JP2017207522A - Microscopic raman spectrometer and raman microspectroscopic system - Google Patents

Microscopic raman spectrometer and raman microspectroscopic system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microscopic Raman spectrometer and a Raman microspectroscopic system which can perform position detection of a minute sample equal to or smaller than the wavelength of Raman exciting light and Raman measurement.SOLUTION: A microscopic Raman optical system 100 includes: an oblique irradiation optical system 130 irradiating a minute sample 10 with a laser beam for detecting a position of the minute sample 10 on a principal surface of a semiconductor wafer; and a vertical irradiation optical system irradiating the minute sample 10 with a laser beam for exciting Raman scattered light. The laser beam for detecting a position of the minute sample 10 is emitted to the minute sample 10 from an oblique direction with respect to the principal surface of the semiconductor wafer, and the laser beam for exciting the Raman scattered light is emitted to the minute sample 10 from an orthogonal direction with respect to the principal surface of the semiconductor wafer. The position of the minute sample 10 is recognized by a dark field microscopic image.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、顕微ラマン分光装置および顕微ラマン分光システムに関する。   The present invention relates to a microscopic Raman spectroscopic device and a microscopic Raman spectroscopic system.

本技術分野の背景技術として、特開2001−215193号公報(特許文献1)がある。この公報には、異物検査装置によって得られた異物情報を利用できる顕微ラマン分光システムが記載されている。この顕微ラマン分光システムは、予め別の異物検査装置により求められた異物の位置情報に基づいて、光学顕微鏡の下にその異物の像を再現する機能を備えたステージを採用する。また、この顕微ラマン分光システムは、内蔵されたデータベースに基いて、測定された異物のラマンスペクトルから異物の物質名を検索する機能を備える。   As a background art in this technical field, there is JP-A-2001-215193 (Patent Document 1). This publication describes a micro-Raman spectroscopy system that can use foreign matter information obtained by a foreign matter inspection apparatus. This microscopic Raman spectroscopic system employs a stage having a function of reproducing an image of a foreign substance under an optical microscope based on positional information of the foreign substance obtained in advance by another foreign substance inspection apparatus. The microscopic Raman spectroscopic system has a function of searching for a substance name of a foreign substance from a measured Raman spectrum of the foreign substance based on a built-in database.

特開2001−215193号公報JP 2001-215193 A

しかしながら、異物のサイズがラマン励起光の波長以下、例えば1μm以下の場合、異物検査装置ではその位置が分かっても、前述の特許文献1の顕微ラマン分光システムではその位置を検出することが難しい。   However, when the size of the foreign matter is not more than the wavelength of the Raman excitation light, for example, 1 μm or less, even if the position is known by the foreign matter inspection apparatus, it is difficult to detect the position by the above-described microscopic Raman spectroscopy system of Patent Document 1.

また、異物が微小であるため、バックグランドのラマン信号が強いまたはSN比が悪いと、ラマン測定ができない可能性がある。   In addition, since the foreign matter is minute, if the background Raman signal is strong or the SN ratio is bad, there is a possibility that the Raman measurement cannot be performed.

また、異物が微小であるため、ラマン測定点が小さく、かつ露光時間が長くなるので、温度などによる異物のドリフトまたは異物自体の移動により、ラマン測定ができない可能性がある。   In addition, since the foreign matter is very small, the Raman measurement point is small and the exposure time is long. Therefore, there is a possibility that the Raman measurement cannot be performed due to the drift of the foreign matter due to temperature or the movement of the foreign matter itself.

上記課題を解決するために、本発明による顕微ラマン光学系は、検査体の面上の試料の位置を検出するための第1レーザ光を、試料へ照射する1つまたは2つ以上の第1光学系と、ラマン散乱光を励起するための第2レーザ光を、試料へ照射する1つまたは2つ以上の第2光学系と、を有する。第1レーザ光は、検査体の面に対して90度未満の第1角度を有する第1方向から試料へ照射され、試料の位置は、暗視野顕微画像によって認識される。   In order to solve the above-described problems, a microscopic Raman optical system according to the present invention includes one or more first lasers that irradiate a sample with a first laser beam for detecting the position of the sample on the surface of the specimen. The optical system and one or more second optical systems that irradiate the sample with a second laser beam for exciting the Raman scattered light. The first laser light is irradiated onto the sample from a first direction having a first angle of less than 90 degrees with respect to the surface of the inspection object, and the position of the sample is recognized by a dark field microscopic image.

本発明によれば、ラマン励起光の波長以下のサイズを有する微小試料の位置検出およびラマン測定ができる顕微ラマン分光装置、ならびに顕微ラマン分光システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a microscopic Raman spectroscopic device and a microscopic Raman spectroscopic system capable of detecting the position of a micro sample having a size equal to or smaller than the wavelength of Raman excitation light and performing Raman measurement.

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

実施例1による顕微ラマン分光装置に備わる顕微ラマン光学系の一例を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an example of a micro Raman optical system provided in a micro Raman spectroscopic apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施例1による微小試料の位置を検出するためのレーザ光およびラマン散乱光を励起するためのレーザ光の種々の照射の態様を説明する模式図である。(a)は、ラマン励起光を分岐して、斜射照明と落射照明とを採用した光学系を示す模式図である。(b)は、ラマン励起光を分岐して、複数の斜射照明を採用した光学系を示す模式図である。(c)は、ラマン励起光を分岐せず、斜射照明を採用した光学系を示す模式図である。(d)は、ラマン励起光を分岐せず、微小試料を傾けて落射照明を採用した光学系を示す模式図である。It is a schematic diagram explaining the aspect of the various irradiation of the laser beam for exciting the laser beam for detecting the position of the micro sample by Example 1, and a Raman scattered light. (A) is a schematic diagram which shows the optical system which branched the Raman excitation light and employ | adopted oblique illumination and epi-illumination. (B) is a schematic diagram showing an optical system in which Raman excitation light is branched and a plurality of oblique illuminations are employed. (C) is a schematic diagram showing an optical system that employs oblique illumination without branching Raman excitation light. (D) is a schematic diagram showing an optical system that adopts epi-illumination by tilting a minute sample without branching Raman excitation light. 実施例1による顕微ラマン分析システムの一例を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an example of a micro Raman analysis system according to Example 1. FIG. 実施例1による顕微ラマン分析システムの一例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an example of a micro Raman analysis system according to Example 1. FIG. 実施例1による第1の顕微ラマン光学系(斜射光学系および落射光学系のそれぞれの対物レンズより先の領域)を拡大して示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an enlarged view of a first microscopic Raman optical system (regions ahead of respective objective lenses of an oblique optical system and an episcopic optical system) according to Example 1; (a)、(b)、(c)、および(d)はそれぞれ、実施例1による微小粒子の走査型電子顕微鏡像、明視野像、暗視野像、およびラマンイメージの一例を示す画像図である。(A), (b), (c), and (d) are the image figures which show an example of the scanning electron microscope image of the microparticle by Example 1, a bright field image, a dark field image, and a Raman image, respectively. is there. 実施例1による第2の顕微ラマン光学系(斜射光学系および落射光学系のそれぞれの対物レンズより先の領域)を拡大して示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an enlarged view of a second microscopic Raman optical system (regions ahead of respective objective lenses of an oblique optical system and an episcopic optical system) according to Example 1; 実施例1による第3の顕微ラマン光学系(斜射光学系および落射光学系のそれぞれの対物レンズより先の領域)を拡大して示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an enlarged view of a third microscopic Raman optical system (regions ahead of respective objective lenses of an oblique optical system and an episcopic optical system) according to Example 1. (a)および(b)はそれぞれ、実施例1による微小試料のラマン測定の一例を示す模式図、および実施例1による微小試料のラマン測定の他の例を示す模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which shows an example of the Raman measurement of the micro sample by Example 1, and the schematic diagram which shows the other example of the Raman measurement of the micro sample by Example 1, respectively. (a)および(b)はそれぞれ、実施例1による斜射光学系のレーザ光を広視野範囲に照射した場合の画像図、および実施例1による斜射光学系のレーザ光を狭視野範囲に照射した場合の画像図である。(A) and (b) are image diagrams when the laser beam of the oblique optical system according to Example 1 is irradiated to a wide field range, and the laser beam of the oblique optical system according to Example 1 is irradiated to a narrow field range. It is an image figure in the case. 実施例1による斜射光学系のレーザ光を狭視野範囲に照射した場合のカメラの全視野像を示す画像図である。It is an image figure which shows the whole visual field image of a camera at the time of irradiating the laser beam of the oblique optical system by Example 1 to a narrow visual field range. 実施例1による微小試料の追従機能を説明する画像図である。FIG. 3 is an image diagram for explaining a minute sample tracking function according to Example 1; 実施例1によるラマンイメージングの走査方法を説明する画像図である。6 is an image diagram illustrating a scanning method of Raman imaging according to Embodiment 1. FIG. 実施例1による顕微ラマン分光装置の動作フローの一例を説明するフロー図である。FIG. 6 is a flowchart for explaining an example of an operation flow of the microscopic Raman spectroscopic device according to the first embodiment. 実施例2によるロードポート型の顕微ラマン分光装置を備える顕微ラマン分析システムの一例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a micro Raman analysis system including a load port type micro Raman spectroscopic device according to a second embodiment. 実施例3による簡易型の顕微ラマン分光装置の一例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a simple microscopic Raman spectroscopic apparatus according to Example 3.

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Needless to say.

また、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   In addition, when referring to “consisting of A”, “consisting of A”, “having A”, and “including A”, other elements are excluded unless specifically indicated that only that element is included. It goes without saying that it is not what you do. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Further, in the drawings used in the following embodiments, hatching may be added to make the drawings easy to see even if they are plan views. In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

実施例1では、半導体ウェハ上の微小試料をラマン測定する顕微ラマン分光装置および顕微ラマン分光システムの一例について説明する。   In Example 1, an example of a microscopic Raman spectroscopic apparatus and microscopic Raman spectroscopic system for performing Raman measurement on a micro sample on a semiconductor wafer will be described.

ここで、半導体ウェハ上の微小試料とは、製造歩留りを下げる微小異物、デバイス特性に影響を及ぼす局所歪、またはキャリア濃度などを示し、ラマン活性があることが条件となる。また、微小試料とは、特にレーザ光の回折限界を超える微細な試料または微細な部位などを示し、微小試料のサイズはラマン励起光の波長以下、例えば1μm以下である。   Here, the micro sample on the semiconductor wafer indicates a micro foreign material that lowers the manufacturing yield, a local strain that affects device characteristics, a carrier concentration, or the like, and is required to have Raman activity. Further, the micro sample particularly indicates a micro sample or a micro site exceeding the diffraction limit of laser light, and the size of the micro sample is not more than the wavelength of Raman excitation light, for example, 1 μm or less.

また、検査体として、半導体ウェハを例示したが、これに限定されるものではない。すなわち、ラマン分析は、半導体ウェハ上の微小試料の分析だけでなく、炭素系材料、例えばカーボンナノチューブまたはグラフィンなどの分析を行うことができる。例えばカーボンナノチューブの応力をラマンスペクトルに現れるピークのシフトから検出することができる。または、グラフィンの層数をラマンスペクトルの一のバンドの強度と他のバンドの強度との比から検出することができる。   Moreover, although the semiconductor wafer was illustrated as a test body, it is not limited to this. That is, the Raman analysis can analyze not only a minute sample on a semiconductor wafer but also a carbon-based material such as carbon nanotube or graphene. For example, the stress of the carbon nanotube can be detected from the shift of the peak appearing in the Raman spectrum. Alternatively, the number of graphene layers can be detected from the ratio of the intensity of one band of the Raman spectrum to the intensity of the other band.

図1は、実施例1による顕微ラマン分光装置に備わる顕微ラマン光学系の一例を示す構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a micro Raman optical system provided in the micro Raman spectroscopic apparatus according to the first embodiment.

顕微ラマン光学系100の光軸150を、図1中の太線で示している。   The optical axis 150 of the microscopic Raman optical system 100 is indicated by a thick line in FIG.

レーザ101から射出されたラマン励起光は、ビームスプリッタ134を介して分岐し、2つのレーザ光(照明光)となる。そして、一方のレーザ光は斜射光学系を通り、他方のレーザ光は落射光学系を通り、2つのレーザ光は半導体ウェハ上の微小試料10に照射される。ここでは、微小試料10を有する検査体の面(実施例1では半導体ウェハの主面)に対して一定の角度(90度未満)を有して斜めにレーザ光を照射することを斜射照明と言い、その光学系を斜射光学系と言う。また、微小試料10を有する検査体の面(実施例1では半導体ウェハの主面)に対して垂直にレーザ光を照射することを落射照明と言い、その光学系を落射光学系と言う。   The Raman excitation light emitted from the laser 101 is branched through the beam splitter 134 and becomes two laser lights (illumination lights). One laser beam passes through the oblique optical system, the other laser beam passes through the epi-illumination optical system, and the two laser beams are irradiated onto the minute sample 10 on the semiconductor wafer. Here, oblique illumination refers to irradiating laser light obliquely with a certain angle (less than 90 degrees) with respect to the surface of the inspection object having the micro sample 10 (the main surface of the semiconductor wafer in the first embodiment). In other words, the optical system is called an oblique optical system. In addition, irradiation with laser light perpendicular to the surface of the inspection object having the micro sample 10 (the main surface of the semiconductor wafer in the first embodiment) is called epi-illumination, and the optical system is called epi-illumination optical system.

実施例1では、レーザ101から射出されたラマン励起光を分岐して、それぞれを斜射光学系と落射光学系とへ導いているが、分岐せずに、互いに波長の異なる2つ以上のレーザを実装してもよい。複数のレーザを実装することにより、蛍光をさける波長帯域を用いることができる、または斜射光学系と落射光学系とでそれぞれ異なる波長帯域を用いることができるので、ラマンスペクトルの広範囲帯域を同時に測定することができる。   In the first embodiment, the Raman excitation light emitted from the laser 101 is branched and guided to the oblique optical system and the episcopic optical system. However, two or more lasers having different wavelengths from each other are not branched. May be implemented. By mounting multiple lasers, a wavelength band that avoids fluorescence can be used, or different wavelength bands can be used for oblique and epi-illumination optical systems, so a wide range of Raman spectra can be measured simultaneously. be able to.

照射されたレーザ光により、微小試料10から放出されたラマン散乱光は、共焦点光学系を通り、分光器125へ導かれる。分光器125には、高感度冷却CCD(Charge Coupled Device)などの検出器126が実装されており、検出したラマン散乱光をスペクトル表示することができる。   The Raman scattered light emitted from the minute sample 10 by the irradiated laser light is guided to the spectroscope 125 through the confocal optical system. A detector 126 such as a high sensitivity cooled CCD (Charge Coupled Device) is mounted on the spectroscope 125, and the detected Raman scattered light can be spectrally displayed.

実施例1では、半導体ウェハ上の微小試料10のラマン測定を例示しているため、顕微ラマン光学系100に正立型顕微鏡(金属顕微鏡)の構成を用いているが、倒立型顕微鏡の構成を用いることもできる。   In Example 1, since the Raman measurement of the micro sample 10 on the semiconductor wafer is illustrated, the configuration of the upright microscope (metal microscope) is used for the microscopic Raman optical system 100. However, the configuration of the inverted microscope is used. It can also be used.

次に、顕微ラマン光学系100について詳細に説明する。   Next, the micro Raman optical system 100 will be described in detail.

ラマン励起光は、レーザ101から射出され、偏光板または波長板などの偏光調整器102により偏光調整され、減衰フィルター103により強度調整される。さらに、ラマン励起光は、レーザラインフィルター104により波長帯域を制限され、空間フィルター105により任意の強度分布に調整されて、ビーム形成される。   The Raman excitation light is emitted from the laser 101, subjected to polarization adjustment by a polarization adjuster 102 such as a polarizing plate or a wave plate, and the intensity is adjusted by an attenuation filter 103. Furthermore, the wavelength band of the Raman excitation light is limited by the laser line filter 104 and is adjusted to an arbitrary intensity distribution by the spatial filter 105 to form a beam.

ビーム形成されたラマン励起光は、ビームスプリッタ134により分岐され、一方のレーザ光は斜射光学系130へ、他方のレーザ光は落射光学系へと導かれる。ビームスプリッタ134は強度調整機構を実装しており、レーザ光の強度分配比率を変更することができる。レーザ光の強度分配比率は、例えばビームスプリッタ134を入れ替えるまたは偏光回転させることにより、変更することができる。   The beam-formed Raman excitation light is branched by the beam splitter 134, and one laser beam is guided to the oblique optical system 130, and the other laser beam is guided to the incident optical system. The beam splitter 134 is equipped with an intensity adjustment mechanism, and can change the intensity distribution ratio of the laser light. The intensity distribution ratio of the laser light can be changed, for example, by replacing the beam splitter 134 or rotating the polarization.

斜射光学系130は、ラマン検出光学系および落射光学系から独立している。斜射光学系130のレーザ光は、微小試料10の位置を検出するための暗視野顕微の照明光として用いられる。   The oblique optical system 130 is independent of the Raman detection optical system and the incident optical system. The laser light of the oblique optical system 130 is used as illumination light for dark field microscope for detecting the position of the minute sample 10.

斜射光学系130では、レーザ光を偏光調整器133により偏光調整し、ガルバノミラーなどによって構成された走査光学系132により任意の位置に照射することを可能とする。さらに、斜射光学系130では、レーザ光を対物レンズ131により回折限界付近まで絞って、微小試料10に照射することができる。   In the oblique optical system 130, the laser light is polarized by the polarization adjuster 133 and can be irradiated to an arbitrary position by the scanning optical system 132 configured by a galvanometer mirror or the like. Further, the oblique optical system 130 can irradiate the minute sample 10 with the laser light narrowed down to the vicinity of the diffraction limit by the objective lens 131.

対物レンズ131は、液浸レンズを用いてもよい。また、対物レンズ131には、フォーカス調整機構(図示は省略)が実装されており、フォーカスおよびデフォーカスが可能である。フォーカス調整機構以外に、レボルバなどのレンズ交換機構(図示は省略)が実装されており、任意のレンズに変換することができる。   The objective lens 131 may be an immersion lens. The objective lens 131 is equipped with a focus adjustment mechanism (not shown), and can be focused and defocused. In addition to the focus adjustment mechanism, a lens exchange mechanism (not shown) such as a revolver is mounted and can be converted into an arbitrary lens.

斜射光学系130のレーザ光は、デフォーカスして視野内の全部を照らすようにして、暗視野顕微の照明に用いられる。暗視野顕微の照明は視野内の一部を照らすようにしてもよい。また、斜射光学系130のレーザ光は、回折限界付近まで、対物レンズ131の性能の限りに絞って照射されて、ラマン散乱光の励起にも用いることができる。   The laser beam of the oblique optical system 130 is used for illumination of the dark field microscope by defocusing and illuminating the entire field of view. Dark field microscopic illumination may illuminate a portion of the field of view. Further, the laser light of the oblique optical system 130 is irradiated to the vicinity of the diffraction limit as much as the performance of the objective lens 131, and can also be used for excitation of Raman scattered light.

この斜射光学系130により、ラマン励起光の波長以下、例えば1μm以下の微小試料10の位置検出およびラマン測定ができる。微小試料10の位置検出およびラマン測定については後述する。   By this oblique optical system 130, the position detection and the Raman measurement of the minute sample 10 having the wavelength of the Raman excitation light or less, for example, 1 μm or less can be performed. The position detection and Raman measurement of the micro sample 10 will be described later.

落射光学系は、ラマン検出光学系と兼用している。落射光学系とは別にラマン検出光学系を実装してもよい。落射光学系のレーザ光は、ラマン散乱を励起するための照明光として用いられる。   The epi-illumination optical system is also used as the Raman detection optical system. A Raman detection optical system may be mounted separately from the incident light optical system. The laser light of the epi-illumination optical system is used as illumination light for exciting Raman scattering.

落射光学系のレーザ光は、ビームスプリッタ115により微小試料10側へ反射され、走査光学系110により任意の位置に照射することが可能となり、対物レンズ111により微小試料10へ照射される。   The laser light of the epi-illumination optical system is reflected by the beam splitter 115 to the micro sample 10 side, can be irradiated to an arbitrary position by the scanning optical system 110, and is irradiated to the micro sample 10 by the objective lens 111.

走査光学系110は、例えばガルバノミラー114、走査レンズ113、および結像レンズ112によって構成される。また、走査光学系110の結像レンズ112は視野像の結像レンズと兼用している。すなわち、周辺領域を含む微小試料10のラマン散乱光などをビームスプリッタ141によって分岐し、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)またはCCDなどのカメラ(ビデオカメラ)142へ導いて、光学顕微像(明視野像または暗視野像)を観察している。   The scanning optical system 110 includes, for example, a galvanometer mirror 114, a scanning lens 113, and an imaging lens 112. Further, the imaging lens 112 of the scanning optical system 110 is also used as an imaging lens for a field image. That is, the Raman scattered light of the micro sample 10 including the peripheral region is branched by the beam splitter 141 and guided to a camera (video camera) 142 such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) or a CCD, and an optical microscopic image (bright field image). Or a dark field image).

レーザ光は、斜射光学系または落射光学系によって導かれて、微小試料10へ照射される。微小試料10によって散乱した光の中には、とても微弱だが、レイリー散乱光とは波長または振動数の異なる非弾性散乱光のラマン散乱光が含まれている。このラマン散乱光は、落射光学系のレーザ光と逆のルートを通り、分光器125へと導かれる。   The laser light is guided by the oblique optical system or the epi-illumination optical system and applied to the micro sample 10. The light scattered by the micro sample 10 includes Raman scattering light, which is very weak, but is inelastically scattered light having a wavelength or frequency different from that of Rayleigh scattered light. This Raman scattered light is guided to the spectroscope 125 through a route opposite to the laser light of the epi-illumination optical system.

ラマン散乱光は、対物レンズ111によって集光され、走査光学系110を介して、ビームスプリッタ115を透過し、結像レンズ121により集光される。集光されたラマン散乱光は、さらに、共焦点ピンホール122を通り、コリメートレンズ123により平行光にされ、ラマンフィルター124を介して分光器125へ導かれ、高感度冷却CCDなどの検出器126によって検出される。   The Raman scattered light is collected by the objective lens 111, passes through the beam splitter 115 through the scanning optical system 110, and is collected by the imaging lens 121. The condensed Raman scattered light further passes through the confocal pinhole 122, is collimated by the collimating lens 123, is guided to the spectroscope 125 through the Raman filter 124, and is a detector 126 such as a high-sensitivity cooled CCD. Detected by.

結像レンズ121、共焦点ピンホール122、コリメートレンズ123、および対物レンズ111を共焦点光学系と称する。一般に、共焦点レーザ顕微鏡などに用いられる機構では、対物レンズの焦点位置以外の光は、共焦点ピンホールにより取り除くことにより、鮮明な像を得ることができる。顕微ラマン分光の場合も同様にして、焦点(ピント)の合った部分(点)のみラマン測定をする。走査光学系110で走査することにより、視野内の別の点を測定することができる。   The imaging lens 121, the confocal pinhole 122, the collimating lens 123, and the objective lens 111 are referred to as a confocal optical system. In general, in a mechanism used for a confocal laser microscope or the like, a clear image can be obtained by removing light other than the focal position of the objective lens by a confocal pinhole. Similarly, in the case of microscopic Raman spectroscopy, Raman measurement is performed only on a focused portion (point). By scanning with the scanning optical system 110, another point in the field of view can be measured.

ラマンフィルター124では、弾性散乱光であるレイリー散乱光を除去し、非弾性散乱光であるラマン散乱光のみを透過する。   The Raman filter 124 removes Rayleigh scattered light that is elastically scattered light and transmits only Raman scattered light that is inelastically scattered light.

分光器125へ導かれたラマン散乱光は分光され、検出器126へ導かれてラマンスペクトルとなる。ラマン散乱光の振動数とラマン励起光の振動数との差はラマンシフトと呼ばれ、ラマンスペクトルの横軸に用いられる。一般に、ラマンシフトを用いることにより、ラマン励起光の波長に依存しないラマンスペクトルを得ることができる。   The Raman scattered light guided to the spectroscope 125 is split and guided to the detector 126 to become a Raman spectrum. The difference between the frequency of the Raman scattered light and the frequency of the Raman excitation light is called a Raman shift and is used for the horizontal axis of the Raman spectrum. In general, by using a Raman shift, a Raman spectrum that does not depend on the wavelength of the Raman excitation light can be obtained.

実施例1においてラマン測定とは、ラマンスペクトルの測定である。ラマンスペクトルは物質固有のスペクトルを示し、物質の同定や定量に用いられる。   In Example 1, the Raman measurement is a measurement of a Raman spectrum. A Raman spectrum shows a spectrum specific to a substance and is used for identification and quantification of the substance.

実施例1においてラマン分析とは、例えばラマン測定で得たラマンスペクトルからピーク波数、バンド幅、ピークシフト量、およびバンド面積などを取得ること、または算出することである。その他、ラマンスペクトルをデータベースから検索すること、視野内の複数点のラマンスペクトルからラマンイメージを作成することもラマン分析と言う。ここで、ラマンイメージとは、ラマンスペクトルから得た任意の分析データをマッピングしたものを言い、例えば後述の図6(d)にラマンイメージの画像を示す。   In Example 1, the Raman analysis is to obtain or calculate a peak wave number, a band width, a peak shift amount, a band area, and the like from, for example, a Raman spectrum obtained by Raman measurement. In addition, searching a Raman spectrum from a database and creating a Raman image from a plurality of Raman spectra in the field of view are called Raman analysis. Here, the Raman image refers to a mapping of arbitrary analysis data obtained from the Raman spectrum, and for example, FIG. 6D described later shows a Raman image.

なお、図1に示した顕微ラマン光学系100では、レーザ101から射出されたラマン励起光を分岐して、微小試料10の位置を検出するためのレーザ光を斜射光学系へ、ラマン散乱光を励起するためのレーザ光を落射光学系とへ導いているが、これに限定されるものではない。   In the microscopic Raman optical system 100 shown in FIG. 1, the Raman excitation light emitted from the laser 101 is branched, and the laser light for detecting the position of the micro sample 10 is applied to the oblique optical system, and the Raman scattered light is emitted. Although the laser beam for excitation is guided to the epi-illumination optical system, the present invention is not limited to this.

図2は、実施例1による微小試料の位置を検出するためのレーザ光およびラマン散乱光を励起するためのレーザ光の種々の照射の態様を説明する模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating various modes of irradiation of laser light for detecting the position of a micro sample and laser light for exciting Raman scattered light according to the first embodiment.

図2(a)は、前述の図1を用いて説明した顕微ラマン光学系100を示す光学系の模式図であり、微小試料10の位置を検出するためのレーザ光LAPを斜射照明とし、ラマン散乱光を励起するためのレーザ光LAEを落射照明としている。   FIG. 2A is a schematic diagram of an optical system showing the microscopic Raman optical system 100 described with reference to FIG. 1 described above. The laser light LAP for detecting the position of the micro sample 10 is obliquely illuminated, and Raman is used. The laser beam LAE for exciting the scattered light is incident illumination.

図2(b)は、レーザから射出されたラマン励起光を分岐して、複数のレーザ光を微小試料に斜射照射する光学系の模式図である。微小試料10の位置を検出するためのレーザ光LAPとラマン散乱光を励起するためのレーザ光LAEとは斜射照明としているが、これらは互いに異なる斜射光学系から微小試料10へ照射される。なお、図2(b)に示した光学系については、後述の図8を用いて詳細に説明する。   FIG. 2B is a schematic diagram of an optical system that branches Raman excitation light emitted from a laser and obliquely irradiates a minute sample with a plurality of laser beams. The laser beam LAP for detecting the position of the micro sample 10 and the laser beam LAE for exciting the Raman scattered light are oblique illumination, and these are irradiated to the micro sample 10 from different oblique optical systems. The optical system shown in FIG. 2B will be described in detail with reference to FIG.

図2(c)は、レーザから射出されたラマン励起光を分岐せずに、レーザ光を微小試料10に斜射照射する光学系の模式図である。すなわち、微小試料10の位置を検出するためのレーザ光LAPをラマン散乱光を励起するためのレーザ光LAEと兼用している。   FIG. 2C is a schematic diagram of an optical system that obliquely irradiates the minute sample 10 with laser light without branching the Raman excitation light emitted from the laser. That is, the laser beam LAP for detecting the position of the minute sample 10 is also used as the laser beam LAE for exciting the Raman scattered light.

図2(d)は、レーザから射出されたラマン励起光を分岐せずに、レーザ光を微小試料10に落射照射する光学系の模式図である。すなわち、微小試料10を傾けることにより、落射照明は微小試料10に対して斜射照明となり、実質的に、図2(c)と同じ光学系となる。   FIG. 2D is a schematic diagram of an optical system that irradiates the minute sample 10 with laser light without branching the Raman excitation light emitted from the laser. That is, by tilting the micro sample 10, the epi-illumination becomes oblique illumination with respect to the micro sample 10, and is substantially the same optical system as in FIG.

図3は、実施例1による顕微ラマン分析システムの一例を示す斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view illustrating an example of a micro Raman analysis system according to the first embodiment.

顕微ラマン分析システム200は、顕微ラマン分光装置201と、システムコントローラ202と、ミニエンバイロメントウェハ搬送システム203と、を有している。   The micro Raman analysis system 200 includes a micro Raman spectroscopy apparatus 201, a system controller 202, and a mini-environment wafer transfer system 203.

システムコントローラ202は、顕微ラマン分析システム200の全てを制御している。システムコントローラ202は、顕微ラマン分光装置201の制御を兼ねているが、顕微ラマン分光装置201を制御する別のシステムコントローラを実装して、このシステムコントローラとシステムコントローラ202とを互いに通信してもよい。   The system controller 202 controls all of the micro Raman analysis system 200. The system controller 202 also serves to control the microscopic Raman spectroscopic device 201. However, another system controller that controls the microscopic Raman spectroscopic device 201 may be mounted so that the system controller and the system controller 202 communicate with each other. .

ミニエンバイロメントウェハ搬送システム203は、ロードポート204と、ファンフィルターユニット207と、ウェハ搬送ロボット209と、アライナー211と、ディスプレイ212と、を有している。   The mini-environment wafer transfer system 203 includes a load port 204, a fan filter unit 207, a wafer transfer robot 209, an aligner 211, and a display 212.

アライナー211は、半導体ウェハ206の偏芯量およびノッチ向きを検出し、これらをそろえる機能を有している。   The aligner 211 has a function of detecting the eccentricity amount and notch direction of the semiconductor wafer 206 and aligning them.

ディスプレイ212は、入力も兼ねたタッチパネルであり、顕微ラマン分光システム200のインターフェースとしての役割を有している。生産工場のホストへの通信以外に、ラマン分析の結果をディスプレイ212に表示し、ただちに生産プロセスへフィードバックすることが可能である。   The display 212 is a touch panel that also serves as an input, and has a role as an interface of the microscopic Raman spectroscopy system 200. In addition to communication with the production plant host, the results of the Raman analysis can be displayed on the display 212 and immediately fed back to the production process.

ロードポート204は、半導体ウェハ206を収納するカセット、例えばFOUP(Front Opening Unified Pod)205を開閉する機構を有している。   The load port 204 has a mechanism for opening and closing a cassette for storing the semiconductor wafer 206, for example, a FOUP (Front Opening Unified Pod) 205.

ファンフィルターユニット207は、ミニエンバイロメントウェハ搬送システム203内および顕微ラマン分光装置201内をクリーンな環境にするためのファンとフィルターとを有しており、また、筺体内を陽圧にするため、ダウンフローを行う機能を有している。   The fan filter unit 207 has a fan and a filter for making the inside of the mini-environment wafer transfer system 203 and the inside of the microscopic Raman spectroscopic device 201 a clean environment. Has the function of downflow.

ウェハ搬送ロボット209は、半導体ウェハ206の顕微ラマン分光装置201への供給および顕微ラマン分光装置201からの排出をするためのウェハ搬送機構を有している。また、ウェハ搬送ロボット209は、アライナー211が検出した偏芯量を補正した形で、半導体ウェハ206の試料室への搬送を行い、半導体ウェハ206のラマン測定の大まかな位置決めを行う。   The wafer transfer robot 209 has a wafer transfer mechanism for supplying the semiconductor wafer 206 to the microscopic Raman spectroscopic device 201 and discharging it from the microscopic Raman spectroscopic device 201. Further, the wafer transfer robot 209 transfers the semiconductor wafer 206 to the sample chamber in a form in which the eccentricity detected by the aligner 211 is corrected, and roughly positions the semiconductor wafer 206 for Raman measurement.

図4は、実施例1による顕微ラマン分析システムの一例を示す断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a micro Raman analysis system according to the first embodiment.

顕微ラマン分光装置201は、顕微ラマン光学系100と、試料室301と、試料室雰囲気調整器および検出器302と、ステージ303と、除振装置305と、ベース306と、を有している。   The microscopic Raman spectroscopic device 201 includes a microscopic Raman optical system 100, a sample chamber 301, a sample chamber atmosphere adjuster / detector 302, a stage 303, a vibration isolation device 305, and a base 306.

試料室301は、試料周囲の雰囲気を安定にするために筺体で囲われており、半導体ウェハ206を載置する。試料室301内はどのような環境でもかまわないことから、試料室301内は、真空、窒素パージ、または高圧とすることができる。ただし、温度または試料室301の環境による微小試料10のドリフトは小さい方が好ましいことから、試料室雰囲気調整器および検出器302として、温度調整器および温度測定器を実装している。   The sample chamber 301 is surrounded by a casing in order to stabilize the atmosphere around the sample, and the semiconductor wafer 206 is placed thereon. Since the sample chamber 301 may be in any environment, the sample chamber 301 can be evacuated, purged with nitrogen, or pressurized. However, since it is preferable that the drift of the micro sample 10 due to temperature or the environment of the sample chamber 301 is small, a temperature regulator and a temperature measuring instrument are mounted as the sample chamber atmosphere regulator and detector 302.

試料室雰囲気調整器は、測定環境を構築する機構であり、例えば真空または高圧などの圧力を調整する場合は圧力計、例えば窒素パージする場合は酸素濃度計が用いられる。ただし、試料室301の環境によって微小試料がドリフトしても、走査光学系(前述の図1の走査光学系110,132)を用いることによって、微小試料が対物レンズの視野内から外れなければ追従して測定することができる。また、ステージ303を用いて、微小試料が対物レンズの視野内から外れないようにしてもよい。   The sample chamber atmosphere adjuster is a mechanism for constructing a measurement environment. For example, a pressure gauge is used when adjusting a pressure such as vacuum or high pressure, and an oxygen concentration meter is used when purging with nitrogen, for example. However, even if the micro sample drifts due to the environment of the sample chamber 301, the scanning optical system (the scanning optical systems 110 and 132 in FIG. 1 described above) is used so that the micro sample does not deviate from the field of view of the objective lens. Can be measured. Further, the stage 303 may be used so that the minute sample does not come out of the field of view of the objective lens.

ステージ303は、ウェハ搬送ロボット209と併用して、微小試料を視野内へ移動する機構を有している。   The stage 303 has a mechanism for moving a minute sample into the field of view in combination with the wafer transfer robot 209.

ここで、例えばステージ303に微小試料を傾斜する機構を設ければ、微小試料を傾けることにより、前述の図2(d)に示したように、落射照明は微小試料に対して斜射照明となる。また、微小試料の位置を検出する光学系とラマン散乱光を励起する光学系とを共用すれば、光学系は1つで良い。   Here, for example, if a mechanism for inclining the micro sample is provided on the stage 303, by tilting the micro sample, the epi-illumination becomes oblique illumination with respect to the micro sample as shown in FIG. . Further, if the optical system for detecting the position of the minute sample and the optical system for exciting the Raman scattered light are shared, one optical system is sufficient.

除振装置305は、顕微ラマン光学系100、試料室301、およびステージ303を浮かせる機構であり、外乱の振動を除去することができる。   The vibration isolator 305 is a mechanism that floats the microscopic Raman optical system 100, the sample chamber 301, and the stage 303, and can remove disturbance vibrations.

ベース306は、除振装置305を介して顕微ラマン光学装置201を支えている。ベース306にシステムコントローラを実装してもよい。   The base 306 supports the microscopic Raman optical device 201 via the vibration isolation device 305. A system controller may be mounted on the base 306.

図5は、実施例1による第1の顕微ラマン光学系を拡大して示す模式図である。図5では、斜射光学系および落射光学系のそれぞれの対物レンズより先の領域を拡大して示している。   FIG. 5 is an enlarged schematic diagram of the first microscopic Raman optical system according to the first embodiment. In FIG. 5, the area | region ahead of each objective lens of an oblique optical system and an epi-illumination optical system is expanded and shown.

図5には、斜射光学系の光軸605の光を微小試料の位置検出に用い、落射光学系の光軸603の光をラマン散乱光の励起およびラマン散乱光の検出に用いた例を示している。対物レンズ131はあえてデフォーカスしており、顕微視野(対物レンズ111の視野)の範囲602より広い斜射照明範囲604を照射している。この場合、デフォーカスではなく、対物レンズ131を倍率の低いものに変換して、顕微視野の範囲602を照射してもよい。   FIG. 5 shows an example in which the light of the optical axis 605 of the oblique optical system is used for detecting the position of the minute sample, and the light of the optical axis 603 of the incident optical system is used for exciting the Raman scattered light and detecting the Raman scattered light. ing. The objective lens 131 is intentionally defocused and irradiates an oblique illumination range 604 wider than the range 602 of the microscopic field (the field of view of the objective lens 111). In this case, instead of defocusing, the objective lens 131 may be converted into one having a low magnification, and the microscopic field range 602 may be irradiated.

スポット601は、落射光学系のレーザ光のスポットであり、ラマン検出光学系の共焦点の測定範囲(ラマン散乱光の検出範囲)である。   A spot 601 is a spot of laser light of the epi-illumination optical system, and is a confocal measurement range (detection range of Raman scattered light) of the Raman detection optical system.

顕微視野の範囲602で、スポット601を走査光学系(前述の図1に示す走査光学系110)によって走査することができる。   The spot 601 can be scanned by the scanning optical system (the scanning optical system 110 shown in FIG. 1 described above) in the microscopic field range 602.

図6(a)、(b)、(c)、および(d)はそれぞれ、実施例1による微小粒子の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)像、明視野像、暗視野像、およびラマンイメージの一例を示す画像図である。微小粒子の直径は、0.1μmである。   FIGS. 6 (a), (b), (c), and (d) are scanning electron microscope (SEM) images, bright field images, dark field images, and It is an image figure which shows an example of a Raman image. The diameter of the microparticle is 0.1 μm.

図6(a)に、走査型電子顕微鏡により得られた微小試料10のSEM像を示す。微小試料10は、その直径が0.1μmの粒子であり、電子顕微鏡または原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)などによって、その形状を認識できるサイズの試料である。   FIG. 6A shows an SEM image of the micro sample 10 obtained by a scanning electron microscope. The micro sample 10 is a particle having a diameter of 0.1 μm, and is a sample whose size can be recognized by an electron microscope or an atomic force microscope (AFM).

図6(b)に、微小試料10を落射光学系の照明によって測定した画像(明視野像)を示す。明視野像では、微小試料10の位置を把握することができない。このとき、白色LED(Light Emitting Diode)(図示は省略)を光源とした光を、ビームスプリッタによって落射光学系に導入している。この白色LEDの照射範囲は、前述の図5に示したスポット601と同じである。   FIG. 6B shows an image (bright field image) obtained by measuring the minute sample 10 with illumination of the epi-illumination optical system. In the bright field image, the position of the minute sample 10 cannot be grasped. At this time, light using a white LED (Light Emitting Diode) (not shown) as a light source is introduced into the incident optical system by a beam splitter. The irradiation range of this white LED is the same as the spot 601 shown in FIG.

また、明視野用の光源は、微小試料10のラマン測定には邪魔になることが多い。明視野用の光源は、ノイズとして検出器126に入ってしまうため、ラマン測定時は消すことになる。これでは、微小試料10の位置を検出し続けて追従するようなことはできない。   Further, the light source for bright field often interferes with the Raman measurement of the minute sample 10. Since the light source for bright field enters the detector 126 as noise, it is turned off during Raman measurement. With this, it is impossible to continue to detect the position of the micro sample 10 and follow it.

しかし、実施例1による顕微ラマン光学系では、ラマン散乱光の励起に用いるレーザ光と同様の波長のレーザ光を斜射照明することによって、ラマン測定の邪魔をしないで、微小試料10の位置を検出し続けることができる。   However, in the microscopic Raman optical system according to Example 1, the position of the minute sample 10 is detected without obstructing the Raman measurement by obliquely irradiating laser light having the same wavelength as the laser light used for exciting the Raman scattered light. Can continue.

図6(c)に、微小試料10を斜射光学系の照明によって測定した画像(暗視野像)を示す。暗視野像では、明視野像では検出することのできなかった微小試料10の位置を検出することができる。   FIG. 6C shows an image (dark field image) obtained by measuring the minute sample 10 with illumination of the oblique optical system. In the dark field image, the position of the minute sample 10 that could not be detected in the bright field image can be detected.

明視野像ではその位置を検出しにくい微小試料10であっても、ラマン散乱光を観察する暗視野像であれば、その位置を検出することができる。微小試料10の形状は、SEMまたはAFMなどにより確認することができる。また、微小試料10の形状が予め分かっていれば、ラマン散乱光から微小試料10の形状をモデリング(計算)することも可能である。   Even the minute sample 10 whose position is difficult to detect in the bright field image can be detected as long as it is a dark field image in which Raman scattered light is observed. The shape of the micro sample 10 can be confirmed by SEM or AFM. If the shape of the micro sample 10 is known in advance, the shape of the micro sample 10 can be modeled (calculated) from Raman scattered light.

ところで、ラマン散乱光は、微小試料10の形状、レーザ光の偏光、およびレーザ光の入射角に大きく依存する。そのため、前述の図1には省略したが、偏光調整器102,133(前述の図1参照)には、例えば偏光調整機構を有している。ラマンスペクトルを測定している間(例えば高感度冷却CCDを露光している間)は、偏光状態を変更することまたは変更し続けることにより、ラマン散乱光の平均値を得ることができる。   By the way, the Raman scattered light greatly depends on the shape of the micro sample 10, the polarization of the laser light, and the incident angle of the laser light. Therefore, although omitted in FIG. 1 described above, the polarization controllers 102 and 133 (see FIG. 1 described above) have, for example, a polarization adjusting mechanism. While measuring the Raman spectrum (for example, while exposing a high-sensitivity cooled CCD), the average value of the Raman scattered light can be obtained by changing or continuing to change the polarization state.

また、顕微ラマン分光装置は、レーザ光の入射角を変更できる機構を備えており、その機構は、例えば斜射光学系の実装ベースがステージで傾斜できる機構であり、最適なラマン散乱光を得るための角度調整機構を有している。これらの機構は、例えば、SEMまたはAFMでないとその形状が分からない微小試料10のラマン測定の際に有効である。   In addition, the microscopic Raman spectroscopic device has a mechanism capable of changing the incident angle of the laser beam. For example, the mechanism is a mechanism in which the mounting base of the oblique optical system can be tilted on the stage to obtain the optimum Raman scattered light. Angle adjustment mechanism. These mechanisms are effective in, for example, Raman measurement of the micro sample 10 whose shape cannot be known unless it is SEM or AFM.

図6(d)に、斜射照明にて検出した微小試料10の位置を走査光学系110(前述の図1参照)、またはステージ303(前述の図4参照)によって走査し、ラマンイメージングを行った画像(ラマンイメージ)を示す。   In FIG. 6D, the position of the minute sample 10 detected by oblique illumination is scanned by the scanning optical system 110 (see FIG. 1 described above) or the stage 303 (see FIG. 4 described above), and Raman imaging is performed. An image (Raman image) is shown.

ラマンイメージは、微小試料10に特有のラマンスペクトルのピークの強度分布を示した画像である。図6(d)に示すように、微小試料10のラマン測定ができていることが分かる。   The Raman image is an image showing the intensity distribution of the peak of the Raman spectrum peculiar to the micro sample 10. As shown in FIG. 6D, it can be seen that the Raman measurement of the micro sample 10 has been performed.

さらに、微小試料10のラマン測定においては、微小試料10の位置を検出できない問題の他に、微小試料10のラマン散乱光がバックグランドのラマン信号に埋もれてしまう、ラマン活性が弱い、またはSN比が悪いなどの問題がある。   Furthermore, in the Raman measurement of the micro sample 10, in addition to the problem that the position of the micro sample 10 cannot be detected, the Raman scattered light of the micro sample 10 is buried in the background Raman signal, the Raman activity is weak, or the SN ratio There are problems such as bad.

その場合は、斜射光学系から微小試料10に照射するレーザ光を、回折限界近くまで絞って、斜めから照射する。   In that case, the laser beam irradiated from the oblique optical system to the minute sample 10 is narrowed to near the diffraction limit and irradiated from an oblique direction.

図7は、実施例1による第2の顕微ラマン光学系を拡大して示す模式図である。図7では、斜射光学系および落射光学系のそれぞれの対物レンズより先の領域を拡大して示している。   FIG. 7 is an enlarged schematic view of the second microscopic Raman optical system according to the first embodiment. In FIG. 7, the area | region ahead of each objective lens of an oblique optical system and an epi-illumination optical system is expanded and shown.

回折限界近くまで絞ったレーザ光を斜射光学系により微小試料に照射し、ラマン散乱光の検出には、前述の図5を用いて説明した落射光学系を用いる。これにより、SN比をよくして、バックグランドの情報を削減することができる。   The incident light optical system described with reference to FIG. 5 is used for irradiating a minute sample with laser light focused to near the diffraction limit by an oblique optical system and detecting Raman scattered light. As a result, the SN ratio can be improved and background information can be reduced.

その理由は、バックグラウンドのラマン散乱光または蛍光などは斜射照明によって励起されるので、斜射光学系から微小試料に照射するレーザ光を回折限界近くまで絞ることにより、ラマン検出光学系にバックグランドのラマン信号が入らない、または入りにくい構造にすることができるからである。また、同様に、他のノイズに対しても、微小試料の位置を検出する光学系とラマン散乱光を励起する光学系とが別となるため、必要な信号のみを選択することができる。   The reason is that Raman scattered light or fluorescence in the background is excited by oblique illumination, so that the laser light that irradiates a minute sample from the oblique optical system is narrowed to near the diffraction limit, so that the background of the Raman detection optical system is reduced. This is because a structure in which a Raman signal does not enter or is difficult to enter can be achieved. Similarly, with respect to other noises, an optical system for detecting the position of a minute sample and an optical system for exciting Raman scattered light are separated, so that only necessary signals can be selected.

さらに、斜射光学系によるラマン散乱光の励起と落射光学系によるラマン散乱光の励起とを併用することにより、微小試料のラマン測定が可能である。斜射照明のレーザ強度と落射照明のレーザ強度との比を任意に調整し、微小試料ごとに適宜変更することにより、微小試料のラマン測定を行う。   Furthermore, the Raman measurement of a minute sample can be performed by combining the excitation of the Raman scattered light by the oblique optical system and the excitation of the Raman scattered light by the incident optical system. The ratio between the laser intensity of the oblique illumination and the laser intensity of the epi-illumination is arbitrarily adjusted, and the Raman measurement of the minute sample is performed by changing the ratio appropriately for each minute sample.

これらの場合、斜射光学系のレーザ光のスポットとラマン散乱光の検出位置とは同じ位置のスポット701となり、両者の位置の一致は、それぞれの軸に用意された走査光学系110,132(前述の図1参照)およびステージ303(前述の図4参照)によって実現される。   In these cases, the spot of the laser beam of the oblique optical system and the detection position of the Raman scattered light are the same position 701, and the coincidence of the positions of the two is determined by the scanning optical systems 110 and 132 (described above) prepared on the respective axes. 1) and the stage 303 (see FIG. 4 described above).

このとき、落射光学系のレーザ光のスポットとラマン散乱光の検出位置とが同じになるように、顕微ラマン光学系は構成されているため、落射光学系のレーザ光はラマン散乱光の検出位置(共焦点位置)を的確に把握するためにも用いることができる。スポット701の合致は、斜射照明と落射照明との両者の画像処理により行う。   At this time, since the microscopic Raman optical system is configured so that the spot of the laser beam of the epi-illumination system and the detection position of the Raman scattering light are the same, the laser beam of the epi-illumination optical system is the detection position of the Raman scattering light. It can also be used to accurately grasp (confocal position). Matching of the spots 701 is performed by image processing of both oblique illumination and epi-illumination.

この第2の光学系では、微小試料の位置を検出する光学系とラマン散乱光を励起する光学系とを別々に設けているが、例えば前述の図2(c)および(d)に示したラマン励起光を分岐しない光学系にも回折限界近くまで絞ったレーザ光を用いることができる。   In this second optical system, an optical system for detecting the position of a minute sample and an optical system for exciting Raman scattered light are provided separately. For example, as shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d) described above. Laser light focused to near the diffraction limit can also be used for an optical system that does not branch Raman excitation light.

図8は、実施例1による上面から見た第3の顕微ラマン光学系を拡大して示す模式図である。図8では、斜射光学系および落射光学系のそれぞれの対物レンズより先の領域を拡大して示している。   FIG. 8 is an enlarged schematic view of the third microscopic Raman optical system viewed from the upper surface according to the first embodiment. In FIG. 8, the area | region ahead of each objective lens of an oblique optical system and an epi-illumination optical system is expanded and shown.

斜射照明を2系統実装しており、一方は、微小試料の位置を検出する照明であり、他方は、ラマン散乱光を励起する照明であり、落射光学系を介して、分光器によりラマン測定が行われる。このため、斜射光学系には対物レンズ802が追加されている。また、斜射光学系の一方のレーザ光のスポットと落射光学系のレーザ光のスポットとは同じ位置のスポット801となる。   Two systems of oblique illumination are implemented. One is illumination that detects the position of a minute sample, and the other is illumination that excites Raman scattered light, and Raman measurement is performed by a spectroscope through an incident light optical system. Done. Therefore, an objective lens 802 is added to the oblique optical system. Further, the spot of one laser beam of the oblique optical system and the spot of the laser light of the incident optical system become a spot 801 at the same position.

このように複数の斜射光学系を用いる、または落射光学系と斜射光学系との両方を用いる場合は、それぞれの光学系のレーザ光の波長を互いに異なる波長としておけば、光学系の切り替えにより、複数の波長をレーザ光に用いることができる。複数の波長のレーザ光を用いることは、蛍光対策など微小試料にとっては有効な対策となる場合がある。   In this way, when using a plurality of oblique optical systems, or when using both an incident optical system and an oblique optical system, if the wavelengths of the laser beams of the respective optical systems are different from each other, by switching the optical system, Multiple wavelengths can be used for the laser light. Using laser beams with a plurality of wavelengths may be an effective measure for a small sample such as a measure against fluorescence.

また、複数の斜射光学系で同時に照明できることにより、微小試料の位置を検出しつつ、ラマン測定ができるので、後述する追従機能を斜射照明のみで実現することができる。   In addition, since it is possible to illuminate simultaneously with a plurality of oblique optical systems, Raman measurement can be performed while detecting the position of a minute sample, so that a follow-up function described later can be realized only with oblique illumination.

また、斜射照明と落射照明とによるラマン散乱光の励起を行いつつ、微小試料の位置を検出できるという利点もある。   In addition, there is an advantage that the position of a minute sample can be detected while exciting Raman scattered light by oblique illumination and epi-illumination.

図9(a)および(b)はそれぞれ、実施例1による微小試料のラマン測定の一例を示す模式図、および実施例1による微小試料のラマン測定の他の例を示す模式図である。   FIGS. 9A and 9B are a schematic diagram illustrating an example of Raman measurement of a micro sample according to Example 1, and a schematic diagram illustrating another example of Raman measurement of a micro sample according to Example 1, respectively.

図9(a)に示すように、斜射光学系の光軸605および落射光学系の光軸603のスポット701に対して、微小試料10は十分小さい。   As shown in FIG. 9A, the micro sample 10 is sufficiently small with respect to the spot 701 of the optical axis 605 of the oblique optical system and the optical axis 603 of the incident optical system.

そこで、図9(b)に示すように、チップ増強ラマン分析または表面増強ラマン分析の照明にも、実施例1による顕微ラマン光学系を用いることができる。   Therefore, as shown in FIG. 9B, the micro-Raman optical system according to the first embodiment can be used for illumination of chip-enhanced Raman analysis or surface-enhanced Raman analysis.

ここで、チップ増強ラマン分析においては、チップ(探針)903の先端902を近づけた微小試料10へのレーザ光を的確に照射することができる。または、表面増強ラマン分析においては、微粒子群基板901上の微小試料10へのレーザ光を的確に照射することができる。これにより、チップ903による増強部分のラマン信号のみ、または微粒子群基板901の増強部分のラマン信号のみを検出することができる。   Here, in the chip-enhanced Raman analysis, it is possible to accurately irradiate the minute sample 10 with the tip 902 of the tip (probe) 903 approached. Alternatively, in the surface-enhanced Raman analysis, the laser beam to the micro sample 10 on the fine particle group substrate 901 can be accurately irradiated. Thereby, only the Raman signal of the enhancement part by the chip 903 or only the Raman signal of the enhancement part of the fine particle group substrate 901 can be detected.

図10(a)および(b)はそれぞれ、実施例1による斜射光学系のレーザ光を広視野範囲に照射した場合の画像図、および実施例1による斜射光学系のレーザ光を狭視野範囲に照射した場合の画像図である。   FIGS. 10A and 10B are an image diagram when the laser beam of the oblique optical system according to the first embodiment is irradiated on a wide field range, and the laser beam of the oblique optical system according to the first embodiment in a narrow field range. It is an image figure at the time of irradiation.

図10(a)および(b)に示すように、半導体ウェハ上に多くの突起がある場合は、測定部を限定するには広視野範囲に照射するよりも、狭視野範囲に照射する方が有効である。   As shown in FIGS. 10A and 10B, when there are many protrusions on the semiconductor wafer, it is better to irradiate a narrow field of view than to irradiate a wide field of view in order to limit the measurement part. It is valid.

図11は、実施例1による斜射光学系のレーザ光を狭視野範囲に照射した場合のカメラの全視野像を示す画像図である。図中、符号1102は、前述の図10(b)で示した狭視野範囲を示す。   FIG. 11 is an image diagram illustrating a full-field image of the camera when the narrow-angle range is irradiated with the laser beam of the oblique optical system according to the first embodiment. In the figure, reference numeral 1102 denotes the narrow visual field range shown in FIG.

図11に示すように、ラマン散乱光により、微小試料をスポット1202として、その位置を認識することができる。   As shown in FIG. 11, the position of a minute sample can be recognized as a spot 1202 by Raman scattered light.

図12は、実施例1による微小試料の追従機能を説明する画像図である。   FIG. 12 is an image diagram illustrating the function of following a micro sample according to the first embodiment.

ラマン測定の対象が微小試料の場合、微小試料のラマン散乱光がバックグランドのラマン信号に埋もれてしまう、ラマン活性が弱い、またはSN比が悪いなどの問題の他に、温度などによるドリフトにより、微小試料の位置が光学系に対して移動するという問題がある。   When the target of Raman measurement is a micro sample, the Raman scattered light of the micro sample is buried in the Raman signal in the background, the Raman activity is weak, or the SN ratio is low. There is a problem that the position of the micro sample moves with respect to the optical system.

スポット1202は、レーザ光の波長および光学系にもよるが、可視光の場合は1μm程度である。これに対して、微小試料を載置するステージおよび光学系を支える部材は、1℃温度が変化するだけで、伸縮により0.1〜3μm程度動くことが多いため、微小試料の位置が変化して、微小試料の位置を検出するためのレーザ光およびラマン散乱光を励起するためのレーザ光から外れることがある。   The spot 1202 is about 1 μm in the case of visible light although it depends on the wavelength of the laser beam and the optical system. On the other hand, the stage on which the micro sample is placed and the member that supports the optical system often move by about 0.1 to 3 μm due to expansion and contraction only when the temperature of 1 ° C. changes, so the position of the micro sample changes. Thus, the laser beam for detecting the position of the minute sample and the laser beam for exciting the Raman scattered light may be deviated.

また、ラマン活性の強い微小試料であっても、長時間の露光が必要となる場合が多い。そのため、レーザ光を照射してラマン散乱光を検出している間に、スポットの位置と微小試料の位置とがずれることがある。   In addition, even a minute sample with strong Raman activity often requires long-time exposure. Therefore, the position of the spot and the position of the minute sample may be shifted while the Raman scattered light is detected by irradiating the laser beam.

しかし、暗視野による狭視野範囲の照明は、システムコントローラにより、走査光学系を用いて自動で微小試料の位置を追従することができるので、微小試料の位置ずれを回避することができる。例えば図12に示すように、スポット1202をスポット1301へ移動させることができる。   However, the illumination of a narrow visual field range by a dark field can automatically follow the position of the micro sample by using the scanning optical system by the system controller, so that the position shift of the micro sample can be avoided. For example, as shown in FIG. 12, the spot 1202 can be moved to the spot 1301.

この機能は、微小試料が生体、細胞、または細菌などで動く場合にも用いることができる。また、追従機能により、露光時間を長くとることができるので、ラマン活性の弱い微小試料に対しても有効な機能である。   This function can also be used when a micro sample moves in a living body, a cell, a bacterium, or the like. In addition, since the exposure time can be extended by the follow-up function, this is an effective function even for a micro sample with weak Raman activity.

図13は、実施例1によるラマンイメージングの走査方法を説明する画像図である。この走査方法によって得られた画像が前述の図6(d)に示すラマンイメージである。   FIG. 13 is an image diagram illustrating a scanning method of Raman imaging according to the first embodiment. The image obtained by this scanning method is the Raman image shown in FIG.

暗視野像による微小粒子のラマン散乱光を目印にして、微小試料の位置検出およびラマン散乱光の励起に用いるスポット1202を、走査光学系またはステージによりスキャン方向1402へ走査することにより、ラマンイメージが得られる。   By scanning the spot 1202 used for detecting the position of the minute sample and exciting the Raman scattered light in the scanning direction 1402 with the scanning optical system or the stage, using the Raman scattered light of the minute particles by the dark field image as a mark, the Raman image is obtained. can get.

次に、顕微ラマン分析システムの動作の一例を前述の図3を用いて説明する。   Next, an example of the operation of the micro Raman analysis system will be described with reference to FIG.

作業者は、システムコントローラ202への命令をディスプレイ212によって行う。システムコントローラ202のインターフェースを介してPC(Personal Computer)などからコマンド指令を送ってもよい。   The worker gives an instruction to the system controller 202 through the display 212. A command command may be sent from a PC (Personal Computer) or the like via the interface of the system controller 202.

顕微ラマン分析システム200は、システムコントローラ202へ出された命令をもとにラマン測定を開始する。ラマン測定は、システムコントローラ202に予め実装されたプログラムによって自動で行われる。   The micro Raman analysis system 200 starts Raman measurement based on a command issued to the system controller 202. The Raman measurement is automatically performed by a program installed in advance in the system controller 202.

半導体ウェハ206が収納されたFOUP205がミニエンバイロメントウェハ搬送システム203のロードポート204に載置されると、ミニエンバイロメントウェハ搬送システム203がFOUP205を開けて、ウェハ搬送ロボット209が半導体ウェハ206を把持する。ウェハ搬送ロボット209は半導体ウェハ206を試料室へ搬送する。   When the FOUP 205 containing the semiconductor wafer 206 is placed on the load port 204 of the mini-environment wafer transfer system 203, the mini-environment wafer transfer system 203 opens the FOUP 205, and the wafer transfer robot 209 holds the semiconductor wafer 206. To do. The wafer transfer robot 209 transfers the semiconductor wafer 206 to the sample chamber.

その後、顕微ラマン分光装置201によるラマン測定がスタートする。   Thereafter, Raman measurement by the microscopic Raman spectroscopic device 201 is started.

次に、顕微ラマン分析装置の動作フローの一例を図14ならびに前述の図1、図3、および図4を用いて説明する。図14は、実施例1による顕微ラマン分光装置の動作フローの一例を説明するフロー図である。   Next, an example of the operation flow of the micro Raman analysis apparatus will be described with reference to FIG. 14 and the above-described FIGS. 1, 3, and 4. FIG. FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of an operation flow of the microscopic Raman spectroscopic device according to the first embodiment.

各動作は、システムコントローラ202に予め設定された命令およびデータをもとに、自動で行われる。   Each operation is automatically performed based on a command and data preset in the system controller 202.

<ステップP1>
ウェハ搬送ロボット209またはステージ303によって、測定試料を顕微視野の範囲へ移動する。
<Step P1>
The measurement sample is moved to the range of the microscopic field by the wafer transfer robot 209 or the stage 303.

<ステップP2>
測定試料によって、狭範囲照射(スポット照射)か広範囲照射かを選択する。対物レンズ131を入れ替える機構またはオートフォーカス機構により、斜射照明の照射範囲を選択する。
<Step P2>
Narrow range irradiation (spot irradiation) or wide range irradiation is selected according to the measurement sample. The irradiation range of the oblique illumination is selected by a mechanism for replacing the objective lens 131 or an autofocus mechanism.

<ステップP3>
減衰フィルター103によって、斜射照明の強度を調整する。
<Step P3>
The intensity of the oblique illumination is adjusted by the attenuation filter 103.

<ステップP4>
斜射照明の偏光可変を設定する。ラマン散乱光は測定試料の形状によって強度が変化するため、適切な偏光方向に設定する必要がある。しかし、測定試料が粒子試料10の場合は、測定試料の形状を電子顕微鏡などで確認しない限り把握することができない。そこで、ラマン測定中の高感度冷却CCDを露光している間に、斜射光学系は偏光方向を少しふることができる機構を備えている。偏光方向をふることで平均値を得ることができる。その偏光可変を有効にするか無効にするかを設定する。可変動作をしない場合は、カメラ142で検出するレイリー散乱光の強度が一番大きいところで固定する。予め測定試料の形状が分かっていれば、固定のままスキップする。
<Step P4>
Sets the polarization of oblique illumination. Since the intensity of the Raman scattered light changes depending on the shape of the measurement sample, it is necessary to set an appropriate polarization direction. However, when the measurement sample is the particle sample 10, it cannot be grasped unless the shape of the measurement sample is confirmed with an electron microscope or the like. Therefore, the oblique optical system has a mechanism that can slightly change the polarization direction while exposing the highly sensitive cooled CCD during Raman measurement. An average value can be obtained by changing the polarization direction. Sets whether to enable or disable the variable polarization. When the variable operation is not performed, the position is fixed where the intensity of Rayleigh scattered light detected by the camera 142 is the highest. If the shape of the measurement sample is known in advance, it is skipped while it is fixed.

<ステップP5>
斜射照明の照射位置を設定する。測定試料の位置検出またはラマン散乱光の励起のための照明光として、照射位置は決定される。照射位置は走査光学系132によって設定される。
<Step P5>
Set the irradiation position of oblique illumination. The irradiation position is determined as illumination light for detecting the position of the measurement sample or exciting Raman scattered light. The irradiation position is set by the scanning optical system 132.

<ステップP6>
斜射照明の照射位置の設定が終了したか否かを確認する。斜射光学系が2つ以上ある場合は、もう一度別の軸に対して、ステップP2からステップP5を繰り返す。
<Step P6>
It is confirmed whether or not the setting of the irradiation position of the oblique illumination has been completed. If there are two or more oblique optical systems, Step P2 to Step P5 are repeated once again for another axis.

<ステップP7>
落射照明の強度を設定する。落射照明の強度設定は、ビームスプリッタ134で分配率を変える、または分岐後の減衰フィルターで強度を調整することにより行う。ここでは、例えば測定試料の検出位置の目印用として落射照明の強度は微弱に設定される、またはラマン散乱光の励起用として落射照明の強度は強く設定される。ラマン測定とは別に明視野顕微の照明が必要な場合は、同一の落射光学系においてランプまたはLEDなどの照明の調整を行う。
<Step P7>
Sets the intensity of epi-illumination. The intensity of the epi-illumination is set by changing the distribution ratio with the beam splitter 134 or adjusting the intensity with the attenuation filter after branching. Here, for example, the intensity of the epi-illumination is set to be weak for the purpose of detecting the detection position of the measurement sample, or the intensity of the epi-illumination is set to be strong for exciting the Raman scattered light. When bright field microscopic illumination is required in addition to Raman measurement, illumination such as a lamp or LED is adjusted in the same incident optical system.

<ステップP8>
落射照明の照射位置および測定点を走査光学系110により決定する。
<Step P8>
The irradiation position and measurement point of the epi-illumination are determined by the scanning optical system 110.

<ステップP9>
測定試料のドリフトまたは測定試料自体の移動が生じた場合、レーザ光を追従させるか否かの追従機能の設定を行う。
<Step P9>
When the measurement sample drifts or the measurement sample itself moves, a tracking function is set to determine whether or not the laser beam is to be tracked.

<ステップP10>
レーザ光を測定試料に照射して、ラマン測定を開始する。検出器126の測定(高感度冷却CCDの露光)を開始する。
<Step P10>
The measurement sample is irradiated with laser light, and Raman measurement is started. The measurement of the detector 126 (exposure of the high sensitivity cooled CCD) is started.

<ステップP11>
前記ステップP4に従い、必要があれば、ラマン測定中に偏光方向をふる(偏光方向を変化させる)。
<Step P11>
According to the step P4, if necessary, the polarization direction is changed during the Raman measurement (the polarization direction is changed).

<ステップP12>
前記ステップP9に従い、必要があれば、測定試料の位置を常時監視し、レーザ光が常に照射するように、走査光学系110,132により追従する。
<Step P12>
According to step P9, if necessary, the position of the measurement sample is constantly monitored and followed by the scanning optical systems 110 and 132 so that the laser beam is always irradiated.

<ステップP13>
検出器126の測定(高感度冷却CCDの露光)を終了する。ラマン励起光を停止し、ラマン測定を終了する。
<Step P13>
The measurement of the detector 126 (exposure of the high sensitivity cooled CCD) is terminated. The Raman excitation light is stopped and the Raman measurement is terminated.

<ステップP14>
分光器125および検出器126によって測定したラマン散乱光をスペクトル表示し、格納する。
<Step P14>
The Raman scattered light measured by the spectroscope 125 and the detector 126 is spectrally displayed and stored.

<ステップP15>
スペクトル評価および分析を行い、例えば任意の波数の強度を格納する。ここで、例えば前述の図6(d)に示したラマンイメージの画素の一点が測定できたことになる。
<Step P15>
Spectrum evaluation and analysis are performed, for example, the intensity of an arbitrary wave number is stored. Here, for example, one pixel of the Raman image shown in FIG. 6D can be measured.

スペクトル評価および分析は、様々に利用することができる。例えば任意のピークのシフト量を検出する、ラマンスペクトルから物質を特定する、または複数のピークの強度比から構造を理解するなどの利用がある。測定試料は、必ずしも粒子である必要はなく、半導体ウェハであれば、局所的な歪(応力)の測定などにも有効である。   Spectral evaluation and analysis can be used in various ways. For example, there are uses such as detecting a shift amount of an arbitrary peak, specifying a substance from a Raman spectrum, or understanding a structure from an intensity ratio of a plurality of peaks. The measurement sample does not necessarily need to be particles, and if it is a semiconductor wafer, it is also effective for measuring local strain (stress).

図14を用いて説明した動作フローでは、1つの測定点を測定する例を示したが、ラマンイメージングの場合は、レーザ走査、ステージ走査、または繰り返しのラマン測定が必要となる。必要がなければ、この設定部分は省略可能であり、他の測定点へ移動した後に同一の条件で、ステップP10からステップP14までを繰り返すこととなる。ここでは、ラマンイメージングのように複数点のラマンスペクトルを取得する動作フローは省略している。   In the operation flow described with reference to FIG. 14, an example in which one measurement point is measured is shown. However, in the case of Raman imaging, laser scanning, stage scanning, or repeated Raman measurement is required. If it is not necessary, this setting portion can be omitted, and after moving to another measurement point, steps P10 to P14 are repeated under the same conditions. Here, an operation flow for acquiring a plurality of Raman spectra as in Raman imaging is omitted.

なお、実施例1では、微小試料の位置を検出する1つの光学系、およびラマン散乱光を励起する1つの光学系を備える顕微ラマン光学系について説明したが、これに限定されるものではなく、顕微ラマン光学系は、微小試料の位置を検出する1つの光学系、およびラマン散乱光を励起する1つの光学系を備える顕微ラマン光学系をそれぞれ2つ以上の備えてもよい。   In the first embodiment, a micro Raman optical system including one optical system for detecting the position of a micro sample and one optical system for exciting Raman scattered light has been described. However, the present invention is not limited to this. The micro-Raman optical system may include two or more micro-Raman optical systems each including one optical system that detects the position of a minute sample and one optical system that excites Raman scattered light.

このように、実施例1によれば、明視野像では認識できない微小試料であっても、その位置を検出することができるので、ラマン測定およびラマン分析を行うことができる。   As described above, according to the first embodiment, the position of a minute sample that cannot be recognized by a bright field image can be detected, so that Raman measurement and Raman analysis can be performed.

また、微小試料であるために、バックグラウンドのラマン信号またはノイズに埋もれてしまうラマン散乱光も、斜射照明を用いることによって、検出することができる。   In addition, since the sample is a minute sample, Raman scattered light that is buried in the background Raman signal or noise can be detected by using oblique illumination.

また、微小試料がドリフトして位置ずれを起こしてしまう場合、または微小試料自体が移動してしまう場合でも、同一の測定点を追従することができる。追従することによって、SN比が向上し、露光時間を短くすることができる。露光時間を短くできることは、微小試料を焼失させてしまうようなミスを回避することができる。   Further, even when the micro sample drifts and causes a positional shift, or when the micro sample itself moves, the same measurement point can be followed. By following, the SN ratio can be improved and the exposure time can be shortened. Being able to shorten the exposure time can avoid mistakes that cause the minute sample to be burned out.

実施例2では、ロードポートと同じサイズの顕微ラマン分光装置について説明する。前述の図3に示した顕微ラマン分光システム200および顕微ラマン分光装置201のうち、既に説明した同一の符号を付された構成、および同一の機能を有する部分については、説明を省略する。   In Example 2, a micro Raman spectroscopic apparatus having the same size as the load port will be described. In the microscopic Raman spectroscopic system 200 and the microscopic Raman spectroscopic apparatus 201 shown in FIG. 3 described above, the description of the components having the same reference numerals already described and the parts having the same functions will be omitted.

図15は、実施例2によるロードポートと同じサイズのロードポート型の顕微ラマン分光装置を備える顕微ラマン分析システムの一例を示す断面図である。ロードポート型の顕微ラマン分光装置の基本構成は、前述の図3に示した顕微ラマン分光装置201と同様である。   FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of a micro Raman analysis system including a load port type micro Raman spectroscopic apparatus having the same size as the load port according to the second embodiment. The basic configuration of the load port type microscopic Raman spectroscopic apparatus is the same as that of the microscopic Raman spectroscopic apparatus 201 shown in FIG.

実装できる構成部品の数が少なくなるため、ラマン測定は目的が絞られたものとなり、測定試料が限定される。   Since the number of components that can be mounted is reduced, the purpose of Raman measurement is limited, and the number of measurement samples is limited.

しかしながら、半導体メーカのファウンドリでは、フットプリントを小さくすることが求められており、例えば他の半導体製造装置または半導体検査装置401の空きポートに、ロードポート型の顕微ラマン分光装置402を実装することができれば、都合がよい。また、別の装置のオプションとしても利用できる。   However, a foundry of a semiconductor manufacturer is required to reduce the footprint. For example, a load port type microscopic Raman spectroscopic device 402 may be mounted on an empty port of another semiconductor manufacturing apparatus or semiconductor inspection apparatus 401. If possible, it is convenient. It can also be used as an option for other devices.

実施例3では、FOUPと同じサイズの簡易型の顕微ラマン分光装置について説明する。前述の図3に示した顕微ラマン分光システム200および顕微ラマン分光装置201のうち、既に説明した同一の符号を付された構成、および同一の機能を有する部分については、説明を省略する。   In Example 3, a simple microscopic Raman spectroscopic apparatus having the same size as the FOUP will be described. In the microscopic Raman spectroscopic system 200 and the microscopic Raman spectroscopic apparatus 201 shown in FIG. 3 described above, the description of the components having the same reference numerals already described and the parts having the same functions will be omitted.

図16は、FOUPと同じサイズの簡易型の顕微ラマン分光装置の一例を示す断面図である。簡易型の顕微ラマン分光装置の基本構成は、前述の図3に示した顕微ラマン分光装置201と同様である。   FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of a simple microscopic Raman spectroscopic apparatus having the same size as the FOUP. The basic configuration of the simple microscopic Raman spectroscopic apparatus is the same as that of the microscopic Raman spectroscopic apparatus 201 shown in FIG.

実装スペースに限りがあるため、ラマン測定の位置はウェハ搬送ロボット209(前述の図3参照)とステージ303によって決まる。   Since the mounting space is limited, the position of Raman measurement is determined by the wafer transfer robot 209 (see FIG. 3 described above) and the stage 303.

簡易型の顕微ラマン分光装置501は、手軽に持ち運びできるサイズであるため、ファウンドリに1台あればよく、必要になったときにテスタ感覚でラマン測定に使用することができる。   Since the simple microscopic Raman spectroscope 501 has a size that can be easily carried, only one foundry can be used for the foundry, and when necessary, it can be used for Raman measurement as if it were a tester.

簡易型の顕微ラマン分光装置501の分解能およびスループットなどは、前述の図3に示した顕微ラマン分光装置201と比べて低くなる。しかし、簡易型の顕微ラマン分光装置501は、フットプリントを小さくすることができ、また、安価に製造することが可能である。   The resolution and throughput of the simple microscopic Raman spectroscopic device 501 are lower than those of the microscopic Raman spectroscopic device 201 shown in FIG. However, the simple microscopic Raman spectroscopic device 501 can have a small footprint and can be manufactured at low cost.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば前記実施の形態では、測定試料として、ラマン励起光の波長以下、例えば1μm以下のサイズを有する微小試料を例示したが、これに限定されるものではなく、ラマン励起光の波長よりも大きいサイズの試料に対しても、本発明を適用することができる。   For example, in the above-described embodiment, a micro sample having a size equal to or smaller than the wavelength of Raman excitation light, for example, 1 μm or smaller, is exemplified as the measurement sample. However, the measurement sample is not limited to this, and is larger than the wavelength of Raman excitation light. The present invention can also be applied to these samples.

10 微小試料
100 顕微ラマン光学系
101 レーザ
102 偏光調整器
103 減衰フィルター
104 レーザラインフィルター
105 空間フィルター
110 走査光学系
111 対物レンズ
112 結像レンズ
113 走査レンズ
114 ガルバノミラー
115 ビームスプリッタ
121 結像レンズ
122 共焦点ピンホール
123 コリメートレンズ
124 ラマンフィルター
125 分光器
126 検出器
130 斜射光学系
131 対物レンズ
132 走査光学系
133 偏光調整器
134,141 ビームスプリッタ
142 カメラ
150 光軸
200 顕微ラマン分光システム
201 顕微ラマン分光装置
202 システムコントローラ
203 ミニエンバイロメントウェハ搬送システム
204 ロードポート
205 FOUP
206 半導体ウェハ
207 ファンフィルターユニット
209 ウェハ搬送ロボット
211 アライナー
212 ディスプレイ
301 試料室
302 試料室雰囲気調整器および検出器
303 ステージ
305 除振装置
306 ベース
401 半導体製造装置または半導体検査装置
402 ロードポート型の顕微ラマン分光装置
501 簡易型の顕微ラマン分光装置
601 スポット
602 顕微視野の範囲
603 落射光学系の光軸
604 斜射照明範囲
605 斜射光学系の光軸
701,801 スポット
802 対物レンズ
901 微粒子群基板
902 チップの先端
903 チップ(探針)
1202,1301 スポット
1402 スキャン方向
LAE,LAP レーザ光
10 Micro Sample 100 Micro Raman Optical System 101 Laser 102 Polarization Adjuster 103 Attenuation Filter 104 Laser Line Filter 105 Spatial Filter 110 Scanning Optical System 111 Objective Lens 112 Imaging Lens 113 Scanning Lens 114 Galvano Mirror 115 Beam Splitter 121 Imaging Lens 122 Focusing pinhole 123 Collimating lens 124 Raman filter 125 Spectrometer 126 Detector 130 Oblique optical system 131 Objective lens 132 Scanning optical system 133 Polarization adjusters 134 and 141 Beam splitter 142 Camera 150 Optical axis 200 Micro Raman spectroscopic system 201 Micro Raman spectroscope 202 system controller 203 mini-environment wafer transfer system 204 load port 205 FOUP
206 Semiconductor wafer 207 Fan filter unit 209 Wafer transfer robot 211 Aligner 212 Display 301 Sample chamber 302 Sample chamber atmosphere controller and detector 303 Stage 305 Vibration isolator 306 Base 401 Semiconductor manufacturing apparatus or semiconductor inspection apparatus 402 Load port type micro Raman Spectroscopic apparatus 501 Simple microscopic Raman spectroscopic apparatus 601 Spot 602 Microscopic field range 603 Optical axis 604 of incident optical system Oblique illumination range 605 Optical axis 701, 801 spot 802 of oblique optical system Objective lens 901 Fine particle group substrate 902 Tip of chip 903 tip
1202, 1301 Spot 1402 Scan direction LAE, LAP Laser light

Claims (5)

検査体の面上の試料の位置を検出し、かつラマン散乱光を励起するためのレーザ光を、前記試料へ照射する1つまたは2つ以上の光学系、を有し、
前記レーザ光は、前記検査体の面に対して90度未満の第1角度を有する第1方向から前記試料へ照射され、
前記試料の位置は、暗視野顕微画像によって認識される、顕微ラマン分光装置。
One or more optical systems for detecting the position of the sample on the surface of the inspection object and irradiating the sample with laser light for exciting Raman scattered light;
The laser beam is applied to the sample from a first direction having a first angle of less than 90 degrees with respect to the surface of the inspection object,
A micro Raman spectroscopic apparatus in which the position of the sample is recognized by a dark field microscopic image.
請求項1記載の顕微ラマン分光装置において、
前記光学系は、前記レーザ光が顕微視野内を走査する走査機構を有する、顕微ラマン分光装置。
The micro Raman spectroscopic apparatus according to claim 1,
The microscopic Raman spectroscopic apparatus, wherein the optical system has a scanning mechanism for scanning the laser beam in a microscopic field.
請求項2記載の顕微ラマン分光装置において、
前記レーザ光が前記試料の位置を追従する、顕微ラマン分光装置。
The micro Raman spectroscopic apparatus according to claim 2,
A microscopic Raman spectroscopic device in which the laser beam follows the position of the sample.
請求項1記載の顕微ラマン分光装置において、
前記光学系は、前記レーザ光の偏光を変える機構を有し、
前記レーザ光の偏光を変えながら、前記レーザ光を前記試料へ照射する、顕微ラマン分光装置。
The micro Raman spectroscopic apparatus according to claim 1,
The optical system has a mechanism for changing the polarization of the laser light,
A microscopic Raman spectroscopic device that irradiates the sample with the laser light while changing the polarization of the laser light.
請求項3記載の顕微ラマン分光装置において、
前記1つまたは2つ以上の光学系は、フォーカス調整機構および入射角調整機構を有する、顕微ラマン分光装置。
The micro Raman spectroscopic apparatus according to claim 3,
The micro Raman spectroscopic apparatus, wherein the one or more optical systems include a focus adjustment mechanism and an incident angle adjustment mechanism.
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