(57)【要約】【課題】  偏光解析装置、偏光解析による異常検出方法、磁気記録媒体の製造方法、及び、半導体ウェーハの製造方法に関し、試料の広範囲の平均的な膜厚、形状、物理特性を短時間、かつ精度よく計測する。【解決手段】  試料上の分光光学特性を計測する計測機構と、前記計測機構からの計測光が前記試料に当たる位置を調整できるステージ機構と、前記計測光の前記試料上での照射位置を検出するためのステージ位置検出機構と、前記試料を移動させながら前記計測光が前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ所定の波長の光学特性を加算して取得および記録する受光記録機構と、前記受光記録機構における記録を基に前記試料の表面の構造を解析するエリプソメーター或いはスキャトロメーターのいずれかの解析機能を有する偏光解析機構とを設ける。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の分光光学特性を計測する計測機構と、
前記計測機構からの計測光が前記試料に当たる位置を調整できるステージ機構と、
前記計測光の前記試料上での照射位置を検出するためのステージ位置検出機構と、
前記試料を移動させながら前記計測光が前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ所定の波長の光学特性を加算して取得および記録する受光記録機構と、
前記受光記録機構における記録を基に前記試料の表面の構造を解析するエリプソメーター或いはスキャトロメーターのいずれかの解析機能を有する偏光解析機構と
を有する偏光解析装置。
【請求項２】
前記受光記録機構が、分光器と、
前記計測光が前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ前記分光器内に前記計測光が入射するように調整するためのシャッターを有する請求項１に記載の偏光解析装置。
【請求項３】
前記受光記録機構が、前記分光器及びシャッターを前記ステージ機構と同期制御する同期制御機構を有する請求項２記載の偏光解析装置。
【請求項４】
試料上の分光光学特性を前記試料を移動させながら計測光を照射する工程と、
前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ所定の波長の光学特性を加算して取得および記録する工程と、
前記記録を基に前記試料の表面の構造を偏光解析することにより前記試料の表面の構造異常を検出する工程と
を有する偏光解析による異常検出方法。
【請求項５】
前記試料を所定の領域に分割して、分割したそれぞれの領域における平均的な計測を行った結果を基にして、構造異常がある可能性の高いと判定した領域をさらに小さな領域に分割して詳細計測を行う工程を有する請求項４に記載の偏光解析による異常検出方法。
【請求項６】
磁気記録媒体からなる試料上の分光光学特性を前記試料を移動させながら計測光を照射する工程と、
前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ所定の波長の光学特性を加算して取得および記録する工程と、
前記記録を基に前記試料の表面の構造を偏光解析することにより前記試料の表面の構造異常を検出する工程と、
前記検出工程において異常を検出しない試料を合格品と判定する工程と
を有する磁気記録媒体の製造方法。
【請求項７】
半導体ウェーハからなる試料上の分光光学特性を前記試料を移動させながら計測光を照射する工程と、
前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ所定の波長の光学特性を加算して取得および記録する工程と、
前記記録を基に前記試料の表面の構造を偏光解析することにより前記試料の表面の構造異常を検出する工程と、
前記検出工程において異常を検出しない試料を合格品と判定する工程と
を有する半導体ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光解析装置、偏光解析による異常検出方法、磁気記録媒体の製造方法、及び、半導体ウェーハの製造方法に関するものであり、例えば、磁気記録媒体や半導体ウェーハ等の試料表面に形成された薄膜や微細構造の厚み・形状・物理特性などを通常の間引き測定より高精度に且つ効率的に測定するための構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体や磁気ディスクなどの分野においてリソグラフィー技術やインプリント技術により製品上に作製した薄膜や微細構造の膜厚や線幅や屈折率などの物理特性などの計測を行うことがプロセス管理上必要である。
【０００３】
そのためには、エリプソメーターやスキャトロメーターなどの偏光解析を利用した光学的計測が用いられることが多い（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。エリプソメーターやスキャトロメーターは、サンプル表面に偏光状態が既知の計測光を当て、サンプルから反射した計測光の偏光状態を実測し、サンプルをモデル化して理論的に計算した偏光状態と比較することで膜厚などを計測する装置である。
【０００４】
このエリプソメーターとスキャトロメーターの基本的構成は同じであるが、サンプルをモデル化して理論的に計算した偏光状態と比較する手法において異なるものである。表面が平坦なサンプルに対してはエリプソメーターを用い、表面に凹凸構造があるサンプルに対してはスキャトロメーターを使用するのが一般的である。なお、エリプソーター技術については例えば、非特許文献１に詳しい。また、スキャトロメトリー技術については、例えば、非特許文献２に技術の概略が紹介されている。
【０００５】
図６は、通常のエリプソメーターあるいはスキャトロメーターの基本的な装置構成図である。エリプソメーターとスキャトロメーターの基本的構成は同じであり、サンプル４１を載置するとともに回転させるスピンドルモータを備えたステージ４２、サンプル４１に計測光４５を照射するための光源４３、光源４３からの光を所定の偏光状態に偏光するポラライザー４４、サンプル４１からの反射光４６の偏光状態を調整するアナライザー４７、アナライザー４７で偏光状態が調整された反射光４６を受光する光検出器４８、ステージ４２の移動を制御するステージ制御部４９、ステージ制御部４９を制御するとともに、光検出器４８からの偏光情報を解析する制御・解析用ＰＣ５０から構成される。
【０００６】
この場合のサンプル４１上における計測光４５のサイズは通常φ数ミリからφ数十ミクロンである。多くの装置では、分析に用いる情報を多くするため、光源４３に白色光源を用い、光検出器４８に分光器を使用して多数波長の偏光状態を用いてデータ解析をする。
特に、サンプルの構造が複雑な場合や、計測精度が必要な場合には分光による偏光解析が必須である。
【０００７】
分光器には検出素子にＣＣＤを用いて多数波長の分光データを一括して取得できるポリクロメーターか、検出素子に光電子増倍管などを用いて一波長ずつ波長を切り替えながら分光データを取得するモノクロメーターが使用される。
【０００８】
サンプル４１上の１箇所を計測する時間は計測する波長範囲にもよるが、ポリクロメータータイプでおよそ数秒、モノクロメータータイプで数分である。ポリクロメータータイプは高速であるが、モノクロメータータイプに比べて検出感度が劣るため、計測精度の悪化や光検出感度の不足が生じる。微細化が進む半導体や磁気ディスクの計測には精密計測や短波長領域の解析（光強度が不足しやすい）が必要となる場合、モノクロメータータイプの装置が使用される。
【０００９】
分光器による検出値とそのときのポラライザー４４、アナライザー４７の偏光状態の設定情報から計測光４５がサンプル４１の表面で反射した際の偏光状態の変化として、以下で定義されるΨ（λ）、Δ（λ）を検出する。
ｒｐ（λ）／ｒｓ（λ）・ｔａｎ（Ψ（λ））×ｅｘｐ（ｉΔ（λ））
但し、ｒｐ（λ）、ｒｓ（λ）はそれぞれｐ偏光およびｓ偏光の波長λにおける振幅反射係数である。したがって、Ψ（λ）は反射光４６におけるｐ偏光とｓ偏光の振幅比で決定される角度であり、Δ（λ）は反射光４６のｐ偏光とｓ偏光における位相差角度である。
【００１０】
このように実測したΨ（λ）、Δ（λ）を、制御・解析用ＰＣ５０で計算する理論モデルから求めたΨ（λ）、Δ（λ）を比較することにより、サンプル４１の薄膜の膜厚や微細構造の形状などを求めることができる。
【特許文献１】特開２００５−２５７４７５号公報
【特許文献２】特開２００７−１３３９８５号公報
【非特許文献１】藤原，分光エリプソメトリー，丸善発行
【非特許文献２】白崎，分光エリプソメーターによる形状計測，Ｏ  ｐｌｕｓ  Ｅ，ｖｏｌ．３，２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、短波長領域の解析や高精度な計測が必要となる場合、モノクロメータータイプの装置を使用する必要があるが、前述したように、サンプル上の１箇所を計測するのに数秒から数分かかるため、特に、多くの検査時間が必要となるという問題がある。
【００１２】
したがって、半導体ウェハや磁気ディスクなどの大面積のサンプルを計測する場合、全面を計測するには非常に多くの時間がかかるため、間引き計測にならざるを得えないのが実情である。
【００１３】
図７は、間引き計測の状況の概念的説明図であり、図７（ａ）に示すように磁気ディスク等のサンプル４１の表面の所定箇所を選択して測定を行う。図７（ｂ）は各測定箇所における測定結果を模式的に示した図である。なお、この場合には、８箇所で測定を行う場合を示している。
【００１４】
しかし、測定箇所が少ない場合には、図７（ａ）に示すように、サンプル４１の一部に不良箇所５１がある場合にも、局所的に存在する不良領域５１を見逃し易いという問題があった。
【００１５】
したがって、本発明は、エリプソメーターやスキャトロメーター等の偏光解析装置を使用して、試料の広範囲の平均的な膜厚、形状、物理特性を短時間、かつ精度よく計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点からは、試料上の分光光学特性を計測する計測機構と、前記計測機構からの計測光が前記試料に当たる位置を調整できるステージ機構と、前記計測光の前記試料上での照射位置を検出するためのステージ位置検出機構と、前記試料を移動させながら前記計測光が前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ所定の波長の光学特性を加算して取得および記録する受光記録機構と、前記受光記録機構における記録を基に前記試料の表面の構造を解析するエリプソメーター或いはスキャトロメーターのいずれかの解析機能を有する偏光解析機構とを有する偏光解析装置が提供される。
【００１７】
また、本発明の別の観点からは、試料上の分光光学特性を前記試料を移動させながら計測光を照射する工程と、前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ所定の波長の光学特性を加算して取得および記録する工程と、前記記録を基に前記試料の表面の構造を偏光解析することにより前記試料の表面の構造異常を検出する工程とを有する偏光解析による異常検出方法が提供される。
【００１８】
また、本発明の別の観点からは、磁気記録媒体からなる試料上の分光光学特性を前記試料を移動させながら計測光を照射する工程と、前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ所定の波長の光学特性を加算して取得および記録する工程と、前記記録を基に前記試料の表面の構造を偏光解析することにより前記試料の表面の構造異常を検出する工程と、前記検出工程において異常が検出されない試料を合格品と判定する工程とを有する磁気記録媒体の製造方法が提供される。
【００１９】
また、本発明のさらに別の観点からは、半導体ウェーハからなる試料上の分光光学特性を前記試料を移動させながら計測光を照射する工程と、前記試料上の予め設定した所定の領域にある時のみ所定の波長の光学特性を加算して取得および記録する工程と、前記記録を基に前記試料の表面の構造を偏光解析することにより前記試料の表面の構造異常を検出する工程と、前記検出工程において異常が検出されない試料を合格品と判定する工程とを有する半導体ウェーハの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
開示の偏光解析装置、偏光解析による異常検出方法、磁気記録媒体の製造方法、及び、半導体ウェーハの製造方法によれば、エリプソメーターやスキャトロメーター等の偏光解析装置を用いて通常の間引き計測を行うことにより、短時間でかつ広範囲に試料の表面状態の計測を行うことができ、試料内の局所的な不良箇所の見逃しを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態の偏光解析装置の概念的構成図であり、基本的には従来の偏光解析装置にシャッター、シャッター制御部及び同期制御部を設けたものである。
【００２２】
図１に示すように、本発明の実施の形態の偏光解析装置は、サンプル１１を載置するとともに回転させるスピンドルモータを備えたステージ１２、サンプル１１に計測光１５を照射するための白色光源１３、白色光源１３からの光を所定の偏光状態に偏光するポラライザー１４、サンプル１１からの反射光１６の偏光状態を調整するアナライザー１７、アナライザー１７で偏光状態が調整された反射光１６を所定のタイミングでのみ通過させるシャッター１８、シャッター１８を通過した反射光１６を受光する分光器１９、シャッター１８の開閉を制御するシャッター制御部２０、ステージ１２の移動とシャッター１８の開閉を同期させる同期制御部２１、ステージ１２の移動を制御するステージ制御部２２、サンプル１１の移動位置を検出する位置検出センサ２３、ステージ制御部２２及び同期制御部２１を制御するとともに、分光器１９からの偏光情報を解析する制御・解析用ＰＣ２４から構成される。
【００２３】
この場合、制御・解析用ＰＣ２４におけるサンプル１１をモデル化して理論的に計算した偏光状態と比較する手法において、平坦な表面からの反射光を対象としたモデルに対応する機能を備えたものがエリプソメーターとなる。一方、凹凸のある表面からの散乱光を対象としたモデルに対応する機能を備えたものがスキャトロメーターとなる。
【００２４】
本発明の実施の形態の偏光解析装置において、ステージ制御部２２を備えたステージ１２が計測光１５がサンプル１１に当たる位置を調整するサンプル移動機構となる。また、ステージ１２には、計測光１５がサンプル１１のどこに照射されているかを検出するための位置検出センサ２３がステージ位置検出機構として備えられている。
【００２５】
なお、図においては、シャッター１８を受光側に設けているが、白色光源１３とポラライザー１４との間に設けても良く、その場合には、計測光１５は所定のタイミングでのみサンプルに照射されることになる。これらのタイミングはステージ１２に設けられた位置検出センサ２３の検出出力により制御される。
【００２６】
次に、図１乃至図３を併せて参照して、本発明の実施の形態における偏光解析による異常検出方法を説明する。図１に示すように、白色光源１３からの計測光１５を、ポラライザー１４で偏光状態を調整した後、スピンドルモータを備えたステージ１２からなるサンプル移動機構により移動中あるいは静止中のサンプル１１の表面に計測光１５を照射する。サンプル１１からの反射光１６をアナライザー１７により偏光状態を調整した後、分光器１９で波長毎の偏光状態を検出する。
【００２７】
この時、図２（ａ）に示すように、サンプル移動機構に設置した位置検出センサ２３の信号を元に計測光１５がサンプル１１のどこに照射されているかを検出する。検出結果に基づいて、サンプル１１の所定の位置に計測光１５が当たっているときのみシャッター１８を開いてサンプル１１からの反射光１６を分光器１９に入射させる。なお、図においては、４つの領域２５〜２８に区分して計測を行う例を示している。
【００２８】
分光器１９で取得した計測光１５がサンプル１１上の所定の領域にあるときの平均的な分光偏光特性に基づいて、制御・解析用ＰＣ２４において、図２（ｂ）に例示するように、各波長における偏光情報Ψ（λ）、Δ（λ）として記録する。この偏光情報Ψ（λ）、Δ（λ）からサンプル１１の平均した領域における膜厚、形状、物理特性を検出する。
【００２９】
この時、領域２６に不良領域２９を検出した場合には、図２（ｃ）に示すように、領域２５を更に細分化して再び同様の測定を行う。ここでは、領域２６をサブ領域２６１，２６２に二分した例を示している。このように、領域を限定して詳細計測を繰り返すことにより不良領域２９の詳細位置を特定できる。
【００３０】
図３は、このような一連のフローを纏めた本発明の実施の形態における偏光解析による異常検出方法のフローチャートである。このように、単なる間引きではなく、サンプル１１を回転させながら予め設定した所定の領域２５〜２８のそれぞれの平均的な計測を行うことで、領域２６の不良領域２９を見逃すことなく効率よく検出することが可能となる。
【００３１】
なお、特定の波長における光量が１回の走査で足りない場合は所定の領域２５〜２８を複数回走査し、必要な光量を加算して偏光情報を検出・記録したのち、別の波長におけるΨ（λ）、Δ（λ）の検出・記録に移行する。
【００３２】
また、図においては、１周を４分割しているが分割数は任意である。但し、分割数が多すぎると測定に要する時間が増加し、一方、分割数が少なすぎると不良領域２９からの情報が平均値の中で薄められて見逃される虞がある。
【実施例１】
【００３３】
以上を前提として、次に、図４を参照して、本発明の実施例１の偏光解析による異常検出方法を説明する。図４は、サンプル１１となる磁気ディスク３１上のａ−ｂ間の領域３２のデータを取得する場合の同期計測の説明図である。この例では、計測光３３は図の白丸の位置にあり、磁気ディスク３１を時計方向に一定方向に回転させている。回転を検出する原点センサ３４は図４の３時の方向に設置されているとする。
【００３４】
磁気ディスク３１の回転中に原点センサ３４の検出信号を元に原点位置を検出し、原点位置の検出タイミングと磁気ディスク３１の回転速度を基に、磁気ディスク３ｌのａ−ｂ間の領域３２が計測光位置にある位置でシャッターを開けて波長λ１における偏光情報を記録する。なお、光量が足りない場合には複数回数ディスクを回転させてａ−ｂ間の領域３２での偏光情報を加算し、次の波長λ２の記録に移行する。これを必要とする波長の分を繰り返す。
【実施例２】
【００３５】
次に、図５を参照して、本発明の実施例２の偏光解析による異常検出方法を説明する。
図５は、本発明の実施例２の偏光解析による異常検出方法における計測領域の設定方法の説明図であり、計測光３３をトラック幅方向、即ち、磁気ディスク３１の半径方向に移動させてデータを取得する。
【００３６】
このように、磁気ディスク３１の半径方向にも平均計測領域３５を拡大することによって、不良領域を見逃す確率が大幅に低減することになる。なお、図では計測光を動かしているが、ディスクの回転機構のほかにステージに水平方向の移動機構を備えることで、磁気ディスク３１を水平方向に動かしてデータ取得範囲の拡大を行っても良い。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態及び各実施例を説明してきたが、本発明は実施の形態及び各実施例に記載した構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上記の各実施例においては、計測光がサンプル上の予め設定した所定の領域にある時のみ分光器内に計測光が入射するようにシャッターにより調整しているが、必須ではない。
【００３８】
例えば、サンプル上の全ての領域からの反射光を分光器内に間欠的に取込んで、所定の時間区分にある所定の波長の光学特性を加算するように構成しても良い。この場合に、時間区分は原点センサの原点位置から距離により適宜決定すれば良く、それによって、シャッター機構が不要になる。
【００３９】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、上記の実施例１或いは実施例２の偏光解析による異常検出方法は、磁気記録媒体や半導体ウェーハの製造工程に適用されるものである。この場合、磁気記録媒体或いは半導体ウェーハを試料として上述の偏光解析による異常検出を行い、異常が検出されなかった磁気記録媒体或いは半導体ウェーハを合格品と判定して出荷することになる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態の偏光解析装置の概念的構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の偏光解析による異常検出方法の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態における偏光解析による異常検出方法のフローチャートである。
【図４】本発明の実施例１における同期計測の説明図である。
【図５】本発明の実施例２の偏光解析による異常検出方法における計測領域の設定方法の説明図である。
【図６】従来のエリプソメーター或いはスキャトロメーターの基本的な装置構成図である。
【図７】間引き計測の状況の概念的説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１  サンプル
１２  ステージ
１３  白色光源
１４  ポラライザー
１５  計測光
１６  反射光
１７  アナライザー
１８  シャッター
１９  分光器
２０  シャッター制御部
２１  同期制御部
２２  ステージ制御部
２３  位置検出センサ
２４  制御・解析用ＰＣ
２５〜２８  領域
２６１，２６２  サブ領域
２９  不良領域
３１  磁気ディスク
３２  領域
３３  計測光
３４  原点センサ
３５  平均計測領域
４１  サンプル
４２  ステージ
４３  光源
４４  ポラライザー
４５  計測光
４６  反射光
４７  アナライザー
４８  光検出器
４９  ステージ制御部
５０  制御・解析用ＰＣ
５１  不良領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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