(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置に供給される原料ガスの流れを調節するレギュレータと、
前記レギュレータに連結された第１ジャンクションと、
前記第１ジャンクションに連結された第１フィルターと、
前記第１フィルターに連結されたガスの流れを調節する第１空気バルブと、
前記第１空気バルブに連結されたテスト部分と、
前記テスト部分に連結された第２ジャンクションと、
前記第２ジャンクションに連結されたガス圧減少器と、
前記ガス圧減少器に連結された第３ジャンクションと、
前記第３ジャンクションに連結された粒子計数器と、
前記粒子計数器に連結された第２ポンプとコンピューターシステムと、
前記第１ジャンクションに連結された第３空気バルブと、
前記第３空気バルブに連結されたガスの流れを測定するフローメーターと、
前記フローメーターに連結され、前記第３ジャンクションに連結された第２フィルターと、
前記第２ジャンクションに連結されたガスを開閉する役割をする第２空気バルブと、
前記第２空気バルブに連結された第４ジャンクションと、
前記第４ジャンクションに連結された第３フィルターと、
前記第４ジャンクションに連結されたインパクタと、
前記インパクタに連結された第１ポンプを具備することを特徴とする半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置。
【請求項２】
前記インパクタは１つのオリフィスと２つのノズルと２つのステージで構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置。
【請求項３】
前記ステージは加工されないウェーハで構成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置。
【請求項４】
前記２つのノズルの直径は異なることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置。
【請求項５】
半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子を測定する方法において、
請求項１に記載の汚染粒子測定装置を用いて、半導体製造装置を構成するガス運送システム及びユーティリティ部分から発生する粒子を測定することを特徴とする半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定方法。
【請求項６】
前記各ガス運送システム及びユーティリティ部分による汚染粒子の測定はスタティックテスト、ダイナミックテスト及びインパクトテスト方法を使用して測定することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定方法。
【請求項７】
前記スタティックテストは半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置の一構成部のテスト部分にガスの流れを一定にしてシェディングされる粒子を測定することにより、実際使用条件での粒子発生程度を評価する方法であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定方法。
【請求項８】
前記ダイナミックテストは半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置の一構成部の空気バルブの開閉による瞬間的な圧力変化に従う衝撃によりシェディングされる粒子を測定して前記半導体装置の構成部分が動作する時の汚染粒子の発生程度を評価する方法であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定方法。
【請求項９】
前記インパクトテストは半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置の一構成部のテスト部分に外部から一定量の物理的衝撃を加える時発生する粒子を評価する方法であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の汚染粒子測定装置を用いて、半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子をサンプリングする段階と、
前記サンプリングされた汚染粒子を使用して分析試料を準備する段階と、
前記試料を分析する段階を含むことを特徴とする半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の分析方法。
【請求項１１】
前記汚染粒子はインパクタを利用してサンプリングすることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の分析方法。
【請求項１２】
前記サンプリング段階の前に前記インパクタのサンプリング効率の評価を行うことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の分析方法。
【請求項１３】
前記サンプリング効率の評価のためにアトマイザと前記アトマイザから発生されたPSL と水分を分離させるヒーターと前記ヒーターにより分離された水分を凝縮させる冷却器と前記PSL に残っている微量の水分を除去する拡散乾燥器と前記拡散乾燥器を経て出る前記PSL の濃度を調節する希釈フィルターと前記希釈フィルターに連結されて粒子をサンプリングするインパクタで構成される装置を利用することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の分析方法。
【請求項１４】
前記分析試料を準備する段階は前記インパクタを完全に分解し超音波を使用して洗浄する段階と、
加工しないウェーハを０．８cm2 で切って超音波を利用して洗浄した後窒素ガスで乾燥させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の分析方法。
【請求項１５】
前記分析試料を分析するために試料により電子走査顕微鏡または電子探針マイクロ分析器を使用することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置、測定方法及びその分析方法に係り、特にパーティクルシェディングシステム（particle shedding system）を利用して半導体装置の各部とこれら各部で構成される単位工程別ガスユーティリティ配管自体による汚染粒子を測定する装置とこの装置を利用した汚染粒子を測定する方法と半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子測定装置のテスト部分及び配管に存在する汚染粒子をサンプリングして構造及び成分を分析する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置が高度化、高集積化されることにより、半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子による半導体装置の汚染度は製品の収率に直接的な影響を与える。従って、その汚染粒子の管理と分析の重要性はさらに大きくなっている。
半導体装置の製造過程で要るガスの運送システム（Gas Delivery System ：以下GDS と称する）自体及びこのシステムを構成する各部［例えば、ガスフィルター、流量流れ調節器（mass flow controller：以下MFC と称する）及び空気バルブ］から発生される汚染粒子等を制御する技術はなかった。従って、単位工程装備で汚染粒子が発生した時、GDS から発生する汚染粒子を測定しサンプリングしてその構造と成分を分析することにより、単位工程装備から発生された汚染粒子との連関性を求める技術が必要になった。そして装備内部またはウェーハ上に汚染粒子が発生する時、これら粒子の中前記GDS から発生された汚染粒子を分類する基準が必要である。また、半導体装置の製造工程別に使用されるガスの種類により発生される汚染粒子の構造と成分も分析して体系的に分類する必要がある。
【０００３】
半導体製造工程に使用されるガスを反応チャンバに運送するGDS には多くのユーティリティ部分がそれぞれの用度に合うように設けている。このような各部が汚染粒子を発生させると後続部分に良くない影響を与えることになり、結局実際工程上で粒子汚染問題をもたらすことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は前述した従来の問題点を解決するために半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置を提供することにある。
本発明の他の目的は前記汚染粒子の測定装置を使用して半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定方法を提供することにある。
【０００５】
本発明のさらに他の目的は前記汚染粒子の測定装置によりサンプリングされた汚染粒子の分析方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置は、半導体製造装置に供給される原料ガスの流れを調節するレギュレータと、前記レギュレータに連結された第１ジャンクションと、前記第１ジャンクションに連結された第１フィルターと、前記第１フィルターに連結されたガスの流れを開閉する第１空気バルブと、前記第１空気バルブに連結されたテスト部分と、前記テスト部分に連結された第２ジャンクションと、前記第２ジャンクションに連結されたガス圧減少器と、前記ガス圧減少器に連結された第３ジャンクションと、前記第３ジャンクションに連結された粒子計数器と、前記粒子計数器に連結された第２ポンプとコンピューターシステムと、前記第１ジャンクションに連結された第３空気バルブと、前記第３空気バルブに連結されたガスの流れを測定するフローメーターと、前記フローメーターに連結され、前記第３ジャンクションに連結された第２フィルターと、前記第２ジャンクションに連結されたガスの流れを調節する第２空気バルブと、前記第２空気バルブに連結された第４ジャンクションと、前記第４ジャンクションに連結された第３フィルターと、前記第４ジャンクションに連結されたインパクタと、前記インパクタに連結された第１ポンプを具備する。
【０００７】
前記インパクタは図２に示されたように１つのオリフィス４４と２つのステージ４２と２つのノズル４０で構成される。前記オリフィスは前記インパクタから外部に抜出るガスの流量を調節するものであって、直径の大きさにより六種類に分けられ、それぞれ調節するガスの流量が異なる。前記六種類のオリフィスの中何れか１つを選択して使用でき、必要時他のもので交換できる。前記２つのノズルは直径の異なる６つのノズルの中選択されたノズルである。前記ノズルの直径が異なるのでサンプルにより選択的に使用されうる。前記オリフィスとノズルは次のように用いられる。即ち、前記選択された１つのオリフィスに前記選択されたノズルの各組を順次に交換しながら使用する。このような方法で引続き前記オリフィスの中他のものを選択し、前記ノズルは前記組みを成す他のノズルを再び交換しながら使用する。半導体装置の製造過程で発生される汚染粒子のサンプリングを前記オリフィスとノズルを有するインパクタを用いて行う。
【０００８】
前記第３フィルターは前記インパクタに流入されるガスの流量を調節することにより、もし前記インパクタに流入される流量が充分でない場合外部から空気を流入して補充するが、この際前記第３フィルターを使用して外部から前記インパクタに流入される空気を濾過する。
前記ガス圧減少器はガス供給源により供給されるガス圧を低める役割をする。従って、前記第２ジャンクションからの流量が多い場合、ガス圧を減少させるために前記ガスの一部は前記ガス圧減少器により外部にポンピングされる。
【０００９】
前記他の目的を達成するために本発明の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定方法は、前記本発明の汚染粒子の測定装置を用いて、半導体製造装置を構成するガス運送システム及びユーティリティ部分から発生する粒子を測定する。
前記ガス運送システム及びユーティリティ部分から発生する粒子等の濃度を測定する方法にはスタティックテスト、ダイナミックテスト及びインパクトテスト方法がある。
【００１０】
前記スタティックテスト法は図１に示されたようにテスト部分１６に一定のガスの流れを加えてシェディングされる粒子を測定する方法である。この方法は実際使用条件下で汚染粒子の発生程度を評価する方法である。
前記ダイナミックテスト法は図１に示されたようにテスト部分１６の前段に設けられた空気バルブ１４ａの開閉により発生する瞬間的な圧力変化に従う衝撃により粒子等がシェディングされることを測定する方法である。
【００１１】
前記インパクトテスト法は図１に示されたようにテスト部分１６に一定のガスの流れを加えながらテスト部分１６の外部に一定量の物理的衝撃を加える時発生する粒子を測定する方法である。
前記さらに他の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子を分析する方法は、前記本発明の汚染粒子の測定装置を用いて、半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子をサンプリングする段階と、前記サンプリングされた汚染粒子を使用して分析試料を準備する段階と、前記試料を分析する段階とを含む。
【００１２】
前記粒子をサンプリングする段階は前記オリフィスとノズルを選択してインパクタに装着する。そしてこのインパクタにガスを流す。こうして前記ガスの流速と前記インパクタに設けられたノズルの直径及びオリフィスを通過するガスの流量により、前記ガスに含まれた汚染粒子はその大きさ別に前記インパクタのステージにサンプリングされる。
【００１３】
前記分析試料を準備する段階は前記インパクタを完全に分解し超音波を利用して洗浄する。そしてN2を以って、前記インパクタを乾燥する。次いで、加工しないウェーハを１．０×０．８cmの大きさで切って超音波洗浄の後N2を利用して乾燥させる。
前記試料分析は電子探針マイクロ分析器（Electron Probe Micro Analyzer ：以下EPMAと称する）を利用してサンプリングされた粒子の形態を分析し、電子走査顕微鏡（SEM ）を利用してサンプリングされた粒子の大きさを測定することにより行われる。
【００１４】
本発明はガス運送システム自体と前記ガス運送システムを構成するユーティリティ部分から発生される汚染粒子の構造と成分を確認しうる。従って、前記ガス運送システム及び前記システムを構成するユーティリティ部分から発生する汚染粒子を、前記システム及びユーティリティ部分を使用する時間により測定し、また前記システムの使用工程別に発生する汚染粒子を測定することにより、GDS からどのくらいの汚染粒子が発生するかが定量的にわかる。このような資料は前記GDS から発生される汚染粒子を時間別、工程別に管理しうる基準となる。そして前記ガス運送システムに設けられたインパクタを利用して前記システム及びシステムを構成するユーティリティから発生する汚染粒子をサンプリングして汚染粒子の構造及び成分の分析が可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付の図面に基づき詳しく説明する。
図１は本発明による半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置を示す概略図である。本装置の内部構成は大きく汚染粒子を測定する粒子シェディングシステム（particle shedding system）の粒子計数器２４、コンピューターシステム２６及びガス圧減少器２２と粒子汚染をサンプリングするインパクタ１８で構成されている。
【００１６】
より詳しくは、半導体製造工程に供給される原料ガスの流れを調節するレギュレータ１０と前記レギュレータに連結された第１ジャンクション１１、前記第１ジャンクションに連結された第１フィルター１２ａ、前記第１フィルター１２ａに連結され、下記テスト部分１６に流入されるガスの開閉を担当する第１空気バルブ１４ａ、前記第１空気バルブ１４ａに連結されたテスト部分１６、前記テスト部分１６に連結された第２ジャンクション１３、前記第２ジャンクション１３に連結されたガス圧減少器２２、前記ガス圧減少器２２に連結された第３ジャンクション２３、前記第３ジャンクション２３に連結された粒子計数器２４、前記粒子計数器２４に連結された第２ポンプ２０ｂとコンピューターシステム２６、前記第１ジャンクション１１に連結された第３空気バルブ１４ｃ、前記第３空気バルブ１４ｃに連結されたガスの流れを測定するフローメーター２８、前記フローメーター２８に連結され、前記第３ジャンクション２３に連結される第２フィルター１２ｂ、前記第２ジャンクション１３に連結され、下記インパクタ１８に流入されるガスを開閉する第２空気バルブ１４ｂ、前記第２空気バルブ１４ｂに連結された第４ジャンクション１５、前記第４ジャンクション１５に連結された第３フィルター１２ｃ、前記第４ジャンクション１５に連結された汚染粒子をサンプリングするインパクタ１８及び前記インパクタ１８に連結された第１ポンプ２０ａで構成されている。
【００１７】
前記汚染粒子測定装置は汚染粒子を測るために次のように動作される。
第１、粒子計数器２４とコンピューターシステム２６をつける。次いで、粒子計数器２４のゼロカウンティング及び所望のガスの流れを作るために第１及び第２空気バルブ１４ａ及び１４ｂを閉め、第３空気バルブ１４ｃを開ける。引続き、レギュレータ１０を使用して前記粒子計数器２４の指針がゼロになるようにガスの流れを調節する。
【００１８】
第２、前記粒子計数器２４の指針がゼロを示すのを確認した後テスト部分１６を装着する。そして第１及び第２空気バルブ１４ａ及び１４ｂを開け、第３空気バルブ１４ｃを閉めた後スタティックテスト、ダイナミックテスト及びインパクトテスト方法でシェディングされる粒子を測定する。同時に前記インパクタ１８による粒子サンプリングも行う。前記インパクタ１８を通過するガスの流れは図２のインパクタのオリフィス４４と図１の第３フィルター１２ｃにより調節され、粒子係数器２４方向へのガスの流れはガス圧減少器２２により調節される。
【００１９】
第３、前記インパクタ１８でサンプリングした粒子の構造及び成分を分析して当該粒子の構造及び成分をウェーハ上の粒子のものと比べる。この際、前記粒子の構造分析のためにはSEMを使用し、成分分析のためにはオージェ電子分光器（Auger Electron Spectroscopy ：以下AES と称する）とEPMAを使用する。
図２及び図３を参照して前記インパクタ１８を利用して汚染粒子をサンプリングする方法を詳しく説明する。
【００２０】
図２は図１に示されたインパクタ１８の構成図である。
まず、インパクタは図１の第２空気バルブ１４ｂに連結されたガス流入口Ａと流入されるガスの種類をガス内に含まれた汚染粒子の直径により制限する相異なる幅を有するノズル４０とウェーハが置かれるステージ４２及び排出口Ｂに排出されるガスの流量を調節するオリフィス４４で構成される。前記排出口Ｂは図１に示した第１ポンプ２０ａにより真空状態で保たれる。前記ノズル４０の幅が大きくなると、さらに大きな汚染粒子を有するガスが流入されうる。
【００２１】
図３は図２に示されたインパクタによる粒子のサンプリングの原理を示す図面であって、図２のＣ部分を拡大して示した図面である。
具体的な説明は次のようである。インパクタのノズル（図２の４０）を通過する粒子の中直径の０．１μm 以上の粒子５０、５２はステージ４２に当てられてサンプリングされ、直径の０．１μm 未満の粒子５４はステージと当てられなくガスの流れに従って通過する。前記ステージ４２にサンプリングされる粒子の大きさは次の式により決定される。
【００２２】
0003755549.tif 000002
ｄ５０：５０％のサンプリング収率の可能な粒子の直径、ＣC ：カンニングハム補正因子（Cunningham correction factor）、Ｄj ：インパクタ噴出口の直径、υ：気体速度、Ｐρ：粒子密度（psl ：１．０５g ／cm3 ）、η：気体の粘性度（空気の場合）、ｓｔｋ５０：サンプリング収率が５０％の場合のストークスの数（stokes number ）。
【００２３】
前記式を参照すれば、サンプリングされる粒子の大きさはノズル（図２の４０）の直径とオリフィスの流量と関係がある。
即ち、オリフィスの流量が一定の場合ノズルの直径を小さくすると、流速が速くなり、ノズルの直径を小さくする前にサンプリングした粒子よりさらに小さい粒子がステージ４２にサンプリングされる。反対にノズル４０の直径を大きくする場合流速が遅くなり、ノズルの直径を大きくする前にサンプリングした粒子よりさらに大きい粒子のみがステージ４２にサンプリングされることになる。
【００２４】
図４は本発明で使用するインパクタを利用した汚染粒子のサンプリング効率の評価のためのブロック図である。具体的に、乾燥したN2が流入される流入口である。そして６０はアトマイザであって、高濃度のPSL （Poly Stylene Latex）を含む純水（DI）を乾燥したN2の圧力を利用して噴射する装置である。６２はヒーターであって、１５０℃ほどの熱を加えて水分とPSL を分離させる。６４は冷却器であって、前記ヒーター６２により分離された水分を凝縮させる。６６は拡散による乾燥器であって、二酸化シリコン（SiO2）を使用して前記PSL に残っている微量の水分を吸収する。６８は希釈フィルターであって、必要時外部から清い空気を流入することにより、インパクタ７０に流入されるPSL の量を適切に調節する。Ｆは前記インパクタ７０に流入されたガスの排出口として真空に近い状態を保つ。
【００２５】
前記インパクタ７０によりサンプリングされた粒子を分析するために、まず、前記ンパクターを完全に分解し超音波で洗浄した後N2を利用して乾燥させる。次いで、加工しないウェーハを１．０×０．８cmの大きさでカッティングし超音波を使用して洗浄した後窒素ガスを用いて乾燥させる。こうして試料分析の準備を完了した後次のように試料分析を行う。
【００２６】
第１、前記１つのオリフィスと前記一組のノズルをインパクタに装着した後、このインパクタに流入されるガスに含まれた汚染粒子をサンプリングする。前記ノズルはサンプリングしようとする汚染粒子の大きさにより適当なもので交換しうる。
第２、EPMAを使用してサンプリングされた粒子の形態を分析し、SEM を使用してサンプリングされた粒子の大きさを測る。
【００２７】
図５及び図６は図２に示したインパクタを利用した汚染粒子サンプリングの一例を示すSEM 写真である。
図５は前記インパクタの構成を示す図２のステージ４２上にサンプリングされた汚染粒子のSEM 写真であって、０．１３６μm 内外の小形粒子等が０．１mmほどの円形でサンプリングされた状態を示す。
【００２８】
図６は図２のステージ４２上にサンプリングされた汚染粒子のSEM 写真であって、１．０７μm の同一大きさの粒子等が半径１mmほどの円形でサンプリングされた状態を示す。
図７及び図９は本発明の汚染粒子測定装置によりサンプリングされた粒子の測定結果を示す図面である。
【００２９】
図７はSiH4ガスを流量流れ調節ガスで使用するスタティックテストによる汚染粒子の測定結果を示し、図８はSiH4ガス流量流れ調節ガスで使用するダイナミックテストによる汚染粒子の測定結果を示し、図９はSiH4ガス流量流れ調節ガスで使用するインパクトテストによる汚染粒子の測定結果を示す。前記図７、図８及び図９でＵは従来の流量流れ調節器（mass flow controller：以下MFC と称する）を、Ｎは本発明によるMFC を示す。
【００３０】
【発明の効果】
以上、本発明はガス運送システム自体と前記ガス運送システムを構成するユーティリティ部分から発生される汚染粒子の構造と成分を確認しうる。従って前記ガス運送システム及び前記システムを構成するユーティリティ部分から発生する汚染粒子を、前記システム及びユーティリティ部分を使用する時間により測定し、また前記システムの使用工程別に発生する汚染粒子を測ることにより、GDS からどのくらいの汚染粒子が発生するかが定量的にわかる。このような資料は前記GDS から発生される汚染粒子を時間別、工程別に管理しうる基準となる。そして前記ガス運送システムに設けられたインパクタを利用して前記システム及びシステムを構成するユーティリティから発生する汚染粒子をサンプリングして汚染粒子の構造及び成分の分析が可能である。
【００３１】
本発明は前記実施例に限定されなく、多い変形が本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を有する者により可能であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体装置の製造過程で発生する汚染粒子の測定装置を示す概略図である。
【図２】図１に示されたインパクタ１８の構成図である。
【図３】図２に示されたインパクタによる粒子のサンプリングの原理を示す図面である。
【図４】本発明で使用するインパクタを利用した汚染粒子のサンプリング効率の評価のためのブロック図である。
【図５】図２に示したインパクタを利用した汚染粒子サンプリングの一例を示すSEM写真である。
【図６】図２に示したインパクタを利用した汚染粒子サンプリングの一例を示すSEM写真である。
【図７】本発明の汚染粒子測定装置により分当りサンプリングされた粒子の測定結果を示すグラフである。
【図８】本発明の汚染粒子測定装置により分当りサンプリングされた粒子の測定結果を示すグラフである。
【図９】本発明の汚染粒子測定装置により分当りサンプリングされた粒子の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    レギュレータ
１１    第１ジャンクション
１２ａ  第１フィルター
１２ｂ  第２フィルター
１２ｃ  第３フィルター
１３    第２ジャンクション
１４ａ  第１空気バルブ
１４ｂ  第２空気バルブ
１４ｃ  第３空気バルブ
１５    第４ジャンクション
１６    テスト部分
１８    インパクタ
２０ａ  第１ポンプ
２０ｂ  第２ポンプ
２２    ガス圧減少器
２３    第３ジャンクション
２４    粒子計数器
２６    コンピューターシステム
２８    フローメーター
【図１】
0003755549.tif 000003
【図２】
0003755549.tif 000004
【図３】
0003755549.tif 000005
【図４】
0003755549.tif 000006
【図５】
0003755549.tif 000007
【図６】
0003755549.tif 000008
【図７】
0003755549.tif 000009
【図８】
0003755549.tif 000010
【図９】
0003755549.tif 000011