JP2005327996A

JP2005327996A - 試験液収集装置

Info

Publication number: JP2005327996A
Application number: JP2004146650A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kanda; 薫神田; Seiji Hinada; 政治雛田
Original assignee: Sigmameltec Ltd
Current assignee: Sigmameltec Ltd
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】ウェハ表面にノズル等を当接させることなく、ウェハの厚みを測定し、この測定された厚みに相応してウェハとノズルとの間のギャップを制御しつつ試験液の収集を行う装置を提供する。
【解決手段】ウェハＷの表面に滴下された試験液を捕捉し、この捕捉された試験液でこのウェハＷ表面上をスキャンすることによりこのウェハＷ表面上の汚染物質をこの試験液とともに回収するノズルＮを備えた試験液収集装置であって、このウェハＷを載置し固定するステージ４ａと、このステージ４ａを回転させる駆動手段４ｂと、このウェハＷの表面に試験液を滴下する試験液滴下手段５と、このノズルＮを備えた少なくとも上下に移動可能なノズル移動手段７と、このウェハＷの厚みｗを計測する非接触型センサ８と、この計測されたウェハＷの厚みｗに相応してこのウェハＷと上記ノズルＮ間のギャップＧを制御する制御手段１０とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図２（ａ）

Description

本発明は、ウェハ表面上の汚染物質を試験液と共に回収するノズルを備えた試験液収集装置に関し、特に、ウェハとノズルとの間のギャップを好適に調整することにより試験液の回収率の向上が図れる試験液収集装置に関するものである。

半導体製造プロセスでは、シリコンウェハはクリーンルーム環境、及び薄膜形成、エッチング注入などの工程における原料、設備、人体に由来する汚染に常に曝されており、これらの汚染は、製品の特性、歩留まりの低下を招き、デバイス製造に悪影響をもたらす。従って、この汚染を及ぼしている要因がどのような汚染物質（金属不純物、貴金属不純物等）に由来するものかを分析することは特に重要である。

従来から、この汚染物質の分析方法として、誘導結合プラズマ質量分析法（以下「ＩＣＰ−ＭＳ」という。）や全反射蛍光Ｘ線分析法がある。

このどちらの分析法を用いるにおいても、ウェハ表面上の汚染物質を回収する必要があり、その回収方法として従来から、以下のようなものがある。

汚染物質を含むＳｉ自然酸化膜で覆われたシリコンウェハを、ＨＦ（フッ酸）蒸気雰囲気に導入して自然酸化膜を溶解し、このとき生成される水に汚染物質を溶解させるという気相分解（以下「ＶＰＤ」という。）を行い、ウェハ表面の溶解物を一箇所に集めこれを一滴として回収する方法や、ＨＦに酸化剤を添加した試験液をウェハ表面上に微量滴下し、これをウェハ表面上で転がしてウェハ表面上の貴金属を含む金属不純物を回収するという方法（以下「液滴走査法」という。）がある。

この液滴走査法を用いるものとしては、例えば、特開２００３−３４４２４３号公報があるが、これは、ウェハ表面上に試験液を滴下し、これをノズルで捕捉し、この捕捉した試験液をウェハ上で転がし（スキャン）、ウェハ表面全面を全てスキャンした後これを吸引するというものである。この滴下された試験液を取り逃がすことなく捕捉し、スキャンし、及び試験液の取りこぼしを減らすためには、ウェハ表面とノズルとの間のギャップが重要となる。

この点、上記公報においては、このギャップをウェハ毎に調整するとしている。

確かに、このギャップをこのようにウェハ毎に調整すれば、例えば、何百回もＶＰＤ処理してウェハの厚みが薄くなった試験用ウェハ等を検査する際においても適性なギャップとすることが可能であるが、この特開２００３−３４４２４３号公報のものにあっては、この際に、ノズルをウェハに当接させることにより行うとしており、このような方法では、ノズルによりウェハを傷つけてしまったり、破壊してしまう恐れがある。また、このノズルで試験液を捕捉する時、スキャンする時及び試験液を回収する時には夫々に適正なギャップがあり、この各時において夫々適正なギャップに調整することが試験液の取りこぼしを減らすためには特に有効であるが、上記公報開示の技術ではこのようなギャップの調整をすることはできなかった。

特開２００３−３４４２４３号公報

そこで、本発明の目的は、ウェハ表面にノズル等を当接させることなく、ウェハの厚みを測定し、この測定された厚みに相応してウェハとノズルとの間のギャップを制御しつつ試験液の収集を行う試験液収集装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の試験液収集装置は、ウェハの表面に滴下された試験液を捕捉し、この捕捉された試験液でこのウェハ表面上をスキャンすることによりこのウェハ表面上の汚染物質をこの試験液とともに回収するノズルを備えた試験液収集装置であって、上記ウェハを載置し固定するステージと、上記ステージを回転させる駆動手段と、上記ウェハの表面に上記試験液を滴下する試験液滴下手段と、上記ノズルを備えた少なくとも上下に移動可能なノズル移動手段と、上記ウェハの厚みを計測する非接触型センサと、この計測されたウェハの厚みに相応してこのウェハと上記ノズル間のギャップを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

この試験液は、例えば、ＨＦ（フッ酸）にＨＮＯ_３やＨ_２Ｏ_２のような酸化剤を添加した溶液等であり、また、ここで言う汚染物質とは、金属不純物、貴金属不純物等をいう。

また、ここで言う回収とは、例えば、ダイアフラム式ポンプやその他の吸引ポンプ等により、ノズルを用いて金属不純物等とともに試験液をウェハ表面上から吸引することを言い、このノズルとは、筒状の管をいう。

以上のように、非接触型センサにより測定されたウェハの厚みに相応してウェハとノズルの間のギャップを制御するとしたことから、ウェハにノズルを当接せずに、ウェハの厚みに影響されないノズルとウェハ間の正確なギャップを把握することができるので、ウェハを傷つけることとなく、最適なギャップで試験液の収集が可能となる。

また、上記制御手段は、上記非接触型センサにより上記ステージとの間の距離及び上記ウェハとの間の距離を算出し、夫々得られた算出値から減算処理によりウェハの厚みを算出するように構成してもよい。

ここで言う非接触型センサとは、ウェハ表面にノズルを当接させることなくウェハの厚みを測定できるものであり、超音波や光等の入射及び反射を利用したセンサである。例えば、発光部と受光部を有する光センサで構成されており、ウェハ表面にレーザー光線等の光を発射しその反射光を読み取る構成のものである。この光センサがウェハ表面に光を発射し、この反射光を受け取ることにより、ウェハとこの光センサ間の距離が測定され、上記ステージとこの光センサとの間の距離とこの測定距離との減算をすることによりウェハの厚みが算出される。

また、この試験液収集装置は、更に、上記制御手段に、上記試験液の捕捉時の上記ギャップが、上記スキャン時の上記ギャップより大きくなるよう制御させるように構成してもよい。

この試験液の捕捉時においては、この液滴にノズルが触れたときに液滴の表面張力により、液滴がノズル先端部の円周上に張り付くようなギャップであればよいが、一方、このギャップのままスキャンすると、液滴をノズルに保持し続けることができないおそれがあるので、このスキャン時にはこの捕捉時のギャップより小さくするのが好適である。

また、この試験液収集装置は、更に、上記制御手段に、上記スキャン時の上記ギャップが、０．２〜１．０ｍｍとなるよう制御させるように構成してもよい。

このスキャン時のギャップが０．２ｍｍより小さいと、スキャン時に液滴が弾けてしまう恐れがあり、１．０ｍｍより大きいと液滴を取り逃がしてしまう恐れがあるので、スキャン時のギャップは、０．２〜１．０ｍｍが好適である。

また、この試験液収集装置は、更に、上記制御手段に、上記試験液の捕捉時の上記ギャップが、上記スキャン時の上記ギャップより０．３〜０．５ｍｍ大きくなるよう制御するように構成してもよい。

この捕捉時のギャップとスキャン時のギャップの差が０．３ｍｍより小さいと、捕捉時に液滴を弾いてしまう恐れがあり、０．５ｍｍより大きいと液滴を取り逃がす恐れがあるので、このようにするのが好適である。

また、この試験液収集装置は、更に、上記制御手段に、上記スキャン後の試験液の回収時において、初期回収時の上記ギャップより終期回収時の上記ギャップを小さくなるよう制御するように構成してもよい。

ここで、初期回収時とは、試験液によりウェハ表面上を全てスキャンし終わった後、ノズルによりこのスキャン終了後の試験液を吸引する際の吸い始めを言い、一方、終期回収時とは、この試験液の吸引終了間近を言う。

試験液の吸引し始めにおいては、試験液滴はノズルの先端部の円周上全面に渡り表面張力により張り付いているが、吸引終了間近においては試験液が少なくなるので、この吸引し始めのギャップのままでは、このノズルの先端部の円周上において試験液滴の非接触部分が生ずることとなる。その結果、ノズルでは吸引出来ない試験液をウェハ上に残してしまうこととなるので、ウェハ表面上の未回収の試験液の残量が少なくなった時点においては、初期回収時よりこのギャップを小さくするのが好適であり、このようにすることにより試験液の回収率を向上させることができる。

また、この試験液収集装置は、更に、上記制御手段に、上記スキャン後の試験液の回収時において、初期回収時の上記ギャップより終期回収時の上記ギャップを０．２〜１．０ｍｍ小さくなるよう制御するように構成してもよい。

本発明にあっては、上記の如く、ウェハにノズルを当接させることなく非接触型センサによりウェハの厚みを測定し、この測定されたウェハの厚みに相応してこのウェハと上記ノズルとの間のギャップを制御するとしたことから、ウェハ表面を傷つけることなく、ウェハの厚みに影響しない最適なギャップを設定することができる。

また、試験液の捕捉時のギャップよりスキャン時のギャップを小さくするようにギャップを制御すれば、捕捉時及びスキャン時の夫々に最適なギャップとすることができ、より取りこぼしや取り逃がしの防止が図れる。

更に、スキャン後の試験液の回収時において、初期回収時のギャップよりも終期回収時のギャップを小さくするように構成すれば、試験液の回収率の向上を図れる。

以下、この発明に係る試験液収集装置の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に記すのは本願発明の１つの実施形態にすぎず、これに限定されるものではない。

図１は、本発明の試験液収集装置を適用したウェハ検査前処理装置の模式配置図である。このウェハ検査前処理装置は、以下の部門からなる。即ち、ウェハ表面上の汚染物質分析に用いるウェハが格納されているローダ１と、このローダ１から取り出したウェハをＶＰＤ（気相分解）処理するＶＰＤ処理部３と、このＶＰＤ処理されたウェハの表面上の金属不純物を試験液に取り込む（以下「スキャン」という。）ＳＣＡＮ部４と、このスキャン後の試験液を汚染物質分析であるＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析）用の分析試料を作成するＩＣＰ−ＭＳ部９と、このウェハ検査前処理装置を制御する制御手段１０とから構成される。

また、本発明のウェハ表面上の試験液収集装置を適用したウェハ検査前処理装置は、ウェハの厚みを測定する非接触型センサ８と、ＶＰＤ処理部３及びＳＣＡＮ部４へウェハの搬送を行うウェハ移動手段２と、ＳＣＡＮ部４に載置されたウェハ上に試験液供給部６から試験液を採取しこの採取した試験液をウェハ上に滴下する試験液滴下手段５と、この滴下された試験液でウェハ表面上をスキャンしこのスキャン後の試験液を回収し、この回収された試験液をＩＣＰ−ＭＳ部９へ搬送するノズル移動手段７を備える。

次に、本発明の試験液収集装置の一実施形態について図２（ａ）を用いて説明する。

本発明の試験液収集装置は、上記ＳＣＡＮ部４がウェハＷを載置し固定するステージ４ａとこのステージ４ａを回転させる駆動手段４ｂとで構成されるとともに、このステージ４ａに載置し固定されたウェハＷの厚みｗを測定する非接触型センサ８と、このウェハＷの表面に試験液を滴下する試験液滴下手段５と、このウェハＷに滴下された試験液滴Ｓを捕捉し、この捕捉された試験液滴ＳでウェハＷ表面上をスキャンし、スキャン終了後にこの試験液滴Ｓを回収するノズルＮを備えたノズル移動手段７と、このノズルＮと導入管Ｄを通して接続されるとともに、ウェハＷの表面上の試験液滴Ｓを吸引するポンプＰと、これら一連の動作を制御する制御手段１０とからなる。

制御手段１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭから構成されており、ＲＯＭには、ステージ４ａにウェハＷが載置されてから、このウェハＷの厚みｗの測定、試験液の滴下、捕捉、スキャン、そして回収するまでの一連の動作を各機器に行わせるようなプログラムが格納されており、これをＲＡＭに書き込みＣＰＵで演算処理を行うことにより、以下のような一連の動作を行うように構成されている。

以下に、この試験液収集装置の動作説明を図２（ａ）を用いて行う。

まず、図示しないウェハ搬送用ロボット又はアームによりウェハＷがステージ４ａまで搬送され、このステージ４ａに載置される。すると、非接触型センサ８がこのステージ４ａに載置されたウェハＷの厚みｗを測定し、この測定された厚みに関する情報が制御手段１０に送られる。これと同時に試験液滴下手段５が、試験液供給部６より定量の試験液を採取し、この試験液をステージ４ａに載置されたウェハＷ上の所定の位置に滴下する。以上の処理を制御手段１０のＣＰＵが行う。

他方、制御手段１０のＣＰＵは、非接触型センサ８により測定された実際のウェハＷの厚みｗからこれに相応したウェハＷとノズルＮとの間のギャップを算出し、この算出されたギャップとなるようにノズル移動手段７のＺ軸を調整する。

更に具体的にこのウェハＷの厚みｗの算出方法を図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。まず、図に示すように、駆動手段４ｂの上部に設けられたステージ４ａの上面のＺ軸座標を０（基準）として、非接触型センサ８のＺ軸方向の位置座標、即ち、ステージ４ａと非接触型センサ８の距離が制御手段１０のＲＯＭあるいはＲＡＭに予め設定されている。（ここでは、この距離をＬとしている。）ここで、非接触型センサ８が、例えば、発光部と受光部を有する光センサで構成されており、この光センサの発光部よりレーザー光線等の光をウェハＷに向けて発射する。すると発射されたレーザー光線は、ウェハＷに当たって反射し、この反射光を非接触型センサ８の受光部が受け取るとともに、この非接触型センサ８は制御手段１０に対し信号を送る。すると、この信号を受け取った制御手段１０のＣＰＵは、非接触型センサ８から光が発射されてからこの反射光を受け取るまでに要した時間と、この光の速度から、ウェハＷと非接触型センサ８の距離を算出する。（ここでは、Ｌ１としている。）次に、制御手段１０のＣＰＵは、予めＲＯＭあるいはＲＡＭに設定されたステージ４ａと非接触型センサ８との距離とこの算出されたウェハＷと非接触型センサ８との減算処理を行う。その結果、ウェハＷの厚みｗが算出される。

次に、このウェハＷの厚みｗからウェハＷとノズルＮとの間のギャップＧを調整する動作について説明する。制御手段１０のＲＯＭあるいはＲＡＭには、例えば、ウェハＷの基準の厚み（以下「基準厚み」という。）が予め設定されており、更に、この厚みに相応して試験液収集に適正なギャップ（以下「基準ギャップ」という。）が予め設定されている。この制御手段１０のＣＰＵは、ウェハＷの厚みｗを算出すると、次に基準厚みとこの計測されたウェハＷの厚みｗの比較を行う。そして、小さい場合には、ノズルＮを下げるようにノズル移動手段７を制御し、一方、大きい場合には、ノズルＮを上げるようにノズル移動手段７を制御するようにして、このギャップＧの調整を行う。

ここで、上記において、試験液がウェハＷ上に滴下される位置と、ノズル移動手段７のノズルＮのウェハＷ上の位置を所定の位置としたが、この位置は滴下された試験液をノズルＮが、例えば、下記のように捕捉することができるような位置として予め制御手段１０のＲＯＭ或いはＲＡＭに設定されている。

次に、制御手段１０のＣＰＵは、ステージ４ａを回転させる。すると、このステージ上のウェハＷ上の試験液滴Ｓは、円を描くようにこのウェハＷ上を移動し、この円周上に位置するノズルＮに接触することにより、このノズルＮが試験液滴Ｓを捕捉する。

更に、制御手段１０のＣＰＵは、ウェハＷ上をスキャンさせるべくノズル移動手段７を、水平方向で、かつ一方向、更にウェハＷの中心方向に移動させる。すると、ステージ４ａも上記のように回転しているので、このノズルＮはウェハＷ上を渦巻状にスキャンすることとなる。

このノズルＮがウェハＷの中心まで移動しスキャンが終了すると、制御手段１０のＣＰＵはノズル移動手段７の移動を停止させ、ノズルＮと導入管Ｄにより接続されているポンプＰにスキャン終了後の試験液滴Ｓの吸引をさせ、試験液を回収させる。

以上のように、ウェハＷにノズルＮを当接させることなく、ウェハＷの厚みｗを非接触型センサ８により測定し、この厚みに相応してウェハＷとノズルＮとの間のギャップを制御するとしたことから、ウェハＷ表面を傷つけずにウェハＷの厚みｗに影響されないギャップの算出が可能となる。

また、他の実施形態では、本発明の試験液収集装置は、更に試験液の捕捉時のウェハＷとノズルＮとの間のギャップが、スキャン時のギャップより大きくなるように制御手段１０が制御するように構成されている。

この場合の捕捉時とスキャン時のギャップの調整について図３を用いて説明する。

非接触型センサ８によりウェハＷの厚みｗが測定され、これに相応したギャップとなるようにノズル移動手段７のノズルＮのギャップを調整する（ステップ１００）。その後、試験液滴下手段５は試験液滴ＳをウェハＷに滴下する（ステップ２００）。次にこの試験液を捕捉したかどうかの判断がなされ（ステップ３００）、捕捉した場合には、ノズルＮを下げ（ステップ３００）、ノズル移動手段７にスキャンを開始（ステップ５００）させ、試験液滴Ｓを回収（ステップ６００）させる。以上の処理を制御手段１０のＣＰＵが行う。

ここで、この捕捉したかどうかをどのように判断するかの一例を以下に説明すると、ノズル移動手段７のノズルＮが制御手段１０のＲＯＭあるいはＲＡＭに予め設定されたウェハＷ表面上方の位置においてギャップ初期調整された後、このノズルＮの位置とウェハＷの中心からの距離と、ウェハＷの中心から試験液の液滴下の位置との距離が、同じになるように試験液滴下手段５に試験液滴ＳをウェハＷ表面上に滴下させ、これと同時にウェハＷが回転するように構成する。このウェハＷの回転速度は予め一定となるように制御手段１０のＲＯＭあるいはＲＡＭに設定されている。試験液滴Ｓの滴下位置の円周上にノズルＮが位置しており、かつ、夫々の座標も制御手段１０のＲＯＭあるいはＲＡＭに予め設定されているので、試験液滴Ｓが滴下された位置からノズルＮまでの円弧の長さが算出される。これより、この円弧の長さと上記回転速度から試験液滴Ｓの滴下時からノズルＮが試験液滴Ｓを捕捉するまでの時間が算出されるので、この時間が経過した時点を捕捉時と判断するように構成すればよい。以上の処理を制御手段１０のＣＰＵにおいて行う。

この試験液の捕捉時においては、この液滴にノズルＮが触れたときに液滴の表面張力により、液滴がノズル先端部の円周上に張り付くようなギャップであればよいが、一方、このギャップのままスキャンすると、液滴をノズルＮに保持し続けることができないおそれがあるので、このスキャン時にはこの捕捉時のギャップより小さくするのが好適である。

また、この場合、スキャン時のギャップが、０．２〜１．０ｍｍとなるように制御してもよい。

また、試験液の捕捉時のギャップが、スキャン時のギャップより０．３〜０．５ｍｍ大きくなるように制御するようにしてもよい。

また、更に、前記スキャン後の試験液の回収時において、初期回収時の上記ギャップより終期回収時の上記ギャップを小さくなるように制御するようにしてもよい。

ここで、初期回収時とは、試験液によりウェハＷ表面上を全てスキャンし終わった後、ノズルＮによりこのスキャン終了後の試験液を吸引する際の吸い始めを言い、一方、終期回収時とは、この試験液の吸引終了間近を言う。

試験液の吸引し始めにおいては、液滴はノズルＮの先端部の円周上全面に渡り表面張力により張り付いているが、吸引終了間近においては試験液が少なくなるので、この吸引し始めのギャップのままでは、このノズルＮの先端部の円周上において液滴の非接触部分が生ずることとなる。その結果、ノズルＮでは吸引出来ない試験液をウェハＷ上に残してしまうこととなるので、ウェハＷ表面上の未回収の試験液の残量が少なくなった時点においては、初期回収時よりこのギャップを小さくするのが好適であり、このようにすることにより試験液の回収率を向上させることができる。

また、この際、スキャン後の試験液の回収時において、初期回収時の上記ギャップより終期回収時の上記ギャップを０．２〜１．０ｍｍ小さくなるように制御するようにしてもよい。

本発明の試験液収集装置を適用したウェハ検査前処理装置の模式図である。本発明の試験液収集装置の動作説明図である。ウェハの厚み測定方法を表す説明図である。ギャップ調整のフローチャートである。

符号の説明

１ローダ
２ウェハ移動手段
３ＶＰＤ処理部
４ＳＣＡＮ部
４ａステージ
４ｂ駆動手段
５試験液滴下手段
６試験液供給部
７ノズル移動手段
８非接触型センサ
９ＩＣＰ−ＭＳ部
１０制御手段
Ｎノズル
Ｓ試験液滴
Ｐポンプ
Ｄ導入管
Ｇギャップ
Ｌステージ４ａから非接触型センサ８までの距離
Ｌ１ウェハＷから非接触型センサ８までの距離
Ｗウェハ
ｗウェハＷの厚み

Claims

ウェハの表面に滴下された試験液を捕捉し、この捕捉された試験液でこのウェハ表面上をスキャンすることによりこのウェハ表面上の汚染物質をこの試験液とともに回収するノズルを備えた試験液収集装置であって、
上記ウェハを載置し固定するステージと、
上記ステージを回転させる駆動手段と、
上記ウェハの表面に上記試験液を滴下する試験液滴下手段と、
上記ノズルを備えた少なくとも上下に移動可能なノズル移動手段と、
上記ウェハの厚みを計測する非接触型センサと、
この計測されたウェハの厚みに相応してこのウェハと上記ノズル間のギャップを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする試験液収集装置。
上記制御手段は、
上記非接触型センサにより上記ステージとの間の距離及び上記ウェハとの間の距離を算出し、夫々得られた算出値から減算処理によりウェハの厚みを算出すること
を特徴とする請求項１記載の試験液収集装置。
上記制御手段は、
上記試験液の捕捉時の上記ギャップが、上記スキャン時の上記ギャップより大きくなるように制御すること
を特徴とする請求項１記載の試験液収集装置。
上記制御手段は、
上記スキャン時の上記ギャップが、０．２〜１．０ｍｍとなるように制御すること
を特徴とする請求項１記載の試験液収集装置。
上記制御手段は、
上記試験液の捕捉時の上記ギャップが、上記スキャン時の上記ギャップより０．３〜０．５ｍｍ大きくなるように制御すること
を特徴とする請求項１記載の試験液収集装置。
上記制御手段は、
上記スキャン後の試験液の回収時において、
初期回収時の上記ギャップより終期回収時の上記ギャップを小さくなるように制御すること
を特徴とする請求項１記載の試験液収集装置。
上記制御手段は、
上記スキャン後の試験液の回収時において、
初期回収時の上記ギャップより終期回収時の上記ギャップを０．２〜１．０ｍｍ小さくなるように制御すること
を特徴とする請求項１記載の試験液収集装置。