JP4078043B2

JP4078043B2 - プラズマ処理装置内の浮遊異物検出方法及びその装置並びに半導体デバイスの処理装置

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Publication number: JP4078043B2
Application number: JP2001190584A
Authority: JP
Inventors: 博之中野; 俊彦中田
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP2003007681A

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_４））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。
コ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からの異物散乱光を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の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_４）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

Claims

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、
前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。
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。
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。
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。
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、
前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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
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を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。
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。
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。
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。