(57)【要約】【課題】高感度で欠陥測定ができる欠陥測定装置及び欠陥測定方法の１つを提供すること。【解決手段】集光用レンズ３ａで絞ったレーザ光を試料１に照射し、当該試料１からの散乱光を観察用レンズ４ａを介して撮像し当該撮像結果に基づいて当該試料の内部の欠陥を測定する欠陥測定装置１００において、前記試料１及び前記観察用レンズ４ａを液体Ｌで浸漬して、前記試料１と前記観察用レンズ４ａとの間を前記液体Ｌで満たしたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光用レンズでビーム径を絞ったレーザ光を試料に照射し、当該試料の内部の欠陥によって散乱した散乱光を観察用レンズを介して撮像し当該撮像結果に基づいて当該試料の内部の欠陥を測定する欠陥測定装置において、
前記試料及び前記観察用レンズを液体で浸漬して、前記試料と前記観察用レンズとの間を前記液体で満たしたことを特徴とする欠陥測定装置。
【請求項２】
前記集光用レンズを前記液体で浸漬して、前記集光用レンズと前記試料との間を前記液体で満たしたことを特徴とする請求項１に記載の欠陥測定装置。
【請求項３】
前記レーザ光は前記試料の第１の面に照射され、前記第１の面と交差する第２の面からの前記散乱光を前記観察用レンズを介して撮像することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の欠陥測定装置。
【請求項４】
前記レーザ光は前記試料の第１の面に照射され、前記第１の面から出る前記散乱光を前記観察用レンズを介して撮像することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の欠陥測定装置。
【請求項５】
前記液体は油であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の欠陥測定装置。
【請求項６】
集光用レンズでビーム径を絞ったレーザ光を試料に照射し、当該試料の内部の欠陥によって散乱した散乱光を観察用レンズを介して撮像し当該撮像結果に基づいて当該試料の内部の欠陥を測定するにあたり、
前記集光用レンズを介して前記レーザ光を前記試料に照射し、前記試料との間を液体で満たした前記観察用レンズを介して前記散乱光を撮像することを特徴とする欠陥測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液浸のレンズを介して、ビーム径を絞ったレーザ光を試料に照射し、当該試料からの散乱光を、液浸のレンズを介して撮像し、当該撮像結果に基づいて当該試料の内部の欠陥を測定する欠陥測定装置及び欠陥測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を試料に照射し、当該試料からの散乱光を撮像し、撮像した画像に対して所定の画像処理を施し、この画像処理結果に基づいて試料の内部の欠陥の密度分布などを測定する欠陥測定装置及び欠陥測定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この欠陥測定装置及び欠陥測定方法は、９０度散乱法を用いるもので、試料の内部の欠陥によって散乱した散乱光を撮像することによって欠陥粒子などの二次元配置を反映した二次元画像を得るようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６０４６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、半導体製造等の分野においては、従来の検出感度が概ね１７ｎｍφであるのに対して、昨今のデバイスルールでは１０ｎｍφ台の検出感度が要求されている。これを、単純に散乱強度が欠陥サイズの６乗に比例するとして計算すれば、昨今の欠陥測定装置及び欠陥測定方法では従来の欠陥測定装置及び欠陥測定方法の約２４倍の検出感度が要求されることとなる。
この検出感度を達成するためには、試料の表面の傷などからの迷光除去、試料内部のＰＬ（蛍光）による背景輝度の低減、高屈折率の試料の場合の実効ＮＡ（Numerical aperture）の向上、高屈折率の試料の場合の表面での反射率の低減などの対策が考えられる。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、高感度で試料の内部の欠陥の測定が可能な欠陥測定装置及び欠陥測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の手段は、
集光用レンズでビーム径を絞ったレーザ光を試料に照射し、当該試料の内部の欠陥によって散乱した散乱光を観察用レンズを介して撮像し当該撮像結果に基づいて当該試料の内部の欠陥を測定する欠陥測定装置において、
前記試料及び前記観察用レンズを液体で浸漬して、前記試料と前記観察用レンズとの間を前記液体で満たしたことを特徴とする。
【０００７】
第２の手段は、第１の手段において、前記集光用レンズを前記液体で浸漬して、前記集光用レンズと前記試料との間を前記液体で満たしたことを特徴とする。
【０００８】
第３の手段は、第１の手段又は第２の手段において、前記レーザ光は前記試料の第１の面に照射され、前記第１の面と交差する第２の面からの前記散乱光を前記観察用レンズを介して撮像することを特徴とする。
【０００９】
第４の手段は、第１の手段又は第２の手段において、前記レーザ光は前記試料の第１の面に照射され、前記第１の面から出る前記散乱光を前記観察用レンズを介して撮像することを特徴とする。
【００１０】
第５の手段は、第１の手段から第４の手段のいずれか一の手段において、前記液体は油であることを特徴とする。
【００１１】
第６の手段は、
集光用レンズでビーム径を絞ったレーザ光を試料に照射し、当該試料の内部の欠陥によって散乱した散乱光を観察用レンズを介して撮像し当該撮像結果に基づいて当該試料の内部の欠陥を測定するにあたり、
前記集光用レンズを介して前記レーザ光を前記試料に照射し、前記試料との間を液体で満たした前記観察用レンズを介して前記散乱光を撮像することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る欠陥測定装置及び欠陥測定方法によれば、少なくとも試料及び観察用レンズが液体で浸漬されて、試料と観察用レンズとの間が液体で満たされているので、観察用レンズの開口数ＮＡが向上する。その結果、欠陥像の分解能が向上し、高感度で欠陥測定ができることになる。また、受光量及び欠陥輝度を高めることができる。
また、レーザ光を集光用レンズによって絞っているので迷光の発生を抑制することができる。
さらに、試料が液体で浸漬されているので、高屈折率の試料の場合の表面での反射率を低減することができ、試料の表面での乱反射を低減し、背景輝度の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態である欠陥測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】９０度散乱法の原理を説明する概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である欠陥測定装置の要部を示す概略図である。
【図４】比較例の非液浸光学系を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である欠陥測定装置の要部を示す概略図である。
【図６】本発明の第３の実施形態である欠陥測定装置の要部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明を実施するための形態である欠陥測定装置及び欠陥測定方法について説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
１.欠陥測定装置の概略構成について
図１は、本発明の実施形態である欠陥測定装置の構成を示すブロック図である。
同図において、符号１は測定対象である試料（被検物体）を指示している。
この欠陥測定装置１００は、試料１に照射すべきレーザ光を発生するレーザ発生部２と、レーザ発生部２で発生したレーザ光を試料１に照射する照射用光学系３と、試料１の内部の欠陥によって散乱された散乱光を観察するための観察用光学系４と、観察用光学系４を経た光を撮像する撮像部５と、撮像結果に基づいて試料１内の欠陥を測定する欠陥測定部として機能する制御部６とを備えている。
また、この欠陥測定装置１００は、試料１を載せるためのＸＹＺステージ７と、駆動部８ａ，８ｂ，８ｃと、欠陥の測定のための各種プログラム及びデータを記憶する記憶部９と、欠陥の測定のために必要な各種画像等を表示するための表示部１０と、各種指令を入力するための入力部１１とを備えている。
【００１６】
制御部６は、ＣＰＵ等によって構成され、記憶部９に記憶された各種プログラムやデータに従って、各種画像処理を行ったり、欠陥測定装置１００の各部を統括制御したりする。後者の統括制御としては、制御部６は、駆動部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ、記憶部９、表示部１０及び入力部１１を制御する。
そして、駆動部８ａは、制御部６の制御下で、ＸＹＺステージ７を駆動する。また、駆動部８ｂは、制御部６の制御下で、レーザ発生部２を駆動する。さらに、駆動部８ｃは、制御部６の制御下で、観察用光学系４を駆動するとともに、撮像部５を駆動する。
【００１７】
２.９０度散乱法の原理について
次に、この欠陥測定装置１００によって実行される９０度散乱法の原理を説明する。
この９０度散乱法においては、図２に示すように、試料１の第１の面Ｆ１にはビーム径が絞られたレーザ光が照射され、試料１内の欠陥によって散乱され試料１の第２の面Ｆ２から出た散乱光が結像される。例えば、シリコンウェーハでは、第１の面Ｆ１としてはウェーハ面である（１００）面、第２の面Ｆ２としては劈開面である（１１０）面が選択される。
この９０度散乱法においては、まず、試料１を図２の−Ｘ方向に移動させ、試料１に対してレーザ光を１ライン分スキャンさせる。図２にはレーザ光のスキャン方向が矢印Ａで示されている。そして、レーザ光の１ライン分スキャンさせている間、試料１内の欠陥によって散乱された散乱光が結像される。図２には撮像部受光面で結像された欠陥画像が示されている。
その後、レーザ光の１ライン分のスキャンが終わると、試料１を図２のZ方向に移動させ、次のラインでレーザ光を１ライン分スキャンさせる。このときも、試料１内の欠陥によって散乱された散乱光が結像される。
以上のようにして、試料１内の欠陥に対応した二次元欠陥画像が得られる。そして、この二次元欠陥画像に基づいて欠陥の測定が行われる。これが９０度散乱法の原理である。
【００１８】
３.第１の実施形態である欠陥測定装置の要部について
続いて、欠陥測定装置１００の要部について説明する。
図３は、この欠陥測定装置１００の要部の概略を示している。
この欠陥測定装置１００においては、試料１と、照射用光学系３のうち試料１に対向する集光用レンズ３ａと、観察用光学系４のうち試料１に対向する観察用レンズ（対物レンズ）４ａとが液体Ｌによって浸漬されている。すなわち、集光用レンズ３ａと試料１との間、及び、試料１と観察用レンズ４ａとの間が液体Ｌで満たされている。このような構成を実現するため、図１に示すように、ＸＹＺステージ７上に液体Ｌを入れた浴槽１２を設置し、この液体Ｌ内に試料1、集光用レンズ３ａ及び観察用レンズ４ａを浸漬させている。
この場合、使用される液体としては水や油が挙げられ、好適には、試料１の屈折率により近い屈折率の高い油が使用される。例えば、試料１がシリコンの場合に使用される液体の具体的を挙げれば、純水（屈折率１．３３）、イマージョンオイル（屈折率１．５１）やアニソール（屈折率１．５１）等が挙げられる。勿論、液体はこれらに限定されるものではない。
また、この欠陥測定装置１００においては、レーザ光を試料１に対してスキャンさせなければならないことから、試料１と光学系とを相対移動させる必要がある。そこで、第１の実施形態の欠陥測定装置１００では、試料１を液体Ｌが満たされた浴槽１２内に基台１３を介して固定し、光学系である照射用光学系３及び観察用光学系４の一部を浴槽１２の上方から浴槽１２内の液体Ｌに浸漬し、ＸＹＺステージ７にて試料１を移動させることにより、試料１に対して照射用光学系３及び観察用光学系４を相対移動できる構造としている。試料１と光学系とを相対移動させることが可能な構造であるならば、この構造に限定されないことは言うまでもない。
【００１９】
４.第１の実施形態に係る欠陥測定方法について
この欠陥測定装置１００、及び、この欠陥測定装置１００によって実行される欠陥測定方法によれば、次のようにして欠陥の測定が行われる。
すなわち、レーザ発生部２で発生されたレーザ光は照射用光学系３に入り、照射用光学系３の集光用レンズ３ａによってビーム径が絞られる。ここで、「絞る」とは、光量はそのままにビーム径を細くすることを言う。そして、集光用レンズ３ａによってビーム径が絞られたレーザ光は図３に示すように液体Ｌ中を通り試料１の第１の面Ｆ１に照射される。この第１の面Ｆ１に照射されたレーザ光はその一部が第１の面Ｆ１で反射されるが、大部分が試料１の内部に導かれ、内部の欠陥で散乱される。そして、散乱によって生じた散乱光で第２の面Ｆ２から出た散乱光は液体Ｌ中を経て観察用レンズ４ａで集められ、観察用光学系４の他の光学素子を経て撮像部５に到達し結像される。そして、この撮像部５で光電変換が行われ、この光電変換により撮像部５で生成された電気信号は制御部６（図１参照）に送られる。制御部６は、記憶部９に記憶された欠陥測定用プログラムやデータに従って、この電気信号を処理し、欠陥の測定を行う。
【００２０】
５.第１の実施形態である欠陥測定装置及び欠陥測定方法の効果について
以上のように構成された欠陥測定装置１００、及び、この欠陥測定装置１００によって実行される欠陥測定方法の代表的な効果を挙げれば次の通りである。
すなわち、集光用レンズ３ａを出たレーザ光は液体Ｌ中を経て試料１の第１の面Ｆ１に導かれるので、レーザ光が空気中を経て試料１の第１の面Ｆ１に導かれる場合と比べて、第１の面Ｆ１での反射が少なくなり、試料１内に導かれる光量が増大することになる。
さらに、試料１と観察用レンズ４ａとの間が液体Ｌで満たされているため、観察用レンズ４ａの開口数ＮＡが向上する。具体的には観察用レンズは通常×５０でＮＡ０．５程度であるが、液浸にした場合にはＮＡ０．８〜１．０を実現できる。その結果、欠陥画像の分解能が向上し、高感度で欠陥測定ができることになる。また、観察用レンズ４ａの開口数ＮＡが向上するため、受光量及び欠陥輝度を高めることができる。このことは、逆に言えば、同じ欠陥画像の分解能を得ようとするならば、レーザ光の入射光量を低減できることを意味している。そして、入射光量を低減させることとすれば、それに起因するＰＬ光の発生を抑制することができる。
また、レーザ光を集光用レンズ３ａによって絞っているので迷光が生じにくくなる。
さらに、試料１が液体Ｌで浸漬されているため、高屈折率の試料１の場合の表面での反射率を低減することで、試料１の表面での乱反射を低減し、背景輝度の低減を図ることができる。
【００２１】
次に、欠陥測定装置１００、及び、この欠陥測定装置１００によって実行される欠陥測定方法の効果を具体的数値に基づいて示す。その結果は、次表の通りである。
ここでは、非液浸光学系を用いた場合と、水浸光学系を用いた場合と、油浸光学系を用いた場合との効果の相違を示している。非液浸光学系と液浸光学系との効果の相違を視覚的に見やすいように、図４に比較対象の非液浸光学系を示している。
この非液浸光学系は、図３に示す液浸光学系に対応するもので、その相違は、試料1、集光用レンズ３ａ及び観察用レンズ４ａが液体に浸漬されていない点で図３に示す液浸光学系と異なっている。この非液浸光学系は、その他の点では、図３に示す液浸光学系と同じ構成となっている。
なお、水浸光学系と油浸光学系との相違は、試料1、集光用レンズ３ａ及び観察用レンズ４ａを浸漬する液体Ｌが水か油かの点である。
【表１】
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上の表において、ＮＡはｎ×ｓｉｎθの式から求められ、分解能は０．６１（１＋１／ｍ）λ／ＮＡの式から求められ、表面反射率は（ｎ０−ｎ１）２／（ｎ０−ｎ１）２の式から求められる。また、受光量は（ＮＡ）２に比例し、欠陥の輝度は（NA）４にそれぞれ比例する。ここで、nは試料と観察用レンズとの間の媒質の屈折率、θは光軸と観察用レンズの最も外側に入る光線とがなす角、λは波長、mは倍率である。また、ｎ０は媒質の屈折率、ｎ１は反射する面の屈折率である。さらに、受光量及び欠陥の輝度については空気中を１とした場合の相対的な値を示している。
なお、ちなみに、ＰＬ光について言えば、空気中のＰＬ光を基準とした場合に、表面反射率を３５％低減した系では入射光量を３５％減ずることができ４２．３％となり、背景輝度の大きな低減が図れた。
また、第１の実施形態である欠陥測定装置１００の欠陥密度の測定限界について説明すれば、従来法の密度限界は１Ｅ１０ｃｍ−３程度の欠陥密度が上限であったが、集光用レンズ３ａ及び観察用レンズ４ａを液浸にすることによって入射ビーム径は約半分（ＮＡ０．４から０．８）に、さらに分解能向上による密度限界向上は２．５６倍（１／分解能２）であることから、これまでの約５倍の欠陥密度を計測することが可能となった。
【００２２】
［第２の実施形態］
図５は第２の実施形態の要部を示している。
この欠陥測定装置２００においては、試料１と、照射用光学系３のうち試料１に対向する集光用レンズ３ａと、観察用光学系４のうち試料１に対向する観察用レンズ４ａとが液体によって浸漬されている。そして、集光用レンズ３ａと試料１との間、及び、試料１と観察用レンズ４ａとの間が液体で満たされている。この欠陥測定装置２００は、この点では、第１の実施形態である欠陥測定装置１００と同じ構成となっている。
しかし、この欠陥測定装置２００は、試料１、照射用光学系３及び観察用光学系４が液面に対して傾斜しており、試料１の端部の一部だけが液体に浸漬されている点が第１の実施形態である欠陥測定装置１００と異なっている。
なお、この欠陥測定装置２００のその他の構成については第１の実施形態である欠陥測定装置１００と同様なので、図示及び説明は省略する。この欠陥測定装置２００において、第１の実施形態である欠陥測定装置１００の構成要素に相当する部分については、同じ符号を付してある。
【００２３】
この第２の実施形態である欠陥測定装置２００、及び、この欠陥測定装置２００によって実行される欠陥測定方法によれば、第１の実施形態である欠陥測定装置１００、及び、この欠陥測定装置１００によって実行される結晶欠陥測定方法と同様の効果が得られる。
なお、この第２の実施形態である欠陥測定装置２００、及び、この結晶欠陥測定装置２００によって実行される欠陥測定方法は、特に、大型の試料、例えば大型のウェーハの欠陥測定装置及び欠陥測定方法に適している。大型化したウェーハ全体を液体に浸漬する構成とすれば、装置全体が大型化するが、ウェーハの端部だけ液体に浸漬することとすれば、装置の大型化を抑制することができる。
【００２４】
［第３の実施形態］
図６は第３の実施形態の要部を示している。
この欠陥測定装置３００においては、試料１と、照射用光学系３のうち試料１に対向する集光用レンズ３ａと、観察用光学系４のうち試料１に対向する観察用レンズ４ａとが液体によって浸漬されている。そして、集光用レンズ３ａと試料１との間、及び、試料１と観察用レンズ４ａとの間が液体で満たされている。この欠陥測定装置３００は、この点では、第１の実施形態である欠陥測定装置１００と同じ構成となっている。
しかし、この欠陥測定装置３００は、９０度散乱法を用いない点で第１の欠陥測定装置１００とは異なっている。
【００２５】
この欠陥測定装置３００は、液浸の斜入射観察法を用いている。
具体的には、この欠陥測定装置３００は、試料１の表面の斜め上方からレーザ光を試料１に照射し、試料１の表面に垂直な方向に配された観察用光学系４を介して欠陥像を結像させる構成となっている。なお、ここでは試料１の表面に垂直な方向に配された観察用光学系４を用いているが、観察用光学系４も試料１の法線方向に対して傾斜して配置されていてもよい。
【００２６】
そして、この場合にも、集光用レンズ３ａ及び観察用レンズ４ａを液体に浸漬させている。
なお、この場合、集光用レンズ３ａを液浸とすることで、試料１を移動したことに伴って生じる波面揺れの影響をなくすことができる。
また、表面散乱（Haze）の影響を低減させることができる。すなわち、表面散乱は表面反射と関係することから、液浸の斜入射観察系として構成すれば、３５〜５０％程度、表面散乱の影響を低減させることができる。表面散乱は内部欠陥の観察にとって大きな阻害要因であり、表面散乱を低減できることは大きな感度アップに繋がることになる。
【００２７】
この第３の実施形態である欠陥測定装置３００、及び、この欠陥測定装置３００によって実行される結晶欠陥測定方法によれば、第１の実施形態である欠陥測定装置１００、及び、この欠陥測定装置１００によって実行される結晶欠陥測定方法と同様の効果が得られる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態には限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２９】
１００  欠陥測定装置
１  試料
２  レーザ発生部
３  照射用光学系
３ａ  集光用レンズ
４  観察用光学系
４ａ  観察用レンズ
５  撮像部
６  制御部
７  ＸＹＺステージ
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ  駆動部
９  記憶部
【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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