JP2003152042A - 面取り部の分析方法並びに面取り部分析用保持治具及びホルダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエーハ等の基板の面取り部に付着し
ている金属や有機系の不純物パーティクルや薄膜状で存
在している不純物について点分析により同定することが
できる技術を提供する。 【解決手段】 基板の面取り部に付着している不純物に
ついて分析する方法であって、分析手段として、引出電
極板１４とサンプル電極板１３とを具備し、該電極板間
の所定の位置に置かれたサンプル表面にイオンビームを
照射することにより発生する二次イオンを検出して分析
を行う二次イオン分析装置を使用し、前記面取り部１１
を含む基板のサンプル１０を、該面取り部の分析すべき
面１２が前記所定の位置で前記引出電極板と平行となる
ように傾けて保持し、前記面取り部の分析を行うことを
特徴とする面取り部の分析方法、及び平行かつ対向する
２つの傾斜面を有し、該２つの傾斜面の間に前記サンプ
ルを挟んで保持する面取り部分析用保持治具。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の面取り部の
分析技術に関し、特に、半導体ウエーハの面取り部に付
着している不純物について二次イオン分析装置（SIMS）
により分析を行う面取り部の分析方法並びにこのために
使用する保持治具及びそのホルダーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエーハの面取り部に付着
している不純物を分析する方法の一つとして、図１３に
示したようにウエーハＷの面取り部をＨＦ＋Ｈ_２Ｏ_２等
のエッチング液に浸漬させ、このエッチング液を回収し
て化学分析を行う方法がある。この方法では、面取り面
をエッチング液に浸して分析を行うため、面分析とな
り、また、金属元素しか分析することができない。

【０００３】他の分析方法として、SEM-EDXを用いた方
法がある。この方法によれば、金属パーティクルについ
ては分析することができるが、薄膜状のものは検出でき
ず、また、有機系パーティクルにいたってはＣ（炭素）
のみ検出されるだけで同定することはできない。

【０００４】一方、金属系と有機系両方の不純物につい
て分析可能な手段として飛行時間型質量分析装置（TOF-
SIMS）がある。TOF-SIMSは、分析すべきサンプルの表面
にイオンビームの焦点を合わせて照射することにより二
次イオンを発生させ、これを検出して分析を行う二次イ
オン分析装置の一種であり、軽い二次イオンから検出器
に到達するので、到達した時間により同定を行うことが
できる。例えば、TOF-SIMSで半導体ウエーハの表面を分
析する場合、図６に示されるような円形の窓２１を有す
るホルダー２０にウエーハをセットし、分析すべき箇所
にイオンビームを照射し、発生した二次イオンを検出器
で検出する。この方法によれば、金属や有機系不純物パ
ーティクル、あるいは薄膜状に存在している不純物を点
分析で同定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ウエーハを
上記のようなホルダー２０にセットすると、図７に示さ
れるように面取り部１１の分析すべき面（分析面）１２
はウエーハサンプル１０の表面からθだけ傾斜すること
になる。そして、この面取り部の分析面１２にイオンビ
ームを照射しても焦点が合わず、また、たとえ二次イオ
ンが発生しても図８に示すように検出器（不図示）とは
別の方向に向かってしまうので、検出器で二次イオンを
検出することができない。そのため、ウエーハの面取り
部の不純物についてはTOF-SIMSでは分析できなかった。

【０００６】このように、従来の方法では、半導体ウエ
ーハ等の基板の面取り部に付着している金属や有機系の
不純物パーティクル等を点分析で分析することができな
いという問題があった。

【０００７】上記問題に鑑み、本発明では、半導体ウエ
ーハ等の基板の面取り部に付着している金属や有機系の
不純物パーティクルや薄膜状に存在している不純物につ
いて点分析により同定することができる技術を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明によれば、基板の面取り部に付着している不
純物について分析する方法であって、分析手段として、
引出電極板とサンプル電極板とを具備し、該電極板間の
所定の位置に置かれたサンプル表面にイオンビームを照
射することにより発生する二次イオンを検出して分析を
行う二次イオン分析装置を使用し、前記面取り部を含む
基板のサンプルを、該面取り部の分析すべき面が前記所
定の位置で前記引出電極板と平行となるように傾けて保
持し、前記面取り部の分析を行うことを特徴とする面取
り部の分析方法が提供される（請求項１）。

【０００９】上記のように面取り部の分析すべき面（分
析面）が、二次イオン分析装置内の所定の位置で引出電
極板と平行となるようにサンプルを傾けて保持し、分析
面にイオンビームを照射することで、イオンビームの焦
点を分析面に合わせることができるとともに、発生する
二次イオンを検出器の方向に向わせて検出することがで
きる。これにより、面取り部に付着している不純物につ
いて点分析で分析することができる。

【００１０】二次イオン分析装置としては、飛行時間型
質量分析装置を好適に使用することができる（請求項
２）。本発明で基板の面取り部に付着している不純物に
ついて分析を行う際、飛行時間型質量分析装置（TOF-SI
MS）を用いれば、発生した二次イオンが検出器に到達す
るまでの時間（飛行時間）により不純物、特に、金属
系、有機系両方の不純物を同定することができるので、
極めて有益である。

【００１１】前記基板としては、半導体ウエーハを好適
に用いることができる（請求項３）。半導体ウエーハ
は、パーティクル等の不純物の付着を極力低減すること
が要求される。そのためウエーハに付着している金属や
有機物の微小なパーティクル等の不純物を評価すること
が強く望まれているが、本発明の分析方法を半導体ウエ
ーハの面取り部に適用すれば、これらの不純物について
容易に分析を行うことできる。

【００１２】さらに本発明では、上記分析方法で用いる
面取り部分析用保持治具が提供される。すなわち、基板
の面取り部を分析する際に、該面取り部を含む基板のサ
ンプルを保持する保持治具であって、平行かつ対向する
２つの傾斜面を有し、該２つの傾斜面の間に前記サンプ
ルを挟んで保持するものであることを特徴とする面取り
部分析用保持治具が提供される（請求項４）。例えば、
分析装置で基板の面取り部の分析を行う際、このように
サンプルを傾斜面の間に挟んで保持する保持治具を用い
れば、面取り部の分析すべき面を所定の方向に向けて分
析を行い易くすることができる。

【００１３】傾斜面の傾斜角度は、１８°〜３４°の間
にあることが好ましい（請求項５）。例えば半導体ウエ
ーハの面取り部の分析すべき面は、ウエーハ主面に対し
てこの範囲の角度で傾斜されていることが多いので、上
記のような角度で傾斜した傾斜面を有する保持治具を用
いてウエーハのサンプルを保持すれば、面取り部を水平
に保つことができ、TOF-SIMS等の分析装置により面取り
部を分析することができる。

【００１４】このような面取り部分析用保持治具のより
具体的なものとしては、前記傾斜面を有する２つの傾斜
部材と、該傾斜部材を連結するネジ部材とからなり、前
記２つの傾斜部材が、相互の傾斜面が平行かつ対向する
ようにネジ部材により連結されて面取り部を含む基板の
サンプルを挟持するものとすることができる（請求項
６）。このような保持治具であれば、サンプルの厚さに
関係無く、２つの傾斜部材との間にサンプルを挟んで確
実に保持することができる。

【００１５】さらに、面取り部分析用保持治具の外形
は、直方体であることが好ましい（請求項７）。さらに
本発明によれば、上記直方体の保持治具と共に使用する
ホルダーも提供される。すなわち、基板の面取り部を分
析する際に使用するホルダーであって、外形が上記直方
体の面取り部分析用保持治具をセットする収容部と、長
方形の窓を有することを特徴とする面取り部分析用ホル
ダーが提供される（請求項８）。

【００１６】例えば、TOF-SIMSで半導体ウエーハの表面
（主面）を分析する場合、図６に示したような円形の窓
２１を有するホルダー２０に半導体ウエーハを直接セッ
トするが、このようなホルダー２０に面取り部分析用保
持治具に保持されたサンプルをセットしようとすると、
窓が円形でかつ小径であるため、窓枠の部分に分析面が
きたりして制約が多く、面取り部の分析面を所定位置と
するのが難しい。そこで、上記のようなホルダーを用い
れば、直方体の保持治具を収容できるとともに、長方形
の窓を有する保持治具に保持されたサンプルの面取り部
が窓のほぼ中心に位置するようにセットすることがで
き、サンプルの面取り部の分析を好適に行うことができ
る。また、外形すなわち全体的に直方体の保持治具であ
れば、容易に作製することができるという利点もある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明についてさらに詳細に説明する。なお、本発明にお
いて分析する基板については特に限定されないが、好適
な態様の一つとして、TOF-SIMSを用いてシリコンウエー
ハの面取り部の分析を行う場合について説明する。

【００１８】図１は、本発明によりTOF-SIMSで面取り部
を分析する際の概略を示す図である。TOF-SIMSの分析部
には、サンプル電極板１３、引出電極板１４、分析銃
（イオン源）１５、検出器等が設けられており、本発明
では、面取り部１１の分析すべき面（分析面）１２が所
定の位置（分析銃の焦点位置）で引出電極板１４と平行
となるようにサンプル１０を傾けて保持し、分析を行う
ことを特徴としている。

【００１９】このようにサンプルを傾けて保持し、これ
を装置にセットすれば、面取り部の分析面は、ウエーハ
をそのまま水平にセットしたときのウエーハ主面と同じ
位置で、同じ方向に向くことになる。従って、このよう
に置かれた面取り部の分析面にイオンビームの焦点を合
わせて照射することができ、また、発生した二次イオン
はウエーハ主面に照射したときと同様に検出器の方向に
向うので、これを検出して分析を行うことができる。

【００２０】サンプルを保持する手段は特に限定されな
いが、平行かつ対向する２つの傾斜面を有し、該２つの
傾斜面の間にサンプルを挟んで保持する保持治具を使用
することで、面取り部の分析面を上記のように所定の方
向に向けて分析を行うことができる。

【００２１】図２（ａ）（ｂ）は、本発明に係る面取り
部分析用保持治具の一例を示したものである。この保持
治具１は、傾斜面３ａ，３ｂを有する２つの傾斜部材２
ａ，２ｂと、該傾斜部材２ａ，２ｂを連結するネジ部材
６とからなり、２つの傾斜部材２ａ，２ｂが、相互の傾
斜面３ａ，３ｂが平行かつ対向するようにネジ部材６に
より連結されている。２つの傾斜部材２ａ，２ｂの間隔
は、ネジ部材６を回転工具により回転させて調節できる
ので、厚みの異なる様々なサンプルを図３に示すように
傾斜部材２ａ，２ｂの間に確実に挟持することができ
る。

【００２２】なお、保持治具１を製造するには、例え
ば、直方体の原料部材を用意する。この場合、保持治具
の材質（直方体の原料部材及びネジ部材）は、分析時に
バイアスをかけることができ、イオンの飛行に影響を与
えないように、導電性があり、磁化しないもの（例え
ば、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼）が好
ましい。側方から水平にネジ孔５を設けた後、この直方
体の上面から下面に向けて、切断面が傾斜面３ａ，３ｂ
となるように所望の角度で切断する。これにより上板と
下板とに分かれ、これらを傾斜部材２ａ，２ｂとするこ
とができる。そして、相互の傾斜面３ａ，３ｂの間に所
定の間隔をあけ、先に設けておいたネジ孔５にネジ部材
６を通すことで２つの傾斜部材２ａ，２ｂの傾斜面３
ａ，３ｂが平行かつ対向するように連結され、保持治具
１とすることができる。

【００２３】傾斜面３ａ，３ｂの傾斜角度４は、分析す
べき面取り部の分析面に応じて適宜決めれば良いが、例
えば、傾斜面の傾斜角度が１８°〜３４°の間にある保
持治具とすれば、半導体ウエーハ等の面取り部を分析す
る場合に好適に使用することができる。これは、本発明
者の調査によると、市販されているシリコンウエーハの
面取り部の傾斜角度は、ほとんどこの範囲内のものであ
ることが判明したからである。

【００２４】分析を行う際は、上記のような直方体の保
持治具１は、従来のホルダー２０にセットすることがで
きない。すなわち、従来の円形の窓を有するホルダー２
０は、ウエーハの表面（主面）を分析するには適してい
るが、これに面取り部分析用の保持治具１をセットする
と、サンプルの分析面が窓２１の枠の部分に位置した
り、窓２１より外側の部分に隠れてしまって分析面にイ
オンビームを照射できない場合がある。また、分析面を
窓の内側に置けたとしても、窓枠の近くだと、図９に示
されるように、窓枠のエッジ効果により面取り部の近く
で電界が密になり１次イオンビームが曲げられて分析面
に到達できず、分析ができない場合がある。

【００２５】図４は、本発明に係るホルダーの一例を示
している。このホルダー７は、保持治具１をセットする
収容部８と、長方形の窓９を有している。このようなホ
ルダー７の収容部に保持治具１を収容すれば、図５に示
すように、サンプル１０の分析面をホルダー７の窓９の
略中央に位置付けることができる。したがって、分析面
が窓９の外側の部分に隠れたりすることが無く、窓枠の
エッジ効果も受けないので、分析面にイオンビームを照
射して分析を行うことができる。なお、ホルダーの材質
に関しては、前記治具と同様の理由から、導電性があ
り、磁化しないもの（例えば、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４
などのステンレス鋼）が好ましい。

【００２６】前記したような保持治具１とホルダー７を
用いて、半導体ウエーハの面取り部の分析を行う手順と
しては、まず、パーティクルなどの不純物が付着したウ
エーハから、面取り部を含むように短冊状にサンプルを
切り出し、図１及び図３に示したように面取り部の分析
面が水平となるように（サンプル電極板と引き出し電極
板に平行になるように）サンプルを傾けて保持治具１で
挟持する。なお、TOF-SIMSにおいて１次イオンビームの
焦点を予め保持治具の上面に合わせておけば、サンプル
を保持する際、分析面を治具の上面と同じ高さに合わせ
て挟持することで、分析面をビーム焦点位置に合わせる
ことができる。

【００２７】次に、サンプルを挟持した保持治具１を専
用のホルダー７にセットし、例えば、サンプルバイアス
を３ｋＶに設定し、一次イオンビームを１５ｋＶで分析
面に照射する。そして、分析面から出てくる二次イオン
を検出器で検出するが、分析面が引き出し電極（０Ｖ）
と平行になっていないと二次イオンが検出器に到達しな
いため、分析面が引出電極板に対して平行となるように
しておく必要がある。

【００２８】イオンビーム照射により発生した二次イオ
ンを検出器で検出すれば、検出器に到達した時間に応じ
たスペクトルが得られる。そして、このスペクトルを解
析することにより、面取り部の分析面に付着していたパ
ーティクルや薄膜などの不純物を同定することができ
る。

【００２９】

【実施例】以下、実施例を示して本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 （実施例１）市販されている７社のシリコンウエーハの
面取り部の角度を調べ、それらの角度に応じて、面取り
部が水平となるように保持することができる保持治具を
製作した。さらに、この保持治具をセットしたときにサ
ンプルの分析面がホルダーの窓の中央に位置するような
ホルダーも製作した。

【００３０】ウエーハの面取り部の分析面を１０円玉で
接触させて故意に汚染し、面取り部を含むように約１０
ｍｍ幅の短冊状のサンプルを切り出した。保持治具の傾
斜面の間にサンプルを保持し、さらにこれをホルダーの
収容部にセットして、TOF-SIMSにより分析を行った。な
お、測定装置と測定条件は以下のものを用いた。 測定装置：TRIFT（アルバック・ファイ（株）製） 測定条件：１５ｋＶ Ｇａ MVA#3 CD1 Positive SI
MS （MVA:Mechanical Variable Aperture，CD：Contrast
Diaphragm）

【００３１】図１０（ａ）（ｂ）は、TOF-SIMSに付属の
ＣＣＤカメラによる分析面の画像図と２次電子像図であ
り、面取り部の像が確認できる。図１１は、本実施例に
おいてTOF-SIMSによる面取り部の分析で得られたスペク
トルの一つである。このスペクトルから、２８Ｓｉの質
量分解能が、５７００（FWHM：半値幅）取れており、問
題無く分析することができたことが分かる。本実施例で
は、さらに図１２に示すように不純物として他の元素等
（Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｃｕ、及び各種の炭化
水素）が検出された。

【００３２】尚、本発明は、上記実施形態に限定される
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００３３】例えば、上記実施形態においては、シリコ
ンウエーハの面取り部をTOF-SIMSにより分析する場合に
ついて説明したが、本発明における被分析物はシリコン
ウエーハに限定されず、分析装置に関しても、TOF-SIMS
以外の他の二次イオン分析装置（SIMS）を好適に使用す
ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、半導
体ウエーハ等の基板の面取り部を分析する際、分析装置
として例えばTOF-SIMSを使用し、照射するイオンビーム
の焦点が面取り部の分析面に合うとともに、発生する二
次イオンが検出器に向うようにサンプルを保持して分析
を行うものである。このようにサンプルを保持して分析
を行うことにより、面取り部に付着している金属や有機
系不純物パーティクルや薄膜状に存在している不純物を
点分析で同定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分析方法の概略を示す図である。

【図２】本発明に係る面取り部分析用保持治具の一例を
示す図である。 （ａ）正面図 （ｂ）断面図

【図３】保持治具で半導体ウエーハのサンプルを保持し
た図である。

【図４】本発明に係る面取り部分析用ホルダーの一例を
示す図である。 （ａ）平面図 （ｂ）断面図

【図５】サンプルを保持した保持治具をホルダーにセッ
トした図である。

【図６】従来のホルダーの概略図である。

【図７】従来のホルダーにセットしたウエーハサンプル
の面取り部と分析面を示す図である。

【図８】ウエーハサンプルを水平にセットして面取り部
にイオンビームを照射した場合に発生する二次イオンの
向きを示す図である。

【図９】エッジ効果による電界の乱れを示す図である。

【図１０】実施例で測定した面取り部の像の図である。 （ａ）ＣＣＤカメラによる像 （ｂ）二次電子像

【図１１】実施例でTOF-SIMSにより面取り部を分析して
得られたスペクトルの一つである。

【図１２】実施例で得られた他のスペクトルである。

【図１３】エッチング液による面取り部の分析方法を説
明するための図である。

【符号の説明】

１…面取り部分析用保持治具、 ２ａ…傾斜部材（上
板）、 ２ｂ…傾斜部材（下板）、 ３ａ，３ｂ…傾斜
面、 ４…傾斜角度、 ５…ネジ孔、 ６…ネジ部材、
７…面取り部分析用ホルダー、 ８…収容部、 ９…
窓（長方形）、１０…サンプル、 １１…面取り部、
１２…分析面、 １３…サンプル電極板、 １４…引出
電極板、 １５…分析銃（イオン源）、 １６…密な電
界、 ２０…ホルダー、 ２１…円形の窓、 Ｗ…ウエ
ーハ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の面取り部に付着している不純物に
   ついて分析する方法であって、分析手段として、引出電
   極板とサンプル電極板とを具備し、該電極板間の所定の
   位置に置かれたサンプル表面にイオンビームを照射する
   ことにより発生する二次イオンを検出して分析を行う二
   次イオン分析装置を使用し、前記面取り部を含む基板の
   サンプルを、該面取り部の分析すべき面が前記所定の位
   置で前記引出電極板と平行となるように傾けて保持し、
   前記面取り部の分析を行うことを特徴とする面取り部の
   分析方法。
2. 【請求項２】 前記二次イオン分析装置として、飛行時
   間型質量分析装置を使用することを特徴とする請求項１
   に記載の面取り部の分析方法。
3. 【請求項３】 前記基板として、半導体ウエーハを用い
   ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面
   取り部の分析方法。
4. 【請求項４】 基板の面取り部を分析する際に、該面取
   り部を含む基板のサンプルを保持する保持治具であっ
   て、平行かつ対向する２つの傾斜面を有し、該２つの傾
   斜面の間に前記サンプルを挟んで保持するものであるこ
   とを特徴とする面取り部分析用保持治具。
5. 【請求項５】 前記傾斜面の傾斜角度が、１８°〜３４
   °の間にあることを特徴とする請求項４に記載の面取り
   部分析用保持治具。
6. 【請求項６】 前記面取り部分析用保持治具は、前記傾
   斜面を有する２つの傾斜部材と、該傾斜部材を連結する
   ネジ部材とからなり、前記２つの傾斜部材が、相互の傾
   斜面が平行かつ対向するようにネジ部材により連結され
   て面取り部を含む基板のサンプルを挟持するものである
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の面取
   り部分析用保持治具。
7. 【請求項７】 前記面取り部分析用保持治具の外形が、
   直方体であることを特徴とする請求項４ないし請求項６
   のいずれか一項に記載の面取り部分析用保持治具。
8. 【請求項８】 基板の面取り部を分析する際に使用する
   ホルダーであって、請求項７に記載の面取り部分析用保
   持治具をセットする収容部と、長方形の窓を有すること
   を特徴とする面取り部分析用ホルダー。