(57)【要約】【課題】高強度の反射光を実質的にゼロとする、安価かつ簡単な装置構成の反射光捕捉装置を備えた、小型の表面評価装置を提供。【解決手段】試料表面にレーザ光を斜め上方より照射させ、発生した散乱光を、試料表面の法線方向かつ対向する位置のＣＣＤで検出させる表面評価装置であって、無光沢加工円筒内に、複数枚の鏡面シリコンウエハの反射光吸収板１４を配置し、かつ無光沢加工黒色くさび状板または円錐状筒体１５を底部に配設した反射孔捕捉装置１３の反射光吸収板１４に、反射光が最小となるブリュースター角θの７６度で、試料表面からの反射光を入射させ、反射光を実質的にゼロとすることにより、反射光に起因する迷光を除去し、より高精度で信頼性高く、試料表面を評価する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に、レーザ光を斜め上方より照射させる光照射手段と、試料表面に対して法線方向かつ対向する位置に配置された、発生させた散乱光を結像させる結像レンズ及び結像させた散乱光を電気信号に変換させるＣＣＤからなる散乱光検出手段と、該ＣＣＤからの電気信号を記録させる記録手段とを有する表面評価装置において、少なくとも１枚の反射光吸収板が、反射光捕捉装置内に配置されてなることを特徴とする表面評価装置。
【請求項２】
反射光吸収板へのレーザ光の入射角度が、該吸収板からの反射光が最小となるブリュースター角で入射されてなることを特徴とする請求項１に記載の表面評価装置。
【請求項３】
反射光吸収板が、屈折率の実部が大きく、かつ虚部が小さい材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面評価装置。
【請求項４】
反射光吸収板が、厚さ０．５μｍ以上の鏡面シリコンウエハであることを特徴とする請求項３に記載の表面評価装置。
【請求項５】
反射光捕捉装置の底部に、くさび状板または円錐状筒体が配設されてなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面評価装置。
【請求項６】
反射光捕捉装置が、無光沢加工材料を用いて作製されてなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表面評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、絶縁体、金属等の試料表面に、光線を照射させ、試料表面からの散乱光を検出し、試料表面の、微粒子、付着物等の異物、及び粗さ、キズ、線状の溝（「スクラッチ」という。）等の微細な凹凸、並びに構造または組成の変化を、高精度に検出する表面評価装置に関し、より詳しくは、試料表面からの反射光が、迷光となることを防止するための反射光捕捉装置を備えた表面評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｈｅ−ＮｅレーザやＡｒレーザのようなレーザ光を用いて集光させた照射光を、試料表面に対して比較的垂直に近い角度で入射させ、表面からの散乱光を、凹面鏡である積分球等を用いて捕捉し、ついで各測定点での散乱光強度を、光電子増倍管（「ＰＭＴ」という。）を用いて、電気信号に変換させることにより、シリコンウエハ等の試料表面の微粒子、付着物等の異物を測定していた。また、シリコンウエハや照射光を走査させて、照射位置を移動させることにより、異物の位置を測定していた。
【０００３】
本発明者らは、先に出願した特願２００１−１５０５８４号により、試料表面の異物や微細な凹凸との識別が短時間かつ容易にでき、広い範囲にわたって、短時間かつ容易に、高精度に評価できる表面評価装置を提案した。
【０００４】
特願２００１−１５０５８４号の表面評価装置は、反射光が最小となる入射角度の照射光を、試料表面に照射させる光照射手段と、試料表面に対して法線方向かつ対向する位置に配置された、発生させた散乱光を結像させる結像レンズ及び結像された散乱光を電気信号に変換させるＣＣＤからなる散乱光検出手段と、該ＣＣＤからの電気信号を記録させる記録手段とを有することを特徴とするものである。
【０００５】
該装置は、図１の概略模式図に示されるように、試料３表面に、異物や微細な凹凸、あるいは構造や組成の変化等が存在する場合、照射光１が照射された部分より散乱光が発生し、発生した散乱光は、結像レンズ４により、ＣＣＤ５に結像する。ＣＣＤ５は、散乱光強度に応じた強さの電気信号を発生させると共に、各測定部分に対応する散乱光強度に対応する画像を、モニター１２に表示する。この画像を、記録、解析することにより、試料表面の異物、微細な凹凸、組成の変化やそれらの分布の測定、評価を行うことができる。
【０００６】
試料３表面の法線と、試料３表面への照射させるレーザ光とのなす入射角度は、反射光を最小限に抑えながら、散乱光のみを効果的に発生させる角度であり、試料の種類により決まるブリュースター角に近い角度である。シリコンの場合、７６度である。
【０００７】
試料３表面からの反射光は、他の構造物に再反射して迷光となったり、試料３表面あるいは結像レンズ４及びＣＣＤ５に再照射してノイズとなるため、反射光捕捉装置１３が配置される。
【０００８】
従来、無光沢加工した黒板や円錐状筒体等に、反射光を複数回反射させて減衰させる方法を利用した反射光捕捉装置が用いられているが、反射光を実質的にゼロとするには、大規模な装置が必要であり、また、反射光捕捉装置は、検出感度向上のため、装置本体の外部に配置されており、装置全体が大型となり、不都合であった。
【０００９】
高強度の反射光を実質的にゼロとする、安価かつ簡単な装置構成の反射光捕捉装置を備えた、小型の表面評価装置が望まれていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高強度の反射光を実質的にゼロとする、安価かつ簡単な装置構成の反射光捕捉装置を備えた、小型の表面評価装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、反射光捕捉装置内に、複数個の反射光吸収板を配し、かつ該吸収板へ入射光の角度を、反射光が最小となるブリュースター角で入射させることにより、反射光を効果的に減衰させることにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の、請求項１に記載の表面評価装置は、反射光が最小となる入射角度の照射光を、試料表面に照射させる光照射手段と、試料表面に対して法線方向かつ対向する位置に配置された、発生させた散乱光を結像させる結像レンズ及び結像させた散乱光を電気信号に変換させるＣＣＤからなる散乱光検出手段と、該ＣＣＤからの電気信号を記録させる記録手段とを有する表面評価装置において、少なくとも１枚の反射光吸収板が、反射光捕捉装置内に配置されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２に記載の表面評価装置は、請求項１に記載の発明において、反射光吸収板へのレーザ光の入射角度が、該吸収板からの反射光が最小となるブリュースター角で入射されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３に記載の表面評価装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、反射光吸収板が、屈折率の実部が大きく、かつ虚部が小さい材料からなることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４に記載の表面評価装置は、請求項３に記載の発明において、反射光吸収板が、鏡面シリコンウエハであることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５に記載の表面評価装置は、請求項１から請求項４にいずれか１項に記載の発明において、反射光捕捉装置の底部に、くさび状板または円錐状筒体が配設されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６に記載の表面評価装置は、請求項１から請求項５にいずれか１項に記載の発明において、反射光捕捉装置が、無光沢加工材料を用いて作製されてなることを特徴とするものである。
【００１８】
以下、本発明を、図面を参照して、詳細に説明する。
【００１９】
図２は、鏡面シリコンウエハにおける、Ｐ偏光（光偏光面が入射面に対して平行な光）及び／またはＳ偏光（光偏光面が入射面に対して垂直な光）の照射光１の入射角度θに対する反射光の反射率の理論値及び実験値である。図中、縦軸は、反射光の反射率を、横軸は、試料表面の法線と照射光とのなす入射角度θを表す。
【００２０】
Ｓ偏光では、照射光の入射角度θを９０度まで漸増させるに従い、反射率は単調に増加するが、Ｐ偏光では、７６度までは、反射率が漸減し、７６度でほぼ０となった後、急激に１に上昇する。反射率は、理論値、実験値共に同様の挙動であった。すなわち、Ｐ偏光の照射光を用いて入射角度θを７６度付近とすることにより、迷光の原因となる反射光を最小限に抑えることができることがわかる。
【００２１】
シリコンウエハは、光の波長４８８ｎｍにおいては、屈折率の実部ｎが４．３６７、虚部κが０．０７９１ｉであり、反射光を最小限に抑えながら、散乱光のみを効果的に発生させる入射角度θであるブリュースター角は、７６度である。
なお、ブリュースター角は、試料の種類によって決まる値である。
【００２２】
図３は、本発明の表面評価装置に配置される反射光捕捉装置の例を示す断面模式図である。図中、反射光捕捉装置１３は、無光沢加工された円筒内に、反射光吸収板１４である鏡面シリコンウエハが３枚配置され、また該装置１３の底部には、無光沢加工されたくさび状板または円錐状黒色筒体１５が配設されている。
【００２３】
試料表面からの波長４８８ｎｍのＰ偏光の反射光は、シリコンのブリュースター角である７６度の入射角度で、反射光吸収板１４である１枚目の鏡面シリコンウエハに入射して、入射した反射光の約９７％が減衰され、約３％が反射される。同様に、２枚目の鏡面シリコンウエハに入射して、約０．０９％が反射され、３枚目のシリコンウエハからの反射光は、約０．００３％となり、実質的にゼロとなって、反射光捕捉装置の底部に配設されたくさび状板または円錐状黒色筒体１５に進入し、反射を繰返して、完全に閉じ込められる。
【００２４】
鏡面シリコンウエハに波長４８８ｎｍのレーザ光が入射した場合、レーザ光の進入深さは、０．５μｍであるので、厚さ０．５μｍ以上の鏡面シリコンウエハを、反射光吸収板として用いる。
【００２５】
反射光吸収板として、鏡面シリコンウエハを用いることにより、非常に効率よく反射光を減衰することができ、好都合である。シリコンウエハに入射したレーザ光は、Ｐ偏光の場合、約９７％が減衰される。反射光吸収板として、複数枚の鏡面シリコンウエハを用いれば、反射光を実質的にゼロとすることができる。
【００２６】
本発明の、反射光捕捉装置を備えた表面評価装置によれば、試料表面からの反射光を実質的にゼロとすることができ、反射光が他の構造物に再反射することによる迷光や、試料３表面あるいは結像レンズ４及びＣＣＤ５に再照射することによるノイズがなく、より高精度で信頼性の高い表面の評価ができる。
【００２７】
本発明の表面評価装置に備えられた反射光捕捉装置は、安価かつ簡単な装置構成であり、該反射光捕捉装置を備えた表面評価装置は、小型かつ安価である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を、実施例に基づき、図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、実施例によりなんら限定されない。
【００２９】
実施例
まず、特願２００１−１５０５８４号に開示されている表面評価装置を示す概略模式図１を参照しながら、試料表面の評価方法について、説明する。
【００３０】
光源であるＡｒイオンレーザ６（波長４８８ｎｍ、出力０．１〜１．６Ｗ可変）から射出された単一レーザ光は、減光フィルター８により、光量が調節された後、２分の１波長板９により、Ｐ偏光またはＳ偏光に偏光面調整される。通常、Ｐ偏光が用いられる。
【００３１】
ついで、偏光面調整された単一レーザ光は、照射光１走査用Ｘ−Ｙスキャナー７を経た後、集光レンズ１０により、試料である６”シリコンウエハ３表面上で適当な大きさのスポットとなるように集光されて照射光１となり、試料ステージ２の上に載置されたシリコンウエハ３表面に、反射光を最小限に抑えて、散乱光のみを効果的に発生させる、ブリュースター角である、シリコンウエハ３の法線と照射光１のなす角度が７６度となる角度で入射する。
【００３２】
試料ステージ２により、該ステージ２上に載置させたシリコンウエハ３は、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に位置調整され、測定位置が移動される。
【００３３】
ガルバノ・ミラーを２段組み合わせたＸ−Ｙスキャナー７により、シリコンウエハ３の測定領域に、照射光１が均一照射される。シリコンウエハ３の測定領域より小面積に集光させた照射光１は、該スキャナー７により、シリコンウエハ３の測定領域の約２倍の領域にわたって走査される。１走査当りの測定領域は、縦×横６００μｍである。
【００３４】
Ｘ−Ｙスキャナー７としては、ガルバノ・ミラーの２段組合せ以外に、ポリゴンミラーを利用する方法やシリコンウエハをＸ−Ｙ方向に移動する方法等がある。
【００３５】
シリコンウエハ３表面への照射光１は、ほとんどがシリコンウエハ３内部を進行し、ごく一部のみが反射光となり、照射光１と反対側に進む。
【００３６】
シリコンウエハ３表面から発生した散乱光は、シリコンウエハ３表面に対して法線方向かつ対向する位置に配置された、焦点可変の結像レンズ４により、ＣＣＤ５に結像される。ついで、ＣＣＤ５に結像された散乱光は、その強度に応じた強さの電気信号に変換される。ＣＣＤ５は、ノイズの低減のため、ペルチェ素子を用いて冷却させて、暗電流を抑制している。
【００３７】
ＣＣＤ５により変換された電気信号は、パソコン１１により、画像処理され、モニター１２に、発生した散乱光の強度分布に対応したＣＣＤ画像が表示される。このＣＣＤ画像を記録、解析することにより、試料表面の異物、微細な凹凸、組成の変化やそれらの分布の測定及び評価を行うことができる。
【００３８】
本発明の表面評価装置には、図４に示すような、無光沢加工された黒色円筒内に、反射光吸収板１４である、厚さ約６００μｍの鏡面シリコンウエハが１枚配置され、また底部には、無光沢加工されたくさび状黒板１５が配設された反射光捕捉装置１３が配置されている。
【００３９】
試料表面からの波長４８８ｎｍのＰ偏光の反射光は、シリコンのブリュースター角である７６度の入射角度θで、反射光吸収板１４である１枚目の鏡面シリコンウエハに入射して、入射した反射光の約９７％が減衰され、底部に配設されたくさび状黒板１５に進入し、反射を繰返して、閉じ込められ、実質的にゼロとなる。
【００４０】
図５は、反射光捕捉装置１３内に配置された反射光吸収板１４である厚さ約６００μｍの鏡面シリコンウエハ表面に、ブリュースター角である７６度の入射角度θでレーザ光を入射させた時の様子を示す画像である。
【００４１】
図５では、レーザ光のスポットがほとんど見えず、入射させたレーザ光の約９７％が減衰され、残り約３％の僅かな反射光のみが反対側の黒色壁面に反射しており、レーザ光が効率よく捕捉されていることがわかる。
【００４２】
比較例
反射光捕捉装置１３内に反射光吸収板１４を配置させない、従来の反射光捕捉装置での反射光を調べるため、無光沢黒板表面に、レーザ光を入射させた。
【００４３】
図６は、従来の反射光捕捉装置である無光沢黒板表面に、レーザ光を入射させた時の様子を示す画像である。
【００４４】
図６では、レーザ光のスポットがはっきり見え、かつ反対側の黒色壁面には、ほとんどの反射光が反射している。
【００４５】
【発明の効果】
反射光捕捉装置を備えた本発明の表面評価装置によれば、試料表面からの反射光を実質的にゼロとすることができ、反射光が他の構造物に再反射することによる迷光や、試料３表面あるいは結像レンズ４及びＣＣＤ５に再照射することによるノイズがなく、より高精度で信頼性の高い表面の評価ができる。
【００４６】
本発明の表面評価装置に備えられた反射光捕捉装置は、安価かつ簡単な装置構成であり、該反射光捕捉装置を備えた表面評価装置は、小型かつ安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】特願２００１−１５０５８４号の表面評価装置の概略模式図である。
【図２】シリコンウエハ試料における、照射光の入射角度に対応する反射光の反射率の理論値及び実験値を示す図である。
【図３】本発明の表面評価装置に配置された反射光捕捉装置の例を示す断面模式図である。
【図４】実施例の表面評価装置に配置された反射光捕捉装置の例を示す断面模式図である。
【図５】反射光捕捉装置内に配置された反射光吸収板である鏡面シリコンウエハ表面に、レーザ光を入射させた時の様子を示す画像である。
【図６】従来の反射光捕捉装置である無光沢黒板表面に、レーザ光を入射させた時の様子を示す画像である。
【符号の説明】
１    照射光（レーザ光）
２    試料ステージ
３    試料
４    結像レンズ
５    ＣＣＤ
５’  ＣＣＤ制御盤
６    光源（Ａｒイオンレーザ）
７    Ｘ−Ｙスキャナー
８    減光フィルター
９    ２分の１波長板
１０  集光レンズ
１１、１１’  パソコン
１２  モニター
１３  反射光捕捉装置
１４  反射光吸収板（鏡面シリコンウエハ）
１５  くさび状板または円錐状黒色筒体
【図１】
2004163240.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004163240.tif 000006
【図５】
2004163240.tif 000007
【図６】
2004163240.tif 000008