(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気の筐体中に保持された基板表面に荷電粒子発生源より荷電粒子を照射し、該荷電粒子によって削られた基板表面の成分を検出器に導いて、該成分を分析する方法において、
該基板と該検出器の間に設けた成分導通管の内壁に成分吸着剤を塗布して該成分を吸着させると共に、該成分導通管を加熱して該成分を蒸発させる際に、該成分の該成分吸着剤に対する溶解度の差を利用して該成分の検出器への到達時間を制御し、複数の該成分をそれぞれ分離して分析することを特徴とする基板表面分析方法。
【請求項２】
前記成分導通管の内壁を２５〜５００℃に加熱することを特徴とする請求項１記載の基板表面分析方法。
【請求項３】
前記成分吸着剤が高分子有機物であることを特徴とする請求項１記載の基板表面分析方法。
【請求項４】
前記成分吸着剤がシリカゲル、モレキュラーシーブ、または活性炭であることを特徴とする請求項１記載の基板表面分析方法。
【請求項５】
前記基板と前記荷電粒子発生源との間に遮蔽板を設けて、該遮蔽板の開閉により該荷電粒子を間欠的に照射し、該荷電粒子が照射されない間に前記筐体に微量の溶剤を導入することを特徴とする請求項１記載の基板表面分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子材料、磁性材料、光学材料、セラミックスなど多くの製造プロセスにおいて、基板上或いは基板内の組織、及び不純物成分を測定する方法に係り、
特に、半導体装置の製造工程において、ウェーハなど半導体基板の表面、或いは基板内に存在する不純物を測定する方法に関する。
【０００２】
近年、半導体デバイスの高速化、高密度化の要求に応えるため、高精度の半導体基板が必要とされている。
半導体基板の製造においては、その最終工程において、ウェーハの表面不純物を極力取り除くことが要求されている。
【０００３】
そのため、ウェーハの表面不純物の成分と存在量を求めることが重要である。表面不純物の成分と存在量とが分かれば、それに対応する効果的な洗浄手段を施すことにより、表面不純物を極力取り除くことができる。
【０００４】
【従来の技術】
図９に従来の基板表面成分分析装置を、図１０に分析結果を示す。
図において、１は基板、２は筐体、３は荷電粒子発生源、４は検出器、７は荷電粒子、８は成分である。
【０００５】
一般的に，半導体デバイスに使用されるシリコン基板に含まれる不純物は極微量である。また、シリコン基板に含まれる不純物は基板表面或いは基板内に強固に付着している。
【０００６】
従って、シリコン基板表面或いは基板内の微量の不純物を分析するためには、何らかの方法で基板を僅かに削る手段が使用されている。
従来は、硝酸・過酸化水素水・弗酸などで、基板表面をエッチングするか、或いは、基板を加熱して不純物を基板表面から気化する等の方法で、不純物を液体或いは気体中に回収し、その不純物を濃縮する方法が用いられてきた。
【０００７】
その濃縮した液体或いは気体を分析機器で分析することにより、不純物の成分を分析していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べた従来からの不純物の成分と存在量とを測定する方法では、それぞれに一長一短があり、不純物の成分と存在量とを同時に測定することは困難であった。
【０００９】
例えば、強酸を用いてシリコン等の基板をエッチングして、強酸内に溶けた不純物を測定する場合には、強酸が活性な液体であるため、基板以外の測定容器や測定装置内壁をもエッチングする可能性が高い。
【００１０】
そのため、強酸中に基板以外からの不純物が混入し、不純物の成分分析の精度が低下する。
また、分析には通常、質量分析器などの分析器内部が真空に保たれた分析器を使用するため、上記の回収された液体を全て分析器に注入することができず、回収と分析を同一に行うことができない。
【００１１】
そして、基板をエッチングした強酸の全量を調べると、分析のスループットが低下する。また、基板を加熱して不純物をガス成分として脱離させ、分析を同一に行う方法があるが、この場合は基板の表面の不純物しか分析できない。
【００１２】
更に進んで、図９に示すように、真空雰囲気の筐体中に保持された基板表面に荷電粒子発生源より荷電粒子を照射し、該荷電粒子によって削られた基板表面の成分を検出器に導いて、該成分を分析する方法があるが、基板表面より分離して検出器に入る複数種類の成分が同時に検出器に到達するために、図１０に示すように、不純物等の成分の存在量は検出出来ても、その成分の種類までは検出できなかった。
【００１３】
本発明の目的は、基板内に存在する不純物を回収し、分析することを同時に行うことにより、基板表面或いは基板中の不純物の成分及び存在量を精度良く測定できるような、基板の不純物量の定性定量分析方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の基板の表面不純物等の成分の測定装置を示す図である。
図において、１は基板、２は筐体、３は荷電粒子発生源、４は検出器、５は成分導通管、６は成分吸着剤、７は荷電粒子、８は成分である。
【００１５】
本発明はこのような問題点を解決し、シリコン等の基板上の不純物を精度良く測定するためになされたもので、下記のような手段を採用している。
すなわち、本発明は図１に示すように、真空雰囲気の筐体２内に保持された基板１表面に荷電粒子発生源３から照射する荷電粒子７を当てて基板１の表面を削りながら、削られた表面に存在する成分８を成分導通管５を通して検出器４に導き、成分の分析を行うする装置であり、この装置において、成分導通管５内壁に成分吸着剤６を塗布し、成分８を吸着すると共に、成分導通管５を加熱して成分８を蒸発させる際に、成分８の成分吸着剤６に対する溶解度の差を利用して、成分８の検出器４への到達時間を制御し、複数種類の成分８をそれぞれ分離して分析する。
【００１６】
成分導通管５の内壁に塗布する成分吸着剤６としては高分子有機化合物やシリカゲル、モレキュラーシーブ、活性炭等が用いられる。
操作としては、先ず第一にフィラメント（図示せず）の加熱などにより荷電粒子発生源３より荷電粒子７を発生させる。
【００１７】
基板１の表面に到達した荷電粒子７は基板１の表面を削る。その結果、発生した成分を検出器４で調べるが、ここで基板１と検出器４の間に設けた成分導通管５の内壁に塗布した成分吸着剤６、例えば高分子量有機物は成分８の成分吸着剤での沸点の差による蒸発までの保持時間の差を利用して、検出器４への成分８到達時間を制御し、効率的に検出器４に運ぶために使用する。
【００１８】
具体的な作用を図１をもとに説明すると、荷電粒子７が基板１の表面に当たると、スパッタと呼ばれる現象が生じ、基板１の表面を薄く削る。削る量は、荷電粒子７のエネルギを変化させることによって、基板１の極表面から数μｍ程度まで操作することができる。
【００１９】
そのため、基板１の表面から内部まで、希望する箇所の成分の分析ができる。基板１の表面が削られた際に、削られた部分は原子、或いは分子クラスタ程度の大きさの粒子となって、その成分８が基板１から離れる。
【００２０】
原子、或いは分子クラスタ程度の大きさの粒子は、それぞれ異なる質量を有するため、従来のように全ての発生粒子が成分８として同時に検出器４に到達すると、正確な検出が困難となる。
【００２１】
しかし、成分吸着剤６である高分子量有機物があると、原子、あるいは分子クラスタ程度の大きさの粒子は、一旦高分子量有機物に溶ける。その状態で、装置内の、特に成分導通管５の温度を変化させると、原子あるいは分子クラスタ程度の大きさの粒子の成分により、溶解度が変化する。この溶解度は、粒子の成分の質量と相関関係がある。
【００２２】
図２に示したように各種高分子量有機物の、沸点と分子量に対する成分導通管に保持される時間を示す。更に、図３に各沸点における分子量と保持時間の関係をプロットすると、相関関係があることが分かる。
【００２３】
例えば、室温から徐々に温度を上げると、溶解度の低い粒子から順番に高分子量の有機物から飛び出す。
その結果、発生した原子あるいは分子クラスタ程度の大きさの粒子を質量の低いものから順序よく検出器４へ到着させることができるため、異なる質量を持つ基板１の不純物あるいは成分を正確に分析できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図４〜図８は本発明の幾つかの実施例の説明図である。
図において、１は基板、２は筐体、３は荷電粒子発生源、４は検出器、５は成分導通管、６は成分吸着剤、７は荷電粒子、８は成分、９は遮蔽板、１０は溶媒供給手段、１１は溶媒注入バルブである。
【００２５】
本発明の第一の実施例を図４により説明する。
６インチシリコンウェーハからなる基板１を分析装置の筐体２内に設置する。荷電粒子発生源３のフィラメントに電流を流し、７０ｅＶのエネルギを持つ荷電粒子７として、この実施例では電子を発生させた。
【００２６】
このエネルギの電子では、シリコンの基板１を削ることもなく、シリコンの基板１表面に存在している分子量２０〜３００程度の不純物、主に有機物のみを削ることができる。
【００２７】
実施例では、基板１と検出器４との間に設けた成分導通管５の長さを１ｍと長くするためにスパイラル管を用い、内径５ｍｍの内壁に成分吸着剤６として用いた高分子量有機物に、分子量が１００万程度のポリメチルシロキサンを用いて、厚さ１０μｍに塗布した。
【００２８】
また、検出器４には、一般的に使用されている二次電子倍増管を使用した。
分析装置の筐体２内をターボポンプを用いて１×１０−４Ｔｏｒｒまで減圧にして、荷電粒子７を基板１に１分程度当てて、その後、基板１と検出器４との間の成分導通管５の内壁を２５℃から、３５０℃まで毎分５℃の割合で昇温した。
【００２９】
その結果、図５に示すように基板１の表面上に存在する有機物等の成分を精度良く分析することができた。
また、同時に、５０ＫｅＶ程度のエネルギを持つアルゴンイオンを基板に当てながら、上記の分析を行うと基板内部に存在する不純物を精度良く分析できた。
【００３０】
次に本発明の請求項４、５に係る第２、第３の実施例に用いた発明の装置を図６に示す。
図６において、基板１が挿入された筐体２に荷電粒子発生源３と遮蔽板９、成分吸着剤６と検出器４、溶媒供給手段１０と溶媒注入バルブ１１が取り付けられている。
【００３１】
尚、筐体２の内部は十分な真空が保てるようになっている。
荷電粒子７を発生させている際に、溶媒注入バルブ１１から適量の溶剤を筐体２内に流すと、荷電粒子７が溶剤によって消失するので、▲１▼溶媒注入バルブ１１を閉じて遮蔽板９を明け、荷電粒子７を基板１に当てる。▲２▼遮蔽板９を閉じて、溶媒注入バルブ１１を明けて微量の溶媒を筐体２内に流す。上記▲１▼と▲２▼の状態を交互に素早く、１秒以下で行う。その後、遮蔽板９を閉じた状態で、微量の溶剤を流し続けると、図７に示すように、異なる質量を持つ基板１からの成分を正確に分析できる。
【００３２】
この際には、▲１▼遮蔽板９を開けて、荷電粒子７を基板１に当てる。▲２▼遮蔽板９を閉じて、ヘキサンを筐体２内に流す。上記▲１▼と▲２▼の状態を交互に０．５秒以下で行い、その後３０分間ヘキサンを流した。
【００３３】
また、分子量１００万程度のポリメチルシロキサン高分子の代わりに、直径５μｍ以下のシリカゲルパウダーを厚さ１５μｍ程度内壁に付着させ、溶媒としてヘキサンを毎分３×１０−５リットル流しても、図８に示すように、同様の効果が得られた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シリコンウェーハ等の基板１の表面および基板１中に存在する有機物等の不純物の成分と存在量を同時に精度良く簡便に測定することができ、シリコンデバイスのウェーハプロセスの品質向上に大きく寄与することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図
【図２】成分の沸点、分子量と成分導通管での保持時間の関係
【図３】成分の分子量と成分導通管での保持時間の関係プロット
【図４】本発明の第１の実施例に用いた分析装置
【図５】本発明の第１の実施例による分析結果
【図６】本発明の第２、第３の実施例に用いた分析装置
【図７】本発明の第２の実施例による分析結果
【図８】本発明の第３の実施例による分析結果
【図９】従来例に用いた分析装置
【図１０】従来例による分析結果
【符号の説明】
図において、
１    基板
２    筐体
３    荷電粒子発生源
４    検出器
５    成分導通管
６    成分吸着剤
７    荷電粒子
８    成分
９    遮蔽板
１０  溶媒供給手段
１１  溶媒注入バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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