JP2002057143A

JP2002057143A - 浮遊異物検出装置

Info

Publication number: JP2002057143A
Application number: JP2000244012A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakano; 博之中野; Toshihiko Nakada; 俊彦中田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-22
Also published as: TW503478B; US6712928B2; KR100389523B1; US20020016068A1; KR20020012476A

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマを用いた半導体製造装置の内部に浮遊
する異物をリアルタイムで検出することが可能で、かつ
複数の半導体製造装置に着脱が可能な、コンパクトな浮
遊異物検出装置を提供する。【解決手段】浮遊異物を検出する装置を、レーザ光源部
と、このレーザ光源部からの出力に基づいてレーザを半
導体製造装置の内部に照射して異物で散乱されたレーザ
を検出するモニタ光学系部と、このモニタ光学系部の検
出信号を処理する信号処理・制御部とを備えて構成し、
モニタ光学系部がレーザ光源部と信号処理・制御部とに
それぞれ光ファイバで接続されている構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング、スパ
ッタリング、ＣＶＤ等のプラズマを用いて半導体基板上
に所望の薄膜や回路パターン等を形成する半導体製造装
置の内部に浮遊する微細な粒子（異物）を検出する浮遊
異物検出装置に関し、特に、プラズマ処理技術により薄
膜や回路パターン等を形成する過程で処理室内に発生す
る異物を、処理中にリアルタイムで計測する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置を始めとして、プラズマ
を用いた処理が半導体製造工程や液晶表示装置用基板製
造工程に広く適用されている。

【０００３】図７に示すプラズマエッチング装置を例に
とり、従来の技術について説明する。シグナルジェネレ
ータ８３からの高周波信号によりパワーアンプ８４の出
力電圧を変調し、この高周波電圧を分配器８５により分
配し、処理室内に互いに平行に配置した上部電極８１と
下部電極８２の間に印加し、両電極間での放電によりエ
ッチング用ガスからプラズマ７１を発生させ、その活性
種で被処理体としての半導体ウェハ７０をエッチングす
る。高周波信号としては，例えば４００ｋＨｚ程度の周
波数が用いられる。エッチング処理に際しては、エッチ
ングの進行状況を監視し、その終点をできるだけ正確に
判定して、所定のパターン形状及び深さだけエッチング
処理を行うようにしている。終点が検出されると、パワ
ーアンプの出力を停止し、半導体ウェハ４が処理室から
排出される。

【０００４】このようなプラズマエッチング処理では、
エッチング反応によって生成された反応生成物がプラズ
マ処理室の壁面あるいは電極に堆積し、これが時間経過
に伴い剥離して浮遊異物となる。この浮遊異物は、エッ
チング中にウェハに付着したり、あるいはプラズマ中の
バルク・シース界面でトラップされ、エッチング処理が
終了しプラズマ放電が停止した瞬間にウェハ上に落下
し、非開口といったエッチング不良、回路の特性不良、
そしてパターン外観不良を引き起こす。最終的には半導
体素子の歩留まり低下や素子の信頼性低下の原因とな
る。

【０００５】これらの問題に対し、ウェハ表面に付着し
た異物を検査する装置が実用化されている。しかし、こ
れはプラズマ処理装置から一旦ウェハを抜き出し検査を
行うもので、異物が多く発生していると判った時点で既
に他のウェハの処理が進んでおり、不良の大量発生によ
る歩留まりの低下の問題がある。また、処理後の評価で
は処理室内の異物発生の分布、経時変化などは判らな
い。従って、処理室内の汚染状況をｉｎ−ｓｉｔｕでリ
アルタイムモニタする技術が半導体製造の分野で求めら
れている。

【０００６】この問題に関して、プラズマ処理室内に浮
遊した異物をｉｎ−ｓｉｔｕ計測する機能を備えた半導
体製造方法及び装置が提案されていおり、例えば、特開
昭５７−１１８６３０号公報（従来技術１）、特開平３
−２５３５５号公報（従来技術２）、特開平３−１４７
３１７号公報（従来技術３）、特開平６−８２３５８号
公報（従来技術４）、特開平６−１２４９０２号公報
（従来技術５）、特開平１０−２１３５３９（従来技術
６）がある。

【０００７】上記従来技術１には、反応空間における自
己発光光のスペクトルと異なったスペクトルを有する平
行光を反応空間に照射する手段と、前記平行光の照射を
受けて前記反応空間において発生する微粒子からの散乱
光を検出する手段を具備した蒸着装置が知られている。

【０００８】また、上記従来技術２には、半導体装置用
基板表面に付着した微細粒子及び浮遊している微細粒子
を、レーザ光による散乱を用いて測定する微細粒子測定
装置において、波長が同一で相互の位相差がある所定の
周波数で変調された２本のレーザ光を発生させるレーザ
光位相変調部と、上記２本のレーザ光を上記の測定対象
である微細粒子を含む空間において交差させる光学系
と、上記２本のレーザ光の交差された領域において測定
対象である微細粒子により散乱させた光を受光し、電気
信号に変換する光検出部と、この散乱光による電気信号
の中で上記レーザ光位相変調部での位相変調信号と周波
数が同一または２倍で、かつ上記位相変調信号との位相
差が時間的に一定である信号成分を取り出す信号処理部
とを備えた微細粒子測定装置が知られている。

【０００９】また、上記従来技術３には、コヒーレント
光を走査照射して反応容器内で散乱する光をその場で発
生させるステップと上記反応容器内で散乱する光を検出
するステップを含み、それにより上記散乱光を解析する
ことにより上記反応容器内の汚染状況を測定する技術が
記載されている。

【００１０】また、上記従来技術４では、レーザ光を生
成するレーザ手段と、観測されるべき粒子を含むプラズ
マ処理ツールの反応室内の領域を上記レーザ光で走査す
るスキャナ手段と、上記領域内の粒子によって散乱した
レーザ光のビデオ信号を生成するビデオカメラと、上記
ビデオ信号のイメージを処理し表示する手段とを有する
粒子検出器が記載されている。

【００１１】また、上記従来技術５には、プラズマ処理
室内のプラズマ発生領域を観測するカメラ装置と、該カ
メラ装置により得られた画像を処理して目的とする情報
を得るデータ処理部と、該データ処理部にて得られた情
報に基づいてパーティクルを減少させるように排気手
段、プロセスガス導入手段、高周波電圧印加手段及びパ
ージガス導入手段のうち少なくとも一つを制御する制御
部とを備えたプラズマ処理装置が記載されている。

【００１２】また、上記従来技術６には、測定体積を横
切って照射する光ビームを送出する光送出器と、光検出
器と上記測定体積からの散乱光を集光してその光を上記
光検出器に向ける光学系とを含み、その光検出器に向け
られた光の強度を表す信号をその光検出器が発生するよ
うに構成した検出器と、前記光検出器からの信号を分析
するように相互接続され、前記光検出器からの信号の中
のパルスを検出するパルス検出器と、微粒子に対応しそ
の微粒子が前記測定体積の中を動く間の前記ビームによ
る複数回の照射に伴う前記微粒子による散乱光に起因す
る一連のパルスを特定する事象検出器ととを含む信号処
理手段とを含む微粒子センサが記載されている。

【００１３】しかし、これらの手法はいずれも、固定の
レーザ光を用いてウェハ上の一部の領域を観測するもの
であり、ウェハ全面にわたってプラズマ中の浮遊異物を
計測することは困難である。

【００１４】プラズマ処理室内に浮遊した異物をウェハ
全面にわたってｉｎ−ｓｉｔｕ計測する機能を備えた半
導体製造方法及び装置も提案されていおり、例えば、特
開平９−２４３５９号公報（従来技術７）がある。

【００１５】上記従来技術７には、処理室内の上下方
向、水平方向、または上下および水平方向にレーザ光を
照射し、処理室内のパーティクルにより散乱したレーザ
光を検出し、検出したレーザ光の強度から処理チャンバ
内のパーティクルをリアルタイムでモニタすることを特
徴とするパーティクルモニタ方法が記載されている。

【００１６】しかし、これらの手法はいずれも、レーザ
照明光学系と、散乱光検出光学系が分離している。その
ため、レーザ光を処理室内に照射し、散乱光を検出する
ための観測窓を二つ以上備えている装置に適用が限定さ
れたうえ、レーザ照明光学系および散乱光検出光学系の
光軸調整を個別に行う必要があるため、取扱が不便であ
った。

【００１７】更に、プラズマ処理室内に浮遊した異物を
ウェハ全面にわたってｉｎ−ｓｉｔｕ計測する機能を備
えた半導体製造方法及び装置として、特開平１１−２５
１２５２号公報（従来技術８）には、プラズマ励起周波
数とは異なる周波数で強度変調したレーザビームをプラ
ズマ処理室の観察用の窓からプラズマ処理室の内部に照
射し、異物からの後方散乱光を検出して浮遊異物を検出
する方法及びその装置が開示されている。

【００１８】しかし、この従来技術８には、レーザ光源
を小型化して操作性をよくすることについては配慮され
ていない。

【００１９】また、従来技術８には、後方散乱光を検出
する場合の特有の課題の一つである、処理室内壁面から
の反射光の影響を受けないようにすることについても、
配慮されていない。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】レーザ照明光学系及び
散乱光検出光学系を一体化し、一つの観測窓に取り付け
可能な異物モニタを実現するには、照射したレーザ光と
同じ光軸を後ろ方向に伝搬し、レーザ照射光学系へと戻
る、後方散乱光を検出する方法が有効である。

【００２１】更に、モニタの小形化を実現するには、モ
ニタを構成する各々の部品を小型化することが重要とな
る。

【００２２】一般に、レーザ光源は、その他の光学素子
と比較すると大きい。また、光学素子は、外部から物理
的な力が加わったり、表面に付着したゴミがレーザ光に
より焼き付く等の現象が起こらなければ破損する確立は
低い。それに比べ、レーザ光源の寿命は短い。従って、
ｉｎ−ｓｉｔｕモニタのレーザ光源としては、例えば、
高寿命および小形な半導体レーザ、もしくは、半導体レ
ーザ励起の固体レーザが有効である。ここで、異物粒径
が同じであれば、異物により生じる散乱光の強度は、照
射するレーザ光の出力に比例し、波長の自乗に比例す
る。従って、半導体レーザよりも、非線形光学結晶によ
り波長を短波長化する半導体レーザ励起の固体レーザの
方がレーザ散乱法による異物検出にとっては有効であ
る。

【００２３】しかしながら、半導体レーザは、雰囲気温
度、もしくは、半導体結晶の温度温度変化により、その
出力及び波長が変動するため、温度制御が必須となるこ
とである。出力が高くなるにつれて発熱量が増加するた
め、発生した熱を外部に放出する必要があることであ
る。通常、ペルチェ素子を用いた冷却が行われ、付随し
て放熱用のヒートシンクが使用される。このヒートシン
クの大きさは、半導体レーザ自信が小型であるのに対し
て、数倍から数十倍の体積になる。以上のことから、小
形モニタの実現のためには、ヒートシンクを含めたレー
ザ光源の小形化が必須となる。

【００２４】外部にレーザを設置し光ファイバで導く方
法もあるが、同じ光軸上を伝搬する照射光と散乱光を分
離するためには偏光分離が有効である。偏光したレーザ
光を偏波面保存ファイバで導くことは可能である。しか
しながら、出力が高い場合、コア系の細い偏波面保存フ
ァイバに入射させようとしても、入射端面がダメージを
受け、結合損失が増加してしまう。更には、レーザ出力
が大きすぎた場合には、ファイバには入射するどころ
か、反射されてしまう。ビーム径を拡大し、数本のファ
イバを束ねたバンドルファイバにより導くことは可能で
あるが、偏波面を保存するには１本１本のファイバの方
向を揃える必要があり、実現はかなり困難である。

【００２５】本発明の目的は，レーザ照明光学系及び散
乱光検出光学系が一体化され、一つの観測窓に取り付け
可能な、小形で且つ光軸調整などの取扱が簡便で、更
に、メンテナンス効率が高い異物モニタにより、半導体
製造装置内に浮遊した異物を半導体処理に何ら影響を及
ぼすことなく、処理中にｉｎ−ｓｉｔｕ計測する機能を
備えた浮遊異物検出装置を提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、半導体製造装置の内部に浮遊する異物
を検出する装置を、レーザ光源部と、このレーザ光源部
から発射されたレーザにより励起されたレーザを半導体
製造装置の内部に照射するレーザ照射光学系部と、この
レーザ照射光学部により照射されて異物で散乱されたレ
ーザを検出する散乱光検出光学系部と、信号処理・制御
部とを備えて構成し、レーザ光源部が光ファイバでレー
ザ照射光学系部と接続されている構成とした。

【００２７】また、上記目的を達成するために、本発明
では、プラズマを用いた半導体製造装置の内部に浮遊す
る異物を検出する装置を、レーザ光源部と、このレーザ
光源部からの出力に基づいてレーザを半導体製造装置の
内部に照射して異物で散乱されたレーザを検出するモニ
タ光学系部と、このモニタ光学系部の検出信号を処理す
る信号処理・制御部とを備えて構成し、モニタ光学系部
がレーザ光源部と信号処理・制御部とにそれぞれ光ファ
イバで接続されている構成とした。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の例を、プラズマエ
ッチング装置を例にとり、図１〜図６に基づいて説明す
る。尚、以下では、プラズマ処理装置として、プラズマ
ドライエッチング装置に利用されている、平行平板型プ
ラズマエッチング装置を例に説明を進めるが、本発明
は、必ずしも平行平板型プラズマエッチング装置に限定
されるべきものではなく、各種のエッチング装置、例え
ばＥＣＲエッチング装置、あるいはマイクロ波エッチン
グ装置をも含むものである。

【００２９】まず、本発明の第１の実施例を図１〜図４
に基づいて説明する。図１は、第１の実施例におけるエ
ッチング装置とプラズマ中浮遊異物計測装置を示すもの
である。プラズマ中浮遊異物計測装置は、レーザ照射光
学系２０００、散乱光検出光学系３０００、信号処理・
制御系６０００から成る。レーザ照射光学系２０００と
散乱光検出光学系３０００とは一つのユニットで構成さ
れ、それぞれ光ファイバでレーザ光源２０および信号処
理・制御系６０００と接続されている。

【００３０】図１に示すように、エッチング装置では、
シグナルジェネレータ８３からの高周波信号によりパワ
ーアンプ８４の出力電圧を変調し、この高周波電圧を分
配器８５により分配し、プラズマ処理室８６内に互いに
平行に配置した上部電極８１と下部電極８２の間に印加
し、両電極間での放電によりエッチグ用ガスからプラズ
マ７１を発生させ、その活性種で被処理体としての半導
体ウェハ７０をエッチングする。シグナルジェネレータ
８３で発生する高周波信号としては、例えば４００ｋＨ
ｚ程度が用いられる。エッチング処理に際しては、エッ
チングの進行状況を監視し、その終点をできるだけ正確
に検出して、所定のパターン形状及び深さだけエッチン
グ処理を行うようにしている。終点が検出されると、パ
ワーアンプ８３の出力を停止し、半導体ウェハ７０がプ
ラズマ処理室８６から排出される。

【００３１】レーザ照射光学系２０００では、モニタ光
学系本体から離れた場所に設置された励起用レーザ光源
２０からのレーザ光（例えば、赤外半導体レーザ光、波
長；８０９ｎｍ）を、励起光用光ファイバ３２により、
モニタ光学系本体に設置された利得媒体２１（例えば、
ネオジム・バナデート（Ｎｄ：ＹＶＯ_４））に照射され
る。ネオジム・バナデートは波長８０９ｎｍの励起光を
吸収し、１０６４ｎｍ周辺の波長で単一方向の強力な光
を放出する。更に、ネオジム・バナデートは結晶の軸方
向によって物理的特性が異なる物質で、偏光したレーザ
光を放出する。ネオジム・バナデートからの光は、次に
非線形光学結晶２２（例えば、LBO結晶）により、波長
１０６４ｎｍから第２次高調波の波長５３２ｎｍのレー
ザ光に変換される。

【００３２】上記波長変換されたレーザ光は、強度変調
器２３でプラズマの励起周波数とは異なる周波数、例え
ば１７０ＭＨｚで強度変調された後、コリメーティング
レンズ１６により拡大され、フォーカシングレンズ１７
により半導体ウェハ７０の中心に集光する。

【００３３】ここで、強度変調記２３としては、例え
ば、ＡＯ（Ａｃｏｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器が有
る。この強度変調器２３には、計算機６１からの制御信
号に基づいて発振器（図示せず）から出力されたプラズ
マの励起周波数とは異なる周波数の信号が印加され、非
線形光学結晶２２で波長変換されたレーザを、この周波
数で強度変調する。

【００３４】コリーメーティングレンズ１６及びフォー
カシングレンズ１７の焦点距離を適当に選び、焦点深度
を半導体ウェハ７０の半径より大きくすることで、半導
体ウェハ７０の手前及び奥までの領域を、ほぼ均一な光
エネルギー密度で照射することが可能となる。

【００３５】上記集光されたＳ偏光ビームは偏光ビーム
スプリッタ２４で反射された後、１／４波長板２６を通
過させることで円偏光ビームに変換した後、高速駆動す
るガルバノミラー２５で反射され、観測窓１０を透過し
てプラズマ処理室８６に入射し、半導体ウェハ７０の上
空を扇形に全面走査する。上記長焦点深度ビームを走査
することにより、半導体ウェハ７０の上空全面をほぼ均
一のエネルギー密度で照射することが可能となる。

【００３６】円偏光ビームは、プラズマ７１中の浮遊異
物７２によって散乱される。この異物散乱光２０１のう
ち入射ビームと同じ光軸を後ろ方向に散乱された後方散
乱光２０２がガルバノミラー２５で反射され、そのうち
正反射成分である円偏光成分は再び１／４波長板２６を
透過することでＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッ
タ２４を透過し、結像レンズ３１により光ファイバ３３
の入射端面に集光される。

【００３７】ここで、図２に示すように、半導体ウェハ
７０の中央ａ２とファイバ受光端とが結像関係にある。
ファイバ受光端の大きさを、デフォーカスしたウェハ手
前ａ１および奥ａ３からの異物散乱光おも受光可能な大
きさとすることで、半導体ウェハ７０上空で発生する異
物散乱光を全て受光できる。従って、長焦点ビームの高
速走査と併せ、半導体ウェハ７０上空全面においてほぼ
均一な感度で異物検出が行えることも、本発明の特徴の
一つである。

【００３８】尚、本実施例のように、照明光の波長が５
３２ｎｍの場合、異物粒径がおおよそ１０μｍより小さ
くなると、後方散乱光の偏光成分のほとんどは入射光の
偏光成分と等しくなる。従って、偏光分離法として広く
知られているＳ偏光照明・Ｐ円光検出(Ｐ偏光照明・Ｓ
偏光検出)では、検出散乱強度が著しく低下し、検出感
度の低下を引き起こすが、上記実施例のように円偏光照
明・円偏光検出とすることで異物粒径の減少に伴う検出
感度の低下を抑えることが可能となることも、本発明の
特徴の一つである。

【００３９】プラズマ処理室８６の内壁面からの直接反
射光や散乱光は、検出用光ファイバの手前の処理室壁面
と共役な点に空間フィルタ３６を設置してこれらの光を
遮光することで、検出用光ファイバ３３に入射するのを
防止できる。これにより、処理室内壁面からの反射光の
影響を受けることなく、異物からの後方散乱光を検出こ
とができ、検出の精度を上げることができ、より小さい
浮遊異物や、後方散乱光が少ない異物も、見逃すことな
く検出することが可能になる。

【００４０】異物観測窓１０からの直接反射光は、観測
窓１０を傾斜させ反射光軸を検出光軸からずらすことで
光ファイバに入射しない構成としたことも、本発明の特
徴の一つである。

【００４１】また、観測窓に反射防止コートを施すこと
で反射光強度を低減させることも可能である。

【００４２】検出用ファイバ３３の出射端は干渉フィル
タ４０に接続されており、レーザ光と同一波長成分（５
３２ｎｍ）が抽出され、光電子増倍管等の光電変換素子
３５により電流信号に変換される。この電流信号は、信
号処理・制御系６０００において増幅器３７で増幅され
た後計算機６１に送られる。計算機６１では、ガルバノ
ドライバ２９を介して走査制御信号４０１をガルバノミ
ラー２５に送り、ビーム１０３を走査しつつ各走査位置
での異物散乱強度をディスプレイ６２に表示していく。

【００４３】図３〜４にディスプレイ６２での表示例を
示す。図３には、φ３００ｍｍのウェハ上の照射光９ラ
インでの、ウェハ中心領域における検出信号の各走査毎
の変化、すなわち時間変化が示されている。プラズマ中
の浮遊異物により散乱光が発生した場合には、図中３箇
所で示した様なパルス上の大きな信号が現れる。これら
のパルス状の信号の強度から異物の大きさを判定するこ
とができる。また、図４に示すように、各検出位置にお
いて、ｎ回目の走査時の出力と（ｎ−１）回目の走査時
の出力の差分をとると背景雑音の直流成分がキャンセル
され、また、常時同様に揺らいでいる背景雑音の揺らぎ
を低減させることが可能となり、異物信号の判定が容易
となる。

【００４４】エッチングが終了し、ウェハ７０が処理室
から排出されると計測を終了する。計測データはウェハ
単位で記録される。測定データを外部に出力し、外部出
力信号４０２を利用して処理室プラズマ処理室８７の汚
染状況を逐次監視することも可能である。

【００４５】本実施例によれば、後方散乱光を検出する
ので照射び散乱光検出を一つの観測窓を通して行うこと
ができ、照射光学系及び検出光学系を一つのユニットで
モニタ光学系としてコンパクトに構成することが可能と
なり、更に、励起用光源をこのモニタ光学系本体より分
離した構成としたことにより、励起用光源の冷却ヒート
シンクをモニタ光学系本体から切り離すことが可能にな
り、モニタ光学系を大幅に小形化することが可能とな
る。

【００４６】このようにモニタ光学系を小型化したこと
により、既存の半導体製造装置の観察用窓に容易に取り
付ける場合に、取り付けるための周囲の空間的な制約条
件が少なくなり、取り付けを容易にすることができる。
また、このように小型化が可能となったことにより、モ
ニタ光学系の観察窓への取り付け部を着脱容易な構造と
しておくことにより、複数の半導体製造装置を、１台の
検出装置で順次モニタすることも可能になる。

【００４７】長焦点ビームの走査によりウェハ全面にわ
たりほぼ均一なエネルギー照明・均一感度検出が実現で
きるという効果が得られる。これにより、エッチング装
置処理室内の汚染状況のリアルタイムモニタリングが可
能となり、付着異物のよる不良ウェハの発生を低減でき
るという効果と、装置クリーニング時期を正確に把握す
ることができるという効果が生まれる。また、ダミーウ
ェハを用いた先行チェック作業の頻度が低減できるた
め、コスト低減と生産性の向上という効果が生まれる。
更に、処理中に異物が発生するタイミングが判るため、
異物低減対策に効果的な情報を得ることができるという
効果が生まれる。

【００４８】本発明による浮遊異物検出装置を半導体デ
バイスの製造ラインに適用した例を、図５〜図６に基づ
いて説明する。本適用例では、半導体製造ラインのホト
リソグラフィ工程中の膜付け装置１００１とエッチング
装置１００６に、先に述べた３つの実施例に基づくプラ
ズマ中浮遊異物計測装置１００９を装着し、ウェハの異
物管理と各装置の異物管理を実現する。

【００４９】まず、膜付け装置１００１により半導体ウ
ェハ上にシリコン酸化膜等の被加工膜が形成される。成
膜中に、プラズマ中浮遊異物計測装置１００９によりウ
ェハ１毎毎に異物の個数を計測し。成膜終了後に診断ユ
ニット１０１０で総個数を診断する。例えば、図７に示
すように、総個数がしきい値Ｎthを超えた場合は該当す
るウェハＷａ及びＷｂを製造ラインから排除する。ま
た、Ｗｃ以降のようにしきい値Ｎthを超えるウェハが連
続して生じる場合は、膜付け装置１００１のクリーニン
グ指示を出す。異物がしきい値Ｎth以下のウェハはレジ
スト塗布装置１００３に送られ、レジストが塗布され
る。レジスト塗布後、露光装置１００４により、レチク
ルやマスク上の所望の回路パターンが転写される。露光
された半導体ウェハは、現像装置１００５で転写パター
ンに対応したレジスト分部が除去された後、エッチング
装置１００６に送られる。

【００５０】エッチング装置１００６では、このレジス
トパターンをマスクとしてレジスト除去部の被加工膜が
エッチングされる。エッチング中に、膜付け装置１００
１の場合と同様、エッチング中に、プラズマ中浮遊異物
計測装置１００９によりウェハ１枚毎の異物の個数を計
測し、エッチング終了時に診断ユニット１０１０で総個
数を診断する。例えば、図１７に示すように、総個数が
しきい値Ｎthを超えた場合は該当するウェハＷａ及びＷ
ｂを製造ラインから排除する。また、Ｗｃ以降のように
しきい値Ｎthを超えるウェハが連続して生じる場合は、
エッチング装置１００６のクリーニング指示を出す。異
物がしきい値Ｎth以下のウェハはアッシング装置１００
７に送られ、レジストが除去された後、洗浄装置１００
８により洗浄される。

【００５１】本適用例によれば、ホトリソグラフィ工程
中の膜付け装置とエッチング装置に、前記した実施例に
基づくプラズマ中浮遊異物計測装置を装着することによ
り、各装置の処理室内の汚染状況のリアルタイムモニタ
リングが可能となり、、異物付着による不良ウェハの発
生を低減でき高品質の半導体素子の製造が可能となると
いう効果と、装置クリーニング時期を正確に把握するこ
とができるという効果が生まれる。また、ダミーウェハ
を用いた異物の先行作業の頻度が低減できるため、コス
ト低減と生産性の向上という効果が生まれる。また、製
造ライン全体の自動化も可能となる。

【００５２】なお、以上説明した実施例では、プラズマ
励起電力は４００ｋＨｚ、レーザの変調周波数は１７０
ｋＨｚとしたが、本発明はこれらの周波数に限定される
ものではない。また、以上の実施例では、エッチング装
置は平行平板形プラズマエッチング装置としたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、各種のエッチング
装置、例えばＥＣＲエッチング装置、あるいはマイクロ
波エッチング装置等にも適用可能であることは言うまで
もない。また、上記実施例では、本発明のエッチング装
置への適用例について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、プラズマＣＶＤ装置等の成膜装置
への適用も十分可能である。また、スパッタ処理装置
等、プラズマを用いない成膜装置への適用も原理的に可
能である。また、被処理体も半導体ウェハに限定される
ものではなく、液晶表示装置用基板、半導体レーザ素子
等にも適用される。また、上記実施例では、長焦点ビー
ム照明、波長・周波数分離、円偏光照明・円偏光検出、
及び軸ずらし結像光学系・多段バンドルファイバ検出を
併用する例を述べたが、必ずしもこれらを同時に併用す
る必要はなく、検出すべき異物の大きさ、及びプラズマ
発光等、対象装置で発生する外乱の状況に応じて、どれ
か一つ、もしくは複数を選択できることは、自明であ
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、後方散乱光を検出する
方式としたことで、レーザ照射光学系及び散乱光検出光
学系を一つのユニットで構成することが可能となり、更
に、大きなヒートシンクを有する励起用レーザ光源をモ
ニタ光学系本体から分離する構成としたことで、検出部
分を小さくした小形の異物モニタ装置が構成でき、既存
の半導体製造装置の観察窓に容易に取り付けることが可
能になった。

【００５４】その結果、多種多様のエッチング装置に搭
載可能な異物モニタが構成でき、処理室内の汚染状況の
リアルタイムモニタリングが可能となり、付着異物のよ
る不良ウェハの発生を低減でき高品質の半導体素子の製
造が可能になった。また、装置クリーニング時期を正確
に把握することができるようになった。更に、ダミーウ
ェハを用いた異物の先行作業チェック作業の頻度が低減
できるため、コストを低減できるとともに、生産性を向
上させることが可能になった。

【００５５】また、本発明による異物モニタ装置を用い
て製造ラインの状態を監視すれば、製造ラインの自動化
も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における、エッチング装
置とプラズマ中浮遊異物計測装置の概略構成を示す平面
図と正面図である。

【図２】結像光学系とバンドルファイバによる散乱光の
受光の関係を示す正面図である。

【図３】本発明の第1の実施例における、ウェハ上９点
での検出光強度の時間変化を示す３次元のグラフであ
る。

【図４】本発明の第1の実施例における、ウェハ上９点
での異物信号強度の時間変化を示す３次元のグラフであ
る。

【図５】本発明によるプラズマ中浮遊異物計測装置付き
エッチング装置を半導体製造ラインのホトリソグラフィ
工程に適用した例を示す工程図である。

【図６】本発明により検出したウェハ毎の異物発生数の
変化を示すグラフである。

【図７】平行平板型プラズマエッチング装置の一般的な
構成を示す正面図である。

【符号の説明】

１０…傾斜付き観測窓１１…観測窓２０…励起
用レーザ２１…利得媒体２２…非線形光学結晶
２４…偏光ビームスプリッタ２５…ガルバノミ
ラー２９…ガルバノドライバ２０００、２
００１…レーザ照明光学系３０００、３００１…散
乱光検出光学系６０００、６００１、６００２…信
号処理系・制御系３１…結像レンズ３２…励起
光用光ファイバ３３…検出用ファイバ３６…空
間フィルタ６１…計算機７０…ウェハ７２
…浮遊異物８１…上部電極８２…下部電極
８３…シグナルジェネレータ１００９…プラズマ中
浮遊異物計測装置２０１…異物散乱光２０２…
後方散乱光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G059 AA05 BB01 CC19 DD13 EE02 FF01 GG01 GG09 HH01 JJ02 JJ11 JJ15 JJ17 JJ20 JJ21 JJ22 KK01 LL01 MM01 NN01 PP04 5F004 AA16 BA04 BB11 BB18 BD04 BD05 CB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体製造装置の内部に浮遊する異物を検
出する装置であって、レーザ光源部と、該レーザ光源部
から発射されたレーザにより励起されたレーザを前記半
導体製造装置の内部に照射するレーザ照射光学系部と、
該レーザ照射光学部により照射されて異物で散乱された
レーザを検出する散乱光検出光学系部と、信号処理・制
御部とを有し、前記レーザ光源部が光ファイバで前記レ
ーザ照射光学系部と接続されていることを特徴とする浮
遊異物検出装置。
【請求項２】前記レーザ照明光学系部と散乱光検出光学
系部が一つのユニットで構成されていることを特徴とす
る請求項１記載の浮遊異物検出装置。
【請求項３】前記レーザ光源部は、ヒートシンクを備え
ていることを特徴とする請求項１記載の浮遊異物検出装
置。
【請求項４】前記散乱光検出光学系部は、前記半導体製
造装置の内壁面からの反射光を遮光する遮光部を備えて
いることを特徴とする請求項１記載の浮遊異物検出装
置。
【請求項５】前記レーザ照明光学系部は、円偏光レーザ
を前記半導体製造装置の内部に照射し、前記散乱光検出
光学系部は、異物で散乱された円偏光レーザを検出する
ことを特徴とする請求項１記載の浮遊異物検出装置。
【請求項６】プラズマを用いた半導体製造装置の内部に
浮遊する異物を検出する装置であって、レーザ光源部
と、該レーザ光源部からの出力に基づいてレーザを前記
半導体製造装置の内部に照射して異物で散乱されたレー
ザを検出するモニタ光学系部と、該モニタ光学系部の検
出信号を処理する信号処理・制御部とを有し、前記モニ
タ光学系部が前記レーザ光源部と前記信号処理・制御部
とにそれぞれ光ファイバで接続されていることを特徴と
する浮遊異物検出装置。
【請求項７】前記レーザ光源部は励起用レーザを出力
し、前記モニタ光学系部は該レーザ光源部から出力され
た励起用レーザにより励起されたレーザを前記半導体製
造装置の内部に照射することを特徴とする請求項６記載
の浮遊異物検出装置。
【請求項８】前記モニタ光学系部は、前記半導体製造装
置の観察用窓に着脱自在な構成であることを特徴とする
請求項６記載の浮遊異物検出装置。
【請求項９】前記モニタ光学系部は、前記半導体製造装
置の内部に円偏光を照射し、異物により散乱された円偏
光を検出することを特徴とする請求項６記載の浮遊異物
検出装置。
【請求項１０】前記モニタ光学系部は、前記半導体製造
装置の内部に照射してレーザによる前記半導体製造装置
の内壁面からの反射光を遮光して、前記半導体製造装置
の内部に浮遊する異物による散乱光を検出することを特
徴とする請求項６記載の浮遊異物検出装置。
【請求項１１】前記レーザ光源部は、ヒートシンクを備
えていることを特徴とする請求項６記載の浮遊異物検出
装置。