JP2857378B2 - 半導体装置の製造工程分析方法 - Google Patents
半導体装置の製造工程分析方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程分析方法に関するもので、より詳細には、半導体装
置の製造工程中、ウェーハ、ウェーハ上の膜質内に存在
する不純物の濃度、任意に注入したイオンまたは元素の
濃度及び分布を分析して、工程状態を確認するための半
導体装置の製造工程分析方法に関する。
工程分析方法に関するもので、より詳細には、半導体装
置の製造工程中、ウェーハ、ウェーハ上の膜質内に存在
する不純物の濃度、任意に注入したイオンまたは元素の
濃度及び分布を分析して、工程状態を確認するための半
導体装置の製造工程分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に半導体装置は、ウェーハ上に写
真、蝕刻及び薄膜形成工程等の多い工程を反復的に遂行
して製造され、このような製造工程を、順次的に遂行す
る過程で、ウェーハ、ウェーハ上の膜質内または表面に
存在する不純物の濃度、任意に注入したイオンまたは元
素の濃度及び分布を分析して、随時に工程状態の不良可
否を確認している。
真、蝕刻及び薄膜形成工程等の多い工程を反復的に遂行
して製造され、このような製造工程を、順次的に遂行す
る過程で、ウェーハ、ウェーハ上の膜質内または表面に
存在する不純物の濃度、任意に注入したイオンまたは元
素の濃度及び分布を分析して、随時に工程状態の不良可
否を確認している。
【０００３】前記のような分析は、通常、２次イオン質
量分析装備を利用して分析しており、図２の図示のとお
り、２次イオン質量分析装備１は、真空チャンバー２、
１次イオン発生器３、静電気磁気場４、質量分析器５及
び検出器７からなっている。
量分析装備を利用して分析しており、図２の図示のとお
り、２次イオン質量分析装備１は、真空チャンバー２、
１次イオン発生器３、静電気磁気場４、質量分析器５及
び検出器７からなっている。
【０００４】前記のような２次イオン質量分析装備１を
利用した、従来の不純物の濃度分析方法は、図３のよう
に、まず工程途中のウェーハ中から、任意のウェーハ６
のいずれか１つをサンプルリングした後、サンプルリン
グされたウェーハ６から、特定部位を１cm×１cmの大き
さで切断して、複数個の試料６ａを準備する。
利用した、従来の不純物の濃度分析方法は、図３のよう
に、まず工程途中のウェーハ中から、任意のウェーハ６
のいずれか１つをサンプルリングした後、サンプルリン
グされたウェーハ６から、特定部位を１cm×１cmの大き
さで切断して、複数個の試料６ａを準備する。
【０００５】分析するための１つの試料６ａを、真空チ
ャンバー２に入れる前に、まずサブチャンバー（図示さ
れていない）内に入れてポンピングして、１０-6〜１０
-7torrの真空状態を維持させた後、常に１０-9〜１０
-10 torrの真空状態を維持している真空チャンバー２内
に入れる。
ャンバー２に入れる前に、まずサブチャンバー（図示さ
れていない）内に入れてポンピングして、１０-6〜１０
-7torrの真空状態を維持させた後、常に１０-9〜１０
-10 torrの真空状態を維持している真空チャンバー２内
に入れる。
【０００６】１つの試料６ａを真空チャンバー２内に入
れると、１次イオン発生器３から１次イオンが、試料６
ａの表面に照射されて、ウェーハまたは膜質の２次イオ
ンを発生するようになり、発生された２次イオン中、静
電気磁気場４を通過しながら、特定領域のエネルギーを
有するイオンのみ通過されるもので、これは静電気磁気
場４の強さを調節することによって設定される。
れると、１次イオン発生器３から１次イオンが、試料６
ａの表面に照射されて、ウェーハまたは膜質の２次イオ
ンを発生するようになり、発生された２次イオン中、静
電気磁気場４を通過しながら、特定領域のエネルギーを
有するイオンのみ通過されるもので、これは静電気磁気
場４の強さを調節することによって設定される。
【０００７】静電気磁気場４によって通過された特定イ
オンの質量を、質量分析器５が分析し、これを検出器７
が検出することによって、ウェーハまたは膜質内に存在
する不純物濃度の微量元素及び深さ方向の分布が確認さ
れる。
オンの質量を、質量分析器５が分析し、これを検出器７
が検出することによって、ウェーハまたは膜質内に存在
する不純物濃度の微量元素及び深さ方向の分布が確認さ
れる。
【０００８】このように、１つの試料６ａに対する分析
が終わると、真空チャンバー２内の試料６ａを、サブチ
ャンバー内に移動させ、サブチャンバー内の真空状態を
解除させた後、次の試料に交替して、前述した過程を反
復的に遂行して、試料を分析する。
が終わると、真空チャンバー２内の試料６ａを、サブチ
ャンバー内に移動させ、サブチャンバー内の真空状態を
解除させた後、次の試料に交替して、前述した過程を反
復的に遂行して、試料を分析する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のような
２次イオン質量分析装備または、これと類似した方式の
分析装備による分析方法は、通常、１つのウェーハ６
で、５個程度の試料６ａを製作して、５回の試料分析過
程を遂行しなければならないので、分析作業に所要され
る時間が長時間になる。また、試料を交替するために、
その度毎にサブチャンバー内部を所定の真空状態に維持
するためにポンピングし、また排気しなければならない
ので、作業が非常に繁雑になる。
２次イオン質量分析装備または、これと類似した方式の
分析装備による分析方法は、通常、１つのウェーハ６
で、５個程度の試料６ａを製作して、５回の試料分析過
程を遂行しなければならないので、分析作業に所要され
る時間が長時間になる。また、試料を交替するために、
その度毎にサブチャンバー内部を所定の真空状態に維持
するためにポンピングし、また排気しなければならない
ので、作業が非常に繁雑になる。
【００１０】更に、試料６ａの製作時に、ウェーハ６を
切断しなければならないので、ウェーハ６を使用するこ
とができず、試料６ａ以外のウェーハ６を廃棄しなけれ
ばならない経済的な損失があった。また、多くのウェー
ハ等のいずれか１つのウェーハをサンプルリングして分
析するので、分析が難しく、１つのウェーハ内でも正確
な分布確認が難しく分析に対する信頼性が低いという問
題点がある。
切断しなければならないので、ウェーハ６を使用するこ
とができず、試料６ａ以外のウェーハ６を廃棄しなけれ
ばならない経済的な損失があった。また、多くのウェー
ハ等のいずれか１つのウェーハをサンプルリングして分
析するので、分析が難しく、１つのウェーハ内でも正確
な分布確認が難しく分析に対する信頼性が低いという問
題点がある。
【００１１】本発明は、前記のような従来の問題点を解
決するためのもので、その目的は、別途の試料を製作せ
ず、ウェーハ内に測定用パターン(Pattern) を利用し
て、ウェーハの特定部位を直接分析することによって、
分析作業に所要される時間を短縮させ、作業性を向上さ
せる半導体装置の製造工程分析方法を提供するにある。
決するためのもので、その目的は、別途の試料を製作せ
ず、ウェーハ内に測定用パターン(Pattern) を利用し
て、ウェーハの特定部位を直接分析することによって、
分析作業に所要される時間を短縮させ、作業性を向上さ
せる半導体装置の製造工程分析方法を提供するにある。
【００１２】本発明の他の目的は、分析後もウェーハを
クリーニングして、使用することができるので、経済的
であり、すべてのウェーハを分析することができるよう
にして、正確に分析することによって、信頼性を高める
ことができ、装備の自動化と製造工程のオンライン化に
よって、工程中のウェーハに対するモニタリングが可能
となる半導体装置の製造工程分析方法を提供するにあ
る。
クリーニングして、使用することができるので、経済的
であり、すべてのウェーハを分析することができるよう
にして、正確に分析することによって、信頼性を高める
ことができ、装備の自動化と製造工程のオンライン化に
よって、工程中のウェーハに対するモニタリングが可能
となる半導体装置の製造工程分析方法を提供するにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載の第１の発明は、分析するためのウェ
ーハを所定の真空圧が維持された真空チャンバー内に入
れる段階と、前記の真空チャンバー内のウェーハの特定
部位に、座標設定して、一次イオンビームを照射する段
階と、前記の一次イオンビームがウェーハの表面に衝突
して発生した２次イオンの中、特定イオンの質量を分析
して、不純物の濃度を検出する段階からなることを要旨
とする。従って、分析作業に所要される時間を短縮さ
せ、作業性を向上させることができる。
に、請求項１記載の第１の発明は、分析するためのウェ
ーハを所定の真空圧が維持された真空チャンバー内に入
れる段階と、前記の真空チャンバー内のウェーハの特定
部位に、座標設定して、一次イオンビームを照射する段
階と、前記の一次イオンビームがウェーハの表面に衝突
して発生した２次イオンの中、特定イオンの質量を分析
して、不純物の濃度を検出する段階からなることを要旨
とする。従って、分析作業に所要される時間を短縮さ
せ、作業性を向上させることができる。
【００１４】請求項２記載の第２の発明は、前記ウェー
ハの特定部位を分析した後、１次イオンビームの照射座
標を変更して、ウェーハ上の少なくとも２ヶ所以上の特
定部位を連続して分析することを要旨とする。従って、
多数場所の特定部位を連続的に分析する。
ハの特定部位を分析した後、１次イオンビームの照射座
標を変更して、ウェーハ上の少なくとも２ヶ所以上の特
定部位を連続して分析することを要旨とする。従って、
多数場所の特定部位を連続的に分析する。
【００１５】請求項３記載の第３の発明は、前記１次イ
オンビームの照射座標の変更は、ウェーハを固定状態に
置いて、１次イオンビームの照射方向を調節してなるこ
とを要旨とする。従って、多数場所の特定部位を連続的
に分析する。
オンビームの照射座標の変更は、ウェーハを固定状態に
置いて、１次イオンビームの照射方向を調節してなるこ
とを要旨とする。従って、多数場所の特定部位を連続的
に分析する。
【００１６】請求項４記載の第４の発明は、前記１次イ
オンビームの照射座標の変更は、１次イオンビームの照
射方向を固定状態に置いて、ウェーハを移動させて調節
されることを要旨とする。従って、多数場所の特定部位
を連続的に分析する。
オンビームの照射座標の変更は、１次イオンビームの照
射方向を固定状態に置いて、ウェーハを移動させて調節
されることを要旨とする。従って、多数場所の特定部位
を連続的に分析する。
【００１７】請求項５記載の第５の発明は、ウェーハの
特定部位に対して分析した後、真空チャンバーから取出
してウェーハ表面を洗浄し、次の工程を進行することを
要旨とする。従って、次の工程を続いて遂行して製品化
することができる。
特定部位に対して分析した後、真空チャンバーから取出
してウェーハ表面を洗浄し、次の工程を進行することを
要旨とする。従って、次の工程を続いて遂行して製品化
することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体装置の
製造工程分析方法を添付図面によって詳細に説明する。
製造工程分析方法を添付図面によって詳細に説明する。
【００１９】図１は、本発明の好ましい実施形態を示し
たもので、少なくともウェーハ１０全体を入れることが
できる大きさの真空チャンバーを有する２次イオン質量
分析装備２０を備え、真空チャンバー内部は、１０-9〜
１０-10 torrを保持する。
たもので、少なくともウェーハ１０全体を入れることが
できる大きさの真空チャンバーを有する２次イオン質量
分析装備２０を備え、真空チャンバー内部は、１０-9〜
１０-10 torrを保持する。
【００２０】まず、前記ウェーハ１０を、前述した図２
の２次イオン質量分析装備２０の真空チャンバー２内に
入れる前に、サブチャンバー内に入れてポンピングし、
１０-6〜１０-7torrの真空状態にした後、真空チャンバ
ー２内に移動させる。このように、２次イオン質量分析
装備２０の真空チャンバー２内に入れたウェーハ１０の
特定部位１０ａ中のいずれか１つに座標を設定して、１
次イオンビームを照射し、１次イオンビームが特定部位
１０ａの表面に衝突して発生した２次イオン中、特定イ
オンの質量を分析して、不純物の濃度を検出する。
の２次イオン質量分析装備２０の真空チャンバー２内に
入れる前に、サブチャンバー内に入れてポンピングし、
１０-6〜１０-7torrの真空状態にした後、真空チャンバ
ー２内に移動させる。このように、２次イオン質量分析
装備２０の真空チャンバー２内に入れたウェーハ１０の
特定部位１０ａ中のいずれか１つに座標を設定して、１
次イオンビームを照射し、１次イオンビームが特定部位
１０ａの表面に衝突して発生した２次イオン中、特定イ
オンの質量を分析して、不純物の濃度を検出する。
【００２１】この時、前記特定部位１０ａの座標は、ウ
ェーハ１０を固定状態に置いて、１次イオン発生器３の
ビーム照射方向を調節して設定することが好ましい。反
対に１次イオン発生器３を固定状態に置いて、ウェーハ
１０を移動させて設定することもできる。
ェーハ１０を固定状態に置いて、１次イオン発生器３の
ビーム照射方向を調節して設定することが好ましい。反
対に１次イオン発生器３を固定状態に置いて、ウェーハ
１０を移動させて設定することもできる。
【００２２】このように、特定部位１０ａの分析が完了
すると、座標を調節して、第２特定部位を設定し、同一
の方式により第２特定部位に対する分析を実施する。こ
のような過程を反復して、多数場所（通常5 ヶ所）の特
定部位を連続的に分析する。
すると、座標を調節して、第２特定部位を設定し、同一
の方式により第２特定部位に対する分析を実施する。こ
のような過程を反復して、多数場所（通常5 ヶ所）の特
定部位を連続的に分析する。
【００２３】このような本発明の分析方法は、１つのウ
ェーハで製作された多数個の試料を個々に交替しながら
分析する従来の方法に比して、ウェーハ１０を直接、２
次イオン質量分析装備２０の真空チャンバー内に入れ、
多数場所の特定部位１０ａを順次に分析するので、分析
時間が短縮され、作業性が向上されるのである。
ェーハで製作された多数個の試料を個々に交替しながら
分析する従来の方法に比して、ウェーハ１０を直接、２
次イオン質量分析装備２０の真空チャンバー内に入れ、
多数場所の特定部位１０ａを順次に分析するので、分析
時間が短縮され、作業性が向上されるのである。
【００２４】また、ウェーハ１０の特定部位１０ａに対
する分析が終わると、分析によって使用することができ
なくなった部分は、ウェーハ１０全体に対して一部にす
ぎないので、真空チャンバー２から取出して、表面を洗
浄した後、次の工程を続いて遂行して製品化することが
できる。一方、分析によって損傷された特定部位１０ａ
等は、表示して不良処理することによって、以後の管理
対象から除外する。
する分析が終わると、分析によって使用することができ
なくなった部分は、ウェーハ１０全体に対して一部にす
ぎないので、真空チャンバー２から取出して、表面を洗
浄した後、次の工程を続いて遂行して製品化することが
できる。一方、分析によって損傷された特定部位１０ａ
等は、表示して不良処理することによって、以後の管理
対象から除外する。
【００２５】また、本発明の分析方法は、ウェーハ１０
が損傷されないので、すべてのウェーハを分析すること
ができるようになる。これによって、より正確な分析が
行われて、信頼性を高めることができる。更に、本発明
の分析方法は製造工程とオンライン化して、特定工程の
後に自動的に特定の膜質に対する不純物濃度を分析した
後に異常がない場合、次の工程を進行させるモニタリン
グ機能の役目を果たす。
が損傷されないので、すべてのウェーハを分析すること
ができるようになる。これによって、より正確な分析が
行われて、信頼性を高めることができる。更に、本発明
の分析方法は製造工程とオンライン化して、特定工程の
後に自動的に特定の膜質に対する不純物濃度を分析した
後に異常がない場合、次の工程を進行させるモニタリン
グ機能の役目を果たす。
【００２６】前記実施形態では、２次イオン質量分析装
備２０を利用して分析することを説明したが、これに限
定されるのではなく、２次イオン質量分析装備２０と類
似した、他の装備を利用して分析することもできる。
備２０を利用して分析することを説明したが、これに限
定されるのではなく、２次イオン質量分析装備２０と類
似した、他の装備を利用して分析することもできる。
【００２７】本発明は、以上において、記載された具体
例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想範
囲内で、多様な変形及び修正が可能であることは、当業
者によって明らかなものであり、このような変形及び修
正が添付された特許請求範囲に属することは当然なもの
である。
例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想範
囲内で、多様な変形及び修正が可能であることは、当業
者によって明らかなものであり、このような変形及び修
正が添付された特許請求範囲に属することは当然なもの
である。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、第１の発明による半導体
装置の製造工程の分析方法によると、分析作業が容易
で、ウェーハが損傷されず、再使用が可能であるので経
済的であり、製造工程とオンライン化して、モニタリン
グ機能に活用することができる効果がある。
装置の製造工程の分析方法によると、分析作業が容易
で、ウェーハが損傷されず、再使用が可能であるので経
済的であり、製造工程とオンライン化して、モニタリン
グ機能に活用することができる効果がある。
【００２９】第２の発明は、前記ウェーハの特定部位を
分析した後、１次イオンビームの照射座標を変更して、
ウェーハ上の少なくとも２ヶ所以上の特定部位を連続し
て分析するので、多数場所の特定部位を連続的に分析す
る。
分析した後、１次イオンビームの照射座標を変更して、
ウェーハ上の少なくとも２ヶ所以上の特定部位を連続し
て分析するので、多数場所の特定部位を連続的に分析す
る。
【００３０】第３の発明は、前記１次イオンビームの照
射座標の変更は、ウェーハを固定状態に置いて、１次イ
オンビームの照射方向を調節してなるので、多数場所の
特定部位を連続的に分析する。
射座標の変更は、ウェーハを固定状態に置いて、１次イ
オンビームの照射方向を調節してなるので、多数場所の
特定部位を連続的に分析する。
【００３１】第４の発明は、前記１次イオンビームの照
射座標の変更は、１次イオンビームの照射方向を固定状
態に置いて、ウェーハを移動させて調節されるので、多
数場所の特定部位を連続的に分析する。
射座標の変更は、１次イオンビームの照射方向を固定状
態に置いて、ウェーハを移動させて調節されるので、多
数場所の特定部位を連続的に分析する。
【００３２】第５の発明は、ウェーハの特定部位に対し
て分析した後、真空チャンバーから取出してウェーハ表
面を洗浄し、次の工程を進行するので、次の工程を続い
て遂行して製品化することができる。
て分析した後、真空チャンバーから取出してウェーハ表
面を洗浄し、次の工程を進行するので、次の工程を続い
て遂行して製品化することができる。
【図１】本発明による製造工程分析方法を示した図面で
ある。
ある。
【図２】従来の製造工程分析のための装備の１例とし
て、２次イオン質量分析装備を概略的に示した構成図で
ある。
て、２次イオン質量分析装備を概略的に示した構成図で
ある。
【図３】従来の製造工程分析方法を示した図面である。
２ 真空チャンバー ３ 一次イオン発生器 ５ 質量分析器 １０ ウェーハ １０ａ 特定部位 ２０ ２次イオン質量分析装備
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｊ 49/26 Ｈ０１Ｊ 49/26 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205
Claims (4)
- 【請求項１】 分析すべき複数の特定部位を有するウェ
ーハを真空チャンバー内に導入する段階と、 前記真空チャンバー内にあるウェーハの第１の特定部位
に座標を設定して、第１の特定部位に１次イオンビーム
を照射する段階と、 前記１次イオンビームがウェーハの表面に衝突して発生
した２次イオン中、特定イオンの質量を分析して不純物
の濃度を検出する段階と、 前記ウェーハ内の他の特定部位を分析するために、１次
イオンビームを照射する座標を他の特定部位に変更する
段階と、 前記他の特定部位に対しても同様に照射及び検出する段
階を備えたウェーハの特定部位を２ヶ所以上連続して分
析することを特徴とする半導体装置の製造工程分析方
法。 - 【請求項２】 前記１次イオンビームの照射座標の変更
は、ウェーハを固定状態において、１次イオンビームの
照射方向を調節してなる請求項１に記載の半導体装置の
製造工程分析方法。 - 【請求項３】 前記１次イオンビームの照射座標の変更
は、１次イオンビームの照射方向を固定状態において、
ウェーハを移動させて調節される請求項１に記載の半導
体装置の製造工程分析方法。 - 【請求項４】 ウェーハの特定部位に対して分析した
後、真空チャンバーから取出してウェーハ表面を洗浄
し、他のウェーハの特定部位を同様に分析する請求項１
に記載の半導体装置の製造工程分析方法。
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