JP5060412B2 - 異物検出方法、異物検出装置、異物検出システム及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、異物検出方法、異物検出装置、異物検出システム及び記憶媒体に関し、特に基板の表面に付着した微小異物を検出する異物検出方法に関する。

基板としてのウエハにプラズマ処理を施す基板処理システムは、ウエハを収容してプラズマ処理を施すプロセスモジュールと、該プロセスモジュールへウエハを搬入するロード・ロックモジュールと、複数枚のウエハを収容する容器からウエハを取り出してロード・ロックモジュールに受け渡すローダーモジュールとを備える。この基板処理システムでは、ウエハを搬送する際にパーティクルやグリス等の異物がウエハの表面に付着することがある。ウエハの表面に付着した異物は、該ウエハより製造される半導体デバイスの欠陥、例えば、配線の短絡の原因となるため除去する必要がある。

また、半導体デバイスの配線用の溝の幅等は年々狭くなっている。これに対応して、検出すべき異物の大きさの目標値が、以下の表１のロードマップに示すように、ＩＴＲＳ（半導体技術ロードマップ専門委員会、International Technology Roadmap for Semiconductors）によって規定されている。

従来、ウエハの表面に付着したパーティクルの大きさを検出する装置としてレーザ散乱光法を用いる基板表面検査装置が知られている。この基板表面検査装置はウエハを載置して回転する検査ステージと、回転するウエハの表面をレーザ光で照射するレーザ光照射部と、レーザ光によって照射された表面からの散乱光の一部を受光する受光部と、該受光部からの光信号を電気信号に変換する光電変換部とを備える。ウエハの表面にパーティクルが付着している場合、該パーティクルにレーザ光を照射すると散乱光の大きさがパーティクルの大きさに応じて変化する。この基板表面検査装置は、光電変換部によって変換された電気信号の電圧や信号発生回数に基づいてウエハの表面に付着したパーティクルの大きさや個数を検出する（例えば、特許文献１参照。）。

上記基板表面検査装置が検出可能なパーティクルの大きさは光電変換部の解像度によって規定される。現在の光電変換部の解像度はせいぜい５０ｎｍ〜７０ｎｍであり、上記基板表面検査装置では上記ロードマップで規定する２００６年時点の臨界異物検出サイズのパーティクルを検出することができない。そのため、従来は、数１００ｎｍのパーティクルを上記表面検査装置で検出し、該検出結果から約３０ｎｍのパーティクルの存在を推定していた。

ところが、近年の本発明者等の研究によって、数１００ｎｍのパーティクルの発生形態と約３０ｎｍのパーティクルの発生形態は異なり、その分布状況も異なることが明らかになってきた。これは、特に、イットリアを用いるプロセスモジュールでプラズマ処理が施されたウエハにおいて顕著である。

そこで、本発明者は、ウエハに表面において０℃以下に冷却された過冷却水がパーティクルの周りに集まり易いという性質を利用し、パーティクルを起点として氷の結晶を成長させ、さらに、シアノアクリレートを供給して氷の結晶の形状を固形物であるポリシアノアクリレートで転写してパーティクルの周りに残留させる異物検出方法を提唱した（例えば、特許文献２参照。）。これにより、パーティクルの存在を固形物で強調することができ、従来の基板表面検査装置でもパーティクルを検出することができる。
特開平１−２１９５４６号公報 特開２００７−２７３９４７号公報

しかしながら、上述した異物検出方法では、氷の結晶の成長が不十分である場合、氷を他の物質の固形物に変換しても、従来の基板表面検査装置でパーティクルを検出することができない。

また、パーティクルが発生した場合にはその発生原因を特定することが重要であり、該発生原因の特定には発生したパーティクルの成分を分析することが有効である。ところが、上述した異物検出方法では、例え、パーティクルを検出することができても、氷をポリシアノアクリレートに置き換えてしまうため、以後、パーティクルのみを露出させることが不可能となり、その結果、検出したパーティクルの成分を電子線（エレクトロンビーム）等で分析することができない。

本発明の目的は、同一の基板において微小異物の検出と成分分析を行うことができる異物検出方法、異物検出装置、異物検出システム及び記憶媒体を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の異物検出方法は、基板の表面に付着した異物を検出する異物検出方法であって、前記基板の温度及び前記表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を制御することによって前記異物の周りに選択的に水分を結露させる水分結露ステップと、前記水分が結露した後、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記水蒸気圧が越えないように制御して前記結露した水分から氷の結晶を発生・成長させる結晶成長ステップと、前記基板の表面を光学的に検査する表面検査ステップとを有することを特徴とする。

請求項２記載の異物検出方法は、請求項１記載の異物検出方法において、前記結晶成長ステップでは、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線に前記水蒸気圧が沿うように制御することを特徴とする。

請求項３記載の異物検出方法は、請求項１又は２記載の異物検出方法において、前記基板の表面の光学的検査の結果に基づいて前記異物の位置を特定する位置特定ステップと、前記氷の結晶を蒸発させて除去する結晶除去ステップと、前記特定された異物の成分をエレクトロンビーム（ＥＢ）を用いて分析する成分分析ステップとをさらに有することを特徴とする。

請求項４記載の異物検出方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異物検出方法において、前記異物の大きさは３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

請求項５記載の異物検出方法は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の異物検出方法において、前記水分結露ステップでは、前記基板の温度が０℃以下のとき、前記水蒸気圧を６．１ｈＰａ以下に維持することを特徴とする。

請求項６記載の異物検出方法は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の異物検出方法において、前記水分結露ステップでは、前記基板の温度が−２５℃のとき、前記水蒸気圧を０．８ｈＰａ以下に維持することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項７記載の異物検出装置は、表面に異物が付着した基板を収容する収容室と、前記収容室に収容された基板の表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を制御する水蒸気圧制御部と、前記収容室に収容された基板の温度を制御する温度制御部と、前記基板の表面を光学的に検査する表面検査部とを備える異物検出装置であって、前記水蒸気圧制御部及び前記温度制御部は、前記水蒸気圧及び前記基板の温度を制御することによって前記異物の周りに選択的に水分を結露させ、さらに、前記水分が結露した後、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記水蒸気圧が越えないように制御して前記結露した水分から氷の結晶を発生・成長させることを特徴とする。

請求項８記載の異物検出装置は、請求項７記載の異物検出装置において、前記異物の成分をエレクトロンビームを用いて分析する成分分析部と、前記表面検査部による光学的検査の結果に基づいて位置が特定された前記異物と前記成分分析部を相対させる移動部とをさらに備えることを特徴とする。

請求項９記載の異物検出装置は、請求項８記載の異物検出装置において、前記異物の成分分析に先立って、前記温度制御部が前記基板を加熱することを特徴とする。

請求項１０記載の異物検出装置は、請求項８記載の異物検出装置において、前記異物の成分分析に先立って、前記表面検査部がレーザ光を前記氷の結晶に照射することを特徴とする。

請求項１１記載の異物検出装置は、請求項８記載の異物検出装置において、前記異物の成分分析に先立って、前記成分分析部が前記エレクトロンビームを前記氷の結晶に照射することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１２記載の異物検出システムは、表面に異物が付着した基板において前記異物の周りに氷の結晶を発生・成長させる結晶成長装置と、前記基板の表面を光学的に検査する表面検査装置とを備える異物検出システムであって、前記結晶成長装置は、前記基板の温度及び前記基板の表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を制御することによって前記異物の周りに選択的に水分を結露させ、さらに、前記水分が結露した後、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記水蒸気圧が越えないように制御して前記結露した水分から氷の結晶を発生・成長させることを特徴とする。

請求項１３記載の異物検出システムは、請求項１２記載の異物検出システムにおいて、前記異物の成分をエレクトロンビームを用いて分析する成分分析装置をさらに備える。

請求項１４記載の異物検出システムは、請求項１３記載の異物検出システムにおいて、前記表面検査装置及び前記成分分析装置は、それぞれ、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記基板の温度及び前記水蒸気圧が越えないように制御することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１５記載の記憶媒体は、基板の表面に付着した異物を検出する異物検出方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体であって、前記異物検出方法は、前記基板の温度及び前記表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を制御することによって前記異物の周りに選択的に水分を結露させる水分結露ステップと、前記水分が結露した後、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記水蒸気圧が越えないように制御して前記結露した水分から氷の結晶を発生・成長させる結晶成長ステップと、前記基板の表面を光学的に検査する表面検査ステップとを有することを特徴とする。

請求項１記載の異物検出方法、請求項７記載の異物検出装置、請求項１２記載の異物検出システム及び請求項１５記載の記憶媒体によれば、基板の表面に付着した異物の周りに結露した水分から氷の結晶が発生・成長するので、氷の結晶を異物よりも充分に大きくすることができるとともに、氷を他の物質に変換させることがないので、基板の表面の光学的検査の後、氷を蒸発させることによって異物のみを露出させることができる。その結果、同一の基板において微小異物の検出と成分分析を行うことができる。また、氷の結晶を発生・成長させる際に、基板の温度を低下させながら、基板の表面に異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を水蒸気圧が越えないように制御するため、基板の表面全体が結露して該表面の光学的検査の精度が低下するのを防止することができる。

請求項２記載の異物検出方法によれば、氷の結晶を発生・成長させる際に、基板の温度を低下させながら、基板の表面に異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線に水蒸気圧が沿うように制御するので、基板の表面全体が結露するのを防止しつつ、異物の周りの水蒸気圧を高めることができ、効率的に異物の周りに結露した水分からの氷の結晶の発生・成長を促進することができる。

請求項３記載の異物検出方法によれば、基板の表面の光学的検査の結果に基づいて異物の位置を特定し、氷の結晶を蒸発させて除去し、さらに、位置が特定された異物の成分をエレクトロンビームを用いて分析するので、微小異物の検出と成分分析を一連のシーケンスとして効率良く実行することができる。

請求項５記載の異物検出方法によれば、異物の周りに水分を結露させる際に、基板の温度が０℃以下のとき、水蒸気圧を６．１ｈＰａ以下に維持するので、基板の表面全体が結露するのを確実に防止することができる。

請求項６記載の異物検出方法によれば、異物の周りに水分を結露させる際に、基板の温度が−２５℃のとき、水蒸気圧を０．８ｈＰａ以下に維持するので、基板の表面全体が結露するのを確実に防止することができる。

請求項８記載の異物検出装置によれば、異物の位置を光学的検査によって特定する異物検出装置に加えて成分分析部と、位置が特定された異物と成分分析部を相対させる移動部とを備えるので、同一の異物検出装置において、微小異物の検出と成分分析を行うことができる。

請求項９記載の異物検出装置によれば、温度制御部が基板を加熱するので、氷の結晶を確実に蒸発させることができるとともに、氷の結晶の蒸発のために他のユニットを追加する必要を無くすことができる。

請求項１０記載の異物検出装置によれば、表面検査部がレーザ光を氷の結晶に照射するので、氷の結晶を確実に蒸発させることができるとともに、氷の結晶の蒸発のために他のユニットを追加する必要を無くすことができる。

請求項１１記載の異物検出装置によれば、成分分析部がエレクトロンビームを氷の結晶に照射するので、氷の結晶を確実に蒸発させることができるとともに、氷の結晶の蒸発のために他のユニットを追加する必要を無くすことができる。

請求項１３記載の異物検出システムによれば、基板の表面を光学的に検査する表面検査装置に加えて成分分析装置をさらに備えるので、同一の異物検出システムにおいて、微小異物の検出と成分分析を行うことができる。

請求項１４記載の異物検出システムによれば、表面検査装置及び成分分析装置は、それぞれ、基板の表面に異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を基板の温度及び水蒸気圧が越えないように制御するので、基板の表面全体が結露して該表面の光学的検査の精度や異物の成分分析の精度が低下するのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係る異物検出方法が適用される異物検出装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１において、異物検出装置１０は、基板としてのウエハＷを収容する筐体状の収容室１１と、該収容室１１内の下側に配置され且つウエハＷを載置して回転するウエハステージ１２と、該ウエハステージ１２に対向するように配置される光学式異物検査装置１３（表面検査部）と、収容室１１内の上方に配置されて移動機構（図示しない）によって移動可能な電子ビーム照射装置１４（成分分析部）と、収容室１１の側壁に配置される水蒸気供給ユニット１５（水蒸気圧制御部）と、収容室１１内と連通する排気管１６に設けられた圧力制御バルブ１７（水蒸気圧制御部）と、ウエハステージ１２近傍の温度及び湿度を測定する温度・湿度センサ１８と、制御部１９とを備える。

収容室１１は、側壁に開口するウエハ搬出入口２０と、該ウエハ搬出入口２０を開閉するゲートバルブ２１とを有する。該ゲートバルブ２１がウエハ搬出入口２０を閉じた場合、収容室１１内は外界から遮断されるため、収容室１１内の圧力や雰囲気は水蒸気供給ユニット１５や圧力制御バルブ１７によって調整可能である。

ウエハステージ１２は、ウエハＷを載置する面の直下において冷媒流路２２と、伝熱ヒータ２３とを内蔵する。冷媒流路２２は載置されたウエハＷを冷却し、伝熱ヒータ２３は載置されたウエハＷを加熱する。

光学式異物検査装置１３は、ウエハステージ１２に載置されたウエハＷに向けてレーザ光を照射するレーザ発振器２４と、ウエハＷからの散乱角の大きい散乱光を受光する広域コレクタ２５と、ウエハＷからの散乱角の小さい散乱光を受光する狭域コレクタ２６と、ウエハＷからの散乱角の大きい散乱光を広域コレクタ２５に向けて集光する曲面ミラー２９と、ウエハＷからの散乱角の小さい散乱光を集光するレンズ対２７及び平板ミラー２８とを有する。広域コレクタ２５及び狭域コレクタ２６はそれぞれコリメータ及び光電子倍増管（フォトマルチプライヤ）からなり、受光した散乱光を電気信号に変換する。

光学式異物検査装置１３は、ウエハＷの表面を光学的に検査する。具体的には、ウエハＷの表面において所望の範囲をレーザ光によって走査し、且つ受光した散乱光から変換された電気信号の電圧や信号発生回数等に基づいてウエハＷの表面に付着したパーティクル（の大きさ、数）を検出する。なお、光学式異物検査装置１３の構成は上述したしたものに限られず、凡そ散乱光を用いてパーティクルを検出するものであればよい。

電子ビーム照射装置１４は、ウエハＷの表面に付着したパーティクルに向けてエレクトロンビーム（ＥＢ）を照射し、且つ反射したエレクトロンビームを受信して該反射されたエレクトロンビームに基づいてパーティクル（異物）の成分を分析する。

水蒸気供給ユニット１５は収容室１１内、特に、ウエハステージ１２に載置されたウエハＷの表面に向けて水蒸気を供給し、圧力制御バルブ１７は、ＤＰ（Dry Pump）やＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）に接続された排気管１６を流れる排気の流量を調整して収容室１１内の圧力を制御する。すなわち、水蒸気供給ユニット１５及び圧力制御バルブ１７は、ウエハステージ１２に載置されたウエハＷの表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を制御する。

温度・湿度センサ１８の先端はウエハステージに載置されたウエハＷの直上に位置し、該温度・湿度センサ１８は載置されたウエハＷの温度及び該ウエハＷの表面を取り巻く雰囲気中の湿度（水蒸気圧）を測定する。

制御部１９は、ウエハステージ１２内の伝熱ヒータ２３、冷媒流路２２へ冷媒を供給する冷媒供給部（図示しない）、電子ビーム照射装置１４、水蒸気供給ユニット１５、圧力制御バルブ１７、温度・湿度センサ１８、広域コレクタ２５や狭域コレクタ２６に接続されるとともに、ＣＰＵ、ＨＤＤ、ＲＡＭやＲＯＭ（いずれも図示しない）を内蔵し、光学式異物検査装置１３や電子ビーム照射装置１４等の各構成要素の動作を制御する。

ところで、本発明者は、ウエハＷの表面に付着した大きさが約３０ｎｍのパーティクルの周りに生じる氷の結晶の成長について鋭意研究を行った結果、図２に示すように、ウエハＷの表面にパーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧曲線（基板の表面に異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線）（図中実線で示す。）と、ウエハＷの表面にパーティクルが付着している場合の飽和蒸気圧曲線（図中破線で示す。）とが異なることを見出した。具体的には、全温度域に関してパーティクルが付着している場合の飽和蒸気圧が低いことが分かった。そして、本発明者は、パーティクルが付着している場合の飽和蒸気圧が低いのは、水蒸気中の水分子が核となる粒子の周りに凝縮しやすいためであると類推するに至った。すなわち、図中の破線においては、パーティクルに水分が凝縮して付着するもののパーティクル以外の箇所には水分が凝縮して付着することがないことを意味する。

したがって、図２において、ウエハＷの温度（以下、単に「ウエハ温度」という。）及びウエハＷの表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧（以下、「ウエハ上水蒸気圧」という。）を実線及び破線の間に設定すれば、パーティクルの周りに選択的に水分を結露させることができる。さらに、ウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧を実線及び破線の間に維持したまま、ウエハ温度を低下させれば、ウエハ上水蒸気圧がウエハＷの表面にパーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧を越えることがないので、パーティクル以外の箇所において水分が結露することはないが、ウエハ上水蒸気圧はパーティクルが付着している場合の飽和蒸気圧を超えるので、パーティクルの周りの水分の結露のみを促進することができる。さらに、ウエハ温度が凝固点を下回ると、該パーティクルの周りに結露した水分の凝固が促進されて氷の結晶が発生する。そして、ウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧を実線及び破線の間に維持したまま、ウエハ温度を凝固点以下に維持すると、パーティクルの周りにおける水分の結露とその凝固も継続するので、パーティクルの周りの氷の結晶が成長し、該氷の結晶を充分に大きくすることができる。

本発明は以上得られた知見に基づくものである。

次に、本実施の形態に係る異物検出方法としてのパーティクル検出・検査処理について説明する。

図３は、パーティクル検出・検査処理を示す工程図であり、該処理は制御部１９のＣＰＵが所定のプログラムに従って実行する。

図３において、まず、大きさが約３０ｎｍのパーティクルＰが表面に付着したウエハＷを異物検出装置１０の収容室１１内に収容して該ウエハＷをウエハステージ１２に載置する（図３（Ａ））。

次いで、ゲートバルブ２１によってウエハ搬出入口２０を閉じて、収容室１１内を外界から遮断し、水蒸気供給ユニット１５からウエハＷの表面に向けて水分を供給するとともに、圧力制御バルブ１７によって収容室１１内の圧力を制御する。また、冷媒供給部は冷媒流路２２へ冷媒を供給する。このとき、制御部１９は、温度・湿度センサ１８による測定結果に基づいて、水蒸気供給ユニット１５、圧力制御バルブ１７及び冷媒供給部を用いてウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧が図２における実線及び破線の間に位置するように制御する。これにより、ウエハＷの表面に付着したパーティクルＰの周りに選択的に水分Ｒが結露する（図３（Ｂ））（水分結露ステップ）。

パーティクルＰの周りに選択的に水分を結露させるためには、ウエハＷを冷却してウエハ温度を低下させるか、加湿してウエハ上水蒸気圧を上昇させるか、又はウエハＷを冷却しつつ加湿すればよいが、結露促進の観点からはウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧をパーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧曲線の限りなく近傍に設定するのが好ましい。

図４は、パーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を示す図である。

図４において、パーティクルＰの周りに選択的に水分を結露させるためには、例えば、初期のウエハ温度が２３℃であり、初期のウエハ上水蒸気圧が０．８０ｈＰａである場合において、加湿のみを行いウエハ温度を変化させないときは、ウエハ上水蒸気圧を２８．１ｈＰａまで上昇させるのが好ましい。また、ウエハＷの冷却のみを行いウエハ上水蒸気圧を変化させないときは、ウエハ温度を−２５℃まで低下させるのが好ましい。なお、ウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧が、パーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を越えてウエハＷの表面全体が結露するのを防止するためには、ウエハ温度が０℃以下のときにウエハ上水蒸気圧を６．１ｈＰａ以下に維持するのが好ましく、また、ウエハ温度が−２５℃のときにウエハ上水蒸気圧を０．８０ｈＰａ以下に維持するのが好ましい。

次いで、ウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧を図２における実線及び破線の間に維持したまま、ウエハ温度を低下させる。このとき、上述したように、パーティクルＰ以外の箇所において水分が結露することはなく、パーティクルＰの周りに結露した水分の凝固が促進されて氷の結晶Ｔが発生する。ここで、氷の結晶Ｔの成長促進の観点からは、パーティクルＰの周りの湿度（水蒸気圧）が高い方が好ましく、具体的には、ウエハ温度を低下させながら、ウエハ上水蒸気圧をパーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧曲線に沿うように変化させるのがよい（例えば、図５における「状態１」から「状態２」への変化）。

そして、所定の時間に亘ってウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧を図２における実線及び破線の間に維持したまま、ウエハ温度を凝固点以下に維持する（例えば、図５における「状態２」の維持）と、パーティクルの周りの氷の結晶が発生し、且つ充分に大きく成長する（結晶成長ステップ）。

以下、氷の結晶の発生及び成長について詳しく説明する。

ウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧を図２における実線及び破線の間に維持したまま、ウエハ温度を低下させたときに、凝固点以下の温度にある雰囲気中の水分ＲがパーティクルＰに付着して微小な液滴Ｄを形成する（図３（Ｃ））。これら微小な液滴Ｄはさらに雰囲気中の水分Ｒを吸収して成長し、やがてパーティクルＰを核とした過冷却水からなる液滴Ｓを形成する（図３（Ｄ））。過冷却水は極めて不安定であるため、液滴Ｓは極めて不安定な状態にあり、外的要因によって容易に結晶化する。このとき、液滴Ｓが結晶化した氷の結晶Ｔは雪の結晶状に成長する（図３（Ｅ））。そして、ウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧を図２における実線及び破線の間に維持したまま、ウエハ温度を凝固点以下に維持すると、液滴Ｓの集積と氷の結晶Ｔの発生が継続し、パーティクルＰの周りにおける氷の結晶Ｔが充分に大きく成長する。このとき、パーティクルＰの周りの氷の結晶Ｔは薬液等によって他の物質に変換されることがないので、パーティクルＰの成分も変化しない。

次いで、光学式異物検査装置１３によってウエハＷの表面をレーザ光Ｌで走査する。ここで、パーティクルＰの周りには該パーティクルＰよりも充分に大きく成長した氷の結晶Ｔが存在するので、レーザ光ＬはパーティクルＰだけでなく氷の結晶Ｔによっても散乱し、大きな散乱光Ｕが発生する（図３（Ｆ））。これにより、広域コレクタ２５や狭域コレクタ２６によって受光される散乱光Ｕの光量も多くなり、各光電子倍増管によって変換される電気信号の電圧値も大きくなる。その結果、パーティクルＰを容易に検出することができる。また、制御部１９は各パーティクルＰの大きさや数だけでなく、ウエハＷの表面における各パーティクルＰの分布状況（パーティクルマップ）を記憶し、さらに、記憶されたパーティクルマップに基づいて成分分析の対象となるパーティクルＰの位置を特定する（位置特定ステップ）。

次いで、伝熱ヒータ２３が発熱してウエハＷを加熱する。このとき、パーティクルＰの周りの氷の結晶Ｔは他の物質に変換していないので、熱によって氷の結晶Ｔは容易に蒸発し（図３（Ｇ））（結晶除去ステップ）、ウエハＷの表面にはパーティクルＰのみが露出する。また、上述したように、露出したパーティクルＰの成分は変化していない。

次いで、移動機構によって電子ビーム照射装置１４を移動させて位置が特定されたパーティクルＰと相対させる。その後、電子ビーム照射装置１４はパーティクルＰに向けてエレクトロンビームＥを照射し、さらに、パーティクルＰから反射したエレクトロンビームＶを受信して該エレクトロンビームＶに基づいてパーティクルＰの成分を分析する（図３（Ｈ））（成分分析ステップ）。

図３のパーティクル検出・検査処理によれば、ウエハＷの表面に付着したパーティクルＰの周りに選択的に結露した水分から氷の結晶Ｔが発生・成長するので、氷の結晶ＴをパーティクルＰよりも充分に大きくすることができる。また、氷の結晶Ｔは他の物質に変換させられることがないので、ウエハＷの表面の光学的検査の後、氷の結晶Ｔを蒸発させることによってパーティクルＰのみを露出させることができる。その結果、同一のウエハＷにおいて微小なパーティクルＰの検出と成分分析を行うことができる。

また、氷の結晶Ｔを発生・成長させる際に、ウエハ温度を低下させながら、ウエハ上水蒸気圧をパーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧曲線に沿うように変化させるため、ウエハＷの表面全体が結露して該表面の光学的検査の精度が低下するのを防止することができるとともに、効率的にパーティクルＰの周りに結露した水分からの氷の結晶Ｔの発生・成長を促進することができる。

さらに、上述した図３のパーティクル検出・検査処理では、光学式異物検査装置１３によって得られたパーティクルマップに基づいて成分分析の対象となるパーティクルＰの位置を特定し、氷の結晶Ｔを蒸発させて除去し、さらに、露出したパーティクルＰの成分をエレクトロンビームＥ、Ｆを用いて分析するので、パーティクルＰの検出と成分分析を一連のシーケンスとして効率良く実行することができる。

また、上述した異物検出装置１０によれば、光学式異物検査装置１３に加えて電子ビーム照射装置１４と、該電子ビーム照射装置１４及び成分分析の対象となるパーティクルＰを相対させる移動機構とを備えるので、同一の異物検出装置１０において、パーティクルＰの検出と成分分析を行うことができる。さらに、異物検出装置１０では、伝熱ヒータ２３がウエハＷを加熱するので、氷の結晶Ｔを確実に蒸発させることができるとともに、氷の結晶Ｔの蒸発のために他の装置を追加する必要を無くすことができる。

上述した異物検出装置１０では、伝熱ヒータ２３による加熱によって氷の結晶Ｔを蒸発させるが、光学式異物検査装置１３がレーザ光Ｌを氷の結晶Ｔに照射してエネルギを伝達することによって該氷の結晶Ｔを蒸発させてもよく、若しくは、電子ビーム照射装置１４がエレクトロンビームＥを氷の結晶Ｔに照射してエネルギを伝達することによって該氷の結晶Ｔを蒸発させてもよい。いずれの場合も氷の結晶Ｔの蒸発のために他の装置を追加する必要を無くすことができる。また、氷の結晶Ｔを蒸発させる際、圧力制御バルブ１７によって収容室１１内の圧力を低下させて氷の結晶Ｔの蒸発を促進させてもよい。

また、上述した異物検出装置１０では、移動機構が電子ビーム照射装置１４を移動させたが、ウエハステージ１２が移動して検査対象のパーティクルＰと電子ビーム照射装置１４を相対させてもよい。

さらに、上述した異物検出装置１０では、収容室１１内において氷の結晶Ｔを蒸発させるため、光学式異物検査装置１３のレンズ対２７、平板ミラー２８及び曲面ミラー２９が曇る虞がある。これに対応して、レンズ対２７、平板ミラー２８及び曲面ミラー２９がヒータを内蔵してもよく、また、光学式異物検査装置１３がレンズ対２７、平板ミラー２８及び曲面ミラー２９を加熱するランプヒータを有していてもよい。

上述した異物検出装置１０は、氷の結晶Ｔを発生・成長させる機能、パーティクルＰを検出する機能、及びパーティクルＰの成分を分析する機能を全て備えていたが、１つの異物検出装置がこれら全ての機能を備える必要はない。

例えば、図６（Ａ）に示すように、結晶成長装置３０が、光学式異物検査装置１３や電子ビーム照射装置１４を備えることなく、水蒸気供給ユニット１５、圧力制御バルブ１７、温度・湿度センサ１８及び冷媒流路２２を備えて氷の結晶Ｔを発生・成長させる機能のみを有し、図６（Ｂ）に示すように、表面検査装置３１が、電子ビーム照射装置１４を備えることなく、光学式異物検査装置１３を備えてパーティクルＰを検出する機能のみを有し、図６（Ｃ）に示すように、成分分析装置３２が、光学式異物検査装置１３を備えることなく、電子ビーム照射装置１４を備えてパーティクルＰの成分を分析する機能のみを有し、結晶成長装置３０、表面検査装置３１及び成分分析装置３２が異物検出システムを構成してもよい。これにより、同一の異物検出システムによってパーティクルＰの検出と成分分析を行うことができる。

但し、上述した異物検出システムでは、表面検査装置３１や成分分析装置３２が、水蒸気供給ユニット１５、圧力制御バルブ１７、温度・湿度センサ１８、冷媒流路２２及び伝熱ヒータ２３を備え、ウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧がパーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を越えないように制御するのが好ましい。これにより、ウエハＷの表面全体が結露して該表面の光学的検査の精度やパーティクルＰの成分分析の精度が低下するのを防止することができる。

上述した本実施の形態では、ウエハＷの表面に付着したパーティクルＰを検出したが、ウエハＷの表面に発生した微小穴の周りにも、上述したようなウエハ温度及びウエハ上水蒸気圧の制御によって氷の結晶Ｔを発生・成長させることができる。したがって、異物検出装置１０はウエハＷの表面に発生した微小穴を検出することができる。

なお、上述した図３の処理では、パーティクルが検出される基板は半導体用のウエハであったが、パーティクルが検出される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。

また、上述した本実施の形態における電子ビーム照射装置１４として、エレクトロンビームの照射・受信機能のみを有するものだけでなく、電子顕微鏡を兼用的に用いてもよい。

また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータ、例えば、異物検出装置１０の制御部１９や異物検出装置１０に接続された外部サーバに供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。

本発明の実施の形態に係る異物検出方法が適用される異物検出装置の構成を概略的に示す断面図である。 ウエハの表面にパーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧曲線の一部及びウエハの表面にパーティクルが付着している場合の飽和蒸気圧曲線の一部を示す図である。 本実施の形態に係る異物検出方法としてのパーティクル検出・検査処理を示す工程図である。 ウエハの表面にパーティクルが付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を示す図である。 本実施の形態に係る異物検出方法におけるウエハの温度及びウエハの表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧の変化を示す図である。 異物検出システムを構成する各装置の構成を概略的に示す図であり、図６（Ａ）は結晶成長装置であり、図６（Ｂ）は表面検査装置であり、図６（Ｃ）は成分分析装置である。

符号の説明

１０ 異物検出装置
１１ 収容室
１２ ウエハステージ
１３ サーフスキャン
１４ 電子顕微鏡
１５ 水分供給ユニット
１７ 圧力制御バルブ
１９ 制御部
２２ 冷媒流路
２３ 伝熱ヒータ
３０ 結晶成長装置
３１ 表面検査装置
３２ 成分分析装置

Claims (15)

1. 基板の表面に付着した異物を検出する異物検出方法であって、
   前記基板の温度及び前記表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を制御することによって前記異物の周りに選択的に水分を結露させる水分結露ステップと、
   前記水分が結露した後、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記水蒸気圧が越えないように制御して前記結露した水分から氷の結晶を発生・成長させる結晶成長ステップと、
   前記基板の表面を光学的に検査する表面検査ステップとを有することを特徴とする異物検出方法。
2. 前記結晶成長ステップでは、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線に前記水蒸気圧が沿うように制御することを特徴とする請求項１記載の異物検出方法。
3. 前記基板の表面の光学的検査の結果に基づいて前記異物の位置を特定する位置特定ステップと、
   前記氷の結晶を蒸発させて除去する結晶除去ステップと、
   前記特定された異物の成分をエレクトロンビーム（ＥＢ）を用いて分析する成分分析ステップとをさらに有することを特徴とする請求項１又は２記載の異物検出方法。
4. 前記異物の大きさは３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異物検出方法。
5. 前記水分結露ステップでは、前記基板の温度が０℃以下のとき、前記水蒸気圧を６．１ｈＰａ以下に維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の異物検出方法。
6. 前記水分結露ステップでは、前記基板の温度が−２５℃のとき、前記水蒸気圧を０．８ｈＰａ以下に維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の異物検出方法。
7. 表面に異物が付着した基板を収容する収容室と、
   前記収容室に収容された基板の表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を制御する水蒸気圧制御部と、
   前記収容室に収容された基板の温度を制御する温度制御部と、
   前記基板の表面を光学的に検査する表面検査部とを備える異物検出装置であって、
   前記水蒸気圧制御部及び前記温度制御部は、前記水蒸気圧及び前記基板の温度を制御することによって前記異物の周りに選択的に水分を結露させ、さらに、前記水分が結露した後、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記水蒸気圧が越えないように制御して前記結露した水分から氷の結晶を発生・成長させることを特徴とする異物検出装置。
8. 前記異物の成分をエレクトロンビームを用いて分析する成分分析部と、前記表面検査部による光学的検査の結果に基づいて位置が特定された前記異物と前記成分分析部を相対させる移動部とをさらに備えることを特徴とする請求項７記載の異物検出装置。
9. 前記異物の成分分析に先立って、前記温度制御部が前記基板を加熱することを特徴とする請求項８記載の異物検出装置。
10. 前記異物の成分分析に先立って、前記表面検査部がレーザ光を前記氷の結晶に照射することを特徴とする請求項８記載の異物検出装置。
11. 前記異物の成分分析に先立って、前記成分分析部が前記エレクトロンビームを前記氷の結晶に照射することを特徴とする請求項８記載の異物検出装置。
12. 表面に異物が付着した基板において前記異物の周りに氷の結晶を発生・成長させる結晶成長装置と、
    前記基板の表面を光学的に検査する表面検査装置とを備える異物検出システムであって、
    前記結晶成長装置は、前記基板の温度及び前記基板の表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を制御することによって前記異物の周りに選択的に水分を結露させ、さらに、前記水分が結露した後、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記水蒸気圧が越えないように制御して前記結露した水分から氷の結晶を発生・成長させることを特徴とする異物検出システム。
13. 前記異物の成分をエレクトロンビームを用いて分析する成分分析装置をさらに備える請求項１２記載の異物検出システム。
14. 前記表面検査装置及び前記成分分析装置は、それぞれ、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記基板の温度及び前記水蒸気圧が越えないように制御することを特徴とする請求項１３記載の異物検出システム。
15. 基板の表面に付着した異物を検出する異物検出方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体であって、前記異物検出方法は、
    前記基板の温度及び前記表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を制御することによって前記異物の周りに選択的に水分を結露させる水分結露ステップと、
    前記水分が結露した後、前記基板の温度を低下させながら、前記基板の表面に前記異物が付着していない場合の飽和蒸気圧曲線を前記水蒸気圧が越えないように制御して前記結露した水分から氷の結晶を発生・成長させる結晶成長ステップと、
    前記基板の表面を光学的に検査する表面検査ステップとを有することを特徴とする記憶媒体。

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