JP4135796B2

JP4135796B2 - スキャン・回収兼用ノズル

Info

Publication number: JP4135796B2
Application number: JP2002335922A
Authority: JP
Inventors: 安勝西片; 孝夫中澤; 建至石井; 和文大月; 工今村
Original assignee: Technos Co Ltd
Current assignee: Technos Co Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP2004170222A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体シリコンウエハ（以下、ウエハと略称）の汚染検査のうち、特に全反射蛍光Ｘ線分析や誘導結合プラズマ質量分析（以下、ＩＣＰ−ＭＳと略称）の分析試料を作成するウエハ検査前処理用として好適なスキャン・回収兼用ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスキャン・回収兼用ノズルは、装置側の保持・移動機構により支持されて、検査対象のウエハ表面に滴下された液滴を捉え、ウエハ表面をスキャンすることで当該液滴にウエハ表面の汚染物質等を取り込み、当該液滴を先端開口より吸引して回収可能にするものである。回収した液滴は、全反射蛍光Ｘ線分析やＩＣＰ−ＭＳにより汚染度が測定される。なお、従来装置（分析や検査前処理装置等と称されている）及び方法としては、下記文献１や２に開示され、又、本発明者らが開発した特願２００１−２６６６５３号（以下、先願発明１という）や特願２００２−１５６８３５号（以下、先願発明２という）にも記載されている。
【０００３】
図４（ａ）は文献１のノズルを示している。このノズル１０は、吸引通路１１ａを形成している細管１１と、細管１１に装着された支持体１２と、支持体１２の下端に設けられて細管１１の下周囲を凹状に縁取っている外管１３と、支持体１２に設けられて細管１１とほぼ平行に延びている排気用長孔１４とからなる。そして、該ノズル１０は、同（ｂ）のごとくウエハＷ上の液滴Ｓを外管１３の内側に拘束した状態でスキャンした後、細管１１の下端開口１１ｂより吸引通路１１ａ内に吸引し回収する。また、図５は上記先願発明１，２に記載のノズルを示している。同（ａ）のノズル８は、吸引通路８ａと、下周囲を縁取っている凹部８ｂと、凹部８ｂの内底面略中心に突設された凸部８ｃと、凸部８ｃの先端面に設けられて吸引通路８ａへ連通した開口８ｄとを一体に有し、凸部８ｃを凹部８ｂより外へ突出し、又、凹部８ｂの内周面と凸部８ｃとの間を湾状に形成している。一方、同（ｂ）のノズル９は、吸引通路９ａと、下周囲を縁取っている凹部９ｂと、凹部９ｂの内底面略中心に突設された凸部９ｃと、凸部９ｃの先端に設けられて吸引通路９ａへ連通した開口９ｄとを一体に有し、凸部９ｂを凹部９ｂの内底面から円筒形に起立して間の隙間を深く形成している。以上の各ノズルは、先端側凹状又は凹部の内空間が液滴の液量５０〜３００μlに応じた大きさに設計されて、液滴を逃がさず押し潰れないよう押圧しつつスキャン操作する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２５６７４９号公報（第２〜第５頁、図１〜図４）
【特許文献２】
特開２００２−９３８７２号公報（第２〜第５頁、図１〜図６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した全反射蛍光Ｘ線分析やＩＣＰ−ＭＳは、分析精度として従来の１０^１２atom・s／ｃｍ^２レベルから１０^８atom・s／ｃｍ^２レベルまで要求されている。分析精度向上には、特に、ウエハ表面上の液滴をノズルで逃げないよう捉えてスキャンし、該スキャン後のノズルによる液滴回収率を上げることが不可欠となる。ところが、図４のノズル構造では、細管１１の先端開口１１ｂが外管１３より短く配置され、ウエハＷ上の液滴Ｓを外管１３の内側に拘束した状態でスキャンするため液滴Ｓの逃げを防ぎ易いが、スキャン後の液滴回収時に細管１１の先端開口１１ｂより液滴Ｓを最後まで吸引しにくく回収率が悪くなる。上記した先願発明１，２は、そのような問題に対し、装置工夫と共にノズル先端である凸部８ｃを凹部８ｂより外へ突出したり、凸部９ｃを凹部９ｂの開口端面と同じ高さとなるよう突出することにより液滴の回収率を向上したものである。
【０００６】
本発明者らは上記先願発明を基本として、更にスキャン時におけるノズルの液滴拘束態様及び回収態様を検討してきた結果、ノズル先端の形状工夫により液滴回収率を大幅に向上できることが判明し本発明に至った。即ち、本発明の目的は、特に、先願発明のノズル先端を改良することでスキャーンが良好に行え、かつスキャン後の液滴を安定かつほぼ完全に回収できるようにして、分析精度向上に寄与することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、図１の例により特定すると、上下方向に延びた吸引通路２１と、下周囲を縁取っている凹部２３と、前記凹部２３の内底面略中心に突設された凸部２４と、前記凸部の先端面に設けられて前記吸引通路２１へ連通した開口２４ａとを有しており、ノズル保持・移動機構１により支持されて、検査対象であるウエハ表面に滴下された液量３００μl以下の液滴Ｓを捉え、該ウエハ表面をスキャンすることで当該液滴にウエハ表面の汚染物質等を取り込むと共に、当該液滴Ｓを前記開口２４ａより吸引して汚染度分析試料用として回収可能にするスキャン・回収兼用ノズルにおいて、前記凸部２４は、先端面が前記凹部２３から外へ突出されていると共に、前記凹部２３の内底面より先端面に向かって細くなった略円錐台形として形成され、かつ、該円錐台形の傾斜面が凸部の先端面より前記凹部の内底面に向かう角度θで６０〜１５°になっており、前記凹部は、深さが２ｍｍ以下で凹部内底面に平面部分を有していることを特徴としている。
【０００８】
（背景及び工夫点等）スキャン・回収兼用ノズルでは、ウエハ上の液滴がスキャン時に凹部の内周面に付着しており、吸引回収時において該付着力に抗して凸部の開口（孔径が例えば０．５〜１．５ｍｍ程度と小さい開口）より吸引通路へ吸い込むことになる。この回収操作では、吸引通路へ印加する吸引力を調整しても、例えば、凹部内周面に付着している液滴部等が斑点状となって残り易くなる。そこで、本発明は、ノズル先端側の形状工夫、つまり前記円錐台形の傾斜面として、凸部の先端面より前記凹部の底面に向かう角度で６０°以下となるよう緩い勾配にすることにより、常に安定してほぼ１００％回収可能にしたものである。これは、例えば、図５（ａ）の凸部を形成している円錐台形の角度７５°に対し、円錐台形の傾き角度を６０°以下になるよう緩くすると、凸部から最も離れている凹部内周面側の液滴部分が凸部開口より吸引されている液滴部分から分断され難くなることであり、液滴の表面張力、液滴の付着力、円錐台形の傾斜面に沿った液滴の流動力等がバランスよく維持されて液滴の分断を防ぎ易くなるためと推察される。また、前記角度の下限値は、凹部の空間容積を液滴の液量に応じ確保する必要があり、円錐台形の傾斜面を極端に緩くすると凹部内径を大きくしたりノズル先端が太くなるため、それを避け上から角度１５°以上に特定した。
【０００９】
また、前記凸部の先端面が前記凹部から外へ突出されている。これは、凸部先端面が凹部より若干（好ましくは突出寸法０．４〜１．５ｍｍ）突出されていると、凹部周囲端をウエハ表面に非接触にした状態で、凹部に拘束した液滴が吸引回収過程で少なくなっても連続して最後まで吸引し易くする。また、前記凹部の深さが２．０ｍｍ以下で凹部内底面に平面部分を有している。これは、上記したノズル凹部の内径や深さが余り大きくならないようにして、ノズルの小型・簡素化を維持して液滴回収率を向上できるようにする。
なお、本発明において、対象のノズルは、通常、撥水製材質又は撥水性の被膜を形成しており、液滴の液が広がり難くなっているが、上記した吸引回収時に斑点状の滓として残り易い。対象の液滴は、自然酸化膜等の汚染物質を溶解する上で用いられるフッ酸溶液（硝酸や過酸化水素等を滴量含有したものも含む）を想定しているが、純水等であってもよい。ウエハは、シリコン系のウエハを想定しているが、他の材質でもよい。対象の保持・移動機構は、例えば、先願発明２に記載の構成を挙げることができる。これは、ノズルアームが上下及び水平回転だけの動きでノズルの位置を全て調整可能な構成であり、制御の簡素化及び不純物混入の虞をなくす上で好ましい。また、スキャン操作は、例えば、ウエハを回転し、同時に、ノズル２を所定角だけ回転しながら全面又は部分的にスキャンする。このスキャンにより、ウエハ表面に形成されていた自然酸化膜等が液滴内に取り込まれる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した実施の形態について説明した後、各種ノズルを比較した実施例について言及する。図１（ａ）は対象ノズルをノズルアームに支持した状態で示す構成図、図１（ｂ）は前記ノズルの下端側を拡大した要部構成図である。図２（ａ），（ｂ）は前記ノズル下端で捉えた液滴のスキャン時と液滴回収時を示す模式図である。
【００１１】
（ノズル形態）図１のノズル２は、ＰＴＦＥ製の樹脂成形体であり、先願発明２のノズルに対し下端側形状だけが改良されている。即ち、このノズル２は、上下に貫通された吸引通路２１と、上側を最大径にした径大頭部２２と、下側を縁取っている逆向きの凹部２３と、凹部２３の内底面中心に突出された略円錐台形の凸部２４と、吸引通路２１へ連通した凸部２４の先端開口２４ａと、上下略中間周囲に突出された鍔部２５とを一体に形成している。ここで、凹部２３は、図２（ａ）のごとくウエハＷ上の液滴Ｓを凸部２４の先端面で捉えて、液滴Ｓを逃げないよう拘束する窪みであり、スキャン時に液滴Ｓが押圧されて凹部内周面のほぼ全面に接触する大きさである。そして、スキャン後は、図２（ｂ）のごとく凹部２３で拘束された液滴Ｓが凸部２４の先端開口２４ａより吸引通路２２へ吸引回収される。吸引通路２１は、上側が径大孔２１ａ、下側が径小孔２１ｂである。また、要部の各寸法は、凹部２３の外径が約８〜１５ｍｍ、凹部２３の深さ（先端より内底面までの）寸法Ｌ1が０．５〜２ｍｍ、凸部２４の凹部２３からの突出寸法Ｌ2が約０．２〜０．５ｍｍ、凸部２４の先端外径Ｌ3が１〜２ｍｍ、開口２４ａの孔径Ｌ4が０．５〜１．５ｍｍ、凸部２４を形成している円錐台形の傾斜面の角度θが６０〜１５°に形成されている。なお、角度θは凸部２４の先端面より凹部の底面に向かう角度である。
【００１２】
以上のノズル２は、例えば、先願発明２の処理装置に用いられて、図１（ａ）のごとくノズルアーム１に対しノズルホルダ３及びチャック材４を介して着脱される。このノズルアーム１は、上下に貫通された保持孔１ａを有し、不図示のノズル保持・移動機構を介して上下又は回転駆動される。ノズルホルダ３は、上側の被把持部３１と、被把持部３１に設けられて上下に貫通した２つの吸引孔３２ａ，３２ｂと、被把持部３１から下設された対の脚部３３と、被把持部３１の下端面に設けられて吸引孔３２ｂと交わる円形溝３１ａとを有し、ノズルアーム１に対し保持孔１ａに挿通された状態でチャック材４により取り付けられる。吸引孔３２ａは、略中心に位置し、ノズル２の吸引通路２１（径大孔２１ａ）と連通可能であり、吸引機構３６と接続される。吸引孔３２ｂは、吸引孔３２ａから偏心した位置に設けられ、吸引機構３８と接続される。吸引機構３６及び吸引機構３８は、真空吸引部３７ａ，３７ｂから自動圧力弁３９ａ，３９ｂ等を介して対応する吸引孔３２ａや吸引孔３２ｂを吸引する。そして、ノズル２は、吸引機構３８の作動によりノズルホルダ３（被把持部３１の下端面）に対し吸引孔３２ｂ及び円形溝３１ａを介し所定の吸引力で装着される。該装着状態では、吸引孔３２ａと吸引通路２１が連通されて、フッ酸等の液体を吸引したり押し出して滴下可能となる。これらの細部構造は先願発明２と同じため省略する。
【００１３】
【実施例】
この実施例は、以上のノズル構造において、ノズル下端側形状を図３のごとく変えてスキャン時の液滴拘束状態と液滴回収率を調べたときの試験例である。同図のノズルのうち、（ａ）のノズル５Ａは先願発明２に記載のノズル形状と類似し上記凸部が円筒のものである。（ｂ）のノズル５Ｂは先願発明１に記載のノズル形状と類似し上記角度θが７５°のものである。これに対し、（ｃ）〜（ｆ）のノズル２Ａ〜２Ｄは上記した角度θ（６０°〜１５°）を変更したものである。ノズル５Ａ，５Ｂ及びノズル２Ａ〜２Ｄの凹部は、空間容積としてほぼ同じ大きさとなるよう設定されている。
【００１４】
試験では先願発明２を適用した（株）テクノス製のＴＲＥＸ用自動前処理装置を用いた。液滴Ｓはフッ酸溶液であり、液量が約２００μlのときの例である。なお、各ノズルは、凸部の先端とウエハＷとの間の隙間寸法として０．６〜０．８ｍｍの範囲に収まるよう調整した。試験では、各ノズルを上記ノズルアーム１にセットし、同じ条件で、ウエハＷ上の液滴Ｓを凹部２３で捉えた後、ウエハＷを約３０ｍｍ／ｓｅｃの速さで回転し、かつ、ノズルアーム１をウエハ径方向に移動してスキャンした時の液滴拘束状態を調べた。この判定では、ノズルアーム１の移動速度として、高速（約４０ｍｍ／ｓｅｃ）時と、低速（約２０ｍｍ／ｓｅｃ）時において液滴Ｓが凹部から抜けるか否かで評価した。表１中、正常は液滴が凹部に良好に拘束されていることを示し、異常は液滴が凹部から抜け（逃げ）たことを示している。
【００１５】
また、試験では、前記スキャン後の液滴を凸部２４の先端開口より吸引通路に吸引した後、凹部内周面及び内底面を観察して液付着程度を調べた。この判定では、凹部の内底面や内周面に点状に残った液の数、つまり液斑点が全くないときは０（回収率がほぼ１００％）、液斑点が１個のときは１、液斑点が２個のときは２という様に付着して残った液の点の数を調べると共に、同じ操作を１０回行ったときの合計数で評価した。なお、試験では平均吸入回収率を算出した。この回収率は、（ノズルで回収された液滴の液量）／（ウエハＷ上に滴下した液滴の液量）×１００の値である。下記表１に評価結果を一覧した。液斑点は大きさの異なるものも認められた。ノズルに吸入されない未回収の液滴（液量）には、ノズル自体に付着しているものとウエハ上に残っているものとを含んでいる。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１より、液滴拘束状態については、低速時だと全てのノズルが正常に液滴をスキャンできるが、高速時だとノズル５Ａ，２Ｄを用いると液滴Ｓが凹部２３から抜ける。この原因として、ノズル５Ａの場合には凸部２４が凹部２３と同じ高さであるため凸部の液滴に対する食い込み作用が弱くなること等に起因し、又、ノズル２Ｄの場合には凹部内が浅くなるため凸部の液滴に対する食い込み作用によっても液滴が逃げ易くなること等に起因するものと考えられる。但し、このような液滴拘束状態は、凹部の空間容積、液滴の液量によっても異なるため、上記評価は一応の目安として意義がある。これに対し、液付着度合は、ノズル５Ａ及びノズル５Ｂでは液斑点の数が３０個以上となり回収率が悪くなる。しかし、ノズル２Ａでは液斑点の数が５、ノズル２Ｄでは６と極端に少なくなり、又、ノズル２Ｂ及びノズル２Ｃでは液が全く残らずほぼ１００％回収される。この相違は、凸部２４を形成している円錐台形の傾斜面の角度が回収度合を大きく左右し、角度が６０°以下になるよう緩くすると、凸部から最も離れている凹部外周面側の液滴部分が凸部開口より吸引されている液滴部分から分断され難くなり、凹部外周面に対する付着力に抗して全ての液滴部分が連続して良好に吸引されるものと考えられる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のスキャン・回収兼用ノズルにあっては、ウエハ表面上に滴下された液滴をウエハとの間に拘束してスキャンした後、当該液滴を常に安定してほぼ全量回収できるため、分析精度向上に大きく寄与でき、又、図４の従来ノズルより回収率を向上しながら簡易化できる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明形態のスキャン・回収兼用ノズルを示す構成図である。
【図２】上記ノズル捉えた液滴のスキャン時及び回収時の模式図である。
【図３】実施例の液滴回収率を比較した各ノズルの要部拡大図である。
【図４】従来のスキャン・回収兼用ノズルを示す図である。
【図５】先願発明のスキャン・回収兼用ノズルを示す図である。
【符号の説明】
１…ノズルアーム（ノズル保持・移動機構側のアーム、３はノズルホルダ）
２，２Ａ〜２Ｄ…ノズル（本発明のスキャン・回収兼用ノズル）
２１…吸引通路
２３…凹部
２４…凸部
Ｗ…ウエハ
Ｓ…液滴

Claims

上下方向に延びた吸引通路と、下周囲を縁取っている凹部と、前記凹部の内底面略中心に突設された凸部と、前記凸部の先端面に設けられて前記吸引通路へ連通した開口とを有しており、ノズル保持・移動機構により支持されて、検査対象であるウエハ表面に滴下された液量３００μl以下の液滴を捉え、該ウエハ表面をスキャンすることで当該液滴にウエハ表面の汚染物質等を取り込むと共に、当該液滴を前記開口より吸引して汚染度分析試料用として回収可能にするスキャン・回収兼用ノズルにおいて、
前記凸部は、先端面が前記凹部から外へ突出されていると共に、前記凹部の内底面より先端面に向かって細くなった略円錐台形として形成され、かつ、該円錐台形の傾斜面が凸部の先端面より前記凹部の内底面に向かう角度で６０〜１５°になっており、
前記凹部は、深さが２ｍｍ以下で凹部内底面に平面部分を有していることを特徴とするスキャン・回収兼用ノズル。