TW201800735A - 基板分析用的噴嘴 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種基板分析用的噴嘴，是針對具有親水性較大之特性的基板，即使利用分析液來掃描，分析液也不會漏出，而可確實地進行分析的基板分析用的噴嘴。
本發明之基板分析用的噴嘴係由下述雙層管所構成，且具備將噴嘴主體與外管之間作為排氣路徑的排氣手段，該雙層管係由吐出及抽吸分析液的噴嘴主體、及以包圍要掃描之分析液的方式配設在噴嘴主體之外圍的外管所構成，該基板分析用的噴嘴係在外管前端的外周側且為噴嘴之掃描方向的相反側，配置朝噴嘴主體之前端將惰性氣體噴附至與基板表面大致平行之方向的氣體噴附管。

Description

基板分析用的噴嘴
本發明是關於用來分析基板所含的微量金屬等分析對象物的噴嘴。
利用在半導體晶圓等基板分析的噴嘴是在利用微量的分析液檢測出於製程等中混入基板的金屬、有機物質等時所使用者。具體而言是使用在下述時機：在分析於矽晶圓等之基材上形成有二氧化矽膜或氮化矽膜等的基板的情況下，利用氣相分解法等進行將形成膜蝕刻的前處理，藉此以殘渣的形式將形成膜中的雜質殘留在基板表面，接下來吐出微量的分析液，利用吐出的分析液掃描基板表面並回收雜質時。在疏水性的基板上，由於分析液藉由表面張力而容易維持液滴的狀態，因此可實現這種基板表面的掃描。而且，可透過這種利用噴嘴的掃描，使基板上的金屬等移動至分析液中，並且對分析液進行分析。
就該基板分析用的噴嘴而言，已知有一種由雙層管所構成之噴嘴，該雙層管係包含：從前端將分析液吐出在基板上，且利用吐出的分析液掃描基板表面之後再抽吸分析液，吐出及抽吸分析液的噴嘴主體；以及以包 圍要進行掃描的分析液的方式配設在噴嘴主體之外圍的外管(例如專利文獻1)。該專利文獻1所揭示的雙層管構造的基板分析用的噴嘴係可在短時間掃描基板表面，並且具有分析液不容易在掃描中脫落的特性。
具體而言，該雙層管構造的基板分析用的噴嘴是如第1圖所示者。第1圖的噴嘴1係由包括噴嘴主體10及外管20的雙層管所構成，噴嘴主體10係透過管體而與注射泵30連接，而可吐出分析液D。又，在外管20設有與泵(未圖示)連接的抽吸手段21，俾使噴嘴主體10與外管20之間的空間形成減壓環境。該第1圖所示的基板分析用的噴嘴是以利用保持在噴嘴主體10之前端部分的分析液D掃描作為分析對象的基板表面的方式使其移動。在掃描中，透過使噴嘴主體10與外管20之間形成減壓環境，防止保持在噴嘴主體10之前端部分的分析液脫落。因此，即使為了使基板分析更有效率而加大噴嘴口徑，分析液也不會脫落。
再者，就其他之先前技術而言，提案有一種以液滴處理基板之表面的基板處理裝置，該基板處理裝置係具備：夾具(jig)，係可從沿著圓形之虛線設置之開口噴出氣體；壓力感測器，係檢測出從前述開口噴出之氣體在前述夾具之內部的內部壓力；以及掃描機器，係以從基板之表面的直行方向觀看基板且以前述開口圍繞附著在基板表面之液滴的方式保持前述夾具，且將從前述開口噴出之氣體噴附在基板之表面，同時以使前述內部壓力與屬於 特定之壓力值的特定壓力值之差減小的方式，可調整沿著前述夾具之基板表面之直行方向的位置，並且從基板表面之直行方向觀看基板且以前述開口圍繞附著在基板表面之液滴的方式保持前述夾具，且將從前述開口噴出之氣體噴附在基板之表面，同時使前述夾具沿著基板之表面相對地移動(例如專利文獻2)。
在該專利文獻2之基板處理裝置中，藉由從附著在基板表面之液滴(例如分析液等)之周圍噴附氣體，而可防止液滴從夾具脫落。並且，若為該基板處理裝置，則即使基板之表面相對於液滴具親水性之情形時，亦可保持液滴。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-128033號公報
[專利文獻2]日本特開2012-009475號公報
然而，就算是上述專利文獻1所記載的噴嘴，在基板表面的親水性較大的情況時，一旦使噴嘴的前端部分相對於基板表面相對性地移動(掃描)來分析基板表面，就有容易在該噴嘴的移動方向(掃描方向)的相反側發生分析液漸漸漏出的現象之傾向。具體而言，在分析親水性較大的基板表面的情況時，在掃描方向的相反側容易發生分析液D從噴嘴之前端漏出的現象。
再者，在專利文獻2之基板處理裝置中，雖 可確實地保持液滴，但從開口噴出之氣體的壓力過強時，所保持之液滴與基板接觸的面積會變少，因此必須嚴密地進行壓力調整。因此，會有裝置構造變複雜之傾向。此外，有難以嚴密地控制從開口噴出之氣體之壓力的傾向。
因此，本發明之目的在於提供一種簡易構造之基板分析用的噴嘴，就算是具有親水性較大之特性的基板，在利用分析液進行掃描之際，分析液也不會從噴嘴漏出，而可確實進行分析。
為了要解決上述課題，本發明之基板分析用的噴嘴係由下述雙層管所構成，且具備將噴嘴主體與外管之間作為排氣路徑的排氣手段，該雙層管係由吐出及抽吸分析液的噴嘴主體、及以包圍要掃描之分析液的方式配設在噴嘴主體之外圍的外管所構成，該基板分析用的噴嘴係在外管前端的外周側且為噴嘴之掃描方向的相反側，配置朝噴嘴主體之前端將惰性氣體噴附至與基板表面大致平行之方向的氣體噴附管。
在本發明之基板分析用的噴嘴中，為了保持位在噴嘴主體之前端的分析液，雖係將噴嘴主體與外管之間的排氣路徑予以減壓，但藉由相對於該噴嘴配置在外管前端之外周側且為噴嘴之掃描方向之相反側的氣體噴附管，朝噴嘴主體之前端將惰性氣體噴附至與基板表面大致 平行之方向，而發揮使欲從噴嘴之外管漏出之分析液推回至噴嘴內之作用，即使在基板之掃描中，亦可更確實地防止分析液從噴嘴之漏出。本發明之基板分析用的噴嘴係成為可將噴嘴主體與外管之間的排氣路徑予以減壓之構造，因此可藉由將氣體噴附管配置在外管前端之外周側且為噴嘴之掃描方向之相反側的極簡易構造，來實現本發明。在本發明之基板分析用的噴嘴中，只要調整從氣體噴附管噴附之惰性氣體之噴附量，即可有效地防止分析液之漏出，因此不需要用以嚴密地控制在將噴嘴主體與外管之間的排氣路徑予以減壓時之壓力調整等的機構等。此外，就用於噴附之惰性氣體而言，可採用氮氣、氬氣等。
本發明之氣體噴附管的形狀雖無特限制，但從氣體噴附管之惰性氣體的噴附角度，較佳為相對於基板表面在0度至75度之範圍。當對於基板表面垂直地噴附惰性氣體時，與基板碰觸之惰性氣體雖會朝與基板表面大致平行之方向流動而擴展，但為了使噴附在基板表面之惰性氣體朝噴嘴主體之前端的方向積極地流動，係使惰性氣體之噴附角度相對於基板表面成為0度至75度，亦即從與基板表面平行之方向噴附，或者從自基板表面之垂直方向傾斜之方向噴附，藉此可有效地防止分析液之漏出。即使噴附角度超過75度，惰性氣體之噴附的效果並無特別變化，而有使惰性氣體之噴附量增加之傾向。噴附角度更佳為0度至30度。
本發明之基板分析用的噴嘴尤其適合用來 分析具有親水性較大之特性的基板。所謂該具有親水性較大之特性的基板有：將硼含量較大之被稱為所謂P+或P++矽晶圓進行大量蝕刻之後的半導體基板、以高能量方式進行離子植入的矽晶圓、以乾蝕刻將矽晶圓上的有機物分解之後的矽晶圓、或是SiC或玻璃晶圓等。
如以上所說明，本發明係藉由採用下述之極簡易之構造，而可確實防止掃描中的分析液之脫落，就算是親水性較大的基板表面，也不會使分析液脫落，而可實現有效率的分析，該極簡易之構造係：對於由包括吐出並抽吸分析液之噴嘴主體、及以包圍要掃描之分析液的方式配置在噴嘴主體之外周的外管之雙層管所構成的基板分析用之噴嘴，僅將氣體噴附管配置在外管前端之外周側且為噴嘴之掃描方向的相反側。
1‧‧‧噴嘴
10‧‧‧噴嘴主體
20‧‧‧外管
21‧‧‧抽吸手段
30‧‧‧注射泵
40‧‧‧氣體噴附管
D‧‧‧分析液
W‧‧‧晶圓(基板)
X‧‧‧噴附位置
第1圖是習知雙層管的基板分析用的噴嘴的剖面圖。
第2圖是本實施形態之基板分析用的噴嘴的剖面圖。
第3A圖是本實施形態之噴嘴前端的縱剖面示意圖。
第3B圖是本實施形態之噴嘴前端的橫剖面示意圖。
以下，針對本發明之實施形態加以說明。第2圖是本實施形態之基板分析用的噴嘴的剖面圖。第2圖的噴嘴1係由包括噴嘴主體10及外管20的雙層管構 成。噴嘴主體10係藉由管體而與注射泵30連接，分析液D可朝向前端側吐出。並且，在外管20設有與泵(未圖示)連接的抽吸手段21，俾使噴嘴主體10與外管20之間的空間成為減壓環境。
再者，本實施形態之噴嘴1是在外管20前端的外周側設有噴射惰性氣體的氣體噴附管40。該氣體噴附管40係配置在相當於噴嘴1之掃描方向(移動方向)的相反側的位置。此外，噴嘴掃描操作係例如可藉由一邊使基板(晶圓W)旋轉，一邊使噴嘴從內側朝向外側移動等的方法針對基板W的表面整體來進行。
該氣體噴附管40係管狀物者，且在外管20前端之外周側，能以使惰性氣體朝噴嘴主體之前端方向流動的方式與基板表面大致平行地配置，亦能配置成相對於基板表面呈傾斜之狀態。具體而言，如第3A圖所示，配置成惰性氣體以噴附角度θ為0度至75度的範圍噴射。
以氣體噴附管40所進行之惰性氣體的噴附位置係例如為噴附角度30度之情形時，如第3B圖所示，以朝噴嘴主體10之前端的方式，選擇能以與基板表面大致平行之方向噴附惰性氣體之場所X。該噴附位置係可考慮氣體噴附管40之管剖面積或噴附量等而決定。噴附之惰性氣體的流量係以使從氣體噴附管40噴出時之惰性氣體的線速度成為10至30m/sec之方式，調整管徑及氣體流量。具體而言，係採用0.5至3.0mm之氣體噴附管40的管徑。
針對使用本實施形態之基板分析用的噴嘴 的分析加以說明。本實施形態之噴嘴是使用噴嘴主體為10mm、外管為20mm、外管相對於噴嘴主體的大小以直徑而言為兩倍的噴嘴(以下所要說明的比較例1、2的噴嘴亦同)。此外，氣體噴附管40係管內內徑為2.0mm且以使噴附角度成為30度之方式，而將惰性氣體噴附至距離第3B圖所示之外管20的外周端50mm之場所(噴附位置X)。
接著，針對具體的分析方法及其結果加以說明。就分析方法而言，依序針對使用第1圖所示之習知形式的基板分析用噴嘴且不使用抽吸手段21的情況(比較例1)及使用第1圖所示之習知形式的基板分析用噴嘴且使用抽吸手段21的情況(比較例2)、以及使用具備第2圖所示之氣體噴附管的基板分析用噴嘴的情況(實施例1)進行噴嘴的掃描速度及分析液之漏出狀況的調查。分析對象的基板是使用在8英吋的矽晶圓含有5×1019atoms/cm3之硼的半導體基板。
<比較例1>首先，針對所準備的半導體基板，利用使用臭氧氣體及氫氟酸蒸氣的氣相分解法來進行蝕刻。接下來，使用第1圖的噴嘴，以1mm/sec的速度掃描該半導體基板表面以進行分析。
就分析步驟而言，首先，將噴嘴浸泡在含有3%氟化氫(HF)、4%過氧化氫(H2O2)的分析液，利用注射泵30抽吸，將1000μL的分析液填充在噴嘴主體10的儲液管內。接下來，將800μL的分析液D吐出在半導體基板W上，一邊利用外管20的前端以包圍分析液D的方式 加以保持，一邊對噴嘴進行掃描操作，俾使分析液D通過基板W的表面整體。而且，該比較例1並未使用抽吸手段21。結果，在比較例1的情況下，雖然噴嘴的掃描速度(晶圓與噴嘴的相對速度)為1mm/sec，但仍確認到分析液從噴嘴前端漏出。
<比較例2>該比較例2是在與上述比較例1同樣的條件下，在噴嘴掃描操作中使用泵，以0.3至1.0L/min的抽吸速度利用抽吸手段21使噴嘴主體10與外管20之間的空間形成減壓環境。結果，在該比較例2的情況下，噴嘴的掃描速度為2mm/sec時，並未確認到分析液從噴嘴前端漏出的現象。然而，若是3mm/sec，就會確認到分析液的漏出。
<實施例1>實施例1是使用具備第2圖所示的氣體噴附管的基板分析用噴嘴來進行。惰性氣體是使用氮氣，噴射量為2.0L/min。接著，在與上述比較例2相同的條件下，利用抽吸手段21使噴嘴主體10與外管20之間的空間形成減壓環境。結果，在實施例1的情況下，就算將噴嘴的掃描速度設為10mm/sec，也未確認到分析液從噴嘴前端漏出的現象。而且，在噴嘴掃描操作中，分析液不會殘留在基板表面，而可對基板表面整體利用噴嘴進行掃描操作。
根據以上的分析結果，只要利用氣體噴附管將惰性氣體噴射在外管的外周側，則比起僅使用噴嘴之抽吸手段的情況(比較例2)，可加快噴嘴的掃描操作五倍之 多。再者，明顯可知在親水性高的晶圓中，雖然只利用噴嘴的抽吸手段進行減壓，則就算減緩掃描速度，仍會發生掃描時無法將分析液保持在噴嘴前端的狀況，但是若使用氣體噴附管，則只要減緩掃描速度，就可將分析液確實地保持在噴嘴前端，並且可有效地防止分析液從噴嘴前端的漏出現象。
[產業上的利用可能性]
本發明之基板分析用的噴嘴，就算是親水性較大的基板，也可確實地防止分析液從噴嘴前端的漏出現象並進行分析，因此可有效地分析基板所含的金屬等微量的污染物。而且，由於為極簡易之噴嘴構造，且無須氣體之噴附壓力等之調整機構等，因此就裝置成本而言具經濟性。
1‧‧‧噴嘴
10‧‧‧噴嘴主體
20‧‧‧外管
21‧‧‧抽吸手段
30‧‧‧注射泵
40‧‧‧氣體噴附管
D‧‧‧分析液
W‧‧‧晶圓(基板)

Claims (2)

  1. 一種基板分析用的噴嘴，係由下述雙層管所構成，且具備將噴嘴主體與外管之間作為排氣路徑的排氣手段，該雙層管係由吐出及抽吸分析液的噴嘴主體、及以包圍要掃描之分析液的方式配設在噴嘴主體之外圍的外管所構成，該基板分析用的噴嘴係在外管前端的外周側且為噴嘴之掃描方向的相反側，配置朝噴嘴主體之前端將惰性氣體噴附至與基板表面大致平行之方向的氣體噴附管。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基板分析用的噴嘴，其中，惰性氣體之噴附角度係相對於基板表面在0度至75度之範圍。
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