(57)【要約】 【課題】効率よく金属を表面に析出させる金属析出装置を提供する。【解決手段】金属析出装置１００は、シリコンウェハ９００中に含まれる不純物金属を表面に析出させる。金属析出装置１００は、シリコンウェハ９００に向けてＸ線を発射するＸ線発射部３００を備える。Ｘ線の波長は、不純物金属のＫ吸収端の波長以下であってＫ吸収端に近い波長である。例えば、不純物金属がＮｉであるとき、特性Ｘ線を発射するターゲット３３１をＺｎとする。また、例えば、不純物金属がＣｕであるとき、特性Ｘ線を発射するターゲット３３１をＺｎとする。【選択図】図２
2007147569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルク中に含まれる目的金属を表面または表面近傍に析出させる金属析出装置であって、
前記バルクに向けてＸ線を発射するＸ線発射部を備え、
前記Ｘ線発射部は、前記目的金属のＫ吸収端の波長以下の波長を含むＸ線を発射する
ことを特徴とする金属析出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の金属析出装置において、
前記Ｘ線発射部は、
電子を発射する電子発射部と、
前記電子発射部からの電子の衝突によって特性Ｘ線を放出するターゲットと、を備え、
前記ターゲットとして、前記目的金属のＫ吸収端の波長以下の特性Ｘ線を放出する物質を選択する
ことを特徴とする金属析出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の金属析出装置において、
前記バルクを加熱する加熱手段を備える
ことを特徴とする金属析出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属析出装置と、
前記バルクの表面または表面近傍における目的金属を検出する検出手段と、を備えた
ことを特徴とした金属分析装置。
【請求項５】
バルク中に含まれる目的金属を表面または表面近傍に析出させる金属析出方法であって、
前記バルクに向けてＸ線を発射するＸ線発射工程を備え、
前記Ｘ線発射工程は、前記目的金属のＫ吸収端の波長以下の波長を含むＸ線を発射する
ことを特徴とする金属析出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の金属析出方法において、
前記Ｘ線発射工程は、
特性Ｘ線を放射するターゲットを選択するターゲット選択工程と、
前記ターゲットに向けて電子を発射してターゲットに電子を衝突させる電子発射工程と、を備え、
前記ターゲット選択工程において、前記ターゲットとして、前記目的金属のＫ吸収端の波長以下の特性Ｘ線を放出する物質を選択する
ことを特徴とする金属析出方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の金属析出方法において、
前記バルクを加熱する加熱工程を備える
ことを特徴とする金属析出方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の金属析出方法と、
前記バルクの表面または表面近傍における目的金属を検出する検出工程と、を備える
ことを特徴とする金属分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属析出装置、金属析出方法、金属分析装置、金属分析方法に関する。例えば、シリコンウェハ中に含有されるＣｕなどの不純物金属を表面に析出させる金属析出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェハ中に銅やニッケルといった不純物が含まれていると、半導体装置の動作を阻害するので、製造過程などで混入するシリコンウェハ中の不純物（銅やニッケル）を検出する方法がいくつか開示されている。
化学分析や二次イオン分析の他、特許文献１においては、全反射蛍光Ｘ線分析装置（ＴＸＲＦ）を用いてシリコンウェハ表面にＸ線を照射することにより、シリコンウェハ中の不純物（銅）を表面または表面近傍に凝集させることが開示されている。そして、全反射蛍光Ｘ線分析装置（ＴＸＲＦ）を用いてシリコンウェハ表面を分析することによりシリコンウェハ表面または表面近傍に凝集した不純物（銅）を検出する。
このようにシリコンウェハ表面にＸ線を照射して不純物を表面に凝集させることにより、当初はＴＸＲＦの検出可能深さよりも深い位置に存在していた不純物も検出可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０１７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１においては、シリコンウェハにＸ線を照射することでシリコンウェハ表面に銅を析出させることができるという知見は開示されている。
しかしながら、Ｘ線の照射時間が５時間を超えて初めて全反射蛍光Ｘ線分析装置で検出可能な程度に銅を表面に析出させることができるとされている（特許文献１の段落（００２６）および図１ｂ）。
一枚のシリコンウェハを分析するのに５時間もかかるのでは分析効率が極めて悪く、実際に商業レベルで実施することは到底不可能であるという問題がある。
また、Ｘ線を連続して５時間以上も照射するとあっては分析コストが高すぎて、到底実施できない。
【０００５】
本発明の目的は、効率よく金属を表面に析出させる金属析出装置および金属析出方法を提供し、あわせて、金属分析装置および金属分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の金属析出装置は、バルク中に含まれる目的金属を表面または表面近傍に析出させる金属析出装置であって、前記バルクに向けてＸ線を発射するＸ線発射部を備え、前記Ｘ線発射部は、前記目的金属のＫ吸収端の波長以下の波長を含むＸ線を発射することを特徴とする。
【０００７】
このような構成において、Ｘ線発射部からＸ線をバルクに照射する。このとき、Ｘ線の波長は、目的金属のＫ吸収端の波長以下のＸ線が目的金属に吸収される。すると、目的金属がＸ線によってイオン化され、バルク中を移動しやすくなる。目的金属がバルク中を移動する途中で、表面に達したとき、エネルギー的に安定になり表面にそのままとどまる。その結果、目的金属が表面または表面近傍に凝集して析出する。
【０００８】
このような構成によれば、目的金属のＫ吸収端波長以下のＸ線が目的金属をイオン化させて活性化を促進できる。その結果、目的金属を短い時間で効率よく表面に析出させることができる。
【０００９】
なお、Ｘ線の波長は、目的金属のＫ吸収端の波長以下とし、その下限値は、Ｋ吸収端の波長×０．５０とすることが好ましい。この下限値よりも短い波長のＸ線では目的金属のイオン化が効率よく行われないので実用的ではないからである。
【００１０】
本発明では、前記Ｘ線発射部は、電子を発射する電子発射部と、前記電子発射部からの電子の衝突によって特性Ｘ線を放出するターゲットと、を備え、前記ターゲットとして、前記目的金属のＫ吸収端の波長以下の特性Ｘ線を放出する物質を選択することが好ましい。
【００１１】
このような構成において、まず、ターゲットを目的金属に応じて選択する。
すなわち、目的金属のＫ吸収端以下の波長の特性Ｘ線を放出するターゲットを選択すると、目的金属をイオン化させるのに十分なエネルギーを与えることができる。
【００１２】
本発明では、前記目的金属がＮｉであり、前記ターゲットがＺｎであることが好ましい。
【００１３】
本発明では、前記目的金属がＮｉであり、前記ターゲットがＣｕであることが好ましい。
【００１４】
本発明では、前記目的金属がＣｕであり、前記ターゲットがＺｎであることが好ましい。
【００１５】
本発明では、前記目的金属がＣｕであり、前記ターゲットがＷであることが好ましい。
【００１６】
上記に示した目的金属とターゲット金属の組合せとすることにより、ターゲットから得られる特性Ｘ線が目的金属のＫ吸収端の波長以下となり、目的金属が効率よくイオン化される。その結果、目的金属を効率よく表面または表面近傍に析出させることができる。
【００１７】
本発明では、前記バルクを加熱する加熱手段を備えることが好ましい。
【００１８】
このような構成において、バルクを加熱手段で加熱するので、バルク中の目的金属の移動度がより高くなり、目的金属を表面に効率よく析出させることができる。
【００１９】
ここで、加熱手段によってバルクの温度を例えば、２５℃〜６００℃とすることが例示される。
【００２０】
本発明の金属分析装置は、前記金属析出装置と、前記バルクの表面または表面近傍における目的金属を検出する検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
このような構成において、上記金属析出装置にて目的金属を表面または表面近傍に析出させる。続いて、表面または表面近傍に析出させた目的金属を検出手段によって検出する。検出手段としては、例えば、ＴＸＲＦ（全反射蛍光Ｘ線分析装置）、ＩＣＰ−ＭＳ（ＩＣＰ質量分析）などが例として挙げられる。
このような構成によれば、金属析出装置によって目的金属を表面に析出させているので、当初は検出手段の検出可能深さよりも深い位置に存在していた不純物も検出可能となる。
【００２２】
本発明の金属析出方法は、バルク中に含まれる目的金属を表面または表面近傍に析出させる金属析出方法であって、前記バルクに向けてＸ線を発射するＸ線発射工程を備え、前記Ｘ線発射工程は、前記目的金属のＫ吸収端の波長以下の波長を含むＸ線を発射することを特徴とする。
【００２３】
このような構成によれば、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。
すなわち、目的金属のＫ吸収端波長以下のＸ線が目的金属をイオン化させて活性化を促進できる。その結果、目的金属を短い時間で効率よく表面に析出させることができる。
【００２４】
本発明では、前記Ｘ線発射工程は、特性Ｘ線を放射するターゲットを選択するターゲット選択工程と、前記ターゲットに向けて電子を発射してターゲットに電子を衝突させる電子発射工程と、を備え、前記ターゲット選択工程において、前記ターゲットとして、前記目的金属のＫ吸収端の波長以下の特性Ｘ線を放出する物質を選択することが好ましい。
【００２５】
このような構成によれば、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、ターゲットが目的金属に応じて選択されるので、目的金属をイオン化させるのに効率のよい特性Ｘ線を利用することができる。
【００２６】
本発明の金属析出方法は、前記バルクを加熱する加熱工程を備えることが好ましい。
【００２７】
このような構成によれば、バルクを加熱工程にて加熱するので、バルク中の目的金属の移動度がより高くなり、目的金属を表面に効率よく析出させることができる。
【００２８】
本発明の金属分析方法は、前記金属析出方法と、前記バルクの表面または表面近傍における目的金属を検出する検出工程と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
このような構成によれば、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。
すなわち、金属析出装置によって目的金属を表面に析出させているので、当初は検出手段の検出可能深さよりも深い位置に存在していた不純物も検出可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の金属析出装置１００に係る第１実施形態について説明する。
図１は、金属析出装置１００の全体図である。
図２は、金属析出装置１００のＸ線発射部３００における内部構造を示す図である。
【００３１】
以下の説明においては、シリコンウェハ９００の内部（バルク）に含有される不純物金属（目的金属）をシリコンウェハ９００の表面または表面近傍に析出させる場合を例にして説明する。
【００３２】
金属析出装置１００は、加熱部（加熱手段）２００と、Ｘ線発射部３００と、制御部４００と、を備えている。
加熱部２００は、例えばホットプレートであり、不純物金属を含有したシリコンウェハ９００がこの加熱部２００のプレート２１０に載置される。加熱部２００の温度制御については予め制御部４００に設定入力されており、この制御部４００により加熱部２００の加熱動作が制御される。
【００３３】
Ｘ線発射部３００は、加熱部２００のプレート２１０の直上に配設され、プレート２１０に載置されたシリコンウェハ９００の全面に向けて直上からＸ線を発射する。
Ｘ線発射部３００は、内部に収納空間を有するハウジング３１０と、電子を放射するフィラメント３２１を有する陰極（電子発射部）３２０と、フィラメント３２１に対向する位置にターゲット３３１を支持する陽極３３０と、を備える。
【００３４】
ハウジング３１０は、Ｘ線を透過させるための窓部３１１を下面側に有し、この窓部３１１はシリコンウェハ９００の中心を通る法線Ｌ上に位置している。
【００３５】
陰極３２０と陽極３３０との間には数１０ｋＶの高電圧がかけられている。
このような陰極３２０と陽極３３０とに印加される電圧の制御については制御部４００により実行される。
陽極３３０のターゲット３３１は、不純物金属に応じて適切に選択されるものであるが、この点については、後述する。
陰極３２０のフィラメント３２１から飛び出した電子は、陽極３３０側のターゲット３３１に衝突する。電子がターゲット３３１に衝突することによって発射される特性Ｘ線は窓部３１１を通過してシリコンウェハ９００の全面に到達する。
【００３６】
このような構成を備える金属析出装置１００を用いて、シリコンウェハ９００中の不純物金属を表面または表面近傍に析出させる方法について説明する。
まず、シリコンウェハ９００を加熱部２００のプレート２１０に載置し、加熱部２００による加熱を開始する（加熱工程）。加熱部２００にてシリコンウェハ９００を加熱しながら、Ｘ線発射部３００からシリコンウェハ９００に向けてＸ線を発射する（Ｘ線発射工程）。すなわち、陰極３２０と陽極３３０との間に電圧を印加し、陰極３２０のフィラメント３２１からターゲット３３１に向けて電子を発射させる（電子発射工程）。この電子がターゲット３３１に衝突すると、ターゲット３３１から特性Ｘ線が放出される。放出された特性Ｘ線は、窓部３１１を通過してシリコンウェハ９００の全面に到達する。このようにシリコンウェハ９００を加熱しながら特性Ｘ線を照射する状態を所定時間継続する。すると、シリコンウェハ９００中の不純物金属がシリコンウェハ９００の表面または表面近傍に析出してくる。
【００３７】
ここで、加熱とＸ線照射とによって不純物金属がシリコンウェハ９００の表面または表面近傍に析出してくるメカニズムについて、正確なことは不明であるが、次のようであると推測される。特性Ｘ線をシリコンウェハ９００に照射すると、シリコンウェハ９００中の不純物金属の原子が内核電子を放出してイオン化すると考えられる。すると、シリコンウェハ９００のＳｉ結晶中においてイオン化した不純物金属の移動度（移動しやすさ、mobility）が高まると考えられる。そして、不純物金属は、シリコンウェハ９００の内部に存在するよりも、シリコンウェハ９００の表面に存在した方がエネルギー的に安定であり、イオン化された不純物金属がシリコンウェハ中を移動する途中でシリコンウェハ９００の表面に到達すると、不純物金属は再びシリコンウェハ９００の内部に戻ることなく、表面にとどまる。
その結果として、不純物金属がシリコンウェハ９００の表面に凝集する。
また、加熱部２００によりシリコンウェハ９００を加熱することによって不純物金属の移動度がより高まり、不純物金属がシリコンウェハ表面に達する確率が高くなって、析出時間が短くなる。
【００３８】
次に、不純物金属の種類に応じて適切な波長のＸ線を選択する必要があるので、Ｘ線の波長を決定するターゲット金属と不純物金属との関係について説明する。
図３は、ある元素について、照射Ｘ線の波長に対するＸ線吸収効率の関係を示す図である。
図３に示されるように、照射Ｘ線の波長がＫ吸収端波長をわずかでも超えると、Ｘ線吸収効率は指数関数的に急激に減少していく。すなわち、吸収効率の高いＸ線は、Ｋ吸収端波長そのもののＸ線か、Ｋ吸収端よりもわずかに短い波長のＸ線である。したがって、シリコンウェハにＸ線を照射し、不純物金属をシリコンウェハ表面または表面近傍に効率よく析出させるためには、対象とする元素をイオン化させるのに適切なＸ線を選択する必要がある。
【００３９】
ここで、シリコンウェハ９００の製造工程において汚染の機会が多く、濃度が高い不純物金属としては、Ｎｉ、Ｃｕが例として挙げられる。
表１は、これらＮｉ、ＣｕのＫ吸収端の波長を示す表である。
【００４０】
【表１】
2007147569.tif 000003
【００４１】
シリコンウェハ９００に特性Ｘ線を照射し、Ｎｉ、Ｃｕをシリコンウェハ表面または表面近傍に析出させるためには、それぞれの原子をイオン化させるのに適切な波長のＸ線をＸ線発射部３００から発射させる必要がある。
【００４２】
表２は、Ｘ線発射部３００のターゲット３３１の種類と、各ターゲット３３１から放出される特性Ｘ線の波長を示す表である。
【００４３】
【表２】
2007147569.tif 000004
【００４４】
つまり、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｗに電子を衝突させると、表２に示される波長の特性Ｘ線が得られることになる。
【００４５】
そこで、表１、表２に示されるデータに基づいて、不純物金属に応じた適切なターゲットの組合せについて検討する。
例えば、表１において、ＮｉのＫ吸収端の波長は、１．４８８０２Åである。不純物金属としてのＮｉをイオン化するためには、ＮｉのＫ吸収端の波長（１．４８８０２Å）か、それよりもわずかに短い波長のＸ線が望ましい。そこで、１．４８８０２Åを超えないでかつ最も近い数値を表２から探すと、ＺｎのＫα２、Ｋα１の特性Ｘ線が１．４３８９４Å、１．４３５１１Åで近い。すなわち、シリコンウェハに混入したＮｉを表面または表面近傍に析出させるためには、Ｘ線発射部３００のターゲット３３１をＺｎにするのが最も適切である。
また、次にＮｉのＫ吸収端波長（１．４８８０２Å）に近い数値を表２から探すと、ＣｕのＫβ１の特性Ｘ線が１．３９２１７Åで近い。そこで、Ｎｉを析出させる不純物金属とする場合、ターゲット３３１をＣｕにすることも好ましい選択である。
【００４６】
同様にして、析出させる不純物金属をＣｕとする場合には、ＣｕのＫ吸収端波長（１．３８０４３Å）を超えないでかつ最も近い波長であるＺｎのＫβ１の特性Ｘ線を使用することが最も効率的である。したがって、析出させる不純物金属をＣｕとする場合には、ターゲット３３１をＺｎとすることが望ましい。
また、次にＣｕのＫ吸収端波長（１．３８０４３Å）に近い数値を表２から探すと、ＷのＬβ１の特性Ｘ線が１．２８１７６Åで近い。そこで、Ｃｕを析出させる不純物金属とする場合、ターゲット３３１をＷとすることも望ましい選択である。
【００４７】
ここで、表３に、各特性Ｘ線に対するＮｉおよびＣｕの吸収係数をまとめる。
【００４８】
【表３】
2007147569.tif 000005
【００４９】
ここで、不純物金属であるＣｕやＮｉに応じてターゲット３３１をＺｎ、Ｃｕ、Ｗとすることにより、ターゲット選択工程が構成される。このように選択されたターゲット３３１は陽極３３０にセットされる。
【００５０】
このような構成を備える金属析出装置１００によれば、次の効果を奏することができる。
（１）シリコンウェハ９００に照射するＸ線の波長を不純物金属（例えば、Ｃｕ、Ｎｉ）のＫ吸収端波長以下であってＫ吸収端に近い波長とする。したがって、不純物金属を効率よくイオン化して、不純物金属を短い時間で効率よくシリコンウェハ９００の表面に析出させることができる。
【００５１】
（２）ターゲット３３１を不純物金属（Ｃｕ、Ｎｉ）に応じて選択するので、不純物金属をイオン化させるのに効率のよい特性Ｘ線を利用することができる。
【００５２】
（３）加熱部２００によってシリコンウェハ９００を加熱するので、シリコンウェハ９００中の不純物金属の移動度がより高くなり、不純物金属を表面に効率よく析出させることができる。
【００５３】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態においては、ターゲットを一つとして、不純物金属が一つである場合について説明したが、ターゲットを複数とし、異なる特性Ｘ線を同時にシリコンウェハに照射して異なる不純物金属を同時に表面に析出させてもよい。
【００５４】
上記実施形態においては、金属析出装置を例にして説明したが、この金属析出装置によってシリコンウェハの表面に析出した不純物金属を検出する検出手段をさらに付加して金属分析装置としてもよい。この場合、検出手段としては従来知られた分析装置を利用でき、例えば、ＴＸＲＦ（全反射蛍光Ｘ線分析装置）、ＩＣＰ−ＭＳ（ＩＣＰ質量分析装置）などが例として挙げられる。
【００５５】
また、ＣｕやＮｉに対しては特性Ｘ線をＧｅのＫα線やＭｏのＫα線としてもよい。
なお、Ｘ線の照射角度については特に限定されるものではないが、シリコンウェハに対して大きな入射角度でＸ線を照射することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、シリコンウェハ中に含有されるＣｕなどの不純物金属を表面に析出させる金属析出装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】金属析出装置の全体図。
【図２】金属析出装置のＸ線発射部における内部構造を示す図。
【図３】ある元素について、照射Ｘ線の波長に対するＸ線吸収効率の関係を示す図。
【符号の説明】
【００５８】
１００…金属析出装置、２００…加熱部、２１０…プレート、３００…Ｘ線発射部、３１０…ハウジング、３１１…窓部、３２０…陰極、３２１…フィラメント、３３０…陽極、３３１…ターゲット、４００…制御部、９００…シリコンウェハ。
【図１】
2007147569.tif 000006
【図２】
2007147569.tif 000007
【図３】
2007147569.tif 000008