CN205786470U - 基板分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的课题是提供一种基板分析装置，其自动地进行：从将移行有基板所含的杂质的分析液予以回收，到ICP‑MS等的分析为止。本实用新型的基板分析装置具备有：载入端口，设置有收纳基板的收纳盒；基板搬送机器人，可取出、搬送、设置收纳在载入端口的基板；对准器，调整基板的位置；干燥室，将基板加热干燥；气相分解室，用以通过蚀刻气体而蚀刻基板；分析扫描端口，具有载置基板的分析台、以及基板分析用喷嘴，并通过该基板分析用喷嘴，将载置在分析台的基板表面以分析液扫掠，并将使分析对象物移行的分析液回收；分析液采取手段，具备经投入所回收的分析液的分析容器；分析手段，将由喷雾器所供给的分析液进行元素分析。

Description

基板分析装置

技术领域

本实用新型是关于用以分析半导体晶圆等基板的分析装置，特别是有关于使用感应耦合电浆质谱装置(ICP-MS)或离子层析分析装置来分析基板所含的微量金属等杂质的基板分析装置。

背景技术

以往以来，半导体晶圆等基板是通过将硅等的锭(ingot)予以切断而制造者，而且已知于锭制造时会因为偏析、异物混入等而于基板中混入未预期的杂质。而且，于半导体等的制造步骤中也会因为来自装置、使用的药液或环境的污染，而有产生金属污染的可能性。因此，针对半导体晶圆等基板，会以基板所含的金属等杂质作为分析对象物，而进行分析该元素的识别及含量。

就如此的基板的分析方法而言，首先是通过气相分解法进行基板的蚀刻。具体而言，是使基板与氟化氢蒸气接触而蚀刻基板，于基板上残留基板所含的分析对象物作为残渣。通过此气相分解法而蚀刻基板后，以分析液扫掠基板表面，使作为金属等杂质的分析对象物移行至分析液中(例如专利文献1)。

扫掠基板表面而移行有分析对象物的分析液，是被回收至瓶子(vial)等回收容器。装有分析液的回收容器是由操作者以手动来移动，装设在感应耦合电浆质谱装置(以下，有称为ICP-MS的情形)，进行分析对象物的分析。ICP-MS是由于预先测定标准溶液而制作了关于分析对象物的校正曲线，故用来进行分析对象物的元素识别并定量分析其含量。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本国特开2012-132826号公报

实用新型内容

[实用新型欲解决的课题]

于如此的以往的基板的分析中，虽然关于利用气相分解法的蚀刻装置、以分析液扫掠基板表面而回收使分析对象物移行的分析液的回收装置、ICP-MS等，是存在有各式各样的装置，但由于需要由操作者所执行的人为作业，故难以进行有效率的分析。而且，若存在由操作者以手动来将瓶子等装设在ICP-MS的作业，则有外部污染的影响的疑虑。是以，本实用新型的目的在于提供一种基板分析装置，其自动地进行：从将移行有基板所含的金属等杂质的分析液予以回收，到通过ICP-MS所进行的分析为止。

[解决课题的手段]

本实用新型是有关于一种基板分析装置，其具备：载入端口(load port)，其设置有收纳分析对象的基板的收纳盒；基板搬送机器人(robot)，其可取出、搬送、设置收纳在载入端口的基板；对准器(aligner)，其调整基板的位置；干燥室，其将基板加热干燥；气相分解室，其用以通过蚀刻气体而蚀刻基板，分析扫描端口，其具有载置基板的分析台、以及基板分析用喷嘴，其中通过该基板分析用喷嘴，将载置在分析台的基板表面以分析液扫掠，并将使分析对象物移行的分析液回收；分析液采取手段，其具备经投入由基板分析用喷嘴所回收的分析液的分析容器，分析手段，其将由喷雾器(nebulizer)所供给的分析液进行元素分析。

首先，针对通过本实用新型的基板分析装置并使用以感应耦合电浆分析装置进行的分析手段的情形来说明。例如，半导体晶圆等硅制的基板，通常是在基板表面形成氮化膜或氧化膜等膜。在进行如此的基板的分析时，首先，由基板搬送机器人从载入端口取出的基板是被搬送至气相分解室，并设置于室内。然后，使含有氟化氢蒸气的蚀刻气体与基板接触，进行气相分解处理。进行了该气相分解处理的基板是由基板搬送机器人搬送、载置于分析扫描端口的分析台。

分析扫描端口的基板分析用喷嘴中，投入有分析液。分析液可使用氟化氢与过氧化氢的混合液。通过该基板分析用喷嘴，将载置在分析台的基板表面以分析液扫掠，并将杂质取入至分析液中。由基板分析用喷嘴所回收的分析液，是被投入至在分析液采取手段中的分析容器，并以供给至喷雾器的氩 气来抽吸，将分析液供给至ICP-MS来进行分析。

经分析液进行扫掠结束后的基板，是由基板搬送机器人搬送至干燥室，且为了确实除去可能残存在基板表面的分析液而进行干燥处理。经干燥处理的基板是由基板搬送机器人送回至载入端口的原本收纳的位置。

本实用新型的基板分析装置是全自动地进行：定期测定关于分析对象物的标准溶液并作成校正曲线。ICP-MS的分析结果，是以原子/cm²的单位而自动地计算。此分析结果的计算，是依据从扫掠基板表面的面积与分析液中的分析对象物浓度，换算成基板中含有的分析对象物(金属等杂质)浓度来进行。

而且，本实用新型的基板分析装置中，基板分析用喷嘴是以可于分析扫描端口进行洗净的方式来制造者。此洗净是使用分析液或混合氢氟酸与硝酸的溶液等。为了确认基板分析用喷嘴的污染状态，是自动地由ICP-MS测定未进行基板扫掠的分析液(空白液)。由于空白液预先设定了分析对象物(金属等杂质)的浓度，若此空白液的分析结果为预先设定的浓度以上时，空白液有污染的可能性，所以是设定成自动地进行分析液的替换。

当基板的分析结果超过预先设定的分析对象物浓度时，基板分析用喷嘴及ICP-MS会有残留记忆(memory)(残留有先前进行的分析液的分析对象物的状态)的可能性。此时，自动地增加基板分析用喷嘴的洗净次数，并同时在洗净后自动地测定空白液以确认是否残留记忆。在洗净后的空白液确认到有记忆时，再度进行基板分析用喷嘴的洗净及空白液的测定。自动地进行此基板分析用喷嘴的洗净以及空白液的测定确认，直到变成无记忆为止。

而且，就ICP-MS而言，在分析液未输送到喷雾器时，于设于分析液采取手段的洗净场所中，是通过分析液或含有氢氟酸与硝酸的混合溶液等的洗净液来洗净喷雾器。

此外，在本实用新型的基板分析装置中，测量基板分析用喷嘴所回收的分析液的液量。然后，当该所回收的液量在预先设定的规定液量以下时，则延长分析后的基板在干燥室干燥的时间，将残留在基板的分析液完全干燥除去，并送回至载入端口的原本收纳的位置。另外，在ICP-MS测定结束后，在分析液采取手段中的分析容器是通过水及酸来洗净。

于本实用新型的基板分析装置中，分析手段可使用感应耦合电浆质谱装 置或离子层析分析装置。若为感应耦合电浆质谱装置，即便为例如次ppt水平(pg/mL)的微量污染也可检测出，在基板表面含有多种杂质元素时，也可特定杂质元素的种类及各元素的存在量。而且，若为离子层析分析装置时，由于也可同时分析其他成分，而不易受到共存成分的影响，故可高精确度地分析，且也可进行阴离子分析。另外，当分析手段是使用离子层析分析装置时，不进行于气相分解室中利用氟化氢蒸气的处理，而是使用超纯水作为分析液来分析。

本实用新型的基板分析装置中，基板分析用喷嘴具备具有可填充、抽吸、排出溶液的受液部的喷嘴本体，优选为在喷嘴本体的前端形成有溶液保持部。在如此的基板分析用喷嘴中，是通过将分析液等溶液填充至受液部，并使分析液保持于形成在喷嘴本体前端的溶液保持部，而使分析液可在喷嘴本体的前端呈安定地突出的状态。而且，形成在喷嘴本体前端的溶液保持部，更优选为形成为圆顶(dome)状的形态。

[实用新型的效果]

如以上的说明，根据本实用新型的基板分析装置，由于从将移行有基板所含的金属等杂质的分析液予以回收，到通过ICP-MS或离子层析分析装置进行分析为止，可全自动地分析，故可迅速且有效率地实施分析，同时可极力抑制外部污染的影响，从而可实现高精确度的分析。

附图说明

图1是基板分析装置的概略图。

图2是基板分析用喷嘴的概略剖面图。

其中，附图标记说明如下：

1 基板分析装置

10 载入端口

20 基板搬送机器人

30 对准器

40 气相分解室

50 干燥室

60 分析扫描端口

61 分析台

62 基板分析用喷嘴

621 喷嘴本体

622 受液部

623 溶液保持部

63 喷嘴操作机器人

70 自动取样机

80 感应耦合电浆分析器

D 分析液

W 基板。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本实用新型的实施方式。图1是表示本实施方式的基板分析装置的概略图。图1的基板分析装置1是由下列者所构成：载入端口10，其设置有收纳分析对象的硅制基板W的未图示的收纳盒；基板搬送机器人20，其可取出、搬送、设置基板W；对准器30，其调整基板的位置；气相分解室40，其用以蚀刻基板W；干燥室50，其用于加热干燥处理；分析扫描端口60，其具备载置基板W的分析台61、以分析液扫掠载置在分析台61的基板表面并予以回收的基板分析用喷嘴62、以及操作基板分析用喷嘴62的喷嘴操作机器人63；自动取样机70(分析液采取手段)，其设置有经投入由基板分析用喷嘴62所回收的分析液的分析容器(未图示)；喷雾器(未图示)；以及感应耦合电浆分析器(ICP-MS)80，其进行感应耦合电浆分析。

图2是显示基板分析用喷嘴62的概略剖面图。通过喷嘴操作机器人(未图示)进行搬送、移动等操作的基板分析用喷嘴62，是在喷嘴本体621的受液部622内可填充、抽吸、排出分析液等溶液。例如，使用分析液D扫掠基板表面时，通过使分析液保持于设置在喷嘴本体621前端的圆顶状溶液保持部623，而使其与基板W表面接触，并通过喷嘴操作机器人以使分析液D在基板表面移动的方式来操作，而使作为分析对象的微量金属等杂质移行至分析液中。

其次，说明利用本实施方式的基板分析装置的分析程序。首先，通过基 板搬送机器人20从载入端口10取出分析对象的基板W，搬送至设置在装置内的对准器30，进行基板W的位置调整。之后，将基板W搬送至气相分解室40并配置于室内。

在气相分解室40中，将含有氟化氢蒸气的蚀刻气体吹附至基板W，进行在基板表面蚀刻的气相分解处理。通过该气相分解处理，基板表面的氧化膜等膜中所含的金属等杂质及含硅化合物等残留在基板上作为残渣。

结束气相分解处理的基板W被搬送、载置于分析台61。然后，操作喷嘴操作机器人63，从分析扫描端口60填充分析液至基板分析用喷嘴62。填充有分析液的基板分析用喷嘴62是在基板W上移动，将该分析液的一部份吐出至喷嘴本体621的前端，并以喷嘴本体621的前端保持有分析液的状态扫掠基板W表面。藉此，将基板上作为残渣而残留的金属等杂质取入至分析液中。该通过分析液而进行的扫掠，是可适当地在基板表面的特定部分或多处、或连续地进行。例如，可仅于一处进行扫掠，或可扫掠基板全面。

将扫掠基板表面并取入有杂质的分析液，投入至自动取样机(autosampler)(分析液采取手段)70所具备的PTFE制的被称为瓶子(vial)的分析容器(未图示)。分析容器的分析液是通过喷雾器所抽吸，并通过ICP-MS进行分析。

实施例1：分析的基板是使用8径的裸硅晶圆(bare silicon wafer)。对此基板，使Na、Mg、Al、Ca、Cr等作为分析对象的各金属元素成为5E+10原子/cm²左右的浓度的标准溶液从基板上滴下而强制污染以作为分析用基板。而且，分析液是使用3％体积浓度的氟化氢与4％体积浓度的过氧化氢的混合液。然后，基板分析用喷嘴是使用喷嘴本体为20mm径、其前端径为10mm者。另外，作为分析器的ICP-MS，是使用PERKIN ELMER公司制的ELANDRC II。

将该分析用基板配置于载入端口，通过上述分析操作进行分析。分析评估是对同一基板重复连续进行合计3次，分别测定作为分析对象的各金属元素的浓度，由其结果求得回收率。回收率是由“第1次分析所检测出的各金属元素浓度”相对于“合计3次分析所检测出的各金属元素的浓度的合计値”的比例(回收率)来算出。一般而言，对于基板所含的金属等杂质的分析，是要求以1次分析检测出全部的分析对象物，故此回收率若愈高，则表示以1次分析可从基板回收并检测出多数的分析对象物。分析的结果表示于表1。

[表1]

从表1的分析结果，得知作为分析对象的17个金属元素可以非常高的回收率来分析。而且，当测量从“将分析用基板装设于载入端口”到“分析结果出现”为止的分析时间时，一次的分析约为15分钟(气相分解处理2分钟，通过基板分析用喷嘴进行回收7分钟，通过ICP-MS进行计算测量5分钟)。

在以往由操作者进行基板分析的情况下，是将来自进行基板制造等的半导体工厂的用于分析的基板带到具备ICP-MS的分析室，进行气相分解处理、基板分析用喷嘴的回收，并进行ICP-MS的分析。另一方面，只要将本发明的基板分析装置设置于半导体工厂内，并设计成使晶圆等基板可自动搬送至基板分析装置，即可大幅缩短从基板制造到得到分析结果为止的时间。

[产业上的利用可能性]

本实用新型由于是从基板的前处理(气相分解处理、以分析液进行的处理等)到通过ICP-MS或离子层析分析装置而进行的分析为止，均能全自动处理，故可使半导体晶圆等基板的分析步骤迅速化。

Claims (3)

1.一种基板分析装置，其特征在于，具备：

载入端口，其设置有收纳分析对象的基板的收纳盒；

基板搬送机器人，其可取出、搬送、设置收纳在载入端口的基板；

对准器，其调整基板的位置；

干燥室，其将基板加热干燥；

气相分解室，其用以通过蚀刻气体而蚀刻基板；

分析扫描端口，其具有载置基板的分析台、以及基板分析用喷嘴，其中通过该基板分析用喷嘴，将载置在分析台的基板表面以分析液扫掠，并将使分析对象物移行的分析液回收；

分析液采取手段，其具备经投入由基板分析用喷嘴所回收的分析液的分析容器；以及

分析手段，其将由喷雾器所供给的分析液进行元素分析。

2.如权利要求1所述的基板分析装置，其特征在于，该分析手段是感应耦合电浆质谱装置或离子层析分析装置。

3.如权利要求1或2所述的基板分析装置，其特征在于，该基板分析用喷嘴具备具有可填充、抽吸、排出溶液的受液部的喷嘴本体，且在喷嘴本体的前端形成有溶液保持部。