JP2004163243A - 表面評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の形状に応じた形状の照射光を、試料のほぼ全面に、均一に照射させて、高精度かつ信頼性高く、試料表面を評価する表面評価装置を提供。
【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ＣＣＤで検出させる表面評価装置であって、レーザ光を走査させる、２組のガルバノミラー７ａ、７ｂからなるＸ−Ｙスキャナー、及び中央に楕円形の開口部１５を有する、上下左右前後斜めに可変自在の照射光成形板１４で構成された照射光成形装置を通過させて、円形シリコンウエハ表面のほぼ全面に、均一な強度のレーザ光を照射させる。
【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、試料表面に照射させる照射光を成形させるための照射光成形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】
図１の概略模式図に示されるように、該装置においては、光源６から射出されたレーザ光は、偏向面調整され、ついで２組のガルバノミラーからなるＸ−Ｙスキャナー７を経た後、集点レンズ１０により、適当な大きさのスポットに集光された照射光１が、走査されて、試料３表面に照射される。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に結像される。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、モニターに表示させる。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】
２組のガルバノミラーからなるＸ−Ｙスキャナー７により、照射させる照射光１が、試料３表面に走査される。
【０００８】
シリコンウエハ等の円形試料の全面を測定する際に、試料の大きさを超える方形の照射光１を照射した場合、シリコンウエハのエッジ部で照射光が激しく散乱してしまい、試料表面の評価に不都合をきたすため、試料の大きさを超えない円形の照射光を照射することが必須であった。
【０００９】
しかしながら、２組のガルバノミラーからなるＸ−Ｙスキャナー７では、照射光を円形にし、かつ均一な強度で走査することは、不可能であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、試料の形状に応じた形状の照射光を、試料のほぼ全面に、均一に照射させて、高精度かつ信頼性高く、試料表面を評価する表面評価装置を提供することである。
【００１１】
【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、Ｘ−Ｙスキャナーと、該スキャナーと試料との間に配置された開口部を有する照射光成形板とからなる照射光成形装置を配置することにより、上記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。
【００１２】
すなわち、本発明は、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、Ｘ−Ｙスキャナーと、該スキャナーと試料との間に配置された開口部を有する照射光成形板とからなる照射光成形装置が備えられており、かつ試料表面への照射光が、照射光成形板の開口部により成形されてなることを特徴とする表面評価装置である。
【００１３】
以下、本発明を、図面を参照して、詳細に説明する。
【００１４】
図２は、本発明の表面評価装置に備えられた照射光成形装置の概略を示しており、図中、Ｐ偏向されたレーザ光が、照射光を走査するための２組のガルバノミラー７ａ、７ｂからなるＸ−Ｙスキャナーを経て、上下左右、前後斜めに可変自在の照射光成形板１４の開口部１５により成形されて、試料表面に照射される。
【００１５】
図３は、楕円形の開口部１５を有する照射光成形板の例を示しており、楕円形の開口部１５により、試料表面には、照射光が円形に成形されて照射される。
【００１６】
図４は、図３の照射光成形板１４に、Ｘ−Ｙスキャナー７からのレーザ光が走査される様子を示しており、方形に走査されたレーザ光の両側の部分では、レーザ光強度が大きくなっている。また、方形に走査されたレーザ光は、照射光成形板１４の開口部１５の部分では、均一なレーザ光強度となっており、開口部１５を通過した均一な強度のレーザ光が、試料表面に照射される。
【００１７】
図５は、照射光成形装置により成形された照射光が、円形試料である６”シリコンウエハに照射された状態を示しており、シリコンウエハの大きさを超えない範囲に照射されている。
【００１８】
図６の＜Ａ＞は、照射光成形板１４の開口部１５を穿っただけで、端面を鋭角としなかった場合の断面模式の例を、また＜Ｂ＞、＜Ｂ’＞は、開口部１５の端面を鋭角とした場合の断面模式の例を示している。照射光成形板１４の開口部１５を穿っただけの場合には、レーザ光が開口部１５を通過する際に、開口部の端面に当って発生する散乱光により、検出精度が低下してしまう不都合があるが、照射光成形板１４の開口部１５の端面を鋭角とすることにより、前記反射光をなくすことができ、より高精度に試料表面を評価することができる。
【００１９】
照射光成形装置内の照射光成形板１４の位置は、上下左右、前後斜めに可変自在であり、照射光の大きさ、位置、範囲等を、任意に設定することができ、また、照射光成形板１４の開口部１５は、試料に応じ、任意の形状とすることができるので、試料の種類、形状に応じて、最適なレーザ光の照射を試料表面に行うことができる。
【００２０】
本発明の照射光成形装置を備えた表面評価装置によれば、照射光の形状、位置、範囲等を、試料の種類、形状に応じて、任意に設定することができ、試料全面に、均一な強度の照射光を照射することができ、より高精度で信頼性高く試料表面を評価することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、実施例に基き、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。
【００２２】
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、試料表面の評価方法について、説明する。
【００２３】
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。
【００２４】
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、ブリュースター角である、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。
【００２５】
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と逆の方向に進む。
【００２６】
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
【００２７】
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。
【００２８】
本発明の表面評価装置には、図１に示された、Ｘ−Ｙスキャナー７及び集光レンズ１０の代りに、図２に示すように、２組のガルバノミラー７ａ、７ｂからなるＸ−Ｙスキャナー７と、該スキャナー７と試料との間に配置された開口部１５を有する照射光成形板１４とからなる照射光成形装置が配置されている。
【００２９】
Ｐ偏向されたレーザ光は、Ｘ−Ｙスキャナー７を構成する、２組のガルバノミラー７ａ、７ｂを駆動させて、図４に示したように走査させた。Ｘ−Ｙスキャナー７を経たレーザ光を、図３に示すような、上下左右、前後斜めに可変自在の照射光成形板１４に穿たれた、楕円形の開口部１５（長径１０８ｍｍ×短径３１ｍｍ）を通過させて、円形試料である６”シリコンウエハ表面の、図５に示すような、ほぼ試料全面に、均一な強度のレーザ光を照射させた。
【００３０】
Ｘ−Ｙスキャナー７と試料との間隔は、１５００ｍｍ、照射光成形板１４と試料との間隔は、２００ｍｍであった。照射光成形板１４に照射される走査レーザ光の様子を、図４に示した。照射光成形板１４に穿たれた開口部１５の端面の断面形状は、図６の＜Ｂ＞であった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の照射光成形装置を備えた表面評価装置によれば、照射光の形状、位置、範囲等を、試料の種類、形状に応じて、任意に設定することができ、試料全面に、均一な強度の照射光を照射することができ、より高精度で信頼性高く試料表面を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られた照射光成形装置の概略を示す模式図である。
【図３】６”シリコンウエハの全表面を照射させるために作製した楕円形の開口部を有する照射光成形板を示す図である。
【図４】Ｘ−Ｙスキャナーにより走査させたレーザ光が、照射光成形板１４に照射される様子を示した図である。
【図５】照射光成形板の楕円形の開口部を通過したレーザ光が、円形シリコンウエハを照射する様子を示した図である。
【図６】照射光成形板の開口部の端面の断面形状を示す模式図であり、＜Ａ＞が孔を穿っただけの例、また＜Ｂ＞、＜Ｂ’＞が断面形状を鋭角とした例である。
【符号の説明】
１ 照射光（レーザ光）
２ 試料ステージ
３ 試料（シリコンウエハ）
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
７ａ、７ｂ ガルバノミラー
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 照射光成形板
１５ 開口部

Claims (6)

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、試料表面への照射光を成形するための照射光成形装置が備えられていることを特徴とする表面評価装置。
2. 照射光成形装置が、Ｘ−Ｙスキャナーと、該スキャナーと試料との間に配置された開口部を有する照射光成形板とから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. 試料表面に照射される照射光が、照射光成形板の開口部により成形されてなることを特徴とする請求項２に記載の表面評価装置。
4. 開口部の形が、楕円形であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の表面評価装置。
5. 開口部の端面が、鋭角であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の表面評価装置。
6. 開口部の位置が、可変であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の表面評価装置。

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