JP2009038224A

JP2009038224A - 半導体基板評価装置及び半導体基板評価方法

Info

Publication number: JP2009038224A
Application number: JP2007201623A
Authority: JP
Inventors: Megumi Hirai; 恵平井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】ウェハ表裏面及びウェハ周縁部の両方を評価することができ、容器や器具による分析試料液の汚染を減らすことができる半導体基板評価装置及び半導体基板評価方法を提供すること。
【解決手段】基板保持部３と、下部に開口部を有する疎水性の試料液保持部４と、試料液保持部に設けられた開閉弁部と、開閉弁部を介して試料液保持部内にガスを供給するガス供給管１１と、開閉弁部を介して試料液保持部内のガスを排出するガス排出管１２とを備え、基板保持部で保持した疎水性の半導体基板２と、試料液保持部で保持して開口部からはみ出すように露出させた分析試料液とを接触させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板における微量不純物を評価する半導体基板評価装置及び半導体基板評価方法に関し、特に半導体基板表裏面及び半導体基板周縁部の両方を評価することができ、分析試料液を用いて半導体基板における微量不純物を評価するときに、容器や器具により分析試料液が汚染されることがない半導体基板評価装置及び半導体基板評価方法に関する。

近年の半導体装置の製造プロセスでは、半導体基板（以下、ウェハという）中での拡散係数が大きいＣｕなどの金属材料が使用されており、各製造工程で金属材料を含む微量不純物のクロスコンタミネーションを評価、管理することが必要となってきている。

ウェハ表裏面における微量不純物の評価方法としては、疎水性にしたウェハ表（おもて）面に分析試料液を滴下し、ウェハを傾斜させることにより分析試料液をウェハ表（おもて）面上で移動させ、その後分析試料液を回収して評価するＷＳＡ法（ＷａｆｅｒＳｕｒｆａｃｅＡｎａｌｙｓｉｓ法）が知られているが、この方法では分析試料液がウェハから落下するのを防ぐためにウェハ周縁部は評価の対象外となる。

一方、ウェハ周縁部における微量不純物の評価方法としては、容器に入れた分析試料液にウェハ周縁部を浸漬させた状態でウェハを回転させ、その後分析試料液を回収して評価する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

どちらの評価方法も、回収した分析試料液は分析用の試料液容器に移され、フレームレス原子吸光分析法、ＩＣＰ−ＭＳ法（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ；誘導結合プラズマ質量分析法）などの分析方法により、微量不純物の元素や含有量が特定される。
特開２０００−７７４９２号公報

しかしながら、上記従来のウェハ表裏面またはウェハ周縁部における微量不純物の評価方法では、それぞれウェハ表裏面またはウェハ周縁部のどちらか一方しか評価することができなかった。

また、上記従来のウェハ周縁部における微量不純物の評価方法では、ウェハ径が大きくなるのに従って、分析試料液を入れる容器を大きくする必要があり、容器により分析試料液が汚染されることがあった。また、分析試料液を容器に滴下したり、分析試料液を容器から回収したりするのにピペット等の器具を用いるため、器具により分析試料液が汚染されることがあった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、ウェハ表裏面及びウェハ周縁部の両方を評価することができ、分析試料液を用いてウェハにおける微量不純物を評価するときに、容器や器具により分析試料液が汚染されることがない半導体基板評価装置及び半導体基板評価方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体基板評価装置は、基板保持部と、下部に開口部を有する疎水性の試料液保持部と、試料液保持部に設けられた開閉弁部と、開閉弁部を介して試料液保持部内にガスを供給するガス供給管と、開閉弁部を介して試料液保持部内のガスを排出するガス排出管とを備え、基板保持部で保持した疎水性の半導体基板と、試料液保持部で保持して開口部からはみ出すように露出させた分析試料液とを接触させるものである。

この構成により、試料液保持部の疎水性と分析試料液の表面張力とを用いて、試料液保持部が分析試料液を安定して保持するので、分析試料液が落下することなしに、ウェハ表裏面及びウェハ周縁部の両方を評価することができる。また、評価前に分析試料液容器から試料液保持部に分析試料液を直接吸い上げ、評価後に試料液保持部から分析用の試料容器に分析試料液を直接移し替えることにより、容器や器具を用いる回数を減らして、容器や器具による分析試料液の汚染を防ぐことができる。

また、本発明の半導体基板評価装置は、試料液保持部は開口部と開閉弁部との間に液貯め部を有している。

この構成により、液貯め部が緩衝部として働き、試料液保持部が分析試料液を更に安定して保持することができる。

本発明の半導体基板評価方法は、基板保持部と、下部に開口部を有する疎水性の試料液保持部と、試料液保持部に設けられた開閉弁部と、開閉弁部を介して試料液保持部内にガスを供給するガス供給管と、開閉弁部を介して試料液保持部内のガスを排出するガス排出管とを備えた半導体基板評価装置を用いる半導体基板評価方法であって、基板保持部で保持した疎水性の半導体基板と、試料液保持部で保持して開口部からはみ出すように露出させた分析試料液とを接触させるステップを有している。

この構成により、分析試料液と半導体基板とが接触するステップにおいて、分析試料液が半導体基板上を流れて液ダレをすることがなく、試料液保持部は分析試料液を安定して保持するので、ウェハ表裏面及びウェハ周縁部の両方を評価することができる。

また、本発明の半導体基板評価方法は、開閉弁部の弁を開いてガス排出管により試料液保持部内のガスを排出して、開口部から試料液保持部に分析試料液を吸い上げた後に、開閉弁部の弁を閉じて試料液保持部で分析試料液を保持するステップを更に有している。

この構成により、評価前に分析試料液容器から試料液保持部に分析試料液を直接吸い上げ、容器や器具を用いる回数を減らして、容器や器具による分析試料液の汚染を防ぐことができる。

また、本発明の半導体基板評価方法は、開閉弁部の弁を開いてガス供給管から試料液保持部内にガスを供給して、試料液保持部で保持した分析試料液を開口部からはみ出すように露出させた後に開閉弁部の弁を閉じるステップを更に有している。

この構成により、試料液保持部で保持された分析試料液を適切に試料液保持部の開口部から露出させることができる。

本発明によれば、試料液保持部が分析試料液を安定して保持するので、ウェハ表裏面及びウェハ周縁部の両方を評価することができ、また、容器や器具を用いる回数を減らして、容器や器具による分析試料液の汚染を減らすことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態の半導体基板評価装置の概略構成を示す図である。

半導体基板評価装置１は、評価対象であるウェハ２を保持する基板保持部３と、分析試料液を保持する試料液保持部４とを有している。

基板保持部３はウェハ２を真空吸着する基板吸着部５と、基板吸着部５を回転軸６を介して０．２〜１．０ｒｐｍの速度で回転させる軸駆動部７とを有している。軸駆動部７は回転軸６の垂直、水平方向の位置を変えることにより、ウェハ２の保持角度を変えることができる。試料液保持部４は円筒形をしており、円筒形の中央部分には膨らみがあって液貯め部９となっている。液貯め部９は緩衝部（ダンパ）の役割を果たすもので、試料液保持部４が安定して分析試料液を保持するためのものである。試料液保持部４は、少なくとも内側が疎水性の材料、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂でできている。

試料液保持部４には脱着可能な傘部８が取り付けられている。傘部８は評価時に気流により分析試料液が落下するのを防ぐためのものであり、基板保持部３でウェハ２を略鉛直に保持して評価するときにウェハ２の周縁部を差し込むことができる切れ込み部１０を有している。ウェハ２の表裏面を評価するときには、傘部８を試料液保持部４から取り外して評価する。傘部８も少なくとも内側は疎水性の材料でできている。

試料液保持部４には、試料液保持部４内にガスを供給するガス供給管１１と、試料液保持部４内のガスを排出するガス排出管１２とが接続されている。ガス供給管１１にはガスフィルタ１３が接続されており、十分に不純物を除去したガス、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを試料液保持部４に供給することができる。

試料液保持部４は、図示しない駆動部により垂直方向及び水平方向に移動して、基板保持部３により保持されたウェハ２上を移動する。

図２は本実施の形態の半導体基板評価装置の試料液保持部の評価準備状態を示す側断面図である。

分析試料液１４は試料液保持部４の疎水性と分析試料液１４の表面張力とにより、試料液保持部４に安定して保持されている。

試料液保持部４は下側部分が開口部１５を有して開口しており、試料液保持部４は下側部分が細くなり、開口も細口となっている。試料液保持部４にはガス供給管１１との接続部分に第１の開閉弁部１６が設けられ、ガス排出管１２との接続部分に第２の開閉弁部１７が設けられている。

試料液保持部４に分析試料液１４を吸い上げるときは、図示しない容器に入った分析試料液に開口部１５を接触させ、ガス排出管１２につながる第２の開閉弁部１７を開き、試料液保持部４内のガスを排出して、試料液保持部４に一定量の分析試料液１４を吸引し、その後開閉弁１７を閉じて吸引を止める。前述の通り、このとき、分析試料液１４は試料液保持部４の疎水性と分析試料液１４の表面張力とにより、試料液保持部４に安定して保持される。保持される分析試料液１４の液量は、後の分析工程に依存するが、５００〜１０００μｌ（マイクロリットル）程度である。

図３は本実施の形態の半導体基板評価装置の試料液保持部の評価動作状態を示す側断面図であり、ウェハ２の周縁部を評価するときの動作状態を示している。

本実施の形態の半導体基板評価装置の評価動作手順は以下の通りである。

ガス供給管１１につながる第１の開閉弁部１６を開き、分析試料液１４が吸い上げられた試料液保持部４内にガスを供給して、分析試料液１４を開口部１５からはみ出すように露出させ、その後第１の開閉弁部１６を閉じる。このとき、供給するガス量を調整することで、開口部１５からはみ出す分析試料液１４の量を調整することができる。

分析試料液１４はウェハ２の金属汚染状態を評価するときは、希フッ化水素（ＨＦ）＋過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）溶液または硝酸（ＨＮＯ_３）水溶液を用いる。評価対象であるウェハ２はフッ化水素（ＨＦ）蒸気などであらかじめ処理して十分に疎水性にしておく。

図１に示した基板保持部３で略鉛直に保持したウェハ２上に試料液保持部４を移動させ、ウェハ２の周縁部を図１に示した切れ込み部１０に差し込んで、開口部１５からはみ出した分析試料液１４とウェハ２とを接触させる。このとき接触面積が１〜３ｍｍ^２になるように試料液保持部４の高さを調整する。

分析試料液１４とウェハ２とが接触した状態で、ウェハ２を任意回数だけ回転させ、ウェハ周縁部に金属汚染があったときに、金属汚染を分析試料液１４中に溶出させる。ウェハ２は前処理により十分に疎水性になっており、また試料液保持部４も疎水性であり、分析試料液１４も表面張力を有することから、分析試料液１４は評価動作中も試料液保持部４に安定して保持されており、ウェハ２上を流れて液ダレをするようなことはない。評価中に分析試料液１４を試料液保持部４側に吸引する必要もない。

ウェハ２を任意回数だけ回転させた後、再度第２の開閉弁部１７を開き、試料液保持部４に分析試料液１４を再度吸引し、回収する。回収した分析試料液１４はこの後図示しない分析用の試料液容器に移し、各種の分析方法により微量不純物の元素や含有量を特定して、ウェハ２の周縁部の金属汚染状態を評価する。

図４は本実施の形態の半導体基板評価装置の評価動作状態を示す図であり、ウェハ２の表（おもて）面を評価するときの動作状態を示している。

図１に示した基板吸着部５がウェハ２の裏面を吸着し、軸駆動部７が回転軸６の位置を図１とは変えて、ウェハ２を表（おもて）面が上になるようにして水平の状態で保持している。試料液保持部４からは傘部８が取り外されており、分析試料液１４が開口部１５からはみ出すようにして露出している。ウェハ２は軸駆動部７により回転させられており、試料液保持部４は垂直方向及び水平方向に移動して分析試料液１４とウェハ２とを接触させてウェハ２の表（おもて）面の評価を行う。ウェハ２の裏面の評価を行うときは、基板吸着部５でウェハ２の表（おもて）面を吸着し、上記と同様の動作を行えばよい。ウェハ２の表裏面を評価するときも試料液保持部４が分析試料液１４を安定して保持することは明らかである。

本実施の形態の半導体基板評価装置においては、評価前に図示しない分析試料液容器から分析試料液１４を試料液保持部４に直接吸い上げ、また評価後も試料液保持部４から分析試料液１４を図示しない分析用の試料液容器に直接移すことができる。このため、評価中に分析試料液１４を入れておく容器や評価の前後に分析試料液１４を移し替えるためのピペットなどの器具が不要となる。

なお、本実施の形態では試料液保持部４を円筒形としたが、試料液保持部４の形状はこれに限るものではなく、直方体その他の形状を有しても良く、また、液貯め部９は試料液保持部４の鉛直方向の上部にあってもよい。

また、本実施の形態では、第１の開閉弁部１６と第２の開閉弁部１７とを別のものとしたが、ガス供給管１１及びガス排出管１２と試料液保持部４との間に共通のひとつの開閉弁部を設けてもよい。

本発明の半導体基板評価装置及び半導体基板評価方法は、ウェハ表裏面及びウェハ周縁部の両方を評価することができ、また、容器や器具による分析試料液の汚染を減らすことができるので、半導体装置の製造プロセスにおける半導体基板評価装置及び半導体基板評価方法として有用である。

本発明の実施の形態の半導体基板評価装置の概略構成を示す図本発明の実施の形態の半導体基板評価装置の試料液保持部の評価準備状態を示す側断面図本発明の実施の形態の半導体基板評価装置の試料液保持部の評価動作状態を示す側断面図本発明の実施の形態の半導体基板評価装置の評価動作状態を示す図

符号の説明

１半導体基板評価装置
２半導体基板（ウェハ）
３基板保持部
４試料液保持部
９液貯め部
１１ガス供給管
１２ガス排出管
１４分析試料液
１５開口部
１６第１の開閉弁
１７第２の開閉弁

Claims

基板保持部と、
下部に開口部を有する疎水性の試料液保持部と、
前記試料液保持部に設けられた開閉弁部と、
前記開閉弁部を介して前記試料液保持部内にガスを供給するガス供給管と、
前記開閉弁部を介して前記試料液保持部内のガスを排出するガス排出管とを備え、
前記基板保持部で保持した疎水性の半導体基板と、前記試料液保持部で保持して前記開口部からはみ出すように露出させた分析試料液とを接触させることを特徴とする半導体基板評価装置。
前記試料液保持部は前記開口部と前記開閉弁部との間に液貯め部を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板評価装置。
基板保持部と、
下部に開口部を有する疎水性の試料液保持部と、
前記試料液保持部に設けられた開閉弁部と、
前記開閉弁部を介して前記試料液保持部内にガスを供給するガス供給管と、
前記開閉弁部を介して前記試料液保持部内のガスを排出するガス排出管とを備えた半導体基板評価装置を用いる半導体基板評価方法であって、
前記基板保持部で保持した疎水性の半導体基板と、前記試料液保持部で保持して前記開口部からはみ出すように露出させた分析試料液とを接触させるステップを有することを特徴とする半導体基板評価方法。
前記開閉弁部の弁を開いて前記ガス排出管により前記試料液保持部内のガスを排出して、前記開口部から前記試料液保持部に前記分析試料液を吸い上げた後に、前記開閉弁部の弁を閉じて前記試料液保持部で前記分析試料液を保持するステップを更に有することを特徴とする請求項３に記載の半導体基板評価方法。
前記開閉弁部の弁を開いて前記ガス供給管から前記試料液保持部内にガスを供給して、前記試料液保持部で保持した前記分析試料液を前記開口部からはみ出すように露出させた後に前記開閉弁部の弁を閉じるステップを更に有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体基板評価方法。