JP3627918B2

JP3627918B2 - 半導体基板の表面評価分析装置とそれに用いる冶具

Info

Publication number: JP3627918B2
Application number: JP2000320852A
Authority: JP
Inventors: 基行山上
Original assignee: 理学電機工業株式会社
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2002134576A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板処理装置に関し、特に、半導体基板表面に付着している不純物の回収分析を行う半導体基板の表面評価分析装置と、そして、かかる装置において使用される冶具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン基板などの半導体基板（ウェハ）上の汚染物質の分析には、原子吸光法や誘導結合プラズマ質量分析法が用いられている。これらの方法では、両者共に、基板表面上の汚染物質を回収した液体（溶液）を試料をとして測定装置へ供するための前処理が必要である。そのための前処理とは、半導体基板の酸化膜中や酸化膜上に存在する汚染物質を、酸化膜と共にフッ化水素酸系の水溶液で溶解する処理である。
【０００３】
この前処理では、具体的には、劇物取締法が定める毒物であるフッ化水素酸の水溶液（以下、回収液という）を略円盤状の半導体基板であるシリコン板上に滴下する。次いで、この回収液を、基板上で、その外周から中心へ又は中心から外側へ向かって順次走査し、もって、基板上に存在（付着）する汚染物質の全てを、その少量の溶液中に回収するものであり、かかる内容は、例えば、特開平２−２２９４２８号公報に既に示されている。
【０００４】
なお、上記の従来技術にも示されるように、上記の回収液を円盤状の半導体基板上で走査するための冶具である液滴駆動装置は、その下端面に半円形の凹部を形成し、その内部に上記回収液を収納した状態で移動しながら、基板の外周から中心へ又は中心から外側へ向かって、基板表面を順次走査するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような液滴駆動装置を利用して回収液を走査する場合、特に、シリコン基板の外周縁の一部に設けられた切欠き部である、所謂、オリエンテーションフラット（以下、単にオリフラと称する）の存在のため、例えば、添付の図７に示すように、この冶具が基板外周縁のオリフラ形成部分を走査する場合、そのオリフラの存在のために回収液と基板表面との接触面積が小さくなってしまい、その回収液の一部が落下してしまう。そのため、毒物であるフッ化水素酸の散逸や、汚染物質を充分に溶液中に回収できないという問題点があった。
【０００６】
また、このことは、特に、毒物であるフッ化水素酸の使用を抑えるためにも、少量（例えば、１００μＬ〜２００μＬ程度）の回収液で走査を行うために、上記液滴駆動装置である冶具の下端面に形成される半円形の凹部空間の寸法を小さくした場合には顕著となる。そのため、上記冶具による回収液の走査は、例えば図８に示すように、円盤状の半導体基板上での上記オリフラの形成部分を避けた、図に斜線を施した領域だけ（即ち、そのエッジ部を除く領域）に限定されてしまうという問題点もあった。また、上記従来技術では、走査後の回収液を冶具の凹部内に保持したまま、これを分析装置へ移動する必要があるが、やはり、その際にも回収液が走査用冶具の凹部から落下し、消失してしまうという問題点も指摘されていた。
【０００７】
上記したように、半導体基板のオリフラの形成部分での走査の難しさにもかかわらず、しかしながら、シリコン基板のエッジ部は、保管ケース内に保管される際、あるいは、ウェハの搬送作業において、物理的に他の部材に接触することから、汚染が発生し易い部分である。そのため、このエッジ部（ウェハの周縁部）は、半導体基板の分析には欠かすことの出来ない部位である。
【０００８】
そこで、本発明では、上述した従来技術における問題点を解消し、すなわち、上記のオリフラの存在にも拘わらず、少量（例えば、１００μＬ〜２００μＬ程度）の回収液でも半導体基板の全面において走査を行うことが可能な、半導体基板の表面評価分析に用いるための冶具を提供し、さらには、かかる冶具を用いて高精度の評価分析が可能な半導体基板の表面評価分析装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる上記の目的を達成するため、本発明によれば、まず、半導体基板の表面全面に回収液を走査し、当該走査した回収液を分析することにより、前記半導体基板の表面に付着した汚染物質を評価分析する半導体基板の表面評価分析装置であって、前記半導体基板の表面上で前記回収液を内部に収納しながら移動する冶具は、その底面に円形の凹部を形成してなり、かつ、当該凹部の直径が、前記半導体基板の外周縁に形成された切欠き部の径方向寸法の２倍〜３倍である半導体基板の表面評価分析装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、前記に記載した半導体基板の表面評価分析装置において、前記冶具は、走査した回収液を前記半導体基板の表面の一部に残留し、かつ、前記表面評価分析装置は、前記半導体基板の表面の一部に残留した回収液を乾燥する乾燥手段と、さらに、前記乾燥手段で乾燥された前記半導体基板の表面の一部の成分を分析する分析部を備えており、そして、前記分析部は、全反射蛍光Ｘ線分析装置からなることが好ましい。
【００１１】
加えて、本発明によれば、やはり上記の目的を達成するため、半導体基板の表面に付着した汚染物質を評価分析する半導体基板の表面評価分析において使用するため、半導体基板の表面全面に回収液を走査するための冶具であって、前記半導体基板の表面を走査する面に円形の凹部を形成し、かつ、当該凹部の直径が、前記半導体基板の外周縁に形成された切欠き部の径方向寸法の２倍〜３倍である表面評価分析に用いる冶具が提供されている。
【００１２】
なお、前記回収液は１００μＬ〜２００μＬであり、かつ、前記した冶具の凹部の体積は、その内部に収容される前記回収液の１．５倍〜６倍であることが好ましい。また、前記冶具は、フッ素樹脂から形成されていることが好ましい。ここで、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ共重合体がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図１には、本発明の一の実施の形態になる表面評価分析装置全体の概略構成が示されている。なお、この表面評価分析装置は、例えば、化学薬品蒸気やガスを不活性ガスで希釈して反応室へ送り、シリコン板などの半導体基板（ウェハ）の表面汚染物質を、化学薬品蒸気やガスで分解する、いわゆる、気相分解装置内に配置される半導体基板容器１０から搬送されてくる半導体基板１００の表面に付着する汚染物質を評価分析するものである。
【００１４】
上記の図１において、その内部に図示しないエレベータなどを設置した半導体基板容器１０からは、半導体基板１００が、やはり図示されないロボットハンドなどにより取り出されて搬出され、そして、本発明の表面評価分析装置を構成する回収液走査装置２０に搬入される。すなわち、図示のように、表面を評価分析すべき半導体基板１００は、例えば電動モータなどの回転手段２１の上に取り付けれて所定の回転数で回転するターンテーブル２２の上に載せられる。なお、この半導体基板１００であるシリコン板（ウェハ）は、例えば、添付の図２に示すように、薄い円盤状の形状を有し、その外周縁には、基板の方向を示すための切欠き部であるオリフラ１０１が形成されていることは、上記した従来技術と同様である。
【００１５】
次に、ターンテーブル２２の上に載せられた半導体基板１００の表面上（例えば、円盤状半導体基板１００の外周縁部）には、付着した汚染物質を回収するための液体（溶液）である回収液として、例えば１００μＬ〜２００μＬ程度のフッ化水素水溶液を、例えばマイクロピペットなどの液滴手段により滴下する。そして、この半導体基板１００の表面上に滴下した回収液の上方には、走査用の冶具３００を配置する。
【００１６】
なお、この走査用の冶具３００は、図３にも示すように、半導体基板１００の表面側の端面（図の下端面）に、後にも詳細に説明するが、略半球状の凹部（空間）３０１を形成したものであり、また、その材質としては、撥水性を有する、例えばポリテトラフルオロエチレンにより形成したものである。そして、この冶具３００の基板表面上での移動により、その凹部（空間）３０１内に収容された回収液２００もこれに伴って表面上を移動する（図中の矢印）こととなる。
【００１７】
また、この走査用の冶具３００は、上記図１にも示すように、上記ターンテーブル２２に隣接して配置された基台２３上に回動可能に取り付けられた回転アーム２４の先端に取り付けられており、そして、図４に矢印で示すように、回転アーム２４の回転に伴って、円盤状の半導体基板１００の中心部から周辺部に徐々に移動する。そして、上記ターンテーブル２２の回転により、上記走査用の冶具３００下端の空間内に保持（収容）された回収液は、半導体基板１００の表面上を接触することにより基板表面に付着した汚染物質を回収し、すなわち、走査される。なお、この走査用の冶具３００は、半導体基板１００の表面上に配置される際には、その表面から僅かな距離（例えば、０．数ｍｍ）だけ離れて配置されている。
【００１８】
次に、上記した走査用の冶具３００の下端面に形成された略半球状の凹部（空間）３０１の詳細について説明する。
【００１９】
本発明によれば、この略半球状の凹部（空間）３０１の直径Ｄ（図３を参照）は、円盤状の半導体基板（ウェハ）１００の外周縁に形成された切欠き部であるオリフラ１０１の、基板の径方向における寸法ｄ（４ｍｍ〜５ｍｍ：図５を参照）の約２倍〜３倍（Ｄ≒２ｄ〜３ｄ）となるように設定されている。また、その内部に回収液を収容することとなるこの略半球状の凹部（空間）３０１の容積Ｖは、半導体基板１００の表面上に滴下される回収液の容積ｖ（１００μＬ〜２００μＬ程度）に対し、１５０μＬ〜１２００μＬ程度になるように、すなわち、１．５倍〜６倍程度（Ｖ≒１．５ｖ〜６ｖ））になるように設定されている。
【００２０】
上記にその構造を説明した走査用の冶具３００によれば、この冶具が、図５に示す位置、すなわち、基板（ウェハ）１００の外周縁に形成された切欠き部であるオリフラ１０１の最も深い位置に来た場合にも、上記凹部（空間）３０１の底面の円形の約半分の面積が基板１００上を覆っており、そのため、図６にも示すように、凹部（空間）内部の回収液２００は、その表面張力により略球状になりながらも、落下することなく、上記基板１００の表面上に留まることとなる。
【００２１】
また、本発明によれば、上記凹部（空間）３０１の容積Ｖを、好ましくは、上記したように回収液２００の容積ｖ（１００μＬ〜２００μＬ程度）の１．５倍〜６倍程度にすることにより、回収液２００は上記凹部（空間）内部で自由に移動することが可能となることから、冶具が切欠き部であるオリフラ１０１の位置に来た場合にも、その切欠きを避けて上記基板１００の表面上に留まることとなる。しかしながら、上記凹部（空間）３０１の容積Ｖを６倍以上に大きくすると、上記凹部（空間）３０１内において回収液２００が偏在することとなり、走査面にムラができてしまい、これでは、基板の全表面を回収液により走査するとの観点からは好ましくない。
【００２２】
以上のように、本発明になる走査用の冶具３００を用いた回収液走査装置２０によれば、毒物であるフッ化水素酸を含む回収液２００を、１００μＬ〜２００μＬ程度の少量を使用しながらも、半導体基板（ウェハ）１００の外周縁に形成されたオリフラ１０１の存在にもかかわらず、当該オリフラ部を含む外周縁部から基板の中心位置まで、すなわち、基板の全表面を確実に走査することが可能となる。また、本発明になる回収液走査装置２０によれば、回収液２００を散逸することなく基板の全表面を走査することにより、外周縁部を含む基板表面に付着した汚染物質を充分に回収することが可能となる。なお、このようにして基板上での走査、すなわち、汚染物質の回収を終了した回収液２００は、例えば、上記走査用の冶具３００を基板の中央部まで移動された後にこれを上方に引き上げることにより、半導体基板（ウェハ）１００の一部（例えば、中央部）に残されることとなる。
【００２３】
次に、その中央部に汚染物質回収後の回収液２００を残した半導体基板（ウェハ）１００は、やはり本発明の表面評価分析装置を構成する乾燥装置３０内に搬入される。そして、この乾燥装置３０内では、例えば加熱や乾燥空気の吹付けなどにより、基板中央部に残された回収液２００を乾燥させる。なお、この乾燥装置３０内での乾燥工程により、半導体基板（ウェハ）１００の中央部に残された汚染物質回収後の回収液２００は、約２ｍｍ以下の径の点状になる。
【００２４】
なお、上記のように、回収液２００を半導体基板（ウェハ）１００の全表面を走査して汚染物質を回収後、これを中央部に残して乾燥し、この基板上の乾燥した回収液により、基板表面に付着した汚染物質の評価分析を行うようにすることによれば、上記した従来技術のように、回収液が走査用冶具の凹部から落下して消失してしまことがない。そのため、基板表面に付着した汚染物質の評価分析を確実に行うことが可能となる。
【００２５】
その後、回収液の乾燥が終了した半導体基板（ウェハ）１００は、さらに、表面評価分析装置の分析部を構成するＸ線分析装置４０内へ搬送され、ここで表面の評価分析が行われる。より具体的には、このＸ線分析装置４０内では、Ｘ線管４０１からのＸ線を、例えば回折結晶板４０２を介して分光し、上記径が２ｍｍ程度の点状の乾燥痕上に照射し、その蛍光Ｘ線を検出器４０３により検出して、そこに含まれる物質、換言すれば、上記半導体基板（ウェハ）１００の表面上に付着し、回収液の走査により回収された汚染物質を評価分析する。
【００２６】
以上からも明らかなように、上記に説明した本発明の表面評価分析装置によれば、上記の走査用の冶具３００を用いた回収液走査装置２０により、フッ化水素酸を含む回収液２００により、評価分析対象である半導体基板（ウェハ）１００を、そのオリフラを含む外周縁部から中心部まで、全表面を、確実に走査することが可能となり、これを分析精度の高いＸ線分析装置４０により評価分析することにより、基板表面に付着した汚染物質を、高い精度で確実に検出し、評価分析することが可能となる。
【００２７】
なお、上記した実施の形態では、上記走査用の冶具３００の下端面に形成された凹部（空間）３０１の形状は、略半球状のものについてのみ説明した。しかしながら、本発明は、上記の形状にのみ限定されるものではなく、例えば、これを下面形状を円形にしてなる円錐形状とすることも可能である。また、上記分析部を構成する分析装置についても、必ずしも上述したＸ線分析装置に限られることなく、他の分析装置であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上の詳細な説明からも明らかなように、本発明によれば、半導体基板の一部に形成される切欠き部であるオリフラの存在にも拘わらず、少量ではあるが毒物を含む回収液を落下して散逸することなく、全表面を確実に走査して、表面上に付着した汚染物質を確実に回収し、もって、高精度の評価分析が可能な半導体基板の表面評価分析装置とそれに用いる冶具を提供するという優れた効果を発揮することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態になる半導体基板の表面評価分析装置全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２】上記本発明の表面評価分析装置により表面が評価分析されるシリコン板などの半導体基板（ウェハ）の形状を示す平面図である。
【図３】上記本発明の表面評価分析装置の回収液走査装置における走査用の冶具と半導体基板上の回収液の関係を示す一部拡大断面図である。
【図４】上記本発明の表面評価分析装置の回収液走査装置におけるターンテーブルの上面図である。
【図５】上記回収液走査装置において、走査用の冶具が半導体基板の切欠きであるオリフラ部へきた時の回収液の状態を示す、基板と冶具を含む一部拡大上面図である。
【図６】上記図５におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図７】従来技術の走査用の冶具による、半導体基板のオリフラ部での回収液との状態を示す図である。
【図８】従来技術の走査用の冶具による、半導体基板上での回収液による走査範囲を示す図である。
【符号の説明】
２０回収液走査装置
２２ターンテーブル
２４回転アーム
３０乾燥装置
４０Ｘ線分析装置
１００半導体基板
１０１オリフラ
２００回収液
３００走査用の冶具
３０１凹部（空間）

Claims

半導体基板の表面全面に回収液を走査し、当該走査した回収液を分析することにより、前記半導体基板の表面に付着した汚染物質を評価分析する半導体基板の表面評価分析装置であって、前記半導体基板の表面上で前記回収液を内部に収納しながら移動する冶具は、その底面に円形の凹部を形成してなり、かつ、当該凹部の直径が、前記半導体基板の外周縁に形成された切欠き部の径方向寸法の２倍〜３倍であることを特徴とする半導体基板の表面評価分析装置。
前記請求項１に記載した表面評価分析装置において、前記回収液は１００μＬ〜２００μＬであり、かつ、前記凹部の体積が、その内部に収容される前記回収液の１．５倍〜６倍であることを特徴とする半導体基板の表面評価分析装置。
前記請求項１に記載した表面評価分析装置において、前記冶具は、走査した回収液を前記半導体基板の表面の一部に残留し、かつ、前記表面評価分析装置は、前記半導体基板の表面の一部に残留した回収液を乾燥する乾燥手段と、さらに、前記乾燥手段で乾燥された前記半導体基板の表面の一部の成分を分析する分析部を備えたことを特徴とする半導体基板の表面評価分析装置。
前記請求項３に記載した表面評価分析装置において、前記分析部は、全反射蛍光Ｘ線分析装置からなることを特徴とする半導体基板の表面評価分析装置。
半導体基板の表面に付着した汚染物質を評価分析する半導体基板の表面評価分析において使用するため、半導体基板の表面全面に回収液を走査するための冶具であって、前記半導体基板の表面を走査する面に円形の凹部を形成し、かつ、当該凹部の直径が、前記半導体基板の外周縁に形成された切欠き部の径方向寸法の２倍〜３倍であることを特徴とする表面評価分析に用いる冶具。
前記請求項５に記載した表面評価分析に用いる冶具において、前記凹部の体積が、その内部に収容される前記回収液の１．５倍〜６倍であることを特徴とする表面評価分析に用いる冶具。
前記請求項５に記載した表面評価分析に用いる冶具において、前記冶具は、フッ素樹脂から形成されていることを特徴とする表面評価分析に用いる冶具。