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KR19990088623A - 표면상태측정방법및장치 - Google Patents

표면상태측정방법및장치 Download PDF

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KR19990088623A
KR19990088623A KR1019990019365A KR19990019365A KR19990088623A KR 19990088623 A KR19990088623 A KR 19990088623A KR 1019990019365 A KR1019990019365 A KR 1019990019365A KR 19990019365 A KR19990019365 A KR 19990019365A KR 19990088623 A KR19990088623 A KR 19990088623A
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KR
South Korea
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infrared
under measurement
infrared rays
measured
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KR1019990019365A
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요시다하루오
엔도미찌아끼
니와노미찌오
미야모또노부오
마에다야스히로
Original Assignee
가부시키가이샤 어드밴티스트
니와노 미찌오
미야모또 노부오
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Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 어드밴티스트, 니와노 미찌오, 미야모또 노부오 filed Critical 가부시키가이샤 어드밴티스트
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Abstract

본 발명은 반도체 기판등의 표면 상태를 측정하는 표면 상태 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 적외선 분광법에 따라 반도체 기판의 표면 상태를 제조 현장에서 인사이츄 측정(in-situ monitoring)할 수 있는 표면 상태 측정 방법 및 장치를 제공한다.
적외광원(20)으로부터 방사된 적외선을, 피측정 기판(12)의 외주부분에 집광하여 피측정 기판(12) 내로 도입하는 적외선 집광 수단(30)과, 적외선 집광 수단(30)에 의해 집광되는 적외선의 피측정 기판(12)에의 입사 각도를 소정치로 고정하거나 또는 가변 제어하는 입사 각도 제어 수단(80)과, 피측정 기판(12) 내에서 다중 반사한 후에 피측정 기판(12)으로부터 출사하는 적외선을 집광하는 적외선 집광 수단(40)과, 적외선 집광 수단(40)에 의해 집광된 적외선을 검출하는 적외선 검출 수단(50)과, 적외선 검출 수단(50)에 의해 검출된 적외선을 분석하고, 피측정 기판의 표면에 부착한 오염물을 측정하는 적외선 분석 수단(60)을 구비한다.

Description

표면 상태 측정 방법 및 장치{SURFACE STATE MONITORING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 적외선 분광법에 의해 반도체 기판의 표면 상태를 제조 현장에 있어서 인사이츄 측정(in-situ monitoring) 하는 표면 상태 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 기판의 표면 상태는, 반도체 장치의 제조 현장에 있어서의 여러가지 요청에 의해 정확하게 파악하는 것이 요구되고 있다.
예를 들면, DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 메모리 디바이스나 논리 디바이스 등의 반도체 집적 회로의 분야에서는, 소자의 집적도가 향상함에 따라서 제조시의 게이트 절연막의 막 두께가 얇게 되어, MOS(Metal Oxide Semiconductor) FET(Field Effect Transistor)의 동작 중의 전계(약 4×106V/㎝)를 절연하는 기능의 마진이 적은 설계로 되어 있다. 여기서, 게이트 절연막은 일반적으로 열산화법에 의해 형성되지만, 열산화법에 의해 게이트 절연막을 형성할 때에 금속 오염, 화학 오염, 유기 오염 등의 표면 오염이 존재하면, 형성되는 게이트 절연막의 절연 파괴를 유발할 우려가 있다. 유기 오염에 대해서는 게이트 절연막의 형성 후에 부착한 경우에도 절연성의 열화를 초래하는 것이 알려져 있다. 따라서, 원하는 값의 절연 내압을 갖는 게이트 절연막을 형성하기 위해서는, 반도체 기판의 표면 상태를 관리하는 것이 매우 중요해진다.
또한, 소자 구조를 형성하기 위한 패터닝 공정에는, 플라즈마 에칭 기술이 널리 이용되고 있다. 플라즈마 에칭의 과정은, 기상으로부터 수송되는 래디컬한 이온 등의 인플럭스(influx)와, 반도체 기판 표면으로부터의 아웃플럭스(outflux)의 흡착, 반응 및 이탈 과정 사이의 다이나믹한 밸런스에 의해 결정되어 있다. 따라서, 플라즈마 에칭 프로세스에 있어서, 반도체 기판 표면에 있어서의 흡착 상태, 화학 결합 상태, 반응층의 구조나 두께 등을 알 수 있는 것은, 바람직한 플라즈마 에칭 조건의 설정이나 플라즈마 에칭의 종점 검출을 위한 설정을 행하는 데에 있어서 유효하다.
또한, 최근의 반도체 장치에서는 소자의 미세화와 디바이스의 삼차원화가 진행하고 있고, 미세 영역 혹은 급경사를 가진 단차부에의 세정 용액의 침입이나 치환이 곤란하게 되어 있기 때문에, 미세화가 더욱 진행하는 금후의 전망으로서 드라이 세정 기술이 주목받고 있다. 예를 들면, 실리콘 기판 상의 유기물에 기인하는 부착물의 제거에는 오존 혹은 자외선 여기한 산소와의 반응이 유효하다. 산소 분자는 242㎚ 이하의 파장의 광으로 원자 상태 산소로 분해한다. 원자 상태 산소에 의해 부착 유기물은 산화되고, 증기압이 높은 H2O, O2, CO, CO2등으로 분해된다. 또한, 자외선 조사에 의해 C-C, C-H, C-O 등의 유기물의 결합을 해리할 수 있다. 따라서, 반도체 기판 표면의 상태를 알 수 있는 것은, 드라이 세정을 행할 때의 바람직한 조사광의 광량, 파장, 산소량 등의 파라메터를 제어하기 위해서도 매우 중요하다.
또한, 실리콘 기판의 표면에 형성되는 자연 산화막은, 막 두께 등의 제어가 불가능하기 때문에 디바이스에 이용하는 것은 불가능하다. 이 때문에, 디바이스를 구축할 때에는, 이 자연 산화막을 제거한 후, 실리콘 기판의 표면을 안정화하기 위해서 표면의 실리콘의 결합수를 수소에 의해 종단해 놓는 것이 바람직하다. 이것은, 500℃ 정도의 비교적 저온에서 수소를 이탈할 수 있기 때문이며, 그것에 계속되는 프로세스에의 영향이 비교적 적기 때문이다. UV 오존 세정과 불산 에칭된 실리콘 기판 표면의 실리콘 원자는 대부분이 수소에 의해 종단되고, Si=H2, Si-H가 형성된다. 따라서, 실리콘 기판 표면의 수소 종단의 상태나 수소 종단 제거의 온도 의존성 등을 측정할 수 있으면, 반도체 프로세스의 스타트 시에 있어서의 실리콘 기판 표면의 상태를 적절하게 유지할 수 있어, 보다 고품질, 고수율을 기대할 수 있다.
이와 같이, 반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서는, 반도체 기판의 표면 상태를 알 수 있는 것은 매우 중요하고, 종래에 있어서도 여러가지의 측정 방법이 제안되고, 일부에서 실용화되어 있다.
적외선을 이용한 반도체 기판 내부의 다중 반사에 의한 표면 상태를 측정하는 기술로서는, 예를 들면 미국의 퍼킨-엘머(Perkin-Elmer)사 등으로부터 전용의 FT-IR(적외 푸리에 분광) 장치로서 판매되고 있다. 또한, 그 응용 범위를 넓히기 위해서, 예를 들면 영국의 그래스비(Graseby Specac Limited)사 등으로부터 다양한 액세서리가 판매되고 있다.
이러한 장치를 이용한 종래의 표면 상태 측정 방법은, 예를 들면 도 41의 (a)에 도시한 바와 같이 피측정 기판(102)을 예를 들면 40㎜×10㎜의 단책형으로 절단하고, 적외광원(104)으로부터 방사된 적외선을 피측정 기판(102)을 투과시켜 기판 표면의 상태를 측정하거나, 혹은, 예를 들면 도 41의 (b)에 도시한 바와 같이 단부를 테이퍼형으로 가공한 피측정 기판(102)의 단부면으로부터 적외선을 입사하여 기판 내부에서 다중 반사시킴으로써 기판의 표면 상태를 측정하거나, 혹은, 예를 들면 도 41의 (c)에 도시한 바와 같이 피측정 기판(102)의 상부에 배치된 프리즘(106)을 통해 기판 내부에 적외선을 입사하여 기판 내부에서 다중 반사시킴으로써 기판의 표면 상태를 측정하는 것이었다.
기판 내부에 적외선을 입사하여 내부 다중 반사시킴으로써 기판의 표면 상태를 측정하는 기본 원리는, 기판 표면에서 광선이 반사할 때에 스며 나오는 광(에바네센트(evanescent)광)의 주파수 성분이 기판 표면의 유기 오염 물질의 분자 진동 주파수와 일치하고 있으면 공명 흡수되므로, 그 스펙트럼을 측정함으로써 유기 오염 물질의 종류와 양을 특정할 수 있는 것에 따른다. 또한, 내부 다중 반사하면서 기판 표면의 유기 오염 물질의 정보를 보다 정확하게 하는(신호 대 잡음비(S/N 비)를 향상시키는) 작용도 있다.
그러나, 이들 측정 방법은 피측정 대상 기판을 단책형으로 절단하거나, 기판에 추가공하거나, 혹은, 기판 상부에 프리즘을 배치할 필요가 있어, 반도체 장치의 제조 현장에 있어서의 인사이츄 측정에 사용하는 것은 불가능하였다.
또한, 반도체 기판의 유기 오염을 검출하는 측정 방법으로서는, 가열 이탈 GC/MS(Gas Chromatography/Mass Spectroscopy), APIMS(Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectroscopy), TDS(Thermal Desorption Spectroscopy) 등이 알려져 있다. 그러나, 이들 측정 방법은, 금후 전개가 예정되는 직경 300㎜을 초과하는 대형 기판을 직접 관찰할 수 없는 것, 진공 분위기가 필요한 것, 작업 처리량이 나쁜 것, 등의 이유에 의해 반도체 장치의 제조 현장에 있어서의 인사이츄 측정에 사용하기에는 적합하지 않았다.
이와 같이, 상기 종래의 표면 상태 측정 방법은 그 측정 방법이 파괴적인 검사이기 때문에, 반도체 장치의 제조 현장에 있어서의 인사이츄 측정에는 사용할 수 없거나, 혹은, 대형의 반도체 웨이퍼를 측정하기 위해서는 부적합하고, 반도체 장치의 제조 현장에 있어서의 인사이츄 관찰이나 대형 웨이퍼의 측정이 가능한 표면 상태 측정 방법 및 장치가 요구되고 있었다.
본 발명의 목적은, 내부 다중 반사형의 적외 분광법에 의해, 피측정 기판의 표면 상태를 제조 현장에 있어서 인사이츄 측정할 수 있는 표면 상태 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 적외광원으로부터 방사된 적외선을, 피측정 기판의 외주 부분에 집광하여 상기 피측정 기판 내에 도입하는 제1 적외선 집광 수단과, 상기 제1 적외선 집광 수단에 의해 집광되는 적외선의 상기 피측정 기판에의 입사 각도를 소정치로 고정하거나 또는 가변 제어하는 입사 각도 제어 수단과, 상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사하는 적외선을 집광하는 제2 적외선 집광 수단과, 상기 제2 적외선 집광 수단에 의해 집광된 적외선을 검출하는 적외선 검출 수단과, 상기 적외선 검출 수단에 의해 검출된 적외선을 분석하고, 상기 피측정 기판의 표면에 부착한 오염물을 측정하는 적외선 분석 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치에 의해 달성된다. 이와 같이 하여 표면 상태 측정 장치를 구성함으로써, 피측정 기판을 추가공하지 않고 측정하는 것이 가능하며, 또한, 피측정 기판 상에 배치한 프리즘 등을 통해 적외선을 기판 내부에 입사할 필요가 없으므로, 적외선 분광법에 의해 피측정 기판의 표면 상태를 제조 현장에 있어서 인사이츄 측정하기 위한 장치로서 적용할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 입사 각도 제어 수단은 상기 피측정 기판 내부에 있어서의 적외선의 반사 각도가 전반사 임계각 이하가 되도록, 상기 피측정 기판에의 적외선의 입사 각도를 제어하도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 입사 각도 제어 수단은 상기 피측정 기판에의 적외선 입사시에 있어서의 적외선의 에너지 반사율이 소정치 이하가 되도록 상기 피측정 기판에의 적외선의 입사 각도를 제어하도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 적외선 분석 수단은 푸리에 변환 분광법에 기초하는 분광 결과로부터 상기 오염물을 동정(同定)하도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 적외선 분석 수단은, 회절 격자에 의한 적외 분광법에 기초하는 분광 결과로부터 상기 오염물을 동정하도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 피측정 기판은 상기 외주 부분에, 상기 피측정 기판의 한쌍의 표면과 외주면에 의해 구성되는 각부가 모따기되어 이루어지는 한쌍의 경사부를 지니고, 상기 제1 적외선 집광 수단은 상기 피측정 기판의 한쌍의 상기 경사부의 한쪽 또는 쌍방에 적외선을 집광하도록 하여도 좋다. 피측정 기판에 미리 설치된 경사부를 이용하여 피측정 기판 내부에 적외선을 도입하므로, 피측정 기판을 추가공하는 등의 필요 없이 기판 내부에 고효율로 적외선을 도입할 수 있다. 또한, 한쌍의 경사부의 쌍방으로부터 적외선을 입사함으로써, 검출 감도를 향상할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 피처리 기판을 지지하고, 상기 피처리 기판에 입사되는 적외선의 위치를 조정하는 위치 제어 기구와, 상기 피처리 기판을 회전하는 회전 기구를 갖는 기판 탑재대를 더 갖도록 하여도 좋다. 이와 같이 하여 기판 탑재대를 구성함으로써, 피측정 기판의 정렬이 가능해짐과 동시에, 기판을 회전하면서 측정을 반복할 수 있으므로, 기판 전면에 걸쳐 표면 상태를 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 제1 적외선 집광 수단은 상기 적외광원으로부터 방사된 적외선을, 상기 피측정 기판의 외주에 따른 타원형의 촛점에 집광하거나, 또는 원형의 촛점에 집광하도록 하여도 좋다. 피측정 기판의 외주에 따른 타원형으로 적외선을 집광함으로써, 적외선의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 타원형으로 집광하는 경우와 비교하여 적외선의 이용 효율은 약간 뒤떨어지지만, 원형의 촛점에 집광함으로써도 피측정 기판 내부에 적외선을 도입할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 제1 적외선 집광 수단은 구면경과, 상기 구면경의 촛점에 한쪽의 촛점이 위치하도록 배치된 타원경을 지니고, 상기 적외광원은 상기 타원경의 다른쪽의 촛점에 위치하도록 배치되어 있고, 상기 제1 적외선 집광 수단은 상기 적외광원으로부터 방사된 적외선을, 상기 타원경의 상기 다른쪽의 촛점에 집광하도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 제2 적외선 집광 수단은 구면경과, 상기 구면경의 촛점에 한쪽의 촛점이 위치하도록 배치된 타원경을 지니고, 상기 피측정 기판은 적외선의 출사 단부면이 상기 타원경의 다른쪽의 촛점에 위치하도록 배치되어 있고, 상기 제2 적외선 집광 수단은 상기 피측정 기판으로부터 출사된 적외선을, 상기 타원경의 상기 다른쪽의 촛점에 집광하도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 제2 적외선 집광 수단은 상기 피측정 기판측의 간격이 상기 적외선 검출기측의 간격보다도 좁게 되도록 대향하여 설치된 한쌍의 반사경을 갖도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 피측정 기판의 적외선 입사 단부면과 대향하는 단부면측에, 상기 피측정 기판으로부터 출사된 적외선을 반사하여 재차 상기 피측정 기판 내부에 도입하는 반사경을 갖도록 하여도 좋다. 이에 따라, 피측정 기판 내부를 전파하는 적외선의 광로 길이를 길게 할 수 있으므로, 검출 감도를 향상할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 피측정 기판은 한쌍의 표면이 대략 평행한 양면 연마 기판이도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 적외광원은 적외선 또는근적외선을 발하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사된 광을 대략 평행광으로 하는 광학계를 갖도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 피측정 기판은 상기 피측정 기판 내부에 있어서의 적외선의 반사 횟수가 300회 이상으로 되는 기판인 것이 바람직하다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 장치에 있어서, 상기 피측정 기판은 어떤 프로세스를 행하기 전, 어떤 프로세스를 행한 후, 또는 어떤 프로세스 중 어느 한 상태에 있는 기판인 것이 바람직하다.
또한, 상기 목적은, 입사 각도를 소정치로 고정하거나 또는 변화하면서 피측정 기판의 외주 부분에 적외선을 집광하고, 상기 외주 부분으로부터 상기 피측정 기판 내에 적외선을 도입하고, 상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사되는 적외선을 검출하고, 검출한 적외선을 분석함으로써 상기 피측정 기판의 표면에 부착한 오염물을 측정하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법에 의해서도 달성된다. 이와 같이 하여 피측정 기판의 표면 상태를 측정함으로써, 피측정 기판을 추가공하는 것이나, 피측정 기판 상에 배치한 프리즘 등을 통해 적외선을 기판 내부에 입사할 필요가 없으므로, 적외선 분광법에 의해 반도체 기판의 표면 상태를 제조 현장에 있어서 인사이츄 측정할 수 있다.
또한, 상기 목적은, 입사 각도를 소정의 범위 내에서 소인하면서 피측정 기판의 외주 부분에 적외선을 집광하고, 상기 외주 부분으로부터 상기 피측정 기판 내에 적외선을 도입하고, 상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사되는 적외선을 검출하고, 검출한 적외선을 분석함으로써 상기 피측정 기판의 표면에 부착한 오염물을 측정하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법에 의해서도 달성된다. 이와 같이 하여 피측정 기판의 표면 상태를 측정함으로써, 피측정 기판을 추가공하는 것이나, 피측정 기판 상에 배치한 프리즘 등을 통해 적외선을 기판 내부에 입사할 필요가 없으므로, 적외선 분광법에 의해 반도체 기판의 표면 상태를 제조 현장에서 인사이츄 측정할 수 있다. 또한, 적외선의 입사 각도를 소인(掃引)함으로써, 적외선 광로 상의 피측정 기판의 영역을 연속적으로 검사할 수 있다. 이에 따라, 검출 감도를 대폭 향상할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 기판으로부터 출사된 적외선을 푸리에 변환 분광법에 의해 분광하고, 분광 결과로부터 상기 오염물을 동정하도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 기판으로부터 출사된 적외선을 회절 격자에 의해 분광하고, 분광 결과로부터 상기 오염물을 동정하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 목적은, 입사 각도를 소정치로 고정하거나 또는 변화하면서 피측정 기판의 외주 부분에 적외선을 집광하고, 상기 외주 부분으로부터 상기 피측정 기판 내에 적외선을 도입하고, 상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사되는 적외선을 검출하고, 검출한 적외선의 강도와 기준 강도를 비교하여, 그 결과에 기초하여 상기 피측정 기판의 양부 판정을 행하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법에 의해서도 달성된다. 이와 같이 하여 피측정 기판의 표면 상태를 측정함으로써, 피측정 기판을 추가공하는 것이나 피측정 기판 상에 배치한 프리즘 등을 통해 적외선을 기판 내부에 입사하지 않고, 또한, 적외선의 분광 장치를 설치하지 않고, 반도체 기판의 표면 상태를 제조 현장에 있어서 인사이츄 측정할 수 있다. 이에 따라, 간편한 장치 구성에 의해 피측정 기판의 양부 판정을 행할 수 있다.
또한, 상기 목적은 입사 각도를 소정치로 고정하거나 또는 변화하면서 피측정 기판의 외주 부분에 적외선을 집광하고, 상기 외주 부분으로부터 상기 피측정 기판 내에 적외선을 도입하고, 상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사된 특정한 오염물의 분자 진동에 대응하는 파장 영역의 적외선을 선택적으로 검출하고, 검출된 적외선의 강도에 기초하여 상기 피측정 기판의 표면에 부착한 상기 특정한 오염물의 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법에 의해서도 달성된다. 이와 같이 하여 피측정 기판의 표면 상태를 측정함으로써 피측정 기판을 추가공하는 것이나, 피측정 기판 상에 배치한 프리즘 등을 통해 적외선을 기판 내부에 입사할 필요가 없으므로, 반도체 기판의 표면 상태를 제조 현장에 있어서 인사이츄 측정할 수 있다. 또한, 적외선의 분광 장치를 설치하지 않고 오염 물질의 부착량을 측정할 수 있으므로, 장치 구성을 간단하면서도 저렴하게 할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 기판 내부에 있어서의 적외선의 반사 각도가 0°보다 크고 전반사 임계각 이하로 되는 범위에서, 상기 피측정 기판에 입사하는 적외선의 상기 입사 각도를 제어하도록 하여도 좋다. 이렇게 함으로써, 적외선의 내부 다중 반사 시의 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 기판에의 적외선 입사 시에 있어서의 적외선의 에너지 반사율이 소정치 이하로 되는 범위에서, 상기 피측정 기판에 입사하는 적외선의 입사 각도를 제어하도록 하여도 좋다. 이렇게 함으로써, 적외선의 이용 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 기판의 상기 외주 부분에 설치되고, 상기 피측정 기판의 한쌍의 표면과 외주면에 의해 구성되는 각부가 모따기되어 이루어지는 한쌍의 경사부의 한쪽 또는 쌍방으로부터 상기 피측정 기판 내에 적외선을 입사하도록 하여도 좋다. 피측정 기판에 미리 설치된 경사부를 이용하여 피측정 기판 내부에 적외선을 도입함으로써, 피측정 기판을 추가공하는 등의 필요 없이 기판 내부에 고효율로 적외선을 도입할 수 있다. 또한, 한쌍의 경사부의 쌍방으로부터 적외선을 입사함으로써 검출 감도를 향상할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 기판 내에 입사한 적외선을 상기 피측정 기판 내에서 왕복시키고, 적외선의 입사 단부면측으로부터 출사한 적외선을 검출하도록 하여도 좋다. 이에 따라, 피측정 기판 내부를 전파하는 적외선의 광로 길이를 길게 할 수 있으므로, 검출 감도를 향상할 수 있다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 기판은 한쌍의 표면이 대략 평행한 양면 연마 기판인 것이 바람직하다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 기판 내부를 다중 반사한 후에 검출되는 적외선량이 최대가 되도록 상기 피측정 기판을 지지하는 기판 탑재대의 위치를 제어하도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 기판을 회전하면서 복수회의 측정을 반복하고, 상기 피측정 기판의 대략 전면에 걸쳐 상기 피측정 기판의 표면을 측정하도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 표면 상태 측정 방법에 있어서, 적외선을 타원형의 촛점 또는 원형의 촛점에 집광하여 상기 피측정 기판에 입사하도록 하여도 좋다. 피측정 기판의 외주에 따른 타원형으로 적외선을 집광함으로써, 적외선의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 타원형으로 집광하는 경우와 비교하여 적외선의 이용 효율은 약간 뒤떨어지지만, 원형의 촛점에 집광함으로써도 피측정 기판 내부에 적외선을 도입할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치를 나타내는 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치에서의 적외광원을 나타내는 개략 단면도.
도 3은 요면경(凹面鏡)을 이용하여 피측정 기판의 외주를 따라 적외선을 집광하는 방법을 설명하는 도면.
도 4는 원통형 렌즈 또는 슬릿을 이용하여 피측정 기판의 외주를 따라 적외선을 집광하는 방법을 설명하는 도면.
도 5는 실리콘 기판 내부에서 공기 중으로 적외선을 출사할 때의 에너지 반사율의 입사 각도 의존성을 나타내는 그래프.
도 6은 SEMI 표준 규격에 따른 300㎜ 웨이퍼의 형상을 나타내는 도면.
도 7은 SEMI 표준 규격에 따른 300㎜ 웨이퍼의 주연부의 형상을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에서의 피측정 기판으로의 적외선의 입사 각도의 설정 방법을 설명하는 도면.
도 9는 적외선의 입사 각도를 고정한 경우의 과제를 설명하는 개념도.
도 10은 적외선의 입사 각도를 소인하는 이점을 설명하는 개념도.
도 11은 300㎜ 웨이퍼의 내부 다중 반사 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 12는 피측정 기판의 내부 다중 반사로부터 얻어진 흡광도 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 13은 흡광도 스펙트럼과 오염 물질의 부착량과의 관계를 나타내는 그래프.
도 14는 흡광도와 오염 물질의 부착량과의 관계를 나타내는 그래프.
도 15는 흡광도와 내부 다중 반사 횟수와의 관계를 나타내는 그래프.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치를 나타내는 개략 단면도.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에서의 피측정 기판과 적외선과의 관계를 나타내는 모식적인 단면도.
도 18은 공기 속에서 실리콘 내에 광선이 입사한 상태를 나타내는 모식도.
도 19는 적외선의 입사각과 에너지 반사율과의 관계를 나타내는 특성도.
도 20은 적외선의 입사 위치가 적정이 아닌 상태를 나타내는 모식적인 단면도.
도 21은 실리콘 웨이퍼의 내부에서 적외선이 반사되는 상태를 나타내는 모식도.
도 22는 피측정 기판과 적외선과의 관계를 나타내는 모식적인 단면도.
도 23은 적외선의 입사 위치가 적정이 아닌 경우를 나타내는 모식적인 단면도.
도 24는 본 발명의 제4 실시예에 따른 제1 적외광원의 구조를 나타내는 개략도.
도 25는 도 24의 적외광원의 동작을 설명하는 도면.
도 26은 본 발명의 제4 실시예에 따른 제2 적외광원의 구조를 나타내는 개략도.
도 27은 도 26의 적외광원의 동작을 설명하는 도면.
도 28은 본 발명의 제5 실시예에 따른 적외선 집광 수단의 구조를 나타내는 개략도.
도 29는 도 28의 적외선 집광 수단의 동작을 설명하는 도면.
도 30은 본 발명의 제5 실시예에 따른 적외선 집광 수단의 효과를 설명하는 도면.
도 31은 피측정 기판중에 입사되는 적외선의 광로를 설명하는 도면.
도 32는 도 1의 표면 상태 측정 장치에서의 피측정 기판과 적외선 집광 수단과의 위치와 적외선 광로의 관계를 나타내는 도면.
도 33은 본 발명의 제6 실시예에 따른 적외선 집광 수단의 구조를 나타내는 개략도.
도 34는 도 33의 적외선 집광 수단의 동작을 설명하는 도면.
도 35는 본 발명의 제7 실시예에 따른 적외선 집광 수단의 구조를 나타내는 개략도.
도 36은 도 35의 표면 상태 측정 장치에서의 피측정 기판과 적외선 집광 수단과의 위치와 적외선 광로의 관계를 나타내는 도면.
도 37은 검출 반사경의 배치 방법과 적외선 검출기에의 적외선의 입사각과의 관계를 나타내는 도면.
도 38은 검출 반사경의 배치 방법과 적외선의 전파 방향과의 관계를 나타내는 도면.
도 39는 본 발명의 제8 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치를 설명하는 개략도.
도 40은 본 발명의 제8 실시예에 따른 다른 표면 상태 측정 방법 및 장치를 설명하는 개략도.
도 41은 종래의 표면 상태 측정 방법 및 장치를 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3, 4 : 기판면
6, 7 : 단부면(경사부)
10 : 기판 탑재대
12 : 피측정 기판
14 : 경사부
16 : 기판 탑재대 제어 장치
20, 104 : 적외광원
22 : 광원 위치 조정 장치
24 : 광원
26 : 후방 반사판
28 : 전방 반사판
30, 40 : 적외선 집광 수단
32, 44 : 반사판
34, 42 : 요면경
36 : 원통형 렌즈
38, 88, 94 : 슬릿
50 : 적외선 검출기
52 : 분광기
60 : 제어 해석용 컴퓨터
70 : 표시 장치
72 : 반사경
74 : 하프 미러
80 : 입사각 컨트롤러
82, 92 : 타원경
84, 90 : 구면경
86 : 입사 구멍
96 : 검출 반사경
102 : 피측정 기판
106 : 프리즘
[제1 실시예]
본 발명의 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 대해 도 1 내지 도 15를 이용하여 설명한다.
〔1〕장치의 전체 구성
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치에 대해 도 1 내지 도 10을 이용하여 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치를 설명하는 개략도, 도 2는 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치에 있어서의 적외광원을 나타낸 개략 단면도, 도 3은 오목면 거울을 이용하여 피측정 기판의 외주에 따라서 적외선을 집광하는 방법을 설명하는 도면, 도 4는 원통형 렌즈 또는 슬릿을 이용하여 피측정 기판의 외주에 따라서 적외선을 집광하는 방법을 설명하는 도면, 도 5는 실리콘 기판 내부로부터 공기 중에 적외선을 출사할 때의 에너지 반사율의 입사 각도 의존성을 나타낸 그래프, 도 6 및 도 7은 SEMI 표준 규격에 의한 300㎜ 웨이퍼의 형상을 나타낸 도면, 도 8은 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 있어서의 피측정 기판에의 적외선의 입사 각도의 설정 방법을 설명한 도면, 도 9는 적외선의 입사 각도를 고정한 경우의 과제를 설명하는 개념도, 도 10은 적외선의 입사 각도를 소인하는 이점을 설명한 개념도이다.
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 피측정 기판(12)을 장착 설치하는 기판 탑재대(10)와, 적외선을 발하는 적외광원(20)과, 적외광원(20)으로부터 방사된 적외선을 소정의 형상으로 집광하여 피측정 기판(12)에 입사하기 위한 적외선 집광 수단(30)과, 피측정 기판(12) 내부를 다중 반사한 후에 피측정 기판(12)으로부터 출사되는 적외선을 집광하여 적외선 검출기(50)에 입사하기 위한 적외선 집광 수단(40)과, 적외선 집광 수단(40)으로부터 방사된 적외선을 검출하는 적외선 검출기(50)를 갖는다.
그리고, 적외광원(20)은 광원 위치 조정 장치(22)를 통해 제어 해석용 컴퓨터(60)에 접속되어 있다. 또한, 기판 탑재대(10)는 기판 탑재대 제어 장치(16)를 통해 제어 해석용 컴퓨터(60)에 접속되어 있다. 이렇게 해서, 기판 탑재대(10) 상에 적재된 피측정 기판(12)의 소정 위치에 적외선을 조사하도록 되어 있다.
적외선 집광 수단(30)은 입사각 컨트롤러(80)를 통해 제어 해석용 컴퓨터(60)에 접속되어 있다. 이렇게 해서, 적외선 집광 수단(30)에 의해 피측정 기판(12)에 입사된 적외선의 입사 각도를, 소정치로 고정하고, 변화하거나, 혹은 소인하도록 되어 있다.
적외선 집광 수단(40)에 의해 집광된 적외선은 분광기(52)를 통해 적외선 검출기(50)에 도입되도록 되어 있다. 적외선 검출기(50)는 제어 해석용 컴퓨터(60)가 접속되어 있고, 적외선 검출기(50)에 의해 얻어진 검출 신호를 기초하여 피측정 기판(12)의 표면 상태를 해석할 수 있도록 되어 있다. 제어 해석용 컴퓨터(60)에는 표시 장치(70)가 접속되어 있고, 제어 해석용 컴퓨터(60)에 의해 해석된 검출 신호 해석 결과나 데이타 베이스 검색 결과를 표시하도록 되어 있다.
또한, 적외선 검출기(50)의 광로 및 피측정계의 적외선 광로에는, 유기 분자와 중첩되는 스펙트럼을 갖는 공기 중의 이산화탄소(CO2)를 제거하는 수단(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치는 적외선 검출기와, 적외선 검출기로 유도하는 수단과, 적외선 검출기에 의한 검출 결과로부터 물질종을 동정하기 위한 데이타 베이스, 및, 보조 수단으로서 유기 분자와 중첩되는 스펙트럼을 갖는 공기 중의 이산화탄소를 적외선 검출기의 광로 및 피측정계의 적외선 광로로부터 제거하는 수단에 대해서는 종래와 마찬가지이다.
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치가 종래의 장치와 다른 것은, 적외선을 발하는 적외광원(20)과, 적외광학계에 의해 그 적외선을 효율적이고, 또한, 피측정 기판(12)의 외주에 따른 형태 혹은 피측정 기판(12)의 외주 상의 한점에 집광하고, 피측정 기판(12)에 입사하는 광학계(적외선 집광 수단 30)와, 기판의 내부를 다중 반사한 후, 입사점과 대칭인 점으로부터 출사한 적외선을 다시 집광하고, 적외선 검출기로 유도하는 광학계(적외선 집광 수단 40)를 갖는다는 점이다.
이와 같이 광학계를 구성함으로써, 피측정 기판(12)에 화학 에칭이나 단부면 가공 등의 추가공을 하지 않고, 또한, 피측정 기판(12) 상부에 배치한 프리즘을 통해 기판 내부에 적외선을 도입하지 않고 피측정 기판(12) 상의 유기 오염, 화학 오염을 인사이츄 검출 혹은 측정할 수 있다.
또한, 수반적인 기능으로서 피측정 기판(12)에 입사하는 적외선의 입사 각도를 제어하는 제어계(입사 각도 컨트롤러 80)를 설치함으로써, 피측정 기판(12) 상의 유기 오염, 화학 오염의 검출 감도를 대폭 향상할 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치의 각 구성 부분에 대해 각각 상술한다. 또, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치에, 후술의 제3 내지 제8 실시예에 나타나는 여러가지의 구성 요소를 임의로 조합하여 구성하여도 좋다.
(a) 적외광원(20)
적외광원(20)은 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이, 적외선을 발생하기 위한 광원(24)과, 후방 반사판(26)과, 전방 반사판(28)으로 구성된다.
광원(24)으로서는, 유기 분자의 분자 진동에 대응하는 2∼25㎛ 대역의 적외선을 적용할 수 있다. 예를 들면, 필라멘트로서의 탄화 실리콘(SiC)에 전류를 인가하여 발하는 열선을 광원(24)으로서 이용할 수 있다. SiC 글로버(Globar) 램프등의 SiC를 이용한 광원은 1.1∼25㎛ 대역의 적외선을 발하고, 또한, 공기 중에서 노출하여 사용해도 타버리는 일이 없다고 하는 특징이 있다.
측정용의 광원으로서 적외선을 이용하는 것은 적외선이 원래 X선, 감마선, 가속 전자선, 가속 이온선 등에 비교하면 에너지 레벨이 낮기 때문에, 검사 대상물에 조사할 때에 상기 검사 대상물에 손상을 줄 확률이 매우 낮다는 것에 있다. 제조 과정에 있는 고집적 반도체 장치와 같은 매우 미세한 검사 대상에 대해 상대를 손상하지 않는 프로브선 소스(probe beam source)로서 적외선이 선택되는 이유의 하나이다.
또한, 적외선을 이용하는 가장 중요한 이유는, 검출하고자 하는 유기 오염 물질 혹은 화학 오염 물질의 분자 진동의 진동수 대역이 대부분 적외선의 진동수 대역에 있는 것이다.
후방 반사판(26) 및 전방 반사판(28)은 적외광원으로서, 일정 전류 인가 상태 그대로 유효 적외선 광량의 효율을 올리기 위한 것이다. 후방 반사판(26) 및 전방 반사판(28)의 표면은 적외선을 유효하게 반사하는 재질, 예를 들면 알루미늄 등에 의해 코팅되어 있다.
후방 반사판(26)은 포물면(parabolic)을 이루는 반사판으로 구성되며, 그 포물면의 촛점에 광원(24)이 위치하도록 배치되어 있다. 이에 따라, 광원(24)으로부터 방사된 광을 대략 평행광으로 변환할 수 있다.
전방 반사판(28)은 측정에는 불필요한 미광을 발생시키지 않을 목적으로 설치되어 있는 것으로, 후방 반사판(26)과 마찬가지로 포물면을 이루는 반사판에 의해 구성되어 있다. 전방 반사판(28)에는, 측정에 필요한 적외선만을 출사하기 위한 출사창이 설치되어 있다.
이와 같이 전방 반사판(28)을 설치함으로써, 측정에 불필요한 적외선은 전방반사판(28)에 의해 반사되므로, 미광의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 전방 반사판(28)에 의해 반사된 적외광은 다시 후방 반사판(26)에 의해 반사되어 유효한 평행광이 되는 성분도 있다. 따라서, 유효 적외선 광량의 증가에도 기여할 수 있다.
후방 반사판(26) 및 전방 반사판(28)의 다른 구성예는, 후술의 제4 실시예에 나타낸다.
또, 적외선의 출사창에 적외선 투과 재질을 사용한 방폭형의 적외 광원으로하여도 좋다. 특히, 측정계에 가연성의 가스를 도입할 필요가 있는 경우에 유효하다. 또한, 전방 반사판(28)은 반드시 필요하지 않다.
(b) 적외선 집광 수단(30)
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치에서는, 피측정 기판(12)의 외주 부분으로부터 적외선을 기판 내부에 도입한다. 이 때문에, 적외광원(20)으로부터 방사된 적외선을 어떻게 집광하여 기판에 조사할지가, 적외선의 기판에의 입사 효율을 향상하는 데에 있어서 중요하다.
적외선의 집광 형상은, 기판의 외주에 따른 타원형의 촛점으로 하는 것이 바람직하다. 타원형의 촛점을 연결하는 것으로서는, 의도적으로 렌즈계의 수차를 이용하는 수법이 있다. 렌즈계의 코마 수차 혹은 왜곡을 이용하여 가늘고 긴 촛점을 형성할 수 있다. 또한, X방향과 Y방향이 다른 크기의 촛점 거리를 갖고, X방향의 촛점 거리가 Y방향의 촛점 거리보다도 큰 오목면 거울(34)을 가정하면, 이 오목면 거울(34)은 일종의 수차를 갖기 때문에, 이 오목면 거울(34)의 중심에 광원(20)을 설치하면, 피측정 기판(12)의 외주부에 타원형의 촛점을 연결할 수 있다(도 3의 (a) 참조). 또한, 도 3의 (a)의 오목면 거울(34)에 평행 광선을 입사하면, 반사된 적외선은 길이축 방향(X방향)의 촛점을 기판 아래쪽에 있어서, 단축 방향(Y방향)의 촛점을 기판 외주부에 있어서 연결할 수 있다(도 3의 (b) 참조).
본 실시예에 따른 적외선 집광 수단(30)은 후자의 원리를 이용한 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 적외선 집광 수단(30)을 반사판(32)과 오목면 거울(34)에 의해 구성하고, 반사판(32)에 의해 반사된 적외선을 적외선에 대해 기울여 배치한 오목면 거울(34)에 의해 반사함으로써, 마찬가지의 효과를 얻고 있다. 또, 타원형의 촛점을 연결하는 수단은 상기 어느 한쪽의 방법이어도 지장은 없다.
적외선의 집광 형상은 타원으로 하는 것이 바람직하지만, 원형의 촛점으로 하여도 좋다. 단, 이 경우에는 입사 효율은 타원형의 것과 비교하여 얼마쯤 저하한다.
또한, 적외선을 가늘고 긴 촛점에 집광하여 피측정 기판(12)에 조사하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 적외광원(20)으로부터 방사된 적외선을 원통형 렌즈(36)에 의해 집광하거나, 혹은 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 적외선을 슬릿(38)을 통해 조사하는 것도 가능하다. 또한, 원형의 촛점을 형성하기 위해서는, 예를 들면 볼록 렌즈를 이용할 수 있다.
적외선 집광 수단(30)의 다른 구성예는, 후술의 제5 실시예에 나타낸다.
(c) 광학계의 배치
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법에서는 피측정 기판(12)의 외주 상의 일점에 적외선을 집광하고, 기판 내부에 입사된 적외선을 내부 다중 반사시켜, 입사점과 대칭인 점으로부터 출사한 적외선을 다시 집광하고, 적외선 검출기(50)로 유도할 필요가 있다. 이 때문에, 기판 내부에 어떻게 효율적으로 적외선을 입사할지가 중요하다.
이하에, 적외 광선이 기판 내부를 다중 반사하기 위한 조건, 외부로부터 기판 내부에 적외선을 입사하기 위한 조건에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치는 적외선을 기판 내부에서 다중 반사시켜, 반사 시에 기판 표면에 스며 나오는 광에 의해 유기 오염 물질 혹은 화학 오염 물질의 분자 진동을 검출하고, 기판의 표면 상태를 측정하는 것이다. 따라서, 피측정 기판(12)에 입사하는 적외선은, 기판 내부에서 다중 반사하도록 입사각을 설정하는 것이 필요하다.
적외선이 기판 내부에서 완전 반사하는 조건은 스넬의 법칙과 에너지 반사율의 계산으로부터 구해지고, 피측정 기판(12)이 실리콘 기판인 경우, 기판 평면과 적외선이 이루는 각도가 0∼72°의 범위의 경우에 완전 반사한다(도 5 참조). 이 범위의 각도를 갖는 적외선의 궤적을 역으로 추적하여, 실리콘 기판의 단부면과 교차하는 부분이 적외선의 실리콘 기판에의 입사점이다.
또한, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치에서는, 피측정 기판(12)의 가공을 수반하지 않고서 인사이츄 측정을 실현하기 때문에, 기판의 단부면 처리 형상을 그대로 이용하여 적외선의 입사를 행한다.
반도체 기판의 단부면 형상은, 국제적인 반도체 관련 업계 단체 SEMI (Semiconductor Equipment and Material International)에 있어서 정해져 있고, 2001년경부터 도입될 예정의 300㎜ 실리콘 웨이퍼에 대해서도 그 규격이 잠정적으로 정해져 있다.
SEMI 표준 규격에 의해 정해진 300㎜ 실리콘 웨이퍼는, 도 6에 도시한 바와 같은 것이다. 즉, 300㎜ 실리콘 웨이퍼는 직경이 300㎜이고 두께가 775㎛의 원형으로 형성되어 있고, 한쌍의 표면과 외주면과의 경계 부분이 모따기되어 있다. 그리고, 도 7에 도시한 바와 같이, 웨이퍼의 최종적인 단부의 가공 형상은 A-B와 C-B가 이루는 각도가 약 22°로 되어 있다. 또, 도면 중 해칭을 붙이고 있지 않은 영역이 가공 형상의 허용 범위이다.
또한, SEMI 표준 규격의 300㎜ 실리콘 웨이퍼는 최종적인 가공 형상으로 양면 모두 경면 연마되어 있고, 양면의 경면 마무리가 필요로 되는 적외선 내부 다중 반사를 이용하는 분석법에 그대로 사용할 수 있다.
다음에, 300㎜ 실리콘 웨이퍼를 예로 하여 적외선의 입사 각도에 대해 설명한다.
기판 내부를 전파하는 적외선의 기판 표면에 대한 입사 각도를 70°라 가정하여 적외선의 궤적을 반대로 찾아가고, 실리콘 기판의 단부면(C-B 사이의 경사부 14. 이하,「경사부」 혹은「단부」라 부른다.)과 교차하는 부분을 적외선의 입사점으로 하면, 도 8에 도시한 바와 같이, 경사부(14)와 적외선이 이루는 각도는 약 88°로 된다. 따라서, 실리콘 기판의 굴절율을 3.42, 공기의 굴절율을 1.00, 경사부(14)의 법선과 적외선이 이루는 각도를 2°로 하여 스넬의 법칙으로부터 역산하면, 실리콘 기판 내부에 입사되는 적외선을 70°의 각도로 다중 반사시키기 위해서는, 경사부(14)의 법선에 대해 약 6.8°의 각도(기판 평면에 대해서는 약 74.8°)로부터 적외선을 입사하면 되는 것을 알 수 있다. 또, 이 때의 입사점에서의 에너지 반사율은 약 29.42%로 크지만, 이 반사를 보충하는 만큼의 광량을 조사하면 좋다. 에너지 반사율을 저감할 수 있는 입사 각도의 설정 방법에 대해서는, 후술의 제3 실시예에 있어서 나타낸다.
이와 같이 하여 기판 내부에 있어서의 다중 반사 각도로부터 역산함으로써, 경사부(14)에 있어서의 적외선의 입사 각도를 결정할 수 있다.
실리콘 기판 이외의 다른 반도체 기판을 이용하는 경우나 단부면 형상이 다른 경우에도, 마찬가지의 순서에 의해 적외선의 입사 각도를 설정할 수 있다. 또한, 적외선은 기판 표면의 경사부(14)로부터 입사하여도 좋고 기판 이면의 경사부(14)로부터 입사하여도 좋다.
적외선 광학계의 배치에 대해서는, 후술의 제3 실시예에 있어서도 설명한다.
(d) 입사 각도 제어계
입사 각도 제어계는, 피측정 기판(12)에 입사된 적외선의 입사 각도를 원하는 값으로 제어하기 위한 것이다.
입사 각도 제어계는, 주로 입사각 컨트롤러(80)에 의해 구성되어 있고, 입사각 컨트롤러(80)를 통해 접속된 제어 해석용 컴퓨터(60)에 의해 적외선 집광 수단(30)을 제어하고, 피측정 기판(12)에의 적외선의 입사 각도를 제어한다. 적외선 집광 수단(30)의 제어는, 예를 들면, 적외선 집광 수단(30)의 오목면 거울(34)을 가변 반사경에 의해 구성하고, 가변 반사경의 배치 각도를 입사 각도 컨트롤러(80)에 의해 변화함으로써 실현할 수 있다.
입사 각도 제어계의 사용 방법에는, 대별하여 두개의 방법이 있다.
제1 방법은, 피측정 기판(12)에 입사되는 적외선의 입사 각도를 소정치로 고정하는 방법이 있다.
이 방법은, 피측정 기판(12) 내부에 있어서의 적외선의 전반사각이 소정치가 되도록, 피측정 기판(12)의 경사부(14)에 입사하는 적외선의 입사 각도를 고정하는 것이다. 피측정 기판(12) 내부에 있어서의 적외선의 반사 각도가 변화하면 피측정 기판(12) 내부에서의 반사 횟수도 변화하기 때문에, 측정 감도 등에 변동이 생길 우려가 있다. 따라서, 적외선의 입사 각도를 소정치로 고정하는 것은, 기판 사이에서의 측정 감도의 변동을 억제하는 등의 이점이 있다.
제2 방법은, 피측정 기판(12)에 입사되는 적외선의 입사 각도를 소정 범위 내에서 소인하는 방법이다. 이하, 이 방법의 이점 등을 포함해서 상세히 설명한다.
상술한 적외선 광학계의 배치 방법에서는, 피측정 기판(12)의 경사부(14)로부터 입사한 적외선이, 피측정 기판(12) 내부를 다중 반사하여 표면 상태를 프로빙한 후에 대향하는 단부로부터 출사되도록, 피측정 기판(12)에 입사하는 적외선의 입사 각도를 소정치로 설정한다.
그러나, 적외선의 입사 각도를 일정하게 하면, 도 9에 도시한 바와 같이, 영역 a에는 적외선이 입사되어 내부 반사하지만, 영역 b에는 적외선이 입사되지 않는다. 이 때문에, 피측정 기판(12) 내부를 다중 반사한 후에 검출되는 적외선에는, 영역 a의 정보는 포함되지만 영역 b의 정보는 포함되지 않는다. 검출 감도를 높이기 위해서는, 영역 b와 같은 영역의 정보도 포함하여 측정하는 것이 바람직하다.
그래서, 제2 방법은 적외 광원(20)으로부터 방사된 적외선을, 입사각 컨트롤러(80)에 의해 입사 각도를 소인하면서 피측정 기판(12)에 입사함으로써, 검출 감도의 향상을 도모하는 것이다. 이와 같이 입사 각도 제어계를 구성함으로써, 예를 들면 도 10에 도시한 바와 같이, 어떤 입사 각도 θ1로 입사한 적외선(1)은 피측정 기판(12)의 이면에서 전반사되어 표면측의 a1의 영역에 입사하고, 입사 각도 θ1과 다른 입사 각도 θ2로 입사한 적외선(2)은 피측정 기판(12)의 이면에서 전반사되어 표면측의 a2의 영역에 입사된다. 따라서, 적외선의 입사 각도를 연속적으로 변화하는 것으로, 적외선 광로 상의 전반사 영역이 연속한다. 이에 따라, 광로 상의 피측정 기판(12)의 표면 상태를 고감도로 분석할 수 있다.
적외선의 입사 각도의 범위는, 예를 들면 이하와 같이 설정한다. 단, 적외선의 입사 각도는, 측정에 요구되는 감도나 특성에 따라서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 피측정 기판(12) 내부를 다중 반사하는 적외선이 전반사하는 조건으로 측정하는 것을 고려하여 입사 각도를 설정하는 경우에는, 피측정 기판(12) 내부에 있어서 피측정 기판(12) 평면과 적외선이 이루는 각도 α가,
임계각≥α>0
가 되도록 적외선의 입사 각도를 연속적으로 변화하면 좋다. 또, 실리콘 웨이퍼에서는, 전반사 임계각은 약 72°이다.
또한, 후술의 제3 실시예에 나타낸 바와 같이 피측정 기판(12) 입사 시의 적외선의 에너지 반사율을 예를 들면 약 2% 이하로 하는 것을 상정하여 입사 각도를 설정하는 경우에는, 피측정 기판(12) 내부에 있어서 피측정 기판(12) 평면과 적외선이 이루는 각도가 46°∼ 56°가 되도록, 즉 피측정 기판(12)의 경사부(14)에 대한 적외선의 입사 각도가 68°∼ 78°가 되도록, 적외선의 입사 각도를 제어하면 좋다(표 2를 참조).
또, 제2 방법에 의해 얻어지는 상기한 효과는, 입사 각도를 소정 범위 내에서 소인하는 경우 외에, 입사 각도를 한 방향만으로 연속적으로 변화하는 경우, 입사 각도를 단속적으로 변화하는 경우에 있어서도 마찬가지로 얻을 수 있다.
또한, 광원 위치 조정 장치(22)나 기판 탑재대 제어 장치(16) 등의 다른 구성 부분에 의해 입사 각도의 제어가 가능한 경우에는, 적외선 집광 수단(30)을 제어하기 위한 입사 각도 제어계는 반드시 설치할 필요는 없다. 즉, 이들 제어계에 입사각 컨트롤러(80)와 마찬가지의 기능을 갖게 함으로써, 입사각 컨트롤러(80)를 설치하면 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(e) 기판 탑재대(10)
피측정 기판(12)을 반송하여 기판 탑재대(10)에 탑재한 경우에, 매번 베스트위치에 피측정 기판(12)이 탑재된다고는 한정하지 않는다. 그래서, 기판 탑재대(10)에는, X, Y, Z방향의 미조정을 가능하게 하는 기판 탑재대 제어 장치(16)가 접속되어 있다. X, Y, Z방향의 미조정은, 입사 적외선이 피측정 기판(12)의 기판 내부를 다중 반사한 후에 적외선 검출기(50)에 최대 광량으로 공급되도록 광축 맞춤을 하기 위한 것이다.
피측정 기판(12)을 탑재한 기판 탑재대(10)의 X, Y, Z방향의 미조정의 최적점은 피측정 기판(12)을 내부 다중 반사한 후에 적외선 검출기(50)로 검출되는 광경이 최대점이 되는 것으로 판정하고, 자동 위치 결정을 할 수 있도록 되어 있다. 위치 결정은, 기판 탑재대(10)에 기판 탑재대 제어 장치(16)를 통해 접속된 제어 해석용 컴퓨터(60)에 의해 행해진다.
또한, 기판 탑재대(10)에는 회전 기구가 부여되어 있고, 기판 탑재대 제어 장치(16)를 통해 접속된 제어 해석용 컴퓨터(60)에 의해 피측정 기판(12)을 회전할 수 있다. 피측정 기판(12)을 회전시킴으로써, 기판의 대략 전면에 걸친 유기 오염, 화학 오염의 검출을 행할 수 있다.
(f) 적외선 집광 수단(40)
피측정 기판(12)에 입사된 적외선은, 입사점과 대칭적인 위치로부터 출사된다. 그래서, 적외선 집광 수단(40)에서는, 피측정 기판(12)으로부터 출사된 적외선을 집광하여, 적외선 검출기(50)로 유도한다.
적외선 집광 수단(40)은, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 오목면 거울(42)과 반사판(44)으로 구성한다. 이와 같이 적외선 집광 수단(40)을 구성함으로써, 피측정 기판(12)을 출사한 적외선을 오목면 거울(42)에 의해 집광하고, 반사판(44)을 통해 적외선 검출기(50)로 유도할 수 있다.
또한, 오목면 거울(44)을 대신하여 볼록 렌즈를 이용하는 것도 가능하다.
또, 적외선 집광 수단(40)의 다른 구성예는, 후술의 제6 내지 제8 실시예에 나타낸다.
(g) 적외선 검출기(50), 분광기(52)
피측정 기판(12)을 출사한 적외선은, 적외선 집광 수단(40)에 의해 집광되고, 분광기(52)를 통해 적외선 검출기(50)에 도입된다.
분광기(52)는, 예를 들면, 이광속 간섭계(마이클슨광 간섭계)를 기초로 한 푸리에 변환 분광의 메카니즘에 의해 적외선을 분광하는 FT-IR 장치의 분광기이다. 적외선 검출기(50)는, 예를 들면 FT-lR 장치의 검출기이며, 질소 냉각형 InSb 등의 적외선 검출기를 이용할 수 있다.
피측정 기판(12) 내부에 적외선을 입사하여 기판 내부에서 다중 반사시켜 기판 표면을 측정하는 기본 원리에도 진술한 바와 같이, 기판 표면에서 광선이 반사할 때에 스며 나오는 광(에바네센트광)의 주파수 성분이 기판 표면의 유기 오염 물질의 분자 진동 주파수와 일치하고 있으면 공명 흡수되므로, 그 적외 흡수 스펙트럼을 분석함으로써 유기 오염 물질의 종류와 양을 특정할 수 있다.
또, 분광기(52)로서는, FT-IR 장치를 대신하여 회절 격자(그레이팅)에 의한 적외 분광계를 이용하여도 좋다.
(h) 제어 해석용 컴퓨터(60), 표시 장치(70)
분광기(52)에 의해 얻어진 스펙트럼의 측정 데이타는 제어 해석용 컴퓨터(60)에 보내지고, 제어 해석용 컴퓨터(60)에 의해 유기 오염 물질의 특정이나 양이 산출된다.
유기 오염 물질의 종류와 검량선은 별도 데이타 베이스로서 제어 해석용 컴퓨터(60)의 기억부에 저장되어 있고, 측정 데이타는 이들의 데이타를 참조하여 정량화된다.
이와 같이 하여 해석된 결과는, 표시 장치(70)에 표시할 수 있다.
〔2〕 표면 상태 측정 방법
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법에 대해 도 1 내지 도 11 내지 도 15를 이용하여 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치를 설명한 개략도, 도 11은 300㎜ 웨이퍼의 내부 다중 반사 스펙트럼을 나타낸 그래프, 도 12는 내부 다중 반사로 얻어진 흡광도 스펙트럼을 나타낸 그래프, 도 13은 흡광도 스펙트럼과 오염 물질의 부착량과의 관계를 나타낸 그래프, 도 14는 흡광도와 오염 물질의 부착량과의 관계를 나타낸 그래프, 도 15는 흡광도와 내부 다중 반사 횟수와의 관계를 나타낸 그래프이다.
(a) 적외선의 입사 각도를 고정하는 경우의 측정 방법
우선, 적외광원(20)의 위치를, 광원 위치 조정 장치(22)를 통해 제어 해석용 컴퓨터(60)에 의해 소정의 위치에 배치하고, 적외선을 발생한다. 적외선은 전방 반사판(24) 및 후방 반사판(26)에 의해 대략 평행광으로 되고, 적외선 집광 수단(30)에 입사된다.
적외선 집광 수단(30)에 입사된 적외선은 반사판(32)에 의해 반사되고, 또한, 광축에 대해 경사져 배치된 오목면 거울(34)에 의해 반사되고, 피측정 기판(12) 외주에 따른 타원형의 촛점으로 조사된다. 이 때, 집광한 적외선이 피측정 기판(12)의 경사부(14)에 소정의 각도로 입사되도록, 또한, 기판 내부를 다중 반사한 후에 적외선 검출기(50)로 검출한 광량이 최대점이 되도록, 피측정 기판(12)의 위치를 기판 탑재대 제어 장치(16)에 의해, 적외선 집광 수단(30)을 입사각 컨트롤러(80)에 의해 조정해 둔다.
피측정 기판(12)의 경사부(14)로부터 피측정 기판(12) 내부에 도입된 적외선은, 내부 반사를 반복하면서 기판 표면의 오염 정보를 누적하여 프로빙하고, 적외선의 입사점과 대칭적인 위치로부터 출사된다.
계속해서, 피측정 기판(12)으로부터 출사된 적외선을 적외선 집광 수단(40)에 의해 집광하고, 분광기(52)를 통해 적외선 검출기(50)로 유도한다. 또, 도 11은 적외선 검출기(50)에 의해 측정된 내부 다중 반사 스펙트럼의 일례를 나타낸 것이다.
피측정 기판(12)으로부터 출사된 적외선은 분광기(52)에 의해 분광되어 적외선 검출기(50)에 의해 검출된다. 이것에 의해, 예를 들면 이광속 간섭계를 기초로 한 푸리에 변환 분광의 메카니즘에 의해 각 주파수에 대응하는 흡수 스펙트럼으로서 표시된다.
제어 해석용 컴퓨터(60)의 기억부에는, 유기 오염 물질의 종류와 검량선이 별도 데이타 베이스로서 기억부에 저장되어 있고, 이들 데이타를 참조하여 스펙트럼을 해석하고, 유기 오염 물질의 종류와 양을 특정한다.
도 12는 표면에 에탄올을 적하한 300㎜ 실리콘 웨이퍼에 대해 측정한 결과를 나타낸 흡광도 스펙트럼이다. 흡광도 스펙트럼은 기판 표면 오염이 없는 경우와 있는 경우의 내부 다중 반사 스펙트럼의 차를 나타낸 것이다.
도시하는 바와 같이, 소정의 파수대에 피크가 검출되어 있고, 이 피크 위치로부터, O-H 신축, C-H 신축에 대응하는 것을 특정할 수 있다. 또한, 흡광도와 오염 물질의 양과의 관계를 나타내는 검량선을 미리 측정해 놓음으로써 흡광도의 피크 강도로부터 유기 오염 물질의 양을 특정할 수 있다.
이와 같이 하여, 적외선 검출기(50)로부터의 출력 신호를 제어 해석용 컴퓨터(60)에 의해 해석하고, 해석 결과를 표시 장치(70)에 표시한다.
이렇게 해서, 기판의 표면 상태를 측정한다.
또한, 필요에 따라서, 기판 탑재대(10)에 의해 피측정 기판(12)을 회전한 후에 상기와 마찬가지의 측정을 반복하고, 피측정 기판(12)의 대략 전 영역에 걸쳐 표면 상태를 측정한다. 또, 일반적인 실리콘 웨이퍼는 그 결정 방향을 특정하기 위해 원형의 외주의 일부를 직선형으로 절단하고 있지만, 직경이 300㎜의 SEMI 규격의 실리콘 웨이퍼에서는, 외주 부분의 표면에 노치되는 미소한 오목부가 형성될 뿐이므로, 상술된 바와 같이 실리콘 웨이퍼를 회전시켜 경사부(14)에 적외선을 입출시키기 위해 아무런 장해도 없다.
(b) 적외선의 입사 각도를 소인하는 경우의 측정 방법
적외선의 입사 각도를 소인하는 경우에도, 기본적인 측정 순서는 상기 방법과 마찬가지이다.
적외선의 입사 각도를 소인하는 경우, 예를 들면, 입사각 컨트롤러(80)에 의해 오목면 거울(34)의 회전을 제어하면, 이것과 동시에 입사각 컨트롤러(80)에 의해 입사각에 대응한 신호가 출력되고, 이 신호에 의해 제어 해석용 컴퓨터(60)를 통해 적외선 검출기(50)가 구동되도록 해 놓는다.
우선, 적외광원(20)으로부터 방사된 적외선을, 입사각 컨트롤러(80)에 의해 제어된 오목면 거울(34)의 회전에서 제1 입사각을 갖고 피측정 기판(12)에 입사한다. 그리고, 이와 동시에 적외선 검출기(50)를 구동함으로써, 제1 입사각으로 입사되어 표면 상태를 프로빙한 광을 적외선 검출기(50)에 의해 검출하고, 피측정 기판(12)의 표면 분석을 행한다.
계속해서, 입사각 컨트롤러(80)에 의해 제어된 오목면 거울(34)의 회전으로 제2 입사 각도를 갖고 적외선을 피측정 기판(12)에 입사하고, 이것과 동시에 적외선 검출기(50)를 구동함으로써, 제2 입사각의 광에 의한 피측정 기판(12)의 표면 분석을 행한다.
이와 같이 하여 적외선의 입사 각도가 상술한 범위가 되도록 연속적으로 제어함으로써, 적외선의 광로에 따른 피측정 기판(12)의 표면 상태를 연속적으로 분석할 수 있다. 이에 따라, 미소한 표면 상태를 고감도로 분석 혹은 관찰할 수 있다.
(c) 반사 횟수와 검출 감도의 관계
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법에서는, SEMI 표준규격에 의한 300㎜ 실리콘 웨이퍼 등의 대구경의 기판을 인사이츄 측정할 수 있지만, 이러한 측정 방법을 채용함으로써 검출 감도를 대폭 향상시킬 수 있다. 이하, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법과 검출 감도와의 관계에 대해 설명한다.
내부 다중 반사 FT-IR법에 의한 유기 오염 물질의 측정 방법은, 유기 오염 물질이 특정 파장의 적외선을 흡수하는 것을 이용하는 것으로, 적외선 흡수의 크기와 오염 물질의 부착량 사이에는 거의 비례 관계가 성립하는 것이 확인되어 있다.
도 13은, 300㎜ 실리콘 웨이퍼 상에 에탄올로 희석한 DOP를 균일하게 도포한 시료에 있어서의 적외선 흡수량(흡광도)과 부착량(잔존 탄소량)과의 관계를 나타내는 적외선 흡수 스펙트럼이다. 부착량은, DOP의 희석율과 웨이퍼 면적으로부터 단위 면적당 부착량으로 환산한 것이다. 내부 다중 반사 FT-IR의 측정 조건은 적외선의 입사 각도를 30°, 웨이퍼의 경사부의 기울기를 22°, 내부 반사각을 기판면의 법선 방향에 대해 32°로 하였다.
도 13에 도시한 바와 같이, 잔류 탄소량이 증가함과 동시에 흡광도가 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 도 13의 그래프로부터 흡광도와 잔존 탄소량과의 관계를 그래프에 나타내면, 도 14에 도시한 바와 같이 된다. 즉, 흡광도는 잔류 탄소량의 대수축에 대해 거의 비례 관계에 있다.
여기서, 적외선이 웨이퍼 내에서 다중 반사하는 횟수 n은 웨이퍼의 직경을 d, 두께를 t, 기판면의 전선 방향에 대한 반사 각도를 θ로 하면,
n=d/(t×tanθ)
로 나타난다. 따라서, 상술한 측정 조건을 고려하면, 두께 775㎛의 300㎜ 웨이퍼를 직경 방향으로 전파하는 적외선은, 웨이퍼 내부에서 약 620회 반사하게 된다. 흡광도의 크기가 반사 횟수에 단순히 비례한다라고 생각하면, 반사 횟수와 흡광도의 크기의 관계는 원점을 통하는 직선으로 되고, 이 기울기는 잔류 탄소량의 부착량의 증가와 동시에 커진다.
따라서, 도 14의 그래프로부터 흡광도와 적외선의 반사 횟수와의 관계를 그래프에 나타내면, 도 15에 도시한 그래프가 얻어진다. 도 15에서는 잔류 탄소량을 파라메터로 하고 있지만, 이들 값은 도 14의 그래프로부터 구한 것이다. 1013㎝-2보다 저농도측에 있어서의 흡광도는, 도 14에 도시한 그래프를 외부 삽입함으로써 구하고 있다.
여기서, 도 41의 (b)에 도시한 바와 같은 종래의 적외 프리즘을 이용한 측정 방법을 고려하여, 적외 프리즘의 치수를, 길이가 4㎝, 두께가 0.5㎜, 내부 반사각이 기판면의 법선 방향에 대해 32°라고 하면, 내부 반사 횟수는 상기한 식으로부터 약 128회로 구해진다.
따라서, 도 15로부터, 잔류 탄소량이 1013개/㎠ 시의 흡광도의 크기는, 적외 프리즘을 이용한 측정 방법에 있어서 약 0.0004, 300㎜ 웨이퍼를 이용한 측정 방법에 있어서 약 0.00185이다. 따라서, 동일한 부착량이라도, 300㎜ 웨이퍼를 측정하는 본 실시예에 따른 측정 방법의 경우에는 약 4∼5배의 크기의 신호 강도를 얻을 수 있다.
검출할 수 있는 오염량의 하한치는, 측정에 이용하는 FT-IR 장치를 식별할 수 있는 최소의 흡광도의 크기로 결정된다. 발명자 등이 사용한 FT-IR 장치에 있어서는, 흡광도를 0.0001 정도까지 식별할 수 있는 것이 확인되어 있다. 이 양을 검출 하한치로서 생각하면, 도 15에 의해, 적외 프리즘을 이용한 측정 방법에서는 약 1012개/㎠의 탄소 원자의 부착량을 식별할 수 있는 하한치인데 대해, 본 실시예에 따른 측정 방법에서는 1010개/㎠의 탄소 원자의 부착량을 식별할 수 있는 하한치로 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법에서는, 적외 프리즘을 이용한 종래의 측정 방법과 비교하여, 검출 감도를 1∼2자릿수 향상할 수 있다.
현상에 있어서 반도체 장치를 작성할 때에 특성 상 문제로 될 수 있는 부착물의 탄소량은 1012개/㎠ 정도까지 있다고 생각되고 있다. 이 때문에, 기판의 표면 상태 측정 기술로서는, 충분한 마진을 기대하여 1011개/㎠보다 낮은 검출 감도를 갖는 것이 요구된다. 이러한 관점으로부터 도 15의 결과를 고려하면, 측정에 이용하는 기판으로서는, 적외선의 내부 다중 반사 횟수가 약 300회 이상이 되는 기판을 채용하는 것이 바람직하다.
따라서, 내부 반사 각도가 32°일 때에 약 620회의 반사 횟수를 실현할 수 있는 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법은, 반도체 장치의 제조 단계에 있어서의 인사이츄 측정 수단으로서, 매우 유효하다고 생각된다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 피측정 기판(12)의 단부면의 경사부(14)를 이용하여, 이 경사부(14)로부터 입사한 적외선의 다중 반사에 의해 기판의 표면 상태를 측정하므로, 피측정 기판(12)을 화학 에칭하거나 단부면 가공을 실시하는 등의 추가공을 하지 않거나, 혹은, 피측정 기판(12) 상부에 배치한 프리즘 등을 통해 기판 내부에 적외선을 도입할 필요가 없다. 따라서, 본 실시예에 따른 장치 및 방법은, 반도체 장치의 제조 현장에 있어서의 인사이츄 측정에 적용할 수 있다.
또한, 피측정 기판(12)에 입사되는 적외선의 입사 각도를 연속적으로 변화하여 피측정 기판의 표면 상태를 측정하므로, 적외선의 광로에 따른 피측정 기판(12)의 표면을 연속적으로 분석할 수 있다. 이에 따라, 미소한 표면 상태를 고감도로 분석 혹은 관찰할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 피측정 기판(12)으로서 실리콘 기판을 이용한 경우에 대해 설명하였지만, 실리콘 기판에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 게르마늄 기판이나, GaAs 등의 화합물 반도체 기판에서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 반도체 기판의 측정에 한하지 않고, 액정 표시 장치를 구성하는 유리 기판에 대해서도 마찬가지의 원리로 측정을 할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 피측정 기판(12)을 수평으로 유지하는 것을 예시하였지만, 피측정 기판(12)을 수직으로 유지하는 것이나 경사한 방향으로 유지하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 피측정 기판(12)을 수평으로 유지한 상태로 상측의 경사부(14)에 적외선을 입사시킴으로써, 적외선 입사 광학계의 배치를 용이하다고 하는 것을 상정하였지만, 적외선을 하측의 경사부(14)에 입사시키는 것도 가능하며, 마찬가지로 하측의 경사부(14)로부터 적외선을 출사시키는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 장치의 구조를 간단하게 하기 위해서, 적외선 입사광학계나 적외선 출사 광학계를 고정하여 피측정 기판(12)을 회전 기구에 의해 회전시키는 것을 예시하였지만, 예를 들면, 고정적으로 유지한 피측정 기판(12)의 주위를 광학계가 회전하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 피측정 기판(12)의 반면과 수직인 면내에서 경사부(14)에 적외선을 조사하는 것을 예시하였지만, 반면에 대해 경사한 면내에서 경사부(14)에 적외선을 조사하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 상기 실시예에서는 피측정 기판(12)의 중심을 통과하는 면내에서 경사부(14)에 적외선을 조사하는 것을 예시하였지만, 피측정 기판(12)의 중심을 통과하지 않은 면내에서 경사부(14)에 적외선을 조사하는 것도 가능하다.
단, 장치의 구조를 간단하게 함과 동시에, 반면의 전 영역을 최고의 분해능으로 검사하기 위해서는, 상기 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법과 같이, 피측정 기판(12)의 반면과 수직으로 중심을 통과하는 면내에서 경사부(14)에 적외선을 조사하는 것이 바람직하다.
[제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 대해 도 16을 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 15에 도시한 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략 혹은 간략하게 한다.
제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치는, 피측정 기판의 표면 분자 오염종이 불명인 경우에, 피측정 기판을 절단하지 않고, 비접촉 비파괴로, 또한, 충분한 리얼 타임성을 갖고 오염의 유무의 검출이나 오염 분자종의 동정이 가능한 점에서 매우 우수하다. 그러나, 미리 오염종을 알고 있어, 그 특정한 분자종의 유무만을 검출하여 저비용으로 비측정 기판의 양부 판단을 하고 싶다고 하는 목적에 대해서는, 푸리에 분광 장치가 대체로 비싼 것을 고려하면 반드시 바람직하다고는 말하기 어렵다.
그래서, 본 실시예에서는, 미리 오염종을 알고 있는 경우에, 그 유무만을 검출하여 저비용으로 피측정 기판의 양부 판단을 할 수 있는 표면 상태 측정 방법 및 장치를 설명한다.
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치는, 도 16에 도시된 바와 같이 기본적인 구성은 도 1에 나타내는 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치와 동일하다. 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치가 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치와 실질적으로 다른 점은, 미리 검출하고자 하는 분자종(예를 들면 DOP(디옥틸프탈레이트)나 DBP(디부틸프탈레이트)등의 유기 오염 물질)의 공명 흡수 스펙트럼에 대응하는 파장의 적외선을 적외선 검출기(50)가 선택적으로 검출하도록 적외선 광학계가 구성되는 것, 적외선 검출기(50)의 출력 신호로부터 해석을 행하기 위한 제어 해석용 컴퓨터(60)가, 적외선 검출기(50)의 출력 신호의 파워 레벨에 따라 피측정 기판(12)의 양부 판정을 행하도록 구성되어 있는 것에 있다.
분자를 구성하는 원자는, 상호 공유 결합으로 연결되어 있다. 일반적으로, 3원자이상 원자를 포함하는 다원자 분자의 경우는 복잡한 진동으로 하고 있지만, 그들은 얼마간의 기본적인 그룹 진동으로 분리하여 생각할 수 있다. 그룹 진동이란, 특정 원자단(관능기)의 진동을 뜻하며, CH2기의 가로 진동, 대칭, 역대칭 신축 진동, 카르보닐기의 C=O 신축 진동, OH기의 신축 진동등이 그 예이고, 일반적인 유기 분자는 적외선 영역에 진동수를 갖는다. 표 1에, 대표적인 관능기의 적외 흡수 특성을 나타내는 (向山光昭 저, 「기초 유기 화학」, 丸善, 으로부터 인용).
따라서, 그 진동수 성분에 대응하는 파장역의 적외선을 조사하면, 시료의 고유 진동수와 동일한 진동수의 적외선이 공명 흡수되므로, 공명 흡수 스펙트럼으로부터 그 피측정 대상의 분자가 어떤 것인지를 특정할 수 있다. 또한, 공명 흡수 스펙트럼의 강도로부터 그 량을 특정할 수가 있다. 이러한 원리를 이용한 것이 상술된 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법이다.
그 반대로, 검출하고자 하는 오염 물질이 분명하고, 그 물질의 공명 흡수 스펙트럼이 어떠한 광학적 파장으로 존재할지 프리에 분광 데이타등에 의해, 검출하고자 하는 오염 물질의 공명 흡수 파장역의 적외선을 선택적으로 피측정 기판(12) 내에 입사함으로써, 그 오염 물질의 량을 특정할 수가 있다. 또한, 특정 파장역의 적외선을 선택적으로 검출함으로써도, 그 오염 물질의 량을 특정할 수 있다.
이러한 방식으로 특정한 파장역의 적외선을 이용하면, 피측정 기판(12) 내부에서 다중 반사될 때에 생기는 적외선의 공명 흡수에 따른 감쇠는, 주로 검출하고자 하는 오염 물질에 기인하는 것으로 생각되어진다. 따라서, 기판이 분자 오염되어 있지 않은 경우의 투과 적외선의 강도(기준 강도)를 미리 측정해두고, 피측정 기판(12)에 의해 얻을 수 있는 투과 적외선의 강도(측정 강도)와 기준 강도와의 레벨의 차를 구함으로써, 검출하고자 하는 오염 물질에 기인하는 적외선의 공명 흡수의 량, 즉 오염 물질의 량을 특정할 수가 있다.
그리고, 제어 해석용 컴퓨터(60)에서, 이와 같이 구한 레벨의 차를 어느 일정량의 분자 오염에 대응한 기준(판정) 레벨과 비교함으로써, 피측정 기판(12)의 양부 판정을 행할 수 있다. 이들 연산은, 상기 레벨을 전기 신호로 변환하여 행해진다.
이러한 검출계에서는, 프리에 분광등을 이용하지 않고 단순히 적외선 검출기(50)로부터의 출력 신호의 파워 레벨을 비교하면 되므로, 비싼 프리에 분광 장치를 이용하지 않아도 소기의 목적을 달성하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치와 마찬가지로, 피측정 기판(12)에 화학 에칭이나 단면 가공등의 추가 공정을 하지 않고, 또한 피측정 기판(12) 상부에 배치한 프리즘을 통해 기판 내부에 적외선을 도입하지 않고 피측정 기판 상의 유기 오염, 화학 오염을 인사이츄 검출 또는 측정할 수가 있다.
이하, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치의 특징적인 구성 부분에 대해 상술한다. 또, 이하에 도시하지 않은 구성 부분은, 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치와 동일하게 함으로써 구성할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치는, 후술된 제3 내지 제8 실시예에 나타내는 여러가지 구성 요소를 임의로 조합함에 따라서도 구성할 수가 있다.
(a) 적외광원(20)
본 실시예에 따른 적외광원(20)에는, 검출하고자 하는 오염 물질의 공명 흡수 파장역(분자 진동수에 대응하는 파장역)의 적외선을 선택적으로 발하는 광원(24)을 적용한다.
특정 물질의 분자 진동에 대응하는 파장을 구비한 광원(24)으로는, ① 적외역 또는 근적외역에서 넓은 대역폭을 구비한 광원으로부터 광학적 대역 통과형 필터에 의해 특정 파장을 선택한 것, ② 다원계 반도체 레이저에 의해 특정 파장을 발진한 것, ③ 다른 파장의 두개의 레이저광을 광학적 비선형 물질로 혼합하고, 합 또는 차파장 중 특정 파장을 광학적 대역 통과형 필터에 의해 선택한 것, ④ 빛 파라메트릭 발진에 의해 특정 파장을 발진하는 것, ⑤ 가변 동조 레이저에 의해 특정 파장을 발진하는 것, 등을 적용할 수가 있다.
이들 광원을, 예를 들면 도 2에 나타내는 광원(24)에 적용하여 적외광원(20)을 구성함으로써, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 적용 가능한 적외선 또는 근적외선을 발하는 적외광원으로 할 수 있다.
또, 특정 파장역의 적외선을 선택적으로 발하는 광원(24)을 이용하는 대신에, 근적외로부터 적외에 걸친 넓은 파장역을 구비한 빛을 발하는 적외광원(20)을 이용하여, 피측정 기판(12)을 프로빙한 빛을 광학적 대역 통과형 필터등에 통과시켜, 특정 파장을 선택한 후에 적외선 검출기(50)에 의해 검출하도록 해도 된다.
(b) 적외선 검출기(50)
피측정 기판(12)을 출사한 적외선은, 적외선 집광 수단(40)을 통해 적외선 검출기(50)로 유도된다. 적외선 검출기(50)로서는, 예를 들면 대표적인 근적외광 검출기로서 InSbAs-PIN 포토다이오드나 Ge 포토다이오드등을, 적외선 검출기로서 InAs, InSb 광기 전력 소자, MCT (MgCdTe) 광도전 소자, 집전 소자 등의 검출기를 적용할 수가 있다. 이들 검출기는, 모두 근적외광이나 적외광을 전기 신호로 변환하는 것이다.
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에서는, 적외선 검출기(50)는, 특정 파장의 빛을 조사하여 피측정 기판(12)을 투과한 후의 빛의 파워 레벨을 측정하고, 전기량으로 변환하게 된다.
(c) 제어 해석용 컴퓨터(60), 표시 장치(70)
제어 해석용 컴퓨터(60)는, 적외선 검출기(50)에 의해 얻어진 적외선의 파워레벨(측정 강도)에 대응한 전기 신호를 취득하고, 미리 측정해 둔 기준 강도와 비교한다. 그리고, 기준 강도와 측정 강도와의 차로부터, 피측정 기판(12) 상에 존재하는 오염 물질의 량을 특정한다.
또한, 이와 같이 구한 레벨의 차를 어느 일정량의 분자 오염에 대응한 기준 레벨과 비교하여, 피측정 기판(12)의 양부 판정을 행한다.
이러한 방식으로 해석된 결과는, 표시 장치(70)에 표시할 수가 있다.
〔2〕표면 상태 측정 방법
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법에 대해 도 16을 이용하여 설명한다.
우선, 검출하고자 하는 오염 물질의 분자 진동수에 대응하는 파장의 빛을 발생시키는 적외광원(20)을 준비한다. 예를 들면, 도 11에 나타내는 측정예처럼 검출하고자 하는 오염 물질이 에탄올과 같은 경우에는, 예를 들면 O-H 신축 진동에 대응하는 3650∼3100㎝-1에 대응하는 파수역의 적외선을 발하는 적외광원(24)으로 한다.
계속해서, 오염 물질의 부착하지 않은 기준 시료를 기판 탑재대(10) 상에 올려놓고, 기준 강도를 구하기 위한 측정을 행한다. 이 측정에 따라 얻어진 기준 강도는, 제어 해석용 컴퓨터(60)에 기억해 놓는다. 측정할 때의 광학적 정렬이나 미조정은 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법과 동일하다.
이어서, 피측정 기판(12)을 기판 탑재대(10) 상에 올려놓고, 측정 강도를 구하기 위한 측정을 행한다. 측정할 때의 광학적 정렬이나 미조정은 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법과 동일하다.
이어서, 제어 해석용 컴퓨터(60)에, 이러한 방식으로 측정한 적외선의 측정 강도를 입력하고, 미리 측정해 놓은 기준 강도와 비교한다. 그리고, 기준 강도와 측정 강도의 레벨의 차로부터, 오염 물질의 량을 특정한다. 또한, 기준 강도와 측정 강도의 레벨의 차가, 양부 판단의 기준이 되는 일정 레벨이상인 경우에는, 그 피측정 기판(12)은 불량이라고 판단한다.
또한, 넓은 휴대 지역의 빛을 발하는 적외광원(20)을 이용하는 경우에는, 상기된 바와 같은 수법에 따라 기준 강도의 측정을 행한 후, 적외광원(20)으로부터 발생된 적외선을 피측정 기판(12)에 소정의 조건으로 입사하여 표면 상태를 프로빙하고, 광학적 대역 통과형 필터등에 통해 특정 파장을 선택하고, 적외선 검출기(50)에 의해 특정 파장의 적외선을 검출한다.
계속해서, 제어 해석용 컴퓨터(60)에, 이러한 방식으로 측정한 적외선의 측정 강도를 입력하고, 미리 측정해 놓은 기준 강도와 비교한다. 그리고, 기준 강도와 측정 강도의 레벨의 차로부터, 오염 물질의 량을 특정한다. 또한, 기준 강도와 측정강도의 레벨의 차가, 양부 판단의 기준이 되는 일정 레벨이상인 경우에는, 그 피측정 기판(12)은 불량이라고 판단한다.
이렇게 함으로써, 피측정 기판(12)의 표면 상태를 측정함과 동시에 양부 판정을 행한다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 특정한 오염 물질의 분자 진동에 대응하는 파장역의 빛을 이용하여 표면 상태의 측정을 행하고, 공명 흡수에 의한 빛의 강도의 감쇠량으로부터 오염 물질의 량을 특정하므로, 프리에 분광 장치등이 비싼 시스템을 구성할 필요는 없고, 저비용으로 기판의 양부 판단을 행할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 하나의 오염 물질의 분자 진동에 대응하는 파장역의 빛을 검출하는 예로 나타냈지만, 측정해야 할 오염 물질이 복수개 있는 경우에는, 이들 물질의 특정 진동수에 대응하는 파장의 빛을 각각 발생시키고, 이들을 합파하여 조사하도록 해도 좋다. 가변 동조 레이저등에 의해 적외광원을 구성하고, 복수의 분자 진동에 대응하는 특정 파장의 빛을 차례로 발진하도록 해도 좋다.
[제3 실시예]
본 발명의 제3 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 대해 도 17 내지 도 24를 이용하여 설명한다. 또, 도 1내지 도 16에 나타내는 제1 또는 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치와 동일한 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
도 17은 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에서의 피측정 기판과 적외선과의 관계를 나타내는 모식적인 단면도, 도 18은 공기중에서 실리콘 내에 광선이 입사한 상태를 나타내는 모식도, 도 19는 적외선의 입사각과 에너지 반사율과의 관계를 나타내는 특성도, 도 20은 적외선의 입사 위치가 적정이 아닌 상태를 나타내는 모식적인 단면도, 도 21은 실리콘 웨이퍼의 내부에서 적외선이 반사되는 상태를 나타내는 모식도, 도 22는 피측정 기판과 적외선과의 관계를 나타내는 모식적인 단면도, 도 23은 적외선의 입사 위치가 적정이 아닌 경우를 나타내는 모식적인 단면도, 도 24는 잔류 출사각과 에너지 반사율과의 관계를 나타내는 특성도이다.
본 실시예에서는, 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에서의 적외선 광학계의 다른 배치 방법에 대해 설명한다.
피측정 기판(12)의 표면 상태를 감도 좋게 측정하기 위해서는, 피측정 기판(12) 내에 적외선을 효율적으로 도입하고, 다중 반사시킬 필요가 있다. 그래서, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에서는, 지지 부재(입사 각도 제어계)에 의해 적외선 입사 광학계가 적정한 위치에 적정한 각도로 유지되고, 피측정 기판(12)의 경사부(14)에 적외선이 대략 블루스타각으로 입사되도록 한다.
보다 상세하게는, 적외선 입사 광학계가, 도 17(a)에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 반면(3, 4)에 수직으로 중심을 통과하는 면 내에서, 단면(6)(경사부 : 14)에 대한 적외선의 입사각이 대략 73.7°가 되는 각도로 유지하고, 또한 적외선입사 광학계가, 도 17(b)에 도시된 바와 같이, 피측정 기판(12)의 단면(6)의 반면(3)과의 경계 A로부터의 거리가 대략 0∼500.56㎛의 위치 O에 적외선이 입사되는 위치로 유지한다.
이렇게 함를 따라, 피측정 기판(12)의 단면(6)에 조사되는 적외선의 반사 손실이 미소해지고, 그 에너지 효율을 양호하게 할 수 있다.
또한, 피측정 기판(12)의 상측 단면(6)에 입사되어 굴절한 적외선이, 하측의 단면(7)(경사부 : 14)에 내측으로부터 직접 입사하지 않도록 함으로써, 적외선은 피측정 기판(12)의 내부에서 한쌍의 반면(3, 4)의 다수의 위치에서 반사되고, 반면(3, 4)의 유기 오염의 유무를 양호한 해상도로 검사할 수가 있다.
이하, 본 실시예에 따른 적외선 광학계의 배치 방법에 대해 상세히 설명한다. 또, 본 실시예에서는 피측정 기판(12)으로서 SEMI 표준 규격에 의해 정해진 300㎜ 실리콘 웨이퍼를 가정한다. 이 실리콘 웨이퍼는, 상술된 바와 같이 두께가 약 775㎛에서 직경이 약 300㎜의 원형으로 형성되어 있고, 그 한쌍의 표면인 반면과 외주면과의 경계 부분이 약 22°로 경사한 한쌍의 단면(경사부 : 14)으로서 모따기되어 있다(도 6 및 도 7 참조). 단, SEMI 표준 규격의 300㎜ 실리콘 웨이퍼에 한하지 않고, 경사한 한쌍의 단면에 의해 모따기된 다른 기판에서도, 이하에 나타내는 순서와 동일한 순서에 따라 광학계의 설계를 행할 수 있다.
굴절율 n1의 영역에서 굴절율 n2의 영역에 광선이 통과할 때, 도 18에 도시된 바와 같이 그 경계면에서의 반사는 입사각 θ1과 동일 각도 θ2에 발생하고, 굴절은
n1sinθ1= n2sinθ2
의 각도 θ2에 발생한다.
그래서, 어떤 광선이 공기중에서 실리콘의 내부에 입사되는 경우, 공기의 굴절율은 n1= 1.00으로 실리콘의 굴절율은 n2= 3.42이므로, 반사 손실이 최소가 되는 입사각 θ1(블루스타각)은,
θ1+ θ2= π/2
tanθ1= n2/n1= 3.42
를 만족하게 된다.
상술된 조건으로부터 입사각 θ1은
θ1= 73.7°
로 산출되고, 그 경우의 굴절의 각도 θ2는
θ2= 16. 3°
로 산출된다.
그래서, 본 실시예의 표면 상태 측정 방법으로는, 피측정 기판(실리콘 웨이퍼 : 12)의 단면(6)에, 상기된 계산으로 구한 대략 블루스타각으로 적외선을 입사시킴에 따라, 반사 손실을 최소로 하여 에너지 효율을 향상시킨다.
여기서, 적외선이 입사하는 단면(6)과 평행한 성분의 진폭 반사율을 r(h)로 하면, 진폭 반사율 r(h)은,
r(h) = tan(θ1-θ2)/tan(θ1+θ2)
이 되고, 단면(6)에 입사하는 적외선의 에너지 반사율 Γ(h)은,
Γ(h) = [r(h)]2
가 된다.
그리고, 이 에너지 반사율 Γ(h)는, 도 19에 도시된 바와 같이 입사각 θ1이 블루스타각인 73.7°일 때가 최저이고, 이 입사각 θ1이 증가해도 감소해도 에너지 반사율 Γ(h)은 상승한다. 또한, 입사각 θ1의 증가측과 감소측에서 에너지 반사율 Γ(h)의 변화의 정도는 차이난다. 그래서, 본 실시예에서는 반사 손실의 허용 범위를 2.0%(=0.02)로 상정함으로써, 피측정 기판(12)의 단면(6)에 대한 적외선의 입사각을 68∼78°로 하고 있다.
단, 이와 같이 적외선의 입사각을 설정해도, 그 입사 위치가 적정이 아니면, 도 20(a)에 도시된 바와 같이, 단면(6)에 입사한 적외선이 내측으로부터 단면(7)에 직접 입사되어 반사되는 경우가 있다. 이 경우, 피측정 기판(12)의 내부에서의 적외선의 반면(3, 4)에 대한 각도가 얕아지므로, 적외선이 반면(3, 4)으로 반사되는 횟수가 저하하여 오염 검사의 분해능이 저하하게 된다.
예를 들면, 상술된 바와 같이 피측정 기판(12)의 22°로 경사진 단면(6)에 적외선이 73.7°로 입사되고, 이 적외선이 내측으로부터 단면(7)에 입사되지 않고 반면(4)에 입사되어 반사된 경우, 피측정 기판(12)의 내부에서의 적외선의 반사각은 51.7°이다.
그래서, 피측정 기판(12)이 두께 775㎛로 하면, 도 21에 도시된 바와 같이 적외선이 일회의 반사로 수평 방향으로 진행하는 거리 x1은
x1= 775 × tan(90-51.7) = 612.06㎛
이다. 이것은 반면(3, 4)이 거리 1224㎛ 마다 검사되는 것을 의미하고, 유기 오염의 검사에는 충분한 분해능이다.
그러나, 피측정 기판(12)의 단면(6)에 입사된 적외선이 단면(7)에 직접 입사되어 반사된 경우, 도 20(b)에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 내부에서의 적외선의 반사각은 7.7°가 된다. 이 경우, 적외선이 일회의 반사로 수평 방향으로 진행하는 거리 x2는
x2= 775 × tan(90-7.7) = 5732.02㎛
이 되고, 검사의 분해능은 10분의 1 가까이까지 저하하게 된다.
그래서, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법으로는, 피측정 기판(12)에 대해 적외선의 입사각을 설정함과 동시에 입사 위치를 설정함으로써, 도 17(b)에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 단면(6)에 입사한 적외선이 내측으로부터 단면(7)에 직접 입사되지 않도록 하고 있다.
그 경우, 피측정 기판(12)의 상측 단면(6)의 위치 O으로부터 내부에 입사한 적외선이, 하측의 단면(7)과의 경계의 위치 C로부터 도면 중 좌측 반면(4)의 위치에 입사할 필요가 있다. 여기서, 단면(6, 7)의 경계 B, 반면(4)과 단면(7)과의 경계 C, B의 직하에서 C의 수평 좌측의 위치 K를 상정하면, 직선 BK는 피측정 기판(12)의 두께의 반인 387.5㎛ 이다.
BK/CK = 387.5/CK = tan22 = 0.404
이므로, 직선 CK는 959.15㎛ 이다.
BK/BC = 387.5/BC = sin22 = 0.3746
이므로, 직선 BC는 1034.44㎛이고, 이것과 대칭인 AB도 1034.44㎛ 이다. 직선 KB와 직선 OC를 각각 연장한 직선의 교점을 L로 하면, LK/CK = tan51.7 = 1.2662
이므로, 직선 LK는 1214.48㎛이고, 직선 LB는
LK-BK = 1214.28-387.5 = 826.78㎛
이다.
여기서, 단면(6, 7)의 경계 B를 원점으로 하여 단면(6)의 적외선이 입사하는 위치 O의 좌표(x, y)를 상정하면, 이 위치 O는 직접 AB와 직접 CL과의 교점이다. 그리고, 직선 AB를 수식으로 표현하면,
y = -(tan22) x = -0.404x
가 되고, 직선 CL을 수식으로 표현하면,
y = +(tan51.7) x + LB = 1.2662x + 826.78
이 된다.
그래서, 상술된 수식으로부터 직선 AB와 직선 CL과의 교점으로 하여 위치 O의 좌표를 산출하면
x = -495.02㎛
y = 199.99㎛
이 되고, 이 위치 O를 통과하는 수선과 원점을 통과하는 수평선과의 교점 P를 상정하면, 직선 PB는 495.02㎛ 이다.
PB/OB = cos22 = 0. 92718
이므로,
OB = 495.02/0.92718 = 533.9㎛
이고,
AO = AB-OB = 1034.46-533.9 = 500.56㎛
이다. 즉, 두께가 대략 775㎛로 한쌍의 표면인 반면(3, 4)에 대해 한쌍의 단면(6, 7)이 대략 22°로 경사진 피측정 기판(12)의 단면(6)에, 블루스타각인 73.7°를 입사각으로 하여 적외선을 입사시키는 경우, 이 적외선을 단면(6)의 반면(3)과의 경계 A로부터의 거리가 0 ∼ 500.56㎛의 위치 O에 입사되면, 단면(6)으로부터 피측정 기판(12)의 내부에 입사한 적외선이 단면(7)에 직접 입사되는 경우는 없다.
또, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법으로는, 상술된 바와 같이 단면(6)에 대한 적외선의 입사각의 허용 범위를 68 ∼ 78°로 하고 있으므로, 하기의 표 2에 도시된 바와 같이 적외선의 입사각에 대응하여 입사 위치의 허용 범위도 변화한다.
입사각도 기판 평면과 광선이 이루는 각도 입사위치의 허용범위
68°(최소각도) 46° 0∼580.63㎛
73.3°(부르스터(brewster)각도) 51.7° 0∼500.56㎛
78°(최대각도) 56° 0∼443.04㎛
단, 현재 검토되어 있는 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼의 규격으로는, 도 17에 도시된 바와 같이, 단면(6)은 반면(3, 4)과 외주면(5)과의 경계 부분의 모따기에 상당하는 형상으로 형성되어 있고, 그 수평 방향의 전체 길이는 500㎛ 이하로 규정되어 있다.
즉, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법을 상술된 규격의 실리콘 웨이퍼에 적용하는 경우, 단면(6)에 적외선을 알맞은 73.7°로 입사되면, 그 입사 위치를 고려할 필요는 없다. 단, 실리콘 웨이퍼의 반면(3, 4)의 검사 범위를 최대로 하기 위해서는, 적외선의 입사 위치를 단면(6)의 외부 모서리 근방에 설정하는 것이 적당하다.
또한, 상기 실시예에서는 피측정 기판(12)의 반면(3)과 수직으로 중심을 통과하는 면 내에서, 22°에 경사한 단면(6)에 대략 +73.7°의 입사각으로 적외선을 입사시키는 것을 예시했지만, 이 입사각을 대략 173.7°로 하는 것도 가능하다.
이 경우에도, 상술된 표면 상태 측정 장치와 구성 요소는 동일하고, 적외선 집광 수단(30, 40)의 배치만 차이난다. 이 때문에, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법으로는, 도 22에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 반면(3)과 수직으로 중심을 통과하는 면 내에서, 22°로 경사시킨 단면(6)에 대략 -73.7도의 입사각으로 적외선이 입사하고, 이 적외선은 단면(6)의 반면(3)과의 경계로부터 대략 0 ∼ 80.18㎛의 거리의 위치에 입사된다.
적외선의 입사각을 대략 -73.7°로 하는 실시예에서도, 상술된 경우와 같이 적외선의 입사각에 허용 범위를 설정할 수가 있고, 하기의 표 3에 도시된 바와 같이, 적외선의 입사각에 대응하여 입사 위치의 허용 범위도 변화한다.
입사각도 기판 평면과 광선이 이루는 각도 입사위치의 허용범위
-68°(최소각도) 90° 없음(0㎛)
-68.207° 89.793° 3㎛(적외선의 촛점의 직경정도)
-73.3°(부르스터각도) 84.3° 0∼80.18㎛
-78°(최대각도) 80° 0∼137.57㎛
단, 상기된 표 3에 도시된 바와 같이, 피측정 기판(12)의 판 두께가 775㎛에서 단면(6)의 경사가 22°인 경우, 적외선의 입사각을 -68°로 하면 적정한 입사 위치는 존재하지 않으므로, 적외선의 입사각은 에너지 반사율과는 관계없이 -68.207°이상이 적당하다.
적외선의 입사각을 대략 -73.7°로 하는 본 실시예에서도, 상술된 입사각 및 허용 범위를 만족함으로써, 도 23에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 단면(6)에 입사하는 적외선이 단면(7)으로 반사되어 검사의 분해능이 저하하지 않고, 피측정 기판(12)의 반면(3, 4)의 유기 오염의 유무를 양호하게 판정할 수 있다.
또, 도 17에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 단면(6)에 대한 적외선의 입사각을 +73.7°로 하면 내부에서의 반사각은 51.7°가 되지만, 도 22에 도시된 바와 같이 입사각을 -73.7°로 하면 내부에서의 반사각은 84.3°가 된다. 따라서, 입사각을 -73.7°로 하는 실시예는 입사각을 +73.7°로 하는 실시예보다 검사의 분해능이 양호하다.
단, 적외선을 피측정 기판(12)의 내부에서 다중 반사시키는 경우, 그 내부에서의 반사율도 고려할 필요가 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 반사율은 반사각에 의존한다. 공기중에 위치하는 피측정 기판(12)의 내부에서 적외선이 반사되는 경우, 피측정 기판(12)의 내부에서의 반사각인 잔류 출사각이 72°이상에서는 에너지 반사율은 높고, 잔류 출사각이 74 ∼ 90°정도에서는 에너지 반사율은 0.3이하까지 저하한다.
즉, 도 22에 도시된 바와 같이 입사각을 -73.7°로 하면, 잔류 출사각이 84.3°가 되어 에너지 반사율이 저하하기 때문에, 적외선이 피측정 기판(12)의 반면(3, 4)으로 다중 반사될 때 투과되는 손실이 다량이 된다. 이 때문에, 검사의 에너지 효율을 중시하는 경우에는, 도 17에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 단면(6)에 대한 적외선의 입사각을 +73.7°로 하는 것이 적당하고, 검사의 분해능을 중시하는 경우에는, 도 22에 도시된 바와 같이 입사각을 -73.7°로 하는 것이 적당하다.
또, 도 22에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 단면(6)에 대한 적외선의 입사각을 -73.7°로 해도, 이 적외선이 단면(7)에서 반사되면 잔류 출사각은 40.3°가 된다. 그 분해능은 제품으로 허용할 수 있는 범위로 상정할 수 있으므로, 이러한 표면 상태 측정 방법을 실현하는 경우에는, 입사각이 -73.7°의 적외선을 단면(6)의 반면(3)과의 경계로부터 80.18㎛ 이상의 위치에 입사되면 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 피측정 기판의 내부에 적외선을 입사시킬 때의 반사 손실을 미소로 할 수 있으므로, 적외선을 양호한 효율로 시료의 단면으로부터 내부로 입사할 수가 있다. 이에 따라, 예를 들면 시료 표면의 불량의 유무를 양호한 에너지 효율로 검사할 수 있다.
[제4 실시예]
본 발명의 제4 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 대해 도 24 내지 도 27을 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 16에 도시된 제1 또는 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치와 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
도 24는 본 실시예에 따른 제1 적외광원의 구조를 나타내는 개략도, 도 25는 도 24의 적외광원의 동작을 설명하는 도면, 도 26은 본 실시예에 따른 제2 적외광원의 구조를 나타내는 개략도, 도 27은 도 26의 적외광원의 동작을 설명하는 도면이다.
본 실시예에서는, 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 적당한 다른 적외광원에 대해 설명한다.
제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치에서, 전방 반사판(26) 및 후방 반사판(28)은, 적외광원(20)에 구해지는 특성에 따라 여러가지의 양태를 취할 수 있다.
제1 어프로치로서는, 분광 장치에서의 광학계의 설계의 자유도를 늘려 검출 감도를 향상시키기 위해 광원으로서의 평행 광선의 광량을 증대시키는 것을 생각할 수 있다. 광원으로서의 평행 광선은, 그 후의 광학 처리의 자유도가 높아 바람직하다. 단순히 방사광량 전체를 증대시키는 수법으로는 필라멘트에 많은 전류를 흘리는 방법도 있지만, 그 경우에는 반드시 평행 광선만이 증대하는 것은 아니고, 또한 필라멘트의 수명이 짧아진다는 결점도 있다.
그래서, 본 실시예에 따른 제1 적외광원에서는, 도 24에 도시된 바와 같이 포물면경에 의해 후방 반사판(26)을, 구면경에 의해 전방 반사판(28)을 구성하고, 또한 포물면경과 구면경과의 촛점이 일치하도록 후방 반사판(26)과 전방 반사판(28)을 상호 대향하여 배치하고 있다. 그리고, 이 공통 촛점에 광원(24)을 배치하고 있다.
이와 같이 후방 반사판(26) 및 전방 반사판(28)을 구성하면, 공통 촛점에 놓여진 광원(24)으로부터 전방에 방사된 광선 중, 평행성이 높아 전방 반사판(28)에 차단되지 않은 빛은 직접 출사창으로부터 출사된다. 또한, 구면경을 이루는 전방 반사판(28)에 의해 반사되는 다른 빛은 전방 반사판(28) 및 후방 반사판(26)에 의한 반사를 반복한 후, 전방으로 진행하는 평행 광선으로 변환되어 출사창으로부터 평행 광선으로서 출사된다.
예를 들면, 도 25(a)에 도시된 바와 같이 공통 촛점에 놓여진 광원(24)으로부터 전방 반사판(28)의 상측을 향해 방사된 광선①은, 전방 반사판(28)으로 반사하여 다시 공통 촛점을 통해, 후방 반사판(26)으로 반사하여 평행 광선②으로 변환된다. 이 평행 광선②은, 전방 반사판(28)과 후방 반사판(26) 사이에서 복수회 반사한 후(도면 중의 광선③ ∼ ⑤), 출사창에 이르고(도면 중의 광선 ⑥), 출사창으로부터 방사된다. 이와 같이, 전방 반사판(28)은 광원(24)으로부터 전방에 방사되어 평행 광선에 기여하지 않은 빛을 반사하여 재차 후방 반사판(26)에 복귀하고, 평행 광선으로 변환하는 기능과, 측정에 의해 필요한 평행 광선만을 출사하여 불필요한 빛(미광)을 차폐하는 기능을 모두 구비하고 있다.
또한, 공통 촛점에 놓여진 광원(24)으로부터 후방에 방사된 광선은, 후방 반사판(26)에 의해 반사되고, 전방 반사판(28)에 차단되지 않은 빛은 출사창으로부터 출사된다. 또한, 전방 반사판(28)에 의해 반사되는 다른 빛은 전방 반사판(28) 및 후방 반사판(26)에 의한 반사를 반복한 후, 전방으로 진행하는 평행 광선으로 변환되어 출사창으로부터 평행 광선으로서 출사된다.
예를 들면, 도 25(b)에 도시된 바와 같이, 공통 촛점에 놓여진 광원(24)으로부터 후방 반사판(26)의 상측을 향해 방사된 광선①은, 후방 반사판(26)에 의해 반사되어 평행 광선②로 변환된다. 이 평행 광선②은, 전방 반사판(28)에 의해 반사되어 공통 촛점을 거쳐, 재차 후방 반사판(26)에 의해 반사되어 평행 광선②로 변환된다. 이 후, 전방 반사판(28)과 후방 반사판(26) 사이에서 복수회 반사한 후에(도면 중의 빛 ③ ∼ ⑤) 출사창에 이르고, 출사창으로부터 방사된다. 이와 같이, 전방 반사판(28)은, 광원으로부터 전방에 방사되어 평행 광선에 기여하지 않는 빛을 반사하여 재차 후방 반사판(26)에 복귀하고, 평행 광선으로 변환하는 기능과, 측정에 의해 필요한 평행 광선만을 출사하여 불필요한 빛(미광)을 차폐하는 기능을 모두 구비하고 있다.
따라서, 이와 같이 후방 반사판(26) 및 후방 반사판(28)을 구성함으로써, 필라멘트로부터 방사되는 광선을 효율적으로 평행 광선으로 변환함과 동시에, 미광의 발생을도 억지할 수가 있다.
제2 어프로치로서는, 분광 장치의 검출 감도를 향상시키기 위해 광원으로부터 발생하는 광선을 효율적으로 일점으로 집광하여 광량을 증대시키는 것을 생각할 수 있다. 단순히 방사광량 전체를 증대시키기 위해 필라멘트에 많은 전류를 흘리는 것도 생각할 수 있지만, 상술된 바와 같이 필라멘트의 수명이 짧아지는 등의 결점이 있다.
그래서, 본 실시예에 따른 제2 적외광원에서는, 도 26에 도시된 바와 같이 타원경에 의해 후방 반사판(26)을, 구면경에 의해 전방 반사판(28)을 구성하고, 또한 타원경의 한쪽 촛점(도면 중, 좌측)과 구면경과의 촛점이 일치하도록 후방 반사판(26)과 전방 반사판(28)을 상호 대향하여 배치하고 있다. 그리고, 이 공통 촛점에 광원(24)을 배치하고 있다. 이와 같이 후방 반사판(26) 및 전방 반사판(28)을 구성함에 따라, 광원(24)으로부터 방사된 빛을, 후방 반사판(26)을 구성하는 타원경의 다른 촛점(도면 중, 우측)으로 효율적으로 집광할 수가 있다.
즉, 이와 같이 후방 반사판(26) 및 전방 반사판(28)을 구성하면, 도 27에 도시된 바와 같이 공통 촛점에 놓여진 광원(24)으로부터 후방 반사판(26)을 향해 방사된 광선은, 후방 반사판(26)에 의해 반사되고, 전방 반사판(28)의 출사창을 통해 타원경의 다른 촛점으로 집광된다. 또한, 광원(2)으로부터 전방 반사판(28)을 향해 방사된 광선은, 전방 반사판(28)에 의해 반사되어 공통 촛점을 통해, 후방 반사판(26)에 의해 반사되고, 전방 반사판(28)의 출사창을 통해 타원경의 다른 촛점으로 집광된다. 이와 같이, 전방 반사판(28)은, 광원으로부터 전방에 방사되어 집광되지 않은 빛을 반사하여 재차 후방 반사판(26)에 복귀하고, 타원경의 다른 촛점에 집광하는 기능과, 측정에 의해 필요한 광선만을 출사하여 미광을 차폐하는 기능을 모두 구비하고 있다.
따라서, 이와 같이 후방 반사판(26) 및 후방 반사판(28)을 구성함에 따라, 광원(24)으로부터 랜덤인 방향으로 방사되는 광선을 타원경의 다른 촛점으로 효율적으로 집광함과 동시에, 미광의 발생도 억지할 수가 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면 후방 반사판(26)을 포물면경 또는 타원경에 의해 구성하고, 전방 반사판(28)을 구면경에 의해 구성하므로, 광원(24)으로부터 발생하는 빛을 효율적으로 평행 광선으로 변환하고, 또는 일점으로 집광할 수가 있다. 이러한 방식으로 얻을 수 있는 방사광은, 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 적당하다.
또, 상기 실시예에서는, 광원(24)으로부터 방사된 광선을 평행 광선으로 변환하고, 또는 일점으로 집광했지만, 도 24에 도시된 적외광원(20)에 의해 출사광을 평행 광선으로 변환한 후에 컨덴서 렌즈등으로 집광하여 이용해도 좋고, 도 26에 도시된 적외광원(20)에 의해 출사광을 집광한 후에 콘덴서 렌즈 등에 의해 평행 광선으로 변환하여 이용해도 좋다.
또한, 제1 실시예에서 상술된 바와 같이, 전방 반사판(28)의 출사창을 적외선 투과 물질에 의해 덮고, 방폭형의 적외광원으로 해도 좋다.
[제5 실시예]
본 발명의 제5 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 대해 도 28 내지 도 30을 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 16에 도시된 제1 또는 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치와 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
도 28은 본 실시예에 따른 적외선 집광 수단의 구조를 나타내는 개략도, 도 29는 도 28의 적외선 집광 수단의 동작을 설명하는 도면, 도 30은 본 실시예에 따른 적외선 집광 수단의 효과를 설명하는 도면이다.
본 실시예에서는, 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 적당한 다른 적외선 집광 수단에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 적외선 집광 수단(30)은, 도 28에 도시된 바와 같이 타원경(82)과 구면경(84)으로 구성되고, 타원경(82)의 한쪽 촛점(도면 중, 우측)과 구면경(84)의 촛점이 일치하도록 타원경(82)과 구면경(84)이 상호 대향하여 배치되어 있다. 구면경(84)의 중심부에는, 적외선을 입사하기 위한 입사 구멍(86)이 설치되어 있다. 타원경(82)의 중심부에는, 피측정 대상물을 삽입하기 위한 슬릿(88)이 설치되어 있다.
이어서, 도 28에 도시된 적외선 집광 수단의 동작에 대해 도 29를 이용하여 설명한다.
피측정 기판(12)은, 도 29에 도시된 바와 같이 적외선을 입사해야 할 단면(경사부 : 14)이 타원경(82)과 구면경(84)의 공통 촛점에 위치하도록, 적외선 집광 수단(30) 내에 삽입한다. 그리고, 타원경(82)의 다른 촛점(도면 중, 좌측)에는 구면경(84)의 입사 구멍(86)을 통해 적외선 집광 수단(30)에 적외선을 입사하기 위한 적외광원(20)을 배치한다.
적외광원(20)은, 타원경(82)의 상기 다른 촛점에 점광원을 배치한 것과 동등한 광선을 적외선 집광 수단(30)에 입사할 수 있게 한다. 예를 들면, 타원경(82)의 상기 다른 촛점에 점광원을 배치하고, 또는 소정의 광선을 집광했을 때의 촛점이 타원경(82)의 해당 다른 촛점에 위치하도록 적외광원을 배치함에 따라 실현한다. 후자의 적외광원으로는, 예를 들면 도 26에 도시된 제4 실시예에 따른 적외광원(20)을 적용할 수 있다.
이러한 방식으로 적외선의 입사 광학계를 배치하면, 적외광원(20)으로부터 방사된 적외선이 구면경(84)의 입사 구멍(86)을 통해 적외선 집광 수단(30) 내에 입사되고, 타원경(82)에 의해 공통 촛점으로 집광된다. 그리고, 공통 촛점에 집광된 적외선은 공통 촛점을 통과하여 구면경(84)에 이르고, 구면경(84)에 의해 반사된 적외선이 피측정 기판(12)의 단면(경사부 : 14)에 입사된다.
이와 같이 적외선의 입사 광학계를 배치함에 따라, 피측정 기판(12)에는 기판의 표면측의 경사부(14) 및 이면측의 경사부(14)의 쌍방에 적외선을 입사하는 것이 가능해진다. 따라서, 피측정 기판(12) 내부에 도입되는 적외선의 총량을 증가시킬 수가 있다. 이에 따라, 보다 많은 표면 면적에 포함되는 피측정 기판(12) 상의 분자 진동의 정보를 얻을 수 있다.
즉, 도 1에 나타내는 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에서는, 도 30(a)에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 표면측의 경사부(14)로부터 입사된 적외선만이 피측정 기판(12) 내부에서 다중 반사하여 기판 표면의 상태를 프로빙하지만, 본 실시예에 따른 적외선 집광 수단을 이용함에 따라, 도 30(b)에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 이면측의 경사부(14)로부터 입사된 적외선도 피측정 기판(12) 내부에서 다중 반사하여 기판 표면의 상태를 프로빙하므로, 기판 표면의 유기 오염 물질을 검출하는 실효 면적이 증가하고, 검출 감도가 증가한다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 피측정 기판(12)의 표리의 경사부(14)에 적외선을 집광할 수 있는 적외선 집광 수단(30)을 구성하므로, 피측정 기판 표면의 오염 물질의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 오염 물질의 검출 감도가 오름에 따라 예를 들면 게이트 산화막의 절연 파괴나 절연 열화를 예방할 수가 있어, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 피측정 기판(12)의 표리의 경사부(14)에 적외선을 집광할 수 있는 적외선 집광 수단(30)을 구성함으로써 피측정 기판(12)의 표리의 경사부(14)에 적외선을 입사했지만, 제1 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에서, 피측정 기판(12)의 이면측의 경사부(14)에 적외선을 입사하기 위한 적외광원 및 적외선 집광 수단을 더 설치함으로써, 피측정 기판(12)의 표리의 경사부(14)로부터 적외선을 입사하도록 해도 좋다.
[제6 실시예]
본 발명의 제6 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 대해 도 31 내지 도 33을 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 16에 도시된 제1 또는 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치와 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
도 31은 피측정 기판 중에 입사된 적외선의 광로를 설명하는 도면, 도 32는 도 1의 표면 상태 측정 장치에서의 피측정 기판과 적외선 집광 수단과의 위치와 적외선광로의 관계를 나타내는 도면, 도 33은 본 실시예에 따른 적외선 집광 수단의 구조를 나타내는 개략도, 도 34는 도 33의 적외선 집광 수단의 동작을 설명하는 도면이다.
적외선 집광 수단에 의해 집광되어 피측정 기판(12)에 입사되는 적외선은, 도 31에 도시된 바와 같이 방출 각도에 일정한 넓이를 구비하고 있다. 이 때문에, 피측정 기판(12)의 단면(경사부 : 14)에의 적외선의 입사 각도가 광선의 위치에 따라 약간 변한다. 도 31에서는, 광선의 예로서 번호의 순으로 피측정 기판(12)에의 입사각의 크기가 작아지는 1, 2, 3의 3개의 광선을 나타내고 있다.
피측정 기판(12) 내에 입사한 적외선의 내부 반사각은, 피측정 기판(12) 단면에의 적외선의 입사각에 따라 결정되고, 도 31의 경우에는 광선(3)이 가장 커진다. 일회의 내부 반사에 의해 광선이 진행하는 거리는 내부 반사각이 클수록 커지므로, 광선(1)과 광선(3)을 비교하면, 동일한 내부 반사 횟수로는 광선(3)이 보다 멀리까지 도달하게 된다.
이 때문에, 도 31에 도시된 예에서는 광선(1)은 피측정 기판(12)의 상측 단면에 적외선이 도달하는데 대해, 광선(3)은 피측정 기판(12)의 하측 단면에 도달하고, 피측정 기판(12)의 하측에도 투과 적외선이 방사되게 된다. 이 경우, 하측의 단면으로부터 출사되는 광선(3)은 도 1의 표면 상태 측정 장치에서는 검출할 수 없다. 또한, 도 28에 도시된 제5 실시예에 따른 적외선 집광 수단(30)을 적용하는 경우에는, 가령 입사 적외선의 광로가 동일한 경우라도, 피측정 기판(12)의 양측의 단면으로부터 적외선이 출사된다.
또한, 도 1에 도시된 표면 상태 측정 장치에서는, 도 32에 도시된 바와 같이 적외선 집광 수단(40)과 피측정 기판(12)과의 위치 관계가 변화하면, 예를 들면 도 32에서 피측정 기판(12)이 우측 2개 중 어느 하나의 위치에 있는 경우와 마찬가지로, 피측정 기판(12)으로부터 출사되는 적외선을 적외선 검출기(50)에 의해 검출할 수 없는 경우가 있다. 이 상태로부터 출사 적외선을 검출할 수 있도록 하기 위해서는, 피측정 기판(12)의 위치를 적정한 위치까지 이동시킬지, 요면경(42)과 반사경(44)과의 위치를 재조정할 필요가 있다.
이 때문에, 피측정 기판(12)의 상측 및 하측의 단면으로부터 방출되는 적외선을 모두 적외선 검출기(50)에 도입할 수가 있고, 피측정 기판(12)과 적외선 집광 수단(40)과의 위치의 영향을 받기 어려운 적외선 집광 수단이 바람직하다.
본 실시예에서는, 피측정 기판의 상측 및 하측의 경사부로부터 외부로 방출되는 적외선을 모두 집광하여 적외선 검출기에 도입하는 적외선 집광 수단을 나타내는다.
제5 실시예에서는, 도 28에 도시된 바와 같이 적외선 집광 수단을 타원경(82)과 구면경(84)으로 구성하고, 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치의 입사 광학계인 적외선 집광 수단(30)으로서 적용하였다. 도 28에 도시된 광학계는, 제5 실시예의 경우와 마판가지로 함으로써 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치의 출사 광학계인 적외선 집광 수단(40)으로 해도 적용할 수가 있다.
그래서, 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에서는, 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치의 출사 광학계인 적외선 집광 수단(40)을, 도 33에 도시된 바와 같은 구면경(90)과 타원경(92)으로 구성되어 있다.
피측정 기판(12)은, 도 33에 도시된 바와 같이 적외선의 출사되는 단면(경사부 : 14)이, 타원경(92)과 구면경(90)의 공통 촛점에 위치하도록, 타원경(92)에 설치된 슬릿(94)으로부터 적외선 집광 수단(40) 내에 삽입한다. 그리고, 타원경(92)의 다른 촛점(도면 중, 우측)에는 적외선 집광 수단(40)에 의해 집광된 적외선을 검출하는 적외선 검출기(50)를 배치한다.
또, 적외선 검출기(50)를 타원경(92)의 촛점에 배치하는 것 외에, 반사경이나 광 파이버등을 상기 촛점에 배치하고, 다른 광학계에 의해 적외선 검출기(50)까지 적외선을 도입하도록 적외선 집광 수단(40)을 구성해도 좋다.
이와 같이 적외선의 출사 광학계를 배치하면, 도 34에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 출사 단면으로부터 출사된 적외선은, 구면경(90)에 의해 반사되어 공통 촛점을 통과하여 타원경(92)에 이른다. 그리고, 타원경(92)에 반사된 적외선은 타원경(92)의 다른 촛점에 집광된다. 따라서, 타원경(92)의 상기 다른 촛점에 적외선 검출기(50)를 배치함으로써, 피측정 기판(12)의 상측 및 하측의 경사부로부터 출사되는 적외선을 효율적으로 검출할 수 있다. 이에 따라, 보다 많은 표면 면적에 포함되는 피측정 기판(12) 상의 분자 진동의 정보를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 피측정 기판(12)의 표리의 경사부로부터 출사되는 적외선을 집광할 수 있는 적외선 집광 수단(40)을 구성하므로, 피측정 기판표면의 오염 물질의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 오염 물질의 검출 감도가 오름에 따라, 예를 들면 게이트 산화막의 절연 파괴나 절연 열화를 예방할 수가 있어, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
[제7 실시예]
본 발명의 제7 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 대해 도 35 내지 도 38을 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 16에 도시된 제1 또는 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치와 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
도 35는 본 실시예에 따른 적외선 집광 수단의 구조를 나타내는 개략도, 도 36은 도 35의 표면 상태 측정 장치에서의 피측정 기판과 적외선 집광 수단과의 위치와 적외선 광로의 관계를 나타내는 도면, 도 37은 검출 반사경의 배치 방법과 적외선 검출기에의 적외선의 입사각과의 관계를 나타내는 도면, 도 38은 검출 반사경의 배치 방법과 적외선의 전파 방향과의 관계를 나타내는 도면이다.
본 실시예에서는, 피측정 기판의 상측 및 하측의 경사부로부터 외부로 방출되는 적외선을 모두 집광하여 적외선 검출기에 도입하는 다른 적외선 집광 수단을 나타내는다.
본 실시예에 따른 적외선 집광 수단(40)은, 도 35에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 적외선 출사단부 근방에 설치되고, 피측정 기판(12)측의 간격이 적외선 검출기(50)측의 간격보다도 좁아지는 한쌍의 검출 반사경(96)에 의해 구성되는 것에 특징이 있다.
이러한 방식으로 표면 상태 측정 장치를 구성함으로써, 피측정 기판(12)의 상측의 단면으로부터 출사되는 적외선 및 피측정 기판(12)의 하측의 단면으로부터 출사되는 적외선은, 한쌍의 검출 반사경(96) 사이에서 반사를 반복하여 적외선 검출기(50)측에 전파되고, 적외선 검출기(50)에 의해 검출된다. 따라서, 피측정 기판(12)의 상측의 단면으로부터 출사되는 적외선에 더해, 피측정 기판(12)의 하측의 단면으로부터 출사되는 적외선도 집광할 수가 있으므로, 제1 및 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치와 비교하여 투과 적외선의 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 35에 도시된 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 장치에서는, 도 36에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 단면이 한쌍의 검출 반사경(96)사이에만 위치하고 있으면, 피측정 기판(12)의 단면의 위치가 변화해도 피측정 기판(12)의 단면으로부터 출사한 적외선을 검출 표면경(96)에 의해 반사할 수가 있다. 검출 반사경(96)은, 적외선 검출기(50)의 입사창의 위치까지 덮여 있기 때문에, 피측정 기판(12)이 어떤 위치에 있어도 투과 적외선은 상하의 검출 반사경(96) 사이를 반복 반사하여 적외선 검출기(50)의 입사 위치까지 반드시 도달할 수가 있다. 따라서, 피측정 기판(12)의 위치 조정과 검출 반사경(96)과의 위치 조정이 불필요해지고, 광학축 조정의 시간을 대폭 간략화시킬 수 있다.
또, 검출 반사경(96)을 구성하는 한쌍의 반사경에는, 피측정 기판(12) 측에서의 간격이 좁아 적외선 검출기측의 간격이 넓은 배치(도 37(a)을 참조), 피측정 기판(12)측에서의 간격이 넓어 적외선 검출기측의 간격이 좁은 배치(도 37(b)을 참조), 2매의 반사경을 대략 평행하게 하는 배치(도 37 (c)을 참조)의 3종류의 배치 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 검출 반사경을 구성하는 한쌍의 반사경은, 도 35에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)측에서의 간격이 좁아 적외선 검출기(50)측의 간격이 넓어지도록 배치하는 것이 바람직하다.
제1 이유는, 피측정 기판(12)의 단면으로부터 출사된 적외선을 대략 평행 광선으로서 적외선 검출기(50)에 입사할 수 있는 것은 이 반사경의 배치뿐이기 때문이다.
적외선 검출기나 분광기의 집광경은, 대략 평행 광선이 입사하는 것을 전제로 하여 설계되어 있다. 이 때문에, 광선의 각도의 편차에 따른 수차나 집광경의 효율의 저하를 막고, 적외선을 효율적으로 입사되기 위해서는 피측정 기판(12)의 단면으로부터의 방사광을 대략 평행 광선으로 할 필요가 있다.
도 37(a)에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 검출 반사경(96)의 배치에서는, 수직보다 작은 임의의 출사광의 각도 θ에 대해 반사경을 θ/2만 기울이면, 1회의 반사로 대략 평행 광선을 얻을 수 있다. 대략 평행 광선의 높이 방향의 위치는 피측정 기판(12) 단면을 검출 반사경의 내부에 진입시킨 깊이에 따라 결정하고, 진입 깊이를 L, 광선의 높이 방향의 위치를 h로 하면, h = Lsinθ로 구할 수 있다. 피측정 기판(12) 단면의 진입 깊이를 조정함으로써, 검출기나 분광기의 입사창의 크기를 넘지 않은 범위의 대략 평행 광선을 얻는 것이 가능하다.
한편, 도 37(b) 및 도 37(c)에 도시된 배치 방법으로는, 반사광에 의해 대략 평행 광선을 얻는 조건이 존재하지 않은 것은 명백하고, 피측정 기판(12)의 외주면으로부터 대략 평행 광선이 출사하지 않는 한 대략 평행 광선을 얻을 수 없다.
제2 이유는, 입사광의 각도와 반사경과의 위치 관계에 따라서는, 어떤 배치 방법으로도 피측정 기판(12)으로부터 방출된 빛이 적외선 검출기(50)측이 아니라 피측정 기판(12)측에 반사되는 각도가 존재하지만, 상기 3종류의 배치 방법 중에서 본 실시예에서 채용한 배치 방법이 가장 피측정 기판(12)측으로 반사되는 출사광의 범위가 작아지기 때문이다.
도 38에 도시된 바와 같이 검출 반사경(96)과 피측정 기판(12)의 경사부(14)를 연결하는 광선이 수평면이 이루는 각을 θ1, 광선과 검출 반사경이 이루는 각을 θ2로 한다. 경사부(14)로부터 방출되는 빛의 각도와 검출 반사경(96)의 각도의 관계에 따라서는 피측정 기판(12) 단면으로부터 방출된 빛이 적외선 검출기(50)측에 입사하지 않고, 다시 피측정 기판(12)측에 반사되는 조건이 있다. 즉, 검출 반사경(96)을 반사하는 빛의 입사각과 반사각은 항상 동일하므로, θ2가 90°보다 큰 경우에는 피측정 기판(12) 단면으로부터의 방출광은 적외선 검출기(50)측에 반사되고, θ2가 90°보다도 작은 경우에는 반대로 피측정 기판(12)측에 반사된다. 따라서, 피측정 기판(12)측에 빛을 반사시키지 않기 위해서는, θ2가 90°보다 큰 것이 필요하고, 이 조건을 만족하는 광선의 각도의 범위는 2θ1의 크기가 된다. 3종류의 반사경의 배치 방향 중, θ2>90°를 만족하는 θ1의 범위가 가장 큰 것이 본 실시예에 따른 반사경의 배치이고, 다른 반사경의 배치 방법보다도 넓은 범위의 각도를 구비하는 출사광에 대응할 수가 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 피측정 기판(12)으로부터 방출되는 적외선을 집광하는 적외선 집광 수단(40)을, 피측정 기판(12)측에서의 간격이 적외선 검출기(50)측에서의 간격보다도 좁은 한쌍의 검출 반사경(96)에 의해 구성하므로, 피측정 기판(12)의 상측 및 하측의 경사부(14)로부터 방출되는 적외선을 모두 검출할 수가 있다. 이에 따라, 피측정 기판(12) 표면의 오염 물질의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 오염 물질의 검출 감도가 오름에 따라 예를 들면 게이트 산화막의 절연 파괴나 절연 열화를 예방할 수 있고, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 피측정 기판(12)의 상하에 놓여진 한쌍의 검출 반사경(96)에 의해 적외선 집광 수단(40)을 구성했지만, 이 한쌍의 검출 반사경(96)의 측면에, 더 한쌍의 반사경을 설치해도 좋다. 이렇게 함에 따라, 적외선의 검출 감도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이와 같이 측면에 설치하는 한쌍의 반사경은, 평면경이라도 되고, 적당한 곡율을 갖는 만곡한 반사경이라도 된다.
또한, 한쌍의 검출 반사경(96)의 한쪽 또는 양방의 거울을 가동하고, 반사광의 각도를 임의로 바뀌어지도록 적외선 집광 수단을 구성해도 좋다.
[제8 실시예]
본 발명의 제8 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치에 대해 도 39 및 도 40을 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 16에 나타내는 제1 또는 제2 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치와 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
도 39는 본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치를 설명하는 개략도, 도 40은 본 실시예에 따른 다른 표면 상태 측정 방법 및 장치를 설명하는 개략도이다.
본 실시예에 따른 표면 상태 측정 방법 및 장치는, 도 39에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 한쪽 단면측에 반사경(72)을 구비하고, 피측정 기판(12)의 다른 단면측으로부터 적외선의 입사 및 출사를 행하는 것에 특징이 있다.
이러한 방식으로 표면 상태 측정 장치를 구성함으로써, 피측정 기판(12)의 한쪽 단면으로부터 입사한 적외선은, 내부 다중 반사를 반복하여 대향하는 다른 단면에 이르고, 그 단면에서 반사경(72)에 의해 반사되고, 재차 내부 다중 반사를 반복하여 입사 단면에 이르고, 이 단면으로부터 피측정 기판(12)밖으로 방출되고, 적외선 검출기(50)에 의해 검출된다. 이렇게 함에 따라, 피측정 기판(12) 내부를 통과하는 적외선의 광로길이를 길게 하고, 다중 반사의 횟수를 많이 할 수 있으므로, 보다 많은 표면 상태를 프로빙하는 것이 가능해진다. 따라서, 피측정 기판(12)의 표면 상태의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
이러한 적외선의 전파 광학계를 구성하는 경우, 적외선의 입사 광학계와 출사 광학계의 배치 방법에는 여러가지 방법을 생각할 수 있다.
예를 들면, 도 39에 도시된 바와 같이 피측정 기판(12)의 상측의 경사부(14)로부터 적외선을 입사하고, 하측의 경사부(14)로부터 출사되는 적외선을 검출하도록, 적외광원(20), 적외선 집광 수단(30, 40), 적외선 검출기(50)를 배치할 수가 있다.
또한, 도 40에 도시된 바와 같이 적외선의 입사광로 상에 하프 미러(74)를 설치함으로써, 입사 적외선은 하프 미러(74)를 투과하여 피측정 기판(12)에 입사하고, 출사 적외선은 하프 미러(74)에 의해 반사하여 적외선 검출기(50)에 도입하도록, 적외광원(20), 적외선 집광 수단(30, 40), 적외선 검출기(50)를 배치해도 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 피측정 기판(12)에 입사한 적외선을, 피측정 기판(12)의 내부에서 왕복하여 다중 반사시키고, 적외선의 입사 단면측으로부터 출사한 적외선을 검출함으로써 피측정 기판(12)의 표면 상태를 측정하므로, 피측정 기판(12)의 표면 상태의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 적외광원으로부터 방사된 적외선을, 피측정 기판의 외주 부분에 집광하여 피측정 기판 내에 도입하는 제1 적외선 집광 수단과, 제1 적외선 집광 수단에 의해 집광되는 적외선의 피측정 기판에의 입사 각도를 소정치로 고정하고 또는 가변 제어하는 입사 각도 제어 수단과, 피측정 기판내에서 다중 반사한 후에 피측정 기판으로부터 출사하는 적외선을 집광하는 제2 적외선 집광 수단과, 제2 적외선 집광 수단에 의해 집광된 적외선을 검출하는 적외선 검출 수단과, 적외선 검출 수단에 의해 검출된 적외선을 분석하고, 피측정 기판의 표면에 부착한 오염물을 측정하는 적외선 분석 수단으로부터 표면 상태 측정 장치를 구성하므로, 피측정 기판을 추가 공정하지 않고 측정하는 것이 가능하고, 또한 피측정 기판 상에 배치한 프리즘등을 통해 적외선을 기판 내부에 입사할 필요가 없으므로, 적외선 분광법을 따라 반도체 기판의 표면 상태를 제조 현장에서 인사이츄 측정하기 위한 장치로서 적용할 수가 있다.
또한, 입사 각도를 소정치에 고정하고 또는 변화하면서 피측정 기판의 외주부분에 적외선을 집광하고, 외주 부분으로부터 피측정 기판내에 적외선을 도입하고, 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 피측정 기판으로부터 출사되는 적외선을 검출하고, 검출한 적외선을 분석함으로써 피측정 기판의 표면에 부착한 오염물을 측정하므로, 피측정 기판을 추가 공정하는 것이나, 피측정 기판 상에 배치한 프리즘등을 통해 적외선을 기판 내부에 입사할 필요가 없다. 이에 따라, 적외선 분광법에 따라 반도체 기판의 표면 상태를 제조 현장에서 인사이츄 측정할 수가 있다.
또한, 적외선의 입사 각도를 소인함으로써, 적외선 광로 상의 피측정 기판의 영역을 연속적으로 검사할 수가 있다. 이에 따라, 검출 감도를 대폭 향상할 수가 있다.
또한, 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 피측정 기판으로부터 출사된 특정한 오염물의 분자 진동에 대응하는 파장역의 적외선을 선택적으로 검출하고, 검출된 적외선의 강도에 기초하여 피측정 기판의 표면에 부착한 특정한 오염물의 량을 산출함으로써, 적외선의 분광 장치를 설치하지 않고 오염 물질의 부착량을 측정할 수 있으므로, 장치 구성을 간편하고 또한 저렴하게 할 수 있다.
또한, 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 피측정 기판으로부터 출사되는 적외선의 강도를 검출하고, 검출한 적외선의 강도와 기준 강도를 비교함으로써, 간편한 장치 구성에 따라 제조 현장에서 용이하게 피측정 기판의 양부 판정을 행할 수 있다.

Claims (30)

  1. 적외광원으로부터 방사된 적외선을, 피측정 기판의 외주 부분에 집광하여 상기 피측정 기판 내에 도입하는 제1 적외선 집광 수단과,
    상기 제1 적외선 집광 수단에 의해 집광되는 적외선의 상기 피측정 기판에의 입사 각도를 소정치로 고정하거나 또는 가변 제어하는 입사 각도 제어 수단과,
    상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사하는 적외선을 집광하는 제2 적외선 집광 수단과,
    상기 제2 적외선 집광 수단에 의해 집광된 적외선을 검출하는 적외선 검출 수단과,
    상기 적외선 검출 수단에 의해 검출된 적외선을 분석하여, 상기 피측정 기판의 표면에 부착한 오염물을 측정하는 적외선 분석 수단
    을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입사 각도 제어 수단은 상기 피측정 기판 내부에 있어서의 적외선의 반사 각도가 전반사 임계각 이하가 되도록 상기 피측정 기판에의 적외선의 입사 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입사 각도 제어 수단은, 상기 피측정 기판에의 적외선 입사 시에 있어서의 적외선의 에너지 반사율이 소정치 이하가 되도록 상기 피측정 기판에의 적외선의 입사 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 분석 수단은 푸리에 변환 분광법에 기초하는 분광 결과로부터 상기 오염물을 동정(同定)하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 분석 수단은 회절 격자에 의한 적외 분광법에 기초하는 분광 결과로부터 상기 오염물을 동정하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피측정 기판은 상기 외주 부분에, 상기 피측정 기판의 한쌍의 표면과 외주면에 의해 구성되는 각부(角部)가 모따기되어 이루어지는 한쌍의 경사부를 가지고,
    상기 제1 적외선 집광 수단은 상기 피측정 기판의 한쌍의 상기 경사부의 한쪽 또는 양쪽에 적외선을 집광하는
    것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피처리 기판을 지지하고, 상기 피처리 기판에 입사되는 적외선의 위치를 조정하는 위치 제어 기구와, 상기 피처리 기판을 회전하는 회전 기구를 갖는 기판 탑재대를 더 갖는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 적외선 집광 수단은, 상기 적외 광원으로부터 방사된 적외선을, 상기 피측정 기판의 외주에 따른 타원형의 촛점에 집광하거나, 또는 원형의 촛점에 집광하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 적외선 집광 수단은 구면경(球面鏡))과, 상기 구면경의 촛점에 한쪽의 촛점이 위치하도록 배치된 타원경을 가지고,
    상기 적외광원은 상기 타원경의 다른쪽의 촛점에 위치하도록 배치되어 있고,
    상기 제1 적외선 집광 수단은 상기 적외광원으로부터 방사된 적외선을 상기 타원경의 상기 다른쪽의 촛점에 집광하는
    것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 적외선 집광 수단은 구면경과, 상기 구면경의 촛점에 한쪽의 촛점이 위치하도록 배치된 타원경을 가지고,
    상기 피측정 기판은 적외선의 출사 단부면(端面)이 상기 타원경의 다른쪽의 촛점에 위치하도록 배치되어 있고,
    상기 제2 적외선 집광 수단은 상기 피측정 기판으로부터 출사된 적외선을 상기 타원경의 상기 다른쪽의 촛점에 집광하는
    것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 적외선 집광 수단은 상기 피측정 기판측의 간격이 상기 적외선 검출기측의 간격보다도 좁게 되도록 대향하여 설치된 한쌍의 반사경을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판의 적외선 입사 단부면과 대향하는 단부면측에, 상기 피측정 기판으로부터 출사된 적외선을 반사하여 재차 상기 피측정 기판 내부에 도입하는 반사경을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판은 한쌍의 표면이 거의 평행한 양면 연마 기판인 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외광원은 적외선 또는 근적외선을 발하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사된 광을 거의 평행광으로 하는 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판은 상기 피측정 기판 내부에 있어서의 적외선의 반사 횟수가 300회 이상으로 되는 기판인 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판은 어떤 프로세스를 행하기 전, 어떤 프로세스를 행한 후, 또는 어떤 프로세스를 행하는 중의 어느 한 상태에 있는 기판인 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 장치.
  17. 입사 각도를 소정치에 고정하거나 또는 변화시키면서 피측정 기판의 외주 부분에 적외선을 집광하고, 상기 외주 부분으로부터 상기 피측정 기판 내에 적외선을 도입하고,
    상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사되는 적외선을 검출하고,
    검출한 적외선을 분석함으로써 상기 피측정 기판의 표면에 부착한 오염물을 측정하는
    것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  18. 입사 각도를 소정의 범위 내에서 소인(掃引)하면서 피측정 기판의 외주 부분에 적외선을 집광하고, 상기 외주 부분으로부터 상기 피측정 기판 내에 적외선을 도입하고,
    상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사되는 적외선을 검출하고,
    검출한 적외선을 분석함으로써 상기 피측정 기판의 표면에 부착한 오염물을 측정하는
    것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 피측정 기판으로부터 출사된 적외선을 푸리에 변환 분광법으로 분광하고, 분광 결과로부터 상기 오염물을 동정하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 피측정 기판으로부터 출사된 적외선을 회절 격자에 의해 분광하고, 분광결과로부터 상기 오염물을 동정하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  21. 입사 각도를 소정치로 고정하거나 또는 변화시키면서 피측정 기판의 외주 부분에 적외선을 집광하고, 상기 외주 부분으로부터 상기 피측정 기판 내에 적외선을 도입하고,
    상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사되는 적외선을 검출하고,
    검출한 적외선의 강도와 기준 강도를 비교하고, 그 결과에 기초하여 상기 피측정 기판의 불량여부의 판정을 행하는
    것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  22. 입사 각도를 소정치로 고정하거나 또는 변화시키면서 피측정 기판의 외주 부분에 적외선을 집광하고, 상기 외주 부분으로부터 상기 피측정 기판 내에 적외선을 도입하고,
    상기 피측정 기판 내에서 다중 반사한 후에 상기 피측정 기판으로부터 출사된 특정 오염물의 분자 진동에 대응하는 파장 영역의 적외선을 선택적으로 검출하고,
    검출된 적외선의 강도에 기초하여 상기 피측정 기판의 표면에 부착한 상기 특정 오염물의 양을 산출하는
    것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  23. 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판 내부에서의 적외선의 반사 각도가 0°보다 크고 전반사 임계각 이하로 되는 범위에서, 상기 피측정 기판에 입사하는 적외선의 상기 입사 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  24. 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판에의 적외선 입사 시에 있어서의 적외선의 에너지 반사율이 소정치 이하로 되는 범위에서, 상기 피측정 기판에 입사하는 적외선의 입사 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  25. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판의 상기 외주 부분에 설치되고, 상기 피측정 기판의 한쌍의 표면과 외주면으로 구성되는 각부가 모따기되어 이루어지는 한쌍의 경사부의 한쪽 또는 양쪽으로부터 상기 피측정 기판 내로 적외선을 입사하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  26. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판 내에 입사한 적외선을 상기 피측정 기판 내에서 왕복시키고, 적외선의 입사 단부면측으로부터 출사한 적외선을 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  27. 제17항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판은 한 쌍의 표면이 거의 평행한 양면 연마 기판인 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  28. 제17항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판 내부를 다중 반사한 후에 검출되는 적외선량이 최대가 되도록 상기 피측정 기판을 지지하는 기판 탑재대의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  29. 제17항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피측정 기판을 회전하면서 복수회의 측정을 반복하고, 상기 피측정 기판의 거의 전면에 걸쳐 상기 피측정 기판의 표면을 측정하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
  30. 제17항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 적외선을 타원형의 촛점 또는 원형의 촛점에 집광하여 상기 피측정 기판에 입사하는 것을 특징으로 하는 표면 상태 측정 방법.
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