JPH01122132A - プロセス装置の発塵評価法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体ＬＳＩウェハ製造工程における各種反応
プロセス装置の発塵評価法に関する。

〔従来の技術〕

半導体素子の超ＬＳＩ化に伴い、集積度はますます高く
なり、回路パターンの線幅はますます小さくなっている
。回路パターンの外観不良の大部分は実物に起因してい
るため、このような超ＬＳＩを高歩留りで製造するため
の最重要課題は異物の管理である。超ＬＳＩの製造は清
浄度の非常に−高いクリーンルーム内で行われる。しか
し、ウェハ製造工程の各種プロセス装置の内部では種々
の反応が起っており、発塵原因となっている。ドライエ
ツチング装置［電子材料′８６年別冊ｐ１２８〜ｐ１５
３Ｊ、スパッタリングシステム［電子材料′８６年別冊
ｐ１３４〜ｐ　１３９　Ｊに記載されているように、エ
ツチングやスパッタ等のプロセス装置では、異物発生を
いかに防ぐかに大きな労力がはられれている。これらの
装置内部で発生した異物がウェハに付着し、歩留り低下
の原因となる。そこでウェハ表面の付着異物を検査して
各種プロセス装置の清浄度を定量的に把握し、的確に製
造工程を管理する必要がある。

従来のＬＳＩウェハ生産工程で行われている異物検査作
業は、各設備・プロセス装置の異常モ二タとじて位置付
けられる。即ち、各装置に例えば１日１回評価用ウェハ
を投入し、設備に発塵がないことを確認の後、当該装置
の作業を開始する。

この検査フローを第４図に示す。まず製品ウェハ又は鏡
面（ダミー）ウェハを試料ウェハ６３として用意し、洗
浄後異物検査を行って試料上の異物５７０個数をカウン
トする（Ａ）。これを設備・プロセス装置に投入後、再
び異物検査を行って試料上の異物の個数をカウントする
（Ｂ）。投入前後の異物個数の差（Ｂ−Ａ）が、当該装
置に投入したために付着した異物５８の個数となる。こ
れを模式的に第５図に示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この異物数のカウントは試料が鏡面の場合には自動異物
検査装置を使用している。しかし、特にＣＶ　Ｄ　（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　
）やスパッタ、ドライエツチング等の成膜加工プロセス
装置の場合には、成膜上のグレイン（梨地状の微小表面
凹凸）が発生するので、従来の異物検査装置ではグレイ
ンと異物の弁別はできないため、設備プロセス装置によ
り成膜・加工された試料の異物検査を行うことはできな
い。したがって、従来の検査装置では設備・プロセス装
置の搬送部の清浄度を評価することが限界であり、反応
性異物の発生状況を評価することができないという欠点
がある。

試料がパターンを有する製品の場合には、異物数のカウ
ントは投光器（又は金属顕微ＩＩｇ）による目視検査で
行っている。しかし目視検査は長時間を要し、定量的な
結果が得られない。そこで、検査の高速化と定量化の為
に開発されたパターン付試料用の異物検査装置（特開昭
５４−１０１５９０号）においては、比較的大きな異物
６２は見付けられるが、第６図に示すように、製品ウェ
ハ上の回路パターン５９による段差や、成膜６０上のグ
レインノタメニ、超ＬＳＩで必°要となるサブミクロン
の異物６１は見逃すという欠点を有する。

上記従来技術は、設備・プロセス装置での反応性異物の
発生状況を定量的に評価できないという問題があった。

本発明の目的は、設備・プロセス装置の清浄度と発塵状
況を定量的に評価することができるようにしたプロセス
装置の発塵評価法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、成膜された平滑試料に、設備・プロセス装
置で成膜加工を行い、成膜加工の前後での試料上の異物
数の差をとることにより達成される。

異物検査装置ではパターン付の実際の試料上での検査の
場合検出可能な最小異物寸法は１〜５μｍであるが、成
膜付平滑試料の場合では０．５〜０．５μｍである。（
次表） 以下余白 上表において異物検査装置により成膜付平滑試料を用い
て反応性異物評価を高速かつ微小異物の有無で正確に行
うことが本発明のポイントである。

〔作用〕

成膜された試料を成膜加工することによって、設備・プ
ロセス装置を実際の製品を作る場合と同一条件で稼動さ
せることができるので、反応性異物の発塵評価を正確に
行うことができる。

製造工程においては、設備・プロセス装置の発Ｓ異常（
故障発生）の信頼性に応じて適当な頻度で上記発塵評価
を行うことＫより、製品の大量不良を未然に防止できる
ので、本発明はＬＳＩ製品歩留り向上に不可欠な技術で
ある。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図により説明する。

ＣＶＤ、スパッタ、ドライエツチング、ドライアッシャ
等の成膜や加工プロセス装置では、プロセス反応室壁面
での付着物落下及び異常放電や反応生成物が原因の異常
発塵が生じるとウェハの大量不良につながる。この異常
発塵の評価に８１鏡面試料を用いた場合には、３１表面
の反応がＡｚ　（アルミ）　、　ＰＯ１７−８４（多結
晶シリ：’　ン）　、　５ｉＯｚ　（酸化シリコン）等
の製品上の成膜材料の反応と異なる為に発塵状況が実際
の場合と異なり、正確な評価ができない。この為、平滑
成膜ウェハ（Ｓｉ鏡面上に予めΩ＋　ｐｏｌｙ−８ｉ　
ｅ　５１０２等の成膜を行ったウェハ）を用意して、こ
れら試料を当該プロセス装置に投入して、試料上の上層
膜に更なる成膜あるいは加工を行い、第４図と同一の７
０−により発塵評価を正確に行う方法を考案した。

第１図はＣＶＤ　、スパッタの成膜プロセスの発塵評価
フローである。ＣＶＤでは５１０２やｐｏｌｙ　−８１
等の成膜を、スパッタではＡ１やＷＳｔｚ（タングステ
ンシリサイド）等の成膜を行う。まず平滑ウェハ５１上
に成膜５２を行う。この成膜５２は、当該プロセスでの
成膜材料によって異なり、製品の成膜順序に従５゜当該
プロセスでの成膜材料がＳ　ｉｏｚの場合には、通常Ｓ
１鏡面ウェハ上に成膜するので、成膜５２は不要である
。洗浄後異物検査を行い、予め付いている異物５４の個
数（Ａ）をカウントする。次に当該プロセスでの成［５
３を行った後、同様に異物検査を行い、異物の個数（Ｂ
）　ｔ−カウントする。当該プロセスの前後での異物個
数の差（Ｂ　−Ａ　）を求めることＫより、当該プロセ
スで付着した異物５５の個数が得られ、発塵評価が可能
となる。

第２図は同様にドライエツチングプロセスの発塵評価フ
ローである。平滑ウェハ５１に成膜５２を行い、さらに
当該プロセスで除失する成膜５３を行う。ここで、当該
プロセスが例えばΩエツチングの場合には、成膜５２の
材質はＰｏ１ｙ−５ｉであり、成膜５３はＡノである。

また５１０２エツチングの場合には、成膜５２は不要で
ある。当該プロセスでのエツチングの前後で異物検査を
行い、その異物の個数の差（Ｂ−Ａ）を求めることによ
り、第１図と同様に発塵評価が可能となる。

第３図は同様にドライアッシャプロセスの発塵評価フロ
ーである。平滑ウェハ５１上に成膜５２を行い、洗浄後
レジスト５６を塗布する。成膜５２の材質は任意であり
、省略する場合もある。当該プロセスでのアッシャの前
後に異物検査を行い、その異物の個数の差（Ｂ−Ａ）を
求めることにより、第１図と同様に発塵評価が可能とな
る。

第１図〜第５図の発塵評価においては、成膜上の異物検
査を行う。これを自動的に行うには、成膜上グレイン（
微小凹凸）と異物を弁別して検出する必要がある。これ
は、以下忙記述する方法により可能となる。

成膜上異物検査方法の一実施例を第７図により説明する
。１は異物検査対象のウェハであり、該クエへ表面をレ
ーザ２及びレーザ３で斜方前ＥＡを行う。５はレンズで
あり、該レーザ２，３の出力光を集光して照明するもの
である。６は対物レンズであり異物や成膜上の微小凹凸
で発生した散乱光を集光検出する。検出像はリレーレン
ズ７で拡大後、センサ８で光電変換し、処理回路９で異
物と成膜上微小凹凸の弁別を行なう。

Ｌ／−ｆ２，３はＨθ−Ｎθレーザ等を利用できるが、
牛導体レーザを用いると装置が小型になり、かつ出力光
の０Ｎ−ＯＦＦが高速かつ容易にできる。またレーザ２
は高角度（θＨ）で照明し、レーザ５は低角度（θＬ）
で照明する。ここでθＨ”３０度、θＬ−２〜５度に設
定し、複数の方向（本実施例では４方向）から照明する
。この理由は異物は形状が一定でないため、レーザの照
明方向によって発生する散乱光の量が異なることに起因
する感度の不均一を防止するためである。レーザ照明が
一方向の場合忙は、異物に照明が当たる方向により、発
生する散乱光の強度が異なる。復数方向の照明にするこ
とにより、これを回避することができる。

該ウェハ１の表面全面を検査するために、該ウェハ１を
ＸＹ走査またはら線走査する。このときウェハ表面の高
さが変動すると、レーザ２，３による照明位置が変動し
、異物検出性能が低下するため、自動焦点合せ機構（図
示せず）が必要である。自動焦点合せ機構としては、従
来のエアーギャップ式で生じる塵埃付着等の問題から光
学式を用いる必要があり、これには特開昭５８−７０５
４０号のような投影縞パターンコントラスト検出方式が
適している。

対物レンズ６及びリレーレンズ７より構成される散乱光
検出光学系は結像光学系であり、対物レンズ６で集光し
た散乱光はセンサ８の受光面に結像される。従ってセン
サ８の受光面積を小さくすることによってウニ凸面上の
検出箱Ｎ（検出視野）を小さくすることができる。

検出視野を小さ（することによって生じる効果を第８図
により説明する。（α）はウェハ表面の模式図であり、
１３が異物、１４が成膜上の微小凹凸である。（１））
のように広い検出視野１５でウエノ・表面を走査すると
、多数の微小凹凸からの散乱光を同時に検出するためバ
ックグランド信号が増加し、異物検出信号がその中に埋
もれてしまう。狭い検出視野１６の場合には、同時に検
出する検出視野内の微小凹凸の数が少なくなるため、微
小凹凸からの散乱光が減少し、（０）のようにバックグ
ランド信号が低下して異物の検出が可能となる。１μｍ
以下の異物とアルミ等の成膜上の微小凹凸を弁別するた
めには、検出視野の大きさは３〜５μｍ角程度にするの
が量的である。これ以上にすると前述の理由で弁別性能
が低下し、これ以下にすると弁別性能は向上するが検査
時間が長くなる。

検出視野の大きさとウェハ全面の検査時間は密接に関係
し、検出視野を小さ（すると単位時間当りの検査面積が
小さ（なるため検査時間が増大する。検出視野を小さく
して異物検出性能を向上させ、かつ検査時間を短縮させ
るという相反する条件を満足させるために、センサ８と
しては、小さ−な画素が多数かつ一列に並んだ検出器、
例えばＣＯＤリニアイメージセンナを用いる。ＣＯＤリ
ニアイメージセンサは直列出力であるため、高速検査に
は限界があるが、並列出力のホトダイオードアレイを用
いると更に高速検査が可能となる。竣列出力ホトダイオ
ードアレイとしては、特願昭５９−２２５７１５号で出
願したセンサを用いると、高速検出、微弱光検出が可能
となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、鏡面ウェハだけで
なく、成膜されたウェハで異物検査を行なうことができ
るので、半導体製造工程のプロセス装置を実際に反応動
作させた状態での発塵を評価できるので、歩留り向上の
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は各々本発明の一実施例の発
塵評価７０−を示す図、 第４図は従来の発塵評価フローを示す図、第５図は異物
検査の説明図、 第６図はパターン付試料の説明図、 第７図は成膜上異物検査の一実施例の構成図、第８図は
検出視野の効果の説明図である。 ５１・・・平滑ウェハ、 ５２　、５５・・・成膜、 ５４〜５６・・・反応異物。 ＋１１〜− 代理人弁理士　小　　川　　勝　　男　ゝ＼−第　１　
口 （へ）（Ｃ） ５５°−異物 第３０ （ａ−） 第　５０ ！−・−ワエへ　　　　　　　　７−・−りし−レ〉入
１２・−・し−ザ８−　セ〉ザ ３−１．−サ゛　　　　　　９−・Ａす！回１昏２−・
　文才７のしン又” 筋８；喝 （し） （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平滑試料上に成膜を行い、これを試料としてＣＶＤ
   、スパッタ、ドライエッチング、ドライアッシャ等の成
   膜や加工を行うプロセス装置に投入して、その後該試料
   上の異物を自動検査して該プロセス装置の発塵を評価す
   ることを特徴とするプロセス装置の発塵評価法。 ２、試料として平滑Ｓｉ鏡面ウェハを用いてこれに成膜
   や加工を行い、反応プロセス装置の発塵評価を行うこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプロセス装置
   の発塵評価法。