JP3629535B2 - 蛍光ｘ線分析用試料前処理装置およびそれを備えた蛍光ｘ線分析システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板表面などに存在する被測定物を溶解後乾燥させて基板表面に保持する試料前処理装置およびそれを備えた蛍光Ｘ線分析システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板に付着した微量の汚染物質などを蛍光Ｘ線分析するために、試料前処理装置から蛍光Ｘ線分析装置への基板の搬送を、ロボットハンドなどの搬送装置で行う蛍光Ｘ線分析システムがある（特願２００１−０７７９１７参照）。このシステムにおける試料前処理装置は、基板表面になどに存在する被測定物を反応性ガス（フッ化水素）により溶解後、その基板に溶液（フッ化水素酸）を滴下して保持具で保持しながら基板表面で移動させ、被測定物を回収後乾燥させて基板表面に保持するものであり、このような従来の試料前処理装置では、溶液の滴下にあたり、ペリスタルポンプでチューブを押圧して溶液を圧送する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この溶液供給系では、チューブの疲労などもあり、溶液の滴下量を厳密に一定に保つように制御することは困難である。溶液の滴下量が変動し、その変動が許容範囲を逸脱すると、溶液全部を逃がさないように保持具で保持しながら基板表面で移動させることができなくなり、被測定物の回収が正しく行えない。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、基板表面になどに存在する被測定物を反応性ガスにより溶解後、その基板に溶液を滴下して保持具で保持しながら基板表面で移動させ、被測定物を回収後乾燥させて基板表面に保持する試料前処理装置およびそれを備えた蛍光Ｘ線分析システムにおいて、所望の一定の滴下量が得られ、被測定物の回収が正しく行われるものを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願第１の発明は、基板表面に存在する被測定物または基板表面に形成された膜の表面もしくは膜中に存在する被測定物を分解室内で反応性ガスにより溶解後乾燥させて基板表面に保持する気相分解装置と、表面に被測定物が存在する基板に溶液を滴下して保持具で保持しながら基板表面で移動させ、被測定物を回収後乾燥させて基板表面に保持する試料回収装置とを備えた蛍光Ｘ線分析用試料前処理装置において、以下の圧力検知手段と、弁と、制御装置とを備える。圧力検知手段は、前記溶液を滴下するための圧力を検知する。弁は、前記溶液の流路を開閉する。制御装置は、前記溶液を滴下するための圧力、前記弁の開放時間および溶液の滴下量の相関関係をあらかじめ記憶し、その記憶した相関関係および前記圧力検知手段により検知された圧力に基づいて、前記溶液を滴下するための前記弁の開放時間を決定する。
【０００９】
本願第１の発明によれば、溶液を滴下するための圧力、弁の開放時間および溶液の滴下量の相関関係をあらかじめ記憶するとともに、溶液を滴下するための圧力を検知し、その検知した圧力と前記相関関係とに基づいて、溶液を滴下するための弁の開放時間を決定するので、溶液を滴下するための圧力が変動しても、所望の一定の滴下量が得られ、被測定物の回収が正しく行われる。
【００１０】
本願第２の発明は、前記本願第１の発明の蛍光Ｘ線分析用試料前処理装置と、前記気相分解装置または試料回収装置により基板表面に保持された被測定物に１次Ｘ線を照射して発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置とを備えた蛍光Ｘ線分析システムである。本願第２の発明によっても、第１の発明と同様の効果がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である蛍光Ｘ線分析システムについて、構成から説明する。図５（ａ），（ｂ）の一部を破断した平面図、正面図に示すように、この蛍光Ｘ線分析システムは、まず、気相分解装置２０および試料回収装置３０を有する試料前処理装置１０と、試料台４１に載置された基板１上の被測定物２にＸ線源４２から１次Ｘ線４３を照射して発生する蛍光Ｘ線４４の強度を検出手段４５で測定する蛍光Ｘ線分析装置４０と、前記試料前処理装置１０から蛍光Ｘ線分析装置４０へ基板１を搬送する搬送装置５０とを備える。
【００１２】
この実施形態では、試料に対し１次Ｘ線を微小な入射角で照射する全反射蛍光Ｘ線分析装置４０を採用し、Ｘ線源４２は、Ｘ線管、単色化のための分光素子などを有し、検出手段４５には、ＳＳＤなどを用いる。蛍光Ｘ線分析装置４０は、ロボットハンドなどの搬送手段４６を有しており、導入室のカセット４７と試料台４１との間で、基板１を搬送する。
【００１３】
前記搬送装置５０は、レールの上で本体が前後に移動自在なロボットハンドであり、そのハンド部５０ａに基板１を載置して、基板１を、蛍光Ｘ線分析システムのカセット台５に載置されたカセット３（所定の投入位置）から試料前処理装置１０の分解室２１または回収室３１へ、分解室２１から回収室３１へ、分解室２１または回収室３１から蛍光Ｘ線分析装置４０の導入室のカセット４７へ、導入室のカセット４７からもとのカセット台５に載置されたカセット３へ、搬送する。カセット台５には、複数のカセット３を載置できる。
【００１４】
蛍光Ｘ線分析システムは、半導体製造装置などが置かれるクリーンルーム６とそこで製造された半導体基板１を分析する分析室７とを隔てる壁８を突き抜けるように設置され、カセット台５のみがクリーンルーム内にある。カセット台５に載置されたカセット３と搬送装置５０との間には図示しないシャッターが設けられている。
【００１５】
蛍光Ｘ線分析システムは、前記試料前処理装置１０、蛍光Ｘ線分析装置４０、搬送装置５０、カセット台５に載置されたカセット３と搬送装置５０との間のシャッターなどを共通の環境（ソフトウエア）で制御するコンピュータなどの制御装置６０を、例えば蛍光Ｘ線分析装置４０内に配置して備える。各装置は、共通の基台上で、全体として一つの筐体に一体的に設けられている。
【００１６】
ここで、試料前処理装置１０のうちの気相分解装置２０の構成について説明する。図４（ａ），（ｂ）に平面図、正面図に示す気相分解装置２０は、基板１表面に存在する被測定物または基板表面に形成された膜の表面もしくは膜中に存在する被測定物を分解室２１内で反応性ガスにより溶解後乾燥させて基板１表面に保持する。より具体的には、この気相分解装置２０の分解室２１は、例えばＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン、登録商標テフロン）製の箱であり、ロボットハンドなどの搬送装置５０のハンド部５０ａに対向する側に、開閉自在の内側シャッター２１ａを有している。さらに、その内側シャッター２１ａから、上方の回収室３１からの空気が流れ落ちる空間を隔てて、気相分解装置２０の外壁に開閉自在の外側シャッター２７が設けられている。分解室２１内には、配管２２ａから反応性ガスとしてフッ化水素が導入され、例えばシリコンウエハである基板１表面に形成された酸化膜を溶解するとともに、膜の表面または膜中に存在する汚染物質などの被測定物を溶解し、配管２２ｂから排出される。基板１表面に膜が形成されていない場合には、基板１表面に存在する被測定物が溶解される。
【００１７】
気相分解装置２０は、分解室２１内に洗浄液として超純水を流して洗浄する分解室洗浄手段２３、すなわち、洗浄液導入配管２３ａおよび排出配管２３ｂを有している。また、分解室２１内に不活性ガスとして清浄な窒素を流して、フッ化水素を追い出すとともに、基板１に生じた液滴を乾燥させる液滴乾燥手段２４、すなわち、窒素導入配管２４ａおよび排出配管２４ｂを有している。なお、液滴乾燥手段では、不活性ガスを流す代わりに、または不活性ガスを流すことに加えて、分解室内を減圧（真空排気）して、基板に生じた液滴を乾燥させてもよい。この場合、真空排気と不活性ガスの導入を繰り返し行ってもよい。
【００１８】
また、基板１が分解室２１内の所定の位置に載置されるように、内周に下向き狭小のテーパ２５ａが付いた基板台２５を有している。すなわち、基板台２５は、搬送装置のハンド部５０ａに干渉しないように一部を切り欠いた輪状で、内周に下向き円錐側面の一部をなすテーパ面２５ａが形成され、仕切り板２６を介して分解室２１内に固定されている。
【００１９】
次に、試料回収装置３０の構成について説明する。図２（ａ），（ｂ）に平面図、正面図を示す試料回収装置３０は、分解室２１の上に配置された回収室３１内で、表面に被測定物が存在する基板１に溶液４を滴下して保持具３２ａで保持しながら基板１表面で移動させ、被測定物を回収後乾燥させて基板１表面に保持する。より具体的には、この試料回収装置３０の回収室３１は、上部にファン１１およびフィルター１２が設けられた例えばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製の箱であり、分解室２１の上に配置され、搬送装置のハンド部５０ａに対向する側に、開閉自在のシャッター３１ａを有している。そのシャッター３１ａ近傍（図２（ａ）中１点鎖線で囲む範囲）において回収室３１の底板には多数のパンチング孔３１ｂがあけられており、ファン１１およびフィルター１２を介して回収室３１に流入した清浄な空気が、分解室２１の内側シャッター２１ａの外側へ流れ落ちるようになっている。試料回収装置３０は、以下の回収液移動手段３２、回収液乾燥手段３３、保持具洗浄手段３４および回転台３５を有している。
【００２０】
回収液移動手段３２は、その先端部下側にある保持具３２ａを、回転台３５に載置された基板１の上方において基板１の外側と中心間で円弧状に移動させるアームであり、保持具３２ａを上下方向にも移動させることができる。保持具３２ａは例えばＰＴＦＥ製のノズルであり、分解室２１のさらに下方の後述する容器から、ＰＴＦＥ製のチューブ８４などを経由して溶液（フッ化水素酸）４が供給される。回転台３５は、載置された基板１を水平面内で回転させる。すなわち、試料回収装置３０は、保持具３２ａから基板１の外周近傍に滴下した所定量例えば１００μリットルの溶液４を、基板１を回転させながら、保持具３２ａと基板１で挟むようにして保持しつつ基板１上で中心まで移動させて、基板１表面に存在する被測定物を回収する。
【００２１】
回収液乾燥手段３３は、その先端部に下向きに設けられたランプ３３ａを、基板１の上方において基板１の外側と中心間で円弧状に移動させるアームである。すなわち、試料回収装置３０は、基板１の中心上方にランプ３３ａを移動させ、被測定物を回収した溶液４を加熱して被測定物を乾燥させる。この乾燥時にも、回転台３５で基板１を水平面内で回転させる。
【００２２】
保持具洗浄手段３４は、図３（ａ）に示すように、底付き円筒状の内槽３４ａとその外側の輪状の外槽３４ｂとを有する容器において、内槽３４ａ上方に洗浄液として超純水を供給してオーバーフローさせる配管３４ｃを設け、外槽３４ｂ下部にオーバーフローした洗浄液を排出する配管３４ｄを設けたものである。図２において、試料回収装置３０は、回収液移動手段３２により、保持具３２ａを基板１の外周からさらに外側にある保持具洗浄手段３４の内槽３４ａ上方にまで移動させ、図３（ａ）のように上下に移動させる。すなわち、保持具３２ａの少なくとも下端部を洗浄液に浸漬させて洗浄する。供給側の配管３４ｃは、洗浄後の内槽３４ａ内の洗浄液に含まれる汚染物を流入させないために、図示のように内槽３４ａ内の洗浄液と非接触にすることが好ましい。なお、洗浄は、洗浄液を保持具３２ａに吹き付けて行ってもよい。この場合には、図３（ｂ）のように、供給側の配管３４ｃを開口が上向きになるように設け、下方から保持具３２ａに洗浄液を吹き付ける。
【００２３】
さて、保持具３２ａから溶液（フッ化水素酸）４を滴下するための構成について、詳細に説明する。この試料回収装置３０は、図１に示すように、さらに、以下の圧力検知手段８１、弁８２、制御装置６０などを備える。この蛍光Ｘ線分析システムが置かれる半導体製造ラインにおける窒素ガスや空気のラインが、チューブ８４および圧力検知手段８１を経由して、容器８３内の溶液４を加圧し、加圧された溶液４の流路であるチューブ８４は、弁８２を経由して、ノズルである保持具３２ａ（図２）に接続されている。圧力検知手段８１は、溶液４を滴下するための圧力を検知する圧力センサーである。弁８２は、溶液４の流路を開閉する電磁弁である。制御装置６０は、蛍光Ｘ線分析システム全体の制御装置６０（図５）を兼ねており、溶液４を滴下するための圧力、弁８２の開放時間および溶液４の滴下量の相関関係をあらかじめ記憶し、その記憶した相関関係および圧力検知手段８１により検知された圧力に基づいて、溶液４を滴下するための弁８２の開放時間を決定する。
【００２４】
次に、この蛍光Ｘ線分析システムの動作について説明する。このシステムでは、前処理および分析の条件として、複数のモードがあるが、ここでは、ＶＰＤ（Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）モードでの動作を説明する。以下の動作は、図１の制御装置６０により制御される。まず、図４において、搬送装置５０が、基板１を所定の投入位置から分解室２１へ搬送し、基板台２５に載置する。搬入の際、気相分解装置２０のシャッター２１ａ，２７が自動的に開く。基板台２５には、内周に下向き狭小のテーパ２５ａが付いているので、基板１がハンド部５０ａ上で所定の位置から多少ずれていても、基板１を基板台２５に載置するだけで、自重で滑ってはまり込むようにして適切に位置決めされるので、続く回収、分析が正確に行われる。
【００２５】
次に、シャッター２１ａ，２７が閉じて密閉された分解室２１内にフッ化水素が配管２２ａから導入され、基板１表面に形成された酸化膜を溶解するとともに、膜の表面または膜中に存在する汚染物質などの被測定物を溶解し、配管２２ｂから排出される。基板１表面に膜が形成されていない場合には、基板１表面に存在する被測定物が溶解される。フッ化水素導入の際、排出側の配管２２ｂのバルブが導入側の配管２２ａのバルブよりも先に開くことが好ましいが、逆でも同時でもよい。このフッ化水素による気相分解は、設定により例えば１０分間行われる。
【００２６】
所定時間の気相分解が終了すると、液滴乾燥手段２４により分解室２１内が排気されながら窒素が流され、フッ化水素が追い出されるとともに、基板１に生じた液滴が乾燥される。これにより、以降の搬送において、液滴に搬送装置のハンド部５０ａが接触して腐食されることがなく、ハンド部５０ａ上で基板１が滑って搬送が不正確になることもない。また、フッ化水素が、搬送装置５０側や蛍光Ｘ線分析装置側に流入して、腐食などの原因となることもない。また、定期的に、分解室洗浄手段２３により分解室２１内に超純水が流されて洗浄される。このように、分解室２１内の洗浄も自動化されるので、システムの操作がいっそう容易になる。
【００２７】
次に、搬送装置５０が、基板１を図２の回収室３１へ搬送し、基板１の中心が回転台３５の回転中心に合致するように載置する。搬送の際、気相分解装置２０および試料回収装置３０のシャッター２１ａ，２７，３１ａが自動的に開閉する。このように、分解室２１から回収室３１への基板１の搬送も搬送装置５０で行うので、人手による汚染が回避されて正しい分析ができる。続いて、試料回収装置３０が、保持具３２ａから基板１の外周近傍に滴下した溶液４を、基板１を回転させながら、保持具３２ａで保持しつつ基板１上で中心まで移動させて、基板１表面に存在する被測定物（気相分解装置２０により基板１表面に保持された被測定物）を回収する。
【００２８】
ここで、溶液４の滴下量が、図１の制御装置６０により以下のように制御される。前述したように、制御装置６０は、溶液４を滴下するための圧力、弁８２の開放時間および溶液４の滴下量の相関関係をあらかじめ記憶している。これによると、例えば、溶液４を滴下するための圧力がゲージ圧で０．０２５±０．００５ＭＰａ の範囲内である場合には、弁８２の開放時間を０．１秒とすることにより、所望の滴下量１００μリットルが得られる。そこで、圧力検知手段８１により検知された圧力がゲージ圧で０．０２５±０．００５ＭＰａ の範囲内である場合には、弁８２を０．１秒開いて、所望の滴下量１００μリットルを得る。検知された圧力が前記範囲を逸脱している場合には、記憶した相関関係および検知された圧力に基づいて、滴下量を所望の１００μリットルとするための弁８２の開放時間を算出し、その開放時間だけ弁８２を開く。検知された圧力が前記範囲を大幅に逸脱して、滴下量を所望の１００μリットルとするための弁８２の開放時間が適切に算出されない場合には、エラー表示をして動作を停止する。
【００２９】
このように、本実施形態の蛍光Ｘ線分析システムによれば、溶液４を滴下するための圧力、弁８２の開放時間および溶液４の滴下量の相関関係をあらかじめ記憶するとともに、溶液４を滴下するための圧力を検知し、その検知した圧力と前記相関関係とに基づいて、溶液４を滴下するための弁８２の開放時間を決定するので、溶液４を滴下するための圧力が変動しても、所望の一定の滴下量が得られ、被測定物の回収が正しく行われる。なお、溶液４を滴下するための圧力が前記０．０２５±０．００５ＭＰａ の範囲を逸脱するおそれがない場合には、圧力検知手段８１を備える必要はなく、制御装置６０においても、前記相関関係の記憶やそれに基づく弁８２の開放時間の算出は不要となり、溶液４を滴下するためには、弁８２を所定の開放時間０．１秒だけ開けば、所望の滴下量１００μリットルが得られる。
【００３０】
また、回収工程における溶液４の滴下位置や保持具３２ａの移動経路は、前述したものに限定されず、種々考えられる。回収後、図２の保持具３２ａを上昇させ保持具洗浄手段３４の内槽３４ａ上方にまで移動させて上下させ、洗浄液に浸漬させて洗浄する。このように、保持具３２ａの洗浄も自動化されるので、システムの操作がいっそう容易になる。
【００３１】
次に、試料回収装置３０は、基板１の中心上方にランプ３３ａを移動させ、被測定物を回収した溶液４を加熱して被測定物を乾燥させる。この乾燥時にも、回転台３５で基板１を水平面内で回転させる。これにより、被測定物が、基板１上で偏って乾燥して拡がりすぎることがないので、いっそう正しい分析ができる。また、回収室３１が分解室２１の上に配置され、ファン１１およびフィルター１２を介して回収室３１に流入した清浄な空気が、パンチング孔３１ｂを通って分解室２１の内側シャッター２１ａの外側へ流れ落ちるようになっているので、システム全体の設置面積が十分に小さくなるとともに、回収室３１が清浄に保たれる。なお、保持具３２ａが被測定物を回収した溶液４の上方から退避した後であれば、保持具３２ａの洗浄と被測定物の乾燥は、どちらを先に行ってもよく、並行して行ってもよい。
【００３２】
次に、搬送装置５０が、被測定物を回収した基板１を蛍光Ｘ線分析装置の導入室のカセットへ搬送する。搬送の際、試料回収装置３０のシャッター３１ａが自動的に開閉する。続いて、蛍光Ｘ線分析装置が全反射蛍光Ｘ線分析を行い、分析後、基板１は、搬送装置５０によりもとの所定の投入位置へ搬送される。なお、最初の基板１の分析中に、次の基板の回収、その次の基板の分解を同時に行えば、全体の前処理および分析作業をいっそう迅速に行える。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の蛍光Ｘ線分析用試料前処理装置またはそれを備えた蛍光Ｘ線分析システムによれば、所望の一定の滴下量が得られ、被測定物の回収が正しく行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である蛍光Ｘ線分析システムが備える試料回収装置の特徴部分を示す概略図である。
【図２】（ａ）は、同試料回収装置の平面図、（ｂ）は、同装置の正面図である。
【図３】（ａ）は、同試料回収装置の保持具洗浄手段であって保持具を洗浄液に浸漬させるものの正面図、（ｂ）は、同手段であって保持具に洗浄液を吹き付けるものの正面図である。
【図４】（ａ）は、同蛍光Ｘ線分析システムが備える気相分解装置の平面図、（ｂ）は、同装置の正面図である。
【図５】（ａ）は、同蛍光Ｘ線分析システムの平面図、（ｂ）は、同システムの正面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…被測定物、４…溶液、１０…試料前処理装置（気相分解装置および試料回収装置）、２０…気相分解装置、２１…分解室、３０…試料回収装置、３２ａ…保持具、４０…蛍光Ｘ線分析装置、４３…１次Ｘ線、４４…蛍光Ｘ線、６０…制御装置、８１…圧力検知手段、８２…弁。

Claims (2)

1. 基板表面に存在する被測定物または基板表面に形成された膜の表面もしくは膜中に存在する被測定物を分解室内で反応性ガスにより溶解後乾燥させて基板表面に保持する気相分解装置と、
   表面に被測定物が存在する基板に溶液を滴下して保持具で保持しながら基板表面で移動させ、被測定物を回収後乾燥させて基板表面に保持する試料回収装置とを備えた蛍光Ｘ線分析用試料前処理装置において、
   前記溶液を滴下するための圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記溶液の流路を開閉する弁と、
   前記溶液を滴下するための圧力、前記弁の開放時間および溶液の滴下量の相関関係をあらかじめ記憶し、その記憶した相関関係および前記圧力検知手段により検知された圧力に基づいて、前記溶液を滴下するための前記弁の開放時間を決定する制御装置とを備えたことを特徴とする蛍光Ｘ線分析用試料前処理装置。
2. 請求項１の蛍光Ｘ線分析用試料前処理装置と、
   前記気相分解装置または試料回収装置により基板表面に保持された被測定物に１次Ｘ線を照射して発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置とを備えた蛍光Ｘ線分析システム。

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