(57)【要約】走査ビームの粒子モニタの結果生じるパルストレインを分析するための新規な方法が説明されている。この方法は、信号対ノイズの比率を高め、粒子の誤りアラーム率を大幅に低減する。時間領域で行われるので、この方法は、スキャナ周波数で発生しないノイズパルスを排除する。この分析はさらに、順方向を向いたおよび逆方向を向いた自動相関を行うことにより粒子−パルス−エンベロープ（ＰＰＥ）を識別する。ガウシアンフィットがその後、識別された粒子−パルス−エンベロープに適用され、大きさとスピードなどの粒子特性を測定する。
2005502875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査された測定体積中の粒子の存在を判定するために散乱光信号を処理する工程であり、前記方法は、
測定体積に走査光ビームを照射するステップと、
前記測定体積中を移動する粒子から散乱光パルスを検出するステップと、
前記測定体積中を移動する粒子をノイズから分離するために対応する粒子パルスエンベロープ（ＰＰＥ）を発生することによって時間領域での走査された粒子を表す多数のパルスイベントの存在を判定するステップを有する、前記検出された光パルスを処理するステップとを、有することを特徴とする工程。
【請求項２】
請求項１に係る工程であって、前記測定体積中の粒子をカウントするために、検出された光パルスとして単独のパルスイベントを分離するステップを含むことを特徴とする工程。
【請求項３】
請求項２に係る工程において、前記分離ステップは、前記パルス振幅が弁別器閾値設定値を超えるか否かを判定するステップを含むことを特徴とする工程。
【請求項４】
請求項３に係る工程において、前記弁別閾値設定値は前記バックグラウンドノイズレベルの少なくとも３倍に設定されることを特徴とする工程。
【請求項５】
請求項３に係る工程において、前記弁別閾値設定値は前記バックグラウンドノイズレベルの少なくとも４倍に設定されることを特徴とする工程。
【請求項６】
請求項１に係る工程であって、
前記光パルスを電気パルスに変換するステップと、
前記走査光ビームによって多数回接触される粒子を示す多数のパルスの存在を検出するために前記時間領域の前記変換された電気パルスを処理するステップとを、有することを特徴とする工程。
【請求項７】
請求項６に係る工程であって、変換された電気パルスを全て弁別して所定の閾値に満たないパルスを全て排除するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項８】
請求項７に係る工程であって、前記変換された電気パルスの前記ピーク振幅を測定するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項９】
請求項１に係る工程において、前記発生ステップは、前記時間領域において第１のパルスに隣接する、実質的に１スキャナ期間だけ前記第１のパルスから離間している第２のパルスを識別するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項１０】
請求項９に係る工程であって、前記測定体積中の単独の粒子を表すパルスエンベロープを示す前記第１と第２のパルスに隣接している複数のパルスを識別するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項１１】
請求項１０に係る工程において、前記識別ステップは、所定の期間にわたって前記パルスを順方向におよび逆方向に自動相関して前記パルスエンベロープの前記大きさを測定するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項１２】
請求項１１に係る工程であって、ガウシアンフィットを前記パルスエンベロープに適用するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項１３】
請求項１２に係る工程であって、前記パルスエンベロープの前記ピーク振幅を測定して前記粒子の前記スピードを測定するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項１４】
請求項１２に係る工程であって、前記パルスエンベロープの前記幅を測定して、前記粒子の前記大きさを測定するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項１５】
請求項１に係る工程において、前記工程は処理チャンバ内で行われることを特徴とする工程。
【請求項１６】
請求項１に係る工程において、前記工程は処理器具のポンプライン内で行われることを特徴とする工程。
【請求項１７】
請求項１に係る工程において、前記処理ステップはオンラインで行われることを特徴とする工程。
【請求項１８】
請求項１に係る工程であって、前記パルス値を記憶し、検出装置から遠隔操作で前記処理ステップの各々を行うステップを有することを特徴とする工程。
【請求項１９】
測定体積を通過する粒子を効果的に測定する工程であり、
所定の周波数で前記測定体積内に光ビームを走査するステップと、
前記移動している粒子から散乱される光パルスを検出するステップと、
走査期間にわたって粒子と多数回接触することを示す前記パルスエンベロープの存在を判定するステップとを、有することを特徴とする工程。
【請求項２０】
請求項１９に係る工程であって、
前記測定体積中の粒子をカウントするために検出された光パルスとして単独のパルスイベントを分離するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項２１】
請求項２０に係る工程において、前記分離ステップは、前記パルス振幅が弁別器閾値設定値を超えるか否かを判定するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項２２】
請求項２１に係る工程において、前記弁別閾値設定値は前記バックグラウンドノイズレベルの少なくとも３倍に設定されることを特徴とする工程。
【請求項２３】
請求項２１に係る工程において、前記弁別閾値設定値は前記バックグラウンドノイズレベルの少なくとも４倍に設定されることを特徴とする工程。
【請求項２４】
請求項１９に係る工程であって、
前記光パルスを電気パルスに変換するステップと、
前記走査光ビームによって多数回接触される粒子を示す多数のパルスの前記存在を検出するために前記時間領域の前記変換された電気パルスを処理するステップとを、有することを特徴とする工程。
【請求項２５】
請求項２４に係る工程であって、変換された電気パルスを全て弁別して、所定の閾値に満たないパルスを全て排除するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項２６】
請求項２５に係る工程であって、前記変換された電気パルスの前記ピーク振幅を測定するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項２７】
請求項１９に係る工程において、前記エンベロープ判定ステップは、前記時間領域で第１のパルスに隣接した、実質的に１スキャナ期間だけ前記第１のパルスから離間している第２のパルスを識別するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項２８】
請求項２７に係る工程であって、前記測定体積中の単独の粒子を表すパルスエンベロープを示す前記第１と第２のパルスに隣接した複数のパルスを識別するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項２９】
請求項２８に係る工程において、前記識別ステップは、所定の期間にわたって前記パルスを順方向におよび逆方向に自動相関して前記パルスエンベロープの前記大きさを測定するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項３０】
請求項２９に係る工程であって、ガウシアンフィットを前記判定されたパルスエンベロープの各々に適用するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項３１】
請求項３０に係る工程であって、各パルスエンベロープの前記ピーク振幅を測定して、前記対応する粒子の前記スピードを測定するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項３２】
請求項３１に係る工程であって、各パルスエンベロープの前記幅を測定して、前記対応する粒子の前記大きさを測定するステップを有することを特徴とする工程。
【請求項３３】
請求項１９に係る工程において、前記工程は処理チャンバ内で行われることを特徴とする工程。
【請求項３４】
請求項１９に係る工程において、前記工程は処理器具のポンプラインで行われることを特徴とする工程。
【請求項３５】
請求項１９に係る工程において、前記処理ステップはオンラインで行われることを特徴とする工程。
【請求項３６】
請求項１９に係る工程であって、前記検出されたパルス値を記憶し検出装置から遠隔操作で前記処理ステップの各々を行うステップを有することを特徴とする工程。
【請求項３７】
散乱された光ビーム内でカウントされる粒子からノイズを識別する工程であって、
種々のスピードと大きさの粒子を含む測定体積中に光ビームを送出するステップと、
少なくとも１つの散乱光パルスを前記測定体積から検出するステップと、
前記少なくとも１つの光パルスを電気信号に変換するステップと、
前記少なくとも１つのパルスの前記振幅を測定するステップと、
前記少なくとも１つのパルスの前記振幅が、前記バックグラウンドノイズレベルの最高値の少なくとも３倍に等しい閾値弁別器閾値を越える場合、前記パルスをカウントするステップとを、有することを特徴とする工程。
【請求項３８】
請求項３７に係る工程において、前記閾値レベルは、前記バックグラウンドノイズレベルの最高値の少なくとも４倍に等しいことを特徴とする工程。
【請求項３９】
走査された測定体積中の粒子の前記存在を判定するために散乱光信号を処理する工程であり、前記方法は、
測定体積に走査光ビームを照射するステップと、
前記測定体積中を移動する粒子から散乱光パルスを検出するステップと、
前記測定体積中を移動する粒子をノイズから分離するために対応する粒子パルスエンベロープ（ＰＰＥ）を発生することによって時間領域での走査された粒子を表す多数のパルスイベントの前記存在を判定するステップを有する、前記検出された光パルスを処理するステップと、
さらに、前記バックグラウンドノイズレベルの最高値の少なくとも３倍に等しい閾値弁別器閾値を越える振幅を有するパルスをカウントするステップとを有することを特徴とする工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年９月７日に出願された出願番号６０／３１８，０７３の仮特許出願に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は半導体ウェハー処理の分野に関し、さらに詳細には走査ビームの粒子モニタの結果生じる信号を分析する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
Ｉｎ−ｓｉｔｕ粒子モニタ（ＩＳＰＭ）センサは、主な半導体処理動作時の粒子汚染レベルを連続してモニタすることができる。光散乱検出技術に基づいて、ＩＳＰＭセンサは通常、ポンプラインなどの処理チャンバの下流に取り付けられ、ウェファー処理時の粒子濃度の変動および大きさのリアルタイム測定を行う。しかしながら、センサ装置をポンプラインに取り付けることには、特有の不都合がいくつかある。第一に、処理されたウェファーに付着している粒子を、ポンプライン構造中においてセンサで測定できない。次に、ＩＳＰＭセンサは、処理チャンバ内上流で発生した粒子を検出するために種々の粒子移送機構に依存しているため、ＩＳＰＭセンサの使用で生成ウェファーの表面に直接付着する粒子数との相関関係を不正確なものとすることが多い。さらに、ＩＳＰＭセンサのための粒子検出体積も、粒子を照らしているレーザビームの断面積が小さいことによって制限される。
【０００４】
ＩＳＰＭセンサとウェファー表面に付着する粒子の数との相関関係を改善するために、改良型ウェファーｉｎ−ｓｉｔｕ粒子モニタ（以下ＡＷＩＳＰＭ）センサが開発されてきた。参照により本明細書中にその全内容を引用したものとする、米国特許Ｎｏ．５，９４３，１３０に説明されているように、ＡＷＩＳＰＭセンサは処理チャンバ内で粒子汚染レベルをモニタすることができる。このセンサは走査レーザビームを採用して、ＩＳＰＭセンサ技術において以前より公知の固定レーザビームシステムと比べて大きい検出体積を作る。検出体積はウェファー表面上約４ｍｍにしかすぎないので、ＡＷＩＳＰＭセンサの取り込みレートはウェファー表面に直接付着するであろう粒子に対して増大する。粒子汚染のための取り込みレートもまた、検出体積が大きくなったことによって改善され、体積測定サンプリングレートを大きく増大させる。ＡＷＩＳＰＭセンサは検出される粒子の実際の個数、大きさおよび速度(スピード)に関する情報を提供する。
【０００５】
走査されるレーザビームは粒子の存在を検出するために使用されるので、粒子浮遊速度がサンプル体積でのレーザビーム速度と比べて小さい場合、粒子は測定体積を通過するとき複数回検出されるであろう。レーザ走査はレゾナントスキャナあるいは回転多面鏡を用いて遂行される。どちらの光デバイスでも、走査ビームに対応した明確に規定された期間（例えば、周波数）を生じる。
【０００６】
この規定された期間が本発明の基礎を成し、粒子−パルス−エンベロープ(ＰＰＥ)を、観測される信号中に通常含まれる低レベル電子および光学ノイズ（迷光）の連続ストリームから検出して分離することができる。信号処理アルゴリズムは、最小粒子サイズ検出可能限界での誤りアラームカウントのレベルを大幅に減少させることに主に貢献している。データストリームは走査周波数に相関した時間領域で分析されるため、その領域の信号対ノイズ比率でのあるいはそれに近い比率でのＰＰＥ検出が行われうる。
【特許文献１】
米国法定発明特許第Ｈ１１８３号明細書
【特許文献２】
米国再発行特許第ＲＥ３３，２１３号明細書
【特許文献３】
米国特許第４，２６０，２５８号明細書
【特許文献４】
米国特許第４，４７３，２９６号明細書
【特許文献５】
米国特許第４，５７１，０７９号明細書
【特許文献６】
米国特許第４，６３６，０７５号明細書
【特許文献７】
米国特許第４，６９７，９２５号明細書
【特許文献８】
米国特許第４，７２８，１９０号明細書
【特許文献９】
米国特許第４，７３９，１７７号明細書
【特許文献１０】
米国特許第４，７８３，５９９号明細書
【特許文献１１】
米国特許第４，７９２，１９９号明細書
【特許文献１２】
米国特許第４，７９８，４６５号明細書
【特許文献１３】
米国特許第４，８０４，８５３号明細書
【特許文献１４】
米国特許第４，８１２，６６４号明細書
【特許文献１５】
米国特許第４，８２５，０９４号明細書
【特許文献１６】
米国特許第４，８２７，１４４号明細書
【特許文献１７】
米国特許第４，８８５，４７３号明細書
【特許文献１８】
米国特許第４，８９３，９２８号明細書
【特許文献１９】
米国特許第４，８９４，５２９号明細書
【特許文献２０】
米国特許第４，８９６，０４８号明細書
【特許文献２１】
米国特許第４，９０６，０９４号明細書
【特許文献２２】
米国特許第４，９１７，４９６号明細書
【特許文献２３】
米国特許第４，９２０，２７５号明細書
【特許文献２４】
米国特許第４，９８４，８８９号明細書
【特許文献２５】
米国特許第５、０１１，２８６号明細書
【特許文献２６】
米国特許第５，０３３，８５１号明細書
【特許文献２７】
米国特許第５，０３７，２０２号明細書
【特許文献２８】
米国特許第５，０５５，６９８号明細書
【特許文献２９】
米国特許第５，０６１，０６５号明細書
【特許文献３０】
米国特許第５，０６１，０７０号明細書
【特許文献３１】
米国特許第５，０８３，８６５号明細書
【特許文献３２】
米国特許第５，０８５，５００号明細書
【特許文献３３】
米国特許第５，０９２，６７５号明細書
【特許文献３４】
米国特許第５，１０６，１８７号明細書
【特許文献３５】
米国特許第５，１３２，５４８号明細書
【特許文献３６】
米国特許第５，１３５，３０６号明細書
【特許文献３７】
米国特許第５，１４６，０９８号明細書
【特許文献３８】
米国特許第５，１５３，６７５号明細書
【特許文献３９】
米国特許第５，１７２，００４号明細書
【特許文献４０】
米国特許第５，１８５，６４１号明細書
【特許文献４１】
米国特許第５，１９２，８７０号明細書
【特許文献４２】
米国特許第５，２１２，５８０号明細書
【特許文献４３】
米国特許第５，２２９，８３９号明細書
【特許文献４４】
米国特許第５，２３１，３７８号明細書
【特許文献４５】
米国特許第５，２３５，６２５号明細書
【特許文献４６】
米国特許第５，２４７，１８８号明細書
【特許文献４７】
米国特許第５，２５５，０８９号明細書
【特許文献４８】
米国特許第５，２５６，８８６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のひとつの主要な目的は、従来技術の上述の欠点を解決することである。
【０００８】
本発明の他の主要な目的は、走査光源／検出装置を用いて、測定体積で起こるフォールスネガティブの発生率を無くすか大幅に減らすことである。
【０００９】
従って、本発明の１つの好ましい側面によれば、走査された測定体積中の粒子の存在を判定するために散乱光信号を処理する工程が提供され、前記方法は、
測定体積に走査光ビームを照射するステップと、
前記測定体積中を移動する粒子から散乱された光パルスを検出するステップと、
前記測定体積中を移動する粒子をノイズから分離するために、対応する粒子パルスエンベロープ（ＰＰＥ）を発生することによって、時間領域で走査された粒子を表す多数のパルスの存在を判定するステップを有する、前記検出された光パルスを処理するステップとを備えている。
【００１０】
好ましくはおよび実際には、前記測定体積を横断する走査された各粒子によって散乱される前記光パルスはまず、光電子倍増管によって検出される。そして、前記光電子倍増管から出力される前記電流は従来の手段によって電圧パルスに変換され、次にこの電圧パルスは例えば高速２段階アナログ増幅器によってなどで増幅される。弁別器などのレベルトリガ装置が、最低閾値を越えない信号を除去する。
【００１１】
前記弁別器を出る前記パルストレインはピーク検出器で分析されて、前記パルスの最高値を測定する。この値は前記パルスタイムスタンプ（マイクロ秒解像度）とともに、例えばコンピュータハードディスクあるいはマイクロプロセッサのメモリーに、下述する好ましい信号処理技術を用いる後処理のために、記憶される。
【００１２】
本発明の前記信号処理方法は、１）前記時間領域での分析によるノイズ除去、２）順方向および逆方向の自動相関による粒子−パルス−エンベロープ（ＰＰＥ）の識別、３）粒子の大きさおよびスピード判定のための各粒子−パルス−エンベロープに対するガウシアンフィットの３つの主な作用から成っている。順方向および逆方向の自動相関によるＰＰＥ識別は、個々の粒子散乱イベントの識別を容易にするので、特に重要である。これらのカウントの統計を得ることは、ＡＷＩＳＰＭセンサ測定の主要な目的である。
【００１３】
個々のパルスが、それがＰＰＥの一部であるか否かを判定することで、信号あるいはノイズであるとして確認されうる。この判定は、前記スキャナ周波数内で遅れているか進んでいる第２のパルスを（前記時間領域において）前記パルスの前および後ろで検索することで、なされる。
【００１４】
ノイズパルスが除去された後で、前記信号処理アルゴリズムはＰＰＥの検索を始める。（再び前記時間領域における）前記順方向および逆方向の自動相関計算が、個々のＰＰＥのはじめと終わりを識別するために用いられる。前記ＰＰＥのはじめで、前記自動相関は前記順方向に高く、前記逆方向自動相関において０である。前記エンベロープの終わりで、自動相関は前記逆方向で高く、前記順方向では０である。この方法によって、パルスエンベロープ（粒子）の前記はじめと終わりが識別できる。
【００１５】
前記パルスエンベロープが識別された後、ガウシアンフィットルーチンが適用される。前記アルゴリズムは想定されるガウス平均、幅および振幅で始まる。これらの値の各々は、引き続き反復適用されて前記ピークパルス振幅と前記ガウシアンフィットの値の間の最小エラーを生じさせる。
【００１６】
前記ガウシアンフィットは、大きさおよび速度などの粒子特性の測定に非常に重要である。エンベロープの前記フィットが得られると、前記ガウシアンフィットの前記ピーク振幅は粒子の大きさを測定するのに用いられ、前記測定体積での前記レーザビームの径と結びついた前記ガウシアンフィットの前記勾配は、粒子速度を測定するのに用いられる。
【００１７】
本発明のひとつの好ましい見解によれば、前記弁別レベルを前記バックグラウンドノイズのレベルの少なくとも３倍および好ましくは４倍に設定することで、検出されるフォールスネガティブの数を大幅に減らし、それは単独のパルスイベント（例えば、前記走査ビームによって一回だけ接触される粒子）の存在をよりよく判定するのに不可欠であるということもわかった。
【００１８】
他の目的、特徴および利点は、添付の図面とともに読まれるべき以下の「発明を実施するための最良の形態」から容易に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１を参照すると、従来技術によるＩＳＰＭ（ｉｎ ｓｉｔｕ粒子測定）システムが示されている。システム１０は、固定平行光ビーム２４をポンプライン２２などの測定体積を横切って放出するレーザダイオード１４を有する。レーザダイオード１４と反対側に配置されたビームダンプ１８は、背景光を最小限にするために、結果として生じる光ビーム２４を集めるために用いられる。測定体積を横断する粒子３７は、光ビーム２４を後ろ、前、あるいは横に散乱させ、その結果生じる光３１は、集光光学システム３２を通して集束される散乱光を受ける光電池３４を有する直交して配置された検出器アセンブリ３０によって検出される。散乱した固定ビームにより生じる電圧スパイクにピーク検出が用いられて、予め設定した閾値を越える粒子をカウントする。上述のように、上記ＩＳＰＭシステムの光ビームは固定されているので、光ビームは測定体積中を移動する粒子に一度だけ衝突することができるのみである。
【００２０】
図２を参照すると、半導体処理装置とともに使用することができる本発明によるＩＳＰＭ粒子センサアセンブリ４０が図示されている。上記アセンブリ４０は送信機４４および受信機４８を備える。
【００２１】
送信機４４はレーザダイオード５２並びに、モータ（図示せず）によって振動する走査鏡５６を有し、結果として発生する走査レーザビーム６０は、ポンプライン６６などの測定体積中に出て行く。レーザビーム６０は所定の周波数でポンプライン６６をさっと移動する。
【００２２】
受信機４８は送信機４４の反対側に配置され、走査されたレーザビーム６０を受けるように配置される。受信機４８は直射レーザ光を集めるビームストップ７０を備える。測定体積中の粒子７８は、８０として示されるように、走査されたレーザビーム６０から光を散乱させ、１組の集光光学部品７４から光電子倍増管６８へ向けられる。先に図示した検出システムとは対照的に、粒子は、その粒子の大きさと速度に応じて、走査されたレーザビーム６０によって多数回衝突されうる。
【００２３】
図３は本発明の好ましい実施例による図２の粒子検出器アセンブリの図表示をさらに詳しくしたものを示している。検出器アセンブリ１００は相互に接続された３つの主な部分を有し、その３つの主な部分は、処理器具(図示せず)と連係して機能する送信機１０４、受信機１０８およびスプール部１１２からなる。スプール部１１２は、それを処理器具のポンプラインの各部に取り付けることを可能とするフランジ１１６、１１８を有する円筒状の中空のパイプ状の部分である。ここに示されているように、器具の処理チャンバ（図示せず）から出る粒子はポンプライン（図示せず）に入り、矢印１２０によって示されているようにスプール部１１２を通るように向けられる。
【００２４】
送信機１０４は、ハウジング１２８内に配置されたレーザダイオードなどのレーザ１２４並びにモータ（図示せず）によって駆動される回転鏡などの走査素子１３２を備える。所望の形状と配向を有する走査ビームを作るために、レゾナントスキャナあるいは他の公知の手段などの他の光学的手段が、回転鏡の代わりに備えられうる。本実施例によれば、結果として発生するレーザビーム１３６は８ｋＨｚで走査されるが、スキャナの周波数および走査の時間は容易に変更されうることは容易に明らかであろう。走査レーザビーム１３６は、スプール部１１２に設けられた窓１４０を通って送信機１０４を出る。走査素子１３２の作用および動作に関する詳細は公知であり、本明細書中で別に示されている場合を除いて、それ自体単独では本発明の重要部分を成さない。迷光を複数のスリット１２９によって低減させながら走査ビームを窓１４０の方に向けるハウジング１２８内に、追加の鏡（図示せず）が配置される。
【００２５】
受信機１０８は、送信機の窓１４０の正反対の側に配置された光路に沿って配置されるビームストップすなわちダンプ１４８を有する。受信機１０８はまたハウジング１５６によって画成され、前記ハウジング１５６はビームダンプ１４８と隣接窓１５２を有し、前記隣接窓１５２は、レーザビーム１３６からの散乱光だけを集めそれを分光フィルタ１６１を含む１組の集光光学部品１６０を通して、適切な電力供給部１７０とともに受信機ハウジングの基部端に隣接して配置された高感度光電子倍増管１６８の方へ向ける。したがって測定体積中に存在する粒子から散乱される光は、光電子倍増管１６８の方、（図３によると）上方に向けられ、測定体積内を移動している粒子によって散乱されない残りの光の多くはビームダンプ１４８によって集められる。受信機ハウジング１５６および送信機ハウジング１２８の基部端にあるコネクタ１７４，１７６はそれぞれ、弁別器、ピーク検出器および、メモリーと以下に説明するような後処理を行うための適切なソフトウェアを有するマイクロプロセッサを備えた直列型の信号処理装置１７８を受け入れる。信号処理装置を取り付ける代わりに、パルスデータが、弁別されると、オフラインでの信号の後処理のために適切なインターフェイス（図示せず）を通してコンピュータディスクに代わりに記憶されてもよいことに注目すべきである。
【００２６】
レーザビームの走査速度は測定体積を通る粒子の通常のスピードに比べて高いと考えられているため、通常の粒子は、測定体積中にある間に数パルスの散乱光を生じるであろう。本実施例によれば、レーザの走査時間は４ｋＨｚで約２５０マイクロ秒である。
【００２７】
代表的に表されたものが図４に示されており、時間はｘ軸上で表され、光電子倍増管電圧がｙ軸に沿って表されており、発生するであろう種々のイベントを図示している。発生するであろうこれらのイベントとしてはいろいろあるが中でも振動などの無数の原因によって引き起こされる電子バックグラウンドノイズ、窓による光学ノイズ（ＲＦプラズマ）と光干渉が挙げられ、そして粒子の散乱が挙げられる。粒子はスピードと大きさによって異なるので、２００と２０２のような異なった光散乱パルスエンベロープを生じる。例えば、中程度の大きさの高速粒子のエンベロープ２０２と、２０７として示されているある形態のノイズとの識別は難しい。
【００２８】
これらのイベントをさらに詳細に調べて分離し、誤りカウントをさらに無くすために、散乱光パルストレインを、半導体処理器具に取り付けられた図３に示されているもののようなセンサ器具を用いて実際の測定から実験的に得た。これらの器具の状態のもとでは、バックグラウンドノイズレベルの最悪の場合の標準偏差は５０ｍＶであり、弁別レベルはバックグラウンドノイズレベルの３倍（すなわち、１５０ｍＶで）に設定した。処理器具のメンテナンス周期の初期におよびメンテナンス周期の終わりごろに集められたデータから実験的に（として定められる）弁別レベル以上に上がる全散乱パルスの周波数。このデータに基づくと、ｆ3σの範囲は、
０．１９Ｈｚ＜ｆ3σ＜１．８６Ｈｚ
の間にあり、０．８６Ｈｚの平均ｆ3σを持つことがわかった。この誤りカウント率はまた、信号処理アルゴリズムも通り抜けるであろう有効粒子信号も算入していることに注目すべきである。従って、この算出された誤りカウント率は、バックグラウンドノイズレベルからの影響の最悪の場合の判定である。
【００２９】
４つの別々の生産工程つまりロットでの散乱パルスの分布が図１０に示されている。時間の増加がｘ軸上に示されており、パルス振幅の増加がｙ軸上に示されている。これらの散乱振幅分布は信号パルスおよびノイズパルスの両方を含む。しかしながら、各信号パルスごとに現れる１００以下あるいはそれ以上のノイズパルスがあるため、“ノイズ”パルスが分布の形状を支配しているであろうことが観測される。
【００３０】
先に説明したように、本信号処理アルゴリズムは、上述のように走査鏡の期間である２５０±１０μｓ内で別のパルスと相関するどのようなパルスも認める。２４５μｓと２５５μｓの間のポアソン曲線のもとで面積を求めること（およびこの面積をこの曲線のもとで全面積とともに正規化すること）で、“Ｆp（ｓ）”はポアソン分布関数とし、“ｓ”は散乱パルスの間隔とすると、
2005502875.tif 000003
として求められるスキャナ周波数でともに相関している２つのノイズパルスの確率（Ｐc）を得る。（図に示されている散乱振幅分布に基づいて）ともに起こる２つのノイズパルスの確率は、４つの異なる製造ロットに対して表１にまとめられている。
【００３１】
【表１】
2005502875.tif 000004
【００３２】
（バックグラウンドノイズレベルの３倍に設定されている）弁別レベル以上の相関ノイズパルスの周波数、ｆ3σ、が、
ｆc3σ = ｆ3σｘ（Ｐｃ）n-1
によって求められ、ここで“ｆ3σ”は弁別レベル以上に上がる相関ノイズパルスの周波数であり、“ｎ”はパルストレイン内の相関パルス数である。相関ノイズパルスの周波数および（２５ウェファーの）生産ロット内で起こるであろう誤りカウントの数が、相関パルスが２、３、及び４の場合に対して表２に示されている。
【００３３】
【表２】
2005502875.tif 000005
【００３４】
この分析は、弁別レベルが、バックグラウンドノイズレベルの標準偏差の３倍（例えば、信号対ノイズ３：１のレベル）に設定されている場合、最高誤りカウント率が、ロットあたり３未満の誤りカウント（ウェファーにつき０．１までの誤りカウント）であるということを示している。弁別レベルがより高く上げられる場合（１５０ｍＶから３００ｍＶへ）、結果として生じる誤アラーム率は２桁以上減少することが予測される。あるいは、誤りアラーム率は、バックグラウンドノイズレベルから弁別されるべき粒子のカウントに対して（２つの相関パルスに対して）少なくとも３つの相関パルスが検出されることを要求することで、ほぼ３桁分改良されうる。
【００３５】
さらに、ノイズの標準偏差の４倍に弁別器を設定することで、誤りアラームを十分に防ぐであろうことが示された。これは大きさの感度を犠牲にして全工程の最高観測標準偏差（通常これはチャンバ清浄）に対して弁別器を設定することでより容易に達成されうる。しかしながら、全工程にわたって最高感度を維持するために、定期的に弁別器を自動設定する必要があるであろう。これは、一時的に弁別器を下げて、ノイズのサンプルをとり、標準偏差を算出し弁別器を測定された標準偏差の４倍に設定することで容易に達成できる。この技法は、原因がなんであれ（ＲＦ，汚れた窓、電子工学上の問題など）、ノイズにおけるすべての変化に対処するであろう。
【００３６】
本発明による方法が、図１１に示されているフローチャートに従って説明される。本方法によれば、測定体積を横断する走査された各粒子によって散乱される光パルスは、ステップ２３６で光電子倍増管１６８によってまず検出される。そして光電子倍増管１６８から出力される電流は、従来の手段で電圧パルスに変換されて、その後例えば高速２段階アナログ増幅器によってなどで増幅される。ステップ２４０での弁別器などのレベル・トリガ装置がステップ２３８で最小閾値を越えない信号を除外する。
【００３７】
このアルゴリズムの効果が図７に示されている。この図の上方のデータウィンドウは弁別されたパルスストリームを示し、所定の閾値（例えば１００ｍＶ）に到達しないノイズパルスが考慮から排除された。この図の下方のウィンドウは時間領域で排除された時のデータを示す。下方のウィンドウに残っているのは、４ｋＨｚの走査レートで反復されるデータのみである。
【００３８】
ステップ２４４で、処理装置１７８内に含まれる弁別器を出るパルストレインは、処理装置１７８に含まれるピーク検出器で分析され、パルスの最高値を求める。この動作を行うための詳細はこの分野では公知であり本明細書中ではさらなる説明を必要としない。この値は、パルスタイムスタンプ（マイクロ秒解像度）とともに、ステップ２４６で例えばコンピュータハードディスクや処理装置１７８のマイクロプロセッサのメモリに、下述する好ましい信号処理技術を用いる後処理のために、記憶される。
【００３９】
本方法は、パルスがＰＰＥ（パルス−粒子−エンベロープ）の一部であり、パルスが存在することが確かならばエンベロープを発生しているか否かを判定することで、パルスが、走査された測定体積中の粒子を表しているか否かを判定する。この判定は、タイムスタンプされた代表的な第１のパルスの前および／あるいは後を検索し、そしてマイクロプロセッサを用いて特定期間のウインドウに対して実質的にスキャナ期間だけ第１のパルスに遅れておりおよび／あるいは第１のパルスの先にある第２のパルスを検索するために散乱光分布を測定することにより、達成される。
【００４０】
ノイズパルスを除去した後で、信号処理アルゴリズムはＰＰＥの検索を始める。図１１の本方法によれば、ステップ２４８で（再び時間領域で）順方向および逆方向での自動相関計算が、マイクロプロセッサを使用して個々のＰＰＥのはじめと終わりを識別するために行われる。図３に示されている実施例の識別のために、自動相関を行うために２５０μｓの期間（＋／−１０μｓ）を有する４ｋＨｚスキャナ周波数が選定される。図８に示されているように、そして代表的なＰＰＥの始まりにおいて、自動相関が順方向に高く逆自動相関においては０である。反対に、そしてエンベロープの終わりで、自動相関は逆方向で高く、順方向には０である。自動相関計算は、その次の粒子散乱エンベロープを含まない期間にわたって行われなければならない。この特定の例では、２ミリ秒（０．００２秒)の期間が選択された。適切な期間の選定はある程度任意であり、粒子濃度およびデータ速度に合わせることができる。
【００４１】
この方法によって、粒子−パルス−エンベロープ（ＰＰＥ）の始めと終わりが識別されうる。１組の代表的なＰＰＥが図５に示されている。この図に示されているように、これらのエンベロープは、粒子のスピード（例えば、速度）並びにその大きさに応じて、異なった形状をとりうる。図示されているように、比較的小さく遅い動きの粒子のエンベロープは２２０として示されており、ずっと狭いプロファイル２２４（エンベロープ）を有する中程度の大きさで早い動きの粒子、および２２８のような大きなサイズ（粒径）で中程度のスピードを持つ粒子が対比のために示されている。
【００４２】
図９及び図１１を参照すると、粒子−パルス−エンベロープが前述の自動相関計算におけるように識別された後、ステップ２５４でガウシアンフィットルーチンが適用される。この種の統計学的フィットを行うことに関する詳細は、この分野において公知である。このアルゴリズムは想定されるガウス平均、幅および振幅で始まる。これらの値の各々は、引き続き反復適用されて、ピークパルス振幅とガウシアンフィットの値の間の最小エラーを生じさせる。平均、幅、および振幅のフィットの処理は図９に示されている。上述のアルゴリズムの欠陥は、ローカルミニマムエラーを見つけ出すだけであるということである。しかしながら、３つの変数のグローバルミニマムを求めるのに必要とされるとほうもなく長い計算、および高い精度がこれらの変数には要求されないという事実を考慮すると、ローカルミニマムの方法のほうが魅力的となる。作成されたガウシアンフィットは粒子−パルス−エンベロープで観測される最大パルス振幅を有するはずである。これはまた、先述のアルゴリズムを適切に修正するのに使用されうるであろう有効な方法である。
【００４３】
上述のように、各粒子−パルス−エンベロープでひとたび得られたガウシアンフィットによってステップ２５８での粒子の大きさおよび速度の有効な測定ができる。ひとたびフィットが得られると、図６に示されているようにガウシアンフィットのピーク振幅２３０は粒子の大きさを判定するのに使用され、エンベロープの幅２４０はスピードを判定する。さらに詳細には、サンプル体積でのレーザビームの径と結びついているようなガウシアンフィットの勾配が、粒子のスピードを測定するのに用いられる。ガウシアンフィットを用いてスピードを測定するための公知の技術のひとつが例えば、参照によりその全内容を本明細書中に引用したものとする「２相反応流のための変遷時間流速測定法（ＴＴＶ）(Transit Timing Velocimetry (TTV) for Two-Phase Reacting Flows」、燃焼と炎(Combustion and Flame)、48:105(1982)という名称でホルブ、Ｄ.Ｊ.(Holve, D.J.)に開示されている。
【００４４】
図１１を参照すると、ひとつの例外が上述の自動相関アルゴリズムに設けられなければならない。この例外は、走査ビームによって一度接触されるためパルス−粒子−エンベロープ（ＰＰＥ）を作らない極端に早い粒子のことである。これらのイベントはそれでもなお、上述の装置によって有効にカウントされ、ＲＦ、光学および電子的効果および他の手段によるノイズ生成から区別されなくてはならない。この例外によれば、および上述のように、ピークの振幅がバックグラウンドノイズレベルよりも４倍大きいならば、信号処理アルゴリズムは非相関のピークを捨てない。チャンバ清浄中でさえも、これより高くあがるノイズの起こる確率はごくわずかであり、１２シグマのイベントである。フローチャートに示されているようにおよびステップ２６０でピークが相関していないということが判定された後で、ステップ２６４でパルス振幅がバックグラウンドレベルの４倍を超えて単独のパルスイベント（粒子）として識別されるかどうかについて判定がなされる。ステップ２６８でイエスの場合、データは記憶され、ステップ２７０で粒子は有効にカウントされる。ステップ２７２でノーの場合、ステップ２７６でデータは廃棄される。
【００４５】
結びに、全体を参照によって本明細書中に相互参照して引用したものとする以下の支援文書にさらに注目している。
１．Ｐ．Ｇ．ボーデン(P.G. Borden)、（１９９０）「生産真空処理装置における粒子のモニタ  第1部：粒子生成の本質(Monitoring Particles in Production Vacuum Process Equipment Part 1: The Nature of Particle Generation)」、マイクロコンタミネーション(Microcontamination)、8(1): p.21-24,56-57
２．Ｐ．Ｇ．ボーデン(P.G. Borden)（１９９０）「生産真空処理装置における粒子のモニタ  第２部：連続リアルタイムプログラムの実行(Monitoring Particles in Production Vacuum Process Equipment Part 2: Implementing a Continuous Real-Time Program)」、マイクロコンタミネーション(Microcontamination)、8(2): p.23-27, 61
３．Ｐ．Ｇ．ボーデン(P.G. Borden)（１９９０）「生産真空処理装置における粒子のモニタ：処理最適化のためのデータ収集、分析及びその後の動作(Monitoring Particles in Production Vacuum Process Equipment: Data Collection, Analysis, and Subsequent Action for Process Optimization)」、マイクロコンタミネーション(Microcontamination)、8(3): p.47-51
４．Ｐ．Ｇ．ボーデン(P.G. Borden)（１９９１）「真空処理装置のモニタ：In Situモニタ−設計および仕様書(Monitoring Vacuum Process Equipment: In Situ Monitors − Design and Specification)」、マイクロコンタミネーション(Microcontamination)、9(1): p.43-47
５．ホルブ、Ｄ．Ｊ．(Holve, D.J.)「２相反応流のための変遷時間流速測定法（ＴＴＶ）(Transit Timing Velocimetry (TTV) for Two-Phase Reacting Flows)」燃焼および炎(Combustion and Flame)、48:105 (1982)
【００４６】
本発明は、図面に示されているような好ましい方法を参照して詳細に図示され説明されたが、詳細にわたる種々の変更が、特許請求の範囲によって定義されるような本発明の精神および範囲を逸脱することなしに本発明においてなされうることは当業者なら理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】公知のｉｎ ｓｉｔｕ粒子測定システムの図表示である。
【図２】本発明に従って作製されたｉｎ ｓｉｔｕ粒子測定システムの図表示である。
【図３】本発明に従って作製された粒子検出システムの部分断面側面立面図である。
【図４】図２および図３の粒子検出システムを用いて検出されるような多数の光散乱イベントのグラフ表示である。
【図５】図２および図３のシステムを用いて検出される代表的なパルス−粒子−エンベロープのグラフ表示である。
【図６】本発明の処理方法を用いるパルス−粒子−エンベロープの拡大グラフ表示である。
【図７】時間領域で濾波されたノイズパルスおよび濾波されていないノイズパルスのグラフ表示である。
【図８】パルス−粒子−エンベロープのはじめと終わりを識別するための代表的なパルスエンベロープおよび順方向および逆方向自動相関である。
【図９】代表的なパルス−粒子−エンベロープおよびその各平均、幅および振幅調整のために適合される関連ガウシアンフィットである。
【図１０】一連の散乱パルス振幅分布のグラフ表示である。
【図１１】本発明による実施例に従った方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  システム
１４  ダイオード
１８  ビームダンプ
２２  ポンプライン
２４  光ビーム
３０  検出器アセンブリ
３１  散乱光
３２  集光光学部品
３４  光電池
３７  粒子
４０  アセンブリ
４４  送信機
４８  受信機
５２  レーザダイオード
５６  走査鏡
６０  レーザビーム
６６  ポンプライン
６８  光電子倍増管
７０  ビームストップ
７４  集光光学部品
７８  粒子
８０  散乱光
１００  検出器アセンブリ
１０４  送信機
１０８  受信機
１１２  スプール部
１１６  フランジ
１１８  フランジ
１２０  矢印
１２４  レーザ
１２８  ハウジング
１２９  スリット
１３２  走査素子
１３６  レーザビーム
１４０  窓
１４４  測定体積
１４８  ビームダンプ
１５２  窓
１６０  集光光学部品
１６８  光電子倍増管
１７０  電力供給部
１７４  コネクタ
１７６  コネクタ
１７８  処理装置
２００  粒子パルスエンベロープ
２０２  粒子パルスエンベロープ
２０７  ノイズパルス
２２０  エンベロープ
２２４  エンベロープ
２２８  エンベロープ
２３０  ピーク振幅
２３４  エンベロープ幅
２３６  ステップ
２３８  ステップ
２４０  ステップ
２４２  ステップ
２４４  ステップ
２４６  ステップ
２４８  ステップ
２４９  ステップ
２５０  ステップ
２５４  ステップ
２５８  ステップ
２６０  ステップ
２６４  ステップ
２６８  ステップ
２７０  ステップ
２７２  ステップ
２７６  ステップ
【図１】
2005502875.tif 000006
【図２】
2005502875.tif 000007
【図３】
2005502875.tif 000008
【図４】
2005502875.tif 000009
【図５】
2005502875.tif 000010
【図６】
2005502875.tif 000011
【図７】
2005502875.tif 000012
【図８】
2005502875.tif 000013
【図９】
2005502875.tif 000014
【図１０】
2005502875.tif 000015
【図１１】
2005502875.tif 000016
【国際公開パンフレット】
2005502875.tif 000017
2005502875.tif 000018
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2005502875.tif 000051
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2005502875.tif 000053
【国際調査報告】
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2005502875.tif 000055
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