JPH06194319A

JPH06194319A - 試料分析装置および方法

Info

Publication number: JPH06194319A
Application number: JP34281892A
Authority: JP
Inventors: Fumio Mizuno; 文夫水野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】試料材料としての有機物、無機物を問わず、
微小な領域や物の組成や成分を高感度・高分解能で分析
できる試料分析装置および方法を提供する。【構成】半導体製造におけるウェハに付着した異物の
組成・成分分析作業に適用される分析装置であって、被
試験用のウェハ１に気化用レーザ光１６を照射する試料
気化用レーザ機構２と、照射されたウェハ１から気化さ
れる原子・分子やイオン２４を検出して分析する飛行時
間型質量分析計３と、気化用レーザ光１６と同軸に、ウ
ェハ１に観察用レーザ光３０を照射して走査試料像を形
成する観察用レーザ機構４とから構成されている。そし
て、観察用レーザ光３０による高解像観察機能をもとに
正確な微小部分の位置出しを行い、この特定された微小
部分に気化用レーザ光１６を照射することによってウェ
ハ１上の異物１０の分析が正確かつ迅速に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料分析技術に関し、
特に半導体、液晶ディスプレイ、メモリディスク、回路
基板などの微小領域について、高感度・高分解能な組成
・成分分析が可能とされる試料分析装置および方法に適
用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体産業を例として説明す
ると、半導体製造においては歩留向上、すなわち製造不
良の撲滅が最大の課題であり、この製造不良をなくすた
めには、最大の不良要因であるウェハ付着異物を低減す
ることが重要である。

【０００３】このウェハ付着異物の低減は、一般に検査
・観察・分析の手順を経て行われ、たとえば異物検査は
２つの内容に大別され、１つはプロセス装置における発
塵およびウェハ処理環境の水準をチェックするものであ
り、もう１つは製造途中のウェハへの付着異物を調べる
ものである。

【０００４】いずれの検査も、一般的に用いられる方式
としては、プローブとしてのレーザ光をウェハ面上に照
射し、ウェハ面上に付着した異物から散乱される光を検
知するものであり、ウェハ面上を全面走査することによ
って場所毎の異物の有無、異物の大きさ、位置座標など
が検出される。

【０００５】そして、検査されたウェハは、走査型電子
顕微鏡やレーザ顕微鏡などの高分解能観察装置に移さ
れ、検出された異物の高倍率での外観や形状観察が行わ
れる。さらに外観や形状観察結果だけからでは異物発生
源を同定できない場合や、推定した発生源を確認するた
めなどに、ウェハを分析装置に持ち込み組成・成分分析
が行われる。

【０００６】この成分分析には種々の方法があり、なか
でも微小領域の分析が可能ということで最も広く使われ
ている手段は、電子ビーム励起の特性Ｘ線分析と光ビー
ム励起の蛍光分析とである。

【０００７】たとえば、電子ビーム励起での特性Ｘ線分
析は、無機異物の分析を主体に用いられており、細く絞
った電子ビームを異物に照射し、入射電子によって励起
された異物部分から放出される特性Ｘ線をＸ線検出器で
検知し、その波長から成分、強度から量的情報を得るも
のである。

【０００８】このＸ線検出器には、エネルギー分散型と
波長分散型とがあり、一般的には、波長分解能は劣る
が、簡便でより高感度であることからエネルギー分散型
検出器が用いられる。

【０００９】一方、有機異物に対しては蛍光分光法が用
いられ、これは可視あるいは紫外光をプローブとして異
物を照射・励起し、異物から放出される蛍光の波長を求
めて組成を判定する方法である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な従来技術において、電子ビーム励起の特性Ｘ線分析お
よび光ビーム励起の蛍光分析は、半導体デバイスの進む
べき方向、すなわち高速化・高集積化の方向を実現する
ためのパターンの微細化に対しては良好に適用できなく
なってきている。

【００１１】すなわち、パターンが細くなると共に問題
とされる異物の大きさも小さくなり、このような進歩の
流れに対応するために、異物検査においては異物検出の
高感度化が進んでおり、現在、0.１μｍφ程度の異物を
検出することも可能となっているが、検出した微小異物
の組成・成分分析を行うための手段は十分とは言えな
い。

【００１２】従って、先に述べた手法はいずれも微量な
異物成分を検知するために十分な感度や分解能を有して
いるわけではなく、また分析領域も、電子ビーム励起に
よる特性Ｘ線分析は0.５μｍφ、光ビーム励起蛍光分析
は２μｍφ程度が現在の実用限界である。

【００１３】さらに、電子ビーム励起では分析対象が導
電性材料に制約され、これは絶縁物試料では帯電のため
に入射した電子ビームの照射位置が分析中にずれてしま
うためであり、また有機物試料を対象とした蛍光分析で
は、光ビーム照射に起因する変質のために分析中に退色
が進んでいくという問題がある。

【００１４】そこで、本発明の目的は、試料材料として
の有機物、無機物を問わず、微小な領域の組成や成分を
高感度・高分解能で分析することができる試料分析装置
および方法を提供することにある。

【００１５】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１７】すなわち、本発明の試料分析装置は、試料
に試料気化用レーザ光を照射し、照射された試料部分か
ら気化される原子や分子・イオンを検出して分析する試
料分析装置であって、前記試料気化用レーザ光と同軸
に、試料に照射して走査試料像を形成する観察用レーザ
光を有するものである。

【００１８】この場合に、前記観察用レーザ光の照射に
より形成された走査試料像に基づいて、分析箇所の位置
出しを行う位置出し手段を有するものである。

【００１９】さらに、前記試料気化用レーザ光の照射に
より気化されたイオンを検出して分析する分析部を、多
元素同時分析が可能な質量分析計とするものである。

【００２０】また、本発明の試料分析方法は、試料に試
料気化用レーザ光を照射し、照射された試料部分から気
化される原子や分子・イオンを検出して分析する試料分
析方法であって、前記試料の試料像を形成する観察用レ
ーザ光を、試料気化用レーザ光と同軸に試料に照射して
走査試料像を形成し、この走査試料像に基づいて分析箇
所の位置出しを行い、この分析箇所に試料気化用レーザ
光を照射して分析するものである。

【００２１】この場合に、前記試料の識別情報を読み取
り、読み取った識別情報に基づいて対応する作業指示・
作業条件・作業データを指定する第１の処理手順と、指
定された作業指示・作業条件・作業データに基づいて、
指定された試料について、指定された場所および作業を
自動的に遂行する第２の処理手順と、分析に必要な複数
のデータ・画像を同時に表示する第３の処理手順と、外
部装置との間で、分析に必要な作業指示・作業条件・作
業データ・画像データ・分析データ情報をオンラインで
転送および入出力する第４の処理手順と、レーザ光と試
料との位置合わせおよび／または位置出しを行う第５の
処理手順と、指定された試料について、試料内の単数あ
るいは複数の箇所を自動的に分析する第６の処理手順
と、指定された試料について、試料内の単数あるいは複
数の箇所の分析データを予め格納されているリファレン
スデータと照合して解析する第７の処理手順と、分析デ
ータ、画像データおよび／または分析データの処理結果
を必要に応じて表示・記憶あるいは出力する第８の処理
手順との各処理手順のうち、少なくとも１つの処理手順
を行うものである。

【００２２】

【作用】前記した試料分析装置および方法によれば、試
料気化用レーザ光に加えて、観察用レーザ光および位置
出し手段を有し、第１の処理手順から第８の処理手順を
必要に応じて実行することにより、観察用レーザ光によ
る高解像観察機能をもとに、位置出し手段により正確な
微小部分の位置出しを実現し、この特定された微小部分
に試料気化用レーザ光を照射し、試料の分析を正確かつ
迅速に行うことができる。

【００２３】この場合に、気化されたイオン分析部に質
量分析計が用いられることにより、たとえば飛行時間型
質量分析計などの質量分析計によって多元素同時分析が
可能となるので、試料の微小部分を高感度・高分解能で
分析することができる。

【００２４】すなわち、従来の電子ビームなどの荷電粒
子線による絶縁物試料の帯電や、光励起時の有機物の退
色の問題がなく、微小領域を高感度・高分解能で分析し
得る可能性のあるレーザイオン化マイクロプローブ分析
（ＬＩＭＡ）あるいはレーザイオン化質量分析（ＬＡＭ
ＭＡ）方法に、試料中の微小部分の正確な位置出し機能
を追加することによって可能となる。

【００２５】従って、従来の装置・方法では、試料中の
特定部分のサブミクロンの微小領域や微小物を分析する
という概念がないために、位置出しに用いられる観察機
能に十分な像分解能がないうえに位置出しの機能も不十
分であり、狙いとする微小部分に気化用レーザ光を照射
することができなかった欠点を、観察用レーザ光および
位置出し手段を加えることによって試料中の微小領域の
特定が可能となっている。

【００２６】これにより、試料気化用レーザ光を正確か
つ迅速に所望の分析部分に照射することができ、有機物
・無機物を問わず、微小領域の組成・成分分析を高感度
・高分解能で行うことができる。

【００２７】

【実施例】図１は本発明の一実施例である試料分析装置
を示す概略構成図、図２は本実施例の試料分析装置にお
ける異物の組成・成分分析の作業フロー図、図３は本実
施例において、分析部分発見のための視野移動を示す説
明図、図４は細いレーザビームを得るための位相反転を
用いるビーム絞りの説明図である。

【００２８】まず、図１により本実施例の試料分析装置
の構成を説明する。

【００２９】本実施例の試料分析装置は、たとえば半導
体製造におけるウェハに付着した異物の組成・成分分析
作業に適用され、レーザ光励起の飛行時間型質量分析法
を用いた異物成分の分析装置とされ、被試験用のウェハ
（試料）１に気化用レーザ光を照射する試料気化用レー
ザ機構２と、照射されたウェハ１から気化される原子や
分子・イオンを検出して分析する飛行時間型質量分析計
３と、気化用レーザ光と同軸に、ウェハ１に観察用レー
ザ光を照射して走査試料像を形成する観察用レーザ機構
４とから構成されている。

【００３０】ウェハ１は、ローディングチャンバ５内に
おいて光学式文字読取り器６によって同定され、バルブ
７の開閉によって真空容器８内の試料ステージ９上にロ
ーディングされ、試験終了後に再びローディングチャン
バ５内にアンローディングされる。このウェハ１のロー
ディングチャンバ５内への出し入れは、図示しないウェ
ハキャリアから１枚ずつ取り出して挿入または排出され
る。また、試料ステージ９は、図示しない駆動機構（位
置出し手段）によってＸ方向、Ｙ方向に走査され、異物
１０が付着される分析箇所の位置出しなどの特定が行わ
れる。

【００３１】試料気化用レーザ機構２は、試料気化用レ
ーザ１１、切換ミラー１２、光偏向器１３、ミラー１４
および対物レンズ１５などから構成され、試料気化用レ
ーザ１１から照射されたパルスなどの気化用レーザ光１
６が、切換ミラー１２によって観察用レーザ機構４から
のレーザ光と切り換えられ、図示しない駆動機構（位置
出し手段）による光偏向器１３の駆動によりＸ方向に１
次元走査され、そしてミラー１４および対物レンズ１５
を介してウェハ１上に照射される。

【００３２】飛行時間型質量分析計３は、イオン引出し
電極１７、フライト空間１８、反射電極１９、ポスト加
速電極２０、イオン検出器２１、パルス増幅器２２およ
びオシロスコープ２３などから構成され、ウェハ１から
気化されたイオン２４が、フライト空間１８を飛行して
反射電極１９によって跳ね返され、ポスト加速電極２０
により加速されてイオン検出器２１によって検出され
る。そして、イオン検出器２１の検出信号がパルス増幅
器２２により増幅され、オシロスコープ２３上に表示さ
れた質量スペクトルにより異物の組成・成分が分析さ
れ、多元素同時分析が可能となっている。

【００３３】観察用レーザ機構４は、観察用レーザ２５
と、試料気化用レーザ機構２と共通の切換ミラー１２、
光偏向器１３、ミラー１４および対物レンズ１５と、ピ
ンホール２６、光検出器２７、信号増幅・処理器２８お
よびディスプレイ２９などから構成され、観察用レーザ
２５から照射された観察用レーザ光３０が、切換ミラー
１２、光偏向器１３、ミラー１４および対物レンズ１５
を介してウェハ１上に照射される。そして、ウェハ１か
らの反射光３１が、対物レンズ１５およびミラー１４を
通してピンホール２６による点形状で光検出器２７によ
り試料像が検出され、この像信号が信号増幅・処理器２
８により増幅・処理された後にディスプレイ２９に表示
される。

【００３４】なお、試料像を形成するための２次元走査
は、光偏向器１３のＸ方向走査と試料ステージ９のＹ方
向走査を組合わせて行われる。

【００３５】次に、本実施例の作用について、図２によ
り組成・成分分析の作業フローを説明する。

【００３６】まず、異物検査装置での検査、走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）での像観察などを受けた後、ウェハ１
を入れたウェハキャリアがこの分析装置にセットされ
る。なお、この時、他の装置で採られたウェハ１に係わ
る異物１０のウェハ内位置座標や、異物１０の大きさ、
あるいは異物１０の像データなどの情報も、併せて分析
装置に入力されてメモリに格納される。この情報の入力
は、各装置が接続されたＬＡＮを通してオンライン入力
される（ステップ２０１）。

【００３７】さらに、セットされたウェハキャリアから
ウェハ１が１枚ずつローディングチャンバ５に挿入され
る。この時、ローディングチャンバ５の真空排気と並行
して、ウェハ１の上に形成されたウェハ番号を光学式文
字読取り器６によって同定し、このウェハ１に対応する
作業指示や作業条件、異物位置座標などのデータがワー
キングメモリに転送される。このデータは、以降の分析
作業に用いられる（ステップ２０２，２０３）。

【００３８】そして、ローディングチャンバ５の真空排
気が終了すると、バルブ７が開き、ウェハ１が試料ステ
ージ９の上にローディングされる。このローディングが
完了し、バルブ７が再び閉められた後、ローディングチ
ャンバ５では以降のウェハ１の分析処理と並行して次の
ウェハ１の準備が行われる（ステップ２０４）。

【００３９】その後、試料ステージ９にローディングさ
れたウェハ１では、まずウェハ１の位置合わせを行うた
めに、観察用レーザ２５からの観察用レーザ光３０を用
いてアライメントパターン検出、あるいはウェハ１の輪
郭形状が検出される。このアライメントパターンの検出
は、半導体へのパターン露光に用いられる露光装置のア
ライメント方式などに準じた方法で行う。

【００４０】すなわち、予めウェハ１の上に加工されて
いるアライメントパターンに観察用レーザ光３０を照射
し、アライメントパターンからの反射光３１を光電子増
倍管や半導体ダイオードなどの光検出器２７で検知し、
検知した時の試料ステージ９の移動位置からアライメン
トパターンの分析装置上の位置座標を検出する。

【００４１】そして、この複数のアライメントパターン
から得られた検出位置座標は、ウェハ１上に付着した異
物１０を位置出しする際の基準となる。なお、ウェハ１
に加工されたアライメントパターンの設計位置座標デー
タは、上述のウェハ１に係わる情報の一部として事前に
ワーキングメモリに格納されており、アライメントパタ
ーン検出時の粗位置出しのために使われる。

【００４２】また、ウェハ１の輪郭形状を検出する方式
は、ウェハ１にアライメントパターンに該当する位置出
し用の目印がない場合に用いられる。これには、露光装
置でのウェハプレアライメントなどに利用されている方
式に準じた手段を用いる。たとえば、観察用レーザ光３
０をウェハ１の外周部に照射し、ウェハ端からの反射光
３１を検知することによってウェハ１の輪郭形状を検出
するものである。

【００４３】そして、アライメントパターン検出方式と
同様に、求められた輪郭形状は異物１０を位置出しする
際の基準として用いられる。また、同様に、ウェハ１の
形状に係わる情報は事前にワーキングメモリに蓄えられ
ており、輪郭形状の検出作業を容易に行うために用いら
れる（ステップ２０５，２０６）。

【００４４】続いて、上記のようにして得られた位置座
標の基準を用いて、分析すべき異物１０を観察用レーザ
光３０の照射位置に配置すべく、試料ステージ９の目標
移動量が求められる。この値に基づいて試料ステージ９
が目標位置に移動すると、観察用レーザ光３０が照射さ
れ、照射位置からの反射光３１を検出することによって
この領域の２次元走査試料像が得られる。そして、信号
増幅・処理器２８により像信号が増幅・処理され、ディ
スプレイ２９に試料像が表示される。

【００４５】この時、２次元走査は観察用レーザ光３０
を２次元的に走査してもよいし、試料ステージ９を２次
元的に走査させてもよい。本実施例では、高速走査と光
学系の簡便性とを両立させるために、ガルバノメータミ
ラーや音響光学素子などの光偏向器１３で観察用レーザ
光３０をＸ方向に走査し、試料ステージ９でＹ方向に走
査する方式を採っている。

【００４６】また、本実施例では、異物１０の発見・位
置出しが容易に行えるようにすることを目的として、鮮
明な像あるいは３次元像を得るために、共焦点レーザ走
査顕微鏡と類似の方法を採っている。すなわち、光検出
器２７の前面にピンホール２６を配置することによって
点検出器となし、観察用レーザ光３０の点光源と点検出
器が対物レンズ１５に対して共役な位置関係となる構造
を採っている。

【００４７】なお、本図には示されていないが、３次元
像を得るために、試料ステージ９のＺ方向の駆動機構な
どにより焦点位置を変えて複数の試料像を取る機能と、
複数の試料像を足し合わせるための画像メモリを有して
いる（ステップ２０７）。

【００４８】さらに、上記のようにして得られた試料像
から分析したい異物１０を発見し、異物１０が試料像の
視野中心にくるように試料ステージ９を微小移動する。
この時、ディスプレイ２９上の視野中心に十字などの目
印を予め付けておくとよい。あるいは、別の装置で取ら
れた視野部分の像をテンプレートとして自動的に視野中
心に移動することなども可能である（ステップ２０
８）。

【００４９】そして、この異物１０の像が視野中心にき
た時の試料ステージ９の位置座標は、以降の分析すべき
異物１０に対する試料ステージ９の目標移動量をより正
確な値に補正するため、先に述べたステージ目標移動量
の算出結果にフィードバックされる。また、最初の視野
に目標とする異物１０が発見できなかった場合には、図
３に示すように自動的に視野送りできる機能を持ってい
ると操作が容易となる。

【００５０】なお、試料像の観察倍率は、目標とする異
物１０の大きさに依存するために、異物１０毎あるいは
ウェハ１毎に観察倍率を変更できる機能を持つとよい。
また、異物１０毎の観察倍率の変更は、異物検査装置や
ＳＥＭなどから送られた異物１０の大きさ情報に基づい
て行われる。

【００５１】一般的に、異物１０を発見するためには、
ディスプレイ２９上で少なくとも1.５ｍｍ以上の異物像
が欲しい。仮に、対象とする異物１０の大きさが0.３μ
ｍφであるとすると、約５０００倍の観察倍率が必要と
なる。この観察倍率の変更は、観察用レーザ光３０と試
料ステージ９の走査幅を変化させることによって行う。

【００５２】また、異物１０の発見を容易とするため
に、異物検査装置やＳＥＭなどで取られた異物１０の像
データや参考情報が試料像と同時に表示されるようにす
るとよい。このＳＥＭ像などは、試料像と同一のディス
プレイ２９上に表示してもよいし、別のディスプレイ２
９上に表示するようにしてもよい。

【００５３】さらに、鏡面ウェハなどの像コントラスト
の弱い試料を観察する場合には、試料像を見ても焦点が
合っているかどうかが判然とせず、微小な異物１０を見
つけ難いことがある。このような不便を解消するため
に、自動焦点合わせ機能を持つことが必須となる。

【００５４】本実施例では、ピンホール２６と光検出器
２７による点検出器を用いて焦点合わせを行う。すなわ
ち、観察用レーザ光３０を照射した時の鏡面ウェハなど
からの反射光３１を検出し、光検出器２７の出力が最大
となるウェハ１の高さを合焦点位置として試料像の形成
を行う。なお、像検出光学系とは独立して専用の焦点合
わせ機構を持つようにしてもよい。この時には、光学的
焦点合わせ方式に限られず、静電容量方式などの焦点合
わせ手段を用いることもできる（ステップ２０９）。

【００５５】続いて、異物像を発見し、視野中心に移動
する作業が終了すると、異物１０を分析する作業に入
る。まず、光偏向器１３の偏向動作を停止し、観察用レ
ーザ光３０の照射位置が視野中心と一致するようにし、
切換ミラー１２の方向を切り換えて観察用レーザ光３０
に代わり、試料気化用レーザ１１から放射されたパルス
などの気化用レーザ光１６をウェハ１に照射する。

【００５６】この時、切換ミラー１２、ミラー１４、対
物レンズ１５からなるレーザ光照射光学系は、その光軸
が観察用レーザ光３０および気化用レーザ光１６に対し
て同一であり、気化用レーザ光１６は正確に異物１０上
の合焦点で照射される。

【００５７】本実施例では、観察用レーザ光３０と気化
用レーザ光１６の色収差を補正するための色収差補正光
学系を省略して図示されている。また、これらのレーザ
光はほぼ同一波長のレーザを選ぶことが望ましく、具体
的な選択例としては、たとえば観察用レーザ２５にＡｒ
レーザ・波長５１５ｎｍ、試料気化用レーザ１１として
ＹＡＧレーザの第１高調波・波長５３２ｎｍを用いる。
このようなほぼ同一波長レーザを用いることにより、レ
ーザ照射光学系を大幅に簡略化できる。

【００５８】なお、ＹＡＧレーザのパルス幅は質量分解
能を決める要因の１つであるが、１０ｎｓ程度に設定さ
れている。また、ＹＡＧレーザ光の照射時には、レーザ
散乱光によりダメージを受ける恐れのある光検出器２７
などは光軸をずらすか、シャッタで防御するなどの方法
により直接レーザ散乱光が入射しないようにするとよ
い。

【００５９】さらに、気化用レーザ光１６で照射された
異物部分は気化され、原子、分子、正・負のイオンなど
が蒸散する。このうち、正または負のイオン２４のみが
イオン引出し電極１７の作る静電場によってフライト空
間１８中に引き込まれる。そして、フライト空間１８を
等速で一直線に飛行したイオン２４は、反射電極１９に
よって跳ね返され、折り返して２次電子増倍管あるいは
光電子増倍管などを用いたイオン検出器２１によって検
出される。

【００６０】この時、イオン２４がフライト空間１８を
飛行する時間は、イオン２４の質量の平方根に比例す
る。従って、気化用レーザ光１６が照射された時刻を時
間軸の起点として、質量の軽い順にイオン２４がイオン
検出器２１に到達する。そして、イオン検出器２１の検
出信号をパルス増幅器２２により増幅し、オシロスコー
プ２３上に表示すれば気化した異物部分の質量スペクト
ルが得られる。

【００６１】具体的な例として、気化された負のイオン
２４を検出する場合には、たとえばイオン引出し電極１
７に１０００Ｖの電圧を印加すると、反射電極１９には
それより高い負の電圧を印加することになる。

【００６２】なお、この時、イオン引出し電極１７への
電圧印加は気化用レーザ光１６の照射と同期し、それよ
りもパルス幅の長い数十ｎｓ程度のパルス電圧を印加す
る。こうすることにより、雰囲気中の不要なイオン２４
の計数を低減することができ、検出信号のバックグラン
ドノイズの低減が可能となる。

【００６３】また、バックグランドノイズの低減という
ことでは、真空容器８の内部はできる限り高真空に維持
することがよい。特に、気化用レーザ光１６の通路から
ウェハ１の試料表面に到る空間、およびドラフト空間は
１０^-6Ｐａ以上の真空度が望ましい。

【００６４】さらに、高感度化を図るために、気化用レ
ーザ光１６の照射と同期して、気化した中性の原子・分
子をイオン化するための、図１に示すようなイオン化用
レーザ３２からのパルスなどのイオン化用レーザ光３３
を収束レンズ３４で絞り、ウェハ１の表面の近傍・平行
方向に照射する。このパルス幅は、気化用レーザ光１６
よりも幾分広くとる。

【００６５】なお、イオン化用レーザ光３３のイオン化
用レーザ３２は、ＡｒＦエキシマレーザ・波長１９３ｎ
ｍや色素レーザなどを用いる。また、イオン化用レーザ
３２の代わりに電子銃を用い、フラッド電子ビームを使
ってイオン化率を上げるようにしてもよい。さらに、高
質量部でのイオン検出器２１の感度低下を回避するた
め、図１のようにイオン検出器２１の直前にポスト加速
電極２０を配置し、イオン検出器２１に入射するイオン
２４を加速するようにしてもよい。

【００６６】また、分析に際して、気化用レーザ光１６
の照射エネルギー密度が不必要に大き過ぎると、異物１
０だけではなく下地部分をも気化し、得られた質量スペ
クトルのバックグランドノイズを増大させることにな
る。このような不都合を起こさないため、比較的低エネ
ルギー密度の気化用レーザ光１６で繰り返し照射すると
ともに、得られた各気化パルス毎の質量スペクトルデー
タを積算する機能を持たせるとよい。

【００６７】なお、積算部にはメモリ機能を持たせ、各
気化パルス毎の質量スペクトルデータを選択的に積算で
きるようにする。これにより、たとえば質量スペクトル
データの変化の状態を見ながら、データに下地の影響が
見え始めたらそれ以降のデータを排除することができ
る。

【００６８】また、試料によっては正あるいは負のイオ
ン２４のいずれか一方が優先的に生成されることが考え
られる。このため、イオン引出し電極１７、反射電極１
９、ポスト加速電極２０、イオン検出器２１などの印加
電圧は正負切換可能とし、場合に応じて使い分けができ
るようにしておくとよい。

【００６９】さらに、得られた質量スペクトルの解析を
容易にするため、発生頻度の高い物質の質量スペクトル
をライブラリとして保持し、これを任意に読み出し、得
られた質量スペクトルを同一のディスプレイ２９上に同
時表示し、比較できる機能を持たせるとよい（ステップ
２１０）。

【００７０】上記のようにして、１つの異物１０の分析
が終わると、試料ステージ９はウェハ１内の次の異物位
置に移動し、同様にこの異物１０の成分分析が行われ
る。このようにして、ウェハ１の分析作業が終了する
と、次のウェハ１が同様の手順で処理される（ステップ
２１１〜２１３）。

【００７１】そして、分析作業の結果から得られた分析
データや像データ、位置座標データなどは分析装置内の
ファイルに格納されており、必要に応じてディスプレイ
２９上に表示あるいは出力、外部装置へのオンライン転
送などに使われる（ステップ２１４，２１５）。

【００７２】なお、異物１０の気化に伴い、ウェハ１の
近傍部分は飛散物が付着して汚染される。特に、対物レ
ンズ１５をはじめ、光学部品では汚染の進行により透過
率や反射率などの光学特性の劣化が問題となる。

【００７３】このため、光学部品は可能な限り真空外に
配置するとともに、飛散物にさらされる対物レンズ１５
のクリーニングを容易に行えるようにするため、光学系
ユニットがワンタッチで簡単に取り付け取り外しできる
ようにしておくとよい。

【００７４】なお、ウェハ１の位置合わせ、分析箇所の
位置出し、分析、リファレンスデータとの照合などを自
動化することも可能である。

【００７５】従って、本実施例の試料分析装置によれ
ば、試料気化用レーザ機構２および飛行時間型質量分析
計３に、観察用レーザ２５、光検出器２７、信号増幅・
処理器２８およびディスプレイ２９などによる観察用レ
ーザ機構４が追加されることにより、観察用レーザ光３
０による高解像観察機能をもとに正確な微小部分の位置
出しを行い、この特定された微小部分に気化用レーザ光
１６を照射することによってウェハ１上の異物１０の分
析を正確かつ迅速に行うことができる。

【００７６】その上、気化されたイオン２４の分析部に
飛行時間型質量分析計３が用いられることにより、多元
素同時分析が可能となり、ウェハ１の微小部分を高感度
・高分解能で分析することができる。

【００７７】なお、この場合にステップ２０２，２０３
の処理が第１の処理手順に対応し、またステップ２０２
の指示により第２の処理手順、ステップ２１０において
第３の処理手順がそれぞれ実行される。さらに、ステッ
プ２１５，２１６が第４の処理手順に対応し、ステップ
２０７〜２０９において第５の処理手順、ステップ２０
７〜２１１の繰り返しにより第６の処理手順が実行され
る。そして、ステップ２１０において本発明の特徴とな
る第７の処理手順が実行され、その結果がステップ２１
４，２１５の第８の処理手順により出力される。

【００７８】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００７９】たとえば、本実施例の試料分析装置につい
ては、気化用レーザ光１６の入射方向とイオン２４の引
出し方向が異なる場合について説明したが、本発明は前
記実施例に限定されるものではなく、気化用レーザ光の
入射軸とイオンの引出し軸を同軸にするような構造につ
いても適用可能であり、この場合も試料ステージは本実
施例に図示するように傾斜機能を有していると使い易
い。

【００８０】また、本実施例の試料分析装置において
は、以下のような種々の変更が可能である。

【００８１】(1).気化用レーザ光１６を１点にのみ照射
して質量スペクトルを得る点分析を示したが、パルス毎
に試料ステージを移動することによって１次元あるいは
２次元走査し、１次元情報や２次元情報・像を取ること
も可能である。

【００８２】(2).観察用および気化用レーザ光３０，１
６を光偏向器１３で１段偏向させる場合を示したが、大
きく偏向させる場合には複数の光偏向器を使い、複数段
偏向することも可能である。

【００８３】(3).本実施例では触れていないが、より細
いレーザ光を作るために、図４(b),(C) に示すようにレ
ーザ光路の絞り部周辺に位相反転部を設け、図４(a) に
示す従来方式の振幅分布の実効範囲Ｌに比べて、実効範
囲Ｌ１，Ｌ２のように狭くすることも可能である。

【００８４】(4).垂直な反射光３１を像信号として用い
たが、散乱光でもよいし、蛍光やラマン光・光励起電流
などの他の情報を像信号として用いることも可能であ
る。

【００８５】(5).飛行時間型質量分析計３による分析法
を用いたが、磁場によるＥＣＲを利用した方法などの他
の分析法を用いてもよい。

【００８６】さらに、本実施例の試料分析装置において
は、半導体製造におけるウェハ１に付着した異物１０の
分析に適用した場合を示したが、この他に、ウェハの表
面汚染やＣＶＤ・スパッタ膜組成の高分解能・高感度分
析、あるいはパターン加工段階でのレジストやエッチン
グ、穴底などの残渣分析などにも応用でき、このような
場合にはウェハ内でのマッピング表示も可能である。

【００８７】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその利用分野である半導体製造に用い
られる試料分析装置に適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、液晶ディスプレ
イ、メモリディスク、回路基板などの微小領域の高感度
分析が必要とされる全ての分野についても広く適用可能
である。

【００８８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００８９】すなわち、観察用レーザ光を試料気化用レ
ーザ光と同軸に、試料に照射して走査試料像を形成し、
この走査試料像に基づいて分析箇所の位置出しを行うこ
とにより、この分析箇所に試料気化用レーザ光を照射し
て分析することができるので、観察用レーザ光による高
解像観察機能をもとに正確な微小部分の位置出しを実現
し、試料気化用レーザ光による試料の組成・成分分析を
正確かつ迅速に行うことが可能となる。

【００９０】特に、試料気化用レーザ光の照射により気
化されたイオンを検出して分析する分析部を質量分析計
とすることにより、多元素同時分析が可能となるので、
試料の微小部分を高感度・高分解能で分析することがで
きる。

【００９１】この結果、気化用レーザ光を正確かつ迅速
に所望の微小な分析部分に照射することができるので、
試料材料としての有機物・無機物を問わず、微小な領域
や物の高感度・高分解能分析が可能とされる試料分析装
置および方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である試料分析装置を示す概
略構成図である。

【図２】本実施例の試料分析装置における異物の組成・
成分分析の作業フロー図である。

【図３】本実施例において、分析部分発見のための視野
移動を示す説明図である。

【図４】本実施例において、細いレーザビームを得るた
めの位相反転を用いるビーム絞りの説明図である。

【符号の説明】

１ウェハ（試料）２試料気化用レーザ機構３飛行時間型質量分析計４観察用レーザ機構５ローディングチャンバ６光学式文字読取り器７バルブ８真空容器９試料ステージ１０異物１１試料気化用レーザ１２切換ミラー１３光偏向器１４ミラー１５対物レンズ１６気化用レーザ光１７イオン引出し電極１８フライト空間１９反射電極２０ポスト加速電極２１イオン検出器２２パルス増幅器２３オシロスコープ２４イオン２５観察用レーザ２６ピンホール２７光検出器２８信号増幅・処理器２９ディスプレイ３０観察用レーザ光３１反射光３２イオン化用レーザ３３イオン化用レーザ光３４収束レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に試料気化用レーザ光を照射し、照
射された試料部分から気化される原子や分子・イオンを
検出して分析する試料分析装置であって、前記試料気化
用レーザ光と同軸に、前記試料に照射して走査試料像を
形成する観察用レーザ光を有することを特徴とする試料
分析装置。
【請求項２】前記観察用レーザ光の照射により形成さ
れた走査試料像に基づいて、分析箇所の位置出しを行う
位置出し手段を有することを特徴とする請求項１記載の
試料分析装置。
【請求項３】前記試料気化用レーザ光の照射により気
化されたイオンを検出して分析する分析部を、多元素同
時分析が可能な質量分析計とすることを特徴とする請求
項１または２記載の試料分析装置。
【請求項４】試料に試料気化用レーザ光を照射し、照
射された試料部分から気化される原子や分子・イオンを
検出して分析する試料分析方法であって、前記試料の試
料像を形成する観察用レーザ光を、前記試料気化用レー
ザ光と同軸に前記試料に照射して走査試料像を形成し、
該走査試料像に基づいて分析箇所の位置出しを行い、該
分析箇所に前記試料気化用レーザ光を照射して分析する
ことを特徴とする試料分析方法。
【請求項５】前記試料の識別情報を読み取り、読み取
った識別情報に基づいて対応する作業指示・作業条件・
作業データを指定する第１の処理手順と、指定された作
業指示・作業条件・作業データに基づいて、指定された
試料について、指定された場所および作業を自動的に遂
行する第２の処理手順と、分析に必要な複数のデータ・
画像を同時に表示する第３の処理手順と、外部装置との
間で、分析に必要な作業指示・作業条件・作業データ・
画像データ・分析データ情報をオンラインで転送および
入出力する第４の処理手順と、レーザ光と試料との位置
合わせおよび／または位置出しを行う第５の処理手順
と、指定された試料について、該試料内の単数あるいは
複数の箇所を自動的に分析する第６の処理手順と、指定
された前記試料について、該試料内の単数あるいは複数
の箇所の分析データを予め格納されているリファレンス
データと照合して解析する第７の処理手順と、分析デー
タ、画像データおよび／または分析データの処理結果を
必要に応じて表示・記憶あるいは出力する第８の処理手
順との各処理手順のうち、少なくとも１つの処理手順を
行うことを特徴とする請求項４記載の試料分析方法。