JP2001007070A - ダスト除去装置及びダスト除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体ウェーハ表面に付着しているダストに対
してクリーニング用のレーザ光を照射してダストを除去
する際に、ダストのみにクリーニング用のレーザ光を集
光して、処理時間の短縮とダスト除去率の向上を図るこ
とを特徴とする。 【解決手段】規則的なパターンを有する半導体ウェーハ
１１の表面上に照射するための平行光を出射する参照用
レーザ源１３と、半導体ウェーハ表面からの反射光を集
光する第１の集光レンズ１６と、半導体ウェーハの規則
的パターンに起因する回折パターンは遮光し、ダストに
起因する散乱光を透過する空間フィルタ１７と、空間フ
ィルタを透過したダストに起因する散乱光を集光する第
２の集光レンズ１８と、ダスト像２０を結像させる光透
過板１９と、光透過に結像されたダスト像に対してレー
ザ光を照射するクリーニング用レーザ源２１とを具備し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウェーハ
等の試料表面に付着しているダストを除去するダスト除
去装置及びダスト除去方法に係り、特に表面に規則パタ
ーンが形成されているような試料表面に付着しているダ
ストを除去するのに好適なダスト除去装置及びダスト除
去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハに対して種々の処理、例
えば種々の膜の形成、パターンの転写、エッチング等が
施されることによって半導体装置が製造される。例え
ば、パターンの転写工程では、半導体ウェーハ上に最小
寸法がサブミクロンの微細パターンが焼き付けられる。
このパターン転写工程の際に、半導体ウェーハ上にダス
トが付着していると、正しくパターンが転写されず、そ
の半導体装置は不良品となってしまう。そこで、種々の
処理が行われる前に、半導体ウェーハ表面をクリーニン
グして、表面に付着しているダストを除去する必要があ
る。

【０００３】このクリーニングの手法としては、ダスト
の溶液中への溶解反応や溶液との化学反応を利用するウ
ェット洗浄法や、液体中でダストに機械的な力を与えて
ウェーハ表面から離脱させるメガソニック洗浄法等が一
般的に使用されている。

【０００４】これら従来の手法では、ダストサイズが小
さくなる（サブミクロンサイズ）程、除去するのが困難
になり、また処理中のダストの再付着か避けられないと
いう問題点がある。

【０００５】これらの問題点を解決する手法として、さ
らに従来では、レーザクリーニング法が開発されてい
る。これはダストにレーザを照射して分解、離脱させる
ものであり、レーザ光源としてはエキシマレーザ等が一
般的であり、レーザパルスの照射によりウェーハ表面の
ダストに熱エネルギーが与えられて、ダストの分解、離
脱が生じる。

【０００６】また、上記のレーザクリーニング法は、レ
ーザの照射の仕方により、全面スキャン法と部分スキャ
ン法とに分けられる。前者の全面スキャン法は、レーザ
をウェーハ全面にスキャンして照射する手法であり、照
射出力、パルス時間、スキャン数をパラメータとする。

【０００７】しかし、この全面スキャン法は、全面がス
キャンされるために正常（清浄）なウェーハ面もレーザ
照射による損傷を受ける。このため、清浄面の損傷レベ
ルが低くなる条件でスキャンすると、ダストに与える熱
エネルギーも小さくなるので、ダストの除去率が低下す
る。また、ウェーハ周辺のレーザビームの折り返し位置
近傍ではスキャン速度が低下するため、全面均一の照射
条件とはならず、ウェーハ周辺で損傷密度が高くなる。
また、処理時間はダスト数に依らず、ダスト数が少なく
ても処理時間は短くならない。

【０００８】後者の部分スキャン法は、レーザ照射をダ
ストに限定して行うので、ダストの存在していない領域
はレーザ照射の影響を受けない。しかし、予めダストの
位置及びサイズを確認しておく必要がある。一般的には
ウェーハ全面についてはダストチェックが必要になるの
で、ダスト数に依らず一定の検査時間が必要になる。ま
た、ダスト検査装置のアライメントは通常、画像認識法
によるので、ダスト位置座標の精度に問題があること
と、レーザ照射装置とのアライメントの精度から正確に
ダストに対して照射するのが困難である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、ダストに
レーザを照射して除去するレーザを用いた従来のダスト
除去装置及び方法ではそれぞれ一長一短があり、高いダ
ストの除去率、短い処理時間、清浄面に対して損傷を与
えない、という全ての要求を満足することができないと
いう問題がある。

【００１０】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、高いダストの除去率を
有し、かつ処理時間が短かく、清浄面に対して損傷を与
える恐れのないダスト除去装置及びダスト除去方法を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明のダスト除去装
置は、規則的パターンを有する試料の表面上に平行光を
照射する手段と、上記平行光が照射された上記試料表面
からの反射光を集光する第１の集光レンズと、上記試料
の規則的パターンに起因する回折パターンは遮光し、上
記試料表面に付着しているダストに起因する散乱光を透
過する空間フィルタと、上記空間フィルタを透過した上
記ダストに起因する散乱光を集光する第２の集光レンズ
と、上記第２の集光レンズの像焦点面に配置されダスト
像を結像させる光透過板と、上記光透過板に結像された
ダスト像に対してレーザ光を照射するレーザ光照射手段
とを具備したことを特徴とする。

【００１２】また、この発明のダスト除去方法は、規則
的パターンを有する試料の表面上に平行光を照射し、上
記平行光が照射された上記試料表面からの反射光を集光
し、上記集光された上記試料表面からの反射光のうち、
試料の規則的パターンに起因する回折パターンは遮光
し、上記試料表面に付着しているダストに起因する散乱
光を透過させ、上記透過した上記ダストに起因する散乱
光を集光し、上記集光された上記ダストに起因する散乱
光に基づくダスト像を光透過板に結像させ、上記光透過
板に結像されたダスト像に対してレーザ光を照射するこ
とによって上記試料表面に付着しているダストを分解、
離脱させることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明を
実施の形態により説明する。

【００１４】図１は、この発明に係るダスト除去装置の
第１の実施の形態による全体の構成を示す概略図であ
る。図において、１１は試料、例えば半導体ウェーハで
ある。この半導体ウェーハ１１はそれぞれが例えばパワ
ーデバイスからなる複数のダイ（チップ）領域からな
り、例えばトレンチ領域等の規則的なパターンが各ダイ
（チップ）領域の大部分を占めている。上記半導体ウェ
ーハ１１の表面上には多数のダストが付着しているが、
図では１個のダスト１２で例示している。また、このダ
スト１２の大きさは必ずしも実際の寸法を反映していな
い。

【００１５】１３は参照用レーザ源であり、この参照用
レーザ源１３から出射された平行光はブロジェクション
レンズ１４で集光され、さらにハーフミラー１５で反射
され、第１のレンズ（フーリエ変換レンズ）１６で集光
された後に上記半導体ウェーハ１１の表面に照射され
る。この第１のレンズ１６の焦点距離はｆ１である。

【００１６】上記半導体ウェーハ１１からの反射光は上
記第１のレンズ１６で再び集光され、この第１のレンズ
１６の上記半導体ウェーハ１１とは反対側の焦点面に配
置された空間フィルタ１７に照射される。ここで、半導
体ウェーハ１１表面の規則的なパターンに平行光を照射
すると、その反射光は０次、１次、…の回折光となる。
そして、フーリエ変換レンズである第１のレンズ１６で
上記反射光を集光すると、レンズの焦点面には回折像が
結像する。一方、規則的なパターン上のダスト１２に照
射された平行光は散乱光となって反射される。

【００１７】上記空間フィルタ１７は、例えばガラス基
板上にＣｒなどからなる光不透過性膜による上記回折パ
ターンに対応した遮光パターンが形成されており、半導
体ウェーハ１１上の規則的なパターンに対応した回折像
は、この空間フィルタ１７を透過せずに遮断される。一
方、散乱光はフィルタリングされないので、ダスト１２
に応じた散乱光のみがこの空間フィルタ１７を透過す
る。

【００１８】空間フィルタ１７を透過した光は第２のレ
ンズ（逆フーリエ変換レンズ）１８で集光された後に、
例えばガラス板などからなる光透過板１９上にダスト像
２０として結像される。上記第２のレンズ１８の焦点距
離はｆ２である。

【００１９】そして、エキシマレーザなどのクリーニン
グ用レーザ源２１から出射されるクリーニング用レーザ
光が集光用レンズ２２で集光さレーザ光透過板１９上に
結像されたダスト像２０に対して照射される。

【００２０】このような構成において、目視により光透
過板１９上に結像されたダスト像２０を確認しつつ、光
透過板１９上に結像されたダスト像２０に対してクリー
ニング用レーザ光源２１の位置合わせを手動操作により
行い、クリーニング用レーザ光を照射することにより、
クリーニング用レーザ光は、半導体ウェーハ１１からの
散乱光の経路とは逆の経路で、すなわち光透過板１９、
第２のレンズ１８、空間フィルタ１７及び第１のレンズ
１６からなる経路で伝達され、半導体ウェーハ１１上の
ダスト１２に集光する。これにより、ダスト１２に熱エ
ネルギーが与えられ、ダスト１２が分解され、離脱す
る。

【００２１】このように上記実施の形態によれば、クリ
ーニング用のレーザ光はダスト１２のみに集光するの
で、ダストの存在していない半導体ウェーハ１１の清浄
面は損傷を受けない。また、ダスト１２のみにクリーニ
ング用のレーザ光が集光するので、クリーニング用レー
ザ源２１のエネルギー出力を十分に高くすることがで
き、ダストを高い除去率で除去することができる。ま
た、ダスト１２の検出は原理的には瞬時に行うことがで
きるので、検査時間はほとんどかからない。従って、ダ
ストの除去処理に要する時間はダスト数に依存し、ダス
トの数が少ない程、短くなる。

【００２２】なお、光透過板１９上に結像されたダスト
像２０を確認する際に、拡大レンズなどを用いてダスト
像を拡大させるようにすれば、より正確にダスト像２０
の位置を確認することができる。

【００２３】図２及び図３はそれぞれ、上記半導体ウェ
ーハ１１の各ダイ（チップ）領域３０表面のパターン形
状を示す平面図である。図２に示したダイ（チップ）領
域３０には、複数のラインが互いに平行となるようなパ
ターンが形成されている。図３に示したダイ（チップ）
領域３０には、それぞれ複数のラインが格子状となるよ
うなパターンが形成されている。

【００２４】図２及び図３に示した規則的なパターンを
有する半導体ウェーハ表面に対して平行光を照射する
と、前記のようにウェーハ表面からの反射光は０次、１
次、…の回折光となり、第１のレンズ１６でこの反射光
を集光すると、レンズの焦点面には回折像が結像する。

【００２５】従って、図２及び図３に示したような規則
的なパターンを有する半導体ウェーハ表面上のダストを
除去する場合は、予め空間フィルタ１７においてそれぞ
れの規則的なパターンに対応した遮光パターンを有する
光不透過性膜を形成しておく。

【００２６】次に、この発明の第２の実施の形態につい
て説明する。

【００２７】上記第１の実施の形態では、第１のレンズ
（フーリエ変換レンズ）１６の焦点距離はｆ１と第２の
レンズ（逆フーリエ変換レンズ）１８の焦点距離はｆ２
との大小関係については特に述べなかったが、この第２
の実施の形態では、ｆ２＞ｆ１となるように第１、第２
のレンズ１６、１８の焦点距離が設定されている。な
お、それ以外の構成は図１と同様なので説明は省略す
る。

【００２８】このように第２のレンズ１８の焦点距離ｆ
２が、第１のレンズ１６の焦点距離ｆ１よりも大きく設
定することにより、光透過板１９上に結像されるダスト
像２０がｆ２／ｆ１倍に拡大される。この結果、ダスト
に対するクリーニング用のレーザ光の命中精度が向上
し、ダスト１２に照射されるレーザ光のエネルギ密度が
高くなり、ダスト除去率が増大する。

【００２９】次に、この発明の第３の実施の形態につい
て説明する。

【００３０】上記第１及び第２の各実施の形態では、第
１のレンズ（フーリエ変換レンズ）１６及び第２のレン
ズ（逆フーリエ変換レンズ）１８が、それぞれ図示する
ように単一の凸レンズである場合について説明したが、
この第３の実施の形態では、第１のレンズ１６及び第２
のレンズ１８として、それぞれ複数枚のレンズからなる
組み合わせレンズ（図示せず）を用いる。なお、それ以
外の構成は図１と同様なので説明は省略する。

【００３１】このように第１のレンズ１６及び第２のレ
ンズ１８として、それぞれ複数枚のレンズからなる組み
合わせレンズを用いることにより、光学路の変更及び短
縮を図ることができ、これにより装置の小型化、ダスト
像の拡大率の変更（特に拡大率の増加）が可能になる。

【００３２】次に、この発明の第４の実施の形態につい
て、図４を参照して説明する。図４に示すダスト除去装
置が前記図１に示す第１の実施の形態によるものと異な
る点は、前記光透過板１９上に結像されるダスト像２０
を撮像する、例えばＣＣＤカメラ２３が新たに設けら
れ、さらにこのＣＣＤカメラ２３によって読み取られた
画像が図示しない画像処理回路（図示せず）によって画
像処理されることによりダスト位置が特定され、この特
定されたダスト位置の情報がクリーニング用レーザ源２
１を移動させる移動機構（図示せず）に与えられること
により、クリーニング用レーザ源２１から出射されるク
リーニング用のレーザ光の位置合わせ（アライメント）
が自動的に行われることである。

【００３３】このような構成によれば、手動操作によら
ずに正確にクリーニング用のレーザ光の位置合わせを行
うことができる上に、さらにダスト以外の欠陥、例えば
パターン異常などを検出することができ、このようなパ
ターン異常を含む半導体ウェーハ１１を排除することが
できる。

【００３４】なお、この発明は上記した各実施の形態に
限定されるものではなく、種々の変形が可能であること
はいうまでもない。例えば上記各実施の形態では、試料
として半導体ウェーハを用い、半導体ウェーハの表面上
に付着しているダストを除去する場合について説明した
が、これは半導体ウェーハの他に半導体装置を製造する
際に使用される、規則的なパターンを有するマスク基板
の表面上に付着しているダストを除去する場合などにも
適用可能であることはいうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
高いダストの除去率を有し、かつ処理時間が短かく、清
浄面に対して損傷を与える恐れのないダスト除去装置及
びダスト除去方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るダスト除去装置の第１の実施の
形態による全体の構成を示す概略図。

【図２】図１のダスト除去装置でダストが除去される半
導体ウェーハの各ダイ（チップ）領域表面のパターン形
状を示す平面図。

【図３】図１のダスト除去装置でダストが除去される半
導体ウェーハの各ダイ（チップ）領域表面の図２とは異
なる形状のパターン形状を示す平面図。

【図４】この発明に係るダスト除去装置の第４の実施の
形態による全体の構成を示す概略図。

【符号の説明】

１１…半導体ウェーハ（試料）、 １２…ダスト、 １３…参照用レーザ源、 １４…ブロジェクションレンズ、 １５…ハーフミラー、 １６…第１のレンズ（フーリエ変換レンズ）、 １７…空間フィルタ、 １８…第２のレンズ（逆フーリエ変換レンズ）、 １９…光透過板、 ２０…ダスト像、 ２１…クリーニング用レーザ源、 ２２…集光用レンズ、 ２３…ＣＣＤカメラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3B116 AA02 AA03 AB42 BC01 CD42 CD43

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 規則的パターンを有する試料の表面上に
   平行光を照射する手段と、 上記平行光が照射された上記試料表面からの反射光を集
   光する第１の集光レンズと、 上記試料の規則的パターンに起因する回折パターンは遮
   光し、上記試料表面に付着しているダストに起因する散
   乱光を透過する空間フィルタと、 上記空間フィルタを透過した上記ダストに起因する散乱
   光を集光する第２の集光レンズと、 上記第２の集光レンズの像焦点面に配置されダスト像を
   結像させる光透過板と、 上記光透過板に結像されたダスト像に対してレーザ光を
   照射するレーザ光照射手段とを具備したことを特徴とす
   るダスト除去装置。
2. 【請求項２】 前記第１の集光レンズの焦点距離をｆ
   １、前記第２の集光レンズの焦点距離をｆ２としたとき
   に、ｆ２＞ｆ１を満足するように前記第１、第２の集光
   レンズの焦点距離が設定されていることを特徴とする請
   求項１に記載のダスト除去装置。
3. 【請求項３】 前記第１、第２の集光レンズがそれぞれ
   組み合わせレンズで構成されている請求項１に記載のダ
   スト除去装置。
4. 【請求項４】 前記光透過板に結像されたダスト像を読
   み取る撮像カメラをさらに具備し、 前記レーザ光照射手段は、上記撮像カメラによって読み
   取られたダスト像の位置に応じてレーザ光の照射位置が
   位置合わせされることを特徴する請求項１に記載のダス
   ト除去装置。
5. 【請求項５】 規則的パターンを有する試料の表面上に
   平行光を照射し、 上記平行光が照射された上記試料表面からの反射光を集
   光し、 上記集光された上記試料表面からの反射光のうち、試料
   の規則的パターンに起因する回折パターンは遮光し、上
   記試料表面に付着しているダストに起因する散乱光を透
   過させ、 上記透過した上記ダストに起因する散乱光を集光し、 上記集光された上記ダストに起因する散乱光に基づくダ
   スト像を光透過板に結像させ、 上記光透過板に結像されたダスト像に対してレーザ光を
   照射することによって上記試料表面に付着しているダス
   トを分解、離脱させることを特徴とするダスト除去方
   法。