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JP4078043B2 - Method and apparatus for detecting floating foreign matter in plasma processing apparatus and semiconductor device processing apparatus - Google Patents

Method and apparatus for detecting floating foreign matter in plasma processing apparatus and semiconductor device processing apparatus Download PDF

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JP4078043B2
JP4078043B2 JP2001190584A JP2001190584A JP4078043B2 JP 4078043 B2 JP4078043 B2 JP 4078043B2 JP 2001190584 A JP2001190584 A JP 2001190584A JP 2001190584 A JP2001190584 A JP 2001190584A JP 4078043 B2 JP4078043 B2 JP 4078043B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング、スパッタリング、CVD等のプラズマを用いて半導体基板上に所望の薄膜や回路パターン等を形成する半導体デバイスの処理装置の処理室内部に浮遊する微細な粒子(異物)を検出する方法及びその装置、及び、プラズマ処理技術により薄膜や回路パターン等を形成する過程で処理室内に発生する異物を、処理中にリアルタイムで計測する機能を備えた半導体デバイスを処理する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エッチング装置を始めとして、プラズマを用いた処理が半導体デバイスの処理(製造)工程や液晶表示装置用基板処理(製造)工程に広く適用されている。
【0003】
プラズマを用いた処理装置の1例として、図25に示す平行平板形プラズマエッチング装置がある。この種の装置は、図25に示すように、シグナルジェネレータ83からの高周波信号によりパワーアンプ84の出力電圧を変調し、この高周波電圧を分配器85により分配して、処理室内において互いに平行に配置した上部電極81と下部電極82の間に印加し、両電極間81、82での放電によりエッチング用ガスからプラズマ71を発生させ、その活性種で被処理体としての、例えば半導体基板(ウェハ)Wをエッチングするようになっている。
【0004】
高周波信号としては,例えば400kHz程度の周波数が用いられる。エッチング処理に際しては、エッチングの進行状況を監視し、その終点をできるだけ正確に判定して、所定のパターン形状及び深さだけエッチング処理を行うようにしている。終点が検出されると、パワーアンプの出力を停止し、半導体ウェハが処理室から排出される。
【0005】
上記プラズマエッチング装置では、プラズマ処理によるエッチング反応によって生成された反応生成物が、プラズマ処理室の壁面あるいは電極に堆積し、これが時間経過に伴い、剥離して浮遊異物となることが知られている。この浮遊異物は、エッチング処理が終了しプラズマ放電が停止した瞬間に、ウェハ上に落下して付着異物となり、回路の特性不良やパターン外観不良を引き起こす。そして、最終的には、歩留まりの低下や素子の信頼性低下の原因となる。
【0006】
上記ウェハ表面に付着した異物を検査する装置は、多数報告され実用化されているが、これらは、プラズマ処理装置から一旦ウェハを抜き出して検査を行うもので、異物が多く発生していると判った時点では、既に他のウェハの処理が進んでおり、不良の大量発生による歩留まりの低下の問題がある。また、処理後の評価では、処理室内の異物発生の分布、経時変化などは判らない。
【0007】
従って、処理室内の汚染状況をin−situでリアルタイムモニタする技術が、半導体製造や液晶製造等の分野で求められている。
【0008】
処理室内で浮遊する異物の大きさは、サブミクロンから数百μmの範囲であるが、256MbitDRAM(Dynamic Random Access Memory)、さらには1GbitDRAMへと高集積化が進む半導体の分野においては、回路パターンの最小線幅は0.25〜0.18μmと微細化の一途を辿っており、検出すべき異物の大きさもサブミクロンオーダが要求されている。
【0009】
プラズマ処理室等の処理室(真空処理室)内に浮遊した異物をモニタする従来技術としては、特開昭57−118630号公報(従来技術1)、特開平3−25355号公報(従来技術2)、特開平3−147317号公報(従来技術3)、特開平6−82358号公報(従来技術4)、特開平6−124902号公報(従来技術5)、特開平10−213539(従来技術6)に開示された技術が挙げられる。
【0010】
上記従来技術1には、反応空間における自己発光光のスペクトルと異なったスペクトルを有する平行光を反応空間に照射する手段と、上記平行光の照射を受けて上記反応空間において発生する微粒子からの散乱光を検出する手段とを、具備した蒸着装置が開示されている。
【0011】
また、上記従来技術2には、半導体装置用基板表面に付着した微細粒子及び浮遊している微細粒子を、レーザ光による散乱を用いて測定する微細粒子測定装置において、波長が同一で相互の位相差がある所定の周波数で変調された2本のレーザ光を発生させるレーザ光位相変調部と、上記2本のレーザ光を上記の測定対象である微細粒子を含む空間において交差させる光学系と、上記2本のレーザ光の交差された領域において測定対象である微細粒子により散乱させた光を受光し、電気信号に変換する光検出部と、この散乱光による電気信号の中で上記レーザ光位相変調部での位相変調信号と周波数が同一または2倍で、かつ上記位相変調信号との位相差が時間的に一定である信号成分を取り出す信号処理部とを、備えた微細粒子測定装置が開示されている。
【0012】
また、上記従来技術3には、コヒーレント光を走査照射して反応容器内で散乱する光をその場で発生させるステップと、上記反応容器内で散乱する光を検出するステップとを含み、それにより上記散乱光を解析することで、上記反応容器内の汚染状況を測定する技術が記載されている。
【0013】
また、上記従来技術4には、レーザ光を生成するレーザ手段と、観測されるべき粒子を含むプラズマ処理ツールの反応室内の領域を上記レーザ光で走査するスキャナ手段と、上記領域内の粒子によって散乱したレーザ光のビデオ信号を生成するビデオカメラと、上記ビデオ信号のイメージを処理し表示する手段とを、有する粒子検出器が記載されている。
【0014】
また、上記従来技術5には、プラズマ処理室内のプラズマ発生領域を観測するカメラ装置と、該カメラ装置により得られた画像を処理して目的とする情報を得るデータ処理部と、該データ処理部にて得られた情報に基づいてパーティクルを減少させるように排気手段、プロセスガス導入手段、高周波電圧印加手段及びパージガス導入手段のうち少なくとも1つを制御する制御部とを、備えたプラズマ処理装置が記載されている。
【0015】
また、上記従来技術6には、測定体積を横切って照射する光ビームを送出する光送出器と、光検出器と上記測定体積からの散乱光を集光してその光を上記光検出器に向ける光学系とを含み、その光検出器に向けられた光の強度を表す信号をその光検出器が発生するように構成した検出器と、前記光検出器からの信号を分析するように相互接続され、前記光検出器からの信号の中のパルスを検出するパルス検出器と、微粒子に対応しその微粒子が前記測定体積の中を動く間の前記ビームによる複数回の照射に伴う前記微粒子による散乱光に起因する一連のパルスを特定する事象検出器とを含む信号処理手段とを含む微粒子センサが記載されている。
【0016】
上記した各従来技術は、処理装置の側面に設けられた観測用窓からレーザ光を照射し、対向した側面あるいはその他の側面に設けられた上記レーザ照射用観測窓とは異なる観測用窓から、レーザ前方散乱光や側方散乱光を検出するものである。したがって、これらの前方散乱光や側方散乱光を検出する方式では、照射光学系と検出光学系とが各々異なるユニットで形成され、これらを取り付ける観測用窓も2つ必要であり、また、光軸調整等も、照射・検出光学系で各々行わなければならず、取り扱いが面倒なものとなっていた。
【0017】
また、通常、プラズマ処理室などの処理室の側面の観測用窓は、プラズマ発光などをモニタするためにほとんどの機種に設けられているが、この観測窓は1つのみしか備え付けられていない場合も少なくない。従って、観測用窓を2つ必要とする従来手法は、観測用窓を1つしか備えていない処理室をもつ製造装置には、適用することができないという問題がある。
【0018】
さらに、前方散乱光や側方散乱光を検出する従来方式においては、処理室へ照射する照射ビームを回転走査させて、ウェハ等の被処理体の全面上の異物発生状況を観測しようとした場合には、多数の観測窓と検出光学系とを必要とし、大幅なコストアップ要因となる上、多数の観測窓や検出光学系を設けることも、スペースファクター上の制約から実際には非常に困難であると予想される。
【0019】
また、上記した従来技術の手法はいずれも、固定のレーザ光を用いてウェハ上の一部の領域を観測するものであり、ウェハ全面にわたってプラズマ中の浮遊異物を計測することは困難である。
【0020】
プラズマ処理室内に浮遊した異物をウェハ全面にわたってin−situ計測する機能を備えた半導体製造方法及び装置も提案されていおり、例えば、特開平9−24359号公報(従来技術7)がある。
【0021】
上記従来技術7には、処理室内の上下方向、水平方向、または上下および水平方向にレーザ光を照射し、処理室内のパーティクルにより散乱したレーザ光を検出し、検出したレーザ光の強度から処理チャンバ内のパーティクルをリアルタイムでモニタすることを特徴とするパーティクルモニタ方法が記載されている。
【0022】
しかし、これらの手法はいずれも、レーザ照明光学系と、散乱光検出光学系が分離している。そのため、レーザ光を処理室内に照射し、散乱光を検出するための観測窓を二つ以上備えている装置に適用が限定されたうえ、レーザ照明光学系および散乱光検出光学系の光軸調整を個別に行う必要があるため、取扱が不便であった。 更に、プラズマ処理室内に浮遊した異物をウェハ全面にわたってin−situ計測する機能を備えた半導体製造方法及び装置として、特開平11−251252号公報(従来技術8)には、プラズマ励起周波数とは異なる周波数で強度変調したレーザビームをプラズマ処理室の観察用の窓からプラズマ処理室の内部に照射し、異物からの後方散乱光を検出して浮遊異物を検出する方法及びその装置が開示されている。
【0023】
しかし、この従来技術8には、レーザ光源を小型化して操作性をよくすることについては配慮されていない。
【0024】
また、従来技術8には、後方散乱光を検出する場合の特有の課題の一つである、処理室内壁面からの反射光の影響を受けないようにすることについても、配慮されていない。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
一方、256MbitDRAM、さらには1GbitDRAMへと高集積化が進む半導体の分野においては、回路パターンの最小線幅は0.25〜0.18μmと微細化の一途を辿っており、検出すべき異物の大きさもサブミクロンオーダが要求されている。しかし、従来技術では、異物散乱光とプラズマ発光の分離が困難であるため、比較的大きな異物の観測に適用が限定され、サブミクロンオーダの微小異物を検出することは困難であると考えられる。
レーザ照明光学系及び散乱光検出光学系を一体化し、一つの観測窓に取り付け可能な異物モニタを実現するには、照射したレーザ光と同じ光軸を後ろ方向に伝搬し、レーザ照射光学系へと戻る、後方散乱光を検出する方法が有効である。
【0026】
更に、モニタの小形化を実現するには、モニタを構成する各々の部品を小型化することが重要となる。
【0027】
一般に、レーザ光源は、その他の光学素子と比較すると大きい。また、光学素子は、外部から物理的な力が加わったり、表面に付着したゴミがレーザ光により焼き付く等の現象が起こらなければ破損する確率は低い。それに比べ、レーザ光源の寿命は短い。従って、in−situモニタのレーザ光源としては、例えば、高寿命および小形な半導体レーザ、もしくは、半導体レーザ励起の固体レーザが有効である。ここで、異物粒径が同じであれば、異物により生じる散乱光の強度は、照射するレーザ光の出力に比例し、波長の自乗に比例する。従って、半導体レーザよりも、非線形光学結晶により波長を短波長化する半導体レーザ励起の固体レーザの方がレーザ散乱法による異物検出にとっては有効である。
【0028】
しかしながら、半導体レーザは、雰囲気温度、もしくは、半導体結晶の温度温度変化により、その出力及び波長が変動するため、温度制御が必須となることである。出力が高くなるにつれて発熱量が増加するため、発生した熱を外部に放出する必要があることである。通常、ペルチェ素子を用いた冷却が行われ、付随して放熱用のヒートシンクが使用される。このヒートシンクの大きさは、半導体レーザ自信が小型であるのに対して、数倍から数十倍の体積になる。以上のことから、小形モニタの実現のためには、ヒートシンクを含めたレーザ光源の小形化が必須となる。
【0029】
外部にレーザ光源を設置し光ファイバでレーザを導く方法もあるが、同じ光軸上を伝搬する照射光と散乱光を分離するためには偏光分離が有効である。偏光したレーザ光を偏波面保存ファイバで導くことは可能である。しかしながら、出力が高い場合、コア系の細い偏波面保存ファイバに入射させようとしても、入射端面がダメージを受け、結合損失が増加してしまう。更には、レーザ出力が大きすぎた場合には、ファイバには入射するどころか、反射されてしまう。ビーム径を拡大し、数本のファイバを束ねたバンドルファイバにより導くことは可能であるが、偏波面を保存するには1本1本のファイバの方向を揃える必要があり、実現はかなり困難である。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、レーザ照明光学系及び散乱光検出光学系が一体化され、一つの観測窓に取り付け可能な、小形で且つ光軸調整などの取扱が簡便で、更に、メンテナンス効率が高い異物モニタにより、半導体製造装置内に浮遊した異物を半導体処理に何ら影響を及ぼすことなく、処理中にin−situ計測する機能を備えた浮遊異物検出装置を提供することにある。
【0030】
また、本発明の他の目的は、1つの観測用窓を照射光学系と検出光学系で兼用し、処理室内に浮遊した異物の検出を、1つのユニットで構成された光学系によって行えるようにすることにある。また、本発明の他の目的は、限られた狭いスペースに取り付けができるように、コンパクトな照射・検出光学系を構成する方法および装置を実現することにある。また、本発明の他の目的は、微弱な異物散乱光を精度良く検出できる、信頼性の高い方法および装置を実現することにある。また、本発明の他の目的は、ウェハ等の被処理体の全面上の異物発生状況を判定できる方法および装置を実現することにある。また、本発明の他の目的は、上記の構成を備えた半導体デバイスの処理装置を提供することにある。
【0031】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために本発明では、半導体製造装置の内部に浮遊する異物を検出する装置を、レーザ光源部と、このレーザ光源部から発射されたレーザにより励起されたレーザを半導体製造装置の内部に照射するレーザ照射光学系部と、このレーザ照射光学部により照射されて異物で散乱されたレーザを検出する散乱光検出光学系部と、信号処理・制御部とを備えて構成し、レーザ光源部が光ファイバでレーザ照射光学系部と接続されている構成とした。
また、上記した目的を達成するために本発明では、プラズマを用いた半導体製造装置の内部に浮遊する異物を検出する装置を、レーザ光源部と、このレーザ光源部からの出力に基づいてレーザを半導体製造装置の内部に照射して異物で散乱されたレーザを検出するモニタ光学系部と、このモニタ光学系部の検出信号を処理する信号処理・制御部とを備えて構成し、モニタ光学系部がレーザ光源部と信号処理・制御部とにそれぞれ光ファイバで接続されている構成とした。
【0032】
また、上記した目的を達成するために本発明においては、例えば、処理室内の被処理体に所望の薄膜生成または加工処理を施す際に、外部のレーザ光源から光ファイバにより導いたレーザ光を、観測用窓を通して、処理室内へ照射する。そして、処理室内の異物によって散乱された後方散乱光を、上記同一の観測用窓を通して、検出光学系において受光し、上記検出信号から、異物の個数、大きさ、分布を判別して、この判別結果をディスプレイ上に表示する。
【0033】
また、上記観測用窓を通して上記処理室内に照射する照射ビームを、水平方向に回転走査するようにして、異物の2次元分布を判定する。
【0034】
また、上記した目的を達成するために本発明においては、半導体デバイスを処理する装置を、内部を観察可能な窓と内部に被処理基板を載置する載置部と内部を所定の圧力に維持する圧力設定部とを備えた処理室と、所定の圧力に維持された処理室の内部にプラズマを発生させて載置部に載置した被処理基板を処理するプラズマ処理手段と、処理室の外部に配置されたレーザ光源部と、このレーザ光源部から発射されたレーザを光ファイバを介して受けて窓から処理室の内部にレーザを走査して照射するレーザ照射光学系部と、このレーザ照射光学部でレーザを走査して照射することによりプラズマ処理手段で被処理基板を処理している最中に処理室の内部に浮遊する異物で散乱された散乱光を観察用窓部を介して検出する散乱光検出光学系部と、この散乱光検出光学系部で検出した散乱光の信号を光ファイバを介して受信し処理することにより処理室の内部に浮遊する異物に関する情報を出力する信号処理手段とを備えて構成した。
【0035】
また、上記した目的を達成するために本発明では、半導体デバイスを処理する装置を、内部を観察可能な窓と内部に被処理基板を載置する載置部と内部を所定の圧力に維持する圧力設定部とを備えた処理室と、所定の圧力に維持された処理室の内部にプラズマを発生させて載置部に載置した被処理基板を処理するプラズマ処理手段と、処理室の外部に配置されたレーザ光源部と、このレーザ光源部から発射されたレーザを光ファイバを介して受けて窓から処理室の内部にレーザを走査して照射するレーザ照射光学系部と、このレーザ照射光学部でレーザを走査して照射することによりプラズマ処理手段で被処理基板を処理している最中に処理室の内部に浮遊する異物で散乱された散乱光を前記観察用窓部を介して検出する散乱光検出光学系部と、この散乱光検出光学系部で検出した散乱光の信号を光ファイバを介して受信し処理することにより処理室の内部に浮遊する異物に関する情報を出力する信号処理手段とを備えて構成した。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図1〜図24を用いて説明する。
なお、以下に述べる本発明の各実施形態では、プラズマドライエッチング装置に利用されている、平行平板形プラズマエッチング装置への適用例を示すが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、本発明は、スパッタ装置やCVD装置などの薄膜生成(成膜)装置、あるいは、ECRエッチング装置やマイクロ波エッチング装置、またはアッシング装置などの各種薄膜生成、加工装置への適用が可能である。
まず、本発明の第1の実施形態を説明する。図1は、第1の実施形態におけるエッチング装置とプラズマ中浮遊異物計測装置を示すものである。プラズマ中浮遊異物計測装置は、レーザ照射光学系2010、散乱光検出光学系3010、信号処理・制御系6010から成る。レーザ照射光学系2010と散乱光検出光学系3010とは一つのユニットで構成され、それぞれ光ファイバでレーザ光源120および信号処理・制御系6010と接続されている。
図1に示すように、エッチング装置では、シグナルジェネレータ83からの高周波信号によりパワーアンプ84の出力電圧を変調し、この高周波電圧を分配器85により分配し、プラズマ処理室86内に互いに平行に配置した上部電極81と下部電極82の間に印加し、両電極間での放電によりエッチグ用ガスからプラズマ71を発生させ、その活性種で被処理体としての半導体ウェハ70をエッチングする。シグナルジェネレータ83で発生する高周波信号としては、例えば400kHz程度が用いられる。エッチング処理に際しては、エッチングの進行状況を監視し、その終点をできるだけ正確に検出して、所定のパターン形状及び深さだけエッチング処理を行うようにしている。終点が検出されると、パワーアンプ84の出力を停止し、半導体ウェハ70がプラズマ処理室86から排出される。
レーザ照射光学系2010では、モニタ光学系本体から離れた場所に設置された励起用レーザ光源120からのレーザ光(例えば、赤外半導体レーザ光、波長;809nm)を、励起光用光ファイバ132により、モニタ光学系本体に設置された利得媒体121(例えば、ネオジム・バナデート(Nd:YVO))に照射される。ネオジム・バナデートは波長809nmの励起光を吸収し、1064nm周辺の波長で単一方向の強力な光を放出する。更に、ネオジム・バナデートは結晶の軸方向によって物理的特性が異なる物質で、偏光したレーザ光を放出する。
ネオジム・バナデートからの光は、次に非線形光学結晶122(例えば、LBO結晶)により、波長1064nmから第2次高調波の波長532nmのレーザ光に変換される。
上記波長変換されたレーザ光は、強度変調器123でプラズマの励起周波数とは異なる周波数、例えば170MHzで強度変調された後、コリメーティングレンズ116により拡大され、フォーカシングレンズ117により半導体ウェハ70の中心に集光する。
ここで、強度変調器123としては、例えば、AO(Acosto−Optical)変調器が有る。この強度変調器123には、計算機161からの制御信号に基づいて発振器(図示せず)から出力されたプラズマの励起周波数とは異なる周波数の信号が印加され、非線形光学結晶122で波長変換されたレーザを、この周波数で強度変調する。
リメーティングレンズ116及びフォーカシングレンズ117の焦点距離を適当に選び、焦点深度を半導体ウェハ70の半径より大きくすることで、半導体ウェハ70の手前及び奥までの領域を、ほぼ均一な光エネルギー密度で照射することが可能となる。
上記集光されたS偏光ビームは偏光ビームスプリッタ124で反射された後、1/4波長板126を通過させることで円偏光ビームに変換した後、高速駆動するガルバノミラー125で反射され、観測窓10を透過してプラズマ処理室86に入射し、半導体ウェハ70の上空を扇形に全面走査する。上記長焦点深度ビームを走査することにより、半導体ウェハ70の上空全面をほぼ均一のエネルギー密度で照射することが可能となる。
円偏光ビームは、プラズマ71中の浮遊異物72によって散乱される。この異物散乱光201のうち入射ビームと同じ光軸を後ろ方向に散乱された後方散乱光202がガルバノミラー125で反射され、そのうち正反射成分である円偏光成分は再び1/4波長板126を透過することでP偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ124を透過し、結像レンズ131により光ファイバ133の入射端面に集光される。
ここで、図2に示すように、半導体ウェハ70の中央73bとファイバ受光端とが結像関係にある。ファイバ受光端の大きさを、デフォーカスしたウェハ手前73aおよび奥73cからの異物散乱光も受光可能な大きさとすることで、半導体ウェハ70上空で発生する異物散乱光を全て受光できる。従って、長焦点ビームの高速走査と併せ、半導体ウェハ70上空全面においてほぼ均一な感度で異物検出が行えることも、本発明の特徴の一つである。
【0037】
尚、本実施例のように、照明光の波長が532nmの場合、異物粒径がおおよそ10μmより小さくなると、後方散乱光の偏光成分のほとんどは入射光の偏光成分と等しくなる。従って、偏光分離法として広く知られているS偏光照明・P円光検出(P偏光照明・S偏光検出)では、検出散乱強度が著しく低下し、検出感度の低下を引き起こすが、上記実施例のように円偏光照明・円偏光検出とすることで異物粒径の減少に伴う検出感度の低下を抑えることが可能となることも、本発明の特徴の一つである。
プラズマ処理室86の内壁面からの直接反射光や散乱光は、検出用光ファイバの手前の処理室壁面と共役な点に空間フィルタ136を設置してこれらの光を遮光することで、検出用光ファイバ133に入射するのを防止できる。これにより、処理室内壁面からの反射光の影響を受けることなく、異物からの後方散乱光を検出ことができ、検出の精度を上げることができ、より小さい浮遊異物や、後方散乱光が少ない異物も、見逃すことなく検出することが可能になる。
異物観測窓10からの直接反射光は、観測窓10を傾斜させ反射光軸を検出光軸からずらすことで光ファイバに入射しない構成としたことも、本発明の特徴の一つである。
また、観測窓に反射防止コートを施すことで反射光強度を低減させることも可能である。
検出用ファイバ133の出射端は干渉フィルタ140に接続されており、レーザ光と同一波長成分(532nm)が抽出され、光電子増倍管等の光電変換素子135により電流信号に変換される。この電流信号は、信号処理・制御系6010において増幅器137で増幅された後計算機161に送られる。計算機161では、ガルバノドライバ129を介して走査制御信号401をガルバノミラー125に送り、ビーム103を走査しつつ各走査位置での異物散乱強度をディスプレイ162に表示していく。
図3及び図4に、ディスプレイ162での表示例を示す。図3には、φ300mmのウェハ上の照射光9ラインでの、ウェハ中心領域における検出信号の各走査毎の変化、すなわち時間変化が示されている。プラズマ中の浮遊異物により散乱光が発生した場合には、図中3箇所で示した様なパルス上の大きな信号が現れる。これらのパルス状の信号の強度から異物の大きさを判定することができる。また、図4に示すように、各検出位置において、n回目の走査時の出力と(n−1)回目の走査時の出力の差分をとると背景雑音の直流成分がキャンセルされ、また、常時同様に揺らいでいる背景雑音の揺らぎを低減させることが可能となり、異物信号の判定が容易となる。
エッチングが終了し、ウェハ70が処理室から排出されると計測を終了する。計測データはウェハ単位で記録される。測定データを外部に出力し、外部出力信号402を利用して処理室プラズマ処理室87の汚染状況を逐次監視することも可能である。
【0038】
本実施例によれば、後方散乱光を検出するので照射び散乱光検出を一つの観測窓を通して行うことができ、照射光学系及び検出光学系を一つのユニットでモニタ光学系としてコンパクトに構成することが可能となり、更に、励起用光源をこのモニタ光学系本体より分離した構成としたことにより、励起用光源の冷却ヒートシンクをモニタ光学系本体から切り離すことが可能になり、モニタ光学系を大幅に小形化することが可能となる。
このようにモニタ光学系を小型化したことにより、既存の半導体製造装置の観察用窓に容易に取り付ける場合に、取り付けるための周囲の空間的な制約条件が少なくなり、取り付けを容易にすることができる。また、このように小型化が可能となったことにより、モニタ光学系の観察窓への取り付け部を着脱容易な構造としておくことにより、複数の半導体製造装置を、1台の検出装置で順次モニタすることも可能になる。
長焦点ビームの走査によりウェハ全面にわたりほぼ均一なエネルギー照明・均一感度検出が実現できるという効果が得られる。これにより、エッチング装置処理室内の汚染状況のリアルタイムモニタリングが可能となり、付着異物のよる不良ウェハの発生を低減できるという効果と、装置クリーニング時期を正確に把握することができるという効果が生まれる。また、ダミーウェハを用いた先行チェック作業の頻度が低減できるため、コスト低減と生産性の向上という効果が生まれる。更に、処理中に異物が発生するタイミングが判るため、異物低減対策に効果的な情報を得ることができるという効果が生まれる。
【0039】
次に、本発明の第2の実施形態に係るプラズマエッチング装置を説明する。図5は、本第2の実施形態に係る、プラズマ中浮遊異物計測装置を装着したエッチング処理装置の構成を示す図である。
【0040】
図5に示すように、エッチング処理装置1では、シグナルジェネレータ83からの高周波信号によりパワーアンプ84の出力電圧を変調し、この高周波電圧を分配器85によって分配して、プラズマ処理室86内において互いに平行に配置した上部電極81と下部電極82の間に印加し、両電極間での放電によりエッチグ用ガスからプラズマ71を発生させ、その活性種で被処理体としての半導体基板(ウェハ)Wをエッチングする。高周波信号としては、例えば400kHzが用いられる。
【0041】
プラズマ中浮遊異物計測装置2は、主としてレーザ照明・散乱光検出光学系2000と励起光源3000と制御・信号処理系6000とにより構成され、レーザ照明・散乱光検出光学系2000における照射光出口部・検出光入口部は、プラズマ処理室86の側面に設けられた観測用窓10に対向するように配置されている。
【0042】
ここで、プラズマ処理室86内にレーザ光を照射し、該プラズマ処理室86内の異物によって散乱される散乱光の強度は、照射レーザ光の波長の2乗に反比例し(異物粒径とレーザ波長が同程度の場合)、照射レーザ光の強度に比例する。また、コンパクトなプラズマ中浮遊異物計測装置を実現するためには、レーザ光源は小形であることが望まれる。現在市販されているレーザ光源のうち、小形と短波長の両方の条件を備えるものとしては、例えば、図6に示すような、半導体レーザ3000を励起光とした固体レーザ(例えば、波長532nm、出力〜500mW)がある。しかしながら、上記励起光源一体形の固体レーザの多くは、励起用光源(半導体レーザ)及び構成光学素子のサイズが小さいのに対し、励起用光源の放熱用ヒートシンクのサイズが大きくなる場合が少なくなく、これが、上記プラズマ中浮遊異物計測装置の小形化にとって不利となる場合が考えられる。
【0043】
そこで、本実施形態では、図7に示すように、上記励起光源一体形の固体レーザの励起光源3000と波長変換部5000を分離し、該波長変換部5000のみを上記プラズマ中浮遊異物計測装置2に搭載する構成とすることで、上記プラズマ中浮遊異物計測装置の小形化を図るものである。
【0044】
先ず、励起光源3000(例えば、半導体レーザ;波長809nm)からのレーザ光を、光ファイバ4000によりレーザ照明・散乱光検出光学系2000に導く。ここで、最終的にプラズマ処理室86内に照射されるレーザ光の強度は、該励起光源3000の強度に比例するため、上記励起光源3000からの出力は数Wと高出力となる場合がある。該高出力のレーザ光を導く方法としては、図8に示すように、多数の光ファイバを束ねたバンドルファイバを利用する方法が有効である。
【0045】
上記光ファイバ4000により導かれたレーザ光は、上記レーザ照明・散乱光検出光学系2000内に配置された波長変換部5000に導かれる。波長変換部5000に入射したレーザ光は、フォーカシングレンズ5001により集光され、利得媒体5002(例えば、ネオジウム・バナデート(Nd:VO)結晶やネオジウム・ヤグ(Nd:YAG)結晶、)に照射される。該利得媒体5002の、例えば、ネオジム・バナデートは、上記波長809nmの励起光を吸収し、1064nm周辺の波長で単一方向の強力な光を放出する。更に、ネオジム・バナデートは結晶の軸方向によって物理的特性が異なる物質で、偏光したレーザ光を放出する。該利得媒体5002から発せられた特定波長の偏光光は、次に、共振器5003内に配置した非線形光学結晶5004(例えば、第2次高調波発生結晶)により、波長変換される。つまり、非線形光学結晶5004の、例えば、LBO結晶は、波長1064nmのレーザ光を、波長532nmのレーザ光に変換する。該非線形光学結晶5004により、波長変換されたビームは、共振器5003により波長選択され、スペクトル幅の狭いレーザ光5008となる。
【0046】
次に、この特定波長の偏光した狭線幅のレーザビーム5008は、コリメーティングレンズ5005により平行光される。この平行ビームは、1/2波長板27によりP偏光ビーム101にした後、AO(Acousto−Optical)変調器22に入射する。なお、レーザ光5008の偏光方向が既にP偏光である場合は、1/2波長板27は不要である。AO変調器22に発振器23から出力された例えば周波数170kHz、好ましくはデューティ50%の矩形波信号を印加し、P偏光ビーム101を上記周波数で強度変調する。ここで、エッチング処理装置の電極に印加する高周波電圧を400kHzとした本実施形態では、レーザ強度変調周波数は、400kHzおよびその高調波成分800kHz、1.2MHz…とは異なる上記周波数170kHzなどが良い。理由については後で述べる。
【0047】
強度変調されたP偏光ビーム102は、フォーカシングレンズ18により、ウェハWの中心に集光させ、偏光ビームスプリッタ24を低損失で透過し、1/4波長板26により円偏光ビーム103に変換した後、ガルバノミラー25により反射され、プラズマ処理室86の側面に設けられた観測用窓10を通して処理室内へと導かれる。ここで、ガルバノミラー25を回転させ、ビームをウェハ面に平行な面内で走査することにより、ウェハ直上全面での照射(異物検出)が可能となる。
【0048】
上記観測用窓10は、ガルバノミラー25で反射し、1/4波長板26を再び通過することでS偏光となり、偏光ビームスプリッタ24で反射され異物散乱光検出用光ファイバ3100に入射し、大きな雑音となる。そこで、上記観測窓反射光による雑音を防ぐために、上記観測用窓10には傾斜が設けてあり、この面での反射光は、検出光軸からすれるため、検出されない。
【0049】
次に、図2および図9を用いて、異物散乱光の検出方法について説明する。プラズマ処理室86内へ導かれた円偏光ビーム103は、プラズマ中の浮遊異物72により散乱される。該異物散乱光のうち円偏光ビーム103と同一光軸を伝搬する後方散乱光は、観測用窓10を通過してガルバノミラー25により反射され、偏光ビームスプリッタ24へと向かう。該後方散乱光のうち、直接反射成分に相当する円偏光成分は、1/4波長板26を再び通過することでS偏光となり、偏光ビームスプリッタ24で低損失で反射され、結像レンズ31により異物散乱光検出用光ファイバ33の入射面に集光される。
【0050】
図2に示すように、ウェハ中央の73bと検出用光ファイバ33の入射面とが結像関係になっているが、入射端面の(受光領域)は、デフォーカスしたウェハ両端73a、73cからの散乱光も検出可能な大きさとなっている。従って、ウェハ手前から奥までの異物後方散乱光をほぼ同じ感度で検出できる。大きな受光面を確保するために、図8に示すバンドルファイバを利用する方法が有効である。
【0051】
処理室内壁5で生じる散乱光は、異物散乱光検出用光ファイバ33(図5では3100)の受光面の手前で結像するため、該結像位置に空間フィルタ36を設置し遮光する。異物散乱光検出用光ファイバ33の出射端は、波長変換された偏光レーザ光5008のレーザ波長に設定されたモノクロメータや干渉フィルタなどの分光器34に接続され、プラズマ発光から異物散乱光の波長成分のみを波長分離した後、光電変換素子35で光電変換される。
【0052】
光電変換された検出信号は、アンプ50で増幅された後、ロックインアンプ51により、レーザ光の強度変調に用いた発振器23から出力された周波数170kHz、デューティ50%の矩形波信号を参照信号として同期検波され、上記検出信号から周波数170kHzの異物散乱光成分を抽出する。
【0053】
図10に示すように、プラズマ発光の強度はプラズマ励起用の高周波電力の変調周波数に同期していることを、本願発明者らは実験によって検証しており、例えば、上記400kHzのプラズマ励起周波数の高周波電力により発生したプラズマの発光から、分光器34により波長分離し、プラズマ励起周波数およびその整数倍と異なる上記周波数170kHzで変調・同期検波して得た異物信号は、図11に示すように、プラズマ発光から、波長・周波数2つの領域で分離され、検出される。この方法により、プラズマ発光から微弱な異物散乱光を感度良く検出できることを、本願発明者らは実験的に確認している。
【0054】
即ち、図11に示すように、プラズマ発光は、波長領域においては連続的に分布しているが、周波数領域においては、離散的に存在し、周波数領域において空き領域がある。従って、例えば波長532nmのレーザ光を、上記プラズマ発光の周波数とは異なる、例えば周波数170kHzで強度変調してプラズマ処理室に入射し、検出光の中から波長532nm成分、周波数170kHz成分、すなわちピーク信号のみを取り出せば、異物からの散乱光をプラズマ発光から分離して検出することが可能なる。
【0055】
ロックインアンプ51の出力は計算機61に送られる。計算機61では、ガルバノドライバ29を介して走査信号をガルバノミラー25に送り、ビームを走査しつつ各走査位置で取り込んだ異物信号を、例えば、図3に示すような形で逐一ディスプレイ上に表示する。該表示例では、φ300mmのウェハ上の照射光9ラインでの各走査毎の信号強度が示されている。プラズマ中の浮遊異物により散乱光が発生した場合には、上記図3において3箇所で示した様な、パルス上の大きな信号80a,80bおよび80cが現れる。図4に示すように、各検出位置において、n回目の走査時の出力と(n−1)回目の走査時の出力の差分をとると背景雑音の直流成分がキャンセルされ、異物信号の判定が容易となる。
【0056】
計算機61では、予め実験により得られた粒径に対する信号強度と、検出された異物信号強度とを比較し異物の大きさを、また、上記パルス状の信号の数から異物個数を、また、信号が検出された時の走査位置から異物の発生位置を判定する。更に、計算機61では、判定した異物の個数と大きさとなどから処理室内の汚染状況を判断し、異物発生総数が予め設定した基準値を超えたときはエッチング処理を終了する、汚染状況をアラームなどでプラズマ処理装置操作者に知らせる等の情報を出力することができる。
【0057】
以上のように本実施形態によれば、また、後方散乱光検出とすることで、レーザ照明・散乱光検出光学系を1つのユニットで構成でき、1つの観測用窓10のみをもつ処理装置であっても適用可能となる上、照明光学系と検出光学系とが分離したものと比較すると光軸調整等も容易となり、トータルとしての光学系がコンパクトなものになる。また、照射光源のうち、発熱源であり大きな放熱用ヒートシンクを必要とする励起用光源をレーザ照明・散乱光検出光学系がら分離することで、トータルとしての光学系が更にコンパクトなものになる。
【0058】
また、プラズマ中浮遊異物計測装置の中で、他の構成部品に比べて、寿命が比較的短く、最も交換頻度の高いものの一つと推定される励起光源を、レーザ照明・散乱光検出光学系から分離したことで、励起光源の交換の際に、励起光源のみを交換すれば良く、レーザ照明・散乱光検出光学系には一切手を加える必要がないため、メンテナンス効率が向上し、装置のダウンタイムを短縮することが可能となる。
【0059】
また、本実施例によれば、上記変調・同期検波方式により、波長及び周波数2つの領域において微弱な異物散乱光をプラズマ中異物検出で問題となるプラズマ発光から分離して検出することが可能であり、従来の波長分離のみの方法に比べプラズマ中浮遊異物の検出感度が大幅に向上するという効果が得られ、従来の波長分離のみの場合に得られる最小検出感度は、せいぜいφ1μm程度が限界であったのに対し、本発明の方法によれば、最小検出感度をφ0.2μm程度にまで向上でき、ウェハ全面にわたり安定な異物検出が可能になるという効果が生まれる。また、本実施形態によれば、後方散乱光検出としたため、照射ビームを水平方向に回転走査することができ、異物の2次元分布を把握することが容易に可能となる。
【0060】
さらに、本実施形態によれば、ウェハ上全面で異物検出を行って、異物の個数、大きさ、分布を判定するので、操作者は、その情報を、例えば、ディスプレイ上でリアルタイムで確認することもできる。
【0061】
また、本実施形態によれば、得られた異物の発生個数、大きさ、分布の情報をもとに、処理室内の汚染状況をリアルタイムで判断できるため、例えば、クリーニング時期の最適化がなされ、装置稼働率が向上するとともに、ドカ不良の発生(一度に大量の不良が発生すること)が防止できて、歩留まりが向上する。また、処理室内の汚染状況を常にモニタしながら処理を進められるため、このようにして製造された半導体基板や液晶基板は、基準値以上の異物を含まない環境で製造された、高品質で、信頼性の高い製品となる。
【0062】
また、本実施形態によれば、ダミーウェハを用いた処理室の汚染状況判断や、抜き取り検査による汚染状況判断の頻度低減が可能であるため、ダミーウェハのコスト削減がなされる。
【0063】
次に、本発明の第3の実施形態に係るプラズマエッチング装置を、図12〜図14に基づいて説明する。図12は、本第3実施形態に係る、プラズマ中浮遊異物計測装置をもつエッチング処理装置の構成を示す図である。
【0064】
図12に示した構成においては、図5に示した構成と同様に、エッチング処理装置1では、シグナルジェネレータ83(図示せず)からの高周波信号によりパワーアンプ84(図示せず)の出力電圧を変調し、この高周波電圧を分配器85(図示せず)によって分配して、プラズマ処理室86内において互いに平行に配置した上部電極81と下部電極82の間に印加し、両電極間での放電によりエッチグ用ガスからプラズマ71を発生させ、その活性種で被処理体としての半導体基板(ウェハ)Wをエッチングする。高周波信号としては、例えば400kHzが用いられる。
【0065】
プラズマ中浮遊異物計測装置3は、レーザ照明・散乱光検出光学系2001とレーザ光源3001と制御・信号処理系6000とにより主として構成され、レーザ照明・散乱光検出光学系2001における照射光出口部・検出光入口部は、プラズマ処理室86の側面に設けられた観測用窓10に対向するように配置されている。
【0066】
上記した第2の実施形態と異なるところは、励起光源部と波長変換部の全てを含む照射レーザ光源を、上記レーザ照明・散乱光検出光学系2001の外部に配置した点である。したがって、照射光を高出力にして、レーザ光源のサイズが大きくなったとしても(それに伴い、放熱用ヒートシンクが大きくなったとしても)、上記レーザ照明・散乱光検出光学系2001のサイズが大きくなることがない。
【0067】
先ず、レーザ光源3001(例えば、固体レーザ、波長532nm、出力〜500mW)からのレーザビームを、AO変調器22に入射する。AO変調器22に発振器23から出力された例えば周波数170kHz、好ましくはデューティ50%の矩形波信号を印加し、P偏光ビーム101を上記周波数で強度変調する。ここで、上記した第2の実施形態と同様に、エッチング処理装置の電極に印加する高周波電圧を400kHzとした本実施形態では、レーザ強度変調周波数は、400kHzおよびその高調波成分800kHz、1.2MHz…とは異なる上記周波数170kHzなどが良い。上記強度変調されたビームを、バンドルファイバ4001によりレーザ照明・散乱光検出光学系2001に導びく。バンドルファイバ4001の代わりに、図13に示すような大口径ファイバ4001aを用いることもできる。該大口径ファイバは、コア径が大きく、比較的容易に、低損失でビームを入射できるという利点がある。
【0068】
ここで、上記バンドルファイバや大口径ファイバから出射されるビームは、無偏光ビームとなる。レーザ照明・散乱光検出光学系2001に入射したレーザ光は、フォーカシングレンズ18により、ウェハ70の中心に集光させ、該集光されたビームを通す程度の大きさの孔が空けられたミラー240の孔を通過し、ガルバノミラー25により反射され、プラズマ処理室86の側面に設けられた観測用窓10を通して処理室内へと導かれる。ここで、ガルバノミラー25を回転させ、ビームをウェハ面に平行な面内で走査することにより、ウェハ直上全面での照射(異物検出)が可能となる。
【0069】
上記観測用窓10は、観測窓からの反射光が、ガルバノミラー25で反射し、孔空きミラー240で反射され異物散乱光検出用光ファイバ3100に入射し、大きな雑音となることを防ぐため、上記した第2の実施例と同様に傾斜が設けてある。
【0070】
次に、図14を用いて、異物散乱光の検出方法について説明する。プラズマ処理室86内へ導かれた無偏光照射ビームは、プラズマ中の浮遊異物72により散乱される。該異物散乱光のうち無偏光照射ビームと同一光軸を伝搬する後方散乱光は、観測用窓10を通過してガルバノミラー25および孔空きミラー240により反射され、結像レンズ31により異物散乱光検出用光ファイバ33の入射面に集光される。
【0071】
上記した第2の実施形態と同様、図2に示すように、ウェハ中央の73bと異物散乱光検出用光ファイバ33の入射面とが結像関係になっているが、入射端面の(受光領域)は、デフォーカスしたウェハ両端73a、73cからの散乱光も検出可能な大きさとなっている。従って、ウェハ手前から奥までの異物後方散乱光をほぼ同じ感度で検出できる。処理室内壁5で生じる散乱光は、異物散乱光検出用光ファイバ33の受光面の手前で結像するため、その結像位置に空間フィルタ36を設置し遮光する。その後の、信号処理や異物発生状況の判定を行うための装置構成および機能は、上記本第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【0072】
以上のように本実施形態によれば、また、後方散乱光検出とすることで、レーザ照明・散乱光検出光学系を1つのユニットで構成でき、1つの観測用窓10のみをもつ処理装置であっても適用可能となる上、照明光学系と検出光学系とが分離したものと比較すると光軸調整等も容易となり、トータルとしての光学系がコンパクトなものになる。また、大きなレーザ光源を励起用光源をレーザ照明・散乱光検出光学系がら分離することで、トータルとしての光学系がコンパクトなものになる。
【0073】
また、プラズマ中浮遊異物計測装置の中で、他の構成部品に比べて、寿命が比較的短く、最も交換頻度の高いものの一つと推定されるレーザ光源を、レーザ照明・散乱光検出光学系から分離したことで、レーザ光源の交換に際し、レーザ光源のみを交換すれば良く、レーザ照明・散乱光検出光学系には一切手を加える必要がないため、メンテナンス効率が向上し、装置のダウンタイムを短縮することが可能となる。
【0074】
また、本実施例によれば、上記変調・同期検波方式により、波長及び周波数2つの領域において微弱な異物散乱光をプラズマ中異物検出で問題となるプラズマ発光から分離して検出することが可能であり、従来の波長分離のみの方法に比べプラズマ中浮遊異物の検出感度が大幅に向上するという効果が得られ、従来の波長分離のみの場合に得られる最小検出感度は、せいぜいφ1μm程度が限界であったのに対し、本発明の方法によれば、最小検出感度をφ0.2μm程度にまで向上でき、ウェハ全面にわたり安定な異物検出が可能になるという効果が生まれる。
【0075】
また、本実施形態によれば、後方散乱光検出としたため、照射ビームを水平方向に回転走査することができ、異物の2次元分布を把握することが容易に可能となる。
【0076】
さらに、本実施形態によれば、ウェハ上全面で異物検出を行って、異物の個数、大きさ、分布を判定するので、操作者は、その情報を、例えば、ディスプレイ上でリアルタイムで確認することができる。
【0077】
また、本実施形態によれば、得られた異物の発生個数、大きさ、分布の情報をもとに、処理室内の汚染状況をリアルタイムで判断できるため、例えば、クリーニング時期の最適化がなされ、装置稼働率が向上するとともに、ドカ不良の発生(一度に大量の不良が発生すること)が防止できて、歩留まりが向上する。また、処理室内の汚染状況を常にモニタしながら処理を進められるため、このようにして製造された半導体基板や液晶基板は、基準値以上の異物を含まない環境で製造された、高品質で、信頼性の高い製品となる。
【0078】
また、本実施形態によれば、ダミーウェハを用いた処理室の汚染状況判断や、抜き取り検査による汚染状況判断の頻度低減が可能であるため、ダミーウェハのコスト削減がなされる。
【0079】
次に、本発明の第4の実施形態に係るプラズマエッチング装置を、図15〜図18に基づいて説明する。図15は、本第4の実施形態に係る、プラズマ中浮遊異物計測装置をもつエッチング処理装置の構成を示す図である。
図15に示した構成においては、図5に示した構成と同様に、エッチング処理装置1では、シグナルジェネレータ83(図示せず)からの高周波信号によりパワーアンプ84(図示せず)の出力電圧を変調し、この高周波電圧を分配器85(図示せず)によって分配して、プラズマ処理室86内において互いに平行に配置した上部電極81(図示せず)と下部電極82(図示せず)の間に印加し、両電極間での放電によりエッチグ用ガスからプラズマ71を発生させ、その活性種で被処理体としての半導体基板(ウェハ)Wをエッチングする。高周波信号としては、例えば400kHzが用いられる。
【0080】
プラズマ中浮遊異物計測装置4は、レーザ照明・散乱光検出光学系2002と、レーザ光源3001と、ビーム分割器240aと、偏波面保存ファイバ4002と、偏波面保存バンドルファイバ4001と、制御・信号処理系6000とにより主として構成され、レーザ照明・散乱光検出光学系2002における照射光出口部・検出光入口部は、プラズマ処理室86の側面に設けられた観測用窓10に対向するように配置されている。
【0081】
上記した第2の実施形態および第3の実施形態と異なるところは、照射レーザ光源3001からのレーザ光を、複数に分割し、該分割した各々のビームを偏波面保存ファイバ4002に結合させ、更に、該偏波面保存ファイバ4002を、出射面で全ての偏光方向が揃うように方向を合わせバンドルし、該バンドルした偏波面保存ファイバからの偏光レーザ光を、上記レーザ照明・散乱光検出光学系2002に導く構成とした点である。したがって、レーザ照明・散乱光検出光学系2002のサイズを大きくすることなく、高出力の偏光レーザを照射することが可能となる。
【0082】
先ず、レーザ光源3001(例えば、固体レーザ、波長532nm、出力〜500mW)からのレーザビームを、AO変調器22に入射する。AO変調器22に発振器23から出力された例えば周波数170kHz、好ましくはデューティ50%の矩形波信号を印加し、上記周波数で強度変調する。ここで、上記本第1および第2の実施形態と同様、エッチング処理装置の電極に印加する高周波電圧を400kHzとした本実施形態では、レーザ強度変調周波数は、400kHzおよびその高調波成分800kHz、1.2MHz…とは異なる上記周波数170kHzなどが良い。
【0083】
上記強度変調されたレーザ光を、ビーム分割器240aにより7分割する。尚、本実施形態では、ビーム分割数を7としたが、ビーム分割数は7に限定されるものではなく、任意の分割数とすることが可能でる。該分割されたビームは、各々結合レンズ5006により、偏波面保存ファイバ4002に結合される。ここで、偏波面保存ファイバ4002は、一般に、図16に示すように、コア4002aの周辺に応力付加部4002bを有する構成となっている。該コア4002aは、通常の光ファイバに比べ小さく(例えば、レーザ波長532nmの時は、数μm程度)、高出力のレーザビームを入射させると、入射面にダメージを与え、逆にビームが入射せず反射する場合がある。そこで、本実施形態では、ビームを分割し、各分割したビームの強度を、偏波面保存ファイバ4002に入射可能な程度に減少させている。
【0084】
次に、例えば、図17や図18に示すように、各偏波面保存ファイバ4002を出射面で全ての偏光方向が揃うように方向を合わせバンドルしたりアレイ状に並べたりする。次に、偏波面保存バンドルファイバ4001により、レーザ照明・散乱光検出光学系2002に導びく。レーザ照明・散乱光検出光学系2002に入射したレーザ光は、コリメーティングレンズ5007により平行光にした後、フォーカシングレンズ18によりウェハWの中心に集光させる。次に、該集光されたレーザ光を1/2波長板27でP偏光にした後、偏光ビームスプリッタ24を低損失で透過し、1/4波長板26により円偏光ビーム103に変換した後、ガルバノミラー25により反射され、プラズマ処理室86の側面に設けられた観測用窓10を通して処理室内へと導かれる。ここで、ガルバノミラー25を回転させ、ビームをウェハ面に平行な面内で走査することにより、ウェハ直上全面での照射(異物検出)が可能となる。尚、偏波面保存バンドルファイバ4001からの出射ビームが既にP偏光の場合は、上記1/2波長板27は必要ない。
【0085】
その後の、信号処理や異物発生状況の判定を行うための装置構成および機能は、上記した第2の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【0086】
以上のように本実施形態によれば、また、後方散乱光検出とすることで、レーザ照明・散乱光検出光学系を1つのユニットで構成でき、1つの観測用窓10のみをもつ処理装置であっても適用可能となる上、照明光学系と検出光学系とが分離したものと比較すると光軸調整等も容易となり、トータルとしての光学系がコンパクトなものになる。また、大きなレーザ光源を励起用光源をレーザ照明・散乱光検出光学系がら分離することで、トータルとしての光学系がコンパクトなものになる。
【0087】
また、プラズマ中浮遊異物計測装置の中で、他の構成部品に比べて、寿命が比較的短く、最も交換頻度の高いものの一つと推定されるレーザ光源3001を、レーザ照明・散乱光検出光学系2002から分離したことで、励起光源の交換の際に、レーザ光源3001のみを交換すれば良く、レーザ照明・散乱光検出光学系2002には一切手を加える必要がないため、メンテナンス効率が向上し、装置のダウンタイムを短縮することが可能となる。
【0088】
また、本実施例によれば、高出力の偏光レーザビームを、レーザ照明・散乱光検出光学系2002の外部から導くことが可能となる。
【0089】
また、本実施例によれば、上記変調・同期検波方式により、波長及び周波数2つの領域において微弱な異物散乱光をプラズマ中異物検出で問題となるプラズマ発光から分離して検出することが可能であり、従来の波長分離のみの方法に比べプラズマ中浮遊異物の検出感度が大幅に向上するという効果が得られ、従来の波長分離のみの場合に得られる最小検出感度は、せいぜいφ1μm程度が限界であったのに対し、本発明の方法によれば、最小検出感度をφ0.2μm程度にまで向上でき、ウェハ全面にわたり安定な異物検出が可能になるという効果が生まれる。
【0090】
また、本実施形態によれば、後方散乱光検出としたため、照射ビームを水平方向に回転走査することができ、異物の2次元分布を把握することが容易に可能となる。
【0091】
さらに、本実施形態によれば、ウェハ上全面で異物検出を行って、異物の個数、大きさ、分布を判定するので、操作者は、その情報を、例えば、ディスプレイ上でリアルタイムで確認できる。
【0092】
また、本実施形態によれば、得られた異物の発生個数、大きさ、分布の情報をもとに、処理室内の汚染状況をリアルタイムで判断できるため、例えば、クリーニング時期の最適化がなされ、装置稼働率が向上するとともに、ドカ不良の発生(一度に大量の不良が発生すること)が防止できて、歩留まりが向上する。また、処理室内の汚染状況を常にモニタしながら処理を進められるため、このようにして製造された半導体基板や液晶基板は、基準値以上の異物を含まない環境で製造された、高品質で、信頼性の高い製品となる。
【0093】
また、本実施形態によれば、ダミーウェハを用いた処理室の汚染状況判断や、抜き取り検査による汚染状況判断の頻度低減が可能であるため、ダミーウェハのコスト削減がなされる。
【0094】
次に、本発明の第5の実施形態に係るプラズマ中浮遊異物計測装置のレーザ照明・異物散乱光検出光学系にレーザ光を供給する光源システムを、図19に基づいて説明する。本実施形態は、複数に分割したレーザビームを、複数のバンドルファイバまたは大口径ファイバに結合させ、該各バンドルファイバまたは大口径ファイバからの出力を、各々上記本第4実施形態に示すレーザ照明・散乱光検出光学系2002に導くものである。したがって、プラズマ中浮遊異物計測装置をもつエッチング処理装置の構成および性能については、上記した第4の実施形態と同様であるので、ここでは、図示および説明を省略する。
【0095】
図19に示した構成において、レーザ光源3001(例えば、固体レーザ、波長532nm、出力〜500mW)から出射されたレーザビームを、AO変調器22に入射する。AO変調器22に発振器23から出力された例えば周波数170kHz、好ましくはデューティ50%の矩形波信号を印加し、上記周波数で強度変調する。ここで、エッチング処理装置の電極に印加する高周波電圧を400kHzとした本実施形態では、レーザ強度変調周波数は、400kHzおよびその高調波成分800kHz、1.2MHz…とは異なる上記周波数170kHzなどが良い。理由については、上記した第2の実施例で説明した通りである。
【0096】
上記強度変調されたビームを、ビーム分割器240により4分割する。尚、本実施形態では、ビーム分割数を4としたが、ビーム分割数は4に限定だれるものではなく、任意の分割数とすることが可能でる。該分割されたビームは、各々結合レンズ5006により、バンドルファイバ4000aから4000dに結合される。そして、該バンドルファイバ4000aから4000dを、それぞれ、上記本第2の実施例に示す、レーザ照明・散乱光検出光学系2001に導く。
その後の、信号処理や異物発生状況の判定を行うための装置構成および機能は、上記した第4の実施形態と同様であるので、図示および説明は省略する。
【0097】
以上のように本実施形態によれば、上記した第4の実施形態と同様の効果を得られる他、1台のレーザ光源で、複数のプラズマ中浮遊異物計測装置をもつエッチング処理装置を構成できるため、コスト削減に効果がある。
【0098】
次に、本発明の第6の実施形態に係るレーザ光源システムを、図20に基づいて説明する。本実施形態は、複数に分割したレーザビームを、各々偏波面保存バンドルファイバ結合させ、各偏波面保存ファイバを数組に分けて、出射面で偏光方向が揃うようにバンドルし、各偏波面保存バンドルファイバ、各々上記本第4の実施形態に示すレーザ照明・散乱光検出光学系2002に導くものである。したがって、プラズマ中浮遊異物計測装置をもつエッチング処理装置の構成および性能については、上記した第4の実施形態と同様であるので、ここでは、図示および説明を省略する。
【0099】
図20に示した構成において、レーザ光源3001(例えば、固体レーザ、波長532nm、出力〜500mW)からのレーザビームを、AO変調器22に入射する。AO変調器22に発振器23から出力された例えば周波数170kHz、好ましくはデューティ50%の矩形波信号を印加し、上記周波数で強度変調する。ここで、エッチング処理装置の電極に印加する高周波電圧を400kHzとした本実施形態では、レーザ強度変調周波数は、400kHzおよびその高調波成分800kHz、1.2MHz…とは異なる上記周波数170kHzなどが良い。理由については、上記した第2の実施例で説明した通りである。
【0100】
上記強度変調されたビームを、ビーム分割器240aにより8分割する。尚、本実施形態では、ビーム分割数を8としたが、ビーム分割数は8に限定されるものではなく、任意の分割数とすることが可能でる。該分割されたビームは、各々結合レンズ5006により、偏波面保存ファイバ4002に結合する。そして、該偏波面保存ファイバ4002を2本ずつバンドルし、4組の偏波面保存バンドルファイバ4003a〜4003dにする。尚、本実施形態では、8本の偏波面保存ファイバ4002を4組のバンドルファイバ4003a〜4003dにしたが、バンドル数はこれに限定されるものではなく、バンドルせずに、各々プラズマ中浮遊異物計測装置に導いても良いし、2組の偏波面保存バンドルファイバに分割しても良く、適宜所望の組み合わせでの設定が可能である。
【0101】
次に、上記偏波面保存バンドルファイバ4002aから4002dを、上記本第4の実施例に示す、レーザ照明・散乱光検出光学系2002に導く。その後の、信号処理や異物発生状況の判定を行うための装置構成および機能は、上記した第4の実施形態と同様であるので、図示および説明は省略する。
【0102】
以上のように本実施形態によれば、上記した第4の実施形態と同様の効果を得られる他、1台のレーザ光源で、複数のプラズマ中浮遊異物計測装置をもつエッチング処理装置を構成できるため、コスト削減に効果がある。
【0103】
次に、本発明の第7の実施形態に係るレーザ光源システムを、図21に基づいて説明する。本実施形態は、複数に分割したレーザ光を、それぞれAO変調器により強度変調した後、各々バンドルファイバまたは大口径ファイバに結合させ、各バンドルファイバまたは大口径ファイバからの出力を、各々上記した第4の実施形態に示すレーザ照明・散乱光検出光学系2002に導くものである。したがって、プラズマ中浮遊異物計測装置をもつエッチング処理装置の構成および性能については、上記した第4の実施形態と同様であるので、ここでは、説明を省略する。
【0104】
図21に示した構成において、レーザ光源3001(例えば、固体レーザ、波長532nm、出力〜500mW)からのレーザビームを、ビーム分割器240により4分割する。尚、本実施形態では、ビーム分割数を4としたが、ビーム分割数は4に限定だれるものではなく、任意の分割数とすることが可能でる。該分割されたビームは、マルチチャンネルAO変調器220に入射する。AO変調器220にマルチチャンネル発振器230から、計算機61aから61dにより設定された周波数で出力された、周波数で、好ましくはデューティ50%の矩形波信号を印加し、上記周波数で強度変調する。ここで、周波数の設定は、エッチング処理装置の電極に印加する高周波電圧の周波数を考慮して、適宜任意の周波数を設定する。
【0105】
上記強度変調されたビームを、該分割されたビームは、各々結合レンズ5006により、バンドルファイバ4000aから4000dに結合される。そして、該バンドルファイバ4000aから4000dを、それぞれ、上記した第3の実施例に示す、レーザ照明・散乱光検出光学系2002に導く。その後の、信号処理や異物発生状況の判定を行うための装置構成および機能は、上記した第4の実施形態と同様であるので、図示および説明は省略する。
【0106】
以上のように本実施形態によれば、上記した第3および第6の実施形態と同様の効果が得られる他、1台のレーザ光源で、複数の異なるプラズマ励起周波数を持つ多種多様のプラズマ中浮遊異物計測装置付きエッチング処理装置を構成できる。
【0107】
次に、本発明の第8の実施形態を、図22、図23および図24に基づいて説明する。 まず図22および図23を用いて、本発明における半導体集積回路装置の製造方法の概念を説明する。
【0108】
工程1001は、ウェハW上にシリコン酸化膜などの被加工膜601を形成する成膜工程であり、工程1002は、形成した膜の厚さを検査する膜厚計測工程である。工程1003は、ウェハWにレジスト602を塗布する、レジスト塗布工程であり,工程1004は、マスクパターン603をウェハ上に転写するパターン転写工程である。工程1005は、被加工部のレジストを除去する、現像工程であり、工程1006は、レジストパターン604をマスクとして、レジスト除去部605の被加工膜601をエッチングし配線溝やコンタクトホール606を形成する、エッチング工程である。工程1007は、レジストパターン604を除去する、アッシング工程であり、工程1008は、ウェハ表面や裏面を洗浄する、洗浄工程である。上記一連の工程は、例えば、コンタクトホールの形成に適用される。
【0109】
通常の半導体集積回路装置では、上記一連の工程を繰り返すことによって、多層構造を形成していく。
【0110】
次に、図24を用いて、エッチング中に発生した異物がウェハに付着することで生じる欠陥について説明する。図24は、例えば、コンタクトホールエッチングにおいて発生する欠陥の例を示す図である。
【0111】
異物701は、エッチングの最中にコンタクトホール開口部に付着した異物を示している。この場合、付着異物によりエッチング反応停止するため、該異物付着部分のコンタクトホールは非開口となり、致命欠陥となる。
【0112】
異物702は、エッチングの最中にコンタクトホール内部に付着した異物を示している。この場合も、付着異物によりエッチング反応停止するため、該異物付着部分のコンタクトホールは非開口となり、致命欠陥となる。
【0113】
異物703および異物704は、エッチング終了後にコンタクトホール内部に付着した異物を示している。コンタクトホールのようなアスペクト比の高い箇所に付着した異物は、洗浄しても取り除くことが困難な場合が多く、異物703のように、その大きさが大きい場合には、コンタクト不良が生じるため致命欠陥となる。
【0114】
異物705は、エッチングの最中にレジストパターン604に付着した異物を示している。この場合、該付着異物705によりエッチング反応は何ら影響を受けることはなく、該付着異物705により致命欠陥が発生することはない。
【0115】
このように、異物が付着しても、異物の大きさが欠陥を引き起こすほど大きくない場合や、付着箇所が非エッチング領域であるような場合には致命欠陥とならず、ウェハに異物が付着してもその全てが致命欠陥を引き起こすわけではない。また、異物701や異物705が、洗浄により比較的除去しやすい異物であるのに対し、異物602、異物703および異物704のように、高アスペクト比のコンタクトホールに落下した異物は、洗浄による除去が困難である。
【0116】
さて、本発明では、エッチング工程1006において、プラズマ中浮遊異物計測装置1100により、エッチング中に処理室内に発生した異物をリアルタイムで検出し、該異物検出結果に基づき、処理したウェハを次の工程に送り順次残りのウェハの処理を進めるか、次の工程に送る前に外観検査を行うか、処理を中止し処理室内のクリーニング(メンテナンス)を行うかを選択する。
【0117】
ここでは、検出異物大きさおよび個数と予め設定した規格値(異物管理基準)とを比較することで、次に行う処理を選択した。
【0118】
そこで、次に、本実施例における上記規格値(異物管理基準)の算出方法の例を説明する。既に説明したとおり、ウェハに異物が付着してもその全てが致命欠陥を引き起こすわけではない。付着異物により致命欠陥が発生する確率は、エッチングパターンの開口率やパターン密度、更には配線幅などと、付着する異物の大きさや個数の関係から、計算により求めることができる。したがって、エッチング処理中に検出される異物の大きさと個数と、ウェハ付着異物の大きさと個数の相関関係を、予め実験によって求めておくことで、エッチング中に検出した異物により致命欠陥が引き起こされる確率を求めることができる。
【0119】
規格値(異物管理基準)は、上記手段により求めた値に基づいて設定する。以下に、本実施例における、規格値の設定例を示す。
【0120】
規格値1は、検出異物のうちある大きさ以上の個数が該規定値1より少なければ、致命欠陥が発生する確率が非常に低くなるように(例えば、致命欠陥発生確率1%以下)設定する。例えば、規格値1は、異物粒径0.4μm以上10個とする。
【0121】
規格値2は、検出異物のうちある大きさ以上の個数が上記規格値1以上で該規定値2より少なければ、致命欠陥の発生が懸念される値となるように(例えば、致命欠陥発生確率5%以下)設定する。例えば、規格値2は、異物粒径0.4μm以上30個とする。
【0122】
検出異物のうちある大きさ以上の個数が該規定値2以上であると、致命欠陥が多数発生する(例えば、致命欠陥発生確率5%以上)ことになる。
【0123】
上記規格値に基づき、エッチング処理中に検出された異物のうちある大きさ以上の個数が上記規定値1より少ない場合には、致命欠陥の発生する確率が低いので、引き続き次のウェハの処理を行う。
【0124】
エッチング処理中に検出された異物のうちある大きさ以上の個数が上記規定値1以上であるが、上記規定値2よりは少ない場合には、エッチング処理終了後、外観検査を行う。該外観検査の結果、致命欠陥が確認されなければ、該ウェハは次のアッシング工程1007に送る。該外観検査の結果、致命欠陥が確認された場合は、該致命欠陥が救済可能な欠陥か判定する。上記判定結果に基づき、救済可能な(救済回路の利用など)欠陥と判定された場合は、該ウェハは次のアッシング工程1007に送る。上記判定結果に基づき、救済不可能な欠陥と判定された場合は、該欠陥個所を記録した後、該ウェハを次のアッシング工程1007に送る。その後、例えば、ダイシングにより各チップ毎にきり出した時に、該救済不可能な欠陥を含むチップは排除する。
【0125】
エッチング処理中に検出された異物のうちある大きさ以上の個数が、上記規定値2より多い場合には、その後に処理を行うウェハにも、大量の致命欠陥が発生する可能性が高いので、エッチング処理を中断しプラズマ処理室内のクリーニング(メンテナンス)を行うよう、エッチング装置の操作者にモニタ画面上に表示したりアラームで知らせたりする。 プラズマ中浮遊異物計測装置を備えないエッチング処理装置では、必ずしも適切な時間で処理室のクリーニングが行われない。従って、本来クリーニングしなくても良い時期にクリーニングを行い、装置稼働率を低下させたり、逆にクリーニングすべき時期を過ぎているにもかかわらず処理を続け、不良品を大量に生じさせ歩留まりを低下させることもある。
【0126】
また、処理室内異物チェックのためのダミーウェハによる先行作業を行い、その結果からクリーニング時期を決める方法もある。この場合、一連の工程中に余分な作業が入るため、スループットが低下し、ダミーウェハ分のコストが必要とされた。しかし、ウェハの大口径化に伴い、ダミーウェハのコストの増加は必至で、処理室内異物チェックのためのダミーウェハによる先行作業の削減も大きな問題になっている。
【0127】
これに対し本実施形態によれば、処理室内の汚染状況をリアルタイムでモニタしながら被処理体の処理を行えるため、クリーニング時期の最適化が図られ、ダミーウェハによる先行作業も必要ないため、スループットが向上し、ダミーウェハのコスト削減が可能となる。また、本実施形態の工程により製造された製品は、規定値以上の異物を含まない良質の製品、したがって信頼性の高い製品を製造することができる。
なお、以上の実施形態においては、エッチング処理装置への適用例について述べたが、先にも記載したように、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、例えば、本発明をアッシング装置や成膜装置に適用することで、アッシング装置内および成膜装置内の異物のリアルタイムモニタリングが可能となり、以って、ホトリソグラフィ工程中のアッシング工程および成膜工程起因の不良を低減することが可能となり、不良品の発生防止と歩留まりの向上とを図ることができる。
【0128】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、また、後方散乱光検出とすることで、レーザ照明・散乱光検出光学系を1つのユニットで構成でき、1つの観測用窓のみをもつ処理装置であっても適用可能となる上、照明光学系と検出光学系とが分離したものと比較すると光軸調整等も容易となり、トータルとしての光学系がコンパクトなものになる。
【0129】
また、照射光源のうち、発熱源であり大きな放熱用ヒートシンクを必要とする励起用光源をレーザ照明・散乱光検出光学系がら分離することで、トータルとしての光学系が更にコンパクトなものになる。
【0130】
また、本発明によれば、プラズマ中浮遊異物計測装置の中で、他の構成部品に比べて、寿命が比較的短く、最も交換頻度の高いものの一つと推定される励起光源を、レーザ照明・散乱光検出光学系から分離したことで、励起光源の交換の際に、励起光源のみを交換すれば良く、レーザ照明・散乱光検出光学系には一切手を加える必要がないため、メンテナンス効率が向上し、装置のダウンタイムを短縮することが可能となる。
【0131】
また、本発明によれば、波長及び周波数2つの領域において微弱な異物散乱光をプラズマ中異物検出で問題となるプラズマ発光から分離して検出することが可能であり、従来の波長分離のみの方法に比べプラズマ中浮遊異物の検出感度が大幅に向上するという効果が得られ、従来の波長分離のみの場合に得られる最小検出感度は、せいぜいφ1μm程度が限界であったのに対し、本発明の方法によれば、最小検出感度をφ0.2μm程度にまで向上でき、ウェハ全面にわたり安定な異物検出が可能になるという効果が生まれる。
【0132】
また、本発明によれば、後方散乱光検出としたため、照射ビームを水平方向に回転走査することができ、異物の2次元分布を把握することが容易に可能となる。
【0133】
また、本発明によれば、ウェハ上全面で異物検出を行って、異物の個数、大きさ、分布を判定するので、操作者は、その情報を、例えば、ディスプレイ上でリアルタイムで確認することもできる。
【0134】
また、本発明によれば、、得られた異物の発生個数、大きさ、分布の情報をもとに、処理室内の汚染状況をリアルタイムで判断できるため、例えば、クリーニング時期の最適化がなされ、装置稼働率が向上するとともに、ドカ不良の発生(一度に大量の不良が発生すること)が防止できて、歩留まりが向上する。また、処理室内の汚染状況を常にモニタしながら処理を進められるため、このようにして製造された半導体基板や液晶基板は、基準値以上の異物を含まない環境で製造された、高品質で、信頼性の高い製品となる。
【0135】
また、本実施形態によれば、ダミーウェハを用いた処理室の汚染状況判断や、抜き取り検査による汚染状況判断の頻度低減が可能であるため、ダミーウェハのコスト削減がなされる。
【0136】
これらの効果により、エッチング処理室内の汚染状況のリアルタイムモニタリングが可能となり、付着異物のよる不良ウェハの発生を低減でき高品質の半導体素子の製造が可能になるという効果と、装置クリーニング時期を正確に把握することができるという効果が生まれる。
【0137】
また、ダミーウェハを用いた異物の先行作業チェック作業の頻度が低減できるため、コストの低減と生産性の向上という効果が生まれる。また、製造ラインの自動化も可能となるという効果も有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1の実施形態に係る、プラズマ中浮遊異物計測装置をもつエッチング処理装置の構成を示す図である。本発明の第1の実施例における、プラズマ中浮遊異物計測装置を装着したエッチング装置の概略構成を示す平面図と正面図である。
【図2】図2は、光学系のウェハ上の結像位置と処理装置の内壁面との概略の関係を示す略正面図である。
【図3】図3は、本発明の各実施形態における、プラズマ励起周波数とプラズマ発光が同期している様子を示す説明図である。
【図4】図4は、本発明の各実施形態における、異物散乱光のプラズマ発光からの波長・周波数分離の様子を示す説明図である。
【図5】図5は、本発明の第2の実施形態に係る、プラズマ中浮遊異物計測装置を装着したエッチング処理装置の構成を示す図である。
【図6】図6は、本発明の第2の実施形態における、半導体レーザ励起の固体レーザの一般的な構成を示す説明図である。
【図7】図7は、本発明の第2の実施形態における、励起光源と波長変換部を分離した、外部レーザ励起の固体レーザの概略構成を示す略正面図である。
【図8】図8は、バンドルファイバの断面構造を示す断面図である。
【図9】図9は、本発明の第2の実施形態における、異物散乱光検出のための光学系を装着したエッチング装置の概略構成を説明する図である。
【図10】図10は、本発明の第2の実施形態における、ウェハ上9点での検出光強度の時間変化を示す図である。
【図11】図11は、本発明の第2の実施形態における、ウェハ上9点での異物信号強度の時間変化を示す3次元のグラフである。
【図12】図12は、本発明の第3の実施形態に係る、プラズマ中浮遊異物計測装置を装着したエッチング処理装置の概略構成を示す略平面図である。
【図13】図13は、本発明の第3の実施形態に係る、大口径ファイバの断面図である。
【図14】図14は、本発明の第3の実施形態における、異物散乱光検出のための光学系を装着したエッチング装置の平面図である。
【図15】図15は、本発明の第4の実施形態に係る、プラズマ中浮遊異物計測装置を装着したエッチング処理装置の概略構成を示す平面図である。
【図16】図16は、本発明の第4の実施形態に係る、偏波面保存ファイバの断面図を示す図である。
【図17】図17は、本発明の第4の実施形態に係る、偏波面保存バンドルファイバの断面図を示す図である。
【図18】図18は、本発明の第4の実施形態に係る、偏波面保存アレイファイバの断面図を示す図である。
【図19】図19は、本発明の第5の実施形態に係る、外部レーザ光源を示す略平面図である。
【図20】図20は、本発明の第6の実施形態に係る、外部レーザ光源を示す略平面図である。
【図21】図21は、本発明の第7の実施形態に係る、外部レーザ光源を示す略平面図である。
【図22】図22は、本発明の第8の実施形態に係る、プラズマ中浮遊異物計測装置付きエッチング処理装置を導入した、半導体集積回路装置の製造工程の処理の流れを示す処理フロー図である。
【図23】図23は、本発明の第8の実施形態に係る、コンタクトホールの形成過程を、断面構造を用いて、処理の流れに沿って模式的に示した処理フローを説明する図である。
【図24】図24は、本発明の第8の実施形態に係る、コンタクトホールのエッチング工程において、付着異物による生じる欠陥の例を模式的に示した被処理基板の断面図図である。
【図25】図25は、従来技術の平行平板形プラズマエッチング装置を示す説明図である。
【符号の説明】
1・・・エッチング処理装置 10・・・観察用窓 22,122・・・AO変調器23,123・・・発振器 24,124・・・偏光ビームスプリッタ 25,125・・・ガルバノミラー 35・・・光電変換素子 50・・・アンプ 51・・・ロックインアンプ 61・・・計算機 2000・・・レーザ照明・散乱光検出光学系 3000・・・励起光源 33,3100・・・異物散乱光検出用光ファイバ 4000・・・光ファイバ 5000・・・波長変換部 6000・・・制御・信号処理系
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention detects fine particles (foreign matter) floating in a processing chamber of a semiconductor device processing apparatus that forms a desired thin film, circuit pattern, or the like on a semiconductor substrate using plasma such as etching, sputtering, or CVD. The present invention relates to a method, an apparatus thereof, and an apparatus for processing a semiconductor device having a function of measuring, in real time, a foreign substance generated in a processing chamber in a process of forming a thin film, a circuit pattern, or the like by plasma processing technology.
[0002]
[Prior art]
Starting with an etching apparatus, a process using plasma is widely applied to a semiconductor device processing (manufacturing) process and a liquid crystal display substrate processing (manufacturing) process.
[0003]
As an example of a processing apparatus using plasma, there is a parallel plate type plasma etching apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 25, this type of apparatus modulates the output voltage of the power amplifier 84 by a high frequency signal from a signal generator 83, distributes the high frequency voltage by a distributor 85, and arranges them in parallel in the processing chamber. For example, a semiconductor substrate (wafer) as an object to be processed with the active species is generated between the upper electrode 81 and the lower electrode 82, and plasma 71 is generated from the etching gas by discharge between the electrodes 81 and 82. W is etched.
[0004]
For example, a frequency of about 400 kHz is used as the high frequency signal. In the etching process, the progress of the etching is monitored, the end point thereof is determined as accurately as possible, and the etching process is performed for a predetermined pattern shape and depth. When the end point is detected, the output of the power amplifier is stopped and the semiconductor wafer is discharged from the processing chamber.
[0005]
In the plasma etching apparatus, it is known that a reaction product generated by an etching reaction by plasma processing is deposited on the wall surface or electrode of the plasma processing chamber and peels off as time passes to become floating foreign matters. . This floating foreign substance falls on the wafer and becomes a foreign substance attached at the moment when the etching process is finished and the plasma discharge is stopped, causing a circuit characteristic defect and a pattern appearance defect. Ultimately, this causes a decrease in yield and a decrease in device reliability.
[0006]
A number of devices for inspecting foreign matter adhering to the wafer surface have been reported and put into practical use. However, these devices are used to inspect the wafer once extracted from the plasma processing apparatus, and it has been found that many foreign matters are generated. At that time, the processing of other wafers has already progressed, and there is a problem of a decrease in yield due to a large number of defects. Further, in the evaluation after the processing, the distribution of the generation of foreign matters in the processing chamber and the change with time are not known.
[0007]
Accordingly, there is a demand in the fields of semiconductor manufacturing, liquid crystal manufacturing, and the like for techniques for real-time monitoring of the contamination status in the processing chamber in-situ.
[0008]
The size of foreign matter floating in the processing chamber is in the range of submicron to several hundred μm. The minimum line width is 0.25 to 0.18 [mu] m and is continuously miniaturized, and the size of foreign matter to be detected is also required to be on the order of submicrons.
[0009]
As conventional techniques for monitoring foreign matter floating in a processing chamber (vacuum processing chamber) such as a plasma processing chamber, Japanese Patent Laid-Open Nos. 57-118630 (prior art 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 3-25355 (prior art 2). ), JP-A-3-147317 (Prior Art 3), JP-A-6-82358 (Prior Art 4), JP-A-6-124902 (Prior Art 5), JP 10-213539 (Prior Art 6). ) Is disclosed.
[0010]
The prior art 1 includes means for irradiating the reaction space with parallel light having a spectrum different from the spectrum of the self-emission light in the reaction space, and scattering from fine particles generated in the reaction space upon receiving the parallel light irradiation. A vapor deposition apparatus provided with a means for detecting light is disclosed.
[0011]
Further, in the above conventional technique 2, in a fine particle measuring apparatus that measures fine particles adhering to the surface of a semiconductor device substrate and floating fine particles using scattering by laser light, the wavelength is the same and the mutual position is low. A laser beam phase modulation unit that generates two laser beams modulated at a predetermined frequency having a phase difference, and an optical system that intersects the two laser beams in a space including the fine particles to be measured; A light detection unit that receives light scattered by the fine particles to be measured in the intersected region of the two laser beams and converts the light into an electric signal, and the laser beam phase in the electric signal by the scattered light A fine particle measuring apparatus comprising: a signal processing unit that extracts a signal component having the same or twice the frequency as the phase modulation signal in the modulation unit and a phase difference from the phase modulation signal that is constant in time. It is shown.
[0012]
The prior art 3 includes a step of generating light scattered in the reaction container by scanning irradiation with coherent light, and a step of detecting light scattered in the reaction container. A technique for measuring the contamination state in the reaction vessel by analyzing the scattered light is described.
[0013]
The prior art 4 includes laser means for generating laser light, scanner means for scanning a region in a reaction chamber of a plasma processing tool containing particles to be observed with the laser light, and particles in the area. A particle detector is described having a video camera for generating a video signal of scattered laser light and means for processing and displaying an image of the video signal.
[0014]
Further, the conventional technique 5 includes a camera device for observing a plasma generation region in the plasma processing chamber, a data processing unit for processing images obtained by the camera device to obtain target information, and the data processing unit. A plasma processing apparatus comprising: a control unit that controls at least one of exhaust means, process gas introduction means, high-frequency voltage application means, and purge gas introduction means so as to reduce particles based on the information obtained in Are listed.
[0015]
The prior art 6 also includes a light transmitter for transmitting a light beam that irradiates across the measurement volume, a light detector and scattered light from the measurement volume and condensing the light to the light detector. And a detector configured to generate a signal representative of the intensity of light directed to the photodetector and to analyze the signal from the photodetector. Connected to a pulse detector for detecting a pulse in the signal from the light detector, and corresponding to the particle by the particle associated with multiple irradiations of the beam while the particle moves through the measurement volume. A particulate sensor is described that includes signal processing means including an event detector that identifies a series of pulses due to scattered light.
[0016]
Each of the above-described conventional techniques irradiates laser light from an observation window provided on the side surface of the processing apparatus, and from an observation window different from the laser irradiation observation window provided on the opposite side surface or other side surface, Laser forward scattered light and side scattered light are detected. Therefore, in the method for detecting the forward scattered light and the side scattered light, the irradiation optical system and the detection optical system are formed by different units, and two observation windows for attaching them are necessary. Axis adjustment and the like must also be performed by the irradiation / detection optical system, and handling is troublesome.
[0017]
Usually, an observation window on the side of a processing chamber such as a plasma processing chamber is provided in most models for monitoring plasma emission, etc., but only one observation window is provided. Not a few. Therefore, there is a problem that the conventional method that requires two observation windows cannot be applied to a manufacturing apparatus having a processing chamber that has only one observation window.
[0018]
Furthermore, in the conventional method for detecting forward scattered light and side scattered light, the irradiation beam irradiated to the processing chamber is rotated and scanned to observe the occurrence of foreign matter on the entire surface of the object to be processed such as a wafer. Requires a large number of observation windows and detection optical systems, resulting in a significant cost increase, and it is actually very difficult to provide a large number of observation windows and detection optical systems due to space factor limitations. Is expected.
[0019]
In addition, all of the above-described conventional techniques are for observing a partial region on the wafer using a fixed laser beam, and it is difficult to measure floating foreign substances in the plasma over the entire surface of the wafer.
[0020]
A semiconductor manufacturing method and apparatus having a function of in-situ measurement of foreign matters floating in the plasma processing chamber over the entire surface of the wafer have also been proposed, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-24359 (prior art 7).
[0021]
In the conventional technique 7, laser light is irradiated in the vertical direction, horizontal direction, or vertical and horizontal directions in the processing chamber, the laser light scattered by the particles in the processing chamber is detected, and the processing chamber is determined from the intensity of the detected laser light. There is described a particle monitoring method characterized by monitoring particles in a real time.
[0022]
However, in any of these methods, the laser illumination optical system and the scattered light detection optical system are separated. Therefore, the application of the laser beam to the processing chamber is limited, and the application is limited to devices equipped with two or more observation windows for detecting scattered light, and the optical axes of the laser illumination optical system and scattered light detection optical system are adjusted. It was inconvenient to handle because it was necessary to carry out each separately. Furthermore, as a semiconductor manufacturing method and apparatus having a function of in-situ measurement of foreign matters floating in the plasma processing chamber over the entire surface of the wafer, Japanese Patent Laid-Open No. 11-251252 (prior art 8) differs from the plasma excitation frequency. A method and apparatus for detecting floating foreign matter by irradiating the inside of a plasma processing chamber with a laser beam whose intensity is modulated by a frequency from the observation window of the plasma processing chamber and detecting backscattered light from the foreign matter are disclosed. .
[0023]
However, this prior art 8 does not consider the miniaturization of the laser light source to improve the operability.
[0024]
Further, the conventional technique 8 does not take into consideration that it is not affected by the reflected light from the wall surface of the processing chamber, which is one of the problems specific to detecting backscattered light.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in the field of semiconductors that have been highly integrated into 256 Mbit DRAMs, and further to 1 Gbit DRAMs, the minimum line width of circuit patterns has been continually miniaturized to 0.25 to 0.18 μm, and the size of foreign matter to be detected Submicron orders are also required. However, in the prior art, since it is difficult to separate foreign matter scattered light and plasma emission, application is limited to observation of relatively large foreign matters, and it is considered difficult to detect minute foreign matters on the order of submicrons.
To integrate a laser illumination optical system and scattered light detection optical system and realize a foreign object monitor that can be attached to a single observation window, it propagates backward along the same optical axis as the irradiated laser light, and enters the laser irradiation optical system. A method of detecting backscattered light that returns is effective.
[0026]
Furthermore, in order to realize a smaller monitor, it is important to reduce the size of each component constituting the monitor.
[0027]
In general, a laser light source is larger than other optical elements. In addition, the optical element will be damaged if no physical force is applied from the outside or dust attached to the surface is burned by laser light. probability Is low. In comparison, the lifetime of the laser light source is short. Therefore, as a laser light source for an in-situ monitor, for example, a long-life and small semiconductor laser or a solid-state laser excited by a semiconductor laser is effective. Here, if the particle size of the foreign matter is the same, the intensity of the scattered light generated by the foreign matter is proportional to the output of the laser beam to be irradiated and proportional to the square of the wavelength. Therefore, a solid-state laser excited by a semiconductor laser whose wavelength is shortened by a nonlinear optical crystal is more effective for detecting foreign matter by the laser scattering method than a semiconductor laser.
[0028]
However, since the output and wavelength of the semiconductor laser fluctuate due to changes in the ambient temperature or the temperature of the semiconductor crystal, temperature control is essential. Since the amount of heat generation increases as the output increases, it is necessary to release the generated heat to the outside. Usually, cooling using a Peltier element is performed, and an associated heat sink is used. The size of the heat sink is several to several tens of times that of the semiconductor laser, which is small. From the above, in order to realize a small monitor, it is essential to reduce the size of the laser light source including the heat sink.
[0029]
There is a method in which a laser light source is installed outside and the laser is guided by an optical fiber. However, polarization separation is effective for separating irradiation light and scattered light propagating on the same optical axis. It is possible to guide polarized laser light with a polarization-maintaining fiber. However, when the output is high, the incident end face is damaged and the coupling loss increases even if it is made to enter the narrow polarization plane preserving fiber of the core system. Furthermore, if the laser output is too large, it will be reflected rather than incident on the fiber. The beam diameter can be expanded and guided by a bundle fiber in which several fibers are bundled. However, in order to preserve the polarization plane, it is necessary to align the direction of each fiber, which is quite difficult to realize. is there.
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is a compact and optical axis adjustment that can be attached to a single observation window by integrating a laser illumination optical system and a scattered light detection optical system. Floating foreign object detection with the function to measure in-situ during processing without affecting the semiconductor processing of foreign matter floating in the semiconductor manufacturing equipment by the foreign matter monitor with easy handling and high maintenance efficiency To provide an apparatus.
[0030]
Another object of the present invention is to allow one observation window to be used both as an irradiation optical system and a detection optical system, and to detect foreign matter floating in the processing chamber by an optical system constituted by one unit. There is to do. Another object of the present invention is to realize a method and apparatus for constructing a compact irradiation / detection optical system so that it can be mounted in a limited narrow space. Another object of the present invention is to realize a highly reliable method and apparatus capable of accurately detecting weak foreign matter scattered light. Another object of the present invention is to realize a method and apparatus capable of determining the occurrence of foreign matter on the entire surface of an object to be processed such as a wafer. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device processing apparatus having the above-described configuration.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, in the present invention, an apparatus for detecting a foreign substance floating inside a semiconductor manufacturing apparatus includes a laser light source unit and a laser excited by a laser emitted from the laser light source unit. A laser irradiation optical system unit for irradiating the laser beam, a scattered light detection optical system unit for detecting a laser beam irradiated by the laser irradiation optical unit and scattered by a foreign object, and a signal processing / control unit, The laser light source unit is connected to the laser irradiation optical system unit with an optical fiber.
In order to achieve the above-described object, in the present invention, an apparatus for detecting foreign matter floating inside a semiconductor manufacturing apparatus using plasma is provided with a laser light source unit and a laser based on the output from the laser light source unit. A monitor optical system comprising: a monitor optical system that detects a laser that is irradiated inside the semiconductor manufacturing apparatus and scattered by foreign matter; and a signal processing / control unit that processes a detection signal of the monitor optical system. The parts are connected to the laser light source part and the signal processing / control part by optical fibers, respectively.
[0032]
In order to achieve the above object, in the present invention, for example, when a desired thin film is generated or processed on a target object in a processing chamber, laser light guided by an optical fiber from an external laser light source, Irradiate into the processing chamber through the observation window. Then, the backscattered light scattered by the foreign matter in the processing chamber is received by the detection optical system through the same observation window, and the number, size and distribution of the foreign matter are discriminated from the detection signal. Display the result on the display.
[0033]
Further, the two-dimensional distribution of the foreign matter is determined by rotating and scanning the irradiation beam irradiated into the processing chamber through the observation window in the horizontal direction.
[0034]
In order to achieve the above-described object, in the present invention, an apparatus for processing a semiconductor device includes a window capable of observing the inside, a placing portion for placing the substrate to be treated inside, and the inside maintained at a predetermined pressure. A plasma processing means for generating a plasma in a processing chamber maintained at a predetermined pressure and processing a substrate to be processed placed on the mounting portion; A laser light source unit disposed outside, a laser irradiation optical system unit that receives a laser emitted from the laser light source unit via an optical fiber, scans the laser from the window, and irradiates the inside of the processing chamber, and the laser The scattered light scattered by the foreign matter floating inside the processing chamber during the processing of the substrate to be processed by the plasma processing means by scanning the laser with the irradiation optical section through the observation window section. Scattered light detection optical system to detect And a signal processing means for outputting information on the foreign matter floating inside the processing chamber by receiving and processing the scattered light signal detected by the scattered light detection optical system section through an optical fiber. .
[0035]
In order to achieve the above-described object, according to the present invention, an apparatus for processing a semiconductor device includes a window capable of observing the inside, a placing portion for placing the substrate to be treated inside, and a predetermined pressure inside the inside. A processing chamber having a pressure setting unit, plasma processing means for generating a plasma in the processing chamber maintained at a predetermined pressure and processing a substrate to be processed placed on the mounting unit, and an outside of the processing chamber A laser light source unit disposed in the laser beam, a laser irradiation optical system unit that receives a laser emitted from the laser light source unit through an optical fiber and scans and irradiates the inside of the processing chamber from the window, and the laser irradiation. The scattered light scattered by the foreign matter floating inside the processing chamber during the processing of the substrate to be processed by the plasma processing means by scanning and irradiating the laser with the optical section through the observation window section. Scattered light detection optical system to detect It was constructed and a signal processing means for outputting information about the foreign substances floating in the processing chamber by receiving and processing signals of the scattered light detected by the scattered light detecting optical system unit via an optical fiber.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
In each embodiment of the present invention described below, an example of application to a parallel plate plasma etching apparatus used in a plasma dry etching apparatus is shown, but the scope of application of the present invention is not limited to this. In addition, the present invention can be applied to thin film generation (film formation) apparatuses such as sputtering apparatuses and CVD apparatuses, or various thin film generation and processing apparatuses such as ECR etching apparatuses, microwave etching apparatuses, and ashing apparatuses. .
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an etching apparatus and a suspended particle measuring apparatus in plasma according to the first embodiment. The plasma suspended particle measuring apparatus includes a laser irradiation optical system 2010, a scattered light detection optical system 3010, and a signal processing / control system 6010. The laser irradiation optical system 2010 and the scattered light detection optical system 3010 are configured as one unit, and are connected to the laser light source 120 and the signal processing / control system 6010 through optical fibers, respectively.
As shown in FIG. 1, in the etching apparatus, the output voltage of the power amplifier 84 is modulated by the high frequency signal from the signal generator 83, this high frequency voltage is distributed by the distributor 85, and arranged in parallel in the plasma processing chamber 86. This is applied between the upper electrode 81 and the lower electrode 82, and is etched by discharge between both electrodes. N A plasma 71 is generated from the etching gas, and the semiconductor wafer 70 as an object to be processed is etched by the active species. As the high frequency signal generated by the signal generator 83, for example, about 400 kHz is used. In the etching process, the progress of etching is monitored, the end point thereof is detected as accurately as possible, and the etching process is performed for a predetermined pattern shape and depth. When the end point is detected, the output of the power amplifier 84 is stopped and the semiconductor wafer 70 is discharged from the plasma processing chamber 86.
In the laser irradiation optical system 2010, laser light (for example, infrared semiconductor laser light, wavelength: 809 nm) from the excitation laser light source 120 installed at a location distant from the monitor optical system main body is transmitted by the excitation light optical fiber 132. , Gain medium 121 (for example, neodymium vanadate (Nd: YVO) installed in the monitor optical system main body 4 )). Neodymium vanadate absorbs excitation light having a wavelength of 809 nm and emits strong light in a single direction at a wavelength around 1064 nm. Furthermore, neodymium vanadate is a substance that has different physical properties depending on the axial direction of the crystal, and emits polarized laser light.
The light from neodymium vanadate is then converted by the nonlinear optical crystal 122 (for example, LBO crystal) into laser light having a wavelength of 1064 nm and a second harmonic wavelength of 532 nm.
The wavelength-converted laser light is intensity-modulated at a frequency different from the excitation frequency of the plasma, for example, 170 MHz, by the intensity modulator 123, and then magnified by the collimating lens 116, and the center of the semiconductor wafer 70 by the focusing lens 117. Condensed to
Here, as the intensity modulator 123, for example, there is an AO (Acosto-Optical) modulator. A signal having a frequency different from the excitation frequency of plasma output from an oscillator (not shown) based on a control signal from the computer 161 is applied to the intensity modulator 123, and the wavelength is converted by the nonlinear optical crystal 122. The laser is intensity modulated at this frequency.
Co Lime By appropriately selecting the focal lengths of the coating lens 116 and the focusing lens 117 and making the depth of focus larger than the radius of the semiconductor wafer 70, the front and back regions of the semiconductor wafer 70 are irradiated with a substantially uniform light energy density. It becomes possible to do.
The condensed S-polarized beam is reflected by the polarization beam splitter 124, then converted to a circularly polarized beam by passing through the quarter-wave plate 126, and then reflected by the galvanometer mirror 125 that is driven at a high speed. 10 is incident on the plasma processing chamber 86 and the entire surface of the semiconductor wafer 70 is scanned in a fan shape. By scanning with the long focal depth beam, the entire upper surface of the semiconductor wafer 70 can be irradiated with a substantially uniform energy density.
The circularly polarized beam is scattered by the floating foreign material 72 in the plasma 71. The backscattered light 202 scattered in the backward direction along the same optical axis as the incident beam in the foreign matter scattered light 201 is reflected by the galvanometer mirror 125, and the circularly polarized light component which is a regular reflection component again passes through the quarter wavelength plate 126. By being transmitted, it is converted into P-polarized light, transmitted through the polarization beam splitter 124, and condensed on the incident end surface of the optical fiber 133 by the imaging lens 131.
Here, as shown in FIG. 2, the center 73b of the semiconductor wafer 70 and the fiber light receiving end are in an imaging relationship. Foreign matter scattered light from the front 73a and back 73c of the defocused wafer receiving end. The By setting the size to be capable of receiving light as well, it is possible to receive all foreign matter scattered light generated above the semiconductor wafer 70. Therefore, the semiconductor wafer 70 is combined with the high-speed scanning of the long focal beam. of It is one of the features of the present invention that foreign matter can be detected with almost uniform sensitivity over the entire sky.
[0037]
As in this embodiment, when the wavelength of the illumination light is 532 nm and the particle size of the foreign material is smaller than about 10 μm, most of the polarization component of the backscattered light becomes equal to the polarization component of the incident light. Therefore, in the S-polarized illumination / P-circle light detection (P-polarized illumination / S-polarized light detection) widely known as the polarization separation method, the detection scattering intensity is remarkably lowered and the detection sensitivity is lowered. As described above, it is also one of the features of the present invention that it is possible to suppress a decrease in detection sensitivity due to a decrease in the particle size of foreign matter by using circularly polarized illumination and circularly polarized light detection.
Directly reflected light or scattered light from the inner wall surface of the plasma processing chamber 86 is detected by installing a spatial filter 136 at a point conjugate with the processing chamber wall surface in front of the detection optical fiber to shield the light. The incident on the optical fiber 133 can be prevented. As a result, the backscattered light from the foreign material can be detected without being affected by the reflected light from the processing chamber wall surface, the detection accuracy can be improved, and a smaller floating foreign material or a foreign material with less backscattered light. Can be detected without missing.
One of the features of the present invention is that the directly reflected light from the foreign object observation window 10 is not incident on the optical fiber by tilting the observation window 10 and shifting the reflection optical axis from the detection optical axis.
It is also possible to reduce the reflected light intensity by applying an antireflection coating to the observation window.
The output end of the detection fiber 133 is connected to the interference filter 140, and the same wavelength component (532 nm) as that of the laser beam is extracted and converted into a current signal by the photoelectric conversion element 135 such as a photomultiplier tube. This current signal is amplified by the amplifier 137 in the signal processing / control system 6010 and then sent to the computer 161. The computer 161 sends a scanning control signal 401 to the galvano mirror 125 via the galvano driver 129, and displays the foreign substance scattering intensity at each scanning position on the display 162 while scanning the beam 103.
3 and 4 show display examples on the display 162. FIG. FIG. 3 shows the change of the detection signal for each scanning, that is, the change of time in the wafer central region, with 9 lines of irradiation light on the φ300 mm wafer. When scattered light is generated by floating foreign substances in the plasma, a large signal on the pulse appears as shown at three points in the figure. The size of the foreign matter can be determined from the intensity of these pulse signals. Also, as shown in FIG. 4, at each detection position, if the difference between the output at the nth scan and the output at the (n-1) th scan is taken, the DC component of the background noise is canceled, and Similarly, it is possible to reduce the fluctuation of the background noise that is fluctuating, and the foreign object signal can be easily determined.
When the etching is finished and the wafer 70 is discharged from the processing chamber, the measurement is finished. Measurement data is recorded on a wafer basis. It is also possible to output measurement data to the outside and sequentially monitor the contamination status of the processing chamber plasma processing chamber 87 using the external output signal 402.
[0038]
According to the present embodiment, since the backscattered light is detected, the irradiation and scattered light can be detected through one observation window, and the irradiation optical system and the detection optical system are compactly configured as a monitor optical system with one unit. In addition, since the excitation light source is separated from the monitor optical system body, the cooling heat sink of the excitation light source can be separated from the monitor optical system body, greatly increasing the monitor optical system. It becomes possible to miniaturize.
By miniaturizing the monitor optical system in this way, when it is easily attached to an observation window of an existing semiconductor manufacturing apparatus, the surrounding spatial restrictions for attachment are reduced, and the attachment can be facilitated. it can. In addition, since the miniaturization is possible in this way, the mounting portion of the monitor optical system to the observation window can be easily attached and detached, so that a plurality of semiconductor manufacturing apparatuses can be sequentially monitored by one detection apparatus. It is also possible to do.
By scanning with a long focal beam, it is possible to achieve substantially uniform energy illumination and uniform sensitivity detection over the entire wafer surface. This enables real-time monitoring of the contamination status in the etching apparatus processing chamber, thereby reducing the occurrence of defective wafers due to adhering foreign matter and the effect of accurately grasping the apparatus cleaning time. Moreover, since the frequency of the advance check work using the dummy wafer can be reduced, the effects of cost reduction and productivity improvement are born. Furthermore, since the timing at which foreign matter is generated during processing is known, there is an effect that information effective for foreign matter reduction measures can be obtained.
[0039]
Next, a plasma etching apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an etching processing apparatus equipped with a plasma floating particle measuring apparatus according to the second embodiment.
[0040]
As shown in FIG. 5, in the etching processing apparatus 1, the output voltage of the power amplifier 84 is modulated by the high frequency signal from the signal generator 83, and this high frequency voltage is distributed by the distributor 85 to be mutually in the plasma processing chamber 86. Applied between the upper electrode 81 and the lower electrode 82 arranged in parallel, the plasma 71 is generated from the etching gas by the discharge between the two electrodes, and the semiconductor substrate (wafer) W as an object to be processed is produced by the active species. Etch. For example, 400 kHz is used as the high-frequency signal.
[0041]
The in-plasma floating particle measuring apparatus 2 mainly includes a laser illumination / scattered light detection optical system 2000, an excitation light source 3000, and a control / signal processing system 6000. The detection light entrance is disposed to face the observation window 10 provided on the side surface of the plasma processing chamber 86.
[0042]
Here, the intensity of the scattered light that is irradiated with the laser light into the plasma processing chamber 86 and is scattered by the foreign matter in the plasma processing chamber 86 is inversely proportional to the square of the wavelength of the irradiated laser light (the particle size of the foreign matter and the laser beam). When the wavelength is the same), it is proportional to the intensity of the irradiated laser beam. Further, in order to realize a compact plasma floating particle measuring apparatus, it is desired that the laser light source be small. Among laser light sources that are currently commercially available, those having both small and short wavelength conditions include, for example, a solid-state laser (for example, a wavelength of 532 nm, output power) using a semiconductor laser 3000 as excitation light as shown in FIG. ~ 500 mW). However, many of the excitation light source integrated solid-state lasers have a small size of the excitation light source (semiconductor laser) and the constituent optical elements, whereas the size of the heat sink for heat radiation of the excitation light source often increases. This may be disadvantageous for downsizing of the in-plasma floating particle measuring apparatus.
[0043]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the excitation light source 3000 and the wavelength conversion unit 5000 of the excitation light source integrated solid-state laser are separated, and only the wavelength conversion unit 5000 is used as the floating substance measuring apparatus 2 in the plasma. By adopting a configuration to be mounted on, it is intended to reduce the size of the in-plasma suspended particle measuring apparatus.
[0044]
First, laser light from an excitation light source 3000 (for example, a semiconductor laser; wavelength 809 nm) is guided to a laser illumination / scattered light detection optical system 2000 through an optical fiber 4000. Here, since the intensity of the laser light finally irradiated into the plasma processing chamber 86 is proportional to the intensity of the excitation light source 3000, the output from the excitation light source 3000 may be as high as several watts. . As a method for guiding the high-power laser beam, as shown in FIG. 8, a method using a bundle fiber in which a large number of optical fibers are bundled is effective.
[0045]
The laser light guided by the optical fiber 4000 is guided to a wavelength converter 5000 disposed in the laser illumination / scattered light detection optical system 2000. The laser light incident on the wavelength conversion unit 5000 is collected by a focusing lens 5001 and gain medium 5002 (for example, neodymium vanadate (Nd: VO) 4 ) Crystal or neodymium yag (Nd: YAG) crystal). For example, neodymium vanadate of the gain medium 5002 absorbs the excitation light having the wavelength of 809 nm and emits strong light in a single direction at a wavelength around 1064 nm. Furthermore, neodymium vanadate is a substance that has different physical properties depending on the axial direction of the crystal, and emits polarized laser light. The polarized light having a specific wavelength emitted from the gain medium 5002 is then wavelength-converted by a nonlinear optical crystal 5004 (for example, a second harmonic generation crystal) disposed in the resonator 5003. That is, for example, the LBO crystal of the nonlinear optical crystal 5004 converts laser light having a wavelength of 1064 nm into laser light having a wavelength of 532 nm. The wavelength-converted beam by the nonlinear optical crystal 5004 is wavelength-selected by the resonator 5003 and becomes a laser beam 5008 having a narrow spectral width.
[0046]
Next, the polarized narrow-line-width laser beam 5008 having a specific wavelength is collimated by the collimating lens 5005. The parallel beam is converted into a P-polarized beam 101 by the half-wave plate 27 and then enters an AO (Acousto-Optical) modulator 22. If the polarization direction of the laser beam 5008 is already P-polarized light, the half-wave plate 27 is not necessary. For example, a rectangular wave signal having a frequency of 170 kHz, preferably a duty of 50%, output from the oscillator 23 is applied to the AO modulator 22, and the intensity of the P-polarized beam 101 is modulated at the above frequency. Here, in this embodiment in which the high-frequency voltage applied to the electrode of the etching processing apparatus is 400 kHz, the laser intensity modulation frequency may be 400 kHz and the above-mentioned frequency 170 kHz different from the harmonic components 800 kHz, 1.2 MHz, etc. The reason will be described later.
[0047]
The intensity-modulated P-polarized beam 102 is focused on the center of the wafer W by the focusing lens 18, transmitted through the polarization beam splitter 24 with low loss, and converted into the circularly polarized beam 103 by the quarter-wave plate 26. The light is reflected by the galvanometer mirror 25 and guided to the processing chamber through the observation window 10 provided on the side surface of the plasma processing chamber 86. Here, by rotating the galvanometer mirror 25 and scanning the beam in a plane parallel to the wafer surface, irradiation (foreign matter detection) on the entire surface immediately above the wafer becomes possible.
[0048]
The observation window 10 is reflected by the galvanometer mirror 25, passes through the quarter-wave plate 26 again, becomes S-polarized light, is reflected by the polarization beam splitter 24, and enters the foreign matter scattered light detection optical fiber 3100. It becomes noise. Therefore, in order to prevent noise due to the reflected light from the observation window, the observation window 10 is provided with an inclination, and the reflected light on this surface is not detected because it is offset from the detection optical axis.
[0049]
Next, a method for detecting foreign matter scattered light will be described with reference to FIGS. The circularly polarized beam 103 guided into the plasma processing chamber 86 is scattered by the floating foreign material 72 in the plasma. Backscattered light propagating on the same optical axis as the circularly polarized beam 103 among the foreign matter scattered light passes through the observation window 10, is reflected by the galvanometer mirror 25, and travels toward the polarizing beam splitter 24. Of the backscattered light, the circularly polarized light component corresponding to the direct reflection component passes through the quarter-wave plate 26 again to become S-polarized light, is reflected by the polarization beam splitter 24 with low loss, and is reflected by the imaging lens 31. The light is condensed on the incident surface of the optical fiber 33 for detecting foreign matter scattered light.
[0050]
As shown in FIG. 2, the center 73b of the wafer and the incident surface of the detection optical fiber 33 are in an imaging relationship, but the (light receiving area) of the incident end surface is from the defocused wafer ends 73a and 73c. Scattered light is also detectable. Therefore, foreign matter backscattered light from the front to the back of the wafer can be detected with substantially the same sensitivity. In order to secure a large light receiving surface, a method using a bundle fiber shown in FIG. 8 is effective.
[0051]
Since the scattered light generated on the processing chamber inner wall 5 forms an image in front of the light receiving surface of the foreign matter scattered light detection optical fiber 33 (3100 in FIG. 5), a spatial filter 36 is installed at the image forming position to block the light. The exit end of the foreign-fiber scattered light detection optical fiber 33 is connected to a spectroscope 34 such as a monochromator or an interference filter set to the laser wavelength of the wavelength-converted polarized laser light 5008. After wavelength-separating only the components, the photoelectric conversion element 35 performs photoelectric conversion.
[0052]
The photoelectrically converted detection signal is amplified by an amplifier 50, and then a lock-in amplifier 51 uses a rectangular wave signal having a frequency of 170 kHz and a duty of 50% output from an oscillator 23 used for intensity modulation of laser light as a reference signal. Synchronous detection is performed, and a foreign matter scattered light component having a frequency of 170 kHz is extracted from the detection signal.
[0053]
As shown in FIG. 10, the inventors of the present application have verified through experiments that the intensity of plasma emission is synchronized with the modulation frequency of the high frequency power for plasma excitation. As shown in FIG. 11, the foreign substance signal obtained by wavelength separation by the spectroscope 34 from the plasma emission generated by the high frequency power, and modulation and synchronous detection at the frequency 170 kHz, which is different from the plasma excitation frequency and its integral multiple, From the plasma emission, it is separated and detected in two regions of wavelength and frequency. The inventors of the present application have experimentally confirmed that this method can detect weak foreign matter scattered light from plasma emission with high sensitivity.
[0054]
That is, as shown in FIG. 11, the plasma emission is continuously distributed in the wavelength region, but discretely exists in the frequency region, and there is a free region in the frequency region. Accordingly, for example, a laser beam having a wavelength of 532 nm is incident on the plasma processing chamber after being intensity-modulated at a frequency of 170 kHz, for example, different from the above-mentioned plasma emission frequency. If only the light is taken out, the scattered light from the foreign matter can be detected separately from the plasma emission.
[0055]
The output of the lock-in amplifier 51 is sent to the computer 61. In the computer 61, a scanning signal is sent to the galvano mirror 25 via the galvano driver 29, and the foreign substance signal captured at each scanning position while scanning the beam is displayed on the display one by one in the form as shown in FIG. 3, for example. . In this display example, the signal intensity for each scan with 9 lines of irradiation light on a wafer of φ300 mm is shown. When scattered light is generated by floating foreign matters in the plasma, large signals 80a, 80b and 80c on the pulse appear as shown at three positions in FIG. As shown in FIG. 4, when the difference between the output at the n-th scanning and the output at the (n-1) -th scanning is taken at each detection position, the DC component of the background noise is canceled and the foreign object signal is determined. It becomes easy.
[0056]
In the computer 61, the signal intensity with respect to the particle diameter obtained by experiments in advance and the detected foreign substance signal intensity are compared to determine the size of the foreign substance, the number of foreign substances from the number of the pulse-like signals, and the signal. The occurrence position of the foreign matter is determined from the scanning position when the is detected. Further, the computer 61 determines the contamination status in the processing chamber from the determined number and size of the foreign matter, and terminates the etching process when the total number of foreign matter generation exceeds a preset reference value. Can output information such as informing the operator of the plasma processing apparatus.
[0057]
As described above, according to the present embodiment, by using backscattered light detection, the laser illumination / scattered light detection optical system can be configured by one unit, and the processing apparatus having only one observation window 10 can be used. In addition, the present invention can be applied and the optical axis can be easily adjusted as compared with the case where the illumination optical system and the detection optical system are separated, and the total optical system becomes compact. Further, by separating the excitation light source, which is a heat source and requires a large heat sink, from the irradiation light source, the laser illumination / scattered light detection optical system is separated, so that the total optical system becomes more compact.
[0058]
In addition, the excitation light source, which is estimated to be one of the most frequently exchanged, has a relatively short life compared to other components in the plasma suspended foreign matter measurement device, from the laser illumination / scattered light detection optical system. Because it is separated, only the excitation light source needs to be replaced when replacing the excitation light source, and there is no need to modify the laser illumination / scattered light detection optical system at all. Time can be shortened.
[0059]
In addition, according to the present embodiment, the above-described modulation / synchronous detection method can detect and detect weak scattered light in two regions of wavelength and frequency separately from plasma emission that is a problem in detecting foreign matter in plasma. There is an effect that the detection sensitivity of floating foreign substances in plasma is greatly improved compared to the conventional wavelength separation only method, and the minimum detection sensitivity that can be obtained with only conventional wavelength separation is limited to about φ1μm at most. On the other hand, according to the method of the present invention, the minimum detection sensitivity can be improved to about φ0.2 μm, and the effect of enabling stable foreign object detection over the entire wafer surface is produced. In addition, according to the present embodiment, since the backscattered light detection is performed, the irradiation beam can be rotated and scanned in the horizontal direction, and the two-dimensional distribution of the foreign matter can be easily grasped.
[0060]
Furthermore, according to the present embodiment, foreign matter detection is performed on the entire surface of the wafer to determine the number, size, and distribution of foreign matter, so that the operator can check the information in real time on a display, for example. You can also.
[0061]
Further, according to the present embodiment, the contamination status in the processing chamber can be determined in real time based on the information on the number of generated foreign matters, the size, and the distribution. For example, the cleaning time is optimized, The apparatus operating rate is improved and the occurrence of a defective defect (a large number of defects occurring at a time) can be prevented, thereby improving the yield. In addition, since the processing can proceed while constantly monitoring the contamination status in the processing chamber, the semiconductor substrate and the liquid crystal substrate manufactured in this way are manufactured in an environment that does not contain foreign substances exceeding the reference value, and are of high quality. It becomes a highly reliable product.
[0062]
Further, according to the present embodiment, it is possible to reduce the frequency of determination of contamination status of a processing chamber using a dummy wafer and contamination status determination by sampling inspection, so that the cost of the dummy wafer can be reduced.
[0063]
Next, a plasma etching apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an etching processing apparatus having a suspended particle measuring apparatus in plasma according to the third embodiment.
[0064]
In the configuration shown in FIG. 12, similarly to the configuration shown in FIG. 5, the etching processing apparatus 1 uses the high frequency signal from the signal generator 83 (not shown) to output the output voltage of the power amplifier 84 (not shown). The high frequency voltage is modulated and distributed by a distributor 85 (not shown) and applied between the upper electrode 81 and the lower electrode 82 arranged in parallel with each other in the plasma processing chamber 86, and a discharge between both electrodes is performed. Thus, plasma 71 is generated from the etching gas, and the semiconductor substrate (wafer) W as an object to be processed is etched by the active species. For example, 400 kHz is used as the high-frequency signal.
[0065]
The plasma floating particle measuring apparatus 3 is mainly composed of a laser illumination / scattered light detection optical system 2001, a laser light source 3001, and a control / signal processing system 6000, and an irradiation light exit portion in the laser illumination / scattered light detection optical system 2001. The detection light entrance is disposed to face the observation window 10 provided on the side surface of the plasma processing chamber 86.
[0066]
The difference from the second embodiment described above is that an irradiation laser light source including all of the excitation light source unit and the wavelength conversion unit is arranged outside the laser illumination / scattered light detection optical system 2001. Therefore, even if the irradiation light is increased in output and the size of the laser light source is increased (accordingly, even if the heat sink for heat dissipation is increased), the size of the laser illumination / scattered light detection optical system 2001 is increased. There is nothing.
[0067]
First, a laser beam from a laser light source 3001 (for example, a solid-state laser, a wavelength of 532 nm, an output of up to 500 mW) is incident on the AO modulator 22. For example, a rectangular wave signal having a frequency of 170 kHz, preferably a duty of 50%, output from the oscillator 23 is applied to the AO modulator 22, and the intensity of the P-polarized beam 101 is modulated at the above frequency. Here, as in the second embodiment described above, in this embodiment in which the high frequency voltage applied to the electrode of the etching processing apparatus is 400 kHz, the laser intensity modulation frequency is 400 kHz and its harmonic components 800 kHz, 1.2 MHz. The above-mentioned frequency of 170 kHz, which is different from. The intensity-modulated beam is guided to the laser illumination / scattered light detection optical system 2001 by the bundle fiber 4001. Instead of the bundle fiber 4001, a large diameter fiber 4001a as shown in FIG. 13 may be used. The large-diameter fiber has an advantage that the core diameter is large, and a beam can be incident relatively easily with low loss.
[0068]
Here, the beam emitted from the bundle fiber or the large diameter fiber is a non-polarized beam. The laser light incident on the laser illumination / scattered light detection optical system 2001 is focused on the center of the wafer 70 by the focusing lens 18 and a mirror 240 having a hole with a size that allows the focused beam to pass therethrough. , Is reflected by the galvanometer mirror 25, and guided to the processing chamber through the observation window 10 provided on the side surface of the plasma processing chamber 86. Here, by rotating the galvanometer mirror 25 and scanning the beam in a plane parallel to the wafer surface, irradiation (foreign matter detection) on the entire surface immediately above the wafer becomes possible.
[0069]
The observation window 10 prevents the reflected light from the observation window from being reflected by the galvanometer mirror 25, reflected by the perforated mirror 240, and incident on the foreign matter scattered light detection optical fiber 3100, resulting in large noise. Similar to the second embodiment described above, an inclination is provided.
[0070]
Next, a method for detecting foreign matter scattered light will be described with reference to FIG. The non-polarized irradiation beam guided into the plasma processing chamber 86 is scattered by the floating foreign matter 72 in the plasma. Backscattered light propagating on the same optical axis as the non-polarized irradiation beam in the foreign matter scattered light passes through the observation window 10 and is reflected by the galvanometer mirror 25 and the perforated mirror 240, and the foreign matter scattered light by the imaging lens 31. The light is condensed on the incident surface of the detection optical fiber 33.
[0071]
As in the second embodiment described above, as shown in FIG. 2, the center 73b of the wafer and the incident surface of the foreign matter scattered light detecting optical fiber 33 are in an imaging relationship. ) Has a size capable of detecting scattered light from both defocused wafer ends 73a and 73c. Therefore, foreign matter backscattered light from the front to the back of the wafer can be detected with substantially the same sensitivity. Since the scattered light generated on the processing chamber inner wall 5 forms an image in front of the light receiving surface of the foreign matter scattered light detection optical fiber 33, a spatial filter 36 is installed at the image formation position to block the light. Subsequent apparatus configuration and functions for performing signal processing and foreign matter occurrence status determination are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0072]
As described above, according to the present embodiment, by using backscattered light detection, the laser illumination / scattered light detection optical system can be configured by one unit, and the processing apparatus having only one observation window 10 can be used. In addition, the present invention can be applied and the optical axis can be easily adjusted as compared with the case where the illumination optical system and the detection optical system are separated, and the total optical system becomes compact. Further, by separating a large laser light source from an excitation light source by a laser illumination / scattered light detection optical system, the total optical system becomes compact.
[0073]
In addition, the laser light source that is estimated to be one of the most frequently exchanged laser light sources from the laser illumination / scattered light detection optical system is relatively short compared to other components in the plasma suspended particle measuring device. Because of the separation, only the laser light source needs to be replaced when replacing the laser light source, and there is no need to modify the laser illumination / scattered light detection optical system at all, thus improving maintenance efficiency and reducing the downtime of the apparatus. It can be shortened.
[0074]
In addition, according to the present embodiment, the above-described modulation / synchronous detection method can detect and detect weak scattered light in two regions of wavelength and frequency separately from plasma emission that is a problem in detecting foreign matter in plasma. There is an effect that the detection sensitivity of floating foreign substances in plasma is greatly improved compared to the conventional wavelength separation only method, and the minimum detection sensitivity that can be obtained with only conventional wavelength separation is limited to about φ1μm at most. On the other hand, according to the method of the present invention, the minimum detection sensitivity can be improved to about φ0.2 μm, and the effect of enabling stable foreign object detection over the entire wafer surface is produced.
[0075]
In addition, according to the present embodiment, since the backscattered light detection is performed, the irradiation beam can be rotated and scanned in the horizontal direction, and the two-dimensional distribution of the foreign matter can be easily grasped.
[0076]
Furthermore, according to the present embodiment, foreign matter detection is performed on the entire surface of the wafer to determine the number, size, and distribution of foreign matter, so that the operator can check the information in real time on a display, for example. Can do.
[0077]
Further, according to the present embodiment, the contamination status in the processing chamber can be determined in real time based on the information on the number of generated foreign matters, the size, and the distribution. For example, the cleaning time is optimized, The apparatus operating rate is improved and the occurrence of a defective defect (a large number of defects occurring at a time) can be prevented, thereby improving the yield. In addition, since the processing can proceed while constantly monitoring the contamination status in the processing chamber, the semiconductor substrate and the liquid crystal substrate manufactured in this way are manufactured in an environment that does not contain foreign substances exceeding the reference value, and are of high quality. It becomes a highly reliable product.
[0078]
Further, according to the present embodiment, it is possible to reduce the frequency of determination of contamination status of a processing chamber using a dummy wafer and contamination status determination by sampling inspection, so that the cost of the dummy wafer can be reduced.
[0079]
Next, a plasma etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of an etching processing apparatus having a floating particle measuring apparatus in plasma according to the fourth embodiment.
In the configuration shown in FIG. 15, similarly to the configuration shown in FIG. 5, in the etching processing apparatus 1, the output voltage of the power amplifier 84 (not shown) is generated by a high frequency signal from the signal generator 83 (not shown). The high frequency voltage is modulated and distributed by a distributor 85 (not shown), and between the upper electrode 81 (not shown) and the lower electrode 82 (not shown) arranged in parallel with each other in the plasma processing chamber 86. The plasma 71 is generated from the etching gas by discharge between the electrodes, and the semiconductor substrate (wafer) W as the object to be processed is etched by the active species. For example, 400 kHz is used as the high-frequency signal.
[0080]
The in-plasma floating particle measuring apparatus 4 includes a laser illumination / scattered light detection optical system 2002, a laser light source 3001, a beam splitter 240a, a polarization plane preserving fiber 4002, a polarization plane preserving bundle fiber 4001, and control / signal processing. The irradiation light exit portion and the detection light entrance portion in the laser illumination / scattered light detection optical system 2002 are arranged so as to face the observation window 10 provided on the side surface of the plasma processing chamber 86. ing.
[0081]
The difference from the second embodiment and the third embodiment described above is that the laser beam from the irradiation laser light source 3001 is divided into a plurality of beams, and each of the divided beams is coupled to the polarization plane preserving fiber 4002. The polarization plane preserving fiber 4002 is aligned and bundled so that all the polarization directions are aligned on the exit surface, and the polarized laser light from the bundled polarization plane preserving fiber is converted into the laser illumination / scattered light detection optical system 2002. This is the point that led to Therefore, it is possible to irradiate a high-power polarized laser without increasing the size of the laser illumination / scattered light detection optical system 2002.
[0082]
First, a laser beam from a laser light source 3001 (for example, a solid-state laser, a wavelength of 532 nm, an output of up to 500 mW) is incident on the AO modulator 22. For example, a rectangular wave signal having a frequency of 170 kHz, preferably a duty of 50%, output from the oscillator 23 is applied to the AO modulator 22, and intensity modulation is performed at the above frequency. Here, as in the first and second embodiments, in this embodiment in which the high-frequency voltage applied to the electrode of the etching processing apparatus is 400 kHz, the laser intensity modulation frequency is 400 kHz and its harmonic component 800 kHz, 1 A frequency of 170 kHz or the like different from .2 MHz is preferable.
[0083]
The intensity-modulated laser light is divided into seven by a beam splitter 240a. In the present embodiment, the number of beam divisions is 7. However, the number of beam divisions is not limited to 7, and can be any number of divisions. The divided beams are respectively coupled to the polarization-maintaining fiber 4002 by a coupling lens 5006. Here, the polarization preserving fiber 4002 is generally configured to have a stress applying portion 4002b around the core 4002a as shown in FIG. The core 4002a is smaller than a normal optical fiber (for example, about several μm when the laser wavelength is 532 nm). When a high-power laser beam is incident, the incident surface is damaged, and the beam is not incident. May reflect. Therefore, in this embodiment, the beam is divided, and the intensity of each divided beam is reduced to the extent that it can enter the polarization plane preserving fiber 4002.
[0084]
Next, for example, as shown in FIGS. 17 and 18, the polarization preserving fibers 4002 are aligned and bundled or arranged in an array so that all polarization directions are aligned on the exit surface. Next, the light is guided to the laser illumination / scattered light detection optical system 2002 by the polarization plane preserving bundle fiber 4001. The laser light incident on the laser illumination / scattered light detection optical system 2002 is collimated by the collimating lens 5007 and then condensed at the center of the wafer W by the focusing lens 18. Next, the focused laser beam is converted to P-polarized light by the half-wave plate 27, then transmitted through the polarization beam splitter 24 with low loss, and converted to the circularly polarized beam 103 by the quarter-wave plate 26. The light is reflected by the galvanometer mirror 25 and guided to the processing chamber through the observation window 10 provided on the side surface of the plasma processing chamber 86. Here, by rotating the galvanometer mirror 25 and scanning the beam in a plane parallel to the wafer surface, irradiation (foreign matter detection) on the entire surface immediately above the wafer becomes possible. If the outgoing beam from the polarization plane preserving bundle fiber 4001 is already P-polarized light, the half-wave plate 27 is not necessary.
[0085]
The subsequent apparatus configuration and function for performing signal processing and foreign matter occurrence status determination are the same as those in the second embodiment described above, and thus the description thereof is omitted.
[0086]
As described above, according to the present embodiment, by using backscattered light detection, the laser illumination / scattered light detection optical system can be configured by one unit, and the processing apparatus having only one observation window 10 can be used. In addition, the present invention can be applied and the optical axis can be easily adjusted as compared with the case where the illumination optical system and the detection optical system are separated, and the total optical system becomes compact. Further, by separating a large laser light source from an excitation light source by a laser illumination / scattered light detection optical system, the total optical system becomes compact.
[0087]
In addition, in the plasma suspended particle measuring apparatus, a laser light source 3001 that has a relatively short life and is estimated to be one of the most frequently exchanged parts compared to other components is provided with a laser illumination / scattered light detection optical system. By separating from 2002, when the excitation light source is replaced, only the laser light source 3001 needs to be replaced, and there is no need to make any changes to the laser illumination / scattered light detection optical system 2002, thereby improving maintenance efficiency. The downtime of the apparatus can be shortened.
[0088]
Further, according to the present embodiment, a high-power polarized laser beam can be guided from the outside of the laser illumination / scattered light detection optical system 2002.
[0089]
In addition, according to the present embodiment, the above-described modulation / synchronous detection method can detect and detect weak scattered light in two regions of wavelength and frequency separately from plasma emission that is a problem in detecting foreign matter in plasma. There is an effect that the detection sensitivity of floating foreign substances in plasma is greatly improved compared to the conventional wavelength separation only method, and the minimum detection sensitivity that can be obtained with only conventional wavelength separation is limited to about φ1μm at most. On the other hand, according to the method of the present invention, the minimum detection sensitivity can be improved to about φ0.2 μm, and the effect of enabling stable foreign object detection over the entire wafer surface is produced.
[0090]
In addition, according to the present embodiment, since the backscattered light detection is performed, the irradiation beam can be rotated and scanned in the horizontal direction, and the two-dimensional distribution of the foreign matter can be easily grasped.
[0091]
Furthermore, according to the present embodiment, foreign matter detection is performed on the entire surface of the wafer to determine the number, size, and distribution of foreign matters, so that the operator can check the information on a display in real time, for example.
[0092]
Further, according to the present embodiment, the contamination status in the processing chamber can be determined in real time based on the information on the number of generated foreign matters, the size, and the distribution. For example, the cleaning time is optimized, The apparatus operating rate is improved and the occurrence of a defective defect (a large number of defects occurring at a time) can be prevented, thereby improving the yield. In addition, since the processing can proceed while constantly monitoring the contamination status in the processing chamber, the semiconductor substrate and the liquid crystal substrate manufactured in this way are manufactured in an environment that does not contain foreign substances exceeding the reference value, and are of high quality. It becomes a highly reliable product.
[0093]
Further, according to the present embodiment, it is possible to reduce the frequency of determination of contamination status of a processing chamber using a dummy wafer and contamination status determination by sampling inspection, so that the cost of the dummy wafer can be reduced.
[0094]
Next, a light source system for supplying a laser beam to the laser illumination / foreign particle scattered light detection optical system of a suspended particle measurement apparatus in plasma according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a laser beam divided into a plurality of beams is coupled to a plurality of bundle fibers or large-diameter fibers, and the output from each bundle fiber or large-diameter fiber is respectively reflected in the laser illumination and the above-described fourth embodiment. The light is guided to the scattered light detection optical system 2002. Therefore, the configuration and performance of the etching processing apparatus having the plasma suspended foreign substance measuring apparatus are the same as those in the fourth embodiment described above, and therefore illustration and description thereof are omitted here.
[0095]
In the configuration shown in FIG. 19, a laser beam emitted from a laser light source 3001 (for example, a solid-state laser, a wavelength of 532 nm, an output of −500 mW) is incident on the AO modulator 22. For example, a rectangular wave signal having a frequency of 170 kHz, preferably a duty of 50%, output from the oscillator 23 is applied to the AO modulator 22, and intensity modulation is performed at the above frequency. Here, in this embodiment in which the high-frequency voltage applied to the electrode of the etching processing apparatus is 400 kHz, the laser intensity modulation frequency may be 400 kHz and the above-mentioned frequency 170 kHz different from the harmonic components 800 kHz, 1.2 MHz, etc. The reason is as described in the second embodiment.
[0096]
The intensity-modulated beam is divided into four by a beam splitter 240. In this embodiment, the number of beam divisions is four. However, the number of beam divisions is not limited to four, and can be any number of divisions. The divided beams are coupled to bundle fibers 4000a to 4000d by coupling lenses 5006, respectively. Then, the bundle fibers 4000a to 4000d are respectively guided to the laser illumination / scattered light detection optical system 2001 shown in the second embodiment.
Since the subsequent apparatus configuration and functions for performing signal processing and foreign matter occurrence status determination are the same as those in the fourth embodiment, illustration and description are omitted.
[0097]
As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the fourth embodiment described above can be obtained, and an etching processing apparatus having a plurality of suspended particle measuring apparatuses in plasma can be configured with one laser light source. Therefore, it is effective for cost reduction.
[0098]
Next, a laser light source system according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a plurality of divided laser beams are coupled to each polarization plane preserving bundle fiber, each polarization plane preserving fiber is divided into several sets, and bundled so that the polarization directions are aligned on the exit surface, and each polarization plane preserving is performed. The bundle fibers are respectively guided to the laser illumination / scattered light detection optical system 2002 shown in the fourth embodiment. Therefore, the configuration and performance of the etching processing apparatus having the plasma suspended foreign substance measuring apparatus are the same as those in the fourth embodiment described above, and therefore illustration and description thereof are omitted here.
[0099]
In the configuration shown in FIG. 20, a laser beam from a laser light source 3001 (for example, a solid-state laser, a wavelength of 532 nm, an output of −500 mW) is incident on the AO modulator 22. For example, a rectangular wave signal having a frequency of 170 kHz, preferably a duty of 50%, output from the oscillator 23 is applied to the AO modulator 22, and intensity modulation is performed at the above frequency. Here, in this embodiment in which the high-frequency voltage applied to the electrode of the etching processing apparatus is 400 kHz, the laser intensity modulation frequency may be 400 kHz and the above-mentioned frequency 170 kHz different from the harmonic components 800 kHz, 1.2 MHz, etc. The reason is as described in the second embodiment.
[0100]
The intensity-modulated beam is divided into eight by a beam splitter 240a. In this embodiment, the number of beam divisions is 8. However, the number of beam divisions is not limited to 8, and can be any number of divisions. The divided beams are coupled to the polarization-maintaining fiber 4002 by a coupling lens 5006, respectively. The polarization-maintaining fibers 4002 are bundled two by two to form four sets of polarization-maintaining fiber bundles 4003a to 4003d. In the present embodiment, the eight polarization plane preserving fibers 4002 are made into four bundle fibers 4003a to 4003d. However, the number of bundles is not limited to this, and the floating particles in the plasma are not bundled. It may be guided to a measuring device, or may be divided into two sets of polarization plane preserving bundle fibers, and a desired combination can be set as appropriate.
[0101]
Next, the polarization plane preserving bundle fibers 4002a to 4002d are guided to the laser illumination / scattered light detection optical system 2002 shown in the fourth embodiment. Since the subsequent apparatus configuration and functions for performing signal processing and foreign matter occurrence status determination are the same as those in the fourth embodiment, illustration and description are omitted.
[0102]
As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the fourth embodiment described above can be obtained, and an etching processing apparatus having a plurality of suspended particle measuring apparatuses in plasma can be configured with one laser light source. Therefore, it is effective for cost reduction.
[0103]
Next, a laser light source system according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the divided laser beams are intensity-modulated by AO modulators, respectively, and then coupled to bundle fibers or large-diameter fibers, respectively, and the outputs from the bundle fibers or large-diameter fibers are respectively described above. This is guided to the laser illumination / scattered light detection optical system 2002 shown in the fourth embodiment. Therefore, the configuration and performance of the etching processing apparatus having the plasma suspended foreign substance measuring apparatus are the same as those in the fourth embodiment described above, and thus the description thereof is omitted here.
[0104]
In the configuration shown in FIG. 21, a laser beam from a laser light source 3001 (for example, a solid-state laser, a wavelength of 532 nm, an output of ~ 500 mW) is divided into four by a beam splitter 240. In this embodiment, the number of beam divisions is four. However, the number of beam divisions is not limited to four, and can be any number of divisions. The split beam is incident on the multi-channel AO modulator 220. A rectangular wave signal output at a frequency set by the calculators 61a to 61d from the multi-channel oscillator 230 is applied to the AO modulator 220, preferably with a duty of 50%, and intensity modulation is performed at the above frequency. Here, the frequency is appropriately set in consideration of the frequency of the high-frequency voltage applied to the electrode of the etching processing apparatus.
[0105]
The split beams from the intensity-modulated beams are coupled to bundle fibers 4000a to 4000d by coupling lenses 5006, respectively. Then, the bundle fibers 4000a to 4000d are respectively guided to the laser illumination / scattered light detection optical system 2002 shown in the third embodiment. Since the subsequent apparatus configuration and functions for performing signal processing and foreign matter occurrence status determination are the same as those in the fourth embodiment, illustration and description are omitted.
[0106]
As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the third and sixth embodiments described above can be obtained, and a single laser light source can be used in various plasmas having a plurality of different plasma excitation frequencies. An etching processing apparatus with a floating particle measuring apparatus can be configured.
[0107]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described based on FIG. 22, FIG. 23 and FIG. First, the concept of the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0108]
Step 1001 is a film forming step for forming a film to be processed 601 such as a silicon oxide film on the wafer W, and step 1002 is a film thickness measuring step for inspecting the thickness of the formed film. Step 1003 is a resist coating step for applying a resist 602 to the wafer W, and step 1004 is a pattern transfer step for transferring the mask pattern 603 onto the wafer. Step 1005 is a developing step for removing the resist in the processed portion. Step 1006 uses the resist pattern 604 as a mask to etch the processed film 601 in the resist removing portion 605 to form wiring grooves and contact holes 606. Etching process. Step 1007 is an ashing step for removing the resist pattern 604, and step 1008 is a cleaning step for cleaning the front surface and the back surface of the wafer. The above series of steps is applied to, for example, formation of a contact hole.
[0109]
In a normal semiconductor integrated circuit device, a multilayer structure is formed by repeating the above series of steps.
[0110]
Next, with reference to FIG. 24, a description will be given of defects caused by foreign matters generated during etching adhering to the wafer. FIG. 24 is a diagram illustrating an example of defects generated in, for example, contact hole etching.
[0111]
A foreign substance 701 indicates a foreign substance attached to the contact hole opening during etching. In this case, since the etching reaction is stopped by the adhered foreign matter, the contact hole at the foreign matter adhered portion is not opened, which becomes a fatal defect.
[0112]
A foreign substance 702 indicates a foreign substance adhering to the inside of the contact hole during etching. Also in this case, since the etching reaction is stopped by the adhered foreign matter, the contact hole at the foreign matter adhered portion is not opened, resulting in a fatal defect.
[0113]
A foreign matter 703 and a foreign matter 704 indicate foreign matters that have adhered to the inside of the contact hole after etching. A foreign substance adhering to a portion having a high aspect ratio such as a contact hole is often difficult to remove even by cleaning. If the size of the foreign substance is large, such as a foreign substance 703, a contact failure occurs, which is fatal. It becomes a defect.
[0114]
A foreign matter 705 indicates foreign matter attached to the resist pattern 604 during etching. In this case, the attached foreign matter 705 does not affect the etching reaction at all, and no fatal defect occurs due to the attached foreign matter 705.
[0115]
In this way, even if foreign matter adheres, if the size of the foreign matter is not large enough to cause a defect, or if the attachment location is a non-etched area, it does not become a fatal defect and the foreign matter adheres to the wafer. But not all of them cause fatal defects. In addition, the foreign matter 701 and the foreign matter 705 are foreign matters that are relatively easy to remove by cleaning, whereas the foreign matter that has fallen into the high aspect ratio contact hole, such as the foreign matter 602, the foreign matter 703, and the foreign matter 704, is removed by washing. Is difficult.
[0116]
In the present invention, in the etching process 1006, the foreign substance generated in the processing chamber during the etching is detected in real time by the plasma floating foreign substance measuring apparatus 1100, and the processed wafer is transferred to the next process based on the foreign substance detection result. It is selected whether the remaining wafers are processed sequentially, whether the appearance inspection is performed before being sent to the next process, or the processing is stopped and the processing chamber is cleaned (maintenance).
[0117]
Here, the process to be performed next is selected by comparing the size and number of detected foreign substances with a preset standard value (foreign substance management standard).
[0118]
Therefore, an example of a method for calculating the standard value (foreign matter management standard) in the present embodiment will be described next. As already explained, even if foreign matter adheres to the wafer, not all of them cause fatal defects. The probability that a fatal defect occurs due to the adhered foreign matter can be obtained by calculation from the relationship between the opening ratio and pattern density of the etching pattern, the wiring width, and the size and number of foreign matter that adhere. Therefore, the correlation between the size and number of foreign matter detected during the etching process and the size and number of foreign matter attached to the wafer is obtained in advance through experiments, and the probability that fatal defects are caused by the foreign matter detected during etching. Can be requested.
[0119]
The standard value (foreign matter management standard) is set based on the value obtained by the above means. In the following, an example of setting a standard value in the present embodiment is shown.
[0120]
The standard value 1 is set so that the probability of occurrence of a fatal defect is very low (for example, the probability of occurrence of a fatal defect is 1% or less) if the number of detected foreign objects of a certain size or less is smaller than the specified value 1. . For example, the standard value 1 is 10 particles having a particle size of 0.4 μm or more.
[0121]
The standard value 2 is a value at which the occurrence of a fatal defect is a concern (for example, the probability of the fatal defect occurrence) if the number of detected foreign objects of a certain size or more is less than the specified value 2 above the standard value 1 5% or less). For example, the standard value 2 is 30 particles having a particle size of 0.4 μm or more.
[0122]
When the number of detected foreign objects having a certain size or more is the specified value 2 or more, many fatal defects occur (for example, a fatal defect occurrence probability of 5% or more).
[0123]
Based on the standard value, if the number of foreign particles detected during the etching process is less than the specified value 1, the probability of a fatal defect is low, so that the next wafer is processed. Do.
[0124]
If the number of foreign substances detected during the etching process is greater than or equal to the specified value 1 but less than the specified value 2, an appearance inspection is performed after the etching process is completed. If no fatal defect is confirmed as a result of the visual inspection, the wafer is sent to the next ashing step 1007. If a fatal defect is confirmed as a result of the visual inspection, it is determined whether the fatal defect is a remedyable defect. If it is determined that the defect can be repaired (eg, use of a repair circuit) based on the determination result, the wafer is sent to the next ashing step 1007. If it is determined that the defect cannot be repaired based on the determination result, the defect is recorded and then the wafer is sent to the next ashing step 1007. Thereafter, for example, when each chip is cut out by dicing, the chip including the irreparable defect is eliminated.
[0125]
In the case where the number of foreign substances detected during the etching process is larger than the specified value 2, the possibility of a large number of fatal defects occurring in the wafer to be processed thereafter is high. An operator of the etching apparatus is displayed on a monitor screen or notified by an alarm so that the etching process is interrupted and the plasma processing chamber is cleaned (maintenance). In an etching processing apparatus that does not include a plasma floating particle measuring apparatus, the processing chamber is not necessarily cleaned in an appropriate time. Therefore, cleaning is performed at a time when it is not necessary to clean, and the operation rate of the apparatus is reduced, or conversely, processing is continued even when the time to be cleaned has passed, resulting in a large amount of defective products and yield. It may be reduced.
[0126]
There is also a method of performing a prior work with a dummy wafer for checking foreign matter in the processing chamber and determining the cleaning time from the result. In this case, extra work is performed during a series of steps, resulting in a decrease in throughput and a cost for dummy wafers. However, with the increase in wafer diameter, the cost of dummy wafers is inevitably increased, and the reduction of prior work using dummy wafers for checking foreign substances in the processing chamber is also a big problem.
[0127]
On the other hand, according to the present embodiment, since the object to be processed can be processed while monitoring the contamination status in the processing chamber in real time, the cleaning time is optimized, and no prior work with a dummy wafer is required, so that the throughput is increased. The cost of the dummy wafer can be reduced. In addition, the product manufactured by the process of the present embodiment can manufacture a high-quality product that does not include foreign substances exceeding a specified value, and thus a highly reliable product.
In the above embodiment, the application example to the etching processing apparatus has been described. However, as described above, the scope of application of the present invention is not limited to this. By applying to an apparatus or a film forming apparatus, real-time monitoring of foreign matter in the ashing apparatus and the film forming apparatus becomes possible, thereby reducing defects caused by the ashing process and the film forming process during the photolithography process. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of defective products and improve the yield.
[0128]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by using backscattered light detection, the laser illumination / scattered light detection optical system can be constituted by one unit, and the processing apparatus having only one observation window. In addition, the present invention can be applied and the optical axis can be easily adjusted as compared with the case where the illumination optical system and the detection optical system are separated, and the total optical system becomes compact.
[0129]
Further, by separating the excitation light source, which is a heat source and requires a large heat sink, from the irradiation light source, the laser illumination / scattered light detection optical system is separated, so that the total optical system becomes more compact.
[0130]
Further, according to the present invention, an excitation light source that is estimated to be one of the most frequently exchanged laser light sources with a relatively short life compared to other components in the plasma suspended foreign matter measuring apparatus is provided. By separating from the scattered light detection optical system, it is only necessary to replace the excitation light source when replacing the excitation light source, and there is no need to modify the laser illumination / scattered light detection optical system at all. And the downtime of the apparatus can be shortened.
[0131]
In addition, according to the present invention, it is possible to separate and detect weak foreign matter scattered light in two regions of wavelength and frequency from plasma light emission which is a problem in foreign matter detection in plasma. Compared to the above, the effect of greatly improving the detection sensitivity of the floating foreign matters in the plasma is obtained, and the minimum detection sensitivity obtained in the case of only the conventional wavelength separation is limited to about φ1 μm at most, whereas According to the method, the minimum detection sensitivity can be improved to about φ0.2 μm, and an effect that stable foreign matter detection can be performed over the entire wafer surface is produced.
[0132]
Further, according to the present invention, since the backscattered light detection is performed, the irradiation beam can be rotationally scanned in the horizontal direction, and the two-dimensional distribution of the foreign matter can be easily grasped.
[0133]
Further, according to the present invention, foreign matter detection is performed on the entire surface of the wafer to determine the number, size, and distribution of the foreign matter, so that the operator can check the information in real time on a display, for example. it can.
[0134]
Further, according to the present invention, the contamination status in the processing chamber can be determined in real time based on the information on the number of generated foreign matters, the size, and the distribution. For example, the cleaning time is optimized, The apparatus operating rate is improved and the occurrence of a defective defect (a large number of defects occurring at a time) can be prevented, thereby improving the yield. In addition, since the processing can proceed while constantly monitoring the contamination status in the processing chamber, the semiconductor substrate and the liquid crystal substrate manufactured in this way are manufactured in an environment that does not contain foreign substances exceeding the reference value, and are of high quality. It becomes a highly reliable product.
[0135]
Further, according to the present embodiment, it is possible to reduce the frequency of determination of contamination status of a processing chamber using a dummy wafer and contamination status determination by sampling inspection, so that the cost of the dummy wafer can be reduced.
[0136]
These effects enable real-time monitoring of the contamination status in the etching chamber, reduce the occurrence of defective wafers due to attached foreign matter, enable the production of high-quality semiconductor elements, and accurately time to clean the equipment. The effect of being able to grasp is born.
[0137]
In addition, since the frequency of the foreign object prior work check operation using the dummy wafer can be reduced, the effects of cost reduction and productivity improvement are produced. In addition, the production line can be automated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an etching processing apparatus having a floating particle measuring apparatus in plasma according to a first embodiment of the present invention. It is the top view and front view which show schematic structure of the etching apparatus with which the floating foreign material measuring apparatus in plasma in the 1st Example of this invention was mounted | worn.
FIG. 2 is a schematic front view showing a schematic relationship between an imaging position on a wafer of an optical system and an inner wall surface of a processing apparatus.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state where the plasma excitation frequency and the plasma emission are synchronized in each embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of wavelength / frequency separation from plasma emission of foreign matter scattered light in each embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an etching processing apparatus equipped with a plasma floating particle measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a general configuration of a semiconductor laser-excited solid-state laser in a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic front view showing a schematic configuration of an external laser excitation solid-state laser in which an excitation light source and a wavelength conversion unit are separated according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a bundle fiber.
FIG. 9 is a diagram for explaining a schematic configuration of an etching apparatus equipped with an optical system for detecting foreign matter scattered light in a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in detected light intensity at nine points on a wafer in the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a three-dimensional graph showing the temporal change of the foreign substance signal intensity at nine points on the wafer in the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic plan view showing a schematic configuration of an etching processing apparatus equipped with a floating particle measuring apparatus in plasma according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a large diameter fiber according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view of an etching apparatus equipped with an optical system for detecting foreign matter scattered light in a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a plan view showing a schematic configuration of an etching processing apparatus equipped with a floating particle measuring apparatus in plasma according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a polarization-maintaining fiber according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a polarization-maintaining bundle fiber according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional view of a polarization-maintaining array fiber according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic plan view showing an external laser light source according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a schematic plan view showing an external laser light source according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a schematic plan view showing an external laser light source according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a process flow diagram showing a process flow of a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device in which an etching processing apparatus with a suspended particle measurement apparatus in plasma according to an eighth embodiment of the present invention is introduced. is there.
FIG. 23 is a diagram for explaining a processing flow schematically showing a contact hole formation process according to an eighth embodiment of the present invention along a processing flow using a cross-sectional structure; is there.
FIG. 24 is a cross-sectional view of a substrate to be processed schematically showing an example of defects caused by attached foreign substances in a contact hole etching step according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 25 is an explanatory view showing a conventional parallel plate type plasma etching apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Etching processing apparatus 10 ... Observation window 22, 122 ... AO modulator 23, 123 ... Oscillator 24, 124 ... Polarizing beam splitter 25, 125 ... Galvano mirror 35 ... -Photoelectric conversion element 50-Amplifier 51-Lock-in amplifier 61-Computer 2000-Laser illumination / scattered light detection optical system 3000-Excitation light source 33, 3100-For detecting foreign matter scattered light Optical fiber 4000 ... Optical fiber 5000 ... Wavelength conversion unit 6000 ... Control / signal processing system

Claims (19)

半導体デバイスを処理するプラズマ処理装置の内部に浮遊する異物を検出する装置であって、
レーザを出力し、放熱用のヒートシンクを備えた励起光源一体形のレーザ光源部と、
該レーザ光源部から発射されたレーザを受けて前記半導体デバイスを処理する装置の内部にレーザを走査して照射するレーザ照射光学系部と、
該レーザ照射光学系部により走査して照射されて前記半導体デバイスを処理する装置の内部に浮遊する異物で散乱されたレーザを検出する散乱光検出光学系部と、
該散乱光検出光学系部の検出信号を処理して前記半導体デバイスを処理する装置の内部に浮遊する異物に関する情報を出力する信号処理部と、
を備え、
前記レーザ照射光学系部と前記散乱光検出光学系部とは、一つのユニットで構成され、
記レーザ光源部は励起光源と波長変換部とを有し、該励起光源と波長変換部とは分離されて光ファイバで接続されており、該波長変換部は前記一つのユニットで構成された前記散乱光検出光学系部と前記レーザ照射光学系部と同じユニット内に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。
An apparatus for detecting foreign matter floating inside a plasma processing apparatus for processing a semiconductor device,
A laser light source unit integrated with an excitation light source that outputs a laser and includes a heat sink for heat radiation;
A laser irradiation optical system that scans and irradiates a laser inside an apparatus that receives the laser emitted from the laser light source and processes the semiconductor device;
A scattered light detection optical system unit that detects a laser beam that is scanned by the laser irradiation optical system unit and scattered by a foreign substance floating inside the apparatus that processes the semiconductor device;
A signal processing unit that processes the detection signal of the scattered light detection optical system unit and outputs information about the foreign matter floating inside the apparatus for processing the semiconductor device;
With
The laser irradiation optical system unit and the scattered light detection optical system unit are composed of one unit,
Before chelating chromatography The light source unit includes an excitation light source and the wavelength converting portion, and the excitation light source and the wavelength converting portion are connected by a separate optical fiber, the wavelength conversion portion composed of the one unit An apparatus for detecting floating foreign matter in a plasma processing apparatus, wherein the scattered light detection optical system section and the laser irradiation optical system section are arranged in the same unit .
前記散乱光検出光学系部は、半導体製造装置の内壁面からの反射光を遮光する遮光部を備えていることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置内の
浮遊異物検出装置。
2. The floating foreign matter detection apparatus in a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the scattered light detection optical system section includes a light blocking section that blocks reflected light from the inner wall surface of the semiconductor manufacturing apparatus.
前記半導体デバイスを処理する装置の内部に走査して照射するレーザが、所望の周波数で強度変調されていることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。  2. The apparatus for detecting floating foreign matter in a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the laser for scanning and irradiating the inside of the apparatus for processing the semiconductor device is modulated in intensity at a desired frequency. 前記信号処理部は、前記半導体デバイスを処理する装置の内部に浮遊する異物の個数と大きさ、分布に関する情報を出力することを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。  2. The floating foreign substance detection apparatus in a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit outputs information on the number, size, and distribution of foreign substances floating inside the apparatus for processing the semiconductor device. . プラズマを用いて半導体デバイスを処理するプラズマ処理装置の内部に浮遊する異物を検出する装置であって、
レーザを出力し、放熱用のヒートシンクを備えた励起光源一体形のレーザ光源部と、
該レーザ光源部から出力されたレーザを受けて前記プラズマ処理装置の内部に該プラズマ処理装置の観察用窓を介してレーザを照射して前記プラズマ処理装置の内部に浮遊する異物から散乱された散乱光を前記観察用窓を介して検出するモニタ光学系部と、
該モニタ光学系部で前記散乱光を検出した検出信号を処理する信号処理部と、
を備え、
記レーザ光源部は励起光源と波長変換部とを有し、該励起光源と波長変換部とは分離されて、該波長変換部は前記モニタ光学系部の内部に配置されており、前記励起光源と前記波長変換部および前記モニタ光学系部と前記信号処理部とはそれぞれ光ファイバで接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。
An apparatus for detecting foreign matter floating inside a plasma processing apparatus for processing a semiconductor device using plasma,
A laser light source unit integrated with an excitation light source that outputs a laser and includes a heat sink for heat radiation;
Scatter scattered from foreign matter floating in the plasma processing apparatus by receiving the laser output from the laser light source unit and irradiating the plasma processing apparatus with the laser through the observation window of the plasma processing apparatus A monitor optical system for detecting light through the observation window;
A signal processing unit for processing a detection signal obtained by detecting the scattered light by the monitor optical system unit;
With
Before chelating chromatography The light source unit includes an excitation light source and the wavelength converting portion, and the excitation light source and the wavelength converting portion are separated, the wavelength conversion portion is disposed inside of the monitor optical system unit, The floating foreign matter detection apparatus in the plasma processing apparatus, wherein the excitation light source, the wavelength conversion unit, the monitor optical system unit, and the signal processing unit are connected by optical fibers, respectively.
前記レーザ光源部は励起用レーザを出力し、前記モニタ光学系部は該レーザ光源部から出力された励起用レーザにより励起されたレーザを前記プラズマ処理装置の内部に照射することを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。  The laser light source unit outputs an excitation laser, and the monitor optical system unit irradiates the inside of the plasma processing apparatus with a laser excited by the excitation laser output from the laser light source unit. Item 6. A floating foreign matter detection apparatus in a plasma processing apparatus according to Item 5. 前記モニタ光学系部は、前記プラズマ処理装置の観察用窓に着脱自在な構成であることを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。  6. The floating foreign matter detection apparatus in a plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the monitor optical system unit is configured to be detachable from an observation window of the plasma processing apparatus. 前記信号処理部は、前記プラズマ処理装置の内部に浮遊する異物の個数と大きさ、分布に関する情報を出力することを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。  6. The floating foreign substance detection apparatus in a plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the signal processing unit outputs information on the number, size, and distribution of foreign substances floating inside the plasma processing apparatus. 前記モニタ光学系部は、前記半導体デバイスを処理する装置の内部に円偏光を照射し、異物により散乱された円偏光を検出することを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。  6. The floating foreign matter in the plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the monitor optical system section irradiates the circularly polarized light inside the apparatus for processing the semiconductor device and detects the circularly polarized light scattered by the foreign matter. Detection device. 前記モニタ光学系部は、前記プラズマ処理装置の内部に照射したレーザによる前記半導体デバイスを処理する装置の内壁面からの反射光を遮光して、前記プラズマ処理装置の内部に浮遊する異物による散乱光を検出することを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。  The monitor optical system unit shields light reflected from an inner wall surface of the apparatus for processing the semiconductor device by a laser irradiated inside the plasma processing apparatus, and scattered light from foreign matters floating inside the plasma processing apparatus. The apparatus for detecting floating foreign matter in a plasma processing apparatus according to claim 5, wherein: 前記プラズマ処理装置の内部に走査して照射するレーザが、所望の周波数で強度変調されていることを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出装置。  6. The floating foreign matter detection apparatus in a plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the intensity of the laser that scans and irradiates the inside of the plasma processing apparatus is modulated at a desired frequency. プラズマ処理装置の内部に浮遊する異物を検出する方法であって、
放熱用のヒートシンクを備えた励起光源と該励起光源とは分離されて該励起光源と光ファイバで接続された波長変換部とを備えた励起光源一体形のレーザ光源部における前記励起光源からレーザを発射し、
該発射されたレーザを前記光ファイバを介して前記波長変換部を内部に設置したレーザ照射光学系部に入射させ、
該レーザを入射させたレーザ照射光学系部からプラズマにより半導体デバイスを処理するプラズマ処理装置の観察用窓を介して該プラズマ処理装置の内部にレーザを走査して照射し、
該レーザを前記プラズマ処理装置の内部に走査して照射することにより前記プラズマ処理装置の内部に浮遊する異物で散乱された散乱光を前記観察用窓を介して検出し、
該検出した散乱光の信号を第2の光ファイバを介して信号処理部に送信し、
該第2の光ファイバを介して信号処理部で受信した前記散乱光の信号を処理することにより前記プラズマ処理装置の内部に浮遊する異物の情報を得ることを特徴とするプラズマ処理装置内の浮遊異物検出方法。
A method for detecting foreign matter floating inside a plasma processing apparatus,
A laser from the pumping light source in the pumping light source integrated laser source unit including a pumping light source including a heat sink for heat dissipation and a wavelength conversion unit that is separated from the pumping light source and connected to the pumping light source by an optical fiber. Fire,
Is incident the firing laser to the laser irradiation optical system unit which is installed through the wavelength converting portion therein through said optical fiber,
A laser is scanned into the inside of the plasma processing apparatus through the observation window of the plasma processing apparatus for processing the semiconductor device with plasma from the laser irradiation optical system unit on which the laser is incident.
Detecting scattered light scattered by foreign matter floating inside the plasma processing apparatus through the observation window by scanning and irradiating the laser inside the plasma processing apparatus,
Transmitting the detected scattered light signal to the signal processing unit via the second optical fiber;
Floating in the plasma processing apparatus characterized in that information on foreign matters floating in the plasma processing apparatus is obtained by processing the scattered light signal received by the signal processing unit via the second optical fiber. Foreign object detection method.
前記プラズマ処理装置の内壁面からの反射光を遮光して前記異物で散乱された散乱光を検出することを特徴とする請求項12記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出方法。  13. The method for detecting floating foreign matter in a plasma processing apparatus according to claim 12, wherein reflected light from the inner wall surface of the plasma processing apparatus is shielded to detect scattered light scattered by the foreign substance. 前記プラズマ処理装置の内部に走査して照射するレーザが、所望の周波数で強度変調されていることを特徴とする請求項12記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出方法。  13. The method for detecting floating foreign matter in a plasma processing apparatus according to claim 12, wherein the intensity of the laser that scans and irradiates the inside of the plasma processing apparatus is modulated at a desired frequency. 前記検出した散乱光の信号を処理することにより、前記プラズマ処理装置の内部に浮遊する異物の個数と大きさ、分布に関する情報を得ることを特徴とする請求項12記載のプラズマ処理装置内の浮遊異物検出方法。  13. The floating in the plasma processing apparatus according to claim 12, wherein information on the number, size, and distribution of foreign substances floating in the plasma processing apparatus is obtained by processing the detected scattered light signal. Foreign object detection method. 内部を観察可能な窓部と前記内部に被処理基板を載置する載置部と前記内部を所定の圧力に維持する圧力設定部とを備えた処理室と、
所定の圧力に維持された前記処理室の内部にプラズマを発生させて前記載置部に載置した被処理基板を処理するプラズマ処理手段と、
熱用のヒートシンクを備えた励起光源と該励起光源とは分離されて該励起光源と第1の光ファイバで接続された波長変換部とを備えた励起光源一体形のレーザ光源部と、
前記波長変換部を内部に配置して、前記レーザ光源部の前記励起光源から出力されて前記第1の光ファイバを介して前記波長変換部に入射して該波長変換部から出射したレーザ 受けて前記プラズマ処理手段で被処理基板を処理している前記処理室の内部に前記処理室の観察可能な窓部を介してレーザを照射し該照射により前記処理室の内部に浮遊する異物から散乱された散乱光を前記観察可能な窓部を介して検出するモニタ光学系部と、
該モニタ光学系部の検出信号を第2の光ファイバを介して前記処理室から離れた場所で受信し処理することにより前記処理室の内部に浮遊する異物に関する情報を得る信号処理部と、
を備えたことを特徴とする半導体デバイスの処理装置。
A processing chamber comprising a window part capable of observing the inside, a placing part for placing the substrate to be treated in the inside, and a pressure setting part for maintaining the inside at a predetermined pressure;
Plasma processing means for generating a plasma inside the processing chamber maintained at a predetermined pressure and processing a substrate to be processed placed on the placing portion;
An excitation light source and the excitation light source with a heat sink for the heat release and the laser light source portion of the excitation light source integral with a wavelength converting portion connected with the separated excitation light source and the first optical fiber,
By arranging the wavelength converting portion therein, it receives the laser emitted from the laser light source unit and the excitation light source is output from the incident on the wavelength converting portion through the first optical fiber wavelength conversion of Then, the inside of the processing chamber that is processing the substrate to be processed by the plasma processing means is irradiated with a laser through an observable window portion of the processing chamber, and scattered by the foreign matter floating in the processing chamber by the irradiation. A monitor optical system that detects the scattered light that has been observed through the observable window;
A signal processing unit that obtains information about the foreign matter floating in the processing chamber by receiving and processing the detection signal of the monitor optical system unit via a second optical fiber at a location away from the processing chamber;
An apparatus for processing a semiconductor device, comprising:
前記モニタ光学系部は、前記処理室の前記観察可能な窓部に着脱自在な構成であることを特徴とする請求項16記載の半導体デバイスの処理装置。17. The semiconductor device processing apparatus according to claim 16, wherein the monitor optical system section is detachably attached to the observable window section of the processing chamber. 前記モニタ光学系部は、前記処理室の内部に照射したレーザによる前記処理室の内壁面からの反射光を遮光して前記処理室の内部に浮遊する異物による散乱光を検出することを特徴とする請求項16記載の半導体デバイスの処理装置。The monitor optical system unit is configured to shield light reflected from an inner wall surface of the processing chamber by a laser irradiated to the inside of the processing chamber and detect scattered light caused by foreign matters floating inside the processing chamber. 17. The semiconductor device processing apparatus according to claim 16 . 前記信号処理部は、前記処理室の内部に浮遊する異物の個数と大きさ、分布に関する情報を出力することを特徴とする請求項16記載の半導体デバイスの処理装置。17. The semiconductor device processing apparatus according to claim 16 , wherein the signal processing unit outputs information on the number, size, and distribution of foreign matters floating in the processing chamber.
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