die Auflösung des Stabes zu beschleunigen.

Claims

1. Verfahren zum Messen einer Verunreinigung, welches die Stufen umfaßt:

(A) Inkontaktbringen eines Stabes (11), der durch Abkühlen und Verfestigen einer Lösung in eine stabähnliche Form hergestellt ist, mit der Oberfläche eines zu messenden Objekts (10), wobei eine relative Bewegung zwischen dem Stab (11) und dem zu messenden Objekt (10) entsteht, wodurch ein auf der Oberfläche des zu messenden Objekts (10) gebildeter Oxidfilm oder dgl. gelöst wird;

(B) Inkontaktbringen des Stabes (11) mit der Gesamtoberfläche des zu messenden Objekts (10) durch die Relativbewegung, während die Lösung an einem distalen Endteil des Stabes gehalten wird, wodurch eine an der Oberfläche des zu messenden Objekts (10) anhaftende Verunreinigung durch die an dem distalen Endteil des Stabes (11) gehaltene Lösung (13) gewonnen wird; und

(C) Analysieren der gewonnenen Lösung (13), um Art und Menge der an der Oberfläche des zu messenden Objekts (10) anhaftenden Verunreinigung zu messen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stab (11), der durch Abkühlen und Verfestigen einer Lösung aus der Gruppe aus HF, HF + HNO&sub3;, HF + H&sub2;O&sub2; und HCl + H&sub2;O&sub2; hergestellt ist, verwendet wird.