JP2002048724A - Organic particle monitoring device for semiconductor wafer in vacuum vessel - Google Patents

Organic particle monitoring device for semiconductor wafer in vacuum vessel

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JP2002048724A
JP2002048724A JP2000235691A JP2000235691A JP2002048724A JP 2002048724 A JP2002048724 A JP 2002048724A JP 2000235691 A JP2000235691 A JP 2000235691A JP 2000235691 A JP2000235691 A JP 2000235691A JP 2002048724 A JP2002048724 A JP 2002048724A
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Japan
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wafer
optical system
laser beam
vacuum vessel
organic
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JP2000235691A
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Japanese (ja)
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Katsumi Takami
勝己 高見
Takafumi Matsunaga
孝文 松永
Yasumasa Kaneda
安正 金田
Masatsugu Tamae
昌嗣 玉江
Hiroshige Shinohara
廣繁 篠原
Susumu Tanimoto
進 谷本
Shinji Sukesada
伸治 助定
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NIKKO SEKKEI KK
Japan Steel Works Ltd
Japan Science and Technology Agency
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NIKKO SEKKEI KK
Japan Steel Works Ltd
Japan Science and Technology Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic particle monitoring device for a semiconductor wafer in a vacuum vessel capable of measuring the type, the grain size and the like of organic particles sticking to the wafer surface under a vacuum atmosphere by an in-situ method. SOLUTION: This organic particle monitoring device for a semiconductor wafer in the vacuum vessel is provide with a first optical system 12 and a second optical system 14 guiding a laser beam 11A to the wafer 1, a quartz window 10A arranged in the vacuum vessel 10, an optical detector 17 detecting fluorescence 20 emitted from the organic particle 6 by irradiation of the organic particle 6 with the laser beam 11A, and a third optical system 16 guiding the fluorescence 20 permeated through the quartz window 10A and the second optical system 14 to the optical detector 17. Based on the fluorescence 20 detected by the optical detector 17, at least the grain size, the number of particles, or the sort of the organic particle 6 is detected under a vacuum atmosphere.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、真空容器内の半導
体ウエハの有機パーティクルモニタ装置に関し、特に、
半導体ウエハの真空プロセス(CVD、エッチング等の
成膜プロセス)において、ウエハ表面上の有機パーティ
クルをin-situ方式によりモニタできるようにす
るための新規な改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic particle monitor for semiconductor wafers in a vacuum vessel,
The present invention relates to a novel improvement for enabling organic particles on a wafer surface to be monitored by an in-situ method in a vacuum process (a film forming process such as CVD and etching) of a semiconductor wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、用いられていたこの種の装置とし
ては図2で示される、例えば有機パーティクルモニタ装
置の構成を挙げることができる。すなわち、図2におい
て、符号1で示されるものは被検査体であるウエハであ
り、図示しないレーザ光源から発振されたレーザービー
ム2は、ウエハ1の表面で反射して散乱する。このよう
にして生じるMie散乱光3は、積分球4で反射されて
集光され、光検出器5で検出される。
2. Description of the Related Art An example of this type of apparatus conventionally used is an organic particle monitor apparatus shown in FIG. That is, in FIG. 2, what is indicated by reference numeral 1 is a wafer as an inspection object, and a laser beam 2 oscillated from a laser light source (not shown) is reflected and scattered on the surface of the wafer 1. The Mie scattered light 3 generated in this way is reflected by the integrating sphere 4, collected, and detected by the photodetector 5.

【0003】即ち、従来の有機パーティクルモニタ装置
では、ウエハ1の表面に付着した有機パーティクル6に
レーザービーム2を照射することによりMie散乱光3
が発生し、そのMie散乱光3を積分球4で集光して光
検出器5で捕らえることにより、ウエハ1の表面に付着
した有機パーティクル6の粒径や欠陥寸法の検出を行っ
ていた。
That is, in the conventional organic particle monitor, the Mie scattered light 3 is irradiated by irradiating the laser beam 2 to the organic particles 6 attached to the surface of the wafer 1.
The Mie scattered light 3 is condensed by the integrating sphere 4 and captured by the photodetector 5 to detect the particle size and defect size of the organic particles 6 attached to the surface of the wafer 1.

【0004】なお、ここにいう有機パーティクル6と
は、主に真空容器にウエハ1を搬入する前からウエハ1
の表面に付着していた粒子をいい、例えば、大気中の埃
や人体から出た油分、さらには壁紙を接着する接着剤等
の有りとあらゆるものを含む意味であり、このような粒
子はほとんどが有機物で構成されている。
[0004] The organic particles 6 referred to here are mainly the wafers 1 before the wafers 1 are loaded into a vacuum vessel.
Means particles that have adhered to the surface of, for example, dust in the air, oil from the human body, and any and all kinds of adhesives that adhere to wallpaper. Is composed of organic matter.

【0005】従来、CVD装置等により真空雰囲気下で
行われる半導体の製造工程において、ウエハ1の表面上
に付着した有機パーティクル6の測定には、大気中で測
定するように構成されたパーティクルモニタ装置を用い
ていたので、ウエハ1の表面に付着した有機パーティク
ル6を測定する度に、CVD装置等の真空を破ってウエ
ハ1を真空容器(図示せず)から取り出し、ウエハ1を
パーティクルモニタ装置内に移して有機パーティクル6
の測定を行い、測定後、再び真空容器にウエハ1を挿入
し、次の製造工程に移行していた。
Conventionally, in a semiconductor manufacturing process performed in a vacuum atmosphere by a CVD apparatus or the like, a particle monitor apparatus configured to measure in the atmosphere is used to measure the organic particles 6 attached to the surface of the wafer 1. Therefore, every time the organic particles 6 attached to the surface of the wafer 1 are measured, the vacuum is released from the CVD apparatus or the like, the wafer 1 is taken out of a vacuum container (not shown), and the wafer 1 is placed in the particle monitor. Transfer to organic particles 6
Was measured, and after the measurement, the wafer 1 was inserted again into the vacuum container, and the process was shifted to the next manufacturing process.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の有機パーティク
ルモニタ装置は以上のように構成されていたため、次の
ような課題が存在していた。すなわち、上述のように有
機パーティクル6の粒径等を検出するためにウエハ1を
真空容器の外に搬送する際に、ウエハ1は大気に曝され
るため、搬送中にウエハ1の表面に大気中の有機パーテ
ィクル6等が付着したり、ウエハ1の表面が酸化すると
いう課題があった。
Since the conventional organic particle monitor device is configured as described above, there are the following problems. That is, when the wafer 1 is transferred to the outside of the vacuum vessel to detect the particle size of the organic particles 6 as described above, the wafer 1 is exposed to the atmosphere. There are problems that the organic particles 6 and the like in the inside adhere and the surface of the wafer 1 is oxidized.

【0007】また、従来のMie散乱光3を捉える有機
パーティクル6の光学的計測では、有機パーティクル6
の粒径と複素屈折率、ウエハ1の表面の自然酸化膜の屈
折率及び厚さ、ウエハ1の表面反射率、照射光の波長、
入射角および偏光、光検出器5の集光立体角と観測点の
方向、干渉のコントラスト等の様々な条件が複雑に絡み
合うため、Mie散乱光3の強度を単純に表現すること
はできなかった。
In the conventional optical measurement of the organic particles 6 that capture the Mie scattered light 3, the organic particles 6
Particle diameter and complex refractive index, the refractive index and thickness of the natural oxide film on the surface of the wafer 1, the surface reflectance of the wafer 1, the wavelength of irradiation light,
Since various conditions such as the incident angle and polarization, the solid angle of the light condensed by the photodetector 5 and the direction of the observation point, and the contrast of interference are complicatedly intertwined, the intensity of the Mie scattered light 3 cannot be simply expressed. .

【0008】また、Mie散乱光3の強度を増大させる
ためにレーザービーム2を収束し、エネルギー密度の増
大を図る必要があった。しかし、レーザービーム2の径
とビーム走査数は逆比例の関係にあるため、レーザービ
ーム2の径を小さくしてビーム走査数を増加させると、
走査時間が増大して有機パーティクル6の測定検査のス
ループットが低下するという課題があった。以上のよう
に、従来の有機パーティクルモニタ装置では、ウエハ1
の表面に付着した有機パーティクル6の粒径及び付着場
所は求まるものの、付着した有機パーティクル6の種類
などを判別することは困難であった。
Further, in order to increase the intensity of the Mie scattered light 3, it is necessary to converge the laser beam 2 to increase the energy density. However, since the diameter of the laser beam 2 is inversely proportional to the number of beam scans, if the diameter of the laser beam 2 is reduced to increase the number of beam scans,
There is a problem that the scanning time increases and the throughput of the measurement and inspection of the organic particles 6 decreases. As described above, in the conventional organic particle monitor, the wafer 1
Although the particle size of the organic particles 6 attached to the surface and the location of the attachment can be determined, it is difficult to determine the type of the attached organic particles 6 and the like.

【0009】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、被検出体であるウエハを大
気に曝すことなく、かつ、ウエハ表面に付着した有機パ
ーティクルの種別、粒径、欠陥寸法等を検出することの
できる真空容器内の半導体ウエハの有機パーティクルモ
ニタ装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In particular, the present invention has been made without exposing a wafer to be detected to the atmosphere, and furthermore, the type and particle size of organic particles attached to the wafer surface. It is an object of the present invention to provide an organic particle monitoring device for a semiconductor wafer in a vacuum vessel capable of detecting a diameter, a defect size, and the like.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の真空容器内の半
導体ウエハの有機パーティクルモニタ装置は、レーザー
発振器から発振されるレーザービームを半導体製造装置
の真空容器内に設置されたウエハに照射することによ
り、前記ウエハの表面上に付着した有機パーティクルを
測定する真空容器内の半導体ウエハの有機パーティクル
モニタ装置において、前記レーザービームを前記ウエハ
に誘導するための第1光学系及び第2光学系と、前記第
2光学系を透過したレーザービームを前記真空容器内に
配設された前記ウエハに誘導するために、前記真空容器
に設けられた石英窓と、前記有機パーティクルに前記レ
ーザビームが照射されることにより前記有機パーティク
ルから放出される蛍光を検出するための光学検出器と、
前記有機パーティクルから放出され、さらに前記石英窓
及び前記第2光学系を透過した蛍光を前記光学検出器に
誘導するための第3光学系とを備え、前記光学検出器で
検出された前記蛍光に基づき、真空雰囲気下において前
記有機パーティクルの少なくとも粒径、粒子数または種
類を検出する構成であり、また、前記第1光学系及び前
記第2光学系を接続する光路上に配設され、前記ウエハ
側から到来する蛍光を前記光学検出器に誘導するための
反射ミラーを備える構成であり、また、前記第2光学系
及び前記反射ミラーの中心を貫通するように設けられ、
前記レーザービームの進行方向及び前記蛍光の進行方向
以外に対しては遮光性を有する遮光パイプを備える構成
であり、また、前記遮光パイプは、前記ウエハの表面に
前記レーザービームを垂直に照射し得るように、前記ウ
エハの表面に対して垂直に設けられている構成であり、
また、前記レーザー発振器は、He−Cdレーザー発振
器であり、さらに、前記光学検出器は、イメージインテ
ンシファイアとCCDカメラとを備える構成である。
According to the present invention, there is provided an organic particle monitoring apparatus for a semiconductor wafer in a vacuum vessel, which irradiates a laser beam oscillated from a laser oscillator onto a wafer installed in a vacuum vessel of a semiconductor manufacturing apparatus. Thereby, in an organic particle monitoring device for a semiconductor wafer in a vacuum vessel for measuring organic particles attached to the surface of the wafer, a first optical system and a second optical system for guiding the laser beam to the wafer, In order to guide the laser beam transmitted through the second optical system to the wafer disposed in the vacuum container, the laser beam is irradiated on the quartz window provided in the vacuum container and the organic particles. An optical detector for detecting fluorescence emitted from the organic particles,
A third optical system for guiding the fluorescence emitted from the organic particles and transmitted through the quartz window and the second optical system to the optical detector, wherein the fluorescence detected by the optical detector is And detecting at least the particle size, the number, or the type of the organic particles in a vacuum atmosphere. The wafer is disposed on an optical path connecting the first optical system and the second optical system. It is a configuration provided with a reflection mirror for guiding the fluorescence coming from the side to the optical detector, and is provided so as to penetrate the center of the second optical system and the reflection mirror,
It is configured to include a light-shielding pipe having a light-shielding property in a direction other than the traveling direction of the laser beam and the fluorescence, and the light-shielding pipe can vertically irradiate the laser beam to the surface of the wafer. As described above, the configuration is provided perpendicular to the surface of the wafer,
Further, the laser oscillator is a He-Cd laser oscillator, and the optical detector is configured to include an image intensifier and a CCD camera.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による真
空容器内の半導体ウエハの有機パーティクルモニタ装置
の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、従
来装置と同一または同等部分には同一符号を付し、その
説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same or equivalent parts as those of the conventional device are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0012】図1に示すように、本発明の真空容器内の
半導体ウエハの有機パーティクルモニタ装置において
は、半導体製造装置の真空容器10内に被検査体である
ウエハ1を設置し、このウエハ1にHe−Cdレーザー
発振器11から発振されるレーザービーム11Aを照射
する。レーザービーム11Aの波長は325nmであ
り、第1光学系12及び遮光パイプ13を通じ、さら
に、真空容器10に設けられた石英窓10Aを通じて真
空雰囲気下に設置されたウエハ1に垂直に照射される。
As shown in FIG. 1, in the organic particle monitoring apparatus for a semiconductor wafer in a vacuum vessel according to the present invention, a wafer 1 to be inspected is set in a vacuum vessel 10 of a semiconductor manufacturing apparatus. Is irradiated with a laser beam 11A oscillated from a He—Cd laser oscillator 11. The wavelength of the laser beam 11A is 325 nm, and the laser beam 11A is vertically irradiated on the wafer 1 placed in a vacuum atmosphere through the first optical system 12 and the light shielding pipe 13, and further through the quartz window 10A provided in the vacuum vessel 10.

【0013】前記第1光学系12は、325nmバンド
パスフィルタ12A、偏光板12B、1/4波長板12
C、反射ミラー12D、第1レーザレンズ12E及び第
2レーザレンズ12Fから構成される。また、遮光パイ
プ13は、後述する第2光学系14に含まれる第1ない
し第3レンズ及び325nmカットフィルタのすべての
中心を貫通するように、かつ、内部を通過するレーザー
ビーム11Aがウエハ1の表面に対して垂直に照射され
るように配設されており、レーザービーム11Aの進行
方向に対して横方向にはレーザービーム11Aを透過さ
せないように(即ち、横方向に対して遮光性を有するよ
うに)構成されている。前記第2光学系14は、325
nmカットフィルタ14A、第1レンズ14B、第2レ
ンズ14C及び第3レンズ14Dを備える。なお、32
5nmカットフィルタ14Aとは、波長が約325nm
の光を透過させずに遮断するフィルタである。
The first optical system 12 includes a 325 nm band-pass filter 12 A, a polarizing plate 12 B, a 1 / wavelength plate 12
C, a reflection mirror 12D, a first laser lens 12E, and a second laser lens 12F. Further, the light-shielding pipe 13 penetrates all the centers of the first to third lenses and the 325 nm cut filter included in the second optical system 14 to be described later, and the laser beam 11A passing through the inside of the The laser beam 11A is disposed so as to be irradiated perpendicularly to the surface, and does not transmit the laser beam 11A in the transverse direction with respect to the traveling direction of the laser beam 11A (ie, has a light shielding property in the transverse direction). And so on). The second optical system 14 is 325
An nm cut filter 14A, a first lens 14B, a second lens 14C, and a third lens 14D are provided. Note that 32
The 5 nm cut filter 14A has a wavelength of about 325 nm.
Is a filter that blocks light without transmitting the light.

【0014】また、前記第1光学系12と第2光学系1
4との間には、反射ミラー15が配設されており、ウエ
ハ1側から到来する光(後述するが、実際にはフォトン
である)が反射ミラー15で反射されて進行する方向に
は、第3光学系16及び光学検出器17が設けられてい
る。このCCDカメラ17Bには演算処理部18が接続
されており、この演算処理部18は、受光したフォトン
の強度等を演算処理するためのフォトンカウンティング
イメージプロセッサ、パソコン、モニタ等を備える。ま
た、前記第3光学系16は、ハイパスフィルタ16A
と、325nmカットフィルタ16Bとを備え、前記光
学検出器17は、イメージインテンシファイア17A及
びCCDカメラ17Bを備える。
The first optical system 12 and the second optical system 1
4, a reflection mirror 15 is provided, and light (which will be described later, which is actually a photon) coming from the wafer 1 side is reflected by the reflection mirror 15 and travels in a direction in which the light travels. A third optical system 16 and an optical detector 17 are provided. An arithmetic processing unit 18 is connected to the CCD camera 17B. The arithmetic processing unit 18 includes a photon counting image processor, a personal computer, a monitor, and the like for arithmetically processing the intensity of the received photons. Further, the third optical system 16 includes a high-pass filter 16A.
And a 325 nm cut filter 16B. The optical detector 17 includes an image intensifier 17A and a CCD camera 17B.

【0015】ハイパスフィルタ16Aとしては、透過帯
域の異なる複数種類のものを用いる。例えば、透過波長
が340nm以上のものから透過波長が600nm以上
のものまで、ハイパスフィルタ16Aを10枚程度用い
る。実際の測定では、ハイパスフィルタ16Aを透過波
長の短いものから順次入れ替え、それぞれの透過波長以
上の光のみを透過させてイメージインテンシファイア1
7A等に入射させることにより、励起種の特定を可能と
する。その特定方法については後述する。
As the high-pass filter 16A, a plurality of types having different transmission bands are used. For example, about ten high-pass filters 16A are used from transmission wavelengths of 340 nm or more to transmission wavelengths of 600 nm or more. In the actual measurement, the high-pass filter 16A is sequentially replaced with the one having the shorter transmission wavelength, and only the light having each transmission wavelength or more is transmitted, and the image intensifier 1A is transmitted.
By making the light incident on 7A or the like, the excited species can be specified. The specifying method will be described later.

【0016】なお、透過帯域の異なる複数種類のハイパ
スフィルタ16Aをロータリ型のカットフィルタとして
構成すれば、ハイパスフィルタ16Aの入れ替えを容易
に行うことができる。また、透過波長の一番短いものを
340nmとしたのは、レーザービーム11Aの波長が
325nmであることに対応して、340nm以下の蛍
光はレーザービーム11Aの反射光などに埋もれて観測
できないと思われるからである。
If a plurality of types of high-pass filters 16A having different transmission bands are formed as rotary cut filters, the high-pass filters 16A can be easily replaced. The reason for setting the shortest transmission wavelength to 340 nm corresponds to the fact that the wavelength of the laser beam 11A is 325 nm, and it is thought that the fluorescence of 340 nm or less is buried in the reflected light of the laser beam 11A and cannot be observed. Because it is

【0017】また、325nmカットフィルタ16Bの
構成は、第2光学系14に含まれる325nmカットフ
ィルタ14Aと同一のものである。また、前記イメージ
インテンシファイア17Aは入射側にf105mmUV
レンズを備える。なお、第1光学系12ないし光学検出
器17は、遮光性を有する筐体19内に収納されてい
る。
The structure of the 325 nm cut filter 16B is the same as that of the 325 nm cut filter 14A included in the second optical system 14. The image intensifier 17A has a f105 mm UV
Equipped with a lens. The first optical system 12 to the optical detector 17 are housed in a housing 19 having a light-shielding property.

【0018】次に動作について説明する。以上で説明し
たような第1光学系12、第2光学系14及び石英窓1
0Aを通じてレーザービーム11Aがウエハ1に照射さ
れると、ウエハ1の表面に付着した有機パーティクル6
を構成する分子がレーザービーム11Aによって励起さ
れ、その分子固有の蛍光20(実質的にはフォトン)が
放出される。
Next, the operation will be described. The first optical system 12, the second optical system 14, and the quartz window 1 as described above
When the wafer 1 is irradiated with the laser beam 11A through the laser beam 0A, the organic particles 6 attached to the surface of the wafer 1
Are excited by the laser beam 11A, and fluorescence 20 (substantially photons) unique to the molecule is emitted.

【0019】この蛍光20は、石英窓10Aを通じて第
2光学系14に到達し、まず325nmカットフィルタ
14Aに入射する。このとき、蛍光20とともに到来す
る波長325nmの光(即ち、レーザービーム11Aの
反射光)は遮断され、波長が325nm以外の蛍光20
が第1ないし第3レンズ14B〜14Dを透過し、反射
ミラー15に到達する。なお、蛍光20は、第2光学系
14のうちの遮光パイプ13以外の部分を透過して反射
ミラー15に到達する。
The fluorescent light 20 reaches the second optical system 14 through the quartz window 10A, and first enters the 325 nm cut filter 14A. At this time, light having a wavelength of 325 nm (that is, reflected light of the laser beam 11A) arriving together with the fluorescent light 20 is blocked, and the fluorescent light 20 having a wavelength other than 325 nm is blocked.
Pass through the first to third lenses 14B to 14D and reach the reflection mirror 15. The fluorescent light 20 passes through a portion of the second optical system 14 other than the light-shielding pipe 13 and reaches the reflecting mirror 15.

【0020】さらに反射ミラー15で反射された蛍光2
0は、第3光学系16のハイパスフィルタ16Aを透過
する際に分光され、前述したように透過波長が340〜
600nmのハイパスフィルタ16Aを透過する。ここ
で、例えば、340nmのハイパスフィルタ16Aと3
80nmのハイパスフィルタ16Aとを用いた場合にお
いて、蛍光20の波長が360nmであるとすると、3
40nmのハイパスフィルタ16Aを用いた場合には蛍
光20が透過するので観測することができるが、380
nmのハイパスフィルタ16Aに入れ替えると蛍光20
は透過できないので観測することができず、このように
して順次透過波長の異なるハイパスフィルタ16Aを入
れ替え、蛍光20の波長を絞り込んで励起種を特定する
ことにより、有機パーティクル6の種類を特定すること
ができる。
Further, the fluorescent light 2 reflected by the reflection mirror 15
0 is split when transmitting through the high-pass filter 16A of the third optical system 16, and the transmission wavelength is 340 to 340 as described above.
The light passes through a 600 nm high-pass filter 16A. Here, for example, 340 nm high-pass filters 16A and 3A
When the wavelength of the fluorescent light 20 is 360 nm in the case where the high-pass filter 16A of 80 nm is used, 3
When the 40 nm high-pass filter 16A is used, the fluorescence 20 is transmitted and can be observed.
When the high-pass filter 16A of the
Can not be observed because it cannot be transmitted. In this way, the type of the organic particles 6 can be specified by replacing the high-pass filters 16A having different transmission wavelengths sequentially, narrowing down the wavelength of the fluorescent light 20 and specifying the excitation type. Can be.

【0021】また、ハイパスフィルタ16Aを透過した
蛍光20は、さらに325nmカットフィルタ16Bを
透過する。このように石英窓10Aの直上の325nm
カットフィルタ14Aの他にイメージインテンシファイ
ア17Aの直前にも325nmカットフィルタを設けた
のは、ウエハ1に照射するレーザービーム11Aや各光
学系等からの反射光がイメージインテンシファイア17
Aに入射することを確実に阻止するためである。
The fluorescent light 20 transmitted through the high-pass filter 16A further transmits through the 325 nm cut filter 16B. Thus, 325 nm immediately above the quartz window 10A
The reason why the 325 nm cut filter is provided immediately before the image intensifier 17A in addition to the cut filter 14A is that the laser beam 11A irradiating the wafer 1 and the reflected light from each optical system and the like are used for the image intensifier 17A.
This is for surely preventing the light from being incident on A.

【0022】このようにしてイメージインテンシファイ
ア17Aに到達する蛍光20は非常に微弱な光であるた
め、イメージインテンシファイア17Aで増幅してから
CCDカメラ17Bに入射させる。CCDカメラ17B
で観測された蛍光20は、演算処理部18で演算処理さ
れ、更に、有機パーティクル6の成分が分析される共
に、光の強度に基づいて有機パーティクル6の粒径が特
定される。なお、光の強度に基づく有機パーティクル6
の粒径の特定は、例えば、蛍光材含有ポリスチレンラテ
ックス(PSL)をウエハ1に付着した試料を用い、蛍
光の強度と粒径との関係を予め求めておき、実際にCC
Dカメラ17Bで検出した蛍光20の強度を前記関係に
当てはめることによって行うことができ、また、実際に
有機パーティクル6が付着したウエハ1を用いて得られ
た関係に実際に検出した蛍光の強度を当てはめて粒径を
求めても良い。実際、本発明の本発明の真空容器内の半
導体ウエハの有機パーティクルモニタ装置により、5分
ないし30分程度の測定で粒径が0.071μmの蛍光
材含有ポリスチレンラテックスを検出できることが確認
できた。
Since the fluorescence 20 reaching the image intensifier 17A is very weak light in this way, it is amplified by the image intensifier 17A before being incident on the CCD camera 17B. CCD camera 17B
Is processed by the arithmetic processing unit 18, the components of the organic particles 6 are analyzed, and the particle size of the organic particles 6 is specified based on the light intensity. The organic particles 6 based on the light intensity
For example, the relationship between the fluorescence intensity and the particle size is determined in advance using a sample in which a phosphor-containing polystyrene latex (PSL) is adhered to the wafer 1, and the CC size is actually determined.
This can be performed by applying the intensity of the fluorescence 20 detected by the D camera 17B to the above-described relationship, and the intensity of the actually detected fluorescence is determined by the relationship actually obtained using the wafer 1 to which the organic particles 6 are attached. The particle size may be determined by applying the values. In fact, it has been confirmed that the organic particle monitor for semiconductor wafers in the vacuum vessel of the present invention can detect a fluorescent material-containing polystyrene latex having a particle size of 0.071 μm in about 5 to 30 minutes.

【0023】以上、本発明の真空容器内の半導体ウエハ
の有機パーティクルモニタ装置によれば、従来のように
真空容器10の真空を破ってウエハ1を大気中に取り出
すことなく、ウエハ1の表面に付着した有機パーティク
ル6の種類、粒子数、粒径、欠陥寸法等を真空雰囲気下
でいわゆるin−situ方式で測定することができ
る。特に、粒子の種類を判別することは従来のMie散
乱光を捉える方式では不可能であったが、本発明の装置
によれば、高精度で、しかもin−situ方式により
判別が可能である。
As described above, according to the organic particle monitoring apparatus for semiconductor wafers in a vacuum vessel of the present invention, the surface of the wafer 1 can be placed on the surface of the wafer 1 without breaking the vacuum of the vacuum vessel 10 and taking out the wafer 1 to the atmosphere as in the prior art. The kind, number of particles, particle size, defect size, and the like of the attached organic particles 6 can be measured by a so-called in-situ method under a vacuum atmosphere. In particular, although the type of particles cannot be determined by the conventional method of capturing the Mie scattered light, the apparatus of the present invention can perform the determination with high accuracy and by the in-situ method.

【0024】また、励起種から放出された蛍光20を測
定するために、高感度のカメラ(イメージインテンシフ
ァイア)を用いると共に、微小な蛍光をフォトンカウン
ティング装置によりとらえることで、0.1μm以下の
有機パーティクル6を測定することができる。このよう
に高精度かつ容易に有機パーティクルを測定できるの
で、半導体製造工程における処理時間の短縮や工程数の
削減、さらには、従来測定のためにウエハ1を大気に曝
す際に問題視されていたウエハ1の二次汚染(例えば表
面の酸化等)を防止することができる。
Further, in order to measure the fluorescence 20 emitted from the excited species, a high-sensitivity camera (image intensifier) is used. The organic particles 6 can be measured. Since organic particles can be measured with high accuracy and easily in this way, there has been a problem in shortening the processing time and the number of steps in the semiconductor manufacturing process, and further exposing the wafer 1 to the atmosphere for conventional measurement. Secondary contamination (for example, oxidation of the surface) of the wafer 1 can be prevented.

【0025】また、レーザービーム11Aの照射密度を
増大させるために、325nmカットフィルタ14A、
第1レンズ14B、第2レンズ14C、第3レンズ14
D及び反射ミラー15の中央に穴を開け、レーザービー
ム11Aをウエハ1の表面に垂直に照射するように構成
したので、レーザービーム11Aの照射エネルギーを必
要以上に増大させることなく、ウエハ1に付着した有機
パーティクル6を構成する分子が励起しやすくなり、蛍
光20を確実に観測することができる。
In order to increase the irradiation density of the laser beam 11A, a 325 nm cut filter 14A,
First lens 14B, second lens 14C, third lens 14
A hole is formed in the center of the mirror D and the reflection mirror 15 so that the laser beam 11A is irradiated perpendicularly to the surface of the wafer 1. Therefore, the laser beam 11A adheres to the wafer 1 without increasing the irradiation energy of the laser beam 11A more than necessary. The molecules constituting the organic particles 6 are easily excited, and the fluorescence 20 can be observed reliably.

【0026】また、ウエハ1表面上の有機パーティクル
6を励起し蛍光20を得るためには、高密度のエネルギ
ーを与える必要があることから、上述の説明では照射波
長の短いHe−Cdレーザー発振器11を用いた場合に
ついて説明したが、波長が短くエネルギーの高いレーザ
ービーム(紫外レーザー)を発振できる装置であれば、
He−Cdレーザー発振器以外の発振器を本発明に適用
することができる。但し、ウエハ1に損傷を与えない程
度のレーザー発振器であることが必要である。なお、前
記第1光学系、第2光学系、第3光学系として示した構
成は一例であり、第1光学系はレーザ波長偏光調整系と
レーザビーム径調節系であり、第2光学系はウエハ上の
レーザビーム照射径調整系と蛍光径を調節する系であ
り、第3光学系は蛍光をレーザビームと分離する光学系
と蛍光を光学検出器の受光径に調節する光学系であれ
ば、これらの光学系は他の光学方式であってもよい。
In order to excite the organic particles 6 on the surface of the wafer 1 and obtain the fluorescent light 20, it is necessary to apply high-density energy. Therefore, in the above description, the He-Cd laser oscillator 11 having a short irradiation wavelength is used. Is described, but if the device can oscillate a laser beam (ultraviolet laser) having a short wavelength and high energy,
Oscillator other than He-Cd laser oscillator can be applied to the present invention. However, a laser oscillator that does not damage the wafer 1 is required. The configuration shown as the first optical system, the second optical system, and the third optical system is merely an example. The first optical system is a laser wavelength polarization adjusting system and a laser beam diameter adjusting system, and the second optical system is The laser beam irradiation diameter adjustment system on the wafer and the fluorescence diameter adjustment system. The third optical system is an optical system that separates the fluorescence from the laser beam and an optical system that adjusts the fluorescence to the light receiving diameter of the optical detector. These optical systems may be other optical systems.

【0027】[0027]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、真空雰囲
気下において、いわゆるin−situ方式でウエハ表
面の状態を高精度かつ容易に測定でき、また、真空容器
を大気に開放することなく測定できるので、半導体製造
工程における処理時間の短縮や工程数の削減、さらに
は、ウエハの二次汚染を防止することができる。また、
請求項2記載の発明によれば、有機パーティクルから放
出される蛍光を確実に光学検出器に誘導することができ
る。また、請求項3記載の発明によれば、レーザービー
ムを効率よく有機パーティクルに照射でき、また、有機
パーティクルから放出される蛍光を効率よく光学検出器
に誘導することができる。また、請求項4記載の発明に
よれば、レーザービームの出力自体を上げなくてもレー
ザービームを効率良く有機パーティクルに照射すること
ができる。また、請求項5記載の発明によれば、十分な
エネルギー強度を有するレーザービームを照射できると
共に、装置全体を比較的安価に構成することができる。
さらに、請求項6記載の発明によれば、信号レベルが微
弱な蛍光でも検出することができ、サーボ制御位置決め
装置と組み合わせ、有機パーティクルの種類を判別する
ことのできる真空容器内の半導体ウエハの有機パーティ
クルモニタ装置を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, the state of the wafer surface can be easily and accurately measured by a so-called in-situ method in a vacuum atmosphere, and without opening the vacuum container to the atmosphere. Since the measurement can be performed, the processing time and the number of steps in the semiconductor manufacturing process can be reduced, and further, the secondary contamination of the wafer can be prevented. Also,
According to the second aspect of the present invention, the fluorescence emitted from the organic particles can be reliably guided to the optical detector. According to the third aspect of the present invention, the organic particles can be efficiently irradiated with the laser beam, and the fluorescence emitted from the organic particles can be efficiently guided to the optical detector. Further, according to the fourth aspect of the present invention, the organic particles can be efficiently irradiated with the laser beam without increasing the output of the laser beam itself. According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to irradiate a laser beam having a sufficient energy intensity and to configure the entire apparatus at a relatively low cost.
Further, according to the invention of claim 6, it is possible to detect even a fluorescent signal having a weak signal level, and in combination with a servo control positioning device, it is possible to discriminate the type of organic particles from an organic semiconductor wafer in a vacuum vessel. A particle monitor device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による真空容器内の半導体ウエハの有機
パーティクルモニタ装置を概略的に示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an organic particle monitoring device for a semiconductor wafer in a vacuum vessel according to the present invention.

【図2】従来の有機パーティクルモニタ装置の要部を概
略的に示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a main part of a conventional organic particle monitor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ウエハ 6 有機パーティクル 10 真空容器 10A 石英窓 11 レーザー発振器 11A レーザービーム 12 第1光学系 12A バンドパスフィルタ 12B 偏光板 12C 1/4波長板 12D 反射ミラー 12E 第1レーザレンズ 12F 第2レーザレンズ 13 遮光パイプ 14 第2光学系 14A 325nmカットフィルタ 14B 第1レンズ 14C 第2レンズ 14D 第3レンズ 15 反射ミラー 16 第3光学系 16A ハイパスフィルタ 16B カットフィルタ 17 光学検出器 17A イメージインテンシファイア 17B CCDカメラ 18 演算処理部 19 筐体 20 蛍光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer 6 Organic particle 10 Vacuum container 10A Quartz window 11 Laser oscillator 11A Laser beam 12 First optical system 12A Bandpass filter 12B Polarizer 12C Quarter-wave plate 12D Reflection mirror 12E First laser lens 12F Second laser lens 13 Light shielding Pipe 14 Second optical system 14A 325 nm cut filter 14B First lens 14C Second lens 14D Third lens 15 Reflector mirror 16 Third optical system 16A High pass filter 16B Cut filter 17 Optical detector 17A Image intensifier 17B CCD camera 18 Operation Processing unit 19 Housing 20 Fluorescence

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高見 勝己 神奈川県藤沢市辻堂西海岸1−1−25 湘 南工科大学 工学部 機械工学科内 (72)発明者 松永 孝文 東京都千代田区有楽町1丁目1番2号 株 式会社日本製鋼所内 (72)発明者 金田 安正 東京都千代田区有楽町1丁目1番2号 株 式会社日本製鋼所内 (72)発明者 玉江 昌嗣 広島県広島市安芸区船越南一丁目6番1号 日鋼設計株式会社内 (72)発明者 篠原 廣繁 広島県広島市安芸区船越南一丁目6番1号 日鋼設計株式会社内 (72)発明者 谷本 進 広島県広島市安芸区船越南一丁目6番1号 日鋼設計株式会社内 (72)発明者 助定 伸治 広島県広島市安芸区船越南一丁目6番1号 日鋼設計株式会社内 Fターム(参考) 2G043 AA06 BA14 CA05 DA08 EA01 GA08 GB07 HA01 HA02 HA04 HA07 HA08 HA15 JA02 JA03 KA03 KA05 KA09 LA03 2G051 AA51 AB01 AB07 BA05 BA10 BB07 CA01 CA04 CB01 CB05 CB10 CC07 CC09 CC11  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Katsumi Takami 1-1-25 Tsujido West Coast, Fujisawa-shi, Kanagawa Shonan Institute of Technology Faculty of Engineering Department of Mechanical Engineering (72) Inventor Takafumi Matsunaga 1-1-2 Yurakucho, Chiyoda-ku, Tokyo No. 1 Inside the Japan Steel Works, Ltd. (72) Inventor Yasumasa Kaneda 1-2-1, Yurakucho, Chiyoda-ku, Tokyo 1-21-2 Inside the Japan Steel Works, Ltd. (72) Inventor Masashi Tamae 1-chome, Funakoshi Minami, Hiroshima, Hiroshima No. 1 Inside Nippon Steel Design Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshige Shinohara 1-6-1, Funakoshi Minami, Aki-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture Inside Nippon Steel Design Co., Ltd. 1-6-1 Echinan, Nippon Steel Design Co., Ltd. (72) Shinji Susada, Inventor 1-6-1, Funakoshi-minami, Aki-ku, Hiroshima-shi, Hiroshima F Terms (reference) 2G043 AA06 BA14 CA05 DA08 EA01 GA08 GB07 HA01 HA02 HA04 HA07 HA08 HA15 JA02 JA03 KA03 KA05 KA09 LA03 2G051 AA51 AB01 AB07 BA05 BA10 BB07 CA01 CA04 CB01 CB05 CB10 CC07 CC09 CC11

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザー発振器(11)から発振されるレー
ザービーム(11A)を半導体製造装置の真空容器(10)内に
設置されたウエハ(1)に照射することにより、前記ウエ
ハ(1)の表面上に付着した有機パーティクル(6)を測定す
る真空容器内の半導体ウエハの有機パーティクルモニタ
装置において、 前記レーザービーム(11A)を前記ウエハ(1)に誘導するた
めの第1光学系(12)及び第2光学系(14)と、 前記第2光学系(14)を透過したレーザービーム(11A)を
前記真空容器(10)内に配設された前記ウエハ(1)に誘導
するために、前記真空容器(10)に設けられた石英窓(10
A)と、 前記有機パーティクル(6)に前記レーザビーム(11A)が照
射されることにより前記有機パーティクル(6)から放出
される蛍光(20)を検出するための光学検出器(17)と、 前記有機パーティクル(6)から放出され、さらに前記石
英窓(10A)及び前記第2光学系(14)を透過した蛍光(20)
を前記光学検出器(17)に誘導するための第3光学系(16)
とを備え、前記光学検出器(17)で検出された前記蛍光(2
0)に基づき、真空雰囲気下において前記有機パーティク
ル(6)の少なくとも粒径、粒子数または種類を検出する
ことを特徴とする真空容器内の半導体ウエハの有機パー
ティクルモニタ装置。
A laser beam (11A) oscillated from a laser oscillator (11) irradiates a wafer (1) installed in a vacuum vessel (10) of a semiconductor manufacturing apparatus, whereby the wafer (1) is irradiated. In an organic particle monitor for a semiconductor wafer in a vacuum vessel for measuring organic particles (6) attached to a surface, a first optical system (12) for guiding the laser beam (11A) to the wafer (1) And the second optical system (14), to guide the laser beam (11A) transmitted through the second optical system (14) to the wafer (1) disposed in the vacuum vessel (10), A quartz window (10 provided in the vacuum vessel (10)
A), an optical detector (17) for detecting fluorescence (20) emitted from the organic particles (6) by irradiating the laser beam (11A) to the organic particles (6), Fluorescence (20) emitted from the organic particles (6) and further transmitted through the quartz window (10A) and the second optical system (14)
Optical system (16) for guiding the light to the optical detector (17)
The fluorescence (2) detected by the optical detector (17)
An organic particle monitoring device for a semiconductor wafer in a vacuum vessel, wherein at least the particle size, the number or the type of the organic particles (6) is detected in a vacuum atmosphere based on the above (0).
【請求項2】 前記第1光学系(12)及び前記第2光学系
(14)を接続する光路上に配設され、前記ウエハ(1)側か
ら到来する蛍光(20)を前記光学検出器(17)に誘導するた
めの反射ミラー(15)を備えることを特徴とする請求項1
記載の真空容器内の半導体ウエハの有機パーティクルモ
ニタ装置。
2. The first optical system (12) and the second optical system
(14) disposed on an optical path for connecting, and comprising a reflection mirror (15) for guiding the fluorescence (20) coming from the wafer (1) side to the optical detector (17). Claim 1
An organic particle monitoring device for a semiconductor wafer in a vacuum container according to the above.
【請求項3】 前記第2光学系(14)及び前記反射ミラー
(15)の中心を貫通するように設けられ、前記レーザービ
ーム(11A)の進行方向及び前記蛍光(20)の進行方向以外
に対しては遮光性を有する遮光パイプ(13)を備えること
を特徴とする請求項2記載の真空容器内の半導体ウエハ
の有機パーティクルモニタ装置。
3. The second optical system (14) and the reflection mirror
It is provided so as to penetrate the center of (15), and comprises a light-shielding pipe (13) having a light-shielding property other than the traveling direction of the laser beam (11A) and the traveling direction of the fluorescent light (20). 3. An apparatus for monitoring an organic particle of a semiconductor wafer in a vacuum vessel according to claim 2.
【請求項4】 前記遮光パイプ(13)は、前記ウエハ(1)
の表面に前記レーザービーム(11A)を垂直に照射し得る
ように、前記ウエハ(1)の表面に対して垂直に設けられ
ていることを特徴とする請求項3記載の真空容器内の半
導体ウエハの有機パーティクルモニタ装置。
4. The light-shielding pipe (13) is connected to the wafer (1).
4. A semiconductor wafer in a vacuum vessel according to claim 3, wherein the semiconductor wafer is provided perpendicular to the surface of the wafer so that the surface of the wafer can be irradiated with the laser beam vertically. Organic particle monitor.
【請求項5】 前記レーザー発振器(11)は、He−Cd
レーザー発振器(11)であることを特徴とする請求項1な
いし4のいずれか記載の真空容器内の半導体ウエハの有
機パーティクルモニタ装置。
5. The laser oscillator (11) includes a He-Cd
5. The apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is a laser oscillator.
【請求項6】 前記光学検出器(17)は、イメージインテ
ンシファイア(17A)とCCDカメラ(17B)とを備えること
を特徴とする請求項1ないし5のいずれか記載の真空容
器内の半導体ウエハの有機パーティクルモニタ装置。
6. A semiconductor in a vacuum vessel according to claim 1, wherein said optical detector (17) comprises an image intensifier (17A) and a CCD camera (17B). Organic particle monitor for wafers.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005101539A (en) * 2003-08-25 2005-04-14 Tokyo Electron Ltd Method of cleaning member and substrate processing apparatus
JP2016018822A (en) * 2014-07-04 2016-02-01 株式会社Sumco Semiconductor substrate surface organic contamination evaluation method and application of the same

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