JP4899089B2 - 雰囲気分析装置及び雰囲気分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハの保存や搬送に用いる容器内の雰囲気をリアルタイムで分析したり、雰囲気の汚染物質を同定するのに用いて好適な雰囲気分析装置及びその装置を用いた雰囲気分析方法に関する。

現在、半導体関連分野に於いて、例えば半導体ウェーハの保存や搬送にミニエンバイロメント（ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰ）と呼ばれる容器が使用されているところであるが、該容器は、ほぼ密閉された小さなものであるため、内部で発生した気体の汚染物質がウェーハに吸着されて、半導体装置の製造に用いた場合、その製造歩留まりが低下したり、或いは、製品の信頼性が低下するなどの問題が起こっている。

従って、ミニエンバイロメント内の雰囲気の清浄度を管理することが重視されているのであるが、ミニエンバイロメントは、ほぼ密閉状態にすることができる容器である為、内部の雰囲気を測定するのは困難である。

従来、高感度で且つ小型の雰囲気センサーとして水晶振動子を主体とするＱＣＭ（ｑｕａｒｔｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）と呼ばれるものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

そこで、このＱＣＭをミニエンバイロメント内の雰囲気分析に使用すれば有効であろうと考えられるが、前記のような構成を採る場合、ミニエンバイロメント内に設置したセンサーと外部に設置した制御回路との間をケーブルで接続しなければならない。

従って、ミニエンバイロメントには、ケーブルを通す穴をあける等の加工を施さなければならず、工場の生産ラインで使用されているミニエンバイロメントに適用することは困難である。

また、ＱＣＭは高感度である為、雰囲気分析をリアルタイムで実施するには、良好に機能させることができるのであるが、汚染物質の種類を同定する、即ち、定性分析することはできない。
特開２００２−３３３３９４号公報

本発明では、例えばミニエンバイロメントなどの容器内に設置したセンサーと外部の制御回路とを容器に何らの加工を施すことなく接続することを可能にすると共に容器内の汚染物質を同定する為の資料を容易に取得することが可能であるようにする。

本発明に依る雰囲気分析装置及び雰囲気分析方法に於いては、ＱＣＭをセンサーとして含むセンサー装置と、該センサー装置から導出され且つ該センサー装置が設置された容器内から容器に既存の間隙を経て容器外へ取り出すのに必要な長さをもつフレキシブルフラットケーブルと、該容器外に取り出されたフレキシブルフラットケーブルと制御回路との間を結ぶケーブルとを備えてなる雰囲気分析装置、及び、その雰囲気分析装置を用いて容器内の雰囲気を分析することが基本になっている。

前記手段を採ることに依り、ミニエンバイロメントなどの容器内に於ける汚染物質の濃度変化を高感度で、且つ、リアルタイムで検出することができ、しかも、容器内に設置したセンサーであるＱＣＭと外部の制御回路とを接続する為に容器を加工することは一切不要であるから、多くの容器に簡単にセットして、雰囲気分析を行うことができる。また、容器内の汚染物質を定性分析して同定することができるので、速やかに汚染物質への対応策を採ることができ、そして、汚染物質を定性分析する為の資料を取得するのに必要な金属薄膜付き板はセンサーと簡単に着脱できる構造になっているので、その設置は容易である。

図１はセンサー及び近傍の構成を表す要部説明図であって、（Ａ）は要部上面を、そして、（Ｂ）は要部側面をそれぞれ示している。

図に於いて、１は発振回路基板、２は水晶振動子を主体とするセンサー（ＱＣＭ）、３はセンサーを保護するスペーサー、４はフレキシブルフラットケーブル、５はコネクタ、６は同軸ケーブルをそれぞれ示している。

前記したところから明らかであるが、本発明に依る雰囲気分析装置では、発振回路基板１を介してセンサー２と制御回路とを接続する信号線として、所要長さのフレキシブルフラットケーブル４及び同軸ケーブル６を用いている。ここで、フレキシブルフラットケーブル４の所要長さとは、センサー２及び発振回路基板１を含むセンサー装置をミニエンバイロメントなどの容器内に設置し、信号を容器外に取り出す場合、信号線が容器を通過するのに必要な長さの意味である。

図２はミニエンバイロメントである容器にセンサー装置を設置した状態を表す要部説明図であり、図１に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。

図に於いて、１１は発振回路基板１及びセンサー２を含むセンサー装置、１２は容器本体、１３は容器底部をそれぞれ示している。

図から明らかであるが、制御回路に接続されている同軸ケーブル６とセンサー装置１１との間にはフレキシブルフラットケーブル４が介在し、フレキシブルフラットケーブル４は容器本体１２と容器底部１３との間を容易に通過して内外を結ぶ役割を果たしている。

このように、容器自体には何らの加工を施すことなく、容器内にセンサー装置１１を設置し、且つ、フレキシブルフラットケーブル４を容器外に導出することができ、そして、フレキシブルフラットケーブル４は薄いので、容器の密閉性に影響を与えることはない。

ところで、ＱＣＭからなるセンサー２は高感度であるが、汚染物質の種類を同定する、即ち、定性分析することは不可能である。そこで、本発明に依る雰囲気分析装置に於いては、容器内の汚染物質を金属薄膜に吸着させ、その吸着された汚染物質をＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）やＳＩＭＳ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて物理分析することで同定することができる。

汚染物質の同定を行うには、金属薄膜を成膜したシリコンウェーハをセンサー装置１１と同様に容器内に設置し、金属薄膜に汚染物質を吸着させ、その曝露が終了した後、容器外に取り出して、ＸＰＳやＳＩＭＳを用いて汚染物質の分析を行う。

ＱＣＭからなるセンサー２を構成する水晶振動子では、その表面の汚染物質を分析することは可能であるが、水晶振動子は、その製造時に表面の清浄度を管理していないので、ミニエンバイロメントなどの容器内に曝露する前から汚染を受けているおそれがあり、分析用の試料として用いるのは適切ではない。

その点、表面分析用の金属薄膜をスパッタリングなどで成膜すれば、清浄な金属薄膜表面を用意することができるので好ましい。また、基準にする為の参照用として、雰囲気に曝露しない試料を作ることができるので、分析手段としてはより望ましい。

前記した金属薄膜付きのシリコンウェーハをセンサー装置１１と共にミニエンバイロメントなどの容器内に設置するには、何らかの保持機構が必要となるが、シリコンウェーハの設置場所はセンサー装置１１の近傍であって、且つ、簡単容易に着脱できる構成であることが望ましい。

図３は金属薄膜付きシリコンウェーハをセンサー装置近傍にセットするのに好適な保持機構を表す要部説明図であり、図に於いて、１は発振回路基板、１４は保持機構、１４Ａは保持機構を構成する狭幅のコ字型板、１４Ｂは広幅のコ字型板、１４Ｃは狭幅のコ字型板と広幅のコ字型板とを積層することで生成された溝をそれぞれ示している。

図３に見られる金属薄膜付きシリコンウェーハの保持機構に依れば、センサー装置１１に於ける発振回路基板１にシリコンウェーハを予め取り付けておくことができる保持機構１４が設けられ、ウェーハの装着及び取り外しは、ウェーハを保持機構１４に形成された溝１４Ｃ内を滑動させるのみで良いから、その作業は容易である。

センサー及び近傍の構成を表す要部説明図である。 ミニエンバイロメントである容器にセンサー装置を設置した状態を表す要部説明図である。 金属薄膜付きシリコンウェーハをセンサー装置近傍にセットするのに好適な保持機構を表す要部説明図である。

符号の説明

１ 発振回路基板
２ 水晶振動子を主体とするセンサー（ＱＣＭ）
３ センサーを保護するスペーサー
４ フレキシブルフラットケーブル
５ コネクタ
６ 同軸ケーブル
１１ 発振回路基板１及びセンサー２を含むセンサー装置
１２ 容器本体
１３ 容器底部
１４ ウェーハの保持機構
１４Ａ 狭幅のコ字型板
１４Ｂ 広幅のコ字型板
１４Ｃ 溝

Claims (3)

1. ＱＣＭをセンサーとして含むセンサー装置と、
   該センサー装置が設置された底部に本体を嵌装してなり、かつ、前記底部の外側面と前記本体の内側面との間に間隙が生成された容器と、
   該センサー装置から導出され且つ該センサー装置が設置された該容器内から該容器の該間隙を経て該容器外へ取り出されたフレキシブルフラットケーブルと、
   該容器外に取り出されたフレキシブルフラットケーブルと制御回路との間を結ぶ同軸ケーブルと
   を備えてなることを特徴とする雰囲気分析装置。
2. 前記センサー装置の近傍に金属薄膜付きのシリコンウェーハが設置され、前記シリコンウェーハは、狭幅のコ字型板を下側に、広幅のコ字型板を上側にして積層することで生成された溝で保持されること
   を特徴とする請求項１記載の雰囲気分析装置。
3. 請求項２記載の雰囲気分析装置を用いて容器内に於ける汚染物の分析を行う場合に於いて、
   センサー装置の測定値に基づいて求めた汚染成分濃度の時間変化、及び、前記シリコンウェーハに於ける金属薄膜に吸着された汚染物質の分析結果に基づいて求めた汚染物質の定性情報を総合して判断すること
   を特徴とする雰囲気分析方法。

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