試料検査装置及び試料検査方法
【課題】複数種類の計測方法を組み合わせることにより、検査可能な試料を制限することのない試料検査装置及び試料検査方法を提供する。
【解決手段】試料検査装置は、入射部１１、反射光受光部１２及び分析部１３（エリプソメータ部）と、Ｘ線源２１、蛍光Ｘ線検出部２２及び分析部２３（Ｘ線測定部）と、レーザ光源３１、ビームスプリッタ３４、ラマン散乱光検出部３２及び分析部３３（ラマン散乱光測定部）とを備える。試料６に応じた適切な手法を用いて試料の厚みの計測が可能である。またエリプソメトリ及び蛍光Ｘ線分析を組み合わせることにより、試料６の厚みと屈折率等の光学特性とを独立に計測することができる。また試料６が多層試料である場合は、各層を適切な試料で検査することができる。
【解決手段】試料検査装置は、入射部１１、反射光受光部１２及び分析部１３（エリプソメータ部）と、Ｘ線源２１、蛍光Ｘ線検出部２２及び分析部２３（Ｘ線測定部）と、レーザ光源３１、ビームスプリッタ３４、ラマン散乱光検出部３２及び分析部３３（ラマン散乱光測定部）とを備える。試料６に応じた適切な手法を用いて試料の厚みの計測が可能である。またエリプソメトリ及び蛍光Ｘ線分析を組み合わせることにより、試料６の厚みと屈折率等の光学特性とを独立に計測することができる。また試料６が多層試料である場合は、各層を適切な試料で検査することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の厚みを含む特性を計測する試料検査装置及び試料検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子等の半導体素子には、互いに組成が異なる複数の層が積層した多層構造を持つ素子がある。このような素子の製造工程中又は製造後に、各層の厚み及びその他の特性の計測を行いたいというニーズがある。試料の厚み及びその他の特性を計測することにより試料を検査する装置としては、エリプソメータがある。エリプソメータは、試料に対して直線偏光を照射し、試料への入射光と反射光との間での偏光状態の変化を測定し、偏光状態の変化に基づいて試料の厚み及び屈折率等を計測する。特許文献１には、エリプソメータにより試料の厚みを計測する技術が開示されている。また他の試料検査装置としては、Ｘ線を試料に照射し、試料から発生する蛍光Ｘ線を分析する蛍光Ｘ線分析装置がある。試料の組成が既知である場合は、蛍光Ｘ線の強度から試料の厚みを計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３３９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多層構造を持つ試料にゲート絶縁層等の透明層が含まれる場合、エリプソメータにより透明層の厚みを計測することが可能である。しかし、試料に配線層等の金属層が含まれる場合、光は金属層の内部へは侵入できないので、エリプソメータにより金属層の厚みを計測することはできない。これに対し、蛍光Ｘ線分析装置は、金属層の厚みを計測することは可能である。しかし、試料の組成によっては、蛍光Ｘ線分析装置で厚みを測定することが困難な層を含む試料がある。例えば、二酸化ケイ素を成分とするゲート絶縁層である透明層がシリコン基板上に形成されている試料では、シリコン基板からのシリコンの蛍光Ｘ線と透明層からのシリコンの蛍光Ｘ線とを区別することが困難であるので、各層の厚みを個別に計測することは困難である。このように、試料によって適切な試料検査装置が異なっており、試料によって試料検査装置を使い分ける必要があるという問題がある。特に、多層試料の特性を計測するためには複数の試料検査装置を使用する必要があり、手間が掛かるという問題がある。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数種類の計測方法を組み合わせることにより、検査可能な試料を制限することのない試料検査装置及び試料検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る試料検査装置は、試料へ直線偏光を入射し、試料からの反射光を受光し、入射光と反射光との間での偏光の変化を測定するエリプソメータ部と、試料へＸ線を照射し、試料からのＸ線を測定するＸ線測定部と、前記エリプソメータ部又は前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを求めるための解析を行う解析部とを備えることを特徴とする試料検査装置。
【０００７】
本発明に係る試料検査装置は、前記解析部は、前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計算する手段と、前記エリプソメータ部での測定結果、及び試料の厚みの計算結果に基づいて、試料の光学特性を計算する手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る試料検査装置は、試料が多層試料である場合に、前記エリプソメータ部で直線偏光を入射する位置を、多層試料中の任意の一層に直線偏光が入射されるように調整する手段を更に備え、前記解析部は、前記エリプソメータ部での測定結果に基づいて、前記エリプソメータ部が直線偏光を入射した前記任意の一層の厚みを計算する手段と、前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、前記多層試料中の他の層の厚みを計算する手段とを更に有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る試料検査装置は、試料へ単色光を入射し、試料から発生するラマン散乱光を測定するラマン散乱光測定部を更に備え、前記解析部は、前記ラマン散乱光測定部の測定結果に基づいて、試料の構造特性を計算する手段を更に有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る試料検査方法は、平板状の試料へ直線偏光を入射し、試料からの反射光を受光し、入射光と反射光との間での偏光の変化を測定するエリプソメータ部と、試料へＸ線を照射し、試料からのＸ線を測定するＸ線測定部とを備える試料検査装置を用いて、前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計算し、前記エリプソメータ部での測定結果、及び試料の厚みの計算結果に基づいて、試料の光学特性を計算することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る試料検査方法は、試料が多層試料である場合に、前記エリプソメータ部で多層試料中の任意の一の層について入射光と反射光との間での偏光の変化を測定し、前記Ｘ線測定部で前記多層試料からのＸ線を測定し、前記エリプソメータ部での測定結果に基づいて、前記一の層の厚みを計算し、前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、前記多層試料中の他の層の厚みを計算することを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、試料検査装置は、エリプソメータ部とＸ線測定部とを備え、エリプソメータ部又はＸ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計測する。従って、蛍光Ｘ線分析等、Ｘ線を用いた分析が利用できる試料についてはＸ線を用いて試料の厚みを計測し、Ｘ線を用いた分析の利用が困難である試料についてはエリプソメトリにより試料の厚みを計測することができる。
【００１３】
また本発明においては、試料検査装置は、Ｘ線を用いた分析により試料の厚みを計測し、エリプソメータ部の測定結果及び計測した試料の厚みに基づいて、試料の屈折率等の光学特性を計測する。従って、単独のエリプソメータとは異なって、試料の光学特性及び厚みの夫々を独立に計測することができる。
【００１４】
また本発明においては、試料検査装置は、多層試料中の任意の一層についてエリプソメトリにより厚みを計測し、他の一層についてＸ線を用いた分析により厚みを計測することができる。各層の厚みの計測は同時に行うこともできる。
【００１５】
また本発明においては、試料検査装置は、ラマン散乱光測定部を更に備え、エリプソメトリ及びＸ線を用いた分析とは別に、ラマン散乱光分析により試料の結晶化度等の構造特性を計測することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にあっては、試料に応じた適切な手法を用いて試料の厚みの計測が可能である。試料によって試料検査装置を使い分ける必要がないので、試料を検査する際の手間が簡便となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る試料検査装置の構成を示す模式図である。
【図２】試料の例を示す模式的断面図である。
【図３】実施の形態２に係る試料検査装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る試料検査装置の構成を示す模式図である。試料検査装置は、試料６を載置する試料台５１と、試料台５１上の試料６へ直線偏光を入射する入射部１１と、入射光が試料６で反射した反射光を受光する反射光受光部１２とを備えている。図１中には、入射光及び反射光を破線矢印で示している。入射部１１は、キセノンランプ等の白色光源と、スリットと、白色光を直線偏光に変換する偏光子とを含んで構成された光学系である。反射光受光部１２は、反射光の位相を変調する位相変調器と、検光子と、検光子を通った光を分光する分光器と、分光された光を検出する光検出器とを含んで構成された光学系である。反射光受光部１２には、反射光受光部１２での反射光の受光結果を分析する分析部１３が接続されている。
【００１９】
反射光受光部１２は、分光された波長別に、位相の変調に応じた光の検出強度を分析部１３へ出力する。分析部１３は、位相の変調に応じた光の検出強度から、試料６の入射面に垂直な偏光成分であるｓ偏光と平行な偏光成分であるｐ偏光との位相差Δ、及びｓ偏光とｐ偏光との反射振幅比角Ψを、波長毎に計測する。Δ及びΨはエリプソメトリにおける測定値である。このようにして、分析部１３は、試料６のΔ及びΨの波長変化を取得する。入射部１１、反射光受光部１２及び分析部１３は、本発明におけるエリプソメータ部に対応し、エリプソメトリによる試料６の検査を行う。
【００２０】
試料検査装置は、更に、Ｘ線源２１と、Ｘ線源２１が発生したＸ線を試料６へ照射させる図示しない光学系と、Ｘ線の照射によって試料６で発生した蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出部２２とを備える。少なくともＸ線源２１、試料台５１及び蛍光Ｘ線検出部２２は、Ｘ線を遮蔽する図示しない筐体内に納められている。図１中には、試料６へ照射するＸ線及び蛍光Ｘ線を実線矢印で示している。Ｘ線源２１は、金属製のターゲットに加速電子を衝突させることによってＸ線を発生させるＸ線管である。蛍光Ｘ線検出部２２は、試料６から発生した蛍光Ｘ線を検出できる位置に配置されている。蛍光Ｘ線検出部２２は、比例計数管又は半導体検出器等の検出素子を備える。蛍光Ｘ線検出部２２には、蛍光Ｘ線の検出結果を分析する分析部２３が接続されている。
【００２１】
蛍光Ｘ線検出部２２は、検出素子に入射した蛍光Ｘ線のエネルギーに比例した電気信号を分析部２３へ出力する。分析部２３は、蛍光Ｘ線検出部２２からの電気信号を信号強度に応じて選別し、各信号強度の電気信号をカウントすることにより、蛍光Ｘ線の波長とカウント数との関係、即ち蛍光Ｘ線のスペクトルを取得する。Ｘ線源２１、蛍光Ｘ線検出部２２及び分析部２３は、本発明におけるＸ線測定部に対応し、蛍光Ｘ線分析による試料６の検査を行う。なお、図１には、エリプソメトリで利用する光の光路と、蛍光Ｘ線分析で利用するＸ線の光路とが同一の平面上にある形態を示しているが、試料検査装置は、二つの光路が互いに交差する平面上にある形態であってもよい。
【００２２】
試料検査装置は、更に、レーザ光源３１と、レーザ光源３１からのレーザ光を試料６へ略垂直に照射する図示しない光学系と、レーザ光の照射により試料６から発生したラマン散乱光を分離するビームスプリッタ３４と、ラマン散乱光検出部３２を備えている。レーザ光の試料６への照射により、試料６からはレーザ光によって励起されたラマン散乱光が発生する。ラマン散乱光は、ビームスプリッタ３４でレーザ光から分離され、ラマン散乱光検出部３２へ入射する。図１中には、試料６へ照射するレーザ光及びラマン散乱光を二点鎖線の矢印で示している。ラマン散乱光検出部３２は、光フィルタと、ラマン散乱光を分光する分光器と、分光された光を検出する光検出器とを含んで構成された光学系である。ラマン散乱光検出部３２には、ラマン散乱光の検出結果を分析する分析部３３が接続されている。
【００２３】
ラマン散乱光検出部３２は、分光された波長別に、ラマン散乱光の検出強度を分析部３３へ出力する。分析部３３は、ラマン散乱光の波長と検出強度との関係、即ちラマン散乱光のスペクトルを取得する。レーザ光源３１、ビームスプリッタ３４、ラマン散乱光検出部３２及び分析部３３は、本発明におけるラマン散乱光測定部に対応し、ラマン散乱光分析による試料６の検査を行う。
【００２４】
試料台５１には、モータ等を用いて試料台５１を上下させる駆動部５２が連結されている。駆動部５２が試料台５１を上下させることにより、試料６を上下に移動させ、入射部１１が入射する直線偏光の試料６内での焦点位置と、レーザ光源３１が照射するレーザ光の試料６内での焦点位置とを調整することができる。試料６が多層構造である場合、駆動部５２は、試料６中の測定対象の層へ直線偏光又はレーザ光が入射するように焦点位置を調整することができる。また駆動部５２は、試料６内での焦点位置を移動させることにより、エリプソメトリ及びラマン散乱光分析の測定対象の層を変更することができる。
【００２５】
分析部１３、２３及び３３、並びに駆動部５２は、解析部４に接続されている。解析部４は、データの入出力を行うインタフェース、使用者からの指示を入力される入力部、各種の演算を実行する演算部、演算に必要な情報及びプログラムを記憶するメモリ、及び解析結果を出力するプリンタ等の出力部を含んで構成されている。分析部１３は試料６のΔ及びΨの波長変化を解析部４へ出力し、分析部２３は蛍光Ｘ線のスペクトルを解析部４へ出力し、分析部３３は、ラマン散乱光のスペクトルを解析部４へ出力する。また解析部４は、駆動部５２の動作を制御する機能を有する。
【００２６】
図２は、試料６の例を示す模式的断面図である。図２に示す試料６は、多層構造の太陽電池素子である。試料６は、金属製の金属層６４、ｐ型半導体でなるｐ型層６３、ｎ型半導体でなるｎ型層６２、及び透明層６１が積層している。金属層６４は、Ｃｕ又はＭｏ等の金属でなる裏面電極である。透明層６１は、ＺｎＯ又はＩＴＯ等でなる透明電極である。ｐ型層６３及びｎ型層６２は、多結晶シリコン、アモルファスシリコン又は化合物半導体等の半導体でなり、太陽電池素子の光吸収層である。図２では簡略化しているが、実際の太陽電池素子はより多くの層を含む。なお、本発明では、一層構造の試料の検査を行うことも可能である。
【００２７】
図２に示す試料６中の透明層６１の厚みを計測することを考える。透明層６１の組成がｎ型層６２、ｐ型層６３及び金属層６４と異なっている場合は、蛍光Ｘ線分析を用いた厚みの計測が可能である。このとき、Ｘ線源２１はＸ線を試料６へ照射し、蛍光Ｘ線検出部２２は試料６からの蛍光Ｘ線を検出し、分析部２３は蛍光Ｘ線のスペクトルを取得する。解析部４は、蛍光Ｘ線のスペクトルから、透明層６１に含まれる元素の内で他の層に含まれていない元素の蛍光Ｘ線強度を抽出し、抽出した蛍光Ｘ線強度、及び予め判明している当該元素の透明層６１中の濃度に基づいて、透明層６１の厚みを計算する処理を行う。
【００２８】
また、透明層６１中の元素がｎ型層６２、ｐ型層６３及び金属層６４のいずれかにも含まれている場合は、蛍光Ｘ線分析を用いた厚みの計測は困難であるものの、エリプソメトリを用いた厚みの計測が可能である。駆動部５２は、試料台５１を上下させることにより、入射部１１が入射する直線偏光の焦点を透明層６１上に位置させる。入射部１１は、直線偏光を試料６の透明層６１へ入射し、透明層６１での反射光を反射光受光部１２で受光し、分析部１３は透明層６１のΔ及びΨの波長変化を取得する。解析部４は、仮定した透明層６１の屈折率等の光学特性及び厚みから導かれるΔ及びΨの波長変化と、実際に取得されたΔ及びΨの波長変化とを比較し、光学特性及び厚みを変化させながら比較を繰り返すことにより、透明層６１の光学特性及び厚みを求める処理を行う。
【００２９】
以上のように、実施の形態１に係る試料検査装置は、蛍光Ｘ線分析が利用できる場合は蛍光Ｘ線分析により試料６中の一つの層の厚みを計測し、蛍光Ｘ線分析の利用が困難である場合はエリプソメトリにより層の厚みを計測することができる。このように、実施の形態１に係る試料検査装置は、どのような試料６であっても、試料６に応じた適切な手法を用いて各層の厚みの計測が可能である。試料６によって試料検査装置を使い分ける必要がないので、試料６を検査する際の手間が簡便となる。なお、組成が不明な試料６の場合は、蛍光Ｘ線分析により組成分析を行うことも可能である。
【００３０】
次に、透明層６１の光学特性を計測することを考える。透明層６１の組成がｎ型層６２、ｐ型層６３及び金属層６４と異なっている場合は、蛍光Ｘ線分析及びエリプソメトリの両方を利用することが可能である。まず、Ｘ線源２１がＸ線を試料６へ照射し、解析部４は、蛍光Ｘ線のスペクトルを解析することにより透明層６１の厚みを計算し、計算した透明層６１の厚みを記憶する。入射部１１は、次に、直線偏光を試料６の透明層６１へ入射する。解析部４は、透明層６１の厚みの値を蛍光Ｘ線分析により計測した値に固定し、透明層６１の光学特性を変化させながら、透明層６１の光学特性及び厚みから導かれるΔ及びΨの波長変化と、実際に取得されたΔ及びΨの波長変化との比較を繰り返すことにより、透明層６１の光学特性を求める処理を行う。
【００３１】
以上のように、本発明では、蛍光Ｘ線分析により試料６中の一つの層の厚みを計測し、エリプソメトリにより同一層の屈折率等の光学特性を計測することができる。単体のエリプソメータでは、層の光学特性及び厚みの夫々を独立に計測することはできない。これに対し、本発明では、層の光学特性及び厚みの夫々を独立に計測することができる。従って、本発明により、試料６に含まれる各層の屈折率等の光学特性と厚みとをより高精度に計測することが可能となる。
【００３２】
また実施の形態１に係る試料検査装置は、解析部４が入射部１１及びＸ線源２１の動作を制御し、入射部１１とＸ線源２１とを同時に動作させることが可能である。入射部１１が試料６へ入射する可視光と、Ｘ線源２１が試料６へ照射するＸ線は、波長領域が異なるので、互いに干渉することがない。また反射光受光部１２が受光する反射光と、蛍光Ｘ線検出部２２が検出する蛍光Ｘ線とは、波長領域が異なるので、互いに干渉せずに同時に検出を行うことができる。即ち、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６のΔ及びΨの波長変化と、試料６の蛍光Ｘ線スペクトルとを同時に取得することができる。解析部４は、同時に取得した試料６のΔ及びΨの波長変化並びに蛍光Ｘ線スペクトルに基づいて、試料６の光学特性及び厚みの夫々を独立に求める処理を行う。従って、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６に含まれる各層の屈折率等の光学特性と厚みとを短時間で計測することが可能となる。
【００３３】
次に、試料６中の透明層６１及び金属層６４の厚みを計測することを考える。エリプソメトリでは金属層６４の厚みを計測することは困難であるので、蛍光Ｘ線分析により金属層６４の厚みを計測し、エリプソメトリにより透明層６１の厚みを計測する。駆動部５２は、入射部１１が入射する直線偏光の焦点を透明層６１上に位置させ、入射部１１は直線偏光を試料６の透明層６１へ入射し、反射光受光部１２は透明層６１での反射光を受光し、分析部１３は透明層６１のΔ及びΨの波長変化を取得する。解析部４は、Δ及びΨの波長変化に基づき、透明層６１の厚みを求める処理を行う。また、Ｘ線源２１はＸ線を試料６へ照射し、蛍光Ｘ線検出部２２は試料６からの蛍光Ｘ線を検出し、分析部２３は蛍光Ｘ線のスペクトルを取得する。解析部４は、蛍光Ｘ線のスペクトルから、金属層６４に含まれる元素の内で他の層に含まれていない元素の蛍光Ｘ線強度を抽出し、抽出した蛍光Ｘ線強度に基づいて、金属層６４の厚みを計算する処理を行う。
【００３４】
以上のように、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６に含まれる複数の層の内、蛍光Ｘ線分析が利用できる層については蛍光Ｘ線分析により層の厚みを計測し、エリプソメトリが利用できる層についてはエリプソメトリにより層の厚みを計測することができる。このように、実施の形態１に係る試料検査装置は、多層構造の試料６に含まれる複数の層の夫々について、層に応じた適切な手法を用いて厚みの計測が可能である。測定対象となる層に応じて試料検査装置を使い分ける必要がなく、複数の層の厚みを同一の試料検査装置で計測できるので、試料を検査する際の手間が簡便となる。
【００３５】
また実施の形態１に係る試料検査装置は、入射部１１とＸ線源２１とを同時に動作させ、透明層６１のΔ及びΨの波長変化と、金属層６４の蛍光Ｘ線スペクトルとを同時に取得することができる。解析部４は、同時に取得した透明層６１のΔ及びΨの波長変化並びに金属層６４の蛍光Ｘ線スペクトルに基づいて、透明層６１の厚みと金属層６４の厚みとを独立に求める処理を行う。従って、実施の形態１に係る試料検査装置は、多層構造の試料６に含まれる複数の層の夫々の厚みを短時間で計測することが可能となる。
【００３６】
更に、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６のラマン散乱光分析を行うことが可能である。ラマン散乱光分析測定の対象となる層をｎが多層６２とする。駆動部５２は、試料台５１を上下させることにより、レーザ光源３１からのレーザ光の焦点をｎ型層６２上に位置させる。レーザ光源３１はレーザ光をｎ型層６２へ照射し、ラマン散乱光検出部３２はｎ型層６２からのラマン散乱光を検出し、分析部３３はｎ型層６２からのラマン散乱光のスペクトルを取得する。解析部４は、ラマン散乱光のスペクトルから、ｎ型層６２の結晶化度等の構造特性を計算する処理を行う。これにより、例えば、ｎ型層６２に含まれる多結晶シリコン又はアモルファスシリコンの結晶化度を計測することができる。なお、ラマン散乱光分析により、結晶化度以外に、ｎ型層６２内の応力等、その他の構造特性を計測することができる。また、ｎ型層６２以外の他の層についても、ラマン散乱光分析を行うことができる。
【００３７】
以上のように、実施の形態１に係る試料検査装置は、エリプソメトリ及び蛍光Ｘ線分析とは別に、ラマン散乱光分析により試料６中の各層について結晶化度等の構造特性を計測することができる。ラマン散乱光分析を行うために他の試料検査装置を使用する必要がないので、試料を検査する際の手間が簡便となる。またラマン散乱光分析を行うためにレーザ光源３１が試料６へ照射するレーザ光及びラマン散乱光はＸ線と波長領域が異なるので、ラマン散乱光分析と蛍光Ｘ線分析とを同時に行うことができる。例えば、試料検査装置は、ｎ型層６２のラマン散乱光スペクトルと蛍光Ｘ線スペクトルとを同時に取得し、解析部４は、ｎ型層６２の構造特性と厚みとを求める処理を行うことができる。従って、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６の結晶化度等の構造特性と厚みとを短時間で計測することが可能となる。
【００３８】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る試料検査装置の構成を示す模式図である。試料検査装置は、Ｘ線源２１、蛍光Ｘ線検出部２２及び分析部２３の代わりに、Ｘ線源７１と、Ｘ線源７１からのＸ線が試料６で反射した反射Ｘ線を検出する反射Ｘ線検出部７２と、反射Ｘ線の検出結果を分析する分析部７３とを備えている。更に、試料検査装置は、Ｘ線源７１からのＸ線を試料６へ照射させ、Ｘ線の照射中に試料６に対するＸ線の入射角度を変化させる図示しない光学系を備えている。Ｘ線源７１はＸ線管であり、反射Ｘ線検出部７２は、試料６からの反射Ｘ線を検出できる位置に配置されている。反射Ｘ線検出部７２は、Ｘ線強度をカウントする検出素子を備え、検出した反射Ｘ線の強度を示す電気信号を分析部７３へ出力する。Ｘ線源７１、反射Ｘ線検出部７２及び分析部７３は、本発明におけるＸ線測定部に対応する。
【００３９】
分析部７３は、反射Ｘ線検出部７２からの電気信号をＸ線の入射角度別に分類し、試料６に対するＸ線の入射角度と反射Ｘ線の強度との関係、即ちＸ線の入射角度に対する反射Ｘ線の強度変化を取得する。分析部７３は、解析部４に接続されており、Ｘ線の入射角度に対する反射Ｘ線の強度変化を解析部４へ出力する。解析部４は、Ｘ線の入射角度に対する反射Ｘ線の強度変化のシミュレーションを実行し、分析部７３から入力された反射Ｘ線の強度変化の測定結果とシミュレーション結果とを比較し、シミュレーションパラメータを最適化する処理を行う。解析部４は、シミュレーションパラメータを最適化することにより、試料６の各層の膜厚、密度、及びラフネスを計算する。このようにして、Ｘ線源７１、反射Ｘ線検出部７２、分析部７３及び解析部４は、ＸＲＲ（Ｘ線反射率法）による試料６の分析を行う。試料検査装置のその他の構成は、実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、ＸＲＲが利用できる場合はＸＲＲにより試料６中の一つの層の厚みを計測し、ＸＲＲの利用が困難である場合はエリプソメトリにより層の厚みを計測することができる。このように、実施の形態２に係る試料検査装置は、試料６に応じた適切な手法を用いて各層の厚みの計測が可能であり、試料６によって試料検査装置を使い分ける必要がない。また実施の形態１と同様に、実施の形態２に係る試料検査装置は、多層構造の試料６に含まれる複数の層の夫々について、層に応じた適切な手法を用いて厚みの計測が可能であり、測定対象となる層に応じて試料検査装置を使い分ける必要がない。従って、試料６を検査する際の手間が簡便となる。また実施の形態２に係る試料検査装置は、ＸＲＲにより、試料６に含まれる各層の密度及びラフネスを計測することが可能である。
【００４１】
また実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、ＸＲＲにより試料６中の一つの層の厚みを計測し、エリプソメトリにより同一層の屈折率等の光学特性を計測することができる。従って、実施の形態２においても、試料６に含まれる各層の屈折率等の光学特性と厚みとをより高精度に計測することが可能となる。また実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、ＸＲＲの処理とエリプソメトリの処理とを並行して行うことにより、多層構造の試料６に含まれる複数の層の夫々の厚みを短時間で計測することが可能となる。
【００４２】
更に、実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、ＸＲＲ及びエリプソメトリとは別に、ラマン散乱光分析により試料６中の各層について結晶化度等の構造特性を計測することができる。ラマン散乱光分析とＸＲＲとは並行して行うことができ、実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、試料６の結晶化度等の構造特性と厚みとを短時間で計測することが可能となる。
【００４３】
なお、実施の形態２においては、蛍光Ｘ線分析を行わずにＸＲＲを行う形態を示したが、本発明の試料検査装置は、ＸＲＲに加えて蛍光Ｘ線分析をも行うことができる形態であってもよい。即ち、試料検査装置は、図３に示す構成に加えて、Ｘ線源２１、蛍光Ｘ線検出部２２及び分析部２３を更に備えた形態であってもよい。また試料検査装置は、ＸＲＲのために試料６へ照射するＸ線のＸ線源と蛍光Ｘ線分析のために試料６へ照射するＸ線のＸ線源とを共通化した形態であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１１ 入射部
１２ 反射光受光部
１３ 分析部
２１ Ｘ線源
２２ 蛍光Ｘ線検出部
２３ 分析部
３１ レーザ光源
３２ ラマン散乱光検出部
３３ 分析部
３４ ビームスプリッタ
４ 解析部
５１ 試料台
６ 試料
７１ Ｘ線源
７２ 反射Ｘ線検出部
７３ 分析部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の厚みを含む特性を計測する試料検査装置及び試料検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子等の半導体素子には、互いに組成が異なる複数の層が積層した多層構造を持つ素子がある。このような素子の製造工程中又は製造後に、各層の厚み及びその他の特性の計測を行いたいというニーズがある。試料の厚み及びその他の特性を計測することにより試料を検査する装置としては、エリプソメータがある。エリプソメータは、試料に対して直線偏光を照射し、試料への入射光と反射光との間での偏光状態の変化を測定し、偏光状態の変化に基づいて試料の厚み及び屈折率等を計測する。特許文献１には、エリプソメータにより試料の厚みを計測する技術が開示されている。また他の試料検査装置としては、Ｘ線を試料に照射し、試料から発生する蛍光Ｘ線を分析する蛍光Ｘ線分析装置がある。試料の組成が既知である場合は、蛍光Ｘ線の強度から試料の厚みを計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３３９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多層構造を持つ試料にゲート絶縁層等の透明層が含まれる場合、エリプソメータにより透明層の厚みを計測することが可能である。しかし、試料に配線層等の金属層が含まれる場合、光は金属層の内部へは侵入できないので、エリプソメータにより金属層の厚みを計測することはできない。これに対し、蛍光Ｘ線分析装置は、金属層の厚みを計測することは可能である。しかし、試料の組成によっては、蛍光Ｘ線分析装置で厚みを測定することが困難な層を含む試料がある。例えば、二酸化ケイ素を成分とするゲート絶縁層である透明層がシリコン基板上に形成されている試料では、シリコン基板からのシリコンの蛍光Ｘ線と透明層からのシリコンの蛍光Ｘ線とを区別することが困難であるので、各層の厚みを個別に計測することは困難である。このように、試料によって適切な試料検査装置が異なっており、試料によって試料検査装置を使い分ける必要があるという問題がある。特に、多層試料の特性を計測するためには複数の試料検査装置を使用する必要があり、手間が掛かるという問題がある。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数種類の計測方法を組み合わせることにより、検査可能な試料を制限することのない試料検査装置及び試料検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る試料検査装置は、試料へ直線偏光を入射し、試料からの反射光を受光し、入射光と反射光との間での偏光の変化を測定するエリプソメータ部と、試料へＸ線を照射し、試料からのＸ線を測定するＸ線測定部と、前記エリプソメータ部又は前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを求めるための解析を行う解析部とを備えることを特徴とする試料検査装置。
【０００７】
本発明に係る試料検査装置は、前記解析部は、前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計算する手段と、前記エリプソメータ部での測定結果、及び試料の厚みの計算結果に基づいて、試料の光学特性を計算する手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る試料検査装置は、試料が多層試料である場合に、前記エリプソメータ部で直線偏光を入射する位置を、多層試料中の任意の一層に直線偏光が入射されるように調整する手段を更に備え、前記解析部は、前記エリプソメータ部での測定結果に基づいて、前記エリプソメータ部が直線偏光を入射した前記任意の一層の厚みを計算する手段と、前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、前記多層試料中の他の層の厚みを計算する手段とを更に有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る試料検査装置は、試料へ単色光を入射し、試料から発生するラマン散乱光を測定するラマン散乱光測定部を更に備え、前記解析部は、前記ラマン散乱光測定部の測定結果に基づいて、試料の構造特性を計算する手段を更に有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る試料検査方法は、平板状の試料へ直線偏光を入射し、試料からの反射光を受光し、入射光と反射光との間での偏光の変化を測定するエリプソメータ部と、試料へＸ線を照射し、試料からのＸ線を測定するＸ線測定部とを備える試料検査装置を用いて、前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計算し、前記エリプソメータ部での測定結果、及び試料の厚みの計算結果に基づいて、試料の光学特性を計算することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る試料検査方法は、試料が多層試料である場合に、前記エリプソメータ部で多層試料中の任意の一の層について入射光と反射光との間での偏光の変化を測定し、前記Ｘ線測定部で前記多層試料からのＸ線を測定し、前記エリプソメータ部での測定結果に基づいて、前記一の層の厚みを計算し、前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、前記多層試料中の他の層の厚みを計算することを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、試料検査装置は、エリプソメータ部とＸ線測定部とを備え、エリプソメータ部又はＸ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計測する。従って、蛍光Ｘ線分析等、Ｘ線を用いた分析が利用できる試料についてはＸ線を用いて試料の厚みを計測し、Ｘ線を用いた分析の利用が困難である試料についてはエリプソメトリにより試料の厚みを計測することができる。
【００１３】
また本発明においては、試料検査装置は、Ｘ線を用いた分析により試料の厚みを計測し、エリプソメータ部の測定結果及び計測した試料の厚みに基づいて、試料の屈折率等の光学特性を計測する。従って、単独のエリプソメータとは異なって、試料の光学特性及び厚みの夫々を独立に計測することができる。
【００１４】
また本発明においては、試料検査装置は、多層試料中の任意の一層についてエリプソメトリにより厚みを計測し、他の一層についてＸ線を用いた分析により厚みを計測することができる。各層の厚みの計測は同時に行うこともできる。
【００１５】
また本発明においては、試料検査装置は、ラマン散乱光測定部を更に備え、エリプソメトリ及びＸ線を用いた分析とは別に、ラマン散乱光分析により試料の結晶化度等の構造特性を計測することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にあっては、試料に応じた適切な手法を用いて試料の厚みの計測が可能である。試料によって試料検査装置を使い分ける必要がないので、試料を検査する際の手間が簡便となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る試料検査装置の構成を示す模式図である。
【図２】試料の例を示す模式的断面図である。
【図３】実施の形態２に係る試料検査装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る試料検査装置の構成を示す模式図である。試料検査装置は、試料６を載置する試料台５１と、試料台５１上の試料６へ直線偏光を入射する入射部１１と、入射光が試料６で反射した反射光を受光する反射光受光部１２とを備えている。図１中には、入射光及び反射光を破線矢印で示している。入射部１１は、キセノンランプ等の白色光源と、スリットと、白色光を直線偏光に変換する偏光子とを含んで構成された光学系である。反射光受光部１２は、反射光の位相を変調する位相変調器と、検光子と、検光子を通った光を分光する分光器と、分光された光を検出する光検出器とを含んで構成された光学系である。反射光受光部１２には、反射光受光部１２での反射光の受光結果を分析する分析部１３が接続されている。
【００１９】
反射光受光部１２は、分光された波長別に、位相の変調に応じた光の検出強度を分析部１３へ出力する。分析部１３は、位相の変調に応じた光の検出強度から、試料６の入射面に垂直な偏光成分であるｓ偏光と平行な偏光成分であるｐ偏光との位相差Δ、及びｓ偏光とｐ偏光との反射振幅比角Ψを、波長毎に計測する。Δ及びΨはエリプソメトリにおける測定値である。このようにして、分析部１３は、試料６のΔ及びΨの波長変化を取得する。入射部１１、反射光受光部１２及び分析部１３は、本発明におけるエリプソメータ部に対応し、エリプソメトリによる試料６の検査を行う。
【００２０】
試料検査装置は、更に、Ｘ線源２１と、Ｘ線源２１が発生したＸ線を試料６へ照射させる図示しない光学系と、Ｘ線の照射によって試料６で発生した蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出部２２とを備える。少なくともＸ線源２１、試料台５１及び蛍光Ｘ線検出部２２は、Ｘ線を遮蔽する図示しない筐体内に納められている。図１中には、試料６へ照射するＸ線及び蛍光Ｘ線を実線矢印で示している。Ｘ線源２１は、金属製のターゲットに加速電子を衝突させることによってＸ線を発生させるＸ線管である。蛍光Ｘ線検出部２２は、試料６から発生した蛍光Ｘ線を検出できる位置に配置されている。蛍光Ｘ線検出部２２は、比例計数管又は半導体検出器等の検出素子を備える。蛍光Ｘ線検出部２２には、蛍光Ｘ線の検出結果を分析する分析部２３が接続されている。
【００２１】
蛍光Ｘ線検出部２２は、検出素子に入射した蛍光Ｘ線のエネルギーに比例した電気信号を分析部２３へ出力する。分析部２３は、蛍光Ｘ線検出部２２からの電気信号を信号強度に応じて選別し、各信号強度の電気信号をカウントすることにより、蛍光Ｘ線の波長とカウント数との関係、即ち蛍光Ｘ線のスペクトルを取得する。Ｘ線源２１、蛍光Ｘ線検出部２２及び分析部２３は、本発明におけるＸ線測定部に対応し、蛍光Ｘ線分析による試料６の検査を行う。なお、図１には、エリプソメトリで利用する光の光路と、蛍光Ｘ線分析で利用するＸ線の光路とが同一の平面上にある形態を示しているが、試料検査装置は、二つの光路が互いに交差する平面上にある形態であってもよい。
【００２２】
試料検査装置は、更に、レーザ光源３１と、レーザ光源３１からのレーザ光を試料６へ略垂直に照射する図示しない光学系と、レーザ光の照射により試料６から発生したラマン散乱光を分離するビームスプリッタ３４と、ラマン散乱光検出部３２を備えている。レーザ光の試料６への照射により、試料６からはレーザ光によって励起されたラマン散乱光が発生する。ラマン散乱光は、ビームスプリッタ３４でレーザ光から分離され、ラマン散乱光検出部３２へ入射する。図１中には、試料６へ照射するレーザ光及びラマン散乱光を二点鎖線の矢印で示している。ラマン散乱光検出部３２は、光フィルタと、ラマン散乱光を分光する分光器と、分光された光を検出する光検出器とを含んで構成された光学系である。ラマン散乱光検出部３２には、ラマン散乱光の検出結果を分析する分析部３３が接続されている。
【００２３】
ラマン散乱光検出部３２は、分光された波長別に、ラマン散乱光の検出強度を分析部３３へ出力する。分析部３３は、ラマン散乱光の波長と検出強度との関係、即ちラマン散乱光のスペクトルを取得する。レーザ光源３１、ビームスプリッタ３４、ラマン散乱光検出部３２及び分析部３３は、本発明におけるラマン散乱光測定部に対応し、ラマン散乱光分析による試料６の検査を行う。
【００２４】
試料台５１には、モータ等を用いて試料台５１を上下させる駆動部５２が連結されている。駆動部５２が試料台５１を上下させることにより、試料６を上下に移動させ、入射部１１が入射する直線偏光の試料６内での焦点位置と、レーザ光源３１が照射するレーザ光の試料６内での焦点位置とを調整することができる。試料６が多層構造である場合、駆動部５２は、試料６中の測定対象の層へ直線偏光又はレーザ光が入射するように焦点位置を調整することができる。また駆動部５２は、試料６内での焦点位置を移動させることにより、エリプソメトリ及びラマン散乱光分析の測定対象の層を変更することができる。
【００２５】
分析部１３、２３及び３３、並びに駆動部５２は、解析部４に接続されている。解析部４は、データの入出力を行うインタフェース、使用者からの指示を入力される入力部、各種の演算を実行する演算部、演算に必要な情報及びプログラムを記憶するメモリ、及び解析結果を出力するプリンタ等の出力部を含んで構成されている。分析部１３は試料６のΔ及びΨの波長変化を解析部４へ出力し、分析部２３は蛍光Ｘ線のスペクトルを解析部４へ出力し、分析部３３は、ラマン散乱光のスペクトルを解析部４へ出力する。また解析部４は、駆動部５２の動作を制御する機能を有する。
【００２６】
図２は、試料６の例を示す模式的断面図である。図２に示す試料６は、多層構造の太陽電池素子である。試料６は、金属製の金属層６４、ｐ型半導体でなるｐ型層６３、ｎ型半導体でなるｎ型層６２、及び透明層６１が積層している。金属層６４は、Ｃｕ又はＭｏ等の金属でなる裏面電極である。透明層６１は、ＺｎＯ又はＩＴＯ等でなる透明電極である。ｐ型層６３及びｎ型層６２は、多結晶シリコン、アモルファスシリコン又は化合物半導体等の半導体でなり、太陽電池素子の光吸収層である。図２では簡略化しているが、実際の太陽電池素子はより多くの層を含む。なお、本発明では、一層構造の試料の検査を行うことも可能である。
【００２７】
図２に示す試料６中の透明層６１の厚みを計測することを考える。透明層６１の組成がｎ型層６２、ｐ型層６３及び金属層６４と異なっている場合は、蛍光Ｘ線分析を用いた厚みの計測が可能である。このとき、Ｘ線源２１はＸ線を試料６へ照射し、蛍光Ｘ線検出部２２は試料６からの蛍光Ｘ線を検出し、分析部２３は蛍光Ｘ線のスペクトルを取得する。解析部４は、蛍光Ｘ線のスペクトルから、透明層６１に含まれる元素の内で他の層に含まれていない元素の蛍光Ｘ線強度を抽出し、抽出した蛍光Ｘ線強度、及び予め判明している当該元素の透明層６１中の濃度に基づいて、透明層６１の厚みを計算する処理を行う。
【００２８】
また、透明層６１中の元素がｎ型層６２、ｐ型層６３及び金属層６４のいずれかにも含まれている場合は、蛍光Ｘ線分析を用いた厚みの計測は困難であるものの、エリプソメトリを用いた厚みの計測が可能である。駆動部５２は、試料台５１を上下させることにより、入射部１１が入射する直線偏光の焦点を透明層６１上に位置させる。入射部１１は、直線偏光を試料６の透明層６１へ入射し、透明層６１での反射光を反射光受光部１２で受光し、分析部１３は透明層６１のΔ及びΨの波長変化を取得する。解析部４は、仮定した透明層６１の屈折率等の光学特性及び厚みから導かれるΔ及びΨの波長変化と、実際に取得されたΔ及びΨの波長変化とを比較し、光学特性及び厚みを変化させながら比較を繰り返すことにより、透明層６１の光学特性及び厚みを求める処理を行う。
【００２９】
以上のように、実施の形態１に係る試料検査装置は、蛍光Ｘ線分析が利用できる場合は蛍光Ｘ線分析により試料６中の一つの層の厚みを計測し、蛍光Ｘ線分析の利用が困難である場合はエリプソメトリにより層の厚みを計測することができる。このように、実施の形態１に係る試料検査装置は、どのような試料６であっても、試料６に応じた適切な手法を用いて各層の厚みの計測が可能である。試料６によって試料検査装置を使い分ける必要がないので、試料６を検査する際の手間が簡便となる。なお、組成が不明な試料６の場合は、蛍光Ｘ線分析により組成分析を行うことも可能である。
【００３０】
次に、透明層６１の光学特性を計測することを考える。透明層６１の組成がｎ型層６２、ｐ型層６３及び金属層６４と異なっている場合は、蛍光Ｘ線分析及びエリプソメトリの両方を利用することが可能である。まず、Ｘ線源２１がＸ線を試料６へ照射し、解析部４は、蛍光Ｘ線のスペクトルを解析することにより透明層６１の厚みを計算し、計算した透明層６１の厚みを記憶する。入射部１１は、次に、直線偏光を試料６の透明層６１へ入射する。解析部４は、透明層６１の厚みの値を蛍光Ｘ線分析により計測した値に固定し、透明層６１の光学特性を変化させながら、透明層６１の光学特性及び厚みから導かれるΔ及びΨの波長変化と、実際に取得されたΔ及びΨの波長変化との比較を繰り返すことにより、透明層６１の光学特性を求める処理を行う。
【００３１】
以上のように、本発明では、蛍光Ｘ線分析により試料６中の一つの層の厚みを計測し、エリプソメトリにより同一層の屈折率等の光学特性を計測することができる。単体のエリプソメータでは、層の光学特性及び厚みの夫々を独立に計測することはできない。これに対し、本発明では、層の光学特性及び厚みの夫々を独立に計測することができる。従って、本発明により、試料６に含まれる各層の屈折率等の光学特性と厚みとをより高精度に計測することが可能となる。
【００３２】
また実施の形態１に係る試料検査装置は、解析部４が入射部１１及びＸ線源２１の動作を制御し、入射部１１とＸ線源２１とを同時に動作させることが可能である。入射部１１が試料６へ入射する可視光と、Ｘ線源２１が試料６へ照射するＸ線は、波長領域が異なるので、互いに干渉することがない。また反射光受光部１２が受光する反射光と、蛍光Ｘ線検出部２２が検出する蛍光Ｘ線とは、波長領域が異なるので、互いに干渉せずに同時に検出を行うことができる。即ち、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６のΔ及びΨの波長変化と、試料６の蛍光Ｘ線スペクトルとを同時に取得することができる。解析部４は、同時に取得した試料６のΔ及びΨの波長変化並びに蛍光Ｘ線スペクトルに基づいて、試料６の光学特性及び厚みの夫々を独立に求める処理を行う。従って、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６に含まれる各層の屈折率等の光学特性と厚みとを短時間で計測することが可能となる。
【００３３】
次に、試料６中の透明層６１及び金属層６４の厚みを計測することを考える。エリプソメトリでは金属層６４の厚みを計測することは困難であるので、蛍光Ｘ線分析により金属層６４の厚みを計測し、エリプソメトリにより透明層６１の厚みを計測する。駆動部５２は、入射部１１が入射する直線偏光の焦点を透明層６１上に位置させ、入射部１１は直線偏光を試料６の透明層６１へ入射し、反射光受光部１２は透明層６１での反射光を受光し、分析部１３は透明層６１のΔ及びΨの波長変化を取得する。解析部４は、Δ及びΨの波長変化に基づき、透明層６１の厚みを求める処理を行う。また、Ｘ線源２１はＸ線を試料６へ照射し、蛍光Ｘ線検出部２２は試料６からの蛍光Ｘ線を検出し、分析部２３は蛍光Ｘ線のスペクトルを取得する。解析部４は、蛍光Ｘ線のスペクトルから、金属層６４に含まれる元素の内で他の層に含まれていない元素の蛍光Ｘ線強度を抽出し、抽出した蛍光Ｘ線強度に基づいて、金属層６４の厚みを計算する処理を行う。
【００３４】
以上のように、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６に含まれる複数の層の内、蛍光Ｘ線分析が利用できる層については蛍光Ｘ線分析により層の厚みを計測し、エリプソメトリが利用できる層についてはエリプソメトリにより層の厚みを計測することができる。このように、実施の形態１に係る試料検査装置は、多層構造の試料６に含まれる複数の層の夫々について、層に応じた適切な手法を用いて厚みの計測が可能である。測定対象となる層に応じて試料検査装置を使い分ける必要がなく、複数の層の厚みを同一の試料検査装置で計測できるので、試料を検査する際の手間が簡便となる。
【００３５】
また実施の形態１に係る試料検査装置は、入射部１１とＸ線源２１とを同時に動作させ、透明層６１のΔ及びΨの波長変化と、金属層６４の蛍光Ｘ線スペクトルとを同時に取得することができる。解析部４は、同時に取得した透明層６１のΔ及びΨの波長変化並びに金属層６４の蛍光Ｘ線スペクトルに基づいて、透明層６１の厚みと金属層６４の厚みとを独立に求める処理を行う。従って、実施の形態１に係る試料検査装置は、多層構造の試料６に含まれる複数の層の夫々の厚みを短時間で計測することが可能となる。
【００３６】
更に、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６のラマン散乱光分析を行うことが可能である。ラマン散乱光分析測定の対象となる層をｎが多層６２とする。駆動部５２は、試料台５１を上下させることにより、レーザ光源３１からのレーザ光の焦点をｎ型層６２上に位置させる。レーザ光源３１はレーザ光をｎ型層６２へ照射し、ラマン散乱光検出部３２はｎ型層６２からのラマン散乱光を検出し、分析部３３はｎ型層６２からのラマン散乱光のスペクトルを取得する。解析部４は、ラマン散乱光のスペクトルから、ｎ型層６２の結晶化度等の構造特性を計算する処理を行う。これにより、例えば、ｎ型層６２に含まれる多結晶シリコン又はアモルファスシリコンの結晶化度を計測することができる。なお、ラマン散乱光分析により、結晶化度以外に、ｎ型層６２内の応力等、その他の構造特性を計測することができる。また、ｎ型層６２以外の他の層についても、ラマン散乱光分析を行うことができる。
【００３７】
以上のように、実施の形態１に係る試料検査装置は、エリプソメトリ及び蛍光Ｘ線分析とは別に、ラマン散乱光分析により試料６中の各層について結晶化度等の構造特性を計測することができる。ラマン散乱光分析を行うために他の試料検査装置を使用する必要がないので、試料を検査する際の手間が簡便となる。またラマン散乱光分析を行うためにレーザ光源３１が試料６へ照射するレーザ光及びラマン散乱光はＸ線と波長領域が異なるので、ラマン散乱光分析と蛍光Ｘ線分析とを同時に行うことができる。例えば、試料検査装置は、ｎ型層６２のラマン散乱光スペクトルと蛍光Ｘ線スペクトルとを同時に取得し、解析部４は、ｎ型層６２の構造特性と厚みとを求める処理を行うことができる。従って、実施の形態１に係る試料検査装置は、試料６の結晶化度等の構造特性と厚みとを短時間で計測することが可能となる。
【００３８】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る試料検査装置の構成を示す模式図である。試料検査装置は、Ｘ線源２１、蛍光Ｘ線検出部２２及び分析部２３の代わりに、Ｘ線源７１と、Ｘ線源７１からのＸ線が試料６で反射した反射Ｘ線を検出する反射Ｘ線検出部７２と、反射Ｘ線の検出結果を分析する分析部７３とを備えている。更に、試料検査装置は、Ｘ線源７１からのＸ線を試料６へ照射させ、Ｘ線の照射中に試料６に対するＸ線の入射角度を変化させる図示しない光学系を備えている。Ｘ線源７１はＸ線管であり、反射Ｘ線検出部７２は、試料６からの反射Ｘ線を検出できる位置に配置されている。反射Ｘ線検出部７２は、Ｘ線強度をカウントする検出素子を備え、検出した反射Ｘ線の強度を示す電気信号を分析部７３へ出力する。Ｘ線源７１、反射Ｘ線検出部７２及び分析部７３は、本発明におけるＸ線測定部に対応する。
【００３９】
分析部７３は、反射Ｘ線検出部７２からの電気信号をＸ線の入射角度別に分類し、試料６に対するＸ線の入射角度と反射Ｘ線の強度との関係、即ちＸ線の入射角度に対する反射Ｘ線の強度変化を取得する。分析部７３は、解析部４に接続されており、Ｘ線の入射角度に対する反射Ｘ線の強度変化を解析部４へ出力する。解析部４は、Ｘ線の入射角度に対する反射Ｘ線の強度変化のシミュレーションを実行し、分析部７３から入力された反射Ｘ線の強度変化の測定結果とシミュレーション結果とを比較し、シミュレーションパラメータを最適化する処理を行う。解析部４は、シミュレーションパラメータを最適化することにより、試料６の各層の膜厚、密度、及びラフネスを計算する。このようにして、Ｘ線源７１、反射Ｘ線検出部７２、分析部７３及び解析部４は、ＸＲＲ（Ｘ線反射率法）による試料６の分析を行う。試料検査装置のその他の構成は、実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、ＸＲＲが利用できる場合はＸＲＲにより試料６中の一つの層の厚みを計測し、ＸＲＲの利用が困難である場合はエリプソメトリにより層の厚みを計測することができる。このように、実施の形態２に係る試料検査装置は、試料６に応じた適切な手法を用いて各層の厚みの計測が可能であり、試料６によって試料検査装置を使い分ける必要がない。また実施の形態１と同様に、実施の形態２に係る試料検査装置は、多層構造の試料６に含まれる複数の層の夫々について、層に応じた適切な手法を用いて厚みの計測が可能であり、測定対象となる層に応じて試料検査装置を使い分ける必要がない。従って、試料６を検査する際の手間が簡便となる。また実施の形態２に係る試料検査装置は、ＸＲＲにより、試料６に含まれる各層の密度及びラフネスを計測することが可能である。
【００４１】
また実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、ＸＲＲにより試料６中の一つの層の厚みを計測し、エリプソメトリにより同一層の屈折率等の光学特性を計測することができる。従って、実施の形態２においても、試料６に含まれる各層の屈折率等の光学特性と厚みとをより高精度に計測することが可能となる。また実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、ＸＲＲの処理とエリプソメトリの処理とを並行して行うことにより、多層構造の試料６に含まれる複数の層の夫々の厚みを短時間で計測することが可能となる。
【００４２】
更に、実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、ＸＲＲ及びエリプソメトリとは別に、ラマン散乱光分析により試料６中の各層について結晶化度等の構造特性を計測することができる。ラマン散乱光分析とＸＲＲとは並行して行うことができ、実施の形態２に係る試料検査装置は、実施の形態１と同様に、試料６の結晶化度等の構造特性と厚みとを短時間で計測することが可能となる。
【００４３】
なお、実施の形態２においては、蛍光Ｘ線分析を行わずにＸＲＲを行う形態を示したが、本発明の試料検査装置は、ＸＲＲに加えて蛍光Ｘ線分析をも行うことができる形態であってもよい。即ち、試料検査装置は、図３に示す構成に加えて、Ｘ線源２１、蛍光Ｘ線検出部２２及び分析部２３を更に備えた形態であってもよい。また試料検査装置は、ＸＲＲのために試料６へ照射するＸ線のＸ線源と蛍光Ｘ線分析のために試料６へ照射するＸ線のＸ線源とを共通化した形態であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１１ 入射部
１２ 反射光受光部
１３ 分析部
２１ Ｘ線源
２２ 蛍光Ｘ線検出部
２３ 分析部
３１ レーザ光源
３２ ラマン散乱光検出部
３３ 分析部
３４ ビームスプリッタ
４ 解析部
５１ 試料台
６ 試料
７１ Ｘ線源
７２ 反射Ｘ線検出部
７３ 分析部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料へ直線偏光を入射し、試料からの反射光を受光し、入射光と反射光との間での偏光の変化を測定するエリプソメータ部と、
試料へＸ線を照射し、試料からのＸ線を測定するＸ線測定部と、
前記エリプソメータ部又は前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを求めるための解析を行う解析部と
を備えることを特徴とする試料検査装置。
【請求項２】
前記解析部は、
前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計算する手段と、
前記エリプソメータ部での測定結果、及び試料の厚みの計算結果に基づいて、試料の光学特性を計算する手段と
を有することを特徴とする請求項１に記載の試料検査装置。
【請求項３】
試料が多層試料である場合に、前記エリプソメータ部で直線偏光を入射する位置を、多層試料中の任意の一層に直線偏光が入射されるように調整する手段を更に備え、
前記解析部は、
前記エリプソメータ部での測定結果に基づいて、前記エリプソメータ部が直線偏光を入射した前記任意の一層の厚みを計算する手段と、
前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、前記多層試料中の他の層の厚みを計算する手段と
を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の試料検査装置。
【請求項４】
試料へ単色光を入射し、試料から発生するラマン散乱光を測定するラマン散乱光測定部を更に備え、
前記解析部は、
前記ラマン散乱光測定部の測定結果に基づいて、試料の構造特性を計算する手段を更に有すること
を特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の試料検査装置。
【請求項５】
平板状の試料へ直線偏光を入射し、試料からの反射光を受光し、入射光と反射光との間での偏光の変化を測定するエリプソメータ部と、
試料へＸ線を照射し、試料からのＸ線を測定するＸ線測定部とを備える試料検査装置を用いて、
前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計算し、
前記エリプソメータ部での測定結果、及び試料の厚みの計算結果に基づいて、試料の光学特性を計算すること
を特徴とする試料検査方法。
【請求項６】
試料が多層試料である場合に、前記エリプソメータ部で多層試料中の任意の一の層について入射光と反射光との間での偏光の変化を測定し、
前記Ｘ線測定部で前記多層試料からのＸ線を測定し、
前記エリプソメータ部での測定結果に基づいて、前記一の層の厚みを計算し、
前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、前記多層試料中の他の層の厚みを計算すること
を特徴とする請求項５に記載の試料検査方法。
【請求項１】
試料へ直線偏光を入射し、試料からの反射光を受光し、入射光と反射光との間での偏光の変化を測定するエリプソメータ部と、
試料へＸ線を照射し、試料からのＸ線を測定するＸ線測定部と、
前記エリプソメータ部又は前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを求めるための解析を行う解析部と
を備えることを特徴とする試料検査装置。
【請求項２】
前記解析部は、
前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計算する手段と、
前記エリプソメータ部での測定結果、及び試料の厚みの計算結果に基づいて、試料の光学特性を計算する手段と
を有することを特徴とする請求項１に記載の試料検査装置。
【請求項３】
試料が多層試料である場合に、前記エリプソメータ部で直線偏光を入射する位置を、多層試料中の任意の一層に直線偏光が入射されるように調整する手段を更に備え、
前記解析部は、
前記エリプソメータ部での測定結果に基づいて、前記エリプソメータ部が直線偏光を入射した前記任意の一層の厚みを計算する手段と、
前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、前記多層試料中の他の層の厚みを計算する手段と
を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の試料検査装置。
【請求項４】
試料へ単色光を入射し、試料から発生するラマン散乱光を測定するラマン散乱光測定部を更に備え、
前記解析部は、
前記ラマン散乱光測定部の測定結果に基づいて、試料の構造特性を計算する手段を更に有すること
を特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の試料検査装置。
【請求項５】
平板状の試料へ直線偏光を入射し、試料からの反射光を受光し、入射光と反射光との間での偏光の変化を測定するエリプソメータ部と、
試料へＸ線を照射し、試料からのＸ線を測定するＸ線測定部とを備える試料検査装置を用いて、
前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、試料の厚みを計算し、
前記エリプソメータ部での測定結果、及び試料の厚みの計算結果に基づいて、試料の光学特性を計算すること
を特徴とする試料検査方法。
【請求項６】
試料が多層試料である場合に、前記エリプソメータ部で多層試料中の任意の一の層について入射光と反射光との間での偏光の変化を測定し、
前記Ｘ線測定部で前記多層試料からのＸ線を測定し、
前記エリプソメータ部での測定結果に基づいて、前記一の層の厚みを計算し、
前記Ｘ線測定部での測定結果に基づいて、前記多層試料中の他の層の厚みを計算すること
を特徴とする請求項５に記載の試料検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−３２２３９（Ｐ２０１２−３２２３９Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７１０１２（Ｐ２０１０−１７１０１２）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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