JP2008102054A - 半導体基板保持容器 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板を用いた被評価液の品質評価において、一度容器に接触した被評価液が再び半導体基板に接触しない構造を持ち、基板保持容器からの汚染を受けずに被評価液中の不純物を高精度で測定する半導体基板保持容器を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明に係る半導体基板保持容器１は、密閉した内部空間である基板保持室３と基板保持室３に半導体基板４を出し入れする基板出入り口とを有する保持容器本体２と、基板保持室３に保持容器本体３の内壁面とは間隔を有して半導体基板４を中空状態で保持する保持体５と、基板保持室３に保持された半導体基板４上に被評価液６を滴下する給水口７と、半導体基板４上から落下した被評価液６を排水する排水口８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板洗浄に用いる純水等、半導体基板に適用される液体の水質ないし液質評価を行う際に使用される半導体基板保持容器に関するものである。

洗浄工程に使用する純水に含まれる不純物の濃度が、半導体基板の表面の清浄度に関係し、製品の品質や歩留まりに影響を与えるため、正確な純水の不純物分析が必要とされている。従来、純水の水質評価方法は、純水そのものを容器にサンプリングして不純物分析を行う方法が一般的である。この評価方法では、クリーンルーム外に設置されている純水製造設備等の定期管理およびメンテナンス前後の水質評価を行う際には、外気からの不純物混入がないようにクリーンベンチのもとで水を容器に採取して不純物分析を行っている。

しかしながら、純水をサンプリングして行う不純物分析では、半導体技術の微細化・高性能化に伴い、純水自体の分析という従来の水質評価技術で異常を発見するのは感度的に困難になっていること、また、純水そのものを分析する方法であるため、その純水が基板に与える影響を直接評価することはできないという問題があった。一方、純水中の悪影響を及ぼす物質は水中からウエハ表面に付着する物質に含まれていることから、純水を直接分析して水質を評価しなくても基板に付着した物質を解析することによって、実プロセスへの影響をみることができる。よって、純水を半導体基板に接触させたときの半導体基板の表面に付着する物質を不純物量としてみる水質評価が求められている。

上記の水質評価方法で、半導体基板上に不純物を付着させる際に用いる従来の半導体基板保持容器は、下記特許文献１に開示されているように、密閉した容器に基板を収納し、その容器内に純水を流し込む構造となっている。この半導体基板保持容器を用いることで、クリーンルーム外にある純水製造設備内の純水製造工程中の純水を半導体基板と接触させて分析することができ、外気からの汚染を低下させて、より正確な水質の評価ができる。

特開２００１−２３７２８９号公報

しかしながら、特許文献１の半導体基板保持容器を用いた純水の水質評価方法では、容器内部が純水で満たされており、容器に接触した純水が再び半導体基板に接触するような構成となっているため、容器内部に付着した汚染が通水中に溶出して半導体基板に付着し、本来測定したい純水中不純物の付着量が不明となる場合があるという問題がある。この容器内部の汚染の原因は、通水前に行う容器の洗浄不足、またはサンプリング前のパージを含め通水時に純水中の不純物が容器内壁に蓄積することである。

現在の半導体製造で使用する純水は極微量の不純物分析が必要である。よって、容器に付着した汚染は通水前に洗浄で除去すべきだが、実際には完全除去は困難であり、不純物の半導体基板付着量が水質によるものか、容器の洗浄不足により容器に付着した不純物によるものかの切り分けが難しい。この保持容器への汚染は基板の出し入れや運搬時に生じやすく、その後の通水時に保持容器の汚染は水中を拡散して半導体基板へ付着する。また、パージは容器内部を洗浄する目的で行うが、水質によってはパージ量が多いほど内壁汚染を加速する結果となり半導体基板付着量もパージ量に左右される結果となる。

本発明における半導体基板保持容器は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、一度容器に接触した純水等の被評価液が再び半導体基板に接触しない構造を持ち、容器からの汚染を受けずに被評価液中の不純物を高精度で測定することを目的としている。

本発明に係る半導体基板保持容器は、半導体基板に被評価液を接触させるのに用いる半導体基板の保持容器であって、密閉した内部空間である基板保持室と前記基板保持室に半導体基板を出し入れする基板出入り口とを有する保持容器本体と、前記基板保持室に前記保持容器本体の内壁面とは間隔を有して前記半導体基板を中空状態で保持する保持体と、前記基板保持室に保持された前記半導体基板上に前記被評価液を滴下する給水口と、前記半導体基板上から落下した前記被評価液を排水する排水口とを備える。

本発明における半導体基板保持容器は、一度容器にふれた純水が再び半導体基板に触れない構造を持つことにより、通水時に受ける保持容器からの汚染の影響を取り除くことができ、被評価液の品質評価を高精度に行うことができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１による半導体基板保持容器１を示す断面図であり、半導体基板保持容器１とは、半導体基板４に純水などの被評価液６を接触させて水質評価を行う際に用いる半導体基板４の保持容器のことである。

半導体基板保持容器１の構成について説明する。半導体基板保持容器１は、密閉した内部空間である基板保持室３と基板保持室３に半導体基板４を出し入れする基板出入り口（図示せず）とを有する保持容器本体２と、基板保持室３に保持容器本体２の内壁面とは間隔を有して半導体基板４を中空状態で保持する支柱５aと基板固定部５bからなる保持体５と、保持容器本体２の天井に設置され基板保持室３に保持された半導体基板４上に被評価液６を滴下するノズル等からなる給水口７と、半導体基板４上から落下した被評価液６を排水する排水口８と、被評価液６を排水口８に集める傾斜部２１とを備えている。また、この保持容器本体２は３本以上の足９で支えられている。

保持容器本体２の外形は例えば円形で、その大きさは半導体基板４の面積より大きい。また、保持容器本体２の内壁面と半導体基板４との間隔とは、半導体基板４に接触した純水が保持容器本体２の内壁面で跳ね返り再び半導体基板４に接触しない距離が望ましい。また、半導体基板４が設置されている中空状態とは、半導体基板４から流れ落ちた被評価液６が保持容器本体２の床で跳ね返り再び半導体基板４に接触しない位置が望ましい。

容器の材質は、下記実施例１ではポリカーボネートを用いているが、金属、有機物、無機質等の不純物を放出しにくい材質がよく、例えばポリテトラフルオロエチレンや石英、加工しやすいものとしてはポリエーテルエーテルケトンやポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンなどがよい。また、保持体５は溶出の少ない導電性樹脂で作られており、半導体基板の帯電を防止し、さらには外部機器を接続することにより電位の制御を可能としている。

被評価液６の給水から排水までは以下のようにして行われる。純水などの被評価液６はノズル等からなる給水口７より給水され、半導体基板４表面の中央部に滴下される。この半導体基板４は支柱５aと基板固定部５bからなる保持体５により点接触状態で保持されている。滴下された被評価液６は半導体基板４の表面の中心から保持体５に向かって同心円状に常に一方向に向かって広がっていく。半導体基板４から流れ落ちた被評価液６は傾斜部２１によって排水口８に集められ、容器外に排出される。このとき、半導体基板４と保持体５との接触は半導体基板４の側面および裏面と保持体５との点接触のみであるため、半導体基板４表面上を同心円状に広がっていき保持体５に接触した被評価液６が保持体５により跳ね返り再び半導体基板４に接触することはない。よって保持体５からの汚染の影響を受けないため、高精度な水質評価を行うことができる。また、保持体５にそって被評価液６が伝い落ち、同時に傾斜部２１によって被評価液６が速やかに排水口８に集められることで、保持容器本体２の床に溜まった水が流れ落ちてくる被評価液６によって跳ねて半導体基板４に接触することはない。よって、保持容器本体２からの汚染の影響を受けないため、高精度な水質評価を行うことができる。

上記実施の形態では被評価液６を純水で説明したが、本発明を適用できる技術分野は半導体基板に対する純水の水質評価に限らず、半導体基板に対する薬液等あらゆる液体（被評価液）の液中不純物評価にも用いることができる。薬液の液中不純物評価を行う際、薬液自体の分析よりも半導体基板に接触させて半導体基板に付着した物質を不純物付着量として品質評価を行う方が高感度であるという理由から、薬液製造メーカーではプラント内の各ポイントにおいての不純物評価が可能であり、同様の理由でユーザ側の製造ラインにおいても評価が可能である。

以上のように保持容器本体２に接触した水が、その後に半導体基板４に再び接触しない構造とすることで、半導体基板４は保持容器本体２の不純物を吸着しないため保持容器本体２からの汚染を防ぐことが可能となり、高精度な測定を行うことができる。

［実施の形態２］
図２は本発明の実施の形態２による半導体基板保持容器１を示す断面図であり、実施の形態１の半導体基板保持容器１に、ノズル等からなる給水口７に開閉自在なバルブ１０と、排水口８に開閉自在なバルブ１１および通水中も外気の混入を防ぐ排水トラップ１２とをさらに添設した構成となっている。

給水口のバルブ１０と排水口のバルブ１１は、半導体基板保持容器１をクリーンルーム外に持ち出す際は共に閉状態とし、通水する際のみ開状態にすることにより、半導体基板保持容器１は外気が入らない密閉構造となり、クリーンルーム外で通水作業をする際でも半導体基板４は外界からの汚染を受けない。

図２では給水口に添設したバルブ１０に三方弁を用いており、水配管から保持容器本体２への流路、および水配管から排水への流路の開閉切り替えが可能である。保持容器本体２と水配管とを接続する際は、保持容器本体２に水が流れないよう水配管から排水への流路が開くようにバルブ１０を切り替えることで、搬送中にバルブ１０に付着する異物や、バルブ接続作業時に低清浄度雰囲気および人から付着する異物や、水配管の特に先端部の汚染等をパージにより除去することができる。十分にパージを行った後、三方弁を切り替えて水配管から保持容器本体２への流路を開状態にし、容器内に水を通水する。

また、排水口８には排水トラップ１２を添設して通水中も外気が混入しない構成とし、半導体基板４の出し入れはクリーンルーム内で実施するため、半導体基板４は外界からの汚染を受けない。水配管は汚染されないように、測定を行わないときも常にパージを行っておくことが望ましい。

以上のように、バルブ１０、１１および排水トラップ１２を備えることにより、運搬および通水時に密閉状態を保つと同時に、水配管を接続するときの汚染や保持容器本体２に接続した水配管およびバルブ自体の汚染をパージにより除去することが出来る構造となり、外界からの影響を防ぐことができ、クリーンルーム外でも高精度な測定を行うことができる。

［実施の形態３］
図３は本発明の実施の形態３による半導体基板保持容器１を示す断面図であり、実施の形態１の半導体基板保持容器１に、フィルタ１３と、基板保持室３に保持されている半導体基板４の近傍に設置されフィルタ１３に接続されるマルチノズル１４とをさらに備えた構成となっている。

上記構成によりフィルタ１３とマルチノズル１４を介して保持容器本体２の基板保持室３にＮ２やドライエアーなどの乾燥気体を導入することができ、半導体基板４は保持容器本体２に入れたままで乾燥することができる。フィルタ１３を通すことによって清浄度を維持しており、マルチノズル１４を用いることによって半導体基板４上に勢いよく乾燥気体を吹き付けて半導体基板４に付いた水を吹き飛ばし、より速く乾燥させることができる。

以上のように、容器に入れたままで乾燥ができる構造とすることで、濡れたままの半導体基板４を保持容器本体２から出し入れするときに受ける汚染を防ぎ、高精度な測定を行うことができる。

［実施の形態４］
図４は本発明の実施の形態４による半導体基板保持容器１を示す断面図であり、実施の形態１の半導体基板保持容器１に、基板保持室３の気体を排出するポンプ１５をさらに備えた構成となっている。

上記構成により清浄度の高いポンプ１５を用いて基板保持室３を真空状態にすることで、容器内部の反応性ガスを排除することができる。反応性ガスを排除する目的は２つあり、１つは純水などの被評価液６を滴下時に、空気中のCO２を巻き込み被評価液６が酸性化することを防ぐ目的がある。酸性化すると特にNa、Kなど軽元素の付着が少なくなるため不純物付着の挙動がわからず、実プロセスへの影響と相関がとれなくなる。もう１つの目的は、疎水面半導体基板での表面付着量評価を可能とするためで、N２導入により自然酸化膜の成長を防止することができる。

また、反応性ガスを排除する構造としては、真空ポンプ１５以外にも実施の形態３の構造でN２やHeなどの不活性ガスを導入する構造でも良い。CO２除去だけを目的とするならばCO２除去用のケミカルフィルタをつけて、ドライエアーを流してもよい。

以上のように基板保持室３の反応性ガスの排除が行える構造とすることで、半導体基板４を用いた被評価液６の品質評価の利点の１つである実プロセスへの影響との相関を持った高精度な評価値を得ることができる。

［実施の形態５］
図５は本発明の実施の形態５による半導体基板保持容器１を示す断面図であり、実施の形態１の半導体基板保持容器１に、保持容器本体２を支える足９の長さを調整することにより基板保持室３に保持された半導体基板４の保持角度を調整する半導体基板保持角度調整機構１６と、保持容器本体２の給水口７に添設され半導体基板４上に供給される被評価液６の量を制御する流量調整バルブ１７を備えた構成となっている。

半導体基板４の不純物の付着量は半導体基板４表面近傍の被評価液６の流速から大きく影響を受けるため、流量調整バルブ１７を設けることによって半導体基板４上に供給される被評価液６の量を制御し、かつ、半導体基板保持角度調整機構１６により半導体基板４の保持角度を制御することで、半導体基板４上の被評価液６の流れを制御し、不純物の付着率を一定とすることができる。

流量を測定する装置は、排水ラインに設けるかもしくは給水ラインに設ける際には超音波流量計などの非接触の流量計を用いることで、水を汚染せずに測定することができる。

以上のように半導体基板上の被評価液の流れを制御する構造とすることで、不純物付着率を一定化することができ、より高精度な測定を行うことができる。

［実施の形態６］
図６は本発明の実施の形態６による半導体基板保持容器１を示す断面図であり、図７は本発明の実施の形態６による半導体基板保持容器１の要部を示す斜視図である。実施の形態１の半導体基板保持容器１に、モータ２０と、モータ２０によって回転する回転軸１９と、基板保持室３に配置され回転軸１９に接続される回転台１８をさらに備えた構成となっており、回転台１８の中心から一定の距離で複数の保持体５を設置し、各保持体５は基板保持室３に半導体基板４を保持容器本体２の内壁面とは間隔を有した中空状態で保持している。

給水口７は各半導体基板４の中央に被評価液６が滴下される位置にあり、ある時期の水質の被評価液６が接触した半導体基板４を容器の持ち運びやタイムラグなしに同時にもしくは順に複数枚作成することが可能で、かつ、基板保持室３はモータ２０からの発塵が半導体基板４に影響を与えないように気密や気流が制御された構造としている。

基板保持室３で複数枚の半導体基板４に対してサンプリングを同時にする目的は１つが再現性確認目的で、もう１つが例えば有機、無機等の別の不純物分析に用いる目的である。上記構成によると、一定のスピードで回転台１８を回すことで各半導体基板４が同様の条件で被評価液６と接触する。保持容器本体２内で複数枚の半導体基板４に対してサンプリングを順におこなう目的は、例えば純水製造設備メンテナンス後の経時変化を評価したい場合など時間に制約がある場合で、容器の持ち運びの手間・時間が省略されるため有効である。この場合は１枚目の半導体基板４中央に水が滴下され、規定時間が経過したら回転台１８が２枚目の半導体基板４中央位置に水が滴下されるように回転し、３枚目、４枚目も同様に進行する。この方法により、例えばメンテナンス後１時間、２時間といった短時間においても純水中不純物の変動を確認できる。

以上のように、１つの基板保持室３に複数の半導体基板４を格納し、回転台１８上に配置することにより複数のサンプリングを行える構造とすることで、同時に複数、もしくは連続した複数のサンプリングを行うことができ、利便性を向上させることができる。

［実施例１］
実施の形態１において、超純水の水質評価を行った。まず、直径８インチの半導体基板（半導体ウエハ）を８枚用意し、洗浄装置を用いて通常のRCA洗浄を行い、ウエハの表面を清浄化した。このうちの２枚について表面の金属元素（Ca）分析を行い、その結果、洗浄後の半導体基板表面のCa濃度は１×１０⁹atoms/cm²以下であった。

次に、このうちの５枚について以下に示す手順で超純水に接触させた。クリーンルーム（クラス１００）内に設置されたクリーンベンチ内で図２に示した半導体基板保持容器に半導体基板を入れた。この半導体基板保持容器を同クリーンルーム内に設置されたドラフトに搬送して、試料水の配管と保持容器の試料水入り口（給水口）とを接続し、２L/minの流量で１０時間の通水を行った。その後、クリーンベンチ内で半導体基板を取り出して乾燥させた。

以上の方法により超純水に接触させた半導体基板について、表面の金属元素（Ca）濃度は２.４±０.５×１０¹⁰atoms/cm²であった。すなわち、２L/minの流量で１０時間の通水でおよそ２.０×１０¹⁰atoms/cm²のCaを付着させる水であると評価することができる。

［比較例１］
実施例１において洗浄を行った半導体基板の残りの１枚について、以下に示す手順で超純水に接触させた。実施例１と同様にクリーンルーム（１００）内に設置されたクリーンベンチ内で図２に示す半導体基板保持容器に半導体基板を入れた。この半導体基板保持容器を同クリーンルーム内に設置されたドラフトに搬送して、試料水の配管と保持容器の試料水入り口（給水口）とを接続し、排水口を閉じた上で容器の上部に設けられた換気口（図２では図示せず）から空気を出すことで容器内に水を満たし、容器に触れた水が再び半導体基板に触れる状態にした。

次に、換気口を閉じて排水口を開け、容器に水が満たされた状態で２L/minの流量で１０時間の通水を行った。通水終了時は、換気口を開けることで排水口から水を抜いた。その後、クリーンベンチ内で半導体基板を取り出して乾燥させた。以上の方法により超純水に接触させた半導体基板について表面の金属元素（Ca）分析を行った。その結果、超純水との接触後の半導体基板表面のCa濃度は７.０×１０¹⁰atoms/cm²であった。すなわち、２L/minの流量で１０時間の通水中に容器から受けるCa汚染はおよそ５.０×１０¹⁰atoms/cm²であり、純水から受ける汚染（すなわち実施例１の場合）よりも多いことがわかった。

本発明の実施の形態１による半導体基板保持容器を示す断面図である。 本発明の実施の形態２による半導体基板保持容器を示す断面図である。 本発明の実施の形態３による半導体基板保持容器を示す断面図である。 本発明の実施の形態４による半導体基板保持容器を示す断面図である。 本発明の実施の形態５による半導体基板保持容器を示す断面図である。 本発明の実施の形態６による半導体基板保持容器を示す断面図である。 本発明の実施の形態６による半導体基板保持容器の要部を示す斜視図である。

符号の説明

１ 半導体基板保持容器、２ 保持容器本体、３ 基板保持室、４ 半導体基板、５ 保持体、６ 被評価液、７ 給水口、８ 排水口、９ 足、１０、１１ バルブ、１２ 排水トラップ、１３ フィルタ、１４ マルチノズル、１５ ポンプ、１６ 半導体基板保持角度調整機構、１７ 流量調整バルブ、１８ 回転台、１９ 回転軸、２０ モータ、２１ 傾斜部。

Claims (7)

1. 半導体基板に被評価液を接触させるのに用いる半導体基板の保持容器であって、
   密閉した内部空間である基板保持室と前記基板保持室に半導体基板を出し入れする基板出入り口とを有する保持容器本体と、
   前記基板保持室に前記保持容器本体の内壁面とは間隔を有して前記半導体基板を中空状態で保持する保持体と、
   前記基板保持室に保持された前記半導体基板上に前記被評価液を滴下する給水口と、
   前記半導体基板上から落下した前記被評価液を排水する排水口と、を備える半導体基板保持容器。
2. 前記保持体は、
   前記半導体基板を点接触状態で保持する構造を有する請求項１記載の半導体基板保持容器。
3. 前記給水口に添設された開閉自在なバルブと、
   前記排水口に添設された開閉自在なバルブ、および外気の混入を防ぐ排水トラップと、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半導体基板保持容器。
4. フィルタと、
   前記フィルタに接続され、前記基板保持室に保持されている前記半導体基板の近傍に設置されるマルチノズルと、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半導体基板保持容器。
5. 前記基板保持室の気体を排出するポンプをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半導体基板保持容器。
6. 前記保持容器本体を支える足の長さを調整することにより前記基板保持室に保持された半導体基板の保持角度を制御する半導体基板保持角度調整機構と、
   前記保持容器の給水口に添設され、前記半導体基板上に供給される被評価液の量を制御する流量調整バルブと、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半導体基板保持容器。
7. モータと、
   前記モータに接続され前記モータによって回転する回転軸と、
   前記基板保持室に配置され、前記回転軸に接続される回転台と、をさらに備え、
   前記回転台の中心から一定の距離で前記回転台上に複数の前記保持体を設置し、前記各保持体は前記基板保持室に前記保持容器本体の内壁面とは間隔を有して前記半導体基板を中空状態で保持することを特徴とする請求項１記載の半導体基板保持容器。

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