(57)【要約】【課題】局所酸化法による試料表面へのマーキング形成方法の有用性を更に高めること。【解決手段】マーキングが形成された試料表面の作製方法であって、前記マーキングは、試料表面に局所的に形成された局所酸化膜であり、前記局所酸化膜を、プローブの先端と前記試料表面とを接触させた状態で前記プローブと試料表面との間に電圧を印加することにより形成し、かつ、前記プローブを、水分供給処理を施した後に前記試料表面と接触させる、前記作製方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マーキングが形成された試料表面の作製方法であって、
前記マーキングは、試料表面に局所的に形成された局所酸化膜であり、
前記局所酸化膜を、プローブの先端と前記試料表面とを接触させた状態で前記プローブと試料表面との間に電圧を印加することにより形成し、かつ、
前記プローブを、水分供給処理を施した後に前記試料表面と接触させる、前記作製方法。
【請求項２】
前記水分供給処理を、水分供給処理が施されるプローブの先端を、親水性表面と接触させることにより行う請求項１に記載の作製方法。
【請求項３】
前記親水性表面は、洗浄処理後の表面である請求項２に記載の作製方法。
【請求項４】
前記洗浄処理後の表面は、洗浄処理後のシリコンウェーハ表面である請求項３に記載の作製方法。
【請求項５】
前記洗浄処理後のシリコンウェーハ表面は、ＳＣ−１洗浄後のシリコンウェーハ表面である請求項４に記載の作製方法。
【請求項６】
前記水分供給処理を、水分供給処理が施されるプローブを湿潤雰囲気中に保持することにより行う請求項１に記載の作製方法。
【請求項７】
前記水分供給処理が施されたプローブと接触させる試料表面は、超疎水性表面または疎水性表面である請求項１〜６のいずれか１項に記載の作製方法。
【請求項８】
前記水分供給処理が施されたプローブと接触させる試料表面は、シリコンウェーハ表面である請求項１〜７のいずれか１項に記載の作製方法。
【請求項９】
前記水分供給処理が施されたプローブと接触させる試料表面は、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面である請求項１〜８のいずれか１項に記載の作製方法。
【請求項１０】
前記水分供給処理が施されたプローブと前記試料表面とを、該プローブを走査型プローブ顕微鏡に取り付けた状態で接触させる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の作製方法。
【請求項１１】
前記水分供給処理が施されるプローブの先端の表面は、金属表面である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の作製方法。
【請求項１２】
試料表面の分析方法であって、
前記試料表面に、該表面に存在する異常種の位置を示すマーキングを形成すること、
前記マーキングによって分析対象の異常種の位置を特定し、該特定された異常種を分析装置によって分析すること、
を含み、
前記マーキングが形成された試料表面を、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法により作製する、前記分析方法。
【請求項１３】
少なくとも先端表面が金属酸化物表面である、電界支援酸化用プローブ。
【請求項１４】
前記金属酸化物表面は、ＣｒおよびＡｕからなる合金の酸化物表面である、請求項１３に記載の電界支援酸化用プローブ。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の電界支援酸化用プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーキングが形成された試料表面の作製方法、試料表面の分析方法、電界支援酸化用プローブ、および上記電界支援酸化用プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料表面に存在する異物、欠陥等の異常種を顕微鏡等の分析装置により詳細分析することによって、異常種の形状、サイズ、存在位置等の詳細情報を得ることが各種分野で広く行われている。例えば、半導体ウェーハの製造分野では、このような異常種の詳細情報を得ることにより、試料表面（例えば半導体ウェーハ表面）の汚染原因を推定することができ、かかる推定に基づき汚染原因低減のための製造工程管理（例えば製造装置の保守、交換、洗浄の強化等）を行うことができる。また、分析装置によって異常種を詳細分析する前、詳細分析すべき異常種の位置を特定するために試料表面の異常種近傍にマーキングを形成することが、例えば特許文献１に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３１０４６４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、マーキング形成方法の一例として陽極酸化法が挙げられている（特許文献１の請求項７等参照）。この陽極酸化法のような局所酸化法によれば、試料表面にマーキングとして局所酸化膜を形成することができる。例えば一例として、分析装置として電子顕微鏡を用いる場合、このような局所酸化膜は顕微鏡観察時に帯電することによって顕微鏡像において明るい（例えば白色の）部分として観察される。これにより、このスポットの近傍の異常種が、詳細分析すべき異常種であると特定することができる。
【０００５】
試料表面に存在する異常種の位置特定のための方法として、例えば半導体ウェーハ製造分野では、ＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）検査装置により出力される座標データを用いる方法も知られている。しかしこの方法は、異常種を詳細分析するための分析装置が、ＬＰＤ検査装置によって出力された座標データに基づいて分析対象位置を設定することができる機構を持つ装置でなければ、適用困難である。即ち、適用可能な分析装置に制限がある。これに対し、上記のように試料表面に局所酸化法によりマーキングを形成する方法は、そのような機構の有無を問わずに分析装置による詳細分析のための前処理として適用可能である。
【０００６】
局所酸化法による試料表面へのマーキング形成方法（即ちマーキングが形成された試料表面の作製方法）は、上記のように、様々な分析装置による異常種の詳細分析の前処理として適用可能であるという利点を有する有用な方法である。本発明は、かかる方法の有用性を更に高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
局所酸化法によって試料表面にマーキングを形成する方法では、具体的には、プローブの先端と試料表面とを接触させた状態でプローブと試料表面との間に電圧を印加して電界支援酸化を起こすことにより、局所酸化膜（マーキング）を形成することができる。本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、かかる方法において、試料表面と接触させる前のプローブに水分供給処理を施すことにより、水分供給処理をプローブに施さない場合と比べて、一態様では、１つのプローブによって連続して形成可能なマーキングの数を増やすことが可能になることを新たに見出した。また、試料表面と接触させる前のプローブに水分供給処理を施すことにより、水分供給処理をプローブに施さない場合と比べて、一態様では、より厚い局所酸化膜の形成が可能になることも新たに見出された。
１つのプローブによって連続して形成可能なマーキングの数が増えるほど、１つのプローブによって連続して同一試料表面により多くのマーキングを形成することができ、または、より多くの数の試料の表面にマーキングを形成することができる。また、より厚い局所酸化膜は、より鮮明に観察され得るため、マーキングによる異常種の位置特定の容易性および／または位置特定の精度の向上に寄与し得る。こうして、局所酸化法による試料表面へのマーキング形成方法の有用性を更に高めることが可能となる。
本発明の一態様は、以上の知見に基づき完成された。
【０００８】
即ち、本発明の一態様は、
マーキングが形成された試料表面の作製方法であって、
上記マーキングは、試料表面に局所的に形成された局所酸化膜であり、
上記局所酸化膜を、プローブの先端と上記試料表面とを接触させた状態で上記プローブと試料表面との間に電圧を印加することにより形成し、かつ、
上記プローブを、水分供給処理を施した後に上記試料表面と接触させる、上記作製方法（以下、「試料表面の作製方法」または「作製方法」とも記載する。）、
に関する。
【０００９】
本発明および本明細書において、プローブに対して行う「水分供給処理」とは、プローブの、少なくとも先端に水分を供給する処理をいう。
【００１０】
水分供給処理の一態様は、水分供給処理が施されるプローブの先端を親水性表面と接触させる処理である。
【００１１】
本発明および本明細書において、「親水性表面」とは、水に対する接触角が０°以上４０°以下（好ましくは０°以上３０°以下）の表面をいうものとする。また、後述の「疎水性表面」とは、水に対する接触角が４０°超６５°以下（好ましくは５０°以上６０°以下）の表面をいい、「超疎水性表面」とは、水に対する接触角が６５°超９０°以下（好ましくは７０°以上８０°以下）の表面をいう。また、本発明および本明細書において、水に対する接触角とは、温度２０〜２７℃かつ相対湿度３０〜７０％の測定環境下で液滴法により測定される水に対する接触角をいう。
【００１２】
一態様では、水分供給処理が施されるプローブの先端と接触させる親水性表面は、洗浄処理後の表面である。
【００１３】
一態様では、水分供給処理が施されるプローブの先端と接触させる親水性表面は、洗浄処理後のシリコンウェーハ表面である。
【００１４】
一態様では、上記の洗浄処理後のシリコンウェーハ表面は、ＳＣ−１洗浄後のシリコンウェーハ表面である。ここで「ＳＣ−１洗浄（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ−１）」とは、アンモニア水、Ｈ２Ｏ２およびＨ２Ｏが混合されたＳＣ１液による洗浄処理である。
【００１５】
水分供給処理の一態様は、水分供給処理が施されるプローブを湿潤雰囲気中に保持する処理である。本発明および本明細書において、「湿潤雰囲気」とは、相対湿度７０〜１００％の雰囲気をいうものとする。
【００１６】
一態様では、水分供給処理が施されたプローブと接触させる試料表面は、超疎水性表面または疎水性表面である。
【００１７】
一態様では、水分供給処理が施されたプローブと接触させる試料表面は、シリコンウェーハ表面である。
【００１８】
一態様では、水分供給処理が施されたプローブと接触させる試料表面は、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面である。
【００１９】
一態様では、水分供給処理が施されたプローブと試料表面とを、水分供給処理が施されたプローブを走査型プローブ顕微鏡に取り付けた状態で接触させる。
【００２０】
一態様では、水分供給処理が施されるプローブの先端の表面は、金属表面である。
【００２１】
本発明の更なる態様は、
試料表面の分析方法であって、
上記試料表面に、この表面に存在する異常種の位置を示すマーキングを形成すること、
上記マーキングによって分析対象の異常種の位置を特定し、この特定された異常種を分析装置によって分析すること、
を含み、
上記マーキングが形成された試料表面を、本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法により作製する、上記分析方法（以下、「分析方法」とも記載する）、
に関する。
【００２２】
本発明の更なる態様は、少なくとも先端表面が金属酸化物表面である、電界支援酸化用プローブに関する。
【００２３】
一態様では、上記金属酸化物表面は、ＣｒおよびＡｕからなる合金の酸化物表面である。
【００２４】
本発明の更なる態様は、上記電界支援酸化用プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡に関する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様によれば、局所酸化法による試料表面へのマーキング形成方法（即ちマーキングが形成された試料表面の作製方法）の有用性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１で形成されたマーキング（局所酸化膜）のＳＥＭ像である。
【図２】水分供給処理前後のプローブの先端のＡＥＳ分析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［試料表面の作製方法］
本発明の一態様は、マーキングが形成された試料表面の作製方法であって、上記マーキングは、試料表面に局所的に形成された局所酸化膜であり、上記局所酸化膜を、プローブの先端と上記試料表面とを接触させた状態で上記プローブと試料表面との間に電圧を印加することにより形成し、かつ、上記プローブを、水分供給処理を施した後に上記試料表面と接触させる上記作製方法に関する。
以下、上記作製方法について、更に詳細に説明する。
【００２８】
＜試料表面＞
上記作製方法においてマーキングが形成される試料表面は、マーキング形成後に、この試料表面に存在する異常種が分析装置によって分析される試料表面であることができる。そのような試料表面の一態様としては、半導体試料表面を挙げることができる。半導体試料としては、ウェーハ形状の半導体試料、即ち半導体ウェーハを挙げることができる。ただし半導体試料は、ウェーハ形状に限定されるものではない。例えば半導体試料は、半導体ウェーハの一部を切り出した試料であっても、インゴットを劈開して得た試料であってもよい。
【００２９】
半導体ウェーハとしては、シリコンウェーハ等の各種半導体ウェーハを挙げることができる。なお本発明および本明細書において、シリコンウェーハとは、シリコン単結晶ウェーハ（ベアウェーハ；ｐ型でもｎ型でもよい）およびベアウェーハ上に一層以上の層を有するウェーハが包含される。上記の一層以上の層の具体例としては、エピタキシャル層、酸化膜等を挙げることができる。一態様では、マーキングが形成される試料表面は、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面であることができる。
【００３０】
例えばエピタキシャル層表面は、エピタキシャル層形成工程（エピタキシャル成長工程）の後に洗浄処理が施されていない状態では、通常、超疎水性表面または疎水性表面である。また、エピタキシャル層表面に限らず、シリコンウェーハ表面は、例えばフッ酸（ＨＦ）洗浄の後には、通常、超疎水性表面または疎水性表面である。また、電子顕微鏡観察に付された試料は、電子顕微鏡内の真空チャンバーに置かれることにより水分量が低減するため、その表面は超疎水性表面または疎水性表面となる傾向がある。本発明者らの検討によれば、このような超疎水性表面または疎水性表面には、局所酸化法では、鮮明に観察可能なマーキングを形成し難い傾向があった。これに対し、本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法によれば、超疎水性表面または疎水性表面に、鮮明に観察可能なマーキングを形成することができる。これは、試料表面との接触前にプローブが水分供給処理に付されていることによるものと、本発明者らは考えている。ただし本発明の一態様にかかる試料表面作製方法は、試料表面が超疎水性表面または疎水性表面である態様に限定されるものではない。一態様では、試料表面は、親水性表面であることができる。また、試料表面は、プローブの先端と接触させてプローブと試料表面との間に電圧を印加することにより局所酸化膜の形成が可能な表面であればよく、上記で例示した半導体試料表面に限定されるものではない。
【００３１】
＜プローブ＞
試料表面に局所酸化膜を形成するために用いられるプローブであって、水分供給処理が施されるプローブは、水分供給処理後に試料表面との間に電圧を印加可能なものであればよい。この点から、水分供給処理が施されるプローブとしては、少なくとも試料表面と接触させる先端の表面が金属表面であるプローブが好ましい。なお本発明および本明細書における「金属」には、純金属および合金が包含されるものとする。合金には、複数の金属元素からなる合金と、少なくとも一種の金属元素および少なくとも一種の非金属元素からなる合金と、が包含される。合金は、複数の金属元素からなる合金であることが好ましい。上記金属表面は、例えば、Ｃｒ、Ａｕ、Ｒｄ、Ｐｔまたはこれら金属元素の二種以上からなる合金の表面であることがより好ましい。プローブは、プローブ全体が金属からなるものでもよく、金属以外の材料からなるプローブの少なくとも試料表面と接触する先端に金属被覆層を有するものでもよく、金属以外の材料からなるプローブの全表面に金属被覆層を有するものでもよい。また、金属からなるプローブの先端または全表面に金属被覆層を有するものでもよい。水分供給処理が施されるプローブの具体例としては、例えば、ＳｉＮ製のプローブの全表面に金属被覆層を有するプローブ、Ｓｉ製のプローブの全表面に金属被覆層を有するプローブ等を挙げることができる。より具体的には、ＳｉＮ製のプローブの全表面にＣｒおよびＡｕからなる合金（以下、「Ｃｒ／Ａｕ」とも記載する。）の被覆層を有するプローブ、Ｓｉ製のプローブの全表面にＲｄ被覆層を有するプローブ等を例示できる。プローブは、操作性向上の観点から、カンチレバーの先端に取り付けて用いることが好ましい。通常、走査型プローブ顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＰＭ）ではカンチレバーの先端にプローブが取り付けられているため、走査型プローブ顕微鏡に備えられたプローブを、試料表面と接触させるためのプローブとして用いることがより好ましい。プローブのサイズおよび形状は、特に限定されるものではない。
【００３２】
＜水分供給処理＞
以上説明したプローブには、試料表面と接触させる前に水分供給処理が施される。プローブを水分供給処理後に試料表面と接触させることが、１つのプローブによって連続して形成可能なマーキングの数を増やすことや、より厚い局所酸化膜の形成を可能にすることに寄与すると、本発明者らは考えている。また、超疎水性表面または疎水性表面のように、通常は局所酸化法では鮮明に観察可能なマーキングを形成し難い試料表面にも、鮮明に観察可能なマーキングを形成することを可能にすることにも寄与すると、本発明者らは推察している。
【００３３】
水分供給処理の一態様は、プローブの先端を親水性表面と接触させる処理である。また、水分供給処理の他の一態様は、プローブを湿潤雰囲気中に保持する処理である。以下に、上記態様について、順次説明する。
【００３４】
（親水性表面との接触）
水分供給処理の一態様では、試料表面と接触させる前のプローブの先端を、親水性表面と接触させる。親水性表面の定義は、先に記載した通りである。例えば、洗浄処理後の表面は、親水性表面となる傾向がある。したがって、一態様では、親水性表面は洗浄処理後の表面であることができる。洗浄処理後の表面の具体例としては、例えばシリコンウェーハ表面を挙げることができる。シリコンウェーハ表面の親水性をより一層向上する観点から、洗浄処理は、ＳＣ−１洗浄、オゾン水洗浄、硫酸過酸化水素水洗浄（例えばピラニア洗浄、ＳＰＭ（Ｓｕｌｆｕｒｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐｅｒｏｘｉｄｅ  Ｍｉｘｔｕｒｅ）洗浄等）等が好ましく、ＳＣ−１洗浄がより好ましい。洗浄処理に関して、洗浄時間、洗浄液の温度等の各種条件は、通常のシリコンウェーハに施す洗浄処理に適用される条件と同様にすることができる。洗浄処理後の表面は、乾燥処理の後にプローブの先端と接触させてもよく、乾燥処理を経ずにプローブの先端と接触させてもよい。親水性表面は雰囲気中の水分を吸着保持しやすいため、水分を吸着保持した表面（親水性表面）と接触させることにより、プローブの先端に水分を供給することができると考えられる。親水性表面とプローブの先端とを接触させる雰囲気の温度および湿度については、例えば温度２０〜２７℃、相対湿度３０〜７０％であることができる。また、プローブ先端を、親水性表面と接触させた状態で親水性表面上で移動（走査）させることもでき、移動させることが好ましい。
【００３５】
一態様では、親水性表面とプローブの先端とを接触させた状態で、親水性表面とプローブとの間に電圧を印加することもできる。電圧の印加は、例えばプローブ側に負電圧をかけて、プローブ側を負、親水性表面側を正として行うことができる。または、プローブ側に正電圧をかけて、プローブ側を正、親水性表面側を負として電圧印加を行うこともできる。印加する電圧は、例えば１〜１０Ｖとすることができる。
なお水分供給処理に関して、本発明者らは、水分供給処理によって水分が付着することによりプローブの先端に酸化膜が形成される場合があると考えている。以下は本発明者らの推察であるが、酸化膜が形成されることによりプローブの先端の親水性が高まり、親水性が高まったプローブの先端は雰囲気中の水分を吸着保持しやすくなると本発明者らは推察している。親水性表面とプローブの先端とを接触させた状態で電圧を印加することにより、電界支援酸化によって酸化膜の形成を促進することができると考えられる。
【００３６】
（湿潤雰囲気中での保持）
水分供給処理の他の一態様では、試料表面と接触させる前のプローブを、湿潤雰囲気中に保持する。湿潤雰囲気とは、先に記載した相対湿度の雰囲気である。湿潤雰囲気中での保持時間は、例えば１〜４８時間とすることができ、２４〜４８時間とすることが好ましい。また、湿潤雰囲気の温度は、例えば２０〜４０℃とすることができるが、特に限定されるものではない。
【００３７】
＜マーキング（局所酸化膜）の形成＞
以上説明した水分供給処理の後、プローブ先端と試料表面とを接触させた状態でプローブと試料表面との間に電圧を印加する。これにより電界支援酸化によって試料表面に局所酸化膜（マーキング）を形成することができる。例えば試料表面がシリコンウェーハ表面の場合を例に取ると、試料表面上で以下のように酸化反応が進行することによりプローブの先端と接触した部分に局所的に酸化膜が形成されると考えられる。ただし以下の反応は例示であって、シリコンウェーハ以外の試料の表面にも、電界支援酸化によって局所酸化膜を形成することができる。
【００３８】
【数１】
2018004403.tif 000002
【００３９】
試料表面に形成するマーキングの形状は特に限定されるものではない。例えば電圧を印加した状態でプローブ先端を試料表面上で移動（走査）させることにより、所望形状のマーキングを形成することができる。ここで形成される局所酸化膜の厚みは、鮮明に観察可能なマーキングとして局所酸化膜を形成する観点からは、２ｎｍ超であることが好ましく、３ｎｍ以上であることがより好ましく、４ｎｍ以上であることが更に好ましく、５ｎｍ以上であることが一層好ましい。また、局所酸化膜の厚みは、例えば１０ｎｍ以下であることができ、８ｎｍ以下であることもできる。ただし局所酸化膜の厚みが厚いことは鮮明に観察可能なマーキングとして局所酸化膜を形成する観点から好ましいため、局所酸化膜の厚みは上記例示した値を超えてもよい。
【００４０】
電圧の印加は、一態様では、プローブ側に負電圧をかけて、プローブ側を負、試料表面側を正として行うことができる。このように電圧を印加することにより起こる電界支援酸化が、一般に陽極酸化と呼ばれる。または、プローブ側に正電圧をかけて、プローブ側を正、試料表面側を負として電圧印加を行うこともできる。印加する電圧は、例えば１〜１０Ｖとすることができる。試料表面とプローブの先端とを接触させる雰囲気の温度および湿度については、例えば温度２０〜２７℃、相対湿度３０〜７０％であることができる。また、接触時間は、形成すべきマーキングの形状、サイズ、厚み等に応じて設定すればよく、特に限定されるものではない。
【００４１】
以上説明した本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法によれば、局所酸化法によって、各種試料表面に、マーキングとして、形状、サイズ、厚み等が異なる様々な局所酸化膜を形成することができる。このようなマーキングは、試料表面に存在する詳細分析すべき異常種の位置を特定するために、異常種近傍に形成することが好ましい。
本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法を利用して、試料表面を分析する方法について、詳細は後述する。
【００４２】
［試料表面の分析方法］
本発明の一態様は、試料表面の分析方法であって、上記試料表面に、この表面に存在する異常種の位置を示すマーキングを形成すること、上記マーキングによって分析対象の異常種の位置を特定し、この特定された異常種を分析装置によって分析すること、を含み、上記マーキングが形成された試料表面を、本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法により作製する、上記分析方法に関する。
【００４３】
＜試料表面＞
分析対象の異常種が存在する試料表面については、先に本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法について記載した通りである。
【００４４】
＜マーキングの形成＞
試料表面に存在する異物、欠陥等の異常種を詳細分析するための前処理として、本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法によって、試料表面にマーキングとして局所酸化膜を形成することができる。このマーキングは、詳細分析する分析対象の異常種の一を示すために形成される。したがって、マーキングは、分析対象の異常種の近傍に形成することが好ましい。「近傍」との語に関して、異常種とマーキングとの距離は特に限定されるものではなく、試料表面のサイズ、異常種のサイズ、分析装置の解像度等に応じて決定すればよい。マーキングの形成の詳細は、先に本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法について記載した通りである。なおマーキングは、試料表面に少なくとも１つ形成されるが、１つの異常種の位置を特定するために２つ以上のマーキングを形成してもよい。または同一試料表面に存在する２つ以上の異常種の位置を特定するために、２つ以上の異常種のそれぞれに対して、それぞれ１つ以上のマーキングを形成することもできる。または、異常種を区別するために、異なる異常種を特定するためのマーキングの形状、サイズ、数等を変更してもよい。
【００４５】
＜異常種の分析＞
上記のマーキングの形成後、マーキングが形成された試料表面は分析装置による分析に付される。分析装置としては、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：透過型電子顕微鏡）等の各種電子顕微鏡が好ましい。電子顕微鏡による観察時、局所酸化膜（マーキング）が帯電することにより顕微鏡像に濃淡のコントラストがもたらされることによってマーキングの存在を確認することができ、これにより異常種の位置を特定することができるからである。更に、特定された位置において、ＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：オージェ電子分光）装置、ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；エネルギー分散型Ｘ線分析）装置等によって組成分析等を行うことにより、異常種の構成元素等の分析を行うこともできる。
【００４６】
分析対象の異常種が存在する試料表面がシリコンウェーハ等の半導体ウェーハである場合を例に取ると、先に記載したように、ＬＰＤ検査装置によって出力される座標データに基づき異常種の位置を特定する方法も知られている。この方法を用いる場合、ウェーハ対応のＲｅｖｉｅｗ−ＳＥＭやＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）等を用いて、ＬＰＤ検査装置から出力された座標データに基づき、分析対象のＬＰＤ（即ち異常種）がある座標にステージを移動させ、ＬＰＤを観察する。なお「ウェーハ対応」とは、ウェーハ表面の位置座標の特定が可能な機構を備えていることをいう。ウェーハ対応のＲｅｖｉｅｗ−ＳＥＭやＡＦＭでＬＰＤを観察する際、通常、ＬＰＤ検査装置で出力される座標と実際にＬＰＤが存在する座標にズレがあるため、Ｒｅｖｉｅｗ−ＳＥＭやＡＦＭに付属のＤＦＯＭ（Ｄａｒｋ  Ｆｉｅｌｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：暗視野光学顕微鏡）およびレーザー散乱により、ＬＰＤを輝点として確認し、確認された輝点をＳＥＭやＡＦＭにより拡大観察することで、ＬＰＤの詳細分析が可能となる。これに対し、ＴＥＭ観察用試料を作製するＦＩＢ−ＳＥＭ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ−ＳＥＭ）やマニュアルＳＥＭは、ＤＦＯＭおよびレーザー散乱を搭載していない装置がほとんどであるため、ＬＰＤの観察および確認はきわめて困難である。また、ウェーハ対応でないマニュアルＳＥＭやＡＥＳ装置等を用いる場合には、試料をチップサイズに劈開し、分析対象の異常種を観察し分析する。この場合、ウェーハ上の座標データを利用することはできない。これらの装置により異常種をＬＰＤとして確認するためには、ＬＰＤ（異常種）の周囲へマーキングをすることが不可欠である。
このように、異常種の位置を特定するためにマーキングを形成する方法は、異常種の詳細分析を行う分析装置の制限なく適用可能であるという利点を有する。かかる方法の有用性を、本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法によれば更に高めることができる。
【００４７】
分析対象の異常種とは、異物、欠陥等である。例えば分析対象の異常種が存在する試料表面がシリコンウェーハ等の半導体ウェーハである場合を例に取ると、異常種としては、結晶育成時に導入される欠陥、製造工程において発生する各種欠陥、製造工程において付着する異物等が挙げられる。これらの異常種は、発生原因が相違することに起因して、形状、サイズ、存在位置、元素種等が異なる場合が多い。したがって、分析装置によって異常種を詳細分析して形状、サイズ、存在位置、元素種等の詳細情報を得ることにより、異常種を分類することができる。そして詳細情報に基づき異常種を分類することにより、異常種の発生原因を推定することが可能になる。異常種の発生原因を推定できれば、その発生原因を低減または排除するための製造工程管理を行うことができ、製造工程管理の結果、異常種の発生が抑制された半導体ウェーハを量産することが可能になる。そのための前処理として本発明の一態様にかかる試料表面の作製方法は有用である。更に、かかる作製方法を利用する本発明の一態様にかかる分析方法は、製造工程管理のために有用である。
【００４８】
［電界支援酸化用プローブおよび走査型プローブ顕微鏡］
本発明の一態様は、先端表面が金属酸化物表面である電界支援酸化用プローブ、およびこのプローブを備えた走査型プローブ顕微鏡に関する。
【００４９】
電界支援酸化用プローブとは、このプローブを、局所酸化膜を形成すべき表面と接触させた状態で該表面とプローブとの間に電圧を印加することによって、電界支援酸化により局所酸化膜を形成するために用いられるプローブをいう。
【００５０】
本発明の一態様にかかる電界支援酸化用プローブは、先端の表面が金属表面であるプローブに水分供給処理を施すことによって作製することができる。水分供給処理が施されるプローブ、水分供給処理等の詳細は、先に記載した通りである。水分供給処理が施されるプローブの先端表面の具体例としては、ＣｒおよびＡｕからなる合金表面を挙げることができる。かかる合金表面を有するプローブに水分供給処理を施すことにより、合金の酸化が進行する結果、ＣｒおよびＡｕからなる合金の酸化物表面を先端に有するプローブを得ることができる。また、水分供給処理が施されるプローブの先端表面の具体例としては、Ｒｄ表面を挙げることもできる。Ｒｄ表面を有するプローブに水分供給処理を施すことにより、Ｒｄの酸化が進行する結果、Ｒｄ酸化物表面を先端に有するプローブを得ることができる。一態様では、水分供給処理前のプローブ先端表面をＡＥＳ分析すると、酸素（Ｏ）ピークは検出されないか、または水分供給処理後のプローブ先端表面のＡＥＳ分析により検出される酸素ピークよりピーク強度が低い酸素ピークが検出される。これは、水分供給処理によって酸化が進行したことを示していると考えられる。かかる電界支援酸化用プローブは、少なくとも先端において、表面が内部より酸化が進行した状態にある。
【００５１】
本発明の一態様にかかる走査型プローブ顕微鏡は、上記の本発明の一態様にかかる電界支援酸化用プローブを備える点以外は、公知の走査型プローブ顕微鏡と同様の構成を取ることができる。本発明の一態様にかかる走査型プローブ顕微鏡は、電界支援酸化によって、試料表面に局所酸化膜を形成するために用いることができる。局所酸化膜の形成について、詳細は先に記載した通りである。
【実施例】
【００５２】
以下に、本発明を実施例に基づき更に説明する。ただし本発明は、実施例に示す態様に限定されるものではない。以下に記載の操作は、特記しない限り、温度２２〜２４℃、相対湿度４０〜５０％の環境下で行った。
【００５３】
［実施例１］
シリコン単結晶ウェーハ上にエピタキシャル層を有するシリコンエピタキシャルウェーハを、一度ＳＥＭの真空チャンバーへ投入した後、真空チャンバーから取り出した。このシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に、以下の方法により局所酸化膜（マーキング）を形成した。マーキングを形成するエピタキシャル層表面は、超疎水性表面（水に対する接触角が７０〜８０°程度）であった。
【００５４】
（１）親水性表面の準備
水分供給処理に用いる親水性表面として、ＳＣ−１洗浄して自然乾燥させたシリコン単結晶ウェーハ表面を用いた。このＳＣ−１洗浄後のシリコン単結晶ウェーハ表面は、水に対する接触角が３０°程度であった。
（２）水分供給処理
ＳｉＮ製のプローブの全表面にＣｒ／Ａｕ被覆層が形成されたプローブを、走査型プローブ顕微鏡の導電性カンチレバーの先端に取り付けた。このプローブの先端を上記（１）で準備した親水性表面と接触させた状態で、プローブ側に負電圧をかけて、プローブ側を負、親水性表面側を正として電圧（バイアス電圧：１０Ｖ）を印加した（電圧印加時間５分間）。電圧を印加しながら、走査型プローブ顕微鏡をＡＦＭモード（２５６ピクセル×１２８ライン）で用いて、プローブ先端を親水性表面の２０μｍ×２０μｍの領域上で移動（走査）させた。
（３）マーキングの形成
上記（２）で水分供給処理を施したプローブを、引き続き上記（２）の走査型プローブ顕微鏡の導電性カンチレバーの先端に取り付けた状態でマーキングの形成に用いた。走査型プローブ顕微鏡をＡＦＭモードで用いて、水分供給処理を施したプローブの先端を上記エピタキシャル層表面と接触させた状態でプローブ側に負電圧をかけて、プローブ側を負、上記エピタキシャル層表面側を正として電圧（バイアス電圧：１０Ｖ）を印加しながら、プローブ先端を上記エピタキシャル層表面上で基準位置を０°として、０°、４５°、９０°、１３５°の角度でラインスキャンして合計４本のマーキング（局所酸化膜）を形成した。ラインスキャン時には、各ラインでプローブ先端を４μｍ程度の長さで１０往復させた。
形成したマーキングのＳＥＭ像を図１に示す。形成したマーキング（局所酸化膜）は帯電して図１に示すように明るい（白い）部分として鮮明に確認された。
引き続き、同じ操作を行い、同じ形状およびサイズのマーキングを形成したところ、上記エピタキシャル層表面に、合計１０個のマーキングを形成することができた。形成した１０個のマーキングは、いずれも厚み５〜８ｎｍ程度であった。なおマーキング（局所酸化膜）の厚みは、ＡＦＭにより測定した。以下に記載のマーキングの厚みも同様である。
【００５５】
［実施例２］
上記（２）において、プローブと親水性表面との間に電圧を印加しなかった点以外、実施例１と同じ操作を行ったところ、厚み５〜８ｎｍのマーキング（局所酸化膜）を合計５個形成することができた。
【００５６】
［実施例３］
上記（１）および（２）に代えて、以下の方法により水分供給処理を行った点以外、実施例１と同じ操作を行ったところ、厚み５〜８ｎｍのマーキング（局所酸化膜）を合計２個形成することができた。
＜水分供給処理（湿潤雰囲気中での保持）＞
ＳｉＮ製のプローブの全表面にＣｒ／Ａｕ被覆層が形成されたプローブを、２ｃｍ２の四角いサイズにカットし純水に浸したクリーンワイパー（クラレ社製クリーンワイパーＳＦ−３０Ｃ）とともに密閉容器（幅７０ｍｍ×５０ｍｍ、高さ１０ｍｍ）に入れて２４時間放置した。この密閉容器内は湿潤雰囲気であった。
【００５７】
［比較例１］
水分供給処理を施さなかった点以外、実施例１と同じ操作を行ったところ、１ｎｍ程度の厚みのマーキング（局所酸化膜）が３個形成された。比較例１で形成されたマーキングは、ＳＥＭ像では鮮明に確認することができなかった。
【００５８】
実施例１〜３と比較例１との対比から、マーキング形成前にプローブに水分供給処理を施すことにより、より多くの数のマーキングの形成が可能になること、およびより厚く鮮明に観察可能なマーキングの形成が可能になることが確認できる。
また、例えば実施例１〜３で、マーキングを上記エピタキシャル層表面に存在する異常種近傍に形成すれば、マーキングによって異常種の位置を特定することが可能になる。このようにマーキングを用いて異常種の位置を特定し、特定された位置の異常種を分析装置によって詳細分析することにより、異常種の種類を特定することや、異常種の発生原因を推定することも可能となる。
【００５９】
［水分供給処理後のプローブ先端の表面状態の確認］
水分供給処理後のプローブ先端の変化を確認するため、実施例１と同じ方法で水分供給処理を施したプローブの先端をＡＥＳによって分析した。水分供給処理を施す前のプローブの先端も、同様にＡＥＳによって分析した。ＡＥＳ分析結果を、図２に示す。
図２に示すように、水分供給処理を施す前（処理無し）のプローブ先端からは、被覆層の材質であるＣｒおよびＡｕ、ならびにプローブの材質であるＳｉ、そしてＯが検出されている。これに対して、水分供給処理を施した（水分供給処理有り）プローブ先端からは、処理無しのプローブ先端と比べてＯが強く検出され、Ｏのピーク位置に近いＣｒのピークが隠れるほどＯのピーク強度が強いことが確認できる。以上の結果から、水分供給処理によって、プローブ先端の酸化が進行したと理解できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、半導体ウェーハ製造分野をはじめとする、試料表面の異物分析を行う様々な技術分野において有用である。
【図１】
2018004403.tif 000003
【図２】
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