JP2843424B2 - Mass production start-up in semiconductor manufacturing process and foreign matter inspection method and apparatus for mass production line - Google Patents

Mass production start-up in semiconductor manufacturing process and foreign matter inspection method and apparatus for mass production line

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JP2843424B2 JP16574390A JP16574390A JP2843424B2 JP 2843424 B2 JP2843424 B2 JP 2843424B2 JP 16574390 A JP16574390 A JP 16574390A JP 16574390 A JP16574390 A JP 16574390A JP 2843424 B2 JP2843424 B2 JP 2843424B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体製造工程の量産立上げ及び量産ライン
において発生する異物を検出し分析して対策を施す半導
体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査方法
及びその装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to mass production start-up and mass production line of a semiconductor production process for detecting, analyzing, and taking countermeasures against foreign substances generated in a mass production line and mass production line of a semiconductor production process. And a device for inspecting foreign matter.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の半導体製造工程ではウェハ上に異物が存在する
と配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になり、さらに
半導体素子が微細化してウェハ中に微小な異物が存在し
た場合にこの異物がキャパシタの絶縁膜やゲート酸化膜
などの破壊の原因にもなる。
In the conventional semiconductor manufacturing process, the presence of foreign matter on a wafer causes defects such as wiring insulation failure and short-circuiting. In addition, when a semiconductor element is miniaturized and minute foreign matter is present in the wafer, the foreign matter can cause insulation of the capacitor. It also causes destruction of the film and the gate oxide film.

これらの異物は搬送装置の可動部から発生するもの
や、人体から発生するものや、プロセスガスによる処理
装置内で反応生成されたものや、薬品や材料等に混入さ
れているものなどの種々の原因により種々の状態で混入
される。
These foreign substances are generated from various parts such as those generated from the movable part of the transport device, those generated from the human body, those generated by reaction in the processing apparatus by process gas, and those mixed in chemicals and materials. It is mixed in various states depending on the cause.

これよりLSIの量産立上げの主要作業のうちの1つ
に、これらの異物の発生原因を究明して対策を施す作業
があり、それには発生異物を検出して元素種などを分析
することが発生原因探究の大きな手がかりになる。
From this, one of the major tasks of mass production start-up of LSI is to investigate the cause of these foreign substances and take countermeasures. It will be a great clue for investigating the cause.

従来のこの種のウェハ上の微小異物を検出し分析する
技術が開発されており、特開昭63−135848号公報に開示
されている。この技術はウェハ上にレーザを照射してウ
ェハ上に異物が付着している場合に発生する異物からの
散乱光を検出し、この検出した異物をレーザーフォトル
ミネッセンスあるいは2次X線分析(XMR)などの分析
技術で分析するものである。
A conventional technique for detecting and analyzing minute foreign matter on a wafer of this type has been developed and disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-135848. This technology irradiates a laser on the wafer and detects the scattered light from the foreign matter generated when the foreign matter adheres to the wafer. The detected foreign matter is subjected to laser photoluminescence or secondary X-ray analysis (XMR). The analysis is performed using such an analysis technique.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は半導体素子の微細化が進むにつれて微
細素子の量産立上げラインで発生する異物を検出し分析
して対策を立案するのには不十分になりつつあり、より
微細な異物の検出および分析が必要となる問題があっ
た。
The above prior art is becoming insufficient to detect and analyze foreign matter generated in a mass production start-up line of a fine element as a semiconductor element is miniaturized, and to plan a countermeasure. There was a problem that required analysis.

また上記微細な異物の検出および分析を実施するため
には検出および分析設備が極端に大きくなって費用やス
ペースを要するものとなり、量産ラインの軽減化に対し
ても障害となる。このことは微小な異物を検出するため
には異物でより効率的に光を散乱させて散乱光を集光す
る必要があるとともに、より微小な異物の分析にはオー
ジェ電子分光や2次イオン質量分析装置(SIMS)などの
高価で大型の装置が必要となるからであり、なおこの傾
向は今後ますます進むものと考えられる。またこのよう
な微小な異物の検出および分析には多大な時間がかかる
ため、必要な装置をできる限り効率よく使用して生産コ
ストを低減する必要があるという問題があった。また量
産ラインを軽減するためには必要にして十分な箇所に必
要十分なモニタを設置する必要があるという問題があっ
た。
Further, in order to detect and analyze the fine foreign matter, the detection and analysis equipment becomes extremely large, which requires cost and space, and also hinders reduction in mass production lines. This means that in order to detect minute foreign matter, it is necessary to scatter light more efficiently by the foreign matter and to collect the scattered light, and to analyze finer foreign matter, Auger electron spectroscopy or secondary ion mass analysis is required. This is because an expensive and large-sized apparatus such as an analysis apparatus (SIMS) is required, and this trend is expected to further increase in the future. In addition, since detection and analysis of such a minute foreign substance takes a long time, there is a problem that it is necessary to use a necessary device as efficiently as possible to reduce the production cost. Further, there is a problem that it is necessary to install a necessary and sufficient monitor at a necessary and sufficient place to reduce the mass production line.

さらに上記分析技術のうち電子ビームを用いた元素分
析手法(2次X線分析等)では電子ビームの集光効率か
ら0.5μm程度までの異物の分析が限界であり、これに
対応するにはビームの集光効率を高くする必要がある
が、ビームの集光効率を高くするには照射電子のエネル
ギーを高くすることが必要となる結果、分析しようとす
る異物が飛散してしまうという問題があった。また赤外
線発光分光法や蛍光分光法等の光を用いる方法では、光
の波長λから次式で算出される寸法dより小さい分解能
を得ることは難かしい。
Furthermore, among the above analysis techniques, the elemental analysis method using an electron beam (secondary X-ray analysis, etc.) is limited to the analysis of foreign matter up to about 0.5 μm from the electron beam focusing efficiency. However, it is necessary to increase the energy of the irradiated electrons in order to increase the beam condensing efficiency. As a result, there is a problem that foreign matter to be analyzed is scattered. Was. In a method using light such as infrared light emission spectroscopy and fluorescence spectroscopy, it is difficult to obtain a resolution smaller than a dimension d calculated from the wavelength λ of light by the following equation.

d=1.22λ/sinθ ………(1) ここでθは検出光学系のみこみ角である。よって上記
異物の分析方法では空間分解能を上げる必要があるとい
う問題があった。
d = 1.22λ / sin θ (1) Here, θ is the angle of confinement of the detection optical system. Therefore, there is a problem that the spatial resolution needs to be increased in the above-described method for analyzing foreign matter.

本発明は半導体製造工程の量産立上げ時と量産時とい
う2つの状態を明確に区別して、量産立上げ時に必要な
異物の検出・分析・評価の機能を最大限にし、量産時に
は生産ラインを軽減して製造コストの低減を可能にする
半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査
方法及びその装置を提供することを目的とする。
The present invention clearly distinguishes between the two states of mass production start-up and mass production in the semiconductor manufacturing process, maximizes the function of detection, analysis and evaluation of foreign substances necessary for mass production start-up, and reduces production lines during mass production. It is another object of the present invention to provide a mass production start-up of a semiconductor production process and a method for inspecting foreign substances on a mass production line, which can reduce the production cost.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、本発明の半導体製造工程
の量産立上げ及び量産ラインの異物検査方法及びその装
置は、半導体製造工程の量産立上げ時にサンプリングウ
ェハを用いて材料、プロセス、装置、環境等の異物管理
状況を評価するに際し、異物の検出・分析・評価システ
ムと量産ラインを分離することにより、量産ラインには
簡便なモニタリング装置だけを配置するようにしたもの
である。
In order to achieve the above object, a method and an apparatus for mass production start-up of a semiconductor manufacturing process and a foreign substance inspection method for a mass production line of the present invention use a sampling wafer at the time of mass production start-up of a semiconductor manufacturing process. In evaluating the foreign matter management situation such as the above, by separating the foreign matter detection / analysis / evaluation system from the mass production line, only a simple monitoring device is arranged in the mass production line.

また上記量産立上げ時の異物の検出・分析・評価シス
テムではサンプリングウェハ上の異物を検出したのち異
物の元素種を走査形トンネル顕微鏡/分光装置(STM/ST
S)により分析し、さらにSTM/STSによる分析データをデ
ータベースとして予め格納しておいて分析対象のデータ
と比較することにより分析対象の異物元素種を同定する
ようにしたものである。
The foreign matter detection, analysis, and evaluation system at the time of mass production start-up detects foreign matter on the sampling wafer and then determines the element type of the foreign matter using a scanning tunneling microscope / spectrometer (STM / ST).
The analysis is performed by S), and the analysis data by STM / STS is stored in advance as a database, and is compared with the data to be analyzed to identify the foreign element species to be analyzed.

〔作用〕[Action]

上記半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異
物検査方法及びその装置は、量産立上げ時には材料、プ
ロセス、装置、設計等の評価、改良(デバッグ)を行な
うために高価で高性能な評価設備により各プロセス、設
備等を評価し、量産時には生産ラインの設備をできる限
り軽減し特に検査、評価の項目を減らして設備の費用お
よび検査、評価に要する時間を短縮するようにする。
The mass production start-up in the semiconductor manufacturing process and the foreign matter inspection method and apparatus for mass production lines are expensive and high-performance evaluation equipment for evaluating and improving (debugging) materials, processes, devices, designs, etc. at the time of mass production start-up. In this way, each process, equipment, and the like are evaluated, and during mass production, the equipment on the production line is reduced as much as possible, and in particular, the items of inspection and evaluation are reduced to reduce the cost of the equipment and the time required for inspection and evaluation.

それには量産立上げ時の評価が円滑、迅速に進むよう
にサンプリングウェハを工夫した異物検査分析システム
を用いて異物の発生原因を究明して材料入手時の検査仕
様を変更したり設備の発塵源の対策を立て、その結果が
それぞれの材料、プロセス、装置などにフィードバック
されて発塵しやすいプロセスの仕様を発塵しにくい仕様
に変更したり発塵に対して強い素子の設計仕様としたり
すると同時に、量産ラインの検査、評価の仕様作りに利
用され異物の発生しやすい箇所に必要に応じて異物(発
塵)モニタを設置したり、特定箇所の特定の異物の増減
のみをモニタする仕様としたりする。
To do this, we use a foreign matter inspection and analysis system that uses sampling wafers to make the evaluation at the start of mass production smooth and quick, to investigate the cause of foreign matter generation, change the inspection specifications when obtaining materials, and generate dust from equipment. Source measures are taken, and the results are fed back to each material, process, equipment, etc., to change the specifications of processes that are easy to generate dust to specifications that are less likely to generate dust, or to design elements that are resistant to dust generation. At the same time, it is used to create specifications for inspection and evaluation of mass production lines, and installs a foreign matter (dust generation) monitor as necessary at a place where foreign matter is likely to occur, or monitors only the increase or decrease of a specific foreign matter at a specific place Or

上記のように量産立上げ時と量産ラインを分けること
により、量産立上げ時の異物の検出、分析、評価装置を
効率よく稼動させることができて量産立上げを迅速にで
きるとともに、量産ラインで用いられる異物(発塵)の
検査、評価設備を必要最小限の簡便なモニタリング装置
にして量産ラインの軽量化が図られる。また量産立上げ
時のサンプリングウェハを工夫することによりサンプリ
ング間隔を短くしサンプリング時間を短くしてより多く
の精度の高い異物発生データを収集することができるた
め、問題箇所を早く発見して更に立上げ期間を短くする
ことができる。
By separating the mass production line from the mass production line as described above, the foreign substance detection, analysis, and evaluation equipment can be efficiently operated at the mass production start-up, and mass production start-up can be accelerated. The inspection and evaluation equipment for foreign substances (dust generation) used is made a simple and simple monitoring device to reduce the weight of the mass production line. In addition, by devising a sampling wafer at the start of mass production, the sampling interval can be shortened and the sampling time can be shortened to collect more accurate foreign matter generation data. The raising period can be shortened.

また上記量産立上げ時の異物元素種の分析に用いるST
M/STSの技術は従来から存在したが、この技術は試料の
元素種を断定することができないとされてLSIの製造で
は使用されていなかったが、本発明者らはLIS製造で発
生する異物には限りがあることに着眼するとSTM/STSの
従来技術でも適用可能であることに着目し、生産ライン
で発塵の可能性のある元素のSTM/STSスペクトルをデー
タベースに蓄積しておき、検査対象のデータと比較する
ことにより塵あいの分析を可能するシステムとしてお
り、これにより異物の元素種を固定して発生源等の評
価、対策を施すことに利用できる。
ST used for the analysis of foreign element species at the time of mass production start-up
Although M / STS technology has existed in the past, this technology was not used in LSI manufacturing because it was said that the element type of the sample could not be determined. Focusing on the fact that STM / STS technology can be applied when focusing on the limitations of, STM / STS spectra of elements that may generate dust on the production line are stored in a database and inspected. The system is capable of analyzing dust by comparing it with target data. This system can be used to fix the element type of foreign matter and evaluate the source and take countermeasures.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明の実施例を第1図ないし第15図により説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 15.

第1図は本発明による半導体製造工程の量産立上げ及
び量産ラインの異物検査方法及びその装置の一実施例を
示す構成ブロック図である。第1図において、この半導
体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査装置
は、露光装置101とエッチング装置102と洗浄装置103と
イオン打込装置104とスパッタ装置105とCVD装置106等か
ら成る半導体製造装置群100と、温度センサ201と発塵モ
ニタ202と圧力センサ203と真空内発塵モータ304等から
成るセンシング部200およびそのセンシング部コントロ
ールシステム205と、ガス供給部301と水供給部302から
成るユーティリティ群300と、水質サンプリングウェハ4
01とガスサンプリングウェハ402と装置内サンプリング
ウェハ403とデバイスウェハ404と雰囲気サンプリングウ
ェハ405から成るサンプリング部400と、ウェハ異物検出
部501とパターン欠陥検出部502から成る検出部500と、
走査形電子顕微鏡(SEM)と2次イオン質量分析装置(S
IMS)602と走査形トンネル顕微鏡/分光装置(STM/ST
S)603と赤外分光装置604等から成る分析部600と、異物
致命性判定システム701と微小異物原因究明システム702
と汚染源対策システム703とから成る対応システム700と
より構成される。またこれらの構成要素は量産ライン対
応のオンライン異物検査システム1001と量産立上げライ
ン対応のオフライン異物検査システム1002とに分けら
れ、これらをあわせて半導体製造工程の量産立上げおよ
び量産ライン異物検査システム1000を成す。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a method and an apparatus for starting up mass production in a semiconductor manufacturing process and inspecting a foreign substance on a mass production line according to the present invention. In FIG. 1, the mass production start-up in the semiconductor manufacturing process and the foreign substance inspection device on the mass production line include an exposure device 101, an etching device 102, a cleaning device 103, an ion implantation device 104, a sputtering device 105, a CVD device 106 and the like. A semiconductor manufacturing apparatus group 100, a sensing unit 200 including a temperature sensor 201, a dust generation monitor 202, a pressure sensor 203, a vacuum dust generation motor 304, and the like, a sensing unit control system 205, a gas supply unit 301, and a water supply unit 302. Utility group 300 consisting of
01, a gas sampling wafer 402, an in-apparatus sampling wafer 403, a device wafer 404, a sampling unit 400 including an atmosphere sampling wafer 405, a detection unit 500 including a wafer foreign matter detection unit 501 and a pattern defect detection unit 502,
Scanning electron microscope (SEM) and secondary ion mass spectrometer (S
IMS) 602 and scanning tunneling microscope / spectrometer (STM / ST)
S) Analysis unit 600 including 603, infrared spectrometer 604, etc., foreign matter lethality determination system 701, and minute foreign matter cause investigation system 702
And a response system 700 comprising a pollution source countermeasure system 703. In addition, these components are divided into an online foreign substance inspection system 1001 for mass production lines and an offline foreign substance inspection system 1002 for mass production start-up lines. Make

第2図(a)〜(d)は第1図のサンプリング部400
の一実施例を示す構成斜視図である。第2図(a)〜
(d)において第2図(a)の水質サンプリングウェハ
401は純水配管406とサンプリング用蛇口407とバッファ
室408と排水手段409から成るユニットの中のバッファ室
408内に載置され、第1図の水供給部302の純水中の異物
がサンプリングされる。第2図(b)のガスサンプリン
グウェハ402は同様にガス配管410とサンプリング用バル
ブ411とバッファ室412とロータリーポンプ413と排気手
段414から成るユニットの中のバッファ室412内に載置さ
れ、第1図のガス供給部301のガス中の異物がサンプリ
ングされる。第2図(c)の断面図の装置内サンプリン
グウェハ403は処理装置415(第1図のエッチング装置10
2等)中のローダー室403と処理水417とアンローダー室4
18を通過し、処理装置415内で発生した異物がサンプリ
ングされるが、このサンプリングでは処理室417で実際
に処理する場合と処理しない場合のいずれも考えられ
る。またデバイスウェハ404は処理装置415(エッチング
装置102等)で実際に処理されるウェハである。第2図
(d)の雰囲気サンプリングウェハ405は処理環境419中
のサンプリング台420上に載置され、処理環境419の異物
がサンプリングされる。
2 (a) to 2 (d) show the sampling section 400 of FIG.
1 is a configuration perspective view showing one embodiment. Fig. 2 (a)-
In (d), the water sampling wafer of FIG. 2 (a)
401 is a buffer chamber in a unit consisting of pure water piping 406, sampling faucet 407, buffer chamber 408, and drainage means 409.
The foreign matter in the pure water of the water supply unit 302 shown in FIG. The gas sampling wafer 402 shown in FIG. 2B is similarly placed in a buffer chamber 412 in a unit including a gas pipe 410, a sampling valve 411, a buffer chamber 412, a rotary pump 413, and an exhaust unit 414. Foreign substances in the gas of the gas supply unit 301 in FIG. 1 are sampled. The sampling wafer 403 in the apparatus shown in the sectional view of FIG.
2) Inside loader room 403, treated water 417 and unloader room 4
The foreign matter generated in the processing device 415 after passing through the sampler 18 is sampled. In this sampling, both the case where the processing is actually performed in the processing chamber 417 and the case where the processing is not performed are considered. The device wafer 404 is a wafer that is actually processed by the processing apparatus 415 (such as the etching apparatus 102). The atmosphere sampling wafer 405 shown in FIG. 2D is placed on the sampling table 420 in the processing environment 419, and foreign substances in the processing environment 419 are sampled.

第3図は第1図の検出部500の一実施例を示す構成ブ
ロック図である。第3図において、この検出部500は真
空チャンバ511とイオンポンプあるいはターボ分子ポン
プ等の高真空ポンプ512とバルブ513とロータリーポンプ
等のあら引ポンプ514と窓515,516,517とゲートバルブ51
8とゲートバルブ520と真空ポンプ521とバルブ522とガス
吹付ノズル523から成る真空室系510と、半導体レーザー
531,532と集光レンズ540,541,とミラー533,534と集光対
物レンズ535,536と検出対物レンズ537と検出器538と冷
却器539から成る検出光学系530と、XYZステージ561から
成るステージ部560と、2値化回路571とステージコント
ローラー572と信号処理部573と座標データ作成部574か
ら成る信号処理系570とインターフェイス室581とロード
ロック582とウェハ載置手段583とウェハ搬送手段584と
ガス吹付ノズル585とバルブ586と真空ポンプ587と台車5
88から成るインターフェイス部580とから構成される。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the detecting section 500 shown in FIG. In FIG. 3, the detection unit 500 includes a vacuum chamber 511, a high vacuum pump 512 such as an ion pump or a turbo molecular pump, a valve 513, a roughing pump 514 such as a rotary pump, windows 515, 516, 517, and a gate valve 51.
8, a vacuum chamber system 510 comprising a gate valve 520, a vacuum pump 521, a valve 522, and a gas spray nozzle 523, and a semiconductor laser.
531,532, condenser lenses 540,541, mirrors 533,534, condenser objective lenses 535,536, detection objective lens 537, detector 538, a detection optical system 530 composed of a cooler 539, a stage section 560 composed of an XYZ stage 561, and binarization. A signal processing system 570 including a circuit 571, a stage controller 572, a signal processing unit 573, and a coordinate data generating unit 574, an interface room 581, a load lock 582, a wafer mounting unit 583, a wafer transfer unit 584, a gas spray nozzle 585, and a valve 586. And trolley 5 with vacuum pump 587
And an interface unit 580 composed of 88.

第4図は第1図の分析部600の一実施例を示す構成ブ
ロック図である。第4図において、この分析部600は真
空チャンバ611とイオンポンプあるいはターボ分子ポン
プ等の高真空ポンプ612とロータリポンプ等のあら引き
ポンプ614とゲートバルブ618と予備真空室619とゲート
バルブ620と真空ポンプ621とバルブ622とガス吹付ノズ
ル623から成る真空室部610と、原子間力顕微鏡(AFM:At
omic Force Microscope)用チップ(AFM用チップ)631
と微弱力反応レバー632とレバー固定部634とSTMチップ6
33とSTMXYZ微動ユニット635とAFMバイアス電源638とSTM
バイアス電源637と電流計測手段639,640と試料載置台64
1とSTMユニットアーム636と試料STM粗駆動ユニット642
から成るSTMユニット630と、STMXYZ微動ユニットコント
ローラ671と試料STM粗駆動ユニットコントローラ672と
分析データ作成部674と分析データ格納部675と分析デー
タ判断部676と情報管理部673から成る信号処理部670
と、第3図の検出部500のものと同じもののインターフ
ェイス部5とから構成される。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the analyzing section 600 of FIG. In FIG. 4, the analysis unit 600 includes a vacuum chamber 611, a high vacuum pump 612 such as an ion pump or a turbo molecular pump, a roughing pump 614 such as a rotary pump, a gate valve 618, a preliminary vacuum chamber 619, a gate valve 620, and a vacuum. A vacuum chamber 610 comprising a pump 621, a valve 622, and a gas spray nozzle 623, and an atomic force microscope (AFM: At
omic Force Microscope) tip (AFM tip) 631
And weak force reaction lever 632, lever fixing part 634, and STM tip 6
33 and STMXYZ fine movement unit 635, AFM bias power supply 638 and STM
Bias power supply 637, current measuring means 639,640, and sample mounting table 64
1 and STM unit arm 636 and sample STM coarse drive unit 642
The signal processing unit 670 includes an STM unit 630, a STMXYZ fine movement unit controller 671, a sample STM coarse drive unit controller 672, an analysis data creation unit 674, an analysis data storage unit 675, an analysis data determination unit 676, and an information management unit 673.
And an interface unit 5 which is the same as that of the detection unit 500 in FIG.

つぎに第1図のオフライン異物検査システム1002の中
核をなす第2図と第3図と第4図のサンプリング部400
と検出部500と分析部600の機能および動作について説明
する。
Next, the sampling unit 400 shown in FIGS. 2, 3 and 4 which is the core of the off-line foreign matter inspection system 1002 shown in FIG.
The functions and operations of the detection unit 500 and the analysis unit 600 will be described.

第2図(a)〜(b)のサンプリング部400では、例
えば第2図(a)のユニットで第1図の水供給部302の
種々の製造工程で使用する純水の評価として、使用する
純水をサンプリングウェハ401に注水しながら純水中の
異物をサンプリングウェハ401上に付着させる。あるい
は第2図(b)の真空処理室等を有する処理装置415
(例えばエッチング装置102)内にサンプリングウェハ4
03を通過させて、処理装置415内で発生する異物を付着
させる。また第2図(d)の処理環境419のクリーンル
ーム中の任意の箇所にサンプリングウェハ405を放置し
て、ウェハ405上に雰囲気中の異物を付着させる。ここ
で使用するサンプリングウェハ401〜405の詳細について
次に第5図から第8図により説明する。
The sampling unit 400 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is used, for example, in the unit shown in FIG. 2 (a) as an evaluation of pure water used in various manufacturing steps of the water supply unit 302 shown in FIG. Foreign matter in the pure water is caused to adhere to the sampling wafer 401 while pouring the pure water onto the sampling wafer 401. Alternatively, a processing apparatus 415 having a vacuum processing chamber or the like in FIG.
(For example, the etching wafer 102)
03, and adheres foreign matter generated in the processing device 415. Further, the sampling wafer 405 is left at an arbitrary position in the clean room of the processing environment 419 shown in FIG. 2D, and foreign substances in the atmosphere are attached to the wafer 405. Next, the details of the sampling wafers 401 to 405 used here will be described with reference to FIGS.

第5図は第1図および第2図(a)〜(d)のサンプ
リングウェハ401〜405の鏡面ウェハを示す斜視図であ
る。第5図の鏡面ウェハはウェハ表面が鏡面に研磨され
たものであり、異物の検出および分析にあたってウェハ
表面の影響を最も受けにくいという利点を有する。
FIG. 5 is a perspective view showing a mirror wafer of the sampling wafers 401 to 405 in FIGS. 1 and 2 (a) to (d). The mirror-surface wafer shown in FIG. 5 has a mirror-polished wafer surface, and has the advantage of being least affected by the wafer surface in detecting and analyzing foreign matter.

第6図(a),(b),(c)は第1図および第2図
(a)〜(d)のサンプリングウェハ401〜405のそれぞ
れSi3N4,Poly−Si,Al膜が形成されたウェハを示す斜視
図である。第6図(a),(b)、(c)のウェハは例
えば洗浄槽(洗浄装置103等)を評価するにあたって洗
浄対象ウェハと材質が等しいため、洗浄時の異物の付着
状態が等しくなるのでより高い精度の浄化槽の評価がで
きる。またこれらのウェハをそれぞれ形成膜の次工程の
成膜装置等に通過させて、この成膜装置等での異物発生
状況を評価することができる。
FIGS. 6 (a), (b) and (c) show the formation of Si 3 N 4 , Poly-Si and Al films on the sampling wafers 401 to 405 of FIGS. 1 and 2 (a) to (d), respectively. FIG. 3 is a perspective view showing a wafer that has been cut. 6 (a), (b), and (c) have the same material as the wafer to be cleaned in evaluating the cleaning tank (cleaning device 103 and the like), for example. It is possible to evaluate the septic tank with higher accuracy. Each of these wafers can be passed through a film forming apparatus or the like in the next step of the formed film to evaluate the state of foreign matter generation in the film forming apparatus or the like.

第7図(a),(b)、(c),(d)は第1図およ
び第2図(a)〜(d)のサンプリングウェハ401〜405
のパターンが形成されたウェハを示す斜視図で、第7図
(a),(b)のウェハはそれぞれ第7図(c),
(d)の部分拡大図に示したパターンを形成したもの
で、これらのウェハのパターン形状はいずれも実デバイ
スのパターンをモデル化したものである。第7図(a)
〜(d)のウェハは異物の付着にパターン形状の依存性
があることを考慮したものであり、これらのウェハによ
り実デバイス上での異物の付着状況を正確に再現するこ
とができる。さらに異物検出にあたって、これらのウェ
ハのように規則正しく形成されたパターンの場合には空
間フィルタ等により、パターンからの回折光を高精度で
遮光できるので高精度の異物検出ができる。具体的に第
7図(a),(c)のウェハのパターンの場合にはパタ
ーンの長手方向を第3図の検出部500のXYZステージ561
の図示するy方向に向けてウェハ401を載置すればパタ
ーンからの回折光は検出光学系の検出対物レンズ537に
入射しない。また第7図(b),(d)のウェハのパタ
ーンの場合には、パターンの方向を第3図の検出部500
のXYZステージ561の図示するy方向に対して45゜回転し
た方向に向けて載置すればよく、この場合には第7図
(d)のパターンの交差点406からの散乱光があるため
第7図(c)のパターンほど高精度の異物検出ができな
い反面、第7図(c)のパターンより実デバイスをより
忠実にモデル化しているため洗浄槽等の評価をするさい
にはより高いサンプリング精度を達成することができ
る。
FIGS. 7 (a), (b), (c) and (d) show sampling wafers 401 to 405 of FIGS. 1 and 2 (a) to (d).
7 (a) and 7 (b) are perspective views showing a wafer on which the pattern shown in FIG.
The pattern shown in the partial enlarged view of (d) is formed, and the pattern shape of each of these wafers is a model of the pattern of an actual device. FIG. 7 (a)
The wafers (d) to (d) take into account the fact that the adhesion of foreign matter depends on the pattern shape, and these wafers can accurately reproduce the state of adhesion of foreign matter on an actual device. Further, in detecting foreign matter, in the case of regularly formed patterns such as these wafers, a diffraction filter from the pattern can be shielded with high accuracy by a spatial filter or the like, so that foreign matter can be detected with high accuracy. Specifically, in the case of the wafer pattern shown in FIGS. 7A and 7C, the longitudinal direction of the pattern is set to the XYZ stage 561 of the detection unit 500 shown in FIG.
When the wafer 401 is placed in the illustrated y direction, the diffracted light from the pattern does not enter the detection objective lens 537 of the detection optical system. In the case of the wafer pattern shown in FIGS. 7B and 7D, the direction of the pattern is changed to the detection unit 500 shown in FIG.
The XYZ stage 561 may be placed in a direction rotated by 45 ° with respect to the illustrated y direction. In this case, since there is scattered light from the intersection 406 of the pattern in FIG. Although the foreign matter detection cannot be performed with higher accuracy than the pattern shown in FIG. 7C, the actual device is modeled more faithfully than the pattern shown in FIG. Can be achieved.

第8図(a),(b),(c),(d)は第1図およ
び第2図(a)〜(d)はサンプリングウェハ401〜405
の製作時のラッピング方向と検査時の走査方向を示す斜
視図である。通常にはウェハを製作するさいに最終的な
仕上げとしてウェハ表面を鏡面を磨き上げるが、この時
の研磨方向は第8図(a)に矢印で示すようにウェハの
中心軸まわりの回転方向の場合と、第8図(b)に矢印
で示すようにウェハのy方向場合と、これらの第8図
(a),(b)の合成の場合と考えられる。したがって
第8図(a),(b)のウェハの研磨方向に平行な微小
のきずがウェハ表面に多数形成されており、第8図
(a),(b)の研磨方向の合成のウェハにもこれらの
合成により主に形成される方向のきずが存在するが、こ
れらのきずはウェハ上の異物の微小な粒子を検出するさ
いに障害となる。そこで第8図(c),(d)に矢印で
示すようにそれぞれr,θ方向、x,y方向に走査してウェ
ハ表面の異物検査を実施することにより、検査時の光の
照射方向801と検出方向802に対してきずの方向を一定に
保つことができ、このきずの方向により主に回折する光
をカットすることができる。
8 (a), (b), (c) and (d) show FIGS. 1 and 2 (a) to (d) show sampling wafers 401 to 405.
FIG. 3 is a perspective view showing a lapping direction at the time of manufacturing the device and a scanning direction at the time of inspection. Normally, a mirror surface is polished on the wafer surface as a final finish when the wafer is manufactured, and the polishing direction at this time is the rotation direction around the central axis of the wafer as shown by an arrow in FIG. 8 (a). This is considered to be the case, the case in the y direction of the wafer as shown by the arrow in FIG. 8B, and the case of combining these FIGS. 8A and 8B. Therefore, a large number of small flaws parallel to the polishing direction of the wafers of FIGS. 8A and 8B are formed on the wafer surface, and the wafers of FIGS. 8A and 8B are combined in the polishing direction. Also, there are flaws in the direction mainly formed by the synthesis of these, but these flaws hinder detection of minute foreign particles on the wafer. Therefore, as shown by arrows in FIGS. 8 (c) and 8 (d), foreign substances are inspected on the wafer surface by scanning in the r, θ and x, y directions, respectively. The direction of the flaw can be kept constant with respect to the detection direction 802, and light mainly diffracted by the flaw direction can be cut.

上記の第1図および第2図(a)〜(d)のサンプリ
ング部400で異物を付着させたサンプリングウェハ401〜
405は検出部500に送られる。このさい真空処理装置等で
ウェハを大気中に出したくない場合には、第3図のイン
ターフェイス部580を用いてサンプリングウェハ401〜40
5を真空チャンバ511に搬入することができる。さらに上
記サンプリングウェハ401〜405には後に検出部500と分
析部600の間を結合するさいの座標規準としてアライメ
ントマークを付けておくが、このアライメントマークは
十字マークや#マーク等いずれであってもよく、また座
標合せにはx,y,θが必要であるため最低限2箇所以上に
付ける必要がある。
1 and 2 (a) to (d), the sampling unit 401 to which the foreign matter is adhered by the sampling unit 400.
405 is sent to the detection unit 500. At this time, if it is not desired to put the wafer into the atmosphere using a vacuum processing apparatus or the like, the sampling wafers 401 to 40 are used by using the interface unit 580 shown in FIG.
5 can be carried into the vacuum chamber 511. Further, an alignment mark is attached to the sampling wafers 401 to 405 later as a coordinate standard for coupling between the detection unit 500 and the analysis unit 600. This alignment mark may be a cross mark or a # mark. Also, since x, y, and θ are required for coordinate matching, it is necessary to attach at least two or more places.

第3図の検出部500では、ウェハ異物検出部501で搬入
されたサンプリングウェハ401をXYZステージ561上に載
置し、半導体レーザ531,532からの光を照射光学系の集
光対物レンズで535,536でウェハ401上の測定点803上を
照明する。測定点803上の異物からの散乱光は検出光学
系の検出対物レンズ537により検出器538上に結像され
る。検出器538で光電変換された信号は2値化回路571で
2値化されて信号処理部573に送られる。一方のXYZステ
ージ561は検査中にZステージを駆動して検出光学系の
検出対物レンズ537の焦点位置に測定点803がくるように
制御され、同時にXYステージでXY方向に走査されてウェ
ハ401の全面が検査される。ここで異物が存在した場合
には信号処理部573はステージコントローラ572からXYス
テージの座標をとりこみ、座標データ作成部574で座標
データを作成して分析部600へ送る。
In the detection unit 500 shown in FIG. 3, the sampling wafer 401 loaded by the wafer foreign matter detection unit 501 is placed on the XYZ stage 561, and the light from the semiconductor lasers 531 and 532 is irradiated by the condensing objective lens of the irradiation optical system with 535 and 536. The measurement point 803 on 401 is illuminated. The scattered light from the foreign matter on the measurement point 803 is imaged on the detector 538 by the detection objective lens 537 of the detection optical system. The signal photoelectrically converted by the detector 538 is binarized by the binarization circuit 571 and sent to the signal processing unit 573. On the other hand, the XYZ stage 561 is controlled so that the Z stage is driven during the inspection so that the measurement point 803 comes to the focal position of the detection objective lens 537 of the detection optical system. The entire surface is inspected. If a foreign substance is present, the signal processing unit 573 fetches the coordinates of the XY stage from the stage controller 572, creates coordinate data in the coordinate data creation unit 574, and sends it to the analysis unit 600.

第4図の検出部600では、STM/STS603を用いた分析に
ついて次に説明する。STMを用いた分析(STS:Scanning
Tonneling Spectroscopy)は「表面」Vol.26 No.6(198
8)pp.384−391「走査型トンネル顕微鏡/分光法(STM/
STS)の触媒表面研究への応用」等に詳細に論じられて
いる。この文献の中でSTM/STSでは高い空間分解能で測
定できる反面、元素種の同定ができない欠点を有するこ
とが記載されている。この文献によればSTMで収集でき
る情報はバイアス電圧Vとトンネル電流iと針先と試料
との間隔の変化分ΔZのみであり、これらの情報からdo
/dzを算出することにより試料表面の仕事関数φを算出
することができる。上記文献では元素種の同定ができな
い理由は明確にされていないが、元素種の同定ができな
いのは次の理由によると考えられる。すなわち仕事関数
φは元素種と元素の結合状態の関数であるため、1つの
仕事関数φをもつ元素種および元素の結合状態は数多く
考えられ、したがって仕事関数φを決定できても元素種
と元素の結合状態は決定できない。ところが本発明者ら
は半導体の製造ラインで混入される可能性のある元素に
は限りがあることに着眼し、STM/STSで求めた仕事関数
φをもとにして測定対象がどの元素なのか限りのある元
素の中から選び出すことは次のようにして可能であるこ
とに着目した。
Next, the analysis using the STM / STS 603 in the detection unit 600 shown in FIG. 4 will be described. Analysis using STM (STS: Scanning
Tonneling Spectroscopy is “Surface” Vol.26 No.6 (198
8) pp.384-391 “Scanning Tunneling Microscope / Spectroscopy (STM /
Application of STS) to Research on Catalyst Surface ”etc. In this document, it is described that STM / STS can measure with high spatial resolution, but has a disadvantage that element types cannot be identified. According to this document, the information that can be collected by the STM is only the bias voltage V, the tunnel current i, and the change ΔZ in the distance between the needle tip and the sample.
By calculating / dz, the work function φ of the sample surface can be calculated. Although the above document does not clarify the reason why the element species cannot be identified, it is considered that the element species cannot be identified for the following reasons. That is, since the work function φ is a function of the bonding state between the element species and the element, there can be considered many element types having one work function φ and the bonding state of the elements. Therefore, even if the work function φ can be determined, the element type and the element Cannot be determined. However, the present inventors have noticed that there is a limit to the elements that can be mixed in the semiconductor production line, and based on the work function φ obtained by STM / STS, We focused on the fact that it is possible to select from limited elements as follows.

第4図の分析部600の電流計640で検出できるトンネル
電流iTは、例えば「応用物理」第56巻第9号pp.1126−1
137「走査型トンネル顕微鏡」によれば次式で算出され
る。
The tunnel current i T that can be detected by the ammeter 640 of the analysis unit 600 in FIG. 4 is, for example, “Applied Physics” Vol. 56, No. 9, pp. 1126-1.
According to 137 "scanning tunnel microscope", it is calculated by the following equation.

ここでJTはトンネル電流密度、eは電子の電荷、hは
プランク定数、mは電子の質量、φは仕事関数である。
この式(2)ではVTはバイアス電源638のバイアス電圧
であり、トンネル電流iTは測定できるので、Zおよびφ
のみが未知数であるから、したがって針先と試料との間
隔ZおよびZ+ΔZとトンネル電流iTを測定すれば仕事
関数φが算出できる。
Here, J T is the tunnel current density, e is the charge of the electron, h is the Planck constant, m is the mass of the electron, and φ is the work function.
In this equation (2), V T is the bias voltage of the bias power supply 638, and the tunnel current i T can be measured.
Since only the unknown value is unknown, the work function φ can be calculated by measuring the distances Z and Z + ΔZ between the needle tip and the sample and the tunnel current i T.

第9図は第4図の分析部600の試料401の仕事関数のxy
分布図である。第4図の分析部600で試料401のトンネル
電流iTを測定して式(2)より仕事関数φを算出し、第
9図に示すようにxy平面上に仕事関数φの分布をとる
と、試料401の材料の分布が原子オーダでわかる。
FIG. 9 shows the work function xy of the sample 401 of the analyzer 600 of FIG.
It is a distribution map. The work function φ is calculated from the equation (2) by measuring the tunnel current i T of the sample 401 by the analysis unit 600 in FIG. 4, and the distribution of the work function φ on the xy plane as shown in FIG. The distribution of the material of the sample 401 can be understood in the atomic order.

第10図は第4図の分析部600の試料401の断面図であ
る。第4図の分析部600の試料401の仕事関数φの値は第
10図に示すような試料401の薄膜821と異物822の構造体
ではこれら薄膜821と異物822が作る系全体の仕事関数に
なるため、第9図に示す試料401の仕事関数φのxy分布
のデータベースは下地の材料によって異なるものである
から、さまざまな下地の試料について測定しておく必要
がある。また逆にさまざまな下地の場合にこれらのデー
タをとっておけば試料401の材料は類推できる。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the sample 401 of the analysis section 600 of FIG. The value of the work function φ of the sample 401 of the analysis unit 600 in FIG.
In the structure of the thin film 821 and the foreign matter 822 of the sample 401 as shown in FIG. 10, the work function of the entire system formed by the thin film 821 and the foreign matter 822 becomes the work function φ of the sample 401 shown in FIG. Since the database differs depending on the material of the base, it is necessary to measure various samples of the base. Conversely, if these data are taken for various bases, the material of the sample 401 can be inferred.

第11図は第4図の分析部600の試料401とAFMチップ631
の間の距離Zと原子間力fの関数図である。第4図の分
析600で電流iAを一定に保ちながらSTMチップ633のZ方
向を制御すると、AFMチップ631により試料401とAFMチッ
プ631の間の力fの分布が計測できて、第11図に示すよ
うな試料401とAFMチップ631の間の原子間力fと、試料4
01とAFMチップ631間の間隔Zとの関係が得られる。この
f−z波形は例えばキッテル著「第4版固体物理学入門
上巻」丸善株式会社発行pp.114−122によればクローン
力と斥力エネルギーの総和であり、したがって2つのパ
ラメータを持ち、この2つのパラメータが第11図のf−
z波形を決める。この2つのパラメータをα,βとする
と、試料401とAFMチップ631の間の力fと試料401とAFM
チップ631の間の距離Zとの間には次式の関係が成り立
つ。
FIG. 11 shows the sample 401 and the AFM chip 631 of the analysis section 600 shown in FIG.
FIG. 6 is a function diagram of a distance Z and an atomic force f. When the Z direction of the STM chip 633 is controlled while keeping the current i A constant in the analysis 600 of FIG. 4, the distribution of the force f between the sample 401 and the AFM chip 631 can be measured by the AFM chip 631, and FIG. The atomic force f between the sample 401 and the AFM chip 631 as shown in FIG.
The relationship between 01 and the distance Z between the AFM chips 631 is obtained. According to Kittel, "Introduction to Solid State Physics, First Volume," Vol. 4, pp. 114-122, published by Maruzen Co., Ltd., this fz waveform is the sum of the cloning force and the repulsive energy, and therefore has two parameters. The two parameters are f-
Determine the z waveform. Assuming that these two parameters are α and β, the force f between the sample 401 and the AFM chip 631, the force between the sample 401 and the AFM
The following relationship is established with the distance Z between the chips 631.

また式(3)より2個所の距離Zでの力fすなわちAF
Mチップ駆動ユニット635のZ座標を測定すればパラメー
タα,βは算出できる。
Also, from the equation (3), the force f at two distances Z, that is, AF
By measuring the Z coordinate of the M-chip drive unit 635, the parameters α and β can be calculated.

第12図は第4図の分析部600の試料401とAFMチップ631
の間の距離Zと原子力間力fの関係式(3)のパラメー
タα,βおよび試料401の仕事関数φの関係図である。
上式(3)より2箇所のZ位置でのfの測定値からα,
βを算出した結果および上式(2)よりiTの測定値から
算出した仕事関数φの値を第12図に示すように3次元で
プロットすると、試料401の材料および異物の種類によ
って3次元でのプロット位置811あるいは位置812が決ま
る。すなわちこのα,β,φのデータを既知の異物につ
いて測定しておくと、測定対象のα,β,φの3次元で
のプロット位置から異常の種類が同定できる。
FIG. 12 shows the sample 401 and the AFM chip 631 of the analysis section 600 shown in FIG.
FIG. 7 is a relational diagram of parameters α and β of a relational expression (3) between a distance Z and a nuclear force f and a work function φ of a sample 401.
From the measured values of f at two Z positions from the above equation (3), α,
When the result of calculating β and the value of the work function φ calculated from the measured value of i T from the above equation (2) are plotted in three dimensions as shown in FIG. The plot position 811 or position 812 in is determined. That is, if the data of α, β, and φ are measured for a known foreign substance, the type of abnormality can be identified from the three-dimensional plot position of α, β, and φ of the measurement target.

第13図は第4図の分析部600の試料401のトンネル電流
iと原子間力fの関係図で、第4図のバイアス電圧Vを
一定にして距離Zの変化分ΔZを変えながらトンネル電
流iTと上式(3)の電子間力fを測定したものであって
データベースとすることができる。現在のSTM関連の研
究レベルではトンネル電流iと原子間力fの正確な相関
および元素種との関係について十分にはわかっていない
が、しかしこのトンネル電流i−原子間力fスペクトル
を試料401の材料と異物に係わる多くの物質について測
定しておくことにより測定対象の同定の使うことができ
る。また仕事関数φの空間分布も元素同定の有力な手が
かりとなる。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the tunnel current i and the atomic force f of the sample 401 of the analysis unit 600 shown in FIG. 4, and shows the relationship between the tunnel current and the change ΔZ of the distance Z while keeping the bias voltage V constant. It is a database obtained by measuring i T and the interelectron force f of the above equation (3) and can be used as a database. At the current STM-related research level, the exact correlation between the tunnel current i and the atomic force f and the relationship between the elemental species are not fully understood, but this tunnel current i-atomic force f spectrum is By measuring many substances related to materials and foreign substances, it can be used for identification of a measurement object. The spatial distribution of the work function φ is also a powerful clue for element identification.

第1図の半導体製造工程の量産立上げ対応のオフライ
ン検査システム1002のサンプリング部400と検出部500と
分析部600により、混入の可能性のある異物の元素の測
定を予め求めてデータベースとして蓄積しておくことに
よって、測定対象の測定結果と比較することにより異物
の元素種の分類が可能となる。この概念は仕事関数の正
確な意味付けやその他現象の発生理由を無視したもので
あり、正確さには欠けるが異物の元素を同定して発生源
を「推定」するという目的には十分に役立つ。
The sampling unit 400, the detection unit 500, and the analysis unit 600 of the off-line inspection system 1002 for mass production start-up of the semiconductor manufacturing process shown in FIG. By doing so, it is possible to classify the element type of the foreign substance by comparing the measurement result with the measurement result of the measurement object. This concept ignores the exact meaning of the work function and the reasons for the occurrence of other phenomena, and is inadequately useful for the purpose of identifying foreign elements and "estimating" the source. .

また検査システムのサンプリング部400と検出部500と
分析部600の各ユニットを座標管理で結ぶことにより各
ユニットを常時に稼動させることができるので、従来の
特開昭60−218845号公報に開示された各ユニットを機構
として連結して使用する技術よりも各ユニットの稼動率
を上げることができる。さらに各ユニット単体の性能も
容易に向上することができるが、これは従来の各ユニッ
トを機構的に結合することによって振動のバランスがく
ずれ系全体の振動が増加したり、系全体の電磁界のバラ
ンスがくずれて電気的ノズルが増加したりするのを除去
できるためである。
In addition, since the units of the sampling unit 400, the detection unit 500, and the analysis unit 600 of the inspection system can be operated at all times by connecting the units by coordinate management, the conventional system is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-218845. The operation rate of each unit can be increased as compared with the technology in which each unit is connected and used as a mechanism. In addition, the performance of each unit can be easily improved.However, this is because the vibration of the whole system is increased by combining the conventional units mechanically, and the vibration of the whole system is increased. This is because an increase in the number of electrical nozzles due to a loss of balance can be eliminated.

第1図の半導体製造工程の量産立上げ対応のオフライ
ン検査システム1002の対応システム700では、上記サン
プリング部400と検出部500と分析部600によって検出し
分析された試料上の異物の情報をもとに異物発生源が推
定され、1つには発生源とは思われる量産ラインの対象
物に発塵をなくす対策が施され、この対策は対策実施前
後での異物の発生数を比較することにより評価される。
またもう1つには異物発生の発塵源であることが判明し
た量産ライン対応のオンライン異物検査システム1001の
プロセスと装置と材料あるいは雰囲気を簡便に実時間の
管理ができるセンシグ部200のモニタを設置すること
で、この作業がLSIの量産立上げ時に実施される。この
センシング部200はサンプリングウェハにも対応する
が、通常は製品ウェハ406をモニタする。また量産時に
はオンライン異物検査システム1001に設置されたセンシ
ング部200のモニタにより装置およびフロセスその他が
常時に監視され、異常時には上記オフライン検査システ
ム1002により原因究明される。
The system 700 of the offline inspection system 1002 for mass production start-up of the semiconductor manufacturing process shown in FIG. 1 is based on the information on the foreign matter on the sample detected and analyzed by the sampling unit 400, the detection unit 500, and the analysis unit 600. The source of foreign matter is estimated, and one of the measures is taken to eliminate dust on the mass production line, which is considered to be the source. Be evaluated.
On the other hand, there is a monitor of the sensig unit 200 that can easily manage the process and equipment of the online foreign substance inspection system 1001 corresponding to mass production lines that have been found to be a dust source of foreign substance generation, and the material or atmosphere in real time. By installing this, this work will be carried out when starting mass production of LSI. The sensing unit 200 also corresponds to a sampling wafer, but normally monitors the product wafer 406. Further, during mass production, the device, process, and the like are constantly monitored by the monitor of the sensing unit 200 installed in the online foreign substance inspection system 1001, and the cause is investigated by the offline inspection system 1002 when an abnormality occurs.

第1図の半導体製造工程の量産立上げ対応のオンライ
ン検査システム1001のセンシング部200のセンサの実施
例として真空内発塵モニタ204について次に説明する。
真空内には塵あいを搬送する媒体がないためエアダスト
モニタは使用できないが、本発明の実施例ではこの真空
内では塵あいを搬送する媒体がないということを逆に利
用している。すなわち真空内の塵あいを搬送する媒体が
ない場合に、塵あるいはと重力によって落下するか、あ
るいは静電気力によって引かれるかグラウン運動により
ランダムに動くかであるが、真空中であるので前2者の
力が支配的に働く。そこでこの2つの力を利用して真空
内の塵あいの個数をカウントする技術を考案している。
Next, a description will be given of an in-vacuum dust monitor 204 as an embodiment of the sensor of the sensing unit 200 of the online inspection system 1001 for mass production start-up in the semiconductor manufacturing process of FIG.
The air dust monitor cannot be used because there is no medium for conveying dust in the vacuum, but the embodiment of the present invention utilizes the fact that there is no medium for conveying dust in this vacuum. In other words, when there is no medium to transport the dust in the vacuum, it falls down by dust or gravity, or is pulled by electrostatic force or moves randomly by ground motion. Power dominates. Therefore, a technique for counting the number of dust particles in a vacuum using these two forces has been devised.

第14図は第1図のセンシング部200の真空内発塵モニ
タ204の一実施例を示す構成ブロック図である。第14図
において、この真空内発塵モニタ204は真空処理装置107
内の異物発生源となりうる場所108に設置されるもので
あり、ポート221と陰グリッド電極222と陽グリッド電極
223と陽プレート電極225と陰プレート電極224と印加電
源229と電流計226,227と電流カウンタ228とから成り、
陰グリッド電極222と陽プレート電極225間および陽グリ
ッド電極223と陰プレート電極224間にはそれぞれ印加電
源229により直流電圧が印加され、また電流計226,227は
それぞれ電荷1個でも計測できる高感度なもので構成さ
れる。
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the vacuum dust generation monitor 204 of the sensing unit 200 of FIG. 14, the in-vacuum dust generation monitor 204 is a vacuum processing device 107.
A port 221, a negative grid electrode 222, and a positive grid electrode
223, a positive plate electrode 225, a negative plate electrode 224, an applied power source 229, ammeters 226, 227 and a current counter 228,
A DC voltage is applied between the negative grid electrode 222 and the positive plate electrode 225 and between the positive grid electrode 223 and the negative plate electrode 224 by an applied power supply 229, and the ammeters 226 and 227 each have a high sensitivity capable of measuring even a single charge. It consists of.

上記構成で、異物811あるいは異物812が発生して陽グ
リッド電極223あるいは陰グリッド電極222に飛来した場
合を例にして動作を説明する。いま異物811が陽グリッ
ド電極223を通過するさいに、異物811に励起した電子が
存在する場合には陽グリッド電極223は電子を受け、こ
のとき異物811はプラスに帯電して陰プレート電極224に
達する。この結果で印加電源229から陰プレート電極224
と陽グリッド電極223間に電流が流れ、この電流を電流
計226により検出することができ、この電流が流れた回
数を電流カウンタ228でカウントすることにより飛来し
た異物811の数をカウントできる。また異物812が陰グリ
ッド電極222を通過するさいに、電子を放出しやすい状
態にある場合には異物812は陰グリッド電極222から電子
を受け、マイナスに帯電して陽プレート電極225に達す
る。このとき電流が流れて電流計227で検出され、この
電流が流れた回数を電流カウンタ228でカウントするこ
とにより飛来した異物812の数をカウントできる。
The operation of the above configuration will be described with an example in which a foreign substance 811 or a foreign substance 812 is generated and jumps to the positive grid electrode 223 or the negative grid electrode 222. Now, when the foreign matter 811 passes through the positive grid electrode 223 and there are electrons excited in the foreign matter 811, the positive grid electrode 223 receives the electrons.At this time, the foreign matter 811 is positively charged and is applied to the negative plate electrode 224. Reach. As a result, the applied power 229
A current flows between the positive grid electrode 223 and the positive grid electrode 223. This current can be detected by the ammeter 226, and the number of times the current has flowed can be counted by the current counter 228 to count the number of foreign particles 811 that have flown. When the foreign matter 812 is likely to emit electrons when passing through the negative grid electrode 222, the foreign matter 812 receives the electron from the negative grid electrode 222, is negatively charged, and reaches the positive plate electrode 225. At this time, a current flows and is detected by the ammeter 227, and the number of times the current has flowed is counted by the current counter 228, so that the number of flying foreign substances 812 can be counted.

第14図の真空内発塵モニタ204では陰グリッド電極タ
イプと陽グリッド電極タイプの両方を有するものを示し
たが、用途によってはこのいずれか一方のみを有するも
のでも十分に有用である。また異物811,812は説明の都
合上から電子を受けやすいものや電子を放しやすいもの
を例にしているが、本実施例では必ずしもこの限りでは
なく、強制的に電圧を印加しているためいずれの粒子で
あってもカウントすることができる。ただし上記説明の
異物の方が飛来するさいに、それぞれの電圧でじゃまさ
れることがないため確実にカウントできると考えられ
る。
In FIG. 14, the in-vacuum dust generation monitor 204 has both the negative grid electrode type and the positive grid electrode type. However, depending on the application, one having only one of them is sufficiently useful. For the sake of explanation, the foreign substances 811, 812 are apt to receive electrons or emit electrons easily. However, in the present embodiment, this is not necessarily the case, and any particles are forcibly applied with a voltage. Can be counted. However, it is considered that the counting can be reliably performed because the foreign matter described above does not get hindered by the respective voltages when flying.

第15図は第1図のセンシング部200の真空内発塵モニ
タ204の他の実施例を示す構成斜視図である。第15図に
おいて、この真空内発塵モニタ204は第14図の真空処理
装置107内の代りに真空処理装置の配管系に設置される
例を示す。この真空内発塵モニタ204では配管107内に配
置した陰グリッド電極222と陽グリッド電極225間に流れ
る電流を電流計227で検出することにより、配管109内を
流れるガスに乗って移動する異物の数を電流カウンタで
カウントできる。
FIG. 15 is a configuration perspective view showing another embodiment of the in-vacuum dust monitor 204 of the sensing unit 200 of FIG. FIG. 15 shows an example in which the in-vacuum dust generation monitor 204 is installed in the piping system of the vacuum processing apparatus instead of in the vacuum processing apparatus 107 of FIG. In the in-vacuum dust generation monitor 204, the current flowing between the negative grid electrode 222 and the positive grid electrode 225 disposed in the pipe 107 is detected by the ammeter 227, so that foreign substances moving on the gas flowing in the pipe 109 are removed. The number can be counted with a current counter.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は以上説明したように構成されているので、半
導体製造工程の量産立上げ時と量産ラインでの異物検査
システムを分けることにあり、量産立上げ時に必要な異
物の検出・分析・評価の機能を最大限にできるため、量
産ラインへのフィードバックを円滑に進めることがで
き、量産立上げ期間を短縮できる。
Since the present invention is configured as described above, the purpose of the present invention is to separate the foreign substance inspection system at the start of mass production in the semiconductor manufacturing process from the foreign substance inspection system at the mass production line. Since functions can be maximized, feedback to the mass production line can be smoothly advanced, and the mass production start-up period can be shortened.

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

第1図は本発明による半導体製造工程の量産立上げ及び
量産ラインの異物検査方法及びその装置の一実施例を示
す構成ブロック図、第2図(a)〜(d)は第1図のサ
ンプリング部の一実施例を示す構成斜視図、第3図は第
1図の検出部の一実施例を示す構成ブロック図、第4図
は第1図の分析部の一実施例を示す構成ブロック図、第
5図は第1図のサンプリングウェアの鏡面ウェハを示す
斜視図、第6図(a),(b),(c)は第1図のサン
プリングウェハのSi3N4,Poly−Si,Al膜形成ウェハを示
す斜視図、第7図(a)〜(d)は第1図のサンプリン
グウェハのパターン形成ウェハを示す斜視図、第8図
(a)〜(d)は第1図のサンプリングウェハのラッピ
ング方向と走査方向を示す斜視図、第9図は第4図の試
料の仕事関数のxy分布図、第10図は第4図の試料の断面
図、第11図は第4図のAFMチップ試料間距離と原子間力
の関係図、第12図は第4図のα,β,φの関係図、第13
図は第4図のトンネル電流と電子間力の関係図、第14図
は第1図のセンシング部の真空内発塵モニタの一実施例
を示す構成ブロック図、第15図は第1図のセンシング部
の真空内発塵モニタの他の実施例を示す構成斜視図であ
る。 100……半導体製造装置群、200……センシング部、204
……真空内発塵モニタ、300……ユーティリティ群、400
……サンプリング部、401〜405……サンプリングウェ
ハ、500……検出部、600……分析部、603……STM/STS、
700……対応システム、1000……半導体製造工程の量産
立上げおよび量産ライン異物検査システム、1001……オ
ンライン異物検査システム、1002……オフライン異物検
査システム、531,532……半導体レーザ、535,536……集
光対物レンズ、537……検査対物レンズ、538……検出
器、571……2値化回路、572……ステージコントロー
ラ、581……インターフェイス室、631……AFM用チッ
プ、633……STMチップ、635……STMXYZ微動ユニット、6
42……試料STM粗駆動ユニット。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a method and an apparatus for starting up a mass production in a semiconductor manufacturing process and a mass production line according to the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (d) are sampling diagrams of FIG. FIG. 3 is a configuration block diagram showing one embodiment of the detection unit of FIG. 1, and FIG. 4 is a configuration block diagram showing one embodiment of the analysis unit of FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a mirror-surface wafer of the sampling wear of FIG. 1, and FIGS. 6 (a), (b) and (c) are Si 3 N 4 , Poly-Si, FIGS. 7 (a) to 7 (d) are perspective views showing an Al film forming wafer, FIGS. 7 (a) to 7 (d) are perspective views showing a pattern forming wafer of the sampling wafer of FIG. 1, and FIGS. 8 (a) to 8 (d) are FIGS. FIG. 9 is a perspective view showing the lapping direction and the scanning direction of the sampling wafer. FIG. 9 is an xy distribution diagram of the work function of the sample shown in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of the sample of FIG. 4, FIG. 11 is a diagram showing a relationship between an AFM chip sample distance and an atomic force in FIG. 4, and FIG. 12 is a diagram showing a relationship between α, β, and φ in FIG. , Thirteenth
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between tunneling current and electron force in FIG. 4, FIG. 14 is a block diagram showing an embodiment of a vacuum dust generation monitor of the sensing unit in FIG. 1, and FIG. FIG. 9 is a configuration perspective view showing another embodiment of a dust generation monitor in a vacuum of a sensing unit. 100: Semiconductor manufacturing equipment group, 200: Sensing unit, 204
…… Dust generation monitor in vacuum, 300 …… Utility group, 400
…… Sampling unit, 401 to 405 …… Sampling wafer, 500 …… Detection unit, 600 …… Analysis unit, 603 …… STM / STS,
700… Corresponding system, 1000… Mass production start-up and mass production line foreign substance inspection system for semiconductor manufacturing process, 1001… Online foreign substance inspection system, 1002… Offline foreign substance inspection system, 531 532… Semiconductor laser, 535,536… Focusing Objective lens, 537… Inspection objective lens, 538 …… Detector, 571 …… Binarization circuit, 572 …… Stage controller, 581 …… Interface room, 631 …… AFM chip, 633 …… STM chip, 635 …… STMXYZ fine movement unit, 6
42 ... Sample STM coarse drive unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 博司 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 河野 真貴子 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 大島 良正 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/66 G01R 31/26 H01L 21/02 B23Q 41/02──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Yamaguchi 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Production Technology Research Laboratories (72) Inventor Makiko Kono 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Stock (72) Inventor Yoshimasa Oshima 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture In-house Hitachi, Ltd. Production Technology Laboratory (58) Fields investigated (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21 / 66 G01R 31/26 H01L 21/02 B23Q 41/02

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体製造工程の量産立上げ時に、サンプ
リングウェハを用いて、材料、プロセス、装置、環境の
異物管理状況を評価するに際し、量産立上げ時の異物の
検出・分析・評価システムを量産ラインから分離し、そ
のシステムの結果を量産ラインにフィードバックして、
量産ラインでは簡便なモニタリング装置だけでモニタリ
ングすることを特徴とする半導体製造工程の量産立上げ
及び量産ラインの異物検査方法。
1. A system for detecting, analyzing, and evaluating foreign substances at the start of mass production when evaluating the foreign substance management status of materials, processes, equipment, and the environment using a sampling wafer at the start of mass production in a semiconductor manufacturing process. Separate from the mass production line, feed back the result of the system to the mass production line,
A method for starting up mass production in a semiconductor manufacturing process and inspecting foreign substances in the mass production line, wherein the monitoring is performed only with a simple monitoring device in the mass production line.
【請求項2】異物の検出・分析・評価システムではサン
プリングウェハ上の異物を検出した後に、その異物の元
素種をSTM/STSにより分析することを特徴とする請求項
1記載の半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの
異物検査方法。
2. The semiconductor manufacturing process according to claim 1, wherein the foreign matter detection / analysis / evaluation system detects foreign matter on the sampling wafer and then analyzes the element type of the foreign matter by STM / STS. Mass production start-up and mass production line foreign material inspection method.
【請求項3】STM/STSによる分析データをデータベース
として予め格納しておき、分析対象のデータと比較する
ことにより、異物の元素種を同定することを特徴とする
請求項2記載の半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラ
インの異物検査方法。
3. The semiconductor manufacturing process according to claim 2, wherein the analysis data by STM / STS is stored in advance as a database, and the element type of the foreign substance is identified by comparing the data with the data to be analyzed. Mass production start-up and foreign material inspection method for mass production line.
【請求項4】半導体製造工程の量産立上げ時に、サンプ
リングウェハを用い、材料、プロセス、装置、環境の異
物管理状況を評価するシステムにおいて、量産立ち上げ
時の異物検出・分析・評価システムを量産ラインから分
離し、そのシステムの結果を量産ラインにフィードバッ
クして、量産ラインでは簡便なモニタリング装置だけで
モニタリングする構成としたことを特徴とする半導体製
造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査装置。
4. A system for evaluating foreign material management status of materials, processes, equipment, and environment using a sampling wafer at the start of mass production in a semiconductor manufacturing process, wherein the foreign material detection / analysis / evaluation system at mass production start is mass-produced. The system is separated from the line, the result of the system is fed back to the mass production line, and the mass production line is configured to monitor only with a simple monitoring device. .
【請求項5】異物の検出・分析・評価システムはサンプ
リングウェハ上の異物を検出した後に、その異物の元素
種をSTM/STSにより分析する構成としたことを特徴とす
る請求項4記載の半導体製造工程の量産立上げ及び量産
ラインの異物検査装置。
5. The semiconductor according to claim 4, wherein the foreign matter detection / analysis / evaluation system is configured to detect foreign matter on the sampling wafer and analyze an element type of the foreign matter by STM / STS. Mass production start-up in the manufacturing process and foreign material inspection equipment on the mass production line.
【請求項6】STM/STSによる分析データをデータベース
として予め格納しておき、分析対象のデータと比較する
ことにより、異物の元素種を同定する構成としたことを
特徴とする請求項5記載の半導体製造工程の量産立上げ
及び量産ラインの異物検査装置。
6. The structure according to claim 5, wherein the analysis data by STM / STS is stored in advance as a database, and the element type of the foreign matter is identified by comparing the analysis data with the data to be analyzed. Mass production start-up for semiconductor manufacturing process and foreign material inspection equipment for mass production line.
【請求項7】モニタリング装置は重力及び/又は静電気
力を利用した真空内発塵モニタを有することを特徴とす
る請求項4記載の半導体製造工程の量産立上げ及び量産
ラインの異物検査装置。
7. The apparatus according to claim 4, wherein the monitoring apparatus has a monitor for generating dust in a vacuum using gravity and / or electrostatic force.
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