JP2020071130A - Trace metal detection device - Google Patents

Trace metal detection device Download PDF

Info

Publication number
JP2020071130A
JP2020071130A JP2018205224A JP2018205224A JP2020071130A JP 2020071130 A JP2020071130 A JP 2020071130A JP 2018205224 A JP2018205224 A JP 2018205224A JP 2018205224 A JP2018205224 A JP 2018205224A JP 2020071130 A JP2020071130 A JP 2020071130A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
concentration
unit
metal
model function
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018205224A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
喜直 伊藤
Yoshinao Ito
喜直 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2018205224A priority Critical patent/JP2020071130A/en
Publication of JP2020071130A publication Critical patent/JP2020071130A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

To provide a guidance function based on a prediction of a change in concentration of trace metal in a trace metal detection device using laser-induced breakdown spectroscopy.SOLUTION: A data processing unit 190 receives spectrum data indicating light intensity at each wavelength of an emission spectrum 200 obtained by emitting laser light to a test material 51 including a sample 20. The data processing unit 190 detects the concentration of a predetermined metal element corresponding to a predetermined wavelength in the sample 20 based on the light intensity of the wavelength of the spectrum data and executes identification operation processing for calculating a coefficient of a predefined model function that indicates a transition of the concentration using a change history of the detected concentration. A display 195 displays prediction information obtained using the model function after the identification.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は微量金属検出装置に関し、より特定的には、レーザ誘起ブレークダウン分光法(LIBS:Laser Induced Breakdown Spectroscopy)を用いた微量金属検出装置に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a trace metal detection device, and more particularly to a trace metal detection device using laser induced breakdown spectroscopy (LIBS).

レーザ誘起ブレークダウン分光法の適用により、液体試料中の金属元素(検出対象物質)を検出する含有物質計測装置が、特開2016−95139号公報(特許文献1)に記載されている。特許文献1には、シリコン又は金属(銅やニッケル等)で構成された基板上にバインダ層及び液体試料による試料層が形成された試験体プレパラートを作成し、当該試験体プレパラートへのレーザ光の照射によるプラズマ発光を分析して取得された発光スペクトルから、液体試料中の含有物質を特定するとともに、当該物質の濃度が測定される。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-95139 (Patent Document 1) describes a contained substance measuring device that detects a metal element (substance to be detected) in a liquid sample by applying laser-induced breakdown spectroscopy. In Patent Document 1, a test sample preparation in which a binder layer and a sample layer of a liquid sample are formed on a substrate made of silicon or metal (copper, nickel, etc.) is prepared, and laser light to the test sample preparation is prepared. From the emission spectrum obtained by analyzing the plasma emission due to irradiation, the substance contained in the liquid sample is specified and the concentration of the substance is measured.

特開2016−95139号公報JP, 2016-95139, A

例えば、LIBSを用いた微量金属検出装置によって、半導体製造工程で使用される洗浄液中の微量金属濃度を検出することができる。半導体製造ラインでは、洗浄液によって半導体ウェハに付着する種々の金属を含む無機物等の汚染物質を除去するための洗浄装置が用いられる。半導体ウェハの洗浄によって、洗浄液には、配線材料であるCu(銅)等が洗浄液に混入する。同じ洗浄液を繰り返して循環使用すると、洗浄液中のCu濃度が徐々に増加して、洗浄液はCuで汚染された状態となり、Cu濃度(金属濃度)の上昇に従って、当該洗浄液の洗浄能力も低下していく。洗浄能力が低下した洗浄液を継続的に用いると、生産品の不良率が上昇する(即ち、歩留まりが低下する)ことが懸念される。   For example, the trace metal concentration in the cleaning liquid used in the semiconductor manufacturing process can be detected by a trace metal detector using LIBS. 2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing line, a cleaning device is used for removing contaminants such as inorganic substances containing various metals adhering to a semiconductor wafer by a cleaning liquid. By cleaning the semiconductor wafer, Cu (copper), which is a wiring material, is mixed in the cleaning liquid. When the same cleaning solution is repeatedly used repeatedly, the Cu concentration in the cleaning solution gradually increases, and the cleaning solution becomes contaminated with Cu. As the Cu concentration (metal concentration) increases, the cleaning ability of the cleaning solution also decreases. Go It is feared that if the cleaning liquid with reduced cleaning ability is continuously used, the defective rate of the manufactured products increases (that is, the yield decreases).

従って、使用者側(例えば、半導体メーカ等)からは、金属濃度が一定限度を超えて上昇すると洗浄液の交換が必要となる一方で、製造コスト及び環境負荷の面から、最終製品であるデバイスの品質を維持できる範囲内で洗浄液は限界まで使用したい要望がある。従って、LIBSを用いた微量金属検出装置によって、洗浄液中の金属濃度を都度検出することによって、洗浄液の交換要否を適切に判断することが可能となる。   Therefore, from the user side (for example, a semiconductor maker), when the metal concentration rises above a certain limit, it is necessary to replace the cleaning liquid, but from the viewpoint of manufacturing cost and environmental load, There is a demand to use the cleaning solution to the limit within the range where quality can be maintained. Therefore, by detecting the metal concentration in the cleaning liquid each time with the trace metal detecting device using LIBS, it becomes possible to appropriately judge the necessity of replacement of the cleaning liquid.

しかしながら、洗浄液の交換作業は、多量の洗浄液の準備、及び、長時間に亘る交換作業を要する。このため、特に、繁忙期等の生産ラインが継続して稼働している期間では、洗浄液の交換作業の工程を突発的に組み込むことが困難である。従って、微量金属の濃度をリアルタイムで検出するだけではなく、将来の推移を予測するニーズが存在する。同様のニーズは、半導体製造ラインで用いられる洗浄液のみならず、微量金属濃度の検出対象となる種々の液体及び固体を測定対象として存在するものと理解される。   However, the replacement work of the cleaning liquid requires the preparation of a large amount of cleaning liquid and the replacement work for a long time. For this reason, it is difficult to suddenly incorporate the process of exchanging the cleaning liquid, especially during periods when the production line is continuously operating, such as during busy periods. Therefore, there is a need to not only detect the concentration of trace metals in real time, but also to predict future trends. It is understood that similar needs exist not only for cleaning liquids used in semiconductor manufacturing lines, but also for various liquids and solids that are targets of detection of trace metal concentrations as targets of measurement.

本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、レーザ誘起ブレークダウン分光法を用いた微量金属検出装置において微量金属の濃度の変化の予測に基づくガイダンス機能を具備することである。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is based on prediction of a change in the concentration of a trace metal in a trace metal detection device using laser-induced breakdown spectroscopy. It is to have a guidance function.

本発明のある局面では、微量金属検出装置は、レーザ光源と、分光器と、データ処理部とを備える。分光器には、試料を含む試験材に対してレーザ光源からのレーザ光を照射することによって得られるプラズマによる発光が入力される。データ処理部には、分光器によって得られる、各波長における光強度を示すスペクトルデータが入力される。データ処理部は、濃度検出部と、記憶部と、同定演算部と、表示部とを含む。濃度検出部は、スペクトルデータの所定の波長における光強度から、所定の波長に対応する所定の金属元素の試料中の濃度を検出する。記憶部は、濃度検出部によって検出された濃度の履歴を保持する。同定演算部は、記憶部に保持された濃度の変化履歴を用いて、濃度の推移を示すための予め定められたモデル関数の係数を同定する。表示部は、同定演算部によって同定された係数を有する同定後のモデル関数を用いて取得される予測情報を表示する。   In one aspect of the present invention, a trace metal detection device includes a laser light source, a spectroscope, and a data processing unit. Light emitted by plasma obtained by irradiating a test material including a sample with laser light from a laser light source is input to the spectroscope. Spectral data indicating the light intensity at each wavelength obtained by the spectroscope is input to the data processing unit. The data processing unit includes a concentration detection unit, a storage unit, an identification calculation unit, and a display unit. The concentration detection unit detects the concentration of a predetermined metal element corresponding to the predetermined wavelength in the sample from the light intensity at the predetermined wavelength of the spectrum data. The storage unit holds the history of the density detected by the density detection unit. The identification calculation unit identifies the coefficient of a predetermined model function for indicating the transition of the concentration, using the concentration change history held in the storage unit. The display unit displays the prediction information acquired using the model function after identification having the coefficient identified by the identification calculation unit.

上記微量金属検出装置によれば、試料中の特定金属の濃度をリアルタイムに検出するのみならず、検出された濃度の履歴からモデル関数を同定することによって、金属濃度の推移を予測することができる。そして、予測に基づく情報の表示により、微量金属の濃度の変化の予測に基づくガイダンス機能を具備することができる。   According to the above-mentioned trace metal detection device, not only the concentration of the specific metal in the sample is detected in real time, but also the transition of the metal concentration can be predicted by identifying the model function from the history of the detected concentration. .. Then, by displaying the information based on the prediction, a guidance function based on the prediction of the change in the concentration of the trace metal can be provided.

予測情報は、同定後のモデル関数に従った現時点以降での濃度の予測値、又は、同定後のモデル関数に従って現時点以降で濃度が変化したときに濃度が予め定められた閾値を超える時期に関連する情報を含む。   The prediction information is related to the predicted value of the concentration after the present time according to the model function after identification, or the time when the concentration exceeds a predetermined threshold value when the concentration changes after the present time according to the model function after identification. Information to be included.

このように、同定されたモデル関数を用いて、現時点以降での濃度予測値の直接表示、或いは、金属濃度が閾値を超える時期を予測する情報の表示によって、ユーザガイダンスを提供することが可能である。   As described above, it is possible to provide the user guidance by directly displaying the predicted concentration value after the present time using the identified model function or by displaying the information for predicting the time when the metal concentration exceeds the threshold value. is there.

或いは、データ処理部は、選択入力部をさらに含むように構成することができる。選択入力部は、複数の金属元素のうちから監視対象となる少なくとも1つの金属元素の選択指示を入力するために設けられる。濃度検出部は、スペクトルデータにおける監視対象に選択された金属元素の各々に対応する波長の光強度から、当該金属元素の濃度を検出し、同定演算部は、当該金属元素毎にモデル関数の係数を個別に係数を算出することができる。   Alternatively, the data processing unit can be configured to further include a selection input unit. The selection input unit is provided to input a selection instruction of at least one metal element to be monitored from among the plurality of metal elements. The concentration detection unit detects the concentration of the metal element from the light intensity of the wavelength corresponding to each metal element selected as the monitoring target in the spectrum data, and the identification calculation unit calculates the coefficient of the model function for each metal element. Can be calculated individually.

このようにすると、データ処理部による演算負荷の軽減とともに、監視対象を絞った金属濃度の監視によりユーザへのガイダンス機能を高めることができる。   With this configuration, the calculation load of the data processing unit can be reduced, and the guidance function for the user can be enhanced by monitoring the metal concentration by narrowing down the monitoring target.

本発明によれば、レーザ誘起ブレークダウン分光法を用いた微量金属検出装置に微量金属の濃度の変化の予測に基づくガイダンス機能を具備することができる。   According to the present invention, a trace metal detection device using laser-induced breakdown spectroscopy can be provided with a guidance function based on prediction of changes in trace metal concentration.

本実施の形態に係る微量金属検出装置の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the composition of the trace amount metal detection device concerning this embodiment. 図1に示されたデータ処理装置のハードウェア構成例を説明するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a hardware configuration of the data processing device shown in FIG. 1. 本実施の形態に係る微量金属検出装置におけるデータ処理装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a data processor in a trace amount metal detecting device concerning this embodiment. 図3に示された記憶部内の濃度履歴テーブルの記憶内容の一例を示す図表である。4 is a chart showing an example of stored contents of a density history table in the storage unit shown in FIG. 3. 図3に示された、同定演算部、予測部、及び、判定部の機能を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the functions of an identification calculation unit, a prediction unit, and a determination unit shown in FIG. 3. 図1に示された表示部での表示内容の一例を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining an example of the display content on the display part shown in FIG. 本実施の形態の変形例に係る微量金属検出装置におけるデータ処理装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the data processor in the trace amount metal detecting device concerning the modification of this embodiment.

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお以下では、図中の同一または相当部分に同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.

図1は、本実施の形態に係る微量金属検出装置の構成を説明するブロック図である。
図1を参照して、本実施の形態に係る微量金属検出装置100は、検査対象となる液体の試料20中の微量金属を検出する。例えば、試料20は、半導体製造工程の洗浄装置10で用いられる半導体ウェハの洗浄液である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a trace metal detection device according to this embodiment.
With reference to FIG. 1, the trace metal detection apparatus 100 according to the present embodiment detects a trace metal in a liquid sample 20 to be inspected. For example, the sample 20 is a cleaning liquid for semiconductor wafers used in the cleaning device 10 in the semiconductor manufacturing process.

微量金属検出装置100は、ヒータ60と、レーザ光源110と、制御回路120と、分光器130と、レンズ140と、集光器150と、ファイバ160と、データ処理装置190とを備える。微量金属検出装置100は、レーザ誘起ブレークダウン分光法(LIBS)によって、試料20中の微量金属を検出する。或いは、集光器150の配置は省略されてもよい。   The trace metal detection device 100 includes a heater 60, a laser light source 110, a control circuit 120, a spectroscope 130, a lens 140, a condenser 150, a fiber 160, and a data processing device 190. The trace metal detection device 100 detects a trace metal in the sample 20 by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). Alternatively, the arrangement of the condenser 150 may be omitted.

洗浄装置10から一定量の洗浄液が試料20として採取されて、母材50上に滴下される。本実施の形態では、母材50には、シリコン(Si)で作製されたチップが用いられる。ヒータ60は、試料20が滴下された母材50を加熱することによって、試料20の蒸発乾固処理を実行する。当該蒸発乾固処理は、例えば、特許文献1と同様に行うことが可能である。これにより、母材50上に試料20が固定された試験材51が得られる。   A predetermined amount of cleaning liquid is collected as a sample 20 from the cleaning device 10 and is dropped on the base material 50. In this embodiment, a chip made of silicon (Si) is used as the base material 50. The heater 60 heats the base material 50 onto which the sample 20 has been dropped to execute the evaporation and dry treatment of the sample 20. The evaporation to dryness treatment can be performed, for example, in the same manner as in Patent Document 1. Thereby, the test material 51 in which the sample 20 is fixed on the base material 50 is obtained.

尚、洗浄液からの試料20の採取については、適宜、人の作業によって行うことができる。或いは、図1に示すように、洗浄装置10の稼働中に、洗浄液の一部が微量金属検出装置100へ導入された後、再び洗浄装置10へ戻される洗浄剤経路25を設けることで、洗浄液からの試料20を自動的に採取することも可能である。   It should be noted that the sample 20 can be collected from the cleaning liquid by manual work as appropriate. Alternatively, as shown in FIG. 1, while the cleaning device 10 is in operation, by providing a cleaning agent path 25 in which a part of the cleaning liquid is introduced into the trace metal detection device 100 and then returned to the cleaning device 10, the cleaning liquid is provided. It is also possible to automatically take the sample 20 from.

レーザ光源110から出力されたレーザは、レンズ140によって集光されて、試験材51の試料20に照射される。これにより、試験材51の表面に初期プラズマが発生する。レーザ光源110からのレーザ出力の強度及び方向等は、制御回路120に入力される制御パラメータによって調整することが可能である。   The laser output from the laser light source 110 is condensed by the lens 140 and is applied to the sample 20 of the test material 51. As a result, initial plasma is generated on the surface of the test material 51. The intensity and direction of the laser output from the laser light source 110 can be adjusted by the control parameter input to the control circuit 120.

レーザが照射された個所では、試料20中に含まれる原子が励起されるとともに、初期プラズマにレーザ光が吸収されてプラズマが成長する。成長したプラズマの発光は、集光器150及びファイバ160を通して、分光器130へ入力される。或いは、集光器150の配置が省略された構成では、プラズマの発光は、ファイバ160のみを通して分光器130へ入力される。分光器130からはスペクトルが出力される。分光器130で得られたスペクトルにより、各波長での光強度を示すデータ(以下、「スペクトルデータ」とも称する)が得られる。金属成分に依存して、スペクトル中のピーク波長は異なる。従って、スペクトル中に現れたピーク波長から、試料20中に含まれる金属元素を特定することができる。   At the location irradiated with the laser, the atoms contained in the sample 20 are excited, and the laser light is absorbed by the initial plasma to grow the plasma. The light emission of the grown plasma is input to the spectroscope 130 through the concentrator 150 and the fiber 160. Alternatively, in the configuration in which the concentrator 150 is omitted, the plasma emission is input to the spectroscope 130 through only the fiber 160. A spectrum is output from the spectroscope 130. From the spectrum obtained by the spectroscope 130, data indicating the light intensity at each wavelength (hereinafter, also referred to as “spectral data”) can be obtained. The peak wavelength in the spectrum varies depending on the metal component. Therefore, the metal element contained in the sample 20 can be identified from the peak wavelength appearing in the spectrum.

更に、金属に対するスペクトル中のピーク波長の光強度を検量線等の形で予め取得しておくことにより、得られたスペクトルデータでの波長毎の光強度から、試料20中に含まれる金属の種別及びその濃度を検知することが可能となる。データ処理装置190は、分光器130から出力されたスペクトルデータに対する演算処理により、試料20の発光スペクトル200を求めることができる。   Furthermore, by previously acquiring the light intensity of the peak wavelength in the spectrum for the metal in the form of a calibration curve or the like, the type of the metal contained in the sample 20 can be determined from the light intensity for each wavelength in the obtained spectrum data. And its concentration can be detected. The data processing device 190 can obtain the emission spectrum 200 of the sample 20 by performing arithmetic processing on the spectrum data output from the spectroscope 130.

図2は、データ処理装置190のハードウェア構成例を説明するブロック図である。データ処理装置190は、代表的にはパーソナルコンピュータによって構成することが可能である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of the data processing device 190. The data processing device 190 can be typically configured by a personal computer.

図2を参照して、データ処理装置190は、CPU(Central Processing Unit)191と、メモリ192と、I/O部193と、ユーザ入力部194と、表示部195と、表示ドライバ196とを含む。   Referring to FIG. 2, data processing device 190 includes a CPU (Central Processing Unit) 191, a memory 192, an I / O unit 193, a user input unit 194, a display unit 195, and a display driver 196. ..

I/O部193は、A/D変換機能、及び、D/A変換機能を具備しており、CPU191に対するアナログ信号の入出力インターフェイスとして機能する。例えば、分光器130から出力された、発光スペクトル200を示すスペクトルデータSDは、I/O部193を経由して、デジタルデータとしてCPU191へ入力される。   The I / O unit 193 has an A / D conversion function and a D / A conversion function, and functions as an input / output interface for analog signals to the CPU 191. For example, the spectrum data SD indicating the emission spectrum 200 output from the spectroscope 130 is input to the CPU 191 as digital data via the I / O unit 193.

CPU191は、メモリ192に格納されたプログラム及びデータを用いたソフトウェア処理によって、演算処理を実行する。   The CPU 191 executes arithmetic processing by software processing using programs and data stored in the memory 192.

表示部195は、例えば、液晶ディスプレイによって構成されて、情報及びデータを視覚的に表示することができる。表示部195による表示内容は、I/O部193及び表示ドライバ196を介して、CPU191によって制御することができる。   The display unit 195 is composed of, for example, a liquid crystal display, and can visually display information and data. The display content of the display unit 195 can be controlled by the CPU 191 via the I / O unit 193 and the display driver 196.

ユーザ入力部194は、例えば、キーボード又はマウス等で構成されて、ユーザによる指示入力を受け付ける。表示部195がタッチパネルで構成される場合には、タッチパネル上に表示されるソフトスイッチを用いて、ユーザ入力部194を構成することも可能である。ユーザ入力部194への指示入力は、I/O部193を経由して、デジタルデータとしてCPU191へ入力される。   The user input unit 194 is composed of, for example, a keyboard or a mouse, and receives an instruction input by the user. When the display unit 195 is configured by a touch panel, the user input unit 194 can be configured by using a soft switch displayed on the touch panel. The instruction input to the user input unit 194 is input to the CPU 191 as digital data via the I / O unit 193.

次に、データ処理装置190によるスペクトルデータを用いた演算処理を詳細に説明する。図3には、本実施の形態に係る微量金属検出装置におけるデータ処理装置の機能ブロック図が示される。例えば、図3中の各機能ブロックによる機能は、上述のCPU191によるソフトウェア処理によって実現することが可能である。或いは、一部又は全部の機能ブロックによる機能、又は、各機能ブロックのうちの一部の機能について、専用のハードウェア(電子回路)を用いて実現することも可能である。   Next, the arithmetic processing using the spectrum data by the data processing device 190 will be described in detail. FIG. 3 shows a functional block diagram of the data processing device in the trace metal detection device according to the present embodiment. For example, the function of each functional block in FIG. 3 can be realized by the software processing by the CPU 191 described above. Alternatively, it is possible to realize some or all of the functional blocks or some of the functional blocks by using dedicated hardware (electronic circuit).

図3を参照して、データ処理装置190は、濃度検出部210と、記憶部192aと、同定演算部220と、予測部230と、判定部240と、表示制御部250とを含む。   With reference to FIG. 3, the data processing device 190 includes a density detection unit 210, a storage unit 192a, an identification calculation unit 220, a prediction unit 230, a determination unit 240, and a display control unit 250.

濃度検出部210には、微量金属検出装置100による試料20を含む試験材51の測定毎に、発光スペクトル200を示すスペクトルデータSDが入力される。   Spectral data SD indicating the emission spectrum 200 is input to the concentration detection unit 210 each time the test material 51 including the sample 20 is measured by the trace metal detection device 100.

尚、本実施の形態では、微量金属検出装置100は、洗浄装置10による洗浄処理時間、及び/又は、洗浄装置10による洗浄処理個数(チップ数)についての予め定められた測定条件が成立する毎に、洗浄液(試料20)の金属濃度が、微量金属検出装置100によって測定されるものとする。   In the present embodiment, the trace metal detection apparatus 100 is configured so that a predetermined measurement condition for the cleaning processing time by the cleaning apparatus 10 and / or the number of cleaning processings (chips) by the cleaning apparatus 10 is established. First, it is assumed that the metal concentration of the cleaning liquid (sample 20) is measured by the trace metal detection device 100.

スペクトルデータSDは、発光スペクトルの各波長における光強度を示すデータによって構成される。特定の波長における光強度が予め定められた閾値を超えるピークを示すことにより、試料20中における当該ピーク波長に対応する金属元素の存在が検知される。例えば、Cu(銅)の存在時には、波長324.7(nm)にピークが生じ、Al(アルミニウム)の存在時には、波長396.1(nm)にピークが現れる。   The spectrum data SD is composed of data indicating the light intensity at each wavelength of the emission spectrum. The presence of the metal element corresponding to the peak wavelength in the sample 20 is detected by showing the peak where the light intensity at the specific wavelength exceeds the predetermined threshold. For example, when Cu (copper) is present, a peak appears at a wavelength of 324.7 (nm), and when Al (aluminum) is present, a peak appears at a wavelength of 396.1 (nm).

さらに、特定金属に対応するピーク波長での光強度について、濃度と対応付ける検量線を予め作成される。上記検量線及び閾値を示すデータは、メモリ192の一部領域を用いて形成された記憶部192aに記憶される。   Further, with respect to the light intensity at the peak wavelength corresponding to the specific metal, a calibration curve corresponding to the concentration is created in advance. Data indicating the calibration curve and the threshold value are stored in the storage unit 192a formed by using a partial area of the memory 192.

濃度検出部210は、記憶部192aから読み出されたデータと、スペクトルデータSDとを用いて、スペクトルデータSDから、試料20中の特定金属の有無とともに、検出された金属の濃度を算出することができる。濃度検出部210は、特定の金属元素について、測定回毎に算出された金属濃度を逐次、記憶部192a内の濃度履歴テーブルへ記憶する。   The concentration detection unit 210 uses the data read from the storage unit 192a and the spectrum data SD to calculate from the spectrum data SD the presence or absence of a specific metal in the sample 20 and the concentration of the detected metal. You can The concentration detection unit 210 sequentially stores the metal concentration calculated for each measurement for a specific metal element in the concentration history table in the storage unit 192a.

図4は、記憶部192a内の濃度履歴テーブルの記憶内容の一例を示す図表である。
図4を参照して、層度履歴テーブルには、例えば、半導体デバイス製造時に金属配線材料として用いられる、Ti(チタン)、Cu(銅)、及び、Al(アルミニウム)について、検出された金属濃度が記憶される。
FIG. 4 is a chart showing an example of stored contents of the density history table in the storage unit 192a.
Referring to FIG. 4, in the layer degree history table, for example, the detected metal concentrations of Ti (titanium), Cu (copper), and Al (aluminum) used as metal wiring materials at the time of manufacturing a semiconductor device. Is memorized.

金属濃度は、微量金属検出装置100による試験材51のレーザ照射測定による、試料20の各測定回において、スペクトルデータSDでの特定波長での光強度から検量線データに従って算出される。測定回毎に算出された金属濃度は、金属毎に蓄積される。これにより、時間経過に伴う金属濃度の履歴を保持することができる。   The metal concentration is calculated according to the calibration curve data from the light intensity at the specific wavelength in the spectrum data SD at each measurement time of the sample 20 by the laser irradiation measurement of the test material 51 by the trace metal detection device 100. The metal concentration calculated for each measurement is accumulated for each metal. Thereby, the history of the metal concentration with the passage of time can be retained.

再び図3を参照して、同定演算部220は、図4に示された濃度履歴テーブルに保持されたデータを用いて、予め定められた形式のモデル関数の係数を算出する。モデル関数は、金属元素毎の時間経過に伴う濃度の推移(変化)を予測するものである。   Referring again to FIG. 3, the identification calculation unit 220 calculates the coefficient of the model function of a predetermined format using the data held in the concentration history table shown in FIG. The model function predicts the transition (change) of the concentration of each metal element over time.

当該モデル関数は、任意の関数として予め定義することができるが、本実施の形態では、モデル関数は、二次関数で示されるものとする。従って、濃度変化モデル関数は、下記の式(1)で表すことができる。   The model function can be defined in advance as an arbitrary function, but in the present embodiment, the model function is represented by a quadratic function. Therefore, the concentration change model function can be expressed by the following equation (1).

Y=a・x2+b・x+c …(1)
例えば、公知の回帰分析法(代表的には、最小二乗法)に従って、濃度履歴テーブルに保持された過去の金属濃度の履歴を示すデータを式(1)中のxに代入することで、二次関数モデルの係数a,b,cを同定することができる。一般的には、これまでの各測定回での金属濃度(実績値)と関数モデル式による値(Y)との誤差が最小となるように、係数a,b,cが算出される。
Y = a · x 2 + b · x + c (1)
For example, according to a known regression analysis method (typically, the least squares method), by substituting the data indicating the history of the past metal concentration held in the concentration history table into x in the equation (1), The coefficients a, b, c of the quadratic function model can be identified. In general, the coefficients a, b, and c are calculated so that the error between the metal concentration (actual value) and the value (Y) obtained by the function model formula in each measurement so far is the minimum.

予測部230は、同定演算部220で求められた係数a〜cを有する、同定後のモデル関数に従って、現時点以降での金属濃度の予測値を算出する。これにより、特定金属についての第i番目(i:自然数)の測定回における金属濃度Mc(i)が求められる。これにより、過去の1〜m番目の測定回で検出された金属濃度を用いて定められたモデル関数から、i>mを含む任意のiに対して、金属濃度Mc(i)を求めることができる。   The prediction unit 230 calculates the predicted value of the metal concentration after the present time point according to the model function after identification, which has the coefficients a to c obtained by the identification calculation unit 220. As a result, the metal concentration Mc (i) at the i-th (i: natural number) measurement time for the specific metal is obtained. As a result, the metal concentration Mc (i) can be obtained for any i including i> m from the model function defined using the metal concentrations detected in the past 1 to m-th measurement times. it can.

判定部240は、予め定められた閾値Rthと、金属濃度Mc(i)との比較による判定処理を実行する。例えば、閾値Rthは、半導体製造工程の洗浄装置10で用いられる洗浄液の交換要否を判定するように定められる。上述のように、当該閾値は、最終製品であるデバイスの品質を維持できる範囲内の上限値に対応させて定めることができる。これにより、同定演算部220で同定されたモデル関数に従って金属濃度Mc(i)が増加する下で、Mc(i)>Rchとなるiの最小値として、限界回数Nchを求めることができる。   The determination unit 240 executes a determination process by comparing a predetermined threshold value Rth with the metal concentration Mc (i). For example, the threshold value Rth is set so as to determine whether or not the cleaning liquid used in the cleaning device 10 in the semiconductor manufacturing process needs to be replaced. As described above, the threshold value can be set in correspondence with the upper limit value within the range in which the quality of the final product device can be maintained. As a result, when the metal concentration Mc (i) increases according to the model function identified by the identification calculation unit 220, the limit number Nch can be obtained as the minimum value of i that satisfies Mc (i)> Rch.

図5には、同定演算部220、予測部230、及び、判定部240の機能を説明するための概念図が示される。   FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the functions of the identification calculation unit 220, the prediction unit 230, and the determination unit 240.

図5を参照して、同定演算部220は、記憶部192a(濃度履歴テーブル)に保持された、i=1〜3の3回分の金属濃度データC1〜C3を用いて、式(1)の係数a〜cを同定することにより、二次関数で示されるモデル関数225を決定する。   With reference to FIG. 5, the identification calculation unit 220 uses the metal concentration data C1 to C3 for three times of i = 1 to 3 stored in the storage unit 192a (concentration history table) to calculate the equation (1). The model function 225 represented by a quadratic function is determined by identifying the coefficients a to c.

これにより、予測部230は、i>4の領域においても、同定された係数a〜cによるモデル関数225の点線部分に従って、金属濃度Mc(i)を予測することができる。更に、判定部240は、i>4の領域での金属濃度Mc(i)と、閾値Rthとの比較により、限界回数Nchを求めることができる。   Thereby, the prediction unit 230 can predict the metal concentration Mc (i) according to the dotted line portion of the model function 225 based on the identified coefficients a to c even in the region of i> 4. Further, the determination unit 240 can obtain the limit number of times Nch by comparing the metal concentration Mc (i) in the region of i> 4 with the threshold value Rth.

再び図3を参照して、表示制御部250は、予測部230からの金属濃度Mc(i)、及び、判定部240からの限界回数Nchを用いて、表示部195での表示内容を制御する。表示制御部250によって指定された表示内容は、図2に示された表示ドライバ196によって、視覚的な情報として表示部195に表示される。   Referring again to FIG. 3, the display control unit 250 controls the display content on the display unit 195 using the metal concentration Mc (i) from the prediction unit 230 and the limit number of times Nch from the determination unit 240. .. The display content designated by the display control unit 250 is displayed on the display unit 195 as visual information by the display driver 196 shown in FIG.

図6には、表示部195での表示内容の一例を説明する概念図が示される。
図6を参照して、例えば、今回(i=N)の測定濃度L=Mc(N)とともに、モデル関数に従って予測される、(N+1)回目の測定時における予測濃度M=Mc(N+1)を表示することができる。(N+2)回目以降についても、Mc(i)に従って、金属濃度の予測値を表示することが可能である。
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of display contents on the display unit 195.
With reference to FIG. 6, for example, together with the measured concentration L = Mc (N) at this time (i = N), the predicted concentration M = Mc (N + 1) at the (N + 1) th measurement, which is predicted according to the model function, is calculated. Can be displayed. Even after the (N + 2) th time, it is possible to display the predicted value of the metal concentration according to Mc (i).

更に、表示部195には、判定部240で求められた限界回数Nchを直接表示する他、限界回数Nchに基づく残り使用可能回数T(回)を表示することも可能である。例えば、N回目の測定後には、限界回数Nchを用いて、T=Nch−N−1(回)と表示することが可能である。図6で説明した、これらの予測濃度M、及び、残り使用可能回数T(或いは、限界回数Nch)は、「予測情報」の一実施例に対応する。   Furthermore, the display unit 195 can directly display the limit number of times Nch obtained by the determination unit 240, and can also display the remaining usable number T (times) based on the limit number of times Nch. For example, after the Nth measurement, it is possible to display T = Nch-N-1 (times) using the limit number of times Nch. The predicted density M and the remaining usable number T (or the limit number Nch) described in FIG. 6 correspond to an example of the “prediction information”.

以上説明したように、本実施の形態に従う微量金属測定装置によれば、LIBSで取得された発光スペクトルによって試料中の特定金属の濃度をリアルタイムに検出するのみならず、検出された濃度の履歴からモデル関数を同定することによって、金属濃度の推移を予測することができる。そして、当該予測情報をユーザに対して提示することにより、試料の採取元となる物質(例えば、半導体チップの洗浄液)の交換時期の予測が可能となり、微量金属の濃度の変化の予測に基づくガイダンス機能を具備することができる。   As described above, according to the trace metal measuring apparatus according to the present embodiment, not only the concentration of the specific metal in the sample is detected in real time by the emission spectrum acquired by LIBS, but also the history of the detected concentration is used. By identifying the model function, the transition of the metal concentration can be predicted. Then, by presenting the prediction information to the user, it is possible to predict the replacement timing of the substance (for example, the cleaning liquid of the semiconductor chip) from which the sample is collected, and the guidance based on the prediction of the change in the concentration of the trace metal. It can have a function.

尚、金属濃度の履歴の保存対象、及び、モデル関数による濃度推移の監視対象となる金属元素は、分光器130によって検出可能な波長領域に含まれる金属元素を対象に、任意の個数とすることが可能である。監視対象が複数である場合には、金属元素毎に異なるモデル関数が同定される。即ち、式(1)中の係数a〜cについて、金属元素毎に別個の値が求められる。或いは、金属元素間で濃度推移の挙動が異なる場合には、例えば、二次関数と三次関数との使い分け等、金属元素間で異なる関数を用いてモデル関数を定義することも可能である。   Note that the number of metal elements to be stored in the history of the metal concentration and the target of monitoring the transition of the concentration by the model function is an arbitrary number with respect to the metal elements included in the wavelength region detectable by the spectroscope 130. Is possible. When there are a plurality of objects to be monitored, different model functions are identified for each metal element. That is, for the coefficients a to c in the equation (1), different values are obtained for each metal element. Alternatively, when the behavior of the concentration transition is different between the metal elements, it is possible to define the model function by using a different function between the metal elements, such as using a quadratic function and a cubic function, for example.

或いは、図8に示される、本実施の形態の変形例では、図3の構成に加えて、図2に示されたユーザ入力部194を用いて構成された、選択入力部194aをさらに配置することができる。   Alternatively, in the modification of the present embodiment shown in FIG. 8, in addition to the configuration of FIG. 3, a selection input unit 194a configured by using the user input unit 194 shown in FIG. 2 is further arranged. be able to.

選択入力部194aは、監視対象となる金属元素を指定するためのユーザ入力を受けるように構成される。ユーザ入力は、例えば、検出可能な波長域に含まれ、かつ、検量線が予め用意された複数の金属元素のうちから、少なくとも1つを選択する態様とすることができる。   The selection input unit 194a is configured to receive a user input for designating a metallic element to be monitored. The user input may be, for example, a mode in which at least one is selected from a plurality of metal elements included in the detectable wavelength range and having a calibration curve prepared in advance.

選択入力部194aは、ユーザ入力に従って、監視対象となる金属を特定するための選択信号Smtを出力する。選択信号Smtは、濃度検出部210、同定演算部220、及び、判定部240に入力される。例えば、濃度検出部210による金属濃度の検出及び記憶部192a(濃度履歴テーブル)への保持、同定演算部220でのモデル関数の同定演算、判定部240での判定処理について、選択信号Smtに従う金属元素のみに限定して実行することができる。   The selection input unit 194a outputs a selection signal Smt for specifying the metal to be monitored according to the user input. The selection signal Smt is input to the concentration detection unit 210, the identification calculation unit 220, and the determination unit 240. For example, regarding the detection of the metal concentration by the concentration detection unit 210, the storage in the storage unit 192a (concentration history table), the identification calculation of the model function in the identification calculation unit 220, and the determination process in the determination unit 240, the metal according to the selection signal Smt is used. It can be executed by limiting to only elements.

これにより、データ処理装置190での演算負荷の軽減とともに、監視対象を絞った濃度監視によりユーザへのガイダンス機能を高めることができる。尚、図9の構成において、ユーザ入力によって監視対象が増やされた場合に対応できるように、濃度検出部210による金属濃度の検出及び記憶部192a(濃度履歴テーブル)への保持については、現在選択中の金属元素に止まらず、ユーザが選択可能な複数の金属元素の各々について各測定回において実行することも可能である。   As a result, it is possible to reduce the calculation load on the data processing device 190 and to enhance the guidance function for the user by monitoring the concentration of the monitoring target. In the configuration of FIG. 9, the detection of the metal concentration by the concentration detection unit 210 and the storage in the storage unit 192a (concentration history table) are currently selected so as to cope with the case where the monitoring target is increased by the user input. It is also possible to perform each measurement time for each of a plurality of user-selectable metal elements in addition to the metal elements inside.

尚、本実施の形態では、測定回数単位で時間経過に対する金属濃度の推移(増加)を予測したが、他の単位(例えば、本実施の形態では、洗浄装置10による洗浄処理時間、又は、洗浄装置10による洗浄処理個数等)に従って、時間経過に対する金属濃度の推移(増加)を予測することも可能である。   In the present embodiment, the transition (increase) of the metal concentration over time is predicted in units of the number of measurements, but other units (for example, in the present embodiment, the cleaning processing time by the cleaning device 10 or the cleaning process). It is also possible to predict the transition (increase) of the metal concentration over time according to the number of cleaning processes performed by the apparatus 10).

又、本実施の形態では、半導体製造工程で用いられる洗浄装置の洗浄液を試料とする例を説明したが、微量金属の検出対象となる試料は任意である。即ち、任意の液体又は固体を対象として、本実施の形態又は変形例に係る微量金属検出装置により、LIBSによる試料のスペクトルデータから得られた金属濃度の履歴から、金属濃度の将来的な推移の予測機能を実現することが可能である。   Further, in the present embodiment, the example in which the cleaning liquid of the cleaning device used in the semiconductor manufacturing process is used as the sample has been described, but the sample for detecting the trace amount of metal is arbitrary. That is, for any liquid or solid, the trace metal detection apparatus according to the present embodiment or the modification is used to determine the future transition of the metal concentration from the history of the metal concentration obtained from the spectrum data of the sample by LIBS. It is possible to realize the prediction function.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.

10 洗浄装置、20 試料、25 洗浄剤経路、50 母材、51 試験材、60 ヒータ、100 微量金属検出装置、110 レーザ光源、120 制御回路、130 分光器、140 レンズ、150 集光器、160 ファイバ、190 データ処理装置、192 メモリ、192a 記憶部、193 I/O部、194 ユーザ入力部、194a 選択入力部、195 表示部、196 表示ドライバ、200 発光スペクトル、210 濃度検出部、220 同定演算部、225 モデル関数、230 予測部、240 判定部、250 表示制御部、Mc(i) 金属濃度、Nch 限界回数、Rth 閾値、SD スペクトルデータ、Smt 選択信号。   10 cleaning device, 20 sample, 25 cleaning agent path, 50 base material, 51 test material, 60 heater, 100 trace metal detection device, 110 laser light source, 120 control circuit, 130 spectroscope, 140 lens, 150 concentrator, 160 Fiber, 190 data processing device, 192 memory, 192a storage unit, 193 I / O unit, 194 user input unit, 194a selection input unit, 195 display unit, 196 display driver, 200 emission spectrum, 210 concentration detection unit, 220 identification calculation Part, 225 model function, 230 prediction part, 240 determination part, 250 display control part, Mc (i) metal concentration, Nch limit number of times, Rth threshold value, SD spectrum data, Smt selection signal.

Claims (4)

レーザ光源と、
試料を含む試験材に対して前記レーザ光源からのレーザ光を照射することによって得られるプラズマによる発光が入力される分光器と、
前記分光器によって得られる、各波長における光強度を示すスペクトルデータが入力されるデータ処理部とを備え、
前記データ処理部は、
前記スペクトルデータの所定の波長における光強度から、前記試料中における前記所定の波長に対応する所定の金属元素の濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部によって検出された前記濃度の履歴を保持する記憶部と、
前記記憶部に保持された前記濃度の変化履歴を用いて、前記濃度の推移を示すための予め定められたモデル関数の係数を算出する同定演算部と、
前記同定演算部によって算出された前記係数を有する同定後の前記モデル関数を用いて取得される予測情報を表示する表示部とを含む、微量金属検出装置。
Laser light source,
A spectrometer into which light emitted by plasma obtained by irradiating a test material including a sample with laser light from the laser light source is input,
A data processing unit, into which spectral data indicating light intensity at each wavelength obtained by the spectroscope is input,
The data processing unit,
From a light intensity at a predetermined wavelength of the spectral data, a concentration detection unit that detects the concentration of a predetermined metal element corresponding to the predetermined wavelength in the sample,
A storage unit that holds a history of the concentration detected by the concentration detection unit;
An identification calculation unit that calculates a coefficient of a predetermined model function for indicating the transition of the concentration using the change history of the concentration held in the storage unit,
A trace metal detection device, comprising: a display unit that displays prediction information acquired by using the model function after identification having the coefficient calculated by the identification calculation unit.
前記予測情報は、前記同定後のモデル関数に従った、現時点以降での前記濃度の予測値を含む、請求項1記載の微量金属検出装置。   The trace metal detection device according to claim 1, wherein the prediction information includes a predicted value of the concentration after the present time according to the model function after the identification. 前記予測情報は、前記同定後のモデル関数に従って前記現時点以降で前記濃度が変化したときに、前記濃度が予め定められた閾値を超える時期に関連する情報を含む、請求項2記載の微量金属検出装置。   The trace metal detection according to claim 2, wherein the prediction information includes information related to a time when the concentration exceeds a predetermined threshold value when the concentration changes after the present time according to the model function after the identification. apparatus. 前記データ処理部は、
複数の金属元素のうちから監視対象となる少なくとも1つの金属元素の選択指示を入力するための選択入力部をさらに含み、
前記濃度検出部は、前記スペクトルデータにおける前記監視対象に選択された金属元素の各々に対応する波長の光強度から、当該金属元素の前記濃度を検出し、
前記同定演算部は、当該金属元素毎に前記モデル関数の前記係数を個別に算出する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の微量金属検出装置。
The data processing unit,
A selection input unit for inputting a selection instruction of at least one metal element to be monitored from among the plurality of metal elements,
The concentration detection unit, from the light intensity of the wavelength corresponding to each of the metal elements selected as the monitoring target in the spectral data, detects the concentration of the metal element,
The trace metal detection device according to claim 1, wherein the identification calculation unit individually calculates the coefficient of the model function for each metal element.
JP2018205224A 2018-10-31 2018-10-31 Trace metal detection device Pending JP2020071130A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018205224A JP2020071130A (en) 2018-10-31 2018-10-31 Trace metal detection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018205224A JP2020071130A (en) 2018-10-31 2018-10-31 Trace metal detection device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020071130A true JP2020071130A (en) 2020-05-07

Family

ID=70547575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018205224A Pending JP2020071130A (en) 2018-10-31 2018-10-31 Trace metal detection device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020071130A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022026337A (en) * 2020-07-30 2022-02-10 株式会社ナカヨ Wash solution replacement forecasting device, wash solution replacement forecasting system, wash solution forecasting method and program
CN114558881A (en) * 2022-03-10 2022-05-31 广东省车汇莱再生物资回收有限公司 New energy scraped car resource recovery system based on it is intelligent

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022026337A (en) * 2020-07-30 2022-02-10 株式会社ナカヨ Wash solution replacement forecasting device, wash solution replacement forecasting system, wash solution forecasting method and program
JP7459712B2 (en) 2020-07-30 2024-04-02 株式会社ナカヨ CLEANING LIQUID REPLACEMENT PREDICTION DEVICE, CLEANING LIQUID REPLACEMENT PREDICTION SYSTEM, CLEANING LIQUID PREDICTION METHOD, AND PROGRAM
CN114558881A (en) * 2022-03-10 2022-05-31 广东省车汇莱再生物资回收有限公司 New energy scraped car resource recovery system based on it is intelligent

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR960006366B1 (en) Metals assay apparatus and method
US7474394B2 (en) Apparatus of inspecting defect in semiconductor and method of the same
JP2023505380A (en) Systems and methods for analyzing unknown sample composition using predictive models based on emission spectra
JP2008536144A (en) Method and apparatus for spectral analysis of mixtures
JP4568786B2 (en) Factor analysis apparatus and factor analysis method
JP5684612B2 (en) X-ray analyzer
US6668038B2 (en) X-ray fluorescence spectrometer
JP2007285786A (en) X-ray analyzer using electron beam
JP2020071130A (en) Trace metal detection device
JP3101257B2 (en) Method for inspecting sample surface and X-ray analyzer using the same
US20140370509A1 (en) Method for Quantitative Optical Measurements and Laboratory Apparatus
JP2007248090A (en) Precision management system of clinical examination
JP2020522127A (en) Zonal analysis for recipe optimization and measurement
JP4838270B2 (en) Methods and systems for physicochemical analysis using laser pulse ablation
JP5271776B2 (en) Automatic analyzer
WO2020121918A1 (en) X-ray analysis device, x-ray analysis system, analysis method, and program
JP4754888B2 (en) Emission spectroscopy analysis method and emission spectroscopy analyzer
JP2007212206A (en) Mapping data display method, program and mapping data display device
JP4600228B2 (en) ICP emission spectroscopic analysis method and ICP emission spectroscopic analysis apparatus
JP5387536B2 (en) How to create a calibration curve
JP2005127757A (en) Automatic analyzer
JP2015225032A (en) Nucleic acid amplification analyzer
JP5953089B2 (en) Method for detecting measurement data abnormality and measurement data abnormality detection device
JP6688205B2 (en) Sample analyzer and sample analysis program
JP2009139149A (en) Harmful substance pollution monitoring device and harmful substance pollution monitoring method