JPH04324338A - 常圧ガス分析チャンバおよび常圧ガス分析装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、常圧ガス分析技術に関
し、特に、半導体装置の製造工程などにおける高精度の
ガス分析技術に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、周知のウェハプロセスによる
半導体装置の製造工程においては、半導体素子構造の一
層の微細化などに伴って、たとえば、ウェハやホトレジ
ストなどから発生するアウトガスに含まれる極微量の不
純物が、プロセスの歩留りや半導体素子の性能などに大
きく影響するようになってきており、これらの微量不純
物の高精度の検出および管理が重要な課題となっている
。

【０００３】このような極微量の不純物の分析技術とし
ては、従来、たとえば、半導体基盤技術研究会主催「超
ＬＳＩウルトラクリーンテクノロジーワークショップＮ
ｏ５、２．ウルトラクリーンレジストプロセシング１９
９０年６月」、において、東北大学工学部・野中徹らの
報告による、同ワークショップテキスト５９頁〜９２頁
において論じられている。

【０００４】すなわち、検査対象となるウェハを適当な
大きさに切断して、キャリアガスが流通するチャンバ内
に収容し、チャンバを外部から加熱する際に切断試料か
ら発生するアウトガスをキャリアガスとともに大気圧質
量分析器に導いて、微量不純物の有無の検査を行うもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
技術の場合には、ウェハを切断したサンプルをチャンバ
内に収容し加熱してアウトガスを検出するため、たとえ
ばウェハに塗布されたホトレジストからのアウトガスの
分析を行う場合、ウェハを切断して試料を製作するのに
要する時間の長短によって、ホトレジストが吸引するガ
ス量にばらつきを生じたり、ウェハの切断時に発生する
加工寸法のばらつきや、加工面に対する異物付着の懸念
がある。

【０００６】また、ウェハを切断した試料をチャンバ内
に収容して加熱するため、たとえばウェハ表面に被着し
たホトレジストからのアウトガスのみを検査したい場合
でも、ウェハ裏面から発生したアウトガスが混入するこ
とが避けられないという問題がある。

【０００７】このため、折角、高精度の大気圧質量分析
器を用いても、試料の作成方法に起因する種々の分析誤
差の発生を解消できないという問題がある。

【０００８】また、ウェハを切断（破壊）して試料を作
成するので、実際の製造プロセスを流れるウェハに対す
るアウトガスの精密測定（インライン測定）を実施でき
ず、分析結果を製造プロセスの制御に迅速に反映させる
ことができないという問題もある。

【０００９】したがって、本発明の目的は、試料本来の
状態を損なうことなく、アウトガスの捕捉を行うことが
可能な常圧ガス分析チャンバを提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、試料の任意の領域か
ら発生するアウトガスを選択的に捕捉することが可能な
常圧ガス分析チャンバを提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、製造工程などにおけ
る試料のアウトガスのインライン分析を行うことが可能
な常圧ガス分析チャンバを提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、試料本来の状態を損
なうことなく、試料から発生するアウトガスの分析を行
うことが可能な常圧ガス分析装置を提供することにある
。

【００１３】本発明の他目的は、試料の任意の領域から
発生するアウトガスを選択的に分析することが可能な常
圧ガス分析装置を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、製造工程などにおけ
る試料のアウトガスのインライン分析を行うことが可能
な常圧ガス分析装置を提供することにある。

【００１５】本発明の上記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願に於いて開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。

【００１７】すなわち、本発明の常圧ガス分析チャンバ
は、キャリアガスが流通するチャンバの一部に、分析対
象の試料面によって閉止される開口部を開設し、試料自
体がチャンバ壁面の一部をなす構造としたものである。

【００１８】また、本発明の常圧ガス分析チャンバは、
試料が板状物からなり、チャンバの近傍には、開口部に
対する試料の着脱動作および分析対象の試料面の反転動
作を行う試料装填機構と、試料を加熱して当該試料面か
らのアウトガスの発生を促進する加熱手段とを配置した
ものである。

【００１９】また、本発明の常圧ガス分析チャンバは、
加熱手段を、独立に加熱温度の制御が可能な複数のヒー
トブロックを有する構造とし、個々のヒートブロックに
よる加熱動作を個別に制御することにより、当該ヒート
ブロックに対応した試料面の特定の領域からのアウトガ
スの発生を選択的に促進可能にしたものである。

【００２０】また、本発明の常圧ガス分析チャンバは、
試料が、半導体装置の製造工程における半導体ウェハで
あり、開口部の形状を半導体ウェハの輪郭形状に相似に
形成したものである。

【００２１】また、本発明の常圧ガス分析装置は、キャ
リアガスが流通するチャンバの一部に、分析対象の試料
面によって閉止される開口部を開設し、試料自体がチャ
ンバ壁面の一部をなすようにした常圧ガス分析チャンバ
と、試料から発生しキャリアガスに混和して到来するア
ウトガスの成分を分析する大気圧質量分析器と、分析結
果を目視可能に出力する表示手段とを備えたものである
。

【００２２】

【作用】上記した本発明の常圧ガス分析チャンバおよび
常圧ガス分析装置によれば、たとえば半導体ウェハなど
の試料の目的の測定面がチャンバ内部に面するように開
口部に装着するだけで、当該測定面から発生するアウト
ガスをチャンバ内を流通するキャリアガスに捕捉して分
析することができる。すなわち、試料からのアウトガス
を非破壊的に検査できるため、切断などの試料作成に伴
う種々の不確定要素に起因する誤差の発生を確実に防止
することができる。また、板状物の試料の場合には、チ
ャンバの開口部に目的の測定面を密着させるだけで、当
該測定面から発生するアウトガスのみを選択的に精度よ
く捕捉することができる。

【００２３】また、加熱手段を構成する複数のヒートブ
ロックによって、試料の特定領域を選択的に加熱するこ
とにより、たとえば半導体ウェハにおける複数の素子形
成領域の中の特定の素子形成領域から発生するアウトガ
スのみを選択的に捕捉して分析するなどの多様な分析を
行うことができる。

【００２４】また、非破壊で試料のアウトガスを捕捉し
て分析できるため、たとえば半導体ウェハなどの試料か
らのアウトガスを、その製造プロセス中に実時間で分析
し、結果を製造プロセスに迅速に反映させることができ
る。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
である常圧ガス分析チャンバおよび常圧ガス分析装置に
ついて詳細に説明する。

【００２６】図１は、本実施例の常圧ガス分析チャンバ
の構成の一例を示す外観斜視図であり、図２はその一部
を示す略断面図、図３は、常圧ガス分析チャンバを含む
常圧ガス分析装置の全体構成の一例を示すブロック図で
ある。

【００２７】本実施例の常圧ガス分析チャンバＡは、チ
ャンバ１と、このチャンバ１に接続されるキャリアガス
導入管２およびキャリアガス導出管３とを備えており、
たとえばアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスなど
からなるキャリアガス４がチャンバ１の内部を流通する
構造となっている。

【００２８】チャンバ１は、キャリアガス４に接する内
周面からのアウトガスが皆無となるように電界研磨など
が施されたステンレス鋼または石英などで構成されてい
る。

【００２９】同様に、キャリアガス導入管２およびキャ
リアガス導出管３は内周面が電界研磨されたステンレス
鋼または石英などで構成されている。

【００３０】この場合、チャンバ１には、アウトガスの
測定対象となる半導体ウェハＷ（試料）と同様の輪郭形
状を有する開口部５が開設されている。この開口部５の
半導体ウェハＷに当接する端面は、平坦に研磨されてお
り、当該半導体ウェハＷが開口部５に気密に密着する構
造となっている。すなわち、開口部５の輪郭形状は、半
導体ウェハＷの周知のオリエンテーションフラット部Ｏ
を含めた輪郭形状に一致するように構成されており、当
該開口部５に装填される半導体ウェハＷの一主面の全域
がチャンバ１の内部を流通するキャリアガス４に接する
状態となる。

【００３１】開口部５の端面には、図２に示されるよう
に、真空ライン６に接続される真空吸着溝５ａが全周に
わたって刻設されており、開口部５に対する半導体ウェ
ハＷの装着状態において、真空吸着溝５ａを真空排気す
ることにより、半導体ウェハＷを開口部５に安定に吸着
固定するとともに、気密状態を確実なものとする構造と
なっている。

【００３２】開口部５の周囲には、複数のウェハ支持ピ
ン７が配置されており、半導体ウェハＷが開口部５に対
して正確に位置決めされるように構成されている。

【００３３】チャンバ１の近傍には、試料装填機構８が
設けられている。すなわち、この試料装填機構８は、半
導体ウェハＷを保持する搬送アーム８ａと、この搬送ア
ーム８ａに保持された半導体ウェハＷの外周部に接し、
当該半導体ウェハＷを回転させることによって、オリエ
ンテーションフラット部Ｏが所定の位置になるように姿
勢を制御する位置決ローラ８ｂとを備えている。さらに
、搬送アーム８ａおよび位置決ローラ８ｂは、半導体ウ
ェハＷを当該半導体ウェハＷの平面に垂直な方向に傾動
させる傾動機構８ｃに支持されており、さらに、この傾
動機構８ｃは、回転テーブル８ｄを介してＸＹテーブル
８ｅに搭載されている。

【００３４】そして、試料装填機構８の各部を連携して
動作させることにより、試料装填機構８に任意の姿勢で
保持された半導体ウェハＷが、オリエンテーションフラ
ット部Ｏを下にした所定の姿勢で、表裏面の任意の一方
をチャンバ１の開口部５に向けて位置決めされて装填さ
れるとともに、当該半導体ウェハＷの開口部５に対する
反転動作などを随時行うものである。

【００３５】チャンバ１を介して試料装填機構８に対向
する位置には、内蔵したヒータ９ａによって、開口部５
を通じてチャンバ１の内部を所定の温度に加熱し、吸着
ガスを排除する空焼き操作を行ったり、チャンバ１の開
口部５に装填された半導体ウェハＷを背面側から加熱し
て、チャンバ１の内側に面した当該半導体ウェハＷの測
定面からのアウトガスの発生を促進する焼き出し操作な
どを行う加熱板９が配置されており、ヒータ搬送機構１
０によって、移動動作が制御される構造となっている。

【００３６】一方、本実施例の常圧ガス分析装置Ｂは、
上述のような構造の常圧ガス分析チャンバＡのチャンバ
１からのキャリアガス導出管３に接続される大気圧質量
分析器１１と、この大気圧質量分析器１１から得られる
計測データに所望の処理を施して、たとえばプリンタや
ディスプレイなどの表示部１３に出力する制御部１２な
どで構成されている。また制御部１２は、常圧ガス分析
チャンバＡの全体の動作の制御を必要に応じて行う。

【００３７】以下、上述のような構成の本実施例の常圧
ガス分析チャンバＡおよび常圧ガス分析装置Ｂの作用の
一例について説明する。

【００３８】まず、チャンバ１の内部は、加熱板９によ
る空焼き操作によって吸着ガスなどが排除された高度に
清浄な状態にされ、この状態で、所定の流量のキャリア
ガス４が流通している。

【００３９】一方、試料装填機構８の搬送アーム８ａを
上向きの姿勢にして、外部から到来する半導体ウェハＷ
を、図示しない移替機構などによって個別に装着させる
。搬送アーム８ａに装着させた半導体ウェハＷを、まず
、位置決ローラ８ｂの回転動作によって、オリエンテー
ションフラット部Ｏが当該位置決ローラ８ｂの位置に一
致する位置まで平面内で回転させる。さらに、搬送アー
ム８ａを支持する回転テーブル８ｄを回転させることに
より、半導体ウェハＷの表裏両面のうち、目的の測定面
がチャンバ１の側を向く姿勢にする。そして、ＸＹテー
ブル８ｅを適宜動作させ、搬送アーム８ａとチャンバ１
との位置関係を調整し、さらに、傾動機構８ｃを作動さ
せて半導体ウェハＷを傾動させ、目的の測定面が下向き
となる水平な姿勢で、複数のウェハ支持ピン７の間に落
とし込み、チャンバ１の開口部５に装填する。そして、
真空ライン６を通じて真空吸着溝５ａを排気し、真空吸
着によって半導体ウェハＷをチャンバ１の開口部５に気
密に固定する。

【００４０】その後、加熱板９を半導体ウェハＷの上に
位置決めして、当該半導体ウェハＷを背面側から加熱し
、チャンバ１の内側に露出した測定面からのアウトガス
の発生を促進する。

【００４１】こうして、半導体ウェハＷの測定面から発
生したアウトガスは、キャリアガス４とともにキャリア
ガス導出管３を通じて大気圧質量分析器１１に至り、含
有元素などの精密な分析が行われ、分析結果は、制御部
１２を通じて表示部１３に出力される。

【００４２】また、必要に応じて、試料装填機構８によ
り、半導体ウェハＷを反転させて、同一の半導体ウェハ
Ｗの表裏両面のアウトガスを順次分析する。

【００４３】このように、本実施例の常圧ガス分析チャ
ンバＡおよび常圧ガス分析装置Ｂによれば、分析対象の
半導体ウェハＷを切断加工などによって損なうことなく
、そのままの状態でアウトガスの分析を行うことができ
るので、切断加工などに伴う異物の付着や、切断加工時
間の長短による半導体ウェハＷの性状の変化などの種々
の不確定要素をアウトガスの分析結果から排除すること
ができる。また、切断片の全体をチャンバに入れて加熱
し、アウトガスを分析する従来の場合と異なり、目的の
分析面からのアウトガスのみを捕捉することができる。 これにより、アウトガスの微量分析などの分析結果の信
頼性が格段に向上する。

【００４４】また、半導体ウェハＷを非破壊で検査でき
るため、当該半導体ウェハＷの製造プロセスの一部に、
本実施例の常圧ガス分析チャンバＡや常圧ガス分析装置
Ｂを容易に組み込むことが可能であり、インライン検査
による製造プロセスの問題点の解析や、解析結果の迅速
なフィードバックによる、製造プロセスの改善を実現る
ことができ、半導体ウェハＷを用いた半導体素子の製造
工程における生産性を向上させることができる。

【００４５】具体的な分析例としては、たとえば、ホト
リソグラフィにおいて半導体ウェハＷの一主面に被着さ
れるホトレジストのベーク処理後における溶剤の含有量
、ホトレジストの露光時における光反応における吸水反
応の明確な検証、さらには、ホトレジストをマスクとす
るエッチング工程における塩素ガスの残留量の分析など
による、プロセスの不良解析、品質管理などへの適用が
考えられ、本実施例の常圧ガス分析チャンバＡおよひ常
圧ガス分析装置Ｂによれば、高品質な半導体素子を得る
ことができる。

【００４６】なお、上記の説明では、加熱板９として、
半導体ウェハＷの背面全体を加熱する場合について説明
したが、これに限らず、たとえば図４に例示されるよう
に、加熱板９０を、格子状に配列された複数の独立なヒ
ートブロック９０ａによって構成してもよい。

【００４７】この場合には、ヒートブロック９０ａのサ
イズや配列ピッチを、たとえば半導体ウェハＷにおける
複数の図示しない素子形成領域に一致させるとともに、
任意の一つのヒートブロック９０ａのみを作動させ、当
該ヒートブロック９０ａによる選択的な加熱操作によっ
て、対応する位置にある特定の素子形成領域からのアウ
トガスの発生を促進して、当該素子形成領域のみを分析
対象とするなどの、アウトガスの分析操作の多様化が実
現する。

【００４８】以上、本発明者によってなされた発明を実
地例を基に具体的に説明したが、本発明は、前記実地例
に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４９】たとえば、チャンバや当該チャンバに開設
された開口部の形状などは、上述の実施例に例示したも
のに限らないことは言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００５１】すなわち、本発明の常圧ガス分析チャンバ
によれば、試料本来の状態を損なうことなく、アウトガ
スの捕捉を行うことができるという効果が得られる。

【００５２】また、本発明の常圧ガス分析チャンバによ
れば、試料の任意の領域から発生するアウトガスを選択
的に捕捉することができるという効果が得られる。

【００５３】また、本発明の常圧ガス分析チャンバによ
れば、製造工程中における試料のアウトガスのインライ
ン分析を行うことができるという効果が得られる。

【００５４】また、本発明の常圧ガス分析装置によれば
、試料本来の状態を損なうことなく、試料から発生する
アウトガスの分析を行うことができるという効果が得ら
れる。

【００５５】また、本発明の常圧ガス分析装置によれば
、試料の任意の領域から発生するアウトガスを選択的に
捕捉することができるという効果が得られる。

【００５６】また、本発明の常圧ガス分析装置によれば
、製造工程中における試料のアウトガスのインライン分
析を行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である常圧ガス分析チャンバ
の構成の一例を示す外観斜視図である。

【図２】その一部を示す略断面図である。

【図３】本発明の一実施例である常圧ガス分析装置の全
体構成の一例を示すブロック図である。

【図４】本発明の一実施例である常圧ガス分析チャンバ
の構成の一例を示す外観斜視図である。

【符号の説明】

１　　チャンバ ２　　キャリアガス導入管 ３　　キャリアガス導出管 ４　　キャリアガス ５　　開口部 ５ａ　　真空吸着溝 ６　　真空ライン ７　　ウェハ支持ピン ８　　試料装填機構 ８ａ　　搬送アーム ８ｂ　　位置決ローラ ８ｃ　　傾動機構 ８ｄ　　回転テーブル ８ｅ　　ＸＹテーブル ９　　加熱板 ９ａ　　ヒータ １０　　ヒータ搬送機構 １１　　大気圧質量分析器 １２　　制御部 １３　　表示部 ９０　　加熱板 ９０ａ　　ヒートブロック Ａ　　常圧ガス分析チャンバ Ｂ　　常圧ガス分析装置 Ｗ　　半導体ウェハ Ｏ　　オリエンテーションフラット部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　キャリアガスが流通するチャンバの一
   部に、分析対象の試料面によって閉止される開口部を開
   設し、前記試料自体が前記チャンバ壁面の一部をなすよ
   うにしたことを特徴とする常圧ガス分析チャンバ。
2. 【請求項２】　　前記試料が板状物からなり、前記チャ
   ンバの近傍には、前記開口部に対する前記試料の着脱動
   作および分析対象の前記試料面の反転動作を行う試料装
   填機構と、前記試料を加熱して当該試料面からのアウト
   ガスの発生を促進する加熱手段とを配置してなることを
   特徴とする請求項１記載の常圧ガス分析チャンバ。
3. 【請求項３】　　前記加熱手段は、独立に加熱温度の制
   御が可能な複数のヒートブロックを有し、個々のヒート
   ブロックによる加熱動作を個別に制御することにより、
   当該ヒートブロックに対応した前記試料面の特定の領域
   からのアウトガスの発生を選択的に促進可能にしたこと
   を特徴とする請求項１または２記載の常圧ガス分析チャ
   ンバ。
4. 【請求項４】　　前記試料が、半導体装置の製造工程に
   おける半導体ウェハであり、前記開口部の形状を前記半
   導体ウェハの輪郭形状に相似に形成したことを特徴とす
   る請求項１，２または３記載の常圧ガス分析チャンバ。
5. 【請求項５】　　キャリアガスが流通するチャンバの一
   部に、分析対象の試料面によって閉止される開口部を開
   設し、前記試料自体が前記チャンバ壁面の一部をなすよ
   うにした常圧ガス分析チャンバと、前記試料から発生し
   前記キャリアガスに混和して到来するアウトガスの成分
   を分析する大気圧質量分析器と、分析結果を目視可能に
   出力する表示手段とを備えてなることを特徴とする常圧
   ガス分析装置。