(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内にプラズマを発生させ、該プラズマによって半導体基板に対して処理して半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法において、
互いに異なる波長を有し、前記プラズマの励起周波数およびその整数倍または前記プラズマの発光周波数およびその整数倍と異なる特定の周波数で強度変調した複数のビームを前記処理室内に照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された複数のビームによって前記処理室内から得られる散乱光を前記互いに異なる波長成分で分離して受光して複数の信号に変換する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系から得られる複数の信号から前記強度変調した特定の周波数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す複数の信号を前記プラズマによるものから分離して検出する異物信号抽出手段とを備えたプラズマ浮遊異物計測装置を用いて前記処理室内に発生したプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を計測することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
処理室内にプラズマを発生させ、該プラズマによって半導体基板に対して処理して半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法において、
特定の波長を有し、前記プラズマの励起周波数およびその整数倍または前記プラズマの発光周波数およびその整数倍と異なり且つ互いに異なる周波数で強度変調した複数のビームを前記処理室内に照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された複数のビームによって前記処理室内から得られる散乱光を前記特定の波長成分で分離して受光して信号に変換する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系から得られる信号から前記強度変調した互いに異なる周波数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す複数の信号を前記プラズマによるものから分離して検出する異物信号抽出手段とを備えたプラズマ浮遊異物計測装置を用いて前記処理室内に発生したプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を計測することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体デバイスの製造方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置は、前記異物信号抽出手段から検出される浮遊した異物を示す複数の信号からノイズ成分を除去するノイズ除去手段を更に備えたことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項１または２記載の半導体デバイスの製造方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記照射光学系には、前記ビームを被処理対象物上を走査させる走査手段を更に有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項１または２記載の半導体デバイスの製造方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記散乱光検出光学系は、前記処理室内から得られる後方散乱光を受光することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１または２記載の半導体デバイスの製造方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記散乱光検出光学系は、前記処理室内から得られる散乱光のうち、前記照射光学系で照射される偏光ビームと異なる偏光成分を受光することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項１または２記載の半導体デバイスの製造方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記照射光学系は、複数のビームの光軸を、近接した平行軸で構成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項１または２記載の半導体デバイスの製造方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記照射光学系は、複数のビームの光軸を、同一で構成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項９】
処理室内にプラズマを発生させ、該プラズマによって被処理対象物に対して処理するプラズマ処理方法において、
互いに異なる波長を有し、前記プラズマの励起周波数およびその整数倍または前記プラズマの発光周波数およびその整数倍と異なる特定の周波数で強度変調した複数のビームを前記処理室内に照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された複数のビームによって前記処理室内から得られる散乱光を前記互いに異なる波長成分で分離して受光して複数の信号に変換する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系から得られる複数の信号から前記強度変調した特定の周波数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す信号を前記プラズマによるものから分離して検出する異物信号抽出手段とを備えたプラズマ浮遊異物計測装置を用いて前記処理室内に発生したプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を計測することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
処理室内にプラズマを発生させ、該プラズマによって被処理対象物に対して処理するプラズマ処理方法において、
特定の波長を有し、前記プラズマの励起周波数およびその整数倍または前記プラズマの発光周波数およびその整数倍と異なり且つ互いに異なる周波数で強度変調した複数のビームを前記処理室内に照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された複数のビームによって前記処理室内から得られる散乱光を前記特定の波長成分で分離して受光して信号に変換する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系から得られる信号から前記強度変調した互いに異なる周波数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す複数の信号を前記プラズマによるものから分離して検出する異物信号抽出手段とを備えたプラズマ浮遊異物計測装置を用いて前記処理室内に発生したプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を計測することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１１】
請求項９または１０記載のプラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置は、前記異物信号抽出手段から検出される浮遊した異物を示す複数の信号からノイズ成分を除去するノイズ除去手段を更に備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】
請求項９または１０記載のプラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記照射光学系には、前記ビームを被処理対象物上を走査させる走査手段を更に有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１３】
請求項９または１０記載のプラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記散乱光検出光学系は、前記処理室内から得られる後方散乱光を受光することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１４】
請求項９または１０記載のプラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記散乱光検出光学系は、前記処理室内から得られる散乱光のうち、前記照射光学系で照射される偏光ビームと異なる偏光成分を受光することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１５】
請求項９または１０記載のプラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記照射光学系は、複数のビームの光軸を、近接した平行軸で構成することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１６】
請求項９または１０記載のプラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記照射光学系は、複数のビームの光軸を、同一で構成することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理室内に浮遊したサブミクロンの異物をも、プラズマ発光等の外乱の影響を受けることなく、処理中にその場計測して半導体基板等の被処理対象物の歩留まり向上を図った半導体の製造方法並びにプラズマ処理方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ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）がある。
【０００３】
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ルを有する平行光を反応空間に照射する手段と、前記平行光の照射を受けて前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を具備した蒸着装置が知られている。
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た微細粒子を、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知られている。
【０００４】
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、上記反応器内で散乱する光を検出するステップを含み、それにより上記散乱光を解析することにより上記反応器内の汚染を測定する技術が記載されている。
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、検出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・カメラ手段と、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。
また、上記従来技術５には、プラズマ処理室内のプラズマ生成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およびパージガス導入手段のうち少なくとも一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。
【０００５】
また、半導体や薬品製造プロセス等の高洗浄プロセス管理に用いられる微粒子測定装置に関する従来技術としては、特開昭６３−７１６３３号公報（従来技術６）がある。この従来技術６には、試料検体を流す容器の微小域にレーザ光を照射し試料中の粒子からの散乱光を検出する粒子検出装置において、レーザ光を一定周波数で強度変調するための手段およびレーザ光の強度変調周波数と同一周波数の検出器からの信号を測定するための位相検波器からなる微粒子計数装置が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ処理装置では、プラズマ処理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。この浮遊異物はプラズマ処理中に被処理対象物上に付着して不良を引き起こしたり、あるいはプラズマのバルク・シース界面でトラップされ、プラズマ処理が終了しプラズマ放電が停止した瞬間に被処理対象物上に落下し、付着異物として特性不良や外観不良を引き起こす。最終的には半導体基板等の被処理対象物の歩留まり低下を引き起こしていた。
一方、半導体基板等の被処理対象物に形成する回路パターンの高集積化（例えば、半導体の分野においては、２５６ＭｂｉｔＤＲＡＭ、さらには１ＧｂｉｔＤＲＡＭへと高集積化が進み回路パターンの最小線幅は０．２５〜０．１８μｍと微細化の一途をたどっている。）が進み、プラズマ処理する際、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンのオーダの微小異物をも計測する必要が生じてきている。
【０００７】
そこで、プラズマ処理装置において、プラズマ処理中にプラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンのオーダの微小異物をも、プラズマ発光等の外乱の影響を受けることなく、計測することが要求される。しかしながら、プラズマ発光は紫外域から近赤外域にわたって連続的な波長スペクトルを有している関係で、上記従来技術１に記載されたスペクトルにより、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンの微小異物をプラズマ発光と分離して検出することは困難である。
また、レーザ照明・散乱光検出による微小異物検出においては、プラズマ発光の他に、処理室内壁での散乱光などの大きな背景雑音が存在する。この背景雑音は、例えば、検出器感度の向上又は、レーザ出力を増加させる等により、異物信号を大きくしようとした場合、背景雑音により検出器の出力が飽和するため、検出限界を決める要素ともなっていた。
【０００８】
以上説明したように、従来技術１〜５の何れにも、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンの微小異物から得られる非常に微弱な散乱光を、プラズマ発光と分離して検出しようとする点について考慮されていなかった。
また、異物散乱光と全く同じ波長を有する内壁散乱光などの大きな背景雑音から、微弱な散乱光を検出しようとする点について考慮されていなかった。
また、従来技術６は、容器に流れる試料中の粒子を測定するものであり、当然プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンの微小異物から得られる非常に微弱な散乱光を、プラズマ発光と分離して検出しようとする点について考慮されていないものである。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、プラズマ処理室内におけるプラズマ中若しくはその近傍のサブミクロンまでの浮遊した微小異物についてプラズマ処理中にプラズマ発光と分離して検出する検出感度を大幅に向上してプラズマ処理室内の汚染状況のリアルタイムモニタリングを可能にして歩留まり向上をはかったプラズマ処理方法およびその装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、プラズマ処理室内におけるプラズマ中若しくはその近傍のサブミクロンまでの浮遊した微小異物による散乱光についてプラズマ発光と分離し、かつ、大きな背景雑音を除去して選択的に検出することで、検出感度を大幅に向上してプラズマ処理室内の汚染状況のリアルタイムモニタリングを可能にして高歩留まりで、高品質の半導体を製造できるようにした半導体の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、処理室内にプラズマを発生させ、該プラズマによって半導体基板に対して処理して半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法において、互いに異なる波長を有し、前記プラズマの励起周波数およびその整数倍または前記プラズマの発光周波数およびその整数倍と異なる特定の周波数で強度変調した複数のビームを前記処理室内に照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された複数のビームによって前記処理室内から得られる散乱光を前記互いに異なる波長成分で分離して受光して複数の信号に変換する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系から得られる複数の信号から前記強度変調した特定の周波数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す複数の信号を前記プラズマによるものから分離して検出する異物信号抽出手段とを備えたプラズマ浮遊異物計測装置を用いて前記処理室内に発生したプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を計測することを特徴とする。
また、本発明は、処理室内にプラズマを発生させ、該プラズマによって半導体基板に対して処理して半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法において、特定の波長を有し、前記プラズマの励起周波数およびその整数倍または前記プラズマの発光周波数およびその整数倍と異なり且つ互いに異なる周波数で強度変調した複数のビームを前記処理室内に照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された複数のビームによって前記処理室内から得られる散乱光を前記特定の波長成分で分離して受光して信号に変換する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系から得られる信号から前記強度変調した互いに異なる周波数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す複数の信号を前記プラズマによるものから分離して検出する異物信号抽出手段とを備えたプラズマ浮遊異物計測装置を用いて前記処理室内に発生したプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を計測することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、処理室内にプラズマを発生させ、該プラズマによって被処理対象物に対して処理するプラズマ処理方法において、互いに異なる波長を有し、前記プラズマの励起周波数およびその整数倍または前記プラズマの発光周波数およびその整数倍と異なる特定の周波数で強度変調した複数のビームを前記処理室内に照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された複数のビームによって前記処理室内から得られる散乱光を前記互いに異なる波長成分で分離して受光して複数の信号に変換する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系から得られる複数の信号から前記強度変調した特定の周波数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す信号を前記プラズマによるものから分離して検出する異物信号抽出手段とを備えたプラズマ浮遊異物計測装置を用いて前記処理室内に発生したプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を計測することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、処理室内にプラズマを発生させ、該プラズマによって被処理対象物に対して処理するプラズマ処理方法において、特定の波長を有し、前記プラズマの励起周波数およびその整数倍または前記プラズマの発光周波数およびその整数倍と異なり且つ互いに異なる周波数で強度変調した複数のビームを前記処理室内に照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された複数のビームによって前記処理室内から得られる散乱光を前記特定の波長成分で分離して受光して信号に変換する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系から得られる信号から前記強度変調した互いに異なる周波数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す複数の信号を前記プラズマによるものから分離して検出する異物信号抽出手段とを備えたプラズマ浮遊異物計測装置を用いて前記処理室内に発生したプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を計測することを特徴とする。
また、本発明は、前記半導体デバイスの製造方法及び前記プラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置は、前記異物信号抽出手段から検出される浮遊した異物を示す複数の信号からノイズ成分を除去するノイズ除去手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記半導体デバイスの製造方法及び前記プラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記照射光学系には、前記ビームを被処理対象物上を走査させる走査手段を更に有することを特徴とする。
また、本発明は、前記半導体デバイスの製造方法及び前記プラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記散乱光検出光学系は、前記処理室内から得られる後方散乱光を受光することを特徴とする。
また、本発明は、前記半導体デバイスの製造方法及び前記プラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記散乱光検出光学系は、前記処理室内から得られる散乱光のうち、前記照射光学系で照射される偏光ビームと異なる偏光成分を受光することを特徴とする。
また、本発明は、前記半導体デバイスの製造方法及び前記プラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記照射光学系は、複数のビームの光軸を、近接した平行軸で構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記半導体デバイスの製造方法及び前記プラズマ処理方法において、前記用いられるプラズマ浮遊異物計測装置の前記照射光学系は、複数のビームの光軸を、同一で構成することを特徴とする。
以上説明した如く、前記構成によれば、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊する微小異物を、プラズマ発光から波長・周波数領域により分離して検出するものにおいて、微小異物を示す複数の検出信号を得ることによって、内壁散乱光などの大きな背景雑音を取り除いて異物散乱光による信号のみを選択的にＳ／Ｎを向上させて観測することができ、その結果、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンオーダの微小異物の検出ができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る処理室内の汚染状況のリアルタイムモニタリングを可能にして異物付着による不良の被処理基板（被処理対象物）を低減して高品質の半導体素子等を製造するための半導体製造方法およびその装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
半導体素子等を製造するための処理装置としては、プラズマエッチング装置、プラズマ成膜装置等がある。これらの処理装置は、処理室内にプラズマを発生させ、被処理基板に対してエッチングを施したり、ＣＶＤやスパッタリングによって成膜を施すものである。
【００１９】
以下、これらの処理装置における処理室内の汚染状況（異物等の発生状況）をリアルタイムモニタリングする実施の形態について、図１〜図１３を用いて説明する。
まず、本発明に係るプラズマ処理装置について、図１を用いて説明する。図１に示すように、プラズマ処理装置２０１は、被処理基板（被処理対象物）４を載置した電極２０３上にプラズマ２０８を発生させ、該発生したプラズマ２０８によって被処理基板４に対して処理をするものである。このプラズマ処理装置２０１において、被処理基板４に対してプラズマ処理している時間と共に、反応生成物が排気されずに一部が処理室１内の壁面や電極に堆積していくことになる。更に、被処理基板４を多数枚についてプラズマ処理していくに伴い、堆積した反応生成物が多く剥がれて処理室１内に多量に浮遊し、次にプラズマ２０８内に浸入する。この浮遊異物の多くは、負に帯電しており、プラズマ中に閉じ込められるが、処理終了により、パワーアンプ２０６の出力が停止されると同時に、被処理基板４の表面に付着し、多くの異物が付着した不良の被処理基板４を作ることになる。
特に、被処理基板４に形成する回路パターンの高集積化が進んで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いる。従って、被処理基板４の表面に付着する異物のサイズがサブミクロンオーダでも不良の被処理基板４が作られることになる。
【００２０】
次に、プラズマ処理装置２０１としてのプラズマエッチング装置の一つである平行平板形プラズマエッチング装置について図１を用いて説明する。互いにプラズマ２０８を形成する間隙を形成して平行になった上部電極２０２と下部電極２０３とをプラズマ処理室１内に配置する。下部電極２０３上には、被処理基板４が設置される。ところで、処理室内の上部電極２０２と下部電極２０３との間には、外部からエッチング用ガスが供給される。そして、パワーアンプ２０６の出力電圧は、シグナルジェネレータ２０５からの高周波信号により変調される。この変調された３８０〜８００ｋＨｚ程度の高周波電圧は、分配器２０７により分配されて上部電極２０２と下部電極２０３との間に印加される。従って、両電極間での放電によって、供給されたエッチング用ガスをプラズマ化してプラズマ２０８を発生させ、その活性種で被処理基板４をエッチングすることになる。更に、エッチング処理装置は、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することによって所定のパターン形状及び深さになるようにエッチング処理を行う。即ち、終点が検出されるとパワーアンプ２０６の出力が停止され、その後被処理基板４が処理室１から搬出される。
この他に、プラズマエッチング装置としては、共振させたマイクロ波を導入して磁界若しくは電界によってプラズマ化してエッチングするものがある。
また、プラズマ成膜装置としては、例えばＣＶＤガスを上部電極から供給し、この供給されたＣＶＤガスを高周波電力によってプラズマ化して反応させて被処理基板上に成膜するものがある。
【００２１】
次に、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置１００の基本原理について、図２〜図４を用いて説明する。プラズマ浮遊異物計測装置１００は、プラズマ処理装置において発生したプラズマ２０８の中若しくは近傍に浮遊する異物を計測する必要がある。図２には、プラズマ励起周波数を４００ｋＨｚとした場合におけるエッチング中の時間に対するプラズマ発光波形の観測例（時間と発光強度［Ｖ］との関係）を示す。図２に示すように、プラズマ発光強度［Ｖ］は、プラズマ励起周波数４００ｋＨｚと同期して、周期的に変化しているのが判る。図３には、この発光波形をスペクトラムアナライザで観測した例（周波数［ＭＨｚ］と発光強度［ｍＶ］との関係）を示す。図３に示すように、基本周波数４００ｋＨｚとその整数倍の８００ｋＨｚ、１２００ｋＨｚ、１６００ｋＨｚ・・・の高調波成分が観測される。また、図３に示すように、発光強度が、０．７ｍＶ程度の様々な周波数成分を持ったノイズ成分に対して基本周波数４００ｋＨｚおよびその２倍の８００ｋＨｚについては１．９ｍＶ程度、その３倍の１２００ｋＨｚについては１．６ｍＶ程度、その４倍の１６００ｋＨｚについては１．４ｍＶ程度観測される。図４には、図３に示すノイズ成分を除いた状態でのプラズマ発光の周波数スペクトルと、波長６３３ｎｍ（赤色）のレーザ光について周波数３００ｋＨｚで強度変調して照射した際プラズマ中の浮遊異物から検出される散乱光の発光の周波数スペクトルとを示す。すなわち、図４に示すように、プラズマ励起周波数を４００ｋＨｚとした場合、プラズマ発光の周波数スペクトルは、様々な周波数成分を持ったノイズ成分の上に直流成分２４０と４００ｋＨｚ成分２４１というように離散的に存在し、周波数領域において空き領域があることが判る。また、図４から明らかなように、被処理基板４上に発生したプラズマ２０８からは様々な波長成分（主に３００ｎｍ（近紫外光）〜４９０ｎｍ（青色）程度）を持った光が発光されて浮遊したサブミクロンオーダの異物に照射されることになる。
【００２２】
従って、例えば、波長６３３ｎｍ（赤色）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３００ｋＨｚで強度変調し、該強度変調されたレーザ光を処理室１内に入射し、検出光の中から波長６３３ｎｍ、周波数３００ｋＨｚ成分、すなわちピーク（レーザ光の波長分離＋変調・同期検波をする場合）２４２のみを取り出せば、サブミクロンオーダの異物からの散乱光を、様々な周波数成分と様々な波長成分とからなるノイズ成分を有するプラズマ発光から分離して検出することが可能となる。このように、検出光の中から照射したレーザ光の波長成分と強度変調した周波数成分（変調・同期検波）の両方から抽出することによって、サブミクロンオーダの異物からの散乱光を、様々な周波数成分と様々な波長成分とからなるノイズ成分を有するプラズマ発光から分離して検出することが可能となる。もし、レーザ光の波長分離だけで、変調・同期検波をしないと、異物からの散乱光はプラズマ発光による直流成分の中に埋もれてしまい、異物を検出することが不可能となる。ところで、照射するレーザ光の波長としては、プラズマが主に発光する３００ｎｍ（近紫外光）〜４９０ｎｍ（青色）程度と異なった長波長の赤色および赤外光とすることも可能であるが、サブミクロンオーダの異物からの散乱光を多くとるためには緑より短い波長（例えば紫色または紫外光）を用いた方が好ましい。このように、プラズマから発光する波長成分を有するレーザ光を照射させたとしても、検出光の中から照射したレーザ光の波長成分と強度変調した周波数成分の両方から抽出することによって、サブミクロンオーダの異物からの散乱光を、ノイズ成分を有するプラズマ発光から分離して検出することが可能となる。
【００２３】
次に、本発明に係るプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物計測装置１００の第１の実施例について説明する。図１および図５には、プラズマ浮遊異物計測装置１００の第１の実施例を示すものである。プラズマ浮遊異物計測装置１００は、レーザ照射光学系１０１、散乱光検出光学系１０２、および信号処理・制御系１０３からなる。
レーザ照射光学系１０１では、まず、波長として５３２ｎｍの固体レーザ光（半導体レーザで励起される。）、６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光、５１４．５ｎｍのＡｒレーザ光、７８０ｎｍの半導体レーザ光等を出射するレーザ光源８から出射されたＰ偏光ビーム９をマルチチャンネル強度変調器１０に入射する。マルチチャンネル強度変調器１０としては、マルチチャンネルＡＯ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器や、Ｐ偏光ビームを分離光学系で複数に分離し、該分離された各光束に対して開口を形成した円板を高速回転するように構成した複数の機械的な強度変調器等で構成することができる。マルチチャンネル強度変調器１０としての例えばＡＯ変調器には、計算機５５からの制御信号１２０に基づき、発振器１３、１４の各々から出力されたプラズマ発光の周波数とは異なる例えば周波数３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、デューティ４０〜６０％（好ましくはデューティ５０％）の矩形波信号が印加されているため、入射されたＰ偏光ビーム９は、これらの周波数で強度変調される。この強度変調された互いに平行な２つのビーム６０１、６０２はビームエキスパンダ１５０により拡大され、この拡大された２つのビームは光学系１６０によって非常に深い焦点深度（被処理基板４の径より大きな３００ｍｍ以上）をもって集束される２つのビームに変換される。即ち、発振器（シグナルジェネレータ）１３及び１４から互いに異なる周波数の信号を２チャンネル強度変調器１０の各々のチャンネルに入力することによって、２チャンネル強度変調器１０の各々からは、互いに異なる周波数で変調された２つの出射ビーム６０１及び６０２が得られる。但し、２チャンネル強度変調器１０の各々で変調する互いに異なる変調周波数としては、プラズマ励起周波数を４００ｋＨｚとした場合、４００ｋＨｚ及びその高調波成分（２倍の８００ｋＨｚ、３倍の１２００ｋＨｚ等）の近傍を避けた周波数（例えば、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚなど）にする必要がある。
【００２４】
光軸が調整され、且つ近接した２つの平行ビーム６０１及び６０２は、Ｐ偏光で、偏光ビームスプリッタ１７を通過して高速駆動するガルバノミラー（光走査手段）１８で反射され、石英窓からなる観測窓７を透過してプラズマ処理室１内に入射し、被処理基板４の上空を全面走査する。このように、３００ｍｍ以上という焦点深度の非常に深く、且つ直径１０μｍ〜３０μｍ程度の２つのビーム６０１、６０２を用いることにより、被処理基板４の上空全面を均一のエネルギ密度で走査することが可能となる。また、プラズマ処理装置では、異物はプラズマシース境界面近傍に多く存在すると考えられているので、２つのビーム６０１、６０２を被処理基板４直上のプラズマシース境界面付近を通過させるように照射することが望まれる。従って、プラズマ処理室１内に対して、２つのビーム６０１、６０２の高さ方向の照射位置が調整できるようにすることが必要となる。即ち、２つのビーム６０１、６０２の高さ方向の照射位置を最適にする必要がある。
【００２５】
更に、この均一のエネルギ密度で走査される２つのビーム６０１、６０２が、プラズマ２０８中若しくは近傍の浮遊異物２０９に照射されると、該浮遊異物２０９によって散乱される。異物散乱光２１０Ｐのうち入射ビーム６０１、６０２と同一の光軸に後方散乱された散乱光は、ガルバノミラー（光走査手段）１８で反射され、そのうちＳ偏光成分２１０が偏光ビームスプリッタ１７で反射され、石英等の結像レンズ１９により石英等の光ファイバ３０の入射端面２０に集光される。処理室１の壁面１Ｗや観測窓７等からの直接反射光は入射光６０１、６０２と同じＰ偏光であるため、偏光ビームスプリッタ１７を透過し、光ファイバ３０には入射しない。このように、処理室１の壁面１Ｗや観測窓７等からの直接反射光については、その大半を光学的に消去することが可能である。
なお、以上では、Ｐ偏光照明、Ｓ偏光検出の場合について説明したが、これに限定されるものでなく、Ｓ偏光照明、Ｐ偏光検出でも良い。この場合、偏光ビームスプリッタ１７における反射と透過との関係を逆にする必要がある。
【００２６】
図６に示すように、被処理基板４の中央６０と光ファイバ３０の入射端面２０とが結像関係になっているが、入射端面２０のファイバ束領域（受光領域）７０は、デフォーカスした被処理基板４の両端６１、６２からの散乱光も検出可能な大きさ（図７に示す面積６５）となっている。従って、上記２つのビーム６０１、６０２と併せ、被処理基板４の全面において、微小浮遊異物に対して均一エネルギ照明・均一感度検出が可能となる。
光ファイバ３０の出射端はモノクロメータ４０に接続されており、レーザ光９と同一波長成分（５３２ｎｍ、または６３３ｎｍ、または５１４．５ｎｍ、または７８０ｎｍ）が抽出され、光電子像倍管、アバランシュ・ホトダイオード等の光電変換素子４２により光電変換される。分光器として、モノクロメータでなく干渉フィルタを用いて波長分離することも可能である。検出信号は、信号処理・制御系１０３において、レーザ変調周波数よりも十分広い５００ｋＨｚ程度の帯域をもつ電流−電圧変換増幅器４４で増幅された後、ロックインアンプ等の同期検波回路４６、４７に送られる。同期検波回路４６、４７の各々では、レーザ光の変調に用いた、発振器１３、１４の各々から出力された強度変調周波数（例えば３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ）、所望のデューティ（例えば４０〜６０％、好ましくは５０％）の矩形波信号１３１、１４１を参照信号として、同期検波により、検出信号から強度変調周波数（例えば３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ）の異物散乱光成分が抽出され、上記変調周波数（例えば３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ）成分以外の周波数成分は除去される。その結果、同期検波回路４６及び４７の各々の出力は、図４に示すように、プラズマ発光から波長領域及び周波数領域両方共に分離された信号となる。
【００２７】
次に、プラズマ処理室１中に異物が存在した場合に観測される信号について、図８を用いて説明する。図８は、２つのレーザビーム６０１及び６０２を走査しながら得られる同期検波回路４６、４７の出力のうち、被処理基板上のある一走査位置での出力の時間変化を示したものである。信号５０１及び５０２のうち、ピーク信号５０１ａ〜５０１ｅ及びピーク信号５０２ａ〜５０２ｅが異物散乱信号である。異物散乱信号５０１ａと５０２ａ、５０１ｂと５０２ｂ、・・・、５０１ｅと５０２ｅは、各々ビーム６０１と６０２の間隔及び走査速度で決まる時間間隔Δｔだけずれた時刻で検出される。このとき、出力Ｉは、処理室１の内壁や観察窓７などから発生する背景雑音のうち、前述の偏光分離によって除去しきれなかった雑音によるものである。この背景雑音による直流レベルは、信号５０１及び５０２いずれも同レベルであると考えられるので、減算増幅回路等の信号処理回路５２において、信号５０２から信号５０１を減算することにより背景散乱光による直流雑音成分が消去され、更に増幅処理を行うことによって図８（ｃ）に示す如く同一の浮遊微小異物に対して上記時間間隔Δｔずれ、正・負に現れた２つの信号５０３が得られる。この得られた信号５０３は、同一の浮遊微小異物による散乱信号を短い時間で観測しているため、異物散乱信号強度の時間微分を観測していることになる。従って、信号５０３を積分回路等の信号処理回路５３により積分処理すると、図８（ｄ）に示す如く、各浮遊微小異物に対して上記時間間隔で示される１つの大きな時間幅を示す異物信号５０４が得られる。
【００２８】
計算機５５では、ドライバ５６を介して走査制御信号をガルバノミラー（光走査手段）１８に送り、２つのビーム６０１、６０２を走査しつつ各走査位置での大きな時間幅を示す異物信号５０４を逐一検出でき、被処理基板４の単位で内部のメモリ（図示せず）または外部に設けられた記憶装置５７に記憶されることが可能となる。そして、被処理基板４に対してプラズマ処理（例えばエッチング、ＣＶＤ等）が終了すると、被処理基板４が処理室１から搬出されて１枚の被処理基板４に対するサブミクロンのオーダの浮遊微小異物の計測が終了する。
計算機５５は、記憶装置５７に記憶された各被処理基板単位での各走査位置での浮遊微小異物の検出信号を、出力手段である例えばディスプレイ５８に出力することが可能である。
【００２９】
もし、計算機５５が、被処理基板４の単位で、プラズマ若しくはその近傍に浮遊している微小異物２０９の個数を求めたい場合には、この異物信号５０４をガルバノミラー１８を一回走査する毎に計数することで求めることができる。なお、被処理基板４の単位で、プラズマ若しくはその近傍に浮遊している微小異物２０９の個数を求めたい場合に、ガルバノミラー１８を所定の時間間隔で回動させて、２つのビーム６０１、６０２を複数回走査してもよい。
このように、計算機５５において浮遊微小異物の発生状況を把握することができるので、被処理基板４の処理枚数に対応する累積放電時間の増加と共に、計測される浮遊微小異物の個数が増加していることが判り、浮遊微小異物が発生しないように原因を推定して対策を施すことができ、また、処理室１のクリーニング時間を正確に判断することが可能となる。
【００３０】
また、２つのビーム６０１、６０２をガルバノミラー１８で一緒に走査することによって、同一の浮遊微小異物から２つの検出信号５０１、５０２が得られるので、信号処理回路５２において、浮遊微小異物を示す信号を強調させてＳ／Ｎの高い浮遊微小異物信号を得ることもできる。例えば、２つの検出信号５０１、５０２を、信号処理回路５２において、一度画像メモリに記憶させ、時間的ずれ無くした状態で読みだすことによって図９（ａ）（ｂ）に示す如く時間的にずれのない２つの検出信号５０１’、５０２’を得、この得られた一方の信号を反転させて両信号を差をとることによって図９（ｃ）に示す浮遊微小異物を強調させた信号５０３’を得ることもできる。
このように、計算機５５において浮遊微小異物の発生状況を把握することができるので、被処理基板４の処理枚数に対応する累積放電時間の増加と共に、計測される浮遊微小異物の個数が増加していることが判り、浮遊微小異物が発生しないように原因を推定して対策を施すことができ、また、処理室１のクリーニング時間を正確に判断することが可能となる。
以上説明したように、本第１の実施例によれば、２つのビームを用いて波長及び周波数の２つの領域について微弱な異物散乱光をプラズマ発光から分離して検出し、上記減算及び積分処理により、内壁散乱光などの大きな背景雑音を取り除き積分処理（時間的な拡大処理）をすることで異物散乱光による信号のみを選択的に検出することができて異物検出感度が向上し、従来法では検出が困難であると予想される、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンオーダの微小異物の検出が可能となる。
【００３１】
また、上記第１の実施例では２本のビームを用いたが、３本以上のビームを用いて行うことも可能である。その場合、隣り合うビームによる散乱信号を用いて、上記第１の実施例と同様な信号処理を行えば、各々のビームの走査範囲を狭くすることも可能で、上記実施例に比べウェハ全面の検査時間を短縮することも可能となる。更に、ビームの数を増加すれば、ウェハ全面をほぼ同時に検出することも可能となる。
また、後方散乱光を散乱光検出光学系１０２で検出するように構成したので、ガルバノミラー１８の走査に同期させて容易にプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出することが可能となり、レーザ照射光学系１０１および散乱光検出光学系１０２の簡素化（コンパクト化）をはかることができる。
これらの効果により、プラズマ処理室内の汚染状況をリアルタイムでモニタリングが可能となり、異物付着による不良の被処理基板の発生を低減すること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異物の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。
【００３２】
また、観測窓７の内面に、プラズマ処理による反応生成物等が付着されて堆積しないように工夫する必要がある。例えば、観測窓７の内面に反応生成物ができるだけ浸入しないように突き出た角筒状の遮蔽物７０を設けることによって、反応生成物等が付着するのを防止することができる。ｙ軸方向には、相対向する遮蔽物７０の間隔を狭め、ｘ軸方向には、相対向する遮蔽物５９の間隔を、ガルバノミラー１８で走査可能なように拡げると共に内側に行くに従って拡げる必要がある。また、この遮蔽物５９の外側近傍に反応生成物等を排気させる排気口を設けることによって、更に２つのビーム６０１、６０２が入射する観測窓７の内面に反応生成物等が付着するのを防止することができる。また、相対向する一方の遮蔽物５９から他方の遮蔽物５９へとプラズマ処理に影響しないガス（例えば、不活性ガスまたは処理ガス）を流すことによって、更に２つのビーム６０１、６０２が入射する観測窓７の内面に反応生成物等が付着するのを防止することができる。
【００３３】
次に、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第２の実施例について図１０を用いて説明する。図１０は、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第２の実施例の構成を示すものである。プラズマ浮遊異物計測装置は、レーザ照明光学系１０４と、散乱光検出光学系１０５と、信号処理・制御系１０３からなる。
【００３４】
本第２の実施例では、２本のビームによる散乱光を区別するため、異なる波長のレーザを用いて波長分離して異物散乱光を検出するものである。この際第１の実施例と同様、ビームを強度変調し、同期検波検出法を併用することにより、レーザ散乱光をプラズマ発光から波長・周波数領域の両方において分離して検出する。
波長として５３２ｎｍの固体レーザ光（半導体レーザで励起される。）、６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光、５１４．５ｎｍのＡｒレーザ光、７８０ｎｍの半導体レーザ光等の異なる波長のレーザ光を出射するレーザ光源８、９から出射されたＰまたはＳ偏光ビームを強度変調器１１、１２に入射させる。強度変調器１１、１２としては、ＡＯ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器や開口を形成した円板を高速回転するように構成した機械的な強度変調器等で構成することができる。強度変調器１１、１２としての例えばＡＯ変調器には、計算機５５からの制御信号１２０に基づき、発振器１３から出力されたプラズマ発光の周波数とは異なる例えば周波数３００ｋＨｚ、デューティ４０〜６０％（好ましくは５０％）の矩形波信号が印加されているため、入射されたＰまたはＳ偏光ビームは、この周波数で強度変調される。この強度変調される周波数としては、プラズマ励起周波数およびその高調波成分と異なる例えば３００ｋＨｚ程度を用いる。また、ビームの偏光はＰまたはＳ偏光とする。この強度変調された２つのビーム６０３、６０４の各々は、ミラー１５、１６で反射させてビームエキスパンダ１５０により拡大され、この拡大されたビームは光学系１６０により非常に深い焦点深度をもつ直径約１０μｍ〜３０μｍ程度のスポットビーム６０３、６０４に変換される。
【００３５】
２つのビーム６０３、６０４の光軸を調整し、近接した平行ビーム６０３、６０４にした後、偏光ビームスプリッタ１７を通過または反射させ、ガルバノミラー１８で反射させ、石英等の観察窓７から処理室１へと照射する。ガルバノミラー５１を回転させることにより、被処理基板４上の全面でレーザ光を走査する。第１の実施例と同様、レーザビームは、半導体ウェハ等の被処理基板４直上のプラズマシース境界面付近を通過させる。
散乱光検出光学系１０５では、石英窓７を通して処理室内からの無偏光の散乱光のうちＳまたはＰ偏光成分を偏光ビームスプリッタ１７で反射または透過させ、石英等の結像レンズ１９で石英等の光ファイバ３１の入射端２０に結像させる。図６および図７に示す如く上記第１の実施例と同様、光ファイバ３１の入射端２０を、光軸上の点６０と光ファイバ３１の入射端２０を結ぶ被処理基板４上の任意の点からの散乱光を受光可能な面積６５を持たせることによって、被処理基板４上の任意の点からの浮遊微小異物散乱信号を検出することができる。従って、上記２つのビーム６０３、６０４と併せ、被処理基板４の全面において、浮遊微小異物２０９に対して均一エネルギ照明・均一感度検出が可能となる。
【００３６】
ファイバ３１の先端は２つに分割されており、各々二つのレーザの波長に設定されたモノクロメータ４０およびモノクロメータ４１に接続され、２つのレーザ光による散乱光が波長分離され、おのおのホトマル等の光電変換素子４２及び４３で光電変換される。光電変換素子４２及び４３で光電変換された発光信号は、各々変調周波数に比べ十分高い帯域を有する電流−電圧変換増幅器（アンプ）４４及び４５により増幅され、ロックインアンプ４６及び４７に入力される。ロックインアンプ４６及び４７で、発振器１３からの変調信号を参照信号として各入力信号をそれぞれ同期検波する。このようにして、各波長のレーザ散乱光はプラズマ発光から分離して検出される。その後、ロックインアンプ４６及び４７の出力信号に対して上記第１の実施例と同様な処理がなされる。
本第２の実施例によれば、第１の実施例に対して、互いに異なる波長を有し、同一の周波数で強度変調された２つのビーム６０３、６０４をプラズマ処理室１内に照射し、プラズマ２０８中若しくは近傍に浮遊する微小異物２０９から発生する微弱な散乱光に基づく２つの信号を検出し、該検出された２つの信号を用いて内壁散乱光などの大きな背景雑音を取り除き、例えば積分処理して時間的に拡大することで浮遊微小異物散乱光による信号のみを選択的に抽出することにより、浮遊微小異物散乱光による信号のみを選択的に検出することができるため、検出感度が向上し、従来法では検出が困難であると予想される、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンオーダの微小異物の検出も可能となる。
【００３７】
また、第１の実施例では、検出されたレーザ散乱光を２つの周波数成分に分離する際、変調周波数３００ｋＨｚと５００ｋＨｚに共通な高周波成分、例えば１．５ＭＨｚ成分は完全に除去できず、２つのロックインアンプ出力にわずかながら混入してしまう。これに対して、第２の実施例では、２つのビームによる散乱光は波長に関して分離されるため、波長差を１００ｎｍ以上にする限り、上記のようなクロストークは生じにくい。
また、上記第２の実施例では２本のビームを用いたが、３本以上のビームを用いることも可能である。その場合、隣り合うビームによる散乱信号を用いて、上記第１の実施例に示す信号処理を行えば、各々のビームの走査範囲が狭くてすむため、上記第２の実施例に比べ被処理基板（ウェハ）の全面を走査するために必要な時間が短くすることが可能となる。また、ビーム数を多くしていくことで、ウェハ全面をほぼ同時に検査することも可能である。
【００３８】
次に、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第３の実施例について図１１を用いて説明する。図１１は、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第３の実施例の構成を示すものである。このプラズマ浮遊異物計測装置は、レーザ照明光学系１０６、散乱光検出光学系１０５、及び信号処理・制御系１０３から構成される。
第３の実施例では、２本のビームによる散乱光を分離して検出する際、前記２つの実施例の利点を活かし、波長及び変調周波数の異なるビームを用いて、各々波長・周波数分離して散乱光を検出するものである。
波長の異なるレーザ８及び９から発振されたレーザビームは、いずれもＰまたはＳ偏光で、それぞれＡＯ変調器１１及び１２を通過し、発振器（シグナルジェネレータ）１３及び１４により互いに異なる周波数で変調される。これら変調周波数としては、プラズマ励起周波数およびその高調波成分と異なる周波数３００ｋＨｚ及び５００ｋＨｚを用いる。
【００３９】
波長と変調周波数の異なる２本レーザビーム６０５及び６０６の各々をミラー１５、１６で反射させ、２本レーザビーム６０５及び６０６の光軸を調整し、近接した平行ビームにした後、偏光ビームスプリッタ１７を通過または反射させ、ガルバノミラー１８で反射させ、観察窓７から処理室１へと照射する。ガルバノミラー１８を回転させることにより、被処理基板（半導体ウェハ）４上の全面でレーザ光を走査する。レーザビームは、被処理基板４直上のプラズマシース境界面付近を通過させる。
散乱光検出光学系１０５では、観察窓７を通して得られる処理室内からの無偏光の散乱光のうちＳまたはＰ偏光成分を偏光ビームスプリッタ１７で反射または透過させ、結像レンズ１９で光ファイバ３１の入射端２０に結像させる。上記第１および第２の実施例と同様、光ファイバ３１の入射端２０を光軸上のある点６０と光ファイバ３１の入射端２０を結ぶ光軸上のウェハ上の点からの散乱光を受光可能な面積を持たせることによって、ウェハ上の任意の点からの浮遊微小異物散乱信号を検出できる。
ファイバ３１の先端は２つに分割されており、各々二つのレーザの波長に設定されたモノクロメータ４０およびモノクロメータ４１に接続され、２つのレーザ光による散乱光が波長分離され、おのおのホトマル等の光電変換素子４２及び４３で光電変換される。光電変換素子４２及び４３で光電変換された発光信号は、各々変調周波数に比べ十分高い帯域を有するアンプ４４及び４５により増幅され、ロックインアンプ４６及び４７で、それぞれ発振器１３及び１４の変調信号を参照信号として、各入力信号を同期検波する。その後、ロックインアンプ４６及び４７の出力信号に対して上記第１の実施例と同様な処理を施して、背景雑音を消去することにより、異物散乱信号のみを取り出すことができる。
【００４０】
本第３の実施例によれば、第１の実施例に対して、互いに異なる波長を有し、互いに異なる周波数で強度変調された２つのビーム６０５、６０６をプラズマ処理室１内に照射し、プラズマ２０８中若しくは近傍に浮遊する微小異物２０９から発生する微弱な散乱光に基づく２つの信号を検出し、該検出された２つの信号を用いて内壁散乱光などの大きな背景雑音を取り除き、例えば積分処理して時間的に拡大することで浮遊微小異物散乱光による信号のみを選択的に抽出することにより、浮遊微小異物散乱光による信号のみを選択的にＳ／Ｎ比を向上させて観測することができ、その結果、従来法では検出が困難であると予想される、プラズマ中若しくは近傍に浮遊するサブミクロンオーダの微小異物の検出も可能となる。
また、異物散乱光は、プラズマ発光から波長・周波数の２つの領域において分離され、更に、２つのビームによる散乱光も互いに波長・周波数両方の領域で分離されるため、上記第１及び第２の実施例に比べ、２つのビームによる散乱光の分離度が高い。
【００４１】
また、上記第３の実施例でも３本以上のビームを用いて行うことも可能である。
【００４２】
次に、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第４の実施例について図１２および図１３を用いて説明する。この第４の実施例は、レーザ照明光学系１０７と、散乱光検出光学系１０５と、信号処理・制御系１０８から構成され、上記第１の実施例において、２本のビーム６０１、６０２の光軸を一致させた場合に相当する。
レーザ光源８からのＰまたはＳ偏光のビーム９を、分岐光学要素１５ａで２つに分け、それぞれＡＯ変調器１１及び１２を通過させることによって、ＡＯ変調器１１及び１２においてシグナルジェネレータ１３及び１４により印加される信号に基づいて異なる周波数で変調される。変調周波数としては、プラズマ励起周波数およびその高調波成分と異なる例えば３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚを用いる。
【００４３】
変調周波数の異なる２つのレーザビーム６０１’、６０２’の光軸を合成光学要素１５ｂで調整し一致させた後、偏光ビームスプリッタ１７を通過させ、ガルバノミラー１８で反射させ、観察窓７から処理室１へと照射する。ガルバノミラー１８を回転させることにより、被処理基板４上の全面でレーザ光を走査する。第１の実施例と同様、レーザビーム６０１’、６０２’は被処理基板直上のプラズマシース境界面付近を通過させる。なお、１６ａ、１６ｂは、反射させる光学要素である。
【００４４】
散乱光検出光学系１０２では、観察窓７を通して処理室１内からの無偏光の散乱光のうちＳ偏光成分を偏光ビームスプリッタ１７で反射させ、結像レンズ１９で光ファイバ３１の入射端２０に結像させる。第１の実施例と同様、光ファイバ３１の入射端２０を光軸上のある１点６０と光ファイバ３１の入射端２０を結ぶ光軸上の任意の点からの散乱光を受光可能な面積を持たせることによって、ウェハ上の任意の点からの浮遊微小異物散乱信号を検出できる。光ファイバ３０はレーザ波長に設定されたモノクロメータ４０に接続され、プラズマ発光スペクトルからレーザ散乱光のみが波長分離され、ホトマルなどの光電変換素子４２で光電変換される。
光電変換素子４２で光電変換された信号は、変調周波数に比べ十分高い帯域を有するアンプ４４により増幅され、ロックインアンプ４６及び４７に入力される。ロックインアンプ４６及び４７で、それぞれシグナルジェネレータ１３及び１４の信号を参照信号として同期検波する。ロックインアンプ４６及び４７の出力は、プラズマ発光から波長領域及び周波数領域両方から分離された信号となる。
【００４５】
次に、プラズマ処理室１中に浮遊微小異物が存在した場合に観測される信号を図１３を用いて説明する。図１３は、レーザビームを走査しながら得られるロックインアンプの出力のうち、ウェハ上のある１走査位置での出力の時間変化を示したものである。図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、レーザビーム６０１’及び６０２’による信号を示す。信号５０５及び５０６のうち、ピーク信号５０５ａ、５０５ｂ及びピーク信号５０６ａ、５０６ｂが各々同じ異物による散乱信号である。また、出力レベルＩは、処理室１の壁面１Ｗなどから発生する背景雑音によるものである。そこで、異物散乱信号５０５ａと５０６ａ、および５０５ｂと５０６ｂは、同時刻に検出され、一方、背景雑音には、ランダムな電気雑音が多数含まれている。両者のこの性質を利用し、相関処理回路５４により信号５０５と５０６の相関をとれば、相関係数は異物検出時に高いピーク５０７ａ、５０７ｂとなり、またランダムな背景雑音は低い相関係数となり、図１３（ｃ）に示す信号５０７が得られる。これを最終的な異物検出信号とする。
【００４６】
そこで、計算機５５において、図１３（ｃ）に示す同一時刻に発生した信号５０７を浮遊微小異物散乱信号として計数することで、異物数を検出することができる。即ち、計算機５５は、被処理基板４の単位で、プラズマ２０８中若しくは近傍に浮遊する微小異物２０９の個数を算出することができる。特に、被処理基板４の単位で、プラズマ２０８中若しくは近傍に浮遊する微小異物２０９の個数を算出する場合、ガルバノミラー１８を所定の時間間隔で回転させて、２つのビームを複数回走査させてもよい。このように、計算機５５は、被処理基板４の単位で、プラズマ２０８中若しくは近傍に浮遊する微小異物２０９の発生状態を把握することができる。
本第４の実施例によれば、互いに異なる周波数で変調された光軸を一致させた２つのビーム６０１’、６０２’をプラズマ処理室１内に照射し、プラズマ２０８中若しくは近傍に浮遊する微小異物２０９から発生する微弱な散乱光に基づく２つの信号５０５、５０６を検出し、これらの信号５０５、５０６について相関処理回路５４で例えば同時刻で相関をとることにより、異物散乱信号をランダムに発生する雑音成分と弁別して検出することができ、その結果、異物散乱光のみを選択的により一層Ｓ／Ｎ比を向上させて検出することができ、従来法では検出が困難であると予想される、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンオーダの微小異物の検出も可能となる。
【００４７】
また、上記第４の実施例でも、３本以上のビームを用いて全ての信号の相関をとれば、異物散乱信号をランダムに発生する雑音（ノイズ）成分と弁別して検出することが可能となり、その結果より高精度な浮遊微小異物検出が可能となる。
【００４８】
次に、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第５の実施例について図１４を用いて説明する。この第５の実施例は、レーザ照明光学系１０９と、散乱光検出光学系１０５と、信号処理・制御系１０８から構成され、上記第２の実施例において、２本のビーム６０３、６０４の光軸を一致させた場合に相当する。
各々波長の異なるレーザ８及び９からのレーザ光は、それぞれＡＯ変調器１１及び１２に導かれる。シグナルジェネレータ１３の信号をＡＯ変調器１１及び１２に入力することで、２つのレーザビーム６０３’、６０４’は同じ周波数で変調される。変調周波数としては、プラズマ励起周波数およびその高調波成分と異なる周波数３００ｋＨｚを用いる。また、ビームの偏光はＰまたはＳ偏光とする。
【００４９】
２つのビーム６０３’、６０４’の光軸を調整し、光軸を一致させたビーム６０３’、６０４’にした後、偏光ビームスプリッタ１７を通過または反射させ、ガルバノミラー１８で反射させ、観察窓７から処理室１へと照射する。ガルバノミラー１８を回転させることにより、被処理基板４上の全面でレーザ光を走査する。第２の実施例と同様、２つのレーザビーム６０３’、６０４’は、被処理基板直上のプラズマシース境界面付近を通過させる。
【００５０】
散乱光検出光学系１０５では、観察窓７を通して処理室１内からの無偏光の散乱光のうちＳまたはＰ偏光成分を偏光ビームスプリッタ１７で反射または透過させ、結像レンズ１９で光ファイバ３１の入射端２０に結像させる。
ファイバ３１の出射端は、２つに分割されて、各々二つのレーザの波長に設定されたモノクロメータ４０およびモノクロメータ４１に接続され、２つのレーザ光による散乱光が波長分離され、おのおのホトマル等の光電変換素子４２及び４３で光電変換される。光電変換素子４２及び４３で光電変換された発光信号は、各々変調周波数に比べ十分高い帯域を有するアンプ４４及び４５により増幅され、ロックインアンプ４６及び４７でシグナルジェネレータ１３からの強度変調信号を参照信号として、各入力信号をそれぞれ同期検波する。このようにして、各波長のレーザ散乱光はプラズマ発光から分離して検出される。その後上記第４の実施例と同様の処理を施して、背景雑音を消去することにより、プラズマ中若しくは近傍に浮遊する微小異物を検出する。
本第５の実施例によれば、互いに異なる波長を有し、同一の周波数で変調された光軸を一致させた２つのビーム６０３’、６０４’をプラズマ処理室１内に照射し、プラズマ２０８中若しくは近傍に浮遊する微小異物２０９から発生する微弱な散乱光に基づく２つの信号を検出し、これらの信号について相関処理回路５４で例えば同時刻で相関をとることにより、異物散乱信号をランダムに発生する雑音成分と弁別して検出することができ、その結果、異物散乱光のみを選択的により一層Ｓ／Ｎ比を向上させて検出することができ、従来法では検出が困難であると予想される、プラズマ中若しくは近傍に浮遊するサブミクロンオーダの微小異物の検出も可能となる。
【００５１】
また、第４の実施例では、検出されたレーザ散乱光を２つの周波数成分に分離する際、変調周波数３００ｋＨｚと５００ｋＨｚに共通な高周波成分、例えば１．５ＭＨｚ成分は完全に除去できず、２つのロックインアンプ出力にわずかながら混入してしまう。このため、背景雑音の相関係数がわずかに増加する可能性がある。これに対して、第５の実施例では、２つのビームによる散乱光は波長に関して分離されるため、波長差を１００ｎｍ以上にする限り、上記のようなクロストークは生じにくい。
【００５２】
また、上記第５の実施例では２本のビームを用いたが、３本以上のビームを用いて全ての信号の相関をとれば、より高精度な異物検出が可能である。
【００５３】
また、上記第４及び第５の実施例と同様に、上記第３の実施例において２本のビームの光軸を位置させた方法も可能である。
次に、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第６の実施例について図１５を用いて説明する。この第６の実施例は、レーザ照明光学系１１０と、散乱光検出光学系１０２と、信号処理・制御系１１１から構成され、第４の実施例において、２つのビーム６０１’６０２’を一つのビームにしたものである。従って、プラズマ処理室１内には、例えば６３３ｎｍの波長のＰまたはＳ偏光のレーザ光が、例えば３００ｋＨｚで強度変調されて照射され、ロックインアンプ４６からは、図４に示す同期検波された異物散乱光２４２の信号が出力されることになる。そして、ＤＣオフセット回路５０において、ＤＣ成分を調整することによって、図８（ａ）に示す信号５０１が得られる。この信号５０１をＡ／Ｄ変換して画像メモリ６０に記憶させる。次に、画像メモリ６０に記憶された信号５０１を読みだして例えば遅延回路６１で所定時間遅延させることにより図８（ｂ）と同様な信号５０２を得ることができる。そこで、計算機５５において、両信号５０１、５０２の差をとることによって、ノイズＤＣ成分を除去した信号５０３を得ることができる。更に、計算機５５は、この信号５０３の浮遊微小異物を示す信号の濃淡値を含めた立体的な体積で示される特徴量を算出し、該算出した特徴量から真に浮遊微小異物からの信号であるかを認識することが可能となる。
【００５４】
また、計算機５５は、画像メモリ６０に記憶された信号５０１を読みだして例えば、表示手段５８に表示し、処理室の側壁１Ｗや観察窓７に付着した異物からの散乱反射光に基づくノイズ成分の波形を指定して記憶装置５７に記憶させる。これによって、計算機５５が、ノイズ成分の波形との一致度を調べることによって、浮遊微小異物による波形と弁別することが可能となる。
【００５５】
次に、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置を半導体製造ラインのホトリソグラフィ工程に導入した場合の実施の形態について説明する。
【００５６】
図１６は、半導体製造ラインのホトリソグラフィ工程を示したものである。まず、膜付け装置３０１により半導体ウェハ上にシリコン酸化膜等の被加工膜が形成される。膜厚測定装置３０２によりウェハ上の複数点での膜厚が測定された後、レジスト塗布装置３０３によりレジストが塗布される。露光装置３０４によりレチクルやマスク上の所望の回路パターンが転写される。露光された半導体ウェハは、現像装置３０５で転写パターンに対応したレジスト部が除去される。エッチング装置３０６では、このレジストパターンをマスクとしてレジスト除去部の被加工膜がエッチングされる。そして、エッチング装置に備えられたプラズマ浮遊異物計測装置１００によってエッチング装置の処理室１内に発生した浮遊微小異物の状態が少なくとも被処理基板４または被処理基板のロットを単位として把握される。このように把握された浮遊異物の発生状態（例えば異物数）が、管理値（規定値）を越えたとき、計算機５５により表示手段５８または他の出力手段を用いて操作者に知らされ、処理室１内のクリーニングが行われる。異物数が規定値を超えない場合は、エッチング終了後半導体ウェハ４はアッシング装置３０７によりレジスト膜が除去された後、洗浄装置３０８に送られる。
【００５７】
従来のプラズマ中異物検出装置を備えないエッチング装置では、エッチング装置の汚染状況の管理は時間管理で行われており、必ずしも適切な時間で処理室のクリーニングが行われておるわけではない。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スループットを低下させたり、逆にクリーニングすべき時期を過ぎているにも関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った。また、工程中に、ダミーウェハを挿入しエッチング処理し、処理後ダミーウェハを抜き取り異物検査を行い汚染状況を把握する作業を行い、その結果からクリーニング時期を決める方法も採られるている。この場合ホトリソグラフィ工程中に余分な作業が入るため、ホトリソグラフィ工程のスループットが低下し、ダミーウェハのコストがホトリソグラフィ工程に乗せられることになった。
【００５８】
本発明によれば、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊する微小異物を、プラズマ発光から波長・周波数領域分離して検出するものにおいて、内壁散乱光などの大きな背景雑音を取り除き、積分処理等による時間的な拡大処理をすることで異物散乱光による信号のみを選択的にＳ／Ｎを向上させて観測することができ、従来法では検出が困難であると予想される、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンオーダの微小異物の検出も可能となる。
【００５９】
さらに、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の異物のリアルタイムモニタリングを行えば、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を図ることが可能となる。また、この工程により製造された素子は、規定値以上の異物を含まない良質の素子となる。
【００６０】
また、以上の実施例では、プラズマ励起用高周波電源の周波数として４００ｋＨｚ、レーザ波長として５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、レーザの強度変調周波数として３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚを用いたが、本発明は、これらの値に限定されるものではない。また、上記実施例のうち、第２及び第５の実施例で、２本のビームによる散乱光を波長の違いを利用して分離検出する際は、ビームの強度変調は必ずしも必要でないことを付け加えておく。
【００６１】
また、以上の実施例は、エッチング装置として平行平板形プラズマエッチング装置等に限定するものでななく、各種のエッチング装置、例えばＥＣＲエッチング装置、あるいはマイクロ波エッチング装置等、あるいはプラズマＣＶＤ装置等への適用も可能である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ中若しくはその近傍のサブミクロンまでの浮遊異物から発生する微弱な散乱光をプラズマ発光から分離して検出することにより、プラズマ中若しくはその近傍のサブミクロンまでの浮遊異物の検出感度を大幅に向上することができ、その結果、プラズマ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、異物付着による不良製品の発生を低減でき、高歩留まりで、高品質の半導体素子等の製造が可能になる効果が得られる。
【００６３】
また、本発明によれば、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊する微小異物を、プラズマ発光から波長・周波数の両方から分離して検出することができ、さらに、微小異物を示す２つの検出信号を得ることによって、内壁散乱光などの大きな背景雑音を取り除いて異物散乱光による信号のみを選択的にＳ／Ｎを向上させて検出することができ、その結果、異物検出感度が向上し、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊するサブミクロンオーダの微小異物の検出ができる効果を奏する。
【００６４】
また、本発明によれば、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊する微小異物を、プラズマ発光から波長・周波数領域分離して検出するものにおいて、互いに波長または強度変調周波数を異にした複数のビームを照射し、浮遊微小異物からの散乱光に基づく複数の検出信号を抽出し、該抽出された複数の検出信号の時間的ずれを基にして積分処理等の時間的な拡大処理することで、異物散乱光のみを選択的に拡大して観測することができる。
【００６５】
また、本発明によれば、プラズマ中若しくはその近傍に浮遊する微小異物を、プラズマ発光から波長・周波数領域分離して検出するものにおいて、互いに波長または強度変調周波数を異にした複数のビームを照射し、浮遊微小異物からの散乱光に基づく複数の検出信号を抽出し、該抽出された複数の検出信号の相関をとることによって、異物散乱光のみを選択的に強調させて観測することができる。
【００６６】
また、本発明によれば、プラズマ中若しくはその近傍のサブミクロンまでの浮遊異物から発生する微弱な後方散乱光をプラズマ発光から分離して検出することにより、レーザ照射光学系および散乱光検出光学系をコンパクト化して、プラズマ中若しくはその近傍のサブミクロンまでの浮遊異物の検出感度を大幅に向上することができ、その結果、プラズマ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、異物付着による不良製品の発生を低減でき、高歩留まりで、高品質の半導体素子等の製造が可能になる効果が得られる。
【００６７】
また、本発明によれば、プラズマ処理装置のクリーニング時期を正確に把握することができる効果も奏する。
【００６８】
また、本発明によれば、ダミーウェハを用いた異物の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も得られる。
【００６９】
また、本発明によれば、製造ライン全体の自動化も可能となるという効果も奏する。
【００７０】
また、本発明によれば、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の異物のリアルタイムモニタリングを行えば、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を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置に設けられたプラズマ浮遊異物計測装置の第１の実施例を示す正面図である。
【図２】プラズマ発光について観測した時間と発光強度［Ｖ］との関係を示す図である。
【図３】プラズマ発光についてスペクトラムアナライザで観測した周波数［ＭＨｚ］と発光強度［ｍＶ］との関係を示す図である。
【図４】波長及び周波数領域におけるプラズマ発光の波長［ｎｍ］・周波数［ｋＨｚ］と異物散乱光の波長・周波数との関係を示す図である。
【図５】本発明に係るプラズマ処理装置に設けられたプラズマ浮遊異物計測装置の第１の実施例を示す平面図である。
【図６】本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第１から第５の実施例における散乱光検出系の結像関係を示す図である。
【図７】本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第１から第５の実施例における光ファイバの受光面を示す図である。
【図８】本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第１から第３の実施例における、各々のビームによる散乱光検出強度、その減算波形及び異物検出信号を示す図である。
【図９】本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置の第１から第３の実施例における各々のビームによる散乱光検出強度、及びその相関つまり異物検出信号を示す図である。
【図１０】本発明に係るプラズマ処理装置に設けられたプラズマ浮遊異物計測装置の第２の実施例を示す平面図である。
【図１１】本発明に係るプラズマ処理装置に設けられたプラズマ浮遊異物計測装置の第３の実施例を示す平面図である。
【図１２】本発明に係るプラズマ処理装置に設けられたプラズマ浮遊異物計測装置の第４の実施例を示す平面図である。
【図１３】本発明に係るプラズマ処理装置に設けられたプラズマ浮遊異物計測装置の第４及び第５の実施例における各々のビームによる散乱光検出強度及びその相関つまり異物検出信号を示す図である。
【図１４】本発明に係るプラズマ処理装置に設けられたプラズマ浮遊異物計測装置の第５の実施例を示す平面図である。
【図１５】本発明に係るプラズマ処理装置に設けられたプラズマ浮遊異物計測装置の第６の実施例を示す平面図である。
【図１６】本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置を備えたエッチング装置を導入した半導体製造ラインのホトリソグラフィ工程を示す図である。
【符号の説明】
１…処理室、１Ｗ…側壁、４…被処理基板（半導体ウェハ）、７…観察窓、８、９…レーザ光源、１０…マルチチャンネル強度変調器（ＡＯ変調器）、１１、１２…強度変調器（ＡＯ変調器）、１３、１４…発振器（シグナルジェネレータ）、１５ａ…分岐光学要素、１５ｂ…合成光学要素、１６ａ、１６ｂ…反射光学要素、１７…偏光ビームスプリッタ、１８…ガルバノミラー（走査手段）、１９…結像レンズ、３０、３１…光ファイバ、４０、４１…モノクロメータ、４２、４３…光電変換素子、４４、４５…電流−電圧変換増幅器、４６、４７…ロックインアンプ、５２…信号処理回路（減算増幅回路）、５３…積分回路、５４…相関処理回路、５５…計算機、７０…異物付着防止手段、１００…プラズマ浮遊異物計測装置、１０１、１０４、１０６、１０７、１０９、１１０…レーザ照射光学系、１０２、１０５…散乱光検出光学系、１０３、１０７、１０８、１１１…信号処理・制御系、２０２…上部電極、２０３…下部電極、２０５…高周波電源（シグナルジェネレータ）、２０８…プラズマ、２０９…浮遊微小異物、３０１…膜付け装置、３０２…膜厚測定装置、３０３…レジスト塗布装置、３０４…露光装置、３０５…現像装置、３０６…エッチング装置、３０７…アッシング装置、３０８…洗浄装置。
【図１】
0004041212.tif 000002
【図２】
0004041212.tif 000003
【図３】
0004041212.tif 000004
【図４】
0004041212.tif 000005
【図５】
0004041212.tif 000006
【図６】
0004041212.tif 000007
【図７】
0004041212.tif 000008
【図８】
0004041212.tif 000009
【図９】
0004041212.tif 000010
【図１０】
0004041212.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004041212.tif 000013
【図１３】
0004041212.tif 000014
【図１４】
0004041212.tif 000015
【図１５】
0004041212.tif 000016
【図１６】
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