(57)【要約】【課題】９０度散乱法を用いるものであって、散乱光のｐ偏光成分とｓ偏光成分とを同時に得ることができる欠陥測定装置及び欠陥測定方法を提供する。【解決手段】欠陥測定装置１００は、試料Ｓの第１の面Ｆ１にレーザ光を照射するレーザ発振器３及び照射用光学系４と、試料Ｓに照射されたレーザ光に対し、試料Ｓのうち第１の面Ｆ１と直交する第２の面Ｆ２から生じる光を撮像する撮像部６と、撮像部６が撮像した画像に基づいて試料Ｓの内部の欠陥を測定する制御部７と、試料Ｓの第２の面Ｆ２と撮像部６との間に配置され、第２の面Ｆ２から生じる光をｐ偏光成分及びｓ偏光成分に分離するウォラストンプリズム５２とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の第１の面を通して当該被測定物の内部にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
前記被測定物に照射された前記レーザ光に対し、前記被測定物のうち前記第１の面と直交する第２の面を通して当該被測定物の内部から生じる光を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像に基づいて前記被測定物の内部の欠陥を測定する測定手段と、
前記被測定物の前記第２の面と前記撮像手段との間に配置され、前記第２の面を通して前記被測定物の内部から生じる光をｐ偏光成分及びｓ偏光成分に分離する偏光分離素子と、
を備えることを特徴とする欠陥測定装置。
【請求項２】
前記レーザ照射手段は、主にｐ偏光成分又はｓ偏光成分からなるレーザ光を前記被測定物に照射する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】
前記レーザ照射手段は、主にｐ偏光成分からなるレーザ光と、主にｓ偏光成分からなるレーザ光とを前記被測定物に交互に照射する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４】
被測定物の第１の面を通して当該被測定物の内部にレーザ光を照射するレーザ照射工程と、
前記被測定物に照射された前記レーザ光に対し、前記被測定物のうち前記第１の面と直交する第２の面を通して当該被測定物の内部から生じる光を撮像手段で撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像された画像に基づいて前記被測定物の内部の欠陥を測定する測定工程と、
を備え、
前記撮像工程では、前記被測定物の前記第２の面と前記撮像手段との間に配置された偏光分離素子によってｐ偏光成分及びｓ偏光成分に分離された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、９０度散乱法を用いて被測定物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。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンウェハなどの被測定物の欠陥を検出してその密度分布などを測定する欠陥測定装置として、いわゆる９０度散乱法を利用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この９０度散乱法は、被測定物の所定の照射面にレーザ光を照射して、当該照射面と直交する観察面からの散乱光を撮像する手法であり、観察面にレーザ光を照射する手法と比べて、観察面から深い部分に容易にレーザ光を照射できることや欠陥検出の感度が高いといった優位性を有している。
【０００３】
また、この種の欠陥測定装置においては、被測定物からの散乱光をｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離して撮像することによって、欠陥種別などのより多くの情報が得られることが知られている。このような欠陥測定装置では、被測定物と撮像手段との間に偏光板が配置されており、被測定物からの散乱光をｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、被測定物と撮像手段との間に単純に偏光板を配置した構成では、一度の測定で散乱光のうちｐ偏光成分とｓ偏光成分との何れか一方しか得ることができない。そのため、散乱光のｐ偏光成分とｓ偏光成分とを両方得るためには、偏光板の設定を変更して同様の測定を繰り返す必要があり、測定作業が煩雑になっていた。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、９０度散乱法を用いるものであって、散乱光のｐ偏光成分とｓ偏光成分とを同時に得ることができる欠陥測定装置及び欠陥測定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、欠陥測定装置であって、
被測定物の第１の面を通して当該被測定物の内部にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
前記被測定物に照射された前記レーザ光に対し、前記被測定物のうち前記第１の面と直交する第２の面を通して当該被測定物の内部から生じる光を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像に基づいて前記被測定物の内部の欠陥を測定する測定手段と、
前記被測定物の前記第２の面と前記撮像手段との間に配置され、前記第２の面を通して前記被測定物の内部から生じる光をｐ偏光成分及びｓ偏光成分に分離する偏光分離素子と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥測定装置において、
前記レーザ照射手段は、主にｐ偏光成分又はｓ偏光成分からなるレーザ光を前記被測定物に照射することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥測定装置において、
前記レーザ照射手段は、主にｐ偏光成分からなるレーザ光と、主にｓ偏光成分からなるレーザ光とを前記被測定物に交互に照射することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、欠陥測定方法であって、
被測定物の第１の面を通して当該被測定物の内部にレーザ光を照射するレーザ照射工程と、
前記被測定物に照射された前記レーザ光に対し、前記被測定物のうち前記第１の面と直交する第２の面を通して当該被測定物の内部から生じる光を撮像手段で撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像された画像に基づいて前記被測定物の内部の欠陥を測定する測定工程と、
を備え、
前記撮像工程では、前記被測定物の前記第２の面と前記撮像手段との間に配置された偏光分離素子によってｐ偏光成分及びｓ偏光成分に分離された光を撮像することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被測定物の第１の面を通してその内部に照射されたレーザ光に対し、被測定物のうち第１の面と直交する第２の面を通してその内部から生じる光が、偏光分離素子によってｐ偏光成分及びｓ偏光成分に分離されて撮像され、この画像に基づいて被測定物の内部の欠陥が測定される。したがって、第２の面を通して被測定物の内部から生じる光（散乱光）のｐ偏光成分とｓ偏光成分とを同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】欠陥測定装置の構成を示す図である。
【図２】欠陥測定装置の動作を説明するための概念図である。
【図３】各偏光成分による画像例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、図面を参照して説明する。
【００１４】
［欠陥測定装置１００の構成］
まず、本発明の実施形態である欠陥測定装置１００の構成について説明する。図１は、欠陥測定装置１００の構成を示す図である。
この図に示すように、欠陥測定装置１００は、９０度散乱法を用い、例えばシリコンウェハなどの試料（被測定物）Ｓの内部欠陥を検出してその密度分布などを測定するものである。具体的には、欠陥測定装置１００は、試料Ｓを支持するＸＹＺステージ２と、レーザ光を発生させるレーザ発振器３と、レーザ発振器３で発生したレーザ光を試料Ｓに照射するための照射用光学系４と、試料Ｓから生じた散乱光や蛍光を観察するための観察用光学系５と、観察用光学系５を経た光を撮像する撮像部６と、欠陥測定装置１００の各部を統括制御する制御部７とを備えている。
【００１５】
ＸＹＺステージ２は、３次元的に移動可能な位置調整台であり、防震台１０上に設置されている。このＸＹＺステージ２は、当該ＸＹＺステージ２上に固定された支持台２１を介して試料Ｓを支持している。支持台２１の上部には、水や油などの液体Ｌで満たされた浴槽２２が設けられており、試料Ｓが液体Ｌ中に浸漬されるようになっている。
レーザ発振器３は、試料Ｓに照射させるレーザ光を発生させるものであり、本実施形態では、波長１．０６４μｍのレーザ光を発生させる。
【００１６】
照射用光学系４は、２つのミラー４１，４１と、偏光回転子４２と、集光レンズ４３とを有している。
このうち、２つのミラー４１，４１は、レーザ発振器３で発生したレーザ光を、試料Ｓの所定の照射面（後述する第１の面Ｆ１）に向けて反射させるものである。
偏光回転子４２は、２つのミラー４１，４１を経たレーザ光を、主にｐ偏光成分のみからなる光や、主にｓ偏光成分のみからなる光、又は、両成分が所定比率で混合した光とするものである。この偏光回転子４２としては、λ／２板を用いてもよいし、液晶偏光子を用いてもよい。
集光レンズ４３は、偏光回転子４２を経たレーザ光を、所定のビーム径（例えば１０μｍ）にまで集光するものである。この集光レンズ４３は、少なくとも試料Ｓ側の面が浴槽２２内に露出して液体Ｌに浸漬されている。
【００１７】
観察用光学系５は、対物レンズ５１と、ウォラストンプリズム５２と、レーザラインフィルター５３とを有しており、これらが撮像部６から試料Ｓへの観察光軸上に試料Ｓ側からこの順に配列されている。
このうち、対物レンズ５１は、試料Ｓのうち、レーザ光が照射される照射面と直交する所定の観察面（後述する第２の面Ｆ２）を通して当該試料Ｓの内部（レーザ光が集光レンズ４３で照射される位置）に物側焦点を有している。
ウォラストンプリズム５２は、偏光分離素子であり、後述するように、試料Ｓからの散乱光をｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離するものである。
【００１８】
撮像部６は、照射されるレーザ光あるいは試料Ｓの内部から発せられる蛍光に感度のあるカメラ（例えばＣＣＤカメラやＩｎＧａＡｓカメラなど）であり、観察用光学系５を介して試料Ｓの観察面を撮像するものである。より詳しくは、撮像部６は、後述するように、レーザ光を照射された試料Ｓが当該レーザ光を内部欠陥で散乱させて観察面から生じた散乱光を撮像する。
【００１９】
制御部７は、各種のプログラムやデータを記憶する記憶部７１を有しており、これらのプログラムやデータに基づいた処理を実行し、欠陥測定装置１００の各部を統括制御する。具体的には、制御部７は、ＸＹＺステージ２を駆動するステージコントローラー８や、レーザ発振器３及び撮像部６の動作を制御したり、各種の演算処理を実行したりし、処理結果を記憶部７１に記憶させる。また、制御部７は、図示しない入力部や表示部９と接続されており、入力部によるユーザ操作を受け付けたり、各種情報を表示部９に表示させたりするようになっている。
【００２０】
［欠陥測定装置１００の動作］
続いて、試料Ｓの内部欠陥を測定する際の欠陥測定装置１００の動作について説明する。図２は、欠陥測定装置１００の動作を説明するための概念図である。
【００２１】
この図に示すように、欠陥測定装置１００では、レーザ発振器３で発生したレーザ光が、偏光回転子４２で所定の偏光状態とされ、集光レンズ４３で所定のビーム径に絞られて、Ｙ方向に沿って試料Ｓの第１の面Ｆ１に照射される。第１の面Ｆ１としては、例えばシリコンウェハでは、ウェーハ面である（１００）面が選択される。試料Ｓの第１の面Ｆ１に照射されたレーザ光は、大部分が試料Ｓの内部に入射し、内部欠陥によって散乱されて、第１の面Ｆ１と直交する第２の面Ｆ２から出射する。第２の面Ｆ２としては、例えばシリコンウェハでは、劈開面である（１１０）面が選択される。
【００２２】
そして、試料Ｓの第２の面Ｆ２から生じた散乱光は、対物レンズ５１を経た後に、ウォラストンプリズム５２によってｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離され、撮像部６の受光面に到達して結像される。こうして得られた画像から各偏光成分のＲＯＩ（Region Of Interest：着目領域）を個別に取り出すことにより、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分による２つの画像を得ることができる。そして、制御部７により、得られた画像に基づいた内部欠陥の測定が行われる。
【００２３】
ここで、各偏光成分による画像から得られる情報について説明する。図３は、各偏光成分による画像例である。この図３のうち、（ａ），（ｂ）は、主にｓ偏光成分からなるレーザ光を入射させたときの散乱光のｓ偏光成分，ｐ偏光成分による画像例であり、（ｃ），（ｄ）は、主にｐ偏光成分からなるレーザ光を入射させたときの散乱光のｐ偏光成分，ｓ偏光成分による画像例である。これらの図では、黒色部が内部欠陥を示している。
これらの図に示すように、入射光（レーザ光）及び出射光（散乱光）の偏光状態が異なっている場合には、観察される内部欠陥も異なっている。例えば内部欠陥ａは、入射光がｓ偏光成分かつ出射光がｓ偏光成分の場合にのみ観察され、内部欠陥ｂ（ｂ１，ｂ２）は、入射光がｓ偏光成分かつ出射光がｓ偏光成分の場合と、入射光がｐ偏光成分かつ出射光がｐ偏光成分の場合に観察されている。また、内部欠陥ｃは、入射光がｓ偏光成分の場合に観察されている。つまり、この画像例の試料Ｓには、少なくとも３種類の欠陥が存在することになる。
【００２４】
このように、入射光及び出射光の偏光状態を異ならせて測定を行うことにより、試料Ｓの内部欠陥の有無は勿論のこと、その欠陥種別も判別することができる。したがって、偏光回転子４２によって入射光（レーザ光）の偏光状態をｐ偏光成分とｓ偏光成分とに切り換えつつ、ウォラストンプリズム５２によって出射光（散乱光）をｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離することにより、試料Ｓの内部欠陥の欠陥種別を判別することができる。
なお、偏光回転子４２による入射光（レーザ光）の偏光状態は、主にｐ偏光成分又はｓ偏光成分からなるものに限定されず、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分が所定比率で混合したものであってもよいし、主にｐ偏光成分からなるものと主にｓ偏光成分からなるものとに時間的に交互に換えてもよい。
【００２５】
また、欠陥測定装置１００では、図２に示すように、レーザ光に対して試料Ｓを相対的に移動させることによって、必要な範囲に亘る試料Ｓの欠陥測定を行う。具体的には、まず、試料Ｓを図２の−Ｘ方向に移動させ、試料Ｓに対してレーザ光をＸ方向に沿って１ライン分スキャンさせて欠陥測定を行う。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ＳをＺ方向に移動させ、次のラインで同様にレーザ光をＸ方向に沿って１ライン分スキャンさせて欠陥測定を行う。
【００２６】
［効果］
以上のように、本実施形態によれば、試料Ｓの第１の面Ｆ１を通してその内部に照射されたレーザ光に対し、試料Ｓのうち第１の面Ｆ１と直交する第２の面Ｆ２を通してその内部から生じる散乱光が、ウォラストンプリズム５２によってｐ偏光成分及びｓ偏光成分に分離されて撮像され、この画像に基づいて試料Ｓの内部欠陥が測定される。したがって、第２の面Ｆ２を通して試料Ｓの内部から生じる散乱光のｐ偏光成分とｓ偏光成分とを同時に得ることができる。
【００２７】
また、試料Ｓと撮像部６との間に配置されたウォラストンプリズム５２により、試料Ｓの内部から生じる蛍光も分割されるため、撮像部６で撮像される画像の背景輝度を低減させて欠陥の検出感度を向上させることができる。なお、シリコン結晶からの蛍光は、上述した散乱光と異なり、図３に示すような偏光依存性は有していない。つまり、この蛍光は、入射光の偏光方向に依存せず、同等のｓ偏光成分及びｐ偏光成分を生じる。
【００２８】
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１００  欠陥測定装置
３      レーザ発振器（レーザ照射手段）
４      照射用光学系（レーザ照射手段）
４２  偏光回転子
４３  集光レンズ
５      観察用光学系
５１  対物レンズ
５２  ウォラストンプリズム（偏光分離素子）
６      撮像部（撮像手段）
７      制御部
Ｓ      試料
Ｆ１  第１の面
Ｆ２  第２の面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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