JPH04123454A

JPH04123454A - ウェハ付着異物微粒子分析システム

Info

Publication number: JPH04123454A
Application number: JP2242750A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hattori; 毅服部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-04-23

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』〕本発明は、半導体装置の製造分野において、ウェハ上に
付着した異物微粒子の検出および分析を行うウェハ付着
異物微粒子分析システムに関する。

〔発明の概要〕

本発明は、ウェハ表面異物検査装置、マイクロプローブ
・オージェ電子分光装置、およびレーザ・マイクロプロ
ーブ質量分析装置を組み合わせることによりウェハ表面
に付着したサブミクロン・レベルの微細な異物微粒子の
検出および分析を可能とすると共に、前記異物微粒子の
位置座標データのファイル変換および座標変換を行うイ
ンターフェース手段を採用して前記３装置間で位置座標
データを共有せしめ、ウェハ表面異物検査装置により検
出された異物微粒子の位置を他の２装置においても迅速
に再現可能とすることにより、分析作業の大幅な効率化
か図れるウェハ付着異物微粒子分析システムを提供しよ
うとするものである。

〔従来の技術〕

近年のＶＬＳ　ＩやＵＬＳＩ等にみられるように、半導
体装置の製造分野においては高集積化の進行と共にパタ
ーン寸法がサブミクロンの領域に入っている。このよう
に微細なデザイン・ルールのもとでは、ウェハの表面に
付着するサブミクロン・レベルの微細な異物微粒子も半
導体装置の歩留りを低下させる重大な要因となる。実際
、ＶＬＳＩＯ不良原因の７５％以上は、異物微粒子の付
着による配線不良であると言われている。

従来、ウェハ付着異物微粒子の評価と言えば個数や粒径
の測定が主なものであった。しかし、問題とされる異物
微粒子の粒径か小さくなってくると、−旦付着した異物
微粒子をウェハ表面から除去することは極めて困難であ
るため、その発生原因をいち早く解明して汚染防止対策
を施すことか重要となってくる。そのためには、異物微
粒子の組成・状態分析か不可欠である。

異物微粒子の検出には、レーザ散乱式のウェハ表面異物
検査装置が広く用いられており、近年では最小検出粒径
か０．１μｍの機種まで開発されている。

一方の組成分析には、ＥＰＭＡ　（を子プローブ微小分
析）の一方式であるＥＤＸ　（エネルギー分散型Ｘ線分
光分析）が簡便で広く用いられている。

初期のＥＤＸによる分析は、対象がＮａ以上の元素に限
られていたか、最近ではウィンドウレス型や極薄ウィン
ドウ型の検出器の開発により８以上の元素の分析が可能
となっている。

しかし、上述のＥＤＸは無機物質に関しては優れた情報
を与えるものの、極めて少ない種類の構成元素により多
様な構造を与える有機物質の同定を行うには役に立たな
い。そこで、顕微赤外分光。

顕微ラマン分光、顕微蛍光分光等の手法か必要ととなる
。ここで、顕微赤外分光は各吸収ピークの波数位置が特
定の分子構造や官能基に対応する絶対的な情報を与える
ものであるか、長波長の光源を使用するために空間分解
能か約ｌＯμｍと不足するほか、感度にも制限かあり、
微小な異物微粒子の分析には適さない。また、光源とし
てレーザ光を用いる顕微ラマン分光は、有機物から発生
する蛍光かかえって測定の障害となったり、レーザ照射
により測定の対象となる物質か変質する虞れかあるため
、異物微粒子の分析には概して不適切である。以上の理
由から、目下、有機異物微粒子の分析に適すると考えら
れている方法は、！Ｊ［微蛍光分析である。これは、有
機物の多くか蛍光を発するのに対してシリコン基板、シ
リコン酸化膜、アルミニウム配線層等の無機下地か蛍光
を発しないことを利用するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述のＥＤＸおよび顕微蛍光分析のいず
れにおいても、現状の装置では空間分解能１μｍ程度が
限度であり、近年のサブミクロン・レベルの異物微粒子
の検出・分析といった要求には応えられなくなっている
のが現状である。したがって、より空間分解能に優れる
分析方法・装置が切望されている。

また、仮に空間分解能の十分な分析方法・装置が採用さ
れたとしても、分析作業の効率化がいまひとつの重大な
課題となる。サブミクロン・レベルの異物微粒子を検出
するには高倍率の観察か必要であるが、かかる高倍率下
では視野が極めて狭くなる上、鏡面ウェハの場合には焦
点合わせも困難となる。しかも、一般にこの種の分析装
置はウェハ上の異物微粒子を自動的に捜し出す機能を備
えていないので、ウェハ表面異物検査装置により検出さ
れた異物微粒子を他の分析装置の視野内へ入れるだけで
数時間を費やすことも珍しくはなく、これか分析を行う
上でのネックになっているとも言える。

そこで、この問題を解決するひとつの方向として、ウェ
ハ付着異物微粒子の検出手段と分析手段とをハードウェ
ア上で一体化することが考えられた。

たとえば、特開昭５６−８３０４４号公報には、ＸＹ移
動台にセットされたウェハに紫外線を照射し、異物によ
る散乱か検出されたところで反射光を分光光度計に導い
て蛍光スペクトル測定を行うウェハ検査装置が開示され
ている。また、特開昭６１８２４４２号公報には、レー
ザ光の光路を２つに分割して該光路上にウェハ表面検査
装置とラマン分光分析装置とをそれぞれ設置し、両装置
に対するウェハの位置を同一の位置決め機構により決定
てきるようになされた半導体ウェハー表面解析装置か開
示されている。

しかし、これらの技術では分析の手法自体か近年の分析
の要望に応えられないばかりてなく、あらゆる分析方法
・装置に弾力的に対応てきないという問題かある。すな
わち、ウェハを載置しこれを移動させる手段はいずれも
単一であって、この上に臨むウェハ表面検査装置と他の
分析装置とを切り替えなから使用する形式なので、装置
構成上の制約からウェハ表面異物検査装置以外に分析装
置を２種以上組み込むことは本質的に難しい。したかっ
て、ある異物微粒子について２種以上の分析装置を使用
しながら有機分析および無機分析の両方を満足なレベル
で行うには至らないのである。

かかる事情から、従来は効率が極めて悪いなからも、ウ
ェハを複数の分析装置に逐次セットして分析を行う方法
に頼らざるを得なかったのか実情である。

そこで本発明は、サブミクロン・レベルの異物微粒子に
対応てきる空間分解能を有し、異なる分析装置上におい
ても迅速な異物微粒子の検出を可能とし、しかも有機分
析と無機分析の両方か可能なウェハ付着異物微粒子検査
システムを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にかかるウェハ付着異物微粒子検査システムは、
上述の目的を達成するために提案されるものであり、ウ
ェハ上に付着した異物微粒子の位置座標データのファイ
ル変換および座標変換を行うインターフェース手段によ
り、ウェハ表面異物検査装置、マイクロプローブ・オー
ジェ電子分光装置、およびレーザ・マイクロプローブ質
量分析装置の３装置間で前記位置座標データの共有か可
能となされていることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明のウェハ付着異物微粒子検査システムては、まず
ウェハ表面異物検査装置により微細な異物微粒子を検出
し、続いてその分析かマイクロプローブ・オージェを子
分光（以下、μｍＡＥＳと称する。）装置およびレーザ
・マイクロプローブ質量分析（以下、ＬＡＭＭＳと称す
る。）装置により行われる。ウェハ表面異物検査装置と
しては、前述のように空間分解能０．１μｍのものが入
手可能である。μｍＡＥＳは、入射電子線のビーム径を
０．０５μｍ程度にまで絞り込むことにより、従来の一
般的なＡＥＳよりも空間分解能を高めたものであり、無
機物質について有用な情報を与える。

またＬＡＭＭＳは、レーザ・ビームを固体表面の微小部
位に照射した際に発生するイオンを質量分析器に導いて
質量分析を行う手法であり、無機物質、有機物質を問わ
ず、元素のみでなく分子あるいは構造に関する情報を与
える。したがって、これら３装置の組合せは、現状で考
え得る最良の組合せであると言える。

本発明のいまひとつの重要なポイントは、インターフェ
ース手段によりこれらの３装置間で位置座標データの共
有が可能となされていることである。すなわち、ウェハ
表面異物検査装置で検出された異物微粒子の位置座標デ
ータを記憶させておき、他装置において分析を行う場合
にファイル変換および座標変換により異物微粒子の位置
を瞬時に引き出すことかできる。したかって、分析作業
か大幅に効率化される。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。

本発明のウェハ付着異物微粒子分析システムは、ウェハ
表面異物検査装置、μｍＡＥＳ装置、ＬＡＭＭＳ装置、
およびインターフェース手段から構成されている。この
システムでは、インターフェース手段の存在によりそれ
以外の３装置がハードウェア上で一体化されていなくて
も済む点か大きな特色であるので、まずウェハ表面異物
検査装置とμ−ＡＥＳ装置がインターフェースを介して
組み合わせられた例について第１図を参照しなから説明
する。

ここで、ウェハ表面異物検査装置（１）とμｍＡＥＳ装
置（２）とは独立の装置てあり、該μｍＡＥＳ装置（２
）に内蔵されるコンピュータ（１０）かこれら２装置間
のインターフェース手段となっている。

上記ウェハ表面異物検査装置（１）は、レーサ照射角度
を選択することによって、鏡面ウェハ、パターン付きウ
ェハのどちらも計測可能とされているものである。

上記μ−ＡＥＳ装置（２）は、実際の分析を行う分析装
置本体と、各種信号処理や表示を行う周辺装置系に大別
される。上記分析装置本体は、ウェハ（１６）を載置し
これを２次元方向に移動させることか可能な自動Ｘ−Ｙ
ステージ（５）、ウェハ（１６）表面に収束された電子
ビームを照射させる電子銃（６）、上記自動Ｘ−Ｙステ
ージ（５）と対向配置されウェハ（１６）から放出され
たオージェ電子を検出するオージェ電子検出器（７）、
およびこれらの各部材を囲撓し真空ポンプ（４）により
１０−”〜１０”Ｐａ程度の高真空に排気される鏡筒部
（３）から構成される。一方の周辺装置系は、コンピュ
ータ（ｌＯ）を中枢とし、これと電子銃（６）との間に
介在され該電子銃（６）の制御を行うコントローラ（１
３）、同じく自動Ｘ−Ｙステージ（５）との間に介在さ
れ該自動Ｘ−Ｙステージ（５）の制御を行うコントロー
ラ（１４）、同じくオージェ電子検出器（７）との間に
介在され該オージェ電子検出器（７）の検出信号を増幅
する増幅器（７）等を主たる構成要素とする信号処理系
統と、該コンピュータ（１０）に接続されるハードコピ
ー（１１）やデイスプレィ（１２）等の出力端末から構
成される。

なお、上記μｍＡＥＳ装置（２）に代えてＬＡＭＭＳ装
置を異物検査装置（１）と組み合わせる場合もほぼ同様
な構成となる。ただしこの場合は、上記電子銃（６）の
代わりにレーザ光源か、また上記オージェ電子検出器（
７）の代わりにイオン検出器が使用される。

かかる構成における分析作業の流れを、第１図に加えて
第２図（Ａ）および第２図（Ｂ）を参照しながら説明す
る。

まず、ウェハ表面異物検査装置（１）にウェハ（１６）
をセットして異物微粒子（１７）を検出し、内蔵するコ
ンピュータによりそのウェハ内位置のＸＹ座標をフロッ
ピーディスク等の記憶媒体（１５）に記憶させる。この
ときのＸ−Ｙ座標系の設定は、たとえば第２図（Ａ）に
示されるように、ウェハ（］６）のオリエンテーション
・フラット部（１６ａ）に平行な方向をＹ軸、該Ｙ軸に
直交する方向をＹ軸とする。

次に、ウェハ（１６）をウェハ表面検査装置（１）から
取り出し、μｍＡＥＳ装置（２）のウェハ導入部（８）
を通じて自動Ｘ−Ｙステージ（５）にセットする。これ
と同時に上記記憶媒体（１５）もウェハ表面異物検査装
置（１）から抜き取ってμｍＡＥＳ装置（２）に付属の
コンピュータ（１０）にセットし、記憶された情報を入
力して位置座標データのファイル変換を行い、続いて座
像変換を行う。

ここで、上記座標変換は、ウェハ（１６）のセット時の
位置ずれを補正して異物微粒子の迅速な検出を可能とす
るために行われるものであり、その手順はたとえば第２
図（Ｂ）に示されるとおりである。いま、ウェハ表面検
査装置（１）により、異物微粒子（１７）の位置がｘ−
Ｙ座標系において点Ｐ（ｘ、ｙ）と求められたとする。

しかし０μｍＡＥＳ装置におけるウェハ（１６）は、オ
リエンテーション・フラット部（１６ａ）の設置角度か
ウニ１１表面検査装置（１）内におけるそれと比べてθ
だけ傾いているので、まず回転によりＸ’−Ｙ’座標系
を得る。さらに原点０も点０＃まで移動しているので、
これに並進を加えてＸ“−Ｙ“座標系を得る。

これにより点Ｐの座標は（ｘ、ｙ“）となり、座標の原
点から異物微粒子（１７）へ向かうベクトルは、牙から
ｏｐ−へ変化したことになる。

このように本発明では、ソフトウェア上の工夫により、
異なる分析装置にウェハ（１６）をセットしてもその位
置かコンピュータ（ｌＯ）て自動的に補正される。そこ
で、分析したい異物微粒子（１７）を指定すると、コン
ピュータ（１０）の命令にしたがってコントローラ（１
４）が自動Ｘ−Ｙステージ（５）を移動させ、異物微粒
子（１７）を自動的に視野内にとらえてデイスプレィ（
１２）に表示する。続いて、視野内にとらえた異物微粒
子を高倍率で観察し、コンピユータ（ｌＯ）の命令にし
たかってコントローラ（１３）か電子銃（６）を作動さ
せなから分析を進める。

分析の状況はデイスプレィ（１２）上でモニタ可能であ
り、表示情報は必要に応してハードコピー（１１）で出
力することかできる。

以上の分析作業の流れは、μｍＡＥＳ装置（２）の代わ
りにＬＡＭＭＳ装置を使用した場合も同様である。また
、μｍＡＥＳ装置（２）とＬＡＭＭＳ装置の相互間にお
ける位置座標の共有ももちろん可能であり、分析作業の
順序は問わない。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
、サブミクロン・レベルの異物微粒子の検出、有機分析
、無機分析か可能となる。また、インターフェース手段
の採用により、従来は他の分析装置ヘウエハを移動させ
るたびに数時間を要していた異物微粒子の検出を数秒で
完了することができ、分析作業の大幅な効率化を図るこ
とかできる。分析か迅速に行われるようになれば、異物
微粒子の発生源もそれだけ早く解明でき、その侵入経路
を推定して効率的な汚染防止対策を講することか可能と
なり、製造される半導体装置の品質および歩留りの向上
に大いに貢献する。

なお、本発明のウェハ付着異物微粒子分析システムを構
成するウェハ表面異物検査装置、μｍＡＥＳ装置、およ
びＬＡＭＭＳ装置は、ハードウェア的には何ら一体化さ
れていない。したがって、進歩の著しいこれら各装置の
モデルチェンジ等に弾力的に対応することが可能である
。また、各装置をたとえば本社と地方量産工場等のよう
に互いに遠隔した場所に設置しても使用することか可能
であり、高価な装置を一カ所に揃える必要がない。

特にＬＡＭＭＳ装置は、未だ世界中でも稼働台数か極端
に少ない状態にあり、この装置の育効利用を図る上でも
本発明のウェハ付着異物微粒子分析システムは経済効果
が極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のウェハ付着異物微粒子分析システムに
おけるウェハ表面異物検査装置とμｍＡＥＳ装置の組合
せ例を示すブロック図である。第２図（Ａ）および第２図（Ｂ）はコンピュータにより
行われる座標変換の手順を示す説明図である。ｌ　　　・・・２　　　・・・５　　　・・・６　　　・・・７　　　・・・９　　　・・・１０　　　　・・・１３．１４　　・・・１５　　　　・・・１６　　　　・・・ウェハ表面異物検査装置 μｍＡＥＳ装置自動Ｘ−Ｙステージ電子銃オージェ電子検出器増幅器コンピュータコントローラ記憶媒体ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

ウェハ上に付着した異物微粒子の位置座標データのファ
イル変換および座標変換を行うインターフェース手段に
より、ウェハ表面異物検査装置、マイクロプローブ・オ
ージェ電子分光装置、およびレーザ・マイクロプローブ
質量分析装置の３装置間で前記位置座標データの共有が
可能となされていることを特徴とするウェハ付着異物微
粒子検査システム。