CN101405855B - 分析方法和分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的分析装置，包括：第一处理部，其通过照射紫外线，除去在基板上形成的覆盖膜；第二处理部，其向基板的表面供给溶解液，使基板上的分析对象物质溶解；和第三处理部，其对第二工序中使用的溶解液中的分析对象物质进行分析。
Description
技术领域
本发明是涉及对基板上的分析对象物质进行分析的分析方法和分析装置。
背景技术
近年来，半导体装置的高性能化不断进展，半导体装置的制造工序中的污染(contamination)的管理就显得尤为重要。例如，在半导体制造中，如果Si基板受到金属元素的污染，就有可能导致在Si基板上形成的装置不能得到所希望的性能，还有可能导致半导体装置制造的成品率下降。
例如，作为检测Si基板上由金属引起的污染的方法，已知在Si基板上滴加HF等能够溶解金属的溶解液使金属溶解，然后利用电感耦合等离子体质量分析法(ICP-MS)等对该溶解液进行分析的方法。
图1A～图1D示意性地表示对Si基板上的金属污染进行分析时的分析方法。图1A表示作为分析对象的Si基板1。在图1B所示的工序图中，在Si基板1上，滴加例如含有HF的溶解液2。接着，在图1C～图1D所示的工序中，使滴下并成为球状液滴的溶解液2在基板1上掠过，溶解基板1上的金属。
然后，回收溶解有金属等污染物质的溶解液2，例如采用ICP-MS等方法进行分析，由此能够对Si基板1上的金属污染进行定性或定量的分析。
专利文献1：日本专利申请公开平8-233709号公报
发明内容
但是，例如在作为分析对象的Si基板上形成有覆盖膜的情况下，有时难以适用上述分析方法。
图2A示意性地表示作为分析对象的Si基板1和在Si基板1上形成的覆盖膜3。如图2A所示，例如，如果以覆盖Si基板1表面的方式形成有覆盖膜3，则难以利用溶解液溶解Si基板1上的金属。
例如，在使用碳氟化合物类气体(CF4、CHF3等)的等离子体蚀刻工序中，有时在基板上形成碳氟化合物类的覆盖膜。这种碳氟化合物类的覆盖膜具有不容易被HF类的溶解液(或HF蒸气)溶解的特征。因此，有时难以在等离子体蚀刻装置的基板处理中分析基板的污染状况。
此外，由于含有氧原子的碳氟化合物类的覆盖膜表面的防液性比Si表面小(亲液性大)，所以，如图2B所示，在滴加溶解液的情况下，存在在覆盖膜表面扩展，难以使溶解液掠过的问题。
并且，在除去上述覆盖膜的情况下，例如，如果进行基板的等离子体蚀刻或溅射等处理，则可能会出现由于等离子体蚀刻或溅射而导致污染物质飞散的情况。而且，还存在产生新的污染物质的忧虑，存在难以良好地确保分析精度的问题。
因此，本发明的目的在于，提供能够解决上述问题的新颖且有用的分析方法、以及实施该分析方法的分析装置。
本发明的具体目的在于，提供在基板上的分析对象物质被覆盖膜所覆盖的情况下，能够以良好的精度对基板上存在的分析对象物质进行分析的分析方法，以及实施该分析方法的分析装置。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种分析方法，其包括：第一工序，通过照射紫外线，除去在基板上形成的覆盖膜；第二工序，向该基板的表面供给溶解液，使基板上的分析对象物质溶解；和第三工序，对第二工序中使用的溶解液中的上述分析对象物质进行分析。
本发明的第二方面提供一种分析方法，其为第一方面的分析方法，上述覆盖膜是碳氟化合物类的膜。
本发明的第三方面提供一种分析方法，其为第二方面的分析方法，第一工序在含有氧的气氛中进行。
本发明的第四方面提供一种分析方法，其为第三方面的分析方法，还包括通过在含有氢的气氛中向基板上照射紫外线而除去第一工序中形成的化合物的另一除去工序。
本发明的第五方面提供一种分析方法，其为第四方面的分析方法，第一工序与另一除去工序交替反复实施。
本发明的第六方面提供一种分析方法，其为第一至第五方面中的任一种分析方法，上述分析对象物质含有金属。
本发明的第七方面提供一种分析方法，其为第七方面的分析方法，上述第三工序的分析利用电感耦合等离子体质量分析法、电感耦合等离子体原子发光分析法和原子吸光分析法中的任一种进行。
本发明的第八方面提供一种分析方法，其为第一至第七方面中的任一种分析方法，上述基板是Si基板。
本发明的第九方面提供一种分析方法，其为第八方面的分析方法，还包括除去在Si基板上形成的氧化膜的工序。
本发明的第十方面提供一种分析方法，其为第一至第九方面中的任一种分析方法，还包括在照射紫外线之后，对基板进行加热的加热工序。
本发明的第十一方面提供一种分析装置，其包括：第一处理部，其通过照射紫外线，除去在基板上形成的覆盖膜；第二处理部，其向该基板的表面供给溶解液，使基板上的分析对象物质溶解；和第三处理部，其对第二处理部中使用的溶解液中的分析对象物质进行分析。
本发明的第十二方面提供一种分析装置，其为第十一方面的分析装置，包括在照射紫外线之后，对基板进行加热的加热机构。
发明效果
根据本发明，能够提供在基板上的分析对象物质被覆盖膜所覆盖的情况下，能够以良好的精度对基板表面存在的分析对象物质进行分析的分析方法，以及实施该分析方法的分析装置。
附图说明
图1A是表示现有的分析方法的一个工序的图。
图1B是表示现有的分析方法的另一个工序的图。
图1C是表示现有的分析方法的又一个工序的图。
图1D是表示现有的分析方法的另外又一个工序的图。
图2A是表示现有的分析方法的问题的一例的图。
图2B是表示现有的分析方法的问题的另一例的图。
图3是表示实施例1的分析方法的流程图。
图4A是表示实施例1的分析方法的一个工序的图。
图4B是表示实施例1的分析方法的另一个工序的图。
图4C是表示实施例1的分析方法的又一个工序的图。
图4D是表示实施例1的分析方法的另外又一个工序的图。
图5是表示图3的一个变形例的图。
图6是表示图3的另一个变形例的图。
图7A是表示基板表面的XPS分析结果的一例的图。
图7B是表示基板表面的XPS分析结果的另一例的图。
图8A是表示基板表面的XPS分析结果的又一例的图。
图8B是表示基板表面的XPS分析结果的另外又一例的图。
图9A是除去覆盖膜前的基板的截面TEM照片。
图9B是除去覆盖膜后的基板的截面TEM照片。
图10是表示实施例2的分析装置的图。
符号说明
100：基板；101：覆盖膜；102：气氛；103：紫外线；104：溶解液；200：分析装置；201：端口(port)；202：基板搬送室；203：UV处理部；204：自然氧化膜除去处理部；205：分析对象物溶解处理部；206：溶解液保持部；207：溶解液导入部；208：分析处理部。
具体实施方式
本发明一个实施方式的分析方法，包括：1)通过照射紫外线，除去在基板上形成的覆盖膜的第一工序；2)向基板表面供给溶解液，使上述基板上的分析对象物质溶解的第二工序；3)对上述第二工序中使用的上述溶解液中的上述分析对象物质进行分析的第三工序。
在对基板上的金属等分析对象物质进行分析时，在分析对象物质例如被碳氟化合物类覆盖膜(由含有C元素、F元素，且具有C-C键、C-F键等的材料构成的覆盖膜)所覆盖的情况下，有时分析对象物质难以被溶解液溶解。因此，在本发明的实施方式中，通过照射紫外线除去覆盖膜，能够使分析对象物质被溶解液溶解。
而且，通过照射紫外线除去覆盖膜，与例如蚀刻或溅射等方法相比，分析对象物质飞散的担忧少，而且由于反应缓慢，所以生成新的污染物质的担忧也少。因此，能够以良好的精度对分析对象物质进行分析。
例如，通过照射紫外线，能够起到分解构成碳氟化合物类覆盖膜的材料(切断其结合键)的作用。而且在这种情况下，如果气氛中含有氧，则由于被活化的氧，还能够起到蚀刻覆盖膜的作用，因而优选。
下面，结合附图对上述分析方法的具体例进行说明。
(实施例1)
图3是表示实施例1的分析方法的流程图，图4A～图4D是按照顺序示意性地表示本发明的实施例1的分析方法的图。
首先，在图3的步骤10(图中记做S10，下同)中，通过照射紫外线，除去基板上形成的覆盖分析对象物质的覆盖膜。步骤10示意性地示于图4A。参照图4A，通过向例如由Si构成的基板100上形成的、例如由碳氟化合物类的材料构成的覆盖膜101，照射波长为100nm至320nm左右的紫外线103，从而除去覆盖膜101。在这种情况下，如果基板100(覆盖膜101)周围的气氛102中含有氧，就会增加通过紫外线分解覆盖膜的效果，能够得到通过紫外线使得覆盖膜由于被活化的氧蚀刻的效果，因而优选。
而且，在上述紫外线的照射中，优选对基板100进行加热，使基板100的温度上升，促进除去覆盖膜的反应。基板的温度例如为室温至400℃左右。
接着，在图3的步骤20中，向基板表面供给溶解液，使附着在基板表面的分析对象物质溶解。步骤20示意性地示于图4B～图4D。如图4B所示，在除去覆盖膜101后的基板100表面，供给(滴加)例如含有HF(氢氟酸)的溶解液104。然后，如图4C～图4D所示，控制使基板100倾斜的方向，使基板100上的溶解液104(液滴)掠过，使附着在基板100上的分析对象物质(例如金属等)充分地溶解于溶解液104。
接着，在图3的步骤30中，回收溶解液104，例如利用电感耦合等离子体分析法(ICP-MS)等对该溶解液104进行分析，进行分析对象物质(金属)的定性分析或定量分析。作为上述溶解液104的分析方法，不限于ICP-MS，例如也可以采用电感耦合等离子体原子发光分析法(ICP-AAS)、原子吸光分析法(AAS)等公知的方法。
这样，能够对附着在基板100上的分析对象物质(基板100的污染物质)进行分析。
根据本实施例的分析方法，即使在基板上形成有覆盖膜的情况下，也能够以良好的精度对存在于基板表面的分析对象物质进行分析(检测)。
例如，在使用碳氟化合物类气体(CF4、CHF3等)的等离子体蚀刻装置中，有时会在基板上形成难以利用HF除去的碳氟化合物类覆盖膜。如果形成了这种碳氟化合物类覆盖膜，就会存在难以进行基板表面的分析对象物质的分析的情况。
因此，在本实施例的分析方法中，具有通过照射紫外线除去覆盖膜，容易地回收分析对象物质的特征。上述通过照射紫外线除去覆盖膜，与例如蚀刻或溅射等方法相比，使分析对象物质飞散的担忧少，而且由于反应缓慢，所以生成新的污染物质的担忧也少。因此，能够以良好的精度进行分析对象物质的分析。
此外，如图4A所示，在对覆盖膜101照射紫外线的情况下，如果气氛102中含有氧，则氧会由于紫外线而活化。如果在覆盖膜101附近存在被活化的氧，就会增加利用紫外线分解覆盖膜的效果，增加被活化的氧蚀刻覆盖膜的效果，提高覆盖膜的除去效率，因而优选。例如，步骤10(图4A)的工序可以在通常含有氧的大气中实施，也可以根据需要使用改变了氧浓度、氮浓度的气氛。而且，作为气氛102，可以使用臭氧或N2O等含有氧原子的物质的气体。
而且，图3所示的分析方法也可以进行如图5所示的变形。图5是表示图3所示的分析方法的变形例。其中，对前面说明的步骤标注相同的符号，省略说明。
参照图5，在前面说明的步骤10与步骤20之间，设置有步骤15。在步骤15中，除去在由Si构成的基板100表面形成的氧化膜(SiO2)。氧化膜的除去例如可以通过向基板100供给HF蒸气而实施。而且，本步骤可以省略，在这种情况下，可以利用在步骤20中供给的溶解液104，实质上同时进行氧化膜的除去与分析对象物质的溶解。
在设置有步骤15的情况下，不需要利用溶解液104除去氧化膜，所以能够减少步骤20中向基板100供给的溶解液104的量。因此，能够起到使分析对象物质的分析精度良好的效果。
而且，在上述图5所示的分析方法中，可以通过反复进行基板的加热和利用HF的处理，使碳氟化合物类的覆盖膜产生收缩和膨胀，由此能够容易地除去氧化膜。例如，在图5的分析方法中，将基板温度从室温加热到400℃左右，实施步骤10，然后使基板温度为室温，实施相当于步骤15的处理(HF处理)。接着，在大气气氛中再次将基板加热到300℃左右，然后使基板温度为室温，进行相当于步骤15的处理(HF处理)。通过上述处理，利用覆盖膜的膨胀或收缩，能够容易地除去氧化膜。
而且，图3所示的分析方法可以进行如图6所示的变形。图6是图3所示的分析方法的另一个变形例。其中，对前面说明的步骤标注相同的符号，省略说明。
参照图6，在前面说明的步骤10与步骤20之间，设置有步骤10A。在步骤10A中，通过在与步骤10不同的气氛中向基板100上照射紫外线103，能够除去在步骤10中可能形成的化合物。
例如，在步骤10中，由于紫外线照射的条件和覆盖膜的组成，存在由于紫外线照射发生氧化反应，形成CO化合物，附着在基板100上的担忧。
因此，在步骤10A中，通过例如在氢(H2)气氛中向基板100照射紫外线，通过利用被活化的氢的还原反应，除去上述步骤10中形成的化合物(例如CO化合物)。而且，还可以根据需要交替反复实施步骤10和步骤10A(即反复进行氧化和还原)，除去覆盖膜101。此外，在上述图6所示的分析方法中，也可以在步骤10A之后实施图5所示的步骤15(除去氧化膜的步骤)。
此外，图7A、图7B是表示在Si基板上形成有碳氟化合物类覆盖膜的结构中，紫外线照射前后(图3的步骤10实施前后)的基板表面的光电子分光(XPS)谱的图。图7A表示C1s谱，图7B表示F1s谱。而且，在该评价中，紫外线的波长为172nm，基板温度为200℃，对膜厚约为6nm的覆盖膜照射紫外线300秒。
参照图7A、图7B，通过照射紫外线，膜中的C-C键、C-F键等与C和F相关联的峰降低，可知能够除去碳氟化合物类的覆盖膜。照射后残留的峰是与碳氢化合物和吸附的氟有关的峰，能够将碳氟化合物类的覆盖膜很好地除去。
此外，图8A、图8B以时间为横轴，表示从XPS谱计算出的覆盖膜中的C元素、C元素的减少率。其中，图8A中基板的温度为室温左右，图8B中基板的温度为200℃。
从图8A可以理解，通过持续照射紫外线，膜中的C、F减少。而且，从图8B可以理解，通过对基板进行加热(例如200℃左右)，除去覆盖膜的速度加快，能够有效地除去覆盖膜。
此外，图9A是在Si基板上的SiO2膜上形成有碳氟化合物类覆盖膜(图中记做CF聚合物膜)的结构的透射电子显微镜(TEM)照片。图9B是对图9A的覆盖膜照射紫外线后的TEM照片。在该评价中，紫外线的波长为172nm，基板温度为200℃，对膜厚约为6nm的覆盖膜照射紫外线300秒。
比较图9A和图9B可知，通过照射紫外线，能够除去碳氟化合物类的覆盖膜。
(实施例2)
此外，图10是示意性地表示用于实施实施例1中记载的分析方法的分析装置200的平面图。
参照图10，分析装置200具有搬送基板的搬送室202。并且，晶片(基板)端口201、UV处理(照射)部203、氧化膜除去处理部204、溶解液供给处理部(检测对象物溶解处理部)205、溶解液保持部206、溶解液导入部207以及分析处理部208以包围搬送室202的方式连接。而且，根据需要，UV处理部203可以具有加热机构。
其中，作为构成UV处理部203的材料，通常使用合成石英，但是为了防止由于残留在基板上的氟所引起损伤，也可以使用单晶蓝宝石或BaF2等。
下面说明分析装置200实施实施例1中记述的分析方法的顺序。
首先，利用省略图示的搬送臂等搬送单元，将设置于晶片端口201的基板100搬送到UV处理部203。在UV处理部203中，实施相当于图3的步骤10(图4A)的处理。即，如图4A所记载，通过在含有氧的气氛102中，向形成于基板100上的覆盖膜101照射紫外线103，由此除去覆盖膜101。而且，还可以根据需要，将基板100周围的气氛102变更为含有氢的气氛，并且照射紫外线，实施除去步骤10中生成的化合物的处理(相当于图6的步骤10A)。而且，相当于步骤10与步骤10A的处理可以在UV处理部203中交替反复实施。
而且，如实施例1中的说明，通过向基板100照射紫外线，然后对基板100进行加热，能够容易地除去覆盖膜。因此，UV处理部203可以为具有对基板进行加热的加热机构的结构。
接着，利用上述搬送单元将基板100搬送到氧化膜除去处理部204。在氧化膜除去处理部204中，实施相当于图5的步骤15的处理。即，例如通过向基板100供给HF蒸气，除去基板100上形成的氧化膜。而且，如上所述，氧化膜除去处理部204中的氧化膜除去可以省略。而且，为了更有效地除去覆盖膜101和氧化膜，也可以再次搬送到UV处理部203，进行UV照射或加热处理。
然后，利用上述搬送单元将基板100搬送到溶解液供给处理部205。在溶解液供给处理部205中，实施相当于图3的步骤20(图4B～图4D)的处理。
在这种情况下，如图4B所示，向除去覆盖膜101后的基板100的表面供给(滴加)例如含有HF(氢氟酸)的溶解液104。并且，如图4C～图4D所示，控制基板100的倾斜方向，使基板100上的溶解液104(液滴)掠过，使附着在基板100上的分析对象物质(例如金属等)充分地溶解于溶解液104。
接着，回收溶解有分析对象物质的溶解液，保存在溶解液保持部206中。并且，利用溶解液导入部207将该溶解液导入分析处理部208。例如利用ICP-MS等装置进行分析，对分析对象物质(金属)进行定性分析或定量分析。而且，分析处理部208不限于ICP-MS装置，例如也可以是ICP-AAS装置、AAS装置等结构。
这样，能够对附着在基板100上的分析对象物质(基板100的污染物质)进行分析。
利用分析装置200，能够得到实施例1记载的效果。而且，由于分析装置200能够对基板和溶解液进行迅速搬送、连续处理，所以能够以良好的精度对基板上的污染物质进行分析。
以上，对本发明优选的实施例进行了说明，但本发明并不限于上述特定的实施例，在权利要求记载的要点内，可以进行各种的变形与变更。
产业上的可利用性
根据本发明，提供一种即使在基板上的分析对象物质被覆盖膜所覆盖的情况下，也能够以良好的精度对覆盖膜下的分析对象物质进行分析的分析方法，以及实施该分析方法的分析装置。
本国际申请主张基于2006年7月19日提出的日本专利申请第2006-196946号的优先权，在此引用其全部内容。
Claims (9)
1.一种分析方法，其特征在于，包括：
碳氟化合物覆盖膜除去工序，通过照射紫外线，除去在基板上形成的碳氟化合物覆盖膜；
加热工序，对所述基板进行加热；
氧化膜除去工序，向所述基板上供给氢氟酸蒸汽，除去氧化膜；
溶解工序，向所述基板的表面滴加溶解液，使所述基板上的分析对象物质溶解；和
分析工序，对所述溶解工序中使用的所述溶解液中的所述分析对象物质进行分析。
2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于：
所述加热工序和所述氧化膜除去工序交替反复实施。
3.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于：
所述碳氟化合物覆盖膜除去工序在含有氧的气氛中进行。
4.如权利要求3所述的分析方法，其特征在于：
还包括通过在含有氢的气氛中向所述基板上照射紫外线而除去所述碳氟化合物覆盖膜除去工序中形成的化合物的另一除去工序。
5.如权利要求4所述的分析方法，其特征在于：
所述碳氟化合物覆盖膜除去工序与所述另一除去工序交替反复实施。
6.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于：
所述分析对象物质含有金属。
7.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于：
所述分析工序的分析利用电感耦合等离子体质量分析法、电感耦合等离子体原子发光分析法和原子吸光分析法中的任一种进行。
8.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于：
所述基板是Si基板。
9.一种分析装置，其特征在于，包括：
碳氟化合物覆盖膜除去部，其通过照射紫外线，除去在基板上形成的碳氟化合物覆盖膜；
加热机构，对所述基板进行加热；
氧化膜除去机构，向所述基板上供给氢氟酸蒸汽，除去氧化膜；
溶解部，其向所述基板的表面滴加溶解液，使所述基板上的分析对象物质溶解；和
分析部，其对所述溶解部中使用的所述溶解液中的所述分析对象物质进行分析。
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