JP2978192B2 - 半導体ウエハー試料作成法 - Google Patents

半導体ウエハー試料作成法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体ウエハー表面の汚染を、簡便適確
に評価するためのウエハー容器中のウエハー試料表面に
対する分析試料作成法に関するものである。
〔従来の技術〕
半導体製造工程でウエハー表面が汚染をうけること
は、もっとも忌むべきところであり、従って、工程各所
でこの汚染レベルを評価することが必要である。
そのためには試料ウエハーを評価室あるいは分析室ま
で汚染のないように運ばねばならない。そのためには移
動中に収納されたウエハーが動かず、そして密閉出来る
清浄容器が必要である。
従来使用されている枚葉ウエハー容器は蓋をねじって
閉め、中板に設けられた脚部でウエハーの周辺の面を抑
えて固定するものであるが、気密性が不完全であり、中
板脚部で面を圧迫、摩擦するので面を傷つけたり、摩耗
による滑落粉を発生し易い。従って汚染評価用ウエハー
の容器としては、シリコンウエハーメーカーが納品に使
用するような、数十枚収容の搬送用プラスチック容器を
流用することが行われている。
表面汚染の評価はウエハー表面の微粒子密度の測定と
汚染した不純物元素の分析により成る。半導体デバイス
が高度化しているので、後者の場合、重金属やアルカリ
のような有害元素は1011原子/cm2程度の超微量汚染でも
歩留りや信頼性の面では問題となる。ところが通常の表
面分析装置、即ちAESとか、XPSあるいは、EPMA、さら
に、SIMSですらこれらを確実に分析するには感度が不足
である。従って表面の汚染を濃縮する方法が必要であ
る。表面が酸化膜や窒化膜等の膜で覆われているとき
は、これ等の膜を分解して、その中の汚染元素だけを濃
縮せねばならない。
この様な濃縮を行う優れた方法として、「特開昭60−
69531号」公開公報に見られるように、密閉容器内に弗
酸容器とウエハー保持体と弗酸から気化した弗酸ガスで
ウエハー表面の膜が分解して出来る液を受けた容器を設
けた薄膜分解容器を使う方法がある。
この場合受容器の中の分解液は、非常に微量で、しか
も気化弗酸ガスによるため弗酸中の不純物はこの液に移
らず、Cuのようなイオン化傾向の小さい元素以外の目的
不純物だけを、ほぼ完全にこの液に移行させることが出
来る。
即ち微量液に濃縮出来る。この様な液の分析法として
は、フレームレス原子吸光分析が最適で、これによって
表面膜中の超微量不純物が分析されている。
この様な表面分析を行うためには、上記のような容器
で試料採取場所から分析室へ運び、分解室に運び分解容
器に移し換えねばならない。
〔発明が解決しようとする課題〕
この運搬にあたってウエハーが汚染しないことが基本
的に必要である。そこで運搬容器は分解容器に劣らず清
浄でなければならない。超微量不純物分析のためには、
分解容器の洗浄は非常に精密を要し、この洗浄に要する
時間と手間は少なからぬものがある。運搬容器も同様に
清浄化しなければならない。しかし分解容器と違って、
この容器の清浄度が充分かどうかを直接判定する適当な
方法がない。また、容器から別の容器へ移し替えるとき
は、ピンセット或いは環境、雰囲気等が原因となる汚染
の危険に晒される。この発明は、この様な問題が起こら
ないように気密なウエハー容器中に収納した半導体ウエ
ハー表面の汚染を簡便適確に評価するための半導体ウエ
ハー試料作成法を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明による半導体ウエハー試料作成法では、合成
樹脂で収納皿体３と被着する蓋体５とを製出して半導体
ウエハー容器となし、該皿体３の内部に試料ウエハー10
を収納し、該収納皿体３と蓋体５とを気密に嵌合すると
共に、該容器内に導入された微量の揮発性の酸で試料ウ
エハー10表面の膜や付着不純物を溶解することによっ
て、問題点を解決している。
前記半導体ウエハー容器は、収納皿体３に収容する試
料ウエハー10の周囲３カ所以上で屹立する舌状部２を形
成し、蓋体５を強く押付けたとき、蓋体５内面の傾斜面
４で舌状部２が試料ウエハー10の支持方向に曲げられ、
皿体３と蓋体５とが気密性嵌合を維持するものであり、
半導体ウエハーの運搬容器と表面を化学処理する容器と
が共通になるようにしている。
また、前記試料ウエハー10は、前記収納皿体３の内部
に微小接触面積のみで支持されている形態をとることが
でき、前記収納皿体３に短かな線或いは点により前記試
料ウエハー10に接するくさび状のウエハー支持部１を内
部に設け、当該ウエハー支持部１の上に試料ウエハー10
を乗せて支持することが望ましい。
〔実施例〕
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
（１）先ず、この発明を図により説明する。
容器は円形のPFAウエハー収納皿体３と同じくPFA製の
その蓋体５が主となる構成部品である。皿には短かな
線、或いは点により該ウエハー10に接する、くさび状の
ウエハー支持部１が３ケ所あって、ウエハー10はその上
に乗って微小接触面積のみで支持される。またウエハー
10の支持部１の周辺部３ケ所に舌状部２がある。蓋体５
には内面外周近くに傾斜面４があって蓋体５の周辺の溝
８を収納皿体３の周辺に形成した環状の山部９に嵌合さ
せて容器内を気密にすると共にＯリング６と締付器具７
で蓋体５を皿体３に十分に押付けた時、皿体３の屹立し
た舌が蓋の傾斜面４で中心方向に曲がりウエハー10を固
定し、Ｏリング６と締付金具７で内部の気密が更に保た
れる。
使用にあたっては、先ず、超微量不純物分析を行うた
めの分解容器を洗浄するに必要な精密さで、この容器を
十分に清浄化する。表面汚染を評価するための試料ウエ
ハー10は、試料採取の場所からこの清浄化された容器で
分析室まで運ばれる。
まず、試料ウエハー10の表面を微量の酸で数十Å溶解
して分析する場合を説明する。分析室まで運ばれた容器
の蓋体５を清浄雰囲気の中であけて、硝酸１容・弗酸0.
02容・超純水１容よりなる混酸を６″ウエハーの場合30
0μｌウエハー中央に導入する。尚、硝酸は多摩化学工
業（株）製のTAMAPURE−AA−SUPER（68％：主要金属元
素不純物0.02ppb以下）を、弗酸は同社のTAMAPURE−AA
−100（38％：主要金属元素不純物0.1ppb以下）を、ま
た超純水は目的分析元素が0.02ppb以下であることをフ
レームレス原子吸光分析で確認したものを使用した。
この混酸液滴の上にウエハーと同じ形状の十分に洗浄
して清浄化された弗素樹脂PFAの薄い円板をかぶせ、再
び蓋をして締付器具で密封する。３ケ所の舌状部により
弗素樹脂の板はウエハー10に押付けられ、混酸は薄い液
層となってウエハー10全面で弗素樹脂の板とでサンドイ
ッチされ、ウエハー10表面に対して弱いエッチング作用
を起こす。室温で十乃至数十分放置するとウエハー表面
は数十Å溶解され、表面付着不純物と溶解された領域に
あった不純物が混酸に捕捉される。所定時間経過後蓋を
あけ、PFA円板をゆっくり除くと、混酸は疎水性化した
ウエハー10上で液滴となり、PFA円板には液滴が付着し
ない。マイクロピペットで液滴を回収して分析試料とす
る。
この試料液に対して効果的な高度分析法の一つは全反
射螢光Ｘ線分析なので、そのために別に準備した平坦度
がよくかつ清浄なシリコン鏡面ウエハーの中央でマイク
ロピペットで回収した液滴を乾燥させこの部分に対して
この分析法を適用した。通常この分析法の検出限界はF
e,Cr,Ni,Cu等で1012原子程度である。
一方、表面の分解に使った混酸300μｌに由来する不
純物元素の量は上述の0.02ppb以下の純度から６×1010
原子以下なのでまったく無視できる。分析試料液は６″
ウエハー10全面から得られたものなので、ウエハー10表
面におけるこれらの元素の検出限界は、ほぼ５×109原
子/cm2となり、材料やプロセスの汚染評価に十分な分析
試料作成法である。
（２）次に、酸化膜や窒化膜の形成されたウエハー10に
ついて［従来の技術］の項で引用したこれらの膜を弗酸
蒸気で溶解して分析する例をあげる。容器の形状は実施
例１と同じものを使用する。ただし、膜の溶解の完了が
見えるように容器の蓋は透明なポリカーボネート等かあ
るいは半透明のPFAの場合なら一部を特に薄くする。ウ
エハー10収納皿体３は底にある液が滴状となるようにPF
Aのような疎水性のプラスチックスにする。尚この実施
例では締付器具として透明なプラスチックスの外箱を用
い、箱の蓋と底で本容器を締付けた。弗酸は多摩化学工
業（株）製のTAMAPURE−AA−SUPER（38％：主要金属元
素不純物0.02ppb以下）を使用した。分析室に運ばれた
容器の蓋をあけて、試料ウエハー10のオリエンテーショ
ンフラットの隙間から収納皿体３の底に弗酸の300μｌ
を導入する。蓋をして放置しておくと弗酸蒸気で膜が溶
解する。ウエハー10上面の膜の分解状況は見えるし、下
面の法が分解が速いので上面の分解を確認したら蓋をあ
けて上面下面別々に分解液滴を回収してそれぞれを分析
試料とする。回収はマイクロピペットで行うが、分解度
が大きな液滴になっていないときは少量の超純水を加え
て全体を集めた後に行う。膜が厚いときは弗酸導入量を
若干増やす。分解液滴が大きくて下面のものが落下した
恐れのある場合は収納皿体３の底の弗酸滴と一緒に分析
試料とする。分析は実施例１と同様に処理して全反射螢
光Ｘ線分析法によればいい。
〔発明の効果〕
分析試料作成にあたっては試料ウエハー10の分析対象
部分を揮発性の酸により直接でもあるいは蒸気でも分解
することが出来る。この場合容器内容積が小さく気密性
がよいので酸の液量は極めて僅かでよい。従って市販の
高純度薬品で十分に高感度の分析を可能とする。そして
この容器では分解の完了が見えるので分析試料作成時間
が最短ですむ。
本容器を使うと運搬に際し、ウエハー10は蓋体５に押
された舌状部２の働きで確実に内部で動くことなく使用
する表面を抑えることがないのでシリコン屑とかプラス
チックスの摩耗屑とかの微粒子を発生しない。又収納皿
体３と蓋体５の溝部８により嵌合密封され、更にその外
側のＯリング６により気密化され外界からの汚染が遮断
出来る。運搬容器と評価容器を兼ねているので特に運搬
用容器の清浄化問題に煩わされることがない。従って運
搬容器の中で試料ウエハー10表面の微粒子濃度の光学的
測定も出来るし、また化学汚染に対する分析試料作成も
出来る。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係る半導体ウエハーの表面汚染評価用容
器を示すもので、第１図は半面截断正面図、第２図は縦
断面図、第３図は側面図を示すものである。 〔符号の説明〕 １……ウエハー支持部、２……舌状部 ３……収納皿体、４……傾斜面 ５……蓋体、６……Ｏリング ７……締付金具、８……蓋の溝 ９……環状の山部、10……試料ウエハー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/68 H01L 21/66

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】合成樹脂で収納皿体（３）と被着する蓋体
    （５）とを製出して半導体ウエハー容器となし、収納皿
    体（３）の内部に試料ウエハー（10）を収納し、収納皿
    体（３）と蓋体（５）とを気密に嵌合すると共に、前記
    半導体ウエハー容器内に導入された微量の揮発性の酸で
    試料ウエハー（10）表面の膜及び付着不純物を溶解する
    半導体ウエハー試料作成法。
  2. 【請求項２】前記半導体ウエハー容器は、収納皿体
    （３）に収納する試料ウエハー（10）の周囲３ヶ所以上
    で屹立する舌状部（２）を形成し、蓋体（５）を強く押
    付けたとき、蓋体（５）内面の傾斜面（４）で舌状部
    （２）が試料ウエハー（10）の中心方向に曲げられて試
    料ウエハー（10）を支持した状態で、収納皿体（３）と
    蓋体（５）とが気密性嵌合を維持する特許請求の範囲１
    に記載した半導体ウエハー試料作成法。
  3. 【請求項３】収納皿体（３）には、試料ウエハー（10）
    の外周側下面に接するくさび状のウエハー支持部（１）
    を舌状部（２）周辺部に設け、ウエハー支持部（１）の
    上に試料ウエハー（10）を乗せて曲げられた舌状部
    （２）で支持する特許請求の範囲２に記載した半導体ウ
    エハー試料作成法。
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