(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に被評価水を接触させた後、該基板の表面の分析によって被評価水中の不純物を検出または測定する水質の評価方法で使用する半導体基板の保持容器であって、内部に半導体基板を収容、保持する保持手段と、被評価水の給水口と、被評価水を排出する排水口と、半導体基板の表面を清浄化するための洗浄液の供給手段と、内部に収容した半導体基板を高速回転させる回転駆動手段を備えていることを特徴とする半導体基板の保持容器。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体基板の保持容器において、容器外壁に超音波発信手段を設けたことを特徴とする半導体基板の保持容器。
【請求項３】
請求項１、請求項２のどれか１項に記載の半導体基板の保持容器において、被評価水を半導体基板の中央に供給し、その外周に向かって表面を半径方向外向きに流す構造を有し、基板の表面と容器内面との距離が基板中心部から外周に向かって半径方向に移行するに従って短くなっていることを特徴とする半導体基板の保持容器。
【請求項４】
請求項１から３のどれか１項に記載の半導体保持容器を用いて、保持容器に洗浄液を供給し、内部に収容した半導体基板の表面を清浄または改質した後、被評価液と該基板を接触させ、その後、回転駆動手段により該基板を高速回転させて該基板上の水分を取り除いた後、該半導体基板の表面分析により被評価水中の不純物を検出または測定することを特徴とする水質の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬＳＩ製造工程などで、大量に使用される洗浄用の超純水（被評価水）中に存在する微量不純物のうち、半導体基板（ウエハとも称す。）の表面に付着し、ウエハの特性に悪影響を及ぼす可能性がある物質のみを対象にしてその超純水の水質を評価する際に使用する半導体基板の保持容器と、この保持容器を使用した超純水の水質の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ製造工程においては、超純水が洗浄用に多量に使用されている。超純水は、洗浄工程の最後にウエハに接触する物質であるために、超純水に含まれる不純物の濃度がシリコン等の基板の表面の清浄度に影響する。このため、これまでのＬＳＩ集積度の増加と共に、その製造工程で使用される超純水の全ての不純物の濃度を低下させる努力がなされてきた。このために高感度の分析装置を使用して超純水中のあらゆる不純物を超微量まで分析できるような技術の開発が行われてきた。
しかし、超純水中の不純物の基板に対する悪影響を考えると、先ず悪影響を及ぼす物質が水中からウエハの表面に付着し、その後、微粒子性の不純物であればリソグラフ工程において露光時の陰影によってパターン形成を妨害し、金属元素などの不純物であれば加熱などの処理を行った際に拡散や化学反応などを起こして悪影響を発現させると考えられる。すなわち超純水中の悪影響を及ぼす物質は全て水中からウエハ表面に付着する物質に含まれることになる。
従って、水中のあらゆる不純物を分析して水質を評価しなくても、清浄対象と同じ材質の基板を、使用する超純水に接触して対象とする不純物をその表面に付着させ、表面の不純物を分析する手法を用いて、基板に付着した不純物を分析すれば、超純水から表面に付着する性質のある、言い換えれば悪影響を及ぼす可能性のある不純物だけを検出して超純水の水質を評価することができる。この目的で、シリコンウエハの清浄に使用する超純水や薬液をウエハに接触させた後、ウエハの表面の付着物の分析を行い、接触によって増加した不純物の量をもって超純水や薬液中の不純物濃度を評価することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このための接触方法として、薬液をウエハに接触させるには、ウエハを洗浄する際に使用する容器に薬液を満たし、この薬液中にウエハを保持したウエハカセットを沈めたり、容器に超純水を連続的に供給しながらウエハを装着したウエハカセットを沈めて行う。しかしこの方法は、ウエハを収納したカセットを超純水や薬液に浸漬する前後においてウエハが環境空気に接触し、空気からの汚染を受けることになるため、ＬＳＩを製造する環境のような極めて清浄度の高い環境でしか操作できない。
また、不純物は、ウエハの表面のごく近傍の水中からウエハの表面に移行すると考えられ、ウエハの近傍を通過する水の量が多いほど、より低濃度の不純物が検出できると考えられる。ウエハを水に浸漬する方法では、ウエハの近傍を流れる水の流速は小さいから、ウエハと接触する水の量は少ない。これを増加させるために長い時間浸漬すると、使用する水量は極めて大きくなってしまい、実用上問題がある。
さらに、複数枚のウエハを収納したカセットを容器内の水に浸漬し、試験水を供給したときには、ウエハの表面近傍を流れる水の流速をどのウエハに付いても一定にすることは不可能であり、不純物の付着量も不均一になる。
何れの方法を用いるにしても、水と接触させるウエハは前もって洗浄する必要があるが、通常はクリーンルーム内で薬液を用いて洗浄し、洗浄したウエハを保持容器に装着するとき、ウエハは空気に接触してこのときに汚染を受ける。従って、ウエハの表面の不純物濃度が液中の不純物の濃度を反映しなくなり、不純物が極めて低い超純水を評価しようとするときに正しい評価を妨害することになる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板を内部に保持し、該基板の洗浄と、該基板と超純水（被評価水）との接触を、半導体基板を空気に接触させることなく行えるようにしたのであって、請求項１の半導体基板の保持容器は、半導体基板に被評価水を接触させた後、該基板の表面の分析によって被評価水中の不純物を検出または測定する水質の評価方法で使用する半導体基板の保持容器であって、内部に半導体基板を収容、保持する保持手段と、被評価水の給水口と、被評価水を排出する排水口と、半導体基板の表面を清浄化するための洗浄液の供給手段と、内部に収容した半導体基板を高速回転させる回転駆動手段を備えていることを特徴とする。請求項２の半導体基板の保持容器は、請求項１に記載の半導体基板の保持容器において、容器外壁に超音波発信手段を設けたことを特徴とする。請求項３の半導体基板の保持容器は、請求項１、請求項２のどれか１項に記載の半導体基板の保持容器において、被評価水を半導体基板の中央に供給し、その外周に向かって表面を半径方向外向きに流す構造を有し、基板の表面と容器内面との距離が基板中心部から外周に向かって半径方向に移行するに従って短くなっていることを特徴とする。請求項４の水質の評価方法は、請求項１から３のどれか１項に記載の半導体保持容器を用いて、保持容器に洗浄液を供給し、内部に収容した半導体基板の表面を清浄または改質した後、被評価液と該基板を接触させ、その後、回転駆動手段により該基板を高速回転させて該基板上の水分を取り除いた後、該半導体基板の表面分析により被評価水中の不純物を検出または測定することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は参考例のウエハの保持容器の一実施形態であって、上蓋１０と、上面に有する円形の窪み２１を上記上蓋によって塞がれる底盤２０とからなる。上蓋１０と底盤２０の外形は例えば円形で、上蓋の中心には給水口１１、底盤２０の中心には排水口２２が開設されている。底盤２０の上面の周縁部には円周方向に等間隔に位置決め突起２３が設けてあり、これに対応して上蓋の下面の周縁部には上記位置決め突起を受入れる凹部が設けてある。従って、底盤の上面上に上蓋を載せ、上蓋の凹部を前記位置決め突起２３に嵌めると、上蓋は正しく底盤の上に重なり、底盤の円形の窪み２１の上面を塞ぐ。
【０００６】
底盤の円形の窪み２１の内径は保持すべきウエハＷの直径よりも充分に大であり、その窪みの底の中心に前記排水口２２の上端が開口している。窪み２１の底面上にはウエハの保持手段として円周方向に等間隔に複数の、図では３つの放射状畝２４が隆設してある。この放射状畝２４の内端は排水口２２の回りに位置し、外端は窪み２１の内周面から内側に間隔を保って離れている。
【０００７】
そして、ウエハＷは表面を上に向けて上記複数の放射状畝２４の上に水平に保持する。そのため、各畝の外端部上にはウエハの周縁部を載せる段２６を有する階段形の支持台２５が設けてある。段２６の段差はウエハの厚さ（約０．６ｍｍ）に対応している。又、必要に応じ、各畝２４の中間部上にウエハの半径方向の途中の下面を支持する支持部２７を突設する。
【０００８】
上蓋１０の下面には、給水口１１の下端に連なった富士山形の通水用凹部１２が設けてある。この通水用凹部１２の内径は、底盤の円形の窪み２１の内径に等しい。通水用凹部１２を富士山形と称したのは、断面形状において、凹部１２の下面が半径方向外向きに、前記階段形の支持台２５に水平に支持されたウエハＷの表面に次第に近付くようにしたからである。
【０００９】
例えば、ウエハの半径が７５ｍｍの場合、水平に支持されたウエハの上面からの通水用凹部１２の距離は、ウエハの中心から半径方向外向きに５ｍｍの位置で１５ｍｍ、同じく１０ｍｍの位置で７．５ｍｍ、同じく１５ｍｍの位置で５ｍｍ、２０ｍｍの位置で３．７５ｍｍ、３０ｍｍの位置で２．５ｍｍ、４０ｍｍの位置で１．８７５ｍｍ、６０ｍｍの位置で１．２５ｍｍ、外周の７５ｍｍの位置で１ｍｍである。これは、給水口１１から内部に供給された超純水などの液が、ウエハＷの表面上を半径方向外向きに均一な流量、流速で流れ、窪みの内周面と放射状畝の外端との間の間隔を含む窪みの底の周縁部２１′に達するようにしてある。これにより、
▲１▼繰り返し試験するときにも接触水量を制御でき、再現性の高い評価ができる。そして、供給された液が効率よくウエハに接触するため、短時間でも多量の液をウエハと接触させることができ、感度が高い。
▲２▼基板の表面を半径方向外向きに流れる水流の流速が均一のため、不純物のウエハ表面への付着も均一となり、表面分析による付着物の評価の信頼度が高い。
▲３▼又、液がウエハと接触する際に、ウエハからの不純物溶出が極めて少ないため、供給する液中からのウエハへの汚染量が感度良く検出できる。
との効果がある。
【００１０】
上記窪みの底の周縁部２１′に達した液は窪み２１の底と放射状の畝によって持ち上げられたウエハの裏面との間の隙間を通って中心の排水口２２に向かって流れ、排水口から外に流出する。
【００１１】
上蓋の給水口１１に下端を接続した超純水供給用の給水管１３の上下に開閉弁Ｖ1，Ｖ2を設け、この両開閉弁の間の上部に開閉弁Ｖ3を有する洗浄液の供給手段としての注入管１４、その下部に開閉弁Ｖ4を有する排出管１５を接続する。又、排水口２２に接続した排水管１６には開閉弁Ｖ5を設ける。
【００１２】
図２は本発明のウエハの保持容器の一実施形態であって、その構成の大部分は図１の保持容器と同じであるため、図１の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。図２の保持容器が図１と相違する点は、底盤の円形の窪み２１の底には窪み２１より直径が少し小さいターンテーブル２８が設けてあり、ターンテーブルの中心軸２８′はメカニカルシール２９により底盤の底の中心を気密に貫いて下に突出し、カップリングを介してモータＭの回転軸と連結している。そして、ウエハＷを水平に支持する複数（図では３条）の放射状畝２４は上記ターンテーブル２８の上面に設けてある。窪みの底の中心にはターンテーブルの軸が通っているため、排水管１６は窪みの底の周縁部に複数設けてある。
【００１３】
この実施形態でも上蓋の給水口１１に下端を接続した超純水用の給水管１３の上下に開閉弁Ｖ1，Ｖ2を設け、この両開閉弁の間の上部に開閉弁Ｖ3を有する洗浄液の注入管１４、その下部に開閉弁Ｖ4を有する排水管１５を接続する。尚、窪み２１の底の周縁部から垂下する複数の排水管１６には図１の実施形態とは異なり開閉弁を設けていない。
【００１４】
図１，図２のどちらの実施形態も、上蓋１０、底盤２０の材質としては、供試水中の金属成分やイオンを評価しようとする場合には、金属やイオンなどの不純物含有量が少なく、加工が比較的容易で耐久性のある合成樹脂又は石英を使用する。又、容器の表面に付着している不純物を除去するために、容器使用前に加温超純水による洗浄や、超音波を使った洗浄を行う一方、供試水中の有機性不純物を評価しようとするときには、上蓋や底盤を有機物の溶出がないステンレスやアルミニウムなどの金属又は石英で作るか、又は上蓋や底盤の接液部に上記金属や石英を使用する。
【００１５】
図１の実施形態では底盤の窪み２１の底に設けた放射状畝２４の上にシリコンウエハＷを載せ、図２の実施形態では底盤の窪み２１の底の上に位置するターンテーブル２８の上面上に設けた放射状畝２４の上にシリコンウエハＷを載せ、夫々底盤の上に上蓋１０を重ねて底盤の窪み２１を密閉し、ウエハを保持容器内に装着する。
【００１６】
次いで弁Ｖ1，Ｖ4を閉、弁Ｖ3，Ｖ2を開にし、注入管１４からアンモニア過酸化水素混合液や、塩酸過酸化水素混合液、硫酸過酸化水素混合液などの洗浄液を保持容器の内部に供給することでシリコンウエハを清浄化する。尚、ウエハを洗浄化した洗浄液は排水管１６から排出される。
【００１７】
図１，図２のどちらの実施形態においても底盤２０の下面に超音波振動子３０を取付け、洗浄液の供給中に超音波発振器３１で超音波振動子３０を作動し、洗浄液とウエハとに超音波を与えると洗浄効果を高めることができると共に、洗浄時間を短縮することができる。
【００１８】
ウエハの洗浄化が終わったら弁Ｖ3，Ｖ4を閉、弁Ｖ1，Ｖ2を開にし、超純水を保持容器の内部に供給して保持容器の内部及びウエハに付着している洗浄液を排水管１６から洗い流す。このときも超音波振動子３０を作動することにより洗い流す時間を短縮できる。洗い流し終わっても、継続して超純水を保持容器の内部に供給すれば、空気に接触させることなくウエハに超純水を接触させることができる。従って、周囲の空気が清浄でない所、例えばクリーンルーム以外の場所でもウエハの清浄化と、ウエハと超純水との接触を行うことができる。
【００１９】
また、通水した状態で供給する水に例えばフッ酸を少量注入してウエハ表面の酸化膜を溶解して表面の汚染物を除去し、金属シリコンを露出させ、その状態で次にフッ酸注入をやめて評価したい水（超純水）だけをウエハに接触させることも可能である。このことによって、汚染物が付着しやすいシリコン表面を直接、供試水に接触させることができ、ウエハに付着しやすい不純物を高感度で検出しようとする本来の目的を達することができる。
【００２０】
注入する洗浄液は上記のような洗浄用の薬液やフッ酸だけでなく、表面の清浄化につながるものであるなら、どのようなものでも良い。また、超純水に少量の水素あるいはオゾンを溶解させたいわゆる機能水や、超純水の電気分解法で得られる電解イオン水という洗浄に効果のある洗浄水でも良い。
【００２１】
直径６インチのｎ型シリコンウエハを６枚用意し、このうちの４枚を石英製の槽を用いて、通常のＲＣＡ洗浄を行い、ウエハの表面を清浄化した。この内の２枚は洗浄後、乾燥して表面の金属元素（Ｆｅ）の濃度を全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定した。その結果洗浄後のウエハ表面のＦｅ濃度は２×１０9ａｔｏｍ／ｃｍ2以下であった。洗浄した残りの２枚について、洗浄後ピンセットを用いて図１に示す構造のポリプロピレン製のウエハ保持容器にシリコンウエハを装着し、超純水を１立／分の流速で１時間、即ち６０立を通水した。その後、ウエハを汚染させないように容器から取出して乾燥させ、表面の金属元素（鉄）の濃度を全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定し、平均値を求めた。その結果、ウエハ表面には５×１０9ａｔｏｍ／ｃｍ2の鉄が検出された。即ち、６０立の水から平均で５×１０9ａｔｏｍ／ｃｍ2だけの汚染を起こさせる水であると評価できる。
【００２２】
実施例１
用意した６枚の内の未洗浄の２枚については、図２に示す薬液注入口を取付けたウエハ保持容器に装着し、薬液注入口からアンモニア過酸化水素混合液、塩酸過酸化水素混合液を、ＲＣＡ洗浄時と同様の順序で通液する。この時、超音波照射を併用すると洗浄時間を１／２以下に短縮できる。洗浄後、１立／分の流速で１時間連続的に供給してウエハに超純水を接触させた。その後１０００から１５００ｒｐｍで３０秒間ウエハを回転させ、ウエハの表面上の水分を取り除いた後、直ちにウエハ表面の金属元素濃度を全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定した。その結果、この処理を行ったウエハ表面には平均値で４×１０9ａｔｏｍ／ｃｍ2の鉄が検出された。即ち、ウエハに超純水を接触させる際に空気中に開放することなく、洗浄後直ちに超純水を通水し、通水後も本容器内で速やかに水分を乾燥し、金属元素濃度の測定を行うことによって、一旦空気中でウエハを出し入れする方法に比べて、操作時の汚染を受けずに水からの付着不純物だけを評価することができている。この結果から、本発明によるウエハ保持容器を使用して超純水をウエハに接触することによって、より正確に超純水からの汚染を評価できることがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のウエハ保持容器を使用することによって、クリーンルーム外にある超純水製造装置内の純水製造工程中の水質を、ウエハと接触させて分析する方法を用いて評価すると共に、外気からの汚染を低下させて、より正確な水の評価ができる。このことによって超純水の水質の向上やコストの低減など超純水製造技術の向上に役立てることができる。又、容器内にウエハを保持するターンテーブルを設けて外部からモータで高速回転できるようにしておくと、超純水や洗浄液を供給する際にターンテーブルでウエハを回転させて接触の均一化を図ると共に、接触終了時には超純水供給を停止してウエハを高速回転させ、ウエハの表面の水を振り切り、迅速に乾燥させることができる。更に、底盤の下面に超音波振動子を取付け、洗浄液を供給して洗浄するときや、洗浄液を洗い流すときに、超音波発振器で超音波振動子を作動して洗浄液とウエハに超音波を与え、洗浄効果の向上、洗浄時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）は参考例のウエハの保持容器の一実施形態の断面図、（Ｂ）は同上の底盤の斜視図。
【図２】  （Ａ）は本発明のウエハの保持容器の一実施形態の断面図、（Ｂ）は同上の底盤の斜視図。
【符号の説明】
１０  保持容器の上蓋
１１  上蓋の給水口
１２  上蓋の通水用凹部
１３  給水管
１４  洗浄液の注入管（洗浄液の供給手段）
２０  保持容器の底盤
２１  底盤の円形の窪み
２２  底盤の排水口
２４  底盤の放射状畝（ウエハの保持手段）
２５  放射状畝の階段形支持部
２８  ターンテーブル
３０  超音波振動子
３１  超音波発振器
Ｗ  半導体基板（ウエハ）
【図１】
0004487364.tif 000002
【図２】
0004487364.tif 000003