JPH05223704A - 微小異物検出装置用標準試料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】基板は真空チャンバー内に反応ガスを導入し、
探針に所定の電圧をパルス的に引加するが、このときの
探針１と基板４との距離はほかの条件にも左右される
が、目的とする微小構造物の直径と同じ程度。また、設
定した範囲の内部に設定した密度で微小構造物を乱数を
与えて作製するプロセスも、探針と基板との距離も、引
加する電圧も、共にコンピューターによって制御する。 【効果】走査トンネル顕微鏡を用いて作製した、導電
性、あるいは絶縁性の基板上に広い範囲から選択可能な
材質より成る、大きさ，分布をコンピューターで制御，
記憶された微小な構造物を有する標準試料を用いて微小
異物検出装置の性能評価、あるいはキャリブレーション
を簡便に、かつ定量的に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検査面上の異物検査
を行うための異物検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体パターンは微細化の一途を辿り、
６４ＭＤＲＡＭでは、ＬＳＩは０．３ミクロン幅とな
り、０．０７ミクロンの異物でも欠陥を引き起こす可能
性がある。現在、半導体プロセスの微細パターン形成時
の微小異物の検出には特開平１−１８５４３４号公報に
記載されているごとくの光の散乱光などを利用する微小
異物検出装置が用いられており、標準試料として用いら
れている主要なもののひとつは、ポリマーパーテイクル
である。前記ポリマーパーテイクルは最も小さいもので
０．０５ミクロン程であり、しかも厳密に均一な大きさ
ではない。微小異物検出装置の性能を評価するために
は、まず、前記ポリマーパーテイクルを基板上に付着さ
せたのちに、光学顕微鏡や電子顕微鏡等で付着，分布等
の様子を確認した後、上記微小異物検出装置によって同
一の標準試料を観察した結果のパターンと比較するとい
うプロセスが必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、現在用
いられている微小異物検出装置の主流は光の散乱を利用
する物であり、装置性能あるいは検出限界の評価のため
に、例えば、粒径のそろったポリマーパーテイクルをウ
エハ上に付着させ、使用している。しかし、散乱光の強
度は同じ材質、同じ粒径の粒子であっても、ばらつきが
非常に大きい。

【０００４】また、ポリマーパーテイクルの付着状況に
関しても、付着している数，分布については制御されて
おらず、未知である。したがって、現状では材質を限定
してさえ、検出し落としている粒子が多数存在する可能
性がある。この点については、現状では電子顕微鏡等の
異なる手段を用いればある程度は避けることができる
が、このためには、粒子の付着，分布の確認という複数
の段階を経なければならない。そのうえ、現実には材質
によって光の散乱確率は異なるので、ある一つの材質の
粒子をもって、標準試料としたのでは、さまざまな材質
からなる可能性がある実際の異物には対応できない。

【０００５】また、ポリマーパーテイクルでは最も小さ
いもので０．０５ミクロン程で、これは今後一層微細化
が進行する半導体プロセスの微細パターン形成時の微小
異物の検出の標準試料としては不十分となることが容易
に推察される。また、特に粒径が小さくなるほど基板へ
付着しにくくなる。半導体プロセスで広く用いられてい
る走査電子顕微鏡等で観察しようとすると蒸発し、観察
不可能なだけでなく真空を悪化させ装置を汚染する。加
えて微小化するほど光学顕微鏡でも観察不可能となるた
め、実際の粒径，形状，分布等を確認する手段がない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、無機物、あ
るいは有機物より成る、材質，大きさ，分布を制御され
た微小な構造物を有する異物検出用、あるいは装置性能
評価用、あるいはキャリブレーション用標準試料の作製
にあたって、前もって較正ないし補正をしてある走査ト
ンネル顕微鏡を用い、目的に応じて以下のような手段を
とる。

【０００７】導電性の基板に微小な構造物を複数作製す
る目的の時には、基板上に走査トンネル顕微鏡を用いた
気体の分解による微小領域の成膜によって、直接、標準
試料を作製する。用いるガスとしては、Ａｇ（Ｃ
₆Ｈ₅），ＡｕＢｒ（ＣＨ₃）₂，Ｆｅ（ＣＯ）₅，ＧｅＣ
ｌＯ，Ｍｏ（ＣＯ）₆，Ｎｉ（Ｃ₈Ｈ₁₂）₂，Ｐｄ（Ｃ₃Ｈ
₅）₂，Ｐｔ（Ｃ₈Ｈ₁₂）₂，Ｗ（ＣＯ）₆，Ｓｉ₃Ｈ₈，Ｔ
ｉ（ＮＯ₃）₄等を目的の物質に応じて使い分ける。上述
のガスをチャンバー内に導入するが、前記チャンバーは
ガスの種類によって大気圧でもよい場合、真空でなけれ
ばならない場合の双方の可能性があるので、真空である
ことが望ましい。作製されるドットの径は、探針先端の
曲率半径，探針と基板の距離，ガス圧，ガス種，印加電
圧によって決定される。そこで、予備実験によって使用
するガス種に応じた適正なガス圧、探針と基板の距離、
印加電圧を選択し、インプットしておく。特に適正なガ
ス圧はガス種に大きく依存するのでここでは限定しない
が、探針と基板の距離５は図１にしめすように目的とす
る微小な構造物のサイズ３とほぼ等しく、印加電圧はお
おむね約数５〜約８００Ｖの範囲にはいる。また、ドッ
トの分布は以下のように制御し、記憶する。すなわち、
目的の単位面積当りの分布密度に応じた座標位置を乱数
によって与える。ただし、この時、隣接するドットとの
距離を一定以上に保つように設定しておくことが重要で
ある。そして、ドットの作製と同時に標準試料作製領域
の付近にドットの作製と同様の成膜によるライン等のマ
ーキングをしておく。前記マーキングは、現行の異物検
出装置によって確実に検出可能なサイズとし（例えば３
ミクロン程度）、現行の異物検出装置の性能によって、
あるいは低倍率の電子顕微鏡によって、瞬時に作製した
微小構造物の位置を確認する為のものである。前記方法
によれば、基板と構造物を同一の材質にも異なる材質に
もすることが可能である。

【０００８】絶縁性の基板あるいは導電性の基板に同一
の材質からなる構造物を作製したい時には、まず、走査
トンネル顕微鏡を用いたエッチングガスを使用した、あ
るいはガスを使用しない微小領域のエッチングによっ
て、導電性の第一の基板上にパターンを作製する。この
時、ドットの分布は前記の方法と同様に制御する。本段
階は、ガスを用いる場合は前述の方法と同様の理由から
真空中で行うのが望ましいが、ガスを用いない場合はこ
の限りではない。次に前記パターン上に目的とする物質
をＣＶＤ法，蒸着法，スパッタリング等によって成膜す
るが、初期の成膜は前記のエッチングと同一のチャンバ
ーで行ってさしつかえないが、上記初期成膜に引き続く
成膜は、膜厚を厚くするため大きな成膜速度を要するの
で、前記のエッチングと異なるチャンバーで行うことが
好ましい。成膜に使用する材料は前述の第一の方法で用
いたようなガスや、固体の金属，炭素等である。また、
最後に第一の基板をマクロなエッチングによって除去す
るが、本段階はケミカルエッチングをもちいるのが簡便
である。エッチャントは第一の基板の材質に依存する
が、たとえば、硝酸や混酸等である。

【０００９】あるいは、導電性の基板に走査トンネル顕
微鏡を用いて気体を分解することにより微小領域にマス
ク材を成膜し、引き続いてマスクされていない領域をマ
クロにエッチングして標準試料を作製する。前記方法に
よれば、基板と構造物は異なる材質になる。

【００１０】前記の方法で作製した標準試料を評価する
べき微小異物検出装置で検出した結果と、作製時に記憶
した標準試料上のドットの分布を照らし合せることによ
って、上記微小異物検出装置の、多種多様な材質，大き
さの微小異物に関する検出確率を定量的に、しかも簡便
に評価することが可能となった。

【００１１】

【作用】導電性の基板に微小な構造物を複数作製する目
的の時には、基板上に走査トンネル顕微鏡を用いた気体
の分解による微小領域の成膜によって、直接、標準試料
を作製する。作製されるドットの径は、探針先端の曲率
半径，探針先端と基板との距離，ガス圧，印加電圧によ
って決定されるので、前記の各要素をコントロールする
ことによって多種多様な材質，サイズのドットを得るこ
とが可能である。特に、本方法によれば、絶縁性の基板
は使用できないが、基板と構造物を同一の材質にも異な
る材質にもすることが可能である。また、ドットの分布
をコンピューターによって制御すると同時に記憶するこ
とによって目的の単位面積当りの分布密度に応じた、し
かも多様な分布を示す標準試料を意図的に得ることがで
き、実際の異物検出の結果と照合することによって前記
異物検査方法あるいは装置の性能を定量的に把握でき
る。ドットの存在領域の付近のマークは、微動用の駆動
機構と粗動用の駆動機構を連続して使用する際の目標と
なる。あるいは微小異物検出装置で検出する際に、基板
上から目的とする領域を探し出す目印ともなる。

【００１２】第二の方法では絶縁性の基板あるいは導電
性の基板に同一の材質からなる構造物を作製することを
目的として、まず、走査トンネル顕微鏡を用いたエッチ
ングガスを使用した、あるいはガスを使用しない微小領
域のエッチングによって、第一の基板上にパターンを作
製する。やはり、ドットの分布は前記の方法と同様のコ
ンピューター制御を採用する。次に前記パターン上に目
的とする物質を成膜するが、初期の成膜は前記のエッチ
ングと同一のチャンバー内でゆっくり目的の物質を蒸着
等で成膜することによって、前記エッチングで作製した
パターンを正確に再現できる。引き続く成膜は、前記の
エッチングと異なるチャンバーで行うＣＶＤ等で短時間
で基板を得ることができる。また、最後の段階はケミカ
ルエッチングを用いることによって、簡便に、且つ、正
確に前記第一の基板を除去し、目的の標準試料を得る。
前記第二の方法は、特に有機物からなるドットを作成す
るのに有利である。

【００１３】第三の方法としては、導電性の基板に走査
トンネル顕微鏡を用いて気体を分解することにより微小
領域にマスク材を成膜し、引き続いてマスクされていな
い領域をマクロにエッチングして標準試料を作製する。
前記方法によれば、基板と構造物は異なる材質になる。

【００１４】前記の三方法は材質の選択に応じて使い分
けることが望ましい。

【００１５】以上の方法によって、多種多様な材質の、
しかも、大きさと分布を制御，記憶された標準試料を用
いて微小異物検出装置の性能評価、あるいはキャリブレ
ーションを簡便に、かつ定量的に行うことが可能となっ
た。

【００１６】

【実施例】

実施例１ 第一に異物検出用にシリコン基板上にパラジウムを成膜
して作製した標準試料の例を示す。図２に本実施例にお
いて使用した装置の概要を示す。前記の装置はレーザー
光を用いた微小異物検出装置に組み込まれた例である。
まず、シリコン基板９は表面をふっ酸水溶液でエッチン
グしたのち、真空チャンバー１５内に導入する。ここ
で、前記チャンバー１５内にビス（アリル）パラジウム
（Ｐｄ（Ｃ₃Ｈ₅）₂））なる反応ガスを導入し、探針に
所定の電圧をパルス的に引加するが、このときのガス
圧，電圧，探針と基板との距離はほかの条件にも左右さ
れるが数mTorr、約１００V、１０ｎｍであった。本実施
例においては、粗動用の駆動体、微動用の圧電素子駆動
体を共にコンピューター１２によって制御し、設定した
範囲（２ミクロンスクエア）の内部に設定した密度（２
パーテイクル／１ミクロンスクエア）でランダムなドッ
ト（直径１０ｎｍ）を有する構造を連続的に９箇所作製
した。図３に使用したフロー図の概略を、図４に作製し
た標準試料を示す。本実施例では作製した標準試料の領
域が狭いので、前記領域を微小異物検出装置によって即
座に検知することができるように周囲に目印も作製して
ある。次に前記標準試料を、アルゴンレーザーとホトマ
ルを用いた微小異物検出装置で検出した結果のパーテイ
クルの分布パターンと、コンピューターに記憶された標
準試料作製時のパターンを比較したところ、前述の微小
異物検出装置のパラジウム（直径１０ｎｍ）の検出確率
は３０％であることがわかった。

【００１７】以上のように本実施例において容易に定量
的に微小異物検出装置性能を評価することが可能となっ
た。

【００１８】比較例１ 比較例として粒子径標準品として一般に市販されている
ポリマーパーテイクル（粒径５０ｎｍ）を用いて散乱光
を用いる微小異物検出装置の性能を評価する例を示す。
まず、ポリマーパーテイクル（粒径５０ｎｍ）を含む、
水性懸濁液１０マイクロリットルを水で希釈したのちに
シリコンウエハ上に滴下し、スピナーを用いてウエハ上
に拡散させる。この状態で、粒子の平均的な分布密度は
約１パーテイクル／１ミクロンスクエアになっている予
定である。ところで、一般に散乱光を用いる微小異物検
出装置の場合、粒子径と散乱光の出力信号強度の関係
は、１対１に対応させられないので、装置の性能を知る
ためには種種の粒子径ごとに検出可能であった確率を割
り出さねばならない。この目的のために、微小異物検出
装置によって検出した異物の分布とＳＥＭで観察した同
視野の微小異物の分布を照らしあわせる必要がある。と
ころが、本比較例で用いたポリマー粒子の粒子径が小さ
いために、ＳＥＭ観察中にポリマー粒子が蒸発し、ＳＥ
Ｍの真空をも悪化させ、観察続行が不可能となった。

【００１９】実施例２ 次に異物検出用にニッケルを第一の基板としてパターン
をつくり、二酸化珪素の標準試料を作製した例を示す。

【００２０】図５に本実施例において使用した装置の概
要を示す。ニッケル基板は表面を希硝酸でライトエッチ
ングしたのち、真空チャンバー内に導入する。この後、
粗動用の駆動体、微動用の圧電素子駆動体を共にコンピ
ューターによって制御し、探針と基板の距離を４０ｎｍ
に保った状態で探針に約４００Ｖの電圧をパルス的に印
加して、設定した範囲（２ミクロンスクエア）の内部に
設定した密度（２パーテイクル／２ミクロンスクエア）
でランダムなエッチングパターン（直径４０ｎｍ）を作
製した。引き続いて図４の真空チャンバー内で酸素ガス
を導入しながらシリコンを蒸着したのち、他の真空チャ
ンバーに移動して、スパッタリングによって基板となる
二酸化珪素を作製する。最後に大気中にて硫酸によって
ニッケルを除去し、標準試料を得た。

【００２１】性能評価を行うべく目的の微小異物検出装
置によって検出した上記標準試料のパーテイクルの分布
パターンと、前記コンピューターに記憶されている上記
標準試料のパーテイクルの分布パターンを直接比較する
ことによって、本実施例における微小異物検出装置性能
は直径４０ｎｍの二酸化珪素の粒子に関して約７０％で
あることがわかった。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、走査トン
ネル顕微鏡を用いて作製した、導電性、あるいは絶縁性
の基板上に広い範囲から選択可能な材質より成る、大き
さ，分布をコンピューターで制御，記憶された微小な構
造物を有する標準試料を用いて微小異物検出装置の性能
評価、あるいはキャリブレーションを簡便に、かつ定量
的に行えるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】探針、基板間の距離と微小構造物の大きさとの
関係を示す図である。

【図２】実施例１にて使用した装置の概要図である。

【図３】実施例１にて使用したフロー図の概要図であ
る。

【図４】実施例１にて作製，使用した標準試料の概要図
である。

【図５】実施例２にて使用した装置の概要図である。

【符号の説明】

１…プローブ（探針）、２…微小構造物、３…微小構造
物の直径、４…基板、５…プローブ（探針）と基板の距
離、６…レーザー、７…検出器、８…ガスボンベ、９…
ガス導入路、１０…試料室、１１…トンネルユニット、
１２…ゲートバルブ、１３…基板、１４…磁性支持具、
１５…試料台、１６…コンピューター(制御系）、１７
…試料台移動機構、１８…ステージ、１９…チャンバ
ー、２０…バルブ、２２…マーキング、２３…ポンプ
（排気系）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走査トンネル顕微鏡を用いた気体の分解に
   よる微小領域の成膜、あるいは走査トンネル顕微鏡を用
   いた微小領域のエッチングと他の成膜方法とマクロなエ
   ッチングとの組み合わせによって作製され、かつ前記走
   査トンネル顕微鏡の探針先端と基板との距離と探針に印
   加する電圧をコンピューターで制御することによって大
   きさを制御され、目的の単位面積当りの分布密度を得る
   ためコンピューターによって乱数で座標位置を与えるこ
   とにより分布を制御・記録された、無機物あるいは有機
   物よりなる微小な構造物を基板上に有することを特徴と
   する微小異物検出装置用標準試料。
2. 【請求項２】請求項１のコンピューターと走査トンネル
   顕微鏡を用いたことを特徴とする微小異物検出装置用標
   準試料の作製方法。
3. 【請求項３】走査トンネル顕微鏡の探針先端と基板との
   距離を、目的とする微小な構造物のサイズとほぼ等しく
   保った状態で、約５〜約８００Ｖの電圧を探針に印加し
   て作製した請求項１記載の微小異物検出装置用標準試
   料。
4. 【請求項４】走査トンネル顕微鏡の探針先端と基板との
   距離を、目的とする微小な構造物のサイズとほぼ等しく
   保った状態で、約５〜約８００Ｖの電圧を探針に印加し
   て作製することを特徴とする請求項２記載の微小異物検
   出装置用標準試料の作製方法。
5. 【請求項５】請求項１記載の標準試料を用いて、微小異
   物検出装置の性能を定量的に評価出来ることを特徴とす
   る性能評価システム。
6. 【請求項６】請求項１記載の標準試料の位置を同一装置
   に組み込まれた走査電子顕微鏡によって確認しながら、
   微小異物検出装置の性能を定量的に評価出来ることを特
   徴とする性能評価システム。