JP2604037B2

JP2604037B2 - 半導体処理装置

Info

Publication number: JP2604037B2
Application number: JP17861089A
Authority: JP
Inventors: もくじ影山; 清 ▲吉▼川; 綾子前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1989-07-11
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPH02229428A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は半導体処理装置に関するもので、特に半導体
基板表面に付着している不純物の回収に使用されるもの
である。

（従来の技術）半導体基板上に形成される熱酸化膜などの薄膜中にNa
（ナトリウム）,K（カリウム）,Fe（鉄）等の不純物が
含まれていると、その量が少なくても半導体素子の電気
的特性に大きな影響を与えることは良く知られている。
したがって、前記酸化膜を形成する半導体基板表面から
不純物の混入をできるかぎり抑制して前記半導体素子の
電気的特性を向上することが必要である。

従来、前記半導体基板表面の不純物を測定するにあた
り、二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectro
metry,以下SIMSという。）、オージェ電子分光（Auger
Electron Spectroscopy,以下AESという。）、放射化分
析などの機器分析が用いられてきた。ところが、これら
SIMS、AES及び放射化分析等の機器分析は、大掛かりで
かつ高価な測定機器が必要であるために分析コストがか
かり、又分析操作に熟練を必要とする欠点がある。ま
た、電子ビームや光ビームを使用する分析方法であるた
め、局所分析が可能である反面、半導体基板全面の汚染
量評価が不可能である。このため、前記半導体基板の表
面全体を簡便に分析するには向いていない。そこで、最
近では基板表面の全体を分析する方法として主に以下に
示す２つの方法が使用されている。

第１の方法は、あらかじめ半導体基板の表面に適切な
熱酸化膜を形成した後、前記半導体基板をふっ化物溶液
の蒸気中に暴露する。続いて、前記ふっ化物溶液の蒸気
により溶解した酸化膜をその中に含まれる不純物ととも
にふっ化物溶液として回収する。そして、このふっ化物
溶液を分析装置にかけて不純物測定を行なうという気相
分解法。

第２の方法は、熱酸化処理を施さずに半導体基板をふ
っ化物溶液中に浸漬して、前記半導体基板の表面全体の
自然酸化膜を溶解する。そして、このふっ化物溶液を測
定することにより前記自然酸化膜に含まれる不純物やそ
の濃度を調べるという方法である。

しかしながら、前者の方法においては熱酸化工程があ
るため、この熱酸化工程における雰囲気中から熱酸化膜
への不純物の混入、半導体基板表面からの不純物の蒸
発、半導体基板内部から前記半導体基板表面への不純物
の拡散などが生じる可能性がある。また、後者の方法に
おいては不純物回収のために必要なふっ化物溶液量が分
析に必要なふっ化物溶液量に対して多過ぎるため、回収
した溶液中の不純物濃度の低下が著しく、不純物分析デ
ータの感度及び精度が低下するという点、並びに分析に
不要な半導体基板裏面の自然酸化膜中の不純物も前記ふ
っ化物溶液中に取り込まれてしまうという点で問題があ
る。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来では半導体基板上の不純物を簡便に
測定するにあたり、分析精度やその信頼性の面で問題が
あった。

よって、本発明の目的は、半導体基板表面の不純物を
熱酸化工程なしで高感度に測定できる不純物測定方法に
用いられ、前記不純物の分析精度やその信頼性の向上が
得られる半導体処理装置を提供することである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明の半導体処理装置
は、半導体基板の表面を気相分解装置により分解した
後、この半導体基板を基板搬送装置により基板支持装置
へ搬送する。この後、液滴駆動装置を用いて、前記基板
支持装置に支持された半導体基板の表面に対し、液滴を
接触させた状態で保持する。また、この液滴を前記半導
体基板の表面上で中心から外周に向かって渦巻状に余す
ところなく走査させる。これにより、前記半導体基板の
表面上に付着していた不純物を回収し、前記走査の終了
した液滴を液滴回収装置に保存するという一連の動作を
行なうものである。

また、半導体基板の表面を気相分解装置により分解し
た後、この半導体基板を基板搬送装置により基板支持装
置へ搬送する。この後、滴下装置から液滴が滴下される
と、この液滴を液滴保持具が保持する。また、液滴駆動
装置を用いて、前記液滴保持具により保持された液滴を
前記基板支持装置に支持された半導体基板の表面上で中
心から外周に向かって渦巻状に余すところなく走査させ
る。これにより、前記半導体基板の表面上に付着してい
た不純物を回収し、前記走査の終了した液滴を液滴回収
装置に保存する。なお、これら諸装置の一連の動作が遠
隔操作により行なわれるものである。

さらに、これら諸装置による一連の動作は清浄度空間
で行われるのが好ましい。

また、前記液滴は、酸化剤及び還元剤のうちの少なく
とも１つを含む水溶液であるのが良い。

（作用）このような構成の半導体基板表面不純物回収装置によ
れば、熱酸化工程なしに、半導体基板表面に付着した不
純物を液滴という微量な液量により回収できる。即ち、
この液滴による不純物測定は分析感度やその信頼性の向
上を達成できる。

また、これら諸装置の一連の動作が遠隔操作により行
なわれるため、人間は諸装置や半導体基板に全く触れず
に、自動的に液滴を回収して分析を行うことができる。
即ち、従来の分析方法に比べて短時間、かつ高精度及び
高信頼性のある不純物分析ができる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明
する。

第１図及び第２図は、本発明に係わる半導体処理装置
の第１の実施例を示すものである。第１図は本発明に係
わる半導体処理装置を構成する諸装置を側面から見たも
のである。また、第２図は前記第１図における諸装置を
平面から見たもので、これら諸装置の配置がわかるよう
にしたものである。なお、第１図及び第２図において一
部に断面を示す所があるが、その部分には斜線を入れて
他と区別する。

101は、半導体基板の表面を気相により分解するため
の気相分解装置を示している。この気相分解装置は樹脂
製の蓋１と、この蓋１により密閉できる樹脂製の容器２
と、この樹脂製の容器２の中に設置されたエレベータ３
と、前記樹脂製の容器２の中に入れられた高純度ふっ化
物溶液４とで構成されている。前記樹脂製の蓋１はエレ
ベータ３に結合され、このエレベータ３とともに上下に
移動することができる。なお、このエレベータ３上には
半導体基板運搬用のキャリヤ５が配置される。

102は、半導体基板表面に付着した不純物の回収を行
うための回転処理装置を示している。この回転処理装置
は、基板支持装置（例えば真空チャック）６、液滴駆動
装置８及び液滴回収装置（例えば受け皿）９から構成さ
れていいる。液滴駆動装置８は、円盤状に形成されてお
り、その円周に添って複数個の液滴保持部10が設けられ
ている。液滴回収装置９は、円盤状に形成されており、
その円周に添って複数個の窪み11が設けられている。基
板支持装置６と液滴駆動装置８の位置は、液滴保持部10
が液滴駆動装置８の回転により基板支持装置６の回転中
心、すなわちこの基板支持装置６に支持される半導体基
板12の中心を通るように決められている。液滴駆動装置
８と液滴回収装置９とは互いに重なり合っている。

７は、基板搬送装置を示している。この基板搬送装置
７は、気相分解装置101及び回転処理装置102間、すなわ
ちキャリア５及び基板支持装置６間で半導体基板の搬送
を行なう。

なお、これら諸装置はグローブボックス13内に設置さ
れ、外部と隔離されている。さらに、図示しない制御用
モータによりこれら諸装置が駆動されるので、遠隔操作
による動作が可能である。

次に、上述した半導体処理装置の動作について同図を
もとに詳細に説明する。

まず、エレベータ３を上昇させ、樹脂製の容器２に高
純度ふっ化物溶液（例えばふっ酸溶液）４を入れる。そ
して、前記エレベータ３上に半導体基板がセットされて
いるキャリヤ５を配置する。この後、エレベータ３を下
げることによってエレベータ３に固定された樹脂製の蓋
１により前記容器２が密閉される。この密閉された容器
２中には高純度ふっ化物溶液４の蒸気が充満するため、
前記キャリヤ５にセットされている半導体基板表面の酸
化膜は溶解されてこの基板表面に付着する。この時、前
記半導体基板をふっ素系樹脂板などの上に置けば、分析
に必要のない前記半導体基板の裏面の酸化膜はふっ化物
溶液の蒸気に触れないために溶解されない。ある一定時
間このままの状態に保持した後、容器２内に高純度不活
性ガスを流すことによって、この容器２内と外気との気
圧差を利用し、高純度ふっ化物溶液４の蒸気を容器２外
へ排出する。この後、前記エレベータ３を上昇させる。
また、これと連動して、基板搬送装置７が前記キャリヤ
５中の半導体基板を一枚取り出して基板支持装置６にセ
ットする。この基板支持装置６はふっ素系樹脂など化学
的に不活性な材料からなっている。この後、液滴駆動装
置８に設けられた、例えば25個の液滴保持部10（１ロッ
ト分）のうち半導体基板12の中心上にある液滴保持部10
のふっ化物溶液（例えば高純度１％HF（ふっ化水素）水
溶液）を用いた液滴14を垂らす。すると、この液滴14は
界面張力により前記液滴保持部10に保持される。なお、
液滴駆動装置８も基板支持装置６と同様にふっ素系樹脂
でできている。そして、基板支持装置６と液滴駆動装置
８とを連動して回転させ、前記半導体基板12表面の中心
から外周に向かって渦巻状に余すところなく、前記液滴
保持部10の液滴14を走査させる。これにより、前記半導
体基板12表面の溶解された酸化膜は、これに含まれる不
純物とともに前記液滴14に吸収される。なお、基板支持
装置６及び液滴駆動装置８の回転数は液滴14の走査速度
が一定になるように制御されている。液滴14は半導体基
板12表面を走査し終えたら、そのままこの半導体基板12
を離れて液滴回収装置９に向かう。そして、半導体基板
12表面を走査したのと同様に液滴回収装置９表面を走査
する。この時、この液滴回収装置９に設けられた、例え
ば25個のうちのある一つの窪み11上に液滴14が移動し接
触すると、基板支持装置６及び液滴駆動装置８の回転を
停止させ、液滴回収装置９を窪み11のピッチ分だけ回転
させる。すると、重力と界面張力により液滴14はその窪
み11の中に落ちる。この後、基板搬送装置７が半導体基
板12をもとのキャリヤ５に戻して一連の動作が完了す
る。この状態において、新しい、すなわち未だ液滴の回
収に使用していない液滴保持部10が基板支持装置６の回
転中心にくるように、基板支持装置６及び液滴回収装置
９の位置が決められている。

このような、キャリア５から半導体基板12を取り出し
て不純物の回収を行ない、この半導体基板12をもとのキ
ャリヤ５に戻すという一連の動作を繰り返すことによ
り、１ロット分の試料の回収ができる。なお、回収され
た試料を分析装置にかけることにより不純物分析が行な
われる。

第３図及び第４図は、本発明に係わる半導体処理装置
の第２の実施例を示すものであり、記第１図及び第２図
に示した半導体処理装置の一部を改良したものである。
なお、第３図及び第４図において、前記第１図及び第２
図と同様の部分には同じ符号が付してある。

前述した半導体処理装置と同様に、樹脂製の蓋１によ
り密閉できる樹脂製の容器２にはエレベータ（図示せ
ず）が取り付けられ、このエレベータには半導体基板運
搬用のキャリヤ５が配置される。前記樹脂製の容器２の
中には高純度ふっ化物溶液が入れられており、前記樹脂
製の蓋１が閉じることにより半導体基板の表面には酸化
膜の溶解物が形成される。また、前記キャリヤ５及び基
板支持装置（例えば真空チャック）６間で半導体基板の
搬送を行なうための基板搬送装置７も設置されている。

そして、同図に示す半導体処理装置においては、回転
軸をもった液滴駆動装置15が設けられている。この液滴
駆動装置15は、これと別に形成された、例えばテフロン
（PTFE）よりなる液滴保持具16を吸引し支持することが
できる。なお、前記液滴駆動装置15の回転軸は前記液滴
保持具16に保持される液滴が半導体基板12の中心、すな
わち基板支持装置６の回転中心を通るように決められて
いる。液滴駆動装置15に支持された液滴保持具16の上部
には、この液滴保持具16に微量の液滴を供給するために
液供給部として、例えばふっ化物溶液が入ったディスペ
ンサー17が取り付けられている。また、半導体基板12表
面を走査終了後の液滴を保存しておくため、円周に添っ
て複数個の窪み11が形成された円盤状の液滴回収装置
（例えば受け皿）９が設けられている。さらに、前記液
滴保持具16を回収するための箱として回収箱18が設置さ
れている。また、これら諸装置はクリーンブース20内に
設置され、外部と隔離されている。なお、図示しない制
御用モータによりこれら諸装置が駆動されるので、遠隔
操作による動作が可能である。

第５図は、前記第３図及び第４図における液滴回収装
置９及び液滴駆動装置15を詳細に示したものである。ま
た、第６図（ａ）及び（ｂ）は、液滴保持具16を詳細に
示したものである。

初期状態において、液滴回収装置９の周囲に添って設
けられた複数個の窪み11には、それぞれ未使用の液滴保
持具16がセットされている。また、この液滴保持具16を
吸引し支持するために液滴駆動装置15には吸引管19が設
けられている。この吸引管19は例えば図示しないポンプ
等に接続されており、負圧によって液滴保持具16を吸着
することができる。

次に、前記半導体処理装置の動作について前記第３図
乃至第６図を参照しつつ詳細に説明する。

まず、半導体基板12を基板支持装置６にセットするま
で、前記第１の実施例と同様の動作により行なう。この
後、液滴駆動装置15は液滴回収装置９の窪み11にセット
された液滴保持具16のうちの一つを負圧により吸引し支
持する。前記液滴保持具16が半導体基板12の中心に移動
後、ディスペンサー17からはふっ化物溶液（例えば高純
度１％HF（ふっ化水素）水溶液）を用いた液滴14が滴下
され液滴保持具16により保持される。そして、半導体基
板12の回転と同時に、液滴駆動装置15は、液滴保持具16
により保持された液滴14が半導体基板12表面に接触した
状態で、中心から外周に向かって渦巻状に余すところな
く移動できるよう回転する。なお、半導体基板12表面上
での液滴14の走査速度が一定となるように基板支持装置
６及び液滴駆動装置15の回転数をプログラム制御してい
る。半導体基板12の外周に液滴14が達すると、さらにこ
の液滴14は液滴保持具16に保持されたままこの液滴保持
具16がセットされていた元の窪み11まで移動する。そし
て、液滴14を保持した液滴保持具16は、その窪み11内に
挿入されることにより、液滴14の下面が窪み11の底部に
接触する。この時、窪み11の底部に接触した液滴14は、
窪み11底面との接触角が前進接触角に到達するまで、そ
の窪み11の底面をぬらす。即ち、窪み11底面の形状を例
えば第５図に示すような丸い形にすれば、液滴14の窪み
11の底面全体に広がる。その結果、液滴保持具16との間
で強い引張応力が働き、液滴14はくびれてくる。する
と、液滴14は、液滴保持具16に設けられた溝部21（第６
図（ａ）及び（ｂ）参照）より液滴保具16の内壁面から
剥離しだす。また、液滴14が剥離しだすと、その液滴14
自重によりさらに液滴14の剥離が進行する。そして、つ
いには全ての液滴14が窪み11に落下し、液滴14の回収が
完了する。液滴14の回収が完了した後、液滴保持具16は
回収箱18の位置まで移動して回収箱18に回収される。な
お、処理の終わった半導体基板12は基板搬送装置７によ
りキャリア５の元の位置に収納される。

そして、このような一連の動作がプログラムにより制
御され１ロット分の試料の回収が完了する。

本発明の装置により不純物の回収を行なえば、汚染源
となる熱酸化工程を経ずに不純物分析に必要な最低限の
液量で基板全表面の不純物回収を行うことができる。よ
って、従来の技術では半導体基板表面の不純物の検出限
界が〜10¹¹atoms/cm²のオーダーであったのに対し、本
発明の装置を用いて不純物の分析を行うと不純物の検出
限界を〜10⁹atoms/cm²のオーダーに低下させることがで
きる（第７図参照）。また、人間は諸装置や半導体基板
に全く触れずに、遠隔操作により自動的に液滴を回収し
て分析することができるので、従来の分析方法に比べて
短時間、かつ高精度及び高信頼性のある不純物分析がで
きる。さらに、ふっ化物溶液のような有害な薬液を作業
者が直接取り扱わないため安全性が向上する。また、不
純物分析に従事する延べ人数及び時間の50％の削減が可
能になる。

なお、前記第１及び第２の実施例において、不純物の
回収に使用する液滴14は、ふっ化物溶液（例えば高純度
１％HF（ふっ化水素酸）水溶液）であったが、この他に
も酸化剤を含む水溶液若しくは還元剤を含む水溶液又は
これら両方を含む水溶液であってもよい。このような水
溶液としては、例えば塩酸、硝酸、過酸化水素が考えら
れる。

［発明の効果］以上、本発明の半導体処理装置によれば次のような効
果を奏する。

汚染源となる熱酸化工程を経ずに不純物分析に必要な
最低限の液量で基板全表面の不純物回収を行うことがで
きる。よって、半導体基板表面の不純物を熱酸化工程な
しで高感度に測定できる不純物測定方法に用いられ、前
記不純物の分析精度やその信頼性の向上が得られる半導
体処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる半導体処理装置
の側面図、第２図は前記第１図に示す半導体処理装置の
平面図、第３図は本発明の第２の実施例に係わる半導体
処理装置の側面図、第４図は前記第３図に示す半導体処
理装置の平面図、第５図は前記第３図及び第４図に示す
半導体処理装置の要部断面図、第６図（ａ）及び（ｂ）
は前記第３図乃至第５図に示す半導体処理装置の液摘保
持具を詳細に示す図、第７図は従来と本発明との分析値
の検出限界値を比較して示す図である。１…蓋、２…容器、３…エレベータ、４…ふっ化物溶
液、５…キャリヤ、６…基板支持装置、７…基板搬送装
置、８…液滴駆動装置、９…液滴回収装置、10…液滴保
持部、11…窪み、12…半導体基板、13…グローブボック
ス、14…液滴、15…液滴駆動装置、16…液滴保持具、17
…ディスペンサー、18…回収箱、19…吸引管、20…クリ
ーンブース。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の表面を気相により分解する気
相分解装置と、半導体基板を支持する基板支持装置と、
前記気相分解装置及び基板支持装置間で半導体基板の搬
送を行なう基板搬送装置と、前記基板支持装置に支持さ
れた半導体基板の表面に対し、液滴を接触させた状態で
保持し、この液滴を前記半導体基板の表面上で走査させ
る液滴駆動装置と、前記走査の終了した液滴を回収する
液滴回収装置とを具備したことを特徴とする半導体処理
装置。
【請求項２】半導体基板の表面を気相により分解する気
相分解装置と、半導体基板を支持する基板支持装置と、
前記気相分解装置及び基板支持装置間で半導体基板の搬
送を行なう基板搬送装置と、液滴を滴下する滴下装置
と、この滴下装置から滴下される液滴を保持する液滴保
持具と、この液滴保持具により保持された液滴を前記基
板支持装置に支持された半導体基板の表面上で走査させ
る液滴駆動装置と、前記走査の終了した液滴を回収する
液滴回収装置と、これら諸装置の動作を遠隔操作する制
御手段とを具備したことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項３】半導体基板の表面を気相により分解する気
相分解装置と、半導体基板を支持する基板支持装置と、
前記気相分解装置及び基板支持装置間で半導体基板の搬
送を行なう基板搬送装置と、液滴を滴下する滴下装置
と、この滴下装置から滴下される液滴を保持する液滴保
持具と、この液滴保持具により保持された液滴を前記基
板支持装置に支持された半導体基板の表面上で走査させ
る液滴駆動装置と、前記走査の終了した液滴を回収する
液滴回収装置と、これら諸装置を設置する清浄度空間
と、前記諸装置の動作を遠隔操作する制御手段とを具備
したことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項４】前記液滴は、酸化剤及び還元剤のうちの少
なくとも１つを含む水溶液であることを特徴とする請求
項１又は２又は３記載の半導体処理装置。
【請求項５】前記液滴の走査は、半導体基板表面の中心
から外周に向かって渦巻状に余すところなく行うことを
特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体処理装
置。