JP2010236920A - 微粒子測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検試料の面上に存在する微粒子を測定するに際し、面測定の測定速度が大であり、かつ測定精度が高い微粒子測定装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の微粒子測定装置１０は、レーザー光源１６から出射されるビーム状のレーザー光を、ウェハの如き被検試料２６上でＸ軸方向に走査するＡＯ偏向器２０と、レーザー走査位置に第一焦点を有するレーザー光の被検試料２６に対する入射方向に対し、正反射方向へ反射する不要光を吸収させるレーザー・トラップ３８と、正反射以外の方向へ反射するミー散乱光を集光する検出用集光レンズ系２８と、該集光レンズ系２８により集光された光が結像する第二焦点位置に設置され、レーザー光による走査領域形状に対応する迷光除去のためのアパーチャ３０と、該アパーチャ３０の開口３１を通過した光を受光する受光器３６と、被検試料２６をＹ軸方向に移動させる可動ステージ１４とからなる。
【選択図】 図３

Description

本発明は微粒子測定装置、特にミー散乱効果を利用した微粒子測定装置の改良に関するものである。

例えばパターンが未形成のシリコンウェハの如き被検試料上の微粒子の直径を計測するため、各種の微粒子測定装置が開発されている(例えば特許文献１)。これらの微粒子測定装置は、基本的にウェハなどの平面上に存在する微粒子上にレーザー光を照射し、その散乱光を計測、解析することにより微粒子の直径に代表される性状を取得するものである。

ところで、シリコンウェハ上の微粒子は、さほどの頻度で存在するわけではなく、しかもウェハ上の分布情報の取得が必要な場合、ウェハ上をレーザー光で走査し、点在する微粒子情報を得なければならない。このため、従来、レーザー光により生起される散乱光を検知する微粒子測定装置では、ＸＹステージを移動させるか、θステージを回転させＸＹステージを移動させてレーザー光を走査していた。したがって、広い面積の測定を行うには多大な時間がかかる欠点があった。また、検知光学系で高感度を得るために楕円鏡を使用する時には、楕円鏡の第一焦点からずれた位置にレーザー光を照射すると、楕円鏡の第二焦点での像が収差などにより歪み、第二焦点のアパーチャ一寸法を大きくとる必要が生じて、不要光も入射することによりＳ／Ｎ比が改善できなくなるという問題があった。

特開平１１−２８１５４３号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みなされたものであり、精度が高く、かつ面分析する際の測定速度を向上させることが出来る微粒子測定装置を提供することを課題とする。

前記目的を達成するために本発明に係る微粒子測定装置は、 レーザー光源から出射されるビーム状のレーザー光を集光照射し、かつ被検試料上で少なくとも一軸方向に走査する走査手段と、被検試料上での不要な正反射レーザー光を吸収する吸収手段と、レーザー走査位置に第一焦点を有し、前記被検試料に対する前記レーザー光の入射方向に対し、正面散乱以外の方向のミー散乱光を集光する集光手段と、 前記集光手段により集光された光が結像される第二焦点位置に設置され、前記レーザー光の走査領域形状に対応する開口を有する迷光除去手段と、前記迷光除去手段の開口を通過した光を受光する受光手段とを備えたことを特徴とする装置である。

また、本発明に係る装置において、前記受光手段が、レーザー光走査領域に対応した多受光素子を有し、走査線上における微粒子位置の特定と光強度測定とが可能であることが好ましい。

上述したように、本発明によれば検出対象となる微粒子に対してレーザー光を走査しつつ照射し、正面方向以外の散乱光を集光し、迷光除去手段を介して受光することとしたので、楕円鏡を用いることなく効果的集光が可能であり、Ｓ／Ｎ比が向上すると共に、レーザー光自体を高速走査することが可能となり、測定速度の向上を図ることが出来る。

本発明に係る微粒子測定装置の全体構成を示す図である。 レーザー光の照射によるミー散乱の生成状態を示す図である。 図1に示した装置の要部を示す図である。

以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。

図１は本発明の一実施形態である微粒子測定装置１０の概略構成を示す図である。その微粒子測定装置１０は、遮光ハウジング１２内に配置され、被検試料２６を載置しＸＹＺ方向への可動ステージ１４と、レーザー光を出射するレーザー光源１６と、レーザー光源１６からの細径ビーム状のレーザー光を可動ステージ１４上で紙面手前側から裏面側への方向であるＸ軸方向へ音響光学的に高速走査するＡＯ偏向器(走査手段)２０と、可動ステージ１４上の被検試料２６に焦点を合わせた照射用集光レンズ系２４と、その焦点位置に合わせた検出系である検出用集光レンズ系２８(集光手段)と、検出用集光レンズ系２８で集光された散乱光に混入する迷光を除去するアパーチャ(迷光除去手段)３０と、アパーチャ３０の開口３１（図３に示される）を通過した散乱光の強度を測定するための例えば光電子増倍管（ＰＭＴ)のような受光器(受光手段) ３６とを備えている。

なお、レーザー照射光学系には、レーザー・ビームの径やＡＯ偏向器２０の偏向角度能力、照射用集光レンズ系２４の焦点距離、後述の走査領域Ｘ１の長さなどに応じ、ＡＯ偏向器２０の前後に所要倍率のレーザー・ビーム・エクスパンダ１８、２２を挿入して最適化している。

そして被検試料２６の表面の測定位置がレーザー光の走査位置および検出用集光レンズ系２８による集光位置に一致するように可動ステージ１４のＸ、Ｙ、Ｚ 位置を調整する。
その結果、レーザー光源１６から出射されたレーザー光はＡＯ偏向器２０により被検試料２６上で走査され、被検試料２６上に存在する微粒子がミー散乱光を生じさせる。

すなわち、図２（Ａ)に示すように、被検試料２６上に微粒子が存在しない状態では、ミー散乱は生じないが、同図（Ｂ）に示すように、被検試料２６上にレーザー光の波長以下の径を有する微粒子４０が存在する場合にはミー散乱光を生じる。このミー散乱光は前方以外の散乱光であり、前方以外の領域に配置された検出用集光レンズ系２８により集光されて、アパーチャ３０に結像される。

この際、微粒子４０による散乱光以外の迷光、例えばレーザーを導光する各種光学系を構成している光学素子の表面にあるゴミや傷による散乱光、或いはこれらの散乱光がレーザー光の焦点以外の場所に照射され、さらに散乱された迷光は、アパーチャ３０の開口３１以外の場所に結像する場合が多く、 これを遮断することによりＳ／Ｎ比の大幅な改善がなされる。アパーチャ３０の開口３１を通過した散乱光は、受光器３６上に集光・検知される。必要によっては、再度集光させる第二の検出用集光レンズ系３２の結像部にも第二のアパーチャ３４を設置して、さらに不要光を遮断してもよい。

図３には微粒子測定装置１０の要部が示されているが、図１と対応する部分には同一符号を付して、それらの説明を省略する。図３から明らかなように、レーザー光源１６から出射されたレーザー光Ｌ１はＡＯ偏向器２０により被検試料２６上でＸ軸方向に走査される。被検試料２６での正反射レーザー光はレーザー・トラップ３８により吸収される。被検試料２６での走査領域Ｘ１に存在する微粒子４０により、正反射以外の方向のミー散乱光が生じると、前方以外の散乱領域へ進行する光を、十分な集光径を有する検出用集光レンズ２８により走査領域Ｘ１に存在する何れの微粒子４０によるミー散乱光も効率的に集光される。

本実施形態においては、アパーチャ３０の開口３１はレーザー光の走査領域の形状に合わせて長円形や長矩形に設定され、走査領域外からの光は透過しないようにされている。そして、アパーチャ３０の開口３１を通過した散乱光は受光器３６にて検出される。受光器３６は最低限１個の光検出器を用い、レーザー走査に同期して光強度を測定し、走査領域Ｘ１の各位置でのミー散乱光を識別できる。この走査領域Ｘ１の測定が終了したら、可動ステージ１４を１ステップＹ軸方向に移動させ、同様のレーザー光走査および微粒子測定を行う。

また一次元受光素子アレイを用いた場合にも走査領域Ｘ１のいずれかの位置から生じた散乱光であるかを識別することができる。このように本実施形態によれば、Ｘ軸方向には高速のレーザー光走査により測定を行い、可動ステージ１４の例えば移動をレーザー光による走査と同期して行うことにより、高速の面測定を行うことができる。

また、本実施形態で採用している散乱光はミー散乱光であり微弱であるが、強光度のレーザー正反射光をレーザー・トラップで消光することにより影響を無くして、集光レンズ系による集光を可能としており、該集光レンズ系の第二焦点位置にアパーチャ３０を設置することで、走査領域Ｘ１以外からの散乱光等の迷光を除去することができ、Ｓ／Ｎ比の大幅な向上が図られている。

また、上記の実施形態ではミー散乱光を１個の受光器３６で受光するものとしたが、受光器として二次元の受光素子アレイを用い、かつレーザー光の走査を二次元的に行うようにすれば、一定の面領域の微粒子データを一括して取得することが可能となり、一層高速な面測定を行うことができる。

１０ 微粒子測定装置、
１４ 可動ステージ、
１６ レーザー光源、
１８ 第１ビーム・エキスパンダ
２０ ＡＯ偏向器(走査手段)、
２２ 第２ビーム・エキスパンダ、
２４ 照射用集光レンズ系、
２６ 被検試料、
２８ 検出用集光レンズ系(集光手段)、
３０ アパーチャ(迷光除去手段)、
３１ アパーチャの開口
３２ 第二の検出用集光レンズ系(集光手段)、
３４ 第二のアパーチャ、
３６ 受光器（受光手段）、
３８ レーザー・トラップ
４０ 微粒子、

Claims (2)

1. レーザー光源から出射されるビーム状のレーザー光を、被検試料上で少なくとも一軸方向に走査する走査手段と、
   レーザー光を走査させる被検試料上で最小径に集光させる集光手段と、
   レーザー走査位置に第一焦点を有し、前記レーザー光の被検試料への入射方向に対し、正反射方向の反射光を吸収する不要反射光吸収手段と、
   正反射以外の方向のミー散乱光を集光する集光手段と、
   前記集光手段により集光された光が結像する第二焦点位置に設置され、前記レーザー光の走査領域形状に対応する開口を有する迷光除去手段と、
   前記迷光除去手段の開口を通過した光を受光する受光手段とを備えたことを特徴とする微粒子測定装置。
2. 請求項１に記載の微粒子測定装置において、
   前記受光手段が、レーザー光走査領域に対応した多受光素子を有し、走査線上における微粒子位置の特定と光強度の測定とが可能であることを特徴とする微粒子測定装置。

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