JP2002159926A

JP2002159926A - レーザクリーニング処理時における基板表面の洗浄状況検出装置及び方法

Info

Publication number: JP2002159926A
Application number: JP2000358942A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kanazawa; 正仁金沢; Toshiyuki Ishida; 稔幸石田; Takeshi Iida; 武飯田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-06-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、基板表面付近から放射される光を
検出することによりレーザクリーニングの終了を正確に
判定することのできるレーザクリーニング処理の終了判
定装置及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明によるレーザクリーニング処理時
における基板表面の洗浄状況検出装置は、チャンバ(2)
内の基板(3)の表面(3A)付近に設置され、前記基板(3)へ
のレーザビーム(5A)の照射によって前記基板表面(3A)付
近のパーティクル(11)離脱時に生じる光を検出する受光
素子(20)と、前記受光素子(21)による検出信号に基づ
き、前記レーザビーム(5A)による前記基板(3)の洗浄状
況を判定する洗浄状況判定手段(23)とを備える構成であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体シリコンウ
エハ製造工程や液晶パネル製造工程またはその他の工程
において、パルス・レーザ照射による基板表面のクリー
ニング方法におけるクリーニング状態変化のモニタまた
は終点を検出するレーザクリーニング処理時における基
板表面の洗浄状況検出装置及び方法に関し、特に、基板
表面付近での光を検出することにより、洗浄状況を判定
できるようにするための新規な改良に関する。

【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３で示される、例えばマイクロホンを用いたレー
ザクリーニング処理時における基板表面の洗浄状況検出
装置の構成を挙げることができる。すなわち、図３にお
いて、符号１で示されるものはマイクロホンであり、こ
のマイクロホン１は、半導体製造装置のレーザクリーニ
ングのチャンバ２内に配設されている。

【０００３】前記チャンバ２では、洗浄対象物である基
板３がステージ４の上に設置されており、この基板３に
は、例えばＫｒＦエキシマレーザ発振器で構成されるパ
ルスレーザ発振器５から発振されたパルスレーザ５Ａが
光学系６及びミラー７を介して照射されるように構成さ
れている。

【０００４】前記マイクロホン１にはプリアンプ８及び
ＦＥＴ９を介して終了判定装置１０が接続されており、
パルスレーザ５Ａの照射による基板３の表面のクリーニ
ングにあたり、パルスレーザ５Ａを基板表面３Ａに照射
することによって基板表面３Ａから発生される音波を検
出し、この音波の検出信号に基づいて基板表面３Ａの状
態を検出し、これによりレーザクリーニングの終了時を
判定していた。このような装置は、特開平７−３１１１
８１号公報により周知であった。

【０００５】即ち、具体的には、基板表面３Ａのクリー
ニングを行うために基板３上の所定の領域にパルスレー
ザ５Ａを照射すると同時に、パルスレーザ５Ａと基板表
面３Ａとの相互作用によって発生した音波をマイクロホ
ン１を用いて検出し、検出した音波の振幅や周波数スペ
クトルなどに基づき、基板表面３Ａのクリーニング状態
を検出する。

【０００６】図３において、パルスレーザ発振器５から
出射されたパルスレーザ５Ａを光学系６によりクリーニ
ングに適したビーム形状に整形した後に、ミラー７によ
り垂直または任意の角度でパーティクル１１が付着した
基板３に照射する。基板３にパルスレーザ５Ａを照射し
た際にパーティクル１１の脱離量に応じて基板表面３Ａ
から音波が発生する。この音波をマイクロホン１で集音
し、プリアンプ８で信号を増幅する。周波数分析装置と
して機能するＦＦＴ６にて特定の周波数スペクトルを選
択した後に、終了判定装置１０にて信号強度をリアルタ
イムに観察することにより、基板表面３Ａのクリーニン
グ状態を検出する。

【０００７】図４に示すようなクリーニング時における
音波の信号強度はレーザ照射パルス毎に変化するが、パ
ーティクル１１が完全に除去されると、パーティクル１
１が付着されていない状態の信号強度（ほぼ零）に収束
するため、このように信号強度が収束した時点をレーザ
クリーニングの終了と判定していた。なお、ステージ４
は基板３の全域または任意の領域をクリーニングできる
ように、基板３に対するパルスレーザ５Ａの照射位置を
ＸＹ方向に移動可能または照射方向を回転可能に構成さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置は以上のよ
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、半導体製造や液晶基板製造工程では、多
くの製造装置が微細加工に有利である真空中での加工
（成膜や食刻工程）を行っており、真空排気時間やリー
ク時間の短縮による生産能率の改善や排気やリークの繰
り返しによるパーティクルの付着を防止すると共に歩留
まりを向上させるために、製造装置同士を接続し、真空
中で基板３を搬送している。

【０００９】従って、レーザクリーニングを真空中で行
うことにより、生産効率や歩留まりの向上を図ることが
当然に要求されるが、音波を用いた従来のレーザクリー
ニングの終了時の判定方法は、大気中またはガス中での
み実施可能であり、真空中では実施不可能であるという
課題があった。また、音波を検出する際に、様々な周辺
装置から発生する騒音により正確な検出ができなくなる
おそれがあるという課題があった。

【００１０】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、基板表面付近から放射され
る光を検出することによりレーザクリーニングの終了を
正確に判定することのできるレーザクリーニング処理の
終了判定装置及び方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザクリーニ
ング処理時における基板表面の洗浄状況検出装置は、チ
ャンバ内の基板の表面付近に設置され、前記基板へのレ
ーザビームの照射によって前記基板表面付近のパーティ
クル離脱時に生じる光を検出する受光素子と、前記受光
素子による検出信号に基づき、前記レーザビームによる
前記基板の洗浄状況を判定する洗浄状況判定手段とを備
える構成であり、また、前記受光素子は光学フィルタを
介して前記基板表面付近で生じる光を検出する構成であ
り、また、前記光学フィルタは、レーザビームに対して
は遮光性を有し、パーティクル離脱時に生じた光に対し
ては透過性を有する棒状の部材であり、一端が前記基板
表面の付近に設置されると共に、他端が前記受光素子に
接続されている構成である。また、本発明のレーザクリ
ーニング処理時における基板表面の洗浄状況検出方法
は、チャンバ内の基板にレーザビームを照射することに
よって前記基板の表面で生じる光を検出し、前記光に基
づき前記レーザビームによる前記基板表面の洗浄状況を
判定する構成であり、前記基板表面の付近に設けられた
受光素子を用いることにより、前記基板表面付近のパー
ティクル離脱時に生じる光を検出する構成であり、さら
に、前記基板表面付近における光が生じなくなったとき
に前記基板表面の洗浄が終了したと判定する構成であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるレ
ーザクリーニング処理時における基板表面の洗浄状況検
出装置及び方法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。

【００１３】図１に示すように、本発明のレーザクリー
ニング処理時における基板表面の洗浄状況検出装置は、
従来のマイクロホン１に代えて、例えばプラスチックフ
ァイバーのように紫外光を遮断する光学フィルタ２０
と、この光学フィルタ２０に接続された受光素子２１を
備える。前記光学フィルタ２０は、基板表面３Ａでの光
（可視光）を検出するために基板表面３Ａの付近に設置
されている。また、前記光学フィルタ２０にはプリアン
プ８、ピークホールド回路２２及び洗浄状況判定装置２
３が接続されている。

【００１４】前記光学フィルタ２０は、一端２０Ａが基
板表面３Ａを向き、他端２０Ｂが受光素子２１に接続さ
れており、例えばレーザビーム（紫外線）等のエネルギ
ーの高い光を遮断し、それよりもエネルギーの低い（波
長の長い）光（可視光）を透過して前記一端２０Ａから
他端２０Ｂ方向に誘導する棒状のプラスチックファイバ
である。このように棒状の光学フィルタ２０を用いるの
は、チャンバ２内で反射されたパルスレーザ５Ａを受光
素子２１が検出することを防止し、基板表面３Ａ付近に
おける光誘起現象により生じた光(可視領域の光）のみ
を受光素子２１に導くことにより、誤検出を防止するた
めである。

【００１５】また、本発明のレーザクリーニング処理時
における基板表面の洗浄状況検出装置及び方法における
パルスレーザ５Ａの照射方式は、従来の終了判定装置及
び方法におけるものと同一である。図１に示すように、
パルスレーザ発振器５から出射されたレーザビームであ
るパルスレーザ５Ａを光学系６によりクリーニングに適
したビーム形状に整形した後に、ミラー７を調整するこ
とにより基板表面３Ａに対して垂直または任意の角度で
パルスレーザ５Ａを照射する。

【００１６】パルスレーザ５Ａが基板表面３Ａに照射さ
れると、パーティクル１１の脱離量に応じて基板表面３
Ａ付近で光が生じる。このような光は、基板表面３Ａに
付着していたパーティクル１１がパルスレーザ５Ａによ
り励起されて発光する光誘起現象によって生じるもので
ある。

【００１７】このようにして生じた光のうちの可視光が
光学フィルタ２０に誘導されて受光素子２１で検出され
ると、受光素子２１は受光量に応じた電圧信号（検出電
圧）を出力する。この検出電圧は、高入力抵抗のプリア
ンプ８で増幅され、さらにピークホールド回路２２にて
電圧のピーク値が保持される。このピークホールド回路
２２で得た電圧のピーク値を洗浄状況判定装置２３でリ
アルタイムに観察し、クリーニング状態を検出する。

【００１８】このとき、基板表面３Ａから離脱するパー
ティクル１１の量が多いと、光量も増大するため、光学
フィルタ２０を透過する光の増大と共に受光素子２１の
出力電圧値は増大する。一方、基板表面３Ａが洗浄され
て離脱するパーティクル１１の量が減少すると、光量も
減少し、光学フィルタ２０を透過する光の減少と共に受
光素子２１の受光素子２１の出力電圧値も減少する。従
って、基板表面３Ａが汚染されているときほど光学フィ
ルタ２０を透過する光の増大と共に受光素子２１の出力
電圧値が増大し、基板表面３Ａの浄化が進むほど光学フ
ィルタ２０を透過する光の減少と共に受光素子２１の出
力電圧値が減少することになるため、光学フィルタ２０
を透過した光の増大と共に受光素子２１の出力電圧値が
ほぼ零になったときをレーザクリーニングが終了したと
きであると判定することができる。

【００１９】図２は、本発明によるレーザクリーニング
処理時における基板表面の洗浄状況検出装置を用いて受
光素子２１の検出電圧を測定した結果を示す特性図であ
る。図２において、第１特性２５ないし第３特性２７
は、基板表面３Ａにパーティクル１としてインクを塗布
した場合の第１回目（第１ショット）、第１０回目（第
１０ショット）及び第３０回目（第３０ショット）にお
いてパルスレーザ５Ａを照射した時の受光素子２１の検
出電圧特性を示しており、又、第４特性２８は、基板表
面３Ａにインクを塗布せず、かつ、基板表面３Ａにいか
なるパーティクル１１も付着していない場合における受
光素子２１の検出電圧特性を示したものである。なお、
これらの特性２５ないし２８は、プリアンプ８によって
増幅した直後の電圧波形である。なお、前記プリアンプ
８は、受光素子２１の検出感度を上げるための入力イン
ピーダンスを有している。

【００２０】図２から分かるように、第１ショットない
し第３０ショットのパルスレーザ５Ａの照射時における
ピーク２５Ａないし２７Ａは、パルスレーザ５Ａの印加
回数の増大に伴って減衰しており、信号の振幅は小さく
なる方向に変化している。汚染物が完全に除去されたシ
ョット数は１０ショット（第２特性２６）付近であり、
信号の振幅も汚染物が無い状態に収束し、基板表面３Ａ
にインクを塗布せず、かつ、基板表面３Ａにいかなるパ
ーティクル１１も付着していない場合における第４特性
２８とほぼ同一の結果を得ている。このことは、第１０
ショット目前後のパルスレーザ５Ａの印加により、レー
ザクリーニングが終了したことを示している。従って、
この時をレーザクリーニングの終了と判定することがで
きる。

【００２１】以上、本発明のレーザクリーニング処理時
における基板表面の洗浄状況検出装置及び方法によれ
ば、レーザクリーニング用のパルスレーザ５Ａによる影
響を受けることなく、基板表面に付着したパーティクル
１１の離脱時に生じる光に基づいてレーザクリーニング
の状況を判定することができる。なお、上述の説明で
は、光学フィルタ２０を透過する可視光に基づく受光素
子２１の出力電圧値を検出することにより基板表面の洗
浄状況を判定したが、可視光以外の光をレーザビームと
識別できる光学フィルタ２０ないし受光素子２１を用い
れば、可視光以外の光に基づいて基板表面の洗浄状況を
検出することも可能である。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、基板表面
のパーティクルの離脱時に生じる光に基づき、装置や周
囲（環境騒音）からの騒音により誤動作を生じることな
く、基板表面の洗浄状況を判定することのできる基板表
面の洗浄状況判定装置を提供することができる。請求項
２記載の発明によれば、確実に基板表面のパーティクル
の離脱時に生じる光を検出し、判定精度の高い基板表面
の洗浄状況判定装置を提供することができる。請求項３
記載の発明によれば、さらに判定精度の高い基板表面の
洗浄状況判定装置を提供することができる。請求項４記
載の発明によれば、基板表面のパーティクルの離脱時に
生じる光に基づき、装置や周囲（環境騒音）からの騒音
により誤動作を生じることなく、基板表面の洗浄状況を
判定することのできる基板表面の洗浄状況判定方法を提
供することができる。請求項５記載の発明によれば、確
実に基板表面のパーティクルの離脱時に生じる光を検出
し、判定精度の高い基板表面の洗浄状況判定方法を提供
することができる。請求項６記載の発明によれば、さら
に判定精度の高い基板表面の洗浄状況判定方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板表面の洗浄状況判定装置を概略的
に示す構成図である。

【図２】本発明の基板表面の洗浄状況判定装置における
受光素子の検出電圧とパルスレーザのショット数との関
係を示す特性図である。

【図３】従来の基板表面の洗浄状況判定装置を概略的に
示す構成図である。

【図４】従来の基板表面の洗浄状況判定装置におけるマ
イクロホンが検出した音波とパルスレーザのショット数
の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

２チャンバ３基板３Ａ基板表面４ステージ５パルスレーザ発振器５Ａパルスレーザ６光学系７ミラー８プリアンプ１０終了判定装置１１パーティクル２０光学フィルタ２１受光素子２２ピークホールド回路２３洗浄状況判定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｚ (72)発明者飯田武神奈川県横浜市金沢区福浦２丁目２番１号株式会社日本製鋼所内Ｆターム(参考） 2G043 AA03 CA05 DA08 EA10 GA07 GB08 HA02 HA05 HA09 JA02 KA02 LA01 3B116 AA03 AB01 BC01 4M106 AA01 AB18 BA05 CA41 DB02 DB08 DB11 DB21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバ(2)内の基板(3)の表面(3A)付近
に設置され、前記基板(3)へのレーザビーム(5A)の照射
によって前記基板表面(3A)付近のパーティクル(11)離脱
時に生じる光を検出する受光素子(20)と、前記受光素子(21)による検出信号に基づき、前記レーザ
ビーム(5A)による前記基板(3)の洗浄状況を判定する洗
浄状況判定手段(23)とを備えることを特徴とするレーザ
クリーニング処理時における基板表面の洗浄状況検出装
置。
【請求項２】前記受光素子(21)は光学フィルタ(20)を
介して前記基板表面(3A)付近で生じる光を検出すること
を特徴とする請求項１記載のレーザクリーニング処理時
における基板表面の洗浄状況検出装置。
【請求項３】前記光学フィルタ(20)は、レーザビーム
(5A)に対しては遮光性を有し、パーティクル(11)離脱時
に生じた光に対しては透過性を有する棒状の部材であ
り、一端(20A)が前記基板表面(3A)の付近に設置される
と共に、他端(20B)が前記受光素子(21)に接続されてい
ることを特徴とする請求項２記載のレーザクリーニング
処理時における基板表面の洗浄状況検出装置。
【請求項４】チャンバ(2)内の基板(3)にレーザビーム
(5A)を照射することによって前記基板(3)の表面(3A)で
生じる光を検出し、前記光に基づき前記レーザビーム(5
A)による前記基板表面(3A)の洗浄状況を判定することを
特徴とするレーザクリーニング処理時における基板表面
の洗浄状況検出方法。
【請求項５】前記基板表面(3A)の付近に設けられた受
光素子(21)を用いることにより、前記基板表面(3A)付近
のパーティクル(11)離脱時に生じる光を検出することを
特徴とする請求項４記載のレーザクリーニング処理時に
おける基板表面の洗浄状況検出方法。
【請求項６】前記基板表面(3A)付近における光が生じ
なくなったときに前記基板表面(3A)の洗浄が終了したと
判定することを特徴とする請求項４又は５記載のレーザ
クリーニング処理時における基板表面の洗浄状況検出方
法。