JPH11295231A - 表面検査装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微視的には粗面である試料の表面の汚染状態
を簡単かつ迅速に検査できるようにする。 【解決手段】 試料２の表面をレーザビームで走査して
ｓ／ｐ偏光成分の反射強度を個々に検出し、これらの反
射強度の比率であるＲＲを試料２の表面の各所ごとに算
出する。このＲＲの試料２の表面での二次元的な分布を
検出し、このＲＲの分布幅を清浄な試料２の自然幅と比
較する。この比較結果としてＲＲの分布幅が自然幅から
離反していると試料２の表面が汚染されていることが判
定されるので、微視的には粗面である試料２の表面の汚
染の有無をｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲに基づいて簡単
かつ迅速に判定できる。

Description

【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汚染状態を検査する表面検
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。

【０００３】しかし、金属配線の表面が製造工程におい
て汚染されていると、この汚染物質が電気的な接続の障
害およびボンディングの強度不足の原因となる。そこ
で、半導体装置の製造工程などにおいては、金属配線の
表面の汚染状態を検査して分析し、原因を究明して対策
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】

【発明が解決しようとする課題】上述のように半導体装
置を良好な歩留りで製造するためには、金属配線の表面
の汚染状態を検査して分析する必要がある。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
微細な汚染を分析することは困難である。特に、汚染物
質が有機物と無機物との複合物質質であるような場合、
これを良好に分析することは極めて困難である。

【０００５】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(ScanningTunneling Microscop
e)やＡＦＭ(Atomic Force Microscope)を使用したナノ
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。

【０００６】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
の表面の汚染状態を、多大な時間と費用とを必要とする
ことなく検査して分析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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一の表面検査装
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、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二次元的に走査させる相対走査
手段と、二次元的に走査されて試料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偏光検出手段と、該偏光検出手
段により検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強
度の比率であるＲＲを試料の表面の各所ごとに算出する
比率算出手段と、該比率算出手段により算出されたＲＲ
の試料の表面での分布を検出する分布検出手段と、該分
布検出手段により検出されたＲＲの分布幅を清浄な試料
の自然幅と比較する数値比較手段と、該数値比較手段の
比較結果としてＲＲの分布幅が自然幅から離反している
と試料の表面が汚染されていることを判定する汚染判定
手段と、を具備している。

【０００８】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
によりレーザビームが集光されて照射されるので、この
状態でレーザ照射手段と試料保持手段との少なくとも一
方が相対走査手段により移動されて試料に照射されるレ
ーザビームが二次元的に走査される。このように二次元
的に走査されて試料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が偏光検
出手段により個々に検出される。これらのｓ偏光成分と
ｐ偏光成分との反射強度の比率であるＲＲが比率算出手
段により試料の表面の各所ごとに算出されるとともに、
この比率算出手段により算出されたＲＲの試料の表面で
の二次元的な分布が分布検出手段により検出され、この
分布検出手段により検出されたＲＲの分布幅が数値比較
手段により清浄な試料の自然幅と比較される。この数値
比較手段の比較結果としてＲＲの分布幅が自然幅から離
反していると汚染判定手段により試料の表面が汚染され
ていることが判定されるので、微視的には粗面である試
料の表面の汚染の有無がｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲに
基づいて判定される。

【０００９】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，Ｒ
opを本発明では下記のように近似する。

【００１０】

【数１】Ｒos＝Ｒou×Ｒs …(１ａ) Ｒop＝Ｒou×Ｒp …(１ｂ) なお、Ｒouは粗面での鏡面反射能、Ｒs，Ｒpは平滑表面
でのｓ／ｐ偏光の反射率である。

【００１１】試料の表面が不均一に汚染されている場
合、ｓ／ｐ偏光の反射率Ｒs，Ｒpは複雑に修飾されるこ
とになる。上述の数式(１ａ)(１ｂ)の比率が、下記の数
式(２)に示すようにｓ／ｐ偏光の反射強度の比率ＲＲと
なるが、

【００１２】

【数２】 ＲＲ＝Ｒos／Ｒop＝(Ｒou×Ｒs)／(Ｒou×Ｒp)＝Ｒs／Ｒp …(２) この比率ＲＲではｓ／ｐ偏光の比率から試料の表面の粗
度や装置の特性などに依存する常数が相殺されることに
なるので、この数式(２)を利用して本発明では試料の表
面の汚染状態を分析する。

【００１３】試料の表面が清浄な場合の比率Ｒs／Ｒpの
数値は、フレネルの反射式により材料の誘電率や光線の
入射角から理論値として算出される。例えば、入射角が
60度の場合、ＡｕのＲＲの理論値は1.09、Ｒｈでは1.95
となるので、これを実測された比率ＲＲと比較すれば試
料の表面の汚染状態が判定される。

【００１４】なお、本発明で云う清浄な試料の自然幅と
は、清浄な試料の表面でｓ偏光成分とｐ偏光成分との反
射強度を検出してＲＲを算出した場合の分布幅である。
このような分布幅とは、ＲＲの分布を比較できる横幅で
あり、例えば、半値幅を許容する。

【００１５】上述のような表面検査装置における他の発
明としては、前記数値比較手段がＲＲの分布幅として半
値幅を対応する自然幅と比較する。従って、試料の表面
の汚染状態を反映するＲＲ分布の半値幅が数値比較手段
により自然幅と比較される。

【００１６】上述のような表面検査装置における他の発
明としては、前記分布検出手段により検出されたＲＲ分
布の半値幅から試料の表面の汚染の層厚を検出する層厚
検出手段も具備している。従って、分布検出手段により
検出されたＲＲ分布の半値幅から層厚検出手段により試
料の表面の汚染の層厚が検出されるので、これで試料の
表面の汚染の層厚が確認される。

【００１７】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、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
ームを二次元的に走査させる相対走査手段と、二次元的
に走査されて試料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
出する偏光検出手段と、該偏光検出手段により検出され
たｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度の比率であるＲ
Ｒを試料の表面の各所ごとに算出する比率算出手段と、
該比率算出手段により算出されたＲＲの試料の表面での
分布を検出する分布検出手段と、該分布検出手段により
検出されたＲＲ分布の中心値をフレネルの反射式により
算出される理論値と比較する数値比較手段と、該数値比
較手段の比較結果としてＲＲ分布の中心値が理論値から
離反していると試料の表面が汚染されていることを判定
する汚染判定手段と、を具備している。

【００１８】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
によりレーザビームが集光されて照射されるので、この
状態でレーザ照射手段と試料保持手段との少なくとも一
方が相対走査手段により移動されて試料に照射されるレ
ーザビームが二次元的に走査される。このように二次元
的に走査されて試料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が偏光検
出手段により個々に検出される。これらのｓ偏光成分と
ｐ偏光成分との反射強度の比率であるＲＲが比率算出手
段により試料の表面の各所ごとに算出されるとともに、
この比率算出手段により算出されたＲＲの試料の表面で
の二次元的な分布が分布検出手段により検出され、この
分布検出手段により検出されたＲＲ分布の中心値が数値
比較手段によりフレネルの反射式により算出される理論
値と比較される。この数値比較手段の比較結果としてＲ
Ｒ分布の中心値が理論値から離反していると汚染判定手
段により試料の表面が汚染されていることが判定される
ので、微視的には粗面である試料の表面の汚染の有無が
ｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲに基づいて判定される。

【００１９】上述のような表面検査装置における他の発
明としては、前記汚染判定手段は、ＲＲ分布の中心値が
理論値より増加していると試料の表面が単一物質により
汚染されていることを判定して減少していると複合物質
により汚染されていることを判定する。

【００２０】従って、ＲＲ分布の中心値が理論値より増
加していると汚染判定手段により試料の表面が単一物質
により汚染されていることが判定され、減少していると
複合物質により汚染されていることが判定されるので、
試料の表面を汚染している物質が単一物質か複合物質か
がｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲに基づいて判定される。

【００２１】上述のような表面検査装置における他の発
明としては、ＲＲ分布に基づいて判定された汚染の各種
データを試料の表面に対応した画像として表示出力する
画像表示手段も具備している。

【００２２】従って、ＲＲ分布に基づいて判定された汚
染の各種データが画像表示手段により試料の表面に対応
した画像として表示出力されるので、この画像により試
料の表面の二次元的な汚染状態が確認される。なお、こ
のように画像として表示出力される汚染の各種データと
しては、例えば、汚染の有無を示す二値データ、汚染の
層厚を示す数値データ、汚染物質が単一物質か複合物質
かを示す二値データ、等を許容する。

【００２３】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。

【００２４】本発明の一の表面検査方法は、試料の表面
に集光されたレーザビームを照射して二次元的に走査
し、この二次元的に走査されて試料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し、この検出されたｓ偏光成分とｐ
偏光成分との反射強度の比率であるＲＲを試料の表面の
各所ごとに算出し、この算出されたＲＲの試料の表面で
の分布を検出し、この検出されたＲＲの分布幅を清浄な
試料の自然幅と比較し、この比較結果としてＲＲの分布
幅が自然幅から離反していると試料の表面が汚染されて
いることを判定するようにした。従って、本発明の表面
検査方法では、微視的には粗面である試料の表面の汚染
の有無がｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲに基づいて判定さ
れる。

【００２５】本発明の他の表面検査方法は、試料の表面
に集光されたレーザビームを照射して二次元的に走査
し、この二次元的に走査されて試料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し、この検出されたｓ偏光成分とｐ
偏光成分との反射強度の比率であるＲＲを試料の表面の
各所ごとに算出し、この算出されたＲＲの試料の表面で
の分布を検出し、この検出されたＲＲ分布の半値幅から
試料の表面の汚染の層厚を検出するようにした。従っ
て、本発明の表面検査方法では、微視的には粗面である
試料の表面の汚染の層厚がｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲ
に基づいて判定される。

【００２６】本発明の他の表面検査方法は、試料の表面
に集光されたレーザビームを照射して二次元的に走査
し、この二次元的に走査されて試料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し、この検出されたｓ偏光成分とｐ
偏光成分との反射強度の比率であるＲＲを試料の表面の
各所ごとに算出し、この算出されたＲＲの試料の表面で
の分布を検出し、この検出されたＲＲ分布の中心値をフ
レネルの反射式により算出される理論値と比較し、この
比較結果としてＲＲ分布の中心値が理論値から離反して
いると試料の表面が汚染されていることを判定するよう
にした。従って、本発明の表面検査方法では、微視的に
は粗面である試料の表面の汚染の有無がｓ／ｐ偏光の反
射強度のＲＲに基づいて判定される。

【００２７】本発明の他の表面検査方法は、試料の表面
に集光されたレーザビームを照射して二次元的に走査
し、この二次元的に走査されて試料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し、この検出されたｓ偏光成分とｐ
偏光成分との反射強度の比率であるＲＲを試料の表面の
各所ごとに算出し、この算出されたＲＲの試料の表面で
の分布を検出し、この検出されたＲＲ分布の中心値をフ
レネルの反射式により算出される理論値と比較し、この
比較結果としてＲＲ分布の中心値が理論値より増加して
いると試料の表面が単一物質により汚染されていること
を判定して減少していると複合物質により汚染されてい
ることを判定するようにした。従って、本発明の表面検
査方法では、微視的には粗面である試料の表面を汚染し
ている物質が単一物質か複合物質かがｓ／ｐ偏光の反射
強度のＲＲに基づいて判定される。

【００２８】上述のような表面検査方法における他の発
明としては、ＲＲ分布に基づいて判定された汚染の各種
データ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、この表示出力される画像により試
料の表面の二次元的な汚染状態が確認される。

【００２９】

【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は試料の清浄な
表面でのＲＲ分布を示す特性図、図３は単一物質で汚染
された試料の表面でのＲＲ分布を示す特性図、図４は複
合物質で汚染された試料の表面でのＲＲ分布を示す特性
図、図５は汚染によるＲＲ分布の変化を示す模式図、図
６は汚染物質の層厚の画像を示す正面図である。

【００３０】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、微細な金属配線が白金
や銅等で形成された半導体ウェハからなり、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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】レーザ照射装置５は、レーザ光源であるＨ
ｅ−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１
１，１２と光電変換手段である光検出器１３とを具備し
ている。

【００３４】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5.0(μm²)程度の分析領域にレーザビ
ームを集光して照射する。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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5.0(μm²)程度
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。

【００３８】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
二次元的に走査されることになる。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】マイクロコンピュータ１７は、ＣＰＵ(Cen
tral Processing Unit)やＲＡＭ(Random Access Memor
y)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ＲＯ
Ｍ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。

【００４２】つまり、マイクロコンピュータ１７には、
比率算出手段である比率算出機能、分布検出手段である
分布検出機能、数値比較手段である数値比較機能、汚染
判定手段である汚染判定機能、層厚検出手段である層厚
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。

【００４３】比率算出機能は、前述のようにＲＡＭやＲ
ＯＭ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
の反射強度の比率であるＲＲを試料２の表面の分析領域
ごとに算出する。

【００４４】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、分布検出機能は、比率算出機能によ
り算出されたＲＲの試料２の表面での分布を検出する。
数値比較機能は、分布検出機能により検出されたＲＲの
分布幅である半値幅をＲＡＭ等に事前に格納されている
清浄な試料２の自然幅と比較する。

【００４５】汚染判定機能は、数値比較機能の比較結果
としてＲＲ分布の半値幅が自然幅から離反していると試
料２の表面が汚染されていることを判定し、さらに、Ｒ
Ｒ分布の中心値が理論値より増加していると試料２の表
面が単一物質により汚染されていることを判定し、減少
していると複合物質により汚染されていることを判定す
る。

【００４６】層厚検出機能は、上述のように汚染判定機
能により試料２の表面が所定物質により汚染されている
ことが判定されると、分布検出機能により検出されたＲ
Ｒ分布の半値幅から試料２の表面の汚染の層厚を検出す
る。

【００４７】画像表示機能は、上述のようにＲＲ分布に
基づいて判定された汚染の各種データから試料２の表面
に対応した画像を生成し、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。なお、こ
のように画像として表示出力される汚染の各種データ
は、例えば、汚染の有無を示す二値データ、汚染の層厚
を示す数値データ、汚染物質が単一物質か複合物質かを
示す二値データ、等である。

【００４８】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。

【００４９】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
の反射強度の比率であるＲＲを試料２の表面の分析領域
ごとに算出すること、この算出されたＲＲの試料２の表
面での分布を検出すること、この検出されたＲＲ分布の
半値幅を清浄な試料２の自然幅と比較すること、この比
較結果としてＲＲ分布の半値幅が自然幅から離反してい
ると試料２の表面が汚染されていることを判定するこ
と、ＲＲ分布の中心値が理論値より増加していると試料
２の表面が単一物質により汚染されていることを判定
し、減少していると複合物質により汚染されていること
を判定すること、ＲＲ分布に基づいて判定された汚染の
各種データから試料２の表面に対応した画像を生成して
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。

【００５０】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により移動されて試料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。

【００５１】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
々に検出されるので、これらのｓ偏光成分とｐ偏光成分
との反射強度の比率であるＲＲがマイクロコンピュータ
１７により試料２の表面の分析領域ごとに算出される。

【００５２】そして、このマイクロコンピュータ１７
は、上述のように算出したＲＲの試料２の表面での分布
を検出し、この検出されたＲＲ分布の半値幅を清浄な試
料２の自然幅と比較し、この比較結果としてＲＲ分布の
半値幅が自然幅から離反していると試料２の表面が汚染
されていることを判定する。

【００５３】さらに、マイクロコンピュータ１７は、Ｒ
Ｒ分布の中心値が理論値より増加していると試料２の表
面が単一物質により汚染されていることを判定し、減少
していると複合物質により汚染されていることを判定す
る。このように試料２の表面が所定物質により汚染され
ていることが判定されると、ＲＲ分布の半値幅から試料
２の表面の汚染の層厚も検出する。

【００５４】そして、マイクロコンピュータ１７は、図
６に示すように、上述のようにＲＲ分布に基づいて判定
された汚染の各種データから試料２の表面に対応した画
像を生成し、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。

【００５５】例えば、試料２がＡｕの金属配線の場合、
図２に示すように、試料２の清浄な表面でのＲＲ分布の
半値幅である自然幅は0.14である。しかし、これが単一
物質である有機分子により軽度に汚染されると、図３に
示すように、実測されるＲＲ分布の半値幅は0.44に減少
した。また、有機無機の複雑な複合物質により汚染され
ると、図４に示すように、実測されるＲＲ分布の半値幅
は1.50に増加した。

【００５６】また、図２ないし図４に示すように、試料
２の清浄な表面でのＲＲ分布の中心値は1.07であるが、
これが単一物質により軽度に汚染された場合は1.28まで
増加し、複合物質により汚染された場合は1.05まで減少
した。つまり、図５に示すように、試料２の表面が単一
物質により汚染されるとＲＲの分布幅である半値幅が減
少するとともに中心値が増加し、複合物質により汚染さ
れると半値幅が増加するとともに中心値が減少すること
が確認された。

【００５７】そこで、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の表面からｓ／ｐ偏光の反射強
度を測定してＲＲ分布を検出することにより、微視的に
は粗面である試料２の表面の汚染状態を簡単かつ迅速に
分析することができる。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。

【００５８】さらに、本実施の形態の表面検査装置１で
は、図６に示すように、上述のようにＲＲ分布に基づい
て判定された汚染の各種データを試料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の表面の汚染状態を一目で立体
的に確認することができる。なお、同図の画像は試料２
としてＡｕの金属配線の表面を分析したときの、残存し
たマスク剤からなる汚染物質の層厚を示す三次元グラフ
である。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】さらに、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ＣＰ
Ｕ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。

【００６３】

【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。

【００６４】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、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
レーザビームを二次元的に走査させる相対走査手段と、
二次元的に走査されて試料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
個々に検出する偏光検出手段と、該偏光検出手段により
検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度の比率
であるＲＲを試料の表面の各所ごとに算出する比率算出
手段と、該比率算出手段により算出されたＲＲの試料の
表面での分布を検出する分布検出手段と、該分布検出手
段により検出されたＲＲの分布幅を清浄な試料の自然幅
と比較する数値比較手段と、該数値比較手段の比較結果
としてＲＲの分布幅が自然幅から離反していると試料の
表面が汚染されていることを判定する汚染判定手段と、
を具備していることにより、微視的には粗面である試料
の表面の汚染の有無を、ｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲに
基づいて簡単かつ迅速に判定することができる。

【００６５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の表
面検査装置であって、前記数値比較手段がＲＲの分布幅
として半値幅を対応する自然幅と比較することにより、
試料の表面の汚染の有無を簡単かつ確実に判定すること
ができる。

【００６６】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の表面検査装置であって、前記分布検出手段により
検出されたＲＲ分布の半値幅から試料の表面の汚染の層
厚を検出する層厚検出手段も具備していることにより、
試料の表面の汚染の層厚を検出することができる。

【００６７】請求項４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、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
レーザビームを二次元的に走査させる相対走査手段と、
二次元的に走査されて試料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
個々に検出する偏光検出手段と、該偏光検出手段により
検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度の比率
であるＲＲを試料の表面の各所ごとに算出する比率算出
手段と、該比率算出手段により算出されたＲＲの試料の
表面での分布を検出する分布検出手段と、該分布検出手
段により検出されたＲＲ分布の中心値をフレネルの反射
式により算出される理論値と比較する数値比較手段と、
該数値比較手段の比較結果としてＲＲ分布の中心値が理
論値から離反していると試料の表面が汚染されているこ
とを判定する汚染判定手段と、を具備していることによ
り、微視的には粗面である試料の表面の汚染の有無を、
ｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲに基づいて簡単かつ迅速に
判定することができる。

【００６８】請求項５記載の発明は、請求項４記載の表
面検査装置であって、前記汚染判定手段は、ＲＲ分布の
中心値が理論値より増加していると試料の表面が単一物
質により汚染されていることを判定して減少していると
複合物質により汚染されていることを判定することによ
り、試料の表面を汚染している物質が単一物質か複合物
質かを判定することができる。

【００６９】請求項６記載の発明は、請求項１ないし５
の何れか一記載の表面検査装置であって、ＲＲ分布に基
づいて判定された汚染の各種データ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も具備してい
ることにより、ＲＲ分布に基づいて判定された汚染の各
種データを試料の表面に対応した画像として表示出力す
ることができるので、この画像により試料の表面の二次
元的な汚染状態を確認することができる。

【００７０】請求項７記載の発明の表面検査方法は、試
料の表面に集光されたレーザビームを照射して二次元的
に走査し、この二次元的に走査されて試料の表面の各所
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し、この検出されたｓ偏光成
分とｐ偏光成分との反射強度の比率であるＲＲを試料の
表面の各所ごとに算出し、この算出されたＲＲの試料の
表面での分布を検出し、この検出されたＲＲの分布幅を
清浄な試料の自然幅と比較し、この比較結果としてＲＲ
の分布幅が自然幅から離反していると試料の表面が汚染
されていることを判定するようにしたことにより、微視
的には粗面である試料の表面の汚染の有無を、ｓ／ｐ偏
光の反射強度のＲＲに基づいて簡単かつ迅速に判定する
ことができる。

【００７１】請求項８記載の発明の表面検査方法は、試
料の表面に集光されたレーザビームを照射して二次元的
に走査し、この二次元的に走査されて試料の表面の各所
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し、この検出されたｓ偏光成
分とｐ偏光成分との反射強度の比率であるＲＲを試料の
表面の各所ごとに算出し、この算出されたＲＲの試料の
表面での分布を検出し、この検出されたＲＲ分布の半値
幅から試料の表面の汚染の層厚を検出するようにしたこ
とにより、微視的には粗面である試料の表面の汚染の層
厚を、ｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲに基づいて簡単かつ
迅速に判定することができる。

【００７２】請求項９記載の発明の表面検査方法は、試
料の表面に集光されたレーザビームを照射して二次元的
に走査し、この二次元的に走査されて試料の表面の各所
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し、この検出されたｓ偏光成
分とｐ偏光成分との反射強度の比率であるＲＲを試料の
表面の各所ごとに算出し、この算出されたＲＲの試料の
表面での分布を検出し、この検出されたＲＲ分布の中心
値をフレネルの反射式により算出される理論値と比較
し、この比較結果としてＲＲ分布の中心値が理論値から
離反していると試料の表面が汚染されていることを判定
するようにしたことにより、微視的には粗面である試料
の表面の汚染の有無を、ｓ／ｐ偏光の反射強度のＲＲに
基づいて簡単かつ迅速に判定することができる。

【００７３】請求項１０記載の発明の表面検査方法は、
試料の表面に集光されたレーザビームを照射して二次元
的に走査し、この二次元的に走査されて試料の表面の各
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し、この検出されたｓ偏光
成分とｐ偏光成分との反射強度の比率であるＲＲを試料
の表面の各所ごとに算出し、この算出されたＲＲの試料
の表面での分布を検出し、この検出されたＲＲ分布の中
心値をフレネルの反射式により算出される理論値と比較
し、この比較結果としてＲＲ分布の中心値が理論値より
増加していると試料の表面が単一物質により汚染されて
いることを判定して減少していると複合物質により汚染
されていることを判定するようにしたことにより、微視
的には粗面である試料の表面を汚染している物質が単一
物質であるか複合物質であるかを、ｓ／ｐ偏光の反射強
度のＲＲに基づいて簡単かつ迅速に判定することができ
る。

【００７４】請求項１１記載の発明は、請求項７ないし
１０の何れか一記載の表面検査方法であって、ＲＲ分布
に基づいて判定された汚染の各種データを試料の表面に
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、画像により試料の表面の二次元的な汚染状態を確認
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】試料の清浄な表面でのＲＲ分布を示す特性図で
ある。

【図３】単一物質で汚染された試料の表面でのＲＲ分布
を示す特性図である。

【図４】複合物質で汚染された試料の表面でのＲＲ分布
を示す特性図である。

【図５】汚染によるＲＲ分布の変化を示す模式図であ
る。

【図６】汚染物質の層厚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 偏光検出手段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

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 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二次
   元的に走査させる相対走査手段と、 二次元的に走査されて試料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
   個々に検出する偏光検出手段と、 該偏光検出手段により検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成
   分との反射強度の比率であるＲＲ(Reflectance Ratio)
   を試料の表面の各所ごとに算出する比率算出手段と、 該比率算出手段により算出されたＲＲの試料の表面での
   分布を検出する分布検出手段と、 該分布検出手段により検出されたＲＲの分布幅を清浄な
   試料の自然幅と比較する数値比較手段と、 該数値比較手段の比較結果としてＲＲの分布幅が自然幅
   から離反していると試料の表面が汚染されていることを
   判定する汚染判定手段と、を具備している表面検査装
   置。
2. 【請求項２】 前記数値比較手段がＲＲの分布幅として
   半値幅を対応する自然幅と比較する請求項１記載の表面
   検査装置。
3. 【請求項３】 前記分布検出手段により検出されたＲＲ
   分布の半値幅から試料の表面の汚染の層厚を検出する層
   厚検出手段も具備している請求項１または２記載の表面
   検査装置。
4. 【請求項４】 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、 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二次
   元的に走査させる相対走査手段と、 二次元的に走査されて試料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
   個々に検出する偏光検出手段と、 該偏光検出手段により検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成
   分との反射強度の比率であるＲＲを試料の表面の各所ご
   とに算出する比率算出手段と、 該比率算出手段により算出されたＲＲの試料の表面での
   分布を検出する分布検出手段と、 該分布検出手段により検出されたＲＲ分布の中心値をフ
   レネルの反射式により算出される理論値と比較する数値
   比較手段と、 該数値比較手段の比較結果としてＲＲ分布の中心値が理
   論値から離反していると試料の表面が汚染されているこ
   とを判定する汚染判定手段と、を具備している表面検査
   装置。
5. 【請求項５】 前記汚染判定手段は、ＲＲ分布の中心値
   が理論値より増加していると試料の表面が単一物質によ
   り汚染されていることを判定して減少していると複合物
   質により汚染されていることを判定する請求項４記載の
   表面検査装置。
6. 【請求項６】 ＲＲ分布に基づいて判定された汚染の各
   種データを試料の表面に対応した画像として表示出力す
   る画像表示手段も具備している請求項１ないし５の何れ
   か一記載の表面検査装置。
7. 【請求項７】 試料の表面に集光されたレーザビームを
   照射して二次元的に走査し、 この二次元的に走査されて試料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
   度を個々に検出し、 この検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度の
   比率であるＲＲを試料の表面の各所ごとに算出し、 この算出されたＲＲの試料の表面での分布を検出し、 この検出されたＲＲの分布幅を清浄な試料の自然幅と比
   較し、 この比較結果としてＲＲの分布幅が自然幅から離反して
   いると試料の表面が汚染されていることを判定するよう
   にした表面検査方法。
8. 【請求項８】 試料の表面に集光されたレーザビームを
   照射して二次元的に走査し、 この二次元的に走査されて試料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
   度を個々に検出し、 この検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度の
   比率であるＲＲを試料の表面の各所ごとに算出し、 この算出されたＲＲの試料の表面での分布を検出し、 この検出されたＲＲ分布の半値幅から試料の表面の汚染
   の層厚を検出するようにした表面検査方法。
9. 【請求項９】 試料の表面に集光されたレーザビームを
   照射して二次元的に走査し、 この二次元的に走査されて試料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
   度を個々に検出し、 この検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度の
   比率であるＲＲを試料の表面の各所ごとに算出し、 この算出されたＲＲの試料の表面での分布を検出し、 この検出されたＲＲ分布の中心値をフレネルの反射式に
   より算出される理論値と比較し、 この比較結果としてＲＲ分布の中心値が理論値から離反
   していると試料の表面が汚染されていることを判定する
   ようにした表面検査方法。
10. 【請求項１０】 試料の表面に集光されたレーザビーム
    を照射して二次元的に走査し、 この二次元的に走査されて試料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
    度を個々に検出し、 この検出されたｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射強度の
    比率であるＲＲを試料の表面の各所ごとに算出し、 この算出されたＲＲの試料の表面での分布を検出し、 この検出されたＲＲ分布の中心値をフレネルの反射式に
    より算出される理論値と比較し、 この比較結果としてＲＲ分布の中心値が理論値より増加
    していると試料の表面が単一物質により汚染されている
    ことを判定して減少していると複合物質により汚染され
    ていることを判定するようにした表面検査方法。
11. 【請求項１１】 ＲＲ分布に基づいて判定された汚染の
    各種データを試料の表面に対応した画像として表示出力
    するようにした請求項７ないし１０の何れか一記載の表
    面検査方法。