JP2009281757A - ノズルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】汚染物質回収用の液体中の汚染物質の濃度が飽和しにくいノズルシステムを実現する。
【解決手段】ノズルの先端から押出した液体で試料表面を掃引し、掃引後の液体をノズルで吸引して試料表面の汚染物質を回収するノズルシステム(1)は、先端の押出口(122a)とはキャピラリー(122)で連通する液溜(120)を有するノズル(100)と、前記液溜の液体(140)の一部(140a)を前記キャピラリーを通じて前記押出口から押出して試料表面(400)を掃引し、掃引の途中で前記液体を前記キャピラリーを通じて前記液溜に吸引して内部液体(140b)と混合・希釈し、混合・希釈後の前記液溜の液体の一部を前記キャピラリーを通じて前記押出口から押出して掃引を再開する掃引手段を具備する。
【選択図】図４

Description

本発明はノズルシステムに関し、特に、ノズルの先端から押出した液体で試料表面を掃引し、掃引後の液体をノズルで吸引して試料表面の汚染物質を回収するノズルシステムに関する。

半導体デバイスの製造工程では、シリコンウェーハ上の汚染物質の有無を調べるために、試料表面を液体で掃引して汚染物質を液体に吸収させ、掃引後の液体を回収して分析することが行われる。液体による掃引は、水平面内で回転する試料の面上で、先端から液体が押出されたノズルを横方向に移動させることによって行われ、液体の回収は、ノズルで液体を吸引することにより行われる（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第６，９６０，２６５号明細書

ノズルから押出された液体中では、汚染物質の濃度が掃引の進行とともに増加する。このため、汚染物質の種類や汚染の程度によっては、掃引途中で汚染物質の濃度が飽和し、それ以上吸収できなくなる場合がある。

そこで、本発明の課題は、汚染物質回収用の液体中の汚染物質の濃度が飽和しにくいノズルシステムを実現することである。

上記の課題を解決するための手段としての本発明は、ノズルの先端から押出した液体で試料表面を掃引し、掃引後の液体をノズルで吸引して試料表面の汚染物質を回収するノズルシステムであって、先端の押出口とはキャピラリーで連通する液溜を有するノズルと、前記液溜の液体の一部を前記キャピラリーを通じて前記押出口から押出して試料表面を掃引し、掃引の途中で前記液体を前記キャピラリーを通じて前記液溜に吸引して内部液体と混合・希釈し、混合・希釈後の前記液溜の液体の一部を前記キャピラリーを通じて前記押出口から押出して掃引を再開する掃引手段を具備することを特徴とするノズルシステムである。

本発明によれば、ノズルの先端から押出した液体で試料表面を掃引し、掃引後の液体をノズルで吸引して試料表面の汚染物質を回収するノズルシステムは、先端の押出口とはキャピラリーで連通する液溜を有するノズルと、前記液溜の液体の一部を前記キャピラリーを通じて前記押出口から押出して試料表面を掃引し、掃引の途中で前記液体を前記キャピラリーを通じて前記液溜に吸引して内部液体と混合・希釈し、混合・希釈後の前記液溜の液体の一部を前記キャピラリーを通じて前記押出口から押出して掃引を再開する掃引手段を具備するので、汚染物質回収用の液体中の汚染物質の濃度が飽和しにくいノズルシステムを実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。
図１に、ノズルシステム１の構成を模式的に示す。ノズルシステム１は、発明を実施するための最良の形態の一例である。ノズルシステム１の構成によって、ノズルシステムに関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図１に示すように、ノズルシステム１は、ノズル１００、シリンジポンプ２００およびコントローラ３００を有する。ノズル１００の先端は、試料４００の表面に狭い間隔で対向する。試料４００は、例えばシリコンウェーハ等である。

ノズル１００は、内部に液溜１２０を有する筒となっている。液溜１２０は、キャピラリー１２２およびキャピラリー１２４を通じて、筒先側の端面１３２および筒元側の端面１３４にそれぞれ開口している。キャピラリー１２２の内径は、液溜１２０の内径よりかなり小さい。ノズル１００は、本発明におけるノズルの一例である。液溜１２０は、本発明における液溜めの一例である。キャピラリー１２２は、本発明におけるキャピラリーの一例である。

筒先側の端面１３２は円形である。端面１３２の外縁１３２ａは、先端方向に突き出ている。これによって、端面１３２は凹面となる。キャピラリー１２２は、ノズル１００の中心軸から大きく偏心して設けられる。このため、キャピラリー１２２の開口１２２ａは、図２に示すように、外縁１３２ａのごく近傍に位置する。この開口１２２ａを通じて、液溜１２０への液体の吸引および液溜１２０からの液体の押出しが行われる。開口１２２ａは、本発明における押出口の一例である。

液体の吸引および押出しは、筒元側のキャピラリー１２４にチューブ１２６で接続されたシリンジポンプ２００によって行われる。シリンジポンプ２００は、コントローラ３００によって制御される。コントローラ３００は、また、ノズル１００および試料４００の運動を制御する。シリンジポンプ２００およびコントローラ３００は、本発明における掃引手段の一例である。

ノズルシステム１の動作を説明する。先ず、図示しない貯蔵部から液体をノズル１００で吸い上げて、液溜１２０内に溜込む。これによって、図３に示すように、液溜１２０に液体１４０が溜込まれる。溜込まれる液量は、例えば５００μLである。

次に、液溜１２０中の液体１４０の一部をキャピラリー１２２を通じて開口１２２ａから押出す。これによって、図４に示すように、ノズル１００の端面１３２と試料４００の表面の間の隙間が液体で満たされる。試料４００の表面は疎水性なので、液体は広がることなく表面張力によって概ね饅頭形の液滴となる。以下、押出された液体を液滴１４０ａといい、液溜１２０に残る液体を残留液１４０ｂという。

液滴１４０ａの量は例えば１００μLである。これによって、残留液１４０ｂの量は約４００μLとなる。すなわち、液体１４０の一部が開口１２２ａから押出されたときに液溜１２０に残留する液量は、押出された液量より多い。なお、押出量と残留量の大小関係はこれに限らず、両者を等しくするかあるいは残留量を押出量より少なくしても良い。

この状態で、試料４００の表面の掃引が行われる。掃引は、例えば、図５に示すように、試料４００を表面に平行な面内で回転させながら、ノズル１００を回転半径の方向(横方向)に移動させることによって行われる。このとき、ノズル１００は、開口１２２ａが、試料４００の回転方向から見て下流側となる関係で、試料４００と対向している。ただし、このような関係は必須ではない。

１回転当たりのノズル１００の横移動のピッチは、液滴１４０ａの直径以下とされる。このようなピッチで、ノズル１００を試料４００の横方向の全範囲を移動させることにより、試料４００の表面をくまなく掃引することができる。なお、掃引方法は、これに限らず、試料４００の表面全体を掃引可能な適宜の方法であって良い。

液滴１４０ａで掃引することにより、試料４００の表面上の汚染物質は、液滴１４０ａに逐次取込まれる。これによって、液滴１４０ａにおける汚染物質の濃度は、掃引の進行とともに次第に増加する。

掃引の途中の所定の段階で掃引を中断し、液滴１４０ａをキャピラリー１２２を通じて吸引して液溜１２０内に回収する。その際、吸引の進行とともに液滴１４０ａが次第に小さくなって隙間が生じ、表面張力の関係で液体は外縁１３２ａに沿って集まるようになるが、そのような状態になっても、開口１２２ａが外縁１３２ａのごく近くにあることにより、液滴１４０ａは外縁１３２ａに沿って吸い寄せられ、液滴１４０ａは残らず吸い尽くされる。

液滴１４０ａの吸引に際しては、試料４００の回転もしくはノズル１００の移動またはそれらの組合せにより、ノズル１００を、開口１２２ａの偏心方向とは反対方向に試料表面に沿って相対的に移動させるのが良い。このようなノズル１００の相対移動により、液滴１４０ａを外縁１３２ａに沿って開口１２２ａまで送り込むことができ、開口１２２ａを通じた液滴１４０ａの吸引をさらに完璧にすることができる。

液滴１４０ａの吸引がキャピラリー１２２を通じて行われることにより、吸引される液滴１４０ａの線速度が高くなる。このため、液滴１４０ａは高速で液溜１２０に流入し、残留液１４０ｂとよく混じり合う。

液滴１４０ａを吸い尽くしたときは、図３に示したように、液溜め１２０には液体１４０の全量が収容される。この状態では、吸引された液滴１４０ａと残留液１４０ｂがよく混じり合っているので、液滴１４０ａと一緒に吸引された汚染物質は希釈され、その濃度が低下する。

これに対して、押出口の内径が液溜の内径とあまり差がないノズルでは、液体を吸引しても、液体が全体的に上に移動するだけで、吸引した液体は残留液体と混じり合わず、したがって、汚染物質は希釈されない。

汚染物質の希釈後に、再び液溜１２０中の液体１４０の一部を開口１２２ａから押出す。これによって、図４に示したように、ノズル１００の端面１３２と試料４００の表面の間の隙間が、液滴１４０ａで満たされる。液滴１４０ａ中の汚染物質は希釈により濃度が低下しているので、液滴１４０ａの汚染物質吸収能力は、掃引開始時に匹敵する程度に回復している。

この状態で、試料４００の表面の掃引が再開される。掃引は、例えば、図５に示したように、試料４００を表面に平行な面内で回転させながら、ノズル１００を回転半径の方向に移動させることによって行われる。再開後の掃引は、汚染物質吸収能力が回復した液滴１４０ａにより効率良く行われる。

このようにして、液滴１４０ａの汚染物質吸収能力の回復が、所定の掃引距離ごとに行われる。所定の掃引距離は、例えば、ノズル１００が横方向に５０ｍｍ移動する距離である。なお、それに限らず、掃引の周長または面積が所定値に達するたびに行うようにしても良い。

掃引が終了したとき、液滴１４０ａを開口１２２ａを通じて吸引して液溜１２０内に回収する。液滴１４０ａの吸引は、上記と同様にして行われる。これによって、液滴１４０ａは、それに吸収された汚染物質とともに液溜１２０内に完全に回収される。

回収後、液溜１２０中の液体１４０は、図示しない回収容器に吐出される。回収容器の液体は分析装置による成分分析に供される。分析装置としては、例えば、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）が用いられる。なお、分析装置はそれに限らず、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＯＥＳ）等、適宜の分析装置であってよい。

本発明を実施するための最良の形態の一例のノズルシステムの構成を示す図である。 ノズル先端の平面図である。 ノズルが液体を吸引した状態を示す図である。 ノズルが液体を押出した状態を示す図である。 ノズルによる試料表面の掃引を示す図である。

符号の説明

１ ： ノズルシステム
１００ ： ノズル
１２０ ： 液溜
１２２，１２４ ： キャピラリー
１２２ａ ： 開口
１２６ ： チューブ
１３２ ： 端面
１３２ａ ： 外縁
１４０ ： 液体
１４０ａ ： 液滴
１４０ｂ ： 残留液
２００ ： シリンジポンプ
３００ ： コントローラ
４００ ： 試料

Claims (1)

1. ノズルの先端から押出した液体で試料表面を掃引し、掃引後の液体をノズルで吸引して試料表面の汚染物質を回収するノズルシステムであって、
   先端の押出口とはキャピラリーで連通する液溜を有するノズルと、
   前記液溜の液体の一部を前記キャピラリーを通じて前記押出口から押出して試料表面を掃引し、掃引の途中で前記液体を前記キャピラリーを通じて前記液溜に吸引して内部液体と混合・希釈し、混合・希釈後の前記液溜の液体の一部を前記キャピラリーを通じて前記押出口から押出して掃引を再開する掃引手段
   を具備することを特徴とするノズルシステム。

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