JPH02229428A

JPH02229428A - 半導体処理装置

Info

Publication number: JPH02229428A
Application number: JP1178610A
Authority: JP
Inventors: Mokuji Kageyama; もくじ影山; Kiyoshi Yoshikawa; 吉川　清; Ayako Maeda; 綾子前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1989-07-11
Publication date: 1990-09-12
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JP2604037B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は半導体処理装置に関するもので、特に半導体基
板表面に付着している不純物の回収に使用されるもので
ある。

（従来の技術）半導体基板上に形成される熱酸化膜などの薄膜中にＮａ
（ナトリウム），Ｋ（カリウム），Ｆｅ（鉄）等の不純
物が含まれていると、その量が少なくても半導体素子の
電気的特性に大きな影響を与えることは良く知られてい
る。したがって、前記酸化膜を形成する半導体基板表面
からの不純物の混入をできるかぎり抑制して前記半導体
素子の電気的特性を向上することが必要である。

従来、前記半導体基板表面の不純物を測定するにあたり
、二次イオン質量分析（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ＪｏｎＭ
ａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｓｔｒｙ，以下ＳＩＭＳとい
う。）、オージエ電子分光（＾ｕｇｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎＳｐｅｃｔ　ｒｏｓｃｏｐｙｔ以下ＡＥＳという。

）、放射化分析などの機器分析が用いられてきた。とこ
ろが、これらＳ　ＩＭＳ，ＡＥＳ及び放射化分析等の機
器分析は、大掛かりでかつ高価な測定機器が必要である
ために分析コストがかかり、又分析操作に熟練を必要と
する欠点がある。また、電子ビームや光ビームを使用す
る分析方法であるため、局所分析が可能である反面、半
導体基板全面の汚染量評価が不可能である。このため、
前記半導体基板の表面全体を簡便に分析するには向いて
いない。そこで、最近では基板表面の全体を分析する方
法として主に以下に示す２つの方法が使用されている。

第１の方法は、あらかじめ半導体基板の表面に適切な熱
酸化膜を形成した後、前記半導体基板をふり化物溶液の
蒸気中に暴露する。続いて、前記ふっ化物溶液の蒸気に
より溶解した酸化膜をその中に含まれる不純物とともに
ぶつ化物溶液として回収する。そして、このぶつ化物溶
液を分析装置にかけて不純物測定を行なうという気相分
解法。

第２の方法は、熱酸化処理を施さずに半導体基板をぶつ
化物溶液中に浸漬して、前記半導体基板の表面全体の自
然酸化膜を溶解する。そして、このぶつ化物溶液を測定
することにより前記自然酸化膜に含まれる不純物やその
濃度を調べるという方法である。

しかしながら、前者の方法においては熱酸化工程がある
ため、この熱酸化工程における雰囲気中から熱酸化膜へ
の不純物の混入、半導体基板表面からの不純物の蒸発、
半導体基板内部から前記半導体基板表面への不純物の拡
散などが生じる可能性がある。また、後者の方法におい
ては不純物回収のために必要なぶつ化物溶液量が分析に
必要なぶつ化物溶液量に対して多過ぎるため、回収した
溶液中の不純物濃度の低下が著しく、不純物分析データ
の感度及び精度が低下するという点、並びに分析に不要
な半導体基板裏面の自然酸化膜中の不純物も前記ぶつ化
物溶液中に取り込まれてしまうという点で問題がある。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来では半導体基板上の不純物を簡便に測
定するにあたり、分析精度やその信頼性の面で問題があ
った。

よって、本発明の目的は、半導体基板表面の不純物を熱
酸化工程なしで高感度に測定できる不純物測定方法に用
いられ、前記不純物の分析精度やその信頼性の向上が得
られる半導体処理装置を提供することである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明の半導体処理装置は
、半導体基板の表面を気相分解装置により分解した後、
この半導体基板を基板搬送装置により基板支持装置へ搬
送する。この後、液滴駆動装置を用いて、前記基板支持
装置に支持された半導体基板の表面に対し、液滴を接触
させた状態で保持する。また、この液滴を前記半導体基
板の表面上で中心から外周に向かって渦巻状に余すとこ
ろなく走査させる。これにより、前記半導体基板の表面
上に付着していた不純物を回収し、前記走査の終了した
液滴を液滴回収装置に保存するという一連の動作を行な
うものである。

また、半導体基板の表面を気相分解装置により分解した
後、この半導体基板を基板搬送装置により基板支持装置
へ搬送する。この後、滴下装置から液滴が滴下されると
、この液滴を液滴保持具が保持する。また、液滴駆動装
置を用いて、前記液滴保持具により保持された液滴を前
記基板支持装置に支持された半導体基板の表面上で中心
から外周に向かって渦巻状に余すところなく走査させる
。これにより、前記半導体基板の表面上に付着していた
不純物を回収し、前記走査の終了した液滴を液滴回収装
置に保存する。なお、これら諸装置の一連の動作が遠隔
操作により行なわれるものである。

さらに、これら諸装置による一連の動作は清浄度空間で
行われるのが好ましい。

また、前記液滴は、酸化剤及び還元剤のうちの少なくと
も１つを含む水溶液であるのが良い。

（作用）このような構成の半導体基板表面不純物回収装置によれ
ば、熱酸化工程なしに、半導体基板表面に付着した不純
物を液滴という微量な液量により回収できる。即ち、こ
の液滴による不純物測定は分析感度やその信頼性の向上
を達成できる。

また、これら諸装置の一連の動作が遠隔操作により行な
われるため、人間は諸装置や半導体基板に全く触れずに
、自動的に液滴を回収して分析を行うことができる。即
ち、従来の分析方法に比べて短時間、かつ高精度及び高
信頼性のある不純物分析ができる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図及び第２図は、本発明に係わる半導体処理装置の
第１の実施例を示すものである。第１図は本発明に係わ
る半導体処理装置を構成する諸装置を側面から見たもの
である。また、第２図は前記ＷＳｌ図における諸装置を
平面から見たもので、これら諸装置の配置がわかるよう
にしたものである。なお、第１図及び第２図において一
部に断面を示す所があるが、その部分には斜線を入れて
他と区別する。

ｌｏｔは、半導体基板の表面を気相により分解するため
の気相分解装置を示している。この気相分解装置は樹脂
製の蓋１と、この蓋ｌにより密閉できる樹脂製の容器２
と、この樹脂製の容器２の中に設置されたエレベータ　
３と、前記樹脂製の容器２の中に入れられた高純度ぶつ
化物溶液４とで構成されている。前記樹脂製の蓋ｌはエ
レベータ３Ｉコ結合され、このエレベータ　３とともに
上下に移動することができる。なお、このエレベータ３
上には半導体基板運搬用のキャリャ５が配置される。

１０２は、半導体基板表面に付着した不純物の回収を行
うための回転処理装置を示している。この回転処理装置
は、基板支持装置（例えば真空チャック）６、液滴駆動
装置８及び液滴回収装置（例えば受け皿）９から構成さ
れている。液滴駆動装置８は、円盤状に形成されており
、その円周に添って複数個の液滴保持部１０が設けられ
ている。

液滴回収装置９は、円盤状に形成されており、その円周
に添って複数個の窪み１ｌが設けられている。

基板支持装置６と液滴駆動装置８の位置は、液滴保持部
ｌＯが液滴駆動装置８の回転により基板支持装置Ｂの回
転中心、すなわちこの基板支持装置６に支持される半導
体基板１２の中心を通るように決められている。液滴駆
動装置８と液滴回収装置９とは互いに重なり合っている
。

７は、基板搬送装置を示している。この基板搬送装置７
は、気相分解装置１０１及び回転処理装置１０２間、す
なわちキャリャ５及び基板支持装置６間で半導体基板の
搬送を行なう。

なお、これら諸装置はグローブボックス１３内に設置さ
れ、外部と隔離されている。さらに、図示しない制御用
モータによりこれら諸装置が駆動されるので、遠隔操作
による動作が可能である。

次に、上述した半導体処理装置の動作について同図をも
とに詳細に説明する。

まず、エレベータ　３を上昇させ、樹脂製の容器２に高
純度ぶつ化物溶液（例えばふっ酸溶液）４を入れる。そ
して、前記エレベータ　３上に半導体基板がセットされ
ているキャリャ５を配置する。

この後、エレベータ　３を下げることによってエレベー
タ　３に固定された樹脂製のＭ１により前記容器２が密
閉される。この密閉された容器２中には高純度ぶつ化物
溶液４の蒸気が充満するため、前記キャリャ５にセット
されている半導体基板表面の酸化膜は溶解されてこの基
板表面に付着する。

この時、前記半導体基板をふっ素系樹脂板などの上に置
けば、分析に必要のない前記半導体基板の裏面の酸化膜
はぶつ化物溶液の蒸気に触れないために溶解されない。

ある一定時間このままの状態に保持した後、容器２内に
高純度不活性ガスを流すことによって、この容器２内と
外気との気圧差を利用し、高純度ぶつ化物溶液４の蒸気
を容器２外へ排出する。この後、前記エレベータ３を上
昇させる。また、これと連動して、基板搬送装置７が前
記キャリャ５中の半導体基板を一枚取り出して基板支持
装置６にセットする。この基板支持装置６はふっ素系樹
脂など化学的に不活性な材料からなっている。この後、
液滴駆動装置８に設けられた、例えば２５個の液滴保持
部１０（１ロット分）のうち半導体基板１２の中心上に
ある液滴保持部ｌＯにふっ化物溶液（例えば高純度１％
ＨＦ（ふり化水素）水溶液）を用いた液滴ｌ４を垂らす
。すると、この液滴１４は界面張力により前記液滴保持
部１０に保持される。なお、液滴駆動装置８も基板支持
装置Ｂと同様にふっ素系樹脂でできている。そして、基
板支持装置６と液滴駆動装置８とを連動して回転させ、
前記半導体基板１２表面の中心から外周に向かって渦巻
状に余すところなく、前記液滴保持部１０の液滴１４を
走査させる。これにより、前記半導体基板１２表面の溶
解された酸化膜は、これに含まれる不純物とともに前記
液滴１４に吸収される。

なお、基板支持装置６及び液滴駆動装置８の回転数は液
滴１４の走査速度が一定になるように制御されている。

液７ｉ１１４は半導体基板１２表面を走査し終えたら、
そのままこの半導体基板１２を離れて液滴回収装置９に
向かう。そして、半導体基板１２表面を走査したのと同
様に液滴回収装置９表面を走査する。この時、この液滴
回収装置９に設けられた、例えば２５個のうちのある一
つの窪み１ｌ上に液滴１４が移動し接触すると、基板支
持装置６及び液滴駆動装置８の回転を停止させ、液滴回
収装置９を窪み１１のピッチ分だけ回転させる。すると
、重力と界面張力により液滴１４はその窪みｌ１の中に
落ちる。この後、基板搬送装置７が半導体基板ｌ２をも
とのキャリャ５に戻して一連の動作が完了する。

この状態において、新しい、すなわち未だ液滴の回収に
使用していない液滴保持部１０が基板支持装置６の回転
中心にくるように、基板支持装置６及び液滴回収装置９
の位置が決められている。

このような、キャリア５から半導体基板ｌ２を取り出し
て不純物の回収を行ない、この半導体基板ｌ２をもとの
キャリャ５に戻すという一連の動作を繰り返すことによ
り、１ロット分の試料の回収ができる。なお、回収され
た試料を分析装置にかけることより不純物分析が行なわ
れる。

第３図及び第４図は、本発明に係わる半導体処理装置の
第２の実施例を示すものであり、前記第１図及び第２図
に示した半導体処理装置の一部を改良したものである。

なお、第３図及び第４図において、前記第１図及び第２
図と同様の部分には同じ符号が付してある。

前述した半導体処理装置と同様に、樹脂製のＭｌにより
密閉できる樹脂製の容器２にはエレベータ（図示せず）
が取り付けられ、このエレベータには半導体基板運搬用
のキャリャ５が配置される。前記樹脂製の容器２の中に
は高純度ふり化物溶液が入れられており、前記樹脂製の
蓋１が閉じることにより半導体基板の表面には酸化膜の
溶解物が形成される。また、前記キャリャ５及び基板支
持装置（例えば真空チ．ヤック）６間で半導体基板の搬
送を行なうための基板搬送装置７も設置されている。

そして、同図に示す半導体処理装置においては、回転軸
をもった液滴駆動装置ｌ５が設けられている。この液滴
駆動装置ｌ５は、これと別に形成された、例えばテフロ
ン（ＰＴＦＥ）よりなる液滴保持具ｌ６を吸引し支持す
ることができる。なお、前記液滴駆動装置Ｉ５の回転軸
は前記液滴保持具Ｉ６に保持される液滴が半導体基板ｌ
２の中心、すなわち基板支持装置６の回転中心を通るよ
うに決められている。液滴駆動装置ｌ５に支持された液
滴保持具１６の上部には、この液滴保持具１６に微量の
液滴を供給するために液供給部として、例えばぶつ化物
溶液が入ったディスベンサ−１７が取り付けられている
。また、半導体基板１２表面を走査終了後の液滴を保存
しておくため、円周に添って複数個の窪み１ｌが形成さ
れた円盤状の液滴回収装置（例えば受け皿）９が設けら
れている。さらに、前記液滴保持具ｌ６を回収するため
の箱として回収箱１８が設置されている。また、これら
諸装置はクリーンブース２０内に設置され、外部と隔離
されている。

なお、図示しない制御用モータによりこれら諸装置が駆
動されるので、遠隔操作による動作が可能である。

第５図は、前記第３図及び第４図における液滴回収装置
９及び液滴駆動装置１５を詳細に示したものである。ま
た、第６図（ａ）及び（ｂ）は、液滴保持具１６を詳細
に示したものである。

初期状態において、液滴回収装ｒｉｌ９の周囲に添って
設けられた複数個の窪み１ｌには、それぞれ未使用の液
滴保持具１Ｂがセットされている。また、この液滴保持
具ｌ６を吸引し支持するために液滴駆動装置ｌ５には吸
引管１９が設けられている。この吸引管ｌ９は例えば図
示しないボンブ等に接続されており、負圧によって液滴
保持具ｌ６を吸着することができる。

次に、前記半導体処理装置の動作について前記第３図乃
至第６図を参照しつつ詳細に説明する。

まず、半導体基板ｌ２を基板支持装置６にセットするま
で、前記第１の実施例と同様の動作により行なう。この
後、液滴駆動装置ｌ５は液滴回収装置９の窪み１１にセ
ットされた液滴保持具１Ｂのうちの一つを負圧により吸
引し支持する。前記液滴保持具ｌ６が半導体基板ｌ２の
中心に移動後、ディスペンサ−１７からはぶつ化物溶液
（　ｆＰＪえば高純度１％ＨＦ（ふっ化水素）水溶液）
を用いた液滴１４が滴下され液滴保持具ｌ６により保持
される。そして、半導体基板１２の回転と同時に、液滴
駆動装置ｌ５は、液滴保持具ｌ６により保持された液滴
ｌ４が半導体基板１２表面に接触した状態で、中心から
外周に向かって渦巻状に余すところなく移動するよう回
転する。なお、半導体基板１２表面上での液滴ｌ４の走
査速度が一定となるように基板支持装置Ｂ及び液滴駆動
装置ｌ５の回転数をプログラム制御している。

半導体基板ｌ２の外周に液滴ｌ４が達すると、さらにこ
の液滴ｌ４は液滴保持具ＩＢに保持されたままこの液滴
保持具１６がセットされていた元の窪み１１まで移動す
る。そして、液［１４を保持した液滴保持具１Ｂは、そ
の窪み１ｌ内に挿入されることにより、液滴ｌ４の下面
が窪みｌｌの底部に接触する。この時、窪みｌ１の底部
に接触しだ液滴１４は、窪みｌｌ底面との接触角が前進
接触角に到達するまで、その窪み１１の底面をぬらす。

即ち、窪み１１底面の形状を例えば第５図に示すような
丸い形にすれば、液滴ｌ４は窪み１１の底面全体に広が
る。その結果、液滴保持具１Ｂとの間で強い引張応力が
働き、液滴１４はくびれてくる。すると、液滴１４は、
液滴保持具ＩＢに設けられた溝部２１（第６図（ａ）及
び（ｂ）参照）より液滴保持具１Ｂの内壁面から剥離し
だす。また、液滴１４が剥離しだすと、その液滴ｌ４自
重によりさらに液層１４の剥離が進行する。そして、つ
いには全ての液滴ｌ４が窪み１ｌに落下し、液滴■４の
回収が完了する。液滴ｌ４の回収が完了した後、液滴保
持具１６は回収箱ｌ８の位置まで移動して回収箱１８に
回収される。なお、処理の終わった半導体基板ｌ２は基
板搬送装置７によりキャリア５の元の位置に収納される
。

そして、このような一連の動作がプログラムにより制御
され１ロット分の試料の回収が完了する。

本発明の装置により不純物の回収を行なえば、汚染源と
なる熱酸化工程を経ずに不純物分折に必要な最低限の液
量で基板全表面の不純物回収を行うことができる。よっ
て、従来の技術では半導体基板表面の不純物の検出限界
が〜１　０”ａ　ｔ　ｏｍｓ／ｃｌ２のオーダーであっ
たのに対し、本発明の装置を用いて不純物の分析を行な
うと不純物の検出限界を〜１　０９ａ　ｔ　ｏｍｓ／ｅ
ｌ２のオーダーに低下させることができる（第７図参照
）。また、人間は諸装置や半導体基板に全く触れずに、
遠隔操作により自動的に液滴を回収して分析することが
できるので、従来の分析方法に比べて短時間、かつ高精
度及び高信頼性のある不純物分析ができる。さらに、ふ
り化物溶液のような有害な薬液を作業者が直接取り扱わ
ないため安全性が向上する。また、不純物分析に従事す
る延べ人数及び時間の５０％の削減が可能になる。

なお、前記第１及び第２の実施例において、不純物の回
収に使用する液滴１４は、ぶつ化物溶液（例えば高純度
１％ＨＦ（ぶつ化水素酸）水溶液）であったが、この他
にも酸化剤を含む水溶液若しくは還元剤を含む水溶液又
はこれら両方を含む水溶液であってもよい。このような
水溶液としては、例えば塩酸、硝酸、過酸化水素が考え
られる。

［発明の効果］以上、本発明の半導体処理装置によれば次のような効果
を奏する。

汚染源となる熱酸化工程を経ずに不純物分析に必要な最
低限の液量で基板全表面の不純物回収を行うことができ
る。よって、半導体基板表面の不純物を熱酸化工程なし
で高感度に測定できる不純物測定方法に用いられ、前記
不純物の分析精度やその信頼性の向上が得られる半導体
処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる半導体処理装置
の側面図、第２図は前記第１図に示す半導体処理装置の
平面図、第３図は本発明の第２の実施例に係わる半導体
処理装置の側面図、第４図は前記第３図に示す半導体処
理装置の平面図、第５図は前記第３図及び第４図に示す
半導体処理装置の要部断面図、第６図（ａ）及び（ｂ）
は前記第３図乃至第５図に示す半導体処理装置の液滴保
待具を詳細に示す図、第７図は従来と本発明との分析値
の検出限界値を比較して示す図斉である。 ■・・・蓋、２・・・容器、３・・・エレベータ、４・
・・ぶつ化物溶液、５・・・キャリャ、６・・・基板支
持装置、７・・・基板搬送装置、８・・・液滴駆動装置
、９・・・液滴回収装置、ｌＯ・・・液層保持部、１ｌ
・・・窪み、ｌ２・・・半導体基板、ｌ３・・・グロー
ブボックス、ｌ４・・・液滴、ｌ５・・・液滴駆動装置
、１６・・・液滴保持具、■７・・・ディスベンサー　
ｌ８・・・回収箱、ｌ９・・・吸引管、２０・・・クリ
ーンブース。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第６図Ｂ−２：従来における第２０オ三ムｌｉ値：ｘｌＯ　ａｔｏｍｓ／ｃｍ２第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板の表面を気相により分解する気相分解
装置と、半導体基板を支持する基板支持装置と、前記気
相分解装置及び基板支持装置間で半導体基板の搬送を行
なう基板搬送装置と、前記基板支持装置に支持された半
導体基板の表面に対し、液滴を接触させた状態で保持し
、この液滴を前記半導体基板の表面上で走査させる液滴
駆動装置と、前記走査の終了した液滴を回収する液滴回
収装置とを具備したことを特徴とする半導体処理装置。
（２）半導体基板の表面を気相により分解する気相分解
装置と、半導体基板を支持する基板支持装置と、前記気
相分解装置及び基板支持装置間で半導体基板の搬送を行
なう基板搬送装置と、液滴を滴下する滴下装置と、この
滴下装置から滴下される液滴を保持する液滴保持具と、
この液滴保持具により保持された液滴を前記基板支持装
置に支持された半導体基板の表面上で走査させる液滴駆
動装置と、前記走査の終了した液滴を回収する液滴回収
装置と、これら諸装置の動作を遠隔操作する制御手段と
を具備したことを特徴とする半導体処理装置。
（３）半導体基板の表面を気相により分解する気相分解
装置と、半導体基板を支持する基板支持装置と、前記気
相分解装置及び基板支持装置間で半導体基板の搬送を行
なう基板搬送装置と、液滴を滴下する滴下装置と、この
滴下装置から滴下される液滴を保持する液滴保持具と、
この液滴保持具により保持された液滴を前記基板支持装
置に支持された半導体基板の表面上で走査させる液滴駆
動装置と、前記走査の終了した液滴を回収する液滴回収
装置と、これら諸装置を設置する清浄度空間と、前記諸
装置の動作を遠隔操作する制御手段とを具備したことを
特徴とする半導体処理装置。
（４）前記液滴は、酸化剤及び還元剤のうちの少なくと
も１つを含む水溶液であることを特徴とする請求項１又
は２又は３記載の半導体処理装置。
（５）前記液滴の走査は、半導体基板表面の中心から外
周に向かって渦巻状に余すところなく行うことを特徴と
する請求項１又は２又は３記載の半導体処理装置。