JP3542914B2 - 半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる試料作製装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハの不純物測定方法およびこの方法に用いられる試料作製装置に係わり、特に分解液の回収を自動的に行える半導体ウェーハの不純物測定方法およびこの方法に用いられる試料作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造分野において、高集積化、デバイスの微細化に伴い、半導体材料の金属汚染は半導体デバイスの性能を著しく劣化させるため、金属汚染の低減が重要な問題になっている。金属汚染の低減には高感度な不純物測定方法により、半導体ウェーハの表面の金属汚染の状態を的確に把握して、適切な低減策を講じる必要がある。
【０００３】
従来の不純物測定方法として、特開平２−２７２３５９号公報には、表面に酸化膜を形成した半導体ウェーハ上にＨＦ系溶液を滴下し、一定時間放置した後、滴下液を捕集して液中の不純物を分析するウェーハ表面の不純物量の測定方法が記載されている。また、特開平３−４１６６号公報には、ＨＦ系ガスに晒し疎水化した半導体ウェーハ上にＨＦ系溶液を滴下し、さらに、この滴下した溶液をウェーハ上で転がし、この転がした溶液を捕集して溶液を測定するウェーハ表面の不純物量の測定方法が記載されている。
【０００４】
これら記載のウェーハ表面の不純物量の測定方法は、簡便かつ高精度に半導体ウェーハの表面の不純物量を測定できるので、現在も有効に活用されている。
【０００５】
しかし、これら開示のウェーハ表面の不純物量の測定方法はその実施工程において、作業者の手作業のよるところが多いため、半導体ウェーハの大口径化に伴い、重量と面積が増して、作業者の負担が増大している。
【０００６】
また、従来使用されている特開平３−４１６６号公報の方法を具体化した測定装置は、不純物を捕集するために、ＨＦ蒸気によるウェーハ表面の疎水処理を行う必要がある。そのため、Ｃｕ等の重金属が表面に付着してしまい、正確な不純物量が得られないことや、滴液のスキャニング時における機械特有の金属摩耗による汚染があり、微量不純物の定量ができないという問題がある。さらに静電気発生により滴下の制御が不可能いなるという問題があり、自動化が困難な状態にある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、半導体ウェーハ上に滴下された分解液の回収を自動的に行える半導体ウェーハの不純物測定方法およびこの方法に用いられる試料作製装置が要望されている。
【０００８】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、半導体ウェーハ上に滴下された分解液の回収を自動的に行える半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる試料作製装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、半導体ウェーハ上に分解液を滴下し、一定時間経過後の半導体ウェーハ上の分解液位置をＣＣＤカメラで取り込み、制御手段で演算して分解液位置を判定し、制御手段により回収手段を分解液の回収可能位置に位置させ、回収手段により半導体ウェーハ上の分解液を回収し、この回収された分解液を用いて高感度分析法により分析する半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１１】
本願請求項２の発明では、上記高感度分析法は全反射蛍光Ｘ線分析法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１２】
本願請求項３の発明では、上記高感度分析法は誘導結合プラズマ質量分析法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項４の発明では、上記高感度分析法は原子吸光分光法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項５の発明では、上記回収手段により、半導体ウェーハから回収された分解液を、上記半導体ウェーハ上の所定の位置に滴下し、この半導体ウェーハを加熱して分解液を乾固する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項６の発明では、上記回収手段により、複数枚の半導体ウェーハから別個に回収された分解液を、別個の半導体ウェーハ上のそれぞれ異なる所定の位置に滴下し、この半導体ウェーハを加熱して分解液を乾固する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１６】
本願請求項７の発明では、上記半導体ウェーハは複数枚の半導体ウェーハからなり、この複数枚の半導体ウェーハに滴下され回収された分解液を目皿のそれぞれ別個の異なる所定の位置に滴下し、この目皿に回収された分解液を用いて分析を行う工程を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１７】
本願請求項８の発明は、半導体ウェーハ上に滴下された分解液の一定経過後の半導体ウェーハ上の分解液位置を取り込むＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラからの分解液位置情報を受け、この分解液位置を演算して判定する制御手段と、この制御手段により制御され、判定された分解液位置情報に基づき分解液位置にアクセス可能に設けられて、所定時間経過後に分解液を回収する回収手段とを有することを特徴とする半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置であることを要旨としている。
【００１８】
本願請求項９の発明では、上記回収手段は回収した分解液を別個に配置された半導体ウェーハに滴下するように制御されることを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置であることを要旨としている。
【００１９】
本願請求項１０の発明では、上記回収手段は回収した分解液を半導体ウェーハから離間して配置された目皿に滴下するように制御されることを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェーハの不純物分析用試料の作製装置であることを要旨としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明に係わる半導体ウェーハの不純物分析方法に用いられる試料作製装置１の概念図である。
【００２４】
試料作製装置１は図１および図２に示すように、半導体ウェーハＷ上に滴下された分解液の一定時間経過後の半導体ウェーハＷ上の分解液位置ｐを取り込むセンサ手段、例えばＣＣＤカメラ２と、このＣＣＤカメラ２からの位置情報を受け、滴下位置Ｐを演算して判定する制御手段３と、この判定した一定時間経過後の分解液位置情報に基づき制御されて分解液位置Ｐにアクセス可能に設けられ、所定時間経過後に分解液Ｌを回収する回収手段、例えばポリテトラフルオロエチレン（テフロン）製の吸引ノズル４とを有している。
【００２５】
さらに、試料作製装置１にはテフロン製で分解液を滴下する滴下ノズル５と、ウェーハ載置台６に載置された半導体ウェーハＷに対向する下方にヒータ７が設けられている。
【００２６】
上記ＣＣＤカメラ２は半導体ウェーハＷに対向して上方に配置されており、また吸引ノズル４および滴下ノズル５には、制御手段３からの位置情報に基づき制御させて、吸引ノズル４および滴下ノズル５を３次元に動かして半導体ウェーハＷのいずれの位置にもアクセス可能にする駆動機構８、９が設けられている。
【００２７】
また、制御手段３はＣＣＤカメラ２からの位置情報を受け処理する画像処理装置１０と制御装置１１から構成されている。なお、画像処理装置１０と制御装置１１は本実施形態のように別個に形成してもよく、また一体に形成されたものでもよい。
【００２８】
さらに、上記試料作製装置１に隣接して制御手段３に制御される移載機構１２が配置され、さらに、この移載機構１２に隣接して複数枚の半導体ウェーハＷの収納が可能なウェーハラック１３が配置されている。
【００２９】
次に本発明に係わる試料作製装置１を用いた半導体ウェーハＷの不純物分析方法を説明する。
【００３０】
制御手段３を制御して移載機構１２を作動させ、ウェーハラック１３から１枚の半導体ウェーハＷを取り出し、ウェーハ載置台６に載置する。
【００３１】
しかる後、制御手段３を制御して移載機構１２を作動させて、分解液例えばＨＦ系溶液を半導体ウェーハＷの一側に滴下する。滴下されたＨＦ系溶液Ｌ1 は図５に示すように、半導体ウェーハＷの自然酸化膜と反応しながら、１分後（図５（ａ））には半導体ウェーハＷの一側に広がった分解液Ｌ１となり、直径３００ｍｍの半導体ウェーハＷの全域に広がった後、２分後（図５（ｂ））には半導体ウェーハＷの他側に集約されたＨＦ系溶液Ｌ2 となり、所定時間例えば３分後（図５（ｃ））には他側で半球形状に集まったＨＦ系溶液Ｌとなる。
【００３２】
ＨＦ系溶液の滴下後から３分経過後、制御手段３によりＣＣＤカメラ２を制御して、半球形状のＨＦ系溶液Ｌの溶液位置ｐを取り込む。溶液位置ｐの取り込みにはＣＣＤカメラ２によって、図６に示すように、半導体ウェーハＷの表面上の形状（または輝度、色彩）が半導体ウェーハＷの表面の形状（または輝度、色彩）と異なる部分ｐを求め、この部分ｐの座標を予め定められた半導体ウェーハＷのＸ、Ｙ（１、１）から（ｎ、ｍ）の位置として求める。このようにＣＣＤカメラ５より取り込まれた溶液位置ｐの画像信号は、二値化回路を含む画像処理装置１０で二値化され、さらに画像処理されて出力される。
【００３３】
この画像処理装置１０からの出力は制御装置１１に送られ、この制御装置１１において、溶液位置ｐが演算され、判定される。この判定された溶液位置ｐの位置情報に基づき、制御装置１１により駆動機構８を制御して、吸引ノズル４を溶液位置ｐに移動させ、吸引ノズル４により半球形状のＨＦ系溶液Ｌを回収する。
【００３４】
なお、所定時間経過後の分解液が１点に集まらず、複数個に分散しているときは、大きい半球形状の分解液から順に回収するようにプログラムを設定しておき、また、回収しなくてもよい下限値についても設定しておく。
【００３５】
しかる後、制御手段３によりＣＣＤカメラ２を制御して、半導体ウェーハＷの所定の位置、例えばウェーハ中央部の位置を取り込み、ＣＣＤカメラ５より撮像されたウェーハ中央部の画像信号は、二値化回路を含む画像処理装置１０で二値化され、さらに画像処理されて出力される。
【００３６】
この画像処理装置１０からの出力は制御装置１１に送られ、この制御装置１１において、ウェーハ中央部が演算され、判定される。ウェーハ中央部位置の判定に基づき、制御装置１１より駆動機構８を制御して、吸引ノズル４をウェーハの所定の位置、例えば中央部に移動させ、吸引ノズル４によりＨＦ系溶液Ｌを半導体ウェーハＷ上に滴下する。
【００３７】
しかる後、制御手段３によりヒータ７に通電させて半導体ウェーハＷを加熱し、ＨＦ系溶液Ｌを直径約５ｍｍに乾固させる。ＨＦ系溶液Ｌの乾固後、制御手段３により移載機構１２を作動させてＨＦ系溶液Ｌが乾固された半導体ウェーハＷをウェーハラック１３に戻す。このような乾固処理工程を繰り返し、ウェーハラック１３の半導体ウェーハＷの乾固処理は自動的に行われ完了する。このようにして、半導体ウェーハＷ上の不純物を１ケ所に濃縮して分析する試料が作製される。
【００３８】
しかる後、ＨＦ系溶液Ｌが乾固された試料の半導体ウェーハＷを高感度分析法、例えば図７に示すような一般に用いられている全反射蛍光Ｘ線分析法により分析する。
【００３９】
この全反射蛍光Ｘ線分析法によれば、回転対陰極によって発生したＸ線は、モノクロメータで単色化され、試料ウェーハにすれすれの角度で入射する。入射したＸ線は、そのほとんどがウェーハ表面で反射する。この時、試料ウェーハを構成する元素（例えばＳｉ）の蛍光Ｘ線の発生は抑制され、ウェーハ表面にある不純物から発生する蛍光Ｘ線強度が相対的に大きくなる。発生したＸ線はウェーハ直上にある固体検出器（ＳＳＤ）により検出され、エネルギ分散方式で解析される。
【００４０】
上述した半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置によれば、半導体ウェーハＷ上の不純物を１ケ所に濃縮した、特に全反射蛍光Ｘ線分析法に適する試料の作製が自動化できて、また作製を迅速かつ容易に行うことができ、さらに試料が汚染されることもない。また、本第１の実施形態の試料作製装置を用いた半導体ウェーハの不純物分析方法によれば、自動化され誰にも容易かつ迅速に分析ができ、試料の汚染がなく、高感度の分析ができる。
【００４１】
次に、本発明に係わる半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の第２の実施形態について説明する。
【００４２】
なお、上記第１の実施形態の試料作製装置１を半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００４３】
試料作製装置２１は図３に示すように、半導体ウェーハＷ上に滴下され一定時間経過後の分解液位置ｐを取り込むＣＣＤカメラ２と、一定時間経過後の分解液位置情報に基づき制御されて分解液位置ｐにアクセス可能に設けられ、所定時間経過後に分解液Ｌを回収するテフロン製の吸引ノズル２２が設けられている。
【００４４】
この吸引ノズル２２は第１ウェーハ載置台６に近接して設けられた第２ウェーハ載置台２３にも近接して設けられ、この第２ウェーハ載置台２３に載置された新規別個の半導体ウェーハＷ２に、半導体ウェーハＷから回収した分解液Ｌを滴下可能に設けられている。
【００４５】
半導体ウェーハＷ２に対向する下方にはヒータ２６が設けられ、半導体ウェーハＷ２に対向する上方には第２ＣＣＤカメラ２４が配置されている。吸引ノズル２２には駆動機構２５が設けられ、この駆動機構２５、上記第２ＣＣＤカメラ２４およびヒータ２６は、図２に示す上記第１実施形態の試料作製装置１と同様に制御装置１１に接続されている。
【００４６】
次に、第２の実施形態の試料作製装置２１を用いた半導体ウェーハＷの不純物分析方法を説明する。
【００４７】
制御手段３を制御して移載機構１２を作動させ、ウェーハラック１３から１枚の半導体ウェーハＷを取り出し、ウェーハ載置台６に載置する。
【００４８】
しかる後、制御手段３を制御して滴下ノズル５を作動させて、分解液例えばＨＦ系溶液を半導体ウェーハＷの一側に滴下する。所定時間経過後、ＣＣＤカメラ２より撮像された溶液位置ｐの画像信号に基づき上述第１の実施形態の場合と同様に制御装置１１により駆動機構２５を制御して、吸引ノズル２２を溶液位置ｐに移動させ、吸引ノズル２２により半球形状のＨＦ系溶液Ｌを回収する。しかる後、制御手段３により第２ＣＣＤカメラ２４を制御して、半導体ウェーハＷの所定の位置情報を取り込み、第２ＣＣＤカメラ２４より撮像された半導体ウェーハＷ２の画像信号は、二値化回路を含む画像処理装置で二値化され、さらに画像処理されて出力される。この画像処理装置からの出力は制御装置１１に送られ、この制御装置１１において、所定位置の演算が行われ、判定される。所定位置の判定に基づき、制御装置１１より駆動機構２５を制御して、吸引ノズル２２を所定位置に移動させ、吸引ノズル２２によりＨＦ系溶液Ｌを別個の新規半導体ウェーハＷ２上に滴下する。
【００４９】
しかる後、制御装置１１によりヒータ２６に通電させて半導体ウェーハＷ２を加熱し、ＨＦ系溶液Ｌを直径約５ｍｍに乾固させる。ＨＦ系溶液Ｌの乾固後、新規半導体ウェーハＷ２を取り出す。このような乾固処理工程を繰り返し、ウェーハラック１３の半導体ウェーハＷの乾固処理は自動的に行われ完了する。このようにして、複数枚の半導体ウェーハＷ上の不純物を別個の１枚の半導体ウェーハＷ２の多数箇所に濃縮して分析する試料が作製される。しかる後、上述した第１の実施形態の場合と同様に試料の半導体ウェーハＷ２を全反射蛍光Ｘ線分析法により分析する。
【００５０】
本第２の実施形態の試料作製装置２１によれば、複数枚の半導体ウェーハＷ上の不純物を別個の１枚の半導体ウェーハＷ２の多数箇所に濃縮して試料を作製できるので、試料の作製が短時間に行えるとともに、分析時間も短縮することができる。
【００５１】
さらに、第３の実施形態の試料作製装置３１を用いた半導体ウェーハＷの不純物分析方法を説明する。なお、上記第１の実施形態および第２の実施形態の試料作製装置と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００５２】
試料作製装置３１は図４に示すように、所定時間経過後に分解液Ｌを回収するテフロン製の吸引ノズル２２は第１ウェーハ載置台６と離間し、かつ近接して配置された目皿３４に、複数枚の半導体ウェーハＷから回収した分解液Ｌを滴下可能に設けられている。目皿３３に対向する上方には第２ＣＣＤカメラ２４が配置されている。
【００５３】
次に、第３の実施形態の試料作製装置３１を用いた半導体ウェーハＷの不純物分析方法を説明する。
【００５４】
所定時間経過後、上述した第２実施形態と同様に、吸引ノズル４により半球形状のＨＦ系溶液Ｌを回収する。しかる後、制御手段３により第２ＣＣＤカメラ２４を制御して、目皿３４の所定の位置情報を取り込み、所定位置の判定に基づき、制御装置１１より駆動機構２５を制御して、吸引ノズル２２を所定位置に移動させ、吸引ノズル２２によりＨＦ系溶液Ｌを目皿３４上に滴下する。このような工程を繰り返し、複数枚の半導体ウェーハＷ上の不純物を別個の１個の目皿３４に試料として捕集することができる。
【００５５】
しかる後、目皿３４に捕集された試料を高感度分析法、例えば図８に示すような一般に用いられている誘導結合プラズマ質量分析法や原子吸光分光法例えばフレームレス原子吸光分光法により分析する。
【００５６】
この誘導結合プラズマ質量分析法によれば、試料溶液は、ネプライザでガス化あるいはエアゾール化されて、石英ガラス製のＩＰＣトーチからなるプラズマ発生器のアルゴンプラズマ中に導入される。さらに、試料は大気圧プラズマ中で６０００〜７０００Ｋに加熱され、各元素は原子化、さらにはイオン化される。イオン化されたイオンはスキマー（インターフェイス）を通過した後、イオンレンズ部でエネルギ収束され、最後に高真空に排気された４重極型質量分析部に導かれて分析される。
【００５７】
本第３の実施形態の試料作製装置３１によれば、複数枚の半導体ウェーハＷ上の不純物を別個の１個の目皿３４に捕捉できるので、半導体ウェーハＷ上の不純物を１ケ所に濃縮し、特に誘導結合プラズマ質量や原子吸光分光法に適する試料の作製が自動化でき、また、試料の作製を迅速かつ容易に行うことができ、さらに試料が汚染されることもない。
【００５８】
また、本第３の実施形態の試料作製装置３１を用いた半導体ウェーハの不純物分析方法によれば、自動化され誰にも容易かつ迅速に分析ができ、試料の汚染がなく、高感度の分析ができる。
【００５９】
なお、上記の各実施形態において、半導体ウェーハ上への分解液の滴下には、制御装置により制御される駆動機構を具備する試料作製装置を使用して行う例で説明したが、分解液の滴下はマニュアルであってもよい。
【００６０】
【実施例】
（１）同一製造履歴のロットから２枚の１２インチシリコンウェー抜き出し、本発明の不純物分析および従来の方法により汚染量の測定を行い、表１のような結果を得た。
【００６１】
【表１】
実施例は従来例に比べて、各金属元素共汚染量が著しく少ないことがわかった。
【００６２】
（２）分析感度比較
【表２】
実施例は直径３００ｍｍを直径５ｍｍの分解液に濃縮することにより、シリコンウェーハの表面濃度は約３桁高くなり、実質的に２桁高い高感度分析が可能となった。
【００６３】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体ウェーハの不純物分析方法によれば、自動化され誰にも容易かつ迅速に分析ができ、試料の汚染がなく、高感度の分析ができる。
【００６４】
また、本半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置によれば、半導体ウェーハ上の不純物を１ケ所に濃縮した、特に全反射蛍光Ｘ線分析法に適する試料の作製を自動化できて、また、試料の作製を迅速かつ容易に行うことができ、さらに試料が汚染されることもない。
【００６５】
さらに、本試料作製装置によれば、複数枚の半導体ウェーハ上の不純物を別個の１枚の半導体ウェーハの多数箇所に濃縮して試料を作製できるので、試料の作製が短時間に行えるとともに、分析時間も短縮することができる。
【００６６】
また、本試料作製装置によれば、複数枚の半導体ウェーハ上の不純物を別個の１個の目皿に捕捉できるので、半導体ウェーハ上の不純物を１ケ所に濃縮した、特に誘導結合プラズマ質量や原子吸光分光法に適する試料の作製が自動化できて、試料の作製を迅速かつ容易に行うことができ、さらに試料が汚染されることもない。
【００６７】
センサ手段にＣＣＤカメラを用いたので、吸引ノズルを的確に分解液にアクセスでき、迅速、的確かつ容易に分解液の回収が行え、さらにＣＣＤカメラは固定的に配置されているので、ＣＣＤカメラの移動などによる発塵もなく、試料を汚染することもない。
【００６８】
さらに、別個に設けられた半導体ウェーハや目皿の位置情報を読み取る第２のＣＣＤカメラを設けたので、吸引ノズルを的確に別個に設けられた半導体ウェーハや目皿にアクセスでき、迅速かつ容易に分解液を滴下できる。
【００６９】
また、回収手段をテフロン製ノズルにしたので、試料が汚染されることなく、正確かつ高感度の分析に寄与する試料を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体ウェーハの不純物分析方法の概念図。
【図２】本発明の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の制御系統図。
【図３】本発明の他実施形態の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の概念図。
【図４】本発明の他実施形態の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の概念図。
【図５】分解液の流れを示す説明図。
【図６】ＣＣＤカメラによる読み取り過程を示す説明図。
【図７】一般に用いられている全反射蛍光Ｘ線分析法の原理図。
【図８】一般に用いられている誘導結合プラズマ質量分析法の原理図。
【符号の説明】
１ 試料作製装置
２ センサ手段（ＣＣＤカメラ）
３ 制御手段
４ 回収手段（吸引ノズル）
５ 滴下ノズル
６ ウェーハ載置台
７ ヒータ
８ 駆動機構
９ 駆動機構
１０ 画像処理装置
１１ 制御装置
１２ 移載機構
１３ ウェーハラック
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハの不純物測定方法およびこの方法に用いられる試料作製装置に係わり、特に分解液の回収を自動的に行える半導体ウェーハの不純物測定方法およびこの方法に用いられる試料作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造分野において、高集積化、デバイスの微細化に伴い、半導体材料の金属汚染は半導体デバイスの性能を著しく劣化させるため、金属汚染の低減が重要な問題になっている。金属汚染の低減には高感度な不純物測定方法により、半導体ウェーハの表面の金属汚染の状態を的確に把握して、適切な低減策を講じる必要がある。
【０００３】
従来の不純物測定方法として、特開平２−２７２３５９号公報には、表面に酸化膜を形成した半導体ウェーハ上にＨＦ系溶液を滴下し、一定時間放置した後、滴下液を捕集して液中の不純物を分析するウェーハ表面の不純物量の測定方法が記載されている。また、特開平３−４１６６号公報には、ＨＦ系ガスに晒し疎水化した半導体ウェーハ上にＨＦ系溶液を滴下し、さらに、この滴下した溶液をウェーハ上で転がし、この転がした溶液を捕集して溶液を測定するウェーハ表面の不純物量の測定方法が記載されている。
【０００４】
これら記載のウェーハ表面の不純物量の測定方法は、簡便かつ高精度に半導体ウェーハの表面の不純物量を測定できるので、現在も有効に活用されている。
【０００５】
しかし、これら開示のウェーハ表面の不純物量の測定方法はその実施工程において、作業者の手作業のよるところが多いため、半導体ウェーハの大口径化に伴い、重量と面積が増して、作業者の負担が増大している。
【０００６】
また、従来使用されている特開平３−４１６６号公報の方法を具体化した測定装置は、不純物を捕集するために、ＨＦ蒸気によるウェーハ表面の疎水処理を行う必要がある。そのため、Ｃｕ等の重金属が表面に付着してしまい、正確な不純物量が得られないことや、滴液のスキャニング時における機械特有の金属摩耗による汚染があり、微量不純物の定量ができないという問題がある。さらに静電気発生により滴下の制御が不可能いなるという問題があり、自動化が困難な状態にある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、半導体ウェーハ上に滴下された分解液の回収を自動的に行える半導体ウェーハの不純物測定方法およびこの方法に用いられる試料作製装置が要望されている。
【０００８】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、半導体ウェーハ上に滴下された分解液の回収を自動的に行える半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる試料作製装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、半導体ウェーハ上に分解液を滴下し、一定時間経過後の半導体ウェーハ上の分解液位置をＣＣＤカメラで取り込み、制御手段で演算して分解液位置を判定し、制御手段により回収手段を分解液の回収可能位置に位置させ、回収手段により半導体ウェーハ上の分解液を回収し、この回収された分解液を用いて高感度分析法により分析する半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１１】
本願請求項２の発明では、上記高感度分析法は全反射蛍光Ｘ線分析法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１２】
本願請求項３の発明では、上記高感度分析法は誘導結合プラズマ質量分析法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項４の発明では、上記高感度分析法は原子吸光分光法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項５の発明では、上記回収手段により、半導体ウェーハから回収された分解液を、上記半導体ウェーハ上の所定の位置に滴下し、この半導体ウェーハを加熱して分解液を乾固する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項６の発明では、上記回収手段により、複数枚の半導体ウェーハから別個に回収された分解液を、別個の半導体ウェーハ上のそれぞれ異なる所定の位置に滴下し、この半導体ウェーハを加熱して分解液を乾固する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１６】
本願請求項７の発明では、上記半導体ウェーハは複数枚の半導体ウェーハからなり、この複数枚の半導体ウェーハに滴下され回収された分解液を目皿のそれぞれ別個の異なる所定の位置に滴下し、この目皿に回収された分解液を用いて分析を行う工程を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法であることを要旨としている。
【００１７】
本願請求項８の発明は、半導体ウェーハ上に滴下された分解液の一定経過後の半導体ウェーハ上の分解液位置を取り込むＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラからの分解液位置情報を受け、この分解液位置を演算して判定する制御手段と、この制御手段により制御され、判定された分解液位置情報に基づき分解液位置にアクセス可能に設けられて、所定時間経過後に分解液を回収する回収手段とを有することを特徴とする半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置であることを要旨としている。
【００１８】
本願請求項９の発明では、上記回収手段は回収した分解液を別個に配置された半導体ウェーハに滴下するように制御されることを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置であることを要旨としている。
【００１９】
本願請求項１０の発明では、上記回収手段は回収した分解液を半導体ウェーハから離間して配置された目皿に滴下するように制御されることを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェーハの不純物分析用試料の作製装置であることを要旨としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明に係わる半導体ウェーハの不純物分析方法に用いられる試料作製装置１の概念図である。
【００２４】
試料作製装置１は図１および図２に示すように、半導体ウェーハＷ上に滴下された分解液の一定時間経過後の半導体ウェーハＷ上の分解液位置ｐを取り込むセンサ手段、例えばＣＣＤカメラ２と、このＣＣＤカメラ２からの位置情報を受け、滴下位置Ｐを演算して判定する制御手段３と、この判定した一定時間経過後の分解液位置情報に基づき制御されて分解液位置Ｐにアクセス可能に設けられ、所定時間経過後に分解液Ｌを回収する回収手段、例えばポリテトラフルオロエチレン（テフロン）製の吸引ノズル４とを有している。
【００２５】
さらに、試料作製装置１にはテフロン製で分解液を滴下する滴下ノズル５と、ウェーハ載置台６に載置された半導体ウェーハＷに対向する下方にヒータ７が設けられている。
【００２６】
上記ＣＣＤカメラ２は半導体ウェーハＷに対向して上方に配置されており、また吸引ノズル４および滴下ノズル５には、制御手段３からの位置情報に基づき制御させて、吸引ノズル４および滴下ノズル５を３次元に動かして半導体ウェーハＷのいずれの位置にもアクセス可能にする駆動機構８、９が設けられている。
【００２７】
また、制御手段３はＣＣＤカメラ２からの位置情報を受け処理する画像処理装置１０と制御装置１１から構成されている。なお、画像処理装置１０と制御装置１１は本実施形態のように別個に形成してもよく、また一体に形成されたものでもよい。
【００２８】
さらに、上記試料作製装置１に隣接して制御手段３に制御される移載機構１２が配置され、さらに、この移載機構１２に隣接して複数枚の半導体ウェーハＷの収納が可能なウェーハラック１３が配置されている。
【００２９】
次に本発明に係わる試料作製装置１を用いた半導体ウェーハＷの不純物分析方法を説明する。
【００３０】
制御手段３を制御して移載機構１２を作動させ、ウェーハラック１３から１枚の半導体ウェーハＷを取り出し、ウェーハ載置台６に載置する。
【００３１】
しかる後、制御手段３を制御して移載機構１２を作動させて、分解液例えばＨＦ系溶液を半導体ウェーハＷの一側に滴下する。滴下されたＨＦ系溶液Ｌ1 は図５に示すように、半導体ウェーハＷの自然酸化膜と反応しながら、１分後（図５（ａ））には半導体ウェーハＷの一側に広がった分解液Ｌ１となり、直径３００ｍｍの半導体ウェーハＷの全域に広がった後、２分後（図５（ｂ））には半導体ウェーハＷの他側に集約されたＨＦ系溶液Ｌ2 となり、所定時間例えば３分後（図５（ｃ））には他側で半球形状に集まったＨＦ系溶液Ｌとなる。
【００３２】
ＨＦ系溶液の滴下後から３分経過後、制御手段３によりＣＣＤカメラ２を制御して、半球形状のＨＦ系溶液Ｌの溶液位置ｐを取り込む。溶液位置ｐの取り込みにはＣＣＤカメラ２によって、図６に示すように、半導体ウェーハＷの表面上の形状（または輝度、色彩）が半導体ウェーハＷの表面の形状（または輝度、色彩）と異なる部分ｐを求め、この部分ｐの座標を予め定められた半導体ウェーハＷのＸ、Ｙ（１、１）から（ｎ、ｍ）の位置として求める。このようにＣＣＤカメラ５より取り込まれた溶液位置ｐの画像信号は、二値化回路を含む画像処理装置１０で二値化され、さらに画像処理されて出力される。
【００３３】
この画像処理装置１０からの出力は制御装置１１に送られ、この制御装置１１において、溶液位置ｐが演算され、判定される。この判定された溶液位置ｐの位置情報に基づき、制御装置１１により駆動機構８を制御して、吸引ノズル４を溶液位置ｐに移動させ、吸引ノズル４により半球形状のＨＦ系溶液Ｌを回収する。
【００３４】
なお、所定時間経過後の分解液が１点に集まらず、複数個に分散しているときは、大きい半球形状の分解液から順に回収するようにプログラムを設定しておき、また、回収しなくてもよい下限値についても設定しておく。
【００３５】
しかる後、制御手段３によりＣＣＤカメラ２を制御して、半導体ウェーハＷの所定の位置、例えばウェーハ中央部の位置を取り込み、ＣＣＤカメラ５より撮像されたウェーハ中央部の画像信号は、二値化回路を含む画像処理装置１０で二値化され、さらに画像処理されて出力される。
【００３６】
この画像処理装置１０からの出力は制御装置１１に送られ、この制御装置１１において、ウェーハ中央部が演算され、判定される。ウェーハ中央部位置の判定に基づき、制御装置１１より駆動機構８を制御して、吸引ノズル４をウェーハの所定の位置、例えば中央部に移動させ、吸引ノズル４によりＨＦ系溶液Ｌを半導体ウェーハＷ上に滴下する。
【００３７】
しかる後、制御手段３によりヒータ７に通電させて半導体ウェーハＷを加熱し、ＨＦ系溶液Ｌを直径約５ｍｍに乾固させる。ＨＦ系溶液Ｌの乾固後、制御手段３により移載機構１２を作動させてＨＦ系溶液Ｌが乾固された半導体ウェーハＷをウェーハラック１３に戻す。このような乾固処理工程を繰り返し、ウェーハラック１３の半導体ウェーハＷの乾固処理は自動的に行われ完了する。このようにして、半導体ウェーハＷ上の不純物を１ケ所に濃縮して分析する試料が作製される。
【００３８】
しかる後、ＨＦ系溶液Ｌが乾固された試料の半導体ウェーハＷを高感度分析法、例えば図７に示すような一般に用いられている全反射蛍光Ｘ線分析法により分析する。
【００３９】
この全反射蛍光Ｘ線分析法によれば、回転対陰極によって発生したＸ線は、モノクロメータで単色化され、試料ウェーハにすれすれの角度で入射する。入射したＸ線は、そのほとんどがウェーハ表面で反射する。この時、試料ウェーハを構成する元素（例えばＳｉ）の蛍光Ｘ線の発生は抑制され、ウェーハ表面にある不純物から発生する蛍光Ｘ線強度が相対的に大きくなる。発生したＸ線はウェーハ直上にある固体検出器（ＳＳＤ）により検出され、エネルギ分散方式で解析される。
【００４０】
上述した半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置によれば、半導体ウェーハＷ上の不純物を１ケ所に濃縮した、特に全反射蛍光Ｘ線分析法に適する試料の作製が自動化できて、また作製を迅速かつ容易に行うことができ、さらに試料が汚染されることもない。また、本第１の実施形態の試料作製装置を用いた半導体ウェーハの不純物分析方法によれば、自動化され誰にも容易かつ迅速に分析ができ、試料の汚染がなく、高感度の分析ができる。
【００４１】
次に、本発明に係わる半導体ウェーハの不純物分析方法およびこの方法に用いられる半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の第２の実施形態について説明する。
【００４２】
なお、上記第１の実施形態の試料作製装置１を半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００４３】
試料作製装置２１は図３に示すように、半導体ウェーハＷ上に滴下され一定時間経過後の分解液位置ｐを取り込むＣＣＤカメラ２と、一定時間経過後の分解液位置情報に基づき制御されて分解液位置ｐにアクセス可能に設けられ、所定時間経過後に分解液Ｌを回収するテフロン製の吸引ノズル２２が設けられている。
【００４４】
この吸引ノズル２２は第１ウェーハ載置台６に近接して設けられた第２ウェーハ載置台２３にも近接して設けられ、この第２ウェーハ載置台２３に載置された新規別個の半導体ウェーハＷ２に、半導体ウェーハＷから回収した分解液Ｌを滴下可能に設けられている。
【００４５】
半導体ウェーハＷ２に対向する下方にはヒータ２６が設けられ、半導体ウェーハＷ２に対向する上方には第２ＣＣＤカメラ２４が配置されている。吸引ノズル２２には駆動機構２５が設けられ、この駆動機構２５、上記第２ＣＣＤカメラ２４およびヒータ２６は、図２に示す上記第１実施形態の試料作製装置１と同様に制御装置１１に接続されている。
【００４６】
次に、第２の実施形態の試料作製装置２１を用いた半導体ウェーハＷの不純物分析方法を説明する。
【００４７】
制御手段３を制御して移載機構１２を作動させ、ウェーハラック１３から１枚の半導体ウェーハＷを取り出し、ウェーハ載置台６に載置する。
【００４８】
しかる後、制御手段３を制御して滴下ノズル５を作動させて、分解液例えばＨＦ系溶液を半導体ウェーハＷの一側に滴下する。所定時間経過後、ＣＣＤカメラ２より撮像された溶液位置ｐの画像信号に基づき上述第１の実施形態の場合と同様に制御装置１１により駆動機構２５を制御して、吸引ノズル２２を溶液位置ｐに移動させ、吸引ノズル２２により半球形状のＨＦ系溶液Ｌを回収する。しかる後、制御手段３により第２ＣＣＤカメラ２４を制御して、半導体ウェーハＷの所定の位置情報を取り込み、第２ＣＣＤカメラ２４より撮像された半導体ウェーハＷ２の画像信号は、二値化回路を含む画像処理装置で二値化され、さらに画像処理されて出力される。この画像処理装置からの出力は制御装置１１に送られ、この制御装置１１において、所定位置の演算が行われ、判定される。所定位置の判定に基づき、制御装置１１より駆動機構２５を制御して、吸引ノズル２２を所定位置に移動させ、吸引ノズル２２によりＨＦ系溶液Ｌを別個の新規半導体ウェーハＷ２上に滴下する。
【００４９】
しかる後、制御装置１１によりヒータ２６に通電させて半導体ウェーハＷ２を加熱し、ＨＦ系溶液Ｌを直径約５ｍｍに乾固させる。ＨＦ系溶液Ｌの乾固後、新規半導体ウェーハＷ２を取り出す。このような乾固処理工程を繰り返し、ウェーハラック１３の半導体ウェーハＷの乾固処理は自動的に行われ完了する。このようにして、複数枚の半導体ウェーハＷ上の不純物を別個の１枚の半導体ウェーハＷ２の多数箇所に濃縮して分析する試料が作製される。しかる後、上述した第１の実施形態の場合と同様に試料の半導体ウェーハＷ２を全反射蛍光Ｘ線分析法により分析する。
【００５０】
本第２の実施形態の試料作製装置２１によれば、複数枚の半導体ウェーハＷ上の不純物を別個の１枚の半導体ウェーハＷ２の多数箇所に濃縮して試料を作製できるので、試料の作製が短時間に行えるとともに、分析時間も短縮することができる。
【００５１】
さらに、第３の実施形態の試料作製装置３１を用いた半導体ウェーハＷの不純物分析方法を説明する。なお、上記第１の実施形態および第２の実施形態の試料作製装置と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００５２】
試料作製装置３１は図４に示すように、所定時間経過後に分解液Ｌを回収するテフロン製の吸引ノズル２２は第１ウェーハ載置台６と離間し、かつ近接して配置された目皿３４に、複数枚の半導体ウェーハＷから回収した分解液Ｌを滴下可能に設けられている。目皿３３に対向する上方には第２ＣＣＤカメラ２４が配置されている。
【００５３】
次に、第３の実施形態の試料作製装置３１を用いた半導体ウェーハＷの不純物分析方法を説明する。
【００５４】
所定時間経過後、上述した第２実施形態と同様に、吸引ノズル４により半球形状のＨＦ系溶液Ｌを回収する。しかる後、制御手段３により第２ＣＣＤカメラ２４を制御して、目皿３４の所定の位置情報を取り込み、所定位置の判定に基づき、制御装置１１より駆動機構２５を制御して、吸引ノズル２２を所定位置に移動させ、吸引ノズル２２によりＨＦ系溶液Ｌを目皿３４上に滴下する。このような工程を繰り返し、複数枚の半導体ウェーハＷ上の不純物を別個の１個の目皿３４に試料として捕集することができる。
【００５５】
しかる後、目皿３４に捕集された試料を高感度分析法、例えば図８に示すような一般に用いられている誘導結合プラズマ質量分析法や原子吸光分光法例えばフレームレス原子吸光分光法により分析する。
【００５６】
この誘導結合プラズマ質量分析法によれば、試料溶液は、ネプライザでガス化あるいはエアゾール化されて、石英ガラス製のＩＰＣトーチからなるプラズマ発生器のアルゴンプラズマ中に導入される。さらに、試料は大気圧プラズマ中で６０００〜７０００Ｋに加熱され、各元素は原子化、さらにはイオン化される。イオン化されたイオンはスキマー（インターフェイス）を通過した後、イオンレンズ部でエネルギ収束され、最後に高真空に排気された４重極型質量分析部に導かれて分析される。
【００５７】
本第３の実施形態の試料作製装置３１によれば、複数枚の半導体ウェーハＷ上の不純物を別個の１個の目皿３４に捕捉できるので、半導体ウェーハＷ上の不純物を１ケ所に濃縮し、特に誘導結合プラズマ質量や原子吸光分光法に適する試料の作製が自動化でき、また、試料の作製を迅速かつ容易に行うことができ、さらに試料が汚染されることもない。
【００５８】
また、本第３の実施形態の試料作製装置３１を用いた半導体ウェーハの不純物分析方法によれば、自動化され誰にも容易かつ迅速に分析ができ、試料の汚染がなく、高感度の分析ができる。
【００５９】
なお、上記の各実施形態において、半導体ウェーハ上への分解液の滴下には、制御装置により制御される駆動機構を具備する試料作製装置を使用して行う例で説明したが、分解液の滴下はマニュアルであってもよい。
【００６０】
【実施例】
（１）同一製造履歴のロットから２枚の１２インチシリコンウェー抜き出し、本発明の不純物分析および従来の方法により汚染量の測定を行い、表１のような結果を得た。
【００６１】
【表１】
【００６２】
（２）分析感度比較
【表２】
【００６３】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体ウェーハの不純物分析方法によれば、自動化され誰にも容易かつ迅速に分析ができ、試料の汚染がなく、高感度の分析ができる。
【００６４】
また、本半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置によれば、半導体ウェーハ上の不純物を１ケ所に濃縮した、特に全反射蛍光Ｘ線分析法に適する試料の作製を自動化できて、また、試料の作製を迅速かつ容易に行うことができ、さらに試料が汚染されることもない。
【００６５】
さらに、本試料作製装置によれば、複数枚の半導体ウェーハ上の不純物を別個の１枚の半導体ウェーハの多数箇所に濃縮して試料を作製できるので、試料の作製が短時間に行えるとともに、分析時間も短縮することができる。
【００６６】
また、本試料作製装置によれば、複数枚の半導体ウェーハ上の不純物を別個の１個の目皿に捕捉できるので、半導体ウェーハ上の不純物を１ケ所に濃縮した、特に誘導結合プラズマ質量や原子吸光分光法に適する試料の作製が自動化できて、試料の作製を迅速かつ容易に行うことができ、さらに試料が汚染されることもない。
【００６７】
センサ手段にＣＣＤカメラを用いたので、吸引ノズルを的確に分解液にアクセスでき、迅速、的確かつ容易に分解液の回収が行え、さらにＣＣＤカメラは固定的に配置されているので、ＣＣＤカメラの移動などによる発塵もなく、試料を汚染することもない。
【００６８】
さらに、別個に設けられた半導体ウェーハや目皿の位置情報を読み取る第２のＣＣＤカメラを設けたので、吸引ノズルを的確に別個に設けられた半導体ウェーハや目皿にアクセスでき、迅速かつ容易に分解液を滴下できる。
【００６９】
また、回収手段をテフロン製ノズルにしたので、試料が汚染されることなく、正確かつ高感度の分析に寄与する試料を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体ウェーハの不純物分析方法の概念図。
【図２】本発明の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の制御系統図。
【図３】本発明の他実施形態の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の概念図。
【図４】本発明の他実施形態の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置の概念図。
【図５】分解液の流れを示す説明図。
【図６】ＣＣＤカメラによる読み取り過程を示す説明図。
【図７】一般に用いられている全反射蛍光Ｘ線分析法の原理図。
【図８】一般に用いられている誘導結合プラズマ質量分析法の原理図。
【符号の説明】
１ 試料作製装置
２ センサ手段（ＣＣＤカメラ）
３ 制御手段
４ 回収手段（吸引ノズル）
５ 滴下ノズル
６ ウェーハ載置台
７ ヒータ
８ 駆動機構
９ 駆動機構
１０ 画像処理装置
１１ 制御装置
１２ 移載機構
１３ ウェーハラック
Claims (10)
- 半導体ウェーハ上に分解液を滴下し、一定時間経過後の半導体ウェーハ上の分解液位置をＣＣＤカメラで取り込み、制御手段で演算して分解液位置を判定し、制御手段により回収手段を分解液の回収可能位置に位置させ、回収手段により半導体ウェーハ上の分解液を回収し、この回収された分解液を用いて高感度分析法により分析する半導体ウェーハの不純物分析方法。
- 上記高感度分析法は全反射蛍光Ｘ線分析法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法。
- 上記高感度分析法は誘導結合プラズマ質量分析法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法。
- 上記高感度分析法は原子吸光分光法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法。
- 上記回収手段により、半導体ウェーハから回収された分解液を、上記半導体ウェーハ上の所定の位置に滴下し、この半導体ウェーハを加熱して分解液を乾固する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法。
- 上記回収手段により、複数枚の半導体ウェーハから別個に回収された分解液を、別個の半導体ウェーハ上のそれぞれ異なる所定の位置に滴下し、この半導体ウェーハを加熱して分解液を乾固する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法。
- 上記半導体ウェーハは複数枚の半導体ウェーハからなり、この複数枚の半導体ウェーハに滴下され回収された分解液を目皿のそれぞれ別個の異なる所定の位置に滴下し、この目皿に回収された分解液を用いて分析を行う工程を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の半導体ウェーハの不純物分析方法。
- 半導体ウェーハ上に滴下された分解液の一定経過後の半導体ウェーハ上の分解液位置を取り込むＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラからの分解液位置情報を受け、この分解液位置を演算して判定する制御手段と、この制御手段により制御され、判定された分解液位置情報に基づき分解液位置にアクセス可能に設けられて、所定時間経過後に分解液を回収する回収手段とを有することを特徴とする半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置。
- 上記回収手段は回収した分解液を別個に配置された半導体ウェーハに滴下するように制御されることを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェーハの不純物分析用の試料作製装置。
- 上記回収手段は回収した分解液を半導体ウェーハから離間して配置された目皿に滴下するように制御されることを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェーハの不純物分析用試料の作製装置。
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