(57)【要約】【課題】本発明は、親水性の大きな特性を有する基板について、分析液で掃引しても、分析液が漏れだすことなく、確実に分析可能となる基板分析用のノズルを提供する。【解決手段】本発明は、  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、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において、  ノズル本体の先端に向けて、基板表面と略平行の方向に不活性ガスを吹き付けるガス吹付管を、外管先端の外周側で、かつ、ノズルの掃引方向と反対側に配置したことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、
ノズル本体の先端に向けて、基板表面と略平行の方向に不活性ガスを吹き付けるガス吹付管を、外管先端の外周側で、かつ、ノズルの掃引方向と反対側に配置したことを特徴とする基板分析用のノズル。
【請求項２】
不活性ガスの吹付角度が、基板表面に対して０度〜７５度の範囲である請求項１に記載の基板分析用のノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ等の基板分析に利用するノズルは、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際に用いられている。具体的には、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うことで、形成膜中の不純物を基板表面に残渣として残し、その後、微量の分析液を吐出し、吐出した分析液で基板表面を掃引し不純物を回収する際に用いられている。疎水性の基板上では、分析液が表面張力により液滴の状態を維持しやすいため、このような基板表面の掃引が可能となる。そして、このようなノズルによる掃引によって基板上の金属等を分析液中に移動させ、分析液を分析することが可能となる。
【０００３】
この基板分析用のノズルとしては、先端から基板上に分析液を吐出し、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ようになっており、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たものが知られている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に開示された二重管構造の基板分析用のノズルは、短時間で基板表面を掃引可能であり、掃引中に分析液が脱落しにくいという特性がある。
【０００４】
この二重管構造の基板分析用のノズルは、具体的には図１に示すものである。図１のノズル１は、ノズル本体１０と、外管２０とからなる二重管で構成され、ノズル本体１０は、シリンジポンプ３０とチューブにより接続されており、分析液Ｄが吐出可能となっている。また、外管２０には、ノズル本体１０と外管２０との空間を減圧雰囲気になるようにポンプ（図示せず）に接続された吸引手段２１が設けられている。この図１で示す基板分析用のノズルでは、ノズル本体１０の先端部分に保持された分析液Ｄで、分析対象である基板の表面を掃引するように移動させる。掃引中は、ノズル本体１０と外管２０との間を減圧雰囲気にすることで、ノズル本体１０の先端部分に保持された分析液が脱落することが防止される。そのため、基板分析の効率化のため、ノズル口径を大きくしても、分析液が脱落することがなかった。
【０００５】
また、別の先行技術として、基板の表面を液滴で処理する基板処理装置において、円形の仮想線に沿って設けられた開口から気体を吹き出し可能となった治具と、前記開口から噴き出す気体の前記治具の内部での内部圧力を検出する圧力センサと、基板の表面の直行方向から基板を見て基板表面に付着した液滴を前記開口で囲う様に前記治具を保持して前記開口から噴き出した気体を基板の表面に吹き付けながら前記内部圧力と特定の圧力値である特定圧力値との差を小さくするように前記治具の基板の表面の直行方向に沿った位置を調整することができ基板の表面の直行方向から基板を見て基板の表面に付着した液滴を前記開口で囲う様に前記治具を保持して前記開口から噴き出した気体を基板の表面に吹き付けながら前記治具を基板の表面に沿って相対移動させることができる走査機器とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
この特許文献２の基板処理装置では、基板の表面に付着した液滴（例えば、分析液など）の周りから気体を吹き付けることで、液滴が治具から脱落することを防止することができる。そして、この基板処理装置であれば、基板の表面が液滴に対して親水性の場合であっても、液滴を保持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１２８０３３号公報
【特許文献２】特開２０１２−００９４７５号公報
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１のノズルであっても、基板表面の親水性が大きい場合、ノズルの先端部分を基板表面に対して、相対的に移動（掃引）させて基板表面を分析すると、そのノズルの移動方向（掃引方向）の反対側に、分析液が漏れ出してくる現象が発生しやすい傾向があった。具体的には、親水性の大きな基板表面を分析する場合、掃引する方向の反対側に、ノズルの先端から分析液Ｄの漏れ出し現象が発生しやすかった。
【０００９】
また、特許文献２の基板処理装置では、液滴の保持が確実にできるものの、開口から噴き出す気体の圧力が強すぎると保持した液滴が基板に接触する面積が少なくなるため、圧力調整を厳密に行う必要がある。そのためには装置構造が複雑となる傾向がある。また、開口から噴き出す気体の圧力を厳密にコントロールすることは難しい傾向となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、親水性の大きな特性を有する基板であっても、分析液で掃引した際に、ノズルから分析液が漏れだすことなく、確実に分析が実行できる、簡易な構造の基板分析用のノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、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、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において、ノズル本体の先端に向けて、基板表面と略平行の方向に不活性ガスを吹き付けるガス吹付管を、外管先端の外周側で、かつ、ノズルの掃引方向と反対側に配置したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の基板分析用のノズルでは、ノズル本体の先端にある分析液を保持するために、ノズル本体と外管との間の排気経路を減圧するようになっているが、このノズルに対して、外管先端の外周側で、かつ、ノズルの掃引方向との反対側に配置したガス吹付管により、ノズル本体の先端に向けて、基板表面と略平行の方向に不活性ガスを吹き付けることにより、ノズルの外管から漏れ出そうとする分析液をノズル内に押し戻す作用が働き、基板の掃引中においても、ノズルからの分析液の漏れ出しをより確実に防止することが可能となる。本発明の基板分析用のノズルは、ノズル本体と外管との間の排気経路を減圧できる構造となっているため、外管先端の外周側で、かつ、ノズルの掃引方向との反対側に、ガス吹付管を配置するという、極めて簡易な構造により本発明を実現することができる。本発明の基板分析用のノズルでは、ガス吹付管から吹き付ける不活性ガスの吹付量を調整するだけで、分析液の漏れ出しを効果的に防止できるので、ノズル本体と外管との間の排気経路を減圧する際の圧力調整などを厳密にコントロールする機構等を要しない。尚、吹付に用いる不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガスなどを用いることができる。
【００１３】
本発明におけるガス吹付管の形状には特に制限はないが、ガス吹付管からの不活性ガスの吹付角度は、基板表面に対して０度〜７５度の範囲とすることが好ましい。基板表面に対して不活性ガスを垂直に吹き付けると、基板に衝突した不活性ガスは基板表面と略平行の方向に流動して広がることになるが、基板表面に吹き付けた不活性ガスをノズル本体の先端の方向へ積極的に流動する様にするためには、不活性ガスの吹付角度を基板表面に対して０度〜７５度、即ち、基板表面と平行な方向から吹き付けるか、或いは、基板表面の垂直方向から傾斜した向きから吹き付けることで、分析液の漏れ出しを効果的に防止することができる。吹付角度が７５度を超えても、不活性ガスの吹き付けの効果はあまり変化せず、不活性ガスの吹付量を増加させる傾向となる。より好ましい吹付角度は０度から３０度である。
【００１４】
本発明に係る基板分析用のノズルは、親水性の大きな特性を有する基板を分析する場合に特に好適である。この親水性の大きな特性を有する基板とは、ホウ素含有量が比較的大きな、いわゆるＰ＋或いはＰ＋＋シリコンウェーハと呼ばれるものをバルクエッチングした半導体基板や、高いエネルギーでイオン注入をしたシリコンウェーハ、ドライエッチングでシリコンウェーハ上の有機物を分解した後のシリコンウェーハ、或いはＳｉＣやガラスウェーハなどがある。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明は、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た基板分析用のノズルに対して、外管先端の外周側で、かつ、ノズルの掃引方向との反対側に、ガス吹付管を単に配置するという、極めて簡易な構造を採用することにより、掃引中の分析液の脱落を確実に防止することができ、親水性の大きな基板表面であっても、分析液を脱落させることなく、効率的な分析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の二重管の基板分析用のノズルの断面図。
【図２】本実施形態における基板分析用のノズルの断面図。
【図３Ａ】本実施形態におけるノズル先端の縦断面模式図。
【図３Ｂ】本実施形態におけるノズル先端の横断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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用のノズルの断面図を示す。図２のノズル１は、ノズル本体１０と、外管２０とからなる二重管で構成される。ノズル本体１０は、シリンジポンプ３０とチューブにより接続されており、分析液Ｄが先端側に吐出可能となっている。また、外管２０には、ノズル本体１０と外管２０との空間を減圧雰囲気になるようにポンプ（図示せず）に接続された吸引手段２１が設けられている。
【００１８】
さらに、本実施形態のノズル１には、外管２０先端の外周側に、不活性ガスを吹き付けるガス吹付管４０が配置されている。このガス吹付管４０は、ノズル１の掃引方向（移動方向）と反対側に相当する位置に配置されている。尚、ノズル掃引操作は、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Ｗの表面全体に対して行うことができる。
【００１９】
このガス吹付管４０は、パイプ状のもので外管２０先端の外周側において、ノズル本体の先端方向に不活性ガスが流動するように、基板表面と略平行に配置してもよく、基板表面に対して傾いた状態に配置してもよい。具体的には、図３Ａに示すように、吹付角度θが０度から７５度の範囲で、不活性ガスが吹き付けられるように配置する。
【００２０】
ガス吹付管４０による不活性ガスの吹き付け位置は、例えば、吹付角度３０度の場合、図３Ｂに示すように、ノズル本体１０の先端に向かう様に、基板表面と略平行の方向で不活性ガスを吹き付けられるような場所Ｘを選択する。この吹き付け位置は、ガス吹付管４０の管断面積や吹付量などを考慮して、決定することができる。吹き付ける不活性ガスの流量は、ガス吹付管４０から噴き出されるときの不活性ガスの線速度が１０〜３０ｍ／ｓｅｃとなるように、管径及びガス流量を調整した。具体的には、ガス吹付管４０の管径を０．５〜３．０ｍｍを用いた。
【００２１】
本実施形態の基板分析用のノズルを使用した分析について説明する。本実施形態のノズルでは、ノズル本体が１０ｍｍ、外管は２０ｍｍ、ノズル本体に対する外管の大きさが直径で２倍のノズルを用いた（以下で説明する比較例１、２のノズルも同様）。ガス吹付管４０は、管内内径２.０ｍｍで、吹付角度３０度となるように、図３Ｂで示した外管２０の外周端から５０ｍｍ離れた場所（吹き付け位置Ｘ）に不活性ガスを吹き付けるようにした。
【００２２】
次に、具体的な分析方法及びその結果について説明する。分析方法としては、図１に示す従来タイプの基板分析用ノズルを用いた場合であって、吸引手段２１を使用しない場合（比較例１）と使用する場合（比較例２）、そして、図２に示すガス吹付管を備えた基板分析用ノズルを用いた場合（実施例１）を順次行い、ノズルの掃引速度と分析液の漏れ出しについて調べた。分析対象の基板としては、８インチのシリコンウェーハに、ホウ素が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３含有されている半導体基板を用いた。
【００２３】
＜比較例１＞まず、準備した半導体基板について、オゾンガスとフッ化水素酸蒸気を用いた気相分解法によるエッチングを行った。その後、その半導体基板表面を、図１のノズルを用いて１ｍｍ／ｓｅｃの速度で掃引して分析を行った。
【００２４】
分析手順としては、まず、ノズルを３％ＨＦ、４％Ｈ２Ｏ２を含む分析液に浸漬し、シリンジポンプ３０で吸引してノズル本体１０の液溜内に分析液を１０００μＬ充填した。その後、半導体基板Ｗ上に分析液Ｄを８００μＬ吐出させ、外管２０の先端で分析液Ｄを取り囲むように保持しながら、分析液Ｄが基板Ｗの表面全体を通過するようノズルを掃引操作した。そして、この比較例１では、吸引手段２１は使用しなかった。その結果、比較例１の場合、ノズルの掃引速度（ウェーハとノズルとの相対速度）が１ｍｍ／ｓｅｃであっても、ノズル先端から分析液の漏れ出しが確認された。
【００２５】
＜比較例２＞この比較例２では、上記比較例１と同様な条件で、ノズル掃引操作中、ポンプを用い、吸引速度０．３〜１．０Ｌ／ｍｉｎで吸引手段２１より、ノズル本体１０と外管２０との間の空間を減圧雰囲気にした。その結果、この比較例２の場合、ノズルの掃引速度が２ｍｍ／ｓｅｃでは分析液のノズル先端からの漏れ出し現象は確認されなかった。しかし、３ｍｍ／ｓｅｃにすると分析液の漏れ出しが確認された。
【００２６】
＜実施例１＞実施例１では、図２に示すガス吹付管を備えた基板分析用ノズルを使用して行った。不活性ガスは窒素ガスを用い、吹付量２.０Ｌ／ｍｉｎとした。そして、上記比較例２と同じ条件で、吸引手段２１よりノズル本体１０と外管２０との間の空間を減圧雰囲気にした。その結果、実施例１の場合、ノズルの掃引速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとしても、分析液のノズル先端からの漏れ出し現象は確認されなかった。そして、ノズル掃引操作中、基板表面に分析液が残ることがなく、基板表面全体をノズルでの掃引操作をすることができた。
【００２７】
以上における分析の結果より、ガス吹付管にて、外管の外周側に不活性ガスを吹き付けることだけで、ノズルの吸引手段のみを使用した場合（比較例２）と比べても、５倍も速くノズルを掃引操作することができた。更に、親水性の高いウェーハにおいては、ノズルの吸引手段による減圧だけでは、掃引速度を遅くしても掃引時に分析液をノズル先端に保持できない場合が生じたが、ガス吹付管を用いると、掃引速度を遅くすれば、分析液をノズル先端に確実に保持することができ、ノズル先端からの分析液の漏れ出し現象を効果的に防止できることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、親水性の高い基板であっても、ノズルの先端からの分析液の漏れ出し現象を確実に防止して分析を進めることができるので、基板に含まれる金属等の微量の汚染物を効率的に分析することが可能となる。また、極めて簡易なノズル構造で、ガスの吹き付け圧力などの調整機構などが必要ないので、装置コスト的にも経済的となる。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ノズル本体
２０  外管
２１  吸引手段
３０  シリンジポンプ
４０  ガス吹付管
Ｗ    ウェーハ（基板）
Ｄ    分析液
【図１】
2017156338.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2017156338.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月11日(2017.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、
外管先端の外周側で、かつ、ノズルの掃引方向との反対側に配置されたガス吹付管により、基板表面に不活性ガスを吹き付けることで、ノズル本体の先端に向けて、基板表面と略平行の方向に不活性ガスを流動させることを特徴とする基板分析用のノズル。
【請求項２】
基板表面に吹き付ける不活性ガスの吹付角度が、基板表面に対して０度〜７５度の範囲である請求項１に記載の基板分析用のノズル。