硅基板用分析装置的制作方法

本发明涉及一种分析半导体制造等所使用的硅基板中所含有的微量金属等的杂质的装置。尤其，本发明涉及一种适合于分析在分析对象的硅基板表面成膜形成有膜厚较厚的氮化膜或硅的氧化膜等的硅基板时的硅基板用分析装置。

背景技术：

在半导体等的制造时所使用的硅制晶圆等的硅基板，随着高集成化，需要一种能够检测出会对装置特性造成影响的金属等的杂质的分析装置。就即使硅基板的金属等的杂质量为极微量也能够检测出的分析方法而言，已知一种使用感应耦合等离子质量分析装置(icp-ms；inductivelycoupledplasmamassspectrometer)的方法。在该分析方法，必须将在硅基板中所含有的金属等的杂质以能够导入至icp-ms的形态取出，借由气相分解法蚀刻硅基板后，以分析液扫净该蚀刻后的硅基板表面，而使金属等的杂质迁移至分析液中，将该分析液导入至icp-ms而进行分析(例如，专利文献1)。另外，专利文献2揭示一种使用基板分析用喷嘴，将硅基板中所含有的杂质导入至分析液中进行分析的方法。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开平11-281542号公报

[专利文献2]日本特开2013-257272号公报。

技术实现要素：

(发明欲解决的课题)

在使用气相分解法的硅基板的杂质分析中，为使配置在气相分解处理室的硅基板，与含有氟化氢的蒸汽的蚀刻气体接触，而将形成在硅基板表面的氮化膜或氧化膜分解，使所述膜中所含有的金属等的杂质以残渣的形式残留在硅基板上。此是因为在含有氟化氢的蒸汽的蚀刻气体中无法将整体硅基板蚀刻，所以会以残渣的形式残留在硅基板上。然后，对于杂质以残渣的形式存在的硅基板表面，利用基板分析用喷嘴以氟化氢与过氧化氢的混合液的分析液扫净硅基板表面，而将杂质导入至分析液中，借由icp-ms对该回收后的分析液进行分析。

在硅基板表面形成的氮化膜或氧化膜较薄时，对分析的影响较少，但是所述膜厚较厚时，则会产生如以下的缺陷。在氮化膜的情况时，使用氟化氢的蚀刻气体进行气相分解时，si(nh4)xfy的氟化铵为白色盐会生成在硅基板上。由于氮化膜的膜厚较厚时，该白色盐会变多，导致回收后的分析液中的硅浓度变高，sio2会在icp-ms的界面部分析出，而有造成堵塞且使分析精确度低落的倾向。因此，虽然有使用加热板等将硅基板加热至160℃至180℃而使白色盐蒸发的对应方法，但是白色盐蒸发的同时，分析对象的金属等的杂质也会一起蒸发，造成杂质的回收率低落。而且，使氟化铵系的白色盐加热蒸发时，蒸发后的白色盐会附着在设置有加热板的处理室等的壁面，当发生该附着的白色盐从壁面落下的现象时，便成为污染硅基板的主要原因。另外，附着在壁面的白色盐必须进行定期的除去处理等的维护。另外，在氧化膜(sio2)的情况时，使用氟化氢的蚀刻气体进行气相分解时，会生成si(oh)4及h2sif6，并以残渣的形式残留在硅基板上，与氮化膜同样会使回收后的分析液中的硅浓度变高，对icp-ms的分析造成影响。

有鉴于此种情形，本发明的目的为提供一种硅基板用分析装置，其即便面对成膜形成有膜厚较厚的氮化膜或氧化膜的硅基板，也能够借由icp-ms而高精确度地分析氮化膜或氧化膜中所含有的微量金属等的杂质，也轻减装置的维护负担。

(用以解决课题的手段)

本发明涉及一种硅基板用分析装置，其具备下列：承载端口(loadport)，其用于设置收纳有分析对象的硅基板的收纳盒；基板搬运机器人，其能够将收纳在承载端口的硅基板取出、搬运及设置；干燥室，其使硅基板加热干燥；对准器(aligner)，其调整硅基板的位置；气相分解处理室，其用以借由蚀刻气体将硅基板蚀刻；分析扫描端口，其具有载置硅基板的分析载物台、及以分析液扫净载置在分析载物台的硅基板表面且将使分析对象物迁移后的分析液回收的基板分析用喷嘴；分析液采集装置，其具有能够将被基板分析用喷嘴回收后的分析液投入的分析容器；以及分析装置，其对从喷雾器(nebulizer)所供应的分析液进行感应耦合等离子分析；其中，对于成膜形成有氧化膜和/或氮化膜的硅基板，借由基板分析用喷嘴以高浓度回收液扫净硅基板表面而回收，将回收后的高浓度回收液吐出至硅基板表面后，在干燥室使残留有高浓度回收液的硅基板加热干燥，以分析液扫净干燥后的硅基板表面，对使分析对象物迁移后的分析液进行感应耦合等离子分析。

首先，借由本发明的硅基板用分析装置，针对利用感应耦合等离子分析所进行的分析装置进行说明。进行成膜形成有膜厚较厚的氮化膜或氧化膜的硅基板的分析时，借由基板搬运机器人从承载端口所取出的硅基板，首先被搬运至气相分解处理室，设置在处理室内。然后，使含有氟化氢的蒸汽的蚀刻气体接触硅基板而进行气相分解处理。进行该气相分解处理后的硅基板借由基板搬运机器人而被搬运、载置在分析扫描端口的分析载物台。此时，在分析扫净端口的基板分析用喷嘴中，投入含有高浓度氟化氢过氧化氢的混合液的高浓度回收液，借由保持在喷嘴前端的基板分析用喷嘴以该高浓度回收液扫净硅基板表面，而使si(nh4)xfy的氟化铵系白色盐或si(oh)4及h2sif6的生成物溶解。然后，在回收后的高浓度回收液中，将以残渣的形式存在于进行过气相分解处理后的硅基板表面的金属等的杂质导入。

接着，被基板分析用喷嘴回收后的高浓度回收液，吐出而倒回至硅基板表面，将高浓度回收液载置在硅基板表面的特定位置。载置有高浓度回收液的硅基板被基板搬运用机器人搬运、设置在干燥室时，进行100℃左右的加热干燥，借此进行高浓度回收液的蒸发。在氧化膜(sio2)的情况时，被导入至高浓度回收液中的硅(si)，会借由与氟化氢反应而成为下式。

si(oh)4+4hf→sif4+4h2o

也就是，氧化膜的si会成为sif4的气体而从硅基板表面减少。

另外，氮化膜的情况时，借由氟化氢所生成的si(nh4)xfy的氟化铵系白色盐，会因过剩的氟化氢而进行如下式的反应。

si(nh4)xfy+hf→sif4+nh4f

也就是，氮化膜的si也成为sif4气体而从硅基板表面减少。

在干燥室的经加热干燥的硅基板，其借由基板搬运用机器人而再次被搬运、载置在分析载物台。此时，分析液中投入有基板分析用喷嘴，然后，以分析液扫净硅基板表面而将杂质导入至分析液中。借由基板用喷嘴而回收的分析液，其被投入至位于分析液采集装置的分析容器，而到达喷雾器。随后，借由icp-ms分析喷雾器的分析液。因为该分析液即便面对膜厚较厚的氮化膜或氧化膜，也会形成si浓度较低的状态，所以也能够抑制sio2析出的现象，能够稳定地借由icp-ms而进行分析。因此，根据本发明的硅基板用分析装置，即便面对成膜形成有膜厚较厚的氮化膜或氧化膜的硅基板，也能够借由icp-ms而高精确度地分析氮化膜或氧化膜中所含有的微量金属等的杂质。

在本发明的硅基板用分析装置中，在干燥室将残留有高浓度回收液的硅基板加热干燥时，以将加热温度设为100℃至130℃为优选。大于130℃的温度时，在蒸发时金属等的杂质也有一起被蒸发的倾向。小于100℃时，会有在加热干燥耗费时间的倾向，无法确实地使高浓度回收液蒸发。

在本发明的高浓度回收液中，以使用10％至30％体积浓度的氟化氢与1％至30％体积浓度的过氧化氢的混合液为优选。虽然通常作为分析液所使用的氟化氢及过氧化氢的混合液为使用2％至4％体积浓度的氟化氢及2％至30％体积浓度的过氧化氢而制成，但是本发明的高浓度回收液为使用10％至30％体积浓度的氟化氢。在小于10％的氟化氢时，会有不足以使硅(si)形成sif4而去除的倾向，在大于30％的氟化氢时，会使硅基板表面成为亲水性，有妨碍高浓度回收液或分析液的回收的倾向。作为更优选的高浓度回收液，其20％至30％体积浓度的氟化氢及3％至5％体积浓度的过氧化氢的混合液。

在本发明的硅基板用分析装置中，将回收后的高浓度回收液吐出而倒回至硅基板表面时，能够一次吐出在硅基板表面的一处。将已使高浓度回收液倒回在特定一处的硅基板进行加热干燥，随后以分析液扫净硅基板时，只要以分析液扫净已倒回高浓度回收液的特定一处即可，故能够提升分析速度。另外，使回收后的高浓度回收液吐出而倒回至硅基板表面时，也能够使其分散而吐出在多处。若使高浓度回收液分散而吐出在硅基板表面，即能够缩短在干燥室的加热干燥时间。(发明效果)

如以上所说明，根据本发明的硅基板用分析装置，即便面对成膜形成有膜厚较厚的氮化膜或氧化膜的硅基板，也能够借由icp-ms而高精确度地分析氮化膜或氧化膜中所含有的微量金属等的杂质。另外，也能够减轻装置的维护负担。而且，根据本发明的硅基板用分析装置，从硅基板的分析之前处理(气相分解处理、利用高浓度回收液进行的处理、利用分析液进行的处理等)至借由icp-ms的分析为止，均能够全自动进行处理，所以能够迅速且有效率地进行硅基板中所含有的微量金属等的杂质的分析，而且能够避免来自环境及作业的污染。

附图说明

图1为硅基板用分析装置的概要图；以及

图2为基板分析用喷嘴的概略剖面图。

具体实施方式

以下，一边参照图示一边说明本发明的实施方式。图1为显示在本实施方式的硅基板用分析装置的概要图。图1的硅基板用分析装置1由下列所构成：承载端口10，其将收纳有分析对象的硅基板w的未图示的收纳盒设置；基板搬运机器人20，其能够将硅基板w取出、搬运及设置；对准器30，其调整硅基板的位置；气相分解处理室40，其用以将硅基板w蚀刻；干燥室50，其用于加热干燥处理；分析扫净端口60，其具备载置硅基板w的分析载物台61、以分析液扫净载置在分析载物台61的硅基板表面而回收的基板分析用喷嘴62、操作基板分析用喷嘴62的喷嘴操作机器人63、高浓度回收液及分析液；自动采样器70(分析液采集装置)，其设置有分析容器(未图示)，且该分析容器用于将被基板分析用喷嘴62回收后的高浓度回收液及分析液投入；喷雾器(未图示)；以及感应耦合等离子分析器(icp-ms)80，其进行感应耦合等离子分析。

图2为显示基板分析用喷嘴62的概要剖面图。借由喷嘴操作机器人(未图示)而进行搬运、移动等的操作的基板分析用喷嘴62，其构成能够在喷嘴本体621的液体储存部622内填充、吸引、排出分析液等溶液。例如使用分析液d而扫净硅基板表面时，借由将分析液保持在已设置于喷嘴本体621前端的圆顶状的溶液保持部623，使其与硅基板w表面接触，并借由喷嘴操作机器人以使分析液d在硅基板表面移动的方式进行操作，而使分析对象的微量金属等的杂质迁移至分析液中。

其次，针对借由本实施方式的硅基板用分析装置的分析顺序进行说明。首先，借由基板搬运机器人20将分析对象的硅基板w从承载端口10取出，搬运至已设置在装置内的对准器30而进行硅基板w的位置调整。随后，将硅基板w搬运至气相分解处理室40而配置在处理室内。

在气相分解处理室40中，其将含有氟化氢的蒸汽的蚀刻气体吹送至硅基板w，而进行气相分解处理。借由该气相分解处理，硅基板表面的氧化膜等薄膜中所含有的金属等的杂质或含有硅的化合物会以残渣的形式残留在硅基板上。

结束气相分解处理后的硅基板w，其被搬运、载置在分析载物台61。然后，使喷嘴操作机器人63运作而将高浓度回收液从分析扫描端口60填充至基板分析用喷嘴62。填充有高浓度回收液的基板分析用喷嘴62，其移动至硅基板上，将其一部分吐出至硅基板上，以将高浓度回收液保持在喷嘴本体前端的状态扫净硅基板w表面。借此，使以残渣的形式残留在硅基板上的金属等的杂质或含有硅的化合物导入至高浓度回收液中。在利用高浓度回收液进行扫净之后，被回收至基板分析用喷嘴62的高浓度回收液，其全部量吐出在硅基板上。此时的吐出位置可设为一处，也可分成多处进行。

载置有高浓度回收液的硅基板w被搬运至干燥室50且配置在室内。然后，借由100℃至130℃的温度将硅基板w进行加热干燥。借由在该干燥室50的加热干燥，在硅基板上存在的硅(si)，会以sif4的气体的形式挥发而被去除。

加热干燥后的硅基板w，其借由基板搬运机器人20而被搬运、载置在分析载物台61。然后，使喷嘴操作机器人63运作而将分析液从分析扫描端口60填充至基板分析用喷嘴62。填充有分析液的基板用分析喷嘴，其在硅基板w上移动，并将其一部分吐出，以将分析液保持在喷嘴本体前端的状态扫净硅基板w表面。借此，以残渣的形式残留在硅基板w上的金属等的杂质被导入至分析液中。利用该分析液所进行的扫净，其能够配合吐出高浓度回收液的位置而进行。例如，将高浓度回收液吐出在一处时，能够扫净该吐出位置附近，另外，分成多处而吐出时，能够以扫净硅基板全面来对应。

扫净硅基板表面而导入杂质后的分析液，其被投入至自动采样器(分析液采集装置)70上所具备的ptfe制被称为小玻璃瓶(vial)的分析容器(未图示)中。分析容器的分析液被喷雾器吸引，借由icp-ms而进行分析。

实施例1：针对分析成膜形成有膜厚500nm的氧化膜(sio2)的直径12英寸的硅基板的结果进行说明。作为高浓度回收液，其使用25％体积浓度的氟化氢及5％体积浓度的过氧化氢的混合液。另外，作为分析液，其使用3％体积浓度的氟化氢及4％体积浓度的过氧化氢的混合液。另外，针对分析器的icp-ms，其使用perkinelmer公司制elandrcii。

首先，不使用高浓度回收液而进行气相分解处理之后，以分析液扫净硅基板表面的全面，而将金属等的杂质导入至分析液中。此时，回收后的分析液的每1ml中的si浓度为约5000ppm。

其次，进行气相分解处理后，以高浓度回收液(约1ml)而扫净硅基板表面的全面之后，将高浓度回收液的全部量吐出在一处，在干燥室进行100℃、10min的加热干燥处理后，针对硅基板以分析液扫净硅基板表面的全面，而将金属等的杂质导入至分析液中。回收后的分析液的每1ml中的si浓度为约50ppm的非常低的浓度。

实施例2：针对分析成膜形成有膜厚100nm的氮化膜(sixny)的直径12英寸的硅基板的结果进行说明。高浓度回收液、分析液的使用与实施例1相同。

首先，不使用高浓度回收液而进行气相分解处理后，以分析液扫净硅基板表面的全面，而将金属等的杂质导入至分析液中。此时，回收后的分析液的每1ml中的si浓度为约10000ppm。

其次，进行气相分解处理后，以高浓度回收液(约1ml)扫净硅基板表面的全面之后，将高浓度回收液的全部量吐出在一处，在干燥室进行100℃、10min的加热干燥处理后，针对硅基板使用分析液扫净硅基板表面的全面，而将金属等的杂质导入至分析液中。回收后的分析液的每1ml中的si浓度为约70ppm的非常低的浓度。

而且，针对分析实施例2的成膜形成有氮化膜的硅基板时icp-ms的分析灵敏度进行说明。首先，不使用高浓度回收液而进行气相分解处理后，以分析液扫净硅基板表面的全面，而将金属等的杂质导入至分析液中时，若将该试料(分析液)导入至icp-ms，在刚导入后灵敏度会开始减少，至导入5分钟后时，灵敏度会减少至50％为止。此是因为sio2在icp-ms的界面部析出，将细孔堵塞之故。另一方面，气相分解处理后，进行利用高浓度回收液的处理，在干燥加热处理后，以分析液扫净硅基板表面的全面，而将金属等的杂质导入至分析液中时，即使将试料(分析液)导入至icp-ms，灵敏度也不太会减少，即便导入5分钟后，灵敏度的减少也在5％以内。

[产业上的利用可能性]

本发明即便面对成膜形成有膜厚较厚的氮化膜或氧化膜的硅基板，因为能够借由icp-ms而高精确度且迅速地分析氮化膜或氧化膜中所含有的微量金属等的杂质，所以能够提升半导体制造的效率。另外，根据本发明，从硅基板的前处理(气相分解处理、利用高浓度回收液进行的处理、利用分析液进行的处理等)至借由icp-ms进行分析为止，均能够全自动进行处理，所以能够使硅基板的分析步骤迅速化，同时能够避免来自环境及作业的污染。

符号说明

1硅基板用分析装置

10承载端口

20基板搬运机器人

30对准器

40气相分解处理室

50干燥室

60分析扫描端口

70自动采样器

80感应耦合等离子分析器

d分析液

w硅基板。