專(zhuān)利名稱(chēng)：試料檢查裝置以及試料檢查方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)包括試料厚度在內(nèi)的特性進(jìn)行計(jì)測(cè)的試料檢查裝置以及試料檢查方法。
背景技術(shù)：
在太陽(yáng)能電池元件等的半導(dǎo)體元件中，有具備將組成互不相同的多個(gè)層來(lái)層疊而成的多層結(jié)構(gòu)的元件。在此類(lèi)元件的制造工序中或制造后，需要對(duì)各層的厚度以及其他特性進(jìn)行計(jì)測(cè)。作為通過(guò)對(duì)試料的厚度以及其他特性進(jìn)行計(jì)測(cè)而檢測(cè)試料的裝置，有橢率計(jì) (ellipsometer)。橢率計(jì)實(shí)現(xiàn)橢圓偏光法(ellipsometry)，即，對(duì)試料照射直線偏光，對(duì)照向試料的入射光與反射光之間的偏光狀態(tài)的變化進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)偏光狀態(tài)的變化來(lái)計(jì)測(cè)試料的厚度以及折射率等。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，揭示了一種利用橢率計(jì)來(lái)計(jì)測(cè)試料的厚度的技術(shù)。而且，作為其他的試料檢查裝置，有一種熒光X射線分析裝置，其向試料照射X射線，并對(duì)從試料產(chǎn)生的熒光X射線進(jìn)行分析。當(dāng)試料的組成為已知時(shí)，能夠由熒光X射線的強(qiáng)度來(lái)計(jì)測(cè)試料的厚度。[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)][專(zhuān)利文獻(xiàn)][專(zhuān)利文獻(xiàn)1]日本專(zhuān)利特開(kāi)2005-233928號(hào)公報(bào)當(dāng)具備多層結(jié)構(gòu)的試料含有門(mén)極(gate)絕緣層等的透明層時(shí)，能夠利用橢率計(jì)來(lái)計(jì)測(cè)透明層的厚度。但是，如果試料含有配線層等的金屬層，則光將無(wú)法侵入金屬層的內(nèi)部，因此無(wú)法利用橢率計(jì)來(lái)計(jì)測(cè)金屬層的厚度。對(duì)此，熒光X射線分析裝置能夠計(jì)測(cè)金屬層的厚度。但是，根據(jù)試料組成的不同，存在包含熒光X射線分析裝置難以測(cè)定厚度的層的試料。例如，在硅(silicon)基板上形成著以二氧化硅為成分的門(mén)極絕緣層即透明層的試料中，難以區(qū)別來(lái)自硅基板的硅的熒光X射線與來(lái)自透明層的硅的熒光X射線，因此，無(wú)法個(gè)別地計(jì)測(cè)各層的厚度。如此，根據(jù)試料的不同，適當(dāng)?shù)脑嚵蠙z查裝置也不同，從而存在必須根據(jù)試料來(lái)區(qū)分使用試料檢查裝置的問(wèn)題。尤其，為了對(duì)多層試料的特性進(jìn)行計(jì)測(cè)，必須使用多個(gè)試料檢查裝置，從而存在耗費(fèi)工夫的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是有鑒于此種情況而完成，其目的在于提供一種試料檢查裝置以及試料檢查方法，通過(guò)將多種計(jì)測(cè)方法加以組合，從而使得可檢查的試料不受限制。本發(fā)明的試料檢查裝置的特征在于包括橢率計(jì)部，向試料入射直線偏光，接收來(lái)自試料的反射光，對(duì)入射光與反射光之間的偏光的變化進(jìn)行測(cè)定；X射線測(cè)定部，向試料照射X射線，對(duì)來(lái)自試料的X射線進(jìn)行測(cè)定；以及分析部，根據(jù)所述橢率計(jì)部或所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，進(jìn)行用于求出試料的厚度的分析。本發(fā)明的試料檢查裝置的特征在于，所述分析部包括厚度計(jì)算部，根據(jù)所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算試料的厚度；以及光學(xué)特性計(jì)算部，根據(jù)所述橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果以及試料厚度的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算試料的光學(xué)特性。本發(fā)明的試料檢查裝置的特征在于還包括入射位置調(diào)整部，當(dāng)試料為多層試料時(shí)，調(diào)整所述橢率計(jì)部使直線偏光入射的位置，以使直線偏光入射至多層試料中的任一層， 所述分析部還包括第1計(jì)算部，根據(jù)所述橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述橢率計(jì)部使直線偏光入射的所述任一層的厚度；以及第2計(jì)算部，根據(jù)所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述多層試料中的其他層的厚度。本發(fā)明的試料檢查裝置的特征在于還包括拉曼散射光測(cè)定部，向試料入射單色光，對(duì)從試料產(chǎn)生的拉曼(Raman)散射光進(jìn)行測(cè)定，所述分析部還包括結(jié)構(gòu)特性計(jì)算部，根據(jù)所述拉曼散射光測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算試料的結(jié)構(gòu)特性。本發(fā)明的試料檢查方法的特征在于，使用具備橢率計(jì)部及X射線測(cè)定部的試料檢查裝置，根據(jù)所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算試料的厚度，并根據(jù)所述橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果以及試料厚度的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算試料的光學(xué)特性，所述橢率計(jì)部向平板狀的試料入射直線偏光，接收來(lái)自試料的反射光，對(duì)入射光與反射光之間的偏光的變化進(jìn)行測(cè)定，所述X 射線測(cè)定部向試料照射X射線，并測(cè)定來(lái)自試料的X射線。本發(fā)明的試料檢查方法的特征在于，當(dāng)試料為多層試料時(shí)，利用所述橢率計(jì)部來(lái)對(duì)多層試料中的任意的一層測(cè)定入射光與反射光之間的偏光的變化，利用所述X射線測(cè)定部來(lái)測(cè)定來(lái)自所述多層試料的X射線，根據(jù)所述橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述一層的厚度，根據(jù)所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述多層試料中的其他層的厚度。在本發(fā)明中，試料檢查裝置具備橢率計(jì)部和X射線測(cè)定部，根據(jù)橢率計(jì)部或X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)測(cè)試料的厚度。因而，對(duì)于能夠利用熒光X射線分析等使用X射線的分析的試料，可使用X射線來(lái)計(jì)測(cè)試料的厚度，對(duì)于難以利用使用X射線的分析的試料，可通過(guò)橢圓偏光法來(lái)計(jì)測(cè)試料的厚度。而且，在本發(fā)明中，試料檢查裝置通過(guò)使用X射線的分析來(lái)計(jì)測(cè)試料的厚度，并根據(jù)橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果以及計(jì)測(cè)所得的試料的厚度，來(lái)對(duì)試料的折射率等的光學(xué)特性進(jìn)行計(jì)測(cè)。因而，與單獨(dú)的橢率計(jì)不同，可分別獨(dú)立地計(jì)測(cè)試料的光學(xué)特性以及厚度。而且，在本發(fā)明中，試料檢查裝置對(duì)于多層試料中的任一層，可通過(guò)橢圓偏光法來(lái)計(jì)測(cè)厚度，對(duì)于另一層，可通過(guò)使用X射線的分析來(lái)計(jì)測(cè)厚度。也能夠同時(shí)進(jìn)行各層的厚度的計(jì)測(cè)。而且，在本發(fā)明中，試料檢查裝置更具備拉曼散射光測(cè)定部，與使用橢圓偏光法以及X射線的分析不同地，可通過(guò)拉曼散射光分析來(lái)計(jì)測(cè)試料的結(jié)晶化度等的結(jié)構(gòu)特性。(發(fā)明的效果)在本發(fā)明中，可使用與試料相應(yīng)的適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)計(jì)測(cè)試料的厚度。由于無(wú)須根據(jù)試料的不同來(lái)區(qū)分使用試料檢查裝置，因此本發(fā)明可起到優(yōu)異的效果，例如檢查試料時(shí)的工夫變得簡(jiǎn)便。


圖1是表示實(shí)施方式1的試料檢查裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是表示試料的例子的示意剖面圖。圖3是表示實(shí)施方式2的試料檢查裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
符號(hào)的說(shuō)明
4 分析部
6 試料
11入射部
12反射光受光部
13分析部
21=X射線源
22熒光X射線檢測(cè)部
23分析部
31激光光源
32拉曼散射光檢測(cè)部
33分析部
34分束器
51試料臺(tái)
52驅(qū)動(dòng)部
61透明層
62:η型層
63Φ型層
64金屬層
71=X射線源
72反射X射線檢測(cè)部
73分析部
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)表示實(shí)施方式的圖式來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明。(實(shí)施方式1)圖1是表示實(shí)施方式1的試料檢查裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。試料檢查裝置具備載置試料6的試料臺(tái)51 ；向試料臺(tái)51上的試料6入射直線偏光的入射部11 ；以及接收入射光被試料6反射后的反射光的反射光受光部12。在圖1中，以虛線箭頭來(lái)表示入射光以及反射光。入射部11是包含氙氣燈(xenon-lamp)等的白色光源、狹縫(slit)及將白色光轉(zhuǎn)換為直線偏光的偏光元件而構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)。反射光受光部12是包含對(duì)反射光的相位進(jìn)行調(diào)制的相位調(diào)制器、檢偏器、對(duì)通過(guò)檢偏器后的光進(jìn)行分光的分光器及對(duì)分光后的光進(jìn)行檢測(cè)的檢光器而構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)。在反射光受光部12上，連接著對(duì)反射光受光部12的反射光的受光結(jié)果進(jìn)行分析的分析部13。反射光受光部12按照分光后的不同波長(zhǎng)，將與相位的調(diào)制相應(yīng)的光的檢測(cè)強(qiáng)度輸出至分析部13。分析部13根據(jù)與相位的調(diào)制相應(yīng)的光的檢測(cè)強(qiáng)度，針對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)來(lái)對(duì)垂直于試料6的入射面的偏光成分即s偏光與平行于所述入射面的偏光成分即ρ偏光的相位差Δ、以及s偏光與ρ偏光的反射振幅比角Ψ進(jìn)行計(jì)測(cè)。Δ以及Ψ是橢圓偏光法的測(cè)定值。如此，分析部13獲取試料6的Δ以及Ψ的波長(zhǎng)變化。入射部11、反射光受光部12以及分析部13對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的橢率計(jì)部，利用橢圓偏光法來(lái)進(jìn)行試料6的檢查。試料檢查裝置更具備X射線源21 ；使X射線源21產(chǎn)生的X射線照射至試料6的未圖示的光學(xué)系統(tǒng)；以及對(duì)因X射線的照射而由試料6所產(chǎn)生的熒光X射線進(jìn)行檢測(cè)的熒光X射線檢測(cè)部22。至少X射線源21、試料臺(tái)51以及熒光X射線檢測(cè)部22被收納在用來(lái)屏蔽X射線的未圖示的框體內(nèi)。在圖1中，以實(shí)線箭頭來(lái)表示照射至試料6的X射線以及熒光X射線。X射線源21是通過(guò)使加速電子撞擊金屬制靶材(target)來(lái)產(chǎn)生X射線的X 射線管。熒光X射線檢測(cè)部22配置在能夠?qū)脑嚵?產(chǎn)生的熒光X射線進(jìn)行檢測(cè)的位置處。熒光X射線檢測(cè)部22具備比例計(jì)數(shù)管或半導(dǎo)體檢測(cè)器等的檢測(cè)元件。在熒光X射線檢測(cè)部22上，連接著對(duì)熒光X射線的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析的分析部23。熒光X射線檢測(cè)部22將與入射至檢測(cè)元件的熒光X射線的能量(energy)成正比的電信號(hào)輸出至分析部23。分析部23根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)甄選來(lái)自熒光X射線檢測(cè)部22的電信號(hào)，對(duì)各信號(hào)強(qiáng)度的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)(count)，由此獲取熒光X射線的波長(zhǎng)與計(jì)數(shù)值的關(guān)系，即，熒光X射線的頻譜(spectrum)。X射線源21、熒光X射線檢測(cè)部22以及分析部23 對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的X射線測(cè)定部，通過(guò)用熒光X射線分析來(lái)進(jìn)行試料6的檢查。另外，圖1 中，表示了橢圓偏光法中所用的光的光路與熒光X射線分析中所用的X射線的光路位于同一平面上的形態(tài)，但試料檢查裝置也可采用兩個(gè)光路位于彼此交叉的平面上的形態(tài)。試料檢查裝置更具備激光(laser)光源31 ；將來(lái)自激光光源31的激光大致垂直地照射至試料6的未圖示的光學(xué)系統(tǒng)；對(duì)因激光的照射而從試料6產(chǎn)生的拉曼散射光進(jìn)行分離的分束器(beam-splitter) 34 ；以及拉曼散射光檢測(cè)部32。通過(guò)激光對(duì)試料6的照射， 從試料6產(chǎn)生受到激光激發(fā)的拉曼散射光。拉曼散射光由分束器34從激光中分離出來(lái)，并入射至拉曼散射光檢測(cè)部32。圖1中，以?xún)牲c(diǎn)鏈線的箭頭來(lái)表示照射至試料6的激光以及拉曼散射光。拉曼散射光檢測(cè)部32是包含濾光器、對(duì)拉曼散射光進(jìn)行分光的分光器以及對(duì)分光后的光進(jìn)行檢測(cè)的檢光器而構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)。在拉曼散射光檢測(cè)部32上，連接著對(duì)拉曼散射光的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析的分析部33。拉曼散射光檢測(cè)部32按照分光后的不同波長(zhǎng)，將拉曼散射光的檢測(cè)強(qiáng)度輸出至分析部33。分析部33獲取拉曼散射光的波長(zhǎng)與檢測(cè)強(qiáng)度的關(guān)系，即，拉曼散射光的頻譜。 激光光源31、分束器34、拉曼散射光檢測(cè)部32以及分析部33對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的拉曼散射光測(cè)定部，通過(guò)拉曼散射光分析來(lái)進(jìn)行試料6的檢查。在試料臺(tái)51上，連結(jié)著使用馬達(dá)(motor)等來(lái)使試料臺(tái)51上下移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部52。 通過(guò)驅(qū)動(dòng)部52使試料臺(tái)51上下移動(dòng)，而使試料6上下移動(dòng)，從而能夠?qū)θ肷洳?1所入射的直線偏光在試料6內(nèi)的焦點(diǎn)位置與激光光源31所照射的激光在試料6內(nèi)的焦點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)試料6為多層結(jié)構(gòu)時(shí)，驅(qū)動(dòng)部52能夠調(diào)整焦點(diǎn)位置，以使直線偏光或激光入射至試料6中的作為測(cè)定對(duì)象的層。而且，驅(qū)動(dòng)部52通過(guò)使試料6內(nèi)的焦點(diǎn)位置發(fā)生移動(dòng)， 從而能夠?qū)ψ鳛闄E圓偏光法以及拉曼散射光分析的測(cè)定對(duì)象的層進(jìn)行變更。分析部13、23及33與驅(qū)動(dòng)部52連接于分析部4。分析部4是包含進(jìn)行數(shù)據(jù)(data) 的輸出入的接口(interface)、輸入來(lái)自使用者的指示的輸入部、執(zhí)行各種運(yùn)算的運(yùn)算部、 存儲(chǔ)運(yùn)算所需的信息及程序(program)的存儲(chǔ)器(memory)、以及輸出分析結(jié)果的打印機(jī) (printer)等的輸出部而構(gòu)成。分析部13將試料6的Δ以及Ψ的波長(zhǎng)變化輸出至分析部4，分析部23將熒光X射線的頻譜輸出至分析部4，分析部33將拉曼散射光的頻譜輸出至分析部4。而且，分析部4具有對(duì)驅(qū)動(dòng)部52的動(dòng)作進(jìn)行控制的功能。圖2是表示試料6的例子的示意剖面圖。圖2所示的試料6是多層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池元件。試料6層疊有金屬制的金屬層64、由ρ型半導(dǎo)體構(gòu)成的ρ型層63、由η型半導(dǎo)體構(gòu)成的η型層62以及透明層61。金屬層64是由Cu或Mo等的金屬構(gòu)成的背面電極。透明層61是由ZnO或ITO等構(gòu)成的透明電極。ρ型層63以及η型層62是由多晶硅、非晶硅 (amorphous silicon)或化合物半導(dǎo)體等的半導(dǎo)體構(gòu)成，是太陽(yáng)能電池元件的光吸收層。圖 2中進(jìn)行了簡(jiǎn)化，實(shí)際的太陽(yáng)能電池元件包含更多的層。另外，在本發(fā)明中，也能夠進(jìn)行單層結(jié)構(gòu)的試料的檢查?？紤]對(duì)圖2所示的試料6中的透明層61的厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)的情況。當(dāng)透明層61的組成不同于η型層62、ρ型層63以及金屬層64時(shí)，能夠利用熒光X射線分析來(lái)計(jì)測(cè)厚度。 此時(shí)，X射線源21將X射線照射至試料6，熒光X射線檢測(cè)部22對(duì)來(lái)自試料6的熒光X射線進(jìn)行檢測(cè)，分析部23獲取熒光X射線的頻譜。分析部4進(jìn)行以下處理，即，從熒光X射線的頻譜中提取透明層61中所含的元素中的在其他層中不含的元素的熒光X射線強(qiáng)度，并根據(jù)提取的熒光X射線強(qiáng)度以及預(yù)先判明的該元素在透明層61中的濃度，來(lái)計(jì)算透明層61 的厚度。而且，當(dāng)透明層61中的元素在η型層62、ρ型層63以及金屬層64中的任一層中均含有時(shí)，雖難以利用熒光X射線分析來(lái)計(jì)測(cè)厚度，但可利用橢圓偏光法來(lái)計(jì)測(cè)厚度。驅(qū)動(dòng)部52使試料臺(tái)51上下移動(dòng)，從而使入射部11所入射的直線偏光的焦點(diǎn)位于透明層61上。 入射部11使直線偏光入射至試料6的透明層61，由反射光受光部12來(lái)接收透明層61的反射光，分析部13獲取透明層61的Δ以及Ψ的波長(zhǎng)變化。分析部4進(jìn)行以下處理，S卩，對(duì)由假定的透明層61的折射率等的光學(xué)特性以及厚度所導(dǎo)出的△以及Ψ的波長(zhǎng)變化、與實(shí)際獲取的△以及Ψ的波長(zhǎng)變化進(jìn)行比較，一方面使光學(xué)特性以及厚度發(fā)生變化一方面反復(fù)進(jìn)行比較，從而求出透明層61的光學(xué)特性以及厚度。如上所述，實(shí)施方式1的試料檢查裝置在能夠利用熒光X射線分析的情況下，可通過(guò)熒光X射線分析來(lái)計(jì)測(cè)試料6中的一個(gè)層的厚度，在難以利用熒光X射線分析的情況下， 可通過(guò)橢圓偏光法來(lái)計(jì)測(cè)層的厚度。如此，無(wú)論是怎樣的試料6，實(shí)施方式1的試料檢查裝置都能使用與試料6相應(yīng)的適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)計(jì)測(cè)各層的厚度。由于無(wú)須根據(jù)試料6的不同來(lái)區(qū)分使用試料檢查裝置，因此檢查試料6時(shí)的工夫變得簡(jiǎn)便。另外，如果是組成不明的試料 6，則也可通過(guò)熒光X射線分析來(lái)進(jìn)行組成分析。其次，考慮對(duì)透明層61的光學(xué)特性進(jìn)行計(jì)測(cè)的情況。當(dāng)透明層61的組成不同于 η型層62、ρ型層63以及金屬層64時(shí)，可利用熒光X射線分析以及橢圓偏光法這兩者。首先，X射線源21將X射線照射至試料6，分析部4對(duì)熒光X射線的頻譜進(jìn)行分析，由此計(jì)算出透明層61的厚度，并將計(jì)算出的透明層61的厚度加以存儲(chǔ)。入射部11繼而使直線偏光入射至試料6的透明層61。分析部4進(jìn)行以下處理，即，將透明層61的厚度的值固定為通過(guò)熒光X射線分析而計(jì)測(cè)的值，一方面使透明層61的光學(xué)特性發(fā)生變化，一方面反復(fù)對(duì)由透明層61的光學(xué)特性以及厚度導(dǎo)出的Δ以及Ψ的波長(zhǎng)變化與實(shí)際獲取的Δ以及Ψ的波長(zhǎng)變化進(jìn)行比較，從而求出透明層61的光學(xué)特性。如上所述，本發(fā)明中，可通過(guò)熒光X射線分析來(lái)對(duì)試料6中的一層的厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)，并通過(guò)橢圓偏光法來(lái)對(duì)同一層的折射率等的光學(xué)特性進(jìn)行計(jì)測(cè)。單個(gè)的橢率計(jì)無(wú)法分別獨(dú)立地計(jì)測(cè)層的光學(xué)特性以及厚度。對(duì)此，本發(fā)明中，能夠分別獨(dú)立地計(jì)測(cè)層的光學(xué)特性以及厚度。因而，根據(jù)本發(fā)明，能夠更高精度地對(duì)試料6中所含的各層的折射率等的光學(xué)特性和厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)。而且，實(shí)施方式1的試料檢查裝置中，分析部4可控制入射部11以及X射線源21 的動(dòng)作，使入射部11與X射線源21同時(shí)動(dòng)作。入射部11向試料6入射的可見(jiàn)光與X射線源21向試料6照射的X射線的波長(zhǎng)區(qū)域不同，因此不會(huì)相互干擾。而且，反射光受光部12 接收的反射光與熒光X射線檢測(cè)部22所檢測(cè)的熒光X射線的波長(zhǎng)區(qū)域不同，因此不會(huì)相互干擾而可同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。即，實(shí)施方式1的試料檢查裝置能夠同時(shí)獲取試料6的Δ以及Ψ 的波長(zhǎng)變化和試料6的熒光X射線頻譜。分析部4進(jìn)行以下處理，S卩，根據(jù)同時(shí)獲取的試料 6的△以及Ψ的波長(zhǎng)變化與熒光X射線頻譜，分別獨(dú)立地求出試料6的光學(xué)特性以及厚度。因而，實(shí)施方式1的試料檢查裝置能夠以短時(shí)間來(lái)對(duì)試料6中所含的各層的折射率等的光學(xué)特性和厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)。其次，考慮對(duì)試料6中的透明層61以及金屬層64的厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)的情況。由于橢圓偏光法難以計(jì)測(cè)金屬層64的厚度，因此通過(guò)熒光X射線分析來(lái)計(jì)測(cè)金屬層64的厚度， 并通過(guò)橢圓偏光法來(lái)計(jì)測(cè)透明層61的厚度。驅(qū)動(dòng)部52使入射部11所入射的直線偏光的焦點(diǎn)位于透明層61上，入射部11使直線偏光入射至試料6的透明層61，反射光受光部12 接收透明層61的反射光，分析部13獲取透明層61的Δ以及Ψ的波長(zhǎng)變化。分析部4進(jìn)行以下處理，即，根據(jù)Δ以及Ψ的波長(zhǎng)變化，求出透明層61的厚度。而且，X射線源21使 X射線入射至試料6，熒光X射線檢測(cè)部22對(duì)來(lái)自試料6的熒光X射線進(jìn)行檢測(cè)，分析部23 獲取熒光X射線的頻譜。分析部4進(jìn)行以下處理，即，從熒光X射線的頻譜中提取金屬層64 中所含的元素中的在其他層中不含的元素的熒光X射線強(qiáng)度，并根據(jù)提取的熒光X射線強(qiáng)度來(lái)計(jì)算金屬層64的厚度。如上所述，實(shí)施方式1的試料檢查裝置對(duì)于試料6中所含的多個(gè)層中的可利用熒光χ射線分析的層，可通過(guò)熒光χ射線分析來(lái)計(jì)測(cè)層的厚度，對(duì)于可利用橢圓偏光法的層， 可通過(guò)橢圓偏光法來(lái)計(jì)測(cè)層的厚度。如此，實(shí)施方式1的試料檢查裝置對(duì)于多層結(jié)構(gòu)的試料6中所含的多個(gè)層，可分別使用與層相應(yīng)的適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)計(jì)測(cè)厚度。無(wú)須根據(jù)作為測(cè)定對(duì)象的層來(lái)區(qū)分使用試料檢查裝置，能夠利用同一試料檢查裝置來(lái)計(jì)測(cè)多個(gè)層的厚度，因此，檢查試料時(shí)的工夫變得簡(jiǎn)便。而且，實(shí)施方式1的試料檢查裝置可使入射部11與X射線源21同時(shí)動(dòng)作，從而同時(shí)獲取透明層61的Δ以及Ψ的波長(zhǎng)變化和金屬層64的熒光X射線頻譜。分析部4進(jìn)行以下處理，即，根據(jù)同時(shí)獲取的透明層61的Δ以及Ψ的波長(zhǎng)變化與金屬層64的熒光X射線頻譜，獨(dú)立地求出透明層61的厚度與金屬層64的厚度。因而，實(shí)施方式1的試料檢查裝置能夠以短時(shí)間來(lái)對(duì)多層結(jié)構(gòu)的試料6中所含的多個(gè)層各自的厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)。進(jìn)而，實(shí)施方式1的試料檢查裝置可進(jìn)行試料6的拉曼散射光分析。將成為拉曼散射光分析測(cè)定對(duì)象的層設(shè)為η型層62。驅(qū)動(dòng)部52使試料臺(tái)51上下移動(dòng)，從而使來(lái)自激光光源3 1的激光的焦點(diǎn)位于η型層62上。激光光源31使激光照射至η型層62，拉曼散射光檢測(cè)部32對(duì)來(lái)自η型層62的拉曼散射光進(jìn)行檢測(cè)，分析部33獲取來(lái)自η型層62的拉曼散射光的頻譜。分析部4進(jìn)行以下處理，S卩，根據(jù)拉曼散射光的頻譜，計(jì)算η型層62的結(jié)晶化度等的結(jié)構(gòu)特性。由此，例如可對(duì)η型層62中所含的多晶硅或非晶硅的結(jié)晶化度進(jìn)行計(jì)測(cè)。另外，通過(guò)拉曼散射光分析，除了結(jié)晶化度以外，還可對(duì)η型層62內(nèi)的應(yīng)力等其他結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行計(jì)測(cè)。而且，對(duì)于η型層62以外的其他層，也能進(jìn)行拉曼散射光分析。如上所述，實(shí)施方式1的試料檢查裝置除了橢圓偏光法以及熒光X射線分析以外， 還能通過(guò)拉曼散射光分析來(lái)對(duì)試料6中的各層計(jì)測(cè)結(jié)晶化度等的結(jié)構(gòu)特性。由于無(wú)須使用其他試料檢查裝置來(lái)進(jìn)行拉曼散射光分析，因此，檢查試料時(shí)的工夫變得簡(jiǎn)便。而且，由于為了進(jìn)行拉曼散射光分析而激光光源3 1對(duì)試料6照射的激光以及拉曼散射光的波長(zhǎng)區(qū)域與X射線不同，因此能夠同時(shí)進(jìn)行拉曼散射光分析與熒光X射線分析。例如，試料檢查裝置能夠同時(shí)獲取η型層62的拉曼散射光頻譜與熒光X射線頻譜，分析部4可進(jìn)行求出η型層 62的結(jié)構(gòu)特性和厚度的處理。因而，實(shí)施方式1的試料檢查裝置能夠以短時(shí)間來(lái)對(duì)試料6 的結(jié)晶化度等的結(jié)構(gòu)特性和厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)。(實(shí)施方式2)圖3是表示實(shí)施方式2的試料檢查裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。取代X射線源21、熒光 X射線檢測(cè)部22以及分析部23，試料檢查裝置具備X射線源71、對(duì)來(lái)自X射線源71的X射線被試料6反射后的反射X射線進(jìn)行檢測(cè)的反射X射線檢測(cè)部72、以及對(duì)反射X射線的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析的分析部73。進(jìn)而，試料檢查裝置具備未圖示的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)使來(lái)自X射線源71的X射線照射至試料6，且在X射線的照射過(guò)程中使X射線相對(duì)于試料6的入射角度發(fā)生變化。X射線源71為X射線管，反射X射線檢測(cè)部72配置在能夠?qū)?lái)自試料 6的反射X射線進(jìn)行檢測(cè)的位置。反射X射線檢測(cè)部72具備對(duì)X射線強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)數(shù)的檢測(cè)元件，并將表示檢測(cè)出的反射X射線的強(qiáng)度的電信號(hào)輸出至分析部73。X射線源71、反射X 射線檢測(cè)部72以及分析部73對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的X射線測(cè)定部。分析部73按照X射線的入射角度的不同而對(duì)來(lái)自反射X射線檢測(cè)部72的電信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)，獲取X射線相對(duì)于試料6的入射角度與反射X射線的強(qiáng)度的關(guān)系，即，相對(duì)于X 射線的入射角度的反射X射線的強(qiáng)度變化。分析部73連接于分析部4，將相對(duì)于X射線的入射角度的反射X射線的強(qiáng)度變化輸出至分析部4。分析部4進(jìn)行以下處理，即，執(zhí)行相對(duì)于X射線的入射角度的反射X射線的強(qiáng)度變化的模擬(simulation)，并對(duì)從分析部73輸入的反射X射線的強(qiáng)度變化的測(cè)定結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行比較，以對(duì)模擬參數(shù)(parameter)進(jìn)行最佳化。分析部4通過(guò)對(duì)模擬參數(shù)進(jìn)行最佳化，從而計(jì)算試料6的各層的膜厚、密度以及粗糙度(roughness)。如此，X射線源71、反射X射線檢測(cè)部72、分析部73以及分析部4通過(guò)XRR(X射線反射率法)來(lái)進(jìn)行試料6的分析。試料檢查裝置的其他的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1 同樣，對(duì)于對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)注相同符號(hào)并省略其說(shuō)明。實(shí)施方式2的試料檢查裝置在可利用XRR的情況下，可通過(guò)XRR來(lái)對(duì)試料6中的一層的厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)，在難以利用XRR的情況下，可通過(guò)橢圓偏光法來(lái)計(jì)測(cè)層的厚度。如此， 實(shí)施方式2的試料檢查裝置可使用與試料6相應(yīng)的適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)計(jì)測(cè)各層的厚度，無(wú)須根據(jù)試料6的不同來(lái)區(qū)分使用試料檢查裝置。而且，與實(shí)施方式1同樣地，實(shí)施方式2的試料檢查裝置對(duì)于多層結(jié)構(gòu)的試料6中所含的多個(gè)層，可分別使用與層相應(yīng)的適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)計(jì)測(cè)厚度，無(wú)須根據(jù)成為測(cè)定對(duì)象的層來(lái)區(qū)分使用試料檢查裝置。因而，檢查試料6時(shí)的工夫變得簡(jiǎn)便。而且，實(shí)施方式2的試料檢查裝置可通過(guò)XRR來(lái)對(duì)試料6中所含的各層的密度以及粗糙度進(jìn)行計(jì)測(cè)。而且，實(shí)施方式2的試料檢查裝置可通過(guò)XRR來(lái)對(duì)試料6中的一層的厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)，并通過(guò)橢圓偏光法來(lái)對(duì)同一層的折射率等的光學(xué)特性進(jìn)行計(jì)測(cè)。因而，在實(shí)施方式2 中，也能夠更高精度地對(duì)試料6中所含的各層的折射率等的光學(xué)特性和厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)。而且，實(shí)施方式2的試料檢查裝置通過(guò)平行地進(jìn)行XRR的處理和橢圓偏光法的處理，能夠與實(shí)施方式1同樣地，以短時(shí)間來(lái)對(duì)多層結(jié)構(gòu)的試料6中所含的多個(gè)層各自的厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)。進(jìn)而，實(shí)施方式2的試料檢查裝置除了 XRR以及橢圓偏光法以外，還能通過(guò)拉曼散射光分析來(lái)對(duì)試料6中的各層計(jì)測(cè)結(jié)晶化度等的結(jié)構(gòu)特性。拉曼散射光分析與XRR可平行地進(jìn)行，實(shí)施方式2的試料檢查裝置能夠與實(shí)施方式1同樣地，以短時(shí)間來(lái)對(duì)試料6的結(jié)晶化度等的結(jié)構(gòu)特性和厚度進(jìn)行計(jì)測(cè)。另外，在實(shí)施方式2中，表示了不進(jìn)行熒光X射線分析而進(jìn)行XRR的形態(tài)，但本發(fā)明的試料檢查裝置也可為除了 XRR以外也能進(jìn)行熒光X射線分析的形態(tài)。即，試料檢查裝置也可為除了圖3所示的結(jié)構(gòu)以外，更具備X射線源21、熒光X射線檢測(cè)部22以及分析部 23的形態(tài)。而且，試料檢查裝置也可為使為了進(jìn)行XRR而照射至試料6的X射線的X射線源與為了進(jìn)行熒光X射線分析而照射至試料6的X射線的X射線源共用化的形態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種試料檢查裝置，其特征在于包括橢率計(jì)部，向試料入射直線偏光，接收來(lái)自試料的反射光，對(duì)入射光與反射光之間的偏光的變化進(jìn)行測(cè)定；X射線測(cè)定部，向試料照射X射線，對(duì)來(lái)自試料的X射線進(jìn)行測(cè)定；以及分析部，根據(jù)所述橢率計(jì)部或所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，進(jìn)行用于求出試料的厚度的分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試料檢查裝置，其特征在于， 所述分析部包括厚度計(jì)算部，根據(jù)所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算試料的厚度；以及光學(xué)特性計(jì)算部，根據(jù)所述橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果以及試料厚度的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算試料的光學(xué)特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試料檢查裝置，其特征在于還包括入射位置調(diào)整部，當(dāng)試料為多層試料時(shí)，調(diào)整所述橢率計(jì)部使直線偏光入射的位置，以使直線偏光入射至多層試料中的任一層，所述分析部還包括第1計(jì)算部，根據(jù)所述橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述橢率計(jì)部使直線偏光入射的所述任一層的厚度；以及第2計(jì)算部，根據(jù)所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述多層試料中的其他層的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的試料檢查裝置，其特征在于還包括入射位置調(diào)整部，當(dāng)試料為多層試料時(shí)，調(diào)整所述橢率計(jì)部使直線偏光入射的位置，以使直線偏光入射至多層試料中的任一層，所述分析部還包括第1計(jì)算部，根據(jù)所述橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述橢率計(jì)部使直線偏光入射的所述任一層的厚度；以及第2計(jì)算部，根據(jù)所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述多層試料中的其他層的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的試料檢查裝置，其特征在于還包括拉曼散射光測(cè)定部，向試料入射單色光，對(duì)從試料產(chǎn)生的拉曼散射光進(jìn)行測(cè)定，所述分析部還包括結(jié)構(gòu)特性計(jì)算部，根據(jù)所述拉曼散射光測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算試料的結(jié)構(gòu)特性。
6.一種試料檢查方法，其特征在于，使用具備橢率計(jì)部及X射線測(cè)定部的試料檢查裝置， 根據(jù)所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算試料的厚度，并根據(jù)所述橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果以及試料厚度的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算試料的光學(xué)特性， 所述橢率計(jì)部向平板狀的試料入射直線偏光，接收來(lái)自試料的反射光，對(duì)入射光與反射光之間的偏光的變化進(jìn)行測(cè)定，所述X射線測(cè)定部向試料照射X射線，并測(cè)定來(lái)自試料的X射線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的試料檢查方法，其特征在于，當(dāng)試料為多層試料時(shí)，利用所述橢率計(jì)部來(lái)對(duì)多層試料中的任意的一層測(cè)定入射光與反射光之間的偏光的變化，利用所述X射線測(cè)定部來(lái)測(cè)定來(lái)自所述多層試料的X射線，根據(jù)所述橢率計(jì)部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述一層的厚度，根據(jù)所述X射線測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算所述多層試料中的其他層的厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種試料檢查裝置以及試料檢查方法，通過(guò)將多種計(jì)測(cè)方法加以組合，從而使得可檢查的試料不受限制。試料檢查裝置具備入射部(11)、反射光受光部(12)以及分析部(13)(橢率計(jì)部)、X射線源(21)、熒光X射線檢測(cè)部(22)以及分析部(23)(X射線測(cè)定部)、激光光源(31)、分束器(34)、拉曼散射光檢測(cè)部(32)以及分析部(33)(拉曼散射光測(cè)定部)。能夠使用與試料(6)相應(yīng)的適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)計(jì)測(cè)試料的厚度。而且，通過(guò)將橢圓偏光法以及熒光X射線分析加以組合，從而能夠獨(dú)立地計(jì)測(cè)試料(6)的厚度與折射率等的光學(xué)特性。而且，當(dāng)試料(6)為多層試料時(shí)，能夠利用適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)檢查各層。
文檔編號(hào)H01L21/66GK102403247SQ201110212728
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者上田英雄, 中庸行, 西萩一夫, 鉤正章 申請(qǐng)人:株式會(huì)社堀場(chǎng)制作所