DE3632400A1

DE3632400A1 - Method and device for characterising condensable impurities on a surface

Info

Publication number: DE3632400A1
Application number: DE19863632400
Authority: DE
Inventors: Reinhard Niessner
Original assignee: NIESSNER REINHARD PRIV DOZ DR
Current assignee: NIESSNER REINHARD PRIV DOZ DR
Priority date: 1986-09-24
Filing date: 1986-09-24
Publication date: 1988-03-31

Abstract

A method is described for the detection of particulate impurities or impurities incorporated in the surface. The method is based on the role of the impurities as condensation nuclei for a supersaturation of a vaporisable substance, said supersaturation being generated by adiabatic expansion. A spectrum which is dependent on the size of the impurities can be recorded by program-controlled pressure build-up and, consequently, variably producible supersaturations. The nucleation centres which have grown to drop size can therefore be counted, for example, optically. Only certain particles capable of interaction with the substance are activated as condensation nuclei for a given supersaturation by selecting the physico-chemical properties of the condensable substance.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durch führung eines solchen Verfahrens.The present invention relates to a method according to the preamble of Claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for through conduct such a procedure.

Bei vielen Fertigungsprozessen der Halbleitertechnik ist man auf eine partikelfreie Oberfläche eines Wafers angewiesen. Befinden sich auf einer Waferoberfläche Störstellen in Form lose deponierter Partikel bzw. einge bauter Versetzungen an der Oberfläche, so führen diese im Verlauf der weiteren Bearbeitung, z.B. bei sog. "Chemical vapor depositiony" - Verfahren, zu nicht homogenen Bedeckungen der Waferoberfläche. Da aber mehrere Funktionsschichten definierter Schichtdicke aufzubringen sind, wird durch das Vorhandensein von Störstellen die Funktionstüchtigkeit des dreidimensional aufgebauten Halbleiters beeinträchtigt.With many manufacturing processes of semiconductor technology one is on one particle-free surface of a wafer. Are on one Wafer surface defects in the form of loosely deposited particles or in builders dislocations on the surface, these lead in the course of the further processing, e.g. in so-called "chemical vapor depositiony" processes, to non-homogeneous coverings of the wafer surface. But there are several Functional layers of defined layer thickness are to be applied by the Presence of defects the functionality of the three-dimensional built semiconductor affected.

Eine wichtige Arbeitshilfe sind deshalb solche Verfahren, die die Ver schmutzung bzw. Partikelkontamination von Waferoberflächen anzeigen. Nur mit ihrer Hilfe kann eine Entscheidung über das Einfliesen des Wafers in den nächsten Prozessschritt getroffen werden.
*=H:PAAn important work aid are therefore those methods that indicate the contamination or particle contamination of wafer surfaces. Only with their help can a decision be made about tiling the wafer into the next process step.
* = H: PA

Zur Erkennung von organischen Kontaminationen werden zur Zeit Fluoreszenz scanner eingesetzt. Die Erkennung von Partikeln größer 300nm gelingt durch Streulichterzeugung und Schräglichtinspektion. Auch wird neuerdings die Photoelektronenemission zur Detektion von Kontaminationen eingesetzt. Bei der fortschreitenden Miniaturisierung genügen diese Verfahren jedoch nicht mehr. Die Photoelektronenemission spricht ohnehin nur bei größeren flächigen Kontaminationen an oder muß über Vervielfachung der Sekundär elektronen in komplizierter Weise, wie bei einem Rasterelektronenmikroskop verstärkt werden. Streulichtdetektion gelingt selbst bei Verwendung von Laserlichtquellen nur bei Partikeln größer 300nm.Fluorescence is currently used to detect organic contamination scanner used. The detection of particles larger than 300nm is possible Scattered light generation and oblique inspection. Also recently Photoelectron emission used for the detection of contamination. However, as miniaturization progresses, these methods suffice no more. The photoelectron emission speaks only for larger ones anyway surface contamination or must multiply the secondary electrons in a complicated way, like a scanning electron microscope be reinforced. Scattered light detection works even when using Laser light sources only for particles larger than 300nm.

Die Verwendung von Anfärbeverfahren zur Fluoreszenzerzeugung von Störstellen verbietet sich, da nach der lnspektion zwar der Grad der Verschmutzung bekannt ist, aber dafür dann das Problem der Entfernung des Anfärbereagenz bleibt.The use of staining methods to generate fluorescence from defects is forbidden since after the inspection the degree of pollution is known, but then the problem of removing the staining reagent remains.

Reflexionsspektroskopische Verfahren versagen ebenso wie andere oberflächen spektroskopische Verfahren, da mit diesen nur die Oberflächenbedeckung durch die Teilchen gemessen wird. Der Querschnitt von wenigen Submikron teilchen ist aber mit sämtlichen Verfahren (z.B. ESCA, XRF, Auger) nicht mehr auflösbar.Like other surfaces, reflection spectroscopic methods fail spectroscopic methods, since with these only the surface coverage measured by the particles. The cross section of a few submicrons However, particles are not with all processes (e.g. ESCA, XRF, Auger) more resolvable.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Charakterisierung von deponierten Partikeln anzu geben, bei welchem die oben genannten Unzulänglichkeiten nicht mehr auftreten und eine Charakterisierung der Teilchen oder der Störstellen in ihrer Anzahl und Größe möglich wird.The present invention is therefore based on the object based on starting a method for the characterization of deposited particles in which the above-mentioned shortcomings no longer occur and a characterization of the particles or the defects in their number and size becomes possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiter bildungen und vorteilhafte Einrichtungen zu seiner Durchführung werden im folgenden erläutert und sind Gegenstand von Unteransprüchen. Das erfindungs gemäße Verfahren ermöglicht nicht nur eine effektive Erkennung von deponierten Teilchen bzw. Störstellen auf einem Wafer ohne die oben genannten Unzulänglich keiten, sondern auch eine teilchen - oder störstellengrößenspezifische Detektion, was für viele Anwendungen von Bedeutung ist. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die zu untersuchende Oberfläche kurzfristig in eine Umgebung mit einem übersättigten Dampf gebracht. Dabei sind Übersättigung und chemische Zusammensetzung des Dampfes so gewählt, daß die deponierten Teilchen bzw. Störstellen als Kondensationskeim wirken. Durch Variation der Übersättigung wirken nur bestimmte Partikelgrößen bzw. Versetzungstiefen - oder erhebungen als Ort der bevorzugten Kondensation. Hierbei werden die sonst nicht sichtbaren Störstellen durch die während der Kondensation verursachte Anlagerung von flüssigen oder festem Material vergrößert und nunmehr sichtbar.This object is achieved by a method of the type mentioned with the characterizing features of claim 1. Further training and advantageous facilities for its implementation are explained below and are the subject of dependent claims. The method according to the invention not only enables effective detection of deposited particles or defects on a wafer without the above-mentioned shortcomings, but also particle or defect size-specific detection, which is important for many applications. In the method according to the invention, the surface to be examined is brought briefly into an environment with a supersaturated vapor. The supersaturation and chemical composition of the steam are selected so that the deposited particles or impurities act as condensation nuclei. By varying the supersaturation, only certain particle sizes or dislocation depths - or elevations - act as the preferred condensation location. Here, the otherwise invisible defects are enlarged by the accumulation of liquid or solid material caused during the condensation and are now visible.

Durch Wahl der chemischen Zusammensetzung des kondensierbaren Stoffes kann eine Auswahl der zu detektierenden Teilchen getroffen werden. So führt die Wahl eines Stoffes mit hoher Dielektrizitätskonstante und polaren Eigenschaften zur bevorzugten Anlagerung an aus anionischen Bestandteilen bestehenden Partikeln. Organische, fettartige Verunreinigungen werden da gegen bereits bei niedrigen Übersättigungen von organischen Lösungsmitteln als Kondensationskeim angeimpft. Wird ein kondensierbarer Stoff verwendet, der im flüssigen oder festen Zustand ein besonders gutes Fluoreszenzverhalten besitzt, so ist eine Dektion mit hohem Nachweisevermögen durchführbar. Werden die ankondensierten Störstellen nach Vergrößerung durch Streulicht - oder Fluoreszenzverfahren optisch meßbar, ist die Anwendung eines rasternden Bilderkennungsverfahrens möglich.A choice of the particles to be detected can be made by choosing the chemical composition of the condensable substance. The choice of a substance with a high dielectric constant and polar properties leads to the preferred attachment to particles consisting of anionic constituents. Organic, fat-like impurities are inoculated against condensation nuclei even at low supersaturations of organic solvents. If a condensable substance is used which has a particularly good fluorescence behavior in the liquid or solid state, a detection with high detection capability can be carried out. If the fused-impurity on the magnification by scattered light - or optically measurable fluorescence method, the application of a rasterized image recognition method is possible.

Eine andere Art zur schnellen Detektion der ankondensierten Störstellen ist einmal durch die Messung der dielektrischen Konstante gegeben. Dabei be findet sich der Wafer zwischen zwei zum Kondensator ausgebildeten Platten. Another way to quickly detect the condensed defects is given once by measuring the dielectric constant. Thereby be the wafer is located between two plates designed as a capacitor.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das kurzfristig zur Kon densation benutzte Material nach Beendigung des Kondensationsvorganges wieder in die Gasphase zurückkehrt. Damit entfällt eine lästige Reinigung des vermes senen Wafers.Another advantage of the invention is that the short term to Kon densation reused material after the condensation process returns to the gas phase. This eliminates the annoying cleaning of the vermes its wafers.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Abb. 1 erläutert. In der Einrichtung gemäß Abb. 1 befindet sich der Wafer 0 in einer mit der kondensationsfähigen Flüssigkeit gesättigten Atmosphäre, im vorliegenden Fall Wasserdampf. Dieser wird durch Diffusion von einer mit Wasser ständig benetzten Wand 1 in den gesamten Raum verteilt. Dadurch entsteht eine relative Feuchte von 100%. Dabei befindet sich der Wafer 0 in der verschlos senen Meßkammer. Nach einer vorwählbaren Zeit bis zu 20 sec wird das Magnet ventil 2 geöffnet und partikelfreie Luft 3 in die Meßkammer gedrückt. Der Auf bau des Überdruckes wird durch einen Druckaufnehmer 4 bis zu einem vorgewählten Wert verfolgt und dient zur Steuerung der Magnetventile. Danach wird die Kammer für weitere 20 sec auf dem vorgewählten Druck gehalten, um das neu zugepresste Gas ebenfalls auf 100% rel. Feuchte zu bringen. Nun wird vom Rechner gesteuert gleichzeitig das Magnetventil 5 und 6 geöffnet. Dadurch kommt es innerhalb 5 msec zu einer adiabatischen Expansion. Zugleich kühlt sich das Meßkammerinnere um 5°-10°C ab. Dies führt je nach vorgewähltem Überdruck zu einer Übersät tigung bis zu 300% rel. Feuchte. Dieses hohe Dampfangebot löst sich durch die Kondensation des Wasserdampfes an den deponierten Partikeln bzw. entsprechend großen Störstellen durch Tröpfchenbildung wieder auf. Während der kurzen Exi stenzzeit dieser Tröpfchen werden diese nun durch eine Schräglichtbeleuchtung 7 sichtbar. Je nach Anzahl der Störstellen wachsen die Tröpfchen bis zu 10 µm Größe an und werden somit in einem Mikroskop 8 optisch sichtbar. Da die Exi stenzzzeit der Tröpfchen nur wenige Millisekunden beträgt, wird ein entsprech end schnelles Bildauswerteverfahren 9 angewandt.An embodiment of the invention is explained below with reference to Fig. 1. In the device according to Fig. 1, the wafer 0 is in an atmosphere saturated with the condensable liquid, in the present case water vapor. This is distributed into the entire room by diffusion from a wall 1 which is constantly wetted with water. This creates a relative humidity of 100%. The wafer 0 is located in the closed measuring chamber. After a preselectable time up to 20 seconds, the solenoid valve 2 is opened and particle-free air 3 is pressed into the measuring chamber. The construction of the excess pressure is tracked by a pressure sensor 4 up to a preselected value and is used to control the solenoid valves. The chamber is then kept at the preselected pressure for a further 20 seconds in order to likewise adjust the newly injected gas to 100% rel. Bring moisture. Now the computer controls solenoid valve 5 and 6 simultaneously. This leads to an adiabatic expansion within 5 msec. At the same time, the interior of the measuring chamber cools down by 5 ° -10 ° C. Depending on the preselected overpressure, this leads to an oversaturation of up to 300% rel. Humidity. This large amount of steam dissolves due to the condensation of the water vapor on the deposited particles or correspondingly large defects due to the formation of droplets. During the short Exi stenzzeit these droplets are now visible through oblique lighting 7 . Depending on the number of defects, the droplets grow up to 10 µm in size and are therefore optically visible in a microscope 8 . Since the exis stenz time of the droplets is only a few milliseconds, a correspondingly fast image evaluation method 9 is used.

Das Verfahren ist bei Verwendung vorher vermessener monodisperser Partikel, welche auf einem Wafer deponiert werden, eichbar. Es werden bei diesem Ver fahren bei Anwendung einer Übersättigung von 300% noch 3 nm große Partikel als Kondensationskeim aktiviert.The method is when using previously measured monodisperse particles, which are deposited on a wafer, verifiable. In this ver when using a supersaturation of 300% they still drive 3 nm particles activated as a condensation seed.

Nach der kurzen adiabatischen Expansion kehrt das kondensierte Material durch den Druckausgleich wieder in die Gasphase zurück. Es ist keine Reinigung des Wafers nötig. Durch entsprechende Steuerung des Druckaufbaues ist die Auf nahme eines Störstellenspektrums als Funktion der Wasserübersättigung möglich.After the short adiabatic expansion, the condensed material sweeps through the pressure compensation back into the gas phase. It is not cleaning the Wafers needed. The pressure is increased by controlling the pressure build-up accordingly It is possible to take a spectrum of impurities as a function of water supersaturation.

Claims

1. A method for characterizing condensable impurities on a surface, characterized in that the surface to be examined is briefly exposed to a defined and sufficient physical supersaturation of an evaporable substance and the magnification caused by the condensation of the supersaturated substance at the impurity optically and / or electrically in number and size is registered.

2. The method according to claim 1, characterized in that the supersaturation their amount is varied.

3. The method and device according to claim 1 or 2, characterized in that that the supersaturation substance in the liquid or solid Phase by fluorescence, fluorescence quenching or photoelectrons emission is detectable.

4. The method according to claim 1-3, characterized in that the ver larger defects in an image recognition process will.

5. The method according to any one of claims 1-4, characterized in that physical supersaturation is chosen so that only a certain one Impurity size preferably acts as a condensation nucleus.

6. The method according to any one of claims 1-5, characterized in that by the nature of the chemical composition of ver applied substance impurities of certain chemical composition preferably serve as a condensation seed.

7. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that Count the droplets formed on the number of defects per Area unit is closed.

8. The method according to any one of claims 1-7, characterized in that the Speed of droplet formation as a measure of the type of defect ver is applied.

9. The method according to any one of claims 1-8, characterized in that the Supersaturation is achieved by cooling the surface.