JPH0886737A - 微粒子測定方法及び微粒子測定装置 - Google Patents

微粒子測定方法及び微粒子測定装置

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JPH0886737A
JPH0886737A JP6220628A JP22062894A JPH0886737A JP H0886737 A JPH0886737 A JP H0886737A JP 6220628 A JP6220628 A JP 6220628A JP 22062894 A JP22062894 A JP 22062894A JP H0886737 A JPH0886737 A JP H0886737A
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征夫 渡辺
Masaharu Shiratani
正治 白谷
Iku Kondo
郁 近藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定の領域での微粒子の径と数を外部からし
かも装置を走査することなく測定する。 【構成】 レーザ光源1,2にて生成される観測面に対
して偏光方向が90°の第1のレーザ光λ1と、観測面
に対して偏光方向が0°で前記第1のレーザ光と波長が
異なる第2のレーザ光λ2を同一方向からレンズ系6に
入射せしめてシート状照射光Lとし、この照射光Lを測
定対象空間Sに照射し、この測定対象空間S内の所定の
平面的な領域から散乱光をレンズ系11で取り出し、当
該散乱光を偏光方向が90°の散乱光と偏光方向が0°
の散乱光に分離して撮像素子16,17に入射せしめ、
各偏光成分毎の散乱光強度比から測定対象空間内に存在
する微粒子群の代表的な粒子の大きさ及び粒子濃度の二
次元的な分布を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は測定対象空間の粒子にレ
ーザ光を照射し、その散乱光からMieの理論式に基づ
いて代表的な粒子の大きさ及び粒子濃度の二次元的な分
布を測定する方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の製造プロセスにおいて
は、微細な粒子が表面に付着することで、回路の欠陥と
なり、製品の歩留まりが低下する。このため、処理チャ
ンバー等の所定の系内の微粒子の粒子径や微粒子の数
(濃度)を検出する必要がある。
【0003】ところで、粒子の測定にはMieの理論式
が適用され、このMieの理論式を適用した先行技術と
して特開平6−82358号公報及び雑誌(Plasma Sou
rcesScience and Technology 1993年 第2巻 3
5〜39頁)に記載された論文がある。
【0004】特開平6−82358号公報に開示される
方法は、Ar−Kr連続波レーザ(白色レーザ光)を粒子
に照射し、粒子からの散乱光をビデオカメラで測定し、
粒子の径の経時的な変化を散乱光の色の変化でもって検
出する方法である。
【0005】一方、前記論文に示される方法は図4に示
すように、レーザ光源100で生成された単一波長のレ
ーザ光を偏光解消板101にて無偏光のレーザ光とし、
このレーザ光を測定対象空間Sに照射する構成とし、ま
た、測定対象空間Sの左右には照射光軸に対して同じ光
軸交角となるように2つの光学系を配置し、各光学系を
測定対象空間Sに近い方から順に、アパーチャ102
a,102b、偏光フィルタ103a,103b、アパ
ーチャ104a,104b、レンズ105a,105
b、波長選択フィルタ106a,106b及び光電変換
素子107a,107bを配置し、測定対象空間Sから
の散乱光のうち観測面に対して偏光方向が0°の偏光成
分を光電変換素子107aに、偏光方向が90°の偏光
成分を光電変換素子107bに入射せしめ、それぞれの
偏光成分の光強度の比から代表的な粒子の大きさを求
め、更に前もって作成しておいた既知のデータとの比較
により粒子濃度を求めるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した先行技術のう
ち、特開平6−82358号公報に開示される方法で
は、系内の粒子の粒径変化を色の変化で観測することは
できても、系内の粒子の径を直接知ることはできない。
また、計測可能な粒子は0.2μm程度が実際上の限界
とされる。
【0007】一方、図4に示した方法によれば、リアル
タイムでしかも系を乱すことなく系内の粒子径や粒子数
(濃度)を知ることができるのであるが、これら粒子径
や粒子数は系内の1点に限定され、全体の粒子分布や系
内の平均的な粒子数を正確に測定することができない。
装置全体を測定対象空間Sに対して移動させればよいの
であるが、装置全体が大掛りとなり実際上このようなこ
とはできない。
【0008】また、図4に示した方法にあっては、アパ
ーチャのサイズが観測立体角を決め、その値が検出可能
な散乱偏光比の限界となり、測定可能な粒径値を決める
こととなる。従って、決められた粒径値の粒子を測定す
るには、高精度の位置決めを行わなければならない。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明に係る微粒子測定方法は、所定角度の偏光成分から
なる第1のレーザ光と、この第1のレーザ光と偏光角度
及び波長が異なる第2のレーザ光とを同一方向から照射
光として測定対象空間に照射し、この測定対象空間内の
所定の平面的な領域から散乱光を取り出し、当該散乱光
を波長毎に分離することで散乱光を偏光成分毎の散乱光
に分離して撮像素子に入射せしめ、各偏光成分毎の散乱
光強度比から測定対象空間内に存在する微粒子群の代表
的な粒子の大きさ及び粒子濃度を求めるようにした。
【0010】また、本発明に係る微粒子測定装置は、所
定角度の偏光成分からなる第1のレーザ光を生成する第
1のレーザ光源と、前記第1のレーザ光と偏光角度及び
波長が異なる第2のレーザ光を生成する第2のレーザ光
源と、第1及び第2のレーザ光を照射光として測定対象
空間に照射するレンズ系と、この測定対象空間内の所定
の平面的な領域から散乱光を取り出すレンズ系と、この
レンズ系を介して取り出した散乱光から波長を指標とし
て二つの偏光成分に分離する波長選択手段と、この波長
選択手段で分離した一方の偏光成分の散乱光が入射する
第1の撮像素子と、他方の偏光成分の散乱光が入射する
第2の撮像素子とで構成されるようにした。
【0011】ここで、異なる偏光成分としては観測面に
対する角度が0°及び90°のものとし、また照射光を
シート状光とすることができる。また1つのレーザ光源
で2つの波長のレーザ光を生成するようにしてもよい。
【0012】
【作用】偏光角度が異なるレーザ光を2種類用い、夫々
のレーザ光の波長を異ならせておくことで、入射角に極
めて敏感な(入射角精度が厳しい)偏光フィルタを使用
せずに、入射角に敏感でない誘電体ミラー等で、波長を
弁別の指標として散乱光を偏光角度毎に分離することが
可能になる。したがって、ある程度二次元的な広がりを
もった状態で散乱光を撮像素子に入射せしめることが可
能になる。
【0013】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図1は本発明に係る微粒子測定装置
の全体構成図であり、この微粒子測定装置にあっては、
夫々異なる波長(λ1,λ2)のレーザ光を生成するレー
ザ光源1,2を備えている。レーザ光源1にて生成され
るレーザ光λ1は観測面に対する角度が90°の偏光成
分からなり、またレーザ光源2には1/2波長板3を付
設しレーザ光λ2の偏光成分を観測面に対する角度が0
°のものとしている。尚、レーザ光λ1とλ2の偏光面を
直交させるためには、単にレーザ光源を回転させてもよ
い。
【0014】レーザ光λ1はミラー4にて反射し、誘電
体ミラー5を透過し、またレーザ光λ2は誘電体ミラー
5で反射し、両者は合成され、シリンドリカルレンズ等
でなるレンズ系6によってシート状等の幅をもった照射
光Lとされ、この照射光Lは測定対象空間Sに照射され
る。
【0015】また、測定対象空間Sの一方の側には、1
つの受光系10を配置している。この受光系は測定対象
空間S内の所定の平面的な領域から散乱光を取り出すレ
ンズ系11、このレンズ系11を透過した散乱光のうち
波長がλ1またはλ2の散乱光、換言すれば偏光角度が9
0°または0°の一方の散乱光のみを反射する誘電体ミ
ラー12、誘電体ミラー12で反射した一方の散乱光の
波長の光のみを透過せしめる波長選択フィルタ13、誘
電体ミラー12を透過した他方の散乱光を反射する誘電
体ミラー14、この誘電体ミラー14で反射した他方の
散乱光の波長の光のみを透過せしめる波長選択フィルタ
15及びこれら波長選択フィルタ13,15を透過した
散乱光が入射する第1及び第2のCCD撮像素子16,
17から構成されている。
【0016】ここで、前記波長選択フィルタ13,15
は散乱光を分離するだけではなく、照射したレーザ光以
外の波長の光をカットし、S/Nを向上させるためのも
のである。
【0017】而して、測定対象空間Sからの散乱光のう
ち、観測面に対して偏光方向が90°の散乱光は第1の
CCD撮像素子16に入射し、観測面に対して偏光方向
が0°の散乱光は第2のCCD撮像素子17に入射す
る。ここで、測定対象空間S中の同じ位置を撮像してい
るCCD撮像素子16,17の画素子には同じ粒子群の
散乱光が入射するので、それぞれの偏光成分の光強度の
比からMieの理論式に基づき測定対象空間S内に浮遊
する微粒子の代表的な大きさが求められる。また、前も
って作成しておいた既知の微粒子についてのデータとの
比較により粒子濃度を求める。
【0018】また、受光系は同一観測方向に設置される
ことが好ましい。即ち、照射光軸に対して同じ光軸交角
となるように配置されることが好ましい。本実施例では
図1に示したように測定対象空間Sの一方の側に受光系
を一つにまとめて配置しているので、照射光軸に対する
光軸交角が自ずと等しくなり、換言すれば光軸交角が特
定の角度に拘束されることがなくなり、位置合わせが容
易になる。
【0019】図2は本発明に係る微粒子測定装置の他の
例を示す構成図であり、この微粒子測定装置にあって
は、図1に示した微粒子測定装置と異なり、測定対象空
間Sの左右に照射光軸に対して同じ光軸交角(γ)とな
るように2つの受光系を配置している。尚、図2に示し
た微粒子測定装置と同一の部材については同一の符号を
付し説明を省略する。
【0020】このような構成とすれば、同じ光軸交角
(γ)とするための手間は必要になるが、波長選択手段
として波長フィルタか誘電体ミラーの一方のみを設けれ
ば足りることになる。尚、光軸交角(γ)は90°が好
ましいが、予め双方の光軸交角(γ)が判明していれ
ば、双方の光軸交角(γ)が異なっていてもよい。
【0021】上述した実施例はいずれもレーザ光源を2
個使用しているが、要は偏光面の異なる2種類の波長が
存在すれば足りるのであるから、1つのレーザ光源であ
って、2波長同時発振のものを用いてもよい。
【0022】図3は2つの波長のレーザ光を1つのレー
ザ光源21で生成する例を示し、この図に示すように1
つのレーザ光源21、誘電体ミラー22、1/2波長板
23及びミラー24を用いることも可能である。
【0023】尚、実施例としては検出感度を上げるため
に、異なる偏光成分として0°及び90°のものを示し
たが、特にこれに限定されるものではない。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
観測面に対する偏光方向及び波長が異なる2つのレーザ
光を一定の広がりを持つ照射光として測定対象空間に照
射し、この測定対象空間内の所定の平面的な領域から散
乱光を偏光成分毎に撮像素子に入射せしめ、各偏光成分
毎の散乱光強度比から測定対象空間内に存在する微粒子
群の代表的な粒子の大きさ及び二次元の粒子濃度を求め
るようにしたので、装置を走査することなく所定の領域
での粒子径と粒子数を求めることができる。
【0025】また、従来の偏光特性を用いない測定法で
あれば、二次元的な空間分布しか測定できなかったが、
本発明のように散乱光の偏光特性に基づき、且つ波長を
媒介として2種類の偏光成分の散乱光強度を測定するこ
とで、粒子の大きさと二次元的な空間分布を同時に測定
することができる。
【0026】また、平面的にある広がりを持った散乱光
を偏光フィルタによって分離する場合、フィルタへの入
射角が偏光分離に敏感に影響して分離が困難になるが、
偏光角が異なる2つのレーザ光の夫々の波長を異ならせ
ておけば、偏光フィルタの代りに入射角度にそれ程敏感
でない波長選択フィルタを用いることができ、更にアパ
ーチャのような高精度の位置合わせを必要とする部材を
使用しないので、結果として高精度な二次元分布が測定
可能となる。
【0027】更に、測定対象空間内の所定の平面的な領
域から散乱光を取り出す受光系を1つとすれば、位置合
わせが極めて簡単に行える。一方、測定対象空間内の所
定の平面的な領域から散乱光を取り出す受光系左右に一
対配置するようにすれば、部品を省略することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る微粒子測定装置の全体構成図
【図2】本発明に係る微粒子測定装置の他の例を示す全
体構成図
【図3】2つの波長のレーザ光を生成する1つのレーザ
光源を示す図
【図4】従来の微粒子測定装置の構成図
【符号の説明】
1、2…レーザ光源、6…広がりをもった照射光とする
ためのレンズ系、10…受光系、11…散乱光を所定の
平面的な領域から取り出すレンズ系、12,14…誘電
体ミラー、13,15…波長選択フィルタ、16,17
…CCD撮像素子、L…シート状照射光、S…測定対象
空間。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定角度の偏光成分からなる第1のレー
    ザ光と、この第1のレーザ光と偏光角度及び波長が異な
    る第2のレーザ光とを同一方向から照射光として測定対
    象空間に照射し、この測定対象空間からの散乱光を所定
    の平面的な領域から取り出し、当該散乱光を波長毎に分
    離することで散乱光を偏光成分毎の散乱光に分離して撮
    像素子に入射せしめ、各偏光成分毎の散乱光強度比から
    測定対象空間内に存在する微粒子群の代表的な粒子の大
    きさ及び粒子濃度を求めるようにしたことを特徴とする
    微粒子測定方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の微粒子測定方法におい
    て、異なる偏光成分としては観測面に対する角度が0°
    及び90°のものとし、また前記照射光が観測方向から
    見て一定の幅を有するシート状光としたことを特徴とす
    る微粒子測定方法。
  3. 【請求項3】 所定角度の偏光成分からなる第1のレー
    ザ光を生成する第1のレーザ光源と、前記第1のレーザ
    光と偏光角度及び波長が異なる第2のレーザ光を生成す
    る第2のレーザ光源と、第1及び第2のレーザ光を照射
    光として測定対象空間に照射するレンズ系と、この測定
    対象空間内の所定の平面的な領域から散乱光を取り出す
    レンズ系と、このレンズ系を介して取り出した散乱光か
    ら波長を指標として二つの偏光成分に分離する波長選択
    手段と、この波長選択手段で分離した一方の偏光成分の
    散乱光が入射する第1の撮像素子と、他方の偏光成分の
    散乱光が入射する第2の撮像素子とを備えてなる微粒子
    測定装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の微粒子測定装置におい
    て、前記測定対象空間内の所定の平面的な領域から散乱
    光を取り出すレンズ系を含む受光系は、測定対象空間の
    一方の側に1つ配置されていることを特徴とする微粒子
    測定装置。
  5. 【請求項5】 請求項3に記載の微粒子測定装置におい
    て、前記測定対象空間内の所定の平面的な領域から散乱
    光を取り出すレンズ系を含む受光系は、測定対象空間の
    左右にそれぞれ1つ配置されたことを特徴とする微粒子
    測定装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の微粒子測定装置におい
    て、前記各受光系は照射光軸に対する光軸交角が90°
    であることを特徴とする微粒子測定装置。
  7. 【請求項7】 請求項3乃至請求項5に記載の微粒子測
    定装置において、前記波長選択手段は誘電体ミラーであ
    ることを特徴とする微粒子測定装置。
  8. 【請求項8】 請求項3乃至請求項5に記載の微粒子測
    定装置において、前記第1及び第2のレーザ光源を1つ
    のレーザ光源にしたことを特徴とする微粒子測定装置。
  9. 【請求項9】 請求項3乃至請求項5に記載の微粒子測
    定装置において、異なる偏光成分としては観測面に対す
    る角度が0°及び90°のものとし、また照射光が一定
    の幅を有するシート状光としたことを特徴とする微粒子
    測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020173244A (ja) * 2019-04-09 2020-10-22 株式会社日立製作所 粒子サイズ測定装置および測定方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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