JP2921880B2

JP2921880B2 - 微粒子モニタ付き半導体製造装置

Info

Publication number: JP2921880B2
Application number: JP25493889A
Authority: JP
Inventors: 徹望月
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1999-07-19
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JPH03116944A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体素子の製造過程で用いられる模形成
装置，エッチング装置及び洗浄装置等の半導体製造装置
に係わり、特に容器内の微粒子数を測定する機能を備え
た微粒子モニタ付き半導体製造装置に関する。

（従来の技術）半導体素子の製造過程において発生する処理容器内の
微粒子は、第４図に示すように粒子粒径の２乗に反比例
して粒子数が増加することが知られている。このため、
従来の技術の半導体製造装置では、製造される半導体素
子のデザインルールが数μｍの場合には影響を受ける粒
子数が極めて少なく、処理容器内の微粒子は大きな障害
とならなかった。従って、従来の製造装置では特に微粒
子に対する特別な配慮はなされていないのが現状であっ
た。

ところが、近年になり半導体素子の高集積化が進み、
製造される半導体素子の最小線幅，最小線間隔が１μｍ
より細いデザインルールが適用されるようになると、処
理容器内で発生する微粒子の制御が大きな問題となって
浮上してきた。即ち、半導体素子を歩留り良く製造する
には使用されているデザインルールの約1/5以下の微粒
子数を精度良く制御しなければならないことが経験則と
して知られているので、制御すべき微粒子径の低下に伴
って増加する粒子数の制御が重要な課題となっている。

そこで最近、上記微粒子の発生を制御するために、次
のような方法が採用されている。即ち、定期的にモニタ
用の半導体（例えばSi）を用い、この上に例えばAl膜を
蒸着形成してその表面の微粒子を測定し、Al蒸着装置の
合否を判定する。そして、所定値以上の微粒子が測定さ
れた場合は、蒸着装置における処理容器の洗浄処理を行
い、容器内を洗浄化して再使用していた。

第５図は微粒子モニタ時の様子を示す側面図であり、
図中51はSiウェハ、52はAl膜、53はレーザ光源、54はレ
ーザ光、55は反射光、56は反射散乱光、57はフォトダイ
オード等の受光素子を示している。処理容器内に微粒子
がない（又は極めて少ない）場合は、Al膜52上にも微粒
子が存在せず、この場合には基板51からは反射光55のみ
が発生し受光素子57では光が検出されない。しかし、処
理容器内に微粒子が多く存在する場合は、Al膜52上にも
微粒子が存在することになり、この場合には基板51から
反射光55と共に散乱光56が発生し、この散乱光が受光素
子57で検出される。つまり、微粒子の有無が受光素子57
により検出されることになる。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問
題があった。即ち、第５図に示す方法は、一種のサンプ
リング方式であり、Al膜形成後にウェハを容器より取り
出して測定を行うので、リアルタイムで容器内の状況が
把握できない難点があった。また、Al膜の表面に付着し
た微粒子は検出できるものの、Al膜で埋もれてしまった
微粒子を検出することはできず、このため微粒子測定精
度が低いという問題があった。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、半導体製造装置における処理容器内
の微粒子を測定するには、容器内で一旦処理したウェハ
を容器外に取り出して微粒子の検出を行っているので、
容器内の微粒子をリアルタイムで測定することは困難で
あり、さらに測定精度も低いという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、半導体製造装置における処理容器
内の微粒子数をリアルタイムに、且つ精度に測定するこ
とのできる微粒子モニタ付き半導体製造装置を提供する
ことにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、半導体製造装置自体に微粒子のモニ
タ機構を設け、半導体基板の各種処理と同時に微粒子数
をモニタすることにある。

即ち本発明は、容器内に収容された半導体基板に対
し、膜形成、エッチング或いは洗浄処理等を施す半導体
製造装置において、容器内の微粒子をリアルタイムで測
定する微粒子モニタ機構として、半導体基板の表面に光
を照射するレーザ光源，このレーザ光源からの光を基板
表面で走査する走査機構，基板表面からの反射光で且つ
微粒子による散乱光を検出する受光素子等を設けるよう
にしたものである。

（作用）本発明によれば、半導体製造装置自体に微粒子モニタ
機構を設けることにより、半導体基板の所定の処理と同
時に微粒子数を測定することができる。従って、微粒子
数が所定の数値を超過する場合には、その時点で処理を
中止して容器の洗浄処理等を行うことにより、許容値を
オーバした微粒子数での処理による歩留り低下を未然に
防止することができる。つまり、容器内の微粒子数を常
に許容値以内に抑えることができ、実質的な装置稼動率
の向上及び素子製造歩留りの向上をはかることが可能と
なる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係わるスパッタ装置を示
す示す概略構成図である。図中10は処理容器であり、こ
の容器10内には接地電極11の下面に取り付けられたSiウ
ェハ12とAlターゲット13が収容されており、これらウェ
ハ12及びターゲット13は対向配置されている。ターゲッ
ト13には高周波電源14が接続され、これによりターゲッ
トとしてのAlがウェハ12の表面にスパッタ蒸着されるも
のとなっている。

一方、容器10内にはHeNe等のレーザ光源15が収容さ
れ、このレーザ光源15からのレーザ光21はウェハ12の表
面に照射される。そして、ウェハ12の表面からの反射光
22は、相互に離間配置されたフォトダイオード等の受光
素子16（16a,16b）の中央部を通るものとなっている。

なお、図中17は受光素子16の検出信号を加算増幅して
出力する増幅器である。また、図中18,19はレーザ光源1
5の光照射面及び受光素子16の受光面がAl蒸着粒子によ
り汚染されるのを防止するシャッタであり、これらのシ
ャッタ18,19は微粒子測定時以外は閉じられており、微
粒子測定時のみ開くものとなっている。さらに、図中23
は微粒子により散乱した散乱光、24はAl蒸着粒子を示し
ている。

このような構成であれば、容器10内の微粒子数が少な
い場合、ウェハ12の表面には微粒子は殆ど存在しない。
このため、ウェハ12の表面からの光は反射光22のみとな
り、受光素子16では光は検出されない。一方、容器10内
の微粒子数が多い場合は、ウェハ12の表面各部に微粒子
が付着し、この微粒子による散乱光23が受光素子16で検
出される。つまり、容器10内における微粒子数が受光素
子16の検出出力から測定されることになる。なお、この
測定はAl蒸着時にリアルタイムで行われるが、Alの蒸着
粒子は微粒子に比べて極めて小さいものであり、この蒸
着粒子による光の散乱は殆ど無視できる。Alの蒸着粒子
による光の散乱が受光素子16の検出出力に影響を与える
場合は、微粒子モニタ時にスパッタ蒸着を一旦停止する
ようにすればよい。

ここで、本実施例においては、ウェハ12の表面全面で
微粒子の測定を行う必要があるが、このためにはレーザ
光をウェハ表面で走査すればよい。このとき、反射光22
が常に受光素子16a,16bの中央部を通るように設定しな
ければならない。このための手段としては、例えば第２
図に示す如く、凹面鏡を用いればよい。第２図の例で
は、受光素子16a,16bの中央部から出てウェハ12の表面
各部で反射した光が凹面鏡27により反射ミラー26に集光
するようにした。この条件では、反射ミラー26を回動さ
せてレーザ光をウェハ12の表面で走査しても、ウェハ表
面からの反射光は常に受光素子16a,16bの中央部を通る
ことになり、従って微粒子による散乱光のみを受光素子
16a,16bで検出することが可能となる。

また、レーザ光を走査する代わりに、微粒子の検出光
学系を除き、ウェハ12及びターゲット13等を平行移動す
るようにしてもよい。さらに、これとは逆に、ウェハ12
及びターゲット13等を固定にし、検出光学系を平行移動
するようにしてもよい。

かくして本実施例によれば、容器10内にレーザ光源15
及び受光素子16等を設けることにより、Alスパッタ装置
の容器内10内の微粒子数を測定することができ、しかも
Alスパッタ蒸着時にリアルタイムで測定することができ
る。従って、微粒子発生による歩留り低下を迅速に判定
することが可能となる。また、リアルタイムの測定であ
ることから、微粒子の数が短時間で測定でき、従って装
置の有効活用はもとより、粒子発生を装置洗浄等により
極めて低水準に抑制することができるようになった。そ
の結果として、歩留りの高いスパッタ装置の実現が可能
となる。

また、リアルタイムの測定であることから、蒸着開始
時，蒸着途中，蒸着終了時と別けて微粒子を測定するこ
とができる。さらに、従来Al膜により埋もれてしまうよ
うな微粒子も検出することができ、微粒子測定精度の向
上をはかり得る。また、シャッタ18,19を設けたことに
より、レーザ光源15や受光素子16の汚染を抑制すること
ができる。

第３図は本発明の他の実施例を示す概略構成図であ
る。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、そ
の詳しい説明は省略する。

この実施例は微粒子モニタ手段として、スパッタ雰囲
気中の微粒子を真空ポンプで別途排気を行い、レーザ光
による微粒子検出システムを容器とは別個に設けて測定
するようにしている。即ち、容器10には配管31が接続さ
れ、スパッタ雰囲気中の微粒子はこの配管31に導かれ、
微粒子検出室32を介して排気されるものとなっている。
検出室32内には、先の実施例と同様のレーザ光源15及び
受光素子16が配置されている。この場合の微粒子検出方
法は先の実施例と同様であり、微粒子がない場合はレー
ザ光は受光素子16には入射せず、微粒子がある場合は散
乱光が受光素子16に入射することになる。

このような構成であっても、先の実施例と同様にリア
ルタイムで微粒子を測定することができる。しかも、レ
ーザ光を走査する必要がないので、検出光学系を簡略化
できる利点がある。また、先の実施例のようにウェハ表
面からの反射を利用した方法では、ウェハ表面に何等か
の電極パターン等が形成されていると、微粒子数を正確
に測定できない場合がある。これに対し本実施例では、
ウェハ表面のパターンに拘りなく、常に微粒子数を正確
に測定することができる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。例えば、第１図の実施例において、レーザ光源
及び受光素子は必ずしも容器内に設置する必要はなく、
容器の側面に窓を設けることにより容器外に設置するこ
とも可能である。また、製造装置としてはスパッタ装置
に限らず蒸着装置に適用することができ、さらに膜形成
装置に限らずエッチング装置或いは洗浄装置等に適用す
ることも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、半導体製造装置
における処理容器内の微粒子数をリアルタイムに、且つ
高精度に測定することができ、その結果、歩留りの高い
半導体製造装置の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるスパッタ装置を示す
概略構成図、第２図は同実施例においてレーザ光を走査
する構成例を示す模式図、第３図は本発明の他の実施例
を示す概略構成図、第４図粒子径と粒子数との関係を示
す特性図、第５図は従来の微粒子測定方法を説明するた
めの側面図である。 10…処理容器、11…接地電極、12…Siウェハ、13…Alタ
ーゲット、14…高周波電源、15…レーザ光源、16…受光
素子、18、19…シャッタ、21…レーザ光、22…反射光、
23…散乱光、31…配管、32…微粒子検出室。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板を収容した容器と、前記半導体
基板に対し所定の処理を施す手段と、前記容器内の微粒
子数を測定する手段とを具備してなり、前記微粒子数を測定する手段は、前記半導体基板の表面
に光を照射するレーザ光源と、このレーザ光源からの光
を前記基板表面で走査する走査機構と、基板に付着した
微粒子による散乱光を検出する受光素子と、前記走査機
構と基板との間の光路に配置され、走査機構からのレー
ザ光を反射して半導体基板に照射し、且つ半導体基板か
らの反射光が１点に集光するように設定された凹面鏡
と、からなるものであることを特徴とする微粒子モニタ
付き半導体製造装置。
【請求項２】半導体基板を収容した容器と、前記半導体
基板に対し所定の処理を施す手段と、前記容器内の微粒
子数を測定する手段とを具備してなり、前記微粒子数を測定する手段は、前記容器内の半導体基
板表面近傍を排気する排気系と、この排気系の途中に設
けられたモニタ室と、このモニタ室内に光を照射するレ
ーザ光源と、モニタ室内の微粒子による散乱光を検出す
る受光素子とからなるものであることを特徴とする微粒
子モニタ付き半導体製造装置。