JPH11248617A - 基板表面の汚染度検出方法及び基板表面の汚染度検出装置 - Google Patents

基板表面の汚染度検出方法及び基板表面の汚染度検出装置

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JPH11248617A
JPH11248617A JP6192398A JP6192398A JPH11248617A JP H11248617 A JPH11248617 A JP H11248617A JP 6192398 A JP6192398 A JP 6192398A JP 6192398 A JP6192398 A JP 6192398A JP H11248617 A JPH11248617 A JP H11248617A
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JP
Japan
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substrate
contamination
ring
cooling plate
scattering ring
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JP6192398A
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Akira Kawai
晃 河合
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウエハーや石英などの大型基板表面
の汚染度を効率的かつ精度良く非破壊で測定する手段は
なかった。 【解決手段】 冷却機能を有し、表面に複数個の小突起
を設け、該小突起上に検査対象である基板を載置するよ
うした平坦な冷却プレートと;前記冷却プレートの上方
に空間を隔てて位置し、前記冷却プレートに向けて平行
光線を照射する様にした光線照射装置と;冷却プレート
と光線照射装置との間の空間に上下移動可能に位置した
散乱光観測用カメラ;とからなり、前記散乱光観測用カ
メラが捉えた散乱リングから検査対象である基板表面の
汚染状況を検出する様にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はシリコンウエハー
や石英などの大型基板の洗浄技術に関するものであり、
特に大型基板表面の微小な汚染を効率的かつ精度良く検
出する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シリコンウエハーや石英などは各種電子
素子の基板としてなくてはならぬものであり、これら基
板の表面に微小な汚染層が存在する場合には、基板とし
て所期の機能を発揮し得なくなる為、この微小な汚染層
を検出して除去することは極めて重要な技術である。
【0003】この基板の汚染を検出する方法として、従
来においては図1に示す様に検査対象である基板上に直
径数ミリ程度の液滴2を滴下し、その接触角θを測定
し、この接触角θの大きさから汚染度を検出する手法が
知られている。つまり、液滴の接触角θと汚染度とは相
関関係にあり、汚染度が高い程、その接触角θは大きく
なるので、この液滴2の接触角θの測定を基板1面内の
複数点で実施すれば、基板1面内の汚染分布を知ること
ができるのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この様な液滴2の接触
角θの測定は、基板1表面の汚染度を感度良く測定でき
る手法ではあるが、基板1表面の多点測定は極めて時間
と手間がかかり、大型基板には向いていなかった。又、
接触角θの測定は極めて微妙で、測定者によって測定値
にばらつきが生じることは避けられず、不正確な結果が
出やすいといった欠点もあった。
【0005】一方、ESCAやXPSといった化学分析
によって汚染度を測定する手法も存在するが、この場合
には真空チャンバー中に基板1を入れなければならない
為、大気中とは表面状態が異ってしまう欠点が存在して
いた。又、真空チャンバーは一般的に小さい為、測定対
象である基板1を小さく切断する必要があり、破壊検査
にならざろう得なかった。又、この場合には基板1の電
気伝導性に測定結果が大きく影響されるといった問題も
存在していた。一方、微粒子のレーザー散乱を利用した
パーティクルカウンターでは、基板1表面の凹凸は検出
できても、原理上、化学吸着による微小な有機汚染層の
検出は不可能であった。
【0006】この様に、シリコンウエハーや石英等の基
板表面の汚染度の検出は技術的にかなりむずかしかった
が、本発明者は鋭意研究を行った結果、基板表面に付着
した微小液滴からの散乱光によって生ずる散乱リングに
着目し、この散乱リングの形態から微小有機汚染層を含
め各種の汚染を効率良くかつ高精度で検出する手法を確
定し、その為の装置を開発し、ここに本件発明として提
案するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、検査対象で
ある基板の表面に多数の微小液滴を付着させ、該基板の
上方あるいは下方からその微小液滴に向けて平行光線を
照射し、微小液滴からの散乱光によって基板上方あるい
は下方に生ずる散乱リングを光学的手段によって観察
し、その直径、リング幅、リングの歪み、散乱リングの
消失時間から基板表面の汚染状況を検出しようとするも
のであり、又、冷却機能を持ち、表面に複数個の小突起
を有し、該小突起上に検査対象である基板を載置するよ
うにした平坦な冷却プレートと;前記冷却プレートの上
方に空間を隔てて位置し、前記冷却プレートに向けて平
行光線を照射する様にした光線照射装置と;冷却プレー
トと光線照射装置との間の空間に上下移動可能に位置し
た散乱光観測用カメラ;とから基板表面の汚染度検出装
置を構成することにより、上記課題を解決せんとするも
のである。
【0008】
【発明の実施の形態】図2はこの発明に係る基板表面の
汚染度検出装置の一実施形態の説明図であり、図中3は
平坦な冷却プレートであり、冷却機能を有し、表面には
複数個の小突起4が設けられており、この小突起4の上
に検査対象である基板1を載置する様になっている。
【0009】又、5は冷却プレート制御部であり、これ
で冷却プレート3の冷却状況を制御する様になってい
る。一方、冷却プレート3の上方には空間を隔てて、冷
却プレート3側を指向した光線照射装置6が位置せしめ
られている。この光線照射装置6は光線を発生させる光
源7と放物面ミラー8とからなっており、冷却プレート
3へ向けて垂直な平行光線9を照射できる様になってい
る。
【0010】光源7としては白色光あるいはレーザー光
などの単色光が用いられる。更に、冷却プレート3と光
線照射装置6との間の空間には、散乱光観測用カメラ1
0が冷却プレート3側を指向して上下移動可能に位置せ
しめられており、この散乱光観測用カメラ10はモニタ
ー装置11及び画像処理装置12にそれぞれ接続されて
いる。
【0011】この基板表面の汚染度検出装置は上記の通
りの構成を有するものであり、被検出対象である基板1
を冷却プレート3の小突起4上に載置し、この基板1を
0℃近くまで緩やかに冷却する。この冷却速度は冷却プ
レート制御部5で任意にコントロールできる。なお、基
板1は冷却プレート3には直接接触しておらず、小突起
4に接触しているのみなので、冷却プレート3によって
基板1の表面が汚染されるおそれはない。この冷却プレ
ート3の冷却によって基板1は冷却され、その表面には
大気中の水蒸気が凝縮し、微小な液滴2からなる液滴群
が形成される。この液滴2の大きさは数ミクロンから数
100ミクロンである。
【0012】この様な状況のもと、上方に位置した光線
照射装置6の光源7を点灯すると、放物面ミラー8によ
って反射した平行光線9はこの微小液滴2が形成されて
いる基板1表面へ垂直に照射される。すると、図3に示
す様に、微小液滴2からなる液滴群からの光散乱現象に
よって散乱リング13が発生する。この散乱リング13
は基板1の上方の観測点から視認可能である。そして、
この散乱リング13は基板1の汚染状況に応じた特有な
形態上の特徴を持っているので、この状態を散乱リング
観測用カメラ10によって捉え、その画像情報をモニタ
ー装置10で可視的に表示すると共に、画像処理装置1
2において処理し、あらかじめ蓄積してある汚染状況と
散乱リング13の形態の関係を分析したデータと比較
し、基板1の汚染状況を検出するのである。
【0013】基板1表面の汚染状況と散乱リング13と
の関係を述べれば、光源7として白色光を用いた場合に
は、図3に示す様に幅を有する円形のリングとして、レ
ーザー光などの単色光を用いた場合には、幅の狭いシャ
ープなリングとして、波長の異る2種類以上のレーザー
光を用いた場合には、2重の明確なリングとして観察さ
れるが、観察位置を一定にした場合、この散乱リング1
3の直径、リング幅及びリング形状の歪みには基板1表
面の汚染状況が敏感に反映される。
【0014】図3は白色光を入射させた場合の散乱リン
グの一例を示したものであり、散乱リングの外側は青
色、内側は赤色となり、この散乱リングの幅と汚染度と
の関係は図4に示すグラフの様になる。即ち、汚染度が
高くなる程、散乱リング13の径は大きくなり、又、そ
の幅も大きくなる。
【0015】従って、この図4に示す両者の関係から基
板1表面の汚染度を定量化できるのである。又、基板1
表面の汚染度が一定均一なら散乱リング13は真円とな
るので、散乱リング13が歪んだ場合には、その部分は
他の領域と比較して汚染度が異ることを意味する。
【0016】従って、観察位置つまりカメラ10の位置
を上下に連続的に変化させることによって、基板1の全
領域の散乱リング13を観察し、基板1面内の汚染分布
を解析することができる。図5はこの様にカメラ10を
上昇させながら、散乱リング13を拡大していく状況を
示したものである。
【0017】又、基板1上における水蒸気の凝縮に伴う
微小液滴の発生と成長は、基板表面が清浄な場合には図
6(a)→(b)→(c)、汚染されている場合には図
7(a)→(b)→(c)に示す様な過程をたどる。つ
まり、基板1表面が清浄な場合には、液滴2の接触角が
小さい為、凝集によって液滴形状が早く歪み、これに伴
い散乱リング13の消失も早いが、基板1表面が汚染さ
れている場合には、液滴2の接触角が大きく、図7に示
す様に液滴2はいつまでも存続し続けるので、散乱リン
グ13もなかなか消失しない。
【0018】従って、この散乱リング13の消失までの
時間と汚染度との関係から基板1の汚染度を検知するこ
とが可能なのである。なお、基板1に歪みが存在する場
合には、歪みが散乱リングの形態に影響を及ぼすことに
より、正確な汚染度の測定の妨げとなるが、図8に示す
様に、事前に初期歪みを有する基板1表面に平坦度の高
い透明板14を載せ、上方よりレーザー光15で全面を
走査し、ニュートンリングの原理によって干渉縞の変化
として現われた基板1表面の歪み量をバックグラウンド
データとしてあらかじめ蓄積しておき、散乱リング13
の真円度から歪みを解析する際、補正データとして利用
すれば基板1の初期歪みを補正することが可能となる。
【0019】又、上記の実施形態においては、入射光側
から散乱リングを観測しているが、入射光側の散乱強度
が弱くなる傾向の強い板ガラスや石英などの透明基板の
場合には反対の透過側から観察する様にしても良い。
【0020】更に、カメラ10の位置を上下移動させる
から、基板1表面を走査するのではなく、図9に示す様
にカメラ10の位置は固定したまま、基板1自体をコン
ベア等の移動手段16によって移動させながら走査する
様にしても良い。なお、この方法は湿度や温度などの環
境条件がコントロールされているチェンバー内やクリー
ンルーム内における汚染度の測定に向いている。
【0021】又、上記実施の形態においては、微小液滴
群の発生方法として冷却による水蒸気の凝縮を用いた
が、超音波振動子利用の微細ミスト発生装置やスチーム
発生装置を用いて微小液滴を発生させても良い。
【0022】
【発明の効果】この発明は上述通りの構成を有するもの
であり、散乱リングの形態から基板表面の汚染度を検出
するものであり、化学吸着による基板表面のわずかな有
機汚染を感度良く検出できるだけではなく、基板表面に
付着した微粒子の存在も感度良く検出することが可能で
ある。
【0023】又、水面に浮んだオイルやLB(ラングミ
ュアーブロジェット)膜などの超薄膜層の均一性評価に
も応用可能であり、非破壊で大面積基板の評価を高速で
実施でき、基板の種類にも制限はなく、ほとんどの材料
の平坦基板に適用可能であるという汎用性も有してお
り、極めて実用的なものである。
【0024】
【図面の簡単な説明】
【図1】基板表面に滴下した液滴の拡大図。
【図2】この発明に係る基板表面の汚染度検出装置の一
実施形態の説明図。
【図3】平行光線の照射によって発生した散乱リングの
一例の平面図。
【図4】散乱リングの形態と汚染状況との関係を示した
グラフ。
【図5】カメラの上昇に伴って拡大する散乱リングの状
況を示した散乱リングの一例の平面図。
【図6】清浄な基板上において、液滴が時間の経過と集
合して行く状況を示した基板の平面図。
【図7】汚染された基板上において、液滴が時間の経過
と集合して行く状況を示した基板の平面図。
【図8】基板の初期歪みを補正する方法を示した説明
図。
【図9】横方向に基板を移動させてその全面を走査する
方法を示した説明図。
【符号の説明】
1 基板 2 液滴 θ 接触角 3 冷却プレート 4 小突起 5 冷却プレート制御部 6 光線照射装置 7 光源 8 放物面ミラー 9 平行光線 10 カメラ 11 モニター装置 12 画像処理装置 13 散乱リング 14 透明板 15 レーザー光 16 移動手段

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検査対象である基板の表面に多数の微小
    液滴を付着させ、該基板の上方あるいは下方からその微
    小液滴に向けて平行光線を照射し、微小液滴からの散乱
    光によって基板上方あるいは下方に生ずる散乱リングを
    光学的手段によって観察し、その直径、リング幅、リン
    グの歪み、散乱リングの消失時間から基板表面の汚染状
    況を検出することを特徴とする基板表面の汚染度検出方
    法。
  2. 【請求項2】 冷却機能を持ち、表面に複数個の小突起
    を有し、該小突起上に検査対象である基板を載置するよ
    うにした平坦な冷却プレートと;前記冷却プレートの上
    方に空間を隔てて位置し、前記冷却プレートに向けて平
    行光線を照射する様にした光線照射装置と;冷却プレー
    トと光線照射装置との間の空間に上下移動可能に位置し
    た散乱光観測用カメラ;とからなり、前記散乱光観測用
    カメラが捉えた散乱リングから検査対象である基板表面
    の汚染状況を検出する様にしたことを特徴とする基板表
    面の汚染度検出装置。
  3. 【請求項3】 散乱リングの観測位置を上下に連続的に
    変化させて基板の全領域の散乱リングを観察することに
    よって基板面内の汚染分布を検出することを特徴とする
    請求項1記載の基板表面の汚染度検出方法。
  4. 【請求項4】 ニュートンリング法により事前に基板の
    平坦度を測定しておき、バックグラウンドデータとして
    基板の初期歪みを補正するようにしたことを特徴とする
    請求項1記載の基板表面の汚染度検出方法。
  5. 【請求項5】 基板を冷却することによって基板表面に
    微小液滴を形成させることを特徴とする請求項1記載の
    基板表面の汚染度検出方法。
  6. 【請求項6】 散乱リングの観察位置を固定しておき、
    基板を横方向に移動させるから散乱リングの観察を行う
    ことを特徴とする請求項1記載の基板表面の汚染度検出
    方法。
  7. 【請求項7】 微小液滴群の形成をミストの噴霧によっ
    て行うことを特徴とする請求項1記載の基板表面の汚染
    度検出方法。
JP6192398A 1998-02-27 1998-02-27 基板表面の汚染度検出方法及び基板表面の汚染度検出装置 Pending JPH11248617A (ja)

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JP (1) JPH11248617A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013111578A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Corning Inc ガラス表面に対し表面コンプライアンスを判定するための装置及び方法
JP2015068708A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 株式会社東芝 表面状態評価装置及び表面状態評価方法

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