JP2002134576A

JP2002134576A - 半導体基板の表面評価分析装置とそれに用いる冶具

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Publication number: JP2002134576A
Application number: JP2000320852A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Yamagami; 基行山上
Original assignee: Rigaku Industrial Corp
Current assignee: Rigaku Corp
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2002-05-10
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP3627918B2

Abstract

(57)【要約】【課題】オリフラがあっても半導体基板の全表面を確
実に走査し、汚染物質を高精度で評価分析可能な半導体
基板の表面評価分析装置とその冶具を提供する。【解決手段】半導体基板１００の表面全面に走査した
回収液２００を分析して表面に付着した汚染物質を評価
分析する半導体基板の表面評価分析装置において、基板
表面上で回収液を内部に収納しながら移動する冶具３０
０は、その底面に半球形状の凹部（空間）３０１を形成
し、この凹部の直径Ｄが、基板の切欠き部であるオリフ
ラ１０１の径方向の寸法ｄの２倍〜３倍であり、好まし
くは、内部に収容して移動する回収液１００μＬ〜２０
０μＬの１．５倍〜６倍に設定される。これにより、冶
具３００の基板表面での走査時にオリフラの位置にきて
も、そこから回収液が落下することなく、基板全表面を
確実に走査することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板処理装
置に関し、特に、半導体基板表面に付着している不純物
の回収分析を行う半導体基板の表面評価分析装置と、そ
して、かかる装置において使用される冶具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン基板などの半導体基板
（ウェハ）上の汚染物質の分析には、原子吸光法や誘導
結合プラズマ質量分析法が用いられている。これらの方
法では、両者共に、基板表面上の汚染物質を回収した液
体（溶液）を試料をとして測定装置へ供するための前処
理が必要である。そのための前処理とは、半導体基板の
酸化膜中や酸化膜上に存在する汚染物質を、酸化膜と共
にフッ化水素酸系の水溶液で溶解する処理である。

【０００３】この前処理では、具体的には、劇物取締法
が定める毒物であるフッ化水素酸の水溶液（以下、回収
液という）を略円盤状の半導体基板であるシリコン板上
に滴下する。次いで、この回収液を、基板上で、その外
周から中心へ又は中心から外側へ向かって順次走査し、
もって、基板上に存在（付着）する汚染物質の全てを、
その少量の溶液中に回収するものであり、かかる内容
は、例えば、特開平２−２２９４２８号公報に既に示さ
れている。

【０００４】なお、上記の従来技術にも示されるよう
に、上記の回収液を円盤状の半導体基板上で走査するた
めの冶具である液滴駆動装置は、その下端面に半円形の
凹部を形成し、その内部に上記回収液を収納した状態で
移動しながら、基板の外周から中心へ又は中心から外側
へ向かって、基板表面を順次走査するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような液滴駆動装置を利用して回収液を走査する場合、
特に、シリコン基板の外周縁の一部に設けられた切欠き
部である、所謂、オリエンテーションフラット（以下、
単にオリフラと称する）の存在のため、例えば、添付の
図７に示すように、この冶具が基板外周縁のオリフラ形
成部分を走査する場合、そのオリフラの存在のために回
収液と基板表面との接触面積が小さくなってしまい、そ
の回収液の一部が落下してしまう。そのため、毒物であ
るフッ化水素酸の散逸や、汚染物質を充分に溶液中に回
収できないという問題点があった。

【０００６】また、このことは、特に、毒物であるフッ
化水素酸の使用を抑えるためにも、少量（例えば、１０
０μＬ〜２００μＬ程度）の回収液で走査を行うため
に、上記液滴駆動装置である冶具の下端面に形成される
半円形の凹部空間の寸法を小さくした場合には顕著とな
る。そのため、上記冶具による回収液の走査は、例えば
図８に示すように、円盤状の半導体基板上での上記オリ
フラの形成部分を避けた、図に斜線を施した領域だけ
（即ち、そのエッジ部を除く領域）に限定されてしまう
という問題点もあった。また、上記従来技術では、走査
後の回収液を冶具の凹部内に保持したまま、これを分析
装置へ移動する必要があるが、やはり、その際にも回収
液が走査用冶具の凹部から落下し、消失してしまうとい
う問題点も指摘されていた。

【０００７】上記したように、半導体基板のオリフラの
形成部分での走査の難しさにもかかわらず、しかしなが
ら、シリコン基板のエッジ部は、保管ケース内に保管さ
れる際、あるいは、ウェハの搬送作業において、物理的
に他の部材に接触することから、汚染が発生し易い部分
である。そのため、このエッジ部（ウェハの周縁部）
は、半導体基板の分析には欠かすことの出来ない部位で
ある。

【０００８】そこで、本発明では、上述した従来技術に
おける問題点を解消し、すなわち、上記のオリフラの存
在にも拘わらず、少量（例えば、１００μＬ〜２００μ
Ｌ程度）の回収液でも半導体基板の全面において走査を
行うことが可能な、半導体基板の表面評価分析に用いる
ための冶具を提供し、さらには、かかる冶具を用いて高
精度の評価分析が可能な半導体基板の表面評価分析装置
を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる上記の目的を達成
するため、本発明によれば、まず、半導体基板の表面全
面に回収液を走査し、当該走査した回収液を分析するこ
とにより、前記半導体基板の表面に付着した汚染物質を
評価分析する半導体基板の表面評価分析装置であって、
前記半導体基板の表面上で前記回収液を内部に収納しな
がら移動する冶具は、その底面に円形の凹部を形成して
なり、かつ、当該凹部の直径が、前記半導体基板の外周
縁に形成された切欠き部の径方向寸法の２倍〜３倍であ
る半導体基板の表面評価分析装置が提供される。

【００１０】また、本発明によれば、前記に記載した半
導体基板の表面評価分析装置において、前記冶具は、走
査した回収液を前記半導体基板の表面の一部に残留し、
かつ、前記表面評価分析装置は、前記半導体基板の表面
の一部に残留した回収液を乾燥する乾燥手段と、さら
に、前記乾燥手段で乾燥された前記半導体基板の表面の
一部の成分を分析する分析部を備えており、そして、前
記分析部は、全反射蛍光Ｘ線分析装置からなることが好
ましい。

【００１１】加えて、本発明によれば、やはり上記の目
的を達成するため、半導体基板の表面に付着した汚染物
質を評価分析する半導体基板の表面評価分析において使
用するため、半導体基板の表面全面に回収液を走査する
ための冶具であって、前記半導体基板の表面を走査する
面に円形の凹部を形成し、かつ、当該凹部の直径が、前
記半導体基板の外周縁に形成された切欠き部の径方向寸
法の２倍〜３倍である表面評価分析に用いる冶具が提供
されている。

【００１２】なお、前記回収液は１００μＬ〜２００μ
Ｌであり、かつ、前記した冶具の凹部の体積は、その内
部に収容される前記回収液の１．５倍〜６倍であること
が好ましい。また、前記冶具は、フッ素樹脂から形成さ
れていることが好ましい。ここで、フッ素樹脂として
は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリルオ
ロエチレン、パーフルオロアルコキシ共重合体がある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。まず、
図１には、本発明の一の実施の形態になる表面評価分析
装置全体の概略構成が示されている。なお、この表面評
価分析装置は、例えば、化学薬品蒸気やガスを不活性ガ
スで希釈して反応室へ送り、シリコン板などの半導体基
板（ウェハ）の表面汚染物質を、化学薬品蒸気やガスで
分解する、いわゆる、気相分解装置内に配置される半導
体基板容器１０から搬送されてくる半導体基板１００の
表面に付着する汚染物質を評価分析するものである。

【００１４】上記の図１において、その内部に図示しな
いエレベータなどを設置した半導体基板容器１０から
は、半導体基板１００が、やはり図示されないロボット
ハンドなどにより取り出されて搬出され、そして、本発
明の表面評価分析装置を構成する回収液走査装置２０に
搬入される。すなわち、図示のように、表面を評価分析
すべき半導体基板１００は、例えば電動モータなどの回
転手段２１の上に取り付けれて所定の回転数で回転する
ターンテーブル２２の上に載せられる。なお、この半導
体基板１００であるシリコン板（ウェハ）は、例えば、
添付の図２に示すように、薄い円盤状の形状を有し、そ
の外周縁には、基板の方向を示すための切欠き部である
オリフラ１０１が形成されていることは、上記した従来
技術と同様である。

【００１５】次に、ターンテーブル２２の上に載せられ
た半導体基板１００の表面上（例えば、円盤状半導体基
板１００の外周縁部）には、付着した汚染物質を回収す
るための液体（溶液）である回収液として、例えば１０
０μＬ〜２００μＬ程度のフッ化水素水溶液を、例えば
マイクロピペットなどの液滴手段により滴下する。そし
て、この半導体基板１００の表面上に滴下した回収液の
上方には、走査用の冶具３００を配置する。

【００１６】なお、この走査用の冶具３００は、図３に
も示すように、半導体基板１００の表面側の端面（図の
下端面）に、後にも詳細に説明するが、略半球状の凹部
（空間）３０１を形成したものであり、また、その材質
としては、撥水性を有する、例えばポリテトラフルオロ
エチレンにより形成したものである。そして、この冶具
３００の基板表面上での移動により、その凹部（空間）
３０１内に収容された回収液２００もこれに伴って表面
上を移動する（図中の矢印）こととなる。

【００１７】また、この走査用の冶具３００は、上記図
１にも示すように、上記ターンテーブル２２に隣接して
配置された基台２３上に回動可能に取り付けられた回転
アーム２４の先端に取り付けられており、そして、図４
に矢印で示すように、回転アーム２４の回転に伴って、
円盤状の半導体基板１００の中心部から周辺部に徐々に
移動する。そして、上記ターンテーブル２２の回転によ
り、上記走査用の冶具３００下端の空間内に保持（収
容）された回収液は、半導体基板１００の表面上を接触
することにより基板表面に付着した汚染物質を回収し、
すなわち、走査される。なお、この走査用の冶具３００
は、半導体基板１００の表面上に配置される際には、そ
の表面から僅かな距離（例えば、０．数ｍｍ）だけ離れ
て配置されている。

【００１８】次に、上記した走査用の冶具３００の下端
面に形成された略半球状の凹部（空間）３０１の詳細に
ついて説明する。

【００１９】本発明によれば、この略半球状の凹部（空
間）３０１の直径Ｄ（図３を参照）は、円盤状の半導体
基板（ウェハ）１００の外周縁に形成された切欠き部で
あるオリフラ１０１の、基板の径方向における寸法ｄ
（４ｍｍ〜５ｍｍ：図５を参照）の約２倍〜３倍（Ｄ≒
２ｄ〜３ｄ）となるように設定されている。また、その
内部に回収液を収容することとなるこの略半球状の凹部
（空間）３０１の容積Ｖは、半導体基板１００の表面上
に滴下される回収液の容積ｖ（１００μＬ〜２００μＬ
程度）に対し、１５０μＬ〜１２００μＬ程度になるよ
うに、すなわち、１．５倍〜６倍程度（Ｖ≒１．５ｖ〜
６ｖ））になるように設定されている。

【００２０】上記にその構造を説明した走査用の冶具３
００によれば、この冶具が、図５に示す位置、すなわ
ち、基板（ウェハ）１００の外周縁に形成された切欠き
部であるオリフラ１０１の最も深い位置に来た場合に
も、上記凹部（空間）３０１の底面の円形の約半分の面
積が基板１００上を覆っており、そのため、図６にも示
すように、凹部（空間）内部の回収液２００は、その表
面張力により略球状になりながらも、落下することな
く、上記基板１００の表面上に留まることとなる。

【００２１】また、本発明によれば、上記凹部（空間）
３０１の容積Ｖを、好ましくは、上記したように回収液
２００の容積ｖ（１００μＬ〜２００μＬ程度）の１．
５倍〜６倍程度にすることにより、回収液２００は上記
凹部（空間）内部で自由に移動することが可能となるこ
とから、冶具が切欠き部であるオリフラ１０１の位置に
来た場合にも、その切欠きを避けて上記基板１００の表
面上に留まることとなる。しかしながら、上記凹部（空
間）３０１の容積Ｖを６倍以上に大きくすると、上記凹
部（空間）３０１内において回収液２００が偏在するこ
ととなり、走査面にムラができてしまい、これでは、基
板の全表面を回収液により走査するとの観点からは好ま
しくない。

【００２２】以上のように、本発明になる走査用の冶具
３００を用いた回収液走査装置２０によれば、毒物であ
るフッ化水素酸を含む回収液２００を、１００μＬ〜２
００μＬ程度の少量を使用しながらも、半導体基板（ウ
ェハ）１００の外周縁に形成されたオリフラ１０１の存
在にもかかわらず、当該オリフラ部を含む外周縁部から
基板の中心位置まで、すなわち、基板の全表面を確実に
走査することが可能となる。また、本発明になる回収液
走査装置２０によれば、回収液２００を散逸することな
く基板の全表面を走査することにより、外周縁部を含む
基板表面に付着した汚染物質を充分に回収することが可
能となる。なお、このようにして基板上での走査、すな
わち、汚染物質の回収を終了した回収液２００は、例え
ば、上記走査用の冶具３００を基板の中央部まで移動さ
れた後にこれを上方に引き上げることにより、半導体基
板（ウェハ）１００の一部（例えば、中央部）に残され
ることとなる。

【００２３】次に、その中央部に汚染物質回収後の回収
液２００を残した半導体基板（ウェハ）１００は、やは
り本発明の表面評価分析装置を構成する乾燥装置３０内
に搬入される。そして、この乾燥装置３０内では、例え
ば加熱や乾燥空気の吹付けなどにより、基板中央部に残
された回収液２００を乾燥させる。なお、この乾燥装置
３０内での乾燥工程により、半導体基板（ウェハ）１０
０の中央部に残された汚染物質回収後の回収液２００
は、約２ｍｍ以下の径の点状になる。

【００２４】なお、上記のように、回収液２００を半導
体基板（ウェハ）１００の全表面を走査して汚染物質を
回収後、これを中央部に残して乾燥し、この基板上の乾
燥した回収液により、基板表面に付着した汚染物質の評
価分析を行うようにすることによれば、上記した従来技
術のように、回収液が走査用冶具の凹部から落下して消
失してしまことがない。そのため、基板表面に付着した
汚染物質の評価分析を確実に行うことが可能となる。

【００２５】その後、回収液の乾燥が終了した半導体基
板（ウェハ）１００は、さらに、表面評価分析装置の分
析部を構成するＸ線分析装置４０内へ搬送され、ここで
表面の評価分析が行われる。より具体的には、このＸ線
分析装置４０内では、Ｘ線管４０１からのＸ線を、例え
ば回折結晶板４０２を介して分光し、上記径が２ｍｍ程
度の点状の乾燥痕上に照射し、その蛍光Ｘ線を検出器４
０３により検出して、そこに含まれる物質、換言すれ
ば、上記半導体基板（ウェハ）１００の表面上に付着
し、回収液の走査により回収された汚染物質を評価分析
する。

【００２６】以上からも明らかなように、上記に説明し
た本発明の表面評価分析装置によれば、上記の走査用の
冶具３００を用いた回収液走査装置２０により、フッ化
水素酸を含む回収液２００により、評価分析対象である
半導体基板（ウェハ）１００を、そのオリフラを含む外
周縁部から中心部まで、全表面を、確実に走査すること
が可能となり、これを分析精度の高いＸ線分析装置４０
により評価分析することにより、基板表面に付着した汚
染物質を、高い精度で確実に検出し、評価分析すること
が可能となる。

【００２７】なお、上記した実施の形態では、上記走査
用の冶具３００の下端面に形成された凹部（空間）３０
１の形状は、略半球状のものについてのみ説明した。し
かしながら、本発明は、上記の形状にのみ限定されるも
のではなく、例えば、これを下面形状を円形にしてなる
円錐形状とすることも可能である。また、上記分析部を
構成する分析装置についても、必ずしも上述したＸ線分
析装置に限られることなく、他の分析装置であってもよ
い。

【００２８】

【発明の効果】以上の詳細な説明からも明らかなよう
に、本発明によれば、半導体基板の一部に形成される切
欠き部であるオリフラの存在にも拘わらず、少量ではあ
るが毒物を含む回収液を落下して散逸することなく、全
表面を確実に走査して、表面上に付着した汚染物質を確
実に回収し、もって、高精度の評価分析が可能な半導体
基板の表面評価分析装置とそれに用いる冶具を提供する
という優れた効果を発揮することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態になる半導体基板の表面
評価分析装置全体の概略構成を示すブロック図である。

【図２】上記本発明の表面評価分析装置により表面が評
価分析されるシリコン板などの半導体基板（ウェハ）の
形状を示す平面図である。

【図３】上記本発明の表面評価分析装置の回収液走査装
置における走査用の冶具と半導体基板上の回収液の関係
を示す一部拡大断面図である。

【図４】上記本発明の表面評価分析装置の回収液走査装
置におけるターンテーブルの上面図である。

【図５】上記回収液走査装置において、走査用の冶具が
半導体基板の切欠きであるオリフラ部へきた時の回収液
の状態を示す、基板と冶具を含む一部拡大上面図であ
る。

【図６】上記図５におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。

【図７】従来技術の走査用の冶具による、半導体基板の
オリフラ部での回収液との状態を示す図である。

【図８】従来技術の走査用の冶具による、半導体基板上
での回収液による走査範囲を示す図である。

【符号の説明】

２０回収液走査装置２２ターンテーブル２４回転アーム３０乾燥装置４０Ｘ線分析装置１００半導体基板１０１オリフラ２００回収液３００走査用の冶具３０１凹部（空間）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の表面全面に回収液を走査
し、当該走査した回収液を分析することにより、前記半
導体基板の表面に付着した汚染物質を評価分析する半導
体基板の表面評価分析装置であって、前記半導体基板の
表面上で前記回収液を内部に収納しながら移動する冶具
は、その底面に円形の凹部を形成してなり、かつ、当該
凹部の直径が、前記半導体基板の外周縁に形成された切
欠き部の径方向寸法の２倍〜３倍であることを特徴とす
る半導体基板の表面評価分析装置。
【請求項２】前記請求項１に記載した表面評価分析装
置において、前記回収液は１００μＬ〜２００μＬであ
り、かつ、前記凹部の体積が、その内部に収容される前
記回収液の１．５倍〜６倍であることを特徴とする半導
体基板の表面評価分析装置。
【請求項３】前記請求項１に記載した表面評価分析装
置において、前記冶具は、走査した回収液を前記半導体
基板の表面の一部に残留し、かつ、前記表面評価分析装
置は、前記半導体基板の表面の一部に残留した回収液を
乾燥する乾燥手段と、さらに、前記乾燥手段で乾燥され
た前記半導体基板の表面の一部の成分を分析する分析部
を備えたことを特徴とする半導体基板の表面評価分析装
置。
【請求項４】前記請求項３に記載した表面評価分析装
置において、前記分析部は、全反射蛍光Ｘ線分析装置か
らなることを特徴とする半導体基板の表面評価分析装
置。
【請求項５】半導体基板の表面に付着した汚染物質を
評価分析する半導体基板の表面評価分析において使用す
るため、半導体基板の表面全面に回収液を走査するため
の冶具であって、前記半導体基板の表面を走査する面に
円形の凹部を形成し、かつ、当該凹部の直径が、前記半
導体基板の外周縁に形成された切欠き部の径方向寸法の
２倍〜３倍であることを特徴とする表面評価分析に用い
る冶具。
【請求項６】前記請求項５に記載した表面評価分析に
用いる冶具において、前記凹部の体積が、その内部に収
容される前記回収液の１．５倍〜６倍であることを特徴
とする表面評価分析に用いる冶具。
【請求項７】前記請求項５に記載した表面評価分析に
用いる冶具において、前記冶具は、フッ素樹脂から形成
されていることを特徴とする表面評価分析に用いる冶
具。