(57)【要約】【課題】有機物で汚染される環境で、酸化膜が成長し変化するＧａＡｓウェハのような化合物半導体ウェハに付着する有機物汚染物の量を、ダミーウェハを用いず、実際の製品ウェハから直接的に求めること。【解決手段】清浄なＧａＡｓウェハ表面と酸化処理したＧａＡｓウェハ表面との分光エリプソデータを測定する。この分光エリプソデータから、各々の光学データとしての屈折率と消光係数とを求め、この得られた光学データとポリエチレンの光学データとしての屈折率と消光係数とを用い、さらに有機汚染物と酸化膜との任意の膜厚データを用い、有機物汚染物が蓄積したＧａＡｓウェハの分光エリプソデータを計算で求める。それと、有機物汚染物が蓄積したＧａＡｓウェハの分光エリプソデータを測定し、この実測した分光エリプソデータとの差が最も小さくなる計算による分光エリプソデータを与える有機汚染物と酸化膜との膜厚値を求めることである。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
清浄な化合物半導体ウェハ表面と酸化処理した化合物半導体ウェハ表面との分光エリプソデータを測定する工程と、
上記清浄な化合物半導体ウェハ表面の分光エリプソデータから、清浄な化合物半導体ウェハの屈折率ｎｓ（λ）と消光係数ｋｓ（λ）とを求める工程と
上記酸化処理した化合物半導体ウェハ表面の分光エリプソデータから、化合物半導体酸化物の屈折率ｎｏ（λ）と消光係数ｋｏ（λ）とを求める工程と
上記工程で得られた、上記清浄な化合物半導体ウェハの屈折率ｎｓ（λ）と消光係数ｋｓ（λ）と、上記化合物半導体酸化物の屈折率ｎｏ（λ）と消光係数ｋｏ（λ）と、ポリエチレンの屈折率ｎｃ（λ）と消光係数ｋｃ（λ）と、有機汚染物の任意の膜厚ｔｃと、化合物半導体酸化物の任意の膜厚ｔｏとの値を用い、計算から求められる分光エリプソデータのΔｃｃ（λ）とφｃｃ（λ）との各波長λでの値を求める工程と、
有機汚染された化合物半導体ウェハを測定して得られた分光エリプソデータのΔｃｍ（λ）とφｃｍ（λ）との各波長λでの値を求める工程と、
上記Δｃｍ（λ）と前記Δｃｃ（λ）との各波長での差を２乗した値を、上記分光エリプソデータの測定波長範囲において合計した値Ｓ１を求め、上記φｃｍ（λ）と上記φｃｃ（λ）との各波長での差を２乗した値を、上記分光エリプソデータの測定波長範囲において合計した値Ｓ２を求め、上記Ｓ１と上記Ｓ２との和Ｓ３を求める工程と、
上記和Ｓ３が最小となる、有機汚染物の膜厚ｔｃと化合物半導体酸化物の膜厚ｔｏとを求める工程とからなる化合物半導体ウェハ表面の有機汚染モニタリング方法。
【請求項２】
分光エリプソデータの測定波長範囲が４００〜８５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体ウェハ表面の有機汚染モニタリング方法。
【請求項３】
計算に用いる、有機汚染物の膜厚ｔｃと化合物半導体酸化物の膜厚ｔｏとを、０〜１０ｎｍの範囲で、０．００１ｎｍ刻みに変化させて、Δｃｃ（λ）とφｃｃ（λ）とを求めることを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体ウェハ表面の有機汚染モニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、化合物半導体ウェハ表面に付着する有機汚染物の厚さを求める化合物半導体ウェハ表面の有機汚染モニタリング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体ウェハ表面に付着した有機汚染物を非破壊で定量する方法としては、ダミーのウェハを用意して、先ず、ダミーウェハに熱酸化膜を形成する。次に、この熱酸化膜が形成されたダミーウェハを、例えばＨ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２：ＮＨ４ＯＨ＝５：１：１（容積比）であるＳＣＩ洗浄液にて、ダミーウェハ表面を洗浄する。このＳＣＩ洗浄液での洗浄直後のダミーウェハ表面に形成されている膜の膜厚（ｄ０）をエリプソメトリによって測定する。そして、この膜厚を測定後のダミーウェハを、例えばクリーンルームなどのウェハが保管される雰囲気に所定時間保管し、所定時間後のダミーウェハ表面に形成されている膜の膜厚（ｄｔ）をやはりエリプソメトリによって測定する。
ＳＣＩ洗浄液での洗浄直後に測定された膜厚（ｄ０）は、ダミーウェハ表面に形成した熱酸化膜と洗浄直後に付着した有機物との合計の膜厚であり、所定時間保管後に測定された膜厚（ｄｔ）は、ダミーウェハ表面に形成した熱酸化膜と洗浄直後に付着した有機物と保管時に付着した有機物との合計の膜厚であるので、ｄｔ−ｄ０から、保管時に付着する有機物の量を定量している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２７５４１０号公報（第２頁）
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体ウェハ表面に付着した有機汚染物を非破壊で定量する方法では、ダミーの半導体ウェハにシリコンウェハが用いられ、得らた酸化膜は安定なＳｉＯ２膜である。ＳｉＯ２膜は、半導体ウェハの保管時に変化しないので、保管後のシリコンウェハについてエリプソメトリで測定した膜厚ｄｔから、洗浄直後のシリコンウェハについてエリプソメトリで測定した膜厚ｄ０を差し引いくことにより、保管時に付着した有機汚染物の厚さを求めることができる。しかし、半導体ウェハが化合物半導体のＧａＡｓウェハでは、その酸化膜は不安定であり、保管時においても、ＧａＡｓの酸化膜が成長し変化するため、上記方法では、精度良く有機汚染物の厚さを求めることができないという問題があった。
また、上記の半導体ウェハ表面に付着した有機汚染物を非破壊で定量する方法では、ダミーウェハを用いており、保管環境のクリーン度を評価することができるが、実際に生産された半導体ウェハに直接付着した有機汚染物を評価することができないとの問題があった。
【０００４】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＧａＡｓウェハのような化合物半導体ウェハの有機物汚染物の量を、ダミーウェハを用いず、実際の製品ウェハから直接的に求める、化合物半導体ウェハ表面の有機汚染モニタリング方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる化合物半導体ウェハ表面の有機汚染モニタリング方法は、清浄な化合物半導体ウェハ表面と酸化処理した化合物半導体ウェハ表面との分光エリプソデータを測定する工程と、
上記清浄な化合物半導体ウェハ表面の分光エリプソデータから、清浄な化合物半導体ウェハの屈折率ｎｓ（λ）と消光係数ｋｓ（λ）とを求める工程と
上記酸化処理した化合物半導体ウェハ表面の分光エリプソデータから、化合物半導体酸化物の屈折率ｎｏ（λ）と消光係数ｋｏ（λ）とを求める工程と
上記工程で得られた、上記清浄な化合物半導体ウェハの屈折率ｎｓ（λ）と消光係数ｋｓ（λ）と、上記化合物半導体酸化物の屈折率ｎｏ（λ）と消光係数ｋｏ（λ）と、ポリエチレンの屈折率ｎｃ（λ）と消光係数ｋｃ（λ）と、有機汚染物の任意の膜厚ｔｃと、化合物半導体酸化物の任意の膜厚ｔｏとの値を用い、計算から求められる分光エリプソデータのΔｃｃ（λ）とφｃｃ（λ）との各波長λでの値を求める工程と、
有機汚染された化合物半導体ウェハを測定して得られた分光エリプソデータのΔｃｍ（λ）とφｃｍ（λ）との各波長λでの値を求める工程と、
上記Δｃｍ（λ）と前記Δｃｃ（λ）との各波長での差を２乗した値を、上記分光エリプソデータの測定波長範囲において合計した値Ｓ１を求め、上記φｃｍ（λ）と上記φｃｃ（λ）との各波長での差を２乗した値を、上記分光エリプソデータの測定波長範囲において合計した値Ｓ２を求め、上記Ｓ１と上記Ｓ２との和Ｓ３を求める工程と、
上記和Ｓ３が最小となる、有機汚染物の膜厚ｔｃと化合物半導体酸化物の膜厚ｔｏとを求める工程とからなるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
先ず、封切したＧａＡｓウェハを洗浄液にて洗浄する。洗浄液としてＨＦ／Ｈ２Ｏが１／３０のものを用い、この液にＧａＡｓウェハを２分間浸漬し、純水にて５分間洗浄後、スピンドライヤで乾燥する。
この洗浄後のＧａＡｓウェハの表面は、自然酸化膜および各種の汚染が除かれた清浄な表面とみなすことができ、このＧａＡｓウェハ表面をエリプソメトリにより測定し、分光エリプソデータを得る。
【０００７】
得られた分光エリプソデータは、ｐ偏光における反射のとびδｐとｓ偏光における反射のとびδｓとの積δｐ・δｓ＝Δと、ｐ偏光の振幅反射率ｒｐとｓ偏光の振幅反射率ｒｓとの比が次の正接関数ｒｐ／ｒｓ＝ｔａｎφで示される角度φである。
そして、清浄なＧａＡｓウェハの各波長におけるΔｓ（λ）とφｓ（λ）とは、清浄なＧａＡｓウェハの各波長における屈折率ｎｓ（λ）と消光係数ｋｓ（λ）とに依存するので、以下の（１）式と（２）式の関係がなりたつ。
Δｓ（λ）＝Ｆ１｛ｎｓ（λ）、ｋｓ（λ）｝      （１）
φｓ（λ）＝Ｆ２｛ｎｓ（λ）、ｋｓ（λ）｝      （２）
上記（１）式と（２）式との関係から、以下の（３）式と（４）式の関係が得られる。
ｎｓ（λ）＝Ｆ３｛Δｓ（λ）、φｓ（λ）｝      （３）
ｋｓ（λ）＝Ｆ４｛Δｓ（λ）、φｓ（λ）｝      （４）
そこで、上記清浄なＧａＡｓウェハ表面の測定から得られた分光エリプソデータのΔｓ（λ）とφｓ（λ）とを上記（３）式と（４）式に代入して、清浄なＧａＡｓウェハ表面のｎｓ（λ）とｋｓ（λ）とを求める。
【０００８】
次に、酸素アッシングにより、表面に酸化膜を有するＧａＡｓウェハを調製する。酸素アッシングは、プラズマアッシング装置を用い、５００ｗの出力で９０秒間の条件で行い、酸化膜の膜厚が約５ｎｍのものを調製する。
酸化膜の厚さｔｏｓは表面に酸化膜を有するＧａＡｓウェハの断面を電子顕微鏡で観察することから求める。
また、表面に酸化膜を有するＧａＡｓウェハ表面をエリプソメトリにより測定し、ＧａＡｓ酸化膜の分光エリプソデータである、各波長におけるΔｏ（λ）とφｏ（λ）とを得る。
【０００９】
そして、得られた分光エリプソデータである、各波長におけるΔｏ（λ）とφｏ（λ）とは、ｎｓ（λ）とｋｓ（λ）と、ＧａＡｓ酸化膜の各波長における屈折率ｎｏ（λ）と消光係数ｋｏ（λ）と、ＧａＡｓ酸化膜の膜厚ｔｏとに依存するので、以下の（５）式と（６）式との関係がなりたつ。
Δｏ（λ）＝Ｆ５｛ｎｓ（λ）、ｋｓ（λ）、ｎｏ（λ）、ｋｏ（λ）、ｔｏ｝  （５）
φｏ（λ）＝Ｆ６｛ｎｓ（λ）、ｋｓ（λ）、ｎｏ（λ）、ｋｏ（λ）、ｔｏ｝  （６）
上記（５）式と（６）式との関係から、以下の（７）式と（８）式の関係が得られる。
ｎｏ（λ）＝Ｆ７｛ｎｓ（λ）、ｋｓ（λ）、Δｏ（λ）、φｏ（λ）、ｔｏ｝  （７）
ｋｏ（λ）＝Ｆ８｛ｎｓ（λ）、ｋｓ（λ）、Δｏ（λ）、φｏ（λ）、ｔｏ｝  （８）
そこで、（３）式から得られたｎｓ（λ）と、（４）式から得られたｋｓ（λ）と、上記ｔｏｓと、表面に酸化膜を有するＧａＡｓウェハから得られた分光エリプソデータのΔｏ（λ）とφｏ（λ）とを上記（７）式と（８）式とに代入して、ＧａＡｓ酸化膜のｎｏ（λ）とｋｏ（λ）とを求める。
【００１０】
次に、洗浄後のＧａＡｓウェハをクリーンルーム環境に所定時間放置し、ＧａＡｓウェハ表面に有機汚染物が付着した後のＧａＡｓウェハ表面をエリプソメトリにより測定し、分光エリプソデータを得る。
そして、得られた分光エリプソデータである、表面に有機汚染物が付着したＧａＡｓウェハの各波長におけるΔｃ（λ）とφｃ（λ）とは、ｎｓ（λ）とｋｓ（λ）と、有機汚染物膜の各波長における屈折率ｎｃ（λ）と消光係数ｋｃ（λ）と、有機汚染物膜の膜厚ｔｃとに依存する。また、ＧａＡｓウェハをクリーンルーム環境に所定時間放置した場合、ＧａＡｓウェハ表面には酸化膜が形成されるので、ＧａＡｓ酸化膜の各波長における屈折率ｎｏ（λ）と消光係数ｋｏ（λ）と、ＧａＡｓ酸化膜の膜厚ｔｏにも依存する。
【００１１】
すなわち、Δｃ（λ）は以下の（９）式の関係、φｃ（λ）は以下の（１０）式の関係が成り立つ。
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そこで、任意のｔｏとｔｃとを（９）式と（１０）式とに代入して得られたΔｃｃ（λ）とφｃｃ（λ）との曲線が、実測で得られたΔｃｍ（λ）とφｃｍ（λ）との曲線とに最も近似するｔｏとｔｃとを求めるカーブフィッティング法から有機汚染物の膜厚ｔｏｒと酸化膜の膜厚ｔｃｒとを求める。
【００１２】
次に、カーブフィッティング法により、有機汚染物の膜厚ｔｏｒと酸化膜の膜厚ｔｃｒとを求める方法について、説明する。
まず、各波長の実測で得られたΔｃｍ（λ）と計算から求めたΔｃｃ（λ）との差Ｄ１（λ）、および各波長の実測で得られたφｃｍ（λ）と計算から求めたφｃｃ（λ）との差Ｄ２（λ）を求める。
Ｄ１（λ）＝｛Δｃｍ（λ）−Δｃｃ（λ）｝      （１１）
Ｄ２（λ）＝｛φｃｍ（λ）−φｃｃ（λ）｝      （１２）
次に、Ｄ１（λ）を２乗し、この２乗したＤ１（λ）をエリプソメトリの測定波長範囲わたって合計し、合計値Ｓ１を求める。
Ｓ１＝Σ｛Ｄ１（λ）｝２                        （１３）
同様にして、Ｄ２（λ）を２乗し、この２乗したＤ２（λ）をエリプソメトリの測定波長範囲わたって合計し、合計値Ｓ２を求める。
Ｓ２＝Σ｛Ｄ２（λ）｝２                        （１４）
そして、Ｓ１とＳ２との和Ｓ３を求める。
Ｓ３＝Ｓ１＋Ｓ２                          （１５）
そして、Ｓ３が最小となるｔｏとｔｃとを求め、有機汚染物の膜厚ｔｏｒと酸化膜の膜厚ｔｃｒとする。
【００１３】
この時、ｎｓ（λ）は（３）式から、ｋｓ（λ）は（４）式から、ｎｏ（λ）は（７）式から、ｋｏ（λ）は（８）式から、各々求めた値を用いる。また、ｎｃ（λ）とｋｃ（λ）には、厚さ１ｍｍのポリエチレンについて得られている既知の値を用いる。そして、エリプソメトリの測定波長範囲は４００〜８５０ｎｍであり、ｔｏとｔｃとは０〜１０ｎｍの厚さ範囲を０．００１ｎｍ刻みに変化させて、Ｓ３が最小となるｔｏとｔｃとを求め、これを有機汚染物の膜厚ｔｏｒと酸化膜の膜厚ｔｃｒとした。そして、上記計算はコンピュータにより行った。
【００１４】
【実施例】
実施例１．
ＧａＡｓウェハをＨＦ／Ｈ２Ｏが１／３０の洗浄液に２分間浸漬し、純水にて５分間洗浄後、スピンドライヤで乾燥する洗浄処理する。このＧａＡｓウェハの複数枚をクリーンルーム中に２５０時間放置し、所定時間ごとに取り出し、分光エリプソデータを求めるとともに、ウエハ加熱ＧＣＭＳ法（Ｇａｓ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａ−ｐｈｙ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ガスクロマトグラフ質量分析法）により有機汚染物の膜厚を、ＸＰＳ法（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：Ｘ線光電子分光法）により酸化膜の膜厚を求める。
また、前もって得た、清浄なＧａＡｓウェハと、ＧａＡｓ酸化膜と、ポリエチレンとの光学データを用いて、分光エリプソデータから、本発明の方法により、有機汚染物の膜厚と酸化膜の膜厚とを求める。
【００１５】
本発明の方法で求めた有機汚染物の膜厚の経時変化データとＧＣＭＳ法で測定した有機汚染物の膜厚の経時変化データとを、各々図１に示し、本発明の方法で求めた酸化膜の膜厚の経時変化データとＸＰＳ法で測定した酸化膜の膜厚の経時変化データとを、各々図２に示した。
本発明の方法から求めた有機汚染物の膜厚および酸化膜の膜厚とも、直接の分析法で測定した値と良好な一致が得られ、ＧａＡｓのような化合物半導体ウェハのクリーンルームでの有機物汚染を、非破壊で精度良く測定できるモニタリング方法であることが確認された。
【００１６】
【発明の効果】
この発明に係わる化合物半導体ウェハ表面の有機汚染モニタリング方法は、清浄な化合物半導体ウェハ表面と酸化処理した化合物半導体ウェハ表面との分光エリプソデータを測定する工程と、
上記清浄な化合物半導体ウェハ表面の分光エリプソデータから、清浄な化合物半導体ウェハの屈折率ｎｓ（λ）と消光係数ｋｓ（λ）とを求める工程と
上記酸化処理した化合物半導体ウェハ表面の分光エリプソデータから、化合物半導体酸化物の屈折率ｎｏ（λ）と消光係数ｋｏ（λ）とを求める工程と
上記工程で得られた、上記清浄な化合物半導体ウェハの屈折率ｎｓ（λ）と消光係数ｋｓ（λ）と、上記化合物半導体酸化物の屈折率ｎｏ（λ）と消光係数ｋｏ（λ）と、ポリエチレンの屈折率ｎｃ（λ）と消光係数ｋｃ（λ）と、有機汚染物の任意の膜厚ｔｃと、化合物半導体酸化物の任意の膜厚ｔｏとの値を用い、計算から求められる分光エリプソデータのΔｃｃ（λ）とφｃｃ（λ）との各波長λでの値を求める工程と、
有機汚染された化合物半導体ウェハを測定して得られた分光エリプソデータのΔｃｍ（λ）とφｃｍ（λ）との各波長λでの値を求める工程と、
上記Δｃｍ（λ）と前記Δｃｃ（λ）との各波長での差を２乗した値を、上記分光エリプソデータの測定波長範囲において合計した値Ｓ１を求め、上記φｃｍ（λ）と上記φｃｃ（λ）との各波長での差を２乗した値を、上記分光エリプソデータの測定波長範囲において合計した値Ｓ２を求め、上記Ｓ１と上記Ｓ２との和Ｓ３を求める工程と、
上記和Ｓ３が最小となる、有機汚染物の膜厚ｔｃと化合物半導体酸化物の膜厚ｔｏとを求める工程とからなるものであり、ＧａＡｓのような化合物半導体ウェハのクリーンルームでの有機物汚染を、非破壊で精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法で求めた有機汚染物の膜厚の経時変化データとＧＣＭＳ法で測定した有機汚染物の膜厚の経時変化データとを示す図である。
【図２】本発明の方法で求めた酸化膜の膜厚の経時変化データとＸＰＳ法で測定した酸化膜の膜厚の経時変化データとを示す図である。
【図１】
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【図２】
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