JPH09318507A

JPH09318507A - 表面汚染物質の回収方法および回収装置

Info

Publication number: JPH09318507A
Application number: JP13452296A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Hiroshima; 正一廣島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコンウェハ等の表面に存在する汚染物質
を溶液として回収する場合、液滴走査法や気相分解法で
は回収装置が大型化され、かつ回収に時間がかかる。【解決手段】試料載置台２の上に表面に汚染物質が存
在する第１の試料としてのシリコンウェハＷ１を載せ、
この上方に配置した保持部３により第２の試料としての
シリコンウェハＷ２を第１の試料Ｗ１に対向配置する。
これらシリコンウェハの対向された表面間に汚染物質を
溶解することのできる分解液を介在させ、かつ移動機構
部６によって第２の試料Ｗ２を下方に移動させて両試料
の隙間を狭め、分解液を汚染物質が存在する表面に拡大
させる。汚染物質を分解液に溶融させ、この分解液を回
収して汚染物質の分析を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被分析材の表面、特
に半導体基板の表面に付着している汚染物質を回収する
ための回収方法および回収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェハ表面に存在する不純物金
属は、デバイス製造に悪影響をもたらすことはよく知ら
れており、半導体の高集積化に伴い、高信頼性のサブミ
クロンデバイスを高歩留まりで製造するためには、ウェ
ハ表面の金属不純物濃度を１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以
下にする必要がある。そのため、ウェハ表面の極微量元
素を正確に測定し、金属汚染を低減し、管理していくこ
とが半導体製造技術に要求されている。従来からシリコ
ンウェハ上の微量金属汚染の分析方法としては、フレー
ムレス原子吸光分析（ＦＬ−ＡＡＳ）やＩＣＰ発光分析
を用いた化学分析法が用いられている。この化学分析法
を適用する場合には、汚染物質を水溶液の形態にしなけ
れば測定できないため、半導体表面をフッ酸溶液等の分
解液で処理し、この分解液から汚染物質を回収する方法
が用いられる。従来、この種の表面汚染物質を回収する
方法として、液滴走査法、気相分解法、気相分解法と液
滴走査法を組み合わせた方法が用いられている。

【０００３】液滴走査法は、シリコンウェハ表面の自然
酸化膜中の汚染物質の回収に適用され、分解と回収を同
時に行う方法である。図６は液滴走査法の一例を示す図
であり、試料設置台１１上にシリコンウェハＷを載置
し、その表面上に微小間隔おいて液滴保持具１２を配置
し、シリコンウェハＷの表面に沿って移動できるように
構成する。そして、シリコンウェハＷの表面と液滴保持
具１２の間に分解液（フッ酸溶液）Ｄの液滴（２００μ
ｌ）を保持させ、シリコンウェハＷに沿って液滴保持具
１２を相対運動させ、分解液ＤをシリコンウェハＷの表
面全体にくまなく走査させることにより汚染物質を分解
液中に回収している。なお、保持具を使わずに試料自体
を前後左右に傾けて液滴を動かす装置もある。液滴の保
持方法や走査方法の違いによって、特開平２−２８５３
３号公報、特開平５−２０３５４８号公報に記載の技術
がある。

【０００４】気相分解（ＶＰＤ）法は、表面汚染物質を
フッ酸蒸気で分解後、回収する方法である。図７は気相
分解法の一例を示す図であり、日本材料科学会編「分析
・解析技術と材料」裳華房ｐ８２に記載されている例で
ある。ここでは、密閉容器２１内にシリコンウェハＷを
垂直に固定し、フッ酸（ＨＦ）源２２から蒸発されるフ
ッ酸蒸気をシリコンウェハＷの表面に付着させて汚染物
質を分解し、汚染物質を含んだフッ酸溶液を下に置いた
受皿２３で回収する方法である。このようなものとして
は、特開昭６０−６９５３１号公報に記載の技術もあ
る。

【０００５】また、気相分解法と液滴走査法を組み合わ
せた方法は、表面汚染物質をフッ酸蒸気で分解後、液滴
を走査して回収する方法である。この方法では、シリコ
ンウェハを水平に置いた密閉容器内にフッ酸蒸気を導入
し、溶解気相雰囲気中で試料表面に微量のフッ酸が付着
することで表面汚染物質を表面酸化膜ごと分解する。そ
の後、分解された汚染物質を回収するために、フッ酸蒸
気の付着した試料表面に回収液（フッ酸溶液）を一滴垂
らし、液滴保持具を使用して回収液を表面全体にくまな
く移動させることにより汚染物質を回収液中に集める方
法である。特開平２−２８５３３号公報や特開平５−２
０３５４８号公報に記述がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た各表面汚染物質の回収方法では、分解蒸気発生装置や
回収走査用装置等が必要とされるため、装置本体が複雑
で大がかりなものになり、装置コストが高いという問題
がある。また、汚染物質の分解、回収に時間がかかる上
に、外部からの汚染物質が混入するという問題もある。
また、汚染物質を分析する試料としてシリコンウェハを
用いる場合、正常な形状の状態では処理が可能である
が、シリコンウェハを割ってできたウェハ片に対する処
理は難しいという問題がある。以下、前記したかく回収
方法における問題点を説明する。

【０００７】液滴走査法装置では、液滴を移動させるた
めの駆動装置が必要となり、それが装置コストの大半を
占めており、非常に高価となっている。実際のシリコン
ウェハにはオリフラ（オリエンテーションフラット）と
呼ばれるカットがなされているため、完全な円板とはな
っておらず、シリコンウェハの形状やサイズに合わせて
液滴をくまなく走査するためにコンピュータによる制御
が必要となり、さらに高価なものになる。このように試
料表面の汚染を回収するために、分解液の液滴を縦横や
渦巻等の軌跡を描くように走査させるが、その時に液滴
が回収棒から脱離しないように表面張力で保持される範
囲内で動かし、かつ全面をくまなく走査させる必要があ
るため軌跡（移動距離）が長く、非常に時間がかかっ
た。この他に液滴走査法は、表面汚染物質の分解と回収
を同時に行うため、分解液と被分析面の接触面積および
接触時間が回収率に影響する。液滴と試料表面との接触
面積が少ないため、十分な回収率を得るためには移動速
度を遅くしたり、被分析面を繰り返し往復する必要があ
った。従来の装置では、６インチのシリコンウェハの場
合には、分解、回収に約５分以上かかる。

【０００８】また、被分析面の全面をくまなく走査する
と言っても、実際にはウェハの端まで液滴を走査しては
いない。特にシリコンウェハのオリフラに合わせて移動
させることは難しい。従来の装置では、走査面積は試料
面の約９５％以下であった。外部汚染の問題もあり、液
滴に接触する回収棒からの汚染があるため、予め十分に
洗浄しておく必要があるか。回収装置全体を密閉してお
いても、走査中に試料表面が露出しているため、外部汚
染が付着する恐れが高く、液滴を走査するための駆動系
からの汚染は無視できない。

【０００９】気相分解法では、完全な密閉容器（試料分
解室）やフッ酸蒸気発生装置が必要で装置本体が大がか
りになり、コストが高い。また、フッ酸蒸気を発生させ
て分解するのに時間が長くかかる。熱酸化膜（７５０
Ａ）では分解時間は約２時間かかる。さらに、外部汚染
を防ぐためには、蒸気の接触する気相分解容器内部を使
用毎に徹的に清浄する必要があり、たいへんな手間がか
かるし、どうしても汚染が多くなると考えられる。シリ
コンウェハから液を落とすようになっているが、表面に
付着したフッ酸溶液を残らず回収することは難しく、時
間もかかる。

【００１０】気相分解法と液滴走査法を組み合わせた方
法では、前記した個々の問題点がそのまま問題点として
生じることになる。

【００１１】本発明の目的は、このような問題を全て解
消し、装置規模を縮小し、かつ低コストに回収が実現で
きる表面汚染物質の回収方法と回収装置を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の回収方法は、表
面に汚染物質が存在する第１の試料に対し、第２の試料
を前記表面に対向配置させ、これら試料の間に前記汚染
物質を溶解することのできる分解液を介在させ、かつ両
試料の隙間を狭めて前記分解液を少なくとも前記汚染物
質が存在する表面に拡大させて汚染物質を分割液に溶融
させて回収することを特徴とする。この場合、第１およ
び第２の試料のそれぞれ対向配置される側の面に汚染物
質が存在することが好ましい。また、この場合、第１お
よび第２の試料はそれぞれ同じ処理が施されて同じ汚染
物質が各表面に存在され、あるいは第１および第２の試
料は、同一試料を２分割した試料とすることが可能であ
る。

【００１３】また、本発明の回収装置は、第１の試料を
載置可能な試料設置台と、この試料載置台の上方に配置
されて第２の試料を保持可能な試料保持部と、少なくと
も前記試料保持部を前記試料載置台に対して上下方向お
よび水平方向に相対移動させることが可能な移動機構部
とを備えることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の表面汚染物質
回収装置の構成を示す斜視図である。基台１上に被分析
材としての試料を水平に設置することができる試料設置
台２を有しており、またこの試料設置台２の上方に配置
されて別の試料を保持することが可能な保持部３を備え
ている。前記試料設置台２は、ここでは試料としてのシ
リコンウェハを設置するのに好適な円形台状に形成さ
れ、図示は省略するがその表面には多数の孔が開設さ
れ、前記基台１内に延設された真空路を通して真空源に
接続され、設置される試料を試料設置台２上に真空吸着
することが可能とされている。また、前記保持部３はそ
の先端に円形をした試料吸着部４が設けられ、同様に試
料を真空吸着することができるように構成される。そし
て、この保持部３は、曲げ形成されたアーム部５の一端
部に連結され、このアーム部５の他端部は前記基台１に
設けられた移動機構部６に連結され、前記真空吸着部４
を上下または水平方向に移動可能に構成されている。

【００１５】この表面汚染物質回収装置を用いた汚染物
質の回収方法について説明する。図２は第１の実施形態
を示す側面図である。ここでは試料として同じ処理を行
って表面に汚染物質が付着している６インチのシリコン
ウェハを２枚用意し、これらシリコンの表面に形成され
ている酸化膜中の汚染物質を回収するものとする。そし
て、一方のシリコンウェハＷ１を真空ピンセット等を用
いて汚染表面に手を触れないようにしてその被分析表面
を上方に向けて試料設置台２に載置する。そして、真空
吸着を行うことで、シリコンウェハＷ１は試料設置台２
に固定状態に水平支持される。

【００１６】次いで、他方のシリコンウェハＷ２を同様
に真空ピンセット等を用いて被分析表面を下側に向けて
前記一方のシリコンウェハＷ１の上に重ねる。そして、
両ウェハＷ１，Ｗ２がはみ出さないように重なったら、
保持部３の真空吸着部４を他方のシリコンウェハＷ２の
裏面（上面）に当接させ、真空吸着によって保持部３に
対して一体的に支持させる。しかる上で、移動機構部６
を動作させて一旦保持部３を上げて、ウェハＷ２をウェ
ハＷ１から離し、下にあるウェハＷ１の上面中央部にマ
イクロピペットで分解液Ｄを少量滴下する。分解液Ｄは
フッ酸溶液（ＨＦ：Ｈ₂Ｏ＝２：１）を用いた。６イン
チのウェハの場合、分解液は２００μｌで十分である。
次に、保持部３をゆっくり下げてウェハＷ１とウェハＷ
２の対向する面の間隔を小さくし、これにより分解液Ｄ
を両ウェハＷ１，Ｗ２間で押圧して全面に拡大させる。

【００１７】ここで、分解液ＤはウェハＷ１とウェハＷ
２の被分析面の酸化膜を溶解し、表面汚染物質を回収す
ることになる。分解液が十分に汚染を分解、回収するよ
うに、このままの状態で固定しておく。分解時間は、自
然酸化膜（膜厚２０Å）の場合で１分、熱酸化膜（膜厚
１０００Å）の場合で２分である。分解が終わったら、
移動機構部６によって保持部３ごとウェハＷ２を水平方
向にゆっくりずらしていく。この時、分解液Ｄは表面張
力でウェハＷ１側の縁に残る。また、分解液によってウ
ェハ表面の酸化膜が除去されるため、ウェハ表面は疎水
性となり、分解液は一つに集まって液滴となっていく。
この分解液の液滴をスポイトで回収し、フレームレス原
子吸光分析装置に導入して、表面汚染濃度を分析する。

【００１８】このように、少なくとも一方に被分析面を
有する２枚の試料を対向させ、その間隙に分解液を注入
し、さらに間隙を狭めて被分析面どうしを近接させて分
解液を被分析面全体に行き渡らせることにより、被分析
面全体に常に分解液が接することになり、複雑な装置や
難しい操作が不要となり、表面汚染物質を容易に回収す
ることが可能となる。また、この第１の実施形態では、
同一の処理を行った２枚のウェハＷ１，Ｗ２の被分析面
を一度に分解し、分解液中に２枚分の表面汚染物質を回
収した。このように同一の処理を行った複数枚の試料ウ
ェハがある場合は、２枚分の汚染を回収することで２倍
に濃縮したことになり、機器分析する汚染元素の感度が
２倍になる利点がある。なお、この第１の実施形態とは
別に、Ｆｅで１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ²に強制汚染させ
た６インチのシリコンウェハ２枚の表面を、２００μｌ
のフッ酸溶液で１分間分解処理した場合における、分解
液中の汚染物質（Ｆｅ）の回収率は１枚あたり９０％以
上であった。

【００１９】一方、試料によっては１枚しかない場合も
あるので、１枚のウェハの表面汚染物質を回収する方法
を説明する。図３はその方法を示す第２の実施形態の側
面図であり、図１に示した本発明の表面汚染物質回収装
置を使用する。そして、表面汚染分室を回収したい試料
として１枚のウェハＷ３を用意する。もう１枚は同じサ
イズの洗浄なウェハＷ４を用意する。このウェハＷ４は
クリーン度の高い未開封（未使用）のウェハを洗浄処理
することで得られる。このウェハの清浄度は、同じよう
に洗浄処理をしたウェハを２枚用意し、第１の実施形態
のように分解、回収操作を行い、機器分析することで調
べることができる。洗浄処理によってウェハ表面の汚染
は１０⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ²台以下に低減することがで
きる。

【００２０】次に、図２における２枚の試料ウェハの代
わりに試料ウェハＷ３と清浄なウェハＷ４を向かい合わ
せに設置する。その後は、第１の実施形態の方法と同じ
ように、分解液を試料ウェハＷ３に滴下する。図３のよ
うに試料ウェハＷ３と清浄なウェハＷ４を重ね合わせ
て、分解液Ｄを全面に広げる。ここで、６インチのウェ
ハの場合、分解液は２００μｌで次十分である。清浄な
ウェハＷ４は洗浄処理で自然酸化膜が除去されているた
め、試料ウェハＷ３の酸化膜を分解するだけなので、分
解時間は第１の実施形態の約半分にできる。

【００２１】前記第２の実施形態では、清浄なウェハを
試料ウェハの代わり使用することで、１枚の試料ウェハ
の表面汚染物質を回収する方法を示したが、一枚の試料
ウェハだけでその表面汚染物質を回収する方法を説明す
る。図４はその方法を示す第３の実施形態の斜視図であ
り、図１に示した表面汚染物質回収装置を使用する。試
料となる一枚のシリコンウェハＷ５は、その円周一部に
設けられているオリフラの中央箇所にダイアモンドペン
を押し当てることで、シリコンウェハを簡単にオリフラ
に直角に壁開させ、ほぼ同じ寸法に２分割することがで
きる。ウェハの分割はクリーンベンチ内で行い、壁開用
治具は洗浄しておくことで外部汚染を防止できる。

【００２２】そして、図２における２枚の試料ウェハの
代わりに２分割された試料ウェハ片Ｗ５ａと試料ウェハ
片Ｗ５ｂを向かい合わせに設置する。その後は、第１の
実施形態の方法と同じように、分解液Ｄを試料ウェハ片
Ｗ５ａに滴下する。図４のように試料ウェハ片Ｗ５ａと
試料ウェハ片Ｗ５ｂをピッタリと重ね合わせて、分解液
Ｄを全体に広げる。ウェハの２分割によって面積が１／
２に低減されているため、分解液の量は実施形態１の半
分でよく、６インチウェハの場合は、１００μｌで十分
である。

【００２３】前記第３の実施形態では、２等分したウェ
ハの表面汚染物質を回収する方法を示したが、試料によ
っては不規則な形状に割れたウェハ片の表面汚染物質を
回収することが必要な場合がある。図５はその方法を示
す第４の実施形態の側面図である。この場合は、試料と
なるウェハ片の他に、第２の実施形態のように清浄なウ
ェハＷ４を用意する。そして、図１の表面汚染物質回収
装置を用い、試料ウェハ片Ｗ６と清浄なウェハＷ４を向
かい合わせに設置する。その後は、第１の実施形態の方
法と同じように、分解液Ｄを清浄なウェハＷ４に滴下
し、清浄なウェハＷ４と試料ウェハ片Ｗ６の間隔を小さ
くさせて、分解液Ｄを試料ウェハ片Ｗ６の全面に広げ
る。分解液の量は試料ウェハ片Ｗ６の大きさに合わせれ
ばよい。

【００２４】なお、前記各実施形態では試料としてシリ
コンウェハを用いており、しかもシリコンウェハの表面
に形成した酸化膜中の汚染物質を分析する例を示してい
るが、分析面が平坦であればシリコンウェハ以外の試料
に対しても本発明を適用することができる。また、汚染
物質の分解液も汚染物質に応じて適切なものが採用でき
ることは言うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の表面汚染物
質の回収方法は、第１の試料と第２の試料とを対向配置
し、これら試料の間に分解液を介在させ、両試料の間隙
を狭めて分解液を汚染物質が存在する表面の全体に行き
渡らせることにより、試料の表面の全体に常に分解液が
接することになり、複雑な装置や難しい操作を必要とす
ることなく、表面汚染物質を容易に回収することができ
る。また、分解処理中に汚染物質の存在する表面が露呈
されないので外部汚染物が混入されることもなく、精度
の良い回収が可能となる。さらに、分解液が試料の表面
の全面に接しているので処理時間を短縮することができ
るとともに、第１及び第２の試料を同時に処理できるの
で、試料１つあたりの処理時間を短縮することができ
る。また、この場合、２つの試料の汚染物質を回収する
ことで分解液の量に対して２倍に濃縮したことになり、
汚染物質濃度を高め、分析感度を２倍にすることもでき
る。さらに、試料の形状、寸法に制限を受けることな
く、種々の形態の試料についても汚染物質の回収が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面汚染物質回収装置の斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施形態を説明するための側面
図である。

【図３】本発明の第２の実施形態を説明するための側面
図である。

【図４】本発明の第３の実施形態を説明するための側面
図である。

【図５】本発明の第４の実施形態を説明するための側面
図である。

【図６】従来の液滴回収方法を説明するための側面図で
ある。

【図７】従来の気相分解法を説明するための断面図であ
る。

【符号の説明】

１基台２試料設置台３保持部４真空吸着部５アーム部６移動機構部Ｗ１〜Ｗ６試料ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に汚染物質が存在する第１の試料に
対し、第２の試料を前記表面に対向配置させ、前記両試
料の間に前記汚染物質を溶解することのできる分解液を
介在させ、かつ両試料の隙間を狭めて前記分解液を少な
くとも前記汚染物質が存在する表面に拡大させ、前記汚
染物質を分解液に溶融させて回収することを特徴とする
表面汚染物質の回収方法。
【請求項２】第１および第２の試料のそれぞれ対向配
置される側の面に汚染物質が存在する請求項１の表面汚
染物質の回収方法。
【請求項３】第１および第２の試料はそれぞれ同じ処
理が施されて同じ汚染物質が各表面に存在される請求項
２の表面汚染物質の回収方法。
【請求項４】第１および第２の試料は、同一試料を２
分割した試料である請求項３の表面汚染分室の回収方
法。
【請求項５】第１の試料を載置可能な試料設置台と、
この試料載置台の上方に配置されて第２の試料を保持可
能な試料保持部と、少なくとも前記試料保持部を前記試
料載置台に対して少なくとも上下方向に相対移動させる
ことが可能な移動機構部とを備えることを特徴とする表
面汚染物質の回収装置。