JP2000055815A - 表面状態測定方法及び装置 - Google Patents
表面状態測定方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体基板などの表面状態を測定する表面状
態測定方法及び装置に関し、赤外線分光法により半導体
基板の表面状態を製造現場においてその場測定しうる表
面状態測定方法及び装置を提供する。 【解決手段】赤外光源２０から発せられた赤外線を、被
測定基板１２の外周部分に集光して被測定基板１２内に
導入する赤外線集光手段３０と、赤外線集光手段３０に
より集光される赤外線の被測定基板１２への入射角度を
所定値に固定し又は可変制御する入射角度制御手段８０
と、被測定基板１２内で多重反射した後に被測定基板１
２から出射する赤外線を集光する赤外線集光手段４０
と、赤外線集光手段４０により集光された赤外線を検出
する赤外線検出手段５０と、赤外線検出手段５０により
検出された赤外線を分析し、被測定基板の表面に付着し
た汚染物を測定する赤外線分析手段６０とを有する。
態測定方法及び装置に関し、赤外線分光法により半導体
基板の表面状態を製造現場においてその場測定しうる表
面状態測定方法及び装置を提供する。 【解決手段】赤外光源２０から発せられた赤外線を、被
測定基板１２の外周部分に集光して被測定基板１２内に
導入する赤外線集光手段３０と、赤外線集光手段３０に
より集光される赤外線の被測定基板１２への入射角度を
所定値に固定し又は可変制御する入射角度制御手段８０
と、被測定基板１２内で多重反射した後に被測定基板１
２から出射する赤外線を集光する赤外線集光手段４０
と、赤外線集光手段４０により集光された赤外線を検出
する赤外線検出手段５０と、赤外線検出手段５０により
検出された赤外線を分析し、被測定基板の表面に付着し
た汚染物を測定する赤外線分析手段６０とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線分光法によ
り半導体基板の表面状態を製造現場においてその場測定
（in-situ monitoring）する表面状態測定方法及び装置
に関する。
り半導体基板の表面状態を製造現場においてその場測定
（in-situ monitoring）する表面状態測定方法及び装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板の表面状態は、半導体装置の
製造現場における様々な要請により的確に把握すること
が望まれている。
製造現場における様々な要請により的確に把握すること
が望まれている。
【０００３】例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Acces
s Memory）などのメモリデバイスやロジックデバイスな
どの半導体集積回路の分野では、素子の集積度が向上す
るにつれて製造時のゲート絶縁膜の膜厚が薄くなり、Ｍ
ＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）ＦＥＴ（Field Eff
ect Transistor）の動作中の電界（約４×１０6Ｖ／ｃ
ｍ）を絶縁する機能のマージンが少ない設計となってい
る。ここで、ゲート絶縁膜は一般に熱酸化法により形成
されるが、熱酸化法によりゲート絶縁膜を形成する際に
金属汚染、化学汚染、有機汚染などの表面汚染が存在す
ると、形成されるゲート絶縁膜の絶縁破壊を誘発する虞
がある。有機汚染についてはゲート絶縁膜の形成後に付
着した場合にも絶縁性の劣化をもたらすことが知られて
いる。したがって、所望値の絶縁耐圧を有するゲート絶
縁膜を形成するためには、半導体基板の表面状態を管理
することがきわめて重要となる。
s Memory）などのメモリデバイスやロジックデバイスな
どの半導体集積回路の分野では、素子の集積度が向上す
るにつれて製造時のゲート絶縁膜の膜厚が薄くなり、Ｍ
ＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）ＦＥＴ（Field Eff
ect Transistor）の動作中の電界（約４×１０6Ｖ／ｃ
ｍ）を絶縁する機能のマージンが少ない設計となってい
る。ここで、ゲート絶縁膜は一般に熱酸化法により形成
されるが、熱酸化法によりゲート絶縁膜を形成する際に
金属汚染、化学汚染、有機汚染などの表面汚染が存在す
ると、形成されるゲート絶縁膜の絶縁破壊を誘発する虞
がある。有機汚染についてはゲート絶縁膜の形成後に付
着した場合にも絶縁性の劣化をもたらすことが知られて
いる。したがって、所望値の絶縁耐圧を有するゲート絶
縁膜を形成するためには、半導体基板の表面状態を管理
することがきわめて重要となる。
【０００４】また、素子構造を形成するためのパターニ
ング工程には、プラズマエッチング技術が広く用いられ
ている。プラズマエッチングの過程は、気相から輸送さ
れるラジカルなイオンなどのインフラックスと、半導体
基板表面からのアウトフラックスの吸着、反応及び脱離
過程との間のダイナミックなバランスによって決定され
ている。したがって、プラズマエッチングプロセスにお
いて、半導体基板表面における吸着状態、化学結合状
態、反応層の構造や厚みなどを知ることは最適なプラズ
マエッチング条件の設定やプラズマエッチングの終点検
出のための設定を行ううえで有効である。
ング工程には、プラズマエッチング技術が広く用いられ
ている。プラズマエッチングの過程は、気相から輸送さ
れるラジカルなイオンなどのインフラックスと、半導体
基板表面からのアウトフラックスの吸着、反応及び脱離
過程との間のダイナミックなバランスによって決定され
ている。したがって、プラズマエッチングプロセスにお
いて、半導体基板表面における吸着状態、化学結合状
態、反応層の構造や厚みなどを知ることは最適なプラズ
マエッチング条件の設定やプラズマエッチングの終点検
出のための設定を行ううえで有効である。
【０００５】また、近年の半導体装置では素子の微細化
とデバイスの三次元化が進行しており、微細領域或いは
急峻な段差部への洗浄溶液の侵入や置換が困難となって
いるため、微細化が更に進む今後の展望としてドライ洗
浄技術が注目されている。例えば、シリコン基板上の有
機物に起因する付着物の除去にはオゾン或いは紫外線励
起した酸素との反応が有効である。酸素分子は２４２ｎ
ｍ以下の波長の光で原子状態酸素に分解する。原子状態
酸素によって付着有機物は酸化され、蒸気圧の高いＨ2
Ｏ、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2などに分解される。また、紫外線
照射により、Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｏなどの有機物の結
合を解離することができる。したがって、半導体基板表
面の状態を知ることは、ドライ洗浄を行う際の最適な照
射光の光量、波長、酸素量などのパラメータを制御する
うえでもきわめて重要である。
とデバイスの三次元化が進行しており、微細領域或いは
急峻な段差部への洗浄溶液の侵入や置換が困難となって
いるため、微細化が更に進む今後の展望としてドライ洗
浄技術が注目されている。例えば、シリコン基板上の有
機物に起因する付着物の除去にはオゾン或いは紫外線励
起した酸素との反応が有効である。酸素分子は２４２ｎ
ｍ以下の波長の光で原子状態酸素に分解する。原子状態
酸素によって付着有機物は酸化され、蒸気圧の高いＨ2
Ｏ、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2などに分解される。また、紫外線
照射により、Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｏなどの有機物の結
合を解離することができる。したがって、半導体基板表
面の状態を知ることは、ドライ洗浄を行う際の最適な照
射光の光量、波長、酸素量などのパラメータを制御する
うえでもきわめて重要である。
【０００６】また、シリコン基板の表面に形成される自
然酸化膜は、膜厚等の制御が不可能なためデバイスに利
用することはできない。このため、デバイスを構築する
際には、この自然酸化膜を除去した後、シリコン基板の
表面を安定化するために表面のシリコンの結合手を水素
により終端しておくことが好ましい。これは、５００℃
程度の比較的低温で水素を脱離できるためと、それに続
くプロセスへの影響が比較的少ないためである。ＵＶオ
ゾン洗浄と弗酸エッチングされたシリコン基板表面のシ
リコン原子はほとんどが水素により終端され、Ｓｉ＝Ｈ
2、Ｓｉ−Ｈが形成される。したがって、シリコン基板
表面の水素終端の状態や水素終端除去の温度依存性など
を測定できれば、半導体プロセスのスタート時における
シリコン基板表面の状態を適切に保つことができ、より
高品質、高歩留りが期待できる。
然酸化膜は、膜厚等の制御が不可能なためデバイスに利
用することはできない。このため、デバイスを構築する
際には、この自然酸化膜を除去した後、シリコン基板の
表面を安定化するために表面のシリコンの結合手を水素
により終端しておくことが好ましい。これは、５００℃
程度の比較的低温で水素を脱離できるためと、それに続
くプロセスへの影響が比較的少ないためである。ＵＶオ
ゾン洗浄と弗酸エッチングされたシリコン基板表面のシ
リコン原子はほとんどが水素により終端され、Ｓｉ＝Ｈ
2、Ｓｉ−Ｈが形成される。したがって、シリコン基板
表面の水素終端の状態や水素終端除去の温度依存性など
を測定できれば、半導体プロセスのスタート時における
シリコン基板表面の状態を適切に保つことができ、より
高品質、高歩留りが期待できる。
【０００７】このように、半導体装置の製造プロセスに
おいては、半導体基板の表面状態を知ることはきわめて
重要であり、従来においても種々の測定方法が提案さ
れ、一部で実用化されている。
おいては、半導体基板の表面状態を知ることはきわめて
重要であり、従来においても種々の測定方法が提案さ
れ、一部で実用化されている。
【０００８】赤外線を用いた半導体基板内部の多重反射
による表面状態を測定する技術としては、例えば米国の
パーキン・エルマー（Perkin-Elmer）社などから専用の
ＦＴ−ＩＲ（赤外フーリエ分光）装置として販売されて
いる。また、その応用範囲を広げるために、例えば英国
のグラスビー（Graseby Specac Limited）社などから多
様なアクセサリーが販売されている。
による表面状態を測定する技術としては、例えば米国の
パーキン・エルマー（Perkin-Elmer）社などから専用の
ＦＴ−ＩＲ（赤外フーリエ分光）装置として販売されて
いる。また、その応用範囲を広げるために、例えば英国
のグラスビー（Graseby Specac Limited）社などから多
様なアクセサリーが販売されている。
【０００９】このような装置を用いた従来の表面状態測
定方法は、例えば図４１（ａ）に示すように被測定基板
１０２を例えば４０ｍｍ×１０ｍｍの短冊状に切断し、
赤外光源１０４から発せられた赤外線を被測定基板１０
２を透過させて基板表面の状態を測定し、或いは、例え
ば図４１（ｂ）に示すように端部をテーパ状に加工した
被測定基板１０２の端面から赤外線を入射して基板内部
で多重反射させることにより基板の表面状態を測定し、
或いは、例えば図４１（ｃ）に示すように被測定基板１
０２の上部に配されたプリズム１０６を介して基板内部
に赤外線を入射して基板内部で多重反射させることによ
り基板の表面状態を測定するものであった。
定方法は、例えば図４１（ａ）に示すように被測定基板
１０２を例えば４０ｍｍ×１０ｍｍの短冊状に切断し、
赤外光源１０４から発せられた赤外線を被測定基板１０
２を透過させて基板表面の状態を測定し、或いは、例え
ば図４１（ｂ）に示すように端部をテーパ状に加工した
被測定基板１０２の端面から赤外線を入射して基板内部
で多重反射させることにより基板の表面状態を測定し、
或いは、例えば図４１（ｃ）に示すように被測定基板１
０２の上部に配されたプリズム１０６を介して基板内部
に赤外線を入射して基板内部で多重反射させることによ
り基板の表面状態を測定するものであった。
【００１０】基板内部に赤外線を入射して内部多重反射
させることにより基板の表面状態を測定する基本原理
は、基板表面で光線が反射するときに滲み出る光（エヴ
ァネッセント光）の周波数成分が基板表面の有機汚染物
質の分子振動周波数と一致していると共鳴吸収されるの
で、そのスペクトルを測定することにより有機汚染物質
の種類と量が特定できることによる。また、内部多重反
射しながら基板表面の有機汚染物質の情報を煮詰めてい
く（信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させる）作用もあ
る。
させることにより基板の表面状態を測定する基本原理
は、基板表面で光線が反射するときに滲み出る光（エヴ
ァネッセント光）の周波数成分が基板表面の有機汚染物
質の分子振動周波数と一致していると共鳴吸収されるの
で、そのスペクトルを測定することにより有機汚染物質
の種類と量が特定できることによる。また、内部多重反
射しながら基板表面の有機汚染物質の情報を煮詰めてい
く（信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させる）作用もあ
る。
【００１１】しかしながら、これら測定方法は、被測定
対象基板を短冊状に切断するか、基板に追加工するか、
或いは、基板上部にプリズムを配置する必要があり、半
導体装置の製造現場におけるその場測定に使用すること
はできなかった。
対象基板を短冊状に切断するか、基板に追加工するか、
或いは、基板上部にプリズムを配置する必要があり、半
導体装置の製造現場におけるその場測定に使用すること
はできなかった。
【００１２】また、半導体基板の有機汚染を検出する測
定方法としては、加熱脱離ＧＣ／ＭＳ（Gas Chromatogr
aphy/Mass Spectroscopy）、ＡＰＩＭＳ（Atmospheric
Pressure Ionization Mass Spectroscopy）、ＴＤＳ（T
hermal Desorption Spectroscopy）などが知られてい
る。しかしながら、これらの測定方法は、今後展開が予
定される直径３００ｍｍを超えるような大型基板を直接
観察することができないこと、真空雰囲気が必要なこ
と、スループットが悪いこと、などの理由により半導体
装置の製造現場におけるその場測定に使用するには適し
ていなかった。
定方法としては、加熱脱離ＧＣ／ＭＳ（Gas Chromatogr
aphy/Mass Spectroscopy）、ＡＰＩＭＳ（Atmospheric
Pressure Ionization Mass Spectroscopy）、ＴＤＳ（T
hermal Desorption Spectroscopy）などが知られてい
る。しかしながら、これらの測定方法は、今後展開が予
定される直径３００ｍｍを超えるような大型基板を直接
観察することができないこと、真空雰囲気が必要なこ
と、スループットが悪いこと、などの理由により半導体
装置の製造現場におけるその場測定に使用するには適し
ていなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
の表面状態測定方法は、その測定方法が破壊的な検査で
あるため、半導体装置の製造現場におけるその場測定に
は使用することができず、或いは、大型の半導体ウェー
ハを測定するには不向きであり、半導体装置の製造現場
におけるその場観察や大型ウェーハの測定が可能な表面
状態測定方法及び装置が望まれていた。
の表面状態測定方法は、その測定方法が破壊的な検査で
あるため、半導体装置の製造現場におけるその場測定に
は使用することができず、或いは、大型の半導体ウェー
ハを測定するには不向きであり、半導体装置の製造現場
におけるその場観察や大型ウェーハの測定が可能な表面
状態測定方法及び装置が望まれていた。
【００１４】本発明の目的は、内部多重反射型の赤外分
光法により、被測定基板の表面状態を製造現場において
その場測定しうる表面状態測定方法及び装置を提供する
ことにある。
光法により、被測定基板の表面状態を製造現場において
その場測定しうる表面状態測定方法及び装置を提供する
ことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、赤外光源か
ら発せられた赤外線を、被測定基板の外周部分に集光し
て前記被測定基板内に導入する第１の赤外線集光手段
と、前記第１の赤外線集光手段により集光される赤外線
の前記被測定基板への入射角度を所定値に固定し又は可
変制御する入射角度制御手段と、前記被測定基板内で多
重反射した後に前記被測定基板から出射する赤外線を集
光する第２の赤外線集光手段と、前記第２の赤外線集光
手段により集光された赤外線を検出する赤外線検出手段
と、前記赤外線検出手段により検出された赤外線を分析
し、前記被測定基板の表面に付着した汚染物を測定する
赤外線分析手段とを有することを特徴とする表面状態測
定装置によって達成される。このようにして表面状態測
定装置を構成することにより、被測定基板を追加工する
ことなしに測定することが可能であり、また、被測定基
板上に配置したプリズムなどを介して赤外線を基板内部
に入射する必要がないので、赤外線分光法により被測定
基板の表面状態を製造現場においてその場測定するため
の装置として適用することができる。
ら発せられた赤外線を、被測定基板の外周部分に集光し
て前記被測定基板内に導入する第１の赤外線集光手段
と、前記第１の赤外線集光手段により集光される赤外線
の前記被測定基板への入射角度を所定値に固定し又は可
変制御する入射角度制御手段と、前記被測定基板内で多
重反射した後に前記被測定基板から出射する赤外線を集
光する第２の赤外線集光手段と、前記第２の赤外線集光
手段により集光された赤外線を検出する赤外線検出手段
と、前記赤外線検出手段により検出された赤外線を分析
し、前記被測定基板の表面に付着した汚染物を測定する
赤外線分析手段とを有することを特徴とする表面状態測
定装置によって達成される。このようにして表面状態測
定装置を構成することにより、被測定基板を追加工する
ことなしに測定することが可能であり、また、被測定基
板上に配置したプリズムなどを介して赤外線を基板内部
に入射する必要がないので、赤外線分光法により被測定
基板の表面状態を製造現場においてその場測定するため
の装置として適用することができる。
【００１６】また、上記の表面状態測定装置において、
前記入射角度制御手段は、前記被測定基板内部における
赤外線の反射角度が全反射臨界角以下になるように、前
記被測定基板への赤外線の入射角度を制御するようにし
てもよい。
前記入射角度制御手段は、前記被測定基板内部における
赤外線の反射角度が全反射臨界角以下になるように、前
記被測定基板への赤外線の入射角度を制御するようにし
てもよい。
【００１７】また、上記の表面状態測定装置において、
前記入射角度制御手段は、前記被測定基板への赤外線入
射時における赤外線のエネルギー反射率が所定値以下と
なるように前記被測定基板への赤外線の入射角度を制御
するようにしてもよい。
前記入射角度制御手段は、前記被測定基板への赤外線入
射時における赤外線のエネルギー反射率が所定値以下と
なるように前記被測定基板への赤外線の入射角度を制御
するようにしてもよい。
【００１８】また、上記の表面状態測定装置において、
前記赤外線分析手段は、フーリエ変換分光法に基づく分
光結果から前記汚染物を同定するようにしてもよい。
前記赤外線分析手段は、フーリエ変換分光法に基づく分
光結果から前記汚染物を同定するようにしてもよい。
【００１９】また、上記の表面状態測定装置において、
前記赤外線分析手段は、回折格子による赤外分光法に基
づく分光結果から前記汚染物を同定するようにしてもよ
い。
前記赤外線分析手段は、回折格子による赤外分光法に基
づく分光結果から前記汚染物を同定するようにしてもよ
い。
【００２０】また、上記の表面状態測定装置において、
前記被測定基板は、前記外周部分に、前記被測定基板の
一対の表面と外周面とにより構成される角部が面取りさ
れてなる一対の傾斜部を有し、前記第１の赤外線集光手
段は、前記被測定基板の一対の前記傾斜部の一方又は双
方に赤外線を集光するようにしてもよい。被測定基板に
予め設けられた傾斜部を利用して被測定基板内部に赤外
線を導入するので、被測定基板を追加工等する必要なし
に基板内部に高効率で赤外線を導入することができる。
また、一対の傾斜部の双方から赤外線を入射することに
より、検出感度を向上することができる。
前記被測定基板は、前記外周部分に、前記被測定基板の
一対の表面と外周面とにより構成される角部が面取りさ
れてなる一対の傾斜部を有し、前記第１の赤外線集光手
段は、前記被測定基板の一対の前記傾斜部の一方又は双
方に赤外線を集光するようにしてもよい。被測定基板に
予め設けられた傾斜部を利用して被測定基板内部に赤外
線を導入するので、被測定基板を追加工等する必要なし
に基板内部に高効率で赤外線を導入することができる。
また、一対の傾斜部の双方から赤外線を入射することに
より、検出感度を向上することができる。
【００２１】また、上記の表面状態測定装置において、
前記被処理基板を支持し、前記被処理基板に入射される
赤外線の位置を調整する位置制御機構と、前記被処理基
板を回転する回転機構とを有する基板搭載台を更に有す
るようにしてもよい。このようにして基板搭載台を構成
することにより、被測定基板の位置合わせが可能となる
とともに、基板を回転しつつ測定を繰り返すことができ
るので、基板全面に渡って表面状態を容易に測定するこ
とができる。
前記被処理基板を支持し、前記被処理基板に入射される
赤外線の位置を調整する位置制御機構と、前記被処理基
板を回転する回転機構とを有する基板搭載台を更に有す
るようにしてもよい。このようにして基板搭載台を構成
することにより、被測定基板の位置合わせが可能となる
とともに、基板を回転しつつ測定を繰り返すことができ
るので、基板全面に渡って表面状態を容易に測定するこ
とができる。
【００２２】また、上記の表面状態測定装置において、
前記第１の赤外線集光手段は、前記赤外光源より発せら
れた赤外線を、前記被測定基板の外周に沿った楕円状の
焦点に集光し、又は、円形の焦点に集光するようにして
もよい。被測定基板の外周に沿った楕円状に赤外線を集
光することにより、赤外線の利用効率を高めることがで
きる。また、楕円形状に集光する場合と比較して赤外線
の利用効率は若干劣るが、円形の焦点に集光することに
よっても被測定基板内部に赤外線を導入することができ
る。
前記第１の赤外線集光手段は、前記赤外光源より発せら
れた赤外線を、前記被測定基板の外周に沿った楕円状の
焦点に集光し、又は、円形の焦点に集光するようにして
もよい。被測定基板の外周に沿った楕円状に赤外線を集
光することにより、赤外線の利用効率を高めることがで
きる。また、楕円形状に集光する場合と比較して赤外線
の利用効率は若干劣るが、円形の焦点に集光することに
よっても被測定基板内部に赤外線を導入することができ
る。
【００２３】また、上記の表面状態測定装置において、
前記第１の赤外線集光手段は、球面鏡と、前記球面鏡の
焦点に一方の焦点が位置するように配置された楕円鏡と
を有し、前記赤外光源は、前記楕円鏡の他方の焦点に位
置するように配置されており、前記第１の赤外線集光手
段は、前記赤外光源から発せられた赤外線を、前記楕円
鏡の前記他方の焦点に集光するようにしてもよい。
前記第１の赤外線集光手段は、球面鏡と、前記球面鏡の
焦点に一方の焦点が位置するように配置された楕円鏡と
を有し、前記赤外光源は、前記楕円鏡の他方の焦点に位
置するように配置されており、前記第１の赤外線集光手
段は、前記赤外光源から発せられた赤外線を、前記楕円
鏡の前記他方の焦点に集光するようにしてもよい。
【００２４】また、上記の表面状態測定装置において、
前記第２の赤外線集光手段は、球面鏡と、前記球面鏡の
焦点に一方の焦点が位置するように配置された楕円鏡と
を有し、前記被測定基板は、赤外線の出射端面が前記楕
円鏡の他方の焦点に位置するように配置されており、前
記第２の赤外線集光手段は、前記被測定基板から出射さ
れた赤外線を、前記楕円鏡の前記他方の焦点に集光する
ようにしてもよい。
前記第２の赤外線集光手段は、球面鏡と、前記球面鏡の
焦点に一方の焦点が位置するように配置された楕円鏡と
を有し、前記被測定基板は、赤外線の出射端面が前記楕
円鏡の他方の焦点に位置するように配置されており、前
記第２の赤外線集光手段は、前記被測定基板から出射さ
れた赤外線を、前記楕円鏡の前記他方の焦点に集光する
ようにしてもよい。
【００２５】また、上記のの表面状態測定装置におい
て、前記第２の赤外線集光手段は、前記被測定基板側の
間隔が前記赤外線検出器側の間隔よりも狭くなるように
対向して設けられた一対の反射鏡を有するようにしても
よい。
て、前記第２の赤外線集光手段は、前記被測定基板側の
間隔が前記赤外線検出器側の間隔よりも狭くなるように
対向して設けられた一対の反射鏡を有するようにしても
よい。
【００２６】また、上記の請求項１乃至１５のいずれか
１項に記載の表面状態測定装置において、前記被測定基
板の赤外線入射端面と対向する端面側に、前記被測定基
板から出射された赤外線を反射して再度前記被測定基板
内部に導入する反射鏡を有するようにしてもよい。これ
により、被測定基板内部を伝搬する赤外線の光路長を長
くすることができるので、検出感度を向上することがで
きる。
１項に記載の表面状態測定装置において、前記被測定基
板の赤外線入射端面と対向する端面側に、前記被測定基
板から出射された赤外線を反射して再度前記被測定基板
内部に導入する反射鏡を有するようにしてもよい。これ
により、被測定基板内部を伝搬する赤外線の光路長を長
くすることができるので、検出感度を向上することがで
きる。
【００２７】また、上記の表面状態測定装置において、
前記被測定基板は、一対の表面が略平行である両面研磨
基板であるようにしてもよい。
前記被測定基板は、一対の表面が略平行である両面研磨
基板であるようにしてもよい。
【００２８】また、上記の表面状態測定装置において、
前記赤外光源は、赤外線又は近赤外線を発する光源と、
前記光源から発せられた光を略平行光にする光学系を有
するようにしてもよい。
前記赤外光源は、赤外線又は近赤外線を発する光源と、
前記光源から発せられた光を略平行光にする光学系を有
するようにしてもよい。
【００２９】また、上記の表面状態測定装置において、
前記被測定基板は、前記被測定基板内部における赤外線
の反射回数が３００回以上になる基板であることが望ま
しい。
前記被測定基板は、前記被測定基板内部における赤外線
の反射回数が３００回以上になる基板であることが望ま
しい。
【００３０】また、上記の表面状態測定装置において、
前記被測定基板は、あるプロセスを行う前、あるプロセ
スを行った後、又はあるプロセス中のいずれかの状態に
ある基板であることが望ましい。
前記被測定基板は、あるプロセスを行う前、あるプロセ
スを行った後、又はあるプロセス中のいずれかの状態に
ある基板であることが望ましい。
【００３１】また、上記目的は、入射角度を所定値に固
定し又は変化しながら被測定基板の外周部分に赤外線を
集光し、前記外周部分から前記被測定基板内に赤外線を
導入し、前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測
定基板から出射される赤外線を検出し、検出した赤外線
を分析することにより前記被測定基板の表面に付着した
汚染物を測定することを特徴とする表面状態測定方法に
よっても達成される。このようにして被測定基板の表面
状態を測定することにより、被測定基板を追加工するこ
とや、被測定基板上に配置したプリズムなどを介して赤
外線を基板内部に入射する必要がないので、赤外線分光
法により半導体基板の表面状態を製造現場においてその
場測定することができる。
定し又は変化しながら被測定基板の外周部分に赤外線を
集光し、前記外周部分から前記被測定基板内に赤外線を
導入し、前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測
定基板から出射される赤外線を検出し、検出した赤外線
を分析することにより前記被測定基板の表面に付着した
汚染物を測定することを特徴とする表面状態測定方法に
よっても達成される。このようにして被測定基板の表面
状態を測定することにより、被測定基板を追加工するこ
とや、被測定基板上に配置したプリズムなどを介して赤
外線を基板内部に入射する必要がないので、赤外線分光
法により半導体基板の表面状態を製造現場においてその
場測定することができる。
【００３２】また、上記目的は、入射角度を所定の範囲
内で掃引しながら被測定基板の外周部分に赤外線を集光
し、前記外周部分から前記被測定基板内に赤外線を導入
し、前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測定基
板から出射される赤外線を検出し、検出した赤外線を分
析することにより前記被測定基板の表面に付着した汚染
物を測定することを特徴とする表面状態測定方法によっ
ても達成される。このようにして被測定基板の表面状態
を測定することにより、被測定基板を追加工すること
や、被測定基板上に配置したプリズムなどを介して赤外
線を基板内部に入射する必要がないので、赤外線分光法
により半導体基板の表面状態を製造現場においてその場
測定することができる。また、赤外線の入射角度を掃引
することにより、赤外線光路上の被測定基板の領域を連
続的に検査することができる。これにより、検出感度を
大幅に向上することができる。
内で掃引しながら被測定基板の外周部分に赤外線を集光
し、前記外周部分から前記被測定基板内に赤外線を導入
し、前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測定基
板から出射される赤外線を検出し、検出した赤外線を分
析することにより前記被測定基板の表面に付着した汚染
物を測定することを特徴とする表面状態測定方法によっ
ても達成される。このようにして被測定基板の表面状態
を測定することにより、被測定基板を追加工すること
や、被測定基板上に配置したプリズムなどを介して赤外
線を基板内部に入射する必要がないので、赤外線分光法
により半導体基板の表面状態を製造現場においてその場
測定することができる。また、赤外線の入射角度を掃引
することにより、赤外線光路上の被測定基板の領域を連
続的に検査することができる。これにより、検出感度を
大幅に向上することができる。
【００３３】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板から出射された赤外線をフーリエ変換分
光法により分光し、分光結果から前記汚染物を同定する
ようにしてもよい。
前記被測定基板から出射された赤外線をフーリエ変換分
光法により分光し、分光結果から前記汚染物を同定する
ようにしてもよい。
【００３４】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板から出射された赤外線を回折格子により
分光し、分光結果から前記汚染物を同定するようにして
もよい。
前記被測定基板から出射された赤外線を回折格子により
分光し、分光結果から前記汚染物を同定するようにして
もよい。
【００３５】また、上記目的は、入射角度を所定値に固
定し又は変化しながら被測定基板の外周部分に赤外線を
集光し、前記外周部分から前記被測定基板内に赤外線を
導入し、前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測
定基板から出射される赤外線を検出し、検出した赤外線
の強度と基準強度とを比較し、その結果に基づいて前記
被測定基板の良否判定を行うことを特徴とする表面状態
測定方法によっても達成される。このようにして被測定
基板の表面状態を測定することにより、被測定基板を追
加工することや被測定基板上に配置したプリズムなどを
介して赤外線を基板内部に入射することなしに、且つ、
赤外線の分光装置を設けることなしに、半導体基板の表
面状態を製造現場においてその場測定することができ
る。これにより、簡便な装置構成により、被測定基板の
良否判定を行うことができる。
定し又は変化しながら被測定基板の外周部分に赤外線を
集光し、前記外周部分から前記被測定基板内に赤外線を
導入し、前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測
定基板から出射される赤外線を検出し、検出した赤外線
の強度と基準強度とを比較し、その結果に基づいて前記
被測定基板の良否判定を行うことを特徴とする表面状態
測定方法によっても達成される。このようにして被測定
基板の表面状態を測定することにより、被測定基板を追
加工することや被測定基板上に配置したプリズムなどを
介して赤外線を基板内部に入射することなしに、且つ、
赤外線の分光装置を設けることなしに、半導体基板の表
面状態を製造現場においてその場測定することができ
る。これにより、簡便な装置構成により、被測定基板の
良否判定を行うことができる。
【００３６】また、上記目的は、入射角度を所定値に固
定し又は変化しながら被測定基板の外周部分に赤外線を
集光し、前記外周部分から前記被測定基板内に赤外線を
導入し、前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測
定基板から出射された特定の汚染物の分子振動に対応す
る波長域の赤外線を選択的に検出し、検出された赤外線
の強度に基づいて前記被測定基板の表面に付着した前記
特定の汚染物の量を算出することを特徴とする表面状態
測定方法によっても達成される。このようにして被測定
基板の表面状態を測定することにより、被測定基板を追
加工することや、被測定基板上に配置したプリズムなど
を介して赤外線を基板内部に入射する必要がないので、
半導体基板の表面状態を製造現場においてその場測定す
ることができる。また、赤外線の分光装置を設けること
なく汚染物質の付着量を測定できるので、装置構成を簡
便且つ低廉にすることができる。
定し又は変化しながら被測定基板の外周部分に赤外線を
集光し、前記外周部分から前記被測定基板内に赤外線を
導入し、前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測
定基板から出射された特定の汚染物の分子振動に対応す
る波長域の赤外線を選択的に検出し、検出された赤外線
の強度に基づいて前記被測定基板の表面に付着した前記
特定の汚染物の量を算出することを特徴とする表面状態
測定方法によっても達成される。このようにして被測定
基板の表面状態を測定することにより、被測定基板を追
加工することや、被測定基板上に配置したプリズムなど
を介して赤外線を基板内部に入射する必要がないので、
半導体基板の表面状態を製造現場においてその場測定す
ることができる。また、赤外線の分光装置を設けること
なく汚染物質の付着量を測定できるので、装置構成を簡
便且つ低廉にすることができる。
【００３７】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板内部における赤外線の反射角度が０°よ
り大きく全反射臨界角以下となる範囲で、前記被測定基
板に入射する赤外線の前記入射角度を制御するようにし
てもよい。こうすることで、赤外線の内部多重反射の際
の損失を低減することができる。
前記被測定基板内部における赤外線の反射角度が０°よ
り大きく全反射臨界角以下となる範囲で、前記被測定基
板に入射する赤外線の前記入射角度を制御するようにし
てもよい。こうすることで、赤外線の内部多重反射の際
の損失を低減することができる。
【００３８】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板への赤外線入射時における赤外線のエネ
ルギー反射率が所定値以下となる範囲で、前記被測定基
板に入射する赤外線の入射角度を制御するようにしても
よい。こうすることで、赤外線の利用効率を高めること
ができる。
前記被測定基板への赤外線入射時における赤外線のエネ
ルギー反射率が所定値以下となる範囲で、前記被測定基
板に入射する赤外線の入射角度を制御するようにしても
よい。こうすることで、赤外線の利用効率を高めること
ができる。
【００３９】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板の前記外周部分に設けられ、前記被測定
基板の一対の表面と外周面とにより構成される角部が面
取りされてなる一対の傾斜部の一方又は双方から前記被
測定基板内に赤外線を入射するようにしてもよい。被測
定基板に予め設けられた傾斜部を利用して被測定基板内
部に赤外線を導入することにより、被測定基板を追加工
等する必要なしに基板内部に高効率で赤外線を導入する
ことができる。また、一対の傾斜部の双方から赤外線を
入射することで検出感度を向上することができる。
前記被測定基板の前記外周部分に設けられ、前記被測定
基板の一対の表面と外周面とにより構成される角部が面
取りされてなる一対の傾斜部の一方又は双方から前記被
測定基板内に赤外線を入射するようにしてもよい。被測
定基板に予め設けられた傾斜部を利用して被測定基板内
部に赤外線を導入することにより、被測定基板を追加工
等する必要なしに基板内部に高効率で赤外線を導入する
ことができる。また、一対の傾斜部の双方から赤外線を
入射することで検出感度を向上することができる。
【００４０】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板内に入射した赤外線を前記被測定基板内
で往復させ、赤外線の入射端面側から出射した赤外線を
検出するようにしてもよい。これにより、被測定基板内
部を伝搬する赤外線の光路長を長くすることができるの
で、検出感度を向上することができる。
前記被測定基板内に入射した赤外線を前記被測定基板内
で往復させ、赤外線の入射端面側から出射した赤外線を
検出するようにしてもよい。これにより、被測定基板内
部を伝搬する赤外線の光路長を長くすることができるの
で、検出感度を向上することができる。
【００４１】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板は、一対の表面が略平行である両面研磨
基板であることが望ましい。
前記被測定基板は、一対の表面が略平行である両面研磨
基板であることが望ましい。
【００４２】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板内部を多重反射したのちに検出される赤
外線量が最大となるように前記被測定基板を支持する基
板搭載台の位置を制御するようにしてもよい。
前記被測定基板内部を多重反射したのちに検出される赤
外線量が最大となるように前記被測定基板を支持する基
板搭載台の位置を制御するようにしてもよい。
【００４３】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板を回転しつつ複数回の測定を繰り返し、
前記被測定基板の略全面に渡って前記被測定基板の表面
を測定するようにしてもよい。
前記被測定基板を回転しつつ複数回の測定を繰り返し、
前記被測定基板の略全面に渡って前記被測定基板の表面
を測定するようにしてもよい。
【００４４】また、上記の表面状態測定方法において、
赤外線を楕円状の焦点又は円形の焦点に集光して前記被
測定基板に入射するようにしてもよい。被測定基板の外
周に沿った楕円状に赤外線を集光することにより、赤外
線の利用効率を高めることができる。また、楕円形状に
集光する場合と比較して赤外線の利用効率は若干劣る
が、円形の焦点に集光することによっても被測定基板内
部に赤外線を導入することができる。
赤外線を楕円状の焦点又は円形の焦点に集光して前記被
測定基板に入射するようにしてもよい。被測定基板の外
周に沿った楕円状に赤外線を集光することにより、赤外
線の利用効率を高めることができる。また、楕円形状に
集光する場合と比較して赤外線の利用効率は若干劣る
が、円形の焦点に集光することによっても被測定基板内
部に赤外線を導入することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明の第１実
施形態による表面状態測定方法及び装置について図１乃
至図１５を用いて説明する。
施形態による表面状態測定方法及び装置について図１乃
至図１５を用いて説明する。
【００４６】〔１〕装置の全体構成 本実施形態による表面状態測定装置について図１乃至図
１０を用いて説明する。
１０を用いて説明する。
【００４７】図１は本実施形態による表面状態測定装置
を説明する概略図、図２は本実施形態による表面状態測
定装置における赤外光源を示す概略断面図、図３は凹面
鏡を用いて被測定基板の外周に沿って赤外線を集光する
方法を説明する図、図４はシリンドリカルレンズ又はス
リットを用いて被測定基板の外周に沿って赤外線を集光
する方法を説明する図、図５はシリコン基板内部から空
気中に赤外線を出射する際のエネルギー反射率の入射角
度依存性を示すグラフ、図６及び図７はＳＥＭＩ標準規
格による３００ｍｍウェーハの形状を示す図、図８は本
実施形態による表面状態測定方法及び装置における被測
定基板への赤外線の入射角度の設定方法を説明する図、
図９は赤外線の入射角度を固定した場合の課題を説明す
る概念図、図１０は赤外線の入射角度を掃引する利点を
説明する概念図である。
を説明する概略図、図２は本実施形態による表面状態測
定装置における赤外光源を示す概略断面図、図３は凹面
鏡を用いて被測定基板の外周に沿って赤外線を集光する
方法を説明する図、図４はシリンドリカルレンズ又はス
リットを用いて被測定基板の外周に沿って赤外線を集光
する方法を説明する図、図５はシリコン基板内部から空
気中に赤外線を出射する際のエネルギー反射率の入射角
度依存性を示すグラフ、図６及び図７はＳＥＭＩ標準規
格による３００ｍｍウェーハの形状を示す図、図８は本
実施形態による表面状態測定方法及び装置における被測
定基板への赤外線の入射角度の設定方法を説明する図、
図９は赤外線の入射角度を固定した場合の課題を説明す
る概念図、図１０は赤外線の入射角度を掃引する利点を
説明する概念図である。
【００４８】本実施形態による表面状態測定装置は、図
１に示すように、被測定基板１２を載置する基板搭載台
１０と、赤外線を発する赤外光源２０と、赤外光源２０
から発せられた赤外線を所定の形状に集光して被測定基
板１２に入射するための赤外線集光手段３０と、被測定
基板１２内部を多重反射した後に被測定基板１２から出
射される赤外線を集光して赤外線検出器５０に入射する
ための赤外線集光手段４０と、赤外線集光手段４０から
発せられた赤外線を検出する赤外線検出器５０とを有す
る。
１に示すように、被測定基板１２を載置する基板搭載台
１０と、赤外線を発する赤外光源２０と、赤外光源２０
から発せられた赤外線を所定の形状に集光して被測定基
板１２に入射するための赤外線集光手段３０と、被測定
基板１２内部を多重反射した後に被測定基板１２から出
射される赤外線を集光して赤外線検出器５０に入射する
ための赤外線集光手段４０と、赤外線集光手段４０から
発せられた赤外線を検出する赤外線検出器５０とを有す
る。
【００４９】そして、赤外光源２０は、光源位置調整装
置２２を介して制御・解析用コンピュータ６０に接続さ
れている。また、基板搭載台１０は、基板搭載台制御装
置１６を介して制御・解析用コンピュータ６０に接続さ
れている。こうして、基板搭載台１０上に載置された被
測定基板１２の所定位置に赤外線を照射するようになっ
ている。
置２２を介して制御・解析用コンピュータ６０に接続さ
れている。また、基板搭載台１０は、基板搭載台制御装
置１６を介して制御・解析用コンピュータ６０に接続さ
れている。こうして、基板搭載台１０上に載置された被
測定基板１２の所定位置に赤外線を照射するようになっ
ている。
【００５０】赤外線集光手段３０は、入射角コントロー
ラ８０を介して制御・解析用コンピュータ６０に接続さ
れている。こうして、赤外線集光手段３０により被測定
基板１２に入射される赤外線の入射角度を、所定値に固
定し、変化し、或いは、掃引するようになってる。
ラ８０を介して制御・解析用コンピュータ６０に接続さ
れている。こうして、赤外線集光手段３０により被測定
基板１２に入射される赤外線の入射角度を、所定値に固
定し、変化し、或いは、掃引するようになってる。
【００５１】外線集光手段４０により集光された赤外線
は、分光器５２を介して赤外線検出器５０に導入される
ようになっている。赤外線検出器５０は、制御・解析用
コンピュータ６０が接続されており、赤外線検出器５０
により得られた検出信号を基にして被測定基板１２の表
面状態を解析できるようになっている。制御・解析用コ
ンピュータ６０には表示装置７０が接続されており、制
御・解析用コンピュータ６０により解析された検出信号
解析結果やデータベース検索結果を表示するようになっ
ている。
は、分光器５２を介して赤外線検出器５０に導入される
ようになっている。赤外線検出器５０は、制御・解析用
コンピュータ６０が接続されており、赤外線検出器５０
により得られた検出信号を基にして被測定基板１２の表
面状態を解析できるようになっている。制御・解析用コ
ンピュータ６０には表示装置７０が接続されており、制
御・解析用コンピュータ６０により解析された検出信号
解析結果やデータベース検索結果を表示するようになっ
ている。
【００５２】また、赤外線検出器５０の光路及び被測定
系の赤外線光路には、有機分子と重なるスペクトルをも
つ空気中の二酸化炭素（ＣＯ2）を除去する手段（図示
せず）が設けられている。
系の赤外線光路には、有機分子と重なるスペクトルをも
つ空気中の二酸化炭素（ＣＯ2）を除去する手段（図示
せず）が設けられている。
【００５３】このように、本実施形態による表面状態測
定装置は、赤外線検出器と、赤外線検出器へ導く手段
と、赤外線検出器による検出結果から物質種を同定する
ためのデータベース、及び、補助手段として有機分子と
重なるスペクトルをもつ空気中の二酸化炭素を赤外線検
出器の光路及び被測定系の赤外線光路から除去する手段
については従来と同様である。
定装置は、赤外線検出器と、赤外線検出器へ導く手段
と、赤外線検出器による検出結果から物質種を同定する
ためのデータベース、及び、補助手段として有機分子と
重なるスペクトルをもつ空気中の二酸化炭素を赤外線検
出器の光路及び被測定系の赤外線光路から除去する手段
については従来と同様である。
【００５４】本実施形態による表面状態測定装置が従来
の装置と異なるのは、赤外線を発する赤外光源２０と、
赤外光学系によりその赤外線を効率よく、且つ、被測定
基板１２の外周に沿った形或いは被測定基板１２の外周
上の一点に集光し、被測定基板１２に入射する光学系
（赤外線集光手段３０）と、基板の内部を多重反射した
後、入射点と対称な点から出射した赤外線を再び集光
し、赤外線検出器へ導く光学系（赤外線集光手段４０）
とを有する点にある。
の装置と異なるのは、赤外線を発する赤外光源２０と、
赤外光学系によりその赤外線を効率よく、且つ、被測定
基板１２の外周に沿った形或いは被測定基板１２の外周
上の一点に集光し、被測定基板１２に入射する光学系
（赤外線集光手段３０）と、基板の内部を多重反射した
後、入射点と対称な点から出射した赤外線を再び集光
し、赤外線検出器へ導く光学系（赤外線集光手段４０）
とを有する点にある。
【００５５】このように光学系を構成することにより、
被測定基板１２に化学エッチングや端面加工などの追加
工をすることなしに、また、被測定基板１２上部に配置
したプリズムを介して基板内部に赤外線を導入すること
なしに被測定基板１２上の有機汚染、化学汚染をその場
検出或いは測定することができる。
被測定基板１２に化学エッチングや端面加工などの追加
工をすることなしに、また、被測定基板１２上部に配置
したプリズムを介して基板内部に赤外線を導入すること
なしに被測定基板１２上の有機汚染、化学汚染をその場
検出或いは測定することができる。
【００５６】また、付随的な機能として被測定基板１２
に入射する赤外線の入射角度を制御する制御系（入射角
度コントローラ８０）を設けることで、被測定基板１２
上の有機汚染、化学汚染の検出感度を大幅に向上するこ
とができる。
に入射する赤外線の入射角度を制御する制御系（入射角
度コントローラ８０）を設けることで、被測定基板１２
上の有機汚染、化学汚染の検出感度を大幅に向上するこ
とができる。
【００５７】以下、本実施形態による表面状態測定装置
の各構成部分について個々に詳述する。なお、本実施形
態による表面状態測定装置に、後述の第３乃至第８実施
形態に示す種々の構成要素を任意に組み合わせて構成し
てもよい。
の各構成部分について個々に詳述する。なお、本実施形
態による表面状態測定装置に、後述の第３乃至第８実施
形態に示す種々の構成要素を任意に組み合わせて構成し
てもよい。
【００５８】（ａ）赤外光源２０ 赤外光源２０は、例えば図２に示すように、赤外線を発
生するための光源２４と、後方反射板２６と、前方反射
板２８とにより構成される。
生するための光源２４と、後方反射板２６と、前方反射
板２８とにより構成される。
【００５９】光源２４としては、有機分子の分子振動に
対応する２〜２５μｍ帯域の赤外線を適用することがで
きる。例えば、フィラメントとしてのシリコンカーバイ
ド（ＳｉＣ）に電流を印加して発する熱線を光源２４と
して用いることができる。ＳｉＣグローバ灯などのＳｉ
Ｃを用いた光源は、１．１〜２５μｍ帯域の赤外線を発
し、且つ、空気中でむき出しで使用しても焼損がないと
いう特徴がある。
対応する２〜２５μｍ帯域の赤外線を適用することがで
きる。例えば、フィラメントとしてのシリコンカーバイ
ド（ＳｉＣ）に電流を印加して発する熱線を光源２４と
して用いることができる。ＳｉＣグローバ灯などのＳｉ
Ｃを用いた光源は、１．１〜２５μｍ帯域の赤外線を発
し、且つ、空気中でむき出しで使用しても焼損がないと
いう特徴がある。
【００６０】測定用の光源として赤外線を用いるのは、
赤外線が、本来的にＸ線、ガンマ線、加速電子線、加速
イオン線などに比較するとエネルギーレベルが低いた
め、検査対象物に照射したときに当該検査対象物に損傷
を与える率がきわめて低いことによる。製造過程にある
高集積半導体装置のような極めてデリケートな検査対象
に対して相手を損傷しないブローブ線源として赤外線が
選択される理由のひとつである。
赤外線が、本来的にＸ線、ガンマ線、加速電子線、加速
イオン線などに比較するとエネルギーレベルが低いた
め、検査対象物に照射したときに当該検査対象物に損傷
を与える率がきわめて低いことによる。製造過程にある
高集積半導体装置のような極めてデリケートな検査対象
に対して相手を損傷しないブローブ線源として赤外線が
選択される理由のひとつである。
【００６１】また、赤外線を用いる最も重要な理由は、
検出しようとする有機汚染物質或いは化学汚染物質の分
子振動の振動数帯域がほぼ赤外線の振動数帯域にあるこ
とである。
検出しようとする有機汚染物質或いは化学汚染物質の分
子振動の振動数帯域がほぼ赤外線の振動数帯域にあるこ
とである。
【００６２】後方反射板２６及び前方反射板２８は、赤
外光源として、一定電流印加のままで有効赤外線光量の
効率を上げるためのものである。後方反射板２６及び前
方反射板２８の表面は赤外線を有効に反射する材質、例
えばアルミなどによりコーティングされている。
外光源として、一定電流印加のままで有効赤外線光量の
効率を上げるためのものである。後方反射板２６及び前
方反射板２８の表面は赤外線を有効に反射する材質、例
えばアルミなどによりコーティングされている。
【００６３】後方反射板２６は、放物面をなす反射板に
より構成され、その放物面の焦点に光源２４が位置する
ように配置されている。これにより、光源２４から発せ
られた光を略平行光に変換することができる。
より構成され、その放物面の焦点に光源２４が位置する
ように配置されている。これにより、光源２４から発せ
られた光を略平行光に変換することができる。
【００６４】前方反射板２８は、測定には不要な迷光を
発生させない目的で設けられているものであり、後方反
射板２６と同様に放物面をなす反射板によって構成され
ている。前方反射板２８には、測定に必要な赤外線のみ
を出射するための出射窓が設けられている。
発生させない目的で設けられているものであり、後方反
射板２６と同様に放物面をなす反射板によって構成され
ている。前方反射板２８には、測定に必要な赤外線のみ
を出射するための出射窓が設けられている。
【００６５】このように前方反射板２８を設けることに
より、測定に不要な赤外線は前方反射板２８によって反
射されるので、迷光の発生を防止できる。また、前方反
射板２８により反射された赤外光は再び後方反射板２６
により反射されて有効な平行光になる成分もある。した
がって、有効赤外線光量の増加にも寄与しうる。
より、測定に不要な赤外線は前方反射板２８によって反
射されるので、迷光の発生を防止できる。また、前方反
射板２８により反射された赤外光は再び後方反射板２６
により反射されて有効な平行光になる成分もある。した
がって、有効赤外線光量の増加にも寄与しうる。
【００６６】後方反射板２６及び前方反射板２８の他の
構成例は、後述の第４実施形態に示す。
構成例は、後述の第４実施形態に示す。
【００６７】なお、赤外線の出射窓に赤外線透過材質を
使用した防爆型の赤外光源としてもよい。特に、測定系
に可燃性のガスを導入する必要があるような場合に有効
である。また、前方反射板２８は必ずしも必要ではな
い。
使用した防爆型の赤外光源としてもよい。特に、測定系
に可燃性のガスを導入する必要があるような場合に有効
である。また、前方反射板２８は必ずしも必要ではな
い。
【００６８】（ｂ）赤外線集光手段３０ 本実施形態による表面状態測定装置では、被測定基板１
２の外周部分から赤外線を基板内部に導入する。このた
め、赤外光源２０から発せられた赤外線を如何に集光し
て基板に照射するかが、赤外線の基板への入射効率を向
上するうえで重要である。
２の外周部分から赤外線を基板内部に導入する。このた
め、赤外光源２０から発せられた赤外線を如何に集光し
て基板に照射するかが、赤外線の基板への入射効率を向
上するうえで重要である。
【００６９】赤外線の集光形状は、基板の外周に沿った
楕円形の焦点とすることが望ましい。楕円形の焦点を結
ぶものとしては、意図的にレンズ系の収差を利用する手
法がある。レンズ系のコマ収差或いは歪曲を利用して細
長い焦点を形成することができる。また、Ｘ方向とＹ方
向とが異なる大きさの焦点距離をもち、Ｘ方向の焦点距
離がＹ方向の焦点距離よりも大きい凹面鏡３４を仮定す
ると、この凹面鏡３４は一種の収差をもつため、この凹
面鏡３４の中心に光源２０を設ければ、被測定基板１２
の外周部に楕円状の焦点を結ぶことができる（図３
（ａ）参照）。また、図３（ａ）の凹面鏡３４に平行光
線を入射すると、反射された赤外線は長軸方向（Ｘ方
向）の焦点を基板下方において、短軸方向（Ｙ方向）の
焦点を基板外周部において結ぶことができる（図３
（ｂ）参照）。
楕円形の焦点とすることが望ましい。楕円形の焦点を結
ぶものとしては、意図的にレンズ系の収差を利用する手
法がある。レンズ系のコマ収差或いは歪曲を利用して細
長い焦点を形成することができる。また、Ｘ方向とＹ方
向とが異なる大きさの焦点距離をもち、Ｘ方向の焦点距
離がＹ方向の焦点距離よりも大きい凹面鏡３４を仮定す
ると、この凹面鏡３４は一種の収差をもつため、この凹
面鏡３４の中心に光源２０を設ければ、被測定基板１２
の外周部に楕円状の焦点を結ぶことができる（図３
（ａ）参照）。また、図３（ａ）の凹面鏡３４に平行光
線を入射すると、反射された赤外線は長軸方向（Ｘ方
向）の焦点を基板下方において、短軸方向（Ｙ方向）の
焦点を基板外周部において結ぶことができる（図３
（ｂ）参照）。
【００７０】本実施形態による赤外線集光手段３０は、
後者の原理を利用したものであり、図１に示すように、
赤外線集光手段３０を反射板３２と凹面鏡３４とにより
構成し、反射板３２により反射された赤外線を赤外線に
対して傾けて配置した凹面鏡３４によって反射すること
により、同様の効果を得ている。なお、楕円形の焦点を
結ぶ手段は、上記いずれの方法であっても差し支えな
い。
後者の原理を利用したものであり、図１に示すように、
赤外線集光手段３０を反射板３２と凹面鏡３４とにより
構成し、反射板３２により反射された赤外線を赤外線に
対して傾けて配置した凹面鏡３４によって反射すること
により、同様の効果を得ている。なお、楕円形の焦点を
結ぶ手段は、上記いずれの方法であっても差し支えな
い。
【００７１】赤外線の集光形状は楕円とすることが望ま
しいが、円形の焦点としてもよい。但し、この場合には
入射効率は楕円状のものと比較して幾分低下する。
しいが、円形の焦点としてもよい。但し、この場合には
入射効率は楕円状のものと比較して幾分低下する。
【００７２】また、赤外線を細長い焦点に集光して被測
定基板１２に照射することもできる。例えば、図４
（ａ）に示すように赤外光源２０から発せられた赤外線
をシリンドリカルレンズ３６により集光し、或いは、図
４（ｂ）に示すように赤外線をスリット３８を通して照
射することもできる。また、円形の焦点を形成するため
には、例えば凸レンズを用いることができる。
定基板１２に照射することもできる。例えば、図４
（ａ）に示すように赤外光源２０から発せられた赤外線
をシリンドリカルレンズ３６により集光し、或いは、図
４（ｂ）に示すように赤外線をスリット３８を通して照
射することもできる。また、円形の焦点を形成するため
には、例えば凸レンズを用いることができる。
【００７３】赤外線集光手段３０の他の構成例は、後述
の第５実施形態に示す。
の第５実施形態に示す。
【００７４】（ｃ）光学系の配置 本実施形態による表面状態測定方法では、被測定基板１
２の外周上の一点に赤外線を集光し、基板内部に入射さ
れた赤外線を内部多重反射させ、入射点と対称な点から
出射した赤外線を再び集光し、赤外線検出器５０へ導く
必要がある。このため、基板内部に如何に効率よく赤外
線を入射するかが重要である。
２の外周上の一点に赤外線を集光し、基板内部に入射さ
れた赤外線を内部多重反射させ、入射点と対称な点から
出射した赤外線を再び集光し、赤外線検出器５０へ導く
必要がある。このため、基板内部に如何に効率よく赤外
線を入射するかが重要である。
【００７５】以下に、赤外光線が基板内部を多重反射す
るための条件、外部から基板内部に赤外線を入射するた
めの条件について説明する。
るための条件、外部から基板内部に赤外線を入射するた
めの条件について説明する。
【００７６】本実施形態による表面状態測定装置は、赤
外線を基板内部で多重反射させ、反射の際に基板表面に
滲み出る光によって有機汚染物質或いは化学汚染物質の
分子振動を検出し、基板の表面状態を測定するものであ
る。したがって、被測定基板１２に入射する赤外線は、
基板内部で多重反射するように入射角を設定することが
必要である。
外線を基板内部で多重反射させ、反射の際に基板表面に
滲み出る光によって有機汚染物質或いは化学汚染物質の
分子振動を検出し、基板の表面状態を測定するものであ
る。したがって、被測定基板１２に入射する赤外線は、
基板内部で多重反射するように入射角を設定することが
必要である。
【００７７】赤外線が基板内部で完全反射する条件はス
ネルの法則とエネルギー反射率の計算から求まり、被測
定基板１２がシリコン基板の場合、基板平面と赤外線と
のなす角度が０〜７２゜の範囲の場合に完全反射する
（図５参照）。この範囲の角度をもつ赤外線の軌跡を逆
にたどり、シリコン基板の端面と交わるところが赤外線
のシリコン基板への入射点である。
ネルの法則とエネルギー反射率の計算から求まり、被測
定基板１２がシリコン基板の場合、基板平面と赤外線と
のなす角度が０〜７２゜の範囲の場合に完全反射する
（図５参照）。この範囲の角度をもつ赤外線の軌跡を逆
にたどり、シリコン基板の端面と交わるところが赤外線
のシリコン基板への入射点である。
【００７８】また、本実施形態による表面状態測定装置
では、被測定基板１２の加工を伴わずにその場測定を実
現するため、基板の端面処理形状をそのまま利用して赤
外線の入射を行う。
では、被測定基板１２の加工を伴わずにその場測定を実
現するため、基板の端面処理形状をそのまま利用して赤
外線の入射を行う。
【００７９】半導体基板の端面形状は、国際的な半導体
関連業界団体ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and
Material International）において定められており、２
００１年頃から導入される予定の３００ｍｍシリコンウ
ェーハについてもその規格が暫定的に定められている。
関連業界団体ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and
Material International）において定められており、２
００１年頃から導入される予定の３００ｍｍシリコンウ
ェーハについてもその規格が暫定的に定められている。
【００８０】ＳＥＭＩ標準規格により定められた３００
ｍｍシリコンウェーハは、図６に示すようなものであ
る。すなわち、３００ｍｍシリコンウェーハは、直径が
３００ｍｍで厚さが７７５μｍの円形に形成されてお
り、一対の表面と外周面との境界部分が面取りされてい
る。そして、図７に示すように、ウェーハの最終的な端
部の加工形状は、Ａ−ＢとＣ−Ｂとのなす角度が約２２
゜となっている。なお、図中ハッチングを付していない
領域が加工形状の許容範囲である。
ｍｍシリコンウェーハは、図６に示すようなものであ
る。すなわち、３００ｍｍシリコンウェーハは、直径が
３００ｍｍで厚さが７７５μｍの円形に形成されてお
り、一対の表面と外周面との境界部分が面取りされてい
る。そして、図７に示すように、ウェーハの最終的な端
部の加工形状は、Ａ−ＢとＣ−Ｂとのなす角度が約２２
゜となっている。なお、図中ハッチングを付していない
領域が加工形状の許容範囲である。
【００８１】また、ＳＥＭＩ標準規格の３００ｍｍシリ
コンウェーハは、最終的な加工形状で両面ともに鏡面研
磨されており、両面の鏡面仕上げが必要とされる赤外線
内部多重反射を用いる分析法にそのまま使用することが
できる。
コンウェーハは、最終的な加工形状で両面ともに鏡面研
磨されており、両面の鏡面仕上げが必要とされる赤外線
内部多重反射を用いる分析法にそのまま使用することが
できる。
【００８２】次に、３００ｍｍシリコンウェーハを例に
して赤外線の入射角度について説明する。
して赤外線の入射角度について説明する。
【００８３】基板内部を伝搬する赤外線の基板表面に対
する入射角度を７０゜と仮定して赤外線の軌跡を逆にた
どり、シリコン基板の端面（Ｃ−Ｂ間の傾斜部１４。以
下、「傾斜部」或いは「端部」と呼ぶ。）と交わるとこ
ろを赤外線の入射点とすると、図８に示すように、傾斜
部１４と赤外線とのなす角度は約８８゜となる。したが
って、シリコン基板の屈折率を３．４２、空気の屈折率
を１．００、傾斜部１４の法線と赤外線とのなす角度を
２゜としてスネルの法則から逆算すると、シリコン基板
内部に入射される赤外線を７０゜の角度で多重反射させ
るためには、傾斜部１４の法線に対して約６．８゜の角
度（基板平面に対しては約７４．８゜）から赤外線を入
射すればよいことが判る。なお、このときの入射点にお
けるエネルギー反射率は約２９．４２％と大きいが、こ
の反射を補うだけの光量を照射すればよい。エネルギー
反射率を低減しうる入射角度の設定方法については、後
述の第３実施形態において示す。
する入射角度を７０゜と仮定して赤外線の軌跡を逆にた
どり、シリコン基板の端面（Ｃ−Ｂ間の傾斜部１４。以
下、「傾斜部」或いは「端部」と呼ぶ。）と交わるとこ
ろを赤外線の入射点とすると、図８に示すように、傾斜
部１４と赤外線とのなす角度は約８８゜となる。したが
って、シリコン基板の屈折率を３．４２、空気の屈折率
を１．００、傾斜部１４の法線と赤外線とのなす角度を
２゜としてスネルの法則から逆算すると、シリコン基板
内部に入射される赤外線を７０゜の角度で多重反射させ
るためには、傾斜部１４の法線に対して約６．８゜の角
度（基板平面に対しては約７４．８゜）から赤外線を入
射すればよいことが判る。なお、このときの入射点にお
けるエネルギー反射率は約２９．４２％と大きいが、こ
の反射を補うだけの光量を照射すればよい。エネルギー
反射率を低減しうる入射角度の設定方法については、後
述の第３実施形態において示す。
【００８４】このようにして基板内部における多重反射
角度から逆算することにより、傾斜部１４における赤外
線の入射角度を決定することができる。
角度から逆算することにより、傾斜部１４における赤外
線の入射角度を決定することができる。
【００８５】シリコン基板以外の他の半導体基板を用い
る場合や端面形状が異なる場合にも、同様の手順により
赤外線の入射角度を設定することができる。また、赤外
線は基板表面の傾斜部１４から入射してもよいし基板裏
面の傾斜部１４から入射してもよい。
る場合や端面形状が異なる場合にも、同様の手順により
赤外線の入射角度を設定することができる。また、赤外
線は基板表面の傾斜部１４から入射してもよいし基板裏
面の傾斜部１４から入射してもよい。
【００８６】赤外線光学系の配置に関しては、後述の第
３実施形態においても説明する。
３実施形態においても説明する。
【００８７】（ｄ）入射角度制御系 入射角度制御系は、被測定基板１２に入射される赤外線
の入射角度を所望の値に制御するためのものである。
の入射角度を所望の値に制御するためのものである。
【００８８】入射角度制御系は、主として入射角コント
ローラ８０により構成されており、入射角コントローラ
８０を介して接続された制御・解析用コンピュータ６０
により赤外線集光手段３０を制御し、被測定基板１２へ
の赤外線の入射角度を制御する。赤外線集光手段３０の
制御は、例えば、赤外線集光手段３０の凹面鏡３４を可
変反射鏡により構成し、可変反射鏡の配置角度を入射角
度コントローラ８０により変化することによって実現す
ることができる。
ローラ８０により構成されており、入射角コントローラ
８０を介して接続された制御・解析用コンピュータ６０
により赤外線集光手段３０を制御し、被測定基板１２へ
の赤外線の入射角度を制御する。赤外線集光手段３０の
制御は、例えば、赤外線集光手段３０の凹面鏡３４を可
変反射鏡により構成し、可変反射鏡の配置角度を入射角
度コントローラ８０により変化することによって実現す
ることができる。
【００８９】入射角度制御系の使用方法には、大別して
二つの方法がある。
二つの方法がある。
【００９０】第１の方法は、被測定基板１２に入射され
る赤外線の入射角度を所定値に固定する方法である。
る赤外線の入射角度を所定値に固定する方法である。
【００９１】この方法は、被測定基板１２内部における
赤外線の全反射角が所定値となるように、被測定基板１
２の傾斜部１４に入射する赤外線の入射角度を固定する
ものである。被測定基板１２内部における赤外線の反射
角度が変化すると被測定基板１２内部での反射回数も変
化するため、測定感度等にばらつきが生じる虞がある。
したがって、赤外線の入射角度を所定値に固定すること
は、基板間における測定感度のばらつきを抑えるなどの
利点がある。
赤外線の全反射角が所定値となるように、被測定基板１
２の傾斜部１４に入射する赤外線の入射角度を固定する
ものである。被測定基板１２内部における赤外線の反射
角度が変化すると被測定基板１２内部での反射回数も変
化するため、測定感度等にばらつきが生じる虞がある。
したがって、赤外線の入射角度を所定値に固定すること
は、基板間における測定感度のばらつきを抑えるなどの
利点がある。
【００９２】第２の方法は、被測定基板１２に入射され
る赤外線の入射角度を所定範囲内で掃引する方法であ
る。以下、この方法の利点等を含めて詳細に説明する。
る赤外線の入射角度を所定範囲内で掃引する方法であ
る。以下、この方法の利点等を含めて詳細に説明する。
【００９３】上述した赤外線光学系の配置方法では、被
測定基板１２の傾斜部１４から入射した赤外線が、被測
定基板１２内部を多重反射して表面状態をプロービング
した後に対向する端部から出射されるように、被測定基
板１２に入射する赤外線の入射角度を所定値に設定す
る。
測定基板１２の傾斜部１４から入射した赤外線が、被測
定基板１２内部を多重反射して表面状態をプロービング
した後に対向する端部から出射されるように、被測定基
板１２に入射する赤外線の入射角度を所定値に設定す
る。
【００９４】しかしながら、赤外線の入射角度を一定に
すると、図９に示すように、領域ａには赤外線が入射さ
れて内部反射するが、領域ｂには赤外線が入射されな
い。このため、被測定基板１２内部を多重反射した後に
検出される赤外線には、領域ａの情報は含まれるが領域
ｂの情報は含まれない。検出感度を高めるには、領域ｂ
のような領域の情報をも含めて測定することが望まし
い。
すると、図９に示すように、領域ａには赤外線が入射さ
れて内部反射するが、領域ｂには赤外線が入射されな
い。このため、被測定基板１２内部を多重反射した後に
検出される赤外線には、領域ａの情報は含まれるが領域
ｂの情報は含まれない。検出感度を高めるには、領域ｂ
のような領域の情報をも含めて測定することが望まし
い。
【００９５】そこで、第２の方法は、赤外光源２０から
発せられた赤外線を、入射角コントローラ８０によって
入射角度を掃引しながら被測定基板１２に入射すること
で、検出感度の向上を図るものである。このように入射
角度制御系を構成することにより、例えば図１０に示す
ように、ある入射角度θ１で入射した赤外線１は被測定
基板１２の裏面で全反射されて表面側のａ１の領域に入
射し、入射角度θ１と異なる入射角度θ２で入射した赤
外線２は被測定基板１２の裏面で全反射されて表面側の
ａ２の領域に入射される。したがって、赤外線の入射角
度を連続的に変化することで、赤外線光路上の全反射領
域が連続する。これにより、光路上の被測定基板１２の
表面状態を高感度に分析することができる。
発せられた赤外線を、入射角コントローラ８０によって
入射角度を掃引しながら被測定基板１２に入射すること
で、検出感度の向上を図るものである。このように入射
角度制御系を構成することにより、例えば図１０に示す
ように、ある入射角度θ１で入射した赤外線１は被測定
基板１２の裏面で全反射されて表面側のａ１の領域に入
射し、入射角度θ１と異なる入射角度θ２で入射した赤
外線２は被測定基板１２の裏面で全反射されて表面側の
ａ２の領域に入射される。したがって、赤外線の入射角
度を連続的に変化することで、赤外線光路上の全反射領
域が連続する。これにより、光路上の被測定基板１２の
表面状態を高感度に分析することができる。
【００９６】赤外線の入射角度の範囲は、例えば以下の
ように設定する。但し、赤外線の入射角度は、測定に求
められる感度や特性に応じて適宜選択することが望まし
い。
ように設定する。但し、赤外線の入射角度は、測定に求
められる感度や特性に応じて適宜選択することが望まし
い。
【００９７】例えば、被測定基板１２内部を多重反射す
る赤外線が全反射する条件で測定することを考慮して入
射角度を設定する場合には、被測定基板１２内部におい
て被測定基板１２平面と赤外線とのなす角度αが、 臨界角≧α＞０ となるように赤外線の入射角度を連続的に変化すればよ
い。なお、シリコンウェーハでは、全反射臨界角は、約
７２°である。
る赤外線が全反射する条件で測定することを考慮して入
射角度を設定する場合には、被測定基板１２内部におい
て被測定基板１２平面と赤外線とのなす角度αが、 臨界角≧α＞０ となるように赤外線の入射角度を連続的に変化すればよ
い。なお、シリコンウェーハでは、全反射臨界角は、約
７２°である。
【００９８】また、後述の第３実施形態に示すように被
測定基板１２入射時の赤外線のエネルギー反射率を例え
ば約２％以下にすることを想定して入射角度を設定する
場合には、被測定基板１２内部において被測定基板１２
平面と赤外線とのなす角度が４６°〜５６°となるよう
に、すなわち被測定基板１２の傾斜部１４に対する赤外
線の入射角度が６８°〜７８°となるように、赤外線の
入射角度を制御すればよい（表２を参照）。
測定基板１２入射時の赤外線のエネルギー反射率を例え
ば約２％以下にすることを想定して入射角度を設定する
場合には、被測定基板１２内部において被測定基板１２
平面と赤外線とのなす角度が４６°〜５６°となるよう
に、すなわち被測定基板１２の傾斜部１４に対する赤外
線の入射角度が６８°〜７８°となるように、赤外線の
入射角度を制御すればよい（表２を参照）。
【００９９】なお、第２の方法により得られる上記の効
果は、入射角度を所定範囲内において掃引する場合のほ
か、入射角度を一方向のみに連続的に変化する場合、入
射角度を断続的に変化する場合においても同様に得るこ
とができる。
果は、入射角度を所定範囲内において掃引する場合のほ
か、入射角度を一方向のみに連続的に変化する場合、入
射角度を断続的に変化する場合においても同様に得るこ
とができる。
【０１００】また、光源位置調整装置２２や基板搭載台
制御装置１６などの他の構成部分により入射角度の制御
が可能な場合には、赤外線集光手段３０を制御するため
の入射角度制御系は必ずしも設ける必要はない。すなわ
ち、これら制御系に入射角コントローラ８０と同様の機
能をもたせることで、入射角コントローラ８０を設ける
と同様の効果を得ることができる。
制御装置１６などの他の構成部分により入射角度の制御
が可能な場合には、赤外線集光手段３０を制御するため
の入射角度制御系は必ずしも設ける必要はない。すなわ
ち、これら制御系に入射角コントローラ８０と同様の機
能をもたせることで、入射角コントローラ８０を設ける
と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】（ｅ）基板搭載台１０ 被測定基板１２を搬送して基板搭載台１０に搭載した場
合に、毎回ベストな位置に被測定基板１２が搭載される
とは限らない。そこで、基板搭載台１０には、Ｘ、Ｙ、
Ｚ方向の微調整を可能にする基板搭載台制御装置１６が
接続されている。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の微調整は、入射赤外
線が、被測定基板１２の基板内部を多重反射した後に赤
外線検出器５０に最大光量で供給されるように光軸合わ
せをするためのものである。
合に、毎回ベストな位置に被測定基板１２が搭載される
とは限らない。そこで、基板搭載台１０には、Ｘ、Ｙ、
Ｚ方向の微調整を可能にする基板搭載台制御装置１６が
接続されている。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の微調整は、入射赤外
線が、被測定基板１２の基板内部を多重反射した後に赤
外線検出器５０に最大光量で供給されるように光軸合わ
せをするためのものである。
【０１０２】被測定基板１２を搭載した基板搭載台１０
のＸ、Ｙ、Ｚ方向の微調整の最適点は、被測定基板１２
を内部多重反射したのちに赤外線検出器５０で検出され
る光量が最大点になることにより判定し、自動位置決め
をできるようになっている。位置決めは、基板搭載台１
０に基板搭載台制御装置１６を介して接続された制御・
解析用コンピュータ６０により行われる。
のＸ、Ｙ、Ｚ方向の微調整の最適点は、被測定基板１２
を内部多重反射したのちに赤外線検出器５０で検出され
る光量が最大点になることにより判定し、自動位置決め
をできるようになっている。位置決めは、基板搭載台１
０に基板搭載台制御装置１６を介して接続された制御・
解析用コンピュータ６０により行われる。
【０１０３】また、基板搭載台１０には回転機構が付与
されており、基板搭載台制御装置１６を介して接続され
た制御・解析用コンピュータ６０により被測定基板１２
を回転することができる。被測定基板１２を回転させる
ことにより、基板の略全面にわたる有機汚染、化学汚染
の検出を行うことができる。
されており、基板搭載台制御装置１６を介して接続され
た制御・解析用コンピュータ６０により被測定基板１２
を回転することができる。被測定基板１２を回転させる
ことにより、基板の略全面にわたる有機汚染、化学汚染
の検出を行うことができる。
【０１０４】（ｆ）赤外線集光手段４０ 被測定基板１２に入射された赤外線は、入射点と対称的
な位置から出射される。そこで、赤外線集光手段４０で
は、被測定基板１２から出射された赤外線を集光し、赤
外線検出器５０に導く。
な位置から出射される。そこで、赤外線集光手段４０で
は、被測定基板１２から出射された赤外線を集光し、赤
外線検出器５０に導く。
【０１０５】赤外線集光手段４０は、例えば図１に示す
ように、凹面鏡４２と反射板４４とにより構成する。こ
のように赤外線集光手段４０を構成することで、被測定
基板１２を出射した赤外線を凹面鏡４２によって集光
し、反射板４４を介して赤外線検出器５０に導くことが
できる。
ように、凹面鏡４２と反射板４４とにより構成する。こ
のように赤外線集光手段４０を構成することで、被測定
基板１２を出射した赤外線を凹面鏡４２によって集光
し、反射板４４を介して赤外線検出器５０に導くことが
できる。
【０１０６】また、凹面鏡４４の代わりに凸レンズを用
いることもできる。
いることもできる。
【０１０７】なお、赤外線集光手段４０の他の構成例
は、後述の第６乃至第８実施形態に示す。
は、後述の第６乃至第８実施形態に示す。
【０１０８】（ｇ）赤外線検出器５０、分光器５２ 被測定基板１２を出射した赤外線は、赤外線集光手段４
０により集光され、分光器５２を介して赤外線検出器５
０に導入される。
０により集光され、分光器５２を介して赤外線検出器５
０に導入される。
【０１０９】分光器５２は、例えば、二光束干渉計（マ
イケルソン光干渉計）を基にしたフーリエ変換分光のメ
カニズムにより赤外線を分光するＦＴ−ＩＲ装置の分光
器である。赤外線検出器５０は、例えばＦＴ−ＩＲ装置
の検出器であり、窒素冷却型ＩｎＳｂなどの赤外線検出
器を用いることができる。
イケルソン光干渉計）を基にしたフーリエ変換分光のメ
カニズムにより赤外線を分光するＦＴ−ＩＲ装置の分光
器である。赤外線検出器５０は、例えばＦＴ−ＩＲ装置
の検出器であり、窒素冷却型ＩｎＳｂなどの赤外線検出
器を用いることができる。
【０１１０】被測定基板１２内部に赤外線を入射して基
板内部で多重反射させて基板表面を測定する基本原理に
も述べたとおり、基板表面で光線が反射するときに滲み
出る光（エヴァネッセント光）の周波数成分が基板表面
の有機汚染物質の分子振動周波数と一致していると共鳴
吸収されるので、その赤外吸収スペクトルを分析するこ
とにより有機汚染物質の種類と量を特定することができ
る。
板内部で多重反射させて基板表面を測定する基本原理に
も述べたとおり、基板表面で光線が反射するときに滲み
出る光（エヴァネッセント光）の周波数成分が基板表面
の有機汚染物質の分子振動周波数と一致していると共鳴
吸収されるので、その赤外吸収スペクトルを分析するこ
とにより有機汚染物質の種類と量を特定することができ
る。
【０１１１】なお、分光器５２としては、ＦＴ−ＩＲ装
置の代わりに回折格子（グレーティング）による赤外分
光計を用いてもよい。
置の代わりに回折格子（グレーティング）による赤外分
光計を用いてもよい。
【０１１２】（ｈ）制御・解析用コンピュータ６０、表
示装置７０ 分光器５２により得られたスペクトルの測定データは、
制御・解析用コンピュータ６０に送られ、制御・解析用
コンピュータ６０により有機汚染物質の特定や量が算出
される。
示装置７０ 分光器５２により得られたスペクトルの測定データは、
制御・解析用コンピュータ６０に送られ、制御・解析用
コンピュータ６０により有機汚染物質の特定や量が算出
される。
【０１１３】有機汚染物質の種類と検量線は別途データ
ベースとして制御・解析用コンピュータ６０の記憶部に
蓄えられており、測定データはそれらのデータを参照し
て定量化される。
ベースとして制御・解析用コンピュータ６０の記憶部に
蓄えられており、測定データはそれらのデータを参照し
て定量化される。
【０１１４】このようにして解析された結果は、表示装
置７０に表示することができる。
置７０に表示することができる。
【０１１５】〔２〕表面状態測定方法 本実施形態による表面状態測定方法について図１及び図
１１乃至図１５を用いて説明する。
１１乃至図１５を用いて説明する。
【０１１６】図１は本実施形態による表面状態測定装置
を説明する概略図、図１１は３００ｍｍウェーハの内部
多重反射スペクトルを示すグラフ、図１２は内部多重反
射で得られた吸光度スペクトルを示すグラフ、図１３は
吸光度スペクトルと汚染物質の付着量との関係を示すグ
ラフ、図１４は吸光度と汚染物質の付着量との関係を示
すグラフ、図１５は吸光度と内部多重反射回数との関係
を示すグラフである。
を説明する概略図、図１１は３００ｍｍウェーハの内部
多重反射スペクトルを示すグラフ、図１２は内部多重反
射で得られた吸光度スペクトルを示すグラフ、図１３は
吸光度スペクトルと汚染物質の付着量との関係を示すグ
ラフ、図１４は吸光度と汚染物質の付着量との関係を示
すグラフ、図１５は吸光度と内部多重反射回数との関係
を示すグラフである。
【０１１７】（ａ）赤外線の入射角度を固定する場合の
測定方法 まず、赤外光源２０の位置を、光源位置調整装置２２を
介して制御・解析用コンピュータ６０により所定の位置
に配置し、赤外線を発生する。赤外線は、前方反射板２
４及び後方反射板２６によって略平行光となり、赤外線
集光手段３０に入射される。
測定方法 まず、赤外光源２０の位置を、光源位置調整装置２２を
介して制御・解析用コンピュータ６０により所定の位置
に配置し、赤外線を発生する。赤外線は、前方反射板２
４及び後方反射板２６によって略平行光となり、赤外線
集光手段３０に入射される。
【０１１８】赤外線集光手段３０に入射された赤外線
は、反射板３２により反射され、更に、光軸に対して傾
斜して配置された凹面鏡３４により反射され、被測定基
板１２の外周に沿った楕円形の焦点で照射される。この
際、集光した赤外線が被測定基板１２の傾斜部１４に所
定の角度で入射されるように、また、基板内部を多重反
射したのちに赤外線検出器５０で検出した光量が最大点
になるように、被測定基板１２の位置を基板搭載台制御
装置１６により、赤外線集光手段３０を入射角コントロ
ーラ８０により調整しておく。
は、反射板３２により反射され、更に、光軸に対して傾
斜して配置された凹面鏡３４により反射され、被測定基
板１２の外周に沿った楕円形の焦点で照射される。この
際、集光した赤外線が被測定基板１２の傾斜部１４に所
定の角度で入射されるように、また、基板内部を多重反
射したのちに赤外線検出器５０で検出した光量が最大点
になるように、被測定基板１２の位置を基板搭載台制御
装置１６により、赤外線集光手段３０を入射角コントロ
ーラ８０により調整しておく。
【０１１９】被測定基板１２の傾斜部１４から被測定基
板１２内部に導入された赤外線は、内部反射を繰り返し
ながら基板表面の汚染情報を累積してプロービングし、
赤外線の入射点と対称的な位置から出射される。
板１２内部に導入された赤外線は、内部反射を繰り返し
ながら基板表面の汚染情報を累積してプロービングし、
赤外線の入射点と対称的な位置から出射される。
【０１２０】次いで、被測定基板１２から出射された赤
外線を赤外線集光手段４０により集光し、分光器５２を
介して赤外線検出器５０に導く。なお、図１１は赤外線
検出器５０により測定された内部多重反射スペクトルの
一例を示したものである。
外線を赤外線集光手段４０により集光し、分光器５２を
介して赤外線検出器５０に導く。なお、図１１は赤外線
検出器５０により測定された内部多重反射スペクトルの
一例を示したものである。
【０１２１】被測定基板１２から出射された赤外線は分
光器５２により分光されて赤外線検出器５０により検出
される。これにより、例えば二光束干渉計を基にしたフ
ーリエ変換分光のメカニズムにより各周波数に対応する
吸収スペクトラムとして表示される。
光器５２により分光されて赤外線検出器５０により検出
される。これにより、例えば二光束干渉計を基にしたフ
ーリエ変換分光のメカニズムにより各周波数に対応する
吸収スペクトラムとして表示される。
【０１２２】制御・解析用コンピュータ６０の記憶部に
は、有機汚染物質の種類と検量線が別途データベースと
して記憶部に蓄えられており、これらのデータを参照し
てスペクトルを解析し、有機汚染物質の種類と量を特定
する。
は、有機汚染物質の種類と検量線が別途データベースと
して記憶部に蓄えられており、これらのデータを参照し
てスペクトルを解析し、有機汚染物質の種類と量を特定
する。
【０１２３】図１２は表面にエタノールを滴下した３０
０ｍｍシリコンウェーハについて測定した結果を示す吸
光度スペクトルである。吸光度スペクトルは、基板表面
汚染がない場合とある場合の内部多重反射スペクトルの
差を表したものである。
０ｍｍシリコンウェーハについて測定した結果を示す吸
光度スペクトルである。吸光度スペクトルは、基板表面
汚染がない場合とある場合の内部多重反射スペクトルの
差を表したものである。
【０１２４】図示するように、所定の波数帯にピークが
検出されており、このピーク位置から、Ｏ−Ｈ伸縮、Ｃ
−Ｈ伸縮に対応するものであることを特定することがで
きる。また、吸光度と汚染物質の量との関係を表す検量
線を予め測定しておくことで、吸光度のピーク強度から
有機汚染物質の量を特定することができる。
検出されており、このピーク位置から、Ｏ−Ｈ伸縮、Ｃ
−Ｈ伸縮に対応するものであることを特定することがで
きる。また、吸光度と汚染物質の量との関係を表す検量
線を予め測定しておくことで、吸光度のピーク強度から
有機汚染物質の量を特定することができる。
【０１２５】このようにして、赤外線検出器５０からの
出力信号を制御・解析用コンピュータ６０により解析
し、解析結果を表示装置７０に表示する。
出力信号を制御・解析用コンピュータ６０により解析
し、解析結果を表示装置７０に表示する。
【０１２６】こうして、基板の表面状態を測定する。
【０１２７】また、必要に応じて、基板搭載台１０によ
って被測定基板１２を回転した後に上記と同様の測定を
繰り返し、被測定基板１２の略全域に渡って表面状態を
測定する。なお、一般的なシリコンウェーハは、その結
晶方向を特定するために円形の外周の一部を直線状に切
断されているが、直径が３００ｍｍのＳＥＭＩ規格のシ
リコンウェーハでは、外周部分の表面にノッチなる微小
な凹部が形成されるだけなので、上述のようにシリコン
ウェーハを回転させて傾斜部１４に赤外線を入出させる
うえで何の障害もない。
って被測定基板１２を回転した後に上記と同様の測定を
繰り返し、被測定基板１２の略全域に渡って表面状態を
測定する。なお、一般的なシリコンウェーハは、その結
晶方向を特定するために円形の外周の一部を直線状に切
断されているが、直径が３００ｍｍのＳＥＭＩ規格のシ
リコンウェーハでは、外周部分の表面にノッチなる微小
な凹部が形成されるだけなので、上述のようにシリコン
ウェーハを回転させて傾斜部１４に赤外線を入出させる
うえで何の障害もない。
【０１２８】（ｂ）赤外線の入射角度を掃引する場合の
測定方法 赤外線の入射角度を掃引する場合にも、基本的な測定手
順は上記方法と同様である。
測定方法 赤外線の入射角度を掃引する場合にも、基本的な測定手
順は上記方法と同様である。
【０１２９】赤外線の入射角度を掃引する場合、例え
ば、入射角コントローラ８０により凹面鏡３４の回転を
制御すると、これと同時に入射角コントローラ８０より
入射角に対応した信号が出力され、この信号により制御
・解析用コンピュータ６０を介して赤外線検出器５０が
駆動されるようにしておく。
ば、入射角コントローラ８０により凹面鏡３４の回転を
制御すると、これと同時に入射角コントローラ８０より
入射角に対応した信号が出力され、この信号により制御
・解析用コンピュータ６０を介して赤外線検出器５０が
駆動されるようにしておく。
【０１３０】まず、赤外光源２０から発せられた赤外線
を、入射角コントローラ８０により制御された凹面鏡３
４の回転で第１の入射角をもって被測定基板１２に入射
する。そして、これと同時に赤外線検出器５０を駆動す
ることで、第１の入射角で入射されて表面状態をプロー
ビングした光を赤外線検出器５０により検出し、被測定
基板１２の表面分析を行う。
を、入射角コントローラ８０により制御された凹面鏡３
４の回転で第１の入射角をもって被測定基板１２に入射
する。そして、これと同時に赤外線検出器５０を駆動す
ることで、第１の入射角で入射されて表面状態をプロー
ビングした光を赤外線検出器５０により検出し、被測定
基板１２の表面分析を行う。
【０１３１】次いで、入射角コントローラ８０により制
御された凹面鏡３４の回転で第２の入射角度をもって赤
外線を被測定基板１２に入射し、これと同時に赤外線検
出器５０を駆動することで、第２の入射角の光による被
測定基板１２の表面分析を行う。
御された凹面鏡３４の回転で第２の入射角度をもって赤
外線を被測定基板１２に入射し、これと同時に赤外線検
出器５０を駆動することで、第２の入射角の光による被
測定基板１２の表面分析を行う。
【０１３２】このようにして赤外線の入射角度が前述の
範囲になるように連続的に制御することで、赤外線の光
路に沿った被測定基板１２の表面状態を連続的に分析す
ることができる。これにより、微小な表面状態を高感度
に分析或いは観察することができる。
範囲になるように連続的に制御することで、赤外線の光
路に沿った被測定基板１２の表面状態を連続的に分析す
ることができる。これにより、微小な表面状態を高感度
に分析或いは観察することができる。
【０１３３】（ｃ）反射回数と検出感度の関係 前述のように、本実施形態による表面状態測定方法で
は、ＳＥＭＩ標準規格による３００ｍｍシリコンウェー
ハなどの大口径の基板をその場測定することができる
が、このような測定方法を採用することで検出感度を大
幅に向上することができる。以下、本実施形態による表
面状態測定方法と検出感度との関係について説明する。
は、ＳＥＭＩ標準規格による３００ｍｍシリコンウェー
ハなどの大口径の基板をその場測定することができる
が、このような測定方法を採用することで検出感度を大
幅に向上することができる。以下、本実施形態による表
面状態測定方法と検出感度との関係について説明する。
【０１３４】内部多重反射ＦＴ−ＩＲ法による有機汚染
物質の測定方法は、有機汚染物質が特定波長の赤外線を
吸収することを利用するものであり、赤外線吸収の大き
さと汚染物質の付着量との間にはほぼ比例関係が成立す
ることが確認されている。
物質の測定方法は、有機汚染物質が特定波長の赤外線を
吸収することを利用するものであり、赤外線吸収の大き
さと汚染物質の付着量との間にはほぼ比例関係が成立す
ることが確認されている。
【０１３５】図１３は、３００ｍｍシリコンウェーハ上
にエタノールで希釈したＤＯＰを均一に塗布した試料に
おける赤外線吸収量（吸光度）と付着量（残存炭素量）
との関係を示す赤外線吸収スペクトルである。付着量
は、ＤＯＰの希釈率とウェーハ面積から単位面積あたり
の付着量に換算したものである。内部多重反射ＦＴ−Ｉ
Ｒの測定条件は、赤外線の入射角度を３０°、ウェーハ
の傾斜部の傾きを２２°、内部反射角を基板面の法線方
向に対して３２°とした。
にエタノールで希釈したＤＯＰを均一に塗布した試料に
おける赤外線吸収量（吸光度）と付着量（残存炭素量）
との関係を示す赤外線吸収スペクトルである。付着量
は、ＤＯＰの希釈率とウェーハ面積から単位面積あたり
の付着量に換算したものである。内部多重反射ＦＴ−Ｉ
Ｒの測定条件は、赤外線の入射角度を３０°、ウェーハ
の傾斜部の傾きを２２°、内部反射角を基板面の法線方
向に対して３２°とした。
【０１３６】図１３に示すように、残留炭素量が増加す
るとともに吸光度が増加していることが判る。図１３の
グラフから吸光度と残存炭素量との関係をグラフに表す
と、図１４に示すようになる。すなわち、吸光度は残留
炭素量の対数軸に対してほぼ比例関係にある。
るとともに吸光度が増加していることが判る。図１３の
グラフから吸光度と残存炭素量との関係をグラフに表す
と、図１４に示すようになる。すなわち、吸光度は残留
炭素量の対数軸に対してほぼ比例関係にある。
【０１３７】ここで、赤外線がウェーハ内で多重反射す
る回数ｎは、ウェーハの直径をｄ、厚さをｔ、基板面の
法線方向に対する反射角度をθとすると、 ｎ＝ｄ／（ｔ×ｔａｎθ） と表される。したがって、上述の測定条件を考慮する
と、厚さ７７５μｍの３００ｍｍウェーハを直径方向に
伝搬する赤外線は、ウェーハ内部で約６２０回反射する
こととなる。吸光度の大きさが反射回数に単純に比例す
ると考えると、反射回数と吸光度の大きさの関係は原点
を通る直線となり、この傾きは残留炭素量の付着量の増
加とともに大きくなる。
る回数ｎは、ウェーハの直径をｄ、厚さをｔ、基板面の
法線方向に対する反射角度をθとすると、 ｎ＝ｄ／（ｔ×ｔａｎθ） と表される。したがって、上述の測定条件を考慮する
と、厚さ７７５μｍの３００ｍｍウェーハを直径方向に
伝搬する赤外線は、ウェーハ内部で約６２０回反射する
こととなる。吸光度の大きさが反射回数に単純に比例す
ると考えると、反射回数と吸光度の大きさの関係は原点
を通る直線となり、この傾きは残留炭素量の付着量の増
加とともに大きくなる。
【０１３８】したがって、図１４のグラフから吸光度と
赤外線の反射回数との関係をグラフに表すと、図１５に
示すグラフが得られる。図１５では残留炭素量をパラメ
ータとしているが、これらの値は図１４のグラフから求
めたものである。１０13ｃｍ -2より低濃度側における吸
光度は、図１４に示すグラフを外挿することにより求め
ている。
赤外線の反射回数との関係をグラフに表すと、図１５に
示すグラフが得られる。図１５では残留炭素量をパラメ
ータとしているが、これらの値は図１４のグラフから求
めたものである。１０13ｃｍ -2より低濃度側における吸
光度は、図１４に示すグラフを外挿することにより求め
ている。
【０１３９】ここで、図４１（ｂ）に示すような従来の
赤外プリズムを用いた測定方法を考慮し、赤外プリズム
の寸法を、長さが４ｃｍ、厚さが０．５ｍｍ、内部反射
角が基板面の法線方向に対して３２°であるとすると、
内部反射回数は上記の式から約１２８回であると求めら
れる。
赤外プリズムを用いた測定方法を考慮し、赤外プリズム
の寸法を、長さが４ｃｍ、厚さが０．５ｍｍ、内部反射
角が基板面の法線方向に対して３２°であるとすると、
内部反射回数は上記の式から約１２８回であると求めら
れる。
【０１４０】したがって、図１５から、残留炭素量が１
０13個／ｃｍ2のときの吸光度の大きさは、赤外プリズ
ムを用いた測定方法において約０．０００４、３００ｍ
ｍウェーハを用いた測定方法において約０．００１８５
である。したがって、同じ付着量でも、３００ｍｍウェ
ーハを測定する本実施形態による測定方法の場合には約
４〜５倍の大きさの信号強度を得ることができる。
０13個／ｃｍ2のときの吸光度の大きさは、赤外プリズ
ムを用いた測定方法において約０．０００４、３００ｍ
ｍウェーハを用いた測定方法において約０．００１８５
である。したがって、同じ付着量でも、３００ｍｍウェ
ーハを測定する本実施形態による測定方法の場合には約
４〜５倍の大きさの信号強度を得ることができる。
【０１４１】検出できる汚染量の下限値は、測定に用い
るＦＴ−ＩＲ装置が識別できる最小の吸光度の大きさで
決定される。発明者等が使用したＦＴ−ＩＲ装置におい
ては、吸光度を０．０００１程度まで識別できることが
確認されている。この量を検出下限値として考えると、
図１５より、赤外プリズムを用いた測定方法では約１０
12個／ｃｍ2の炭素原子の付着量が識別できる下限値で
あるのに対し、本実施形態による測定方法では１０10個
／ｃｍ2の炭素原子の付着量が識別できる下限値とな
る。したがって、本実施形態による表面状態測定方法で
は、赤外プリズムを用いた従来の測定方法と比較して、
検出感度を１〜２桁向上することができる。
るＦＴ−ＩＲ装置が識別できる最小の吸光度の大きさで
決定される。発明者等が使用したＦＴ−ＩＲ装置におい
ては、吸光度を０．０００１程度まで識別できることが
確認されている。この量を検出下限値として考えると、
図１５より、赤外プリズムを用いた測定方法では約１０
12個／ｃｍ2の炭素原子の付着量が識別できる下限値で
あるのに対し、本実施形態による測定方法では１０10個
／ｃｍ2の炭素原子の付着量が識別できる下限値とな
る。したがって、本実施形態による表面状態測定方法で
は、赤外プリズムを用いた従来の測定方法と比較して、
検出感度を１〜２桁向上することができる。
【０１４２】現状において半導体装置を作成する際に特
性上問題とされ得る付着物の炭素量は１０12個／ｃｍ2
程度であると考えられている。このため、基板の表面状
態測定技術としては、十分なマージンを見込んで１０11
個／ｃｍ2より低い検出感度を有することが望まれる。
かかる観点から図１５の結果を考慮すると、測定に用い
る基板としては、赤外線の内部多重反射回数が約３００
回以上となる基板を採用することが望ましい。
性上問題とされ得る付着物の炭素量は１０12個／ｃｍ2
程度であると考えられている。このため、基板の表面状
態測定技術としては、十分なマージンを見込んで１０11
個／ｃｍ2より低い検出感度を有することが望まれる。
かかる観点から図１５の結果を考慮すると、測定に用い
る基板としては、赤外線の内部多重反射回数が約３００
回以上となる基板を採用することが望ましい。
【０１４３】したがって、内部反射角度が３２°のとき
に約６２０回の反射回数を実現できる本実施形態による
表面状態測定方法は、半導体装置の製造段階におけるそ
の場測定手段として、きわめて有効であると考えられ
る。
に約６２０回の反射回数を実現できる本実施形態による
表面状態測定方法は、半導体装置の製造段階におけるそ
の場測定手段として、きわめて有効であると考えられ
る。
【０１４４】このように、本実施形態によれば、被測定
基板１２の端面の傾斜部１４を利用し、この傾斜部１４
から入射した赤外線の多重反射によって基板の表面状態
を測定するので、被測定基板１２を化学エッチングした
り端面加工を施すなどの追加工をせず、或いは、被測定
基板１２上部に配置したプリズム等を介して基板内部に
赤外線を導入する必要がない。したがって、本実施形態
による装置及び方法は、半導体装置の製造現場における
その場測定に適用することができる。
基板１２の端面の傾斜部１４を利用し、この傾斜部１４
から入射した赤外線の多重反射によって基板の表面状態
を測定するので、被測定基板１２を化学エッチングした
り端面加工を施すなどの追加工をせず、或いは、被測定
基板１２上部に配置したプリズム等を介して基板内部に
赤外線を導入する必要がない。したがって、本実施形態
による装置及び方法は、半導体装置の製造現場における
その場測定に適用することができる。
【０１４５】また、被測定基板１２に入射される赤外線
の入射角度を連続的に変化して被測定基板の表面状態を
測定するので、赤外線の光路に沿った被測定基板１２の
表面を連続的に分析することができる。これにより、微
小な表面状態を高感度に分析或いは観察することができ
る。
の入射角度を連続的に変化して被測定基板の表面状態を
測定するので、赤外線の光路に沿った被測定基板１２の
表面を連続的に分析することができる。これにより、微
小な表面状態を高感度に分析或いは観察することができ
る。
【０１４６】なお、上記実施形態では、被測定基板１２
としてシリコン基板を用いた場合について説明したが、
シリコン基板に限られるものではない。例えば、ゲルマ
ニウム基板や、ＧａＡｓなどの化合物半導体基板であっ
ても同様に適用することができる。また、半導体基板の
測定に限らず、液晶表示装置を構成するガラス基板につ
いても同様の原理で測定をすることができる。
としてシリコン基板を用いた場合について説明したが、
シリコン基板に限られるものではない。例えば、ゲルマ
ニウム基板や、ＧａＡｓなどの化合物半導体基板であっ
ても同様に適用することができる。また、半導体基板の
測定に限らず、液晶表示装置を構成するガラス基板につ
いても同様の原理で測定をすることができる。
【０１４７】また、上記実施形態では被測定基板１２を
水平に保持することを例示したが、被測定基板１２を垂
直に保持することや傾斜した方向に保持することも可能
である。
水平に保持することを例示したが、被測定基板１２を垂
直に保持することや傾斜した方向に保持することも可能
である。
【０１４８】また、上記実施形態では被測定基板１２を
水平に保持した状態で上側の傾斜部１４に赤外線を入射
させることで、赤外線入射光学系の配置を容易とするこ
とを想定したが、赤外線を下側の傾斜部１４に入射させ
ることも可能であり、同様に下側の傾斜部１４から赤外
線を出射させることも可能である。
水平に保持した状態で上側の傾斜部１４に赤外線を入射
させることで、赤外線入射光学系の配置を容易とするこ
とを想定したが、赤外線を下側の傾斜部１４に入射させ
ることも可能であり、同様に下側の傾斜部１４から赤外
線を出射させることも可能である。
【０１４９】さらに、上記実施形態では装置の構造を簡
単とするため、赤外線入射光学系や赤外線出射光学系を
固定して被測定基板１２を回転機構により回転させるこ
とを例示したが、例えば、固定的に保持した被測定基板
１２の周囲を光学系が回転することも可能である。
単とするため、赤外線入射光学系や赤外線出射光学系を
固定して被測定基板１２を回転機構により回転させるこ
とを例示したが、例えば、固定的に保持した被測定基板
１２の周囲を光学系が回転することも可能である。
【０１５０】また、上記実施形態では被測定基板１２の
盤面と垂直な面内で傾斜部１４に赤外線を照射すること
を例示したが、盤面に対して傾斜した面内で傾斜部１４
に赤外線を照射することも可能である。同様に、上記実
施形態では被測定基板１２の中心を通過する面内で傾斜
部１４に赤外線を照射することを例示したが、被測定基
板１２の中心を通過しない面内で傾斜部１４に赤外線を
照射することも可能である。
盤面と垂直な面内で傾斜部１４に赤外線を照射すること
を例示したが、盤面に対して傾斜した面内で傾斜部１４
に赤外線を照射することも可能である。同様に、上記実
施形態では被測定基板１２の中心を通過する面内で傾斜
部１４に赤外線を照射することを例示したが、被測定基
板１２の中心を通過しない面内で傾斜部１４に赤外線を
照射することも可能である。
【０１５１】ただし、装置の構造を簡単とするととも
に、盤面の全域を最高の分解能で検査するためには、上
記実施形態による表面状態測定方法のように、被測定基
板１２の盤面と垂直で中心を通過する面内で傾斜部１４
に赤外線を照射することが好適である。
に、盤面の全域を最高の分解能で検査するためには、上
記実施形態による表面状態測定方法のように、被測定基
板１２の盤面と垂直で中心を通過する面内で傾斜部１４
に赤外線を照射することが好適である。
【０１５２】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置について図１６を用いて
説明する。なお、図１乃至図１５に示す第１実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置と同一の構成要素には同
一の符号を付し説明を省略或いは簡略にする。
よる表面状態測定方法及び装置について図１６を用いて
説明する。なお、図１乃至図１５に示す第１実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置と同一の構成要素には同
一の符号を付し説明を省略或いは簡略にする。
【０１５３】第１実施形態による表面状態測定方法及び
装置は、被測定基板の表面分子汚染種が不明な場合に、
被測定基板を切断することなく、非接触・非破壊で、且
つ、十分なリアルタイム性をもって汚染の有無の検出や
汚染分子種の同定が可能である点で極めて優れている。
しかしながら、予め汚染種が判っていて、その特定の分
子種の有無のみを検出して低コストで非測定基板の良否
判断をしたいという目的に対しては、フーリエ分光装置
が概して高価であることを考慮すると必ずしも好ましい
とは言い難い。
装置は、被測定基板の表面分子汚染種が不明な場合に、
被測定基板を切断することなく、非接触・非破壊で、且
つ、十分なリアルタイム性をもって汚染の有無の検出や
汚染分子種の同定が可能である点で極めて優れている。
しかしながら、予め汚染種が判っていて、その特定の分
子種の有無のみを検出して低コストで非測定基板の良否
判断をしたいという目的に対しては、フーリエ分光装置
が概して高価であることを考慮すると必ずしも好ましい
とは言い難い。
【０１５４】そこで、本実施形態では、予め汚染種が判
っているような場合に、その有無のみを検出して低コス
トで被測定基板の良否判断をしうる表面状態測定方法及
び装置を説明する。
っているような場合に、その有無のみを検出して低コス
トで被測定基板の良否判断をしうる表面状態測定方法及
び装置を説明する。
【０１５５】本実施形態による表面状態測定装置は、図
１６に示すように、基本的な構成は図１に示す第１実施
形態による表面状態測定装置と同様である。本実施形態
による表面状態測定装置が第１実施形態による表面状態
測定装置と実質的に異なる点は、予め検出しようとする
分子種（例えばＤＯＰ（ジオクチルフタレート）やＤＢ
Ｐ（ジブチルフタレート）などの有機汚染物質）の共鳴
吸収スペクトルに対応する波長の赤外線を赤外線検出器
５０が選択的に検出するように赤外線光学系が構成され
ていること、赤外線検出器５０の出力信号から解析を行
うための制御・解析用コンピュータ６０が、赤外線検出
器５０の出力信号のパワーレベルに応じて被測定基板１
２の良否判定を行ように構成されていること、にある。
１６に示すように、基本的な構成は図１に示す第１実施
形態による表面状態測定装置と同様である。本実施形態
による表面状態測定装置が第１実施形態による表面状態
測定装置と実質的に異なる点は、予め検出しようとする
分子種（例えばＤＯＰ（ジオクチルフタレート）やＤＢ
Ｐ（ジブチルフタレート）などの有機汚染物質）の共鳴
吸収スペクトルに対応する波長の赤外線を赤外線検出器
５０が選択的に検出するように赤外線光学系が構成され
ていること、赤外線検出器５０の出力信号から解析を行
うための制御・解析用コンピュータ６０が、赤外線検出
器５０の出力信号のパワーレベルに応じて被測定基板１
２の良否判定を行ように構成されていること、にある。
【０１５６】分子を構成する原子は、互いに共有結合で
結ばれている。一般に、３原子以上原子を含む多原子分
子の場合は複雑な振動をしているが、それらはいくつか
の基本的なグループ振動に分けて考えることができる。
グループ振動とは、特定原子団（官能基）の振動のこと
で、ＣＨ2基の横ゆれ、対称、逆対称伸縮振動、カルボ
ニル基のＣ＝Ｏ伸縮振動、ＯＨ基の伸縮振動などがその
例であり、一般の有機分子は赤外線領域に振動数をも
つ。表１に、代表的な官能基の赤外吸収特性を示す（向
山光昭著、「基礎有機化学」、丸善、から引用）。
結ばれている。一般に、３原子以上原子を含む多原子分
子の場合は複雑な振動をしているが、それらはいくつか
の基本的なグループ振動に分けて考えることができる。
グループ振動とは、特定原子団（官能基）の振動のこと
で、ＣＨ2基の横ゆれ、対称、逆対称伸縮振動、カルボ
ニル基のＣ＝Ｏ伸縮振動、ＯＨ基の伸縮振動などがその
例であり、一般の有機分子は赤外線領域に振動数をも
つ。表１に、代表的な官能基の赤外吸収特性を示す（向
山光昭著、「基礎有機化学」、丸善、から引用）。
【０１５７】
【表１】
【０１５８】したがって、その振動数成分に対応する波
長域の赤外線を照射すると、試料の固有振動数と同じ振
動数の赤外線が共鳴吸収されるので、共鳴吸収スペクト
ルからその被測定対象の分子が何であるかを特定するこ
とができる。また、共鳴吸収スペクトルの強度からその
量を特定することができる。このような原理を用いたの
が前述の第１実施形態による表面状態測定方法である。
長域の赤外線を照射すると、試料の固有振動数と同じ振
動数の赤外線が共鳴吸収されるので、共鳴吸収スペクト
ルからその被測定対象の分子が何であるかを特定するこ
とができる。また、共鳴吸収スペクトルの強度からその
量を特定することができる。このような原理を用いたの
が前述の第１実施形態による表面状態測定方法である。
【０１５９】その逆に、検出しようとする汚染物質が明
らかであり、その物質の共鳴吸収スペクトルがどの様な
光学的波長に存在するかがフーリエ分光データなどによ
って既知であれば、検出しようとする汚染物質の共鳴吸
収波長域の赤外線を選択的に被測定基板１２内に入射す
ることで、その汚染物質の量を特定することができる。
また、特定波長域の赤外線を選択的に検出することによ
っても、その汚染物質の量を特定することができる。
らかであり、その物質の共鳴吸収スペクトルがどの様な
光学的波長に存在するかがフーリエ分光データなどによ
って既知であれば、検出しようとする汚染物質の共鳴吸
収波長域の赤外線を選択的に被測定基板１２内に入射す
ることで、その汚染物質の量を特定することができる。
また、特定波長域の赤外線を選択的に検出することによ
っても、その汚染物質の量を特定することができる。
【０１６０】このようにして特定の波長域の赤外線を用
いると、被測定基板１２内部で多重反射される際に生じ
る赤外線の共鳴吸収による減衰は、主として検出しよう
とする汚染物質に起因するものと考えられる。したがっ
て、基板が分子汚染されていない場合の透過赤外線の強
度（基準強度）を予め測定しておき、被測定基板１２に
より得られる透過赤外線の強度（測定強度）と基準強度
とのレベルの差を求めることで、検出しようとする汚染
物質に起因する赤外線の共鳴吸収の量、すなわち汚染物
質の量を特定することができる。
いると、被測定基板１２内部で多重反射される際に生じ
る赤外線の共鳴吸収による減衰は、主として検出しよう
とする汚染物質に起因するものと考えられる。したがっ
て、基板が分子汚染されていない場合の透過赤外線の強
度（基準強度）を予め測定しておき、被測定基板１２に
より得られる透過赤外線の強度（測定強度）と基準強度
とのレベルの差を求めることで、検出しようとする汚染
物質に起因する赤外線の共鳴吸収の量、すなわち汚染物
質の量を特定することができる。
【０１６１】そして、制御・解析用コンピュータ６０に
おいて、このように求めたレベルの差をある一定量の分
子汚染に対応した基準（判定）レベルと比較すること
で、被測定基板１２の良否判定を行うことができる。こ
れらの演算は、上記レベルを電気信号に変換して行われ
る。
おいて、このように求めたレベルの差をある一定量の分
子汚染に対応した基準（判定）レベルと比較すること
で、被測定基板１２の良否判定を行うことができる。こ
れらの演算は、上記レベルを電気信号に変換して行われ
る。
【０１６２】このような検出系では、フーリエ分光など
を用いることなく単に赤外線検出器５０からの出力信号
のパワーレベルを比較すれば足りるので、高価なフーリ
エ分光装置を用いることなく所期の目的を達成すること
が可能となる。
を用いることなく単に赤外線検出器５０からの出力信号
のパワーレベルを比較すれば足りるので、高価なフーリ
エ分光装置を用いることなく所期の目的を達成すること
が可能となる。
【０１６３】また、第１実施形態による表面状態測定装
置と同様に、被測定基板１２に化学エッチングや端面加
工などの追加工をすることなしに、また、被測定基板１
２上部に配置したプリズムを介して基板内部に赤外線を
導入することなしに被測定基板上の有機汚染、化学汚染
をその場検出或いは測定することができる。
置と同様に、被測定基板１２に化学エッチングや端面加
工などの追加工をすることなしに、また、被測定基板１
２上部に配置したプリズムを介して基板内部に赤外線を
導入することなしに被測定基板上の有機汚染、化学汚染
をその場検出或いは測定することができる。
【０１６４】以下、本実施形態による表面状態測定装置
の特徴的な構成部分について詳述する。なお、以下に示
さない構成部分は、第１実施形態による表面状態測定装
置と同様にして構成することができる。また、本実施形
態による表面状態測定装置は、後述の第３乃至第８実施
形態に示す種々の構成要素を任意に組み合わせることに
よっても構成することができる。
の特徴的な構成部分について詳述する。なお、以下に示
さない構成部分は、第１実施形態による表面状態測定装
置と同様にして構成することができる。また、本実施形
態による表面状態測定装置は、後述の第３乃至第８実施
形態に示す種々の構成要素を任意に組み合わせることに
よっても構成することができる。
【０１６５】（ａ）赤外光源２０ 本実施形態による赤外光源２０には、検出しようとする
汚染物質の共鳴吸収波長域（分子振動数に対応する波長
域）の赤外線を選択的に発する光源２４を適用する。
汚染物質の共鳴吸収波長域（分子振動数に対応する波長
域）の赤外線を選択的に発する光源２４を適用する。
【０１６６】特定物質の分子振動に対応する波長をもつ
光源２４としては、赤外域又は近赤外域で広い帯域幅
をもつ光源から光学的帯域通過型フィルタにより特定波
長を選択したもの、多元系半導体レーザによって特定
波長を発振したもの、異なる波長の二つのレーザ光を
光学的非線形物質で混合し、和又は差波長のうち特定波
長を光学的帯域通過型フィルタにより選択したもの、
光パラメトリック発振により特定波長を発振するもの、
可変同調レーザによって特定波長を発振するもの、な
どを適用することができる。
光源２４としては、赤外域又は近赤外域で広い帯域幅
をもつ光源から光学的帯域通過型フィルタにより特定波
長を選択したもの、多元系半導体レーザによって特定
波長を発振したもの、異なる波長の二つのレーザ光を
光学的非線形物質で混合し、和又は差波長のうち特定波
長を光学的帯域通過型フィルタにより選択したもの、
光パラメトリック発振により特定波長を発振するもの、
可変同調レーザによって特定波長を発振するもの、な
どを適用することができる。
【０１６７】これらの光源を、例えば図２に示す光源２
４に適用して赤外光源２０を構成することで、本実施形
態による表面状態測定方法及び装置に適用可能な赤外線
又は近赤外線を発する赤外光源とすることができる。
４に適用して赤外光源２０を構成することで、本実施形
態による表面状態測定方法及び装置に適用可能な赤外線
又は近赤外線を発する赤外光源とすることができる。
【０１６８】なお、特定波長域の赤外線を選択的に発す
る光源２４を用いる代わりに、近赤外から赤外にわたる
広い波長域を有する光を発する赤外光源２０を用い、被
測定基板１２をプロービングした光を光学的帯域通過型
フィルタなどに通し、特定波長を選択した後に赤外線検
出器５０により検出するようにしてもよい。
る光源２４を用いる代わりに、近赤外から赤外にわたる
広い波長域を有する光を発する赤外光源２０を用い、被
測定基板１２をプロービングした光を光学的帯域通過型
フィルタなどに通し、特定波長を選択した後に赤外線検
出器５０により検出するようにしてもよい。
【０１６９】（ｂ）赤外線検出器５０ 被測定基板１２を出射した赤外線は、赤外線集光手段４
０を介して赤外線検出器５０に導かれる。赤外線検出器
５０としては、例えば、代表的な近赤外光検出器として
ＩｎＳｂＡｓ−ＰＩＮフォトダイオードやＧｅフォトダ
イオードなどを、赤外線検出器としてＩｎＡｓ、ＩｎＳ
ｂ光起電力素子、ＭＣＴ（ＭｇＣｄＴｅ）光導電素子、
焦電素子などの検出器を適用することができる。これら
検出器は、いずれも近赤外光や赤外光を電気信号に変換
するものである。
０を介して赤外線検出器５０に導かれる。赤外線検出器
５０としては、例えば、代表的な近赤外光検出器として
ＩｎＳｂＡｓ−ＰＩＮフォトダイオードやＧｅフォトダ
イオードなどを、赤外線検出器としてＩｎＡｓ、ＩｎＳ
ｂ光起電力素子、ＭＣＴ（ＭｇＣｄＴｅ）光導電素子、
焦電素子などの検出器を適用することができる。これら
検出器は、いずれも近赤外光や赤外光を電気信号に変換
するものである。
【０１７０】本実施形態による表面状態測定方法及び装
置では、赤外線検出器５０は、特定波長の光を照射して
被測定基板１２を透過した後の光のパワーレベルを測定
し、電気量に変換することとなる。
置では、赤外線検出器５０は、特定波長の光を照射して
被測定基板１２を透過した後の光のパワーレベルを測定
し、電気量に変換することとなる。
【０１７１】（ｃ）制御・解析用コンピュータ６０、表
示装置７０ 制御・解析用コンピュータ６０は、赤外線検出器５０に
より得られた赤外線のパワーレベル（測定強度）に対応
した電気信号を取り込み、予め測定しておいた基準強度
と比較する。そして、基準強度と測定強度との差から、
被測定基板１２上に存在する汚染物質の量を特定する。
示装置７０ 制御・解析用コンピュータ６０は、赤外線検出器５０に
より得られた赤外線のパワーレベル（測定強度）に対応
した電気信号を取り込み、予め測定しておいた基準強度
と比較する。そして、基準強度と測定強度との差から、
被測定基板１２上に存在する汚染物質の量を特定する。
【０１７２】また、このように求めたレベルの差をある
一定量の分子汚染に対応した基準レベルと比較し、被測
定基板１２の良否判定を行う。
一定量の分子汚染に対応した基準レベルと比較し、被測
定基板１２の良否判定を行う。
【０１７３】このようにして解析された結果は、表示装
置７０に表示することができる。
置７０に表示することができる。
【０１７４】〔２〕表面状態測定方法 本実施形態による表面状態測定方法について図１６を用
いて説明する。
いて説明する。
【０１７５】まず、検出しようとする汚染物質の分子振
動数に対応する波長の光を発生する赤外光源２０を用意
する。例えば、図１１に示す測定例のように検出しよう
とする汚染物質がエタノールのような場合には、例えば
Ｏ−Ｈ伸縮振動に対応する３６５０〜３１００ｃｍ-1に
対応する波数域の赤外線を発する赤外光源２４とする。
動数に対応する波長の光を発生する赤外光源２０を用意
する。例えば、図１１に示す測定例のように検出しよう
とする汚染物質がエタノールのような場合には、例えば
Ｏ−Ｈ伸縮振動に対応する３６５０〜３１００ｃｍ-1に
対応する波数域の赤外線を発する赤外光源２４とする。
【０１７６】次いで、汚染物質の付着していない基準試
料を基板搭載台１０上に載置し、基準強度を求めるため
の測定を行う。この測定により得られた基準強度は、制
御・解析用コンピュータ６０に記憶しておく。測定の際
の光学的位置合わせや微調整は第１実施形態による表面
状態測定方法と同様である。
料を基板搭載台１０上に載置し、基準強度を求めるため
の測定を行う。この測定により得られた基準強度は、制
御・解析用コンピュータ６０に記憶しておく。測定の際
の光学的位置合わせや微調整は第１実施形態による表面
状態測定方法と同様である。
【０１７７】次いで、被測定基板１２を基板搭載台１０
上に載置し、測定強度を求めるための測定を行う。測定
の際の光学的位置合わせや微調整は第１実施形態による
表面状態測定方法と同様である。
上に載置し、測定強度を求めるための測定を行う。測定
の際の光学的位置合わせや微調整は第１実施形態による
表面状態測定方法と同様である。
【０１７８】次いで、制御・解析用コンピュータ６０
に、このようにして測定した赤外線の測定強度を入力
し、予め測定しておいた基準強度と比較する。そして、
基準強度と測定強度のレベルの差から、汚染物質の量を
特定する。また、基準強度と測定強度のレベルの差が、
良否判断の基準となる一定レベル以上である場合には、
その被測定基板１２は不良であると判断する。
に、このようにして測定した赤外線の測定強度を入力
し、予め測定しておいた基準強度と比較する。そして、
基準強度と測定強度のレベルの差から、汚染物質の量を
特定する。また、基準強度と測定強度のレベルの差が、
良否判断の基準となる一定レベル以上である場合には、
その被測定基板１２は不良であると判断する。
【０１７９】また、広帯域の光を発する赤外光源２０を
用いる場合には、上記と同様の手法により基準強度の測
定を行った後、赤外光源２０から発せられた赤外線を被
測定基板１２に所定の条件で入射して表面状態をプロー
ビングし、光学的帯域通過型フィルタなどに通して特定
波長を選択し、赤外線検出器５０により特定波長の赤外
線を検出する。
用いる場合には、上記と同様の手法により基準強度の測
定を行った後、赤外光源２０から発せられた赤外線を被
測定基板１２に所定の条件で入射して表面状態をプロー
ビングし、光学的帯域通過型フィルタなどに通して特定
波長を選択し、赤外線検出器５０により特定波長の赤外
線を検出する。
【０１８０】次いで、制御・解析用コンピュータ６０
に、このようにして測定した赤外線の測定強度を入力
し、予め測定しておいた基準強度と比較する。そして、
基準強度と測定強度のレベルの差から、汚染物質の量を
特定する。また、基準強度と測定強度のレベルの差が、
良否判断の基準となる一定レベル以上である場合には、
その被測定基板１２は不良であると判断する。
に、このようにして測定した赤外線の測定強度を入力
し、予め測定しておいた基準強度と比較する。そして、
基準強度と測定強度のレベルの差から、汚染物質の量を
特定する。また、基準強度と測定強度のレベルの差が、
良否判断の基準となる一定レベル以上である場合には、
その被測定基板１２は不良であると判断する。
【０１８１】こうして、被測定基板１２の表面状態を測
定するとともに、良否判定を行う。
定するとともに、良否判定を行う。
【０１８２】このように、本実施形態によれば、特定の
汚染物質の分子振動に対応する波長域の光を用いて表面
状態の測定を行い、共鳴吸収による光の強度の減衰量か
ら汚染物質の量を特定するので、フーリエ分光装置など
の高価なシステムを構成する必要はなく、低コストで基
板の良否判断を行うことができる。
汚染物質の分子振動に対応する波長域の光を用いて表面
状態の測定を行い、共鳴吸収による光の強度の減衰量か
ら汚染物質の量を特定するので、フーリエ分光装置など
の高価なシステムを構成する必要はなく、低コストで基
板の良否判断を行うことができる。
【０１８３】なお、上記実施形態では、一の汚染物質の
分子振動に対応する波長域の光を検出する例を示した
が、測定すべき汚染物質が複数ある場合には、それらの
物質の特定振動数に対応する波長の光をそれぞれ発生さ
せ、これらを合波して照射するようにしてもよい。可変
同調レーザなどにより赤外光源を構成し、複数の分子振
動に対応する特定波長の光を順次発振するようにしても
よい。
分子振動に対応する波長域の光を検出する例を示した
が、測定すべき汚染物質が複数ある場合には、それらの
物質の特定振動数に対応する波長の光をそれぞれ発生さ
せ、これらを合波して照射するようにしてもよい。可変
同調レーザなどにより赤外光源を構成し、複数の分子振
動に対応する特定波長の光を順次発振するようにしても
よい。
【０１８４】［第３実施形態］本発明の第３実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置について図１７乃至図２
４を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
よる表面状態測定方法及び装置について図１７乃至図２
４を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
【０１８５】図１７は本実施形態による表面状態測定方
法及び装置での被測定基板と赤外線との関係を示す模式
的な断面図、図１８は空気中からシリコン内に光線が入
射した状態を示す模式図、図１９は赤外線の入射角とエ
ネルギー反射率との関係を示す特性図、図２０は赤外線
の入射位置が適正でない状態を示す模式的な断面図、図
２１はシリコンウェーハの内部で赤外線が反射される状
態を示す模式図、図２２は被測定基板と赤外線との関係
を示す模式的な断面図、図２３は赤外線の入射位置が適
正でない場合を示す模式的な断面図、図２４は残留出射
角とエネルギー反射率との関係を示す特性図である。
法及び装置での被測定基板と赤外線との関係を示す模式
的な断面図、図１８は空気中からシリコン内に光線が入
射した状態を示す模式図、図１９は赤外線の入射角とエ
ネルギー反射率との関係を示す特性図、図２０は赤外線
の入射位置が適正でない状態を示す模式的な断面図、図
２１はシリコンウェーハの内部で赤外線が反射される状
態を示す模式図、図２２は被測定基板と赤外線との関係
を示す模式的な断面図、図２３は赤外線の入射位置が適
正でない場合を示す模式的な断面図、図２４は残留出射
角とエネルギー反射率との関係を示す特性図である。
【０１８６】本実施形態では、第１実施形態及び第２実
施形態による表面状態測定方法及び装置における赤外線
光学系の他の配置方法について説明する。
施形態による表面状態測定方法及び装置における赤外線
光学系の他の配置方法について説明する。
【０１８７】被測定基板１２の表面状態を感度よく測定
するためには、被測定基板１２内に赤外線を効率よく導
入し、多重反射させる必要がある。そこで、本実施形態
による表面状態測定方法及び装置では、支持部材（入射
角度制御系）により赤外線入射光学系が適正な位置に適
正な角度で保持され、被測定基板１２の傾斜部１４に赤
外線が略ブルースター角で入射されるようにする。
するためには、被測定基板１２内に赤外線を効率よく導
入し、多重反射させる必要がある。そこで、本実施形態
による表面状態測定方法及び装置では、支持部材（入射
角度制御系）により赤外線入射光学系が適正な位置に適
正な角度で保持され、被測定基板１２の傾斜部１４に赤
外線が略ブルースター角で入射されるようにする。
【０１８８】より詳細には、赤外線入射光学系が、図１
７（ａ）に示すように、被測定基板１２の盤面３、４に
垂直で中心を通過する面内で、端面６（傾斜部１４）に
対する赤外線の入射角が略７３．７°となる角度に保持
し、さらに、赤外線入射光学系が、図１７（ｂ）に示す
ように、被測定基板１２の端面６の盤面３との境界Ａか
らの距離が略０〜５００．５６μｍの位置Ｏに赤外線が
入射される位置に保持する。
７（ａ）に示すように、被測定基板１２の盤面３、４に
垂直で中心を通過する面内で、端面６（傾斜部１４）に
対する赤外線の入射角が略７３．７°となる角度に保持
し、さらに、赤外線入射光学系が、図１７（ｂ）に示す
ように、被測定基板１２の端面６の盤面３との境界Ａか
らの距離が略０〜５００．５６μｍの位置Ｏに赤外線が
入射される位置に保持する。
【０１８９】こうすることにより、被測定基板１２の端
面６に照射される赤外線の反射損失が微少となり、その
エネルギー効率を良好とすることができる。
面６に照射される赤外線の反射損失が微少となり、その
エネルギー効率を良好とすることができる。
【０１９０】また、被測定基板１２の上側の端面６に入
射されて屈折した赤外線が、下側の端面７（傾斜部１
４）に内側から直接に入射しないようにすることで、赤
外線は被測定基板１２の内部で一対の盤面３、４の多数
の位置で反射され、盤面３、４の有機汚染の有無を良好
な解像度で検査することができる。
射されて屈折した赤外線が、下側の端面７（傾斜部１
４）に内側から直接に入射しないようにすることで、赤
外線は被測定基板１２の内部で一対の盤面３、４の多数
の位置で反射され、盤面３、４の有機汚染の有無を良好
な解像度で検査することができる。
【０１９１】以下、本実施形態による赤外線光学系の配
置方法について詳細に説明する。なお、本実施形態で
は、被測定基板１２としてＳＥＭＩ標準規格により定め
られた３００ｍｍシリコンウェーハを仮定する。このシ
リコンウェーハは、前述のように厚さが約７７５μｍで
直径が約３００ｍｍの円形に形成されており、その一対
の表面である盤面と外周面との境界部分が約２２°に傾
斜した一対の端面（傾斜部１４）として面取りされてい
る（図６及び図７参照）。但し、ＳＥＭＩ標準規格の３
００ｍｍシリコンウェーハに限らず、傾斜した一対の端
面によって面取りされた他の基板においても、以下に示
す手順と同様の手順によって光学系の設計を行うことが
できる。
置方法について詳細に説明する。なお、本実施形態で
は、被測定基板１２としてＳＥＭＩ標準規格により定め
られた３００ｍｍシリコンウェーハを仮定する。このシ
リコンウェーハは、前述のように厚さが約７７５μｍで
直径が約３００ｍｍの円形に形成されており、その一対
の表面である盤面と外周面との境界部分が約２２°に傾
斜した一対の端面（傾斜部１４）として面取りされてい
る（図６及び図７参照）。但し、ＳＥＭＩ標準規格の３
００ｍｍシリコンウェーハに限らず、傾斜した一対の端
面によって面取りされた他の基板においても、以下に示
す手順と同様の手順によって光学系の設計を行うことが
できる。
【０１９２】屈折率ｎ1の領域から屈折率ｎ2の領域に光
線が通過するとき、図１８に示すように、その境界面で
の反射は入射角θ1と同一の角度θ2に発生し、屈折は ｎ1ｓｉｎθ1＝ｎ2ｓｉｎθ2 の角度θ2に発生する。
線が通過するとき、図１８に示すように、その境界面で
の反射は入射角θ1と同一の角度θ2に発生し、屈折は ｎ1ｓｉｎθ1＝ｎ2ｓｉｎθ2 の角度θ2に発生する。
【０１９３】そこで、ある光線が空気中からシリコンの
内部に入射される場合、空気の屈折率はｎ1＝１．００
でシリコンの屈折率はｎ2＝３．４２なので、反射損失
が最少となる入射角θ1（ブルースター角）は、 θ1＋θ2＝π／２ ｔａｎθ1＝ｎ2／ｎ1＝３．４２ を満足することになる。
内部に入射される場合、空気の屈折率はｎ1＝１．００
でシリコンの屈折率はｎ2＝３．４２なので、反射損失
が最少となる入射角θ1（ブルースター角）は、 θ1＋θ2＝π／２ ｔａｎθ1＝ｎ2／ｎ1＝３．４２ を満足することになる。
【０１９４】上述の条件から入射角θ1は θ1＝７３．７° と算出され、その場合の屈折の角度θ2は θ2＝１６．３° と算出される。
【０１９５】そこで、本実施形態の表面状態測定方法で
は、被測定基板（シリコンウェーハ）１２の端面６に、
上記の計算で求めた略ブルースター角で赤外線を入射さ
せることにより、反射損失を最少としてエネルギー効率
を向上する。
は、被測定基板（シリコンウェーハ）１２の端面６に、
上記の計算で求めた略ブルースター角で赤外線を入射さ
せることにより、反射損失を最少としてエネルギー効率
を向上する。
【０１９６】ここで、赤外線が入射する端面６と平行な
成分の振幅反射率をｒ（ｈ）とすると、振幅反射率ｒ
（ｈ）は、 ｒ（ｈ）＝ｔａｎ（θ1−θ2）／ｔａｎ（θ1＋θ2） となり、端面６に入射する赤外線のエネルギー反射率Г
（ｈ）は、 Г（ｈ）＝［ｒ（ｈ）］2 となる。
成分の振幅反射率をｒ（ｈ）とすると、振幅反射率ｒ
（ｈ）は、 ｒ（ｈ）＝ｔａｎ（θ1−θ2）／ｔａｎ（θ1＋θ2） となり、端面６に入射する赤外線のエネルギー反射率Г
（ｈ）は、 Г（ｈ）＝［ｒ（ｈ）］2 となる。
【０１９７】そして、このエネルギー反射率Г（ｈ）
は、図１９に示すように、入射角θ1がブルースター角
である７３．７°のときが最低で、この入射角θ1が増
加しても減少してもエネルギー反射率Г（ｈ）は上昇す
る。また、入射角θ1の増加側と減少側とでエネルギー
反射率Г（ｈ）の変化の度合は相違する。そこで、本実
施形態では反射損失の許容範囲を２．０％（＝０．０
２）と想定することにより、被測定基板１２の端面６に
対する赤外線の入射角を６８〜７８°としている。
は、図１９に示すように、入射角θ1がブルースター角
である７３．７°のときが最低で、この入射角θ1が増
加しても減少してもエネルギー反射率Г（ｈ）は上昇す
る。また、入射角θ1の増加側と減少側とでエネルギー
反射率Г（ｈ）の変化の度合は相違する。そこで、本実
施形態では反射損失の許容範囲を２．０％（＝０．０
２）と想定することにより、被測定基板１２の端面６に
対する赤外線の入射角を６８〜７８°としている。
【０１９８】ただし、このように赤外線の入射角を設定
しても、その入射位置が適正でないと、図２０（ａ）に
示すように、端面６に入射した赤外線が内側から端面７
に直接に入射されて反射されることがある。この場合、
被測定基板１２の内部での赤外線の盤面３、４に対する
角度が浅くなるので、赤外線が盤面３、４で反射される
回数が低下して汚染検査の分解能が低下することにな
る。
しても、その入射位置が適正でないと、図２０（ａ）に
示すように、端面６に入射した赤外線が内側から端面７
に直接に入射されて反射されることがある。この場合、
被測定基板１２の内部での赤外線の盤面３、４に対する
角度が浅くなるので、赤外線が盤面３、４で反射される
回数が低下して汚染検査の分解能が低下することにな
る。
【０１９９】例えば、前述のように被測定基板１２の２
２°に傾斜した端面６に赤外線が７３．７°で入射さ
れ、この赤外線が内側から端面７に入射されることなく
盤面４に入射されて反射された場合、被測定基板１２の
内部での赤外線の反射角は５１．７°である。
２°に傾斜した端面６に赤外線が７３．７°で入射さ
れ、この赤外線が内側から端面７に入射されることなく
盤面４に入射されて反射された場合、被測定基板１２の
内部での赤外線の反射角は５１．７°である。
【０２００】そこで、被測定基板１２が厚さ７７５μｍ
とすると、図２１に示すように、赤外線が一回の反射で
水平方向に進行する距離ｘ1は ｘ1＝７７５×ｔａｎ（９０−５１．７）＝６１２．０
６μｍである。これは盤面３、４が距離１２２４μｍご
とに検査されることを意味しており、有機汚染の検査に
は十分な分解能である。
とすると、図２１に示すように、赤外線が一回の反射で
水平方向に進行する距離ｘ1は ｘ1＝７７５×ｔａｎ（９０−５１．７）＝６１２．０
６μｍである。これは盤面３、４が距離１２２４μｍご
とに検査されることを意味しており、有機汚染の検査に
は十分な分解能である。
【０２０１】しかし、被測定基板１２の端面６に入射さ
れた赤外線が端面７に直接に入射されて反射された場
合、図２０（ｂ）に示すように、被測定基板１２の内部
での赤外線の反射角は７．７°となる。この場合、赤外
線が一回の反射で水平方向に進行する距離ｘ2は ｘ2＝７７５×ｔａｎ（９０−７．７）＝５７３２．０
２μｍ となり、検査の分解能は十分の一近くまで低下すること
になる。
れた赤外線が端面７に直接に入射されて反射された場
合、図２０（ｂ）に示すように、被測定基板１２の内部
での赤外線の反射角は７．７°となる。この場合、赤外
線が一回の反射で水平方向に進行する距離ｘ2は ｘ2＝７７５×ｔａｎ（９０−７．７）＝５７３２．０
２μｍ となり、検査の分解能は十分の一近くまで低下すること
になる。
【０２０２】そこで、本実施形態による表面状態測定方
法では、被測定基板１２に対して赤外線の入射角を設定
するとともに入射位置を設定することにより、図１７
（ｂ）に示すように、被測定基板１２の端面６に入射し
た赤外線が内側から端面７に直接に入射されないように
している。
法では、被測定基板１２に対して赤外線の入射角を設定
するとともに入射位置を設定することにより、図１７
（ｂ）に示すように、被測定基板１２の端面６に入射し
た赤外線が内側から端面７に直接に入射されないように
している。
【０２０３】その場合、被測定基板１２の上側の端面６
の位置Ｏから内部に入射した赤外線が、下側の端面７と
の境界の位置Ｃより図中左方の盤面４の位置に入射する
必要がある。ここで、端面６、７の境界Ｂ、盤面４と端
面７との境界Ｃ、Ｂの真下でＣの水平左方の位置Ｋ、を
想定すると、直線ＢＫは被測定基板１２の厚さの半分の
３８７．５μｍである。
の位置Ｏから内部に入射した赤外線が、下側の端面７と
の境界の位置Ｃより図中左方の盤面４の位置に入射する
必要がある。ここで、端面６、７の境界Ｂ、盤面４と端
面７との境界Ｃ、Ｂの真下でＣの水平左方の位置Ｋ、を
想定すると、直線ＢＫは被測定基板１２の厚さの半分の
３８７．５μｍである。
【０２０４】ＢＫ／ＣＫ＝３８７．５／ＣＫ＝ｔａｎ２
２＝０．４０４ なので、直線ＣＫは９５９．１５μｍである。
２＝０．４０４ なので、直線ＣＫは９５９．１５μｍである。
【０２０５】ＢＫ／ＢＣ＝３８７．５／ＢＣ＝ｓｉｎ２
２＝０．３７４６ なので、直線ＢＣは１０３４．４４μｍであり、これと
対称なＡＢも１０３４．４４μｍである。直線ＫＢと直
線ＯＣとを各々延長した直線の交点をＬとすると 、 ＬＫ／ＣＫ＝ｔａｎ５１．７＝１．２６６２ なので、直線ＬＫは１２１４．４８μｍであり、直線Ｌ
Ｂは ＬＫ−ＢＫ＝１２１４．２８−３８７．５＝８２６．７
８μｍ である。
２＝０．３７４６ なので、直線ＢＣは１０３４．４４μｍであり、これと
対称なＡＢも１０３４．４４μｍである。直線ＫＢと直
線ＯＣとを各々延長した直線の交点をＬとすると 、 ＬＫ／ＣＫ＝ｔａｎ５１．７＝１．２６６２ なので、直線ＬＫは１２１４．４８μｍであり、直線Ｌ
Ｂは ＬＫ−ＢＫ＝１２１４．２８−３８７．５＝８２６．７
８μｍ である。
【０２０６】ここで、端面６、７の境界Ｂを原点として
端面６の赤外線が入射する位置Ｏの座標（ｘ，ｙ）を想
定すると、この位置Ｏは直接ＡＢと直接ＣＬとの交点で
ある。そして、直線ＡＢを数式で表現すると、 ｙ＝−（ｔａｎ２２）ｘ＝−０．４０４ｘ となり、直線ＣＬを数式で表現すると、 ｙ＝＋（ｔａｎ５１．７）ｘ＋ＬＢ＝１．２６６２ｘ＋
８２６．７８ となる。
端面６の赤外線が入射する位置Ｏの座標（ｘ，ｙ）を想
定すると、この位置Ｏは直接ＡＢと直接ＣＬとの交点で
ある。そして、直線ＡＢを数式で表現すると、 ｙ＝−（ｔａｎ２２）ｘ＝−０．４０４ｘ となり、直線ＣＬを数式で表現すると、 ｙ＝＋（ｔａｎ５１．７）ｘ＋ＬＢ＝１．２６６２ｘ＋
８２６．７８ となる。
【０２０７】そこで、上述の数式から直線ＡＢと直線Ｃ
Ｌとの交点として位置Ｏの座標を算出すると ｘ＝−４９５．０２μｍ ｙ＝ １９９．９９μｍ となり、この位置Ｏを通過する垂線と原点を通過する水
平線との交点Ｐを想定すると、直線ＰＢは４９５．０２
μｍである。
Ｌとの交点として位置Ｏの座標を算出すると ｘ＝−４９５．０２μｍ ｙ＝ １９９．９９μｍ となり、この位置Ｏを通過する垂線と原点を通過する水
平線との交点Ｐを想定すると、直線ＰＢは４９５．０２
μｍである。
【０２０８】ＰＢ／ＯＢ＝ｃｏｓ２２＝０．９２７１８ なので、 ＯＢ＝４９５．０２／０．９２７１８＝５３３．９μｍ であり、 ＡＯ＝ＡＢ−ＯＢ＝１０３４．４６−５３３．９＝５０
０．５６μｍ である。つまり、厚さが略７７５μｍで一対の表面であ
る盤面３、４に対して一対の端面６、７が略２２°に傾
斜している被測定基板１２の端面６に、ブルースター角
である７３．７°を入射角として赤外線を入射させる場
合、この赤外線を端面６の盤面３との境界Ａからの距離
が０〜５００．５６μｍの位置Ｏに入射させれば、端面
６から被測定基板１２の内部に入射した赤外線が端面７
に直接に入射されることがない。
０．５６μｍ である。つまり、厚さが略７７５μｍで一対の表面であ
る盤面３、４に対して一対の端面６、７が略２２°に傾
斜している被測定基板１２の端面６に、ブルースター角
である７３．７°を入射角として赤外線を入射させる場
合、この赤外線を端面６の盤面３との境界Ａからの距離
が０〜５００．５６μｍの位置Ｏに入射させれば、端面
６から被測定基板１２の内部に入射した赤外線が端面７
に直接に入射されることがない。
【０２０９】なお、本実施形態による表面状態測定方法
では、前述のように端面６に対する赤外線の入射角の許
容範囲を６８〜７８°としているので、下記の表２に示
すように、赤外線の入射角に対応して入射位置の許容範
囲も変化する。
では、前述のように端面６に対する赤外線の入射角の許
容範囲を６８〜７８°としているので、下記の表２に示
すように、赤外線の入射角に対応して入射位置の許容範
囲も変化する。
【０２１０】
【表２】
【０２１１】ただし、現在検討されている直径３００ｍ
ｍのシリコンウェーハの規格では、図１７に示すよう
に、端面６は盤面３、４と外周面５との境界部分の面取
りに相当する形状に形成されており、その水平方向の全
長は５００μｍ以下と規定されている。
ｍのシリコンウェーハの規格では、図１７に示すよう
に、端面６は盤面３、４と外周面５との境界部分の面取
りに相当する形状に形成されており、その水平方向の全
長は５００μｍ以下と規定されている。
【０２１２】つまり、本実施形態による表面状態測定方
法を上述の規格のシリコンウェーハに適用する場合、端
面６に赤外線を最適な７３．７°で入射させるならば、
その入射位置を考慮する必要はない。ただし、シリコン
ウェーハの盤面３、４の検査範囲を最大とするために
は、赤外線の入射位置を端面６の外縁近傍に設定するこ
とが好適である。
法を上述の規格のシリコンウェーハに適用する場合、端
面６に赤外線を最適な７３．７°で入射させるならば、
その入射位置を考慮する必要はない。ただし、シリコン
ウェーハの盤面３、４の検査範囲を最大とするために
は、赤外線の入射位置を端面６の外縁近傍に設定するこ
とが好適である。
【０２１３】また、上記実施形態では被測定基板１２の
盤面３と垂直で中心を通過する面内で、２２°に傾斜し
た端面６に略＋７３．７°の入射角で赤外線を入射させ
ることを例示したが、この入射角を略−７３．７°とす
ることも可能である。
盤面３と垂直で中心を通過する面内で、２２°に傾斜し
た端面６に略＋７３．７°の入射角で赤外線を入射させ
ることを例示したが、この入射角を略−７３．７°とす
ることも可能である。
【０２１４】この場合にも、前述の表面状態測定装置と
構成要素は同一であり、赤外線集光手段３０、４０の配
置のみ相違している。このため、本実施形態による表面
状態測定方法では、図２２に示すように、被測定基板１
２の盤面３と垂直で中心を通過する面内で、２２°に傾
斜した端面６に略−７３．７度の入射角で赤外線が入射
し、この赤外線は端面６の盤面３との境界から略０〜８
０．１８μｍの距離の位置に入射される。
構成要素は同一であり、赤外線集光手段３０、４０の配
置のみ相違している。このため、本実施形態による表面
状態測定方法では、図２２に示すように、被測定基板１
２の盤面３と垂直で中心を通過する面内で、２２°に傾
斜した端面６に略−７３．７度の入射角で赤外線が入射
し、この赤外線は端面６の盤面３との境界から略０〜８
０．１８μｍの距離の位置に入射される。
【０２１５】赤外線の入射角を略−７３．７°とする実
施形態においても、前述の場合と同様に赤外線の入射角
に許容範囲を設定することができ、下記の表３に示すよ
うに、赤外線の入射角に対応して入射位置の許容範囲も
変化する。
施形態においても、前述の場合と同様に赤外線の入射角
に許容範囲を設定することができ、下記の表３に示すよ
うに、赤外線の入射角に対応して入射位置の許容範囲も
変化する。
【０２１６】
【表３】
【０２１７】ただし、上記の表３に示すように、被測定
基板１２の板厚が７７５μｍで端面６の傾斜が２２°の
場合、赤外線の入射角を−６８°とすると適正な入射位
置は存在しないので、赤外線の入射角はエネルギー反射
率とは関係なく−６８．２０７°以上が好適である。
基板１２の板厚が７７５μｍで端面６の傾斜が２２°の
場合、赤外線の入射角を−６８°とすると適正な入射位
置は存在しないので、赤外線の入射角はエネルギー反射
率とは関係なく−６８．２０７°以上が好適である。
【０２１８】赤外線の入射角を略−７３．７°とする本
実施形態においても、上述の入射角および許容範囲を満
足することにより、図２３に示すように被測定基板１２
の端面６に入射する赤外線が端面７で反射されて検査の
分解能が低下することがなく、被測定基板１２の盤面
３、４の有機汚染の有無を良好に判定することができ
る。
実施形態においても、上述の入射角および許容範囲を満
足することにより、図２３に示すように被測定基板１２
の端面６に入射する赤外線が端面７で反射されて検査の
分解能が低下することがなく、被測定基板１２の盤面
３、４の有機汚染の有無を良好に判定することができ
る。
【０２１９】なお、図１７に示すように、被測定基板１
２の端面６に対する赤外線の入射角を＋７３．７°とす
ると内部での反射角は５１．７°となるが、図２２に示
すように、入射角を−７３．７°とすると内部での反射
角は８４．３°となる。したがって、入射角を−７３．
７°とする実施形態は入射角を＋７３．７°とする実施
形態より検査の分解能が良好である。
２の端面６に対する赤外線の入射角を＋７３．７°とす
ると内部での反射角は５１．７°となるが、図２２に示
すように、入射角を−７３．７°とすると内部での反射
角は８４．３°となる。したがって、入射角を−７３．
７°とする実施形態は入射角を＋７３．７°とする実施
形態より検査の分解能が良好である。
【０２２０】ただし、赤外線を被測定基板１２の内部で
多重反射させる場合、その内部での反射率も考慮する必
要がある。すなわち、図５に示すように、反射率は反射
角に依存する。空気中に位置する被測定基板１２の内部
で赤外線が反射される場合、被測定基板１２の内部での
反射角である残留出射角が７２°以上ではエネルギー反
射率は高く、残留出射角が７４〜９０°程度ではエネル
ギー反射率は０．３以下まで低下する。
多重反射させる場合、その内部での反射率も考慮する必
要がある。すなわち、図５に示すように、反射率は反射
角に依存する。空気中に位置する被測定基板１２の内部
で赤外線が反射される場合、被測定基板１２の内部での
反射角である残留出射角が７２°以上ではエネルギー反
射率は高く、残留出射角が７４〜９０°程度ではエネル
ギー反射率は０．３以下まで低下する。
【０２２１】つまり、図２２に示すように入射角を−７
３．７°とすると、残留出射角が８４．３°となりエネ
ルギー反射率が低下するため、赤外線が被測定基板１２
の盤面３、４で多重反射されるときに透過される損失が
多量となる。このため、検査のネルギー効率を重視する
場合には、図１７に示すように被測定基板１２の端面６
に対する赤外線の入射角を＋７３．７°とすることが好
適であり、検査の分解能を重視する場合には、図２２に
示すように入射角を−７３．７°とすることが好適であ
る。
３．７°とすると、残留出射角が８４．３°となりエネ
ルギー反射率が低下するため、赤外線が被測定基板１２
の盤面３、４で多重反射されるときに透過される損失が
多量となる。このため、検査のネルギー効率を重視する
場合には、図１７に示すように被測定基板１２の端面６
に対する赤外線の入射角を＋７３．７°とすることが好
適であり、検査の分解能を重視する場合には、図２２に
示すように入射角を−７３．７°とすることが好適であ
る。
【０２２２】なお、図２２に示すように被測定基板１２
の端面６に対する赤外線の入射角を−７３．７°として
も、この赤外線が端面７で反射されれば残留出射角は４
０．３°となる。その分解能は製品で許容できる範囲と
想定できるので、このような表面状態測定方法を実現す
る場合には、入射角が−７３．７°の赤外線を端面６の
盤面３との境界から８０．１８μｍ以上の位置に入射さ
せれば良い。
の端面６に対する赤外線の入射角を−７３．７°として
も、この赤外線が端面７で反射されれば残留出射角は４
０．３°となる。その分解能は製品で許容できる範囲と
想定できるので、このような表面状態測定方法を実現す
る場合には、入射角が−７３．７°の赤外線を端面６の
盤面３との境界から８０．１８μｍ以上の位置に入射さ
せれば良い。
【０２２３】このように、本実施形態によれば、被測定
基板の内部に赤外線を入射させるときの反射損失を微少
とすることができるので、赤外線を良好な効率で試料の
端面から内部に入射することができる。これにより、例
えば、試料の表面の不良の有無を良好なエネルギー効率
で検査することができる。
基板の内部に赤外線を入射させるときの反射損失を微少
とすることができるので、赤外線を良好な効率で試料の
端面から内部に入射することができる。これにより、例
えば、試料の表面の不良の有無を良好なエネルギー効率
で検査することができる。
【０２２４】［第４実施形態］本発明の第４実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置について図２４乃至図２
７を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
よる表面状態測定方法及び装置について図２４乃至図２
７を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
【０２２５】図２４は本実施形態による第１の赤外光源
の構造を示す概略図、図２５は図２４の赤外光源の動作
を説明する図、図２６は本実施形態による第２の赤外光
源の構造を示す概略図、図２７は図２６の赤外光源の動
作を説明する図である。
の構造を示す概略図、図２５は図２４の赤外光源の動作
を説明する図、図２６は本実施形態による第２の赤外光
源の構造を示す概略図、図２７は図２６の赤外光源の動
作を説明する図である。
【０２２６】本実施形態では、第１及び第２実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置に好適な他の赤外光源に
ついて説明する。
よる表面状態測定方法及び装置に好適な他の赤外光源に
ついて説明する。
【０２２７】第１及び第２実施形態による表面状態測定
装置において、前方反射板２６及び後方反射板２８は、
赤外光源２０に求められる特性に応じて種々の態様をと
ることができる。
装置において、前方反射板２６及び後方反射板２８は、
赤外光源２０に求められる特性に応じて種々の態様をと
ることができる。
【０２２８】第１のアプローチとしては、分光装置にお
ける光学系の設計の自由度を増して検出感度を向上させ
るために、光源としての平行光線の光量を増大させるこ
とが考えられる。光源としての平行光線は、その後の光
学処理の自由度が高く好ましい。単純に放射光量全体を
増大させる手法としてはフィラメントに多くの電流を流
す方法もあるが、その場合には必ずしも平行光線のみが
増大するわけではなく、また、フィラメントの寿命が短
くなるという欠点もある。
ける光学系の設計の自由度を増して検出感度を向上させ
るために、光源としての平行光線の光量を増大させるこ
とが考えられる。光源としての平行光線は、その後の光
学処理の自由度が高く好ましい。単純に放射光量全体を
増大させる手法としてはフィラメントに多くの電流を流
す方法もあるが、その場合には必ずしも平行光線のみが
増大するわけではなく、また、フィラメントの寿命が短
くなるという欠点もある。
【０２２９】そこで、本実施形態による第１の赤外光源
では、図２４に示すように、放物面鏡により後方反射板
２６を、球面鏡により前方反射板２８を構成し、且つ、
放物面鏡と球面鏡との焦点が一致するように後方反射板
２６と前方反射板２８とを互いに対向して配置してい
る。そして、この共焦点に光源２４を配置している。
では、図２４に示すように、放物面鏡により後方反射板
２６を、球面鏡により前方反射板２８を構成し、且つ、
放物面鏡と球面鏡との焦点が一致するように後方反射板
２６と前方反射板２８とを互いに対向して配置してい
る。そして、この共焦点に光源２４を配置している。
【０２３０】このように後方反射板２６及び前方反射板
２８を構成すると、共焦点に置かれた光源２４から前方
に放射された光線のうち、平行性が高く前方反射板２８
に遮られない光は直接に出射窓から出射される。また、
球面鏡をなす前方反射板２８により反射される他の光は
前方反射板２８及び後方反射板２６による反射を繰り返
した後、前方に進む平行光線に変換されて出射窓から平
行光線として出射される。
２８を構成すると、共焦点に置かれた光源２４から前方
に放射された光線のうち、平行性が高く前方反射板２８
に遮られない光は直接に出射窓から出射される。また、
球面鏡をなす前方反射板２８により反射される他の光は
前方反射板２８及び後方反射板２６による反射を繰り返
した後、前方に進む平行光線に変換されて出射窓から平
行光線として出射される。
【０２３１】例えば、図２５（ａ）に示すように、共焦
点におかれた光源２４から前方反射板２８の上方に向か
って放射された光線は、前方反射板２８で反射して再
び共焦点を通り、後方反射板２６で反射して平行光線
に変換される。この平行光線は、前方反射板２８と後
方反射板２６との間で複数回反射した後（図中の光線
〜）、出射窓に至り（図中の光線）、出射窓から放
射される。このように、前方反射板２８は、光源２４か
ら前方に放射されて平行光線に寄与しない光を反射して
再度後方反射板２６に戻し、平行光線に変換する機能
と、測定にとって必要な平行光線のみを出射し不要な光
（迷光）を遮蔽する機能を併せ持っている。
点におかれた光源２４から前方反射板２８の上方に向か
って放射された光線は、前方反射板２８で反射して再
び共焦点を通り、後方反射板２６で反射して平行光線
に変換される。この平行光線は、前方反射板２８と後
方反射板２６との間で複数回反射した後（図中の光線
〜）、出射窓に至り（図中の光線）、出射窓から放
射される。このように、前方反射板２８は、光源２４か
ら前方に放射されて平行光線に寄与しない光を反射して
再度後方反射板２６に戻し、平行光線に変換する機能
と、測定にとって必要な平行光線のみを出射し不要な光
（迷光）を遮蔽する機能を併せ持っている。
【０２３２】また、共焦点に置かれた光源２４から後方
に放射された光線は、後方反射板２６により反射され、
前方反射板２８に遮られない光は出射窓から出射され
る。また、前方反射板２８により反射される他の光は前
方反射板２８及び後方反射板２６による反射を繰り返し
た後、前方に進む平行光線に変換されて出射窓から平行
光線として出射される。
に放射された光線は、後方反射板２６により反射され、
前方反射板２８に遮られない光は出射窓から出射され
る。また、前方反射板２８により反射される他の光は前
方反射板２８及び後方反射板２６による反射を繰り返し
た後、前方に進む平行光線に変換されて出射窓から平行
光線として出射される。
【０２３３】例えば、図２５（ｂ）に示すように、共焦
点におかれた光源２４から後方反射板２６の上方に向か
って放射された光線は、後方反射板２６により反射さ
れて平行光線に変換される。この平行光線は、前方
反射板２８により反射されて共焦点を通り、再度後方反
射板２６により反射されて平行光線に変換される。こ
の後、前方反射板２８と後方反射板２６との間で複数回
反射した後に（図中の光〜）出射窓に至り、出射窓
から放射される。このように、前方反射板２８は、光源
から前方に放射されて平行光線に寄与しない光を反射し
て再度後方反射板２６に戻し、平行光線に変換する機能
と、測定にとって必要な平行光線のみを出射し不要な光
（迷光）を遮蔽する機能を併せ持っている。
点におかれた光源２４から後方反射板２６の上方に向か
って放射された光線は、後方反射板２６により反射さ
れて平行光線に変換される。この平行光線は、前方
反射板２８により反射されて共焦点を通り、再度後方反
射板２６により反射されて平行光線に変換される。こ
の後、前方反射板２８と後方反射板２６との間で複数回
反射した後に（図中の光〜）出射窓に至り、出射窓
から放射される。このように、前方反射板２８は、光源
から前方に放射されて平行光線に寄与しない光を反射し
て再度後方反射板２６に戻し、平行光線に変換する機能
と、測定にとって必要な平行光線のみを出射し不要な光
（迷光）を遮蔽する機能を併せ持っている。
【０２３４】したがって、このように後方反射板２６及
び後方反射板２８を構成することにより、フィラメント
から放射される光線を効率よく平行光線に変換するとと
もに、迷光の発生をも抑止することができる。
び後方反射板２８を構成することにより、フィラメント
から放射される光線を効率よく平行光線に変換するとと
もに、迷光の発生をも抑止することができる。
【０２３５】第２のアプローチとしては、分光装置の検
出感度を向上させるために、光源から発せられる光線を
効率よく一点に集光して光量を増大させることが考えら
れる。単純に放射光量全体を増大させるためにフィラメ
ントに多くの電流を流すことも考えられるが、上述のよ
うにフィラメントの寿命が短くなるなどの欠点がある。
出感度を向上させるために、光源から発せられる光線を
効率よく一点に集光して光量を増大させることが考えら
れる。単純に放射光量全体を増大させるためにフィラメ
ントに多くの電流を流すことも考えられるが、上述のよ
うにフィラメントの寿命が短くなるなどの欠点がある。
【０２３６】そこで、本実施形態による第２の赤外光源
では、図２６に示すように、楕円鏡により後方反射板２
６を、球面鏡により前方反射板２８を構成し、且つ、楕
円鏡の一方の焦点（図中、左側）と球面鏡との焦点とが
一致するように後方反射板２６と前方反射板２８とを互
いに対向して配置している。そして、この共焦点に光源
２４を配置している。このように後方反射板２６及び前
方反射板２８を構成することにより、光源２４から放射
された光を、後方反射板２６を構成する楕円鏡の他方の
焦点（図中、右側）に、効率よく集光することができ
る。
では、図２６に示すように、楕円鏡により後方反射板２
６を、球面鏡により前方反射板２８を構成し、且つ、楕
円鏡の一方の焦点（図中、左側）と球面鏡との焦点とが
一致するように後方反射板２６と前方反射板２８とを互
いに対向して配置している。そして、この共焦点に光源
２４を配置している。このように後方反射板２６及び前
方反射板２８を構成することにより、光源２４から放射
された光を、後方反射板２６を構成する楕円鏡の他方の
焦点（図中、右側）に、効率よく集光することができ
る。
【０２３７】すなわち、このように後方反射板２６及び
前方反射板２８を構成すると、図２７に示すように、共
焦点に置かれた光源２４から後方反射板２６に向かって
放射された光線は、後方反射板２６により反射され、前
方反射板２８の出射窓を通って楕円鏡の他方の焦点に集
光される。また、光源２から前方反射板２８に向かって
放射された光線は、前方反射板２８により反射されて共
焦点を通り、後方反射板２６により反射され、前方反射
板２８の出射窓を通って楕円鏡の他方の焦点に集光され
る。このように、前方反射板２８は、光源から前方に放
射されて集光されない光を反射して再度後方反射板２６
に戻し、楕円鏡の他方の焦点に集光する機能と、測定に
とって必要な光線のみを出射し迷光を遮蔽する機能を併
せ持っている。
前方反射板２８を構成すると、図２７に示すように、共
焦点に置かれた光源２４から後方反射板２６に向かって
放射された光線は、後方反射板２６により反射され、前
方反射板２８の出射窓を通って楕円鏡の他方の焦点に集
光される。また、光源２から前方反射板２８に向かって
放射された光線は、前方反射板２８により反射されて共
焦点を通り、後方反射板２６により反射され、前方反射
板２８の出射窓を通って楕円鏡の他方の焦点に集光され
る。このように、前方反射板２８は、光源から前方に放
射されて集光されない光を反射して再度後方反射板２６
に戻し、楕円鏡の他方の焦点に集光する機能と、測定に
とって必要な光線のみを出射し迷光を遮蔽する機能を併
せ持っている。
【０２３８】したがって、このように後方反射板２６及
び後方反射板２８を構成することにより、光源２４から
ランダムな方向に放射される光線を楕円鏡の他方の焦点
に効率よく集光するとともに、迷光の発生をも抑止する
ことができる。
び後方反射板２８を構成することにより、光源２４から
ランダムな方向に放射される光線を楕円鏡の他方の焦点
に効率よく集光するとともに、迷光の発生をも抑止する
ことができる。
【０２３９】このように、本実施形態によれば、後方反
射板２６を放物面鏡又は楕円鏡により構成し、前方反射
板２８を球面鏡により構成するので、光源２４から発せ
られる光を効率よく平行光線に変換し、或いは、一点に
集光することができる。このようにして得られる放射光
は、第１及び第２実施形態による表面状態測定方法及び
装置に好適である。
射板２６を放物面鏡又は楕円鏡により構成し、前方反射
板２８を球面鏡により構成するので、光源２４から発せ
られる光を効率よく平行光線に変換し、或いは、一点に
集光することができる。このようにして得られる放射光
は、第１及び第２実施形態による表面状態測定方法及び
装置に好適である。
【０２４０】なお、上記実施形態では、光源２４から放
射された光線を平行光線に変換し、或いは、一点に集光
したが、図２４に示す赤外光源２０により出射光を平行
光線に変換した後にコンデンサレンズなどで集光して利
用してもよいし、図２６に示す赤外光源２０により出射
光を集光した後にコンデンサーレンズなどにより平行光
線に変換して利用してもよい。
射された光線を平行光線に変換し、或いは、一点に集光
したが、図２４に示す赤外光源２０により出射光を平行
光線に変換した後にコンデンサレンズなどで集光して利
用してもよいし、図２６に示す赤外光源２０により出射
光を集光した後にコンデンサーレンズなどにより平行光
線に変換して利用してもよい。
【０２４１】また、第１実施形態において述べたと同様
に、前方反射板２８の出射窓を赤外線透過物質により覆
い、防爆型の赤外光源としてもよい。
に、前方反射板２８の出射窓を赤外線透過物質により覆
い、防爆型の赤外光源としてもよい。
【０２４２】［第５実施形態］本発明の第５実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置について図２８乃至図３
０を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
よる表面状態測定方法及び装置について図２８乃至図３
０を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
【０２４３】図２８は本実施形態による赤外線集光手段
の構造を示す概略図、図２９は図２８の赤外線集光手段
の動作を説明する図、図３０は本実施形態による赤外線
集光手段の効果を説明する図である。
の構造を示す概略図、図２９は図２８の赤外線集光手段
の動作を説明する図、図３０は本実施形態による赤外線
集光手段の効果を説明する図である。
【０２４４】本実施形態では、第１及び第２実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置に好適な他の赤外線集光
手段について説明する。
よる表面状態測定方法及び装置に好適な他の赤外線集光
手段について説明する。
【０２４５】本実施形態による赤外線集光手段３０は、
図２８に示すように、楕円鏡８２と球面鏡８４とにより
構成され、楕円鏡８２の一方の焦点（図中、右側）と球
面鏡８４の焦点とが一致するように楕円鏡８２と球面鏡
８４とが互いに対向して配置されている。球面鏡８４の
中心部には、赤外線を入射するための入射孔８６が設け
られている。楕円鏡８２の中心部には、被測定対象物を
挿入するためのスリット８８が設けられている。
図２８に示すように、楕円鏡８２と球面鏡８４とにより
構成され、楕円鏡８２の一方の焦点（図中、右側）と球
面鏡８４の焦点とが一致するように楕円鏡８２と球面鏡
８４とが互いに対向して配置されている。球面鏡８４の
中心部には、赤外線を入射するための入射孔８６が設け
られている。楕円鏡８２の中心部には、被測定対象物を
挿入するためのスリット８８が設けられている。
【０２４６】次に、図２８に示す赤外線集光手段の動作
について図２９を用いて説明する。
について図２９を用いて説明する。
【０２４７】被測定基板１２は、図２９に示すように、
赤外線を入射すべき端面（傾斜部１４）が楕円鏡８２と
球面鏡８４の共焦点に位置するように、赤外線集光手段
３０内に挿入する。そして、楕円鏡８２の他方の焦点
（図中、左側）には、球面鏡８４の入射孔８６を通して
赤外線集光手段３０に赤外線を入射するための赤外光源
２０を配置する。
赤外線を入射すべき端面（傾斜部１４）が楕円鏡８２と
球面鏡８４の共焦点に位置するように、赤外線集光手段
３０内に挿入する。そして、楕円鏡８２の他方の焦点
（図中、左側）には、球面鏡８４の入射孔８６を通して
赤外線集光手段３０に赤外線を入射するための赤外光源
２０を配置する。
【０２４８】赤外光源２０は、楕円鏡８２の当該他方の
焦点に点光源を配置したと同等の光線を赤外線集光手段
３０に入射しうるものとする。例えば、楕円鏡８２の当
該他方の焦点に点光源を配置し、或いは、所定の光線を
集光したときの焦点が楕円鏡８２の当該他方の焦点に位
置するように赤外光源を配置することにより実現する。
後者の赤外光源としては、例えば、図２６に示す第４実
施形態による赤外光源２０を適用することができる。
焦点に点光源を配置したと同等の光線を赤外線集光手段
３０に入射しうるものとする。例えば、楕円鏡８２の当
該他方の焦点に点光源を配置し、或いは、所定の光線を
集光したときの焦点が楕円鏡８２の当該他方の焦点に位
置するように赤外光源を配置することにより実現する。
後者の赤外光源としては、例えば、図２６に示す第４実
施形態による赤外光源２０を適用することができる。
【０２４９】このようにして赤外線の入射光学系を配置
すると、赤外光源２０から放射された赤外線が球面鏡８
４の入射孔８６を通して赤外線集光手段３０内に入射さ
れ、楕円鏡８２によって共焦点に集光される。そして、
共焦点に集光された赤外線は共焦点を通過して球面鏡８
４に至り、球面鏡８４によって反射された赤外線が被測
定基板１２の端面（傾斜部１４）に入射される。
すると、赤外光源２０から放射された赤外線が球面鏡８
４の入射孔８６を通して赤外線集光手段３０内に入射さ
れ、楕円鏡８２によって共焦点に集光される。そして、
共焦点に集光された赤外線は共焦点を通過して球面鏡８
４に至り、球面鏡８４によって反射された赤外線が被測
定基板１２の端面（傾斜部１４）に入射される。
【０２５０】このように赤外線の入射光学系を配置する
ことにより、被測定基板１２には、基板の表面側の傾斜
部１４及び裏面側の傾斜部１４の双方に赤外線を入射す
ることが可能となる。したがって、被測定基板１２内部
に導入される赤外線の総量を増加することができる。こ
れにより、より多くの表面面積に含まれる被測定基板１
２上の分子振動の情報を得ることができる。
ことにより、被測定基板１２には、基板の表面側の傾斜
部１４及び裏面側の傾斜部１４の双方に赤外線を入射す
ることが可能となる。したがって、被測定基板１２内部
に導入される赤外線の総量を増加することができる。こ
れにより、より多くの表面面積に含まれる被測定基板１
２上の分子振動の情報を得ることができる。
【０２５１】すなわち、図１に示す第１及び第２実施形
態による表面状態測定方法及び装置では、図３０（ａ）
に示すように被測定基板１２の表面側の傾斜部１４から
入射された赤外線のみが被測定基板１２内部で多重反射
して基板表面の状態をプロービングするが、本実施形態
による赤外線集光手段を用いることにより、図３０
（ｂ）に示すように被測定基板１２の裏面側の傾斜部１
４から入射された赤外線も被測定基板１２内部で多重反
射して基板表面の状態をプロービングするので、基板表
面の有機汚染物質を検出する実効面積が増加し、検出感
度が増加する。
態による表面状態測定方法及び装置では、図３０（ａ）
に示すように被測定基板１２の表面側の傾斜部１４から
入射された赤外線のみが被測定基板１２内部で多重反射
して基板表面の状態をプロービングするが、本実施形態
による赤外線集光手段を用いることにより、図３０
（ｂ）に示すように被測定基板１２の裏面側の傾斜部１
４から入射された赤外線も被測定基板１２内部で多重反
射して基板表面の状態をプロービングするので、基板表
面の有機汚染物質を検出する実効面積が増加し、検出感
度が増加する。
【０２５２】このように、本実施形態によれば、被測定
基板１２の表裏の傾斜部１４に赤外線を集光しうる赤外
線集光手段３０を構成するので、被測定基板表面の汚染
物質の検出感度を向上することができる。また、汚染物
質の検出感度が上がることにより、例えばゲート酸化膜
の絶縁破壊や絶縁劣化を予防することができ、製造歩留
りを向上することができる。
基板１２の表裏の傾斜部１４に赤外線を集光しうる赤外
線集光手段３０を構成するので、被測定基板表面の汚染
物質の検出感度を向上することができる。また、汚染物
質の検出感度が上がることにより、例えばゲート酸化膜
の絶縁破壊や絶縁劣化を予防することができ、製造歩留
りを向上することができる。
【０２５３】なお、上記実施形態では、被測定基板１２
の表裏の傾斜部１４に赤外線を集光しうる赤外線集光手
段３０を構成することで被測定基板１２の表裏の傾斜部
１４に赤外線を入射したが、第１実施形態による表面状
態測定方法及び装置において、被測定基板１２の裏側の
傾斜部１４に赤外線を入射するための赤外光源及び赤外
線集光手段を更に設けることで、被測定基板１２の表裏
の傾斜部１４から赤外線を入射するようにしてもよい。
の表裏の傾斜部１４に赤外線を集光しうる赤外線集光手
段３０を構成することで被測定基板１２の表裏の傾斜部
１４に赤外線を入射したが、第１実施形態による表面状
態測定方法及び装置において、被測定基板１２の裏側の
傾斜部１４に赤外線を入射するための赤外光源及び赤外
線集光手段を更に設けることで、被測定基板１２の表裏
の傾斜部１４から赤外線を入射するようにしてもよい。
【０２５４】［第６実施形態］本発明の第６実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置について図３１乃至図３
３を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
よる表面状態測定方法及び装置について図３１乃至図３
３を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
【０２５５】図３１は被測定基板中に入射される赤外線
の光路を説明する図、図３２は図１の表面状態測定装置
における被測定基板と赤外線集光手段との位置と赤外線
光路の関係を示す図、図３３は本実施形態による赤外線
集光手段の構造を示す概略図、図３４は図３３の赤外線
集光手段の動作を説明する図である。
の光路を説明する図、図３２は図１の表面状態測定装置
における被測定基板と赤外線集光手段との位置と赤外線
光路の関係を示す図、図３３は本実施形態による赤外線
集光手段の構造を示す概略図、図３４は図３３の赤外線
集光手段の動作を説明する図である。
【０２５６】赤外線集光手段により集光されて被測定基
板１２に入射される赤外線は、図３１に示すように、放
出角度に一定の広がりをもっている。このため、被測定
基板１２の端面（傾斜部１４）への赤外線の入射角度が
光線の位置によりわずかに変わる。図３１では、光線の
例として番号の順に被測定基板１２への入射角の大きさ
が小さくなる１、２、３の３本の光線を示している。
板１２に入射される赤外線は、図３１に示すように、放
出角度に一定の広がりをもっている。このため、被測定
基板１２の端面（傾斜部１４）への赤外線の入射角度が
光線の位置によりわずかに変わる。図３１では、光線の
例として番号の順に被測定基板１２への入射角の大きさ
が小さくなる１、２、３の３本の光線を示している。
【０２５７】被測定基板１２内に入射した赤外線の内部
反射角は、被測定基板１２端面への赤外線の入射角によ
って決定され、図３１の場合は光線３が最も大きくな
る。一回の内部反射によって光線の進む距離は内部反射
角が大きいほど大きくなるので、光線１と光線３とを比
較すると、同じ内部反射回数では光線３の方がより遠く
まで到達することとなる。
反射角は、被測定基板１２端面への赤外線の入射角によ
って決定され、図３１の場合は光線３が最も大きくな
る。一回の内部反射によって光線の進む距離は内部反射
角が大きいほど大きくなるので、光線１と光線３とを比
較すると、同じ内部反射回数では光線３の方がより遠く
まで到達することとなる。
【０２５８】このため、図３１に示す例では、光線１は
被測定基板１２の上側の端面に赤外線が到達するのに対
し、光線３は被測定器版１２の下側の端面に到達し、被
測定基板１２の下側にも透過赤外線が放射されることと
なる。この場合、下側の端面から出射される光線３は図
１の表面状態測定装置では検出することができない。ま
た、図２８に示す第５実施形態による赤外線集光手段３
０を適用するような場合では、たとえ入射赤外線の光路
が同じ場合であっても、被測定基板１２の両側の端面か
ら赤外線が出射される。
被測定基板１２の上側の端面に赤外線が到達するのに対
し、光線３は被測定器版１２の下側の端面に到達し、被
測定基板１２の下側にも透過赤外線が放射されることと
なる。この場合、下側の端面から出射される光線３は図
１の表面状態測定装置では検出することができない。ま
た、図２８に示す第５実施形態による赤外線集光手段３
０を適用するような場合では、たとえ入射赤外線の光路
が同じ場合であっても、被測定基板１２の両側の端面か
ら赤外線が出射される。
【０２５９】また、図１に示す表面状態測定装置では、
図３２に示すように、赤外線集光手段４０と被測定基板
１２との位置関係が変化すると、例えば図３２において
被測定基板１２が右側２つのいずれかの位置にある場合
のように、被測定基板１２から出射される赤外線を赤外
線検出器５０により検出することができない場合があ
る。この状態から出射赤外線を検出できるようにするた
めには、被測定基板１２の位置を適正な位置まで移動さ
せるか、凹面鏡４２と反射鏡４４との位置を再調整する
必要がある。
図３２に示すように、赤外線集光手段４０と被測定基板
１２との位置関係が変化すると、例えば図３２において
被測定基板１２が右側２つのいずれかの位置にある場合
のように、被測定基板１２から出射される赤外線を赤外
線検出器５０により検出することができない場合があ
る。この状態から出射赤外線を検出できるようにするた
めには、被測定基板１２の位置を適正な位置まで移動さ
せるか、凹面鏡４２と反射鏡４４との位置を再調整する
必要がある。
【０２６０】このため、被測定基板１２の上側及び下側
の端面から放出される赤外線をともに赤外線検出器５０
に導入することができ、被測定基板１２と赤外線集光手
段４０との位置の影響を受けにくい赤外線集光手段が望
まれる。
の端面から放出される赤外線をともに赤外線検出器５０
に導入することができ、被測定基板１２と赤外線集光手
段４０との位置の影響を受けにくい赤外線集光手段が望
まれる。
【０２６１】本実施形態では、被測定基板の上側及び下
側の傾斜部から外部に放出される赤外線をともに集光し
て赤外線検出器に導入する赤外線集光手段を示す。
側の傾斜部から外部に放出される赤外線をともに集光し
て赤外線検出器に導入する赤外線集光手段を示す。
【０２６２】第５実施形態では、図２８に示すように、
赤外線集光手段を楕円鏡８２と球面鏡８４とにより構成
し、第１及び第２実施形態による表面状態測定方法及び
装置の入射光学系である赤外線集光手段３０として適用
した。図２８に示す光学系は、第５実施形態の場合と同
様にして、第１及び第２実施形態による表面状態測定方
法及び装置の出射光学系である赤外線集光手段４０とし
ても適用することができる。
赤外線集光手段を楕円鏡８２と球面鏡８４とにより構成
し、第１及び第２実施形態による表面状態測定方法及び
装置の入射光学系である赤外線集光手段３０として適用
した。図２８に示す光学系は、第５実施形態の場合と同
様にして、第１及び第２実施形態による表面状態測定方
法及び装置の出射光学系である赤外線集光手段４０とし
ても適用することができる。
【０２６３】そこで、本実施形態による表面状態測定方
法及び装置では、第１及び第２実施形態による表面状態
測定方法及び装置の出射光学系である赤外線集光手段４
０を、図３３に示すような球面鏡９０と楕円鏡９２とに
より構成している。
法及び装置では、第１及び第２実施形態による表面状態
測定方法及び装置の出射光学系である赤外線集光手段４
０を、図３３に示すような球面鏡９０と楕円鏡９２とに
より構成している。
【０２６４】被測定基板１２は、図３３に示すように、
赤外線の出射される端面（傾斜部１４）が、楕円鏡９２
と球面鏡９０の共焦点に位置するように、楕円鏡９２に
設けられたスリット９４から赤外線集光手段４０内に挿
入する。そして、楕円鏡９２の他方の焦点（図中、右
側）には、赤外線集光手段４０により集光された赤外線
を検出する赤外線検出器５０を配置する。
赤外線の出射される端面（傾斜部１４）が、楕円鏡９２
と球面鏡９０の共焦点に位置するように、楕円鏡９２に
設けられたスリット９４から赤外線集光手段４０内に挿
入する。そして、楕円鏡９２の他方の焦点（図中、右
側）には、赤外線集光手段４０により集光された赤外線
を検出する赤外線検出器５０を配置する。
【０２６５】なお、赤外線検出器５０を楕円鏡９２の焦
点に配置するほか、反射鏡や光ファイバなどを当該焦点
に配置し、別の光学系により赤外線検出器５０まで赤外
線を導入するように赤外線集光手段４０を構成してもよ
い。
点に配置するほか、反射鏡や光ファイバなどを当該焦点
に配置し、別の光学系により赤外線検出器５０まで赤外
線を導入するように赤外線集光手段４０を構成してもよ
い。
【０２６６】このように赤外線の出射光学系を配置する
と、図３４に示すように、被測定基板１２の出射端面か
ら出射された赤外線は、球面鏡９０によって反射されて
共焦点を通過して楕円鏡９２に至る。そして、楕円鏡９
２に反射された赤外線は楕円鏡９２の他方の焦点に集光
される。したがって、楕円鏡９２の当該他方の焦点に赤
外線検出器５０を配置することにより、被測定基板１２
の上側及び下側の傾斜部から出射される赤外線を効率よ
く検出することができる。これにより、より多くの表面
面積に含まれる被測定基板１２上の分子振動の情報を得
ることができる。
と、図３４に示すように、被測定基板１２の出射端面か
ら出射された赤外線は、球面鏡９０によって反射されて
共焦点を通過して楕円鏡９２に至る。そして、楕円鏡９
２に反射された赤外線は楕円鏡９２の他方の焦点に集光
される。したがって、楕円鏡９２の当該他方の焦点に赤
外線検出器５０を配置することにより、被測定基板１２
の上側及び下側の傾斜部から出射される赤外線を効率よ
く検出することができる。これにより、より多くの表面
面積に含まれる被測定基板１２上の分子振動の情報を得
ることができる。
【０２６７】このように、本実施形態によれば、被測定
基板１２の表裏の傾斜部から出射される赤外線を集光し
うる赤外線集光手段４０を構成するので、被測定基板表
面の汚染物質の検出感度を向上することができる。ま
た、汚染物質の検出感度が上がることにより、例えばゲ
ート酸化膜の絶縁破壊や絶縁劣化を予防することがで
き、製造歩留りを向上することができる。
基板１２の表裏の傾斜部から出射される赤外線を集光し
うる赤外線集光手段４０を構成するので、被測定基板表
面の汚染物質の検出感度を向上することができる。ま
た、汚染物質の検出感度が上がることにより、例えばゲ
ート酸化膜の絶縁破壊や絶縁劣化を予防することがで
き、製造歩留りを向上することができる。
【０２６８】［第７実施形態］本発明の第７実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置について図３５乃至図３
８を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
よる表面状態測定方法及び装置について図３５乃至図３
８を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
【０２６９】図３５は本実施形態による赤外線集光手段
の構造を示す概略図、図３６は図３５の表面状態測定装
置における被測定基板と赤外線集光手段との位置と赤外
線光路の関係を示す図、図３７は検出反射鏡の配置方法
と赤外線検出器への赤外線の入射角との関係を示す図、
図３８は検出反射鏡の配置方法と赤外線の伝搬方向との
関係を示す図である。
の構造を示す概略図、図３６は図３５の表面状態測定装
置における被測定基板と赤外線集光手段との位置と赤外
線光路の関係を示す図、図３７は検出反射鏡の配置方法
と赤外線検出器への赤外線の入射角との関係を示す図、
図３８は検出反射鏡の配置方法と赤外線の伝搬方向との
関係を示す図である。
【０２７０】本実施形態では、被測定基板の上側及び下
側の傾斜部から外部に放出される赤外線をともに集光し
て赤外線検出器に導入する他の赤外線集光手段を示す。
側の傾斜部から外部に放出される赤外線をともに集光し
て赤外線検出器に導入する他の赤外線集光手段を示す。
【０２７１】本実施形態による赤外線集光手段４０は、
図３５に示すように、被測定基板１２の赤外線出射端部
近傍に設けられ、被測定基板１２側の間隔が赤外線検出
器５０側の間隔よりも狭くなっている一対の検出反射鏡
９６により構成されていることに特徴がある。
図３５に示すように、被測定基板１２の赤外線出射端部
近傍に設けられ、被測定基板１２側の間隔が赤外線検出
器５０側の間隔よりも狭くなっている一対の検出反射鏡
９６により構成されていることに特徴がある。
【０２７２】このようにして表面状態測定装置を構成す
ることにより、被測定基板１２の上側の端面から出射さ
れる赤外線及び被測定基板１２の下側の端面から出射さ
れる赤外線は、一対の検出反射鏡９６の間で反射を繰り
返して赤外線検出器５０側に伝搬され、赤外線検出器５
０によって検出される。したがって、被測定基板１２の
上側の端面から出射される赤外線に加えて、被測定基板
１２の下側の端面から出射される赤外線をも集光するこ
とができるので、第１及び第２実施形態による表面状態
測定装置と比較して透過赤外線の集光効率を向上するこ
とができる。
ることにより、被測定基板１２の上側の端面から出射さ
れる赤外線及び被測定基板１２の下側の端面から出射さ
れる赤外線は、一対の検出反射鏡９６の間で反射を繰り
返して赤外線検出器５０側に伝搬され、赤外線検出器５
０によって検出される。したがって、被測定基板１２の
上側の端面から出射される赤外線に加えて、被測定基板
１２の下側の端面から出射される赤外線をも集光するこ
とができるので、第１及び第２実施形態による表面状態
測定装置と比較して透過赤外線の集光効率を向上するこ
とができる。
【０２７３】また、図３５に示す本実施形態による表面
状態測定装置では、図３６に示すように、被測定基板１
２の端面が一対の検出反射鏡９６の間にさえ位置してい
れば、被測定基板１２の端面の位置が変化しても被測定
基板１２の端面から出射した赤外線を検出表面鏡９６に
よって反射することができる。検出反射鏡９６は、赤外
線検出器５０の入射窓の位置まで覆っているため、被測
定基板１２がどの位置にあっても透過赤外線は上下の検
出反射鏡９６の間を繰り返し反射して赤外線検出器５０
の入射位置までかならず到達することができる。したが
って、被測定基板１２の位置調整と検出反射鏡９６との
位置調整とが不要となり、光学軸調整の手間を大幅に簡
略化することができる。
状態測定装置では、図３６に示すように、被測定基板１
２の端面が一対の検出反射鏡９６の間にさえ位置してい
れば、被測定基板１２の端面の位置が変化しても被測定
基板１２の端面から出射した赤外線を検出表面鏡９６に
よって反射することができる。検出反射鏡９６は、赤外
線検出器５０の入射窓の位置まで覆っているため、被測
定基板１２がどの位置にあっても透過赤外線は上下の検
出反射鏡９６の間を繰り返し反射して赤外線検出器５０
の入射位置までかならず到達することができる。したが
って、被測定基板１２の位置調整と検出反射鏡９６との
位置調整とが不要となり、光学軸調整の手間を大幅に簡
略化することができる。
【０２７４】なお、検出反射鏡９６を構成する一対の反
射鏡には、被測定基板１２側における間隔が狭く赤外線
検出器側の間隔が広い配置（図３７（ａ）を参照）、被
測定基板１２側における間隔が広く赤外線検出器側の間
隔が狭い配置（図３７（ｂ）を参照）、２枚の反射鏡を
略平行とする配置（図３７（ｃ）を参照）、の３種類の
配置方法が考えられる。しかしながら、検出反射鏡を構
成する一対の反射鏡は、図３５に示すように、被測定基
板１２側における間隔が狭く赤外線検出器５０側の間隔
が広くなるように配置することが望ましい。
射鏡には、被測定基板１２側における間隔が狭く赤外線
検出器側の間隔が広い配置（図３７（ａ）を参照）、被
測定基板１２側における間隔が広く赤外線検出器側の間
隔が狭い配置（図３７（ｂ）を参照）、２枚の反射鏡を
略平行とする配置（図３７（ｃ）を参照）、の３種類の
配置方法が考えられる。しかしながら、検出反射鏡を構
成する一対の反射鏡は、図３５に示すように、被測定基
板１２側における間隔が狭く赤外線検出器５０側の間隔
が広くなるように配置することが望ましい。
【０２７５】第１の理由は、被測定基板１２の端面から
出射された赤外線を略平行光線として赤外線検出器５０
に入射できるのはこの反射鏡の配置のみだからである。
出射された赤外線を略平行光線として赤外線検出器５０
に入射できるのはこの反射鏡の配置のみだからである。
【０２７６】赤外線検出器や分光器の集光鏡は、略平行
光線が入射することを前提として設計されている。この
ため、光線の角度のずれによる収差や集光鏡の効率の低
下を防ぎ、赤外線を効率よく入射させるためには、被測
定基板１２の端面からの放射光を略平行光線にする必要
がある。
光線が入射することを前提として設計されている。この
ため、光線の角度のずれによる収差や集光鏡の効率の低
下を防ぎ、赤外線を効率よく入射させるためには、被測
定基板１２の端面からの放射光を略平行光線にする必要
がある。
【０２７７】図３７（ａ）に示すように、本実施形態に
よる検出反射鏡９６の配置では、垂直より小さい任意の
出射光の角度θに対して反射鏡をθ／２だけ傾けると、
１回の反射で略平行光線が得られる。略平行光線の高さ
方向の位置は被測定基板１２端面を検出反射鏡の内部に
進入させた深さによって決まり、進入深さをＬ、光線の
高さ方向の位置をｈとすると、ｈ＝Ｌｓｉｎθと求めら
れる。被測定基板１２端面の進入深さを調整することに
より、検出器や分光器の入射窓の大きさを超えない範囲
の略平行光線を得ることが可能である。
よる検出反射鏡９６の配置では、垂直より小さい任意の
出射光の角度θに対して反射鏡をθ／２だけ傾けると、
１回の反射で略平行光線が得られる。略平行光線の高さ
方向の位置は被測定基板１２端面を検出反射鏡の内部に
進入させた深さによって決まり、進入深さをＬ、光線の
高さ方向の位置をｈとすると、ｈ＝Ｌｓｉｎθと求めら
れる。被測定基板１２端面の進入深さを調整することに
より、検出器や分光器の入射窓の大きさを超えない範囲
の略平行光線を得ることが可能である。
【０２７８】一方、図３７（ｂ）及び図３７（ｃ）に示
す配置方法では、反射光により略平行光線を得る条件が
存在しないことは明白であり、被測定基板１２の外周面
から略平行光線が出射しない限り略平行光線を得ること
はできない。
す配置方法では、反射光により略平行光線を得る条件が
存在しないことは明白であり、被測定基板１２の外周面
から略平行光線が出射しない限り略平行光線を得ること
はできない。
【０２７９】第２の理由は、入射光の角度と反射鏡との
位置関係によっては、どの配置方法においても被測定基
板１２から放出された光が赤外線検出器５０側ではなく
被測定基板１２側に反射される角度が存在するが、上記
３種類の配置方法のなかで本実施形態で採用した配置方
法が最も被測定基板１２側へ反射される出射光の範囲が
小さくなるからである。
位置関係によっては、どの配置方法においても被測定基
板１２から放出された光が赤外線検出器５０側ではなく
被測定基板１２側に反射される角度が存在するが、上記
３種類の配置方法のなかで本実施形態で採用した配置方
法が最も被測定基板１２側へ反射される出射光の範囲が
小さくなるからである。
【０２８０】図３８に示すように、検出反射鏡９６と被
測定基板１２の傾斜部１４とを結ぶ光線が水平面となす
角をθ１、光線と検出反射鏡とのなす角をθ２とする。
傾斜部１４から放出される光の角度と検出反射鏡９６の
角度の関係によっては、被測定基板１２端面から放出し
た光が赤外線検出器５０側に入射せず、再び被測定基板
１２側に反射される条件がある。すなわち、検出反射鏡
９６を反射する光の入射角と反射角は常に等しいため、
θ２が９０°より大きい場合には被測定基板１２端面か
らの放出光は赤外線検出器５０側に反射され、θ２が９
０°よりも小さい場合には逆に被測定基板１２側に反射
される。したがって、被測定基板１２側に光を反射させ
ないためには、θ２が９０°より大きいことが必要で、
この条件を満たす光線の角度の範囲は２θ１の大きさと
なる。３種類の反射鏡の配置方向のうち、θ２＞９０°
を満たすθ１の範囲が最も大きいのが本実施形態による
反射鏡の配置であり、他の反射鏡の配置方法よりも広い
範囲の角度をもつ出射光に対応することができる。
測定基板１２の傾斜部１４とを結ぶ光線が水平面となす
角をθ１、光線と検出反射鏡とのなす角をθ２とする。
傾斜部１４から放出される光の角度と検出反射鏡９６の
角度の関係によっては、被測定基板１２端面から放出し
た光が赤外線検出器５０側に入射せず、再び被測定基板
１２側に反射される条件がある。すなわち、検出反射鏡
９６を反射する光の入射角と反射角は常に等しいため、
θ２が９０°より大きい場合には被測定基板１２端面か
らの放出光は赤外線検出器５０側に反射され、θ２が９
０°よりも小さい場合には逆に被測定基板１２側に反射
される。したがって、被測定基板１２側に光を反射させ
ないためには、θ２が９０°より大きいことが必要で、
この条件を満たす光線の角度の範囲は２θ１の大きさと
なる。３種類の反射鏡の配置方向のうち、θ２＞９０°
を満たすθ１の範囲が最も大きいのが本実施形態による
反射鏡の配置であり、他の反射鏡の配置方法よりも広い
範囲の角度をもつ出射光に対応することができる。
【０２８１】このように、本実施形態によれば、被測定
基板１２から放出される赤外線を集光する赤外線集光手
段４０を、被測定基板１２側における間隔が赤外線検出
器５０側における間隔よりも狭い一対の検出反射鏡９６
により構成するので、被測定基板１２の上側及び下側の
傾斜部１４から放出される赤外線をともに検出すること
ができる。これにより、被測定基板１２表面の汚染物質
の検出感度を向上することができる。また、汚染物質の
検出感度が上がることにより、例えばゲート酸化膜の絶
縁破壊や絶縁劣化を予防することができ、製造歩留りを
向上することができる。
基板１２から放出される赤外線を集光する赤外線集光手
段４０を、被測定基板１２側における間隔が赤外線検出
器５０側における間隔よりも狭い一対の検出反射鏡９６
により構成するので、被測定基板１２の上側及び下側の
傾斜部１４から放出される赤外線をともに検出すること
ができる。これにより、被測定基板１２表面の汚染物質
の検出感度を向上することができる。また、汚染物質の
検出感度が上がることにより、例えばゲート酸化膜の絶
縁破壊や絶縁劣化を予防することができ、製造歩留りを
向上することができる。
【０２８２】なお、上記実施形態では、被測定基板１２
の上下に置かれた一対の検出反射鏡９６により赤外線集
光手段４０を構成したが、この一対の検出反射鏡９６の
側面に、更に一対の反射鏡を設けてもよい。こうするこ
とにより、赤外線の検出感度を更に向上することができ
る。このように側面に設ける一対の反射鏡は、平面鏡で
あってもよいし、適当な曲率をもった湾曲した反射鏡で
あってもよい。
の上下に置かれた一対の検出反射鏡９６により赤外線集
光手段４０を構成したが、この一対の検出反射鏡９６の
側面に、更に一対の反射鏡を設けてもよい。こうするこ
とにより、赤外線の検出感度を更に向上することができ
る。このように側面に設ける一対の反射鏡は、平面鏡で
あってもよいし、適当な曲率をもった湾曲した反射鏡で
あってもよい。
【０２８３】また、一対の検出反射鏡９６の一方又は両
方の鏡を可動とし、反射光の角度を任意に変えられるよ
うに赤外線集光手段を構成してもよい。
方の鏡を可動とし、反射光の角度を任意に変えられるよ
うに赤外線集光手段を構成してもよい。
【０２８４】［第８実施形態］本発明の第８実施形態に
よる表面状態測定方法及び装置について図３９及び図４
０を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
よる表面状態測定方法及び装置について図３９及び図４
０を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１
又は第２実施形態による表面状態測定方法及び装置と同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡
略にする。
【０２８５】図３９は本実施形態による表面状態測定方
法及び装置を説明する概略図、図４０は本実施形態によ
る他の表面状態測定方法及び装置を説明する概略図であ
る。
法及び装置を説明する概略図、図４０は本実施形態によ
る他の表面状態測定方法及び装置を説明する概略図であ
る。
【０２８６】本実施形態による表面状態測定方法及び装
置は、図３９に示すように、被測定基板１２の一方の端
面側に反射鏡７２を有し、被測定基板１２の他方の端面
側から赤外線の入射及び出射を行うことに特徴がある。
置は、図３９に示すように、被測定基板１２の一方の端
面側に反射鏡７２を有し、被測定基板１２の他方の端面
側から赤外線の入射及び出射を行うことに特徴がある。
【０２８７】このようにして表面状態測定装置を構成す
ることにより、被測定基板１２の一方の端面から入射し
た赤外線は、内部多重反射を繰り返して対向する他方の
端面に至り、その端面において反射鏡７２によって反射
され、再度内部多重反射を繰り返して入射端面に至り、
この端面から被測定基板１２外に放出され、赤外線検出
器５０により検出される。こうすることで、被測定基板
１２内部を通過する赤外線の光路長を長くし、多重反射
の回数を多くすることができるので、より多くの表面状
態をプロービングすることが可能となる。したがって、
被測定基板１２の表面状態の検出感度を向上することが
できる。
ることにより、被測定基板１２の一方の端面から入射し
た赤外線は、内部多重反射を繰り返して対向する他方の
端面に至り、その端面において反射鏡７２によって反射
され、再度内部多重反射を繰り返して入射端面に至り、
この端面から被測定基板１２外に放出され、赤外線検出
器５０により検出される。こうすることで、被測定基板
１２内部を通過する赤外線の光路長を長くし、多重反射
の回数を多くすることができるので、より多くの表面状
態をプロービングすることが可能となる。したがって、
被測定基板１２の表面状態の検出感度を向上することが
できる。
【０２８８】このような赤外線の伝搬光学系を構成する
場合、赤外線の入射光学系と出射光学系の配置方法には
種々の方法が考えられる。
場合、赤外線の入射光学系と出射光学系の配置方法には
種々の方法が考えられる。
【０２８９】例えば、図３９に示すように、被測定基板
１２の上側の傾斜部１４から赤外線を入射し、下側の傾
斜部１４から出射される赤外線を検出するように、赤外
光源２０、赤外線集光手段３０、４０、赤外線検出器５
０を配置することができる。
１２の上側の傾斜部１４から赤外線を入射し、下側の傾
斜部１４から出射される赤外線を検出するように、赤外
光源２０、赤外線集光手段３０、４０、赤外線検出器５
０を配置することができる。
【０２９０】また、図４０に示すように、赤外線の入射
光路上にハーフミラー７４を設けることで、入射赤外線
はハーフミラー７４を透過し被測定基板１２に入射し、
出射赤外線はハーフミラー７４により反射して赤外線検
出器５０に導入するように、赤外光源２０、赤外線集光
手段３０、４０、赤外線検出器５０を配置してもよい。
光路上にハーフミラー７４を設けることで、入射赤外線
はハーフミラー７４を透過し被測定基板１２に入射し、
出射赤外線はハーフミラー７４により反射して赤外線検
出器５０に導入するように、赤外光源２０、赤外線集光
手段３０、４０、赤外線検出器５０を配置してもよい。
【０２９１】このように、本実施形態によれば、被測定
基板１２に入射した赤外線を、被測定基板１２の内部で
往復して多重反射させ、赤外線の入射端面側から出射し
た赤外線を検出することにより被測定基板１２の表面状
態を測定するので、被測定基板１２の表面状態の検出感
度を向上することができる。
基板１２に入射した赤外線を、被測定基板１２の内部で
往復して多重反射させ、赤外線の入射端面側から出射し
た赤外線を検出することにより被測定基板１２の表面状
態を測定するので、被測定基板１２の表面状態の検出感
度を向上することができる。
【０２９２】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、赤外光源
から発せられた赤外線を、被測定基板の外周部分に集光
して被測定基板内に導入する第１の赤外線集光手段と、
第１の赤外線集光手段により集光される赤外線の被測定
基板への入射角度を所定値に固定し又は可変制御する入
射角度制御手段と、被測定基板内で多重反射した後に被
測定基板から出射する赤外線を集光する第２の赤外線集
光手段と、第２の赤外線集光手段により集光された赤外
線を検出する赤外線検出手段と、赤外線検出手段により
検出された赤外線を分析し、被測定基板の表面に付着し
た汚染物を測定する赤外線分析手段とにより表面状態測
定装置を構成するので、被測定基板を追加工することな
しに測定することが可能であり、また、被測定基板上に
配置したプリズムなどを介して赤外線を基板内部に入射
する必要がないので、赤外線分光法により半導体基板の
表面状態を製造現場においてその場測定するための装置
として適用することができる。
から発せられた赤外線を、被測定基板の外周部分に集光
して被測定基板内に導入する第１の赤外線集光手段と、
第１の赤外線集光手段により集光される赤外線の被測定
基板への入射角度を所定値に固定し又は可変制御する入
射角度制御手段と、被測定基板内で多重反射した後に被
測定基板から出射する赤外線を集光する第２の赤外線集
光手段と、第２の赤外線集光手段により集光された赤外
線を検出する赤外線検出手段と、赤外線検出手段により
検出された赤外線を分析し、被測定基板の表面に付着し
た汚染物を測定する赤外線分析手段とにより表面状態測
定装置を構成するので、被測定基板を追加工することな
しに測定することが可能であり、また、被測定基板上に
配置したプリズムなどを介して赤外線を基板内部に入射
する必要がないので、赤外線分光法により半導体基板の
表面状態を製造現場においてその場測定するための装置
として適用することができる。
【０２９３】また、入射角度を所定値に固定し又は変化
しながら被測定基板の外周部分に赤外線を集光し、外周
部分から被測定基板内に赤外線を導入し、被測定基板内
で多重反射した後に被測定基板から出射される赤外線を
検出し、検出した赤外線を分析することにより被測定基
板の表面に付着した汚染物を測定するので、被測定基板
を追加工することや、被測定基板上に配置したプリズム
などを介して赤外線を基板内部に入射する必要がない。
これにより、赤外線分光法により半導体基板の表面状態
を製造現場においてその場測定することができる。
しながら被測定基板の外周部分に赤外線を集光し、外周
部分から被測定基板内に赤外線を導入し、被測定基板内
で多重反射した後に被測定基板から出射される赤外線を
検出し、検出した赤外線を分析することにより被測定基
板の表面に付着した汚染物を測定するので、被測定基板
を追加工することや、被測定基板上に配置したプリズム
などを介して赤外線を基板内部に入射する必要がない。
これにより、赤外線分光法により半導体基板の表面状態
を製造現場においてその場測定することができる。
【０２９４】また、赤外線の入射角度を掃引することに
より、赤外線光路上の被測定基板の領域を連続的に検査
することができる。これにより、検出感度を大幅に向上
することができる。
より、赤外線光路上の被測定基板の領域を連続的に検査
することができる。これにより、検出感度を大幅に向上
することができる。
【０２９５】また、被測定基板内で多重反射した後に被
測定基板から出射された特定の汚染物の分子振動に対応
する波長域の赤外線を選択的に検出し、検出された赤外
線の強度に基づいて被測定基板の表面に付着した特定の
汚染物の量を算出することにより、赤外線の分光装置を
設けることなく汚染物質の付着量を測定できるので、装
置構成を簡便且つ低廉にすることができる。
測定基板から出射された特定の汚染物の分子振動に対応
する波長域の赤外線を選択的に検出し、検出された赤外
線の強度に基づいて被測定基板の表面に付着した特定の
汚染物の量を算出することにより、赤外線の分光装置を
設けることなく汚染物質の付着量を測定できるので、装
置構成を簡便且つ低廉にすることができる。
【０２９６】また、被測定基板内で多重反射した後に被
測定基板から出射される赤外線の強度を検出し、検出し
た赤外線の強度と基準強度とを比較することにより、簡
便な装置構成により、製造現場で容易に被測定基板の良
否判定を行うことができる。
測定基板から出射される赤外線の強度を検出し、検出し
た赤外線の強度と基準強度とを比較することにより、簡
便な装置構成により、製造現場で容易に被測定基板の良
否判定を行うことができる。
【図１】本発明の第１実施形態による表面状態測定装置
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１及び第２実施形態による表面状態
測定装置における赤外光源を示す概略断面図である。
測定装置における赤外光源を示す概略断面図である。
【図３】凹面鏡を用いて被測定基板の外周に沿って赤外
線を集光する方法を説明する図である。
線を集光する方法を説明する図である。
【図４】シリンドリカルレンズ又はスリットを用いて被
測定基板の外周に沿って赤外線を集光する方法を説明す
る図である。
測定基板の外周に沿って赤外線を集光する方法を説明す
る図である。
【図５】シリコン基板内部から空気中に赤外線を出射す
る際のエネルギー反射率の入射角度依存性を示すグラフ
である。
る際のエネルギー反射率の入射角度依存性を示すグラフ
である。
【図６】ＳＥＭＩ標準規格による３００ｍｍウェーハの
形状を示す図である。
形状を示す図である。
【図７】ＳＥＭＩ標準規格による３００ｍｍウェーハの
周縁部の形状を示す図である。
周縁部の形状を示す図である。
【図８】本発明の第１及び第２実施形態による表面状態
測定方法及び装置における被測定基板への赤外線の入射
角度の設定方法を説明する図である。
測定方法及び装置における被測定基板への赤外線の入射
角度の設定方法を説明する図である。
【図９】赤外線の入射角度を固定した場合の課題を説明
する概念図である。
する概念図である。
【図１０】赤外線の入射角度を掃引する利点を説明する
概念図である。
概念図である。
【図１１】３００ｍｍウェーハの内部多重反射スペクト
ルを示すグラフである。
ルを示すグラフである。
【図１２】被測定基板の内部多重反射から得られた吸光
度スペクトルを示すグラフである。
度スペクトルを示すグラフである。
【図１３】吸光度スペクトルと汚染物質の付着量との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図１４】吸光度と汚染物質の付着量との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図１５】吸光度と内部多重反射回数との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図１６】本発明の第２実施形態による表面状態測定装
置を示す概略断面図である。
置を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態による表面状態測定方
法及び装置での被測定基板と赤外線との関係を示す模式
的な断面図である。
法及び装置での被測定基板と赤外線との関係を示す模式
的な断面図である。
【図１８】空気中からシリコン内に光線が入射した状態
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図１９】赤外線の入射角とエネルギー反射率との関係
を示す特性図である。
を示す特性図である。
【図２０】赤外線の入射位置が適正でない状態を示す模
式的な断面図である。
式的な断面図である。
【図２１】シリコンウェーハの内部で赤外線が反射され
る状態を示す模式図である。
る状態を示す模式図である。
【図２２】被測定基板と赤外線との関係を示す模式的な
断面図である。
断面図である。
【図２３】赤外線の入射位置が適正でない場合を示す模
式的な断面図である。
式的な断面図である。
【図２４】本発明の第４実施形態による第１の赤外光源
の構造を示す概略図である。
の構造を示す概略図である。
【図２５】図２４の赤外光源の動作を説明する図であ
る。
る。
【図２６】本発明の第４実施形態による第２の赤外光源
の構造を示す概略図である。
の構造を示す概略図である。
【図２７】図２６の赤外光源の動作を説明する図であ
る。
る。
【図２８】本発明の第５実施形態による赤外線集光手段
の構造を示す概略図である。
の構造を示す概略図である。
【図２９】図２８の赤外線集光手段の動作を説明する図
である。
である。
【図３０】本発明の第５実施形態による赤外線集光手段
の効果を説明する図である。
の効果を説明する図である。
【図３１】被測定基板中に入射される赤外線の光路を説
明する図である。
明する図である。
【図３２】図１の表面状態測定装置における被測定基板
と赤外線集光手段との位置と赤外線光路の関係を示す図
である。
と赤外線集光手段との位置と赤外線光路の関係を示す図
である。
【図３３】本発明の第６実施形態による赤外線集光手段
の構造を示す概略図である。
の構造を示す概略図である。
【図３４】図３３の赤外線集光手段の動作を説明する図
である。
である。
【図３５】本発明の第７実施形態による赤外線集光手段
の構造を示す概略図である。
の構造を示す概略図である。
【図３６】図３５の表面状態測定装置における被測定基
板と赤外線集光手段との位置と赤外線光路の関係を示す
図である。
板と赤外線集光手段との位置と赤外線光路の関係を示す
図である。
【図３７】検出反射鏡の配置方法と赤外線検出器への赤
外線の入射角との関係を示す図である。
外線の入射角との関係を示す図である。
【図３８】検出反射鏡の配置方法と赤外線の伝搬方向と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図３９】本発明の第８実施形態による表面状態測定方
法及び装置を説明する概略図である。
法及び装置を説明する概略図である。
【図４０】本発明の第８実施形態による他の表面状態測
定方法及び装置を説明する概略図である。
定方法及び装置を説明する概略図である。
【図４１】従来の表面状態測定方法及び装置を説明する
図である。
図である。
３、４…盤面 ６、７…端面（傾斜部） １０…基板搭載台 １２…被測定基板 １４…傾斜部 １６…基板搭載台制御装置 ２０…赤外光源 ２２…光源位置調整装置 ２４…光源 ２６…後方反射板 ２８…前方反射板 ３０…赤外線集光手段 ３２…反射板 ３４…凹面鏡 ３６…シリンドリカルレンズ ３８…スリット ４０…赤外線集光手段 ４２…凹面鏡 ４４…反射板 ５０…赤外線検出器 ５２…分光器 ６０…制御・解析用コンピュータ ７０…表示装置 ７２…反射鏡 ７４…ハーフミラー ８０…入射角コントローラ ８２…楕円鏡 ８４…球面鏡 ８６…入射孔 ８８…スリット ９０…球面鏡 ９２…楕円鏡 ９４…スリット ９６…検出反射鏡 １０２…被測定基板 １０４…赤外光源 １０６…プリズム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 21/35 Ｇ０１Ｎ 21/35 Ｚ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ (72)発明者 吉田 春雄 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内 (72)発明者 遠藤 礼暁 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内 (72)発明者 庭野 道夫 宮城県仙台市泉区住吉台東３丁目18番12号 (72)発明者 宮本 信雄 宮城県仙台市青葉区桜ヶ丘７丁目26番15号 (72)発明者 前田 泰宏 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内
Claims (30)
- 【請求項１】 赤外光源から発せられた赤外線を、被測
定基板の外周部分に集光して前記被測定基板内に導入す
る第１の赤外線集光手段と、 前記第１の赤外線集光手段により集光される赤外線の前
記被測定基板への入射角度を所定値に固定し又は可変制
御する入射角度制御手段と、 前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測定基板か
ら出射する赤外線を集光する第２の赤外線集光手段と、 前記第２の赤外線集光手段により集光された赤外線を検
出する赤外線検出手段と、 前記赤外線検出手段により検出された赤外線を分析し、
前記被測定基板の表面に付着した汚染物を測定する赤外
線分析手段とを有することを特徴とする表面状態測定装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の表面状態測定装置におい
て、 前記入射角度制御手段は、前記被測定基板内部における
赤外線の反射角度が全反射臨界角以下になるように、前
記被測定基板への赤外線の入射角度を制御することを特
徴とする表面状態測定装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の表面状態測定装置
において、 前記入射角度制御手段は、前記被測定基板への赤外線入
射時における赤外線のエネルギー反射率が所定値以下と
なるように前記被測定基板への赤外線の入射角度を制御
することを特徴とする表面状態測定装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
表面状態測定装置において、 前記赤外線分析手段は、フーリエ変換分光法に基づく分
光結果から前記汚染物を同定することを特徴とする表面
状態測定装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
表面状態測定装置において、 前記赤外線分析手段は、回折格子による赤外分光法に基
づく分光結果から前記汚染物を同定することを特徴とす
る表面状態測定装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
表面状態測定装置において、 前記被測定基板は、前記外周部分に、前記被測定基板の
一対の表面と外周面とにより構成される角部が面取りさ
れてなる一対の傾斜部を有し、 前記第１の赤外線集光手段は、前記被測定基板の一対の
前記傾斜部の一方又は双方に赤外線を集光することを特
徴とする表面状態測定装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載に
表面状態測定装置において、 前記被処理基板を支持し、前記被処理基板に入射される
赤外線の位置を調整する位置制御機構と、前記被処理基
板を回転する回転機構とを有する基板搭載台を更に有す
ることを特徴とする表面状態測定装置。 - 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
表面状態測定装置において、 前記第１の赤外線集光手段は、前記赤外光源より発せら
れた赤外線を、前記被測定基板の外周に沿った楕円状の
焦点に集光し、又は、円形の焦点に集光することを特徴
とする表面状態測定装置。 - 【請求項９】 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
表面状態測定装置において、 前記第１の赤外線集光手段は、球面鏡と、前記球面鏡の
焦点に一方の焦点が位置するように配置された楕円鏡と
を有し、 前記赤外光源は、前記楕円鏡の他方の焦点に位置するよ
うに配置されており、 前記第１の赤外線集光手段は、前記赤外光源から発せら
れた赤外線を、前記楕円鏡の前記他方の焦点に集光する
ことを特徴とする表面状態測定装置。 - 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１項に記載
の表面状態測定装置において、 前記第２の赤外線集光手段は、球面鏡と、前記球面鏡の
焦点に一方の焦点が位置するように配置された楕円鏡と
を有し、 前記被測定基板は、赤外線の出射端面が前記楕円鏡の他
方の焦点に位置するように配置されており、 前記第２の赤外線集光手段は、前記被測定基板から出射
された赤外線を、前記楕円鏡の前記他方の焦点に集光す
ることを特徴とする表面状態測定装置。 - 【請求項１１】 請求項１乃至９のいずれか１項に記載
の表面状態測定装置において、 前記第２の赤外線集光手段は、前記被測定基板側の間隔
が前記赤外線検出器側の間隔よりも狭くなるように対向
して設けられた一対の反射鏡を有することを特徴とする
表面状態測定装置。 - 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか１項に記
載の表面状態測定装置において、 前記被測定基板の赤外線入射端面と対向する端面側に、
前記被測定基板から出射された赤外線を反射して再度前
記被測定基板内部に導入する反射鏡を有することを特徴
とする表面状態測定装置。 - 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれか１項に記
載の表面状態測定装置において、 前記被測定基板は、一対の表面が略平行である両面研磨
基板であることを特徴とする表面状態測定装置。 - 【請求項１４】 請求項１乃至１３のいずれか１項に記
載の表面状態測定装置において、 前記赤外光源は、赤外線又は近赤外線を発する光源と、
前記光源から発せられた光を略平行光にする光学系を有
することを特徴とする表面状態測定装置。 - 【請求項１５】 請求項１乃至１４のいずれか１項に記
載の表面状態測定装置において、 前記被測定基板は、前記被測定基板内部における赤外線
の反射回数が３００回以上になる基板であることを特徴
とする表面状態測定装置。 - 【請求項１６】 請求項１乃至１５のいずれか１項に記
載の表面状態測定装置において、 前記被測定基板は、あるプロセスを行う前、あるプロセ
スを行った後、又はあるプロセス中のいずれかの状態に
ある基板であることを特徴とする表面状態測定装置。 - 【請求項１７】 入射角度を所定値に固定し又は変化し
ながら被測定基板の外周部分に赤外線を集光し、前記外
周部分から前記被測定基板内に赤外線を導入し、 前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測定基板か
ら出射される赤外線を検出し、 検出した赤外線を分析することにより前記被測定基板の
表面に付着した汚染物を測定することを特徴とする表面
状態測定方法。 - 【請求項１８】 入射角度を所定の範囲内で掃引しなが
ら被測定基板の外周部分に赤外線を集光し、前記外周部
分から前記被測定基板内に赤外線を導入し、 前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測定基板か
ら出射される赤外線を検出し、 検出した赤外線を分析することにより前記被測定基板の
表面に付着した汚染物を測定することを特徴とする表面
状態測定方法。 - 【請求項１９】 請求項１７又は１８記載の表面状態測
定方法において、 前記被測定基板から出射された赤外線をフーリエ変換分
光法により分光し、分光結果から前記汚染物を同定する
ことを特徴とする表面状態測定方法。 - 【請求項２０】 請求項１７又は１８記載の表面状態測
定方法において、 前記被測定基板から出射された赤外線を回折格子により
分光し、分光結果から前記汚染物を同定することを特徴
とする表面状態測定方法。 - 【請求項２１】 入射角度を所定値に固定し又は変化し
ながら被測定基板の外周部分に赤外線を集光し、前記外
周部分から前記被測定基板内に赤外線を導入し、 前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測定基板か
ら出射される赤外線を検出し、 検出した赤外線の強度と基準強度とを比較し、その結果
に基づいて前記被測定基板の良否判定を行うことを特徴
とする表面状態測定方法。 - 【請求項２２】 入射角度を所定値に固定し又は変化し
ながら被測定基板の外周部分に赤外線を集光し、前記外
周部分から前記被測定基板内に赤外線を導入し、 前記被測定基板内で多重反射した後に前記被測定基板か
ら出射された特定の汚染物の分子振動に対応する波長域
の赤外線を選択的に検出し、 検出された赤外線の強度に基づいて前記被測定基板の表
面に付着した前記特定の汚染物の量を算出することを特
徴とする表面状態測定方法。 - 【請求項２３】 請求項１７乃至２２のいずれか１項に
記載の表面状態測定方法において、 前記被測定基板内部における赤外線の反射角度が０°よ
り大きく全反射臨界角以下となる範囲で、前記被測定基
板に入射する赤外線の前記入射角度を制御することを特
徴とする表面状態測定方法。 - 【請求項２４】 請求項１７乃至２３のいずれか１項に
記載の表面状態測定方法において、 前記被測定基板への赤外線入射時における赤外線のエネ
ルギー反射率が所定値以下となる範囲で、前記被測定基
板に入射する赤外線の入射角度を制御することを特徴と
する表面状態測定方法。 - 【請求項２５】 請求項１７乃至２４のいずれか１項に
記載の表面状態測定方法において、 前記被測定基板の前記外周部分に設けられ、前記被測定
基板の一対の表面と外周面とにより構成される角部が面
取りされてなる一対の傾斜部の一方又は双方から前記被
測定基板内に赤外線を入射することを特徴とする表面状
態測定方法。 - 【請求項２６】 請求項１７乃至２５のいずれか１項に
記載の表面状態測定方法において、 前記被測定基板内に入射した赤外線を前記被測定基板内
で往復させ、赤外線の入射端面側から出射した赤外線を
検出することを特徴とする表面状態測定方法。 - 【請求項２７】 請求項１７乃至２６のいずれか１項に
記載の表面状態測定方法において、 前記被測定基板は、一対の表面が略平行である両面研磨
基板であることを特徴とする表面状態測定方法。 - 【請求項２８】 請求項１７乃至２７のいずれか１項に
記載の表面状態測定方法において、 前記被測定基板内部を多重反射したのちに検出される赤
外線量が最大となるように前記被測定基板を支持する基
板搭載台の位置を制御することを特徴とする表面状態測
定方法。 - 【請求項２９】 請求項１７乃至２８のいずれか１項に
記載の表面状態測定方法において、 前記被測定基板を回転しつつ複数回の測定を繰り返し、
前記被測定基板の略全面に渡って前記被測定基板の表面
を測定することを特徴とする表面状態測定方法。 - 【請求項３０】 請求項１７乃至２９のいずれか１項に
記載の表面状態測定方法において、 赤外線を楕円状の焦点又は円形の焦点に集光して前記被
測定基板に入射することを特徴とする表面状態測定方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9585399A JP3261362B2 (ja) | 1998-05-28 | 1999-04-02 | 表面状態測定方法及び装置 |
| US09/321,505 US6476393B1 (en) | 1998-05-28 | 1999-05-27 | Surface state monitoring method and apparatus |
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| JP14780298 | 1998-05-28 | ||
| JP10-147802 | 1998-06-04 | ||
| JP10-155829 | 1998-06-04 | ||
| JP15582998 | 1998-06-04 | ||
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|---|---|
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| JP (1) | JP3261362B2 (ja) |
| KR (1) | KR19990088623A (ja) |
| DE (1) | DE19924583B4 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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