JP6675652B1 - 基板分析方法および基板分析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板端部を、より簡易で迅速に分析することができる分析技術を提供する。【解決手段】先端から分析液Ｄを吐出し、吐出した分析液Ｄで基板Ｗの表面を掃引した後に分析液Ｄを吸引する基板分析用のノズル（配管１１０、第一外管１２０、第二外管１３０とからなる三重管で構成）を用いた基板分析方法において、ノズルの先端と対向する位置に、吐出される分析液Ｄを受け止めるための液受止め板を配置し、配管１１０の先端から吐出した分析液Ｄをノズルの先端と液受止め板との間に保持し、ノズルの先端と液受止め板との間に、基板Ｗの端部を挿入できるように基板Ｗを位置調整し、基板Ｗの端部を、ノズルの先端と液受止め板との間に保持された分析液Ｄに接触させ、基板Ｗの端部が分析液Ｄに接触した状態で、ノズルと液受止め板とを基板の周縁に沿って同時に移動させることにより、基板端部を分析する。【選択図】図４
Description
本発明は、基板に含まれる微量金属等の分析対象物を分析するための基板分析方法および装置に関する。
半導体ウェーハ等の基板の分析は、製造工程等において基板に混入した金属、有機物質等を、微量の分析液により検出することで行われている。例えば、シリコンウェーハ等の基材にシリコン酸化膜や窒化膜等の形成された基板を分析する場合、気相分解法等により形成膜をエッチングする前処理を行った後、微量の分析液をノズルの先端に吐出し、吐出した分析液で基板表面を掃引し、分析対象物である金属や有機物質などを分析液に取り込み、その分析液を誘導結合プラズマ分析（ＩＣＰ−ＭＳ）することで行われている。
ところで、半導体ウェーハ等の基板の取り扱いにおいては、汚染などの不具合を極力回避するため、基板を格納カセットに収納して、搬送、設置などが行われるが、この格納カセットに収納された基板では、その外周側の基板端部が格納カセットに接触することになる。そして、このように基板端部が格納カセットに接触した基板では、当該端部の汚染が予想され、その端部の汚染が基板表面側に拡散していくことが危惧される。そのため、半導体ウェーハ等の基板では、基板表面の分析に加え、基板の端部を分析することが行われる。
この基板の端部の詳細を図１を用いて説明する。図１には半導体ウェーハの基板Ｗの断面の一部を示している。半導体ウェーハ等の基板Ｗの外周側の端部には、いわゆるべベル処理（基板の外周などに面取り研削を行う加工処理）が行われている。本願においては、図１に示すように、面取り加工部分１と最外周端２との部分（図１のＢで示した矢印領域）をべベル部と称し、このべベル部Ｂの面取り加工部分１と基板の表面３との境界領域及びべベル部の面取り加工部分１と基板の裏面４との境界領域を含む場合（図１のＥで示した矢印領域）をエッジ部と称ることとする。
この基板の端部の分析としては、たとえば、特許文献１や特許文献２に記載された分析方法が提案されている。特許文献１では、半導体ウェーハの表面に薬液（分析液）を接触させた状態で、薬液を周方向に操作することにより、不純物を含む薬液を回収するようにした半導体ウェーハの薬液回収方法において、半導体ウェーハの表面平坦部のうち、面取り部との境界領域に接触できる位置に、薬液の半径方向位置を位置決めし、周方向に走査することにより、不純物を含む薬液を回収する第１の工程と、半導体ウェーハの面取り部の前記境界領域との両方に接触できる位置に、薬液の半径方向位置を位置決めし、周方向に走査することにより、不純物を含む薬液を回収する第２の工程と、を含む分析方法が提案されている。
また、特許文献２では、液滴を貯留可能な内部空間と該内部空間と下端部位置する開口とを連通する貫通孔とを設けられ上下方向に沿った軸心を持つ筒状部を有する回収治具と、前記内部空間から露出した液滴を基板に付着させた状態で前記回収治具を基板の面に沿って相対移動させることができる移動機構と、前記開口の大きさが所定の量の液滴を前記内部空間に貯留させて前記回収治具を宙に支えた際に液滴が前記開口から垂れるが落ちない寸法をもつ、ことを特徴とする基板処理装置を用いて分析する方法が提案されている。
特許文献１の分析方法では、半導体ウェーハ表面平坦部側の面取り部分の分析が行えるものの、半導体ウェーハの裏面平坦部側の面取り部や、当該面取り部と接触した境界領域（半導体ウェーハの裏面平坦部側）の分析を行うことができない。また、２回の工程を行う必要があるため、迅速な分析が難しい傾向となる。また、特許文献２においては、本願の図１に示したべベル部Ｂやエッジ部Ｅの分析が可能であるものの、特殊形状の回収治具を準備する必要がある。そして、このような特殊形状の回収治具を用いて分析する場合、その特殊形状故、回収治具の洗浄が難しいことが予測され、洗浄が十分でないと、メモリーが残りやすい傾向となり、分析精度への悪影響を生じることが懸念される。また、回収治具から分析液を投入、回収するためには、回収治具とは異なる別の冶具が必要になるといった煩雑さがある。
そこで本発明は、分析液をノズルの先端から吐出し、吐出した分析液で基板を掃引した後に分析液を分析する基板分析方法を利用して、本願の図１に示す基板端部（べベル部、エッジ部）を，より簡易で迅速に分析することができる基板分析技術を提供する。
本発明は、先端から分析液を吐出し、吐出した分析液で基板表面を掃引した後に分析液を吸引する基板分析用のノズルを用いた基板分析方法において、ノズルの先端と対向する位置に、吐出される分析液を受け止めるための液受止め板を配置し、先端から吐出した分析液をノズルの先端と液受止め板との間に保持し、ノズルの先端と液受止め板との間に、基板端部を挿入できるように基板を位置調整し、基板端部を、ノズルの先端と液受止め板との間に保持された分析液に接触させ、基板端部が分析液に接触した状態で、ノズルと液受止め板とを基板の周縁に沿って同時に移動させることにより、基板端部を分析するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、従来の基板分析装置に液受止め板を設置することで、簡易に本発明を適用することが可能となり、ノズルの先端と液受止め板との間に保持された分析液に基板端部を接触させて、ノズルと液受止め板とを同時に移動させるだけなので、迅速な分析が可能となる。そして、液受止め板を超純水で洗浄することにより、メモリーの残留を抑制し、分析精度を高く維持することが容易に行える。また、本発明の分析方法では、ノズルの先端と液受止め板との間に保持された分析液に接触させる際に、基板端部の接触状態を制御することにより、図１に示す基板のべベル部Ｂのみの分析、或いはエッジ部Ｅの分析を行うことが可能となる。尚、本発明において、基板表面を掃引するとは、ノズルの先端から吐出した分析液が、基板表面を移動させる操作であり、例えば、基板（ウェーハＷ）を回転させつつノズルを内側から外側に移動させる等の方法で基板表面とノズルとを相対移動させるこという。
本発明の基板分析方法において、ノズルと液受止め板とを基板の周縁に沿って同時に移動させる手法としては、ノズルと液受止め板とを同期させて移動させてもよく、ノズルと液受止め板とを停止した状態で、基板自体を移動や回転操作などをしてよい。要は、基板端部に接触する分析液が、基板端部と相対的に移動するようにすればよいものである。たとえば、半導体ウェーハに設けられたオリフラの部分の基板端部を分析したい場合、オリフラの設けらた基板端部に、分析液を接触させて、オリフラに沿って分析液が移動できるように操作すればよい。
本発明の液受止め板は、疎水性であることが好ましい。分析液の表面張力により、ノズルの先端から吐出された分析液を、ノズルの先端と液受止め板の間に確実に保持できるようになるからである。たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの疎水性材料を用いて、本発明の液受止め板を形成することが好ましい。
本発明の基板分析方法におけるノズルは、分析液を吐出及び吸引する配管と、掃引する分析液を取り囲むよう配管の外周に設けられた第一外管と、第一外管の外周側に設けられた第二外管とからなる三重管で構成され、配管と第一外管との間を排気経路とする第一排気手段と、第一外管と第二外管との間を排気経路とする第二排気手段とを有する、ものが好ましい。この三重管構造のノズルを用いると、第一排気手段と第二排気手段により、配管と第一外管との間及び第一外管と第二外管との間の排気経路をそれぞれ減圧雰囲気に制御すると、配管の先端に吐出された分析液を、ノズルの先端と液受止め板との間に確実に保持することが可能となる。
また、本発明の基板分析方法におけるノズルは、分析液を吐出及び吸引するノズル本体と、掃引する分析液を取り囲むようノズル本体の外周に配された外管とからなる二重管で構成されて、ノズル本体と外管との間を排気経路とする排気手段を有する、ものでも適用できる。この二重管構造のノズルは、ノズル本体と外管とにより構成されいるため、ノズル本体と外管とで形成された空間を減圧雰囲気に制御することにより、ノズル本体の先端に吐出された分析液を、ノズルの先端と液受止め板との間に確実に保持することが可能となる。
本発明の基板分析方法は、先端から分析液を吐出し、吐出した分析液で基板表面を掃引した後に分析液を吸引する基板分析用のノズルを備えた基板分析装置において、分析液を吐出及び吸引する配管と、掃引する分析液を取り囲むよう配管の外周に設けられた第一外管と、第一外管の外周側に設けられた第二外管とからなる三重管で構成され、配管と第一外管との間を排気経路とする第一排気手段と、第一外管と第二外管との間を排気経路とする第二排気手段とを有する基板分析用のノズルと、ノズルの先端と対向する位置に、配管から吐出される分析液を受け止めるための液受止め板を配置させる液受止め板制御手段と、ノズル及び液受止め板とを同期させて、基板に対して相対移動させることができる駆動手段とを備えた基板分析装置により、実施することができる。
本発明の基板分析装置におけるノズルは、三重管構造を形成する際の各部材のサイズには特に制限はない。分析対象の基板の種類や大きさ、分析条件などに合わせて、適宜調整したサイズの基板分析用のノズルを準備することができる。現状においては、配管の内径は１／８インチ（配管肉厚は０.２ｍｍ〜０．５ｍｍ）、第一外管の内径は８ｍｍ（第一外管肉厚は１ｍｍ〜２ｍｍ）、第二外管の内径は１８ｍｍ（第一外管肉厚は１ｍｍ〜２ｍｍ）を適用している。
そして、本発明の基板分析装置における液受止め板は、その形状には特に制限はないが、好ましくは平たい円柱状形状で、その円形面で分析液を受け止めるようにすることができる。液受止め板の分析液を受止める円形面は、三重管構造のノズルの第一外管径あるいは第二外管径に合わせた直径を有するように適宜加工しておくことが好ましい。例えば、２０ｍｍ第二外管（内径１８ｍｍ、外径２２ｍｍ）、１０ｍｍ第一外管（内径８ｍｍ、外径１２ｍｍ）、１／８インチ配管の三重管のノズルの場合、液受止め板の分析液を受止める円形面は、直径８〜１２ｍｍとすることができる。
また、本発明の基板分析方法は、先端から分析液を吐出し、吐出した分析液で基板表面を掃引した後に分析液を吸引する基板分析用のノズルを備えた基板分析装置において、先端から分析液を吐出し、吐出した分析液で基板表面を掃引した後に分析液を吸引する基板分析用のノズルを備えた基板分析装置において、分析液を吐出及び吸引するノズル本体と、掃引する分析液を取り囲むようノズル本体の外周に配された外管とからなる二重管で構成され、ノズル本体と外管との間を排気経路とする排気手段を有する基板分析用のノズルと、ノズルの先端と対向する位置に、配管から吐出される分析液を受け止めるための液受止め板を配置させる液受止め板制御手段と、ノズル及び液受止め板とを同期させて、基板に対して相対移動させることができる駆動手段とを備えた基板分析装置により、実施することもできる。
本発明の基板分析装置におけるノズルとして、二重管構造を形成する際の各部材のサイズには特に制限はない。分析対象の基板の種類や大きさ、分析条件などに合わせて、適宜調整したサイズの基板分析用ノズルを準備することができる。現状においては、ノズル本体の内管は８ｍｍ（肉厚は１ｍｍ〜２ｍｍ）、外管の内径は１８ｍｍ（外管肉厚は１ｍｍ〜２ｍｍ）、内管の先端部はドーム状形状をし、その中心部に１／８インチの配管（配管肉厚は０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）が貫通しているものを適用している。
そして、この二重管構造のノズルを採用する際の液受止め板は、その形状には特に制限はないが、好ましくは平たい円柱状形状で、その円形面で分析液を受け止めるようにすることができる。液受止め板の分析液を受止める円形面は、二重管構造のノズルのノズル本体径に合わせた直径を有するように適宜加工しておくことが好ましい。例えば、１０ｍｍ内管（内径８ｍｍ、外径１２ｍｍ）、２０ｍｍ外管（内径１８ｍｍ、外径２２ｍｍ、１／８インチ配管の二重管のノズルの場合、液受止め板の分析液を受止める円形面は、直径８〜１２ｍｍとすることができる。
以上説明したように、本発明によれば、半導体ウェーハなどの基板端部の分析を、より簡易的な装置構造で、迅速に行ことが可能となる。より具体的には、基板端部におけるべベル部のみの分析、あるいはエッジ部の分析を迅速に行うことが可能となる。
以下、本発明の実施形態について説明する。図２に、本実施形態の基板分析装置の概略断面図を示す。
図２に示すノズル１００は、配管１１０と、配管１１０の外周に設けられた第一外管１２０と、第一外管１２０の外周側に設けられた第二外管１３０とからなる三重管で構成されている。配管１１０には、シリンジポンプ（図示せず）が接続されており、配管１１０により分析液の吸引、吐出が可能となっている。
第一外管１２０には、排気ポンプ（図示せず）に接続された第一排気手段１２１が設けられており、配管１１０と第一外管１２０との間に形成された空間（第一排気経路）を減圧雰囲気にすることができる。また、同様に第一外管１２０と第二外管１３０との間にも、排気ポンプ（図示せず）が接続された第二排気手段１３１が設けられており、第一外管１２０と第二外管１３０との間に形成された空間（第二排気経路）を減圧雰囲気にすることができる。
本実施形態の基板分析装置は、次の手順により、基板の表面分析を行うことができる。基板Ｗ上に、ノズル１００の先端を基板表面に接触しない程度まで降下させ、配管１１０より分析液を吐出する。その状態で、基板表面を分析液により掃引を行う。所定の掃引操作を行ってノズルを停止した後、配管１１０により分析液の吸引を行い、分析液をシリンジポンプに回収する。回収した分析液は、ＩＣＰ−ＭＳなどの分析装置を用いて分析がされる。
次に、本実施形態の基板分析装置を用いて基板端部の分析を行う場合について説明する。図３には、液受止め板２００の平面図を示す。この液受止め板２００は、ＰＴＦＥにより形成されており、分析液Ｄを受け止めるための円形板２１０にシャフト２２０が取り付けられた構造となっている。３重構造のノズルの形状として、２０ｍｍ第二外管（内径１８ｍｍ、外径２２ｍｍ）、１０ｍｍ第一外管（内径８ｍｍ、外径１２ｍｍ）、１／８インチ配管を採用した場合、液受止め板２００の円形面２１０は、直径１２ｍｍとした。
図４、図５には、基板端部を分析する際の略断面図を示している。基板端部を分析する場合、まず、ノズルの先端の下方位置に液受止め板２００の円形面２１０をノズルの先端に近接するように配置する。この状態で、配管１１０より分析液を吐出する。この時、第一排気経路と第二排気経路を減圧雰囲気にしておく。配管１１０から吐出した分析液Ｄは、液受止め板２００の円形面２１０の全面に受け止められる状態となるようにする。そうすると、配管１１０から吐出した分析液Ｄは、表面張力と、減圧雰囲気にされた第一排気経路と第二排気経路との作用により、ノズルの先端と液受止め板との間に分析液が保持された状態となる。
分析液が保持された状態にした後、基板Ｗを移動させることで、基板の端部ＷＥが分析液に接触させる。この基板の端部の接触状態を制御することで、図１で示すべベル部Ｂの分析（図４）、あるいはエッジ部Ｅの分析（図５）を行う。
この基板Ｗの端部を測定した結果について説明する。分析対象とした基板には、１２インチのシリコンウェーハを用いた。この基板は、厚み０．７７５ｍｍ±０．０２ｍｍで、いわゆるべベル処理（面取り研削）がされた外周端部を有している。分析液としては、３％体積濃度のフッ化水素と、４％体積濃度の過酸化水素との混合液１ｍＬをノズルの１／８配管内に吸引して使用した。
ノズルの先端と液受止め板との距離を２.５ｍｍに設定し、ノズルの１／８配管から分析液を２００μＬ吐出させて、ノズルの先端と液受止め板との間に分析液が保持された状態とした。尚、ノズルの先端と液受止め板との距離を変更した場合、それに合わせた分析液の吐出量をコントロールすることになるが、例えば距離が２〜３ｍｍの場合、吐出量を１００〜３００μＬの範囲で調整する。
分析液がノズルの先端と液受止め板との間に保持された状態で、ノズルの先端と液受止め板との間の中央位置に基板端部を移動させ、その位置で基板端部を分析液に接触させた。この端部の接触は、マイクロスコープ（倍率）にて確認しながら行うことができる。ここでは、図１で示すべベル部Ｂの分析の場合は図４に示すような状態になるよう基板端部を分析液に接触させた。その状態で、ノズル及び液受止め板とを同期させて、基板の外周に沿って基板に対して相対移動（３０ｍｍ/ｍｉｎ）させた。（ウェーハが親水性の場合、５ｍｍ／ｍｉｎで行う）移動する際も、マイクロスコープで基板端部と分析液との接触状態を確認した。分析対象部位を相対移動させた後、分析液を吸引して、ＩＣＰ−ＭＳにより分析を行った。
分析液の回収液量を３００μＬとし、１２インチのシリコンウェーハのエッジ部を上記した方法にてスキャンし、ＩＣＰ−ＭＳで分析した結果を、表１に示す（スキャンしたエッジ部の総面積は７．３ｃｍ２）。
表１に示す基板端部の分析結果より、ウェーハのエッジ部だけの金属汚染を簡単に分析できることが判明した。
本実施形態では、シリコンウェーハを例示しているが、材質、大きさなどの異なる各種の基板に適用可能である。また、疎水性の基板、親水性の基板のいずれに対しても適用することができる。分析液についても、フッ化水素と過酸化水素との混合液以外にも、王水系溶液（分析対象が貴金属元素の場合）や硝酸溶液（分析対象基板が親水性な場合）などの各種の溶液を使用できる。
１ 面取り部
２ 最外端部
１００ ノズル
１１０ 配管
１２０ 第一外管
１３０ 第二外管
Ｂ べベル部
Ｅ エッジ部
Ｗ ウェーハ
Ｄ 分析液
２ 最外端部
１００ ノズル
１１０ 配管
１２０ 第一外管
１３０ 第二外管
Ｂ べベル部
Ｅ エッジ部
Ｗ ウェーハ
Ｄ 分析液
Claims (3)
- 先端から分析液を吐出し、吐出した分析液で基板表面を掃引した後に分析液を吸引する基板分析用のノズルを用いた基板分析方法において、
ノズルの先端と対向する位置に、吐出される分析液を受け止めるための液受止め板を配置し、先端から吐出した分析液をノズルの先端と液受止め板との間に保持し、
ノズルの先端と液受止め板との間に、基板端部を挿入できるように基板を位置調整し、
基板端部を、ノズルの先端と液受止め板との間に保持された分析液に接触させ、
基板端部が分析液に接触した状態で、ノズルと液受止め板とを基板の周縁に沿って同時に移動させることにより、基板端部を分析するものであり、
ノズルは、分析液を吐出及び吸引する配管と、掃引する分析液を取り囲むよう配管の外周に設けられた第一外管と、第一外管の外周側に設けられた第二外管とからなる三重管で構成され、配管と第一外管との間を排気経路とする第一排気手段と、第一外管と第二外管との間を排気経路とする第二排気手段とを有することを特徴とする基板分析方法。 - 液受止め板は、疎水性である請求項１に記載の基板分析方法。
- 先端から分析液を吐出し、吐出した分析液で基板表面を掃引した後に分析液を吸引する基板分析用のノズルを備えた基板分析装置において、
分析液を吐出及び吸引する配管と、掃引する分析液を取り囲むよう配管の外周に設けられた第一外管と、第一外管の外周側に設けられた第二外管とからなる三重管で構成され、配管と第一外管との間を排気経路とする第一排気手段と、第一外管と第二外管との間を排気経路とする第二排気手段とを有する基板分析用のノズルと、
ノズルの先端と対向する位置に、配管から吐出される分析液を受け止めるための液受止め板を配置させる液受止め板制御手段と、
ノズル及び液受止め板とを同期させて、基板に対して相対移動させることができる駆動手段とを備えたことを特徴とする基板分析装置。
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