(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板の外周面に存在する不純物を簡易的に分析する方法を提供する。【解決手段】測定対象となる半導体基板４を分割構造のステージ２で挟持し、半導体基板４の外周面とステージ２の外周面とで、半導体基板４の外周面を中心とする平坦部Ｆを形成する。半導体基板４の外周面とステージ２の外周面とで形成された平坦部ＦにＸ線を全反射条件で照射し、半導体基板４の外周面から発生した不純物の蛍光Ｘ線を検出する。蛍光Ｘ線の検出結果に基づいて半導体基板４の外周面の不純物による汚染状態を評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割構造を有するステージで半導体基板を挟持し、前記半導体基板の外周面と前記ステージの外周面とで前記半導体基板の外周面を中心とする平坦部を形成する工程と、
前記半導体基板の外周面と前記ステージの外周面とで形成された前記平坦部にＸ線を全反射条件で照射し、前記半導体基板の外周面から発生した不純物の蛍光Ｘ線を検出する工程と、
前記蛍光Ｘ線の検出結果に基づいて前記半導体基板の外周面の前記不純物による汚染状態を評価する工程と
を具備することを特徴とする半導体基板の不純物分析方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体基板の不純物分析方法において、
前記ステージとして前記半導体基板と同一径の回転式ステージを使用し、前記回転式ステージで挟持した前記半導体基板を回転させながら前記平坦部に前記Ｘ線を照射することを特徴とする半導体基板の不純物分析方法。
【請求項３】
半導体基板を挟持することが可能な分割構造を有するステージを備え、前記半導体基板の外周面と前記ステージの外周面とで前記半導体基板の外周面を中心とする平坦部を形成するステージ部と、
前記ステージに挟持された前記半導体基板の外周面と前記ステージの外周面とで形成された前記平坦部にＸ線を全反射条件で照射するＸ線照射部と、
前記Ｘ線の照射に基づいて前記半導体基板の外周面から発生した不純物の蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出部と
を具備することを特徴とする半導体基板の不純物分析装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体基板の不純物分析装置において、
前記ステージ部は前記ステージとして前記半導体基板と同一径の回転式ステージを備え、かつ前記Ｘ線照射部は前記回転式ステージに挟持された前記半導体基板を回転させながら前記平坦部に前記Ｘ線を照射することを特徴とする半導体基板の不純物分析装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の半導体基板の不純物分析装置において、
前記Ｘ線検出部はその感度分布の中心で前記半導体基板の外周面から発生した蛍光Ｘ線を検出するように配置されていることを特徴とする半導体基板の不純物分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体基板の外周面の不純物を分析する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板表面の不純物分析には、高感度で簡易な装置として全反射蛍光Ｘ線分析装置が用いられている。全反射蛍光Ｘ線分析装置は例えば半導体デバイスの製造ラインに組み込まれ、デバイス特性に悪影響を及ぼす半導体基板の不純物による汚染状態の分析や評価に使用されている。不純物による汚染に関しては、半導体基板の表面（デバイス形成面やその裏面）のみならず、搬送系等からの汚染が半導体基板のベベル部（面取り部）を含む外周面に局在していることから、外周面の不純物分析の必要性が高まっている。
【０００３】
このような点に対して、一般的な全反射蛍光Ｘ線分析装置では照射Ｘ線にシート状の広がりを持たせた光学系が用いられているため、半導体基板の平坦面は良好に分析できるものの、ベベル部（面取り部）を含む外周面の分析は困難とされている。半導体基板の外周面の分析方法としては、半導体基板の外周部を薬液と接触させて不純物を回収し、回収した不純物をＩＣＰ質量分析装置や原子吸光分析装置等で分析する方法（特許文献１参照）、半導体基板の外周部に接触させた薬液の液滴を、半導体基板の表面上を移動させた後、液滴中に回収した不純物を全反射蛍光Ｘ線分析装置で分析する方法（特許文献２参照）が知られている。不純物を回収する薬液にはフッ化水素酸溶液やその蒸気が用いられており、半導体基板の表面分析にも使用されている（特許文献３参照）。
【０００４】
フッ化水素酸溶液等の薬液中に不純物を回収して分析する方法は、不純物の回収に手間を要することから、半導体基板の分析コストを増大させる要因となっている。さらに、薬液中の不純物分析には、平坦面の分析に使用する全反射蛍光Ｘ線分析装置とは別に、ＩＣＰ質量分析装置や原子吸光分析装置等が必要となるために装置コストも増大する。半導体基板の外周部に存在する不純物を回収した液滴を、半導体基板の表面上を移動させた場合には、表面に存在する不純物も回収できるものの、外周部や表面に付着している不純物以外に、半導体基板の表面に形成されている酸化膜や窒化膜中の不純物も含んだ分析結果しか得ることができず、半導体基板の汚染状況を正確に評価することができない。
【特許文献１】特開平１１−２０４６０４号公報
【特許文献２】特開２００５−１０９２９２号公報
【特許文献３】再公表特許ＷＯ２００５／０７３６９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、半導体基板の外周面に存在する不純物を簡易的に分析することを可能にした半導体基板の不純物分析方法と不純物分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る半導体基板の不純物分析方法は、分割構造を有するステージで半導体基板を挟持し、前記半導体基板の外周面と前記ステージの外周面とで前記半導体基板の外周面を中心とする平坦部を形成する工程と、前記半導体基板の外周面と前記ステージの外周面とで形成された前記平坦部にＸ線を全反射条件で照射し、前記半導体基板の外周面から発生した不純物の蛍光Ｘ線を検出する工程と、前記蛍光Ｘ線の検出結果に基づいて前記半導体基板の外周面の前記不純物による汚染状態を評価する工程とを具備することを特徴としている。
【０００７】
本発明の別の態様に係る半導体基板の不純物分析装置は、半導体基板を挟持することが可能な分割構造を有するステージを備え、前記半導体基板の外周面と前記ステージの外周面とで前記半導体基板の外周面を中心とする平坦部を形成するステージ部と、前記ステージに挟持された前記半導体基板の外周面と前記ステージの外周面とで形成された前記平坦部にＸ線を全反射条件で照射するＸ線照射部と、前記Ｘ線の照射に基づいて前記半導体基板の外周面から発生した不純物の蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出部とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様に係る半導体基板の不純物分析方法および不純物分析装置によれば、半導体基板の外周面に存在する不純物を簡易的に分析することができる。従って、半導体基板の外周面の分析に要するコストや手間等を削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態による半導体基板の不純物分析装置の概略構成を示す斜視図である。図２および図３は図１に示す不純物分析装置を適用した第１の実施形態を示す図、図４および図５は図１に示す不純物分析装置を適用した第２の実施形態を示す図である。まず、図１ないし図３を参照して第１の実施形態について説明する。
【００１０】
図１ないし図３に示す半導体基板の不純物分析装置１は、分割構造のステージ２を有するステージ部３を具備している。ステージ２は測定対象となる円盤状の半導体基板（半導体ウェーハ）４を挟持することが可能なように２分割されており、具体的には第１のステージ２Ａと第２のステージ２Ｂとを有している。第１および第２のステージ２Ａ、２Ｂは、円盤状の半導体基板４を挟持した際に、半導体基板４の外周面（端面）とステージ２Ａ、２Ｂの外周面とで平坦部Ｆを形成し得るような形状を有している。平坦部Ｆはステージ２Ａ、２Ｂで挟持された半導体基板４の厚さ方向に形成される。
【００１１】
分割構造を有するステージ２は、具体的には円盤状の半導体基板４と同一径を有する第１のステージ２Ａと第２のステージ２Ｂとで構成されている。例えば、半導体基板４の直径が３００ｍｍの場合、第１および第２のステージ２Ａ、２Ｂには直径が３００ｍｍの樹脂製円板、例えばアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂からなる円板等が用いられる。各ステージ２Ａ、２Ｂを構成する樹脂製円板は、外周面の不純物量が少ないことが好ましい。各ステージ２Ａ、２Ｂの厚さは特に限定されるものではなく、照射したＸ線を全反射させる平坦部Ｆを形成することが可能な厚さであればよい。
【００１２】
第１および第２のステージ２Ａ、２Ｂは半導体基板４と同一径を有することに加えて、それらの外周部分が厚さ方向に対して光学的に平坦化されている。従って、第１および第２のステージ２Ａ、２Ｂで半導体基板４を挟持した際に、半導体基板４の外周面を中心とする平坦部Ｆを形成することができる。すなわち、半導体基板４の外周面とステージ２Ａ、２Ｂの外周面とによって、半導体基板４の外周面を中心とする平坦部Ｆが形成される。ここで、平坦部Ｆとは照射したＸ線に対して平坦で、かつ照射Ｘ線を全反射することが可能な部分であればよく、平面状であることを意味するものではない。
【００１３】
第１および第２のステージ２Ａ、２Ｂには、それらで挟持した半導体基板４の中心に相当する位置に回転軸５Ａ、５Ｂが設けられている。ステージ２は図示を省略した回転機構で回転軸５Ａ、５Ｂを回転駆動させることによって、第１および第２のステージ２Ａ、２Ｂで挟持した半導体基板４を回転させることが可能とされている。すなわち、ステージ２は半導体基板４を挟持することが可能な分割構造を有し、かつ挟持した半導体基板４を回転させることが可能な回転構造を有している。ステージ２は回転式ステージである。
【００１４】
半導体基板４は第１および第２のステージ２Ａ、２Ｂに挟持された状態で、図示を省略した測定チャンバ内に配置される。測定チャンバ内において、第１および第２のステージ２Ａ、２Ｂの回転軸５Ａ、５Ｂは図示を省略した回転機構と接続される。これによって、第１および第２のステージ２Ａ、２Ｂに挟持された半導体基板４を、その円周方向に回転させることが可能とされる。半導体基板４の分析は、ステージ２Ａ、２Ｂを回転させた状態、もしくは回転させずに静止させた状態のいずれでも実施可能である。
【００１５】
測定チャンバの外側には、Ｘ線発生源（Ｘ線管等）６や分光器（図示せず）等を有するＸ線照射部が配置されている。Ｘ線発生源６から出射されたＸ線（入射Ｘ線）７は分光器（図示せず）を通った後、ステージ２の回転方向と同方向（半導体基板４の円周方向）から測定チャンバ内に入射される。入射Ｘ線７は、半導体基板４の外周面（端面／ベベル部）が中心となるように、半導体基板４の外周面とステージ２Ａ、２Ｂの外周面とで形成された平坦部Ｆに照射される。入射Ｘ線７は平坦部Ｆに対して全反射条件で照射される。平坦部Ｆで全反射したＸ線（反射Ｘ線）８は測定チャンバの内壁に吸収される。
【００１６】
入射Ｘ線７は半導体基板４の外周面を含む平坦部Ｆに対して半導体基板４の円周方向から照射される。この際、入射Ｘ線７の平坦部Ｆに対する入射角度を制御することによって、入射Ｘ線７を全反射条件で反射させる。例えば、半導体基板４の外周面を中心とする平坦部Ｆを含む照射領域Ａに対する入射角度θを低入射角側で調整することによって、照射領域Ａで入射Ｘ線７を全反射させる。Ｘ線発生源６は平坦部Ｆに対する入射Ｘ線７の入射角度を調整する機構を有している。入射角度の調整はステージ２側で実施してもよい。
【００１７】
入射Ｘ線７の照射領域Ａの直上には、半導体基板４の外周面を含む平坦部ＦにＸ線７を全反射条件で照射した際に、半導体基板４の外周面から発生した不純物の蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器９が蛍光Ｘ線検出部として配置されている。平坦部Ｆを含む照射領域ＡにＸ線７を全反射条件で照射すると、平坦部Ｆの中央に位置する半導体基板４の外周面から蛍光Ｘ線が発生する。照射領域Ａから生じた蛍光Ｘ線は、半導体基板４の外周面に存在する不純物に起因する蛍光Ｘ線を含んでいる。従って、照射領域Ａから生じた蛍光Ｘ線をＸ線検出器９で検出することによって、その検出結果（蛍光Ｘ線スペクトル）から半導体基板４の外周面に存在する不純物元素の種類や量を評価することができる。
【００１８】
Ｘ線検出器９としては半導体検出器（ＳＳＤ）を用いることが好ましい。入射Ｘ線７の照射領域Ａは、半導体基板４の円周方向に対して照射方向に平行な奥行きと半導体基板４の厚さ方向に対して照射方向と直交する幅とを有している。従って、ステージ２の表面に存在する不純物の蛍光Ｘ線も発生する。このような点に対し、半導体検出器９の感度分布はその中心に直径数ｍｍ程度であるため、半導体検出器９の感度分布の中心で厚さが１ｍｍ程度の半導体基板４の外周面から発生した蛍光Ｘ線を検出するように半導体検出器９を配置する。これによって、半導体基板４からの蛍光Ｘ線の検出感度が向上する。すなわち、半導体基板４の外周面に存在する不純物の分析精度を高めることが可能となる。
【００１９】
次に、第１の実施形態による不純物分析装置１を用いた半導体基板４の分析工程について説明する。まず、測定対象となる円盤状の半導体基板（半導体ウェーハ）４を第１のステージ２Ａと第２のステージ２Ｂとで挟持し、この状態で測定チャンバ内にセットする。測定チャンバ内において、ステージ２Ａ、２Ｂに挟持された半導体基板４は回転可能とされる。次いで、入射Ｘ線７の入射角度を全反射条件に調整した後、半導体基板４を入射Ｘ線７の照射方向と同方向、もしくは照射方向に向う方向に回転させながら、半導体基板４の外周面を中心とする平坦部Ｆを含む照射領域Ａに入射Ｘ線７を照射する。
【００２０】
入射Ｘ線７の全反射条件による照射に基づいて照射領域Ａから生じた蛍光Ｘ線をＸ線検出器９で検出する。そして、Ｘ線検出器９による蛍光Ｘ線の検出結果に基づいて、半導体基板４の外周面に存在する不純物元素（重金属元素等）の種類や量を評価する。半導体基板４の外周面の汚染濃度（不純物元素量）の測定に必要な感度に対し、ステージ２から不純物のバックグラウンドや半導体基板４の外周面の形状（面取りされた端面（ベベル部）の形状）による散乱バックグラウンドは十分に低い。従って、半導体基板４の外周面とステージ２の外周面とで形成された平坦部Ｆを含む照射領域Ａからの蛍光Ｘ線を検出することによって、半導体基板４の外周面の汚染状態を評価することができる。
【００２１】
さらに、半導体基板４を連続的に回転させながら入射Ｘ線７を照射することによって、蛍光Ｘ線による不純物の検出結果は積算結果として求められる。従って、半導体基板４の外周面に存在する不純物の分析精度を高めることができる。半導体基板４の外周面の分析は半導体基板４を回転させず、外周面の特定部位に対して部分的に入射Ｘ線７を照射して実施することも可能である。半導体基板４を回転させずに入射Ｘ線７を照射することによって、半導体基板４の外周面における不純物分布等を評価することができる。
【００２２】
なお、半導体基板４の外周面の形状（ベベル形状）が極端な場合やデバイス製造工程で外周面に磨耗等が生じるおそれがある場合には、入射Ｘ線７の全反射条件が低下することも考えられる。このような点に対しては、予め汚染されていない半導体基板４を用いて全反射蛍光Ｘ線分析を実施し、ブランクとしての分析結果を求めておく。そして、実際のデバイス製造工程で搬送される半導体基板４の全反射蛍光Ｘ線分析を実施し、その分析結果をブランクと比較することで、半導体基板４の外周面の不純物による汚染状態を評価することができる。このように、半導体基板４の外周面における不純物分析は、不純物量の定量化による評価のみならず、比較評価として実施することも可能である。
【００２３】
次に、図１、図４および図５を参照して第２の実施形態について説明する。第２の実施形態による不純物分析装置１は、平端部Ｆに対する入射Ｘ線７の照射方向が異なること以外は第１の実施形態と同様な構成を有している。すなわち、第２の実施形態による不純物分析装置１において、Ｘ線発生源から出射された入射Ｘ線７は、半導体基板４の外周面を含む平坦部Ｆに対して半導体基板４の厚さ方向、言い換えるとステージ２の回転方向に垂直な方向から照射される。第２の実施形態においても、平坦部Ｆを含む照射領域Ａに対するＸ線７の入射角度を制御することによって、入射Ｘ線７を全反射条件で反射させる。
【００２４】
入射Ｘ線７を半導体基板４の厚さ方向に照射する場合、照射領域Ａは半導体基板４の厚さ方向に対して照射方向に平行な奥行きと半導体基板４の円周方向に対して照射方向と直交する幅とを有している。従って、ステージ２の表面に存在する不純物の蛍光Ｘ線も発生する。このような点に対し、前述したように半導体検出器９をその感度分布の中心で半導体基板４の外周面から発生した蛍光Ｘ線を検出するように配置することによって、半導体基板４からの蛍光Ｘ線の検出感度を向上させることができる。
【００２５】
第２の実施形態による不純物分析装置１を用いた半導体基板４の分析工程は、以下のようにして実施される。まず、測定対象となる円盤状の半導体基板（半導体ウェーハ）４を第１のステージ２Ａと第２のステージ２Ｂとで挟持し、この状態で測定チャンバ内にセットする。次いで、入射Ｘ線７の入射角度を全反射条件に調整した後、半導体基板４を入射Ｘ線７の照射方向と直交する方向に回転させながら、半導体基板４の外周面を中心とする平坦部Ｆを含む照射領域Ａに入射Ｘ線７を照射する。
【００２６】
入射Ｘ線７の全反射条件による照射に基づいて照射領域Ａから生じた蛍光Ｘ線をＸ線検出器９で検出する。そして、Ｘ線検出器９による蛍光Ｘ線の検出結果に基づいて、半導体基板４の外周面に存在する不純物元素（重金属元素等）の種類や量を評価する。第２の実施形態においても、半導体基板４の外周面の汚染濃度（不純物元素量）の測定に必要な感度に対し、ステージ２から不純物のバックグラウンドや半導体基板４の外周面の形状（面取りされた端面（ベベル部）の形状）による散乱バックグラウンドは十分に低い。従って、平坦部Ｆを含む照射領域Ａからの蛍光Ｘ線を検出することによって、半導体基板４の外周面の汚染状態を評価することができる。
【００２７】
さらに、半導体基板４を連続的に回転させながら入射Ｘ線７を照射することによって、蛍光Ｘ線による不純物の検出結果は積算結果として求められる。従って、半導体基板４の外周面に存在する不純物の分析精度を高めることができる。半導体基板４の外周面の分析は半導体基板４を回転させず、外周面の特定部位に対して部分的に入射Ｘ線７を照射して実施することも可能である。半導体基板４を回転させずに入射Ｘ線７を照射することによって、半導体基板４の外周面における不純物分布等を評価することができる。第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に半導体基板４の全反射蛍光Ｘ線分析結果をブランクと比較して、半導体基板４の外周面の汚染状態を評価することも可能である。
【００２８】
上述した実施形態による半導体基板４の外周面の不純物分析方法、およびそれに用いられる不純物分析装置１によれば、２分割構造のステージ２を用いて半導体基板４の外周面を中心とする平坦部Ｆを形成することによって、半導体基板４の外周面に全反射条件でＸ線７を照射することが可能となる。これによって、従来の全反射蛍光Ｘ線分析装置では困難であった半導体基板４の外周面からの蛍光Ｘ線を検出することができ、半導体基板４の外周面の不純物による汚染状態を比較的簡易に評価することが可能となる。これは半導体基板４の外周面の不純物分析に要する手間やコストの削減に繋がる。
【００２９】
この実施形態の半導体基板４の不純物分析装置１は、典型的に半導体デバイスの製造ラインに組み込んで使用される。この際、不純物分析装置（全反射蛍光Ｘ線分析装置）１は半導体基板４の外周面の測定に使用するステージ２に加えて、半導体基板４の平坦面（表面や裏面）の測定に使用する通常のステージを備えることができる。通常の平坦面用ステージと外周面用ステージ２とを組合せて使用することによって、装置コストの増加等を抑制しつつ、平坦面の不純物分析と外周面の不純物分析とを実施することが可能となる。
【００３０】
さらに、全反射蛍光Ｘ線分析による半導体基板の平坦面の分析結果と外周面の分析結果とを組合せて解釈することによって、各種半導体デバイスの製造工程における不純物汚染の挙動や汚染源等をより正確に把握することが可能となる。このような分析結果とそれに基づく汚染状況や汚染挙動の解析結果を利用することによって、半導体基板の汚染対策をより正確にかつ詳細に実施することができる。これは半導体デバイスの歩留りや生産性の向上に大きく寄与するものである。
【００３１】
なお、本発明の半導体基板の不純物分析方法および不純物分析装置は上記した実施形態に限定されるものではなく、各種半導体基板の外周面（端面）に存在する不純物の分析・評価、すなわち各種半導体基板の外周面の不純物による汚染状態の評価に適用することができる。本発明の不純物分析装置の具体的な構造は、本発明の基本構成を満足するものであれば種々に変形が可能である。さらに、実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張または変更することができ、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態による半導体基板の不純物分析装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す不純物分析装置を適用した第１の実施形態の平面図である。
【図３】図１に示す不純物分析装置を適用した第１の実施形態の正面図である。
【図４】図１に示す不純物分析装置を適用した第２の実施形態の平面図である。
【図５】図１に示す不純物分析装置を適用した第２の実施形態の正面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…半導体基板の不純物分析装置、２…分割構造を有するステージ、２Ａ…第１のステージ、２Ｂ…第２のステージ、３…ステージ部、４…半導体基板（半導体ウェーハ）、５Ａ，５Ｂ…回転軸、６…Ｘ線発生源、７…入射Ｘ線、８…反射Ｘ線、９…Ｘ線検出器、Ａ…Ｘ線照射領域、Ｆ…平坦部。
【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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