JP4449135B2

JP4449135B2 - 半導体基板の保持容器

Info

Publication number: JP4449135B2
Application number: JP2000015515A
Authority: JP
Inventors: 哲夫水庭; 光和益戸; 勝信北見; 寿雄力
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: JP2001208748A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬＳＩ製造工程などで、大量に使用される洗浄用の超純水（被評価水）中に存在する微量不純物のうち、半導体基板（ウエハとも称す。）の表面に付着し、ウエハの特性に悪影響を及ぼす可能性がある物質のみを対象にしてその超純水の水質評価を高感度で行う際に使用する半導体基板の保持容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの製造工程において、多量に使用されている超純水は、洗浄工程の最後にウエハに接触する物質であるために、超純水に含まれる不純物の濃度がシリコン等ウエハの表面の洗浄度に影響する。このため、これまでのＬＳＩ集積度の増加と共に、その製造工程で使用される超純水中の不純物濃度を低下させることが必要とされ、従来は、超純水中に含まれる不純物のすべてを低減する努力がなされてきた。このために水中不純物を、高感度の分析装置を使用して超微量まで分析できるような技術の開発が行われてきた。
【０００３】
しかし、超純水中の不純物の基板に対する悪影響を考えると、先ず悪影響を及ぼす物質が水中からウエハの表面に付着し、その後、加熱などの処理を行った際に拡散や化学反応などを起こして悪影響を発現させると考えることができる。すなわち超純水中の悪影響を及ぼす物質はすべて水中からウエハの表面に付着する物質に含まれることになる。従って、水中のあらゆる不純物を分析して水質を評価しなくても、洗浄対象と同じ材質の基板を、使用する超純水に接触して対象とする不純物をその基板の表面に付着させ、基板の表面の不純物を分析する手法を用いて、基板に付着した不純物を分析すれば、超純水から基板の表面に付着する性質がある、言い換えれば悪影響を及ぼす可能性がある不純物だけを検出して超純水の水質を評価することができる。この目的でシリコンウエハを密閉容器に保持し、容器内に超純水を導入してウエハに超純水を一定時間接触させた後、ウエハを取出して適当な方法で表面の不純物を分析することが行われている。このための接触方法としては、通常、ウエハを洗浄する際に使用する容器に超純水を満たし、ウエハをその超純水中に浸漬して超純水と接触させるか、又は容器に超純水を連続的に供給しながら容器内のカセットに収納したウエハを器内の超純水に浸漬して接触させる方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの方法は、ウエハを収納したカセットを超純水に浸漬する前後に、ウエハが環境空気に接触することになるため、ＬＳＩを製造する環境のような極めて洗浄度の高い環境でしか操作できない。又、不純物は、ウエハの表面のごく近傍の水中からウエハの表面に移行すると考えられ、ウエハの近傍を通過する水の量が多いほど、より低濃度の不純物が検出できると考えられる。ウエハを水に浸漬する方法では、ウエハの近傍を流れる水の流速は小さいから、ウエハと接触する水の量は少ない。これを増加させるために長い時間浸漬すると、使用する水量は極めて大きくなってしまい、実用上問題がある。又、複数枚のウエハを収納したカセットを容器内の水に浸漬し、試験水を供給したときには、ウエハの表面近傍を流れる水の流速をどの基板でも一定にすることは不可能であり、不純物の付着量も不均一になる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した問題点を解消するために開発されたもので、請求項１の半導体基板の保持容器は、半導体基板に被評価水を接触させた後、該半導体基板の表面の分析によって被評価水中の不純物を検出又は測定する被評価水の水質評価方法で使用され、内部に１枚の半導体基板を収容して水平に保持する保持手段を備え、且つ被評価水を半導体基板の表面の中央部に供給し、その外周に向かって表面を半径方向外向きに流すための被評価水の給水口と、上記基板の外周からその裏面を通って被評価水を排出する排水口とを有するものであって、中心に前記給水口が開設されている上蓋と、窪みの底の中心に前記排水口の上端が開口している円形の窪みを上面に有し前記円形の窪みを上蓋によって塞がれる底盤とを有し、前記底盤は、前記窪みの底面上において、円周方向に等間隔に複数の放射状畝が設けられるとともに、前記各畝は、内端が前記排水口の回りに位置し、外端が前記窪みの内周面から内側に間隔を保って離れており、前記半導体基板の周縁部を載せて水平に保持する段を有する階段形の支持台が設けられていることを特徴とし、請求項２の半導体基板の保持容器は、請求項１に記載の半導体基板の保持容器において、半導体基板の表面と、この表面に対向する容器の内面との距離が、半導体基板の中心部から外周に向かって半径方向に移行するに従って短くしたことを特徴とし、請求項３の半導体基板の保持容器は、請求項１、請求項２のどちらか１項に記載の半導体基板の保持容器において、上記容器の接液部の材質が、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、４弗化エチレン、パーフロロアルコキシ樹脂、ポリ２弗化ビニリデン樹脂、ポリエーテル、エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性合成樹脂であることを特徴とし、請求項４の半導体基板の保持容器は、請求項１、請求項２のどちらか１項に記載の半導体基板の保持容器において、上記容器の接液部の材質が、ステンレス、アルミニウム、石英であることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による半導体の保持容器の一実施形態を示す。この容器は、上蓋１０と、上面に有する円形の窪み２１を上記上蓋によって塞がれる底盤２０とからなる。上蓋１０と底盤２０の外形は例えば円形で、上蓋の中心には給水口１１、底盤２０の中心は排水口２２が開設されている。底盤２０の上面の周縁部には円周方向に等間隔に位置決め突起２３が設けてあり、これに対応して上蓋の下面の周縁部には上記位置決め突起を受入れる凹部が設けてある。従って、底盤の上面上に上蓋を載せ、上蓋の凹部を前記位置決め突起２３に嵌めると、上蓋は正しく底盤の上に重なり、底盤の円形の窪み２１の上面を塞ぐ。
【０００７】
底盤の円形の窪み２１の内径は保持すべきウエハＷの直径よりも充分に大であり、その窪みの底の中心に前記排水口２２の上端が開口している。窪み２１の底面上には円周方向に等間隔に複数の、図では３つの放射状畝２４が隆設してある。この放射状畝２４の内端は排水口２２の回りに位置し、外端は窪み２１の内周面から内側に間隔を保って離れている。
【０００８】
そして、ウエハＷは上記複数の放射状畝２４の上に水平に保持する。そのため、各畝の外端部上にはウエハの周縁部を載せる段２６を有する階段形の支持台２５が設けてある。段２６の段差はウエハの厚さ（約０．６ｍｍ）に対応している。又、必要に応じ、各畝２４の中間部上にウエハの半径方向の途中の下面を支持する支持部２７を突設する。
【０００９】
上蓋１０の下面には、給水口１１の下端に連なった富士山形の通水用凹部１２が設けてある。この通水用凹部１２の内径は、底盤の円形の窪み２１の内径に等しい。通水用凹部１２を富士山形と称したのは、断面形状において、凹部１２の下面が半径方向外向きに、前記階段形の支持台２５に水平に支持されたウエハＷの上面に次第に近付くようにしてある。
【００１０】
例えば、ウエハの半径が７５ｍｍの場合、水平に支持されたウエハの上面からの通水用凹部１２の距離は、ウエハの中心から半径方向外向きに５ｍｍの位置で１５ｍｍ、同じく１０ｍｍの位置で７．５ｍｍ、同じく１５ｍｍの位置で５ｍｍ、２０ｍｍの位置で３．７５ｍｍ、３０ｍｍの位置で２．５ｍｍ、４０ｍｍの位置で１．８７５ｍｍ、６０ｍｍの位置で１．２５ｍｍ、外周の７５ｍｍの位置で１ｍｍである。これは、給水口１１から内部に供給された超純水を、ウエハＷの上面上を半径方向外向きに均一な流量、流速で流れ、窪みの内周面と放射状畝の外端との間の間隔を含む窪みの底の周縁部２１′に達するようにしてある。これにより、
▲１▼繰り返し試験するときにも接触水量を制御でき再現性の高い評価ができる。そして、供給された水が効率よくウエハに接触するため、短時間でも多量の水をウエハと接触させることができ、感度が高い。
▲２▼基板表面を流れる水流の流速が均一のため、不純物のウエハへの付着も均一となり、表面分析による付着物評価の信頼度が高い。
▲３▼又、水がウエハと接触する際に、ウエハからの不純物溶出が極めて少ないため、供給する水中からのウエハへの汚染量が感度良く検出できる。
との効果がある。
【００１１】
上記窪みの底の周縁部２１′に達した水は窪み２１の底と放射状の畝によって持ち上げられたウエハの下面との間の隙間を通って中心の排水口２２に向かって流れ、排出口から外に流出する。
【００１２】
上蓋の給水口１１と、底盤の排水口２２には外気と容器の内部を遮断するために弁をねじ込んで設け、クリーンルーム以外への容器持ち運び時は、前記弁を閉とし、水との接触を実施する際にのみ開にする。給水口１１に設ける弁は３方弁（原水→容器内、原水→排出を切り換える）１３を用いることが好ましい。本容器を水に接触させる前に、該弁１３を「原水→排出」を切り換えておいて容器内に水を入れないで水を流すことができるようにしておけば、サンプリング用の流路の洗浄ができるという効果がある。又、排水口２２に設ける弁２８は開閉用の２方弁でよい。
【００１３】
上蓋１０、底盤２０の材質としては、供試水中の金属成分やイオンを評価しようとする場合には、金属やイオンなどの不純物含有量が少なく、加工が比較的容易で耐久性のある合成樹脂又は石英を使用する。又、容器の表面に付着している不純物を除去するために、容器使用前に加温超純水による洗浄や、超音波を使った洗浄を行う。一方、供試水中の有機性不純物を評価しようとするときには、有機物の溶出がないステンレスやアルミニウムなどの金属又は石英を、上蓋や底盤の接液部に使用する。
【００１４】
実施例１
直径６インチのｎ型シリコンウエハを６枚用意し、石英製の槽を用いて、通常のＲＣＡ洗浄を行い、ウエハの表面を洗浄化した。この内の２枚は洗浄後乾燥して表面の金属元素濃度（Ｆｅ）の濃度を全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定した。その結果洗浄後のウエハの表面のＦｅ濃度は２×１０⁹ａｔｏｍ／ｃｍ²以下であった。
この内の２枚について、図示の構造のポリプロピレン製の保持容器にシリコンウエハを装着し、超純水を１立／ｍｉｎの流速で１時間、即ち６０立を通水した。その後、ウエハを汚染させないように容器から取出して乾燥させ、表面の金属元素（鉄）の濃度を全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定し、平均値を求めた。その結果、ウエハの表面には５×１０⁹ａｔｏｍ／ｃｍ²の鉄が検出された。即ち、６０立の水から平均で５×１０⁹ａｔｏｍ／ｃｍ²だけの汚染を起こさせる水であると評価できる。
洗浄したウエハの残り２枚は、別のウエハキャリヤ及び別の洗浄した石英槽に移し、これに超純水を１０立／ｍｉｎの流速で１時間注いで計６００立の超純水を石英槽に注いだ。その後ウエハを汚染させないように乾燥し、上記と同じ方法で表面のＦｅの濃度を測定した。その結果、ウエハの表面には平均して３×１０⁹ａｔｏｍ／ｃｍ² のＦｅが検出された。即ち、この水は６００立で３×１０⁹ａｔｏｍ／ｃｍ² の汚染を起こさせる水であると評価できる。
この結果から、本発明による保持容器を使用して水をウエハに接触することによってより少量の水で、水からの汚染を評価できることがわかる。
【００１５】
実施例２
直径６インチｎ型シリコンウエハを６枚用意し、石英製の槽を用いて、通常のＲＣＡ洗浄を行い、ウエハの表面を洗浄化した。この内の２枚は洗浄後乾燥して表面の金属元素濃度（Ｆｅ）の濃度を全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定した。その結果洗浄後のウエハの表面のＦｅ濃度は２×１０⁹ａｔｏｍ／ｃｍ²以下であった。
この内の２枚について、図１に示す構造のポリプロピレン製の保持容器にシリコンウエハを装着し、クリーンルーム外にある超純水製造装置の近傍に移送し、超純水装置出口の水を分岐して保持容器に超純水を１立／ｍｉｎの流速で１時間、即ち６０立を通水した。その後、容器をクリーンルーム内に移送し、容器から取出して乾燥させ、表面の金属元素（鉄）の濃度を全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定し、平均値を求めた。その結果、ウエハの表面には５×１０⁹ａｔｏｍ／ｃｍ² の鉄が検出された。即ち、６０立の水から平均で５×１０⁹ａｔｏｍ／ｃｍ² だけの汚染を起こさせる水であると評価できる。
洗浄したウエハの残り２枚は、別のウエハキャリヤ及び別の洗浄した石英槽に移し、石英槽ごとクリーンルーム外にある超純水製造装置の近傍に移送し、上と同じ水を１０立／ｍｉｎの流量で１時間、計６００立の超純水を石英槽に注いだ。その後ウエハを容器ごとクリーンルーム内に移送して乾燥し、上記と同じ方法で表面のＦｅの濃度を測定した。その結果、ウエハの表面には平均して６×１０⁹ａｔｏｍ／ｃｍ² のＦｅが検出された。これはクリーンルーム外の空気中の汚れが混入してウエハを汚染させたものであり、この方法では超純水の水質を評価することはできない。
この結果から、本発明による半導体基板の保持容器を使用することによって、クリーンルーム外の通常の空気中においても、評価したい水をこれに通水してウエハに接触することによって水からの汚染を評価できることがわかる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の保持容器を使用することによって、クリーンルーム外にある超純水製造装置内の純水製造工程中の水質を、ウエハと接触させて分析する方法を用いて評価でき、超純水の水質の向上や、コストの低減などの超純水製造技術の向上に役立てることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の保持容器の一実施形態の断面図、（Ｂ）は同上の底盤の斜視図。
【符号の説明】
１０保持容器の上蓋
１１上蓋の給水口
１２上蓋の通水用凹部
２０保持容器の底盤
２１底盤の円形の窪み
２２底盤の排水口
２４底盤の放射状畝
２５放射状畝の階段形支持部
Ｗ半導体基板（ウエハ）

Claims

半導体基板に被評価水を接触させた後、該半導体基板の表面の分析によって被評価水中の不純物を検出又は測定する被評価水の水質評価方法で使用され、内部に１枚の半導体基板を収容して水平に保持する保持手段を備え、且つ被評価水を半導体基板の表面の中央部に供給し、その外周に向かって表面を半径方向外向きに流すための被評価水の給水口と、上記基板の外周からその裏面を通って被評価水を排出する排水口とを有する半導体基板の保持容器であって、
中心に前記給水口が開設されている上蓋と、窪みの底の中心に前記排水口の上端が開口している円形の窪みを上面に有し前記円形の窪みを上蓋によって塞がれる底盤とを有し、
前記底盤は、前記窪みの底面上において、円周方向に等間隔に複数の放射状畝が設けられるとともに、前記各畝は、内端が前記排水口の回りに位置し、外端が前記窪みの内周面から内側に間隔を保って離れており、前記半導体基板の周縁部を載せて水平に保持する段を有する階段形の支持台が設けられていることを特徴とする半導体基板の保持容器。
請求項１に記載の半導体基板の保持容器において、半導体基板の表面と、この表面に対向する容器の内面との距離が、半導体基板の中心部から外周に向かって半径方向に移行するに従って短くなっていることを特徴とする半導体基板の保持容器。
請求項１、請求項２のどちらか１項に記載の半導体基板の保持容器において、上記容器の接液部の材質が、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、４弗化エチレン、パーフロロアルコキシ樹脂、ポリ２弗化ビニリデン樹脂、ポリエーテル、エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性合成樹脂であることを特徴とする半導体基板の保持容器。
請求項１、請求項２のどちらか１項に記載の半導体基板の保持容器において、上記容器の接液部の材質が、ステンレス、アルミニウム、石英であることを特徴とする半導体基板の保持容器。