JP2004163239A - 表面評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料表面からの散乱光のみを検出させて、試料表面をより高精度で信頼性高く評価する。
【解決手段】試料３表面にレーザ光１を斜め上方より照射させ、発生した散乱光を、試料３表面の法線方向かつ対向する位置のＣＣＤ５で検出させる表面評価装置であって、試料３表面とＣＣＤ５との間の光路に、内径が試料とほぼ同径か僅かに大の無光沢加工黒色筒体と、該筒体下端に、両側を上方に折り曲げ、中央に孔を穿った、長方形の無光沢加工黒板を配設した迷光遮断装置１４を配置して、ＣＣＤ５への迷光を効果的に遮断し、試料表面からの散乱光のみを、ＣＣＤ５に検出させて、試料表面を、より高精度で信頼性高く評価する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、絶縁体、金属等からなる試料表面に光を入射させ、試料表面で散乱される光を検出し試料表面の上に存在する、微小な粒子、付着物等の異物、及び粗さ、キズ、スクラッチ等の微細な凹凸、並びに構造または組成の変化等を高精度に評価する表面評価装置に関し、より詳しくは、ＣＣＤへの迷光を遮断し、試料表面からの散乱光のみをＣＣＤに検出させるための迷光遮断装置を備えた表面評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｈｅ−ＮｅレーザやＡｒレーザのようなレーザ光を用いて、集光させた照射光を、試料表面に対して比較的垂直に近い角度で入射させ、表面からの散乱光を、凹面鏡である積分球等を用いて捕捉し、ついで各測定点での散乱光強度を、光電子増倍管（「ＰＭＴ」という。）を用いて、電気信号に変換させることにより、シリコンウエハ等の試料表面の微粒子、付着物等の異物を測定していた。また、シリコンウエハや照射光を走査させて、照射位置を移動させることにより、異物の位置を測定していた。
【０００３】
本発明者らは、先に出願した特願２００１−１５０５８４号により、試料表面の異物や微細な凹凸との識別が短持間かつ容易にでき、広い範囲にわたって、短時間かつ容易に、高精度に評価できる表面評価装置を提案した。
【０００４】
特願２００１−１５０５８４号の表面評価装置は、反射光が最小となる入射角度の照射光を、試料表面に照射させる光照射手段と、試料表面に対して法線方向かつ対向する位置に配置された、発生させた散乱光を結像させる結像レンズ及び結像された散乱光を電気信号に変換させるＣＣＤからなる散乱光検出手段と、該ＣＣＤからの電気信号を記録させる記録手段とを有することを特徴とするものである。
【０００５】
該装置は、図１の概略模式図に示されるように、試料３表面に、異物や微細な凹凸、あるいは構造や組成の変化等が存在する場合、照射光１が照射された部分より散乱光が発生し、発生した散乱光は、結像レンズ４により、ＣＣＤ５に結像する。ＣＣＤ５は、散乱光強度に応じた強さの電気信号を発生させると共に、各測定部分に対応する散乱光強度に対応する画像を、モニターに表示する。この画像を、記録、解析することにより、試料表面の異物、微細な凹凸、組成の変化やそれらの分布の測定、評価を行うことができる。
【０００６】
試料３表面の法線と、試料３表面への照射させるレーザ光とのなす角度は、反射光を最小限に抑えながら、散乱光のみを効果的に発生させる角度であり、試料の種類により決まるブリュースター角に近い角度である。シリコンの場合、７６度である。
【０００７】
該装置では、試料５表面からの散乱光を検出するための散乱光検出手段であるＣＣＤ５に、試料３表面からの散乱光のみを検出させなくてはならない。ＣＣＤ５に、試料３表面からの散乱光以外の光が迷光として進入すると、検出精度に支障をきたし、不都合である。
【０００８】
特に、試料３がシリコンウエハの場合、鏡面であり、シリコンウエハに、入射角度７６度以下のレーザ光が進入した場合、散乱光だけでなく反射光も迷光となるため不都合を生じるため、ＣＣＤ５への迷光を効果的に遮断することが望まれていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光検出手段を構成するＣＣＤへの迷光を効果的に遮断し、該ＣＣＤに試料表面からの散乱光のみを検出させ、より高精度で信頼性高く、試料表面を評価する表面評価装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、試料表面とＣＣＤとの間に迷光遮断装置を配置させることにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の、請求項１に記載の表面評価装置は、試料表面にレーザ光を斜め上方より照射させる光照射手段と、試料表面に対して法線方向かつ対向する位置に配置された、発生させた散乱光を結像させる結像レンズ及び結像された散乱光を電気信号に変換させるＣＣＤからなる散乱光検出手段と、該ＣＣＤからの電気信号を記録させる記録手段とを有する表面評価装置において、迷光遮断装置が、試料表面とＣＣＤとの間に配置されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２記載の表面評価装置は、請求項１に記載の発明において、迷光遮断装置が、ＣＣＤへの迷光を遮断させ、かつ発生させた散乱光のみをＣＣＤに検出させてなることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の表面評価装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、迷光遮断装置が、試料表面からＣＣＤへの散乱光の光路を囲繞させてなる無光沢加工筒体であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に記載の表面評価装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、迷光遮断装置が、中空円柱状または多角柱状筒体のいずれかであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に記載の表面評価装置は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、迷光遮断装置が、レーザ光の入射及び反射光路に接触せず、かつ法線方向に最長の長さとなるように設定されてなることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６に記載の表面評価装置は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明において、迷光遮断装置の下部の最大開口径が、試料径と同等もしくは僅かに大であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に記載の表面評価装置は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載された表面評価装置に配置された迷光遮断装置である筒体下端に、最大開口径が試料径と同等もしくは僅かに大の孔を中央部に穿った長方形の板が、水平に配設され、かつレーザ光の入射及び反射光路となる長径方向の両側が、前記光路に接触しない角度で上方に折り曲げられてなることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８に記載の表面評価装置は、請求項７に記載の長方形の板が、無光沢加工板であることを特徴とするものである。
【００１９】
以下、本発明を、図面を参照して、詳細に説明する。
【００２０】
図２は、迷光遮断装置１４を、試料ステージ２上に載置された試料３表面とＣＣＤ５との間に配置させることにより、光検出手段を構成するＣＣＤ５への迷光を遮断させ、試料３表面からの散乱光のみをＣＣＤ５に検出させる様子を示す断面模式図である。
【００２１】
図３は、迷光遮断装置１４の例を示し、＜Ａ＞が中空円柱状筒体、また＜Ｂ＞が六角柱状筒体の時の斜め下方向からの斜視図である。
【００２２】
また、図４は、迷光遮断装置１４の斜め下方向からの斜視図であり、迷光遮断装置１４である筒体下端には、最大開口径が試料径と同じ孔を中央部に穿った長方形の板が、水平に配設され、かつレーザ光の入射及び反射光路となる長径方向の両側が、前記光路に接触しない角度で上方に折り曲げられている。
【００２３】
本発明の表面評価装置では、試料３表面に、レーザ光１を斜め上方より照射させる光照射手段と、試料３表面に対して法線方向かつ対向する位置に配置された、発生させた散乱光を結像させる結像レンズ４及び結像された散乱光を電気信号に変換させるＣＣＤ５からなる散乱光検出手段と、該ＣＣＤ５からの電気信号を記録させる記録手段５’、１１、１２とを有する表面評価装置において、試料３表面とＣＣＤ５との間に配置された迷光遮断装置１４が、ＣＣＤ５への迷光を遮断させ、ＣＣＤ５は、発生させた散乱光のみを検出する。
【００２４】
上記迷光遮断装置１４は、試料３表面からＣＣＤ５への散乱光の光路を囲繞させた中空円柱状または多角柱状の無光沢加工筒体である。図３に一例を示す。
【００２５】
迷光遮断装置１４に無光沢加工筒体を用いることにより、該装置１４自身による反射、散乱を抑制し、迷光を効果的に遮断することができる。
【００２６】
迷光遮断装置１４は、試料３表面からの散乱光以外の迷光を効果的に遮断するため、レーザ光の入射及び反射光路に接触せず、かつ法線方向に最長の長さとなるように設定し、かつ該装置１４の下部の最大開口径が、試料径と同等もしくは僅かに大となるように設定することが好ましい。
【００２７】
迷光遮断装置１４の下部の最大開口径を試料径と同等もしくは僅かに大とし、試料３全面がＣＣＤ５の視野に入るように設定した場合、一度に試料３全面からの散乱光の強度分布を計測することができる。
【００２８】
また、迷光遮断装置１４である筒体下端に、最大開口部径が試料径と同じ孔を中央部に穿った長方形の無光沢加工板を、水平に配置し、かつレーザ光の入射及び反射光路となる長径方向の両端を、前記光路に接触しない角度で上方に折り曲げた板を配設することにより、試料表面からの散乱光以外の迷光を、さらに効果的に遮断することができ、特に好ましい。
【００２９】
上記迷光遮断装置１４を備えた本発明の表面評価装置によれば、ＣＣＤへの迷光を効果的に遮断し、該ＣＣＤに試料表面からの散乱光のみを検出させることができ、試料表面の上に存在する、微小な粒子、付着物等の異物、及び粗さ、キズ、スクラッチ等の微細な凹凸、並びに構造または組成の変化等を、より高精度で信頼性の高く評価することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を、実施例に基づき、図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、実施例によりなんら限定されない。
【００３１】
実施例
まず、特願２００１−１５０５８４号に開示されている表面評価装置の概略を示す図１を参照しながら、試料表面を評価する方法について、説明する。
【００３２】
光源であるＡｒイオンレーザ６（波長４８８ｎｍ、出力０．１〜１．６Ｗ可変）から射出された単一レーザ光は、減光フィルター８により、光量が調節された後、２分の１波長板９により、Ｐ偏光またはＳ偏光に偏光面調整される。通常、Ｐ偏光が用いられる。
【００３３】
ついで、偏光面調整された単一レーザ光は、照射光１走査用Ｘ−Ｙスキャナー７を経た後、集光レンズ１０により、試料である６”シリコンウエハ３表面上で適当な大きさのスポットとなるように集光されて照射光１となり、試料ステージ２の上に載置されたシリコンウエハ３表面に、反射光を最小限に抑えて、散乱光のみを効果的に発生させる、ブリュースター角に近い角度、すなわちシリコンウエハ３の法線と照射光１のなす角度が７６度となる角度で入射する。
【００３４】
試料ステージ２により、該ステージ２上に載置させたシリコンウエハ３は、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に位置調整され、測定位置が移動される。
【００３５】
ガルバノ・ミラーを２段組み合わせたＸ−Ｙスキャナー７により、シリコンウエハ３の測定領域に、照射光１が均一照射される。照射光１は、該スキャナー７により、シリコンウエハ３の測定領域の約２倍の領域にわたって走査される。
【００３６】
Ｘ−Ｙスキャナー７としては、ガルバノ・ミラーの２段組合せ以外に、ポリゴンミラーを利用する方法やシリコンウエハをＸ−Ｙ方向に移動させる方法等がある。
【００３７】
シリコンウエハ３表面への照射光１は、ほとんどがシリコンウエハ３内部を進行し、ごく一部のみが反射光となり、照射光１と反対側に進む。反射光は、他の構造物に再反射して迷光となったり、試料３表面あるいは結像レンズ４及びＣＣＤ５に再照射してノイズとなるため、反射光を再び測定系に戻さないような反射防止板、または内面での反射を少なくさせる筒状体等で構成された反射光補足装置１３が配置される。
【００３８】
シリコンウエハ３表面から発生した散乱光は、シリコンウエハ３表面に対して法線方向かつ対向する位置に配置された、焦点可変の結像レンズ４により、ＣＣＤ５に結像される。ついで、ＣＣＤ５に結像された散乱光は、その強度に応じた強さの電気信号に変換される。ＣＣＤ５は、ノイズの低減のため、ペルチェ素子を用いて冷却させて、暗電流を抑制している
【００３９】
ＣＣＤ５により変換された電気信号は、パソコン１１により、画像処理され、モニター１２に、発生した散乱光の強度分布に対応したＣＣＤ画像が表示される。このＣＣＤ画像を記録、解析することにより、試料表面の異物、微細な凹凸、組成の変化やそれらの分布の測定及び評価を行うことができる。
【００４０】
本発明の表面評価装置は、図２に示すように、特願２００１−１５０５８４号の表面評価装置において、試料であるシリコンウエハ３表面とＣＣＤ５との間に迷光遮断装置１４を配置したものである。
【００４１】
上記迷光遮断装置１４は、試料であるシリコンウエハ３の直径と同じ内径を有する、無光沢加工した中空円柱状の黒色筒体に、最大開口径が試料径と同じ孔を中央部に穿った長方形の板を、水平に配置し、かつレーザ光の入射及び反射光路となる長径方向の両端を、前記光路に接触しない角度で上方に折り曲げた、前記筒体と同一材料で作製された板を配設したものであり、また、該装置１４の下端は、レーザ光の入射及び反射光路に接触せず、かつ法線方向に最長の長さとなるように設定されている。
【００４２】
上記表面評価装置を用いて、６”シリコンウエハ表面を測定した時のＣＣＤ画像を、図５に示す。
【００４３】
比較例
実施例に用いた迷光遮断装置１４を用いない以外は、実施例と同様にして、６”シリコンウエハ表面を測定した時のＣＣＤ画像を、図６に示す。
【００４４】
図５及び図６に示すように、実施例（図５）では、迷光遮断装置１４により、ＣＣＤ５への迷光が効果的に遮断され、シリコンウエハ表面の付着粒子が観測されたのに比し、比較例（図６）では、ＣＣＤ５への迷光により、シリコンウエハ表面の観測ができなかった。
【００４５】
迷光遮断装置１４を備えた本発明の表面評価装置は、ＣＣＤへの迷光を大幅に防止でき、迷光遮断装置を配置しない比較例と比べ、桁違いに高精度で信頼性高く試料表面の測定することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の迷光遮断装置を備えた表面評価装置によれば、ＣＣＤへの迷光を効果的に遮断し、該ＣＣＤに試料表面からの散乱光のみを検出させることができ、試料表面の上に存在する、微小な粒子、付着物等の異物、及び粗さ、キズ、スクラッチ等の微細な凹凸、並びに構造または組成の変化等を、より高精度で信頼性の高く評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】特願２００１−１５０５８４号の表面評価装置の概略を示す模式図である。
【図２】本発明の表面評価装置に備えた迷光遮断装置を示す断面模式図である。
【図３】本発明の表面評価装置に備えた迷光遮断装置の例を示す斜め下方向からの斜視図である。＜Ａ＞が中空円柱状筒体、＜Ｂ＞が中空六角柱状筒体である。
【図４】図３＜Ａ＞に示した迷光遮断装置の下端に両側を上方に折り曲げた、中央部に孔を穿った長方形の板を配設した状態を示す斜め下方向からの斜視図である。
【図５】迷光遮断装置を備えた本発明の表面評価装置を用いて測定した、６”シリコンウエハ表面のＣＣＤ画像である。
【図６】迷光遮断装置を配置させずに測定した、６”シリコンウエハ表面のＣＣＤ画像である。
【符号の説明】
１ 照射光（レーザ光）
２ 試料ステージ
３ 試料
４ 結像レンズ
５ ＣＣＤ
５’ ＣＣＤ制御盤
６ 光源（Ａｒイオンレーザー）
７ Ｘ−Ｙスキャナー
８ 減光フィルター
９ ２分の１波長板
１０ 集光レンズ
１１、１１’ パソコン
１２ モニター
１３ 反射光捕捉装置
１４ 迷光遮断装置

Claims (8)

1. 試料表面に、照射光を斜め上方より照射させる光照射手段と、試料表面に対して法線方向かつ対向する位置に配置された、発生させた散乱光を結像させる結像レンズ及び結像させた散乱光を電気信号に変換させるＣＣＤからなる散乱光検出手段と、該ＣＣＤからの電気信号を記録させる記録手段とを有する表面評価装置において、迷光遮断装置が、試料表面とＣＣＤとの間に配置されてなることを特徴とする表面評価装置。
2. 迷光遮断装置が、ＣＣＤへの迷光を遮断させ、かつ発生させた散乱光のみをＣＣＤに検出させてなることを特徴とする請求項１に記載の表面評価装置。
3. 迷光遮断装置が、試料表面からＣＣＤへの散乱光の光路を囲繞させてなる無光沢加工筒体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面評価装置。
4. 迷光遮断装置が、中空円柱状または多角柱状筒体のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面評価装置。
5. 迷光遮断装置が、レーザ光の入射及び反射光路に接触せず、かつ法線方向に最長の長さとなるように設定されてなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面評価装置。
6. 迷光遮断装置の下部の最大開口径が、試料径と同等もしくは僅かに大であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表面評価装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載された表面評価装置に配置された迷光遮断装置である筒体下端に、最大開口径が試料径と同等もしくは僅かに大の孔を中央部に穿った長方形の板が、水平に配設され、かつレーザ光の入射及び反射光路となる長径方向の両側が、前記光路に接触しない角度で上方に折り曲げられてなることを特徴とする表面評価装置。
8. 請求項７記載の長方形の板が、無光沢加工板であることを特徴とする表面評価装置。

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