JP4792267B2 - Surface state measuring method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、赤外多重内部反射法により被測定基板の表面状態を測定する表面状態測定方法及び装置に関する。 The present invention relates to a surface state measuring method and apparatus for measuring a surface state of a substrate to be measured by an infrared multiple internal reflection method.
半導体ウェ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。 Knowing the surface condition such as organic contamination of a substrate such as a semiconductor wafer is very important for ensuring the yield and quality reliability of devices manufactured using these substrates. For example, organic contamination on the surface of a semiconductor wafer is known to cause film formation abnormalities and an increase in interface resistance in the manufacturing process.
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 Chromatography/Mass Spectroscopy）、ＡＰＩＭＳ（Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectroscopy）、ＳＩＭＳ（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、加熱により測定対象分子の性質が変わること、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。 As measurement methods for detecting such organic contamination on the substrate surface, there are known thermal desorption GC / MS (Gas Chromatography / Mass Spectroscopy), APIMS (Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectroscopy), SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) and the like. ing. However, these measurement methods cannot directly observe a large substrate such as a wafer having a diameter exceeding 300 mm that will be developed in the future, require a vacuum atmosphere, have a low throughput, and have a molecule to be measured by heating. It was not suitable for in-situ measurement at the manufacturing site due to the change in properties of the material.
また、半導体ウェ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。 In addition, an apparatus for measuring organic contamination by Fourier spectroscopy of infrared rays that pass through a substrate to be measured such as a semiconductor wafer has been released by the US company Nicole. However, in this apparatus, since organic contamination is detected by analyzing the absorption by the organic substance adhering to the surface of the infrared substrate that passes through the substrate to be measured only once, the signal-to-noise ratio (S / S) of the detection system of the apparatus is detected. N ratio) was poor, and the detection sensitivity of organic contamination was low.
かかる観点から、本願発明者等は、赤外多重内部反射法によって半導体ウェハ等の基板の表面状態を測定する方法を提案している（例えば、特許文献１を参照）。 From this point of view, the inventors of the present application have proposed a method of measuring the surface state of a substrate such as a semiconductor wafer by infrared multiple internal reflection (see, for example, Patent Document 1).
赤外多重内部反射法による汚染物質の検出について図５を用いて説明する。図５（ａ）は従来の赤外多重内部反射法による表面状態測定方法の原理を説明する図、図５（ｂ）乃至５（ｄ）は、それぞれ従来の赤外多重内部反射法におけるリファレンススペクトル、サンプルスペクトル、吸光度スペクトルの例を示す概略図である。 Detection of contaminants by the infrared multiple internal reflection method will be described with reference to FIG. FIG. 5 (a) is a diagram for explaining the principle of the surface state measurement method by the conventional infrared multiple internal reflection method, and FIGS. 5 (b) to 5 (d) are reference spectra in the conventional infrared multiple internal reflection method, respectively. It is the schematic which shows the example of a sample spectrum and an absorbance spectrum.
図５（ａ）に示すように、ウェハ１００の一端に赤外線を特定の入射角度で入射すると、赤外線はウェハ１００内部を両表面で内部反射を繰り返しながら伝搬する。このとき、半導体ウェハ１００表面で赤外線が反射するときに滲み出る光（エバネッセント光）の周波数成分がウェハ１００表面に付着した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、測定された多重内部反射スペクトルを分析することにより、ウェハ１００表面に付着した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、ウェハ１００内部を繰り返し多重反射した赤外線、すなわち表面に付着した有機汚染物質の情報を累積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、ウェハ１００表面に付着した有機汚染物質を非接触・非破壊で測定することが可能である。
As shown in FIG. 5A, when infrared rays are incident on one end of the
赤外多重内部反射法によりウェハ表面の汚染物質の付着量を定量化するためには、吸光度スペクトルを求める必要がある。吸光度スペクトルは次の手順により求めることができる。 In order to quantify the adhesion amount of contaminants on the wafer surface by the infrared multiple internal reflection method, it is necessary to obtain an absorbance spectrum. The absorbance spectrum can be obtained by the following procedure.
まず、表面が清浄なウェハ等の基準となるウェハについて多重内部反射スペクトルを測定し、リファレンススペクトルＳ０（ν）とする。 First, a multiple internal reflection spectrum is measured for a reference wafer such as a wafer having a clean surface, and is set as a reference spectrum S 0 (ν).
次いで、表面状態を測定すべきウェハについて多重内部反射スペクトルを測定し、サンプルスペクトルＳ１（ν）とする。 Next, a multiple internal reflection spectrum is measured for the wafer whose surface state is to be measured, and is defined as a sample spectrum S 1 (ν).
次いで、リファレンススペクトルＳ０（ν）とサンプルスペクトルＳ０（ν）とから、吸光度スペクトルＡ（ν）＝−ｌｏｇ１０｛Ｓ１（ν）／Ｓ０（ν）｝を求める。 Next, an absorbance spectrum A (ν) = − log 10 {S 1 (ν) / S 0 (ν)} is obtained from the reference spectrum S 0 (ν) and the sample spectrum S 0 (ν).
こうして得られた吸光度スペクトルＡ（ν）において観察される吸収ピークのバックグラウンドレベルからの大きさにより、汚染物質の付着量を定量化することができる。
従来の赤外多重内部反射法による表面状態測定方法では、吸光度スペクトルに基づいて汚染物質を検出するには、リファレンススペクトルとサンプルスペクトルとで汚染物質の付着量が変化している必要がある。すなわち、リファレンススペクトルを測定した基板と表面状態を測定すべき基板との間に、汚染物質の付着量の変化がない場合には、吸光度スペクトルにも変化が現れない。このため、基板表面に付着しているにもかかわらず、検出できない汚染物質が存在してしまう場合があった。 In the conventional surface state measurement method using the infrared multiple internal reflection method, in order to detect a contaminant based on the absorbance spectrum, the amount of the contaminant attached needs to change between the reference spectrum and the sample spectrum. That is, when there is no change in the amount of contaminants adhered between the substrate on which the reference spectrum is measured and the substrate whose surface state is to be measured, no change appears in the absorbance spectrum. For this reason, there is a case where there are contaminants that cannot be detected despite being attached to the substrate surface.
例えば、図５（ｃ）に示すサンプルスペクトルＳ１（ν）の測定時に吸収を示す汚染２は、図５（ｂ）に示すリファレンススペクトルＳ０（ν）の測定時には吸収を示していない。したがって、この汚染２は、図５（ｄ）に示す吸光度スペクトルＡ（ν）において検出することができる。 For example, the contamination 2 that shows absorption when measuring the sample spectrum S 1 (ν) shown in FIG. 5C does not show absorption when measuring the reference spectrum S 0 (ν) shown in FIG. Therefore, this contamination 2 can be detected in the absorbance spectrum A (ν) shown in FIG.
これに対し、汚染１は、図５（ｂ）に示すリファレンススペクトルＳ０（ν）の測定時においても同じ赤外線の吸収量を示している。この場合には、吸光度スペクトルＡ（ν）において汚染１による吸光度が見かけ上ゼロとなる。したがって、図５（ｄ）に示すように、吸光度スペクトルＡ（ν）においては、汚染１を検出することができない。 On the other hand, the contamination 1 shows the same infrared absorption even when measuring the reference spectrum S 0 (ν) shown in FIG. In this case, the absorbance due to contamination 1 is apparently zero in the absorbance spectrum A (ν). Therefore, as shown in FIG. 5D, the contamination 1 cannot be detected in the absorbance spectrum A (ν).
このように、従来の赤外多重内部反射法による表面状態測定方法では、ウェハ表面上に汚染物質が付着しているにもかかわらず、吸光度スペクトルから検出できない汚染物質が存在する場合があった。 As described above, in the conventional surface state measurement method using the infrared multiple internal reflection method, there is a case where there is a contaminant that cannot be detected from the absorbance spectrum even though the contaminant is attached on the wafer surface.
また、従来の赤外多重内部反射法による表面状態測定方法では、リファレンススペクトルの測定を、表面状態を測定すべき基板とは別個の基板或いは表面状態の異なる状態について行う必要があった。この結果、基板の表面状態の測定が煩雑なものとなっていた。 Further, in the conventional surface state measurement method using the infrared multiple internal reflection method, it is necessary to measure the reference spectrum on a substrate different from the substrate whose surface state is to be measured or a state having a different surface state. As a result, the measurement of the surface state of the substrate has been complicated.
かかる背景から、赤外多重内部反射法による表面状態測定方法に対しては、リファレンススペクトルを別個の基板等について測定することなく表面に付着した物質を検出し、その付着量を定量化しうる方法の確立が要請されている。 From such a background, for the surface state measurement method by infrared multiple internal reflection method, it is possible to detect a substance adhering to the surface without measuring the reference spectrum for a separate substrate etc., and to quantify the amount of adhesion. Establishment is required.
本発明の目的は、赤外多重内部反射法による基板の表面状態の測定において、基板の表面に付着している物質を確実に検出することができ、簡便に表面状態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。 An object of the present invention is to measure the surface state of a substrate by infrared multiple internal reflection method, so that a substance adhering to the surface of the substrate can be reliably detected and the surface state can be easily measured. To provide a state measurement method and apparatus.
上記目的は、被測定基板内部に赤外線を入射し、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出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の状態を測定する表面状態測定方法において、前記被測定基板の内部で多重反射する回数の異なる第１の赤外線と第２の赤外線とをそれぞれ検出し、前記第１の赤外線及び前記第２の赤外線の分析結果に基づき、前記被測定基板上に付着した化学物質の種類を同定し及び／又は前記化学物質の付着量を定量化することを特徴とする表面状態測定方法により達成される。 The above object is to detect infrared rays emitted from the substrate to be measured after the infrared rays are incident on the substrate to be measured, multiple reflections inside the substrate to be measured, and analyzing the detected infrared rays. In the surface state measuring method for measuring the surface state, the first infrared ray and the second infrared ray, each having a different number of multiple reflections inside the substrate to be measured, are detected, respectively, and the first infrared ray and the second infrared ray are detected. This is achieved by a surface state measurement method characterized by identifying the type of chemical substance adhering to the substrate to be measured and / or quantifying the amount of the chemical substance adhering based on the infrared analysis result.
また、上記の表面状態測定方法において、前記被測定基板の端面において、前記被測定基板平面に対して第１の傾斜を有する位置から赤外線を所定の入射角度で入射し、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第１の赤外線として検出し、前記被測定基板の端面において、前記被測定基板平面に対して前記第１の傾斜よりも大きい第２の傾斜を有する位置から赤外線を前記所定の入射角度で入射し、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第２の赤外線として検出するようにしてもよい。 Further, in the above surface state measurement method, infrared light is incident at a predetermined incident angle on the end surface of the measured substrate from a position having a first inclination with respect to the measured substrate plane. An infrared ray emitted from the substrate to be measured after multiple reflection is detected as the first infrared ray, and a second larger than the first inclination with respect to the plane of the substrate to be measured at the end surface of the substrate to be measured. An infrared ray may be incident at a predetermined incident angle from a position having an inclination, and the infrared ray emitted from the substrate to be measured after multiple reflection within the substrate to be measured may be detected as the second infrared ray.
また、上記の表面状態測定方法において、前記被測定基板の外周部には、前記被測定基板平面に対して第１の傾斜角を有する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜角よりも小さな第２の傾斜角を有する第２の傾斜面とが形成されており、前記第１の傾斜面に対して略垂直に赤外線を入射し、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第１の赤外線として検出し、前記第２の傾斜面に対して略垂直に赤外線を入射し、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第２の赤外線として検出するようにしてもよい。 Further, in the above surface state measurement method, the outer peripheral portion of the substrate to be measured has a first inclined surface having a first inclination angle with respect to the plane of the substrate to be measured, and the first inclination angle. A second inclined surface having a small second inclination angle is formed, and infrared rays are incident substantially perpendicularly to the first inclined surface, and after being subjected to multiple reflections within the measured substrate, the measured object Infrared light emitted from the substrate is detected as the first infrared light, and the infrared light is incident substantially perpendicular to the second inclined surface, and after multiple reflection inside the measured substrate, is emitted from the measured substrate. Infrared rays may be detected as the second infrared ray.
また、上記の表面状態測定方法において、前記第１の赤外線を分光分析することにより、リファレンススペクトルを測定し、前記第２の赤外線を分光分析することにより、サンプルスペクトルを測定し、前記リファレンススペクトルと前記サンプルスペクトルとに基づき、前記被測定基板上に付着した前記化学物質の種類を同定し及び／又は前記化学物質の付着量を定量化するようにしてもよい。 Further, in the above surface state measurement method, a reference spectrum is measured by spectroscopically analyzing the first infrared ray, a sample spectrum is measured by spectroscopically analyzing the second infrared ray, and the reference spectrum and Based on the sample spectrum, the type of the chemical substance attached on the substrate to be measured may be identified and / or the amount of the chemical substance attached may be quantified.
また、上記目的は、被測定基板に赤外線を入射する赤外線入射手段と、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出され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り検出された赤外線に基づき、前記被測定基板の表面の状態を測定する表面状態測定手段とを有する表面状態測定装置であって、前記赤外線検出手段は、前記被測定基板の内部で多重反射する回数の異なる第１の赤外線と第２の赤外線とをそれぞれ検出し、前記表面状態測定手段は、前記第１の赤外線及び前記第２の赤外線の検出結果に基づき、前記被測定基板上に付着した化学物質の種類を同定し及び／又は前記化学物質の付着量を定量化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。 Further, the object is to provide infrared incident means for making infrared rays incident on the measurement substrate, infrared detection means for detecting infrared rays emitted from the measurement substrate after multiple reflection inside the measurement substrate, and the infrared detection means. A surface state measuring device having surface state measuring means for measuring the surface state of the substrate to be measured based on the infrared rays detected by the infrared detecting device, wherein the infrared detecting means performs multiple reflections inside the substrate to be measured. First and second infrared rays having different numbers of times are detected, respectively, and the surface state measuring means adheres to the substrate to be measured based on the detection results of the first and second infrared rays. This is achieved by a surface state measuring device characterized by identifying the kind of chemical substance and / or quantifying the amount of the chemical substance deposited.
また、上記の表面状態測定装置において、前記第１の赤外線を検出するときには、前記赤外線入射手段は、前記被測定基板の端面において、前記被測定基板平面に対して第１の傾斜を有する位置から赤外線を所定の入射角度で入射し、前記赤外線検出手段は、前記第１の傾斜を有する位置から入射され、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第１の赤外線として検出し、前記第２の赤外線を検出するときには、前記赤外線入射手段は、前記被測定基板の端面において、前記被測定基板平面に対して前記第１の傾斜よりも大きい第２の傾斜を有する位置から赤外線を前記所定の入射角度で入射し、前記赤外線検出手段は、前記第２の傾斜を有する位置から入射され、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第２の赤外線として検出するようにしてもよい。 Further, in the surface state measuring apparatus, when detecting the first infrared ray, the infrared ray incident means is at a position having a first inclination with respect to the plane of the measured substrate at an end surface of the measured substrate. Infrared rays are incident at a predetermined incident angle, and the infrared detector is configured to receive infrared rays that are incident from a position having the first inclination and are emitted from the substrate to be measured after multiple reflection inside the substrate to be measured. When detecting the second infrared ray, the infrared incident means detects a second infrared ray larger than the first inclination with respect to the measured substrate plane at the end surface of the measured substrate. Infrared light is incident at a predetermined incident angle from a position having an inclination, and the infrared detection means is incident from a position having the second inclination, and is subjected to multiple reflection inside the substrate to be measured. The infrared rays emitted from the measured substrate may be detected as the second infrared after.
また、上記の表面状態測定装置において、前記被測定基板の外周部には、前記被測定基板平面に対して第１の傾斜角を有する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜角よりも小さな第２の傾斜角を有する第２の傾斜面とが形成されており、前記第１の赤外線を検出するときには、前記赤外線入射手段は、前記第１の傾斜面に対して略垂直に赤外線を入射し、前記赤外線検出手段は、前記第１の傾斜面に対して略垂直に入射され、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第１の赤外線として検出し、前記第２の赤外線を検出するときには、前記赤外線入射手段は、前記第２の傾斜面に対して略垂直に赤外線を入射し、前記赤外線検出手段は、前記第２の傾斜面に対して略垂直に入射され、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第２の赤外線として検出するようにしてもよい。 In the above surface condition measuring apparatus, the outer peripheral portion of the substrate to be measured has a first inclined surface having a first inclination angle with respect to the plane of the substrate to be measured, and the first inclination angle. A second inclined surface having a small second inclination angle is formed, and when detecting the first infrared ray, the infrared incident means transmits the infrared ray substantially perpendicularly to the first inclined surface. The infrared detecting means is incident substantially perpendicularly to the first inclined surface, and infrared rays emitted from the substrate to be measured after being multiple-reflected inside the substrate to be measured are used as the first infrared rays. When detecting and detecting the second infrared ray, the infrared ray incident means enters the infrared ray substantially perpendicularly to the second inclined surface, and the infrared ray detecting means is applied to the second inclined surface. In the substrate to be measured. In the infrared rays emitted from the measured substrate may be detected as the second infrared after multiple reflections.
本発明によれば、被測定基板内部に赤外線を入射し、被測定基板内部で多重反射した後に被測定基板より放出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の状態を測定する表面状態測定方法において、被測定基板の内部で多重反射する回数の異なる第１の赤外線と第２の赤外線とをそれぞれ検出し、第１の赤外線及び第２の赤外線の分析結果に基づき、被測定基板上に付着した化学物質の種類を同定し及び／又は前記化学物質の付着量を定量化するので、被測定基板の表面に付着している物質を確実に検出し、簡便に表面状態を測定することができる。 According to the present invention, infrared rays are incident on the inside of the substrate to be measured, the infrared rays emitted from the substrate to be measured after multiple reflection inside the substrate to be measured are detected, and the surface of the substrate to be measured is analyzed by analyzing the detected infrared rays. In the surface state measurement method for measuring the state of the first and second infrared rays, the first infrared ray and the second infrared ray having different numbers of multiple reflections inside the substrate to be measured are detected, and the first infrared ray and the second infrared ray are analyzed. The type of chemical substance adhering to the substrate to be measured is identified and / or the amount of the chemical substance adhering is quantified, so that the substance adhering to the surface of the substrate to be measured can be detected reliably and easily. The surface state can be measured.
［本発明の原理］
本発明による表面状態測定方法は、内部反射回数が異なる条件で表面状態を測定すべきウェハ等の基板に赤外線を入射し、それぞれの条件について多重内部反射スペクトルを測定し、内部反射回数が少ない内部多重反射スペクトルをリファレンススペクトルとし、内部反射回数が多いものをサンプルスペクトルとして吸光度スペクトルを求めることに主たる特徴がある。これにより、プローブ光として用いた赤外線の波長域に吸収を有する汚染物質をすべて検出し、その付着量を定量化することができる。
[Principle of the present invention]
In the surface state measuring method according to the present invention, infrared rays are incident on a substrate such as a wafer whose surface state is to be measured under conditions where the number of internal reflections is different, multiple internal reflection spectra are measured for each condition, and the number of internal reflections is small. The main feature is to obtain an absorbance spectrum using a multiple reflection spectrum as a reference spectrum and a sample spectrum having a large number of internal reflections. As a result, it is possible to detect all contaminants having absorption in the infrared wavelength region used as the probe light and quantify the amount of adhesion.
以下、本発明による表面状態測定方法の原理について図１を用いて説明する。図１（ａ）は本発明による表面状態測定方法の測定原理を説明する図、図１（ｂ）乃至１（ｄ）は、それぞれ本発明による表面状態測定方法におけるリファレンススペクトル、サンプルスペクトル、吸光度スペクトルの例を示す概略図である。 Hereinafter, the principle of the surface state measuring method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a diagram for explaining the measurement principle of the surface state measuring method according to the present invention, and FIGS. 1B to 1D are reference spectra, sample spectra, and absorbance spectra in the surface state measuring method according to the present invention, respectively. It is the schematic which shows the example of.
厚さｄ、単位長さ当たりの吸光係数を有する物質に強度Ｉ０の光を入射した場合、物質を透過して放出される透過光強度Ｉは、ランバート（Lambert）の法則により次式で表される。 When light having an intensity of 10 is incident on a substance having a thickness d and an extinction coefficient per unit length, the transmitted light intensity I transmitted through the substance is expressed by the following equation according to Lambert's law. Is done.
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−αｄ） ……（１）
ウェハ内部を赤外線が多重反射する場合も、一回の反射によりある光路長に相当する吸収を受けたとして、上記の式を拡張して適用することができる。ウェハ表面に付着した汚染物質の吸収係数をα、この等価的な光路長をｄｅとすると、一回の内部反射での赤外線の減衰は次式で表される。
I = I 0 exp (−αd) (1)
Even in the case where infrared rays are multiple-reflected inside the wafer, the above equation can be extended and applied on the assumption that absorption corresponding to a certain optical path length is received by one reflection. The absorption coefficient of the contaminants adhering to the wafer surface alpha, when the equivalent optical path length and d e, infrared attenuation in the internal reflections once is expressed by the following equation.
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−αｄｅ） ……（２）
したがって、赤外線の内部反射率Ｒは、
Ｒ＝Ｉ／Ｉ０＝ｅｘｐ（−αｄｅ） ……（３）
となる。
I = I 0 exp (−αd e ) (2)
Therefore, the internal reflectance R of infrared rays is
R = I / I 0 = exp (−αd e ) (3)
It becomes.
ここで、シリコンウェハの有機汚染のような極めて微量な汚染による吸収の場合は、一回の内部反射で起こる吸収も極めて小さいと考えられる。したがって、（３）式は次のように近似することができる。 Here, in the case of absorption due to a very small amount of contamination such as organic contamination of a silicon wafer, it is considered that the absorption caused by one internal reflection is very small. Therefore, equation (3) can be approximated as follows.
Ｒ＝１−αｄｅ ……（４）
ウェハ内部で反射がＲ回繰り返されると、
ＲＮ＝（１−αｄｅ）Ｎ ……（５）
と表される。（５）式も、吸収が小さい場合、すなわちαｄｅ≪１の場合には、次のように近似することができる。
R = 1−αd e (4)
When reflection is repeated R times inside the wafer,
R N = (1−αd e ) N (5)
It is expressed. Equation (5) can also be approximated as follows when the absorption is small, that is, when αd e << 1.
ＲＮ＝１−Ｎαｄｅ ……（６）
ウェハ内部を多重反射する赤外線の吸収は反射回数に比例し、Ｎ回の内部反射によって減衰した透過光Ｉは次式で表される。
R N = 1−Nαd e (6)
The absorption of infrared rays that are reflected multiple times inside the wafer is proportional to the number of reflections, and transmitted light I attenuated by N internal reflections is expressed by the following equation.
Ｉ＝（１−ＲＮ）Ｉ０＝ＮαｄｅＩ０ ……（７）
したがって、多重内部反射した赤外線の吸光度Ａは、入射光強度Ｉ０、透過光強度Ｉを用いて次式により定義することができる。
I = (1-R N ) I 0 = Nαd e I 0 (7)
Therefore, the absorbance A of infrared rays reflected by multiple internal reflections can be defined by the following equation using the incident light intensity I 0 and the transmitted light intensity I.
Ａ＝−ｌｏｇ１０（Ｉ／Ｉ０）
＝−ｌｏｇ１０（Ｎαｄｅ） ……（８）
こうして得られた（７）式によれば、多重内部反射による吸光度は、内部反射の回数Ｎの増加に従って増加することがわかる。
A = -log 10 (I / I 0 )
= -Log 10 (Nαd e ) (8)
According to the equation (7) thus obtained, it can be seen that the absorbance due to multiple internal reflections increases as the number N of internal reflections increases.
したがって、同一の基板について内部反射回数の異なる多重内部反射スペクトルを測定し、内部反射回数の少ないスペクトルをリファレンススペクトルとし、内部反射回数の多いスペクトルをサンプルスペクトルとすれば、リファレンススペクトルとサンプルスペクトルとで、同一の汚染物質による赤外吸収量が同じになることはない。したがって、両スペクトルから吸光度スペクトルを求めれば、見かけ上の吸光度がゼロとなる汚染物質は存在しない。これにより、吸光度スペクトルに基づいて汚染物質を確実に検出することができる。 Therefore, if multiple internal reflection spectra with different numbers of internal reflections are measured on the same substrate, a spectrum with a small number of internal reflections is used as a reference spectrum, and a spectrum with a large number of internal reflections is used as a sample spectrum, the reference spectrum and sample spectrum are Infrared absorption by the same pollutant will not be the same. Therefore, if an absorbance spectrum is obtained from both spectra, there is no contaminant that has an apparent absorbance of zero. Thereby, a contaminant can be reliably detected based on an absorbance spectrum.
本発明による表面状態測定方法は、上述した知見に基づき、プローブ光として用いた赤外線の波長域に吸収を有する汚染物質をすべて検出することを可能とするものである。 The surface state measurement method according to the present invention makes it possible to detect all contaminants having absorption in the infrared wavelength region used as probe light based on the above-described knowledge.
本発明による表面状態測定方法では、表面状態を測定すべきウェハについて、内部反射回数が異なる２つの多重内部反射スペクトルを測定する。このために、表面状態を測定すべきウェハについて、入射角度の異なる赤外線を傾斜角度の異なるウェハ端面から入射する。 In the surface state measurement method according to the present invention, two multiple internal reflection spectra having different numbers of internal reflections are measured for a wafer whose surface state is to be measured. For this purpose, with respect to the wafer whose surface state is to be measured, infrared rays having different incident angles are incident from the wafer end faces having different tilt angles.
内部反射回数の少ない多重反射スペクトルを測定する場合には、例えば、図１（ａ）に示すように、ウェハ１０平面に対する傾斜の大きい傾斜角１の端面から光線１を端面に対して略垂直に入射する。
When measuring a multiple reflection spectrum with a small number of internal reflections, for example, as shown in FIG. 1 (a), the light beam 1 is made substantially perpendicular to the end surface from the end surface having a large inclination angle 1 with respect to the
一方、内部反射回数の多い多重内部反射スペクトルを測定する場合には、ウェハ１０平面に対する傾斜が傾斜角１よりも小さな傾斜角２の端面から光線２を端面に対して略垂直に入射する。
On the other hand, when measuring a multiple internal reflection spectrum having a large number of internal reflections, the light beam 2 is incident substantially perpendicularly to the end surface from an end surface having an inclination angle 2 smaller than the inclination angle 1 with respect to the
こうして、ウェハ１０に入射する赤外線のうち、光線１が内部反射回数が少なく、光線２が内部反射回数が多くなるように設定することができる。
Thus, among the infrared rays incident on the
図１（ａ）に示す光線１、光線２について得られた多重内部反射スペクトルは、ともに同一のウェハ１０について測定されたものである。したがって、両スペクトル上には、同様の波数域に同一の汚染物質による吸収が観察される。しかしながら、内部反射回数が異なっているため、同一の汚染物質による赤外吸収量が同じとなることはない。
The multiple internal reflection spectra obtained for the light rays 1 and 2 shown in FIG. 1A are both measured for the
図１（ｂ）は光線１について測定された多重内部反射スペクトル、図１（ｃ）は光線２について測定された多重内部反射スペクトルを示す概略図である。図示するように、光線１について得られたスペクトルと光線２について得られたスペクトルには、ともに汚染１、汚染２による吸収が観察される。しかしながら、光線２について得られたスペクトルの方が、光線１について得られたスペクトルとよりも赤外線の内部反射回数が多くなっている。このため、汚染１、汚染２による赤外吸収量は、光線２について得られたスペクトルで観察される場合の方が大きい。 FIG. 1B is a schematic diagram showing a multiple internal reflection spectrum measured for the light beam 1, and FIG. 1C is a schematic diagram showing a multiple internal reflection spectrum measured for the light beam 2. As shown in the figure, both the spectrum obtained with respect to the light beam 1 and the spectrum obtained with respect to the light beam 2 exhibit absorption due to contamination 1 and contamination 2. However, the spectrum obtained for the light beam 2 has a higher number of infrared internal reflections than the spectrum obtained for the light beam 1. For this reason, the amount of infrared absorption due to contamination 1 and contamination 2 is greater when observed in the spectrum obtained for light 2.
そこで、内部反射回数の少ない多重反射スペクトルをリファレンススペクトルとし、内反射回数の多い多重反射スペクトルをサンプルスペクトルとして吸光度スペクトルを求める。これにより、従来のようにリファレンススペクトル測定時とサンプルスペクトル測定時とで同一の汚染物質による赤外吸収量が同じとなることはない。したがって、吸光度スペクトルにより、プローブ光として用いた赤外線の波長域に吸収を有する汚染物質のすべてを検出することができる。 Therefore, an absorbance spectrum is obtained using a multiple reflection spectrum with a small number of internal reflections as a reference spectrum and a multiple reflection spectrum with a large number of internal reflections as a sample spectrum. Thereby, the infrared absorption amount by the same contaminant does not become the same at the time of a reference spectrum measurement and the time of a sample spectrum measurement conventionally. Therefore, it is possible to detect all contaminants having absorption in the infrared wavelength region used as the probe light by the absorbance spectrum.
図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すスペクトルをリファレンススペクトルＳ０（ν）とし、図１（ｃ）に示すスペクトルをサンプルスペクトルＳ１（ν）として求めた吸光度スペクトルＡ（ν）を示す概略図である。図示するように、吸光度スペクトルＡ（ν）において汚染１、汚染２をともに検出することができる。 FIG. 1C shows an absorbance spectrum A (ν) obtained by using the spectrum shown in FIG. 1B as the reference spectrum S 0 (ν) and the spectrum shown in FIG. 1C as the sample spectrum S 1 (ν). FIG. As shown, both contamination 1 and contamination 2 can be detected in the absorbance spectrum A (ν).
また、汚染物質の付着量を定量化するには、既知濃度の特定の汚染物質を付着させたウェハについて、上述のようにして内部反射回数が異なる多重反射スペクトルから吸光度スペクトルを求める。そして、既知濃度の汚染物質について得られた吸光度スペクトルにおいて観察される吸収ピークから、汚染物質の濃度と吸光度との関係を検量線として予め作成しておく。この検量線に基づき、表面状態を測定すべきウェハについて得られた吸光度スペクトルから、汚染物質の付着量を定量化することができる。 Further, in order to quantify the amount of contaminants attached, an absorbance spectrum is obtained from a multiple reflection spectrum having a different number of internal reflections as described above for a wafer to which a specific contaminant having a known concentration is attached. A relationship between the concentration of the contaminant and the absorbance is prepared in advance as a calibration curve from the absorption peak observed in the absorbance spectrum obtained for the contaminant having a known concentration. Based on this calibration curve, the amount of contaminants attached can be quantified from the absorbance spectrum obtained for the wafer whose surface state is to be measured.
［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２及び図３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造を示す概略図、図３は本実施形態による表面状態測定方法における測定対象ウェハの上面図である。
[First Embodiment]
A surface state measuring method and apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic view showing the structure of the surface state measuring apparatus according to the present embodiment, and FIG. 3 is a top view of the wafer to be measured in the surface state measuring method according to the present embodiment.
〔１〕表面状態測定装置
まず、本実施形態による表面状態測定装置について図１及び図２を用いて説明する。
[1] Surface State Measuring Device First, the surface state measuring device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図２に示すように、基板搭載台１０上に、所定の傾斜角を有する複数の端面が形成された表面状態を測定すべきウェハ１４が載置されている。
As shown in FIG. 2, a
ウェハ１４の外周部近傍には、所定の傾斜角を有する端面からウェハ１４内部に赤外線を所定の入射角度で入射する入射光学系１８が設けられている。
In the vicinity of the outer peripheral portion of the
入射光学系１８は、プローブ光となる赤外線を発する赤外光源と、赤外光源から発せられた赤外線を集光して、ウェハ端面からウェハ内部に赤外線を入射する反射鏡及び凹面鏡とから構成されている。なお、図１では、赤外光源、反射鏡、凹面鏡を省略している。
The incident
入射光学系１８が近傍に設けられたウェハ１４外周部に対向するウェハ１４外周部近傍には、ウェハ１４内部を多重反射した後に赤外線が入射された端面に対向する端面から放出される赤外線を検出して分光分析する赤外線分析装置２０が設けられている。
In the vicinity of the outer peripheral portion of the
赤外線分析装置２０には、分析結果に基づきウェハ１４表面に付着した化学物質の種類の同定や濃度の算出を行う演算装置（図示せず）が接続されている。
The
次に、本実施形態による表面状態測定装置の各構成部分及び表面状態を測定すべきウェハ１４について詳細に説明する。
Next, each component of the surface state measuring apparatus according to the present embodiment and the
（ａ）ウェハ１４
表面状態を測定すべきウェハ１４には、図３に示すように、対向する外周部にウェハ１４平面に対して同一の傾斜角を有する端面が形成されている。このような端面の組が複数組形成されており、ウェハ１４の外周部に設けられた各端面の組の傾斜角はそれぞれ異なっている。図３では、例えば、傾斜角１＞傾斜角２＞傾斜角３＞傾斜角４となるように設定されている。
(A)
As shown in FIG. 3, the
この傾斜角の異なる端面からウェハ１４内部に所定の入射角度で赤外線を入射することにより、同一のウェハ１４について、赤外線の内部反射回数が異なる多重内部反射スペクトルを測定することができる。
By making infrared rays enter the
（ｂ）基板搭載台１２
基板搭載台１２は、ウェハ１４を搭載し、表面状態の測定に供するものである。基板搭載台１２は、搭載したウェハ１４を水平面内で移動或いは回転する位置調整機構を備えている。これにより、ウェハ１４に形成された任意の端面から入射光学系１８により赤外線をウェハ１４内部に入射することができる。
(B)
The substrate mounting table 12 mounts a
（ｃ）入射光学系１８（赤外光源、反射鏡、凹面鏡）
赤外光源としては、有機分子の分子振動に対応する２〜２５μｍ帯域の赤外線を発する光源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）やニクロム線に電流を印加して発する熱線を光源として用いることができる。ＳｉＣグローバ灯などのＳｉＣ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。
(C) Incident optical system 18 (infrared light source, reflecting mirror, concave mirror)
As the infrared light source, a light source that emits infrared rays in the 2 to 25 μm band corresponding to the molecular vibrations of organic molecules can be applied. For example, it is possible to use, as a light source, heat rays generated by applying current to silicon carbide (SiC) or nichrome wire as a filament. A light source using SiC, such as a SiC glover lamp, emits infrared rays in the 1.1 to 25 μm band and is characterized in that it is not burned even when used in the air.
反射鏡及び凹面鏡は、赤外光源より放出された赤外線を集光してウェハ１４内部で多重反射するように、ウェハ１４端面から導入するためのものである。
The reflecting mirror and the concave mirror are for introducing from the end face of the
また、入射光学系１８は、赤外線をウェハ１４端面に導入する角度を調整する角度調整機構を備えている。これにより、ウェハ１４の所定の傾斜角を有する端面からその内部に所定の入射角度で赤外線を入射することができる。
In addition, the incident
（ｄ）赤外線分析装置２０
赤外線分析装置２０としては、例えば、窒素冷却型ＩｎＳｂなどの赤外線検出器を内包したＦＴＩＲ装置を用いることができる。この赤外線分析装置２０は、ウェハ１４端面より放出された赤外線を検出し、検出した赤外線をフーリエ分光することにより、多重内部反射スペクトルを生成する。
(D)
As the
赤外線分析装置２０として用いるＦＴＩＲ装置は、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、赤外線を分光分析するものである。或いは、ＦＴＩＲ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。
The FTIR apparatus used as the
なお、赤外線分析装置２０は、ウェハ１４端面から放出される赤外線の放出角度に応じて赤外線を検出することが可能である。
The
（ｅ）演算装置
赤外線分析装置２０により得られた多重内部反射スペクトルの測定データは、演算装置に送られ、ウェハ１４表面に付着している化学物質の同定や量の算出が行われる。
(E) Arithmetic Device The measurement data of the multiple internal reflection spectrum obtained by the
演算装置は、同一ウェハ１４について測定された内部反射回数の異なる多重内部反射スペクトルから吸光度スペクトルを求める。
The arithmetic unit obtains an absorbance spectrum from multiple internal reflection spectra that are measured for the
ウェハ１４表面に付着している化学物質の種類と検量線は別途データベースとして演算装置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ベースを参照して定量化される。
The type and calibration curve of the chemical substance adhering to the surface of the
ウェハ１４表面に付着している化学物質を同定するために、様々な物質の各種分子振動による赤外吸収の波数がデータベースとして演算装置に蓄えられている。例えば、各化学物質について、ＣＨ３対称伸縮振動や、ＣＨ３非対称伸縮振動、ＣＨ２対称伸縮振動、ＣＨ２非対称伸縮振動等による吸収波数のデータが蓄えられている。化学物質の同定の際には、各種分子振動による吸収波数のデータベースの中から、ある特定の分子振動による吸収波数のデータが参照される。
In order to identify chemical substances adhering to the surface of the
このように、本実施形態による表面状態測定装置は、所定の傾斜角を有するウェハ１４端面から所定の入射角度で赤外線を入射することにより、内部反射回数が異なる赤外多重反射スペクトルを測定できる構成となっていることに主たる特徴がある。これにより、同一のウェハ１４について測定された内部反射回数の少ない多重内部反射スペクトルをリファレンススペクトルとして吸光度スペクトルを求めることができるので、プローブ光として用いた赤外線の波長域に赤外吸収を有する汚染物質のすべてを検出し、その付着量を定量化することができる。
As described above, the surface state measurement apparatus according to the present embodiment can measure infrared multiple reflection spectra having different numbers of internal reflections by making infrared rays incident at a predetermined incident angle from the end face of the
さらに、リファレンススペクトルを測定するために、別途表面状態の異なるウェハについて多重内部反射スペクトルを測定する必要がないので、測定を簡便なものとすることができる。 Furthermore, since it is not necessary to measure multiple internal reflection spectra for wafers having different surface states in order to measure the reference spectrum, the measurement can be simplified.
〔２〕表面状態測定方法
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。
[2] Surface State Measuring Method Next, the surface state measuring method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態による表面状態測定方法では、同一のウェハ１４について内部反射回数の異なる多重内部反射スペクトルを測定する。測定された内部反射回数の少ない多重反射スペクトルをリファレンススペクトルとし、内部反射回数の多い多重反射スペクトルをサンプルスペクトルとして吸光度スペクトルを求め、これを分析することによりウェハ１４に付着した化学物質の同定、付着量の定量化を行う。
In the surface state measurement method according to the present embodiment, multiple internal reflection spectra with different numbers of internal reflections are measured for the
まず、表面状態を測定すべきウェハ１４を基板搭載台１０に載置する。
First, the
次いで、はじめに、内部反射回数の少ない多重反射スペクトル、すなわちリファレンススペクトルの測定を以下のようにして行う。 Next, first, a multiple reflection spectrum with a small number of internal reflections, that is, a reference spectrum is measured as follows.
まず、赤外線を入射する端面として、例えば図３に示すように、ウェハ１４に形成された端面のうちウェハ１４平面に対する傾斜角の大きな傾斜角１の端面を選択する。また、赤外線がウェハ１４端面に対して略垂直に入射できるように、入射光学系１８による赤外線の入射角度を設定する。これにより、ウェハ１４への入射赤外線が、ウェハ１４内部で少ない回数で多重反射できるように入射角を設定することができる。また、赤外線を入射する端面に対向する傾斜角１の端面から放出される赤外線を検出できるように、基板搭載台１０と赤外線分析装置２０との位置関係を設定する。
First, as an end face to which infrared rays are incident, for example, as shown in FIG. 3, an end face having a large inclination angle 1 with respect to the plane of the
次いで、入射光学系１８により、傾斜角１の端面からウェハ１４内部に赤外線を入射する。
Next, infrared light is incident on the inside of the
ウェハ１４内部に導入した赤外線は、ウェハ１４内部を多重反射しながら伝搬し、その後赤外線が入射した端面に対向する傾斜角１の端面より放出される。
Infrared rays introduced into the
次いで、ウェハ１４内部で多重反射した後に端面より放出された赤外線を赤外線分析装置２０によって検出し、フーリエ変換分光の原理に基づき、多重内部反射スペクトルを求める。
Next, infrared rays emitted from the end face after being subjected to multiple reflections inside the
こうして、傾斜角１の端面から入射した赤外線により測定された多重内部反射スペクトルをリファレンススペクトルとして演算装置に記憶する。 In this way, the multiple internal reflection spectrum measured by the infrared rays incident from the end face at the inclination angle 1 is stored in the arithmetic unit as the reference spectrum.
次に、上述のようにしてウェハ１４について取得したリファレンススペクトルの測定時よりも内部反射回数が多い条件で赤外線をウェハ１４内部に入射して多重内部反射スペクトルの測定を行う。
Next, infrared rays are incident on the
まず、図３に示すように、傾斜角１よりも小さい傾斜角２の端面からウェハ１４内部に赤外線を入射できるように、基板搭載台１０と入射光学系１８との位置関係を設定する。また、赤外線を入射する端面に対向する傾斜角２の端面から放出される赤外線を検出できるように、基板搭載台１０と赤外線分析装置２０との位置関係を設定する。
First, as shown in FIG. 3, the positional relationship between the
こうして、リファレンススペクトルを測定した場合よりも赤外線の内部反射回数が多くなるように測定系を設定する。 Thus, the measurement system is set so that the number of infrared internal reflections is greater than when the reference spectrum is measured.
次いで、入射光学系１８により、傾斜角２の端面から赤外線をウェハ１４内部に入射する。
Next, infrared light is incident on the inside of the
次いで、ウェハ１４内部で多重反射した後に端面より放出された赤外線を赤外線分析装置２０によって検出し、同様にして内部多重反射スペクトルを測定する。
Next, infrared rays emitted from the end face after being subjected to multiple reflections inside the
こうして測定された内部多重反射スペクトルをサンプルスペクトルとして演算装置に記憶する。 The internal multiple reflection spectrum thus measured is stored in the arithmetic unit as a sample spectrum.
次いで、演算装置により、測定されたリファレンススペクトルとサンプルスペクトルとから吸光度スペクトルを求める。 Next, an absorbance spectrum is obtained from the measured reference spectrum and sample spectrum by an arithmetic device.
得られた吸光度スペクトルに基づき、記憶演算装置３０に蓄えられているデータベース及び検量線を参照し、ウェハ１４表面に付着した汚染物質の構造、或いは種類を同定し、その付着量を算出する。
Based on the obtained absorbance spectrum, the database or calibration curve stored in the memory arithmetic unit 30 is referred to identify the structure or type of the contaminant adhering to the surface of the
こうして、ウェハ１４の表面状態の測定を終了する。
Thus, the measurement of the surface state of the
このように、本実施形態によれば、表面状態を測定すべきウェハ１４について測定された内部反射回数の少ない多重内部反射スペクトルをリファレンススペクトルとし、内部反射回数の多い多重内部反射スペクトルをサンプルスペクトルとして吸光度スペクトルを求めるので、プローブ光として用いた赤外線の波長域に吸収を有する汚染物質をすべて検出することができ、その付着量を定量化することができる。
Thus, according to this embodiment, the multiple internal reflection spectrum with a small number of internal reflections measured for the
また、リファレンススペクトルとなる多重反射スペクトルを表面状態の異なるウェハについて別途測定する必要がない。これにより、赤外多重内部反射法による表面状態の測定を簡便なものとすることができる。 Further, it is not necessary to separately measure a multiple reflection spectrum as a reference spectrum for wafers having different surface states. Thereby, the measurement of the surface state by the infrared multiple internal reflection method can be simplified.
［変形実施形態］
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記実施形態では、ウェハについての表面状態の測定について述べているが、表面状態の測定はウェハに限定されるものではない。例えば、液晶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の表面状態を測定することが可能である。 For example, in the above embodiment, the measurement of the surface state of the wafer is described, but the measurement of the surface state is not limited to the wafer. For example, it is possible to measure the surface state of a substrate that is transparent to infrared light, such as a glass substrate that forms a liquid crystal device.
また、上記実施形態では表面状態の測定として汚染物質を測定しているが、基板の弗酸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。 In the above embodiment, contaminants are measured as a measurement of the surface state. However, it is also possible to measure a chemical state such as a hydrogen termination state by hydrofluoric acid, a dry cleaning state, a wet cleaning state, or the like. .
また、上記実施形態では、所定の傾斜角の傾斜面が形成されたウェハを測定する場合について説明したが、所定の傾斜角の傾斜面が形成されていないウェハについても本発明による表面状態測定方法を適用することができる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the wafer having the inclined surface having the predetermined inclination angle is measured has been described. However, the surface state measuring method according to the present invention is also applied to the wafer having no inclined surface having the predetermined inclination angle. Can be applied.
例えば、端面が曲面となっているウェハについても本発明を適用することができる。本発明による表面状態測定方法により端面が曲面となっているウェハの表面状態を測定する場合について図４を用いて説明する。図４は端面が曲面となっているウェハに対する赤外線の入射方法を説明する図であり、ウェハ外周部近傍の断面を示している。 For example, the present invention can be applied to a wafer having a curved end surface. A case where the surface state of a wafer having a curved end surface is measured by the surface state measuring method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a view for explaining an infrared incidence method for a wafer having a curved end surface, and shows a cross section near the outer periphery of the wafer.
図４に示すウェハ２４の端面に赤外線を入射した場合、光線１のように曲面のウェハ２４平面に対する傾斜が小さい位置から入射した赤外線ほど、ウェハ２４内部での多重反射の回数が多くなる。これに対し、同じ入射角度で光線２のように曲面のウェハ２４平面に対する傾斜が大きい位置から入射した赤外線ほど、ウェハ２４内部での多重反射の回数が少なくなる。
When infrared rays are incident on the end surface of the
したがって、図４に示すように端面が曲面となっているウェハ２４の場合には、曲面のウェハ２４平面に対する傾斜の大きい位置から赤外線を入射して測定した多重反射スペクトルをリファレンススペクトルとする。また、同じ入射角度で傾斜の小さい位置から赤外線を入射して測定した多重内部反射スペクトルをサンプルスペクトルとする。図４に示す場合では、光線２について測定された多重内部反射スペクトルをリファレンススペクトルとし、光線１について測定された多重内部反射スペクトルをサンプルスペクトルとして吸光度スペクトルを求める。
Therefore, in the case of the
こうして、内部反射回数の異なる２つの多重内部反射スペクトルから吸光度スペクトルを求めることができる。これにより、端面が曲面となっているウェハ２４についても、上記実施形態による場合と同様に、プローブ光として用いた赤外線の波長域に吸収を有する汚染物質をすべて検出することができ、その付着量を定量化することができる。また、赤外多重内部反射法による表面状態測定方法を簡便なものとすることができる。
Thus, an absorbance spectrum can be obtained from two multiple internal reflection spectra having different numbers of internal reflections. As a result, the
１０…ウェハ
１２…基板搭載台
１４…ウェハ
１８…入射光学系
２０…赤外線分析装置
２４…ウェハ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記被測定基板の内部で多重反射する回数の異なる第１の赤外線と第２の赤外線とをそれぞれ検出し、前記第１の赤外線及び前記第２の赤外線の分析結果に基づき、前記被測定基板上に付着した化学物質の種類を同定し及び／又は前記化学物質の付着量を定量化する
ことを特徴とする表面状態測定方法。 An infrared ray is incident inside the substrate to be measured, an infrared ray emitted from the substrate to be measured after multiple reflection within the substrate to be measured is detected, and the state of the surface of the substrate to be measured is analyzed by analyzing the detected infrared ray. In the surface state measurement method to measure,
A first infrared ray and a second infrared ray, each of which has a different number of times of multiple reflection inside the substrate to be measured, are respectively detected, and on the substrate to be measured based on the analysis result of the first infrared ray and the second infrared ray. A method for measuring a surface condition, characterized by identifying the type of chemical substance adhering to and / or quantifying the amount of adhering chemical substance.
前記被測定基板の端面において、前記被測定基板平面に対して第１の傾斜を有する位置から赤外線を所定の入射角度で入射し、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第１の赤外線として検出し、
前記被測定基板の端面において、前記被測定基板平面に対して前記第１の傾斜よりも大きい第２の傾斜を有する位置から赤外線を前記所定の入射角度で入射し、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第２の赤外線として検出する
ことを特徴とする表面状態測定方法。 In the surface state measuring method according to claim 1,
At the end face of the substrate to be measured, infrared light is incident at a predetermined incident angle from a position having a first inclination with respect to the plane of the substrate to be measured, and is emitted from the substrate to be measured after multiple reflection inside the substrate to be measured. Detected infrared rays as the first infrared rays,
Infrared light is incident at the predetermined incident angle on the end surface of the measured substrate from a position having a second inclination larger than the first inclination with respect to the measured substrate plane, and is multiplexed inside the measured substrate. An infrared ray emitted from the substrate to be measured after being reflected is detected as the second infrared ray.
前記被測定基板の外周部には、前記被測定基板平面に対して第１の傾斜角を有する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜角よりも小さな第２の傾斜角を有する第２の傾斜面とが形成されており、
前記第１の傾斜面に対して略垂直に赤外線を入射し、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第１の赤外線として検出し、
前記第２の傾斜面に対して略垂直に赤外線を入射し、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第２の赤外線として検出する
ことを特徴とする表面状態測定方法。 In the surface state measuring method according to claim 1,
A first inclined surface having a first inclination angle with respect to the measurement substrate plane and a second inclination angle smaller than the first inclination angle are formed on the outer periphery of the measurement substrate. Are formed with an inclined surface,
An infrared ray is incident substantially perpendicularly to the first inclined surface, and an infrared ray emitted from the substrate to be measured after multiple reflection inside the substrate to be measured is detected as the first infrared ray,
An infrared ray is incident substantially perpendicularly to the second inclined surface, and an infrared ray emitted from the substrate to be measured after multiple reflection inside the substrate to be measured is detected as the second infrared ray. Surface state measurement method.
前記第１の赤外線を分光分析することにより、リファレンススペクトルを測定し、
前記第２の赤外線を分光分析することにより、サンプルスペクトルを測定し、
前記リファレンススペクトルと前記サンプルスペクトルとに基づき、前記被測定基板上に付着した前記化学物質の種類を同定し及び／又は前記化学物質の付着量を定量化する
ことを特徴とする表面状態測定方法。 In the surface state measuring method according to any one of claims 1 to 3,
By measuring the first infrared spectrum, a reference spectrum is measured,
Measuring the sample spectrum by spectroscopically analyzing the second infrared;
A method for measuring a surface condition, comprising: identifying a type of the chemical substance adhering to the substrate to be measured and / or quantifying the amount of the chemical substance adhering based on the reference spectrum and the sample spectrum.
前記赤外線検出手段は、前記被測定基板の内部で多重反射する回数の異なる第１の赤外線と第２の赤外線とをそれぞれ検出し、
前記表面状態測定手段は、前記第１の赤外線及び前記第２の赤外線の検出結果に基づき、前記被測定基板上に付着した化学物質の種類を同定し及び／又は前記化学物質の付着量を定量化する
ことを特徴とする表面状態測定装置。 Infrared incident means for injecting infrared rays into the measurement substrate, infrared detection means for detecting infrared rays emitted from the measurement substrate after multiple reflection inside the measurement substrate, and infrared rays detected by the infrared detection means A surface state measuring device having surface state measuring means for measuring the surface state of the substrate to be measured,
The infrared detection means detects first infrared rays and second infrared rays each having a different number of multiple reflections inside the substrate to be measured;
The surface condition measuring means identifies the type of chemical substance adhering to the substrate to be measured and / or quantifies the amount of the chemical substance adhering based on the detection result of the first infrared ray and the second infrared ray. A surface condition measuring device characterized by comprising:
前記第１の赤外線を検出するときには、前記赤外線入射手段は、前記被測定基板の端面において、前記被測定基板平面に対して第１の傾斜を有する位置から赤外線を所定の入射角度で入射し、前記赤外線検出手段は、前記第１の傾斜を有する位置から入射され、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第１の赤外線として検出し、
前記第２の赤外線を検出するときには、前記赤外線入射手段は、前記被測定基板の端面において、前記被測定基板平面に対して前記第１の傾斜よりも大きい第２の傾斜を有する位置から赤外線を前記所定の入射角度で入射し、前記赤外線検出手段は、前記第２の傾斜を有する位置から入射され、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第２の赤外線として検出する
ことを特徴とする表面状態測定装置。 In the surface state measuring apparatus according to claim 5,
When detecting the first infrared ray, the infrared ray incident means makes the infrared ray incident at a predetermined incident angle from a position having a first inclination with respect to the plane of the measured substrate at an end surface of the measured substrate. The infrared detecting means detects an infrared ray incident from a position having the first inclination and emitted from the substrate to be measured after multiple reflection inside the substrate to be measured as the first infrared ray,
When detecting the second infrared ray, the infrared ray incident means emits the infrared ray from a position having a second inclination larger than the first inclination with respect to the measurement target substrate plane at the end surface of the measurement target substrate. The incident light is incident at a predetermined incident angle, and the infrared detection means is incident from a position having the second inclination, and the infrared light emitted from the substrate to be measured after being multiple-reflected inside the substrate to be measured. A surface state measuring device characterized by detecting as infrared rays.
前記被測定基板の外周部には、前記被測定基板平面に対して第１の傾斜角を有する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜角よりも小さな第２の傾斜角を有する第２の傾斜面とが形成されており、
前記第１の赤外線を検出するときには、前記赤外線入射手段は、前記第１の傾斜面に対して略垂直に赤外線を入射し、前記赤外線検出手段は、前記第１の傾斜面に対して略垂直に入射され、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第１の赤外線として検出し、
前記第２の赤外線を検出するときには、前記赤外線入射手段は、前記第２の傾斜面に対して略垂直に赤外線を入射し、前記赤外線検出手段は、前記第２の傾斜面に対して略垂直に入射され、前記被測定基板内部で多重反射した後に前記被測定基板より放出される赤外線を前記第２の赤外線として検出する
ことを特徴とする表面状態測定装置。
In the surface state measuring apparatus according to claim 5,
A first inclined surface having a first inclination angle with respect to the measurement substrate plane and a second inclination angle smaller than the first inclination angle are formed on the outer periphery of the measurement substrate. Are formed with an inclined surface,
When detecting the first infrared ray, the infrared ray incident means enters the infrared ray substantially perpendicularly to the first inclined surface, and the infrared ray detecting means is substantially perpendicular to the first inclined surface. And detecting infrared rays emitted from the substrate to be measured after multiple reflection inside the substrate to be measured as the first infrared rays,
When detecting the second infrared ray, the infrared ray incident means enters the infrared ray substantially perpendicularly to the second inclined surface, and the infrared ray detecting means is substantially perpendicular to the second inclined surface. The surface state measuring apparatus is characterized in that an infrared ray that is incident on the substrate and is multiple-reflected inside the substrate to be measured and then emitted from the substrate to be measured is detected as the second infrared ray.
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