JPS62285042A - 液中異物モニタ - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子工程におけるウェットプロセスで
使用される各種溶液中の異物、特に弗酸溶液中の異物を
、インライン、リアルタイムで計測する新しいモニタに
関する。

〔従来の技術〕

半導体プロセスに限らず、一般に水や化学溶液中の異物
（通常ゴミと呼ばれている雑多な物質）は、有害である
ことはよく知られており、従って、従来から、溶液中の
異物を検査、計測する方法及び装置は、各社が開発、商
品化してきた。

従来の異物検査装置では、使用目的により基本原理も多
岐にわたる。従来装置の立脚原理を整理すると、主要方
式に限ると、１）光方式、２）電気抵抗方式、３）超音
波方式の３種類に大別できる。

超音波方式（特開昭５７−１９６５３号公報参照）は、
いオ）ゆるソナーや超音波探傷の技法を液中異物に適用
したものであるが、異物が生物細胞の場合には超音波の
反射効率が悪く、必ずしも一般的ではない。

電気抵抗方式（特開昭５８−５３７３８号公報参照）は
小穴（ピンホール）を異物が通過する時に穴の部分の溶
液を排除することに起因する溶液の電気抵抗増大を検知
するものである。この方式は元来、血液中の赤血球を計
測するために開発された。赤血球の大きさはほぼ一定で
あるから、赤血球より少し大きい小穴を用いれば、小穴
の目づまりは生じない。ところが、半導体プロセスに用
いる溶液中の異物は大きさが一定しないから、計測のた
めの小穴が場合によっては目づまりをおこす。そのため
、異物の大きさが一定していない半導体プロセスに常用
するには不便であり、超音波方式同様必ずしも一般的で
はない。

結局、異物検査方式として一般性が大きく、未知の大き
さの異物ｉｒついても安心して用いられるのは、最初に
述べた光方式である。光方式の中を細分化すると、いく
つかの方法があるが、ここでは、本発明と密接な関係に
ある二つの方法について述べる。

光方式の注目すべき第１の方法は、異物からの散乱光を
検知するものである。（特開昭５１−１３６４７５号公
報参照）。第４図に散乱光を用いる装置の原理構成を示
す。

第４図において、検出すべき異物１．、ｉ’（図中黒丸
で示す）は溶液２と共に特定の容器３に移入される。こ
の溶液２を加圧などの適当な手段（表示せず）で、ノズ
ル３ａを通して細い噴射流２′とする。噴射流２′は受
容器４に入り、通常は廃棄される。異物量が比較的少な
い溶液（例えば半導体プロセスで最も多く用いられる純
水）の場合、噴射流の直径を数１００μｍとすれば、異
物は第４図に示すように１列に並んだ状態で溶液と共に
噴射される。従って、噴射流と直交して、光ビーム５を
噴射流に照射しておくと、異物１は個別にビーム５の照
射を受けることになる。光ビー１１５は、レーザなどの
光源からの光ビーム５′をレンズ６で収束して形成して
いる。

第４図において、光ビーム５が異物１に照射さく４） れると、二つの違った現象が発生する。第１は、光ビー
ムを形成している光子が、異物１の表面で散乱し、光ビ
ーｉｓ　５の進行方向とは違った方角にいわゆる散乱光
７が放射される。第２は、光ビーｔｓ　５がその進行を
妨げられて、すなわち遮断されて、噴射流２′の右方に
透過できなくなる。

上に述べた散乱光は異物１の存在により発生するから、
異物１．が受容器４に向って流れ去ると散乱光７は消滅
する。従って、散乱光７を光検知器８で検知すれば、異
物１の通過を検出したことになる。

第５図（ａ）には、上記のようにして得られる異物１か
らの散乱光信号を電気信号波形に直した例を示す。同図
には３個の異物を検知した例を示す。

このように、散乱光強度を電気パルスに変換すれば、良
く知られた電気信号処理技術を用いて、パル数を計数し
、異物の個数を計測することができる。溶液２を特定体
積だけ用いれば、結局、単位体積当りの異物数を定量的
に知ることができる。

光方式の第２の方法は光遮断方法と呼ばれ、透通光を検
知する。この方法の原理を、再び第４図を用いて述べる
。

第４図において、噴射流２′中に異物１が存在しない場
合を想定すると、障害物が存在しない為、光ビーＩｓ　
５は噴射流２′を透過して、光ビーム５′を形成する。

光検知器９を用いて透過光ビーム５“を検知すると、異
物１の登場で、光ビーム５“の光量は減少する。もしく
は光ビーム５′が遮断されることは明らかである。すな
わち、検出器９の出力波形は、第５図（ｂ）に示すよう
に、散乱光の発生に呼応して減少する。第５図（ｂ）に
は、３個の異物が光ビーム５をよぎった場合に対応して
いる。この透過光信号は明らかに、第５図（ａ）に示す
散乱光信号波形と等価であり、これ迄の説明から理解さ
れるように、透過光信号からも溶液中の異物数を求める
ことができる。

を示す。これは、汚水を清浄化する沈殿槽に適用したも
のである。第４図に示す方法は対象溶液を少量だけ抜き
取って、実プロセスから離れて、いわゆるオフライン（
ｏｆｆ−１ｉｎｅ　）で計測するものであるが、当然な
がら、実時間計測でないという欠点を有している。これ
に対して、第６図（、）に示す方法は実時間計測を可能
にしたものである。

第６図（ａ）において、沈殿槽１０内に溶液２があり、
異物１，１′が存在している。時間の経過と共に、槽１
０の上層部にあった異物１′は槽１０の底の方に落下沈
殿する。

槽１０は通常強化樹脂あるいは金属などの不透明物質で
形成されているため、外部から光ビームを導入できない
。そのため、槽１０側側壁の一部分に穴をあけて、透明
物質（例えばアクリルなど）を充填し、窓１．　ｉ　、
　１１．’　を形成しておく。このようにすれば、光ビ
ーｚｓ　５を槽１０内溶液２を貫通させることができ、
もし、光ビーム５と異物１−うに異物に対応して減少し
た出力かえられ、既に説明した原理により、異物数を計
測することかできる。なお、光ビーム５′は光ファイバ
１２で槽１０近傍迄伝送されており、光ビーム５はレン
ズ６で形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

溶液中の異物を計測する従来の方法及び装置は工業界の
要所で利用されてはいるものの、半導体プロセスへの適
用を考えたときには、いくつかの欠点を有する。

第１の欠点は、実時間計測でないこと。例えば、第４図
に示した光散乱もしくは光遮断法の場合は、少量の溶液
を採取して計測装置内の容器に入れて計測する。その間
、プロセス中の溶液自体では刻々に異物数が変化するこ
とになり、異物計測が終了した段階では、既にプロセス
中の異物数は変ってしまっていることになる。第６図（
ａ）に示す光遮断方法では実時間計測とは云うものの、
沈殿現象に適用して意味があるのであって、半導体プロ
セスのように溶液がかくはんされている場合には一ゝ＼ 同゛−異物を多重計測することになり、使えない。

いずれにせよ、異物を時系列的に一個、−個識別して電
気パルスに変換する従来の方式は、原理的に実時間計測
ができないことは明らかである。

第２の欠点は、第１の欠点と密接に関連するが、従来方
式は“その場”　（ｊ、ｎ　　ｓｊ、ｔｕ）計測でない
こと。例えば、第６図（ａ）で、異物の存在密度は、沈
殿槽１０の底に近い程大きい。最終的には、沈殿槽］０
上面近傍では異物１が殆んど存在せず、いわゆるうわず
みの比較的きれいな溶液かえられる。従って槽１０底部
の異物］を知る意味では、槽１０底部にも第６図（ａ）
に示すような透過光検出部９を設ける必要がある。この
ことは、沈殿槽１０を追加加工することを意味し、工業
的には大きな損失となる。このように、任意の部分での
“その場″計測は、従来方式を用いる限り、事実上でき
ない。任意の部分から採取した溶液を第４図に示すよう
な方法で計測することは可能であるが、沈殿のように時
々刻々に状態が変化する対象の場合は、各時間に対応し
た標本溶液を多種類採取しておく必要があり、結果かえ
られる洛に多大の時間と労力を要し、実用的ではない。

本発明の目的は、上に述べた従来方式の二つの重大な欠
点を除去し、実時間計測とその場計測を可能ならしめる
新しい溶液中異物モニタを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

従来方式の第１の問題点である実時間計測を達成するた
めには、従来方式で用いられていた、異物の個別計数を
やめて、新しい計数方法を採用せねばならない。この目
的のため、本発明では、多数の異物を同時に計測する。

即ち、特定体積中に存在する複数の異物からの光散乱信
号を光学的に加算し、該加算信号を一つの光検知器で検
知する。

従来方式の第２の問題点であるその場計測に関しては、
複数の異物に光を照射し、該異物からの散乱光を集光す
る部分を一体化かつ小型化し、これを対象溶液中に配置
してその目的を達する。この目的を達するために本発明
は光学ファイバを採光学ファイバ束（複数の光学ファイ
バ素線）を用いる。

理解を深めるために、第３図を用いて、本発明の基本原
理を述べる。同図で矢印１３は異物を照射するための照
射光ビームの進行方向を示し、その本数は相対的な光量
を意味している。面ＡＢＣＩ）とそれに対向した面Ａ’
　Ｂ’　Ｃ’　Ｄ’で規定される実線表示の直方体は、
照射光ビームが存在する領域を示している。照射光ビー
１１は矢印１４の方向に進行するが、今上記直方体中に
異物が存在すると光は遮断されるから、光量は減少する
（矢印１．４の本数が２本しかないのは減少を表現して
いる；矢印１３は３本あることに注意）。もし、異物が
面Ｅ’　Ｆ’　Ｇ’　Ｈ’と面Ｅ’Ｆ′Ｇ　’　Ｈ’の
間に存在すると仮定すると、異物からの散乱光は矢印１
５の方向に放射される。

当然ながら、上記空間に異物の数が多いと、散乱光が増
大する。従って、矢印１５に進む散乱光強度を光検知器
で測定すると、注目している空間の異物数を知ることが
でき、その空間の体積が分っていれば、単位体積当りの
異物数を知ることが可能となる。

照射光方向と散乱光方向のなす角Ｏは、例えば９０°が
有効であるが０＠〜１−８０″の範囲で選択可能である
。

〔作用〕

本発明の第１の技術手段は、複数の異物から散乱光を同
時に計測することであるから、従来方式のような異物の
時系列的配列動作は一切不要である。例えば、１００個
の異物を同時に認識するから、応答時間が、例えば、１
μｓの光検知器（従来の光電子増倍管はこの好例である
）を用いれば、事実上瞬時に計測は終了する。

本発明の第２の技術手段は、光照射部と散乱光集光部と
を小型一体化しであるため、この部分を対象溶液中の任
意の部分に設置できる。例えば、沈殿槽の上部、中部、
底部たるを問わない。あるいは外部からは見えない四部
にでもセットできる。

上記のように、任意の場所にセットできるという本発明
の作用は、光ファイバによって照射光及び散乱光を伝達
していることに起因している。よく知られているように
、光ファイバは自由に曲折できるから、光の搬送を自在
の方角に設定できる。

〔実施例〕

第１図に本発明の主要部の実施例を示す。本発明では特
にシリコンプロセスで必ず用いられる弗酸溶液中の異物
検査を対象としている。弗酸溶液は従来の方式でも、殆
んど測定対象として取りあげられない特異な薬品である
。その最大の理由は石英ガラスを中心としたガラス容器
が一切使用できなことにある。すなわち、ガラス類は弗
酸によって溶解してしまう。

従って、石英を母材とする光学フイイバをそのまま弗酸
溶液に入れることは許されない。石英以外の材料を用い
て、弗酸に対して耐性のある光ファイバをえることは事
実上不可能である。光の伝達損失を考えると石英以外の
ファイバは実用性がないからである。

そこで、本発明では、石英からなる光ファイバ束１６．
１７を弗酸におかされないフッソ樹脂からなる被覆１８
で覆って用いる。ファイバ束１６゜１７の端面を、例え
ば１０ｍＸ３０ｍｎの面積内に固定し、この周辺にフッ
ソ樹脂を、例えば、厚さ０．１１Ｉ１１で被覆する。

ファイバ束１６，１．７の端面１６’、１７’からは、
後に述べるように、光が出入りするから、端面における
フッソ樹脂の厚さは極力小さくすることが望ましい。フ
ッソ樹脂を薄く物体上に付着させる技術は既に、フライ
パンなどで知られており、それほど困難ではない。従っ
て、ファイバ東端面１６’、１．７’でフッソ樹脂被覆
を数μｍ以下にすることは可能である。

このように加工したファイバ束１６を弗酸溶液に入れ、
照射光を伝送すると、端面１６′からは細線で囲まれた
領域１９に照射光が殆んど損失なしに放射される。一方
、端面１７′を有するファイバ束１７を弗酸溶液内に入
れて、端面１７′を端面１６′の近くに配置する。端面
１７′の受光領域は細線で囲まれた領域２０に限定され
るから、領ｈ４２０と１９が交差して生じる領域２１か
ら発生する異物群による散乱光もしくは蛍光は端面１７
′に到達する。このようにしてファイバ束１７は、異物
群による信号光を検知できるから、結局、溶液中の異物
群を検知できる。領域２１における異物数に比例して散
乱光もしくは蛍光の光量が増大するから、これらの光量
と異物数の関係をあらかじめ較正しておけば、溶液中の
異物数を即座に求めることができる。

なお、端面１．６’　、　１．７’　を対向して配置す
れば、照射光が異物で減衰する状態を、透過光を介して
知ることができる。すなわち、透過光量から異物数を求
めることができることは明らかである。

信号光（散乱光など）のＳ／Ｎを改善するため、照射光
を特定周波数で強度変調し、同周波数の信号光のみを拾
いだす同期検波方式が適用できることは明らかである。

第２図には、本発明を弗酸溶液プロセスに適用した例を
示す。フッソ樹脂からなる容器２２に、弗酸溶液２３が
適量入っており、この中に半導体ウェハ２５が入ってい
る。シリコン酸化膜を除去するプロセスであるが、シリ
コン酸化膜面上の異物は弗酸溶液中に混入する。散乱光
などを検出するヘッド２６で検知された信号光は、ファ
イバ１７を介して、光検知器などを内蔵している計測部
２７に導かれ、電気信号に変換され、その信号の大小が
表示、記録、ならびに判断される。計測部２６は光源も
内蔵しており、ファイバ１６により照射光として弗酸溶
液中に導かれる。

光源としては、半導体レーザをはじめとして、各種レー
ザが適用可能であるが、波長を選択する意味で、白色光
源とフィルタを組み合わせてもよい。

蛍光を検知する場合には、波長選別が有効になることが
あるが、その目的で、分光器を併用してもよいし、ある
いは特定フィルタを併用してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来計測が困難とされていた弗酸溶液
中の異物を実時間で計測することができる。従って、突
発的に弗酸中の異物ず増大した場合、直ちに処理を停止
して新しい溶液に変更するなどの処置がとれる。

異物が溶液を介してウェハに再付着することはよく知ら
れており、これをさけるためには、ウェハ近傍の溶液中
異物を監視する必要がある。本発明によれば、信号光検
出ヘッドを任意の場所に移動できるから、上記目的を容
易に達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による異物モニタの概略構成図、第２図
は本発明の適用構成例、第３図は本発明の照射光ビーム
と散乱光ビームとを示す原理説明図、第４図は従来方式
の原理説明図、第５図（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ異物通過に伴う散乱光、透過光強度の
時間依存性を示すグラフ、第６図（ａ）はもう１つの従
来方式の原理説明図、同（ｂ）は時間依存性を示すグラ
フである。 １６・・・照射光伝送ファイバ束、１７・・・信号光伝
送ファイバ束、１８・・・テフロン被覆、１６’　、　
１７’・・・ファイバ端面、２１・・・信号光が検知さ
れる領域。 第　ｌ　国 １６・７７′ＪＡ　１７ 第　５　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フッソ樹脂で被覆した光学ファイバ束の先端を特定
   溶液中で近接して配し、一方のファイバ束から照射光を
   放射し、該放射光が溶液中の複数異物によつて散乱され
   る光を他方のファイバ束で受光するようにしたことを特
   徴とする液中異物モニタ。 ２、上記処射光の励起によつて上記複数異物から放射さ
   れる蛍光を受光することを特徴とする第１項の液中異物
   モニタ。 ３、上記照射光が複数異物によつて遮断されて減衰する
   透過光を受光することを特徴とする第１項の液中異物モ
   ニタ。 ４、所定周波数で上記照射光を強度変調し、受光信号を
   該周波数で同期検波増幅することを特徴とする第１〜３
   項のうちのいずれか１つの項の液中異物モニタ。