JPH08233746A - 表面汚染評価装置及び表面汚染評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体基板等の表面が汚染されていないかどう
かを光学的な手段により検出する表面汚染評価装置に関
し、ＣやＨの結合分子が主体となっている基板表面の微
量な汚染物を基板対応で確実に検出し、迅速に良否判定
する。 【構成】赤外光を出射する光源１１と、赤外光が入射さ
れる被評価基板２９を載置する基板保持具１３と、被評
価基板２９内部に赤外光減衰層を形成する手段５５と、
被評価基板２９で反射してきた赤外光を分光する分光器
２５とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面汚染評価装置及び
表面汚染評価方法に関し、より詳しくは、半導体基板等
の表面が汚染されていないかどうかを光学的な手段によ
り検出する表面汚染評価装置及び表面汚染評価方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、デバイスの微細化に伴い、様々な
汚染が問題になってきている。例えば、微量な金属やレ
ジスト残渣、大気中の浮遊物等の汚染が半導体装置の特
性に影響を及ぼし始めている。金属汚染されたウエハに
半導体素子を作成した場合、ＰＮ接合のリーク電流の増
加や逆方向阻止電圧の低下を招く。

【０００３】また、大気中の浮遊物等で汚染されたウエ
ハに半導体素子を作成した場合、パターニングにおいて
ピンホール等の原因となり、或いは不純物の拡散におい
て拡散層の不均一が生じ、逆方向阻止電圧の低下やリー
ク電流の増大を招く。更に、レジスト残渣で汚染された
ウエハに半導体素子を作成するため加工を施した場合、
例えば加熱処理が加えられることにより、ウエハの導電
率の変調をきたし、半導体素子の電圧や電流が設計値通
りに作成されなくなる。

【０００４】金属汚染に関しては、全反射蛍光Ｘ線分析
により充分な感度で検出が可能であり、確実なウエハ管
理が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レジス
ト残渣や大気中の浮遊物が汚染源となるカーボン（Ｃ）
や水素（Ｈ）の結合分子が主体となっている汚染物に関
しては、現在、問題となっている有機物汚染の吸着量
は、微量であるため、問題となるレベルでの赤外吸収
は、充分な検出感度が得られていない。

【０００６】感度向上のため、例えば図６に示すＡＴＲ
法（全反射減衰法：Attenuated Total Reflection ）と
呼ばれる方法がある。ＡＴＲ法は、基板１上に台形状の
ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶２を押しつけてＧｅ結晶２の
端部斜面から赤外光を入射し、Ｇｅ結晶２表面で生じる
複数回のエバネセント光の減少を検出する。この方法に
より、Ｇｅ結晶２／基板１の界面にある有機物を検出す
ることが可能となる。続いて検出した反射光を分光して
その吸収ピークデータを取得した上で基板上の汚染物を
特定し、良否を判断している。

【０００７】しかし、基板１上にＧｅ結晶２を押しつけ
る必要があり、ウエハ表面を汚染したり、傷つけたりす
る危険性がある。このため、測定後のウエハを使用する
ことができないので、ウエハ管理がモニタ管理となり、
個々のウエハに対応した管理ができない。また、測定の
前の作業に手間がかかる。しかも、取得データをいちい
ち分析して良否を判断し、製造プロセスにフィードバッ
クしているので、評価に時間や手間が掛かる。このた
め、量産規模での汚染物の評価法としては適当ではな
い。

【０００８】本発明は、係る従来例の問題点に鑑みて創
作されたものであり、ＣやＨの結合分子が主体となって
いる基板表面の微量な汚染物を基板対応で確実に検出
し、迅速に良否判定することができる表面汚染評価装置
及び表面汚染評価方法を提供することを目的とするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に、赤
外光を出射する光源と、前記赤外光が入射される被評価
基板を載置する基板保持具と、前記被評価基板内部に赤
外光減衰層を形成する手段と、前記被評価基板で反射し
てきた赤外光を分光する分光器とを有する表面汚染評価
装置によって達成され、第２に、前記被評価基板への前
記補助光の入射経路上に赤外光吸収体が介在することを
特徴とする第１の発明に記載の表面汚染評価装置によっ
て達成され、第３に、被評価基板内に赤外光減衰層を形
成した状態で前記被評価基板に赤外光を入射し、反射し
てきた前記赤外光を分光し、分光データから前記被評価
基板表面の汚染の有無を評価することを特徴とする表面
汚染評価方法によって達成され、第４に、前記被評価基
板の表面に赤外光が入射する角度は、８０度以上９０度
未満であることを特徴とする第３の発明に記載の表面汚
染評価方法によって達成され、第５に、前記被評価基板
内に前記赤外光減衰層を形成している間、前記被評価基
板の裏面に冷媒を通流させることにより前記被評価基板
を冷却することを特徴とする第３又は第４の発明に記載
の表面汚染評価方法によって達成され、第６に、補助光
を前記被評価基板内に照射することにより電子及び正孔
を励起し、前記電子及び正孔が過剰に存在する前記赤外
光減衰層を形成することを特徴とする第３乃至第４の発
明のいずれかに記載の表面汚染評価方法によって達成さ
れ、第７に、前記冷媒は前記赤外光吸収体として機能す
ることを特徴とする第６の発明に記載の表面汚染評価方
法によって達成される。

【００１０】

【作用】本発明においては、赤外光を出射する光源と、
赤外光が入射される被評価基板を載置する基板保持具
と、被評価基板内部に赤外光減衰層を形成する手段と、
被評価基板で反射してきた赤外光を分光する分光器とを
有している。従って、ＡＴＲ法と異なり、被評価基板に
は何も加工を施さなくてもよいので加工のための手間や
時間も掛からない。

【００１１】ところで、元の被評価基板が赤外光の透過
性を有するものである場合、被評価基板の底面に到達
し、被評価基板の底面からの反射光を生じて誤差の原因
になる。本発明では、被評価基板内部に赤外光減衰層を
形成する手段を有するので、赤外光を照射している間に
被評価基板内部に赤外光減衰層を形成しておくことによ
り、被評価基板内部に入射してきた赤外光は底面に到達
する前に減衰させられるため、被評価基板の底面からの
反射光も生じない。

【００１２】これにより、被評価基板からの反射光は被
評価基板の表面の汚染情報のみが含まれるようになるた
め、誤差が低減し、検出感度が向上する。また、被評価
基板内部に赤外光減衰層を形成するには、被評価基板と
して半導体基板を用いた場合、例えば、バンドギャップ
よりも高いエネルギスペクトルを含む補助光を被評価基
板に照射すればよい。これにより、電子及び正孔が励起
されて、過剰の電子及び正孔が存在する層が被評価基板
内部に形成される。この層は赤外光を減衰させることが
実験により確認された。

【００１３】更に、補助光の照射のとき被評価基板が発
熱して汚染分子の構造変化、熱離脱等が生じるので、こ
れを防止するため、基板保持具に貫通穴を形成し、或い
は前記基板保持具に管を設け、そこに冷媒を通流させる
とよい。このとき、基板保持具の裏面から補助光を照射
することにして、基板保持具及び管のうち少なくとも被
評価基板への補助光の入射経路上にある部分を透明部材
で形成し、冷媒として冷却水を用いると、冷却水は赤外
光吸収体として機能する。これにより、補助光が被評価
基板に到達する前に補助光中の赤外光が吸収・減衰され
るため、測定すべき反射光の中に迷光となる赤外光が混
在するのを防止することが出来、測定データのＳＮ比の
低下を防止することができる。また、冷媒としてヘリウ
ムを用いてもよいが、ヘリウムは赤外光を減衰しないの
で、補助光照射手段と被評価基板の間に赤外光吸収体を
介在させることが好ましい。

【００１４】更に、被評価基板表面に入射角度、例えば
８０〜９０度で赤外光を入射させているので、被評価基
板表面での赤外光の照射面積が大きくなる。このため、
照射面積内に含まれる検出に係る汚染物量が多くなる。
しかも、被評価基板表面での電界成分は、入射光と反射
光の電界成分のベクトル的な加算となるため、大きい入
射角度の場合、垂直入射に比べて、電界成分は２倍に近
くなる。このため、汚染物による吸収強度は４倍程度に
増加し、検出感度が増す。従って、赤外光を照射中に被
評価基板内部に赤外光減衰層を形成することを併用すれ
ば、被評価基板からの反射光は被評価基板の表面の汚染
情報のみが含まれるようになるため、誤差が低減し、更
に検出感度が増す。

【００１５】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
係る表面汚染評価装置及び表面汚染評価方法について説
明する。 （１）本発明の第１の実施例に係る表面汚染評価装置に
ついての説明 図１は本発明の第１の実施例に係る表面汚染評価装置に
ついて示す断面図である。

【００１６】同図において、１３は評価すべきウエハ
（被評価基板）２９、例えばシリコンウエハを載置する
石英（透明部材）からなる基板保持具で、ウエハ２９は
周辺部数カ所で不図示のネジ止め式のフック等により固
定される。基板保持具１３内部には冷却水（冷媒）５５
の通流路（貫通穴）５１を有し、通流路５１とつながっ
た注水口５２から冷却水５５が入り、排水口５３から出
ていく。通流路（貫通穴）５１全体の平面形状は渦巻き
状、或いはジグザグ状その他が適用できる。

【００１７】上記冷却水５５により試験中のウエハ２９
が冷却される。試験中のウエハ２９は下記に説明する補
助光等の照射により発熱する場合が多く、熱により調査
すべき汚染物が変質したり、脱離したりするのを防止す
るためである。５４は基板保持具１３の基板載置面と反
対側に設けられた補助光光源で、例えばキセノンランプ
が用いられる。シリコンのバンドギャップ（常温で、凡
そ１．１２ｅＶ）よりも大きいエネルギスペクトルを含
む補助光をウエハ２９の裏面からウエハ２９に照射す
る。この補助光により価電子帯の電子が伝導帯に励起さ
れるとともに、電子の抜けた跡に正孔が生ずる。これに
より、過剰の電子及び正孔が存在する層（赤外光減衰
層）がウエハ２９内部に形成される。この場合、補助光
のスペクトルのうち赤外域の光は十分に過剰な電子及び
正孔が存在する層では減衰されるもののそれ以外の領域
ではウエハ２９を容易に透過し、この透過光が測定すべ
き赤外光に混在することになる。これにより信号対雑音
比（Ｓ／Ｎ比）の低下を招く。これを防止するため、ウ
エハ２９と補助光光源５４の間に赤外光吸収体を設け、
補助光のスペクトルのうち赤外域の光を減衰させる必要
がある。実施例の場合、基板保持具１３内を通流する冷
却水５５に赤外光吸収体の役割を兼ねさせている。

【００１８】１１は試験用の赤外光を出射する光源であ
る。ウエハ２９表面への赤外光の入射角度を８０〜９０
°とするような位置に設けられる。振動数ほぼ4000〜40
0 ｃｍ^-1の範囲をカバーすることができる。２５はウエ
ハ２９で反射してきた赤外光を分光する分光器と、分光
器で分光された光を焦電効果により光電変換する検出器
の両方が集合された光検出器である。なお、光検出器２
５として、例えばＭＣＴ（Ｈｇ−Ｃｄ−Ｔｅ）検出器又
はＴＧＳ（トリグリシンスルフェート：(NH₂CH ₂COOH)₃H
₂SO₄）検出器（ともに商品名）を有するＦＴＩＲ装置が
用いられる。光検出器２５は分光器のみから構成されて
いてもよい。

【００１９】上記の表面汚染評価装置では、ウエハ２９
表面への入射角度を８０〜９０°と大きくしている。そ
の理由について図６（ｂ），（ｃ）を参照しながら説明
する。第１の理由は、図６（ｂ）に示すように、垂直入
射や入射角度の小さい入射に比べてウエハ２９上の照射
面が大きくなるためである。これにより、より多くの汚
染物質が、かつより広範囲の種類の汚染物質が照射面に
含まれるようになるため、検出感度が向上し、検出範囲
が広がる。第２の理由は、図６（ｃ）に示すように、ウ
エハ２９表面での電界成分は、入射光と反射光の電界成
分のベクトル的な加算となるため、大きい入射角度の場
合、垂直入射に比べて、電界成分は２倍に近くなる。こ
のため、汚染物による吸収強度は４倍程度に増加し、検
出感度が増す。

【００２０】また、図３は計算により求めた、赤外光吸
収層の吸収係数をパラメータとする表面感度の入射角度
依存性を示す特性図である。横軸はリニア目盛りで表し
た入射角度θ１〔°〕を示し、縦軸はリニア目盛りで表
した表面感度（Ｒｓ−Ｒｏ）を示す。ここで、汚染物質
として屈折率（ｎet）１．５，吸収係数（ｋet）０．１
９を有する、膜厚５Åのエチレン層を想定した。また、
シリコンウエハは屈折率ｎsi＝３．４３を有するものと
し、赤外光減衰層の吸収係数を種々変えた。更に、Ｒｓ
は上記エチレン層が表面に存在するシリコンウエハに赤
外光を照射したときの反射率、Ｒｏは清浄なシリコンウ
エハに赤外光を照射したときの反射率である。

【００２１】計算結果によれば、入射角度が８０°を越
えると表面感度が急激に上がる。この結果も上記の考え
を裏付けている。次に、過剰の電子及び正孔が存在する
層（赤外光減衰層）をウエハ２９内部に形成する理由に
ついて説明する。上記図３から、赤外光減衰層の吸収係
数が大きくなるほど、表面感度が高くなることが分か
る。このことを更に明瞭に示すため、図３を書き直して
吸収係数に対する表面感度の依存性とした。これを図４
に示す。図４の横軸は対数目盛りで表した吸収係数を示
し、縦軸はリニア目盛りで表した表面感度（Ｒｓ−Ｒ
ｏ）を示す。

【００２２】これらの図から、表面感度を向上させるに
は、被評価基板として赤外光の吸収係数の高い物質を用
いればよい。しかし、被評価基板としてのシリコンウエ
ハでは赤外光の吸収係数は一定であり、あまり高くな
い。従って、シリコンウエハ内部に吸収係数の高い赤外
光減衰層を予め設けておくか、外部的から作用させてそ
のような層を形成してやればよいことになる。本願発明
者は、補助光を照射してウエハ２９内部に電子及び正孔
を励起し、これにより形成された過剰の電子及び正孔の
存在する層で赤外光が大幅に減衰する、即ち吸収係数
（ｋ）及び屈折率（ｎ）が高くなることを実験により見
いだした。

【００２３】次に、上記の表面汚染評価装置を用いてウ
エハ表面の汚染を評価した結果について図２を参照しな
がら説明する。評価すべきウエハ２６として４インチの
シリコンウエハを大気中に１カ月間放置することにより
汚染させたものを用いた。図２は波数〔ｃｍ^-1〕と吸収
強度〔任意単位〕の関係について示す特性図である。補
助光照射の有無による比較データを取得した。

【００２４】次の条件で測定を行った。即ち、ウエハ２
９を基板保持具１３に載置し、基板保持具１３には流量
３リットル／分の冷却水５５を流した。ウエハ２６への
赤外光の入射角度を８０°とし、光検出器２５としてＭ
ＣＴ検出器を有するＦＴＩＲ装置を用いた。また、補助
光光源５４として３００Ｗのキセノンランプを用いた。

【００２５】結果によれば、補助光を照射した場合、照
射しない場合に比べて吸収強度が大幅に大きくなる。こ
れにより、検出感度が大幅に向上する。以上のように、
本発明の第１の実施例に係る表面汚染評価装置において
は、補助光光源５４を有するので、測定用の赤外光を照
射している間に過剰の電子及び正孔が存在する赤外光減
衰層をウエハ２９内部に形成することにより、ウエハ２
９内部に入射してきた赤外光を減衰させ、ウエハ２９の
表面の汚染情報のみを含む反射光を検出するようにし
て、誤差を低減し、検出感度を向上させることができ
る。

【００２６】更に、基板保持具１３内に冷媒を通流させ
てウエハ２９を冷却しているので、補助光の照射のとき
ウエハ２９が発熱して汚染分子の構造変化、熱脱離等が
生じるのを防止することができる。また、補助光光源５
５とウエハ２９の間に赤外光吸収体である冷却水５６を
介在させることにより、補助光がウエハ２９に到達する
前に補助光中の赤外光が吸収・減衰されるため、測定す
べき反射光の中に迷光となる赤外光が混在するのを防止
することが出来、測定データのＳＮ比が高くなる。

【００２７】なお、上記の実施例では、被評価基板２９
としてシリコンウエハを用いているが、他の半導体ウエ
ハを用いてもよいし、半導体のみならず絶縁膜或いは導
電体その他を用いてもよい。また、補助光光源５４とし
てキセノンランプを用いているが、水銀ランプ等を用い
てもよい。

【００２８】更に、ウエハ２９を冷却する冷媒としてヘ
リウムを用いてもよい。この場合、ヘリウムは赤外光を
吸収しないので、ウエハ２９と補助光光源５４の間に赤
外光を吸収するＭｇＦやＣａＦ（赤外光吸収体）等を介
在させることが必要である。また、基板保持具１３に貫
通穴による通流路５１を形成しているが、基板載置面に
冷媒が通流する管を埋め込んでもよい。

【００２９】（２）本発明の第２の実施例に係る表面汚
染評価装置についての説明 本発明の第２の実施例に係る表面汚染評価装置について
図５（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図５
（ａ）は上面図、図５（ｂ）は側面図である。第２の実
施例に係る表面汚染評価装置は第１の実施例に係る表面
汚染評価装置を自動化したものである。更に、検出感度
向上のため、被評価基板上で赤外光を複数回反射させる
ようにしたものである。

【００３０】図５（ａ），（ｂ）において、１１は第１
の実施例で説明したと同様な赤外光を出射する光源であ
る。１２は評価すべきウエハ（被評価基板）２９を導入
し、そのウエハ２９表面に赤外光を照射するための円筒
状の室壁を有する測定室（室）であり、測定室１２の中
央部には、第１の実施例で説明したと同様な、ウエハ２
９を保持する基板保持具１３と、その裏面の補助光光源
５４とが設置されている。

【００３１】基板保持具１３及び補助光光源５４は位置
調整手段１４に固定されている。その位置調整手段１４
は、ウエハ２９を保持する基板保持面と、基板保持面に
平行なＸ軸を中心に基板保持面を回動し、又は基板保持
面に平行で、かつＸ軸に直交するＹ軸を中心に基板保持
面を回動させることにより基板保持面の傾きを調整する
手段１５と、かつ基板保持面の高さを調整する手段１６
と、両手段１５，１６を駆動する駆動手段１７とを有す
る。駆動手段１７として、例えばステッピングモータ
（ＤＣサーボモータ）がある。これらの手段を用いてウ
エハ２９表面への赤外光の入射角度等を調整することに
より、最大の反射光強度が得られるようにすることが可
能である。

【００３２】１８は円筒状の測定室１２の内壁面に沿っ
て周回するように連続的に設置されたミラー（反射板）
である。ミラー１８は、ウエハ２９表面で反射した赤外
光を受け、その赤外光を反射して基板保持具１３に保持
されたウエハ２９表面にほぼ８０°〜９０°の入射角度
で再入射させるような角度を保持して設けられている。
なお、ミラー18ａ〜18ｆは、図６（ａ）に示すように、
室壁の周囲の必要な箇所だけに分離して設置されていて
もよい。

【００３３】また、室壁の一部には開口１９が形成され
ており、この開口１９を介して光源１１から出射した赤
外光が通過し、かつウエハ２９表面での最終回の反射光
が通過する。２０は測定室１２に設置されたウエハ搬送
アーム（基板搬送手段）であり、ミラー１８下部の室壁
の一部に形成された開閉自在のウエハ搬入／搬出口（基
板搬入／搬出口）２１を介して室外のウエハを室内に搬
入したり、測定が終わった室内のウエハを室外に搬出す
る。

【００３４】２２は開口１９を介して測定室１２に連接
する赤外光導入／導出室であり、室壁には赤外光の入射
側に形成された透過窓３０と、出射側に形成された透過
窓３１とを有し、室内に入射した赤外光を開口１９を介
して測定室１２に導入するミラー23ａと、測定室１２内
で生成された反射光を開口１９を介して分光器２５に導
くミラー23ｂが設置されている。また、測定室１２内を
窒素ガスで置換し、室内の環境を清浄にするための窒素
ガスを導入するガス導入口２４が設けられている。な
お、室内を適当な圧力にするため不要な窒素ガスを排出
するための排気口が設けられてもよい。

【００３５】２５は測定室１２から出射した赤外光を分
光する分光器と、分光器で分光された光を焦電効果によ
り光電変換する検出器の両方が集合された光検出器であ
る。光検出器２５からのデータがコンピュータ２８に送
られる。２６はウエハ搬入／搬出口２１の近くに設置さ
れた未測定のウエハを格納するウエハ収納具、２７は測
定済のウエハを格納するウエハ収納具である。

【００３６】２８は測定を制御するコンピュータ（制御
／判定手段）で、光源１１，基板保持具１３の駆動部，
ウエハ搬送アーム２０の駆動部及びウエハ搬入／搬出口
２１の開閉駆動部を適宜作動させる。また、光検出器２
５からの分光データを取り込み、例えば、清浄なウエハ
からの反射光の分光データと評価すべきウエハからの反
射光の分光データとの差によりウエハ２９表面の汚染の
有無を判定する。従って、ウエハの材質により影響を受
けず、汚染物のみを選択的に検出することができる。

【００３７】なお、上記の表面汚染評価装置において、
ウエハ収納具２６，２７は清浄な測定室１２内に設置さ
れていないが、ウエハ収納具２６，２７は測定室１２内
に設置されてもよいし、測定室１２と別の清浄な室に設
置されてもよい。また、分光機能を有する分光器と光電
変換する機能を有する検出器とが集合された光検出器２
５が出射側に設けられているが、分光器と検出器とを分
離し、分光器のみを光源１１のすぐ後に設置し、分光さ
れた光を測定室１２に入射するようにしてもよい。この
とき、光電変換する機能を有する検出器のみが出射側に
設置されることになる。

【００３８】更に、基板保持具１３が測定室１２内に設
置され、測定室１２内を窒素ガスで置換することが可能
であるが、基板保持具１３が設置された測定室１２に排
気口を設け、この排気口に測定室１２内を減圧する排気
装置が接続されるようにしてもよい。これにより、測定
室１２内の浮遊物を除去して測定室１２内を清浄にする
ことができ、過誤の汚染物評価を避けることができる。

【００３９】次に、測定室１２内のミラーとウエハ２９
との間の詳細な位置関係及び赤外光の照射方法の一例に
ついて図６（ａ）を参照しながら説明する。図６（ａ）
ではミラー18ａ〜18ｆは室壁の周囲の必要な箇所、即ち
６箇所だけに個々に分離して設置されているが、図１の
ように連続的に設置されていても図６（ａ）と全く同じ
ように赤外光を反射する。

【００４０】図６（ａ）の上図はミラー18ａ，18ｄとウ
エハ２９との位置関係を示す側面図であり、入射光と反
射光とを含む面（入射面）においてウエハ２９表面に垂
直な方向から測った入射角度（第３の入射角度）θ₃ が
８０度以上，９０度未満になるようにミラー18ａ〜18ｆ
の角度が設定されている。このように、ウエハ２９表面
への入射角度を大きくする理由は第１の実施例で説明し
た理由と同様である。

【００４１】図６（ａ）の下図は測定室１２の上面図で
あり、ミラー18ａ〜18ｆは室壁の周囲の必要な箇所、即
ち６箇所だけに個々に分離して設置されている。ウエハ
２９表面での反射光を第２の入射角度θ₂ をもって反射
板に入射させることにより、ミラー18ａ〜18ｆからの反
射光はウエハ２９表面の異なる箇所に入射する。従っ
て、汚染物の種類をより広範囲に検出できる。更に、ウ
エハ２９表面での反射を３回以上、この場合７回繰り返
すことにより、吸収を受けていない反射光の強度と吸収
を受けた反射光の強度の差が増倍され、一層検出感度が
増す。

【００４２】次に、図６（ａ）に示す表面汚染評価装置
を用いてウエハ表面に赤外光を照射する方法について説
明する。まず、光源１１からの赤外光を透過窓３０を介
してミラー23ａに入射する。赤外光はミラー23ａで反射
され、反射光はウエハ２９に約８５°の入射角度（第１
の入射角度）θ₁ で入射する。更に、入射した赤外光は
ウエハ２９表面で反射して第４のミラー18ｄに所定の入
射角度（第２の入射角度）θ₂ で入射する。

【００４３】入射した赤外光は第４のミラー18ｄ面で反
射してウエハ２９表面に約８５°の入射角度（第３の入
射角度）θ₃ で再び入射する。更に、入射した赤外光は
ウエハ２９表面で反射して第４のミラー18ｄとはほぼ対
向する室壁面上に設置された第１のミラー18ａに所定の
入射角度（第２の入射角度）θ₂ で入射し、反射する。
このとき、赤外光は第１のミラー18ａに所定の入射角度
（第２の入射角度）θ ₂ で入射しているので、入射方向
と異なる方向に反射され、従ってウエハ２９表面で前の
照射領域とは異なる領域を照射する。

【００４４】ウエハ２９表面で再び反射された赤外光
は、第５のミラー18ｅ−ウエハ２９−第２のミラー18ｂ
−ウエハ２９−第６のミラー18ｆ−ウエハ２９−第３の
ミラー18ｆという順序で上記と同様の反射を繰り返した
後、ミラー23ｂ及び透過窓３１を経て光検出器２５に入
射する。次に、上記の表面汚染評価方法により試料面で
の赤外光の反射回数による感度比較について実験した結
果について説明する。

【００４５】図８は、試料としてイソプロピルアルコー
ル（汚染物）を塗布したシリコン基板を用い、試料面で
の赤外光の反射回数が１７回の場合と７回の場合とを比
較した結果について示す分光特性図である。図４におい
て、横軸は比例目盛りの波数（ｃｍ^-1）を表し、縦軸は
任意単位の吸収強度を表す。図８に示す結果によれば、
１７回反射の場合は７回反射の場合と比較して、吸収強
度を示すピークが大幅に高くなっており、感度が上がっ
ていることを示している。

【００４６】以上のように、本発明の第２の実施例に係
る表面汚染評価装置によれば、赤外光を出射する光源１
１と、赤外光が入射されるウエハ２９を保持する基板保
持具１３と、ウエハ２９表面で反射された赤外光を受
け、かつ受けた赤外光を反射して大きい入射角度でウエ
ハ２９表面に再び入射させるような角度に置かれたミラ
ー１８又は18ａ〜18ｆと、反射光を検出して分光する光
検出器（又は分光器）２５とを有している。

【００４７】従って、ＡＴＲ法と異なり、評価すべきウ
エハ２９には何も加工を施さず、かつウエハ２９に損傷
を与えることもないので、良と判定されたウエハ２９は
そのまま使用することができる。また、加工のための手
間や時間も掛からない。また、ウエハ２９内部に赤外光
減衰層を形成する補助光光源５４を有するので、赤外光
を照射している間にウエハ２９内部に赤外光減衰層を形
成しておくことにより、ウエハ２９内部に入射してきた
赤外光は底面に到達する前に減衰させられるため、ウエ
ハ２９の底面からの反射光も生じない。

【００４８】これにより、ウエハ２９からの反射光はウ
エハ２９表面の汚染情報のみが含まれるようになるた
め、誤差が低減し、検出感度が一層向上する。更に、室
内を窒素置換して清浄にすることが可能な測定室１２に
基板保持具１３が設置されているので、清浄な環境でウ
エハ２９表面の汚染測定ができる。このため、過誤の評
価も防げる。

【００４９】また、基板保持具１３の位置を調整する駆
動手段１７，ウエハ搬送アーム２０及び光源１１の動作
を制御するとともに、光検出器２５に取得された分光デ
ータを解析し、ウエハ２９表面の汚染の有無を判定する
コンピュータ２８とを有するので、自動測定が可能であ
り、評価時間の短縮が図れる。従って、量産工程への導
入が可能である。例えば、ウエハの受入れ検査，ホトリ
ソグラフィー工程後のウエハ検査，ウエハ洗浄後の検査
等への導入が考えられる。 （３）本発明の第３の実施例に係る表面汚染評価方法に
ついての説明 図５及び図６（ａ）の表面汚染評価装置を用いた、本発
明の第３の実施例に係る表面汚染評価方法について図
５，図６（ａ），図６（ｂ），図７のフローチャート及
び図９を参照しながら説明する。

【００５０】まず、清浄なウエハを用いて標準分光デー
タを取得する。そのための第１の作業として、最大の分
光感度が得られるようにするため、ウエハの高さ及びウ
エハ表面の傾きの調整を行う。以下、調整の方法につい
て説明する。即ち、測定室１２内に、常時、窒素を導入
して、測定室１２内を常に清浄な雰囲気に保持する。続
いて、ウエハ収納具２６にウエハを搬入した後、ウエハ
収納具２６内に窒素を導入し、ウエハ収納具２６内を清
浄な雰囲気にする。

【００５１】次に、コンピュータ２８からの信号により
ウエハ搬入／搬出口２１を開けてウエハ搬送アーム２０
によりウエハ収納具２６から清浄なウエハを取り出す。
続いて、ウエハ搬入／搬出口２１を通過してウエハを測
定室１２内の基板保持具１３の基板保持面上に搬送し、
基板保持面に載置する。このとき、ウエハは減圧による
吸着手段等により基板保持面に固定される。その後、ウ
エハ搬入／搬出口２１はコンピュータ２８からの信号に
より閉じられる。

【００５２】次いで、コンピュータ２８からの信号によ
り、冷却水５５を基板保持具１３に流すとともに、補助
光光源５４を点灯し、ウエハ２９裏面から補助光を照射
する。冷却水５５により補助光のうち赤外域の光は冷却
水５５により吸収され、ウエハ２９裏面に到達しない。
一方、シリコンのバンドギャップよりも大きいエネルギ
スペクトルを有する光はウエハ２９内部に進入し、電子
及び正孔を励起して電子及び正孔が過剰に存在する層
（赤外光減衰層）がウエハ２９内部に形成される。ウエ
ハ２９は補助光の照射によりエネルギを吸収するため発
熱するが、冷却水５５により冷却されるので、ウエハ２
９温度は上昇しない。このため、汚染物の変質や脱離等
が生じない。

【００５３】更に、コンピュータ２８からの信号によ
り、光源１１を点灯する。赤外光は測定室１２内に入射
され、（１）で説明したと同様にしてウエハ表面での７
回の反射を繰り返し、光検出器２５に入射する。このと
き、ウエハ２９内部の赤外光減衰層により赤外光が減衰
するので、ウエハ２９表面に照射される試験用の赤外光
のうち、ウエハ２９内部に進入したものは減衰し、ウエ
ハ２９表面で反射されたもののみが光検出器２５に帰っ
てくる。

【００５４】次に、基板保持具１３の上下の位置及び基
板保持面の傾きを調整し、光検出器２５からの出力が最
大となるようにウエハ２９位置を決定する。続いて、最
大の分光感度となるウエハ位置を保持した状態で、コン
ピュータ２８からの信号により光源１１を点灯し、赤外
光を測定室１２に入射する。上記したように、赤外光は
測定室１２内のウエハ表面上で７回の反射を繰り返して
光検出器２５に入射する。

【００５５】光検出器２５に入射した赤外光は分光さ
れ、かつ光電変換されて分光データが取得される。分光
データはコンピュータ２８に取り込まれ、基準分光デー
タとして保存される。清浄なウエハ表面には汚染物質が
存在しないので、ウエハがシリコンウエハの場合、分光
データの4000〜400 ｃｍ^-1の範囲では汚染物を示す吸収
ピークは現れない。なお、ウエハとしてシリコン酸化膜
の形成されたシリコンウエハを用いた場合、波数1000〜
1300ｃｍ^-1近辺にＳｉＯピークが、波数3100〜3800ｃｍ
^-1近辺に，ＳｉＯＨピーク等が現れる。

【００５６】次に、コンピュータ２８からの信号により
ウエハ搬入／搬出口２１が開くとともに、ウエハ搬送ア
ーム２０が作動し、清浄なウエハを搬出するとともに、
評価すべきウエハ２９をウエハ収納具２６から測定室１
２内の基板保持具１３の基板保持面に搬送する。次い
で、評価すべきウエハ２９について、上記と同様にして
最大感度が得られるウエハ位置の決定後、分光データを
取得する。このとき、評価すべきウエハ２９表面上にＣ
−Ｈ結合等を含む汚染物が存在している場合、表１に示
すように、結合分子に相当する波数のところに吸収ピー
クが現れる。

【００５７】

【表１】

【００５８】続いて、分光データをコンピュータ２８に
取り込み、図５に示すように、評価すべきウエハ２９か
らの反射光の分光データと清浄なウエハからの反射光の
分光データの差をとる。これにより、汚染物を表す分子
結合に相当する波数のところにのみ吸収ピーク（吸収強
度）が現れる。良品と判定する吸収強度の上限値を判定
基準として予めコンピュータに入力しておき、この基準
と上記のようにして取得された汚染を示す吸収ピークと
を比較することによりウエハ２９表面汚染の良否を判定
する。

【００５９】なお、良品は製造工程でそのまま使用す
る。一方、不良とされたウエハは洗浄するか、廃棄す
る。洗浄したウエハは再度上記の評価をした上で良品と
なれば使用する。以上のように、本発明の第３の実施例
に係る表面汚染評価方法によれば、評価すべきウエハ２
９には何も加工を施さず、かつウエハ２９に損傷を与え
ることもないので、良と判定されたウエハ２９はそのま
ま使用することができる。また、加工のための手間や時
間も掛からない。

【００６０】また、ウエハ２９内部に赤外光減衰層を形
成しているので、ウエハ２９表面に照射される試験用の
赤外光のうち、ウエハ２９表面で反射されたもののみが
光検出器２５に入射する。これにより、ウエハ２９の表
面の汚染情報のみが評価対象となるので、精度が良く、
また、測定データのＳＮ比が高くなる。更に、基板保持
具１３内に冷却水５５を通流させて、ウエハ２９を冷却
しているので、補助光の照射のときウエハ２９が発熱す
ることによる汚染分子の構造変化や熱離脱等が生じるの
を防止することができる。このとき、冷却水５５は赤外
光吸収体として機能するので、補助光がウエハ２９に到
達する前に補助光中の赤外光が吸収・減衰される。これ
により、測定すべき反射光の中に迷光となる赤外光が混
在するのを防止することが出来、測定データのＳＮ比が
高くなる。

【００６１】更に、ウエハ２９に８５°の大きい入射角
度θ₁ 及びθ₃ で赤外光を入射させているので、高い検
出感度が得られる。また、ウエハ２９表面での反射光を
第２の入射角度θ₂ をもってミラー18ａ〜18ｆに入射さ
せることにより、ミラー18ａ〜18ｆからの反射光はウエ
ハ２９表面の異なる領域に入射する。従って、より多く
の種類の汚染物を検出できる。更に、ウエハ２９表面で
の反射を７回繰り返しているので、吸収を受けていない
反射光の強度と吸収を受けた反射光の強度との差が増倍
され、検出感度が一層増す。

【００６２】更に、清浄なウエハからの反射光の分光デ
ータと評価すべきウエハ２９からの反射光の分光データ
との差によりウエハ２９表面の汚染の有無を判定してい
る。従って、ウエハ２９の材質により影響を受けず、汚
染物のみを選択的に検出することができる。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、赤外
光を出射する光源と、赤外光が入射される被評価基板を
載置する基板保持具と、被評価基板内部に赤外光減衰層
を形成する手段と、被評価基板で反射してきた赤外光を
分光する分光器とを有している。

【００６４】従って、評価すべき基板には何も加工を施
さず、かつ基板に損傷を与えることもないので、良と判
定された基板はそのまま使用することができる。また、
加工のための手間や時間も掛からない。また、被評価基
板内部に赤外光減衰層を形成する手段を有するので、赤
外光を照射している間に被評価基板内部に赤外光減衰層
を形成することにより、被評価基板内部に入射してきた
赤外光を減衰させ、被評価基板の表面の汚染情報のみを
含む反射光を検出するようにして、誤差を低減し、検出
感度を向上させることができる。

【００６５】更に、基板保持具内に冷媒を通流させてい
るので、補助光の照射のとき被評価基板が発熱して汚染
分子の構造変化、熱脱離等が生じるのを防止することが
できる。また、補助光光源と被評価基板の間に赤外光吸
収体を介在させることにより、補助光が被評価基板に到
達する前に補助光中の赤外光が吸収・減衰されるため、
測定すべき反射光の中に迷光となる赤外光が混在するの
を防止することが出来、測定データのＳＮ比が高くな
る。

【００６６】更に、８０〜９０°という大きい入射角度
で基板に赤外光を入射させているので、基板表面での赤
外光の照射面積が大きくなり、このため、検出にかかる
汚染物の種類及び量が多くなる。しかも、大きい入射角
度の場合、垂直入射に比べて、基板表面での電界成分は
２倍に近くなり、汚染物による吸収強度は４倍程度に増
加するため、検出感度が増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る表面汚染評価装置
の構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る表面汚染評価装置
により取得された吸収強度について示す特性図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る表面感度の入射角
度及び吸収係数依存性の計算結果について示す特性図で
ある。

【図４】本発明の第１の実施例に係る表面感度の吸収係
数依存性の計算結果について示す特性図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係る表面汚染評価装置
の構成図である。

【図６】本発明の第２の実施例に係る表面汚染評価装置
の測定室の詳細構成図及び作用・効果を説明する図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施例に係る表面汚染評価方法
について示すフローチャートである。

【図８】本発明の第２の実施例に係る表面汚染評価方法
を用いて試料面での赤外光の反射回数による感度比較に
ついて実験した結果について説明する特性図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る表面汚染評価方法
を用いて取得された分光データから分光データの差を算
出した結果についての説明図である。

【図１０】従来例に係る表面汚染評価方法について示す
断面図である。

【符号の説明】 １１ 光源、 １２ 測定室（室）、 １３ 基板保持具、 １４ 位置調整手段、 １５ 傾きを調整する手段、 １６ 高さを調整する手段、 １７ 駆動手段、 １８，18ａ〜18ｆ ミラー（反射板）、 １９ 開口、 ２０ ウエハ搬送アーム（基板搬送アーム）、 ２１ ウエハ搬入／搬出口（基板搬入／搬出口）、 ２２ 赤外光導入／導出室、 23ａ，23ｂ ミラー、 ２４ ガス導入口、 ２５ 光検出器、 ２６，２７ ウエハ収納具、 ２８ コンピュータ（制御／判定手段）、 ２９ ウエハ（基板）、 ３０，３１ 透過窓、 ５１ 通流路、 ５２ 注水口、 ５３ 排水口、 ５４ 補助光光源、 ５５ 冷却水（冷媒，赤外吸収体）。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外光を出射する光源と、 前記赤外光が入射される被評価基板を載置する基板保持
   具と、 前記被評価基板内部に赤外光減衰層を形成する手段と、 前記被評価基板で反射してきた赤外光を分光する分光器
   とを有する表面汚染評価装置。
2. 【請求項２】 前記被評価基板への前記補助光の入射経
   路上に赤外光吸収体が介在することを特徴とする請求項
   １に記載の表面汚染評価装置。
3. 【請求項３】 被評価基板内に赤外光減衰層を形成した
   状態で前記被評価基板に赤外光を入射し、 反射してきた前記赤外光を分光し、分光データから前記
   被評価基板表面の汚染の有無を評価することを特徴とす
   る表面汚染評価方法。
4. 【請求項４】 前記被評価基板の表面に赤外光が入射す
   る角度は、８０度以上９０度未満であることを特徴とす
   る請求項３に記載の表面汚染評価方法。
5. 【請求項５】 前記被評価基板内に前記赤外光減衰層を
   形成している間、前記被評価基板の裏面に冷媒を通流さ
   せることにより前記被評価基板を冷却することを特徴と
   する請求項３又は請求項４に記載の表面汚染評価方法。
6. 【請求項６】 補助光を前記被評価基板内に照射するこ
   とにより電子及び正孔を励起し、前記電子及び正孔が過
   剰に存在する前記赤外光減衰層を形成することを特徴と
   する請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の表面汚染
   評価方法。
7. 【請求項７】 前記冷媒は前記赤外光吸収体として機能
   することを特徴とする請求項６に記載の表面汚染評価方
   法。