Siウェーハ表面汚染インライン赤外診断装置の開発研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555113
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 庭野 道夫 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (20134075)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 庄子 大生 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (30312672) ; 木村 康男 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (40312673)
• Keywords: 半導体 / 赤外分光 / 多重内部反射 / 表面汚染 / 有機物 / インライン・モニタ / 大口径ウェーハ

Research Abstract

半導体ウェーハ表面のクリーンテクノロジーにおける最大の問題は有機汚染であると言われている。有機汚染したウェーハ表面に酸化膜を形成した場合、酸化膜の絶縁性の劣化をもたらすからである。この問題を解決するためには、この有機汚染を高感度でかつ高速に検出して、表面清浄化プロセスにフィードバックする必要がある。そこで本研究は、超高速・高感度Siウェーハ表面有機汚染インライン診断装置を開発することを目的とした。測定法としては多重内部反射型の赤外反射分光を用いた。最終的な開発目標は、12インチまでの大口径シリコンウェーハまで対応でき、ウェーハ表面上の汚染箇所を同定できるような高性能赤外診断装置の試作である。
本年度は以下の研究成果が得られた。
(1) 12インチウェーハ対応診断装置の設計・製作・基礎性能評価
試作した装置は(1)赤外集光系(2)赤外分光光度計(3)試料(12インチウェーハ)ステージより成る。(1)は赤外線がシリコンウェーハ端面に正確にあたるようにウェーハ位置を微調整するステージと集光系である。赤外光の集光には凹面鏡を用いた。
クリーンルーム環境における典型的な汚染源と目されているDOP(ジオクチルフタレート)を人為的にウューハ表面を汚染させ、検出限界を定量的に見積もった。咋年度の予備実験において,表面Si原子10000個に対して炭素原子1個程度の感度があることが分かったが,今年度は更に詳細な実験を遂行し,評価装置がこの感度を有する事を確認した。更に,入射角度や赤外線の集光系等を調整する事により,感度が更に2桁程度向上することを確かめた。この結果は,学術雑誌や国際会議で発表し高い評価を得た。現在,実用化に向け,装置の改良を続けている。
(2)環境汚染モニタヘの応用
試作した評価装置が予想以上に高い感度を有する事が分かったため,この評価法を環境汚染モニタに応用する方法を検討した。現在までの実験結果ではクリーンルームばかりでなく生活空間の環境汚染も検知できる事を確かめた。今後,環境汚染モニタリングシステムに活用できると期待できる。

Research Products

• [Publications] Michiaki Endo et al.: "Infrared monitoring system for the detection of organic contamination on a 300 mm Si wafer"Applied Physics Letters. 75-10. 519-521 (1999)
• [Publications] Michiaki Endo et al.: "Infrared monitoring of hydrocarbons on 300-mm Si wafers"Proc.Precision Sci.& Technol.for Perfect Surfaces. 480-484 (1999)
• [Publications] 庭野道夫 他: "300mmシリコンウェハ表面の有機汚染インライン・モニタリング"M&E (Electronics Equipment Engineering). 1. 180-186 (2000)