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バルク中の微量金属の析出、分析装置および方法
説明

バルク中の微量金属の析出、分析装置および方法

【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。

【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】

【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】

【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】

【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。

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2007−147569(P2007−147569A)
【公開日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−346137(P2005−346137)
【出願日】平成17年11月30日(2005.11.30)
【出願人】(000184713)SUMCO TECHXIV株式会社 (265)
【Fターム(参考)】