JP4128262B2 - 試料ステージ及びそれを用いた粒径計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は試料ステージ及びそれを用いた粒径計測装置、特に試料ステージの上下位置の制御機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばパターン未形成シリコンウエハ上のナノメータオーダの粒子直径を計測するため、各種の粒径計測装置が用いられている。
【０００３】
図１に示すように、かかる粒径計測装置１０は、レーザ光Ｌ１を出射する光源１２と、レーザ光Ｌ１を収束する凸レンズ１４と、シリコンウエハ等の試料１６が装填される試料ステージ１８と、レーザ光Ｌ１の微粒子１９よりのレーリ散乱光Ｌ２を検出器２０に集光する集光器２２と、検出器２０で得た散乱光の強度変化より粒径を計測する検出回路２４を備える。
このようにして粒径計測装置１０を構成することにより、シリコンウエハ等の試料１６に付着した微粒子１９の直径を計測することができる。
【０００４】
ところで、シリコンウエハ上の異物である微粒子１９を検出する際、収束レーザ光Ｌ１を被測定面上の任意方向、ＸＹ方向に走査する必要がある。
このために、試料ステージ１８は、試料１６が装填される試料保持板２８と、Ｘ軸モータ３０と、Ｙ軸モータ３２と、駆動回路３４，３６と、制御回路３８を備える。
そして、制御回路３８は、駆動回路３４，３６に指示を与え、Ｘ軸モータ３０、Ｙ軸モータ３２の動作を制御することにより、試料保持板２８上の試料１６をＸＹ方向に移動させる。これにより、レーザ光Ｌ１をＸＹ方向に走査するのである。
なお、正反射光Ｌ３は、集光器２２の外へ出す構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、微粒子１９よりのレーリ散乱光Ｌ２を検出するためには、被測定面に焦点を合わせなければならない。このため、一般に、測定前、被測定面の特定部位の焦点合わせを行っていた。
【０００６】
しかしながら、前記焦点合わせ後、従来の試料ステージ１８を用いた粒径計測装置１０では、一般に試料ステージ１８をＸＹ方向へのみ移動させながら検出を行っていたため、試料１６の状態が悪く測定面にうねりがあったり、試料ステージ１８の精度が悪いと、走査中に被測定面の上下位置が最適焦点位置よりＺ方向にずれてしまう。このため、焦点が被測定面に合っていない状態で測定をしたり、又は測定を中断して焦点を合わせるための微妙な再調整を手動的にしなければならず、面倒であった。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、被測定面の上下位置が所定の位置よりずれた場合であっても、それを正確に再調整することが容易にできる試料ステージ及びそれを用いた粒径計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る試料ステージは、試料を保持する試料保持板を、試料の被測定面に対し平行方向へ移動可能な平行移動手段を備えた試料ステージにおいて、直角移動手段と、位置検出手段と、角度検出手段、位置決定手段と、ステージ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記直角移動手段は、前記試料保持板を被測定面に対し直角方向へ移動可能なものである。
前記位置検出手段は、前記被測定面よりの反射光を受光し、該反射光の受光位置より、被測定面の仮の位置情報を得るためのものである。
前記角度検出手段は、前記反射光を受光し、該反射光の受光位置より被測定面の角度情報を得るためのものである。
【００１０】
前記位置決定手段は、前記角度検出手段で得た角度情報と所定の角度情報とを比較し、誤差なしと判断したときは、前記位置検出手段で得た位置情報をそのまま真の位置情報とし、また誤差ありと判断したときは、該誤差に基づいて前記位置検出手段で得た位置情報を校正して真の位置情報とする。
ここでいう「所定の角度情報」とは、例えば最適焦点位置の設定時における被測定面の角度をいう。
【００１１】
前記ステージ制御手段は、前記位置決定手段で得た位置情報が所定の位置となるように、前記直角移動手段により試料保持板を移動させる。
また、前記目的を達成するために、本発明に係る試料ステージは、試料を保持する試料保持板を、試料の被測定面に対し平行へ移動可能な平行移動手段を備えた試料ステージにおいて、直角移動手段と、角度変更手段と、角度検出手段と、位置検出手段と、ステージ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記直角移動手段は、前記試料保持板を被測定面に対し直角方向へ移動可能なものである。
前記角度変更手段は、前記試料保持板の角度を変更可能なものである。
前記角度検出手段は、前記被測定面よりの反射光を受光し、該反射光の受光位置より被測定面の角度情報を得るためのものである。
【００１３】
前記位置検出手段は、前記反射光を受光し、該反射光の受光位置より、被測定面の位置情報を得るためのものである。
前記ステージ制御手段は、前記角度検出手段で得た角度情報が所定の角度となるように、前記角度変更手段により試料保持板を傾斜させた後、前記位置検出手段で得た位置情報が所定の位置となるように、前記直角移動手段により該試料保持板を移動させる。
【００１４】
なお、前記試料ステージにおいて、前記被測定面よりの反射光を２分割し、その一方の光を前記位置検出手段に入射させ、その他方の光を前記角度検出手段に入射させるビームスプリッタを備えることが好適である。
また、前記目的を達成するために、本発明に係る粒径計測装置は、前記本発明に係る試料ステージにおいて、粒径計測手段を備えたことを特徴とする。
前記粒径計測手段は、収束レーザ光を被測定面に照射して走査しながら粒子からのレーリ散乱光を検出し、該粒子からの散乱光強度よりその粒径を計測する。
【００１５】
【発明の実施形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態を説明する。
第１実施形態
図２には本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置の概略構成の図が示されいる。なお、前記図１と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
同図に示す粒径計測装置１１０は、光源１１２と、凸レンズ１１４と、検出器１２０と、集光器１２２と、検出回路１２４と、水平移動手段であるＸ軸モータ１３０、Ｙ軸モータ１３２及び駆動回路１３４，１３６を備える。
【００１６】
前記凸レンズ１１４は、光源１１２よりのレーザ光Ｌ１を収束して試料１１６の被測定面に照射する（例えば入射角は、被測定面に対し４５度）。
前記集光器１２２は、例えば楕円面鏡よりなり、収束レーザ光Ｌ１の被測定面よりのレーリ散乱光Ｌ２を１点に集光して検出器１２０に集める。
【００１７】
前記検出器１２０は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）よりなり、集光器１２４よりのレーリ散乱光Ｌ２を検出し、該散乱光強度に比例した電気信号に変換する。
前記Ｘ軸モータ１３０及びＹ軸モータ１３２は、例えばステッピングモータよりなり、試料保持板１２８をＸＹ方向に一定範囲で移動可能なものである。
【００１８】
このようにして粒径測定装置１１０を構成することにより、シリコンウエハ等の試料１２６に付着した微粒子１１９の直径を計測することができる。
本発明において特徴的なことは、被測定面の上下位置が最適焦点位置よりずれた場合であっても、それを正確に再調整することが容易にできることであり、このために本実施形態においては、まず垂直移動手段１４０を備える。
【００１９】
前記垂直移動手段１４０は、例えばステッピングモータよりなるＺ軸モータ１４８と、その駆動回路１５０を含み、制御回路１３８よりの指示により、試料保持板１２８をＺ方向へ一定範囲で移動可能なものである。
さらに本実施形態においては、図３に示すようにビームスプリッタ１４１と、位置検出手段１４２と、角度検出手段１４４と、決定手段１４６と、電圧データ格納手段１４７と、ステージ制御手段である制御回路１３８を備える。
【００２０】
同図に示すように、前記ビームスプリッタ１４１は、レーザ光Ｌ１の被測定面よりの反射光Ｌ３を２分割して、一方の光Ｌ４を位置検出手段１４２に、他方の光Ｌ５を角度検出手段１４４に、それぞれ入射させる。
前記位置検出手段１４２は、例えば位置敏感検出器（以下、ＰＳＤ１４２という）よりなり、反射光Ｌ４を受光し、該反射光Ｌ４の受光位置に対応した電圧Ａを出力する。
【００２１】
前記角度検出手段１４４は、例えば前記位置検出手段１４４と同様のＰＳＤ（以下、ＰＳＤ１４４という）よりなり、反射光Ｌ５を受光し、該反射光Ｌ５の受光位置に対応した電圧Ｂを出力する。
位置決定手段１４６は、例えばＣＰＵ（以下、ＣＰＵ１４６という）よりなり、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａを、電圧データ格納手段１４７に格納された、標準試料による電圧Ａ−位置特性と照合することにより、被測定面の仮の位置情報を得る。
【００２２】
このＣＰＵ１４６は、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａと、ＰＳＤ１４４の出力電圧Ｂとの差（Ａ−Ｂ＝Ｃ）を、電圧データ格納手段１４７に格納された、標準試料による電圧差Ｃ−角度特性と照合することにより、被測定面の角度情報を得る。また、このＣＰＵ１４６は、得られた被測定面の角度情報より、被測定面の位置を決定する。
すなわち、ＣＰＵ１４６は、得られた角度情報と、最適焦点位置の設定時の角度とを比較し、誤差なしと判断したときは、前記仮の位置情報をそのまま真の位置情報とする。
【００２３】
これに対し、得られた角度情報が、前記設定時の角度よりずれていると判断したときは、この角度情報とＰＳＤ１４２の出力電圧Ａとより、正反射したときの被測定面の位置を推定し、これを真の位置とする。なお、この場合、前記仮の位置情報を無効とする。
そして、前記制御回路１３８は、ＣＰＵ１４６で決定された位置情報が、最適焦点位置となるように、前記Ｚ軸モータ１４８及びその駆動回路１５０等の直角移動手段により試料保持板１２８をＺ方向へ移動させる。
【００２４】
なお、図４に示すように前記２のＰＳＤ１４２，１４４は、試料保持板（図示省略）に載置された試料１１６をＺ方向に移動しても、入射面の角度が同じであれば、これらのＰＳＤ１４２、１４４による受光位置は、Ｐ１〜Ｐ３へと同様に移動するように配置されている。これにより、試料１１６をＺ方向に移動しても、入射面の角度が同じであれば、これらの出力電圧Ａ，Ｂは同じように変化するため、電圧差Ｃも一定となるが、入射面の角度が変われば、電圧差Ｃも変化するようになっている。
【００２５】
本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置１１０は概略以上のように構成され、以下にその作用を図５を参照しつつ説明する。
まず、標準試料を用いて、一方のＰＳＤ１４２の出力電圧Ａと位置との関係、電圧差Ｃと角度との関係等の比較用データを得る（ステップ１００）。
すなわち、被測定面上の角度が均一に水平の標準試料をＺ方向に所定距離、例えば２μｍづつ移動させるごとに、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａを測定し、これを標準試料による電圧Ａ−位置特性としてデータ格納手段１４７に格納する。
【００２６】
また、被測定面の角度が既知の標準試料を所定角度、例えば２°づつ変更させるごとに、ＰＳＤ１４２の出力電圧ＡとＰＳＤ１４４の出力電圧Ｂより、電圧差Ｃを測定し、これを標準試料による電圧差Ｃ−角度特性としてデータ格納手段１４７に格納する。
つぎに、被測定試料を用いて最適焦点位置を合わせたときの被測定面の位置情報と角度情報を設定する（ステップ１０２）。
設定後、粒径計測のためのレーリ散乱光測定を測定を開始する（ステップ１０４）。
【００２７】
ところで、例えば１の位置検出手段、例えばＰＳＤ１４２のみを設けた場合では、試料の状態が悪く被測定面にうねりがあったり、ステージの精度が悪く、ステージ移動中に被測定面の角度が設定時の角度よりθずれることがある。すると、図６に示すように反射光Ｌ３の進行方向が変化するため、ＰＳＤ１４２による反射光Ｌ４の受光位置がＰ４からＰ５へと変わってしまう。すると、出力電圧Ａも変化するため、理論上の位置と実際の位置との間に誤差が生じてしまう場合があった。
【００２８】
そこで、本実施形態においては、前述のように被測定面の角度が、最適焦点位置の設定時よりずれた場合であっても、位置情報を正確に得るため、２のＰＳＤ１４２，１４４を配置し、これらの出力電圧差Ｃより得られた被測定面の角度情報を考慮して位置を決定することとした。
【００２９】
すなわち、前記図５に示すようにＣＰＵ１４６は、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａを、電圧データ格納手段１４７に格納された、標準試料による電圧Ａ−位置特性と照合することにより、被測定面の仮の位置情報を得る（ステップ１０６）。
また、このＣＰＵ１４６は、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａと、ＰＳＤ１４４の出力電圧Ｂとの差、電圧差Ｃを、電圧データ格納手段１４７に格納された、標準試料による電圧差Ｃ−角度特性と照合することにより、被測定面の角度情報を得る。
【００３０】
また、このＣＰＵ１４６は、得られた被測定面の角度情報より、被測定面の位置を決定する。
すなわち、ＣＰＵ１４６は、得られた角度情報と、最適焦点位置の設定時の角度とを比較し（ステップ１０８）、得られた角度情報が所定の角度よりずれていると判断したときは、この角度情報とＰＳＤ１４２の出力電圧Ａとより、正反射したときの被測定面の位置を推定し、これを被測定面の真の位置とする（ステップ１１０）。
【００３１】
これに対し、誤差なしと判断したときは、前記仮の位置情報をそのまま真の位置情報とする（ステップ１１２）。
そして、ＣＰＵ１４６は、得られた位置情報と、最適焦点位置の設定時の位置情報とを比較し（ステップ１１４）、誤差ありと判断したときは、制御回路１３８は、ＣＰＵ１４６で決定された位置情報が、最適焦点位置となるように、直角移動手段により試料保持板１２８をＺ方向へ移動させる（ステップ１１６）。
【００３２】
その後、つぎの被測定面の仮の位置情報及び角度情報測定を開始する（前記ステップ１０６）。
これに対し、誤差なしと判断したときは、すぐに、つぎの被測定面の仮の位置情報及び角度情報測定を開始する（前記ステップ１０６）。
そして、これらの処理を測定中、繰り返す。
また、本実施形態において、ステージ制御は、前記ＸＹ方向へのステージ移動に限られるものでなく、Ｚ軸モータ等の直角移動手段によりＺ方向へステージ移動を行い、被測定面の傾きが変わった場合であっても、前記ステップ２０６〜ステップ２１６の処理を行うことにより、前述のようにして被測定面の位置を、再度正確に設定時の最適焦点位置に調整することが容易にできる。
【００３３】
以上のように、本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置１１０によれば、水平移動手段によるステージ移動中や、直角移動手段によるステージ移動中に、被被測定面の位置が最適焦点位置よりずれた場合、被測定面の角度が一定の時は勿論、変わったときであっても、正確な位置情報を得ることができるので、容易に被測定面の位置を再度正確に最適焦点位置に調整することができる。これにより、被測定面の状態や試料ステージの精度に拘わらず、常に最適焦点位置を保ちながら粒径計測のためのレーリ散乱光検出を行うことができるため、測定精度の結果向上を図ることができる。
【００３４】
第２実施形態
図７には本発明の第２実施形態に係る試料ステージの概略構成の図が、図８には本発明の第２実施形態に係る試料ステージの概略構成の図が、それぞれ示されている。なお、前記図２，３と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
本実施形態においては、図７に示すように角度変更手段を備えている。
【００３５】
前記角度変更手段は、例えばステッピングモータ２５２と、その駆動回路２５４よりなり、シリコンウエハ等の試料２１６が載置される試料保持板２２８の角度を一定角度範囲で角度変更可能なものである。
そして、制御回路２３８は、まず、２のＰＳＤ２４２，２４４（図８参照）の電圧差Ｃより得られた角度情報に基づいて、該角度情報が所定の角度、例えば最適焦点位置の設定時の被測定面の角度となるように、前記ステッピングモータ２５２、その駆動回路２５４等の角度変更手段により、試料保持板２１８を傾斜させる。
【００３６】
角度調整後、この制御回路２３８は、ＰＳＤ２４２で得た位置情報が最適焦点位置の設定時の位置となるように、前記直角移動手段等によりに試料保持板２１８をＺ方向に移動させる。
本発明の第２実施形態に係る粒径計測装置２１０は概略以上のように構成され、以下にその作用を図９を参照しつつ説明する。
まず、標準試料を用いて、一方のＰＳＤ２４２の出力電圧Ａと位置との関係、電圧差Ｃと角度との関係等の比較用データを得る（ステップ２００）。
【００３７】
すなわち、測定面上の角度が均一に水平の標準試料をＺ方向に所定距離、例えば２μｍづつ移動させるごとに、ＰＳＤ２４２の出力電圧Ａを測定し、これを標準試料による電圧Ａ−位置特性としてデータ格納手段２４７に格納する。
また、被測定面の角度が既知の標準試料を所定角度、例えば２°づつ変更させるごとに電圧差Ｃを測定し、これを標準試料による電圧差Ｃ−角度特性としてデータ格納手段２４７に格納する。
つぎに、被測定試料を用いて最適焦点位置を合わせたときの被測定面の位置情報と角度情報を設定する（ステップ２０２）。
設定後、粒径計測のためのレーリ散乱光測定を行う（ステップ２０４）。
【００３８】
ここで、ＣＰＵ２４６は、ＰＳＤ２４２の出力電圧ＡとＰＳＤ２４４の出力電圧Ｂとの差Ｃを、電圧データ格納手段２４７に格納された、標準試料による電圧差Ｃ−角度特性と照合することにより、被測定面の角度情報を得る（ステップ２０６）。
そして、ＣＰＵ２４６は、得られた角度情報と、最適焦点位置の設定時の被測定面の角度とを比較し（ステップ２０８）、得られた角度情報が設定時の角度よりずれていると判断したときは、制御回路２３８は、得られた角度情報が設定時の角度となるように前記角度変更手段により試料保持板２１８を傾斜させる（ステップ２１０）。
【００３９】
角度調整後、ＣＰＵ２４６は、ＰＳＤ２４２の出力電圧Ａを、電圧データ格納手段２４７に格納された、標準試料による電圧Ａ−位置特性と照合することにより、被測定面の位置情報を得ている（ステップ２１２）。
つぎに、ＣＰＵ２４６は、得られた位置情報と、設定時の位置情報とを比較し（ステップ２１４）、誤差なしと判断したときは、すぐに、つぎの被測定面の角度情報の測定を行う（前記ステップ２０６）。
【００４０】
これに対し、誤差ありと判断したときは、角度調整後に得られたＰＳＤ２４２よりの位置情報が設定時の位置情報となるように、前記直角移動手段により試料保持板２１８をＺ方向へ移動させる。その後、つぎの被測定面の角度情報の測定を行う（前記ステップ２０６）。
そして、これらの処理を測定中、繰り返す。
【００４１】
このように、ステージ移動中に被測定面の角度が、設定時よりずれた場合であっても、被測定面の角度を、設定時と同様の角度に調整した後、ＰＳＤ１４２よりの位置情報を得ることとしたので、被測定面の位置情報を正確に得ることができる。
【００４２】
以上のように、本発明の第２実施形態に係る粒径計測装置２１０によれば、被測定面の角度を、設定時と同様の角度に調整した後、ＰＳＤ１４２よりの位置情報を得ることとしたので、前記本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置１１０と同様、被測定面の位置情報を正確に得ることができるため、被測定面の上下位置が最適焦点位置よりＺ方向にずれた場合であっても、被測定面の位置を再度正確に最適焦点位置に調整することが容易にできる。これにより、被測定面の状態や試料ステージの精度に拘わらず、常に最適焦点位置を保ちながら粒径計測のためのレーリ散乱光測定を行うことができるため、測定精度の向上を図ることができる。
【００４３】
なお、前記各構成では、本実施形態に係る試料ステージを粒径計測装置の試料ステージに用いた例について説明したが、これに限られるものでなく、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の任意の機器の試料ステージに用いてもよい。
また、本実施形態においては、試料としてシリコンウエハを用いた例について説明したが、これに限られるものでなく、その他のものを用いてもよい。
また、本実施形態においては、位置情報をＰＳＤ１４２の出力電圧Ａより得た例について説明したが、これに限られるものでなく、ＰＳＤ１４４の出力電圧Ｂより得てもよい。すなわち、被測定面の仮の位置情報は、２のＰＳＤ１４２，１４４のうち、どちらか一方のＰＳＤの出力電圧より得ることができるからである。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る試料ステージによれば、上記角度検出手段及び位置決定手段等により被測定面の角度を考慮して位置情報を得ることとしたので、ステージ移動中に被測定面の角度が変わった場合であっても、被測定面の位置情報を正確に得ることが容易にできる。これにより、ステージ移動中に被測定面の位置が最適焦点位置よりずれた場合であっても、被測定面の位置を再度正確に最適焦点位置に調整することが容易にできる。
また、本発明に係る粒径計測装置によれば、試料ステージとして前記本発明に係る試料ステージを用いることとしたので、被測定面の状態や試料ステージの精度に拘わらず、常に最適焦点位置を保ちながら粒径計測のためのレーリ散乱光測定を行うことができるため、測定精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の粒径計測装置の概略構成の説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置の概略構成の説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る試料ステージの概略構成の説明図である。
【図４】図３に示したＰＳＤの配置の説明図である。
【図５】図３に示した試料ステージによる位置調整の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図３に示したＰＳＤの作用の説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る粒径計測装置の概略構成の説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る試料ステージの概略構成の説明図である。
【図９】図８に示した試料ステージによる位置調整の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１０ 粒径計測装置
１１６ シリコンウエハ（試料）
１１８ 試料ステージ
１２８ 試料保持板
１３０ Ｘ軸モータ（水平移動手段）
１３２ Ｙ軸モータ（水平移動手段）
１３４，１３６ 駆動回路（水平移動手段）
１３８ 制御回路（ステージ制御手段）
１４２ ＰＳＤ（位置検出手段）
１４４ ＰＳＤ（角度検出手段）
１４６ ＣＰＵ（位置決定手段）
１４８ Ｚ軸モータ（直角移動手段）
１５０ 駆動回路（直角移動手段）
Ｌ１ 収束レーザ光
Ｌ３ 正反射光（反射光）
【発明の属する技術分野】
本発明は試料ステージ及びそれを用いた粒径計測装置、特に試料ステージの上下位置の制御機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばパターン未形成シリコンウエハ上のナノメータオーダの粒子直径を計測するため、各種の粒径計測装置が用いられている。
【０００３】
図１に示すように、かかる粒径計測装置１０は、レーザ光Ｌ１を出射する光源１２と、レーザ光Ｌ１を収束する凸レンズ１４と、シリコンウエハ等の試料１６が装填される試料ステージ１８と、レーザ光Ｌ１の微粒子１９よりのレーリ散乱光Ｌ２を検出器２０に集光する集光器２２と、検出器２０で得た散乱光の強度変化より粒径を計測する検出回路２４を備える。
このようにして粒径計測装置１０を構成することにより、シリコンウエハ等の試料１６に付着した微粒子１９の直径を計測することができる。
【０００４】
ところで、シリコンウエハ上の異物である微粒子１９を検出する際、収束レーザ光Ｌ１を被測定面上の任意方向、ＸＹ方向に走査する必要がある。
このために、試料ステージ１８は、試料１６が装填される試料保持板２８と、Ｘ軸モータ３０と、Ｙ軸モータ３２と、駆動回路３４，３６と、制御回路３８を備える。
そして、制御回路３８は、駆動回路３４，３６に指示を与え、Ｘ軸モータ３０、Ｙ軸モータ３２の動作を制御することにより、試料保持板２８上の試料１６をＸＹ方向に移動させる。これにより、レーザ光Ｌ１をＸＹ方向に走査するのである。
なお、正反射光Ｌ３は、集光器２２の外へ出す構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、微粒子１９よりのレーリ散乱光Ｌ２を検出するためには、被測定面に焦点を合わせなければならない。このため、一般に、測定前、被測定面の特定部位の焦点合わせを行っていた。
【０００６】
しかしながら、前記焦点合わせ後、従来の試料ステージ１８を用いた粒径計測装置１０では、一般に試料ステージ１８をＸＹ方向へのみ移動させながら検出を行っていたため、試料１６の状態が悪く測定面にうねりがあったり、試料ステージ１８の精度が悪いと、走査中に被測定面の上下位置が最適焦点位置よりＺ方向にずれてしまう。このため、焦点が被測定面に合っていない状態で測定をしたり、又は測定を中断して焦点を合わせるための微妙な再調整を手動的にしなければならず、面倒であった。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、被測定面の上下位置が所定の位置よりずれた場合であっても、それを正確に再調整することが容易にできる試料ステージ及びそれを用いた粒径計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る試料ステージは、試料を保持する試料保持板を、試料の被測定面に対し平行方向へ移動可能な平行移動手段を備えた試料ステージにおいて、直角移動手段と、位置検出手段と、角度検出手段、位置決定手段と、ステージ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記直角移動手段は、前記試料保持板を被測定面に対し直角方向へ移動可能なものである。
前記位置検出手段は、前記被測定面よりの反射光を受光し、該反射光の受光位置より、被測定面の仮の位置情報を得るためのものである。
前記角度検出手段は、前記反射光を受光し、該反射光の受光位置より被測定面の角度情報を得るためのものである。
【００１０】
前記位置決定手段は、前記角度検出手段で得た角度情報と所定の角度情報とを比較し、誤差なしと判断したときは、前記位置検出手段で得た位置情報をそのまま真の位置情報とし、また誤差ありと判断したときは、該誤差に基づいて前記位置検出手段で得た位置情報を校正して真の位置情報とする。
ここでいう「所定の角度情報」とは、例えば最適焦点位置の設定時における被測定面の角度をいう。
【００１１】
前記ステージ制御手段は、前記位置決定手段で得た位置情報が所定の位置となるように、前記直角移動手段により試料保持板を移動させる。
また、前記目的を達成するために、本発明に係る試料ステージは、試料を保持する試料保持板を、試料の被測定面に対し平行へ移動可能な平行移動手段を備えた試料ステージにおいて、直角移動手段と、角度変更手段と、角度検出手段と、位置検出手段と、ステージ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記直角移動手段は、前記試料保持板を被測定面に対し直角方向へ移動可能なものである。
前記角度変更手段は、前記試料保持板の角度を変更可能なものである。
前記角度検出手段は、前記被測定面よりの反射光を受光し、該反射光の受光位置より被測定面の角度情報を得るためのものである。
【００１３】
前記位置検出手段は、前記反射光を受光し、該反射光の受光位置より、被測定面の位置情報を得るためのものである。
前記ステージ制御手段は、前記角度検出手段で得た角度情報が所定の角度となるように、前記角度変更手段により試料保持板を傾斜させた後、前記位置検出手段で得た位置情報が所定の位置となるように、前記直角移動手段により該試料保持板を移動させる。
【００１４】
なお、前記試料ステージにおいて、前記被測定面よりの反射光を２分割し、その一方の光を前記位置検出手段に入射させ、その他方の光を前記角度検出手段に入射させるビームスプリッタを備えることが好適である。
また、前記目的を達成するために、本発明に係る粒径計測装置は、前記本発明に係る試料ステージにおいて、粒径計測手段を備えたことを特徴とする。
前記粒径計測手段は、収束レーザ光を被測定面に照射して走査しながら粒子からのレーリ散乱光を検出し、該粒子からの散乱光強度よりその粒径を計測する。
【００１５】
【発明の実施形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態を説明する。
第１実施形態
図２には本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置の概略構成の図が示されいる。なお、前記図１と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
同図に示す粒径計測装置１１０は、光源１１２と、凸レンズ１１４と、検出器１２０と、集光器１２２と、検出回路１２４と、水平移動手段であるＸ軸モータ１３０、Ｙ軸モータ１３２及び駆動回路１３４，１３６を備える。
【００１６】
前記凸レンズ１１４は、光源１１２よりのレーザ光Ｌ１を収束して試料１１６の被測定面に照射する（例えば入射角は、被測定面に対し４５度）。
前記集光器１２２は、例えば楕円面鏡よりなり、収束レーザ光Ｌ１の被測定面よりのレーリ散乱光Ｌ２を１点に集光して検出器１２０に集める。
【００１７】
前記検出器１２０は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）よりなり、集光器１２４よりのレーリ散乱光Ｌ２を検出し、該散乱光強度に比例した電気信号に変換する。
前記Ｘ軸モータ１３０及びＹ軸モータ１３２は、例えばステッピングモータよりなり、試料保持板１２８をＸＹ方向に一定範囲で移動可能なものである。
【００１８】
このようにして粒径測定装置１１０を構成することにより、シリコンウエハ等の試料１２６に付着した微粒子１１９の直径を計測することができる。
本発明において特徴的なことは、被測定面の上下位置が最適焦点位置よりずれた場合であっても、それを正確に再調整することが容易にできることであり、このために本実施形態においては、まず垂直移動手段１４０を備える。
【００１９】
前記垂直移動手段１４０は、例えばステッピングモータよりなるＺ軸モータ１４８と、その駆動回路１５０を含み、制御回路１３８よりの指示により、試料保持板１２８をＺ方向へ一定範囲で移動可能なものである。
さらに本実施形態においては、図３に示すようにビームスプリッタ１４１と、位置検出手段１４２と、角度検出手段１４４と、決定手段１４６と、電圧データ格納手段１４７と、ステージ制御手段である制御回路１３８を備える。
【００２０】
同図に示すように、前記ビームスプリッタ１４１は、レーザ光Ｌ１の被測定面よりの反射光Ｌ３を２分割して、一方の光Ｌ４を位置検出手段１４２に、他方の光Ｌ５を角度検出手段１４４に、それぞれ入射させる。
前記位置検出手段１４２は、例えば位置敏感検出器（以下、ＰＳＤ１４２という）よりなり、反射光Ｌ４を受光し、該反射光Ｌ４の受光位置に対応した電圧Ａを出力する。
【００２１】
前記角度検出手段１４４は、例えば前記位置検出手段１４４と同様のＰＳＤ（以下、ＰＳＤ１４４という）よりなり、反射光Ｌ５を受光し、該反射光Ｌ５の受光位置に対応した電圧Ｂを出力する。
位置決定手段１４６は、例えばＣＰＵ（以下、ＣＰＵ１４６という）よりなり、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａを、電圧データ格納手段１４７に格納された、標準試料による電圧Ａ−位置特性と照合することにより、被測定面の仮の位置情報を得る。
【００２２】
このＣＰＵ１４６は、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａと、ＰＳＤ１４４の出力電圧Ｂとの差（Ａ−Ｂ＝Ｃ）を、電圧データ格納手段１４７に格納された、標準試料による電圧差Ｃ−角度特性と照合することにより、被測定面の角度情報を得る。また、このＣＰＵ１４６は、得られた被測定面の角度情報より、被測定面の位置を決定する。
すなわち、ＣＰＵ１４６は、得られた角度情報と、最適焦点位置の設定時の角度とを比較し、誤差なしと判断したときは、前記仮の位置情報をそのまま真の位置情報とする。
【００２３】
これに対し、得られた角度情報が、前記設定時の角度よりずれていると判断したときは、この角度情報とＰＳＤ１４２の出力電圧Ａとより、正反射したときの被測定面の位置を推定し、これを真の位置とする。なお、この場合、前記仮の位置情報を無効とする。
そして、前記制御回路１３８は、ＣＰＵ１４６で決定された位置情報が、最適焦点位置となるように、前記Ｚ軸モータ１４８及びその駆動回路１５０等の直角移動手段により試料保持板１２８をＺ方向へ移動させる。
【００２４】
なお、図４に示すように前記２のＰＳＤ１４２，１４４は、試料保持板（図示省略）に載置された試料１１６をＺ方向に移動しても、入射面の角度が同じであれば、これらのＰＳＤ１４２、１４４による受光位置は、Ｐ１〜Ｐ３へと同様に移動するように配置されている。これにより、試料１１６をＺ方向に移動しても、入射面の角度が同じであれば、これらの出力電圧Ａ，Ｂは同じように変化するため、電圧差Ｃも一定となるが、入射面の角度が変われば、電圧差Ｃも変化するようになっている。
【００２５】
本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置１１０は概略以上のように構成され、以下にその作用を図５を参照しつつ説明する。
まず、標準試料を用いて、一方のＰＳＤ１４２の出力電圧Ａと位置との関係、電圧差Ｃと角度との関係等の比較用データを得る（ステップ１００）。
すなわち、被測定面上の角度が均一に水平の標準試料をＺ方向に所定距離、例えば２μｍづつ移動させるごとに、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａを測定し、これを標準試料による電圧Ａ−位置特性としてデータ格納手段１４７に格納する。
【００２６】
また、被測定面の角度が既知の標準試料を所定角度、例えば２°づつ変更させるごとに、ＰＳＤ１４２の出力電圧ＡとＰＳＤ１４４の出力電圧Ｂより、電圧差Ｃを測定し、これを標準試料による電圧差Ｃ−角度特性としてデータ格納手段１４７に格納する。
つぎに、被測定試料を用いて最適焦点位置を合わせたときの被測定面の位置情報と角度情報を設定する（ステップ１０２）。
設定後、粒径計測のためのレーリ散乱光測定を測定を開始する（ステップ１０４）。
【００２７】
ところで、例えば１の位置検出手段、例えばＰＳＤ１４２のみを設けた場合では、試料の状態が悪く被測定面にうねりがあったり、ステージの精度が悪く、ステージ移動中に被測定面の角度が設定時の角度よりθずれることがある。すると、図６に示すように反射光Ｌ３の進行方向が変化するため、ＰＳＤ１４２による反射光Ｌ４の受光位置がＰ４からＰ５へと変わってしまう。すると、出力電圧Ａも変化するため、理論上の位置と実際の位置との間に誤差が生じてしまう場合があった。
【００２８】
そこで、本実施形態においては、前述のように被測定面の角度が、最適焦点位置の設定時よりずれた場合であっても、位置情報を正確に得るため、２のＰＳＤ１４２，１４４を配置し、これらの出力電圧差Ｃより得られた被測定面の角度情報を考慮して位置を決定することとした。
【００２９】
すなわち、前記図５に示すようにＣＰＵ１４６は、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａを、電圧データ格納手段１４７に格納された、標準試料による電圧Ａ−位置特性と照合することにより、被測定面の仮の位置情報を得る（ステップ１０６）。
また、このＣＰＵ１４６は、ＰＳＤ１４２の出力電圧Ａと、ＰＳＤ１４４の出力電圧Ｂとの差、電圧差Ｃを、電圧データ格納手段１４７に格納された、標準試料による電圧差Ｃ−角度特性と照合することにより、被測定面の角度情報を得る。
【００３０】
また、このＣＰＵ１４６は、得られた被測定面の角度情報より、被測定面の位置を決定する。
すなわち、ＣＰＵ１４６は、得られた角度情報と、最適焦点位置の設定時の角度とを比較し（ステップ１０８）、得られた角度情報が所定の角度よりずれていると判断したときは、この角度情報とＰＳＤ１４２の出力電圧Ａとより、正反射したときの被測定面の位置を推定し、これを被測定面の真の位置とする（ステップ１１０）。
【００３１】
これに対し、誤差なしと判断したときは、前記仮の位置情報をそのまま真の位置情報とする（ステップ１１２）。
そして、ＣＰＵ１４６は、得られた位置情報と、最適焦点位置の設定時の位置情報とを比較し（ステップ１１４）、誤差ありと判断したときは、制御回路１３８は、ＣＰＵ１４６で決定された位置情報が、最適焦点位置となるように、直角移動手段により試料保持板１２８をＺ方向へ移動させる（ステップ１１６）。
【００３２】
その後、つぎの被測定面の仮の位置情報及び角度情報測定を開始する（前記ステップ１０６）。
これに対し、誤差なしと判断したときは、すぐに、つぎの被測定面の仮の位置情報及び角度情報測定を開始する（前記ステップ１０６）。
そして、これらの処理を測定中、繰り返す。
また、本実施形態において、ステージ制御は、前記ＸＹ方向へのステージ移動に限られるものでなく、Ｚ軸モータ等の直角移動手段によりＺ方向へステージ移動を行い、被測定面の傾きが変わった場合であっても、前記ステップ２０６〜ステップ２１６の処理を行うことにより、前述のようにして被測定面の位置を、再度正確に設定時の最適焦点位置に調整することが容易にできる。
【００３３】
以上のように、本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置１１０によれば、水平移動手段によるステージ移動中や、直角移動手段によるステージ移動中に、被被測定面の位置が最適焦点位置よりずれた場合、被測定面の角度が一定の時は勿論、変わったときであっても、正確な位置情報を得ることができるので、容易に被測定面の位置を再度正確に最適焦点位置に調整することができる。これにより、被測定面の状態や試料ステージの精度に拘わらず、常に最適焦点位置を保ちながら粒径計測のためのレーリ散乱光検出を行うことができるため、測定精度の結果向上を図ることができる。
【００３４】
第２実施形態
図７には本発明の第２実施形態に係る試料ステージの概略構成の図が、図８には本発明の第２実施形態に係る試料ステージの概略構成の図が、それぞれ示されている。なお、前記図２，３と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
本実施形態においては、図７に示すように角度変更手段を備えている。
【００３５】
前記角度変更手段は、例えばステッピングモータ２５２と、その駆動回路２５４よりなり、シリコンウエハ等の試料２１６が載置される試料保持板２２８の角度を一定角度範囲で角度変更可能なものである。
そして、制御回路２３８は、まず、２のＰＳＤ２４２，２４４（図８参照）の電圧差Ｃより得られた角度情報に基づいて、該角度情報が所定の角度、例えば最適焦点位置の設定時の被測定面の角度となるように、前記ステッピングモータ２５２、その駆動回路２５４等の角度変更手段により、試料保持板２１８を傾斜させる。
【００３６】
角度調整後、この制御回路２３８は、ＰＳＤ２４２で得た位置情報が最適焦点位置の設定時の位置となるように、前記直角移動手段等によりに試料保持板２１８をＺ方向に移動させる。
本発明の第２実施形態に係る粒径計測装置２１０は概略以上のように構成され、以下にその作用を図９を参照しつつ説明する。
まず、標準試料を用いて、一方のＰＳＤ２４２の出力電圧Ａと位置との関係、電圧差Ｃと角度との関係等の比較用データを得る（ステップ２００）。
【００３７】
すなわち、測定面上の角度が均一に水平の標準試料をＺ方向に所定距離、例えば２μｍづつ移動させるごとに、ＰＳＤ２４２の出力電圧Ａを測定し、これを標準試料による電圧Ａ−位置特性としてデータ格納手段２４７に格納する。
また、被測定面の角度が既知の標準試料を所定角度、例えば２°づつ変更させるごとに電圧差Ｃを測定し、これを標準試料による電圧差Ｃ−角度特性としてデータ格納手段２４７に格納する。
つぎに、被測定試料を用いて最適焦点位置を合わせたときの被測定面の位置情報と角度情報を設定する（ステップ２０２）。
設定後、粒径計測のためのレーリ散乱光測定を行う（ステップ２０４）。
【００３８】
ここで、ＣＰＵ２４６は、ＰＳＤ２４２の出力電圧ＡとＰＳＤ２４４の出力電圧Ｂとの差Ｃを、電圧データ格納手段２４７に格納された、標準試料による電圧差Ｃ−角度特性と照合することにより、被測定面の角度情報を得る（ステップ２０６）。
そして、ＣＰＵ２４６は、得られた角度情報と、最適焦点位置の設定時の被測定面の角度とを比較し（ステップ２０８）、得られた角度情報が設定時の角度よりずれていると判断したときは、制御回路２３８は、得られた角度情報が設定時の角度となるように前記角度変更手段により試料保持板２１８を傾斜させる（ステップ２１０）。
【００３９】
角度調整後、ＣＰＵ２４６は、ＰＳＤ２４２の出力電圧Ａを、電圧データ格納手段２４７に格納された、標準試料による電圧Ａ−位置特性と照合することにより、被測定面の位置情報を得ている（ステップ２１２）。
つぎに、ＣＰＵ２４６は、得られた位置情報と、設定時の位置情報とを比較し（ステップ２１４）、誤差なしと判断したときは、すぐに、つぎの被測定面の角度情報の測定を行う（前記ステップ２０６）。
【００４０】
これに対し、誤差ありと判断したときは、角度調整後に得られたＰＳＤ２４２よりの位置情報が設定時の位置情報となるように、前記直角移動手段により試料保持板２１８をＺ方向へ移動させる。その後、つぎの被測定面の角度情報の測定を行う（前記ステップ２０６）。
そして、これらの処理を測定中、繰り返す。
【００４１】
このように、ステージ移動中に被測定面の角度が、設定時よりずれた場合であっても、被測定面の角度を、設定時と同様の角度に調整した後、ＰＳＤ１４２よりの位置情報を得ることとしたので、被測定面の位置情報を正確に得ることができる。
【００４２】
以上のように、本発明の第２実施形態に係る粒径計測装置２１０によれば、被測定面の角度を、設定時と同様の角度に調整した後、ＰＳＤ１４２よりの位置情報を得ることとしたので、前記本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置１１０と同様、被測定面の位置情報を正確に得ることができるため、被測定面の上下位置が最適焦点位置よりＺ方向にずれた場合であっても、被測定面の位置を再度正確に最適焦点位置に調整することが容易にできる。これにより、被測定面の状態や試料ステージの精度に拘わらず、常に最適焦点位置を保ちながら粒径計測のためのレーリ散乱光測定を行うことができるため、測定精度の向上を図ることができる。
【００４３】
なお、前記各構成では、本実施形態に係る試料ステージを粒径計測装置の試料ステージに用いた例について説明したが、これに限られるものでなく、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の任意の機器の試料ステージに用いてもよい。
また、本実施形態においては、試料としてシリコンウエハを用いた例について説明したが、これに限られるものでなく、その他のものを用いてもよい。
また、本実施形態においては、位置情報をＰＳＤ１４２の出力電圧Ａより得た例について説明したが、これに限られるものでなく、ＰＳＤ１４４の出力電圧Ｂより得てもよい。すなわち、被測定面の仮の位置情報は、２のＰＳＤ１４２，１４４のうち、どちらか一方のＰＳＤの出力電圧より得ることができるからである。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る試料ステージによれば、上記角度検出手段及び位置決定手段等により被測定面の角度を考慮して位置情報を得ることとしたので、ステージ移動中に被測定面の角度が変わった場合であっても、被測定面の位置情報を正確に得ることが容易にできる。これにより、ステージ移動中に被測定面の位置が最適焦点位置よりずれた場合であっても、被測定面の位置を再度正確に最適焦点位置に調整することが容易にできる。
また、本発明に係る粒径計測装置によれば、試料ステージとして前記本発明に係る試料ステージを用いることとしたので、被測定面の状態や試料ステージの精度に拘わらず、常に最適焦点位置を保ちながら粒径計測のためのレーリ散乱光測定を行うことができるため、測定精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の粒径計測装置の概略構成の説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る粒径計測装置の概略構成の説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る試料ステージの概略構成の説明図である。
【図４】図３に示したＰＳＤの配置の説明図である。
【図５】図３に示した試料ステージによる位置調整の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図３に示したＰＳＤの作用の説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る粒径計測装置の概略構成の説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る試料ステージの概略構成の説明図である。
【図９】図８に示した試料ステージによる位置調整の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１０ 粒径計測装置
１１６ シリコンウエハ（試料）
１１８ 試料ステージ
１２８ 試料保持板
１３０ Ｘ軸モータ（水平移動手段）
１３２ Ｙ軸モータ（水平移動手段）
１３４，１３６ 駆動回路（水平移動手段）
１３８ 制御回路（ステージ制御手段）
１４２ ＰＳＤ（位置検出手段）
１４４ ＰＳＤ（角度検出手段）
１４６ ＣＰＵ（位置決定手段）
１４８ Ｚ軸モータ（直角移動手段）
１５０ 駆動回路（直角移動手段）
Ｌ１ 収束レーザ光
Ｌ３ 正反射光（反射光）
Claims (4)
- 試料を保持する試料保持板を、試料の被測定面に対し平行方向へ移動可能な平行移動手段を備えた試料ステージにおいて、
前記試料保持板を被測定面に対し直角方向へ移動可能な直角移動手段と、
前記被測定面よりの反射光を受光し、該反射光の受光位置より被測定面の仮の位置情報を得るための位置検出手段と、
前記反射光を受光し、該反射光の受光位置より被測定面の角度情報を得るための角度検出手段と、
前記角度検出手段で得た角度情報と所定の角度情報とを比較し、誤差なしと判断したときは、前記位置検出手段で得た位置情報をそのまま真の位置情報とし、また誤差ありと判断したときは、該誤差に基づいて前記位置検出手段で得た位置情報を校正して真の位置情報とする位置決定手段と、
前記位置決定手段で得た位置情報が所定の位置となるように、前記直角移動手段により試料保持板を移動させるステージ制御手段と、
を備えたことを特徴とする試料ステージ。 - 試料を保持する試料保持板を、試料の被測定面に対し平行に移動可能な平行移動手段を備えた試料ステージにおいて、
前記試料保持板を被測定面に対し直角方向へ移動可能な直角移動手段と、
前記試料保持板の角度を変更可能な角度変更手段と、
前記被測定面よりの反射光を受光し、該反射光の受光位置より被測定面の角度情報を得るための角度検出手段と、
前記反射光を受光し、該反射光の受光位置より、被測定面の位置情報を得るための位置検出手段と、
前記角度検出手段で得た角度情報が所定の角度となるように、前記角度変更手段により試料保持板を傾斜させた後、前記位置検出手段で得た位置情報が所定の位置となるように、前記直角移動手段により該試料保持板を移動させるステージ制御手段と、
を備えたことを特徴とする試料ステージ。 - 請求項１又は２記載の試料ステージにおいて、前記被測定面よりの反射光を２分割し、その一方の光を前記位置検出手段に入射させ、その他方の光を前記角度検出手段に入射させるビームスプリッタを備えたことを特徴とする試料ステージ。
- 請求項１乃至３の何れかに記載の試料ステージにおいて、収束レーザ光を被測定面に照射して走査しながら粒子よりのレーリ散乱光を検出し、該散乱光強度より粒子の粒径を計測する粒径計測手段を備えたことを特徴とする粒径計測装置。
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