JP3409975B2 - 汚染物質の分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置とその
半導体装置の製造環境の汚染状態の分析技術に関し、特
に半導体装置が形成されるウエハ表面の汚染物質とこの
汚染源であるクリーンルーム内の大気中に含まれる汚染
物質についての分析方法と分析装置及びクリーンルーム
に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体装置の高集積化、高密度化に伴
い、半導体素子パターンの一層の微細化が要求されてい
る。このような状況の中、各製造工程においてウエハ表
面に付着する汚染物質（コンタミネーション）が半導体
装置の製品歩留まりや品質の信頼性に及ぼす影響がより
大きくなっている。 【０００３】昨今、超ＬＳＩの製造過程においては、従
来はほとんど重要視されていなかった超微量の有機物等
による汚染も以前から指摘されている無機汚染物と同
様、歩留まりの低下や種々のデバイスの欠陥発生の要因
となることが明かとなってきた。 【０００４】例えば、クリーンルームの大気中に存在す
るアンモニア、およびアミン等の有機系イオン性化合
物、またはエステル等の脂肪酸を含む有機物は、ウエハ
表面に付着すると、たとえその量が微量であっても、ウ
エハ表面上に形成するフォトレジストの濡れ性や、レジ
ストパターンの立ち上がりに大きな影響を与え、レジス
トのパターニング精度を低下させる。また、これらのイ
オン性化合物および有機物がウエハ表面に付着している
と、絶縁膜の耐圧特性の劣化をもたらすこともある。 【０００５】歩留まりの低下や特性の劣化を抑制するた
めには、ウエハ表面のこれらの汚染物質濃度をｐｐｂオ
ーダ以下に抑制する必要がある。このような管理を行う
為に、ウエハ表面に付着する極めて微量な有機物やイオ
ン性化合物の分析技術が必要不可欠となっている。 【０００６】同時にウエハ表面の汚染の発生要因となる
クリーンルーム中の大気の管理を併せて行う必要があ
る。すなわち、ウエハ表面の汚染源となるクリーンルー
ム内の大気の純度を常に高く保持する管理技術の確立が
必要であり、この管理技術の確立の為に、大気中の微量
な有機系汚染物質の分析技術、特に反応性の高い有機系
イオン性化合物である各種のアミン等の分析技術の必要
性が高まっている。 【０００７】ウエハ表面に付着した汚染物質の分析方法
として最も一般的に用いられるものは、ウエハを水や有
機溶媒中に浸せきさせるか、もしくはウエハ表面を水や
有機溶媒で洗浄することにより汚染物質を水や有機溶媒
に溶解させ、この汚染物質の溶解液を定性、定量分析に
用いる方法である。 【０００８】しかしながら、上記方法では使用する有機
溶媒の純度が十分ではなかったり、溶解している汚染物
質の量に対し水や有機溶媒の量が多量になりすぎる場合
が多く、微量な有機系の汚染物質の分析を十分な感度で
行うことが困難である。 【０００９】そこで、水や溶媒を用いずに、ウエハ表面
の汚染物質を分析する方法も試みられている。不活性ガ
スにより置換された密封容器内でウエハを加熱し、ウエ
ハ表面に付着している汚染物質をガス化させることによ
りウエハから分離する。このガス化した汚染物質を含む
密封容器内のガスを用いて解析する方法である。 【００１０】一方、ウエハ表面の主な汚染源となるクリ
ーンルーム内の有機系不純物ガス（汚染物）の分析は、
無機系不純物ガスの分析と同様な方法で行われてきた。 【００１１】図９は、従来のクリーンルーム内の大気の
分析に用いた装置の概略構成を示す図である。同図に示
すように、従来の分析では、個々独立した不純物ガスの
捕集装置１００と捕集した不純物ガスの定量定性を行う
測定装置１１０を使用していた。 【００１２】クリーンルーム１０１内の大気１０２を、
ポンプ１２０ａによって、超純水１０５が容れられたイ
ンピンジャ１０３内に取り込み、一定時間バブリングさ
せることにより、不純物ガス成分を超純水１０５中に捕
集する。この後、不純物ガスを捕集したインピンジャ内
の超純水１０５をポンプ１２１ａによって、濃縮カラム
１０４を通過させ、濃縮カラム１０４内に不純物ガス成
分を捕集する。この後濃縮カラム１０４を測定装置１１
０であるイオンクロマトグラフ装置に移して定性および
定量分析測定を行っていた。なお、イオンクロマトグラ
フ装置構成については後述する。 【００１３】または、濃縮カラムを用いず、不純物ガス
を捕集したインピンジャ内の水を、直接液体クロマトグ
ラフィ装置を用いて定性および定量分析測定を行う場合
もある。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】上述するような、従来
のウエハ表面に付着した汚染物質の分析方法では、汚染
物質をガス化させる後者の方法を用いた場合でも次のよ
うな不都合があった。 【００１５】すなわち、ウエハ表面に付着した汚染物質
を十分にガス化させる為に、ウエハを５００℃程度に加
熱する必要がある為、この温度条件において、付着有機
物の多くは分解され副生成物を形成してしまう。よっ
て、実際にウエハ表面を汚染している有機物の特定が困
難となってしまうことである。 【００１６】一方、従来の大気中の汚染物質の分析方法
においても以下のような不都合があった。 【００１７】図９に示した従来の分析方法においては、
大気中に含まれる不純物ガスを捕集する捕集装置１００
と、捕集された不純物ガスを定性、定量分析を行う測定
装置１１０がそれぞれ独立しているため、捕集装置１０
０から分析装置１１０に濃縮カラム１０４を移し変える
という、人為操作が必要となる。 【００１８】人為操作は多くの手間が必要であるばかり
でなく、時間を必要とするため、この時間ロスにより濃
縮カラム内の濃度またはインピンジャ内の捕集液の濃度
が変化してしまうことがある。この為正確な定量評価が
困難であった。また、人為操作による新たな汚染の発生
をしばしば伴う。特に、インピンジャ内の水を液体クロ
マトグラフィを用いて直接測定する場合は、捕集液が一
旦大気に曝される為、インピジャ内の水が新たな汚染を
伴うこともある。よって、大気中に極微量含まれるアミ
ン等の有機物を高い精度で測定することは困難であっ
た。 【００１９】また、測定の度にインピンジャ内の超純水
の入れ替えが必要であるため、クリーンルーム内のガス
の純度を連続的に測定することは困難であった。 【００２０】以上に述べるように、現状ではウエハ表面
上および大気中における微量の有機系汚染物質等を精度
よく分析できる技術が確立されていない。 【００２１】本発明の目的は、半導体装置の歩留まりを
左右する微量の有機系汚染物質等の分析方法とその装置
を提供することである。 【００２２】 【００２３】 【００２４】 【課題を解決するための手段】請求項１の本発明の汚染
物質の分析装置は、溶液タンクと前記溶液タンクを加熱
する手段を備えた密封可能な第１容器と、ウエハ設置手
段と前記ウエハ加熱手段を備えた密封可能な第２容器
と、捕集剤を有する捕集容器と、前記第１容器、前記第
２容器と前記捕集容器とをこの順に直列に接続するガス
導入管と、前記第１容器にガスを導入する手段とを有す
る装置である。 【００２５】上記請求項１の装置によれば、溶液蒸気中
にウエハ表面を曝すことにより、ウエハ表面に付着して
いる極微量の有機系汚染物質を効果的にガス化すること
ができ、捕集することが容易となる。よって、ウエハ表
面の有機系汚染物質の分析がより高い精度で分析を行う
ことが可能となる。 【００２６】 【００２７】 【００２８】 【００２９】 【００３０】 【００３１】 【００３２】 【００３３】 【００３４】 【００３５】 【００３６】 【００３７】 【００３８】 【００３９】 【００４０】 【００４１】 【００４２】 【発明の実施の形態】 （第１の実施の形態：ウエハ表面の汚染物質の分析）ま
ず、本発明の第１の実施の形態を図１〜図３を参照して
説明する。ここでは、ウエハ表面の汚染物質の分析方法
とその装置についての実施形態について説明する。 【００４３】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る分析装置が有する捕集装置の一構成例を概略的に示し
た図である。同図に示すように、この捕集装置は、溶液
３が入った溶液タンク２とこれを加熱するヒータ４を備
えた溶液気化容器（チャンバ）１０、気化された溶液蒸
気にウエハ６表面を曝すウエハ設置チャンバ２０、およ
び溶液蒸気に溶けた汚染ガスの捕集容器３０を有する。 【００４４】以下に、図１に沿って、この捕集装置の動
作を説明する。同図に示すように、ガスボンベ９より供
給されるＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスをキャリヤガ
スとして用いる。バルブ１１をボンベ側に切り替え、不
活性ガスをポンプ１２により溶液気化チャンバ１０、お
よびウエハ設置チャンバ２０内に一定流量流す。 【００４５】溶液気化チャンバ１０内には、アセトン等
の溶液３がいれられたタンク２が設置してある。タンク
２は、チャンバに設置された加熱ヒータ４によって加熱
される。タンク内の溶液は高い蒸気圧を得、飽和状態と
なり溶液気化チャンバ１０内に充満する。溶液３の蒸気
は、キャリヤガスとともに隣接するウエハ設置チャンバ
２０に運ばれる。 【００４６】ウエハ設置チャンバ２０内にはウエハ６が
設置されており、ウエハ６の表面が溶液３の蒸気に曝さ
れる。ウエハ表面に付着している有機系汚染物質は、溶
液３の蒸気により除去される。除去された汚染物質は気
化し、溶液３の蒸気およびキャリヤガスとともに、隣接
する捕集容器３０に運ばれる。ウエハ設置チャンバ２０
は、加熱ヒータ７を有しており、ウエハ６は、有機汚染
物質が分解されない範囲内、例えば１００℃〜３００℃
に加熱される。 【００４７】捕集容器３０には、シリカゲルやイオン交
換樹脂等の固体捕集剤８が設置されており、ウエハ設置
チャンバ２０から運ばれたガスに含まれる汚染物質は、
この捕集剤８に捕獲される。汚染物質を捕獲した捕集剤
８は、水、有機溶剤等の捕集剤から汚染物質を溶離でき
る溶液で回収し、この溶液の分析を行う。又、汚染物質
を捕集した捕集剤を容器ごと測定装置に移設し、分析を
行う。測定装置としては、様々な装置を用いることがで
きる。図２は、一般に使用されている液体クロマトグラ
フ装置（ＨＰＬＣ）による測定装置の構成例を示すもの
である。同図に示すように、ポンプ２２により、溶離液
２１を汚染物質が捕集されている捕集容器３０を通過さ
せる。この際、捕集剤８中の汚染物質は、溶離液２１に
溶け、これとともに分離カラム２３に運ばれる。分離カ
ラム２３を通過する汚染物質は成分ごとに分離される。
分離カラム２３より、成分ごとに抽出される汚染物質
は、ＵＶ検出器等の検出器２４を用いて定量分析され
る。検出器２４は、データ処理用コンピュータ２５に接
続されており、検出データの処理がなされる。検出後の
汚染物質は溶離液等とともに、廃液タンク２６に排出さ
れる。 【００４８】上述した第１の実施の形態に従えば、ウエ
ハ上の有機系汚染物質が溶解しやすい有機溶媒等の蒸気
中にウエハ表面を曝すことで、比較的低い温度条件でウ
エハ表面の汚染物質を効果的に分離することが可能とな
る。捕集された有機系汚染物質は、従来の測定法におい
て問題とされたように、熱分解して二次生成物や分解物
の発生がなく、ウエハ表面に付着していた化合物の状態
を維持するので、汚染物質の定量および定性分析の精度
を上げることができる。 【００４９】上述した本発明の第１の実施の形態である
捕集装置の各構成部分について、再度図１を参照しなが
ら、使用可能な具体的材料等について説明する。キャリ
ヤガスとしては、Ａｒガスの他、窒素（Ｎ₂）ガス、ヘ
リウム（Ｈｅ）ガス等の不活性ガスを用いてもよい。 【００５０】使用する溶液３は、蒸気圧が比較的高く、
ウエハ表面の有機系汚染物質を容易に除去できる材料が
好ましい。例えば、水、ジクロルメタン、アセトン、酢
酸エチル、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケト
ン、メタノール、エタノール、ブタノール、ヘキサン、
ジエチルエーテル、およびテトラヒドロフラン等を用い
ることが好ましい。 【００５１】溶液気化チャンバ１０および、ウエハ設置
チャンバ２０、捕集容器３０は、いずれもその内部に有
機溶剤の蒸気を含むことができるように、有機溶剤に侵
食されず、有機溶剤成分を放出せず、かつヒータによる
加熱温度に対し、耐熱性を有する材料を選択することが
望ましい。例えば、これらのチャンバ材料としては、ポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂
や、石英もしくはホウ珪酸ガラス等が好ましい。タンク
２も、有機溶剤を容れることができるように、チャンバ
と同種の材料を用いることが好ましい。 【００５２】加熱ヒータ４により、溶液３を加熱する温
度は、使用する溶液３が沸騰しない温度に保つことが好
ましい。なお、気化された溶液の蒸気が結露しないよう
に、溶液気化チャンバ１０、ウエハ設置チャンバ２０お
よび捕集容器３０とその接続部は、一定以上の温度に保
持することが好ましい。 【００５３】ウエハ加熱温度は、ウエハ表面に付着して
いる有機系汚染物質が分解しない例えば１００℃〜３０
０℃の範囲とすることが好ましい。 【００５４】分析の対象となるウエハの種類は特に限定
されない。シリコン（Ｓｉ）ウエハ、ガリウム砒素（Ｇ
ａＡｓ）ウエハ、ガラス基板のみならず、これらのウエ
ハ上に窒化チタン（ＴｉＮ）、窒素シリコン（Ｓｉ
Ｎ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ₂）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉ
Ｏ₃）、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）やアモルファスＳｉ
（ａ−Ｓｉ）膜を形成したもの、その他種々の素子を形
成したもの等様々なものが挙げられる。 【００５５】捕集剤８としては、上述したシリカゲル粒
子やイオン交換樹脂の他、シリカ粒子として末端基をＮ
Ｈ₂、ジオール、シアノ、フェニルで表面処理したも
の、アルミナ粒子、イオン交換樹脂、テナックス樹脂
（多環芳香族樹脂）、オクタデシルシラノール（ＯＤ
Ｃ）粒子、石英フィルター、イオン交換フィルター等の
固体捕集剤の他、水、メタノール、アセトン等の液体捕
集剤を用いてもよい。 【００５６】図２には、測定ガス方法として、液体クロ
マトグラフ（ＨＰＬＣ）を用いた測定装置の例を示して
いるが、これ以外にも種々の分析装置を利用することが
できる。例えばガスクロマトグラフ（ＧＣ）、ガスクロ
マトグラフ質量分析（ＧＣ−ＭＳ）、熱重量測定質量分
析（ＴＧーＭＳ）、イオンクロマトグラフ（ＩＣ）等を
利用することができる。 【００５７】図３および図４を参照し、上述した第１の
実施の形態の他の例について説明する。 【００５８】図３（ａ）と図３（ｂ）は、図１に示した
溶液気化チャンバ１０の他の形態を示したものである。
図３（ａ）に示すように、溶液気化チャンバ１０内に、
異なる溶液３ａ、３ｂをそれぞれ満たした２つのタンク
２ａ、２ｂを有し、各々をヒータ４ａ、４ｂで独立に加
熱してもよい。図中には、２つのタンクを備えた例を示
しているが、さらに多くのタンクを備えてもよい。 【００５９】各タンクの温度制御を独立に行うことがで
きるので、あらかじめ複数の種類の溶液が入ったタンク
を備え、この中でウエハ表面の汚染物質の除去に適した
溶液が入ったタンクのみを加熱し、選択的に気化させる
こともできる。また、複数の種類の溶液の蒸気を同時に
発生させ、溶液蒸気によるウエハ表面の汚染物質をより
効果的に気化させることもできる。 【００６０】図３（ｂ）は、図１中に示した溶液気化チ
ャンバ１０とウエハ設置チャンバ２０を一体化したチャ
ンバの例を示す。このように一体化すれば、溶液蒸気の
凝縮の問題を避けることができる。 【００６１】図４（ａ）と図４（ｂ）は、図１に示した
ウエハ設置チャンバ２０の他の実施の形態を示したもの
である。図４（ａ）に示すように、チャンバの上下にヒ
ータ７ａ、７ｂを備え、それぞれに隣接して、ウエハ６
ａ、６ｂを設置できるようにしてもよい。複数枚のウエ
ハを同時に分析できるようにすれば、捕集できるウエハ
表面の汚染物質の量を増やすことができるので、測定感
度をより上げることも可能となる。 【００６２】図１および図４（ａ）に示すウエハ設置チ
ャンバは、いずれもヒータ自身が、チャンバ内に露出し
ない構造を有するが、図４（ｂ）に示すように、チャン
バ内でヒータを露出させてもよい。また、図に示すよう
な抵抗加熱ヒータのみならず、赤外線ランプ等を加熱源
として利用してもよい。 【００６３】尚、図１に示す捕集装置において、キャリ
ヤガス導入部にあるバルブ１１の切り替えにより不活性
ガスの代わりに大気中のガスをチャンバ内に導入し、ウ
エハを強制汚染させることで、有益な分析データを得る
こともできる。 【００６４】（第２の実施の形態；大気中の汚染物質の
分析）次に、本発明の第２の実施の形態について説明す
る。第２の実施の形態は、大気内に含まれる汚染物質の
分析方法とその装置についての本発明の第１の実施の形
態を図５および図６を参照して説明する。 【００６５】図５は、本発明の実施の形態における分析
装置の一構成例を概略的に示した図である。同図に示す
ように、本発明の実施の形態における分析装置は、従来
個々独立の装置であった、ウエハ表面より汚染物質を捕
集する為の捕集装置５０（図中破線で囲んだ領域）と、
この捕集装置を用いて捕集された汚染物質の定性と定量
評価を行う測定装置６０（図中一点鎖線で囲んだ領域）
を一体として有しており、両装置間で試料が自動搬送で
きるように、自動搬送装置５７を備えている。 【００６６】本発明の第２の実施の形態における捕集装
置５０は、従来のようにインピンジャを用いず、細管内
で大気と溶液を混合することで不純物ガスを溶液内に捕
集できる構成を有し、さらに不純物ガスの捕集に用いた
溶液はリサイクルできる。 【００６７】以下、図５を参照して、第２の実施の形態
における分析装置の構成と動作について説明する。同図
に示すように、被検気体であるクリーンルーム５１内の
大気５２は、ガス用ポンプ８１ａによって、反応管５３
部分に導入される。 【００６８】一方容器５４には、捕集溶液が収容されて
おり、この捕集溶液は溶液ポンプ８２ａによって吸引さ
れ、切り替えバルブ８３ａ、８４ａの調整により、反応
管５３に送液される。 【００６９】大気中より導入されたガスと送液された捕
集溶液とは、反応管５３で合流し、ここで混合接触し、
細管内でバブリング状態（エアセグメント状態）が形成
される。大気中に含まれる不純物ガスは捕集溶液中に捕
集される。なお、反応管５３に相当する細管部分は、導
入ガスと捕集溶液の流れが乱流を発生し、高い混合効率
を得られるように、ループ状もしくはスパイラル状に加
工されている。 【００７０】反応管５３を通過したガスおよび捕集溶液
は、気液分離器５５に達し、ここに備えられている気液
分離膜で捕集溶液とそれ以外の残留ガスに分離される。
残留ガスはガス用ポンプ８１ｂにより外部に排気され、
捕集溶液は濃縮カラム５６に送液される。 【００７１】濃縮カラム５６では、捕集溶液中の不純物
ガスが濃縮される。濃縮カラム５６を通過した捕集溶液
は、溶液純度がガス混合前の純度に戻っている。よっ
て、反応管５３に再度戻し再使用できる。このような溶
液のリサイクルを望まない場合は、切り替えバルブを調
整することで、図中の矢印に示すように外部に廃液する
ことも可能である。 【００７２】上述した第２の実施の形態の捕集装置５０
の構成を用いれば、切り替えバルブの操作のみで捕集溶
液を循環させることが可能である。よって、従来のイン
ピンジャを用いた場合のように、測定の度にインピンジ
ャ内の捕集溶液を取り替える必要がなく、取り替えの際
の手間や、溶液を大気に曝すことによる測定誤差の問題
を避けることができる。 【００７３】大気内の不純物ガスを捕集した濃縮カラム
５６は、自動搬送装置５７を用いて、測定装置６０内に
自動的に搬送する。捕集装置と測定装置を同一装置内に
有するので、捕集したサンプルを即時分析にかけること
ができる。また、人為操作による搬送を避けることによ
り、二次汚染を抑制できる。 【００７４】大気中の汚染物質としては、特に他への影
響が大きいアミン等の有機系イオン性化合物の分析が求
められていることから、測定装置６０としては、同図に
示すように、イオンクロマトグラフ装置を用いることが
好ましい。しかし、測定装置６０として、高速液体クロ
マトグラフを用いても十分にその性能をはたす。 【００７５】以下、図５を参照しながら、イオンクロマ
トグラフ装置の構成と動作について説明する。 【００７６】容器６８に容れられた溶離液は溶液ポンプ
８２ｃにより濃縮カラム５６に送液される。濃縮カラム
５６内に捕集された大気中の不純物が溶離液中に溶解す
る。濃縮カラム５６を通過した不純物を含む溶離液は、
ガードカラム６１を通過する。ガードカラム６１では、
測定誤差の原因となるＮａイオン等が選択的に除去され
る。 【００７７】この後、不純物を含む溶離液は、分離カラ
ム６２を通り各成分ごとに分離される。分離カラム６２
を通過した各成分は、さらにサプレッサ６３を通過し、
ここで溶離液そのものが有する主なイオンが除去され
る。サプレッサを通過した各成分は、検出器６５、もし
くは検出器６６で定量、定性分析が行われる。検出器の
選択は、バルブ８３ｂ、８４ｂでなされる。 【００７８】分析データは、データ処理装置６４により
処理される。なお、測定装置６０内での溶離液及び蛍光
発色剤溶液の流速がいずれの部分においても一定になる
ように、溶液ポンプ８２ｃと８２ｄのそれぞれの送液速
度を調整する。 【００７９】大気中のアミン等の有機系イオン性化合物
を高感度に検知する為、検出器６５として、電気伝導度
検出器を用いるのが好ましい。また、検出器６６として
大気中のアンモニアやアミン系化合物が高感度で検出で
きる蛍光光度検出器も備えることが好ましい。蛍光光度
検出器を用いる場合は、サプレッサ６３を通過後、例え
ば溶液保存タンク６７から１３００ｐｐｍのｏ−フタル
アルデヒドと、９０ｐｐｍの２−メルカプトエタノール
を混合した蛍光発色剤を溶液ポンプ８２ｄによって送液
し、被検物を混合する。この後検出器６６にかけられ
る。 【００８０】検出に要する時間から不純物ガスの種類が
特定され、検出器の出力強度からそれぞれ不純物ガスの
濃度が求められる。 【００８１】上述した本発明の第２の実施の形態である
捕集装置５０と測定装置６０の各構成部分について、図
５を参照しながら、使用可能な具体的な材料等について
説明する。捕集装置５０において用いる捕集溶液として
は、大気中に含まれる有機系不純物を確実に捕集できる
溶液であればよい。例えば水、シュウ酸、酒石酸、リン
酸、硫酸、塩酸および硝酸等の各水溶液を用いることが
できる。ただし、電気伝導度検出器または蛍光光度検出
器のデータに影響を与えないことが好ましいので、この
点から純水を用いることが望ましい。また、同様な理由
により各種水溶液を用いる場合においても、その濃度を
１０ｗｔ％以下とすることが望ましい。 【００８２】反応管５３を構成する細管の材料として
は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や、パー
フルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリプロピレン（Ｐ
Ｐ）のような樹脂系細管を用いるとよい。 【００８３】気液分離器５５内の気液分離膜としては、
例えば多孔質のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）膜を用いるとよい。 【００８４】濃縮カラムとしては、スルホン酸型の陽イ
オン交換樹脂を用いるとよい。 【００８５】測定装置６０において用いる溶離液として
は、例えば塩酸、またはジアミノプロピオン塩酸塩混合
溶液を用いるとよい。 【００８６】分離カラムに充填される材料は、スルホン
酸型の官能基を有するものであればオクタデシルシラノ
ール（ＯＤＳ）、シリカゲル、あるいはアルミナでもよ
い。しかし、分離効率の観点からは、陽イオン交換樹脂
を充填することが好ましい。 【００８７】検出器の種類としては、電気伝導度検出器
や蛍光光度検出器の他に、ネスラー試薬を用いる吸光光
度検出器を用いてもよい。 【００８８】（第３の実施の形態；大気中の汚染物質の
分析）次に、本発明の第３の実施の形態について図６を
参照して説明する。第３の実施の形態もまた、クリーン
ルーム内の大気中に含まれる不純物ガスの分析方法に関
する。 【００８９】図６に示すように、第３の実施の形態にお
ける分析装置も、捕集装置７０と測定装置６０から構成
される。測定装置６０は、図５に示した第２の実施の形
態と同様のイオンクロマトグラフ装置を用いている。 【００９０】第２の実施の形態における捕集装置７０
は、一般に使用されるインピンジャを用いずに、図６に
示すように捕集溶液７３と捕集剤７４が容れられた捕集
容器７２を用いる。第２の実施の形態の場合と同様、捕
集溶液の入れ替えを必要としない。 【００９１】以下、図６を参照して、第３の実施の形態
における捕集装置７０の構成と動作について説明する。
被検気体であるクリーンルーム５１内の大気５２は、ガ
スポンプ８１ａによって吸引され、捕集容器７２内の捕
集溶液７３中でバブリングされる。 【００９２】大気５２中の不純物ガスはまず捕集溶液７
３に捕集されるが、最終的に捕集溶液７３中に分散され
ている吸着性の強い捕集剤７４に捕集される。捕集剤７
４としては、例えばスルホン酸型の官能基を有するイオ
ン交換樹脂を用いることができる。 【００９３】捕集液７３及び捕集剤７４による被検気体
の捕集効率を上げる為、捕集溶液７３は撹拌棒７７によ
り随時撹拌する。捕集されないガスは、脱気管７５を通
じて外部に排気される。 【００９４】捕集剤７４を含む捕集液７３を溶液用ポン
プ８２ｆを用いて捕集容器７２より排出し、ろ過捕集す
ることで捕集剤７４のみをミニカラム７８に集める。ろ
過された捕集液は、排出してもよいが、その純度が不純
物ガスを捕集する前の状態に戻るので、同図に示すよう
に捕集液を再度捕集容器７２に戻し、連続して使用する
こともできる。 【００９５】捕集容器内の捕集溶液が不足した場合は、
溶液タンク７１より溶液ポンプ８２ｅを用いて捕集溶液
が補充される。捕集剤７４は、捕集剤供給器７６から消
費量分が補充される。 【００９６】捕集剤が容れられたミニカラム容器７８
は、自動搬送装置５７により、捕集装置７０から測定装
置６０に自動的に搬送される。測定装置６０の構成とそ
の動作は、上述した第２の実施の形態と共通であるの
で、説明は省略する。 【００９７】 【実施例】以下に、上述した本発明の第１〜第３の実施
の形態に基づいて行った実施例について説明する。 【００９８】（実施例１）まず、第１の実施の形態に基
づいて行ったウエハ表面の汚染物質についての分析の実
施例について図１を参照して説明する。 【００９９】被検査対象としては、クリーンルーム大気
内に４８時間放置した６インチＳｉウエハを用いた。こ
のウエハは、比抵抗値１．５Ωｃｍの、Ｐ型ドープＳｉ
であり、ウエハの厚みは４３６μｍであった。 【０１００】溶液気化チャンバ１０内のタンク２には、
５％アセトン水溶液を満たした。加熱ヒータ４を用いて
溶液温度は４５℃とした。キャリヤガスとしては、ヘリ
ウム（Ｈｅ）用いた。ポンプ１２により１０ｍｌ／ｍｉ
ｎの流速でＨｅを溶液気化チャンバ１０内に導入した。
溶液気化チャンバ１０内に導入されたＨｅガスは、同チ
ャンバ内で発生したアセトン蒸気を隣接するウエハ設置
チャンバ２０内に運び、さらに捕集容器３０内の捕集剤
８に導く。Ｓｉウエハは１２０℃に加熱した。捕集剤８
としては、ポリマービーズ系充填剤を用いた。 【０１０１】捕集剤８に捕集されたウエハ表面の汚染物
質をｎーヘキサン溶液１ｍｌで抽出し、ガスクロマトグ
ラフ質量分析（ＧＣ−ＭＳ）を用いて定性定量分析を行
った。その結果、ウエハ表面の汚染物質として、環状シ
ロキサン（Ｄ５）が１０ｐｐｂ検出された。この汚染有
機物質は、クリーンルームの床材もしくは壁材として用
いられている物質であった。 【０１０２】（実施例２）本発明の第１の実施の形態に
基づく実施例２について説明する。実施例１で被検査対
象としたウエハと同様なＰ型ドープＳｉウエハを、別室
のクリーンルーム大気中に４８時間放置した。このＳｉ
ウエハを図１に示す装置を用いて、実施例１と同様な条
件下で分析をおこなった。 【０１０３】分析の結果、ウエハ表面から汚染物質とし
てｔ−ブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）が５０ｐｐ
ｂ検出された。この有機物質は、ウエハのキャリヤボッ
クスに含まれる酸化防止剤であった。 【０１０４】上述の実施例１および実施例２において
は、溶液気化チャンバ１０内のタンク２に５％アセトン
溶液を満たし、タンクを加熱することでアセトン蒸気を
発生させた。他の分析条件を全く同一とし、タンク２に
溶液をいれなかった場合は、同じ被検査ウエハにおい
て、有機系汚染物質の検出は不可能であった。ウエハ表
面上の有機系汚染物質は、１２０℃程度のウエハ温度で
はガス化せず、汚染物質がウエハ上に残留し、捕集が十
分に行われないことを意味する。 【０１０５】すなわち、実施例１および２の結果が示す
ように、本発明の第１の実施の形態で示す分析方法と装
置を用いれば、有機系汚染物質を溶解可能な溶液蒸気に
ウエハ表面を曝すことでウエハ表面上の極微量の有機系
汚染物質を低温でガス化し、容易に捕集できる。またこ
の時、ウエハおよびその周囲の温度を有機系汚染物質が
副生成物を生成したり、分解したりしない温度に保持で
きる為、より精度の高い汚染物質の定性定量評価が可能
となる。 【０１０６】（実施例３）以下に、図５に示した本発明
の第３の実施の形態に基づく分析装置を用いて、クリー
ンルーム内の大気の不純物ガスを分析した実施例３につ
いて説明する。 【０１０７】クリーンルーム中の大気をポンプ８１ａを
用いて流速０．１ｌ／ｍｉｎで２時間吸引し、反応管５
３で捕集溶液と混合し、捕集溶液中に大気中の不純物ガ
スを捕集した。捕集溶液としては純水を用いた。この
後、不純物ガスが捕集された捕集溶液を陽イオン交換樹
脂が充填されたＴＣＣ−２の濃縮カラムに通し、この濃
縮カラム中に不純物ガスを捕集した。濃縮カラムの大き
さは内径３ｍｍ、長さ３５ｍｍとした。 【０１０８】この濃縮カラムを測定装置６０内に自動搬
送し、不純物の定量定性分析を行った。Ｄｉｏｎｅｘ社
製のイオンクロマトグラフ装置（ＤＸ−１００）を用い
た。ガードカラムはＩｏｎ Ｐａｃ ＣＧ３、分離カラ
ムはＩｏｎ Ｐａｃ ＣＳ３を用いた。サプレッサとし
ては、ＣＳＲＳのオートサプレッサを用いた。溶離液と
しては、濃度２５ｍＭの塩酸水溶液と濃度０．２５ｍＭ
のジアノプロピオン塩酸塩の水溶液との混合溶液を用い
た。測定装置内の溶離液の流速は、１ｍｌ／ｍｉｎに溶
液ポンプを用いて調整した。検出器としては、電気伝導
度検出器を用いた。 【０１０９】分析結果であるクロマトグラムの一例を図
７に示した。横軸に測定時間、縦軸に検出信号強度を示
した。分離カラムへの試料注入から信号検出までに要し
た時間より不純物ガスの特定がなされ、検出信号の強度
から各不純物の濃度が分析できる。 【０１１０】同クロマトグラムに示すように、注入から
約２分後に、溶離液中に含まれる水による「ウォータデ
ィップ」と呼ばれる負の信号が現れた。さらに、注入後
約４分から５分の間に、アンモニア、および有機系イオ
ン化合物であるメチルアミンとジメチルアミンの示す信
号を比較的高い強度で検出することができた。 【０１１１】各成分の濃度は、アンモニアが１ｐｐｂ、
メチルアミンが１０ｐｐｂ、ジメチルアミンが３０ｐｐ
ｂであった。 【０１１２】（実施例４）次に、図６に示した本発明の
第３の実施の形態に基づく分析装置を用いて、クリーン
ルーム内の大気の不純物ガスを分析した実施例について
述べる。 【０１１３】図６中に示した捕集装置７０において、捕
集溶液７３としては純水、捕集剤７４としては粒径３０
μｍの陽イオン交換樹脂を用いた。このイオン交換樹脂
は、スチレンジビニル重合体−スルホン酸型官能基を有
するものである。捕集容器７２中に純水を２０ｍｌ、イ
オン交換樹脂を２ｇ容れ、撹拌棒７５で撹拌した。クリ
ーンルーム中の大気をポンプ８１ａを用いて流速１ｌ／
ｍｉｎで２時間吸引し、捕集容器７３内の捕集溶液７３
中でバブリングさせ、捕集溶液を介し、捕集剤７４中に
大気中の不純物ガスを捕集した。この後、大気を吸引す
るポンプ８１ａを停止させ、捕集容器中の捕集剤７４を
ポンプ８２ｆによりミニカラム７８内に集めた。 【０１１４】このミニカラム７８を測定装置６０内に自
動搬送し、不純物の定量定性分析を行った。測定装置
は、上述の実施例３と同様に、Ｄｉｏｎｅｘ社製のイオ
ンクロマトグラフ装置（ＤＸ−１００）を用いた。その
他の測定条件も、上述の実施例３の測定条件と同様の条
件を用いた。 【０１１５】分析結果であるクロマトグラムの一例を図
８に示した。横軸に測定時間、縦軸に検出信号強度を示
した。分離カラムへの試料注入から信号検出までに要し
た時間より不純物ガスの特定がなされ、検出信号の強度
から各不純物の濃度が分析できる。 【０１１６】同図に示すように、注入から約２分後に、
溶離液中に含まれる水による「ウォータディップ」が現
れた。さらに、注入後約４分から５分の間に、アンモニ
ア、および有機系イオン化合物であるメチルアミン、ジ
メチルアミンとトリメチルアミンの信号を比較的高い強
度で検出することができた。 【０１１７】なお、各成分の濃度は、アンモニアが０．
８ｐｐｂ、メチルアミンが８ｐｐｂ、ジメチルアミンが
２５ｐｐｂ、トリメチルアミンが３ｐｐｂであった。 【０１１８】実施例３および実施例４の結果より明かな
ように、本発明の第２の実施の形態および第３の実施の
形態に示す装置を用いれば、クリーンルーム中の大気に
含まれている極微量のアンモニアや有機系イオン化合物
の定性、定量分析を高感度で行うことができる。 【０１１９】また、第２、第３のいずれの実施の形態に
おいても、人為的操作をほとんど必要とせず、連続的に
大気の分析を行うことができる。よって、これらの分析
装置をクリーンルームに備えれば、クリーンルーム内の
大気の汚染状態の経時変化をモニタリングすることが可
能である。不純物ガスの異常発生時においては、迅速に
この事態を把握でき、適切な処置を施すことが可能とな
る。 【０１２０】また、不純物ガスの特定と不純物ガスの発
生原因の究明が容易となる。さらに、ウエハ表面の汚染
物質の分析と照合することで、不純物ガスの存在とウエ
ハの汚染状態の関係をより正確に把握することが可能と
なる。 【０１２１】以上，実施例に沿って本発明を説明した
が，本発明は，これらに制限されるものではない。例え
ば，種々の変更，改良，組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。 【０１２２】 【発明の効果】本発明の汚染物質の分析装置によれば、
ウエハ表面の汚染物質の分析をする際、溶液蒸気中にウ
エハ表面を曝すので、ウエハ表面に付着している極微量
の有機系汚染物質を効果的にガス化することができ、捕
集することが容易となる。よって、ウエハ表面の微量な
有機汚染物質等の分析がより高い精度で行うことが可能
となる。 【０１２３】 【０１２４】

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の第１の実施の形態における捕集装置
の一構成例を示す概略構成図である。 【図２】 本発明の第１の実施の形態における測定装置
の一構成例を示す概略構成図である。 【図３】 本発明の第１の実施の形態が有する溶液気化
チャンバの他の形態を示す概略構成図である。 【図４】 本発明の第１の実施の形態が有するウエハ設
置チャンバの他の形態を示す概略構成図である。 【図５】 本発明の第２の実施の形態における分析装置
の構成例を示す概略構成図である。 【図６】 本発明の第３の実施の形態における分析装置
の構成例を示す概略構成図である。 【図７】 本発明の第２の実施の形態における分析装置
を用いてクリーンルーム内の大気中の汚染物質につい
て、分析した結果を示すクロマトグラムである。 【図８】 本発明の第３の実施の形態における分析装置
を用いてクリーンルーム内の大気中の汚染物質につい
て、分析した結果を示すクロマトグラムである。 【図９】 従来のクリーンルーム内大気についての分析
方法を示す装置の概略構成図である。 【符号の説明】 １０・・・溶液気化チャンバ ２０・・・ウエハ設置チャンバ ３０・・・捕集容器 ５０、７０、１００・・・捕集装置 ６０、１１０・・・測定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 立部 哲也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平２−262055（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−283498（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−148169（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−300674（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 30/00 G01N 1/28 G01N 27/06 G01N 30/88

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 溶液タンクと前記溶液タンクを加熱する
   手段を備えた、密封可能な第１容器と、 ウエハ設置手段と前記ウエハ加熱手段を備えた、密閉可
   能な第２容器と、捕集剤を有する捕集容器と、 前記第１容器、前記第２容器と前記捕集容器とをそれぞ
   れ連続して接続するガス導入管と、 前記第１容器にガスを導入する手段と、 前記捕集容器内の汚染物質を定性もしくは定量できる測
   定手段とを有する汚染物質の分析装置。