JPS63201551A - 表面汚染観測装置 - 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］ この発明は半導体ウェハ面上に付着している表面汚染の
ＩＩ測装置に関するもので、特に通常の光学的装置では
観測できない光学的に透明で微小な有機性物質の汚染を
も観測できる表面汚染観測装置に関するものである。

［従来の技術］ 半導体装置が高集積化するに伴ない、半導体装置の製造
歩留りや信頼性を向上する上で、その製造プロセス工程
において半導体ウェハに付着する微小、微量の表面汚染
物を観測する必要が益々重要となってきている。

従来こうした半導体ウェハ面上に付着する表面汚染を観
測する装置として、たとえば半導体ウェハ表面ヘレーザ
光ビームを２次元走査させて照射し、ウェハ面上にある
汚染物によって生じるし〜ザ光ビームの散乱光を検出し
、散乱光の有無や散乱の発生位置座標、散乱光の光最を
データとする観測装置があった。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の表面汚染観測装置には次のような欠点があった。

すなわち、従来の散乱光を検出するような光学的表面汚
染Ｉ！測装置では光学的に透明な表面汚染物をｖＡ測で
きない欠点があった。

また・高集積化する半導体装置に対応して観測しなけれ
ばならない半導体ウェハの表面汚染は一層微小微量とな
ってきており、従来の観測装置ではこのような表面汚染
を検出し難くなってきている。

さらに従来のｍｍ装置の欠点として、半導体ウェハ面上
にパターンが形成されているような凸凹のあるウェハ状
態では、凸凹の段差で住じる散乱光と、表面汚染物によ
って生じる散乱光を区別できないため、未だパターンが
形成されていないような製造プロセスの初期の段階でし
か適用できない欠点があった。

高集積化する半導体装置の製造プロセスにおいて、半導
体ウェハ面を汚染する物質の中で、最も汚染頻度の高い
物質は有機性物質である。有機性物質は半導体装置の製
造環境に非常に多く存在し、しかもその比重が比較的小
さいため微小になればなるほど製造環境内の気流中に浮
遊して散布されやすく、しかも半導体ウェハ面に凸凹が
あればその段差部で引掛かって表面汚染の原因となりや
すい。また有機性物質は微小になるほど、光を透過しや
すくなって光学的に透明な状態となることもあって、光
を散乱させにくくなる。それゆえ、このような有機性物
質が半導体ウェハに付着すると、従来の観測装置では検
出しにくいという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、光学的に透明な表面汚染物を、それが微小微
量であっても、ウェハ上に凸凹が形成された後でも検出
し得る表面汚染観測装置を得ることを目的とする。

［問題を解決するための手段］ この発明にかかる表面汚染観測装置は、一定の試料表面
汚染を観測する雰囲気下で表面汚染を観測する試料に向
けてエネルギ線を照射する部分、前記エネルギ線を吸収
して試料の汚染物から発生したガスを分析する分析部か
らなり、試料の表面汚染観測をガス分析を用いて行なう
ようにしたものである。

［作用］ この発明における表面汚染１１１１１＠では次の作用が
行なわれる。すなわち、エネルギ線照射部より適切なる
種類とエネルギ値を有するエネルギ線を表面汚染物を有
する試料に照射すると、表面汚染物はエネルギを吸収す
る。そして表面汚染物はエネルギの吸収によって温度上
昇したり、化学的変化を起こし、蒸発、気化もしくは分
解しガスを発生する。そこで適切な分析部によって、こ
の発生ガスを検出することにより表面汚染の存在を検出
する。

上記のエネルギ線としてたとえばレーザ光ビーム、イオ
ンビーム、電子ビームがある。前述の半導体ウェハにお
ける最も高い汚染頻度の原因となる有機性物質は、半導
体ウェハ自体に対し損傷を与えない比較的低エネルギ値
のこれらエネルギ線によって、蒸発、気化もしくは分解
されガスを発生する。

そして有機性物質の表面汚染物がガス化すると固体状態
よりも体積が増大するから、微小微量の表面汚染を検出
できる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図は部分
拡大図である。図において、１００は表面汚染、１１０
は表面汚染１００をｍＩｌすべき試料、１６１はエネル
ギ線、１５１は純度が高くかつ元素の種別と組成のわか
った観測用雰囲気ガス、１２０は取付角度が可変かつ２
次元移動が可能である試料１１０を取付けるための試料
台、１３０は試料台１２０とともに試料１１０を収納し
気密性保持の可能なもしくは高真空維持の可能な試料収
納部、１４０は観測用雰囲気ガス１５１をたとえばボン
ベ等に封入した観測用雰囲気ガス供給源、１５０は試料
収納部１３０の中へ観測用雰囲気ガス１５１を導入する
ことの可能な観測用雰囲気ガス導入部、１６０は２次元
走査もしくは非走査が可能で試料収納部１３０内の観測
すべき試料１１０面に向けて所定の断面形状、寸法のエ
ネルギ線１６１を照射できるエネルギ線照射部、１７０
は少なくともエネルギ線１６１の照射される試料面上の
領域を含む周囲のガスを吸引ガス１７１として取込むガ
ス吸引部、１８０は吸引ガス１７１の組成成分、組成比
などを分析する分析部、１０１はエネルギ線１６１のエ
ネルギを吸収して表面汚染１００から発生した発生ガス
、１９０は分析部１８０で分析された吸引ガス１７１の
分析結果から発生ガス１０１と観測用雰囲気ガス１５１
の成分を分離し両者を比較して表面汚染の有無、量、分
布などを判断し、この分析結果、判断、判定に基づいて
表示または記録を行なったり、信号を出したりする判定
表示部である。１３１は試料収納部１３０内のガスを排
出するための排気装置、１５２は観測用雰囲気ガス導入
部１５０からのＩｌ測用雰囲気ガス１５１を試料収納部
１３０の中で放出させる開口である観測用雰囲気ガス放
出開口、１７２は吸引ガス１７１を取込むガス供給部１
７０の開口である吸引ガスとりこみ開口、２０１゜２０
２．２０３はガスの流れを制御する開閉調整弁である。

この実施例の表面汚染装置は次のように動作させる。ま
ず試料１１０を所定の取付角度で試料台に取付けた後、
試料１１０を試料台１２０とともに試料収納部１３０内
へ入れて密閉する。観測用雰囲気ガス放出開口１５２と
吸引ガスとりこみ開口１７２の配置は、２次元走査、移
動可能なエネルギ線の照射、所定の取付角度を持った試
料１１０および試料台１２０の妨げとならないように配
置し、かつ観測用雰囲気ガス１５１の多くが吸引ガスと
りこみ開口１７２にて吸引されるように配置し、流動す
るガス流線１５５を貫通してエネルギ線照射部１６０か
らのエネルギ線１６１が試料台１２０に取付けられた試
料１１０を照射するように配置する。

次に試料収納部１３０の中の大気ガスを、開閉調整弁２
０１を開き、排気装置１３１によって排出する。この大
気ガスの排出の度合は、主にエネルギ線１６１の種類に
依存し、たとえばエネルギ線１６１を試料収納部１３０
に設けられた光学的窓を通過させて試料収納部１３０内
へ入射させることのできるレーザ光ビームなどの場合に
は気密性を保持し、たとえばイオンビームや電子ビーム
のごとくエネルギ［１１６１の発生とその試料収納部１
３０内への導入、走査に真空が必要なエネルギ線１６１
種の場合には高真空を維持するよう大気ガスを排出する
。

次に観測用雰囲気ガス供給′ｆ！Ａ１４０から観測用雰
囲気ガス導入部１５０を通じて、開閉調整弁２０２を調
節しながら開き所定の流量の、たとえば高純度ヘリウム
（Ｈｅ　）ガスのごとき観測用雰囲気ガス１５１を試料
１１０面上へ放出するよう配置された観測用雰囲気ガス
放出開口１５２から放出させる。と同時に後述のごとく
吸引ガス１７１が分析部１８０へ送り込まれるように、
開閉調節弁２０３も調節する。

次に所定断面形状、寸法のたとえばレーザ光ビームやイ
オンビームまたは電子ビームのごときエネルギ１１１６
１を試料１１０に向けてエネルギ線照射部１６０から照
射する。試料１１０やエネルギ線１６１断面の形状、寸
法、試料１１０面上での観測領域範囲、観測精度等の選
択によって、エネルギ線１６１を２次元走査させもしく
は走査させないで試料１１０面へ照射する。すなわち試
料１１０の寸法が小さくエネルギ線１６１の断面領域内
に試料１１０が収まる場合や試料１１０面内での精密な
検出位ａｍ度を要しない場合には、エネルギ線１６１を
２次元走査させる必要はない。

逆に試料１１０の寸法がエネルギ線１６１の断面より大
きい場合や試料１１０面上で表面汚染１００の存在分布
、マツプを観測したい場合には、エネルギ線１６１を２
次元走査させる。２次元走査の場合には試料台１２０の
２次元移動を併用してエネルギＩ！１１６１を２次元走
査させてもよい。エネルギａ１６１の２次元走査は、エ
ネルギ線１６１がレーザ光ビーム等の非萄電ビームの場
合にはたとえば回転ミラーを用いて２次元走査させ、イ
オンビームヤ電子ビームのごとき荷電ビームの場合には
たとえば偏向電極を用い電気的に２次元走査させる。そ
して試料１１０面上の表面汚染１００がエネルギ線１６
１を照射されると、既述のごとく表面汚染１００はエネ
ルギ線１６１のエネルギを吸収して温度上昇、化学的変
化による発生ガス１０１を生じる。そこでこの発生ガス
１０１を観測用雰囲気ガス１５１とともにガス取込み開
口１７２からガス吸引部１７０へ吸引し、次にこの吸引
ガス１７１を分析部１８０へ送り込む。発生ガス１０１
の取込みは、開閉調整弁２０２．２０３を調節して、ガ
ス吸引部１７０内部のガス圧力を吸引ガス取込み開口１
７２の圧力よりも小ざくしで行なうなどの方法を用いる
。分析部１８０では、吸引ガス１７１の組成成分、組成
比などを分析する。分析項目はたとえば組成成分単独だ
けでもよいし、必要ならば他の項目を追加して行なう。

こうした成分分析は、分析部１８０へたとえば直交磁場
単集束型、飛行時間型、４重積型のごとき質量分析計を
装着し、これらの質量分析計により吸引ガス１７１のイ
オン質量スペクトルを調べることによって行なう。この
分析によって吸引ガス１７１を構成する分子の組成成分
、組成比などを反映した電気的出力信号量が得られる。

次に判定表示部１９０において、この吸引ガス１７１の
分析結果から、電気的出力信号量をたとえば同一質量の
出力信号量の差を求めるなどの演算処理、繰返し取得し
た電気的出力信号量の統計処理、異種質量間の信号量の
比較演算処理などを施す。こうして発生ガス１０１と観
測用雰囲気ガス１５１の成分を分離し両者を比較して、
表面汚染１００の有無判断、存在量把握、存在位置分布
、試料良否判定などを行ない、たとえばＣＲＴ表示また
はプリントアウト、マツピング、データストアのごとき
表示、記録を行なう。

観測用雰囲気ガス１５１として、例示のごとく高純度ヘ
リウム（Ｈｅ　）ガスのような、一般に表面汚染１００
や試料１０１を構成する元素とは異なる元素のガスを用
いると、判定表示部１９０における発生ガス１０１と観
測用雰囲気ガス１５１の成分の分離、比較などは、主と
して観測用雰囲気ガス１５１以外のガス成分に着目すれ
ばよいことから、表面汚染１００の存在を鋭敏かつ正確
に検出、判定することができる。

上記のように発生ガス１０１を観測用雰囲気ガス１５１
とともに取込んだ吸引ガス１７１を分析する方法は、散
乱光を検出する方法ではないから、光を散乱しにくい光
学的に透明であることの多い有機物の表面汚染１００の
検出に好適である。しかも一般に有機物は、比較的低い
温度で蒸発したり化学的変化を伴なった分解ガスを発生
しやすいから、少ないエネルギ量のエネルギ線１６１の
照射によって、容易に表面汚染１００を検出できる発生
ガス１０１を得ることができる。さらに発生ガス１０１
の組成を分析すれば、表面汚染１００の物質の種類を判
定するときに役立つ。

さらに、上記の実施方法の説明から理解できるように、
本発明によれば、表面汚染１００にエネルギ線１６１が
照射されればよいから、パターンの形成されているよう
な凸凹のある試料１１０に対しても適用できる。

試料１１０面上へのエネルギ纏１６１照射を２次元走査
で行なわせる場合、このエネルギ線１６１の走査と同期
させて、表面汚染１００に起因する電気的出力信号量成
分をＣＲＴ等に表示させるならば、試料１１０面上での
表面汚染１００の分布状態を観察できる。

第３図は試料台１２０への試料１１０の取付角度を可変
としたときの作用、効果を示す斜視図である。試料１１
０面の法線方向とエネルギ線１６１の入射方向のなす角
度、取付角度αを大きくすることによって、観測領域が
同一面積であっても、取付角度αの小さい場合よりも、
表面汚染１００の観測を短時間で行なうことができる。

エネルギ線１６１を走査しないで、取付角度がＯ（α−
〇）の試料１１０面を照射したとき非照射面積をＳｏ。

取付角度がαのときの被照射面積をＳ医とすればＳｃｃ
　−８ｏ　／ｃｏｓ　　（α）であるから、取付角度α
を大きくすることによってＳ。＞　Ｓ　ｏとなる。した
がって試料台（１２０）の２次元移動装置を駆動し、エ
ネルギｖｊＡ１６１のエネルギ値を大きくし、走査速度
を高めてエネルギ線１６１の２次元走査を行なうことに
より、表面汚染１００の観測はより短時間となる。取付
角度α−〇とし、エネルギ線１６１の断面寸法を小さく
絞り、低い走査速度のエネルギ１１６１の２次元走査を
行なえば、表面汚染１００検出の位置精度が高くなり、
精密な表面汚染１００の存在分布マツプを得ることがで
きる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、表面汚染１ｍ測装置を
一定の表面汚染観測雰囲気下で表面汚染観測をする試料
に向けてエネルギ線を照射する部分と、前記エネルギ線
を吸収して試料の汚染物から発生したガスを分析する部
分から構成したので、表面汚染観測をガス分析を用いて
行なうことができるようになり、光学的に透明な表面汚
染も観察−でき、微小微農の表面汚染も検出でき、凸凹
のあるパターンの形成された試料にも適用できる効果が
ある。また以上のように半導体ウェハ面上に付着した汚
染物の除去対策を講じる上で有益な情報を得ることがで
き、ひいては半導体装置の製造歩留りや信頼性の向上に
役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図は第１
図のＡ部の部分拡大図、第３図は本発明の一実施態様を
説明するための斜視図である。 １００は表面汚染、１０１は発生ガス、１１０は試料、
１２０は試料台、１３０は試料収納部、１３１は排気装
置、１４０は観測用雰囲気ガス供給源、１５０は観測用
雰囲気ガス導入部、１５１は観測用雰囲気ガス、１５２
は観測用雰囲気ガス放出開口、１６０はエネルギ懐照射
部、１６１はエネルギ線、１７０はガス吸引部、１７１
は吸引ガス、１７２は吸引ガス取込み開口、１８０は分
析部、１９０は判定表示部、２０１．２０２．２０３は
開閉調整弁である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面汚染を観測すべき試料を取付けるための試料
   台、 前記試料台とともに試料を収納し、気密性保持の可能な
   または高真空維持の可能な試料収納部、 前記試料収納部の中へ元素の種別と組成のわかった観測
   用雰囲気ガスを導入することの可能な観測ガス導入部、 前記観測用雰囲気ガスを前記試料収納部へ供給するため
   の観測用雰囲気ガス供給源、 前記試料収納部内の観測すべき試料面に向けて所定の断
   面形状、寸法のエネルギ線を照射できるエネルギ線照射
   部、 少なくとも前記エネルギ線の照射される試料面上の領域
   を含む周囲のガスを吸引ガスとして吸引するガス吸引部
   、 前記吸引ガスの組成成分、組成比等を分析する分析部、 前記分析部で分析された吸引ガスの分析結果からエネル
   ギ線の吸収で発生した表面汚染による発生ガスと観測用
   雰囲気ガスの成分を分離し、両者を比較して表面汚染の
   有無等を判断する判断部とから構成されていることを特
   徴とする表面汚染観測装置。
2. （２）前記観測用雰囲気ガス導入部からの観測用雰囲気
   ガスを前記試料収納部の中で放出させる開口と、前記吸
   引部によって少なくともエネルギ線の照射される試料面
   上の領域を含む周囲のガスを吸引する開口とでガス流線
   を形成し、前記ガス流線を通過してエネルギ線照射部か
   らのエネルギ線が試料台に取付けられた観測試料を照射
   するようエネルギ線照射部および試料台を配置したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面汚染観測
   装置。
3. （３）前記エネルギ線がレーザ光ビームまたはイオンビ
   ームまたは電子ビームであることを特徴とした特許請求
   の範囲第１項記載の表面汚染観測装置。
4. （４）前記表面汚染を観測すべき試料を取付けるための
   試料台が、取付角度が可変かつ２次元移動が可能である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面汚染
   観測装置。
5. （５）前記エネルギ線照射部が２次元走査または非走査
   が可能であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の表面汚染観測装置。
6. （６）前記判断部が表面汚染の有無だけでなく、その量
   、分布なども判断することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の表面汚染観測装置。
7. （７）前記判断部は表面汚染の判断を行なうだけでなく
   その判断結果に基づいてその表示、記録、信号を出すこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面汚染観
   測装置。