(57)【要約】【課題】空間分解能が測定光の波長未満の、サブミクロン以下である反射スペクトルを得ることができる反射スペクトル測定装置を得る。【解決手段】分光エリプソメータに加えて、プローブ９と、近接場光を発生させる励起光を照射する励起光照射手段となる第２の光源１０と、上記プローブを測定光の試料照射面に近付ける移動手段となる３Ｄアクチュエータ１１とを備えている。プローブ９は測定光の波長より小さい口径の微小開口を有し、第２の光源１０により近接場光を発生させる励起光を照射し、石英製の光ファイバー１２を通して、上記プローブ９の先端に近接場光を発生させ、３Ｄアクチュエータ８を移動手段として、プローブ９を試料表面に接近させる。【選択図】        図１
2004205311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射スペクトルの測定方法において、試料に入射する測定光と上記試料から反射する光との干渉によって形成される光場に、先端に上記測定光の波長より小さい口径の開口を有し、上記先端に近接場光が発生するプローブを進入させて、上記近接場光により上記光場を散乱させて反射スペクトルを測定する反射スペクトルの測定方法。
【請求項２】
反射スペクトル測定装置において、先端に測定光の波長より口径の小さい開口を有するプローブと、このプローブの上記先端に近接場光を発生させる励起光を照射する励起光照射手段と、上記プローブを、試料表面へ接近させる移動手段とを備えた反射スペクトル測定装置。
【請求項３】
分光エリプソメータに、請求項２に記載の励起光照射手段と移動手段とを備えたことを特徴とする反射スペクトル測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に近接場光を利用した反射スペクトルの測定方法および反射スペクトル測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの量産プロセスにおいて微小領域を評価する装置としては、光の波長より小さい空間分解能を有し、分光分析できる近接場光学顕微鏡が開発されている。
この近接場光学顕微鏡は、微小開口を有するプローブから取り出された近接場光を試料に照射し、試料からの散乱光を集光して分光検出する。
この時、近接場光の分布は光の波長に依存せず、プローブの微小開口によってのみ決定されるため、光の波長より小さい微小開口を形成することで、分光測定の空間分解能は光の波長未満の、サブミクロン以下の空間分解能を達成することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１０１８０８号公報（第２頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記近接場光学顕微鏡では、近接場光を試料表面に照射し、試料表面からの「散乱光」を集光して観測するため、検出できる情報は試料表面の散乱光に基づく。そのため、試料表面の反射光に基づく、例えば薄膜の膜厚や屈折率を測定光の波長未満である、サブミクロンオーダの空間分解能で測定することができないという課題があった。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、空間分解能が測定光の波長未満である、サブミクロンオーダの反射スペクトルが得られる反射スペクトルの測定方法および反射スペクトル測定装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の反射スペクトルの測定方法は、反射スペクトルの測定方法において、試料に入射する測定光と上記試料から反射する光との干渉によって形成される光場に、先端に上記測定光の波長より小さい口径の開口を有し、上記先端に近接場光が発生するプローブを進入させて、上記近接場光により上記光場を散乱させて反射スペクトルを測定する方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態の反射スペクトル測定装置の構成図である。
本実施の形態においては、反射スペクトルとして、偏光反射スペクトルを測定する場合について説明するが、本願はこれに限定されず、例えば通常の反射スペクトルや蛍光反射スペクトルにも適用できる。
【０００８】
図１に示される本発明の実施の形態の反射スペクトル測定装置において、試料４は試料台８に載置され、第１の光源１からの測定光はモノクロメタ２および偏光板３を介することによりＳ、Ｐ偏光が得られ、この直線偏光を試料４に入射１３する。
上記偏光は試料４表面で反射されて、上記Ｓ、Ｐ偏光の位相および振幅が変化して円偏光となった反射光１４を１/４波長板５で直線偏光に戻し、さらに検光子６を介してフォトマルチメータ７で受光するように構成されており、以上の構成は一般的な分光エリプソメータの構成である。
【０００９】
本実施の形態の反射スペクトル測定装置においては、上記構成に加えて、図１に示すようにプローブ９と、近接場光を発生させる励起光を照射する励起光照射手段となる第２の光源１０と、上記プローブを測定光の試料照射表面に接近させる移動手段となる３Ｄアクチュエータ１１とを備えている。
上記プローブ９の先端は例えば０．００１ミクロン程度に先鋭化し、上記測定光の波長より小さい口径の微小開口を有し、第２の光源１０により近接場光を発生させる励起光を照射し、石英製の光ファイバー１２を通して、上記プローブ９の先端に近接場光を発生させ、３Ｄアクチュエータ８を移動手段として、プローブ９を試料表面に接近させるようにしたものである。
【００１０】
一般的に、分光エリプソメトリは、上記のようにｐ偏光およびｓ偏光に偏光した測定光を試料表面に入射１３し、試料表面からの反射光１４の位相または振幅を測定するものであるが、上記反射光の位相または振幅の変化により、試料表面の薄膜（汚染）の膜厚または屈折率の変化を測定することができる。
さらに、本実施の形態においては、上記のように測定光の波長よりも小さい（サブミクロンオーダの）口径の微小開口から近接場光を発生するプローブ９を、試料表面へ接近させると、上記入射する測定光と上記試料から反射する光との干渉によって形成される光場（定常局所電場）が、進入されたプローブ９からの近接場光により、局所的（サブミクロンオーダの領域で）に散乱され、この時の上記反射光の変化をフォトマルチメータ７で受光するが、これは試料のサブミクロン領域に光をスポット状に照射したことになり、上記局所領域の上記情報を有する光となる。
さらに、本実施の形態の測定装置は、表面の光学情報をリアルタイムでかつ空気中で測定することができるという分光エリプソメトリの特徴をも備えている。
【００１１】
実施の形態２．
図２は、上記実施の形態の測定装置を用いて、半導体ウエハ２０表面の反射スペクトルを測定し、半導体ウエハに存在する０．１ミクロン角程度の表面汚染領域２１を測定する状態を示す説明図で、半導体ウエハ２０を微小移動させて、分光エリプソメトリによる反射光をモニタリングすることにより表面汚染を測定する状態を模擬的に示し、図中、下部は移動位置と得られた反射光量の変化を示している。
【００１２】
上記のように、反射光の位相や振幅はプローブ９から発生する近接場光による散乱光量に依存するため、試料を微小移動することにより対象領域を含んだより広い領域で各光量をマッピングする。
この時、プローブから照射される近接場光のスポットはプローブ先端のサイズで決まるため、横方向の空間分解能は十分にサブミクロン以下に設定でき、表面サブミクロン以下の面内分解能で表面の汚染等をモニタリングできる。
【００１３】
なお、本実施の形態においては、汚染領域２１では、図２に示すように、上記反射光量が上昇する場合を示したが、これに限定されず減少する場合も同様に汚染領域を測定することができる。
【００１４】
また、照射する光の波長をモノクロメータにより変化させ、各波長において本実施の形態におけると同様の測定を反復して行うことにより、表面の微小領域の表面汚染の種類がある程度特定できる。
【００１５】
また、本実施の形態では、本願発明を分光エリプソメトリに適用したものであるので、表面の局所定常電場の乱れの程度や汚染の種類にも依存するが、表面から０．００１ミクロン程度までの反射スペクトルによって得られる薄膜の膜厚や屈折率の測定が可能であるので、表面から０．００１ミクロン程度までの深さの汚染状態の測定が可能である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の第１の反射スペクトルの測定方法は、反射スペクトルの測定方法において、試料に入射する測定光と上記試料から反射する光との干渉によって形成される光場に、先端に上記測定光の波長より小さい口径の開口を有し、上記先端に近接場光が発生するプローブを進入させて、上記近接場光により上記光場を散乱させて反射スペクトルを測定する方法で、空間分解能が測定光の波長未満の反射スペクトルが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の反射スペクトル測定装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の測定装置を用いて、半導体ウエハに存在する表面汚染領域を測定する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
９  プローブ、１０  励起光照射手段、１１  移動手段、２１  汚染領域。
【図１】
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【図２】
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