試料表面の特定部における吸着物，含有物の評価方法および評価装置
【課題】試料全面からのものではなく、試料表面の特定部分からの吸着物，含有物の評価を容易にできるようにする。
【解決手段】図２（ａ）のような酸化膜付きシリコンウエハを用い、その表面に図２（ｂ）のように例えばアセトンを滴下する。その際、アセトンが塗布されなかった箇所の裏面に、例えばＡｌ膜パターンを図２（ｃ）のように成膜し、このような試料を試料ホルダ（上部電極）にセットして真空排気を行ない、熱酸化膜とＳｉの浅い層が残るようＳｉのドライエッチングを施す。その後、この裏面エッチングを施した試料をサンプリング室へ搬送し、剛性のある針でつついて脱落させ、エッチング穴の直下に配置した石英の試料皿で“アセトンが付いていないであろう特定部”をキャッチし、この試料皿を分析室に搬入した後、脱離ガス分析を行なう。
【解決手段】図２（ａ）のような酸化膜付きシリコンウエハを用い、その表面に図２（ｂ）のように例えばアセトンを滴下する。その際、アセトンが塗布されなかった箇所の裏面に、例えばＡｌ膜パターンを図２（ｃ）のように成膜し、このような試料を試料ホルダ（上部電極）にセットして真空排気を行ない、熱酸化膜とＳｉの浅い層が残るようＳｉのドライエッチングを施す。その後、この裏面エッチングを施した試料をサンプリング室へ搬送し、剛性のある針でつついて脱落させ、エッチング穴の直下に配置した石英の試料皿で“アセトンが付いていないであろう特定部”をキャッチし、この試料皿を分析室に搬入した後、脱離ガス分析を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップは通常、洗浄，パターニング，成膜などの多数の工程を経て製造される。製品の製造歩留まりおよび信頼性を向上させるには、各製造工程前後での試料状態の把握，評価をする必要がある。特に、試料表面の吸着物は成膜プロセス、製造歩留まりに大きく影響するため、試料表面の吸着物評価は重要である。試料表面の吸着物評価方法または装置として、半製品状態または製品状態の半導体チップから脱離するガスを検出するものとして、例えば特許文献１，２に示すものがある。近年、これらの方法または装置は、これまで測定不能であった低レベルのガスをも検出できるものとして、注目を集めている。
【０００３】
図４に、特許文献１，２に開示された例を示す。
これは、製造工程の途中または終点で摘出された半製品または製品状態の半導体チップを試料（SA）として、試料準備室１で十分な脱気を行ない、脱気した試料を高真空に保つ測定室２に搬送し、試料SAを加熱する。試料の温度上昇とともに試料表面および内在する水分，有機系成分の吸着物質または微量物質が順次ガス状で脱離していく。そこで、この脱離ガスを真空雰囲気中で捕捉し、その質量を質量分析計３で分析することにより、脱離ガスを特定するものである（以下、昇温脱離ガス分析：TDS(Thermal Desorption Spectroscopy)とも言う）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−００４６７９号公報
【特許文献２】特開平０９−２４３５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のものでは、試料全体の温度を上昇させるため、試料全体から脱離ガスが発生するという問題がある。つまり、上記のようにして得られる情報は試料全面からのものであり、試料の特定領域の吸着物を評価することは極めて困難である、と言うわけである。
したがって、この発明の課題は、試料の特定領域の吸着物を評価可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する評価方法であって、試料表面の特定部の吸着物，含有物のみを評価するために、特定部の裏面側から基板のドライエッチングを行ない、このドライエッチングされた特定部のみをサンプリングし加熱することにより、特定部のみの評価を可能にしたことを特徴とする。
【０００７】
上記請求項２の発明では、試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する評価装置であって、試料を配置、測定する測定室と、この測定室に配置された試料を加熱する加熱手段と、加熱により試料から脱離したガスを検出する検出手段と、前記測定室内への試料を導入するための試料導入準備室とを有することを特徴とする。
この請求項２の発明においては、前記試料導入準備室は、試料裏面側をドライエッチングする機構と、このドライエッチングされた特定部を針でつついて脱落させ試料皿で受け取る機構とから構成することができる（請求項３の発明）。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、試料裏面側をドライエッチングし、このドライエッチングした特定部分のみをサンプリングすることにより、試料全体ではなく特定部分のみの脱離ガスの評価が可能になるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
この発明が適用される昇温脱離ガス分析装置（TDS）は、ロードロック方式を採用し、図４と同じく試料準備室１と測定室２を備えている。試料準備室１，測定室２ともにターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、ロータリポンプ（ＲＰ）が接続される。測定室２の到達真空度は１．３３×１０-7Ｐａ（１×１０-9Torr）以下、試料準備室１の到達真空度は６．６５×１０-5Ｐａ（5.0×１０-7Torr）以下に達する。
【００１０】
また、質量分析計３としては四重極質量分析計（Q-MS）が、試料加熱用としては赤外線加熱ユニット４がそれぞれ用いられている。
なお、試料準備室１には真空予備排気の他に、基板の裏面側をエッチングできるドライエッチング機構（エッチング室１１）、このドライエッチングにより薄皮一枚となった特定部を針１６でつつき、サンプリングする機構（サンプリング室１２）などが設けられている。
【００１１】
その作用について説明する。
まず、試料ＳＡは試料準備室１に導入する前に、図１に枠で囲って示すように、試料裏面へサンプリングしたい形にパターニングしておく。分析試料は、試料準備室１内のサンプルフォルダ１３（上部カソードとしても用いられる）に設置される。上部電極（陰極）にＲＦジェネレータ５およびブロッキングコンデンサを介して高周波電力を印加し、下部電極（陽極：アノード）１４からはガスラインを介してエッチングガスを供給することで、プラズマを発生させ試料裏面のドライエッチングを行なう。
【００１２】
次いで、試料裏面のドライエッチングを終えた試料ＳＡ１を、搬送用フォーク１５でサンプリング室１２に搬送する。搬入された試料ＳＡ１の薄皮一枚残った箇所を、剛性のある針１６でつついて脱落させる。このとき、落下した特定部は、下に準備してある透明な石英試料皿１７にて受け取る仕組みになっている。次は、石英試料皿１７を測定室２に導入し、導入された試料は、透明石英製試料ステージにセットされる。試料の加熱は、外部の赤外線加熱ユニット４から赤外光を透明石英ステージを通して、試料裏面から照射することにより行なう。試料の加熱により放出されるガスは、四重極質量分析計（Q-MS）によって測定される。
【００１３】
〔実施例〕
実施例について説明する。
分析試料としては、図２（ａ）のような酸化膜付き略２ｉｎｃｈのシリコンウエハ（Ｓｉ ｗｅｆｅｒ）を用い、図２（ｂ）のようウエハ表面にアセトンを滴下し、わざと汚染させた。その際、アセトンが塗布されなかった箇所の裏面に、直径１μｍのＡｌ膜（膜厚約１μｍ）のパターンを図２（ｃ）のように成膜した。このような試料を大気圧に戻したエッチング室に導入し、試料ホルダ（上部電極）にセットした後、真空排気を行なう。
【００１４】
シリコンの深堀エッチングには、Boschプロセスを採用した。Boschプロセスとは、側壁保護用成膜と等方性エッチングを１サイクルとして、それらを繰り返すプロセスである。等方性エッチングのガスにはSF6ガス、側壁保護ガスとしてはC4F8ガスをそれぞれ用い、熱酸化膜とＳｉの浅い層（薄皮一枚の層）が残るよう、Ｓｉのドライエッチングを実施した。
【００１５】
この裏面エッチングを施した試料をサンプリング室へ搬送し、剛性のある針（材質として、例えばSiN）でつついて脱落させ、エッチング穴の直下に配置した石英の試料皿で“アセトンが付いていないであろう特定部”をキャッチした。この試料皿を分析室に搬入し、脱離ガス分析を行なった。分析条件は、昇温速度が１K／sec、約５００℃まで加熱を行なった。
【００１６】
図３に、炭化水素（質量／電荷比M/z=43）の昇温脱離ガススペクトル例を示す。
“アセトンが付いていないであろう特定部”では、アセトン起因のM/z=43スペクトルは、ノイズレベルであった。これに対して、アセトンが塗布されている箇所（同様の加工を実施）の昇温分析を行なうと、図示のようにアセトン起因のM/z=43の強いスペクトルとして、顕著な脱離が認められた。この結果から、試料裏面側のエッチングおよび特定部のサンプリング、分析により特定部のみの脱離ガス評価が可能であることが明確となった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図
【図２】この発明の実施例を説明する説明図
【図３】この発明により分析されたデータ例を示すグラフ
【図４】従来例を示す概要図
【符号の説明】
【００１８】
１…試料準備室、２…測定室、３…質量分析計、４…赤外線加熱ユニット、５…ＲＦジェネレータ、１１…エッチング室、１２…サンプリング室、１３…試料ホルダ（カソード）、１４…アノード、１５…試料搬送フォーク、１６…針、１７…試料皿。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップは通常、洗浄，パターニング，成膜などの多数の工程を経て製造される。製品の製造歩留まりおよび信頼性を向上させるには、各製造工程前後での試料状態の把握，評価をする必要がある。特に、試料表面の吸着物は成膜プロセス、製造歩留まりに大きく影響するため、試料表面の吸着物評価は重要である。試料表面の吸着物評価方法または装置として、半製品状態または製品状態の半導体チップから脱離するガスを検出するものとして、例えば特許文献１，２に示すものがある。近年、これらの方法または装置は、これまで測定不能であった低レベルのガスをも検出できるものとして、注目を集めている。
【０００３】
図４に、特許文献１，２に開示された例を示す。
これは、製造工程の途中または終点で摘出された半製品または製品状態の半導体チップを試料（SA）として、試料準備室１で十分な脱気を行ない、脱気した試料を高真空に保つ測定室２に搬送し、試料SAを加熱する。試料の温度上昇とともに試料表面および内在する水分，有機系成分の吸着物質または微量物質が順次ガス状で脱離していく。そこで、この脱離ガスを真空雰囲気中で捕捉し、その質量を質量分析計３で分析することにより、脱離ガスを特定するものである（以下、昇温脱離ガス分析：TDS(Thermal Desorption Spectroscopy)とも言う）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−００４６７９号公報
【特許文献２】特開平０９−２４３５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のものでは、試料全体の温度を上昇させるため、試料全体から脱離ガスが発生するという問題がある。つまり、上記のようにして得られる情報は試料全面からのものであり、試料の特定領域の吸着物を評価することは極めて困難である、と言うわけである。
したがって、この発明の課題は、試料の特定領域の吸着物を評価可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する評価方法であって、試料表面の特定部の吸着物，含有物のみを評価するために、特定部の裏面側から基板のドライエッチングを行ない、このドライエッチングされた特定部のみをサンプリングし加熱することにより、特定部のみの評価を可能にしたことを特徴とする。
【０００７】
上記請求項２の発明では、試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する評価装置であって、試料を配置、測定する測定室と、この測定室に配置された試料を加熱する加熱手段と、加熱により試料から脱離したガスを検出する検出手段と、前記測定室内への試料を導入するための試料導入準備室とを有することを特徴とする。
この請求項２の発明においては、前記試料導入準備室は、試料裏面側をドライエッチングする機構と、このドライエッチングされた特定部を針でつついて脱落させ試料皿で受け取る機構とから構成することができる（請求項３の発明）。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、試料裏面側をドライエッチングし、このドライエッチングした特定部分のみをサンプリングすることにより、試料全体ではなく特定部分のみの脱離ガスの評価が可能になるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
この発明が適用される昇温脱離ガス分析装置（TDS）は、ロードロック方式を採用し、図４と同じく試料準備室１と測定室２を備えている。試料準備室１，測定室２ともにターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、ロータリポンプ（ＲＰ）が接続される。測定室２の到達真空度は１．３３×１０-7Ｐａ（１×１０-9Torr）以下、試料準備室１の到達真空度は６．６５×１０-5Ｐａ（5.0×１０-7Torr）以下に達する。
【００１０】
また、質量分析計３としては四重極質量分析計（Q-MS）が、試料加熱用としては赤外線加熱ユニット４がそれぞれ用いられている。
なお、試料準備室１には真空予備排気の他に、基板の裏面側をエッチングできるドライエッチング機構（エッチング室１１）、このドライエッチングにより薄皮一枚となった特定部を針１６でつつき、サンプリングする機構（サンプリング室１２）などが設けられている。
【００１１】
その作用について説明する。
まず、試料ＳＡは試料準備室１に導入する前に、図１に枠で囲って示すように、試料裏面へサンプリングしたい形にパターニングしておく。分析試料は、試料準備室１内のサンプルフォルダ１３（上部カソードとしても用いられる）に設置される。上部電極（陰極）にＲＦジェネレータ５およびブロッキングコンデンサを介して高周波電力を印加し、下部電極（陽極：アノード）１４からはガスラインを介してエッチングガスを供給することで、プラズマを発生させ試料裏面のドライエッチングを行なう。
【００１２】
次いで、試料裏面のドライエッチングを終えた試料ＳＡ１を、搬送用フォーク１５でサンプリング室１２に搬送する。搬入された試料ＳＡ１の薄皮一枚残った箇所を、剛性のある針１６でつついて脱落させる。このとき、落下した特定部は、下に準備してある透明な石英試料皿１７にて受け取る仕組みになっている。次は、石英試料皿１７を測定室２に導入し、導入された試料は、透明石英製試料ステージにセットされる。試料の加熱は、外部の赤外線加熱ユニット４から赤外光を透明石英ステージを通して、試料裏面から照射することにより行なう。試料の加熱により放出されるガスは、四重極質量分析計（Q-MS）によって測定される。
【００１３】
〔実施例〕
実施例について説明する。
分析試料としては、図２（ａ）のような酸化膜付き略２ｉｎｃｈのシリコンウエハ（Ｓｉ ｗｅｆｅｒ）を用い、図２（ｂ）のようウエハ表面にアセトンを滴下し、わざと汚染させた。その際、アセトンが塗布されなかった箇所の裏面に、直径１μｍのＡｌ膜（膜厚約１μｍ）のパターンを図２（ｃ）のように成膜した。このような試料を大気圧に戻したエッチング室に導入し、試料ホルダ（上部電極）にセットした後、真空排気を行なう。
【００１４】
シリコンの深堀エッチングには、Boschプロセスを採用した。Boschプロセスとは、側壁保護用成膜と等方性エッチングを１サイクルとして、それらを繰り返すプロセスである。等方性エッチングのガスにはSF6ガス、側壁保護ガスとしてはC4F8ガスをそれぞれ用い、熱酸化膜とＳｉの浅い層（薄皮一枚の層）が残るよう、Ｓｉのドライエッチングを実施した。
【００１５】
この裏面エッチングを施した試料をサンプリング室へ搬送し、剛性のある針（材質として、例えばSiN）でつついて脱落させ、エッチング穴の直下に配置した石英の試料皿で“アセトンが付いていないであろう特定部”をキャッチした。この試料皿を分析室に搬入し、脱離ガス分析を行なった。分析条件は、昇温速度が１K／sec、約５００℃まで加熱を行なった。
【００１６】
図３に、炭化水素（質量／電荷比M/z=43）の昇温脱離ガススペクトル例を示す。
“アセトンが付いていないであろう特定部”では、アセトン起因のM/z=43スペクトルは、ノイズレベルであった。これに対して、アセトンが塗布されている箇所（同様の加工を実施）の昇温分析を行なうと、図示のようにアセトン起因のM/z=43の強いスペクトルとして、顕著な脱離が認められた。この結果から、試料裏面側のエッチングおよび特定部のサンプリング、分析により特定部のみの脱離ガス評価が可能であることが明確となった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図
【図２】この発明の実施例を説明する説明図
【図３】この発明により分析されたデータ例を示すグラフ
【図４】従来例を示す概要図
【符号の説明】
【００１８】
１…試料準備室、２…測定室、３…質量分析計、４…赤外線加熱ユニット、５…ＲＦジェネレータ、１１…エッチング室、１２…サンプリング室、１３…試料ホルダ（カソード）、１４…アノード、１５…試料搬送フォーク、１６…針、１７…試料皿。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する評価方法であって、試料表面の特定部の吸着物，含有物のみを評価するために、特定部の裏面側から基板のドライエッチングを行ない、このドライエッチングされた特定部のみをサンプリングし加熱することにより、特定部のみの評価を可能にしたことを特徴とする試料表面の特定部における吸着物，含有物の評価方法。
【請求項２】
試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する評価装置であって、試料を配置、測定する測定室と、この測定室に配置された試料を加熱する加熱手段と、加熱により試料から脱離したガスを検出する検出手段と、前記測定室内への試料を導入するための試料導入準備室とを有することを特徴とする試料表面の特定部における吸着物，含有物の評価装置。
【請求項３】
前記試料導入準備室は、試料裏面側をドライエッチングする機構と、このドライエッチングされた特定部を針でつついて脱落させ試料皿で受け取る機構とからなることを特徴とする請求項２に記載の試料表面の特定部における吸着物，含有物の評価装置。
【請求項１】
試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する評価方法であって、試料表面の特定部の吸着物，含有物のみを評価するために、特定部の裏面側から基板のドライエッチングを行ない、このドライエッチングされた特定部のみをサンプリングし加熱することにより、特定部のみの評価を可能にしたことを特徴とする試料表面の特定部における吸着物，含有物の評価方法。
【請求項２】
試料表面上に吸着した吸着物，含有物を加熱して脱離させ、脱離した脱離物質を評価する評価装置であって、試料を配置、測定する測定室と、この測定室に配置された試料を加熱する加熱手段と、加熱により試料から脱離したガスを検出する検出手段と、前記測定室内への試料を導入するための試料導入準備室とを有することを特徴とする試料表面の特定部における吸着物，含有物の評価装置。
【請求項３】
前記試料導入準備室は、試料裏面側をドライエッチングする機構と、このドライエッチングされた特定部を針でつついて脱落させ試料皿で受け取る機構とからなることを特徴とする請求項２に記載の試料表面の特定部における吸着物，含有物の評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１０３５１１（Ｐ２００９−１０３５１１Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７３９９８（Ｐ２００７−２７３９９８）
【出願日】平成１９年１０月２２日（２００７．１０．２２）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２２日（２００７．１０．２２）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]