JP2008160127A - ウエハ汚染物質の分析装置及び分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザを用いてウエハの状態で直ちに汚染物質を検出及び分析することのできるウエハ汚染物質の分析装置及び方法を提供する。
【解決手段】ウエハ汚染物質の分析装置１００は、汚染物質を分析するためのウエハＷを支持するウエハホルダ１６０と、ウエハＷから分離した試料を採取するためにウエハＷ側にレーザＬを照射するレーザアブレーション装置１１０と、レーザＬを照射することによってウエハＷ表面から分離した試料を採取するための分析セル１７０と、分析セル１７０に連結されて前記採取する試料から汚染物質を分析するための分析装置１９０とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明はウエハ表面の汚染物質を分析するための分析装置及び分析方法に関し、より詳しくは、ウエハ表面から試料を採取し、これによってウエハ表面の汚染物質を分析するウエハ汚染物質の分析装置及び分析方法（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ ｏｆ Ｗａｆｅｒ）に関するものである。

近年、半導体デバイスが高集積化し、その大きさがさらに小さくなって半導体製造ライン及び製造工程上に発生するさまざまな汚染物質、特に金属汚染物質はウエハ表面に吸着されてデバイスの性能や歩留まりに極めて悪影響を及ぼしていた。

このため、ウエハ表面の汚染物質の分析工程は半導体デバイスの製造において非常に重要な工程とされるようになった。
一方、従来は、各半導体製造ライン及び各製造工程の間で所定のウエハを選択した後、この選択されたウエハの表面をフッ酸（ＨＦ）などのスキャニング溶液によりスキャニングしてウエハ表面の汚染物質分析のための試料を捕集し、この捕集した試料を原子吸光分析（Ａｔｏｍｉｃ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、誘導結合質量分析（ＩＣＰ−ｍａｓｓｓ ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの破壊分析法や全反射蛍光Ｘ線分析（Ｔｏｔａｌ Ｘ−ｒａｙ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ａｎａｌｙｚｅｒ）のような非破壊分析法により分析した。

しかしながら、このような方法の場合、ウエハ表面の汚染を分析するには適しているが、その汚染物質の分析用試料を捕集するために多くの時間を必要とし、迅速な工程対応には充分ではない側面がある。
したがって、最近ではより迅速な汚染物質分析のためにレーザを用いる方法が応用されている。

一例として、特許文献１（名称：半導体工程においてのメタルターゲットとしての金属合金の分析方法、１９９９年１１月２４日登録）には半導体工程におけるスパッタリング工程として、メタルターゲットに用いる金属合金に含まれた不純物を分析する方法が開示されている。そして、この不純物分析方法がウエハ汚染物質の分析方法としても応用されている。

さらに詳しく説明すると、特許文献１に開示された不純物分析方法は、金属合金の一部を切断するサンプル切断段階、前記切断されたサンプルの表面をグラインディングしてポリッシングする表面処理段階、前記表面処理段階で表面処理されたサンプルを、質量分析器が一体化されたレーザ削磨機を用いてスパッタリングするスパッタリング段階、及び前記スパッタリング段階により分離して出た金属成分のうち分析しようとする金属成分だけを検出する検出段階を含む。そこで、前記不純物分析方法によれば、切断及び表面処理したサンプルにレーザを照射することによりそのサンプルから不純物分析用試料を抽出し、この抽出した試料を介して金属合金の不純物を分析することができるので、高速に不純物を分析することができる。

そこで、このような不純物分析方法を応用するウエハ汚染物質の分析方法においても、分析しようとするウエハサンプルの一部分を切断して試片を作製する段階、前記試片をレーザが照射される所定密閉空間に移動させてレーザを照射する段階、及び前記試片から抽出した試料を分析してウエハの汚染物質を分析する段階が含まれる。結果的に、従来ウエハ汚染物質の分析方法の場合、切断された試片にレーザを照射することでそのサンプルから汚染物質分析用試料を抽出し、その抽出した試料を介してウエハの汚染物質を分析することができるので、高速に汚染物質を分析することができる。

しかしながら、上記方法の場合、ウエハの汚染物質分析のために試片を作製した後にその試片で汚染物質を分析するので、その試片の作製時間分の無駄時間が生じるという問題がある。
また、上記方法の場合、ウエハの汚染物質分析の前に必ずウエハの一部分を切断して試片を作製しなければならないので、その過程でさらなる汚染が発生するという問題がある。すなわち、従来ウエハ汚染物質の分析方法によると、ウエハの一部を切断して試片を作製する過程において新たな汚染がさらに発生するので、最終試片から分析及び検出したデータは実際ウエハの汚染状態と異なることになる。

大韓民国特許第２４４９２２号明細書

本発明が解決しようとする技術的課題は、レーザを用いてウエハの状態で直ちに汚染物質を検出及び分析することのできるウエハ汚染物質の分析装置及び方法を提供することにある。

前記技術的課題を解決するための本発明の第1態様によれば、ウエハ汚染物質の分析装置が提供される。前記ウエハ汚染物質の分析装置は汚染物質分析のためのウエハを支持するウエハホルダ、前記ウエハから分離した試料を採取するために前記ウエハ側にレーザを照射するレーザアブレーション装置、前記レーザを照射することによって前記ウエハの表面から分離した試料を採取するための分析セル、及び前記分析セルに連結して前記採取された試料から汚染物質を分析するための分析装置を含む。

他の態様において、前記ウエハホルダは前記ウエハが安着されるプレート（ｐｌａｔｅ）を含む。前記プレートにはその位置にウエハがホールディングできるように真空作用の真空ホールが多数形成される。そして、前記真空ホールは前記プレートの中央を基準として放射状の形態に配列される。

さらに他の態様において、前記ウエハホルダはプレート、前記ウエハの中央部を支持するように前記プレートに連結するウエハ支持ブロック、及び前記ウエハの端部を支持するように前記プレートに連結する多数のフィッティングバーを含むことができる。この場合、前記ウエハ支持ブロック及び前記多数のフィッティングバーには前記ウエハに真空作用の真空ホールが形成される。そして、前記フィッティングバーにはそれぞれ前記フィッティングバーに前記ウエハが安着される際に、前記ウエハの側面を支持するための側面支持部が形成される。また、前記フィッティングバーは前記ウエハ支持ブロックに対して遠近方向に移動できるように前記ウエハ支持ブロックに連結されている。

さらに他の態様において、前記レーザアブレーション装置は所定の強度及び所定の特性を有するレーザを前記ウエハ側に照射するレーザ照射ユニット、前記レーザ照射ユニットに照射したレーザを前記分離した試片側に案内する光学系、及び前記試料採取物をモニタリングするためのモニタリングユニットを含むことができる。これに加えて、前記レーザアブレーション装置は前記レーザ照射ユニット、前記光学系、前記モニタリングユニットにそれぞれ連結され、前記分離した試片を採取するために照射するレーザの回数、強度及び特性を調節するレーザ制御ユニットをさらに含むことができる。

さらに他の態様において、前記ウエハ汚染物質の分析装置は前記分析セルに連結され、前記ウエハから採取する試料が前記分析装置側に移送されるように前記分析セルの内部にキャリアガスを供給する試料移送装置をさらに含むことができる。

さらに他の態様において、前記分析セルは前記分離した試片を採取するための開口を限定するウエハに接触する中孔のセル本体、前記セル本体内部にレーザが透過するように前記セル本体の上部に設けられたウィンドウ、前記セル本体の一側面の下部に設けられて前記セル本体内部へのキャリアガス供給のためのガス流入部、及び前記キャリアガスによって前記セル本体内部から採取される試料が前記分析装置側に移送されるように前記セル本体の他側面上部に設けられるガス流出部を含むことができる。このとき、前記ガス流入部は多数のガス流入管から構成され、前記ガス流出部は少なくとも一つのガス流出管から構成される。これに加えて、前記分析セルは前記セル本体の内部が外部から隔離されるように前記セル本体の底面に連結したシーリング部をさらに含むことができる。

さらに他の態様において、前記ウエハ汚染物質の分析装置は、前記ウエハホルダ及び前記分析セルと通信できるように結合され、前記分離した試片を採取するための場所を調整するように前記分析セルと前記ウエハホルダをそれぞれ、または同時に移動する移動装置をさらに含むことができる。前記移動装置は前記ウエハホルダに結合されて前記ウエハホルダを複数の方向に移動するホルダ移動ユニット、前記分析セルに結合されて前記分析セルを複数の方向に移動するセル移動ユニット、及び前記ホルダ移動ユニットと前記セル移動ユニットにそれぞれ連結されて前記ウエハホルダと前記分析セルを同時に移動するスキャンユニットを含むことができる。

さらに他の態様において、前記分析装置は高分解能の誘導結合質量分析器（ＨＲ−ＩＣＰ−ＭＳ）を含むことができる。
本発明の第２態様によれば、ウエハ汚染物質の分析方法が提供される。前記ウエハ汚染物質の分析方法は、汚染物質分析のためのウエハをウエハホルダにローディングし、分析セルを用いて前記ウエハの全体表面から試料採取領域を隔離し、前記ウエハから試料が採取できるように、前記試料採取領域にレーザを照射し、前記採取した試料から汚染物質を分析することを含む。

他の態様において、前記ウエハ汚染物質の分析方法は、前記採取する試料が前記分析セル内部から前記分析装置側に移送されるように前記分析セルに連結した試料移送装置を用いて前記分析セルの内部にキャリアガスを供給することをさらに含むことができる。

さらに他の態様において、前記ウエハ汚染物質の分析方法は、前記ウエハホルダと前記分析セルにそれぞれ結合された移動装置を用いて前記ウエハホルダと前記分析セルをそれぞれ移動することによって前記試料採取領域の範囲を調整することをさらに含むことができる。

さらに他の態様において、前記ウエハ汚染物質の分析方法は、前記ウエハホルダと前記分析セルにそれぞれ結合された移動装置を用いて前記ウエハホルダと前記分析セルを同時に移動することによって前記試料採取領域の範囲を調整することをさらに含むことができる。
（発明の効果）

上述のように本発明ウエハ汚染物質の分析装置及び分析方法によれば、ウエハの状態で直ちに汚染物質を検出及び分析することができるので、ウエハの汚染物質分析のために試片を作製する時間を削減することができる長所がある。
そして、本発明ウエハ汚染物質の分析装置及び分析方法によれば、ウエハの状態で直ちに汚染物質を検出及び分析することができるので、ウエハの汚染物質分析のために試片を作製しなくても良く、試片作製時に発生する汚染問題を予め解消することができる長所がある。

以下、添付した図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明する実施形態に限られず、他の形態で具体化されることもある。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された発明が完成されていることを示すと共に、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供するものである。明細書全体にわたって同じ参照番号は、同様の構成要素を示す。

（第１実施形態）
図１は、本発明によるウエハ汚染物質の分析装置の第１実施形態を示す構成図で、図２は図１に示すウエハホルダと分析セル及びこれらを移動する移動装置の斜視図であり、図３は図２に示すウエハホルダの斜視図である。そして、図４は本発明によるウエハホルダの他の実施形態を示す斜視図で、図５は図２に示す分析セルの斜視図であり、図６は本発明による分析セルの他の実施形態を示す斜視図である。

図１から図６を参照すると、本発明の第１実施形態によるウエハ汚染物質の分析装置１００は、汚染物質分析のためのウエハＷを支持及びホールディングするウエハホルダ１６０、ウエハＷから汚染物質分析のための試料を採取するために前記ウエハ側にレーザＬを照射するレーザアブレーション装置１１０、ウエハＷの全体表面のうちレーザＬが照射して試料が採取された試料採取部位、すなわち、試料採取領域を外部から局所的に隔離させる分析セル１７０、分析セル１７０に連結されて前記採取された試料から汚染物質を分析する分析装置１９０、前記採取された試料が分析装置１９０側に移送されるように分析セル１７０の内部にキャリアガスを供給する試料移送装置及び、ウエハホルダ１６０と分析セル１７０をそれぞれ、または同時に移動させることによって前記試料採取領域を調整する移動装置１５０を含む。

より詳しく説明すると、ウエハホルダ１６０はその上側にウエハＷがローディングされる際に、ウエハＷに真空が作用することによって、ローディングされたウエハＷをその位置にホールディングする。ウエハＷのローディングは作業者により手動で行なうこともでき、ウエハ移送ロボット（図示せず）などによって自動で行なうこともできる。

具体的には、ウエハホルダ１６０は図３に示すように、ウエハＷが安着されるように平板状に形成されたプレート１６５を含む。よって、ローディングするウエハＷはプレート１６５の上面にローディングされる。そして、プレート１６５にはプレート１６５にローディングされたウエハＷをその位置にホールディングさせるために真空が作用する真空ホール１６１が多数形成される。よって、プレート１６５の上面にローディングされたウエハＷは真空ホール１６１を介して作用する真空圧によってプレート１６５の上面にホールディングされる。

このとき、真空ホール１６１に作用する真空圧は半導体製造ラインに汎用的に用いられる真空圧とすることができる。この場合、真空ホール１６１には半導体製造ライン上に設けられて汎用的に真空圧を提供する真空圧供給ライン（図示せず）が連結することができる。また、プレート１６５に形成された真空ホール１６１はプレート１６５の中央を基準として放射状の形態に配置される。この場合、ウエハＷにはより均一に真空圧が作用する。

一方、ウエハホルダ１６０’は図４に示すように他の実施形態においても具現することができる。すなわち、ウエハホルダ１６０’は、平板状のプレート１６５、プレート１６５の上面中央部に設けられてウエハＷの中央部を支持するウエハ支持ブロック１６４及びプレート１６５の上面端部、すなわち、ウエハ支持ブロック１６４の周辺に設けられ、ウエハ支持ブロック１６４から遠近方向に移動可能に設けられてウエハＷの端部を支持する多数のフィッティングバー１６３を含むことができる。

このとき、ウエハ支持ブロック１６４及び多数のフィッティングバー１６３にはウエハＷを吸着するために真空圧が作用する真空ホール１６１が少なくとも一つ以上ずつ形成される。好ましくは、ウエハ支持ブロック１６４には多数の真空ホール１６１を放射状に配列することができる。よって、ウエハホルダ１６０にローディングするウエハＷは、ウエハ支持ブロック１６４とフィッティングバー１６３により支持されるとともに、ウエハ支持ブロック１６４とフィッティングバー１６３の真空ホール１６１から作用する真空圧によってウエハ支持ブロック１６４とフィッティングバー１６３の上面にホールディングされる。

一方、フィッティングバー１６３には、それぞれフィッティングバー１６３にウエハＷが安着する場合にウエハＷの側面を支持する側面支持部１６６をさらに形成することができる。これにより、ウエハホルダ１６０に安着するウエハＷをより堅固にホールディングすることができる。

図１に示すレーザアブレーション装置１１０は、所定の強度及び所定の特性を有するレーザＬをウエハＷ側に照射するレーザ照射ユニット１２０、レーザ照射ユニット１２０に照射されたレーザＬを前記試料採取部位側に案内するとともに、レーザＬの強度及び特性を調節するための光学系１４０、前記試料採取部位及びその採取される試料の状態をモニタリングするためのモニタリングユニット１３０及びモニタリングユニット１３０のモニタリング値を用いて前記試料採取部位側に照射されるレーザＬの回数、強度及び特性などを調節するレーザ制御ユニット１１５を含む。

具体的に、レーザ照射ユニット１２０は、所定レーザＬを発生させてこれをウエハＷ側に照射するレーザ発生器１２１、照射されるレーザＬの強度を測定するためのエネルギー測定器１２２、照射されるレーザＬの量を調節するための絞り１２３及びレーザＬの照射を選択的に遮断するためのシャッター１２６を含む。よって、レーザ照射ユニット１２０は、レーザ発生器１２１、エネルギー測定器１２２、絞り１２３及びシャッター１２６などを用いて所定の強度及び所定の特性を有するレーザＬを必要に従って選択的にウエハＷ側に照射することができる。

光学系１４０は、レーザ照射ユニット１２０に照射されたレーザＬを前記試料採取部位側に案内するようにレーザ照射ユニット１２０とウエハＷとの間に配置される。そして、光学系１４０は、レーザＬの案内及びその強度と特性を調節するために多数の反射鏡１４１、１４２及び多数のレンズ１４３を含む。よって、作業者は手動またはレーザ制御ユニット１１５を用いて反射鏡１４１、１４２及びレンズ１４３を移動することで、照射されるレーザＬを前記試料採取部位側に案内するとともに、照射されるレーザＬの強度及び特性を調節することができる。

モニタリングユニット１３０は、前記試料採取部位及びその採取された試料の状態をモニタリングするように光学系１４０の一側に設けられる。そして、モニタリングユニット１３０は、前記試料採取部位及びその採取された試料を最も精密にモニタリングするための高分解能ズームレンズ１３６と、これに連結されたカラーＣＣＤカメラ１３７、前記試料採取部位側をモニタリングするために前記試料採取部位側に所定の光を照射する照明器１３３及び前記試料採取部位から反射する光を高分解能ズームレンズ１３６側に屈折させるプリズム１３５を含む。参照符号１４４は、レーザ照射ユニット１２０から照射するレーザＬを前記試料採取部位側に反射させるとともに、前記試料採取部位から反射する光をプリズム１３５側に透過させる半反射鏡１４４である。

レーザ制御ユニット１１５は、レーザ照射ユニット１２０と光学系１４０及びモニタリングユニット１３０にそれぞれ連結する。よって、レーザ制御ユニット１１５は、モニタリングユニット１３０のモニタリング値を用いて光学系１４０やレーザ照射ユニット１２０を制御することによって、前記試料採取部位側に照射されるレーザＬの回数と強度及び特性などを調節することができる。

分析セル１７０は、図５に示すように、ウエハＷに接触して前記試料採取部位を限定するように下部が開口された中孔の円筒形状のセル本体１７１、セル本体１７１内部にレーザＬが透過されるようにレーザ透過材質のクォーツなどの材質によりセル本体１７１の上部に設けられたウィンドウ１７２、セル本体１７１の一側面下部に設けられ、セル本体１７１内部へのキャリアガス供給のためのガス流入部１７４及び前記キャリアガスによりセル本体１７１内部から採取された試料が分析装置１９０側に移送されるように、セル本体１７１の他側面上部に設けられたガス流出部１７５で構成される。このとき、セル本体１７１の底面まわりにはセル本体１７１がウエハＷの表面に接触される際にセル本体１７１の内部が外部から隔離されるようにＯ−リングのようなシーリング部材１７３が設けられる。この場合、セル本体１７１によって隔離された前記試料採取部位は、外部から最も効果的に隔離されることができる。

一方、分析セル１７０は、図６のように他の実施形態でも具現することができる。すなわち、分析セル１７０’は、多数のガス流入管１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ及び１７４ｄで構成されたガス流入部１７４と単数のガス流出管で構成されたガス流出部１７５を具備することができる。この場合、多数のガス流入管１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ及び１７４ｄに流入したキャリアガスは分析セル１７０内部でアブレーションされた汚染物質微粒子、すなわち、試料を分析装置１９０側に最も効果的に移送することができる。結果的に、ガス流入部１７４が多数のガス流入管１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ及び１７４ｄで構成され、ガス流出部１７５が単数のガス流出管で構成される場合、分析装置１９０への試料移送効率は極大化する。

分析装置１９０は試料の質量差を利用して試料から汚染物質を分析する装置で、分析分野で広く利用される高分解能誘導結合質量分析器１９２（ＨＲ−ＩＣＰ−ＭＳ；Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）とこれに連結された分析器制御ユニット１９４で構成されて分析セル１７０のガス流出部１７５に連結される。よって、分析セル１７０のガス流出部１７５を介して分析装置１９０側に試料が移送されると、高分解能誘導結合質量分析器１９２は移送された試料から汚染物質を分析するようになり、その分析データを分析器制御ユニット１９４に送る。これにより、作業者は分析器制御ユニット１９４を介して汚染物質の種類や程度などを高速に認識することができる。

試料移送装置１８０は、ウエハＷから採取された試料が分析装置１９０側に移送できるように分析セル１７０に連結され、分析セル１７０の内部にキャリアガスを供給する。さらに、試料移送装置１８０は分析セル１７０のガス流入部１７４に連結され、ガス流入部１７４に不活性ガス、例えば、アルゴンガスをキャリアガスとして供給する。よって、前記供給されたキャリアガスは、レーザＬの照射によってウエハＷからアブレーションされた試料、すなわち、ウエハＷから採取した試料を、ガス流出部１７５を介して分析装置１９０側に移送する。

移動装置１５０は、ウエハホルダ１６０と分析セル１７０をそれぞれ、または同時に移動することができるように、ウエハホルダ１６０と分析セル１７０にそれぞれ結合され、前記試料採取部位を調整する役割をする。

さらに、移動装置１５０は、ウエハホルダ１６０に結合されてウエハホルダ１６０をそれぞれＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させるホルダ移動ユニット１５１、分析セル１７０に結合されてそれぞれ分析セル１７０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させるセル移動ユニット１５６、及びホルダ移動ユニット１５１とセル移動ユニット１５６にそれぞれ連結されてウエハホルダ１６０と分析セル１７０を同時に移動させるスキャンユニット１５４を含む。

このとき、図２に示すホルダ移動ユニット１５１は、ウエハホルダ１６０の下部に配置されてウエハホルダ１６０をＹ方向に往復移動させる第１ホルダ移動ユニット１５１ａと、第１ホルダ移動ユニット１５１ａに連結されてウエハホルダ１６０をＸ方向に往復移動させる第２ホルダ移動ユニット１５１ｂ及び第２ホルダ移動ユニット１５１ｂに連結されてウエハホルダ１６０をＺ方向に往復移動させる第３ホルダ移動ユニット１５１ｃで構成される。ここで、第１ホルダ移動ユニット１５１ａと第２ホルダ移動ユニット１５１ｂはリニアモータ方式が用いられ、第３ホルダ移動ユニット１５１ｃはボールスクリュー方式が用いられる。

また、セル移動ユニット１５６は、分析セル１７０のセル本体１７１に連結したセル支持台１５５、セル支持台１５５に連結されて分析セル１７０をＹ方向に往復移動させる第１セル移動ユニット１５６ａ、第１セル移動ユニット１５６ａに連結されて分析セル１７０をＸ方向に往復移動させる第２セル移動ユニット１５６ｂ及び第２セル移動ユニット１５６ｂに連結されて分析セル１７０をＺ方向に往復移動させる第３セル移動ユニット１５６ｃで構成される。ここで、第１セル移動ユニット１５６ａと第２セル移動ユニット１５６ｂはリニアモータ方式が用いられ、第３セル移動ユニット１５６ｃはボールスクリュー方式が用いられる。

一方、スキャンユニット１５４は、ホルダ移動ユニット１５１とセル移動ユニット１５６にそれぞれ連結されるように、ホルダ移動ユニット１５１とセル移動ユニット１５６の下部に配置され、ウエハホルダ１６０と分析セル１７０をＸ方向及びＹ方向に同時に移動させる役割をする。このとき、スキャンユニット１５４はリニアモータ方式が用いられる。

（第２実施形態）
以下に、図７を参照して、本発明の第２実施形態によるウエハ汚染物質の分析方法を具体的に説明する。
図７は、本発明の第２実施形態によるウエハ汚染物質の分析方法を示すブロック図である。

まず、汚染物質分析のためのウエハＷが備えられると、作業者は手動によりウエハＷをウエハホルダ１６０の上面にローディングする（Ｓ１０）。このとき、ウエハＷのローディングをウエハ移送ロボットで行なうこともできる。

次に、ウエハホルダ１６０にウエハＷがローディングされると、中央制御装置（図示せず）はウエハホルダ１６０の真空ホール１６１に所定の真空圧を提供するとともに、ローディングされたウエハＷから汚染物質の分析が行なわれるようにあらかじめ設定したプログラムなどに従ってウエハ汚染物質の分析装置１００を全般的に制御し始める。一方、ウエハホルダ１６０にローディングされたウエハＷは真空ホール１６１に提供された真空圧の作用によりウエハホルダ１６０の上面にホールディングされる。

次に、ウエハホルダ１６０にウエハＷがホールディングされると、移動装置１５０のホルダ移動ユニット１５１はホールディングされたウエハＷの全体表面のうち試料が採取される部位である試料採取部位がレーザＬの照射される位置に位置するように、ウエハホルダ１６０を移動する。よって、ウエハＷの全体表面のうち試料採取部位は、ウエハホルダ１６０の移動によってレーザＬが照射される位置に位置する。

続いて、ウエハＷの試料採取部位がレーザＬの照射される位置に位置すると、移動装置１５０のセル移動ユニット１５６は、分析セル１７０をウエハＷの上部に移動させた後、ウエハＷの試料採取部位側に密着させてウエハＷの試料採取部位を外部から局所的に隔離させる（Ｓ２０）。

次に、分析セル１７０によってウエハＷの試料採取部位が外部から隔離されると、試料移送装置１８０は分析セル１７０内部でアブレーションされる汚染物質微粒子、すなわち、試料が分析装置１９０側に移送されるように分析セル１７０内部にアルゴンガスのようなキャリアガスを供給する（Ｓ４０）。

次に、レーザアブレーション装置１１０は、分析セル１７０によって外部から隔離されたウエハＷの試料採取部位側に所定の強度及び所定の特性のレーザＬを所定時間ごとに選択的に照射する（Ｓ５０）。よって、分析セル１７０内部ではレーザＬの照射により汚染物質微粒子、すなわち、試料がアブレーションされ、前記アブレーションされた試料は前記キャリアガスによって分析装置１９０側に移送される。これで、分析装置１９０は分析装置１９０に移送される試料を分析することによってウエハＷの汚染種類及び程度を測定することができる（Ｓ９０）。

一方、移動装置１５０は、レーザＬが分析セル１７０内部のある一部だけに照射されるのではなく分析セル１７０によって隔離されたウエハＷの試料採取部位の全体に照射されるように、スキャンユニット１５４を用いてレーザＬが照射される間にウエハホルダ１６０と分析セル１７０を同時に所定距離分移動させることができる（Ｓ７０）。すなわち、移動装置１５０のスキャンユニット１５４は、レーザＬにより試料が採取される試料採取部位を調整することができる。この場合、レーザＬは分析セル１７０により隔離されたウエハＷの試料採取部位の全体に照射されるので、分析装置１９０は前記試料採取部位の全体の汚染種類及び程度を分析することができる。

以下では、図８から図１０を参照して本発明による具体的な実施形態を説明する。
図８は、キャリアガス供給によるキャリアガス流量に対して検出された銅微粒子数を示す特性図で、図９Ａは本発明のウエハ汚染物質の分析装置１００で汚染してないウエハから銅物質を検出するのに伴う経過時間に対して検出された銅微粒子数を示す特性図である。そして、図９Ｂは本発明のウエハ汚染物質の分析装置１００で銅物質が汚染したウエハから銅物質を検出するのに伴う経過時間に対して検出された銅微粒子数を示す特性図であり、図１０は本発明のウエハ汚染物質の分析装置１００で多数のウエハから銅物質を検出するのに伴う濃度に対して検出された銅微粒子数を示す特性図である。

まず、本発明のウエハ汚染物質の分析装置１００で、分析セル１７０によって外部から隔離されたウエハＷ上で汚染した銅物質を検出しようとした場合、好適な効果を奏するためには、分析セル１７０内部にどのぐらいのキャリアガスを供給すべきかを知るためにキャリアガス供給実験を行い、その結果を図８に示した。このとき、分析セル１７０内部に照射されたレーザＬの強度は９ｍＪで、周波数は１０Ｈｚで、ディフォーカスは４０００μｍであった。そして、レーザＬのスポットサイズは２００μｍであって、シャットディレイタイムは２０ｓｅｃであった。その結果、本発明のウエハ汚染物質の分析装置１００でウエハＷ上から銅物質を検出しようとした場合には１．４５Ｌ／ｍｉｎの流量でキャリアガスを分析セル１７０内部に供給する際に好適な効果を奏することができることを確認した。

次に、前記のようなレーザＬの強度及び特性とともに、分析セル１７０内部にキャリアガスを１．４５Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した場合、ウエハＷ上から汚染した銅物質を好ましく検出することができるかどうかを知るために、本発明のウエハ汚染物質の分析装置１００で汚染してないウエハＷと銅物質が汚染したウエハＷから銅物質を検出する実験を行い、その結果を図９Ａと図９Ｂに示した。その結果、前記のようなレーザＬの強度及び特性とともに、分析セル１７０内部にキャリアガスを１．４５Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した場合、本発明のウエハ汚染物質の分析装置１００によりウエハＷ上から汚染した銅物質を好ましく検出できることが確認された。

続いて、本発明ウエハ汚染物質の分析装置１００でウエハＷ上から多数の汚染物質を定量分析することができるかどうかを知るために、互いに銅物質の汚染程度が異なるウエハＷから銅物質を検出及び分析する実験を行い、その結果を図１０に示した。その結果、本発明のウエハ汚染物質の分析装置１００でウエハＷ上から銅物質を検出した場合に、図１０に示すように、その検出値が全般的に銅の汚染した濃度に比例して現われたことが分かった。よって、本発明のウエハ汚染物質の分析装置１００の場合、図１０に示すように、ウエハＷ上に汚染した汚染物質の定量分析が可能であることが確認された。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された事項によってのみ限定される。

本発明の第１実施形態によるウエハ汚染物質の分析装置の構成を示す概略図である。 図１に示すウエハホルダと分析セル及びこれらを移動させる移動装置の斜視図である。 図２に示すウエハホルダの斜視図である。 本発明の第１実施形態によるウエハ汚染物質の分析装置におけるウエハホルダの他の実施形態を示す斜視図である。 図２に示す分析セルの斜視図である。 本発明の第１実施形態によるウエハ汚染物質の分析装置における分析セルの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態によるウエハ汚染物質の分析方法の工程を示すブロック図である。 キャリアガス供給によるキャリアガス流量に対して検出される銅微粒子数を示す特性図である。 本発明のウエハ汚染物質の分析装置により汚染してないウエハから銅物質の検出と伴って経過時間に対して検出された銅微粒子数を示す特性図である。 本発明ウエハ汚染物質の分析装置により銅物質が汚染したウエハから銅物質の検出と伴って経過時間に対して検出された銅微粒子数を示す特性図である。 本発明のウエハ汚染物質の分析装置により複数ウエハから銅物質の検出と伴って濃度に対して検出された銅微粒子数を示す特性図である。

符号の説明

１００：ウエハ汚染物質の分析装置、１１０：レーザアブレーション装置、１１５：レーザ制御ユニット、１２０：レーザ照射ユニット、１２１：レーザ発生器、１２２：エネルギー測定器、１２３：絞り、１２６：シャッター、１３０：モニタリングユニット、１３３：照明器、１３５：プリズム、１３６：高分解能ズームレンズ、１３７：カラーＣＣＤカメラ、１４０：光学系、１４１、１４２：反射鏡、１４３：レンズ、１４４：半反射鏡、１５０：移動装置、１６０：ウエハホルダ、１６１：真空ホール、１６５：プレート、１７０：分析セル、１８０：試料移送装置、１９０：分析装置、１９２：高分解能誘導結合質量分析器、１９４：分析器制御ユニット、Ｌ：レーザ、Ｗ：ウエハ

Claims (20)

1. 汚染物質分析のためのウエハを支持するウエハホルダと、
   前記ウエハから分離した試料を採取するために前記ウエハ側にレーザを照射するレーザアブレーション装置と、
   前記レーザを照射することで、前記ウエハの表面から分離した試料を採取するための分析セルと、
   前記分析セルに連結され、前記採取される試料から汚染物質を分析するための分析装置と、
   を含むことを特徴とするウエハ汚染物質の分析装置。
2. 前記ウエハホルダは、前記ウエハが安着されるプレートを含み、前記プレートにはその位置にウエハがホールディングできるように真空作用する真空ホールが多数形成されていることを特徴とする請求項１に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
3. 前記真空ホールは、前記プレートの中央を基準として放射状の形態に配列されていることを特徴とする請求項２に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
4. 前記ウエハホルダは、
   プレートと、
   前記ウエハの中央部を支持するように前記プレートに連結するウエハ支持ブロックと、
   前記ウエハの端部を支持するように前記プレートに連結する多数のフィッティングバーと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
5. 前記ウエハ支持ブロック及び前記多数のフィッティングバーには、前記ウエハに真空作用する真空ホールが形成されていることを特徴とする請求項４に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
6. 前記フィッティングバーには、それぞれ前記フィッティングバーに前記ウエハが安着される際に前記ウエハの側面を支持するための側面支持部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
7. 前記フィッティングバーは、前記ウエハ支持ブロックから遠近方向に移動することができるように、前記ウエハ支持ブロックに対して連結することを特徴とする請求項６に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
8. 前記レーザアブレーション装置は、
   所定の強度及び所定の特性を有するレーザを前記ウエハ側に照射するレーザ照射ユニットと、
   前記レーザ照射ユニットから照射されたレーザを前記分離した試片側に案内する光学系と、
   前記試料採取物をモニタリングするためのモニタリングユニットと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
9. 前記レーザアブレーション装置は、前記レーザ照射ユニットと前記光学系と前記モニタリングユニットとにそれぞれ連結し、前記分離した試片を採取するために照射されるレーザの回数、強度及び特性を調節するレーザ制御ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
10. 前記分析セルに連結され、前記ウエハから採取された試料が前記分析装置側に移送されるように前記分析セルの内部にキャリアガスを供給する試料移送装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
11. 前記分析セルは、
    前記分離した試片を採取するための開口を限定するウエハに接触される中孔のセル本体と、
    前記セル本体内部にレーザが透過できるように前記セル本体の上部に設けられたウィンドウと、
    前記セル本体の一側面下部に設けられて前記セル本体内部へのキャリアガス供給のためのガス流入部と、
    前記キャリアガスにより前記セル本体内部から採取される試料が前記分析装置側に移送できるように前記セル本体の他側面上部に設けられるガス流出部と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
12. 前記ガス流入部は、多数のガス流入管で構成され、
    前記ガス流出部は少なくとも一つのガス流出管で構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
13. 前記分析セルは、前記セル本体の内部が外部から隔離されるように前記セル本体の底面に連結したシーリング部をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
14. 前記ウエハホルダ及び前記分析セルと通信できるように結合され、前記分離した試片を採取するための場所を調整するように前記分析セルと前記ウエハホルダをそれぞれ、または同時に移動させる移動装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
15. 前記移動装置は、
    前記ウエハホルダに結合されて前記ウエハホルダを複数の方向に移動させるホルダ移動ユニットと、
    前記分析セルに結合されて前記分析セルを複数の方向に移動させるセル移動ユニットと、
    前記ホルダ移動ユニットと前記セル移動ユニットにそれぞれ連結されて前記ウエハホルダと前記分析セルを同時に移動させるスキャンユニットと、
    を含むことを特徴とする請求項１４に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
16. 前記分析装置は、高分解能誘導結合質量分析器を含むことを特徴とする請求項１に記載のウエハ汚染物質の分析装置。
17. 汚染物質分析のためのウエハをウエハホルダにローディングする段階と、
    分析セルを用いて前記ウエハの全体表面のうち試料採取領域を隔離する段階と、
    前記ウエハから試料が採取できるように前記試料採取領域にレーザを照射する段階と、
    前記採取された試料から汚染物質を分析する段階と、
    を含むことを特徴とするウエハ汚染物質の分析方法。
18. 前記採取された試料が前記分析セル内部から前記分析装置側に移送できるように前記分析セルに連結した試料移送装置を用いて前記分析セルの内部にキャリアガスを供給する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のウエハ汚染物質の分析方法。
19. 前記ウエハホルダと前記分析セルにそれぞれ結合された移動装置を用いて前記ウエハホルダと前記分析セルをそれぞれ移動させることによって、前記試料採取領域の範囲を調整する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のウエハ汚染物質の分析方法。
20. 前記ウエハホルダと前記分析セルにそれぞれ結合された移動装置を用いて前記ウエハホルダと前記分析セルを同時に移動させることによって、前記試料採取領域の範囲を調整する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のウエハ汚染物質の分析方法。

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