(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着面を有する基板に評価対象とされるガスを接触させることにより該ガス中に含まれる不純物を該基板の吸着面に吸着させ、この吸着した不純物を測定し、該ガス中に含まれる不純物を評価するようにしたガス中不純物評価方法であって、前記評価対象とされるガスが流れるガス配管にガス供給管を接続し、該ガス供給管の排気口にベルヌイチャックを取り付けるとともに該ベルヌイチャックによって前記吸着面を有する基板を保持し、該ガス供給管の排気口から該ガスを排出せしめることにより、該基板に該ガスを接触させるようにしたガス中不純物の評価方法。
【請求項２】
前記ガス供給管及び前記ベルヌイチャックを収容するチャンバーを設けてなる請求項１記載のガス中不純物の評価方法。
【請求項３】
前記基板は、半導体装置のウェーハ処理工程から抜き取られた半導体ウェーハである請求項１又は２のいずれか１項に記載のガス中不純物評価方法。
【請求項４】
評価対象とされるガス中不純物を吸着する吸着面を有する基板と、該基板を保持するベルヌイチャックと、該評価対象とされるガスを該基板の吸着面に供給するガス供給部材とを有するガス中不純物評価装置であって、前記ガス供給部材として前記評価対象とされるガスが流れるガス配管に接続するガス供給管を設け、該ガス供給管の排気口に前記ベルヌイチャックを取り付けてなるガス中不純物評価装置。
【請求項５】
前記基板を載置する基板載置機構をさらに有してなる請求項４記載のガス中不純物評価装置。
【請求項６】
前記基板、前記ベルヌイチャック及び前記ガス供給管を収容するチャンバーを設けてなる請求項４記載のガス中不純物評価装置。
【請求項７】
前記基板、前記ベルヌイチャック、前記ガス供給管及び前記基板載置機構を収容するチャンバーを設けてなる請求項５記載のガス中不純物評価装置。
【請求項８】
前記チャンバー内に供給された評価対象とされるガスを前記ガス配管に再度戻すための排気接続口を該チャンバーに設けてなる請求項６又は７記載のガス中不純物評価装置。
【請求項９】
前記基板は、半導体装置のウェーハ処理工程から抜き取られた半導体ウェーハである請求項４〜８のいずれか１項記載のガス中不純物評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセスガス、特に半導体装置の製造工程におけるプロセスガス中の不純物の分析・制御に使用されるガス中不純物評価方法及びその評価装置に関するものである。
【０００２】
【関連技術】
半導体装置の製造工程では、さまざまなプロセスガスが用いられている。その中には、材料そのものをつくるための原料ガスやエッチング用途のガス、不活性ガスなど多様なものが含まれる。近年の半導体素子の高集積化に伴い、その製造工程で上記のプロセスガスからウェーハ表面に吸着するガス中不純物による汚染が問題とされてきた。
【０００３】
従来、ガス中不純物の評価方法には、直接これらのプロセスガスを測定器にかけて分析する方法や、フィルターや捕集液でガス中の不純物を捕集し、そのフィルターを測定器にかけて分析する方法が知られている。
【０００４】
しかし、ガス中に含まれウェーハに吸着する不純物には、その種類により吸着率が異なるという選択性があり、また下地の吸着面に対する依存性がある。このため、直接プロセスガスを測定する方法では、ウェーハに吸着しやすいものとしにくいものの分離ができず、ウェーハへの真の影響を把握することが困難である。
【０００５】
また、ガス中不純物をフィルターや捕集液に一旦捕集し、分析評価する方法では、フィルターの目の細かさや捕集液の種類により捕集される不純物の大きさや種類が異なるため、分析の対象となる不純物が限定され、目的とする不純物の特定や制御が困難になるという問題があった。
【０００６】
半導体装置の製造工程においては、製造環境で実際に処理されている製造工程中のウェーハの処理表面に吸着する不純物を分析、評価することが重要な課題である。しかしながら、従来これに対処する有効なガス中不純物評価方法及びその評価装置が存在しなかったのが実情であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、基板、例えばシリコンウェーハ表面に吸着した半導体装置の歩留りや信頼性に悪影響を及ぼすガス中不純物を、短時間且つ高い感度で分析することができるガス中不純物評価方法及びその評価装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、実際に半導体装置の製造工程に投入され、当該工程により処理されたウェーハを抜き取り、その処理面にプロセスガスを接触させることにより、当該工程において発生する特に工程歩留まり上問題となるガス中不純物を前記処理面に吸着捕集して分析することにより、ガス中不純物を評価することができることを発想し、本発明を完成したものである。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のガス中不純物評価方法は、吸着面を有する基板に評価対象とされるガスを接触させることにより該ガス中に含まれる不純物を該基板の吸着面に吸着させ、この吸着した不純物を測定し、該ガス中に含まれる不純物を評価するようにしたガス中不純物評価方法であって、前記評価対象とされるガスが流れるガス配管にガス供給管を接続し、該ガス供給管の排気口にベルヌイチャックを取り付けるとともに該ベルヌイチャックによって前記吸着面を有する基板を保持し、該ガス供給管の排気口から該ガスを排出せしめることにより、該基板に該ガスを接触させるようにした。
【００１０】
前記評価対象とされるガスが流れるガス配管に、前記吸着面を有する基板を内部に保有するチャンバーを接続し、該チャンバー内に該ガスを流すことにより、該基板に該ガスを接触させるようにすることができる。
【００１１】
前記ガス供給管と前記ベルヌイチャックとを収容するチャンバーを設ける構成とすることも可能である。
【００１２】
本発明のガス中不純物評価装置は、評価対象とされるガス中不純物を吸着する吸着面を有する基板と、該基板を保持するベルヌイチャックと、該評価対象とされるガスを該基板の吸着面に供給するガス供給部材とを有するガス中不純物評価装置であって、前記ガス供給部材として前記評価対象とされるガスが流れるガス配管に接続するガス供給管を設け、該ガス供給管の排気口に前記ベルヌイチャックを取り付けてなるようにした。
【００１３】
前記基板を載置する基板載置機構をさらに設けることもできる。
【００１４】
前記基板、ベルヌイチャック、ガス供給管や、基板載置機構等を収容するチャンバーを設けることによってガスの散逸を防ぐことができ毒性のあるガスを評価する際などに有効である。
【００１５】
前記チャンバー内に供給された評価対象とされるガスを前記ガス配管に再度戻すための排気接続口を該チャンバーに設けておけば、評価したガスをガス配管に回収することができ、ガスの損失を防ぐことができる。
【００１６】
前記基板としては、半導体装置のウェーハ処理工程から抜き取られた半導体ウェーハを用いることができる。このように実際のウェーハ処理工程で抜き取られ、この工程で形成された表面を、特にこの工程で問題となる不純物ガスの吸着面として用いることにより、工程別に問題となる不純物ガスを特定することができる。
【００１７】
具体的なウェーハ処理工程としては、例えば結晶の研磨工程後のウェーハ処理工程で問題となる不純物ガスの場合は研磨直後のウェーハを抜き取り、評価に用いることが望ましい。また、エピタキシャル成長直後に付着すると考えられる不純物ガスの場合、評価に用いるウェーハもエピタキシャル成長させたウェーハを用いるほうが良い、等が挙げられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明は図示例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことは勿論である。
【００１９】
図１及び図２は本発明のガス中不純物評価装置の一つの実施の形態を示す模式図である。図１において１０はガス中不純物評価装置である。このガス中不純物評価装置１０は、ガス中不純物を吸着する吸着面を有する基板１２と、半導体基板１２を上面に載置する基板載置機構１４を有している。
【００２０】
図１に示されるごとく、評価対象とされるプロセスガス等のガスＧはプロセスガス配管Ｐ１等と接続する接続口１６から給気口１８ａを介してガス供給部材であるガス供給管１８に導入され、ガス供給管１８の排出口１８ｂから吹き出される。
【００２１】
２０はガス供給管１８の排出口１８ｂ部分に設けられたベルヌイチャックで、ガス中不純物を評価する際には基板１２を保持して排気口１８ａから吹き出されるガスＧが基板１２に充分に接触できるように作用する（図２）。プロセスガスの流量や圧力を自由に変えられない等の場合は、ベルヌイチャック２０は基板１２を保持できない場合があるが、そのような場合は基板１２は基板載置機構１４上に載置しておけばよい（図１）。なお、ベルヌイチャック２０はベルヌイ吸着する吸着ヘッドのことである。
【００２２】
後記する実施例に示されるように、ベルヌイチャック２０で保持する方が基板１２とガスＧの接触効率が良く、結果として基板１２への不純物付着効率が良くなるが、基板載置機構１４に基板１２を載せたままベルヌイチャック２０で保持しない状態（図１）で、ガスＧを基板１２に直接吹きつけるだけでも不純物の補集は可能である。
【００２３】
毒性のない又は毒性の低いプロセスガス等、例えば装置パージ用の窒素ガス等を評価対象ガスとする場合には、基板１２に吹きつけられるガスは大気開放状態で不純物評価を行うことができる。
【００２４】
しかし、毒性の高いプロセスガス等を評価対象ガスとする場合は、図１及び図２に示したように、ガス中不純物評価装置１０の全体を覆うチャンバー２２を設置して、基板１２、基板載置機構１４、ガス供給管１８やベルヌイチャック２０等をチャンバー２２内に収容すれば、ガスＧの散逸を防ぎ好ましい。なお、チャンバー２２には、排出されたガスＧをガス配管Ｐ２または排気処理可能なダクト（図示せず）に戻すための作用を果す排気接続口２４を設ければ、前者の場合は評価を行ったガスＧを無駄なく回収でき、また後者の場合は排気処理を充分に行うことができる利点がある。
【００２５】
上述した構成によりその作用を説明する。まず、不純物を吸着させる基板１２をその吸着面を上にして、基板載置機構１４に載せる（図１）。次に、評価対象とされるガス配管（プロセスライン）、例えば窒素ガスラインを接続口１６に接合し、プロセスガスＧ、例えば窒素ガスを所定の圧力及び流量でガス供給管１８に流し、その排出口１８ｂから吹き出す。それとともに、ベルヌイチャック２０で基板１２を所定の時間吸着保持し、基板１２の吸着面にプロセスガスＧを吹きつける（図２）。
【００２６】
このように、評価対象であるプロセスガスＧを接続口１６からガス供給管１８に導入し、ベルヌイチャック２０で基板１２を保持しながら、基板１２の吸着面にプロセスガスＧを吹きつければ、プロセスガスＧは基板１２の吸着面に効率よく接触し、プロセスガスＧに含まれる不純物が基板１２の吸着面に吸着される。
【００２７】
この状態で、プロセスガスＧを一定圧力及び一定流量で一定時間基板１２の吸着面に吹きつけ、プロセスガスＧ中の不純物を基板１２の吸着面に吸着させた後、プロセスガスＧの供給を停止する。そして、ベルヌイチャック２０による基板１２の保持を解消して、この基板１２を取り出し、測定装置を用いて吸着物の種類の同定と量の測定を行うことによってプロセスガスＧ中の不純物の評価を行うことができる。
【００２８】
上記したガス中不純物を吸着する基板１２としては、半導体装置のウェーハ処理工程から抜き取られた半導体ウェーハが好適に用いられる。このように実際のウェーハ処理工程で抜き取られ、この工程で形成された表面を、特にこの工程で問題となる不純物ガスの吸着面として用いることにより、工程別に問題となる不純物ガスを特定することができる。
【００２９】
具体的なウェーハ処理工程としては、例えば結晶の研磨工程により、露出した半導体表面で問題となる不純物ガスの場合は、研磨工程直後のウェーハを抜き取り、酸化膜等の絶縁膜を形成する工程後の表面で問題となる不純物ガスの場合は、絶縁膜形成工程後のウェーハを抜き取り評価に用いることが望ましい。また、例えば、エピタキシャル成長直後に付着すると考えられる不純物ガスの場合、評価に用いる基板１２もエピタキシャル成長させた基板（ウェーハ）を用いるのが好ましい。
【００３０】
図１及び図２に示した例では、チャンバー２２内に基板載置機構１４及びベルヌイチャック２０を共に設けた例が示されているが、基板載置機構１４又はベルヌイチャック２０のいずれか一方だけを設ける構成を採用することもでき、前述したようにチャンバー２２を設けることなく、大気開放とすることもできる。さらにチャンバー２２を設けた場合には、チャンバー２２のガスＧの流路に基板１２を設けるように工夫すれば、チャンバー２２自体をガス供給部材として作用させることもでき、ガス供給管１８の設置を省略することも可能である。
【００３１】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきでないことはいうまでもない。
【００３２】
（実施例１）
処理条件
評価対象プロセスガス：プロセス窒素ガス
プロセスガス圧力：４Ｋｇ／ｍｍ２
プロセスガス流量：１０リットル／ｍｉｎ
プロセスガス吹きつけ時間：１０ｍｉｎ
ガス中不純物吸着用基板：１５０ｍｍφのｐ型ポリッシュドウェーハ
【００３３】
図１に示したガス中不純物評価装置１０と同様の装置（但し、チャンバー２２の設置なし）を用い、上記した処理条件で、ベルヌイチャックに保持された基板の吸着面にガス中不純物を吸着させ、基板の吸着面に吸着した不純物をＨＦを含有した薬液で回収した。その回収溶液を原子吸光分析して不純物の種類の同定と量の測定を行い、その結果を表１に示した。
【００３４】
（比較例１）
プロセスガスの吹きつけ条件は実施例１と同一とし、ガス中不純物を吸着する基板のかわりに従来方法と同様にフィルター径０．２２μｍのメンブランフィルターを用いてガス中不純物を補集し、そのフィルターを全溶解して原子吸光分析し不純物の種類の同定と量の測定を行い、その結果を表１に示した。表１において、Ｎ.Ｄ.は検出限界以下であることを意味している。
【００３５】
（比較例２）
基板をベルヌイチャックで保持せず、基板載置機構に載置した以外は、実施例１と同一条件で基板の吸着面にプロセスガス中不純物を吸着させ、同様に不純物の種類の同定と量の測定を行い、その結果を表１に示した。
【００３６】
【表１】
0003719391.tif 000002
【００３７】
表１の結果から明らかなように、実施例１（ベルヌイチャックを用いた本発明方法）ではＦｅ，Ｃｒ及びＮｉの３種類の金属不純物を検出できたのに対して、比較例１（従来のフィルター補集法）ではいずれの金属不純物も検出することができず、また比較例２（ベルヌイチャックを用いない本発明方法）でもＦｅ及びＣｒの２種類の金属不純物のみを検出できただけであった。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包有される。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、本発明のガス中不純物評価方法及びその評価装置によれば、基板、例えばシリコンウェーハ表面に吸着し、半導体装置の歩留まりや信頼性に悪影響を及ぼすガス中不純物を、短時間且つ高い感度で分析することができる。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のガス中不純物評価装置の一つの実施の形態を示す模式図で、基板を基板載置機構に載置した状態を示す。
【図２】  図１の装置において基板をベルヌイチャックによって保持した状態を示す模式図である。
【図３】  比較例２で用いたガス中不純物評価装置を示す模式図である。
【００４１】
【符号の説明】
１０：ガス中不純物評価装置、１２：基板、１４：基板載置機構、１６：接続口、１８：ガス供給管、２０：ベルヌイチャック、２２：チャンバー、２４：排気接続口。
【図１】
0003719391.tif 000003
【図２】
0003719391.tif 000004
【図３】
0003719391.tif 000005