(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持する試料保持手段と、
該試料保持手段により保持された試料の表面にレーザビームを集光して照射するレーザ照射手段と、
試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出する偏光検出手段と、
該偏光検出手段により検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］"を算出する強度算出手段と、
該強度算出手段により算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／λ）2］"として算出する粗度検出手段と、
を具備している表面検査装置。
【請求項２】
試料を保持する試料保持手段と、
該試料保持手段により保持された試料の表面にレーザビームを集光して照射するレーザ照射手段と、
試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出する偏光検出手段と、
該偏光検出手段により検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］"を算出する強度算出手段と、
該強度算出手段により算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／αλ）2］"として算出する粗度検出手段と、
を具備している表面検査装置。
【請求項３】
試料を保持する試料保持手段と、
該試料保持手段により保持された試料の表面にレーザビームを集光して照射するレーザ照射手段と、
試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出する偏光検出手段と、
該偏光検出手段により検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根を所定の装置常数Ｃで除算して粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝｛√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］｝／Ｃ"を算出する強度算出手段と、
該強度算出手段により算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／αλ）2］"として算出する粗度検出手段と、
を具備している表面検査装置。
【請求項４】
前記粗度検出手段に補正係数αが"０．２〜０．５"として設定されている請求項２または３記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記強度算出手段がｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"をフレネルの振幅反射率"ｒｓ，ｒｐ"から複素共役量＊により"Ｒｓ＝ｒｓ×ｒｓ*，Ｒｐ＝ｒｐ×ｒｐ*"として算出する請求項１から４のいずれか１項記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記レーザ照射手段と前記試料保持手段との少なくとも一方を移動させて試料に照射されるレーザビームを所定の分析領域ごとに二次元的に走査させる相対走査手段と、
多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を試料の表面に対応した画像として表示出力する画像表示手段と、
を有する請求項１から５のいずれか１項記載の表面検査装置。
【請求項７】
試料の表面にレーザビームを集光して照射し、
試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出し、
この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］"を算出し、
この算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／λ）2］"として算出するようにした表面検査方法。
【請求項８】
試料の表面にレーザビームを集光して照射し、
試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出し、
この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］"を算出し、
この算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／αλ）2］"として算出するようにした表面検査方法。
【請求項９】
試料の表面にレーザビームを集光して照射し、
試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出し、この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根を所定の装置常数Ｃで除算して粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝｛√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］｝／Ｃ"を算出し、
この算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／αλ）2］"として算出するようにした表面検査方法。
【請求項１０】
試料の表面に照射されるレーザビームを所定の分析領域ごとに二次元的に走査させ、多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を試料の表面に対応した画像として表示出力する請求項７から９のいずれか１項記載の表面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハやガラス基板などの試料の表面の粗度を検査する表面検査装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程などにおいては、半導体ウェハの表面に微細パターンとして金属配線を形成し、例えば、この金属配線にボンディングワイヤやチップ部品の接続端子などを接続する。金属配線などは物理的なプロセスにより形成されるので、例えば、製造工程において表面にマスク剤などが塗布されるが、これは電気的な接続の障害となるので残存しないように洗浄される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように半導体装置の製造工程においては、金属配線の表面の残存物質が洗浄される。しかし、金属配線の表面は微視的には粗面であるため、その表面の微細な汚染を完全に洗浄することは困難である。このため、半導体装置の製造工程などにおいては、金属配線の表面の粗度を検出して対策するなどして、半導体装置の歩留りを向上させることが肝要である。
【０００４】
現在、上述のような微細構造の表面検査の基礎研究として、ＳＴＭ(Scanning Tunneling Microscope)やＡＦＭ(Atomic Force Microscope)を使用したミリスケールでの表面検査は実施されているが、これは分析に多大な時間と費用とを必要とするため実用的でない。
【０００５】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、半導体ウェハに形成された金属配線などの表面の粗度を、多大な時間と費用とを必要とすることなく検査できる表面検査装置および方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面検査装置は、試料を保持する試料保持手段と、
該試料保持手段により保持された試料の表面にレーザビームを集光して照射するレーザ照射手段と、
試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出する偏光検出手段と、
該偏光検出手段により検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］"を算出する強度算出手段と、
該強度算出手段により算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／λ）2］"として算出する粗度検出手段と、
を具備している。
【００１０】
従って、本発明の表面検査装置では、試料保持手段により保持された試料の表面にレーザ照射手段がレーザビームを集光して照射すると、その試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を偏光検出手段が個々に検出する。この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として強度算出手段が粗面での反射強度Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］"を算出する。この算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λから粗度検出手段が試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／λ）2］"として算出するので、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度が算出される。
なお、本発明で云う各種手段は、その機能を実現するように形成されていれば良く、例えば、専用のハードウェア、適正な機能がプログラムにより付与されたコンピュータ、適正なプログラムによりコンピュータの内部に実現された機能、これらの組み合わせ等を許容する。
【００１１】
本発明の他の表面検査装置は、試料を保持する試料保持手段と、該試料保持手段により保持された試料の表面にレーザビームを集光して照射するレーザ照射手段と、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度“Ｒos，Ｒop”を個々に検出する偏光検出手段と、該偏光検出手段により検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度“Ｒos，Ｒop”の乗算結果“Ｒos×Ｒop”とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”の乗算結果“Ｒs×Ｒp”との比率の平方根として粗面での反射強度“Ｒou＝√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]”を算出する強度算出手段と、該強度算出手段により算出された反射強度Ｒouとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを“Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]”として算出する粗度検出手段と、を具備している。
【００１２】
従って、本発明の表面検査装置では、試料保持手段により保持された試料の表面にレーザ照射手段がレーザビームを集光して照射すると、その試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度“Ｒos，Ｒop”を偏光検出手段が個々に検出する。この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度“Ｒos，Ｒop”の乗算結果“Ｒos×Ｒop”とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”の乗算結果“Ｒs×Ｒp”との比率の平方根として強度算出手段が粗面での反射強度“Ｒou＝√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]”を算出する。この算出された反射強度Ｒouとレーザビームの波長λと補正係数αから粗度検出手段が試料の表面の粗度σを“Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]”として算出するので、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度が算出される。
【００１３】
本発明の他の表面検査装置は、試料を保持する試料保持手段と、該試料保持手段により保持された試料の表面にレーザビームを集光して照射するレーザ照射手段と、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度“Ｒos，Ｒop”を個々に検出する偏光検出手段と、該偏光検出手段により検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度“Ｒos，Ｒop”の乗算結果“Ｒos×Ｒop”とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”の乗算結果“Ｒs×Ｒp”との比率の平方根を所定の装置常数Ｃで除算して粗面での反射強度“Ｒou＝{√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]}／Ｃ”を算出する強度算出手段と、該強度算出手段により算出された反射強度Ｒouとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを“Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]”として算出する粗度検出手段と、を具備している。
【００１４】
従って、本発明の表面検査装置では、試料保持手段により保持された試料の表面にレーザ照射手段がレーザビームを集光して照射すると、その試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度“Ｒos，Ｒop”を偏光検出手段が個々に検出する。この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度“Ｒos，Ｒop”の乗算結果“Ｒos×Ｒop”とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”の乗算結果“Ｒs×Ｒp”との比率の平方根を強度算出手段が所定の装置常数Ｃで除算して粗面での反射強度“Ｒou＝√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]”を算出する。この算出された反射強度Ｒouとレーザビームの波長λと補正係数αから粗度検出手段が試料の表面の粗度σを“Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]”として算出するので、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度が算出される。
【００１５】
ここで、本発明の基本原理を以下に検証する。まず、試料が大量生産される回路部品の金属配線の場合、その表面が微視的に平滑であることはまずなく、ここに照射されるレーザビームは略乱反射される。そこで、このような粗面でのｓ／ｐ偏光の反射強度“Ｒos，Ｒop”を本発明では下記のように近似的に算出する。
【００１６】
【数１】
Ｒos＝Ｒou×Ｒs  …(１ａ)
Ｒop＝Ｒou×Ｒp  …(１ｂ)
なお、Ｒouは前述のように粗面での反射強度であり、表面の粗度に対応する。“Ｒs，Ｒp”は平滑表面でのｓ／ｐ偏光の反射強度であり、フレネルの反射式により理論的に算出される。
【００１７】
上述の数式(１ａ)(１ｂ)から自明であるように、ｓ／ｐ偏光の一方のみ測定しても粗面の反射強度Ｒouは算出できる。しかし、下記の数式(２)のように、
【００１８】
【数２】
Ｒou＝√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]  …(２)
としてｓ／ｐ偏光の両方に基づいて粗面の反射強度Ｒouを算出すれば、その精度が向上する。
【００１９】
なお、前述のように微視的には粗面である試料の表面ではレーザビームは略乱反射されるので、ｓ／ｐ偏光の反射強度“Ｒos，Ｒop”の実際の測定結果は微少な数値となる。従って、ｓ／ｐ偏光の反射強度“Ｒos，Ｒop”の実際の測定結果は下記の数式(３ａ)(３ｂ)のようになる。
【００２０】
【数３】
Ｒos＝Ｐs／Ｃ  …(３ａ)
Ｒop＝Ｐp／Ｃ  …(３ｂ)
なお、“Ｐs，Ｐp”は装置に実際に入射するｓ／ｐ偏光の光量、Ｃは装置常数で表面粗度が判明している基準試料の測定結果に基づいて決定される。
【００２１】
従って、上述の数式(３ａ)(３ｂ)により前述の粗面の反射強度Ｒouの数式(２)は、
【００２２】
【数４】
Ｒou＝{√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]}／Ｃ  …(４)
となる。
【００２３】
この数式(４)の右辺のパラメータは全部が測定値か理論値なので、これで粗面の反射強度Ｒouが算出されることになる。この粗面の反射強度Ｒouと表面粗度σには表面粗度の統計理論により、
【００２４】
【数５】
Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]  …(５)
なる関係が成立するので、これで試料の表面粗度σが算出されることになる。
【００２５】
上述のような表面検査装置における他の発明としては、前記粗度検出手段に補正係数αが“0.2〜0.5”として設定されている。従って、理論的な近似値として算出される表面粗度σが、適正な補正係数αにより実際の数値と同等となるように補正される。
【００２６】
上述のような表面検査装置における他の発明としては、前記強度算出手段がｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”をフレネルの振幅反射率“rs，rp”から複素共役量＊により“Ｒs＝rs×rs*，Ｒp＝rp×rp*”として算出する。
【００２７】
従って、ｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”が理論値として算出される。なお、フレネルの振幅反射率“rs，rp”は、試料となる金属や半導体の複素誘電率とレーザビームの入射角のみに依存する関数である。
【００２８】
上述のような表面検査装置における他の発明としては、前記レーザ照射手段と前記試料保持手段との少なくとも一方を移動させて試料に照射されるレーザビームを所定の分析領域ごとに二次元的に走査させる相対走査手段と、多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を試料の表面に対応した画像として表示出力する画像表示手段と、も具備している。
【００２９】
従って、レーザ照射手段と試料保持手段との少なくとも一方を相対走査手段が移動させて試料に照射されるレーザビームを所定の分析領域ごとに二次元的に走査させ、これで多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を画像表示手段が試料の表面に対応した画像として表示出力するので、この表示出力される画像により試料の表面の粗度の状態が確認される。
【００３１】
本発明の表面検査方法は、試料の表面にレーザビームを集光して照射し、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出し、この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）]"を算出し、この算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／λ）2］”として算出するようにした。従って、本発明の表面検査方法では、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度が算出される。
【００３２】
本発明の他の表面検査方法は、試料の表面にレーザビームを集光して照射し、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度“Ｒos，Ｒop”を個々に検出し、この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度“Ｒos，Ｒop”の乗算結果“Ｒos×Ｒop”とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”の乗算結果“Ｒs×Ｒp”との比率の平方根として粗面での反射強度“Ｒou＝√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]”を算出し、この算出された反射強度Ｒouとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを“Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]”として算出するようにした。従って、本発明の表面検査方法では、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度が算出される。
【００３３】
本発明の他の表面検査方法は、試料の表面にレーザビームを集光して照射し、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度“Ｒos，Ｒop”を個々に検出し、この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度“Ｒos，Ｒop”の乗算結果“Ｒos×Ｒop”とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”の乗算結果“Ｒs×Ｒp”との比率の平方根を所定の装置常数Ｃで除算して粗面での反射強度“Ｒou＝{√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]}／Ｃ”を算出し、この算出された反射強度Ｒouとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを“Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]”として算出するようにした。従って、本発明の表面検査方法では、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度が算出される。
【００３４】
上述のような表面検査方法における他の発明としては、試料の表面に照射されるレーザビームを所定の分析領域ごとに二次元的に走査させ、多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を試料の表面に対応した画像として表示出力するようにした。従って、表示出力される画像により試料の表面の粗度の状態が確認される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。なお、図１は本実施の形態の表面検査装置を示す模式的な側面図、図２は試料の表面粗度の三次元グラフの画像を示す正面図である。
【００３６】
まず、本実施の形態の表面検査装置１が表面を検査する試料２は、例えば、ハイブリッドＩＣ(Integrated Circuit)のＡｕからなる接続パッドであり、本実施の形態の表面検査装置１は、図１に示すように、上述のような試料２を保持する試料保持手段として試料保持ステージ３を具備している。
【００３７】
この試料保持ステージ３は、相対走査手段であるＸ／Ｙステージ４によりＸ方向とＹ方向とに移動自在に支持されている。なお、ここで云うＸ方向およびＹ方向とは、双方とも水平でありながら相互には直交する方向であり、例えば、Ｘ方向が前後方向でＹ方向が左右方向である。
【００３８】
上述のような試料保持ステージ３に保持された試料２の表面の一点に、レーザ照射手段であるレーザ照射装置５と偏光検出手段である偏光検出装置６とが60度程度の傾斜角度で対向するとともに、画像観察手段である実体顕微鏡２０が真上から垂直に対向している。
【００３９】
レーザ照射装置５は、レーザ光源であるＨｅ−Ｎｅのレーザ管７とビームエキスパンダ８と集光レンズ９とを具備しており、偏光検出装置６は、光線偏光手段である偏光板１０と二個のピンホールプレート１１，１２と光電変換手段である光検出器１３とを具備している。
【００４０】
レーザ管７は、例えば、波長 633(nm)で出力 5.0(mＷ)の可視光のレーザビームを出射し、ビームエキスパンダ８は、レーザ管７が出射するレーザビームのビーム直径を拡大する。集光レンズ９は、ビームエキスパンダで拡大されたレーザビームを集光するので、レーザ照射装置５は、試料保持ステージ３により保持された試料２の表面の“10〜1000”ミクロン平方の分析領域にレーザビームを集光して照射する。
【００４１】
偏光板１０は、例えば、グラントムソンプリズムからなり、ステッピングモータやギヤ機構からなる回動機構（図示せず）により光軸方向を軸心方向として回動自在に軸支されているので、試料２の表面で反射されたレーザ光からｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々を個々に抽出する。ピンホールプレート１１，１２は、偏光板１０により抽出されたｓ／ｐ偏光成分を中心部分のみ透過し、光検出器１３は、抽出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度を検出する。
【００４２】
Ｘ／Ｙステージ５，６と偏光板１０の回動機構と光検出器１３とには、一個の統合制御装置１４が接続されており、この統合制御装置１４が上述の各種デバイスの動作を統合制御するので、偏光検出装置６は、二次元的に走査されて試料２の表面の各所で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度を個々に検出する。
【００４３】
実体顕微鏡２０には、画像生成装置１５が接続されており、この画像生成装置１５には、画像表示装置１６と前述の統合制御装置１４とが接続されている。実体顕微鏡２０は、試料２の表面の10〜1000ミクロン平方の分析領域を観察し、画像生成装置１５は、実体顕微鏡２０により観察された試料２の表面の画像データを生成し、画像表示装置１６は、画像生成装置１５により生成された試料２の表面の画像データを表示出力する。
【００４４】
また、画像生成装置１５から画像データが入力される統合制御装置１４は、試料２の表面の分析領域の画像データに対応してＸ／Ｙステージ４の動作も制御するので、これで試料２に照射されるレーザビームが分析領域ごとに二次元的に走査されることになる。
【００４５】
統合制御装置１４には、マイクロコンピュータ１７も接続されており、このマイクロコンピュータ１７には、データ入力手段であるキーボード等のデータ入力デバイス１８と、データ出力手段であるディスプレイ等のデータ出力デバイス１９とが接続されている。
【００４６】
データ入力デバイス１８は、例えば、作業者の手動操作により命令コード等の各種データをマイクロコンピュータ１７にデータ入力し、データ出力デバイス１９は、マイクロコンピュータ１７が生成する表示画像等の各種データを作業者にデータ出力する。
【００４７】
マイクロコンピュータ１７は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やＲＡＭ(Random Access Memory)やＲＯＭ(Read Only Memory)やＩ／Ｆ(Interface)等のハードウェアを物理的に具備しており、ＲＡＭやＲＯＭ等の情報記憶媒体に事前に格納されているソフトウェアである制御プログラムをＣＰＵが読み取って各種動作を実行することにより、各種手段として各種機能が論理的に実現されている。
【００４８】
つまり、マイクロコンピュータ１７には、強度算出手段である強度算出機能、粗度検出手段である粗度検出機能、画像表示手段である画像表示機能、等が論理的に実現されている。
【００４９】
強度算出機能は、前述のようにＲＡＭやＲＯＭに事前に格納されている制御プログラムに対応してＣＰＵが所定のデータ処理を実行することにより、偏光検出装置６により検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度“Ｒos，Ｒop”の乗算結果“Ｒos×Ｒop”とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”の乗算結果“Ｒs×Ｒp”との比率の平方根を所定の装置常数Ｃで除算し、粗面での反射強度“Ｒou＝{√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]}／Ｃ”を算出する。
【００５０】
以下同様にＣＰＵが所定のデータ処理を実行することにより、粗度検出機能は、上述の強度算出機能により算出された反射強度Ｒouとレーザビームの波長λと補正係数αから試料２の表面の粗度σを“Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]”として算出する。
【００５１】
画像表示機能は、二次元的な走査により多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を試料２の表面に対応させて三次元グラフの画像を生成し、図２に示すように、これをディスプレイからなるデータ出力デバイス１９により表示出力する。
【００５２】
なお、強度算出機能には、装置常数Ｃは表面粗度が判明している基準試料（図示せず）の実際の測定結果に基づいて事前に設定されており、粗度検出機能には、補正係数αが“0.2〜0.5”として事前に設定されている。また、強度算出機能は、ｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”を、フレネルの振幅反射率“rs，rp”から複素共役量＊により“Ｒs＝rs×rs*，Ｒp＝rp×rp*”として算出する。
【００５３】
上述のようなマイクロコンピュータ１７の各種機能は、必要によりデータ出力デバイス１９等のハードウェアを利用して実現されるが、その主体はＲＡＭ等の情報記憶媒体に格納されたソフトウェアに対応して、ハードウェアからなるコンピュータであるＣＰＵが動作することにより実現されている。
【００５４】
このようなソフトウェアは、例えば、偏光検出装置６により検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度“Ｒos，Ｒop”の乗算結果“Ｒos×Ｒop”とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”の乗算結果“Ｒs×Ｒp”との比率の平方根を装置常数Ｃで除算して粗面での反射強度“Ｒou＝{√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]}／Ｃ”を算出すること、このように算出された反射強度Ｒouとレーザビームの波長λと補正係数αから試料２の表面の粗度σを“Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]”として算出すること、二次元的な走査により多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を試料２の表面に対応させ、三次元グラフの画像を生成してデータ出力デバイス１９により表示出力すること、等の処理動作をＣＰＵ等に実行させるための制御プログラムとしてＲＡＭ等の情報記憶媒体に格納されている。
【００５５】
上述のような構成において、本実施の形態の表面検査装置１の表面検査方法を以下に順次説明する。まず、試料保持ステージ３により保持された試料２の表面にレーザ照射装置５によりレーザビームが集光されて照射されるので、この状態で試料保持ステージ３がＸ／Ｙステージ４により移動される。
【００５６】
これで試料２に照射されるレーザビームが分析領域ごとに二次元的に走査されるので、このように二次元的に走査されて試料２の表面の分析領域で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度が偏光検出装置６により個々に検出される。
【００５７】
そこで、これらのｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度“Ｒos，Ｒop”の乗算結果“Ｒos×Ｒop”とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”の乗算結果“Ｒs×Ｒp”との比率の平方根が装置常数Ｃで除算され、粗面での反射強度“Ｒou＝{√[(Ｒos×Ｒop)／(Ｒs×Ｒp)]}／Ｃ”が算出される。このとき、ｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度“Ｒs，Ｒp”は、フレネルの振幅反射率“rs，rp”から複素共役量＊により“Ｒs＝rs×rs*，Ｒp＝rp×rp*”として算出される。
【００５８】
つぎに、上述のように算出された反射強度Ｒouとレーザビームの波長λと補正係数αから、試料２の表面の粗度σが“Ｒou＝exp[-(４πσ／αλ)2]”として算出される。この粗度σは試料２の表面の多数の分析領域ごとに算出されるので、二次元的な走査により多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を試料２の表面に対応させた三次元グラフの画像が生成され、図２に示すように、これがディスプレイからなるデータ出力デバイス１９により表示出力される。
【００５９】
本実施の形態の表面検査装置１は、上述のように試料２の表面からｓ／ｐ偏光の反射強度を測定して表面粗度を算出することにより、微視的には粗面である試料２の表面の粗度を簡単かつ迅速に確認することができる。このため、回路装置の製造工程などにおいて汚染の原因究明などに寄与することができ、回路装置の歩留りの向上などに協力することができる。
【００６０】
特に、本実施の形態の表面検査装置１では、ｓ／ｐ偏光の両方に基づいて粗面の反射強度Ｒouを算出し、このように算出される反射強度Ｒouを装置常数Ｃで補正し、表面粗度σの計算を適正に設定された補正係数αで補正するので、試料２の表面粗度σを良好な精度で算出することができる。
【００６１】
さらに、本実施の形態の表面検査装置１では、上述のように試料２の表面の多数の分析領域ごとに検出される粗度を、試料２の表面に対応した画像としてデータ出力デバイス１９により表示出力するので、作業者は試料２の表面の粗度の状態を一目で立体的に確認することができる。
【００６２】
なお、同図の画像は試料２としてハイブリッドＩＣのＡｕの接続パッドの表面を分析したときの三次元グラフである。また、実際に上述のような表面検査装置１を試作してＡｕの接続パッドの百個の分析領域で粗度を測定したところ、所用時間は約一分であった。
【００６３】
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では、試料２２の表面に照射されるレーザビームを走査させるため、Ｘ／Ｙステージ４が保持ステージを移動させることを例示した。
【００６４】
しかし、レーザ照射装置５や偏光検出装置６を移動させることも可能であり、このようにレーザビームを走査させるためにレーザ照射装置５や偏光検出装置６を移動させる手法としては、例えば、そのレーザ光源や光検出器は固定したまま反射ミラー等の偏向光学系を並進や回動させることも可能である。
【００６５】
また、偏光検出装置６でｓ／ｐ偏光の各々を個々に検出するため、偏光板１０を直角に回動させることを例示したが、例えば、偏光方向が直交する一対の偏光板を光路上に交互に配置するようなことも可能であり、ｓ／ｐ偏光の各々を個々に検出する一対の偏光検出装置を光路上に交互に配置するようなことも可能である。
【００６６】
さらに、上記形態ではｓ／ｐ偏光の両方に基づいて粗面の反射強度Ｒouを算出することにより、試料２の表面粗度σの算出の精度を向上させることを例示したが、ｓ／ｐ偏光の一方のみから粗面の反射強度Ｒouを算出することにより、装置の構造を簡略化するとともに演算処理の負担を軽減することも可能である。
【００６７】
また、上記形態ではＲＡＭ等にソフトウェアとして格納されている制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、マイクロコンピュータ１７の各種機能として各種手段が論理的に実現されることを例示した。しかし、このような各種手段の各々を固有のハードウェアとして形成することも可能であり、一部をソフトウェアとしてＲＡＭ等に格納するとともに一部をハードウェアとして形成することも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００７０】
請求項１記載の発明の表面検査装置は、試料を保持する試料保持手段と、該試料保持手段により保持された試料の表面にレーザビームを集光して照射するレーザ照射手段と、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出する偏光検出手段と、該偏光検出手段により検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］"を算出する強度算出手段と、該強度算出手段により算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／λ）2］"として算出する粗度検出手段と、を具備していることにより、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度を算出することができ、特に、ｓ／ｐ偏光の両方に基づいて粗面の反射強度Ｒｏｕを算出するので、試料の表面粗度σを良好な精度で算出することができる。
【００７１】
請求項２記載の発明の表面検査装置は、試料を保持する試料保持手段と、該試料保持手段により保持された試料の表面にレーザビームを集光して照射するレーザ照射手段と、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出する偏光検出手段と、該偏光検出手段により検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］"を算出する強度算出手段と、該強度算出手段により算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／αλ）2］"として算出する粗度検出手段と、を具備していることにより、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度を算出することができ、特に、ｓ／ｐ偏光の両方に基づいて粗面の反射強度Ｒｏｕを算出し、試料の表面粗度σの計算を補正係数αで補正するので、試料の表面粗度σを良好な精度で算出することができる。
【００７２】
請求項３記載の発明の表面検査装置は、試料を保持する試料保持手段と、該試料保持手段により保持された試料の表面にレーザビームを集光して照射するレーザ照射手段と、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出する偏光検出手段と、該偏光検出手段により検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根を所定の装置常数Ｃで除算して粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝｛√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］｝／Ｃ"を算出する強度算出手段と、該強度算出手段により算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／αλ）2］"として算出する粗度検出手段と、を具備していることにより、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度を算出することができ、特に、ｓ／ｐ偏光の両方に基づいて粗面の反射強度Ｒｏｕを算出し、この反射強度Ｒｏｕの算出を装置常数Ｃで補正し、試料の表面粗度σの計算を補正係数αで補正するので、試料の表面粗度σを良好な精度で算出することができる。
【００７３】
請求項４記載の発明は、前記粗度検出手段に補正係数αが"０．２〜０．５"として設定されていることにより、理論的な近似値として算出される表面粗度σを、適正な補正係数αにより実際の数値と同等となるように補正することができる。
【００７４】
請求項５記載の発明は、前記強度算出手段がｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"をフレネルの振幅反射率"ｒｓ，ｒｐ"から複素共役量＊により"Ｒｓ＝ｒｓ×ｒｓ*，Ｒｐ＝ｒｐ×ｒｐ*"として算出することにより、ｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"を理論値として算出することができる。
【００７５】
請求項６記載の発明は、前記レーザ照射手段と前記試料保持手段との少なくとも一方を移動させて試料に照射されるレーザビームを所定の分析領域ごとに二次元的に走査させる相対走査手段と、多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を試料の表面に対応した画像として表示出力する画像表示手段と、も具備していることにより、表示出力される画像により試料の表面の粗度の状態を良好に確認することができる。
【００７７】
請求項７記載の発明の表面検査方法は、試料の表面にレーザビームを集光して照射し、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出し、この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）]"を算出し、この算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／λ）2］"として算出するようにしたことにより、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度を算出することができ、特に、ｓ／ｐ偏光の両方に基づいて粗面の反射強度Ｒｏｕを算出するので、試料の表面粗度σを良好な精度で算出することができる。
【００７８】
請求項８記載の発明の表面検査方法は、試料の表面にレーザビームを集光して照射し、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出し、この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根として粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］"を算出し、この算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／αλ）2］"として算出するようにしたことにより、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度を算出することができ、特に、ｓ／ｐ偏光の両方に基づいて粗面の反射強度Ｒｏｕを算出し、試料の表面粗度σの計算を補正係数αで補正するので、試料の表面粗度σを良好な精度で算出することができる。
【００７９】
請求項９記載の発明の表面検査方法は、試料の表面にレーザビームを集光して照射し、試料の表面で反射されたレーザビームのｓ偏光成分とｐ偏光成分との各々の強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"を個々に検出し、この検出されたｓ／ｐ偏光成分の反射強度"Ｒｏｓ，Ｒｏｐ"の乗算結果"Ｒｏｓ×Ｒｏｐ"とｓ／ｐ偏光成分の平滑表面での反射強度"Ｒｓ，Ｒｐ"の乗算結果"Ｒｓ×Ｒｐ"との比率の平方根を所定の装置常数Ｃで除算して粗面での反射強度"Ｒｏｕ＝｛√［（Ｒｏｓ×Ｒｏｐ）／（Ｒｓ×Ｒｐ）］｝／Ｃ"を算出し、この算出された反射強度Ｒｏｕとレーザビームの波長λと補正係数αから試料の表面の粗度σを"Ｒｏｕ＝ｅｘｐ［−（４πσ／αλ）2］"として算出するようにしたことにより、試料の表面の偏光成分の反射強度から粗度を算出することができ、特に、ｓ／ｐ偏光の両方に基づいて粗面の反射強度Ｒｏｕを算出し、この反射強度Ｒｏｕの算出を装置常数Ｃで補正し、試料の表面粗度σの計算を補正係数αで補正するので、試料の表面粗度σを良好な精度で算出することができる。
【００８０】
請求項１０記載の発明は、試料の表面に照射されるレーザビームを所定の分析領域ごとに二次元的に走査させ、多数の分析領域の各々で個々に算出された多数の粗度を試料の表面に対応した画像として表示出力するようにしたことにより、表示出力される画像により試料の表面の粗度の状態を良好に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の表面検査装置を示す模式的な側面図である。
【図２】試料２の表面粗度の三次元グラフの画像を示す正面図である。
【符号の説明】
１    表面検査装置
２    試料
３    試料保持手段である試料保持ステージ
４    相対走査手段であるＸ／Ｙステージ
５    レーザ照射手段であるレーザ照射装置
６    偏光検出装置である偏光検出装置
１７    各種手段として機能するマイクロコンピュータ
【図１】
0003830267.tif 000002
【図２】
0003830267.tif 000003