KR20130140560A - 기판 분석용 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미량 금속 등의 분석 대상물을 분석하는 기판분석장치에 이용하는 기판 분석용 노즐에 관하여, 분석액을 확실하게 회수 가능한 기판 분석용 노즐의 구조를 제안하는 것을 과제로 한다.
이 과제의 해결 수단으로는, 본 발명은 분석 대상물을 포함하는 기판 위에 분석액을 토출 및 흡인하도록 된 노즐 본체와, 노즐 본체의 외주에 배치된 외관으로 구성된 이중관 노즐로 이루어지며, 노즐 본체 선단에 토출한 분석액으로 기판 표면을 스위프한 후, 분석액을 노즐 본체 선단으로부터 흡인하여 분석 대상물을 회수하는 기판 분석용 노즐에 있어서, 노즐 본체는 선단에 분석액을 유지하기 위한, 바깥 가장자리가 선단 방향으로 돌출한 오목형상 단면과, 분석액을 토출 및 흡인하기 위한 세관을 구비하고 있고, 세관은 노즐 본체의 오목형상 단면 중앙에 배치되어 있고, 세관의 선단 표면을 세관 단면의 표면적보다 크게 한 것을 특징으로 한다.

Description

기판 분석용 노즐{NOZZLE FOR SUBSTRATE ANALYSIS}

본 발명은 기판에 포함된 미량 금속 등의 분석 대상물을 분석하는 기판분석장치에 이용하는 기판 분석용 노즐에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 등의 기판에 포함된 금속, 유기물질 등의 분석 대상물, 혹은 기판 표면에 부착된 분석 대상물, 예를 들면 Na, Mg, Al 등을 분석하는 분석장치로서는, 일반적으로 기판에 형성된 실리콘 산화막이나 플라즈마 질화막 등을 에칭하는 기상(氣相)분해장치와, 에칭 후의 기판 위에 잔존하는 분석 대상물을 회수하는 기판 분석용 노즐이 이용되고 있다. 이들 장치를 이용한 분석 방법으로서는, 먼저 기판을 VPD 챔버 등에 재치(載置)하고, 불화수소 등의 에칭 가스를 도입하여 기판의 형성막을 에칭한다. 그 후, 기판 분석용 노즐에 의해, 에칭한 기판에 미량의 분석액을 토출하고, 토출한 분석액으로 기판 위를 스위프(sweep)한다. 기판 위의 분석 대상물은 분석액 속을 이동하기 때문에, 스위프한 분석액을 노즐로 흡인하면 분석 대상물을 미량의 분석액으로 회수하여 정밀도가 좋은 분석이 가능하게 된다.

이러한 기판분석장치에 있어서, 분석 대상물을 포함하는 기판 위에 분석액을 토출 및 흡인하도록 된 노즐 본체와, 노즐 본체의 외주에 배치된 외관(外管)으로 구성된 이중관 노즐로 이루어지는 기판 분석용 노즐이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이 이중관 노즐에서는, 노즐 본체의 선단(先端)으로부터 기판 위에 분석액을 토출하고, 토출한 분석액으로 기판 표면을 스위프한 후, 분석액을 노즐 본체 선단으로부터 흡인하여 분석 대상물을 회수하도록 되어 있다. 그리고, 노즐 본체와 외관 사이에 공급되는 에칭 가스에 의해, 기판을 에칭하면서 분석액으로 기판 표면을 동시에 스위프하는 경우와, 다른 VPD 챔버에서 미리 기판 표면을 에칭하고 나서, 그 에칭 후의 기판 표면에 이중관 노즐을 설치하고, 노즐 본체와 외관 사이를 진공으로 하면서, 분석액으로 기판 표면을 스위프하는 경우의 어느 쪽에 의해서도, 기판 분석을 할 수 있다.

이 이중관 노즐에 의하면, 기판에 포함된 금속, 유기 물질 등의 분석 대상물을 분석하는 데 필요한 에칭 공정과 회수 공정의 양 공정이 행해지는 기판분석장치를 실현할 수 있어, 분석액의 회수 시기에서의 분석액의 탈락도 효과적으로 방지할 수 있다.

일본특허공개 2011-232182호 공보

도 4, 도 5에 종래부터 이용되고 있는 기판 분석용 이중관 노즐의 개략 단면도를 나타낸다. 기판(W) 위에 산화막 등이 형성된 기판을 분석하는 경우, 기판 분석은 도 4와 같이, 노즐 본체(100)의 외주에 외관(200)을 배치한 이중관 구조의 노즐(T)를 구비한 것이다. 기판의 에칭은 노즐 본체(100)와 외관(200)과의 사이(150)에 노즐 선단 방향으로 공급되는 에칭 가스(화살표)에 의해 행한다. 이 에칭 처리에 의해, 기판 표면의 산화막 등을 제거하고, 기판 자체의 표면이 노출된 상태로 한다.

이어서, 도 5와 같이, 분석액(D)의 공급, 회수를 행하고, 노즐 본체(100)가 구비되는 세관(細管)(101)에 의해 분석액(D)을 노즐 본체의 선단측에 공급한다. 기판의 회전과 노즐(T)의 이동 등을 행하고, 노즐 본체의 선단측에 유지된 분석액(D)에 의해 기판(W)에 있는 분석 대상물을 분석액(D)에 용해시킨다. 이때 외관(200)에 설치된 배기수단(도시하지 않음)에 의해, 노즐 본체(100)와 외관(200)과의 사이(150)를 감압(減壓) 분위기로 하여 분석액(D)을 유지하기 쉬운 상태로 하여, 분석액의 탈락을 방지할 수 있다. 그 후, 분석액(D)을 세관(101)으로부터 흡인하여 회수하고, 그 분석액(D)을 분석한다.

이러한 이중관 노즐의 구조에 의하면, 노즐 본체(100)와 외관(200)과의 사이(150)에 에칭 가스를 공급함으로써, 기판의 에칭 처리 및 분석액의 공급 회수 처리를, 동일한 기판분석장치로 행하는 것이 가능하게 된다. 그런데, 이와 같은 편리성이 높은 이중관 노즐에 있어서도, 다음과 같은 새로운 과제가 생기고 있다. 도 6에, 분석액(D)을 회수하였을 때의 노즐 선단 부분의 상태를 나타내고 있다. 이 도 6 중 윗 도면 (A)와 같이, 세관(101)에 의한 분석액(D)을 흡인하여 회수하여도, 외관(200)의 선단 부분이나 노즐 본체(100)의 선단 부분과 기판(W)과의 사이에 분석액(D)이 잔존하는 현상이 생겼다. 도 6 중 아래 도면 (B)에 이중관 노즐을 아래쪽으로부터 보았을 때의 그 선단측의 개략도를 나타낸다. 이 도 6(B)에 나타내는 바와 같이, 세관의 선단은, 노즐 본체(100)나 외관(200)의 선단에 비해 그 단면(端面)의 표면적이 작기 때문에, 외관(200) 및 노즐 본체(100)의 선단 부분과 기판(W)과의 사이의 표면장력은 세관(101)의 선단 부분과 기판(W)의 사이의 표면장력보다 크고, 분석액(D)이 외관(200) 선단과 기판(W)과의 사이, 혹은 노즐 본체(100)의 선단과 기판(W)과의 사이에 잔존하는 현상이 생기는 것이다. 이 문제에 대하여, 세관만을 노즐 본체 혹은 외관보다 기판에 근접시킴으로써, 세관과 기판 사이의 표면장력을, 노즐 본체 혹은 외관과 기판 사이의 표면장력보다 크게 하는 방법이 고려되지만, 이러한 경우, 스위프 중에 노즐 본체 및 외관과 기판과의 사이의 거리가 너무 커져 회수액을 노즐에 유지할 수 없게 되고, 또한 노즐 본체 및 외관을 기판에 근접되게 하면, 세관이 기판에 접촉하여 버리는 결함이 생긴다. 즉, 종래의 이중관 노즐 구조에서는, 모든 분석액을 회수하기가 어려워지는 현상이 생겼다. 이와 같이, 분석액이 모두 회수할 수 없는 현상은, 미량 분석 대상물을 분석하는 경우에는, 분석 정밀도를 좌우하게 되어, 이 이중관 노즐을 개선할 필요가 있다.

따라서 본 발명은 미량 금속 등의 분석 대상물을 분석하는 기판분석장치에 이용하는 기판 분석용 노즐에 대하여, 분석용 분석액을 확실하게 회수 가능한 기판 분석용 노즐의 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하는 본 발명은, 분석 대상물을 포함하는 기판 위에 분석액을 토출 및 흡인하도록 된 노즐 본체와, 노즐 본체의 외주에 배치된 외관으로 구성된 이중관 노즐로 이루어지고, 노즐 본체 선단에 토출한 분석액으로 기판 표면을 스위프한 후, 분석액을 노즐 본체 선단으로부터 흡인하여 분석 대상물을 회수하는 기판 분석용 노즐에 있어서, 노즐 본체는, 선단에 분석액을 유지하기 위한, 바깥 가장자리(外緣)가 선단 방향으로 돌출한 오목형상 단면(端面)과, 분석액을 토출 및 흡인하기 위한 세관을 구비하고 있고, 세관은 노즐 본체의 오목형상 단면 중앙에 배치되어 있고, 세관의 선단 표면을 세관 단면(斷面)의 표면적보다 크게 한 것을 특징으로 하는 기판 분석용 노즐에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 분석액을 흡인하여 회수할 때에, 세관의 선단 표면의 표면적이 커지게 되기 때문에, 세관 선단과 기판과의 상대하는 면적이 크고, 그 결과, 세관 선단과 기판 사이의 표면장력이 노즐 본체 혹은 외관과 기판과의 사이의 표면장력보다 커지게 되어, 세관 선단과 기판과의 사이에 분석액이 들어가기 쉽다. 따라서, 스위프 중에는 노즐 본체와 기판과의 거리를 좁게 하고, 분석액을 회수할 때는 기판과 이중관 노즐 전체의 선단과의 거리를 넓히도록 하여, 노즐 본체 및 외관과 기판 사이의 표면장력을 약하게 한 상태로 하여도, 본 발명의 기판 분석용 노즐이라면, 세관의 선단 표면의 표면적이 커지게 되기 때문에, 분석액을 확실하게 회수할 수 있다. 세관의 선단 표면의 표면적을 크게 하는 방법으로서는, 세관의 선단 부분에, 세관 외주에 장착 가능한 링 형상의 직사각형 판이나 원판 등을 설치하거나 세관의 선단 부분을 가공하여 표면적을 크게 하는, 예를 들면 세관의 선단을 플랜지(flange) 형상으로 가공하는 방법 등이 있다.

본 발명의 기판 분석용 노즐에 있어서, 세관의 선단은 플랜지 형상으로 되어 있는 것이 좋다. 세관의 단면 형상은, 소위 링 형상으로 되어 있지만, 이 세관의 선단 표면을 세관의 단면적보다 크게 하려면, 그 세관의 단면 형상인 링의 폭을 크게 하는 것으로 대응할 수 있다. 즉, 세관의 선단을 플랜지 형상으로 하면, 세관의 선단 표면의 표면적을, 간단하게 세관의 단면적보다 크게 할 수 있고, 그 표면적의 크기의 조정도 쉽게 가능하게 된다.

본 발명에 있어서, 세관의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 통상은, 원통형의 세관으로 이루어진다. 이러한 원통형의 세관인 경우, 그 세관의 선단 표면의 표면적을 결정하는 플랜지 형상의 직경은 노즐 본체의 오목형상 단면에서의 내경의 절반 이하로 하는 것이 바람직하다. 플랜지 형상의 직경이 너무 크면, 노즐 본체의 오목형상 단면에 의해 형성되는 돔(dome) 형상의 공간에 분석액을 충만시킬 수 없게 되는 경향으로 된다.

본 발명의 기판 분석용 노즐은, 기판의 에칭 처리 및 분석액의 공급 회수 처리를, 동일한 기판분석장치에서 행하는 경우에, 특히 적합한 것이다.

본 발명의 기판 분석용 노즐은, 분석할 수 있는 기판의 종류는 한정되지 않지만, 특히 웨이퍼 등 반도체 기판의 분석에 적합한 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 기판 분석용 노즐은 분석액을 확실하게 회수 가능하게 되므로, 미량의 금속 등의 분석 대상물을 고정밀도로 분석할 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 기판 분석용 노즐의 개략 단면도.
도 2는 본 실시형태의 기판 분석용 노즐의 개략 단면도.
도 3은 노즐 선단측의 단면 개략도
도 4는 종래의 이중관 노즐의 개략 단면도.
도 5는 종래의 이중관 노즐의 개략 단면도.
도 6은 도 5의 노즐 선단측의 단면 개략도 (A) 및 노즐 선단의 평면 개략도 (B).

이하, 본 발명의 실시형태에 관하여 설명한다.

도 1에 본 실시형태의 기판 분석용 노즐의 개략 단면도를 나타낸다. 도 1의 기판 분석용 노즐(T)은 노즐 본체(10)와, 외관(20)으로 이루어지는 이중관 구조로, 노즐 본체(10)에는, 시린지 펌프(도시하지 않음)에 접속한 세관(11)이 설치되어 있고, 이 세관으로부터 분석액의 토출, 흡인이 가능하게 되어 있다. 노즐 본체 선단은 세관으로부터 토출되는 분석액을 유지할 수 있도록 바깥 가장자리가 선단 방향으로 돌출한 오목형상 단면(F)으로 되어 있다. 세관(11)의 선단(11a)은 세관의 단면 면적보다 그 표면적을 크게 한 후 플랜지 형상으로 가공되어 있다. 이 플랜지 형상의 선단(11a)은 노즐 본체(10)와 외관(20)의 선단과 같은 높이로 배치되어 있다. 그리고, 노즐 본체(10)와 외관(20) 사이에는, 에칭 가스의 공급이나 배기가 가능하도록 되어 있다.

본 실시형태에서는, 노즐 본체의 외경이 12mm로, 노즐 본체의 오목형상 단면의 내경은 10mm로 하고, 외관의 외경은 22mm로, 외관의 내경은 20mm로 하고, 세관의 외경은 3.2mm로, 내경은 0.5mm로 하였다. 또한, 세관의 선단 형상의 플랜지 외경은 4mm로 하였다.

도 2에는, 분석액을 회수할 때의 최종적인 회수 시기에서의 노즐 선단 상태를 개략적 도시한 것이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 분석액을 흡인하여 세관(11)으로부터 회수하는 경우, 분석액의 회수가 거의 종료에 가까워지면, 분석액(D)은 표면장력에 의해, 플랜지형으로 된 세관의 선단(11a) 부분과 기판(W) 사이에 들어가도록 되어, 거의 완전히 흡인 회수된다.

상기한 도 1 및 도 2에 나타낸 기판 분석용 노즐에 의해, 분석 대상의 기판으로서, 8인치의 베어(bare) 실리콘 웨이퍼 기본 재료를 이용하여 분석한 결과에 관하여 설명한다.

본 실시형태의 기판 분석용 노즐의 평가로서는, 분석을 위해 기판 위로 토출한 분석액 양과, 그 후 흡인하여 회수한 분석액 양을 측정하였다. 3% HF, 4% H₂0₂를 포함하는 분석액을 시린지 펌프로 흡인하여 노즐 본체의 세관으로부터 분석액을 1000μL 토출하였다. 다음으로, 기판 분석용 노즐을, 기판에 접촉하지 않을 정도까지 강하시키고 나서 기판 위에서 30mm/min의 속도로 스위프하였다. 스위프 후에 노즐 본체와 기판과의 거리를 넓히고 나서, 세관으로부터 분석액을 흡인하여 회수하였다. 그리고 그 회수한 분석액 양을 측정하였던 바, 999μL 이며, 토출한 분석액의 거의 전량이 회수되었음이 판명되었다.

비교를 위해, 도 4에서 나타내는 종래의 이중관 노즐에 의해, 분석액의 회수를 행한 경우에 관하여 설명한다. 상기 본 실시형태와 다른 점은, 세관의 선단은 원통형(외경 1.6mm, 내경 0.5mm)이다. 상기와 같은 조건으로, 도 4의 이중관 노즐에서, 세관으로부터 분석액을 1000μL 토출하고, 기판 분석용 노즐을, 기판 위에서 30mm/min의 속도로 스위프하고, 세관으로부터 분석액을 흡인하여 회수하였다. 그리고, 그 회수한 분석액 양을 측정하였던 바, 970μL 이며, 30μL 정도 회수하지 못하였다. 또한, 회수 시에 노즐 본체 및 외관과 기판 사이의 표면장력을 작게 하기 위해, 노즐 본체와 기판과의 거리를 넓힌 경우, 세관과 기판 사이의 표면장력이 더 작아지기 때문에, 회수액 양은 970μL 보다 더 감소하였다.

도 3에, 본 실시형태의 세관에 대한 선단 형상의 가공을 나타낸다. 도 3(A)에서는, 세관의 선단을 직접 가공하여 플랜지 형상으로 가공한 것이다. 이에 대하여, 도 3(B)에서는, 세관 자체는 직접 가공하지 않고, 세관의 내경에 삽입할 수 있도록 외경 가공된 플랜지 가공 부품(30)을, 세관의 선단측에 설치한 것이다. 이 도 3(B)의 가공 방법이면, 종래의 세관 자체는 그대로 사용할 수 있고, 또한 플랜지 가공 부품의 형상을 바꿈으로써, 세관의 선단 표면의 표면적을 용이하게 조정할 수 있다. 현재 세관의 외경은 1.6mm∼3.2mm이며, 내경이 0.5∼1.2mm이지만, 노즐 본체의 외경이 12mm이고, 그 오목형상 단면의 내경이 10mm인 경우, 플랜지의 외경을 2∼4mm로 하는 것이 바람직하다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은 기판에 포함되는 금속 등의 오염을 평가하는 기술에 있어서, 미량의 오염물을 고정밀도로 검출하는 기판 분석 시에, 정밀도가 높은 분석 결과를 실현 가능하게 된다.

10, 100 : 노즐 본체
20, 200 : 외관
11, 101 : 세관
T : 노즐
W : 기판
F : 오목형상 단면

Claims (2)

1. 분석 대상물을 포함하는 기판 위에 분석액을 토출 및 흡인하도록 된 노즐 본체와, 노즐 본체의 외주에 배치된 외관으로 구성된 이중관 노즐로 이루어지며, 노즐 본체 선단(先端)에 토출한 분석액으로 기판 표면을 스위프(sweep)한 후, 분석액을 노즐 본체 선단으로부터 흡인하여 분석 대상물을 회수하는 기판 분석용 노즐에 있어서,
   노즐 본체는, 선단에 분석액을 유지하기 위한, 바깥 가장자리(外緣)가 선단 방향으로 돌출한 오목형상 단면(端面)과, 분석액을 토출 및 흡인하기 위한 세관(細管)을 구비하고 있고,
   세관은 노즐 본체의 오목형상 단면 중앙에 배치되어 있고, 세관의 선단 표면을 세관 단면(斷面)의 표면적보다 크게 한 것을 특징으로 하는 기판 분석용 노즐.
2. 제1항에 있어서,
   세관의 선단이 플랜지(flange) 형상으로 된 것을 특징으로 하는 기판 분석용 노즐.

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