JPH0456245A - 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 - 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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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。

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
ォトルミネンセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）な
どの分析技術で分析するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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太き（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。

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。

ｄ＝１．２２λ／　ｓ　ｉ　ｎ　θ　　　　　　　−・
・−−−−・−（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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

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／
５ＴＳ）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。

〔作用］ 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。

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。

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（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。

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ＬＳＩ
製造で発生する異物には限りがあることに着眼するとＳ
ＴＭ／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／Ｓ
ＴＳ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。

［実施例］ 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。

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とエツチング装置１０２と洗浄装置１
０３とイオン打込装置１０４とスパッタ製置１０５とＣ
ＶＤ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２０
３と真空内発塵モニタ３０４等から成るセンシング部２
００およびそのセンシング部コントロールシステム２０
５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４０１
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（ＳＩＭＳ）６０２と走査形トン
ネル顕微鏡／分光装置（ＳＴＭ／５ＴＳ）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７
００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。

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４
０１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３
０２の純水中の異物がサンプリングされる。第２図［有
］）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４
１２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図のエツチング装置ｆ
１０２等）中のローダ−室４０３と処理室４１７とアン
ローダ−室４１８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　（エツチ
ング装Ｗ１０２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。

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５１８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５２
３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５８８から成るインターフェ
イス部５８０とから構成される。

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６１
０と、原子開力顕微鏡（Ａ　Ｆ　Ｍ　：　Ａｔｏｍｉｃ
　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）用チップ（ＡＦ
Ｍ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６３３とＳＴＭχＹＺ微動
ユニット６３５とＡＦＭバイアス電源６３８と３７Ｍバ
イアス電源６３７と電流計測手段６３９、６４０と試料
載置台６４１とＳＴＭユニットアームロ３６と試料ＳＴ
Ｍ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６
７０　、：、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５８０とから構成される。

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４
００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。

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［有］）の真空処理室等を有する処理装
置４１５（例えばエツチング装置１０２）内にサンプリ
ングウェハ４０３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。

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。

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４０１〜４０
５のそれぞれＳｉ３Ｎ４　、Ｐｏｊ２ｙ−３ｉ、Ａ／２
膜が形成されたウェハを示す斜視図である。第６図（ａ
）、　（ｔ））、（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の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。

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）のパターンはど高精度の異
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。

第８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４０
１〜４０５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
に平行な微小のきすがウェハ表面に多数形成されており
、第８図（ａ）、（ロ）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すが存在す
るが、これらのきす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方面、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
に対しできずの方向を一定に保つことができ、このきす
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
。

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４０
１〜４０５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４０１〜４０５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６０００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。

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５３Ｌ　　５３２から
の光を照明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８
０３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（Ｉｉ！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χＹ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 第４図の検出部６００では、ＳＴＭ／ＳＴＳ　６０３を
用いた分析について次に説明する。ＳＴＭを用いた分析
（Ｓ　Ｔ　Ｓ　：　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｏｎｎｅｌｉ
ｎｇ　５ｐｅｃｔｒ。

５ｃｏｐｙ）は「表面Ｊ　Ｖｏｌ、　２６　Ｎｏ、６（
１９８Ｂ）ｐｐ、３８４−３９１「走査型トンネル顕微
鏡／分光法（ＳＴＭ／５ＴＳ）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。すなわち仕事間数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
って仕事間数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で求めた仕事間数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。

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ｐ
ｐ、　１１２６−１１３７　ｒ走査型トンネル顕微鏡」
によれば次式で算出される。

・・・・・・・・・　（２） ここでＪＴはトンネル電流密度、ｅは電子の電荷、ｈは
ブランク定数、ｍは電子の質量、φは仕事関数である。

この式（２）では■７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十ΔＺとトンネル電流１７を測定す
れば仕事関数φが算出できる。

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４０
１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。

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８２
２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（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。

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Ｓ
ＴＭ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４０
１とＡＦＭチップ６３１の間の原子間力ｆと、試料４０
１とＡＦＭチップ６３１間の間隔Ｚとの関係が得られる
。このｆ−ｚ波形は例えばキラチル著「第４版固体物理
学入門上巻」丸善株式会社発行ｐｐ、　１１４−１２２
によればクーロ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６３
１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。

ｆ　ｏｃ　ｅｘｐ　（”　　）　−−’−−−（３）α
　　　　Ｚ また式（３）より２個所の距ＮＺ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。

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と原子方間力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
ｉア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８１
１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物の種類が同定でき
る。

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■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１７と上式（３）の電子量力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ＳＴ
Ｍ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に使
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。

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
。

また検査システムのサンプリング部４００と検出部５０
０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イズが増加した
りするのを除去できるためである。

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つには異物発注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１００
１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ング部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。

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ブラウン運動に
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。

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久図である。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１０Ｂに設
置されるものであり、ボート２２１と陰グリッド電極２
２２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問および陽グリッド
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２２
６．２２７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。

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２′２３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２
２６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２２
７で検出され、この電流が流れた回数を電流カウンタ２
２８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。

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
し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。

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１
５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。

［発明の効果］ 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。

【図面の簡単な説明】

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．Ｐｏｆｙ−３ｔ、Ａ
ｆ膜形成ウェハを示す斜視図、第７図（ａ）〜同は第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
原子間力の関係図、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、１００ｏ・・・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、１００
２・・・オフライン異物検査システム、５３Ｌ　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、６
３５・・・ＳＴＭＸＹＺ微動ユニット、６４２・・・試
料３７Ｍ粗駆動ユニット。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第 図 （ａ） （ｂ） 第 図 （Ｃ） （ｄ） ４］９ 第 図 第 図 第 図 （ａ） （Ｃ） （ｄ） 第 図 （ａ） （Ｃ） 第 図 第 図 第 １３図 第 図 φ 第 １４図 ］○７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。 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Ｓ
   ＴＭ／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。 ３、ＳＴＭ／ＳＴＳによる分析データをデータベスとし
   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。 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。 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ＳＴ
   Ｍ／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。 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。 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。