JP2001311697A

JP2001311697A - 表面状態測定方法及び装置

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Publication number: JP2001311697A
Application number: JP2000129881A
Authority: JP
Inventors: Haruo Yoshida; 春雄吉田
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定基板の局所的な表面状態の測定を非接
触・非破壊・高感度で実現し、被測定基板表面の有機汚
染物質等の分布を測定することができる表面状態測定方
法及び装置を提供する。【解決手段】被測定基板１０と半透過性凹面反射鏡１
２との間で多重反射するように赤外線を入射し、被測定
基板１０と半透過性凹面反射鏡１２との間で多重反射し
た後に被測定基板１０を透過する赤外線を検出し、検出
した赤外線を分析することにより、被測定基板１０に付
着した汚染物の測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線分光法によ
り被測定基板の局所的な表面状態を製造現場においてそ
の場測定（in-situ monitoring）しうる表面状態測定方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハ等の基板の有機汚染等の
表面状態を知ることは、それらの基板を用いて製造され
るデバイスの歩留まり、品質の信頼性を確保する上で非
常に重要なことである。例えば、半導体ウェーハ表面の
有機汚染は、製造プロセスにおける成膜異常や界面抵抗
の増加を引き起こす原因となることが知られている。

【０００３】このような基板表面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 Chromato
graphy/Mass Spectroscopy）、ＡＰＩＭＳ（Atmospheri
c Pressure Ionization Mass Spectroscopy）、ＳＩＭ
Ｓ（Secondary Ion Mass 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
される直径３００ｍｍを越えるようなウェーハのような
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、加熱するこ
とにより測定対象分子の状態がかわってしまうこと、な
どの理由により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。

【０００４】また、半導体ウェーハ等の被測定基板を透
過する赤外線をフーリエ分光することにより有機汚染を
測定する装置が、米国ニコレー社などから発売されてい
る。しかしながら、この装置では、被測定基板を一回の
み透過する赤外線の基板表面に付着した有機物質による
吸収を分析することにより有機汚染を検出するため、装
置の検出系の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が悪く、有機汚
染の検出感度は低くなってしまっていた。

【０００５】一方、本願発明者は、多重内部反射フーリ
エ赤外分光法によって半導体ウェーハの表面状態を測定
する方法を提案している（例えば、特願平１１−９５８
５３号明細書を参照）。被測定基板の一端に赤外線を特
定の入射角度で入射すると、赤外線は被測定基板内部を
両表面で全反射を繰り返しながら伝搬する。このとき、
被測定基板表面で赤外線が反射するときに滲み出る光の
周波数成分が被測定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。したがって、
その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。この方法では、被測定
基板内部を繰り返し多重反射した赤外線を分光分析する
ため、Ｓ／Ｎ比が向上され、検出感度を高くすることが
できる。また、被測定基板表面に付着した有機分子を非
接触・非破壊で測定することが可能である。しかしなが
ら、得られる測定値は、測定光路上の被測定基板表面に
おける有機分子の平均値を示すものであり、半導体ウェ
ーハの局所的な表面状態を測定することは困難であっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の方
法は、局所的な表面状態の測定は可能であってもその検
出感度が低かったり、検出感度は高いが局所的な表面状
態を測定することは困難であった。すなわち、従来の方
法では被測定基板の局所的な表面状態を高感度で測定す
ることは困難であった。

【０００７】このため、被測定基板の局所的な表面状態
の測定を非接触・非破壊・高感度で実現し、半導体装置
等の製造現場におけるその場測定に利用しうる表面状態
測定方法及び装置が望まれていた。

【０００８】本発明の目的は、被測定基板の局所的な表
面状態の測定を非接触・非破壊・高感度で実現し、被測
定基板表面の有機汚染物質等の分布を測定することがで
きる表面状態測定方法及び装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、被測定基板
に対向して設けられた反射鏡と、前記被測定基板と前記
反射鏡との間で多重反射するように赤外線を入射する赤
外線入射手段と、前記被測定基板と前記反射鏡との間で
多重反射した後に前記被測定基板を透過する赤外線を検
出する赤外線検出手段と、前記赤外線検出手段によって
検出された赤外線を分析し、前記被測定基板に付着した
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り達成される。

【００１０】また、上記の表面状態測定装置において、
前記赤外線入射手段は、前記汚染物の吸収帯域を含む波
長成分を有する連続波赤外線を入射し、前記赤外線分析
手段は、検出した赤外線を分光分析することにより前記
汚染物の種類及び／又は量を測定するようにしてもよ
い。

【００１１】また、上記の表面状態測定装置において、
前記赤外線入射手段は、前記被測定基板に付着した前記
汚染物が吸収する波長成分を有する連続波赤外線を入射
し、前記赤外線分析手段は、前記赤外線検出手段によっ
て検出された赤外線の強度を分析することにより前記汚
染物の量を測定するようにしてもよい。

【００１２】また、上記の表面状態測定装置において、
前記赤外線入射手段は、前記被測定基板に付着した前記
汚染物が吸収する波長成分を有するパルス性赤外線を入
射し、前記赤外線分析手段は、前記赤外線検出手段によ
って検出されたパルス性赤外線の振幅の時間に対する減
衰の変化を分析することにより前記汚染物の量を測定す
るようにしてもよい。

【００１３】また、上記の表面状態測定装置において、
前記被測定基板と前記反射鏡との間で多重反射する赤外
線の前記赤外線入射手段による入射と、前記被測定基板
と前記反射鏡との間で多重反射した後に前記被測定基板
を透過する赤外線の前記赤外線検出手段による検出とを
同期するようにしてもよい。

【００１４】また、上記の目的は、被測定基板と反射鏡
との間で多重反射するように赤外線を入射し、前記被測
定基板と前記反射鏡との間で多重反射した後に前記被測
定基板を透過する赤外線を検出し、検出した赤外線を分
析することにより、前記被測定基板に付着した汚染物の
測定を行うことを特徴とする表面状態測定方法により達
成される。

【００１５】また、上記の表面状態測定方法において、
前記汚染物の吸収帯域を含む波長成分を有する連続波赤
外線を入射し、前記被測定基板を透過する赤外線を分光
分析することにより前記汚染物の種類及び／又は量を測
定するようにしてもよい。

【００１６】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板に付着した前記汚染物が吸収する波長成
分を有する連続波赤外線を入射し、前記被測定基板を透
過する赤外線の強度を分析することにより前記汚染物の
量を測定するようにしてもよい。

【００１７】また、上記の表面状態測定方法において、
前記汚染物が吸収する波長成分を有するパルス性赤外線
を入射し、前記被測定基板を透過するパルス性赤外線の
振幅の時間に対する減衰の変化を分析することにより前
記汚染物の量を測定するようにしてもよい。

【００１８】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板に入射する赤外線と前記被測定基板との
相対的な位置関係を変えながら測定することにより、前
記被測定基板の略全面にわたって表面状態の測定を行う
ようにしてもよい。

【００１９】

【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を
用いて説明をする。図１は、本実施形態による表面状態
測定装置の構成を示す概略図である。

【００２０】はじめに、本実施形態による表面状態測定
装置の構造について図１を用いて説明する。被測定基板
１０の被測定表面である一方の面側には、半透過性凹面
反射鏡１２が対向するように配置されている。これら対
向する二つの半透過反射面である被測定基板１０と半透
過性凹面反射鏡１２とは、ファブリー・ペロー型多重反
射系を構成し、両者の間に入射した赤外線は反射を繰り
返すことが可能となっている。

【００２１】半透過性凹面反射鏡１２の被測定基板１０
と対向する面の反対側には、赤外線を発する赤外光源１
４が配置されている。

【００２２】被測定基板１０の他方の面の側には、被測
定基板１０を透過する赤外線のインタフェログラムを出
力する赤外干渉計１６と、そのインタフェログラムを検
出する赤外検出器１８とが配置されている。

【００２３】赤外検出器１８は、測定結果から有機汚染
物質の種類の特定及びその存在量の算出等を行う演算装
置２０に接続されている。

【００２４】演算装置２０には、測定結果の表示などを
行う表示装置２２が接続されている。更に、演算装置２
０には、入射する赤外線に対する被測定基板１０の位置
と角度を制御する位置制御装置２４が接続されている。

【００２５】なお、赤外線の光路となる赤外光源１４と
半透過性凹面反射鏡１２との間、半透過性凹面反射鏡１
２と被測定基板１０との間、被測定基板１０と赤外検出
器１８との間には、有機物質による汚染を防止する手段
（図示せず）が設けられている。例えば、上述の各部材
間の赤外線光路は、真空或いは赤外線を吸収しない気体
で満たされた容器内を通過するようにされている。

【００２６】次に、本実施形態による表面状態測定装置
の動作について説明する。

【００２７】赤外光源１４は、半透過性凹面反射鏡１２
の背面に向かって赤外線を出射する。赤外光源１４から
出射される赤外線は、広い波長成分をもつ連続波赤外線
（例えば有機分子の赤外吸収帯域である２〜２０μｍ）
であり、被測定基板１０の表面に付着した有機汚染物質
を検出するプロービング光として機能する。プロービン
グ光として有機分子の吸収帯域を含む広い波長成分をも
つ連続波赤外線を用いることによって、被測定基板１０
の被測定表面に付着した有機汚染物質の構造、或いは種
類を同定することが可能となる。

【００２８】半透過性凹面反射鏡１２は、赤外光源１４
より出射された赤外線を集光し、被測定基板１０の被測
定表面に赤外線の焦点を結ぶ。被測定基板１０には、シ
リコンウェハ等の半導体基板や、液晶表示装置を構成す
るガラス基板のように赤外域の光に対して透過性を有す
る基板を用いる。

【００２９】焦点に結ばれた赤外線は、被測定基板１０
の被測定表面によって半透過性凹面反射鏡１２へと反射
される。更に、半透過性凹面反射鏡１２は、被測定基板
１０の被測定面で反射した赤外線を被測定基板１０へと
再反射する。このようにして、半透過性凹面反射鏡１２
と被測定基板１０の被測定表面との間で赤外線は多重反
射する。この多重反射の間に、被測定基板１０の被測定
表面に付着した有機汚染物質によって赤外線スペクトル
の一部が吸収される。

【００３０】多重反射を繰り返した赤外線は、その後被
測定基板１０を透過する。被測定基板１０を透過する赤
外線の透過率はファブリー・ペローの干渉計の原理に基
づく。

【００３１】すなわち、被測定基板１０を透過する赤外
線の透過率をＴ_FとするとＴ_F＝Ｔ_F0／（１＋Ｆｓｉｎ²（Δ／２））である。ただし、Ｔ_F0とＦはＴ_F0＝Ｔ² 及びＦ＝４Ｒ／（１−Ｒ）² で与えられる定数である。ここで、Ｒは被測定基板１０
の被測定表面の強度反射率であり、Ｔ＝１−Ｒは、ファ
ブリー・ペロー干渉計を構成する相対する光学鏡、ここ
では半透過性凹面反射鏡１２の透過率である。Δは各光
束間の位相差である。

【００３２】従って、多重反射した後に被測定基板１０
を透過する赤外線を分析することにより、被測定基板１
０の表面状態を非接触で測定することができる。また、
被測定基板１０の被測定表面を繰り返し反射した赤外線
を分析することになるので、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）
が向上され、高感度で検出することが可能となる。

【００３３】更に、本実施形態による表面状態測定装置
では、半透過性凹面反射鏡１２と、半透過性凹面反射鏡
１２によって赤外線の焦点が結ばれた被測定基板１０の
所定領域との間で多重反射した赤外線を分析するので、
局所的な表面状態を測定できることができる。

【００３４】赤外干渉計１６には、半透過性凹面反射鏡
１２と被測定基板１０との間で多重反射した後に被測定
基板１０を透過する赤外線が導かれる。透過赤外線は、
フーリエ変換分光法の原理に基づき分析され、被測定基
板１０の有機汚染物質の検出等の表面状態の測定が行わ
れる。赤外干渉計１６からは透過赤外線のインタフェロ
グラムが出力される。

【００３５】赤外検出器１８は、赤外干渉計１６から出
力されたインタフェログラムを検出し、その検出信号を
演算装置２０に入力する。

【００３６】演算装置２０は、フーリエ変換分光のメカ
ニズムにより、赤外検出器１８からの検出信号から各周
波数に対応する分光スペクトルを計算する。また、演算
装置２０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蓄えられており、計算されたス
ペクトルの測定データはそれらのデータベースを参照し
て定量化される。なお、フーリエ変換分光の原理に基づ
く多重反射した赤外線の分析については、例えば、同一
出願人による特願平１１−９５８５３号明細書に詳述さ
れている。このようにして解析された結果は、表示装置
２２に表示することが可能である。

【００３７】位置制御装置２４は、入射する赤外線に対
する被測定基板１０の位置及び角度を制御する。これに
よって、被測定基板１０の被測定面と半透過性凹面反射
鏡１２とのなす角度を調節することにより、赤外線が両
者の間で多重反射を繰り返し、その後被測定基板１０を
透過することが可能となる。また、位置制御装置２４に
よって入射する赤外線に対して被測定基板１０の位置を
変え、被測定基板１０の略全面にわたって赤外線を入射
することが可能となる。入射する赤外線に対する被測定
基板１０の位置情報は位置信号として演算装置２０に入
力される。この位置制御装置２４からの入射赤外線に対
する被測定基板１０の位置情報と演算装置２０による解
析結果とを併せて、有機汚染物質の局所分布を測定し、
表示装置２２に表示することが可能である。

【００３８】なお、有機汚染の局所分布の空間分解能
は、半透過性凹面反射鏡１２が被測定基板１０の被測定
表面に結ぶ赤外線の焦点の面積に等しい。

【００３９】次に、本実施形態による表面状態測定方法
について図１を用いて説明する。

【００４０】まず、被測定基板１０を、その被測定表面
が半透過性凹面反射鏡１２に対向するように配置する。
このとき、位置制御装置２４を用いて、赤外線が被測定
基板１０の被測定表面と半透過性凹面反射鏡１２との間
で多重反射し、その後繰り返し被測定基板１０を透過す
るように半透過性凹面反射鏡１２と被測定基板１０との
対向する面のなす角度を調節する。

【００４１】次に、半透過性凹面反射鏡１２の背面側の
赤外光源１４より、広い波長成分をもつ連続赤外線（例
えば２〜２０μｍ）を被測定基板１０に向けて入射す
る。

【００４２】半透過性凹面反射鏡１２を透過した赤外線
は、半透過性凹面反射鏡１２によって被測定基板１０の
被測定表面の所定領域に焦点を結び、被測定基板１０の
被測定表面で反射され、被測定基板１０の被測定表面で
反射した赤外線は、半透過性凹面反射鏡１２で反射され
る。このようにして半透過性凹面反射鏡１２と被測定基
板１０との間で多重反射を繰り返した赤外線は、その後
被測定基板１０を透過する。

【００４３】多重反射した後に被測定基板１０を透過す
る赤外線を赤外干渉計１６に導入する。透過赤外線が赤
外干渉計１６を通過することにより、そのインタフェロ
グラムが生成される。

【００４４】続いて、赤外干渉計１６からのインタフェ
ログラムを赤外検出器１８によって検出し、その検出信
号を演算装置２０に入力する。

【００４５】演算装置２０によってフーリエ変換分光の
原理に基づき、赤外検出器１８からの検出信号から各周
波数に対応する分光スペクトルを計算する。また、演算
装置２０の記憶部に蓄えられている有機汚染物質のデー
タベースを参照し、被測定基板１０の被測定表面の有機
汚染物質の構造、或いは種類を分光スペクトルから同定
する。ここでの有機汚染物質の構造、或いは種類の同定
は、スペクトルの吸収の起きている波長成分を分析する
ことによって行われる。また、予め既知濃度の汚染に対
して測定した吸光度（透過光量）より得られた検量線を
利用し、ある波長成分、例えばＣ−Ｈ伸縮振動に相当す
る３．３μｍにおける吸収の度合いから有機汚染物質の
存在量を算出することが可能である。

【００４６】更に、位置制御装置２４によって入射する
赤外線に対する被測定基板１０の位置を変え、被測定基
板１０の略全面に対して上述の測定を順次行っていく。
これにより、被測定基板１０の被測定表面の有機汚染物
質の分布が得られ、この結果は、表示装置２２に表示す
ることが可能である。こうして、被測定基板１０の表面
状態の測定を終了する。

【００４７】このように本実施形態によれば、被測定基
板１０の被測定表面と半透過性凹面反射鏡１２との間で
多重反射した後に被測定基板１０を透過した赤外線を分
析することによって表面状態を測定するので、局所的な
表面状態を非接触・非破壊・高感度で測定することがで
き、表面の有機汚染の分布を測定することができる。

【００４８】なお、赤外光源１４からの赤外線の出射
と、赤外検出器１８による被測定基板１０を透過する赤
外線の検出とを同期してもよい。この場合、例えば赤外
光源１４と半透過性凹面反射鏡１２との間にチョッパー
によって断続的に開閉するシャッターを設け、赤外線の
出射と検出との同期を行う。また、赤外線に周波数変調
を施して被測定基板１０へ向けて出射し、被測定基板１
０を透過する赤外線を変調周波数によってヘテロダイン
検出してもよい。このような透過赤外線の同期検波によ
り、赤外検出器１８の検出信号のノイズを低減すること
が可能である。

【００４９】また、本実施形態では位置制御装置２４に
よって被測定基板１０の位置を移動していたが、被測定
基板１０と入射する赤外線の相対的な位置関係が変化す
るのであればこの限りではない。例えば、赤外光源１４
及び半透過性凹面反射鏡１２の位置を被測定基板に対し
て移動してもよい。

【００５０】［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２を用いて説
明する。図２は、本実施形態による表面状態測定装置の
構成を示す概略図である。なお、第１実施形態による表
面状態測定方法及び装置と同様の構成要素については同
様の符号を付与する。

【００５１】図２に示すように、本実施形態による表面
状態測定装置の基本的な構成は第１実施形態によるもの
と同一である。本実施形態では、被測定基板１０と赤外
検出器１８との間に配置されていた赤外干渉計１６が省
かれ、演算装置２０の代わりとしてレベルメータ２０が
配置されている。

【００５２】赤外光源１４から出射される赤外線は、特
定の波長成分をもつ連続波赤外線（例えばＣ−Ｈ伸縮振
動に対応する３．３μｍ）であり、被測定基板１０の表
面に付着した特定の有機汚染物質を検出するプロービン
グ光として機能する。

【００５３】赤外検出器１８は、半透過性凹面反射鏡１
２と被測定基板１０との間で多重反射した後に被測定基
板１０を透過する赤外線を直接検出し、その検出信号を
レベルメータ２６に入力する。

【００５４】レベルメータ２６は、赤外検出器１８から
の検出信号より被測定基板１０を透過した赤外線の強度
を測定する。また、既知濃度の特定の有機汚染物質につ
いての測定より得られた検量線を利用し、被測定基板１
０の表面に付着した特定の有機汚染物質の存在量を算出
する。

【００５５】このように、本実施形態による表面状態測
定方法装置は、赤外光源１４から出射される赤外線とし
て、有機汚染物質の特定の原子団に固有な特性吸収帯の
波長成分をもつ連続波赤外線を用い、特定の有機汚染物
質の存在量及びその局所分布を測定するものである。従
って、被測定基板１０を透過する赤外線を検出するため
に、分光器として機能する赤外干渉計１６を必要とせ
ず、装置構成を簡略化することができる。

【００５６】次に、本実施形態による表面状態測定方法
について図２を用いて説明する。

【００５７】まず、被測定基板１０を、その被測定表面
が半透過性凹面反射鏡１２に対向するように配置し、第
１実施形態と同様に被測定基板１０と半透過性凹面反射
鏡１２との間で多重反射するように赤外光源１４より赤
外線を照射する。ここで、赤外光源１４より発せられる
赤外線は、特定の波長成分をもつ連続赤外線（例えばＣ
−Ｈ伸縮振動に対応する３．３μｍ）である。

【００５８】続いて、半透過性凹面反射鏡１２と被測定
基板１０との間で多重反射した後に被測定基板１０を透
過する赤外線を赤外検出器１８により検出し、その検出
信号をレベルメータ２６に入力する。被測定基板１０を
透過する赤外線の透過率は、第１実施形態と同様に、フ
ァブリー・ペローの干渉計の原理に基づく。

【００５９】赤外検出器１８からの検出信号より透過し
た赤外線の強度をレベルメータ２６によって測定する。
ここで、予め既知濃度の特定の有機汚染物質に対して同
様の測定を行い、透過赤外線の強度についての検量線を
作成しておく。この検量線を利用して、透過赤外線の強
度から被測定基板１０の被測定表面の特定の有機汚染物
質の存在量を算出する。

【００６０】第１実施形態と同様に、被測定基板１０の
略全面に対して上述の測定を順次行い、被測定基板１０
の被測定表面の有機汚染の分布を得ることが可能であ
る。こうして、被測定基板１０の表面状態の測定を終了
する。

【００６１】このように本実施形態によれば、被測定基
板１０の被測定表面と半透過性凹面反射鏡１２との間で
多重反射した後に被測定基板１０を透過した赤外線を分
析することによって表面状態を測定するので、局所的な
表面状態を非接触・非破壊・高感度で測定することがで
き、表面の有機汚染の分布を測定することができる。

【００６２】［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２を用いて説
明する。図３は、本実施形態による表面状態測定装置の
構成を示す概略図である。なお、第１実施形態による表
面状態測定方法及び装置と同様の構成要素については同
様の符号を付与する。

【００６３】図３（ａ）に示すように、本実施形態によ
る表面状態測定装置の基本的な構成は第１実施形態によ
るものと同一である。本実施形態では、被測定基板１０
と赤外検出器１８との間に配置されていた赤外干渉計１
６が省かれ、赤外検出器１８と演算装置２０との間にオ
シロスコープ２８が設けられている。

【００６４】赤外光源１４から出射される赤外線は、図
３（ｂ）に示すような特定の波長成分をもつパルス性赤
外線（例えばＣ−Ｈ伸縮振動に対応する３．３μｍ）で
あり、被測定基板１０の表面に付着した特定の有機汚染
物質を検出するプロービング光として機能する。

【００６５】赤外検出器１８は、半透過性凹面反射鏡１
２と被測定基板１０の被測定表面との間で多重反射した
後に被測定基板１０を透過する赤外線を直接検出し、そ
の検出信号をオシロスコープ２８に入力する。

【００６６】オシロスコープ２８では、赤外検出器１８
からの入力信号である図３（ｃ）に示すような光パルス
列をモニタし、演算装置２０に入力する。

【００６７】演算装置２０は、オシロスコープ２８から
の入力信号である光パルス列の振幅の包絡線（ｅ^-β^t）
を比較し、被測定基板１０における有機汚染の測定を行
う。例えば、光パルス列の振幅の包絡線（ｅ^-β^t）にお
けるβの値を計算する。続いて、基準となる既知濃度の
有機汚染物質についての測定より得られたβについての
検量線を利用し、被測定基板１０の表面に付着した特定
の有機汚染物質の存在量を算出する。

【００６８】このように、本実施形態による表面状態測
定装置は、第２実施形態と同様に赤外光源１４から出射
される赤外線として特定波長の赤外線を用い、分光器と
して機能する赤外干渉計１６を必要とせず、装置構成が
簡略なものになっている。更に、特定波長の赤外線をパ
ルス性赤外線とすることにより、被測定基板１０の被測
定表面に付着した特定の有機汚染物質の測定精度を積算
の効果によりさらに向上することに特徴がある。

【００６９】次に、本実施形態による表面状態測定方法
について図３を用いて説明する。

【００７０】まず、被測定基板１０を、その被測定表面
が半透過性凹面反射鏡１２に対向するように配置し、第
１実施形態と同様に被測定基板１０と半透過性凹面反射
鏡１２との間で多重反射するように赤外光源より赤外線
を照射する。ここで、赤外光源１４より発せられる赤外
線は、特定の波長成分をもつパルス性赤外線（例えばＣ
−Ｈ伸縮振動に対応する３．３μｍ）である。

【００７１】続いて、半透過性凹面反射鏡１２と被測定
基板１０との間で多重反射した後に被測定基板１０を透
過する赤外線を赤外検出器１８により検出し、その検出
信号をオシロスコープ２８に入力する。被測定基板１０
を透過する赤外線の透過率は、第１実施形態と同様に、
ファブリー・ペローの干渉計の原理に基づく。

【００７２】赤外検出器１８からの検出信号を時間軸上
の現象を観測する装置であるオシロスコープ２８でモニ
タする。図３（ｃ）は、オシロスコープ２８でモニタさ
れる検出信号である光パルス列を示したものである。こ
のような光パルス列の振幅が時間軸上で減衰する包絡線
（ｅ^-β^t）から、被測定基板１０の被測定表面の有機汚
染分子に赤外線が吸収されている度合いが分かる。

【００７３】そこで、予め基準となる既知濃度の特定の
有機汚染物質に対して同様の包絡線を測定する。測定し
た包絡線よりβについての検量線を作成し、これを利用
して被測定基板１０の被測定表面表面に付着した特定の
有機汚染物質の存在量を算出する。この方法によれば、
積算によって特定の有機汚染物質の存在量が算出される
ことになるので、測定の精度が向上する。

【００７４】第１実施形態と同様に、被測定基板１０の
略全面に対して上述の測定を順次行い、被測定基板１０
の被測定表面の有機汚染の分布を得ることが可能であ
る。こうして、被測定基板１０の表面状態の測定を終了
する。

【００７５】このように本実施形態によれば、被測定基
板１０の被測定表面と半透過性凹面反射鏡１２との間で
多重反射した後に被測定基板１０を透過した赤外線を分
析することによって表面状態を測定するので、局所的な
表面状態を非接触・非破壊・高感度で測定することがで
き、表面の有機汚染の分布を測定することができる。

【００７６】［変形実施形態］本発明の実施形態に限ら
ず種々の変形が可能である。

【００７７】例えば、上記実施形態では、被測定基板１
０に対向し赤外線が多重反射するファブリー・ペロー型
多重反射系を被測定基板１０と構成する反射鏡として、
半透過性凹面反射鏡１２を用いていたが、その反射面の
形状は凹面に限定されるものではない。例えば、半透過
性平面反射鏡を用いてもよいもよい。ただし、この場
合、測定される表面の有機汚染分布の空間分解能は低い
ものとなる。

【００７８】また、上記実施形態では、被測定基板１０
表面の有機汚染の測定を行っているが、被測定基板１０
の弗酸処理による水素終端状態や、ドライ洗浄状態、ウ
ェット洗浄状態等の化学的状態を測定することも可能で
ある。

【００７９】また、上記実施形態では、表面状態測定装
置を単独で用いたが、他の製造工程で用いられる装置と
組み合わせて使用してもよい。例えば、基板の洗浄処理
装置と組み合わせて使用し、表面状態測定装置による基
板の表面状態の測定結果を洗浄処理の終点の判定に使用
してもよい。これによって、基板の洗浄処理の作業効率
を向上することができる。

【００８０】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、被測定基
板と反射鏡との間で多重反射するように赤外線を入射
し、被測定基板と反射鏡との間で多重反射した後に被測
定基板を透過する赤外線を検出し、検出した赤外線を分
析することにより、被測定基板に付着した汚染物の測定
を行うので、被測定基板の局所的な表面状態の測定を非
接触・非破壊・高感度で実現し、被測定基板表面の有機
汚染物質等の分布を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による表面状態測定装置
の構成を示す概略図である。

【図２】本発明の第２実施形態による表面状態測定装置
の構成を示す概略図である。

【図３】本発明の第３実施形態による表面状態測定装置
の構成を示す概略図であり、（ａ）は構成図、（ｂ）は
赤外光源から発せられる赤外線の波形を示す概略図、
（ｃ）はオシロスコープによってモニタされる透過赤外
線の光パルス列を示す概略図である。

【符号の説明】

１０…被測定基板１２…半透過性凹面反射鏡１４…赤外光源１６…赤外干渉計１８…赤外検出器２０…演算装置２２…表示装置２４…位置制御装置２６…レベルメータ２８…オシロスコープ

フロントページの続きＦターム(参考） 2G051 AA51 AA73 AB01 BA06 BC01 CA02 CA07 CB02 CB10 CC15 DA07 EA14 EA25 FA10 2G059 AA05 BB16 CC12 CC20 DD13 EE01 EE09 EE12 FF06 GG08 HH01 HH06 JJ13 JJ14 JJ24 KK01 MM01 MM10 MM12 NN01 NN07 PP04 4M106 BA08 CA22 CA41 DB03 DB07 DB30 DH01 DH60 DJ12 DJ20 DJ23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定基板に対向して設けられた反射鏡
と、前記被測定基板と前記反射鏡との間で多重反射するよう
に赤外線を入射する赤外線入射手段と、前記被測定基板と前記反射鏡との間で多重反射した後に
前記被測定基板を透過する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って検出された赤外線を分析
し、前記被測定基板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、前記赤外線入射手段は、前記汚染物の吸収帯域を含む波
長成分を有する連続波赤外線を入射し、前記赤外線分析手段は、検出した赤外線を分光分析する
ことにより前記汚染物の種類及び／又は量を測定するこ
とを特徴とする表面状態測定装置。
【請求項３】請求項１記載の表面状態測定装置におい
て、前記赤外線入射手段は、前記被測定基板に付着した前記
汚染物が吸収する波長成分を有する連続波赤外線を入射
し、前記赤外線分析手段は、前記赤外線検出手段によって検
出された赤外線の強度を分析することにより前記汚染物
の量を測定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記載の表面状態測定装置におい
て、前記赤外線入射手段は、前記被測定基板に付着した前記
汚染物が吸収する波長成分を有するパルス性赤外線を入
射し、前記赤外線分析手段は、前記赤外線検出手段によって検
出されたパルス性赤外線の振幅の時間に対する減衰の変
化を分析することにより前記汚染物の量を測定すること
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、前記被測定基板と前記反射鏡との間で多重反射する赤外
線の前記赤外線入射手段による入射と、前記被測定基板
と前記反射鏡との間で多重反射した後に前記被測定基板
を透過する赤外線の前記赤外線検出手段による検出とを
同期することを特徴とする表面状態測定装置。
【請求項６】被測定基板と反射鏡との間で多重反射す
るように赤外線を入射し、前記被測定基板と前記反射鏡との間で多重反射した後に
前記被測定基板を透過する赤外線を検出し、検出した赤外線を分析することにより、前記被測定基板
に付着した汚染物の測定を行うことを特徴とする表面状
態測定方法。
【請求項７】請求項６記載の表面状態測定方法におい
て、前記汚染物の吸収帯域を含む波長成分を有する連続波赤
外線を入射し、前記被測定基板を透過する赤外線を分光分析することに
より前記汚染物の種類及び／又は量を測定することを特
徴とする表面状態測定方法。
【請求項８】請求項６記載の表面状態測定方法におい
て、前記被測定基板に付着した前記汚染物が吸収する波長成
分を有する連続波赤外線を入射し、前記被測定基板を透過する赤外線の強度を分析すること
により前記汚染物の量を測定することを特徴とする表面
状態測定方法。
【請求項９】請求項６記載の表面状態測定方法におい
て、前記汚染物が吸収する波長成分を有するパルス性赤外線
を入射し、前記被測定基板を透過するパルス性赤外線の振幅の時間
に対する減衰の変化を分析することにより前記汚染物の
量を測定することを特徴とする表面状態測定方法。
【請求項１０】請求項６乃至８のいずれか１項に記載
の表面状態測定方法において、前記被測定基板と前記反射鏡との間で多重反射する赤外
線の入射と、前記被測定基板と前記反射鏡との間で多重
反射した後に前記被測定基板を透過する赤外線の検出と
を同期することを特徴とする表面状態測定方法。
【請求項１１】請求項６乃至９のいずれか１項に記載
の表面状態測定方法において、前記被測定基板に入射する赤外線と前記被測定基板との
相対的な位置関係を変えながら測定することにより、前
記被測定基板の略全面にわたって表面状態の測定を行う
ことを特徴とする表面状態測定方法。