JP4507336B2

JP4507336B2 - 水質の評価方法と、水質評価用半導体基板の保持容器

Info

Publication number: JP4507336B2
Application number: JP2000039241A
Authority: JP
Inventors: 哲夫水庭; 光和益戸
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: JP2001228138A

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を評価する水質の評価方法と、その水質の評価方法で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清浄度に影響する。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】
超純水中の不純物のうち、微粒子は、ウエハの表面に付着すると、不純物の供給源になるだけでなく、光露光によって回路を形成する際には妨害して、正しい回路形成ができなくなるという悪影響を及ぼす。従って使用する超純水中の微粒子状不純物を極めて低濃度にしてそれを維持する必要がある。超純水中の微粒子数を測定するためには、試料水にレーザー光を照射して、水中の微粒子にレーザーが当たったときに散乱される光を検出し、散乱される光の強さから微粒子の大きさを、散乱光の検出回数から微粒子数を測定するいわゆる水のパーティクルカウンタによる測定、又は、多量の超純水を、測定しようとする微粒子が表面で捕捉できるようなフィルタで濾過し、微粒子をフィルタ表面に捕捉濃縮して顕微鏡で拡大観察して計数し、元の水の中の微粒子数を計算する方法が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超純水をウエハの洗浄に使用したときには、超純水中の微粒子がすべてウエハに付着し、上記のような悪影響を及ぼすかどうかは全く明らかになっていない。上述の方法で測定される微粒子数は水中に浮遊している全微粒子を対象としているため、超純水中での濃度が検出されても、ウエハの洗浄のときにそれらがすべて付着して悪影響を及ぼすかどうかは分からない。超純水がウエハに接触したときに、ウエハに付着しやすい微粒子が多いかどうかを判定できれば、その超純水が悪影響を及ぼす可能性のある超純水かどうかを評価できることになり、工業的な意味は大きい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の水質評価用半導体基板の保持容器は、内部に１枚の半導体基板を、表面を上にして水平に保持する保持具を備え、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周りに位置し、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、前記被評価水の入口と半導体基板の保持具に外部から電圧を印加できる電極を設け、被評価水と半導体基板との間の電位を制御可能としたことを特徴とする。請求項２の水質の評価方法は、請求項１に記載の半導体基板の保持容器を用いて被評価水を半導体基板の表面と接触させた後、該基板の表面に付着した微粒子を計数することにより水質を評価することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
請求項１の水質の評価方法は、ウエハの表面に超純水を接触させ、これによってウエハの表面に付着する微粒子数を、ウエハ用パーティクルカウンタで測定して超純水の水質を評価する。超純水に含まれる微粒子がウエハに対して悪影響を及ぼすことを考えると、水がウエハに接触したときに微粒子が先ずウエハ表面に付着する必要がある。水中の微粒子がウエハの表面に付着するプロセスは、微粒子が静電気的な力、ファンデルワールス力、疎水性結合などの何らかの力によってウエハ表面に引き寄せられて付着する場合と、ウエハの表面で微粒子を含む水が蒸発し、微粒子が表面に取り残される場合が考えられるが、ウエハ製造工程で多量の水が表面から蒸発する乾燥法は行われていないから、水中で付着するプロセスを考えればよい。即ち、超純水がウエハに接触したときにウエハの表面に付着する不純物が検出されれば、その超純水はウエハにとって悪影響を及ぼす可能性のある水であると評価することができる。
【０００７】
このような評価を行う際に、超純水中の微粒子を効率よくウエハの表面に付着させる必要がある。そのためには請求項２に記載したように、内部に１枚のウエハを、表面を上にして水平に装着し、被評価水をウエハの表面中央部に向けて供給し、被評価水がウエハの表面を半径方向に流れた後、周辺部からウエハの裏面を通って排出されると共に、ウエハの表面と容器内面との距離が、中心部から半径方向外向きに移行するに従って短くなっている水質評価用のウエハの保持容器を用いて、被評価水をウエハの表面に接触させることが好ましい。
【０００８】
上記水質評価用のウエハの保持容器は、本特許出願人が特願２０００−０１５５１５号で提案したもので、これは図１に示すように、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。
【０００９】
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。
【００１０】
そして、ウエハＷは上記複数の放射状畝２４の上に表面を上にして水平に保持する。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。
【００１１】
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の表面に次第に近付くようにしてある。
【００１２】
例えば、ウエハの半径が７５ｍｍの場合、表面を上にして水平に支持されたウエハの表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の表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の表面に接触するため、短時間でも多量の水をウエハの表面と接触させることができ、感度が高い。
▲２▼ウエハの表面を流れる水流の流速が均一のため、不純物のウエハ表面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。
【００１３】
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裏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。
【００１４】
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→容器内と、原水→排出とに切り換える）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」に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。
【００１５】
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、上蓋や底盤を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で作るか、又は上蓋や底盤の接液部に上記金属や石英を使用する。
【００１６】
前述したように上蓋１０の下面には、中央の給水口１１の下端に連なった富士山形の通水用凹部１２を設け、水平に支持されたウエハの表面からの通水用凹部１２の距離ｈを中心部から半径方向外向きに離れるほど短くし、給水口から内部に供給された超純水がウエハＷの表面上を半径方向外向きに均一な流量、流速で流れてウエハの外周に到達するようにしてある。上記距離ｈは、中心部からの距離ｄと次の式で表される。
２πｄｈ＝Ｃ
ここにπは円周率、Ｃは水の流量によって決まる定数である。
すなわち、超純水中の微粒子は水中からウエハの表面に引き寄せられて付着するから、付着しやすさは水の流速によって異なる。このため、上記のようにウエハ全面に亘って同じ流速で超純水が流れることによって微粒子の付着条件がウエハの表面で均一になる。従って図１の保持容器にウエハを装着して超純水を流すことにより微粒子付着程度の測定精度が高まる。
【００１７】
また、超純水中の微粒子が固体表面に付着する機構の一部として、静電気的な相互作用がある。多くの場合、水中の微粒子は負の表面電位を持っていることが知られている。従ってウエハを水に対して正になるように水とウエハの表面との間の電位を制御することによって水中の微粒子のウエハ表面への付着を促進することができる。
【００１８】
図２は超純水とウエハ表面との間の電位を制御可能にした請求項３のウエハの保持容器の一実施形態を示す。この実施形態の保持容器は図１の保持容器とほゞ同じ構成を有するので、同じ構成要素には図１と同じ符号を付して説明を省略する。この保持容器が図１のものと相違する点は、器内に供給される超純水に電位を与えるための上部電極３１と、容器内に保持したウエハＷに接触してウエハに電位を与えるための下部電極３２とを設け、超純水の供給中に超純水とウエハとの間の電位を制御可能にした点である。
【００１９】
具体的には、供給される超純水に電位を与える上部電極３１は上蓋１０の中心の給水口１１の内周に筒状に設けてある。そして、各放射状畝２４の途中に設けた支持部２７を省略し、底盤２０には支持部の位置に前記各畝２４の上面から底盤の下面に開口する上下方向の孔２９を開設し、筒状の下部電極３２を上記孔に貫通して取付ける。各下部電極３２の各畝２４の上面からの突出高さは支持部２７と同じにし、放射状畝の上に保持されたウエハの半径方向の途中の裏面に接触するようにする。又、各電極３２の底盤の下面からの下向き突出部の長さは配線を接続できる長さであればよい。
【００２０】
そして、変圧器により電圧を調節できる直流電源の陰極を上部電極３１に電気的に接続し、陽極は３本の下部電極３２に夫々電気的に接続する。直流電源からの印加電圧は弱すぎると電圧印加の効果が無くなり、強すぎると電極の溶出を促進し、電極の寿命を短くするので、１〜５Ｖが適当である。
【００２１】
このようにして保持容器内に供給される超純水と、保持容器に保持されたウエハとの間に適当な電源装置を使用して電位を与えることによりウエハの表面への超純水中の微粒子の付着を促進し、微粒子検出の感度を向上できる。
【００２２】
実施例１
直径６インチのｎ型シリコンウエハを３枚用意し、石英製の槽を用いて、超純水による通常のＲＣＡ洗浄を行い、ウエハの表面を清浄化した。この内の２枚を洗浄後、乾燥して表面の微粒子数をウエハパーティクルカウンターで測定した。その結果洗浄後のウエハ表面の０．２μｍ以上の微粒子数の平均値は２．３個であった。
このウエハについて、図１に示す構造のポリプロピレン製のウエハ保持容器にシリコンウエハを装着し、超純水を１立／分の流速で１時間、すなわち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し、表面の微粒子数をウエハパーティクルカウンタで測定し、平均値を求めた。その結果、ウエハの表面には５個の微粒子が検出された。すなわち、６０立の水から平均で５個／ウエハだけの汚染を起こさせる超純水であると評価できた。
【００２３】
実施例２
直径６インチのｎ型シリコンウエハを３枚用意し、石英製の槽を用いて、超純水による通常のＲＣＡ洗浄を行い、ウエハの表面を清浄化した。この内の２枚は洗浄後乾燥して表面の微粒子数ウエハをパーティクルカウンターで測定した。その結果洗浄後のウエハ表面の０．２μｍ以上の微粒子数の平均値は２．６個であった。
このウエハについて、図２に示す構造のポリプロピレン製のウエハ保持容器にシリコンウエハを装着し、ウエハ側が＋となるように電極に２ボルトの電圧を印加しながら超純水を１立／分の流速で１時間、すなわち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し、表面の微粒子数をウエハパーティクルカウンタを用いて測定し、平均値を求めた。その結果、ウエハ表面には７個の微粒子が検出された。すなわち、６０立の水から平均で７個／ウエハだけの汚染を起こさせる超純水であると評価できた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の微粒子汚染評価法を使用することによって、実際にウエハの表面を汚染させる超純水中の微粒子レベルを評価でき、より実際の影響に近い水の評価ができる。
本発明のウエハ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、コストの低減など超純水の製造技術の向上に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は請求項２の水質の評価方法で使用したウエハ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。
【図２】（Ａ）は請求項３の水質の評価方法で使用したウエハ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
３１上部電極
３２下部電極
Ｗ半導体基板（ウエハ）

Claims

内部に１枚の半導体基板を、表面を上にして水平に保持する保持具を備え、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周りに位置し、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、
前記被評価水の入口と半導体基板の保持具に外部から電圧を印加できる電極を設け、被評価水と半導体基板との間の電位を制御可能とした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を用いて被評価水を半導体基板の表面と接触させた後、該基板の表面に付着した微粒子を計数することにより水質を評価することを特徴とする水質の評価方法。