KR20190087965A - 기판 분석용 노즐 및 기판 분석방법 - Google Patents

기판 분석용 노즐 및 기판 분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친수성이 높은 기판이더라도, 노즐로부터의 분석액의 누출(탈락)을 확실하게 방지할 수 있고, 훑기(scanning) 후의 분석액을 높은 회수율로 회수할 수 있는 기판 분석용 노즐을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 기판 분석용 노즐은 선단으로부터 기판 상에 분석액을 토출시키고, 토출된 분석액으로 기판 표면을 훑은 후에 분석액을 흡인하는 기판 분석용 노즐에 있어서, 분석액을 토출 및 흡인하는 배관, 훑는 분석액을 둘러싸듯이 배관의 바깥 둘레에 설치된 제1 외관, 및 제1 외관의 바깥 둘레 쪽에 설치된 제2 외관으로 이루어지는 삼중관으로 구성되고, 배관과 제1 외관 사이를 배기경로로 하는 제1 배기수단과, 제1 외관과 제2 외관 사이를 배기경로로 하는 제2 배기수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 분석용 노즐 및 기판 분석방법{Substrate analysis nozzle and method for analyzing substrate}
본 발명은 기판에 포함되는 미량금속 등의 분석 대상물을 분석하기 위한 노즐에 관한 것이다. 또한 이 노즐을 사용한 기판의 분석방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판을 분석하는 노즐은 제조공정 등에 있어서 기판에 혼입된 금속, 유기 물질 등을 미량의 분석액으로 검출할 때 사용되고 있다. 구체적으로는, 실리콘 웨이퍼 등의 기재에 실리콘 산화막이나 질화막 등이 형성된 기판을 분석하는 경우, 기상분해법 등에 의해 형성막을 에칭하는 전처리를 행한 후, 미량의 분석액을 토출시키고, 토출된 분석액으로 기판 표면을 훑을 때, 기판 분석용 노즐이 사용되고 있다. 소수성 기판 표면에서는 분석액이 표면장력에 의해 액적의 상태를 유지하기 쉽기 때문에, 이러한 기판 표면의 훑기가 가능해진다. 그리고, 이러한 노즐에 의한 훑기에 의해 기판 상의 금속 등이 분석액 중으로 이동하기 때문에, 분석액을 노즐로 회수하여 분석하는 것이 가능해진다.
이러한 기판 분석용 노즐에 요구되는 성능 중 하나로서는, 대형화된 기판도 단시간에 효율적으로 분석 가능한 것이 있다. 이 때문에 기판 표면을 훑는 시간을 단축하기 위해, 노즐 구경을 크게 하여 분석액과 기판 표면의 접촉면적을 크게 하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 노즐 구경을 크게 한 경우, 훑을 때 노즐로부터 분석액이 탈락되기(노즐 선단으로부터 분석액이 누출되기) 쉬운 경향이 되어, 훑기 후의 기판에 분석액이 남는다는 다른 문제가 발생하기 쉬운 것이었다. 따라서, 기판 분석용 노즐로서는 단시간에 훑기 가능하며, 훑기 중에 분석액이 탈락하기 어렵다고 하는 두 특성을 겸비한 것이 요구되고 있다.
이러한 특성을 구비하는 노즐로서, 본 발명자들은 특허문헌 1에 있어서 분석액을 토출 및 흡인하는 노즐 본체와, 훑는 분석액을 둘러싸듯이 노즐 본체의 바깥 둘레에 배치된 외관으로 이루어지는 이중관으로 구성된 기판 분석용 노즐을 제안하고 있다. 또한, 특허문헌 2에는 이 이중관 구조의 기판 분석용 노즐에 노즐 본체의 선단을 향하여 기판 표면과 대략 평행 방향으로 불활성 가스를 내뿜는 가스 분사관을, 외관 선단의 바깥 둘레 쪽이자, 또한 노즐의 훑기 방향과 반대쪽에 배치한 것을 특징으로 하는 기판 분석용 노즐도 제안하고 있다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 1) 일본국 특허공개 제2011-128033호 공보
(특허문헌 2) 일본국 특허 제6156893호 공보
그러나, 상기 선행기술문헌에 기재된 노즐의 경우도, 친수성이 높은 기판, 예를 들면 붕소 함유량이 비교적 큰, 소위 P＋ 또는 P＋＋ 실리콘 웨이퍼라 불리는 것을 벌크 에칭한 반도체 기판이나, 높은 에너지로 이온 주입을 한 실리콘 웨이퍼, 드라이 에칭으로 실리콘 웨이퍼 상의 유기물을 분해한 후의 실리콘 웨이퍼, 또는 SiC나 유리 웨이퍼 등을 분석하는 경우에, 훑기 후 분석액의 회수율이 낮아지는 경우가 있어 분석 정밀도에 영향을 주는 경향이 있었다.
특허문헌 1에 기재된 이중관 구조의 노즐은, 구체적으로는 도 1에 나타내는 것이다. 도 1의 노즐(1)은 노즐 본체(10)와 외관(20)으로 이루어지는 이중관으로 구성되고, 노즐 본체(10)에는 시린지 펌프(도시하지 않음)에 접속된 세관(11)이 설치되어 있어, 이 세관(11)으로부터 분석액(D)의 토출, 흡인이 가능하게 되어 있다. 또한 외관(20)에는 노즐 본체(10)와 외관(20) 사이에 형성된 공간을 감압 분위기가 되도록 펌프(도시하지 않음)에 접속된 배기수단(21)이 설치되어 있다. 이 도 1에서 나타내는 기판 분석용 노즐의 경우, 외관(20)의 안쪽에 보유된 분석액(D)으로 분석 대상인 기판의 표면을 훑듯이 이동시킨다. 훑는 중에는 노즐 본체(10)와 외관(20) 사이를 감압 분위기로 함으로써, 외관(20)과 분석 대상인 기판(웨이퍼)(W)의 극간으로부터 탈락되는 것이 방지된다. 그리고, 기판 표면의 훑기가 끝난 후, 노즐 본체(10)와 외관(20) 사이의 감압을 정지하고, 노즐 본체(10)의 세관(11)으로부터 분석액(D)을 흡인하여 회수한다. 회수된 분석액은 분석장치에서 분석된다.
이 이중관 구조의 노즐에 의하면, 소수성 기판 표면을 갖는 기판의 분석은 분석액이 표면장력에 의해 액적의 상태가 되기 때문에, 특별히 문제없이 분석액의 훑기, 회수를 행할 수 있다. 그러나, 친수성이 높은 기판 표면을 갖는 기판 분석의 경우, 노즐 본체(10) 및 외관(20)과 기판(W)의 극간을 좁게 하여 분석액의 탈락을 방지할 필요가 있다. 다만, 훑기 후에 노즐 본체(10)의 세관(11)으로부터 분석액(D)을 흡인하여 회수할 때, 노즐 본체(10)와 외관(20) 사이에 존재하는 분석액(D)이 노즐 본체(10) 쪽으로 이동하지 않은 채, 노즐 본체(10)와 외관(20) 사이에 분석액(D)이 잔존하게 되는 경우가 있다. 이 잔존하는 분석액량을 감소시키는 대응으로서, 분석액의 회수 시에 노즐 본체와 기판의 극간을 넓게 하여, 노즐 본체(10)와 외관(20) 사이에 존재하는 분석액(D)이 노즐 본체(10) 쪽으로 이동하기 쉬워지도록 하는 방법이 있는데, 친수성이 높은 기판의 경우, 회수 시에 노즐 본체(10)와 외관(20) 사이의 감압을 정지하면, 분석액이 외관(20)의 바깥쪽으로 누출되는 경우가 있다.
또한 특허문헌 2에 기재된 기판 분석용 노즐의 경우, 이중관 구조의 노즐에 있어서 노즐 본체의 선단을 향하여 기판 표면과 대략 평행 방향으로 불활성 가스를 분사하도록 되어 있기 때문에, 친수성이 높은 기판 표면이더라도 기판 표면을 훑는 중에 있어서 노즐의 선단으로부터 분석액의 누출(탈락)은 확실하게 방지할 수 있지만, 상기 특허문헌 1과 마찬가지로, 분석액의 회수 시에 노즐 본체와 외관 사이에 분석액이 잔존하는 경우가 있어, 분석액의 회수율이 낮아지는 경향이 있었다.
이에 본 발명은 친수성이 높은 기판이더라도, 노즐로부터의 분석액의 누출(탈락)을 확실하게 방지할 수 있고, 훑기 후의 분석액을 높은 회수율로 회수할 수 있는 기판 분석용 노즐을 제공한다.
상기 과제를 해결하는 본 발명은 선단으로부터 기판 상에 분석액을 토출시키고, 토출된 분석액으로 기판 표면을 훑은(scanning) 후에 분석액을 흡인하는 기판 분석용 노즐에 있어서, 분석액을 토출 및 흡인하는 배관, 훑는 분석액을 둘러싸듯이 배관의 바깥 둘레에 설치된 제1 외관, 및 제1 외관의 바깥 둘레 쪽에 설치된 제2 외관으로 이루어지는 삼중관으로 구성되고, 배관과 제1 외관 사이를 배기경로로 하는 제1 배기수단과, 제1 외관과 제2 외관 사이를 배기경로로 하는 제2 배기수단을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 분석용 노즐에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 친수성이 높은 기판 표면이더라도, 분석액을 노즐로부터 탈락시키지 않고 훑을 수 있는 동시에, 높은 회수율로 분석액의 회수가 가능해진다.
본 발명에 있어서 친수성이 높은 기판 표면을 갖는 기판으로서는, 붕소 함유량이 비교적 큰, 소위 P＋ 또는 P＋＋ 실리콘 웨이퍼라 불리는 것을 벌크 에칭한 반도체 기판이나, 높은 에너지로 이온 주입을 한 실리콘 웨이퍼, 드라이 에칭으로 실리콘 웨이퍼 상의 유기물을 분해한 후의 실리콘 웨이퍼, 또는 SiC나 유리 웨이퍼 등을 들 수 있다. 이들 친수성이 높은 기판이란 접촉각이 90°이하인 것을 들 수 있다.
본 발명의 기판 분석용 노즐을 사용하여 분석하는 경우, 배관으로부터 기판에 분석액을 토출시키고, 제2 배기수단에 의해 배기하면서 토출된 분석액으로 기판 표면을 훑은 후, 제1 배기수단에 의해 배기하면서 분석 대상물을 포함하는 분석액을 배관에 흡인하는 것이 바람직하다. 본 발명의 기판 분석용 노즐은 소위 삼중관 구조로 되어 있어, 분석액으로 기판 표면을 훑을 때, 배관으로부터 기판에 분석액을 토출시키고, 제2 배기수단에 의해 배기하면서 토출된 분석액으로 기판 표면을 훑는다. 이로써, 훑기 중에 있어서 노즐로부터의 분석액의 탈락을 확실하게 방지할 수 있다. 그리고, 훑은 분석액의 회수 시에는, 제2 배기수단을 정지하고 제1 배기수단에 의해 배기하는 동시에, 노즐의 선단과 기판의 극간을 넓혀 분석 대상물을 포함하는 분석액을 배관에 흡인하여 회수한다. 이로써, 제2 외관과 제1 외관 사이에 있는 분석액이 제1 외관과 노즐 본체 사이에 끌려들어가게 되어, 이 상태로 배관에 의해 분석액을 흡인하면 매우 높은 회수율로 분석액을 회수하는 것이 가능해진다.
본 발명의 기판 분석용 노즐의 경우, 삼중관 구조를 형성할 때의 각 부재의 사이즈에는 특별히 제한은 없다. 분석 대상 기판의 종류나 크기, 분석 조건 등에 맞춰서 적당히 조정한 사이즈의 기판 분석용 노즐을 준비하는 것이 바람직하다. 현재 상태에 있어서는, 배관의 안지름은 1/8 인치(배관 두께는 0.2 ㎜~0.5 ㎜), 제1 외관의 안지름은 10 ㎜(제1 외관 두께는 1 ㎜~2 ㎜), 제2 외관의 안지름은 20 ㎜(제1 외관 두께는 1 ㎜~2 ㎜)를 적용하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 기판 분석용 노즐은 친수성이 높은 기판이더라도, 노즐로부터의 분석액의 누출(탈락)을 확실하게 방지할 수 있고, 훑기 후의 분석액을 높은 회수율로 회수할 수 있다.
도 1은 이중관 구조의 노즐의 단면도이다.
도 2는 본 실시형태의 기판 분석용 노즐의 단면도이다.
아래에 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 2에 본 실시형태의 기판 분석용 노즐의 단면도를 나타낸다.
도 2에 나타내는 노즐(100)은 배관(110), 배관(110)의 바깥 둘레에 설치된 제1 외관(120), 및 제1 외관(120)의 바깥 둘레 쪽에 설치된 제2 외관(130)으로 이루어지는 삼중관으로 구성되어 있다. 배관(110)에는 시린지 펌프(도시하지 않음)가 접속되어 있어, 배관(110)에 의해 분석액의 흡인, 토출이 가능하게 되어 있다.
제1 외관(120)에는 배기 펌프(도시하지 않음)에 접속된 제1 배기수단(121)이 설치되어 있어, 배관(110)과 제1 외관(120) 사이에 형성된 공간(제1 배기경로)을 감압 분위기로 할 수 있다. 또한, 제1 외관(120)과 제2 외관(130) 사이에도 동일하게 배기 펌프(도시하지 않음)가 접속된 제2 배기수단(131)이 설치되어 있어, 제1 외관(120)과 제2 외관(130) 사이에 형성된 공간(제2 배기경로)을 감압 분위기로 할 수 있다.
본 실시형태의 삼중관 구조의 노즐의 경우, 다음의 순서로 기판 분석을 행한다. 먼저, 기판(W) 상에 노즐(100)의 선단을 기판 표면에 접촉하지 않을 정도까지 강하시켜(노즐(100)의 선단과 기판(W)의 극간은 약 0.1 ㎜~0.2 ㎜로 조정), 배관(110)으로부터 분석액을 토출시킨다. 이때 제2 배기경로를 감압 분위기로 해둔다. 이 상태로 기판 표면을 분석액에 의해 훑기를 행한다. 소정의 훑기 조작을 행하고 노즐을 정지한 후, 제1 배기경로를 감압 분위기로 하고, 동시에 제2 배기경로의 감압을 해제한다. 또한 노즐(100)의 선단과 기판(W)의 극간을 약 1 ㎜까지 넓힌다. 이 상태로 배관(110)에 의해 분석액의 흡인을 행하여 분석액을 시린지 펌프에 회수한다. 회수된 분석액은 분석장치를 사용하여 분석된다.
다음으로, 본 실시형태의 기판 분석용 노즐을 사용했을 때의 분석액의 회수율에 대해서 조사한 결과를 설명한다. 노즐의 각 치수는 다음과 같다. 배관의 바깥지름이 1/8 인치, 제1 외관 안지름이 6 ㎜, 제1 외관 바깥지름이 12 ㎜, 제2 외관 안지름이 20 ㎜, 제2 외관 바깥지름이 22 ㎜인 것을 사용하였다. 분석용 기판으로서는 12인치의 P＋＋ 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 또한 분석액으로서는 3% HF, 4% H2O2를 포함하는 용액을 사용하였다.
회수율은 배관에 토출시킨 분석액량과, 훑기 후, 노즐 본체에 회수된 분석액량을 측정해서 조사하였다. 분석액은 배관에 1,000 μL 투입하여, 분석용 기판 상에 800 μL 토출시킨 상태에서 30 ㎜/min의 속도로 훑은 후, 분석액을 흡인하여 회수하였다. 회수된 분석액량은 950 μL였다. 따라서, 본 실시형태의 기판 분석용 노즐을 사용했을 때의 분석액의 회수율은 95%였다.
비교를 위해, 도 1에 나타내는 이중관 구조의 노즐인 경우의 회수율을 조사한 결과에 대해서 설명한다. 이 이중관 구조의 노즐은 노즐 본체의 바깥지름이 12 ㎜, 외관 안지름이 20 ㎜, 제1 외관 바깥지름이 22 ㎜였다. 분석용 기판 및 분석액은 상기와 동일한 것을 사용하였다. 상기의 본 실시형태와 같은 조건으로 분석액에 의한 훑기를 행한 후, 분석액을 흡인하여 회수하였다. 회수된 분석액량은 700 μL였다. 따라서, 도 1에 나타내는 이중관 구조의 노즐을 사용했을 때의 분석액의 회수율은 70%였다.
1, 100 노즐
10 노즐 본체
11 세관(small tube)
20 외관
110 배관
120 제1 외관
130 제2 외관
W 웨이퍼
D 분석액

Claims (2)

  1. 선단으로부터 기판 상에 분석액을 토출시키고, 토출된 분석액으로 기판 표면을 훑은(scanning) 후에 분석액을 흡인하는 기판 분석용 노즐에 있어서,
    분석액을 토출 및 흡인하는 배관, 훑는 분석액을 둘러싸듯이 배관의 바깥 둘레에 설치된 제1 외관, 및 제1 외관의 바깥 둘레 쪽에 설치된 제2 외관으로 이루어지는 삼중관으로 구성되고,
    배관과 제1 외관 사이를 배기경로로 하는 제1 배기수단과, 제1 외관과 제2 외관 사이를 배기경로로 하는 제2 배기수단을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 분석용 노즐.
  2. 제1항에 기재된 기판 분석용 노즐을 사용하여 기판을 분석하는 방법에 있어서,
    배관으로부터 기판에 분석액을 토출시키고, 제2 배기수단에 의해 배기하면서 토출된 분석액으로 기판 표면을 훑은 후, 제2 배기수단을 정지하고 제1 배기수단에 의해 배기하면서 분석 대상물을 포함하는 분석액을 배관에 흡인하는 것을 특징으로 하는 기판 분석방법.
KR1020187017180A 2017-07-18 2017-07-18 기판 분석용 노즐 및 기판 분석방법 KR102115107B1 (ko)

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