JP2008205224A

JP2008205224A - 表面検査方法及び表面検査装置

Info

Publication number: JP2008205224A
Application number: JP2007040017A
Authority: JP
Inventors: Akiyo Mizutani; 晶代水谷
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】基板上に付着した超微小粒子を高精度に検出する。
【解決手段】基板の表面に付着した微小粒子を検出する表面検査方法において、前記微小粒子の周囲に析出物を生成するステップと、前記析出物が周囲に生成した前記微小粒子を光の散乱によって検出するステップと、を有することを特徴とする。これにより、基板の表面に付着した微小粒子の周囲に析出物が生成され、析出物が周囲に生成された微小粒子が光の散乱によって検出される。その結果、半導体や磁気記録装置等の電子機器製造工程において、搬送した基板に付着した０．１μｍよりも小さい超微小粒子の検出を可能とする表面検査方法及び表面検査装置が実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は表面検査方法及び表面検査装置に関し、特に基板表面に付着した超微小粒子を検出する表面検査方法及び表面検査装置に関する。

半導体製造工程においては、各製造工程における微小粒子（微小粉塵）の基板への付着を確認するため、ダミー基板を工程ラインに搬送させ、搬送中にどの程度の微小粒子が基板表面に付着するかを事前に検査するのが一般的である。

その検査には、例えば、微小粒子による光の散乱を利用した表面検査方法が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−０１７６３０号公報

しかしながら、上記の表面検査方法、ひいては市販の表面検査装置においては、光の散乱により基板上に付着した微小粒子の粒径を測定しているために、微小粒子の検出に限界がある。例えば、使用されている光の波長は、最も短いもので１００ｎｍ（０．１μｍ）程度であるので、０．１μｍよりも粒径が小さい超微小粒子については、充分に検出することができない。

このため、超微小粒子については、電子顕微鏡等によって、その都度観察する手段しかなく、観察用の試料作製や実際の観察等に手間がかかるという問題があった。また、電子顕微鏡等では、必然的に基板の局所的な場所を観察するため、基板全面にどの程度の粒径、量の超微小粒子が付着しているのかの判断ができないという問題があった。

今後の半導体素子の配線ルールから予測すると、０．１μｍよりも粒径が小さい超微小粒子が半導体素子の歩留まりに及ぼす影響は大きくなり、基板全面に付着した超微小粒子の正確且つ簡便な検出と、その検出装置の実現が必要になる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、基板上に付着した０．１μｍよりも小さい超微小粒子の検出を可能とする表面検査方法及び表面検査装置を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に例示するフローで実現可能な表面検査方法が提供される。本発明の表面検査方法は、基板の表面に付着した微小粒子を検出する表面検査方法であり、前記微小粒子の周囲に析出物を生成するステップと、前記析出物が周囲に生成された前記微小粒子を光の散乱によって検出するステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明では、基板の表面に付着した微小粒子を検出する表面検査装置において、前記微小粒子の周囲に析出物を生成する生成手段と、前記析出物が周囲に生成された前記微小粒子を光の散乱によって検出する検出手段と、を備えた表面検査装置が提供される。

このような表面検査方法及び表面検査装置によれば、基板の表面に付着した微小粒子の周囲に析出物が生成され、析出物が周囲に生成した微小粒子が光の散乱によって検出される。

本発明では、基板の表面に付着した微小粒子を検出する表面検査方法及び表面検査装置において、微小粒子の周囲に予め析出物を生成させ、析出物が周囲に生成された微小粒子を光の散乱によって検出するようにした。

これにより、半導体や磁気記録装置等の電子機器製造工程において、搬送した基板に付着した、粒径が０．１μｍよりも小さい超微小粒子の検出を可能とする表面検査方法及び表面検査装置が実現する。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は表面検査方法の基本原理を説明するフロー図である。
最初に、半導体や磁気記録装置等の電子機器製造工程に搬送させた基板を表面検査装置の処理室に搬入する（ステップＳ１）。次に、処理室内に、水蒸気を供給する（ステップＳ２）。処理室内に水蒸気を供給することにより、処理室内部が所定の圧力の水蒸気雰囲気になる。次いで、基板上に付着した超微小粒子の周囲に析出物を生成させる処理を施す（ステップＳ３）。ここで、析出物とは、例えば、錯塩、塩、金属酸化物、金属水酸化物である。そして、析出物が周囲に生成した超微小粒子を光（例えば、レーザー線）の散乱によって検出する（ステップＳ４）。

このように、上記の表面検査方法では、粒径が０．１μｍより小さい超微小粒子の周囲に析出物を生成させて、もとの超微小粒子の粒径を大きくし、基板上に付着した超微小粒子を光の散乱によって正確に検出する。

次に、本実施の形態の表面検査方法について、具体的に説明する。特に、ステップＳ３の処理方法について、詳細に説明する。
図２は超微小粒子の周囲に析出物を生成する原理を説明する図であり、（Ａ）は超微小粒子の周囲に水を凝縮させる工程を示す図であり、（Ｂ）は超微小粒子の周囲に析出物を生成する工程を示す図である。

図（Ａ）に示すように、粒径が０．１μｍよりも小さい超微小粒子１０が付着した基板１１を処理室１２内に設置する。ここで、超微小粒子１０の成分は、半導体や磁気記録装置等の電子機器製造工程で用いる基板材を構成する半導体材、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、炭素（Ｃ）等、または製造装置、製造ラインから発塵するステンレス鋼、鉄（Ｆｅ）等である。そして、処理室１２内に水蒸気を供給する。

この処理室１２の内部を例えば、湿度が７０〜９０％で、且つ超微小粒子１０が付着した部分以外の基板表面に結露が発生しないような雰囲気圧に設定する。そして、このような雰囲気に、基板１１を設置すると、その超微小粒子１０と基板１１の表面との間隙に、毛細管現象によって水分１３が凝縮する。

次に、水分１３が超微小粒子１０と基板１１の表面との間隙に凝縮した後、その間隙に析出物が生成しやすい原材料ガスを雰囲気中に供給する。ここで、原材料ガスとしては、有機酸または無機酸ガスが挙げられる。具体的には、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、酢酸（ＣＨ₃ＣＯＯＨ）またはアンモニア（ＮＨ₃）が相当する。このようなガスは、それらの少なくとも一つのガスを供給してもよく、酸性ガスまたはアルカリ性ガスを交互に供給してもよい。

このようなガスを所定の雰囲気圧になるように処理室１２に供給すると、原材料ガスの雰囲気中から水分１３に原材料ガスの成分が溶解する。
そして、図（Ｂ）に示すように、基板１１の温度を５０〜６０℃に保持し、水分１３のみを乾燥させ、水分１３の中に溶解していた成分を超微小粒子１０の周囲に析出物１４として析出させる。生成した析出物１４とは、例えば、超微小粒子１０の成分と原材料の成分を含有する錯塩、または塩である。そして、周囲に析出物１４が生成された超微小粒子１０の粒径は、最初に基板１１に付着した超微小粒子１０より、析出物１４の分だけ大きくなり、０．１μｍ以上の粒径になる。ここで、析出物１４の生成によって粒径が拡大した超微小粒子１０の粒径が１００ｎｍ程度の波長の光を用いても充分に異物として検出できるように、例えば、拡大後の粒径が０．１〜５μｍの範囲に収まるように、処理条件を調整する。

例えば、調整の例として、超微小粒子１０の粒径により、超微小粒子１０と基板１１の表面との間隙に凝縮する水分１３の量に差異が生じるため、析出物１４の析出量も超微小粒子１０の粒径に相関があることを利用する。

この相関については、電子顕微鏡、表面検査装置等を用いて、予備実験またはシミュレーションによって調査し、半導体や磁気記録装置等の電子機器製造工程において用いる種々の基板、種々の成分の超微小粒子毎の処理条件と処理結果との検量線を予め作成しておく。

そして、データベース化された検量線を用いて、所定の材料の基板を用いた場合に、表面検査装置によって検出された結果からの超微小粒子１０の粒径を換算する。
このように、超微小粒子１０の周囲に析出物１４を生成する処理として、基板１１を水蒸気雰囲気に設置し、析出物１４を生成する原材料を供給し、基板１１を乾燥処理する。このような処理を施せば、光の散乱現象を利用した表面検査方法においても、粒径が０．１μｍよりも小さい超微小粒子１０を検出し、その粒径を正確に測定することができる。

次に、超微小粒子の周囲に析出物を生成する別の実施の形態について説明する。
図３は超微小粒子の周囲に析出物を生成する原理の変形例を説明する図であり、（Ａ）は超微小粒子の周囲に水を凝縮させる工程を示す図であり、（Ｂ）は超微小粒子の周囲に析出物を生成する工程を示す図である。また、この図においては、図２で説明した内容と同一の部材には、同一の符号を付し、その構成、作用の説明の詳細は省略する。

この実施の形態では、図（Ａ）に示すように、例えば、シリコンウエハ２０上に、ニッケル（Ｎｉ）、鉄等のような腐食性の高い金属膜２１をめっきまたは蒸着によって被膜し、金属膜２１の上に保護膜２２を形成させた積層構造の基板２３を被検体として用いる。ここで、保護膜２２の材質は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）であり、この保護膜２２は、後述する酸化物等の析出が過剰にならない制御層としての機能を有する。従って、ニッケルや鉄よりも腐食し難い金属を金属膜２１の材質として選択した場合は、保護膜２２を形成させなくてもよい。また、この基板２３の面内形状は円板型のウエハでもよく、角状に分断したモニタ用のチップ状基板でもよい。また、チップ状基板の場合には、チップ状基板をダミーウエハ上に搭載して用いてもよい。

そして、粒径が０．１μｍよりも小さい超微小粒子１０が付着した基板２３を処理室１２内に設置する。そして、処理室１２内に水蒸気を供給する。
この処理室１２の内部を、例えば、湿度が７０〜９０％で、且つ超微小粒子１０が付着した部分以外の基板表面に結露が発生しないような雰囲気圧に設定する。そして、このような雰囲気下では、超微小粒子１０と基板２３の表面との間隙に毛細管現象によって水分１３が凝縮する。このように、本実施の形態では、析出物を生成する原材料を被膜した基板２３を水蒸気雰囲気に設置する処理が施される。

そして、この実施の形態では、図（Ｂ）に示すように、保護膜２２の下に、腐食性の高い金属膜２１を形成させているために、電気化学的な反応により金属膜２１の金属成分が金属膜２１及び保護膜２２中を拡散し、保護膜２２上の超微小粒子１０の周囲に、析出物１５が生成する。この析出物１５の成分は、金属膜２１の主たる成分を含有する金属酸化物または金属水酸化物である。そして、周囲に析出物１５が生成された超微小粒子１０の粒径は、最初に、基板２３に付着した超微小粒子１０より大きくなり、０．１μｍ以上の粒径になる。ここで、析出物１５の生成によって粒径が拡大した超微小粒子１０の粒径が１００ｎｍ程度の波長の光を用いても充分に異物として検出できるように、例えば、拡大後の粒径が０．１〜５μｍの範囲に収まるように、処理条件を調整する。

例えば、調整の例として、超微小粒子１０の粒径により、超微小粒子１０と基板２３の表面との間隙に凝縮する水分１３の量に差異が生じるため、析出物１５の析出量も超微小粒子１０の粒径に相関があることを利用する。

そして、データベース化された検量線を用いて、所定の材料の基板を用いた場合に、表面検査装置によって検出された結果からの超微小粒子１０の粒径を換算する。
これにより、光の散乱現象を利用した表面検査方法において、粒径が０．１μｍよりも小さい超微小粒子１０を検出し、その粒径を正確に測定することができる。

また、本実施の形態では、図２と図３を用いて説明した処理をそれぞれに分けて処理する必要はなく、それらの処理を組み合わせてもよい。
最後に、本実施の形態の表面検査方法を実現する表面検査装置について説明する。

図４は表面検査装置を説明する構成図である。
図示するように、表面検査装置１は、半導体や磁気記録装置等の電子機器製造工程に組み込めるようにシステム化され、超微小粒子処理ユニットＵ１、微小粒子測定ユニットＵ２、を有している。

基板１１，２３を表面検査装置１内に搬入すると、基板１１，２３は、超微小粒子処理ユニットＵ１の基板設置部Ｕ１ａに設置され、超微小粒子処理部Ｕ１ｂにおいて基板１１，２３上に付着した超微小粒子１０の粒径が上記の表面検査方法によって、０．１μｍ以上の粒径に拡大する。例えば、超微小粒子処理部Ｕ１ｂでは、基板１１，２３と超微小粒子１０との界面に水分１３を凝集させるための水蒸気の流量、蒸気圧、析出物を生成するための有機ガスまたは無機ガスの流量、蒸気圧、雰囲気温度が制御され、拡大後の粒径が０．１〜５μｍの範囲に収まるように調整される。なお、この図に示す超微小粒子処理ユニットＵ１は、図２，３に示す処理室１２と対応している。

次に、基板１１，２３は、微小粒子測定ユニットＵ２に搬送され、微小粒子測定ユニットＵ２の基板設置部Ｕ２ａに設置される。そして、光線照射部Ｕ２ｂにおいて、光線（例えば、レーザー線）が基板１１，２３に照射されると共に、散乱光が散乱光計測部Ｕ２ｃによって計測される。そして、微小粒子測定ユニットＵ２では、粒径が拡大した基板１１，２３上の超微小粒子１０の粒径、粒子数、基板面内分布等が測定される。

なお、微小粒子測定ユニットＵ２内には、半導体や磁気記録装置等の電子機器製造工程において用いる種々の基板、種々の成分の超微小粒子毎の検量線がデータベース化され、メモリ部（図示しない）に、それらの情報が格納されている。

そして、使用した基板の種類に応じて、０．１μｍより粒径の小さい超微小粒子の粒径、粒子数または基板面内分布等の結果、またはこれらの測定結果から算出した粒径のヒストグラム結果が結果表示部Ｕ２ｄに表示される。なお、表面検査が完了した基板１１，２３は、微小粒子測定ユニットＵ２から搬出される。

このような表面検査装置１を用いれば、基板１１，２３上に付着した０．１μｍより粒径の小さい超微小粒子１０を高精度に検出することができる。

表面検査方法の基本原理を説明するフロー図である。超微小粒子の周囲に析出物を生成する原理を説明する図であり、（Ａ）は超微小粒子の周囲に水を凝縮させる工程を示す図であり、（Ｂ）は超微小粒子の周囲に析出物を生成する工程を示す図である。超微小粒子の周囲に析出物を生成する原理の変形例を説明する図であり、（Ａ）は超微小粒子の周囲に水を凝縮させる工程を示す図であり、（Ｂ）は超微小粒子の周囲に析出物を生成する工程を示す図である。表面検査装置を説明する構成図である。

符号の説明

１０超微小粒子
１１，２３基板
１２処理室
１３水分
１４，１５析出物
２０シリコンウエハ
２１金属膜
２２保護膜

Claims

基板の表面に付着した微小粒子を検出する表面検査方法において、
前記微小粒子の周囲に析出物を生成するステップと、
前記析出物が周囲に生成された前記微小粒子を光の散乱によって検出するステップと、
を有することを特徴とする表面検査方法。
前記微小粒子の周囲に前記析出物を生成するステップにおいては、
前記基板を水蒸気雰囲気に設置するステップと、
前記微小粒子の周囲に前記析出物を生成する原材料を供給するステップと、
前記基板を乾燥処理するステップと、
を有することを特徴とする請求項１記載の表面検査方法。
前記微小粒子の周囲に前記析出物を生成するステップにおいては、
前記微小粒子の周囲に前記析出物を生成する原材料を被膜した前記基板を水蒸気雰囲気に設置することを特徴とする請求項１記載の表面検査方法。
前記析出物が錯塩または塩であることを特徴とする請求項２記載の表面検査方法。
前記析出物が金属酸化物または金属水酸化物であることを特徴とする請求項３記載の表面検査方法。
基板の表面に付着した微小粒子を検出する表面検査装置において、
前記微小粒子の周囲に析出物を生成する生成手段と、
前記析出物が周囲に生成された前記微小粒子を光の散乱によって検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする表面検査装置。