JPH11337472A

JPH11337472A - パ―ティクルモニタ―方法

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Publication number: JPH11337472A
Application number: JP11089473A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Uesugi; 文彦上杉; Natsuko Ito; 奈津子伊藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 1999-12-10
Anticipated expiration: 2016-10-25
Also published as: JP3134868B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェハ上空間に存在するパーティクルをｉｎ
−ｓｉｔｕ・リアルタイムで計測し、パーティクル誘起
不良の発生を事前に防止する。【解決手段】プロセス装置１２中に浮遊しているパー
ティクルによるレーリー散乱光やラマン散乱光を受光器
１３で電気信号に変換し、信号強度判定器１４に伝達す
る。この判定器には、予めパーティクル発生状況とウェ
ハ歩留まりの相関に基づいた散乱光強度が設定されてい
る。得られた散乱光強度と設定値との大小関係に応じ
て、その状況を信号表示器１５またはプロセス制御器１
６へ伝達し、制御器１６は、判定器１４での結果に対応
した信号をｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング器１７またはオ
ーバーホール用停止器１８に伝え、これらの作動をスタ
ンバイまたは実際に作動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パーティクルモニ
ター装置に関し、特に、ウェハ上の空間に存在するパー
ティクルまたはその前駆体をイン・シティュー（ｉｎ−
ｓｉｔｕ）でモニターし、プロセス装置内のパーティク
ルの存在状態をリアルタイムで把握しウェハにパーティ
クルが付着することによって生じる不良を予知する装置
に関する。また本発明は、パーティクルの存在情報に基
づいてウェハ上の空間からパーティクルを除去する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの量産段階での歩留まりに最も影
響を与える要因の１つとしてパーティクル起因の欠陥が
あることはよく知られている。このため、半導体製造工
程においては、量産のいくつかの工程が終了するたび
に、パーティクルの検査を行っている。パーティクルの
検査として、従来、表面レーザ光を照射してその散乱光
からパーティクルを検出するものと、隣り合うチップの
画像の比較から差分を取り出すことによって検出する方
法が用いられている。

【０００３】ところが、これらの従来の方法では、ＬＳ
Ｉが微細化するにつれて、表面の凹凸が、パーティクル
のサイズよりも大きくなるに至り、このため、パーティ
クルを検出することが困難となっている。

【０００４】そこで、工程終了後に検査する替わりに、
装置内のパーティクルを測定する方法が考えられてい
る。

【０００５】レーザ光散乱によって装置のパーティクル
を測定する方法の従来技術として、例えば特開平３−３
９６３５号公報には、粒子径が０．０７μｍ以下である
ような微粒子であっても、精度良く検出できる装置を提
供することを目的として、光ビームを発生する光源と、
光ビームの光軸上に設けた、被測定流体が流されるフロ
ーセルと、このフローセルに対向し、かつ上記光軸に関
して対象になる位置にそれぞれ１個ずつ設けた合わせて
２個の受光器と、これら２個の受光器に接続して設けた
検出部と、を有し、かつ上記検出部は、上記２個の受光
器にそれぞれ接続して設けたそれら各受光器の出力信号
のうち、予め設定したしきい値を超えている出力信号の
みを取り出す、合わせて２個の識別回路と、これら２個
の識別回路に接続して設けた、これら２個の識別回路の
出力信号のうち、同時性をもつ出力信号のみを選択して
出力する判定回路と、この判定回路の出力信号を計数す
るカウンタ回路を備えている微粒子測定装置が提案され
ている。

【０００６】散乱光を電気信号に変換して表示する従来
技術としては、例えば特開平４−３５２０７７号公報、
実開平３−３９７２１号公報の記載が参照される。また
セルビン（ＧａｒｙＳ．Ｓｅｌｗｙｎ）による論文
（ジャーナルオブバキュームサイエンスアンド
テクノロジー誌、第Ｂ９巻、１９９１年、第３４８７
〜３４９２頁）（「文献１」という）の記載が参照され
る。さらに、渡辺らによる論文（アプライドフィジッ
クスレターズ誌（Applied Physics Letters）、第６
１巻、１９９２年、第１５１０頁〜１５１２頁）（「文
献２」という）の記載も参照される。

【０００７】また、所望の偏光状態のレーザ光を用い
て、パーティクルによって散乱された光の偏光状態の入
射レーザ光のそれに対する変化を測定する方法がある。
レーザー発振器からのレーザ光を偏光子を通して、水平
面に対する方位角４５゜の直線偏光にした後に、プロセ
ス装置に導入する。パーティクルによる散乱光は、回転
検光子を通過後、光検出器に到達する。光検出器からの
信号強度を、光検出器の前に装着した１／４波長板を通
した場合と、１／４波長板を使用しない場合の２通りに
ついて測定すると、回転検光子の回転周波数で変調が掛
かった時間的に変動する信号が得られる。これをフーリ
エ変換すると、パーティクルの組成、数密度、分布を決
めるのに必要なストークスパラメータが求まる。

【０００８】この方法の具体例は、例えば、林らによっ
てジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジ
クス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）誌の第３３
巻（１９９４年）の第Ｌ４７６頁からＬ４７８頁に発表
された論文（「文献３」という）が参照される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術のう
ち、上記特開平３−３９６３５号公報に記載の技術は、
レーザ光散乱を用いて液体中または気体中などの流体中
のパーティクルを測定する装置に関するものであるが、
フローセルに被測定流体を導入して測定を行うものであ
るため、ウェハ上のパーティクルとの相関をとりにくい
という問題がある。

【００１０】また、散乱光を画像信号に変換し処理する
従来技術としては、上記した特開平４−３５２０７７号
公報に記載されたものがあるが、しかし、この従来技術
では、発煙または発塵がある場合の画像を、それらがな
いときのものと比較して差分から発煙や発塵を認識する
ものであり、煙や塵の濃度や粒径、その分布を測定する
ものではないため、発煙や発塵の機構に遡ることが困難
とされ、発生源に対して速やかな対処方法を指示するこ
とは困難である。

【００１１】さらに、実開平３−３９７２１号公報に記
載の従来技術は、散乱光強度をある特定の受光素子に集
光し、パーティクルの大きさを複数個の配列されたＬＥ
Ｄ（半導体発光素子）で表示し、パーティクルの濃度を
プリンタに出力するものである。しかしながら、この従
来の方法では、プロセス装置内でのパーティクル発生源
の特定やウェハの歩留まりに直接関与するパーティクル
の発生源を特定することが困難である。

【００１２】また、プロセス装置内のウェハ表面上の空
間におけるパーティクルを光散乱で測定し、散乱光をＣ
ＣＤ（電荷蓄積素子）カメラで測定して画像を得る方法
が例えば、セルビン（Gary S. Selwyn）によって上記文
献１（ジャーナルオブバキュームサイエンスア
ンドテクノロジー誌、第Ｂ９巻、１９９１年、第３４
８７頁〜３４９２頁）に記載されている。また、類似の
ものが渡辺らによって上記文献２（アプライドフィジ
ックスレターズ誌（Applied Physics Letters）、第
６１巻、１９９２年、第１５１０頁〜１５１２頁）に記
載されている。

【００１３】これらの各文献に報告されている散乱光の
２次元画像は、微少な数１０ｎｍ程度の大きさのパーテ
ィクルからの散乱光と、サブμｍからμｍ程度の大きな
パーティクルからの散乱光とが同一の画像として捉えら
れている。しかしながら、この画像では、パーティクル
全体が１つの輝いている雲のように観測されているだけ
である。そして、得られた画像を一旦テープに採ってか
ら（記憶してから）、輝度に応じて粒径の空間分布を計
算している。

【００１４】このため、ウェハ表面よりも上の空間に存
在するパーティクルの分布をリアルタイムで測定するこ
とができず、ウェハの歩留まりや装置の時々刻々変わる
状況を追跡できないという問題がある。したがって、こ
のような画像の取得後の処理では、ウェハ損失を防止す
るために、例えば量産プロセス技術者は、とるべき行動
を判断し難いという問題がある。

【００１５】また、パーティクルの粒径とその密度を測
定するために、所望のプロセス中の空間の１点からの散
乱光を測定しているが、この方法ではパーティクルの全
体の動きや分布の時間変化が解らない。すなわち、この
場合にも、ウェハ損失を防止するために、量産プロセス
技術者がとるべき行動を判断しにくいという問題があ
る。

【００１６】さらに、上記文献３に記載されるような、
回転検光子法を用いた散乱光の偏光解析では、１／４波
長板を挿入した時と、外した時の、各々の場合につい
て、測定しないと、パーティクルの粒径、数密度、屈折
率を推定するのに必要なストークス・パラメータ全てを
求めることができない。

【００１７】現在、ＬＳＩの製造工程では枚葉式プロセ
ス装置が主流となっており、ウェハ１枚当りのプロセス
時間は６０秒から１２０秒程度とされている。したがっ
て、この時間内で、パーティクルの発生状況を時々刻々
モニターし、その結果を、リアルタイムでプロセス技術
者に提供する必要がある。

【００１８】ところが、回転検光子法では、ウェハへの
プロセス時間、高々１２０秒内で、時々刻々の変化を追
跡する目的には、この方法を適用することは、困難であ
る。すなわち、１／４波長板の有無の２回の測定をする
間に、パーティクルの成長が進行するために、得られた
結果から求まるストークスパラメータが、特定の時刻で
のプロセス環境を反映できない、という問題点がある。

【００１９】したがって、本発明は、上記従来技術の問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ウェ
ハ上空間に存在するパーティクルをｉｎ−ｓｉｔｕ、か
つリアルタイムで計測し、パーティクル誘起不良の発生
を事前に防止する装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のパーティクルモニター装置は、光源と、プ
ロセス装置と、前記光源からの光を前記プロセス装置に
導入する手段と、前記プロセス装置内からの散乱光また
は発光を測定する受光手段と、前記受光手段からの信号
強度を所定の値と比較して大小を判定する信号強度判定
手段と、前記プロセス装置内からの、散乱光、発光の強
度、またはその強度分布を表示させる手段を、及び／又
は、前記散乱光や発光を引き起こす物質の大きさ、数な
どの分布を表示させる手段と、を含むことを特徴とす
る。

【００２１】また、本発明は、ＬＳＩの生産工程で使用
するプロセス装置内で発生するパーティクルをレーザ光
散乱法を用いるモニター装置であって、散乱光の偏光状
態の変化を検光子と波長板を用いて測定する装置におい
て、パーティクルの屈折率、粒径およびその分布、数密
度を推定するのに必要なストークスパラメータを、プロ
セス装置の時々刻々の変化に応じて求めるために、波長
板を回転させる機構を具備することを特徴とするパーテ
ィクルモニタリング装置及びパーティクルモニター方法
を提供する。

【００２２】さらに、本発明は、パルスレーザ光を使用
し、レーザ光のパルス数を計数して、所望のパルス数ご
とに波長板を回転させることを特徴としている。

【００２３】また、本発明は、上記パーティクルモニタ
ー装置において、前記受光器からの信号強度を所定の値
と比較する信号強度判定手段からの比較結果信号に基づ
いて作動する前記プロセス装置の用力を制御する手段、
または前記プロセス装置に装着したイン・シティュー
（ｉｎ−ｓｉｔｕ）クリーニング手段、または前記プロ
セス装置のオーバーホールを指示する手段の少なくとも
１つを具備することを特徴とする無塵化プロセス装置を
提供する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形
態及び実施例を説明する。

【００２５】まず本発明の原理・作用を以下に説明す
る。プロセス誘起パーティクルによる不良の予知保全の
ためには、数ｎｍから数１０ｎｍの大きさのパーティク
ルを検出することが必要である。プロセス中の反応に影
響を与えない波長を与えると通常可視領域の光を使用す
る必要がある。

【００２６】この場合、対象とするパーティクルは波長
より桁で小さく、光散乱はレイリー散乱が主になると考
えてよい。通常半径ａ、複素屈折率ｍ、数密度Ｎのパー
ティクルによる波長λの光のレイリー散乱光強度Ｉは、
入射光強度をＩ0とし、散乱体と測定点の間の距離を
ｒ、散乱体から測定点に向かう方向とレーザ光の進行方
向とをなす角をθとすると、次式（１）で表されること
が知られている。

【００２７】但し、Ａ＝（１＋ｃｏｓ2θ）／２ｒ2 ｆ（ｍ）＝｜（ｍ2−１）／（ｍ2＋２）｜2

【００２８】散乱光を受光器で受けたとき、受光器の電
気信号への変換効率をηとすると発光器からの信号強度
Ｓは次式（２）で表される。

【００２９】Ｓ＝ηＩ・i２）

【００３０】図３に示すように、プロセス装置１２中の
パーティクルからの散乱光を入射レーザ光に対して直角
方向から観測する場合を考える。パーティクルからの散
乱光をＣＣＤ素子アレーの受光素子からなる受光器１３
で受けたとき、受光素子からの信号強度のパーティクル
直径依存性は図４、数密度依存性は図５にそれぞれ示す
ようなものとなる。また、これらの結果から検出可能な
パーティクルの直径と数密度の関係は図６に示すような
ものとなる。

【００３１】一方、ウェハ表面へのパーティクル誘起不
良を事前に予知し防止するためには、不良発生につなが
るが、その時点では不良を生じさせない大きさと数密度
の微小パーティクルをプロセス中にイン・シティュー
（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で検出し、これらが成長する過程を
リアルタイムでモニターする必要がある。

【００３２】さらに、この微小パーティクルの大きさと
数密度の時間変化をモニターする過程で、所定の大き
さ、または所定の数密度を越えるとプロセス技術者にそ
のことを知らせるか、またはプロセス装置の用力を自動
制御してパーティクル発生を抑制したり、ｉｎ−ｓｉｔ
ｕクリーニングしたり、装置のオーバーホールを指示す
る。

【００３３】モニターの過程でこのような判断をする基
準になるパーティクルの大きさを図４のａi、または数
密度を図５のＮiとする。また、図６に、このａiとＮi
から決まる直線ｌ1を示す。

【００３４】ａi、Ｎi、さらにはｌiは、プロセスの種
類や材料、さらには使用装置によって異なるし、製造す
るＬＳＩの集積度によっても異なる。また、判断がプロ
セスの継続と中断といった１種類だけでなく、微小パー
ティクル発生の警報、不良発生の可能性の警報、クリー
ニングの指示、オーバーホールの指示、などのように多
段階の判断を行うときには、それぞれの判断基準となる
ａi、Ｎi、ｌiを指定する必要がある。

【００３５】本発明においては、散乱光を発生させるた
めの入射レーザ光は連続光であってもパルス光であって
もよいが、パルス光を用いて散乱光を測定する場合、さ
らなる利点がある。後方散乱、または前方散乱の観測に
おいて、上述した散乱光強度の式にしたがって、その強
度からパーティクルの大きさの情報が得られる。

【００３６】また、ある１つの入射パルス光の入射時間
を基準にして、観測される散乱光のパルスの数から、存
在しているパーティクル数に関する情報が得られる。す
なわち、パーティクルの大きさと数とを分離して計測で
きることになる。

【００３７】図１は、本発明の実施の形態の構成を示す
ブロック図であり、パーティクルのモニターから一連の
動作までを示すブロック図である。

【００３８】図１を参照すると、本発明の実施の形態に
おいては、レーザ発振器とレーザ光を空間的に走査する
機器からなるレーザ光源１１からのパルス光または連続
光がプロセス装置１２に導入され、この内部に浮遊して
いるパーティクルによって散乱光が生じる。この散乱光
はレーリー散乱のように、入射光と同じ波長の散乱光で
あっても良いし、ラマン散乱のように入射光と異なる波
長のものであっても良い。主な散乱形態はレーリー散乱
であるが、対象とする材料によってはラマン散乱が生じ
ることも期待できる。また、このような散乱だけではな
く、材料によっては発光の観測も期待できる。

【００３９】散乱光は受光器１３で電気信号に変換され
る。この電気信号への変換は、散乱光強度に線形に比例
することが好ましいが、散乱光強度と電気信号とが１対
１に対応するのであれば非線形であってもよい。

【００４０】この受光器１３としては、ＣＣＤ、フォト
マルチプライヤー、マルチチャネルプライヤーなどをは
じめとする光電変換装置ならなんでもよい。また、この
受光器１３の前に分光器を装着してもよい。ラマン散乱
や発光の観測の場合には、入射レーザ光やプロセス雰囲
気中の光からの分離に有効である。

【００４１】受光器１３からの電気信号は信号強度判定
器１４に入力される。信号強度判定器には予め、設定値
ａi、Ｎi、ｌiに対応する強度Ｉiが設けられており、散
乱光の信号Ｉと設定値Ｉiとの大小を判断する。

【００４２】信号Ｉと設定値Ｉiの大小関係によってＩ
＜Ｉiの時にはプロセス継続の、Ｉ≧Ｉiの時にはｉｎ−
ｓｉｔｕクリーニングやオーバーホール指示の警報の表
示をする。

【００４３】また信号Ｉの時間変化、設定値Ｉiへの信
号Ｉの接近の仕方、信号Ｉのプロセス装置内での空間分
布などを信号表示器１５で表示する。これによってプロ
セス技術者がプロセスやその装置状態を把握できる。

【００４４】また、これと平行して、信号強度判定器１
４からの信号は、プロセス装置制御器１６へも送られ
る。

【００４５】このプロセス装置制御器機１６は、信号表
示器１５が単なる表示器であるのに対して、Ｉ＜Ｉi、
Ｉ≧Ｉiに応じてプロセス装置１２を最適環境に維持す
るためのフィードバックをかける。

【００４６】例えば、Ｉ＜Ｉiの時、プロセス継続の判
断が下されているときであっても、微量のパーティクル
が発生しているのであれば、電力、温度、ガス流量など
の用力の変化を検出してこれを元に戻したり最適条件を
維持できるように変化させる。

【００４７】一方、Ｉ≧Ｉiであれば、プロセス装置の
ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング器１７のスタンバイまたは
稼働を行わせたり、オーバーホール用停止器１８のスタ
ンバイまたは稼働させてプロセス装置を一時停止したり
する。設定値Ｉiを１つではなく複数用いると、さらに
きめ細かな表示や制御が可能になる。

【００４８】以上説明した、パーティクルによる散乱光
の計測結果に基づいたプロセス装置状態のｉｎ−ｓｉｔ
ｕ、リアルタイムでモニタリング、及び、不良発生の予
知保全は、散乱光強度の上式（１）に基づいて、パーテ
ィクルの半径ａ、数密度Ｎに対してある所望の管理数値
を決めて、実測された散乱光強度と、これら管理数値か
ら決まる散乱光強度と、の大小を判定するものである。

【００４９】上式（１）から分かるように、同一の散乱
光強度を与えるパーティクルの半径ａ、複素屈折率ｍ、
数密度Ｎの組み合わせが複数あるので、ａ、Ｎだけでな
く、複素屈折率ｍも個別に推定できれば、パーティクル
の組成ごとに空間分布に関する知見を得られるので、不
良の予知保全を行う上で有効性が格段に向上する。

【００５０】ａ、Ｎ、ｍを個別に推定する方法は、特定
の偏光状態にあるレーザ光をプロセス装置内に導入し
て、散乱光の偏光状態がレーザ光のそれに対する変化を
計測するものである。

【００５１】この散乱光の偏光解析方法の原理は、上記
文献３に記載されている。また装置構成上の光学素子の
配列と構成要素は、上記文献３記載のものと同じとされ
るが、決定的な差は、図７に示すように、散乱光の受光
素子２６の前に設置する検光子１９は固定して使用する
ことと、回転１／４波長板２０を使用することである。
文献３では検光子を回転させ、１／４波長板は固定させ
ている。

【００５２】偏光子２１を介して特定の偏光状態のレー
ザ光２２が、プロセス装置１２に導入され、内部にある
パーティクル２３によって散乱光２４が生じる。これを
回転１／４波長板を用いる回転移相子法では、受光器１
３で検出される散乱光強度Ｉは次式（３）で示される。

【００５３】

【数１】

【００５４】すなわち、受光素子２６における、散乱光
強度の時間変化は、必要なストークス・パラメータ全て
を含んでいることから、時間変化をフーリエ変換して、
１／４波長板の回転角速度のフーリエ係数から、これら
を求めることができる。

【００５５】すなわち、上記文献３の回転検光子法で
は、Ｑ、Ｕ、Ｖを求めるには１／４波長板の有無の２回
の計測が必要とされるのに対して、回転移相子法では、
一回の測定結果から、パーティクルの粒径、光学定数、
数密度などを求めることができる。このことは、従来技
術では困難であったプロセス装置内のパーティクル発生
をｉｎ−ｓｉｔｕ、リアルタイムでモニタリングできる
と同時に、粒径や数密度、屈折率もｉｎ−ｓｉｔｕ、リ
アルタイムで推定できることを意味する。

【００５６】そして、この回転移相子法を用いると、ウ
ェハ上空間で発生するパーティクルがプロセス中の反応
によって成長したものか、それとも電極や装置内壁から
の剥離に起因するかの区別ができるようになる。

【００５７】その理由は、反応によって成長したパーテ
ィクルと、剥離によって生じたパーティクルと、では、
組成が異なることが知られており、組成の相違は、屈折
率の違いとして現れる、からである。

【００５８】すなわち、この実施の形態によれば、発生
原因を明確にでき、それに適した対応策を採ることがで
きるようになる。反応中に成長し浮遊しているパーティ
クルに対してはプロセス条件の見直し、変更の観点から
不良の予知保全ができる。一方、装置内壁からの剥離に
起因するパーティクルに対しては装置のｉｎ−ｓｉｔｕ
クリーニングやオーバーホールの観点から予知保全が可
能になる。

【００５９】この実施の形態において、図１、図２に示
した信号の流れを示すブロック図は、同じであるが、図
４、図５、及び図６におけるａi、Ｎi、ｌiが、各屈折
率ｍに対して定めることができる。

【００６０】そして、上述したのと同様な信号強度の判
定で、パーティクルによる不良の発生に対する予知保全
が行われる。

【００６１】このように、本発明の実施の形態において
は、プロセス中の微小パーティクルをレーザ光の散乱光
で検出し、その信号強度を予め設定した値と比較するこ
とによって、プロセス装置の状態をｉｎ−ｓｉｔｕ、リ
アルタイムでモニタリングすることができる。さらに不
良発生を事前に予知してその原因を除去でき、無塵化プ
ロセスを実現できる。

【００６２】

【実施例】上記した本発明の実施の形態をより詳細に説
明すべく、本発明の実施例を以下に説明する。

【００６３】［実施例１］本発明の第１の実施例とし
て、タングステンの熱ＣＶＤプロセスの場合について説
明する。図３に、本実施例の構成を示す。ＹＡＧレーザ
の第２高調波５３２ｎｍで得られる散乱光の信号強度の
パーティクル直径と数密度の関係を図８に示す。

【００６４】パーティクル誘起不良を予測し不良の発生
を抑制するために、熱ＣＶＤ装置へのフィードバックを
行うか否かの判断基準となるパーティクルの直径を、ａ
1＝２０ｎｍ、ａ2＝１００ｎｍ、また、これの数密度を
Ｎ1＝１０9個／ｃｍ3、Ｎ2＝１０6個／ｃｍ3とし、ａ1
とＮ1で決まる線ｌ1、ａ2とＮ2で決まるｌ2を、図８に
重ねて示す。

【００６５】図８を参照して、散乱光強度がｌ1で決ま
る値よりも小さいときは不良の発生は生じない。

【００６６】またｌ1よりも大きく、ｌ2よりも小さいと
きには不良は発生しないが、パーティクルは生じている
ことを示す。

【００６７】そして、ｌ2よりも大きい場合には、不良
が発生する危険性が大きいことを示す。

【００６８】本実施例での信号の流れ、及びプロセス装
置に対する制御方式を図１を用いて説明する。上述した
ｌ1とｌ2の値は信号強度判定器１４に設定しておく。

【００６９】プロセス装置１２の状態が良くパーティク
ルがほとんど発生していないときには、レーザ光源１１
からの光の散乱はほとんど生じず、受光器１３から信号
判定器１４への伝わる信号強度は小さい。このときの信
号強度はｌ1よりも小さいものと認識され、その旨が信
号表示器１５に伝えられ、表示される。同時に、この旨
はプロセス制御器１６に伝えられる。そして信号強度が
ｌ1よりも小さいので、プロセス装置１２に対しては何
のフィードバックもかからない。

【００７０】また信号強度がｌ1よりも大きくｌ2よりも
小さいときには、その旨が信号表示器１５に表示される
と同時に、プロセス制御器１６からｉｎ−ｓｉｔｕクリ
ーニング器１７の作動をスタンバイさせる信号が伝えら
れる。その結果、プロセス中のウェハの処理が終了する
とＮＦ3ガスを用いたプラズマによるｉｎ−ｓｉｔｕク
リーニングが行われ、プロセス装置１２は元の正常な状
態に戻る。

【００７１】そして信号強度がｌ2よりも大きいときに
は、その旨が信号表示器１５に表示されると共に、プロ
セス制御器１６からオーバーホール用停止器１８の作動
をスタンバイさせる信号が伝えられる。その際、プロセ
ス中のウェハを外観検査装置で検査して異常がなければ
プロセスを継続するが、不良が発生しているときにはプ
ロセス装置１２を停止してオーバーホールを実施する。

【００７２】このように、散乱光強度をモニターして設
定値の値と比較し、その結果に基づいてプロセス装置に
フィードバックをかけることによって、装置のダウンタ
イムの削減、不良ウェハの発生を大きく低減できる。

【００７３】本実施例では、ａ1＝２０ｎｍ、ａ2＝１０
０ｎｍ、Ｎ1＝１０9個／ｃｍ3、Ｎ2＝１０6個／ｃｍ3と
したが、使用装置やプロセス条件に応じてこれらの値は
異なるので、それぞれの場合に応じてこれらの値が設定
される。

【００７４】また、本実施例では、信号強度判定器１４
からの信号が信号表示器１５とプロセス装置制御器１６
とに平行して伝えられる構成になっているが、図２に示
すように、信号強度判定器１４からの信号が信号表示器
１５に伝えられ、信号表示器１５からプロセス制御器１
６に信号が伝えられる構成も考えられる。この場合はプ
ロセス技術者が信号表示器１５をみてプロセス制御器１
６を作動させることになる。

【００７５】また、本実施例では、レーザ光は空間的に
走査していないが、レーザ光源１１の構成要素の１つで
あるレーザ光を空間的に走査する機器を作動させれば、
散乱光強度の２次元、３次元的な分布を信号表示器１５
で測定することができ、プロセス装置１２内のパーティ
クルの発生と分布状態を知ることができる。

【００７６】［実施例２］本発明の他の実施例として、
タングステンのプラズマエッチングプロセスの場合につ
いて説明する。図９に本実施例の構成を示す。

【００７７】レーザ光源１１は、ＹＡＧレーザ発振器と
第２高調波発生用非線形光学結晶を含むレーザ装置２５
と偏光子２１を含み、この偏光子２１を透過した後、４
５゜の直線偏光になった波長５３２ｎｍのレーザ光２２
を得られる。

【００７８】レーザ光２２は、プロセス装置１２の内部
に浮遊しているパーティクル２３によって散乱される。
散乱光２４は、一定速度で回転する回転１／４波長板２
０を透過後、固定されている検光子１９を通り、干渉フ
ィルタが装着されている受光素子２６に到達する。

【００７９】データ処理器２７では、光強度の時間変化
をフーリエ変換し、上式（３）の係数を求め、さらにス
トークス・パラメータＱ、Ｕ、Ｖを求める。

【００８０】これらＱ、Ｕ、Ｖから、散乱光強度と散乱
光の偏光状態を規定するΨ、△を算出する。そして、こ
れらの数値から、パーティクルの粒径、光学定数（屈折
率）、数密度などを求める。

【００８１】パーティクル誘起不良を予測し不良の発生
を抑制するために、エッチング装置へのフィードバック
を行うか否かの判断基準となるパーティクルの直径をａ
1＝２０ｎｍ、ａ2＝１００ｎｍ、またそれの数密度をＮ
1＝１０9個／ｃｍ3、Ｎ2＝１０6個／ｃｍ3とする。

【００８２】これらの数値とデータ処理器２７で算出さ
れる屈折率ｍから、ａ1、Ｎ1、ｍで決まる線ｌ1、ａ2、
Ｎ2、ｍで決まるｌ2を図１０に示す。

【００８３】パーティクルの成長によって粒径が変化し
たり、成長の過程でパーティクルの中心部と表面の組成
が変わると、屈折率ｍが変化する場合がある。すなわ
ち、図１０において、判断基準の線ｌ1とｌ2は、ｍの実
測値の変化に応じて変化する。データ処理器２７では、
ｍ、ａ、Ｎを算出するので、計測の各時点でｌ1、ｌ2に
対して信号強度の大小を判断できる。

【００８４】図１０を参照して、散乱光強度がｌ1で決
まる値よりも小さいときは不良の発生は生じない。

【００８５】また、ｌ1よりも大きく、ｌ2よりも小さい
ときには不良は発生しないがパーティクルは生じている
ことを示す。

【００８６】そして、ｌ2よりも大きい場合には、不良
が発生する危険性が大きいことを示す。

【００８７】本実施例における、信号の流れ、及びプロ
セス装置に対する制御方式を、図１１を参照して以下に
説明する。

【００８８】受光器１３からの信号はデータ処理器２７
に入力され、データ処理器２７において、パーティクル
の半径ａ、数密度Ｎ、屈折率ｍが、時々刻々算出され
る。

【００８９】上述したｌ1とｌ2の値を決めるのに必要
な、ａ1、ａ2、Ｎ1、Ｎ2は、予め信号強度判定器１４に
設定しておく。屈折率ｍの値に対して、ｌ1とｌ2の値が
時々刻々決まり、ａ、Ｎ、ｍから決まる散乱光強度との
大小が判定される。

【００９０】プロセス装置１２の状態が良く、パーティ
クルがほとんど発生していないときには、散乱光はほと
んど生じず、受光器１３、データ処理器２７から信号判
定器１４への伝わる信号強度は小さい。このときの信号
強度はＩ1よりも小さいものと認識され、その旨が、信
号表示器１５に伝えられ、表示される。同時に、この旨
はプロセス制御器１６に伝えられる。そして、信号強度
がＩ1よりも小さいので、プロセス装置１２に対しては
何のフィードバックもかからない。

【００９１】また信号強度がｌ1よりも大きくｌ2よりも
小さいときには、その旨が、信号表示器１５に表示され
ると同時に、プロセス制御器１６からｉｎ−ｓｉｔｕク
リーニング器１７の作動をスタンバイさせる信号が伝え
られる。

【００９２】その結果、プロセス中のウェハの処理が終
了するとＮＦ3ガスを用いたプラズマによるｉｎ−ｓｉ
ｔｕクリーニングが行われ、プロセス装置１２は元の正
常な状態に戻る。

【００９３】そして信号強度がｌ2よりも大きいときに
は、その旨が、信号表示器１５に表示されると共に、プ
ロセス制御器１６からオーバーホール用停止器１８の作
動をスタンバイさせる信号が伝えられる。その際、プロ
セス中のウェハを外観検査装置で検査して異常がなけれ
ばプロセスを継続するが、不良が発生しているときには
プロセス装置１２を停止してオーバーホールを行う。

【００９４】このように、散乱光強度をモニターして設
定値の値と比較し、その結果に基づいてプロセス装置に
フィードバックをかけることによって、装置のダウンタ
イムの削減、不良ウェハの発生を大きく低減できる。

【００９５】本実施例では、ａ1＝２０ｎｍ、ａ2＝１０
０ｎｍ、Ｎ1＝１０9個／ｃｍ3、Ｎ2＝１０6個／ｃｍ3と
したが、使用装置やプロセス条件に応じてこれらの値は
異なるので、それぞれの場合に応じてこれらの値が設定
される。

【００９６】また、本実施例では、信号強度判定器１４
からの信号が信号表示器１５とプロセス装置制御器１６
とに平行して伝えられる構成になっているが、図１２に
示すように、信号強度判定器１４からの信号が信号表示
器１５に伝えられ、信号表示器１５からプロセス制御器
１６に信号が伝えられる構成も考えられる。この場合
は、プロセス技術者が信号表示器１５をみてプロセス制
御器１６を作動させることになる。

【００９７】また、本実施例では、レーザ光は空間的に
走査していないが、レーザ光源１１の構成要素の１つで
あるレーザ光を空間的に走査する機器を作動させれば、
散乱光強度の２次元、３次元的な分布を信号表示器１５
で測定することができ、プロセス装置１２内のパーティ
クルの発生と分布状態を知ることができる。

【００９８】［実施例３］本発明の第３の実施例とし
て、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のプラズマＣＶＤ
（化学気相成長）の場合を例にとって説明する。Ｓｉの
微粒子では、観測されるラマン散乱光の波長が微粒子の
大きさによって変化することが知られている。Ｓｉ微粒
子の大きさが７ｎｍのときには照射レーザ光に対して４
８０ｃｍ-1低エネルギー側にラマン散乱光が生じる。

【００９９】微粒子の大きさが８ｎｍになるとこの変化
量は４８５ｃｍ-1に、１０ｎｍになると５１０ｃｍ-1
に、１４ｎｍになると５１７ｃｍ-1になる。２２ｎｍで
は、バルクＳｉと同じ５２０ｃｍ-1に観測される。

【０１００】そこで、図１３に示すように、ポリシリコ
ン微粒子からのラマン散乱光の波長に対する強度の測定
結果をもとに、強度Ｉ1とＩ2を設定し、例えば５１０ｃ
ｍ-1の強度が、Ｉ1よりも小さいときにはパーティクル
による不良は発生しないが、５２０ｃｍ-1の強度がＩ2
を越すと不良が発生する危険性が大きいことを示す。す
なわち、ラマン散乱光が観測される波長と、その強度を
測定することによって、パーティクル発生状況をモニタ
ーできることになる。

【０１０１】図１に示したプロセス装置１２からのレー
リー散乱光とラマン散乱光を、マルチチャネル分光器と
フォトマルチプライヤーからなる受光器１３で受ける。
分光器でレーリー散乱光の波長とラマン散乱光のそれと
を分離して、各波長の強度を測定する。これらの信号が
信号強度判定器１４に伝えられる。この判定器には上述
のように、予め５１０ｃｍ-1と５２０ｃｍ-1に対してＩ
1とＩ2の値が設定されている。

【０１０２】プロセス装置１２の状態が良くパーティク
ルがほとんど発生していないときにはレーザ光源１１か
らの光散乱に含まれるラマン散乱はほとんど生じず、受
光器１３から信号強度判定器１４へ伝わるラマン散乱の
信号強度は小さい。このときの５１０ｃｍ-1の信号強度
はＩ1よりも小さいと認識され、そのことが信号表示器
１５に伝えられ、表示される。同時に、このことはプロ
セス制御器１６に伝えられる。信号強度がＩ1よりも小
さいので、プロセス装置１２に対しては何のフィードバ
ックもかからない。

【０１０３】また５１０ｃｍ-1の信号強度がＩ1よりも
大きく５２０ｃｍ-1のそれがＩ2よりも小さいときに
は、１０ｎｍ程度のパーティクルが主に発生しており、
これよりも大きなものの存在は無視できると考えられ
る。この信号強度の判定結果が信号表示器１５に表示さ
れると共に、プロセス制御器１６からｉｎ−ｓｉｔｕク
リーニング器１７の作動をスタンバイさせる信号が伝え
られる。その結果、プロセス中のウェハの処理が終了す
るとＢＣｌ3ガスを用いたプラズマによるｉｎ−ｓｉｔ
ｕクリーニングが行われ、プロセス装置１２は元の正常
な状態に戻る。

【０１０４】そして５１０ｃｍ-1と５２０ｃｍ-1の両方
の信号の信号強度がＩ2よりも大きくなると、発生した
パーティクルによる不良発生が懸念される。そのことが
信号表示器１５に表示されると同時に、プロセス制御器
１６からオーバーホール用停止器１８の作動をスタンバ
イさせる信号が伝えられる。その際、プロセス中のウェ
ハを外観検査装置で検査して異常がなければプロセスを
継続するが、不良が発生しているときにはプロセス装置
１２を停止してオーバーホールを行う。

【０１０５】このように、散乱光強度をモニターして設
定値の値と比較し、その結果に基づいてプロセス装置に
フィードバックをかけることによって、装置のダウンタ
イムの削減、不良ウェハの発生を大きく低減できる。

【０１０６】本実施例では、信号強度判定器１４からの
信号が信号表示器１５とプロセス装置制御器１６とに平
行して伝えられる構成になっているが、上記第１の実施
例でも説明したように、図２に示すように、信号強度判
定器１４からの信号が信号表示器１５に伝えられ、そこ
からプロセス制御器１６に信号が伝えられる構成も考え
られる。この場合はプロセス技術者が信号表示器１５を
みてプロセス制御器１６を作動させることになる。

【０１０７】また本実施例においては、レーザ光は空間
的に走査していないが、レーザ光源１１の構成要素の１
つであるレーザ光を空間的に走査する機器を作動させれ
ば、ラマン散乱光強度の２次元、３次元的な分布を信号
表示器１５で測定することができ、プロセス装置１２内
のパーティクルの発生と大きさの分布状態、空間分布状
態を知ることができる。

【０１０８】［実施例４］以上の実施例では、入射レー
ザ光に対して横方向からレーリー散乱光またはラマン散
乱光を観測していた。入射レーザ光はパルス光であって
も連続光であっても良かった。本実施例ではレーザ光と
して、極超短パルス光を用いる場合について、図１４を
参照して以下に説明する。

【０１０９】レーザ光源１１はレーザ光は１０ｐｓのレ
ーザパルス光発振器とパルスレーザ光を空間的に走査す
る機器を含んでいる。これらの光がプロセス装置１２に
導入され、パーティクルによって反射されてくる散乱光
を、レーザ光源１１に隣接して設置されている受光器１
３で検出する。

【０１１０】この受光器１３は、少なくとも入射レーザ
光のパルス幅の時間分解機能を持っており、さらにパル
ス数をカウントする計数手段も備えている。レーザ光が
発振された時間を基準にして受光器に到達するまでの時
間を測定することによって、プロセス装置１２内に存在
するパーティクルの場所を特定できる。

【０１１１】受光器１３から出力されるデータは、図１
５に示すようなグラフになると予測される。パーティク
ルの発生量は反射されてくる散乱光パルス数で測定でき
る。

【０１１２】パーティクルの大きさは、各々の散乱光パ
ルスの強度によって求まる。この強度は、前述したよう
に、レーリー散乱光強度によって求まる。

【０１１３】照射するレーザ光のパルス幅が１０ｐｓの
時には、Ｎ2分子の速度を５００ｍ／ｓとすると分子は
約５μｍ動く。

【０１１４】ところが、パーティクルの質量がこれの１
０4倍程度あるとすると、その速度は１０-2倍となり、
移動距離は約５ｐｍとなり、測定中のパーティクルの場
所の移動はほとんど無視できる。つまり空間分解能は５
ｐｍ以上である。

【０１１５】図１５に示すように、本実施例では、２種
類の設定値を設けておく。第１の設定値は、異なった場
所からの散乱光パルス数として１０9個／ｃｍ3に対応す
る２ラ１０10個、パルス強度として、粒径２０ｎｍの大
きさに対応する強度Ｉ1である。

【０１１６】第２の設定値は、１０6個／ｃｍ3に対応す
る２ラ１０7個、パルス強度として、粒径１００ｎｍの大
きさに対応する強度Ｉ2である。

【０１１７】図１４を参照して、信号強度判定器１４に
予め設定された２種類の設定値に対して、反射されてく
る散乱光のパルス数とその強度が第１の判定レベル以下
であればパーティクルによる不良発生は生じないと判断
されて、プロセス装置１２には何のフィードバックもか
けない。

【０１１８】第１の判定レベル以上、第２の判定レベル
以下であれば、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング器の作動を
スタンバイさせる。プロセス中のウェハの処理が終了す
るとｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングが行われ、プロセス装
置は元の正常な状態に戻る。

【０１１９】また、第２の判定レベルを越す場合にはオ
ーバーホール用停止器の作動をスタンバイさせる。プロ
セス中のウェハを外観検査装置で検査して異常がなけれ
ばプロセスを継続するが、不良が発生しているときには
プロセス装置を停止してオーバーホールを実施する。

【０１２０】このように、散乱光強度をモニターして設
定値の値と比較し、その結果に基づいてプロセス装置に
フィードバックをかけることによって、装置のダウンタ
イムの削減、不良ウェハの発生を大きく低減できる。

【０１２１】本実施例では、レーリー散乱光を測定する
場合について説明したが、ラマン散乱光の測定であって
も同様にして適用される。

【０１２２】また、上記実施例２で説明したように、散
乱光の偏光解析によって、パーティクルの粒径、数密
度、屈折率を計測する方法も適用できる。この場合に
は、図１４の受光器１３と信号強度判定器１４の間にデ
ータ処理器２７を挿入すればよい。データ処理器２７の
機能は、上記実施例２で説明したものと同様とされる。

【０１２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウェハ表面よりも上の空間に存在するパーティクルまた
はその前駆体をｉｎ−ｓｉｔｕでモニターし、ウェハの
歩留まりを予測し、同時に、プロセス装置の状態把握を
リアルタイムで可能としたパーティクルモニター装置を
提供する。

【０１２４】また、本発明によれば、モニターデータを
画像として取得し、画像処理によって得られる情報に応
じて、パーティクルによるウェハの損失を未然に防止す
べくプロセス装置へフィードバックするシステムを実現
したものであり、パーティクル誘起不良の発生を事前に
防止することを可能とし、これにより製造工程の信頼性
を特段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するための図であ
り、信号の流れを示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態を説明するための図であ
り、信号の流れを示すブロック図である。

【図３】本発明の第１の実施例の概略構成を示す図であ
る。

【図４】散乱光強度のパーティクル直径依存性の概念図
である。

【図５】散乱光強度のパーティクル数密度依存性の概念
図である。

【図６】検出可能なパーティクル直径と数密度の関係概
念図である。

【図７】散乱光の偏光解析方法の構成概念図である。

【図８】検出可能なタングステンパーティクル直径と数
密度の関係概念図である。

【図９】本発明の第２の実施例（散乱光の偏光解析を用
いた場合）の概略構成を示す図であり、図散乱光の偏光
解析を用いた場合の構成概念図である。

【図１０】散乱光の偏光解析を用いた場合の検出可能な
パーティクル直径と数密度の関係概念図である。

【図１１】本発明の第２の実施例における信号の流れを
示すブロック図である。

【図１２】本発明の第２の実施例における信号の流れの
他の例を示すブロック図である。

【図１３】本発明の第３の実施例を説明するための図で
あり、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）微粒子からのラ
マン散乱光の波長に対する強度の概念図である。

【図１４】本発明の第４の実施例の概略構成を示す図で
ある。

【図１５】パルス散乱光の時間分解測定結果の概念図で
ある。

【符号の説明】

１１レーザ光源１２プロセス装置１３受光器１４信号強度判定器１５信号表示器１６プロセス装置制御器１７ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング器１８オーバーホール用停止器１９検光子２０回転１／４波長板２１偏光子２２レーザ光２３パーティクル２４散乱光２５レーザ装置２６受光素子２７データ処理器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、プロセス装置と、前記光源からの
光の偏光状態を所望の状態にする光学的手段と、前記光
学的手段からの光を前記プロセス装置に導入する手段
と、前記プロセス装置内からの散乱光または発光の偏光
状態を波長板を回転して測定する受光手段とを有するプ
ロセス中のパーティクルをモニターするパーティクルモ
ニター装置を用いて、前記プロセス装置内の散乱光また
は発光を引き起こす物質の屈折率から、前記プロセス装
置内の散乱光または発光を引き起こす物質が前記プロセ
ス装置のプロセス中で発生した物質か前記プロセス装置
内壁からの剥離による物質であるかを区別することを特
徴とするパーティクルモニター方法。