JP2001194320A - 表面状態測定装置及び方法 - Google Patents

表面状態測定装置及び方法

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JP2001194320A
JP2001194320A JP2000000964A JP2000000964A JP2001194320A JP 2001194320 A JP2001194320 A JP 2001194320A JP 2000000964 A JP2000000964 A JP 2000000964A JP 2000000964 A JP2000000964 A JP 2000000964A JP 2001194320 A JP2001194320 A JP 2001194320A
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春雄 吉田
Hiroaki Endo
礼暁 遠藤
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    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
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  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程全体のスループットに悪影響を与えるこ
となく、半導体ウェハの周縁の傾斜部の適切な位置に適
切な角度で赤外線を入射しうる表面状態測定装置及び方
法を提供する。 【解決手段】 被測定基板１２の内部に赤外線を導入す
る入射光学系１６と、被測定基板の内部を多重反射した
後に出射される赤外線を検出する検出光学系３０と、検
出光学系により検出された赤外線に基づき、被測定基板
表面の状態を測定する表面状態測定手段３８と、被測定
基板の位置を光学的に検出する位置検出手段１７と、位
置検出手段により検出された被測定基板の位置に応じ
て、被測定基板に赤外線が入射される位置及び角度を制
御する制御手段２８とを有している。

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
り半導体基板の表面状態を製造現場においてその場測定
（in-situ monitoring）する表面状態測定装置及び方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハの表面状態は、半導体装置
の製造現場における様々な要請により的確に把握するこ
とが望まれている。
【０００３】例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Acces
s Memory）などのメモリデバイスやロジックデバイスな
どの半導体集積回路の分野では、素子の集積度が向上す
るにつれて製造時のゲート絶縁膜の膜厚が薄くなり、Ｍ
ＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）ＦＥＴ（Field Eff
ect Transistor）の動作中の電界（約４×１０6Ｖ／ｃ
ｍ）を絶縁する機能のマージンが少ない設計となってい
る。ここで、ゲート絶縁膜は一般に熱酸化法により形成
されるが、熱酸化法によりゲート絶縁膜を形成する際に
金属汚染、化学汚染、有機汚染などの表面汚染が存在す
ると、形成されるゲート絶縁膜の絶縁破壊を誘発する虞
がある。有機汚染についてはゲート絶縁膜の形成後に付
着した場合にも絶縁性の劣化をもたらすことが知られて
いる。したがって、所望値の絶縁耐圧を有するゲート絶
縁膜を形成するためには、半導体ウェハの表面状態を管
理することがきわめて重要となる。
【０００４】また、素子構造を形成するためのパターニ
ング工程には、プラズマエッチング技術が広く用いられ
ている。プラズマエッチングの過程は、気相から輸送さ
れるラジカルなイオンなどのインフラックスと、半導体
ウェハ表面からのアウトフラックスの吸着、反応及び脱
離過程との間のダイナミックなバランスによって決定さ
れている。したがって、プラズマエッチングプロセスに
おいて、半導体ウェハ表面における吸着状態、化学結合
状態、反応層の構造や厚みなどを知ることは最適なプラ
ズマエッチング条件の設定やプラズマエッチングの終点
検出のための設定を行ううえで有効である。
【０００５】また、近年の半導体装置では素子の微細化
とデバイスの三次元化が進行しており、微細領域或いは
急峻な段差部への洗浄溶液の侵入や置換が困難となって
いるため、微細化が更に進む今後の展望としてドライ洗
浄技術が注目されている。例えば、半導体ウェハ上の有
機物に起因する付着物の除去にはオゾン或いは紫外線励
起した酸素との反応が有効である。酸素分子は２４２ｎ
ｍ以下の波長の光で原子状態酸素に分解する。原子状態
酸素によって付着有機物は酸化され、蒸気圧の高いＨ2
Ｏ、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2などに分解される。また、紫外線
照射により、Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｏなどの有機物の結
合を解離することができる。したがって、半導体ウェハ
表面の状態を知ることは、ドライ洗浄を行う際の最適な
照射光の光量、波長、酸素量などのパラメータを制御す
るうえでもきわめて重要である。
【０００６】また、半導体ウェハの表面に形成される自
然酸化膜は、膜厚等の制御が不可能なためデバイスに利
用することはできない。このため、デバイスを構築する
際には、この自然酸化膜を除去した後、半導体ウェハの
表面を安定化するために表面のシリコンの結合手を水素
により終端しておくことが好ましい。これは、５００℃
程度の比較的低温で水素を脱離できるためと、それに続
くプロセスへの影響が比較的少ないためである。ＵＶオ
ゾン洗浄と弗酸エッチングされた半導体ウェハ表面のシ
リコン原子はほとんどが水素により終端され、Ｓｉ＝Ｈ
2、Ｓｉ−Ｈが形成される。したがって、半導体ウェハ
表面の水素終端の状態や水素終端除去の温度依存性など
を測定できれば、半導体プロセスのスタート時における
半導体ウェハ表面の状態を適切に保つことができ、より
高品質、高歩留りが期待できる。
【０００７】このように、半導体装置の製造プロセスに
おいては、半導体ウェハの表面状態を知ることはきわめ
て重要であり、従来においても種々の測定方法が提案さ
れ、一部で実用化されている。
【０００８】赤外線を用いた半導体ウェハ内部の多重反
射による表面状態を測定する技術としては、例えば米国
のパーキン・エルマー（Perkin-Elmer）社などから専用
のＦＴ−ＩＲ（Fourier Transform - Infrared Radiati
on spectroscopy、赤外フーリエ分光）装置として販売
されている。また、その応用範囲を広げるために、例え
ば英国のグラスビー（Graseby Specac Limited）社など
から多様なアクセサリーが販売されている。
【０００９】このような装置を用いた従来の表面状態測
定方法は、例えば図１２（ａ）に示すように被測定基板
１０２を例えば４０ｍｍ×１０ｍｍの短冊状に切断し、
赤外光源１０４から発せられた赤外線を被測定基板１０
２を透過させて基板表面の状態を測定し、或いは、例え
ば図１２（ｂ）に示すように端部をテーパ状に加工した
被測定基板１０２の端面から赤外線を入射して基板内部
で多重反射させることにより基板の表面状態を測定し、
或いは、例えば図１２（ｃ）に示すように被測定基板１
０２の上部に配されたプリズム１０６を介して基板内部
に赤外線を入射して基板内部で多重反射させることによ
り基板の表面状態を測定するものであった。
【００１０】基板内部に赤外線を入射して内部多重反射
させることにより基板の表面状態を測定する基本原理
は、基板表面で光線が反射するときに滲み出る光（エヴ
ァネッセント光）の周波数成分が基板表面の有機汚染物
質の分子振動周波数と一致していると共鳴吸収されるの
で、そのスペクトルを測定することにより有機汚染物質
の種類と量が特定できることによる。また、内部多重反
射しながら基板表面の有機汚染物質の情報を煮詰めてい
く（信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させる）作用もあ
る。
【００１１】しかしながら、これら測定方法は、被測定
対象基板を短冊状に切断するか、基板に追加工するか、
或いは、基板上部にプリズムを配置する必要があり、半
導体装置の製造現場におけるその場測定に使用すること
はできなかった。
【００１２】また、半導体ウェハ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）、ＴＤＳ
（Thermal Desorption Spectroscopy）などが知られて
いる。しかしながら、これらの測定方法は、今後展開が
予定される直径３００ｍｍを超えるような大型ウェハを
直接観察することができないこと、真空雰囲気が必要な
こと、スループットが悪いこと、などの理由により半導
体装置の製造現場におけるその場測定に使用するには適
していなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
の表面状態測定方法は、その測定方法が破壊的な検査で
あるため、半導体装置の製造現場におけるその場測定に
は使用することができず、或いは、大型の半導体ウェハ
を測定するには不向きであり、半導体装置の製造現場に
おけるその場観察や大型ウェハの測定が可能な表面状態
測定装置及び方法が望まれていた。
【００１４】かかる観点から、本願発明者らは、ウェハ
表面に付着した有機汚染物質を高感度で検出するため
に、ウェハ多重内部反射フーリエ赤外分光法を用いた有
機汚染検出法をすでに提案している（例えば、特願平１
１−９５８５３号明細書を参照）。ウェハの一端に赤外
光を特定の入射角度で入射すると、赤外光はウェハ内部
を両表面で全反射を繰り返しながら伝搬し、その際ウェ
ハ表面に赤外光が滲み出し（エバネッセント光）、表面
に付着した有機汚染物質により赤外光スペクトルの一部
が吸収される。ウェハの多端から放出されたこの伝搬光
をＦＴ−ＩＲによって分光分析することによってウェハ
表面に付着した有機汚染物質の検出、同定が可能であ
る。この検査法は、ＧＣ／ＭＳ法などに比べて同等の感
度をもつとともに、測定にリアルタイム性があり、且
つ、簡便で経済的である。
【００１５】特願平１１−９５８５３号明細書に記載の
表面状態測定方法では、ウェハのオフセット形状を利用
し、ウェハ周縁に設けられた傾斜部よりウェハ内部に赤
外線を導入する構成を採用するので、半導体ウェハ自体
を加工する必要がなく、半導体装置の製造プロセスにお
けるその場測定が可能である。
【００１６】ところで、特願平１１−９５８５３号明細
書に記載の表面状態測定方法では、半導体ウェハの傾斜
部の適切な位置に適切な角度で赤外線を入射することが
重要である。傾斜部の適切な位置に適切な角度で赤外線
を入射しないと、ウェハ内部での全反射の回数がばらつ
き、ひいては測定感度がばらつくからである。
【００１７】しかしながら、半導体ウェハの周縁の傾斜
部の適切な位置に適切な角度で赤外線を入射すること
は、事実上困難であった。例えば、半導体ウェハの傾斜
部のうちの一定の傾きの領域を、作業者が測定器を用い
て検出し、その領域に赤外線を導入することも考えられ
るが、これは工程全体のスループットに悪影響を与える
ため実用化には適さない。
【００１８】また、半導体ウェハの略全面にわたる有機
汚染、化学汚染を検出するためには、半導体ウェハを回
転させる必要があるが、回転軸にわずかな偏りがあるだ
けで赤外光に対するウェハ周縁の位置がずれてしまう。
半導体ウェハの周縁の位置がずれた場合には、半導体ウ
ェハの位置合わせを再度行うことが必要であるが、工程
全体のスループットを更に悪化させる要因となる。
【００１９】そこで、工程全体のスループットに悪影響
を与えることなく、半導体ウェハの傾斜部の適切な位置
に適切な角度で赤外線を入射する技術が待望されてい
た。
【００２０】本発明の目的は、工程全体のスループット
に悪影響を与えることなく、半導体ウェハの周縁の傾斜
部の適切な位置に適切な角度で赤外線を入射しうる表面
状態測定装置及び方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的は、被測
定基板の内部に赤外線を導入する入射光学系と、前記被
測定基板の内部を多重反射した後に出射される赤外線を
検出する検出光学系と、前記検出光学系により検出され
た赤外線に基づき、前記被測定基板表面の状態を測定す
る表面状態測定手段と、前記被測定基板の位置を光学的
に検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検
出された前記被測定基板の位置に応じて、前記被測定基
板に赤外線が入射される位置及び角度を制御する制御手
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。これにより、被測定基板の位置ずれを検出
し、被測定基板の位置ずれに応じて赤外光源の位置や角
度を迅速に調整することができるので、工程全体のスル
ープットに悪影響を与えることなく、被測定基板の傾斜
部の適切な位置に適切な角度で赤外線を入射でき、内部
反射角を適切な角度に制御することができる。従って、
被測定基板内における全反射の回数を適切に制御するこ
とができ、ひいては被測定基板の表面状態を高い精度で
測定することができる。
【００２２】また、上記の表面状態測定装置において、
前記制御手段は、前記入射光学系を制御することによ
り、前記被測定基板に赤外線が入射される位置及び角度
を制御することが望ましい。
【００２３】また、上記の表面状態測定装置において、
前記制御手段は、前記基板搭載台を制御して前記被測定
基板の位置を調整することにより、前記被測定基板に赤
外線が入射される位置及び角度を制御することが望まし
い。
【００２４】また、上記の表面状態測定装置において、
前記位置検出手段は、前記被測定基板の周縁部の上方に
設けられ、前記被測定基板の周縁部に第１の光を入射す
る第１の光源と、前記被測定基板の周縁部を挟んで前記
第１の光源に対向して設けられ、前記第１の光を受光す
る第１の光検出器とを有し、前記第１の光検出器により
検出された光の位置に基づいて前記被測定基板の水平方
向の位置を検出することが望ましい。
【００２５】また、上記の表面状態測定装置において、
前記位置検出手段は、前記被測定基板の前記周縁部に第
２の光を入射する第２の光源と、前記周縁部で反射され
た前記第２の光を受光する第２の光検出器とを有し、前
記第２の光検出器により検出された光の位置に基づいて
前記被測定基板の垂直方向の位置を検出することが望ま
しい。
【００２６】また、上記の表面状態測定装置において、
前記第１の光源及び／又は前記第２の光源は、前記被測
定基板に赤外線が入射される位置を含む領域に前記第１
の光及び／又は前記第２の光を走査することが望まし
い。
【００２７】また、上記の表面状態測定装置において、
前記第１の光源及び／又は前記第２の光源は、前記被測
定基板に赤外線が入射される位置の近傍に前記第１の光
及び／又は前記第２の光を周回するように走査すること
が望ましい。
【００２８】また、上記の表面状態測定装置において、
前記位置検出手段は、前記被測定基板の周縁部に沿った
複数の箇所で前記被測定基板の位置を光学的に検出する
ことが望ましい。
【００２９】また、上記の表面状態測定装置において、
前記第１の光及び／又は前記第２の光は、赤外線と異な
る波長の光であることが望ましい。
【００３０】また、上記の表面状態測定装置において、
前記第１の光検出器及び／又は前記第２の光検出器は、
前記被測定基板の位置を１次元的又は２次元的に検出す
ることが望ましい。
【００３１】また、上記目的は、被測定基板の内部に赤
外線を導入し、前記被測定基板の内部で多重反射した後
に出射される赤外線を検出し、検出した赤外線を分析す
ることにより前記被測定基板の表面状態を測定する表面
状態測定方法であって、前記被測定基板の位置を光学的
に検出し、検出された前記被測定基板の位置に応じて、
前記被測定基板に赤外線が入射される位置及び角度を制
御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。これにより、被測定基板の位置ずれを検出し、被
測定基板の位置ずれに応じて赤外光源の位置や角度を迅
速に調整することができるので、工程全体のスループッ
トに悪影響を与えることなく、被測定基板の傾斜部の適
切な位置に適切な角度で赤外線を入射でき、内部反射角
を適切な角度に制御することができる。従って、被測定
基板内における全反射の回数を適切に制御することがで
き、ひいては被測定基板の表面状態を高い精度で測定す
ることができる。
【００３２】また、上記の表面状態測定方法において、
前記被測定基板を回転しつつ複数回の測定を繰り返し、
前記被測定基板の略全面にわたって前記被測定基板の表
面を測定するに際し、各測定に先立って前記被測定基板
の位置を光学的に検出し、検出された前記被測定基板の
位置に応じて前記被測定基板に入射される赤外線の位置
及び角度を制御することが望ましい。
【００３３】
【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装置及び方法について図１を
用いて説明する。図１は、本実施形態による表面状態測
定装置を示す概略図である。
【００３４】（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の全体構成について図１を用いて
説明する。
【００３５】本実施形態による表面状態測定装置は、図
１に示すように、半導体ウェハ１２を載置する基板搭載
台１０と、赤外線を発する赤外光源１６と、半導体ウェ
ハ１２の位置ずれを検出する位置検出手段１７と、赤外
光源１６の位置や角度を制御する赤外光源制御機構２８
と、半導体ウェハ１２内部を多重反射した後に被測定基
板１２から出射される赤外線を集光して赤外線検出器３
８に入射するための赤外光集光手段３０と、赤外線集光
手段３０から発せられた赤外線を検出する赤外検出器３
８とを有する。
【００３６】位置検出手段１７は、２つのレーザ光源１
８、２２と、２つのＣＣＤ（ChargeCoupled Device）ラ
インセンサ２０、２４と、演算部２６とにより構成され
ている。位置検出手段１７は、赤外光源制御手段２８に
接続されており、赤外光源制御機構２８は、位置検出手
段１７により検出された半導体ウェハ１２の位置ずれに
応じて赤外光源１６の位置や角度を調整するようになっ
ている。
【００３７】赤外集光手段３０により集光された赤外線
は、分光器３６を介して赤外線検出器３８に入力される
ようになっている。赤外線検出器３８は、制御・解析用
コンピュータ４０に接続されており、赤外線検出器３８
により得られた検出信号を基にして半導体ウェハ１２の
表面状態を解析できるようになっている。制御・解析用
コンピュータ４０には表示装置４２が接続されており、
制御・解析用コンピュータ４０により解析された検出信
号解析結果やデータベース検索結果を表示するようにな
っている。
【００３８】本実施形態による表面状態測定装置は、半
導体ウェハ１２の位置ずれを検出する位置検出手段１７
を設け、位置ずれ検出手段１７により検出された位置ず
れに応じて、赤外光源１６の位置や角度を調整すること
に主な特徴がある。本実施形態によれば、半導体ウェハ
１２の位置ずれに応じて迅速に赤外光源１６の位置や角
度を調整することができるので、工程全体のスループッ
トに悪影響を与えることなく、半導体ウェハ１２の傾斜
部１４の適切な位置に適切な角度で赤外線を入射するこ
とができる。また、半導体ウェハ１２を回転させること
により半導体ウェハ１２の周縁の位置がずれた場合であ
っても、半導体ウェハ１２の位置ずれに応じて迅速に赤
外光源１６の位置や角度を再調整することができる。従
って、工程全体のスループットに悪影響を与えることな
く、半導体ウェハの略全面にわたる有機汚染、化学汚染
を測定することができる。
【００３９】以下、本実施形態による表面状態測定装置
の各構成部分について個々に詳述する。なお、測定系の
詳細に関しては、同一出願人による特願平１１−９５８
５３号明細書を参照されたい。同明細書に記載される種
々の測定系を本実施形態による表面状態測定装置及び方
法に適用することができる。
【００４０】（ａ） 基板搭載台１０ 基板搭載台１０は、被測定対象である半導体ウェハ１２
を搭載することができるものである。
【００４１】基板搭載台１０には回転機構が付与されて
おり、半導体ウェハ１２を回転することができる。半導
体ウェハ１２を回転させることにより、半導体ウェハ１
２の略全面にわたる有機汚染、化学汚染の検出を行うこ
とができる。
【００４２】（ｂ） 赤外光源１６ 赤外光源１６は、基板搭載台１０の周辺部に設けられて
おり、半導体ウェハ１２の周縁の傾斜部１４に向かっ
て、略平行な赤外線を出射する。
【００４３】赤外光源１６から出射される赤外線は、半
導体ウェハ１２の表面に付着した有機汚染物質等を検出
するプロービング光として機能する。
【００４４】赤外光源１６の位置や角度は、赤外光源制
御機構２８により調整されるようになっている。これに
より、半導体ウェハ１２の周縁の傾斜部の適切な位置に
適切な角度で赤外線が入射することとなる。
【００４５】（ｃ） 赤外線の入射位置及び入射角 半導体ウェハ１２の周縁の傾斜部の適切な位置に適切な
角度で赤外線を入射することの意義を以下に詳述する。
【００４６】半導体ウェハの端面形状は、国際的な半導
体関連業界団体ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment an
d Material International）において定められており、
２００１年頃から導入される予定の３００ｍｍ半導体ウ
ェハについてもその規格が暫定的に定められている。
【００４７】ＳＥＭＩ標準規格により定められた直径３
００ｍｍの半導体ウェハは、図２に示すようなものであ
る。即ち、３００ｍｍ半導体ウェハ１２は、直径が３０
０ｍｍで厚さが７７５μｍの円形に形成されており、一
対の表面と外周面との境界部分が面取りされている。そ
して、面取りされた半導体ウェハ１２の傾斜部１４の加
工形状は、図３のようになっている。なお、図中ハッチ
ングを付していない領域が加工形状の許容範囲である。
【００４８】このようなＳＥＭＩ標準規格の３００ｍｍ
半導体ウェハは、最終的な加工形状で両面ともに鏡面研
磨されており、両面の鏡面仕上げが必要とされる赤外線
内部多重反射を用いる分析法にそのまま使用することが
できる。
【００４９】そして、このような半導体ウェハの傾斜部
１４に赤外線を入射すると、赤外線は以下のようにして
半導体ウェハの内部で多重反射する。
【００５０】即ち、図４に示すように、半導体ウェハ１
２の水平面に対する傾斜部１４の傾斜角をδ、半導体ウ
ェハ１２の水平面に対する赤外線の入射角をθ、傾斜面
の法線に対する赤外線の入射角をθ1とすると、θ1は、 θ1＝θ−（９０°−δ） で表される。
【００５１】そして、傾斜部１４に赤外線を入射する
と、空気とシリコンとの屈折率の相違により、傾斜部１
４の表面で赤外線が屈折する。ここで、半導体ウェハ１
２内に入射した赤外線の屈折角をθ2とすると、スネル
の法則により、 θ2＝ｓｉｎ-1（（ｎair／ｎSi）ｓｉｎθ1） で表される。なお、空気の屈折率はｎair＝１、シリコ
ンの屈折率はｎSi＝３．４２である。
【００５２】そして、半導体ウェハ１２内に入射した赤
外線は、半導体ウェハ１２内の内部で反射する。ここ
で、半導体ウェハ１２の水平面の法線に対する内部反射
角をθ 3とすると、 θ3＝δ−θ2 で表される。
【００５３】図３に示すように、実際の半導体ウェハ１
２の傾斜部１４は平面ではないため、赤外線の入射位置
によって傾斜角δが異なる。従って、傾斜角δは一意的
には定まらない。図５は、傾斜角δを変化させた場合
の、内部反射角θ3と入射角θとの関係を示すグラフで
ある。
【００５４】半導体ウェハ１２内に入射した赤外線が、
半導体ウェハ１２内で内部反射を繰り返して反対側の端
面から出射するためには、内部反射角θ3が全反射臨界
角θCより大きいことが必要である。半導体ウェハ１２
では、内部反射が多数回繰り返されるため、全反射以外
の反射光は強度が無視できるほど減衰するからである。
【００５５】なお、全反射臨界角θCは、 θC＝ｓｉｎ-1（１／ｎsi）＝１７° である。
【００５６】図５で粗いハッチングが付されている領域
は、内部反射角θ3が全反射臨界角θCより大きい領域で
ある。図５から分かるように、傾斜角δが３３°以上の
場合には、入射角θがどのように変化しても、内部反射
角θ3は全反射条件を満たす。
【００５７】また、図５で細かいハッチングが付されて
いる領域は、内部反射角θ3が９０°より大きくなる領
域である。この場合には、赤外線の最初の反射は、半導
体ウェハ１２の内側ではなく、外側で起こる。
【００５８】また、図５から分かるように、赤外線を多
重内部反射させるためには、入射角θを１４７°〜−９
０°の範囲内にすることが必要である。
【００５９】半導体ウェハ１２に入射した赤外線の内部
反射回数Ｎは、内部反射角をθ3、半導体ウェハ１２の
厚さをｄ、半導体ウェハ１２の直径をφとすると、 Ｎ＝φ／ｄ×ｔａｎθ3 で表される。
【００６０】上述したＳＥＭＩ規格の３００ｍｍ半導体
ウェハでは、直径φが３００ｍｍ、厚さｄが７７５μｍ
であるから、内部反射回数Ｎは図６に示すようになる。
図６は、内部反射角θ3と内部反射回数Ｎとの関係を示
すグラフである。
【００６１】図６に示すように、内部反射角θ3が、シ
リコン−空気の全反射臨界角θC＝１７°のとき、内部
反射回数Ｎは最大の１２６６回となり、内部反射角θ3
が大きくなるに伴って内部反射回数Ｎは減少する。
【００６２】半導体ウェハ１２の表面に付着した有機汚
染物質による赤外線の吸収の大きさは、半導体ウェハ１
２内における内部反射回数Ｎに比例する。このため、半
導体ウェハ１２の位置ずれや半導体ウェハ１２の斜面部
１４の形状の相違により内部反射回数Ｎが変化すると、
有機汚染物質等の付着量が等しい場合であっても赤外光
の吸収の大きさが変化する。このため、半導体ウェハ１
２内における内部変化回数Ｎの変化は、測定誤差を生じ
る要因となる。
【００６３】このように、半導体ウェハ１２内における
赤外線の内部反射回数Ｎは、内部反射角θ3によって決
まり、また、内部反射角θ3の大きさは、傾斜部１４の
傾斜角δと赤外線の入射角θによって決まる。
【００６４】このため、精密な定量分析を行うために
は、半導体ウェハ１２の傾斜部１４の形状が異なる場合
であっても、一定の傾斜角δの領域に、一定の入射角θ
で赤外線を入射し、これにより内部反射角θ3を一定に
保つ必要がある。
【００６５】以上のことは、定量分析の測定誤差を一定
範囲内に抑えるためには、一定量の汚染に対して赤外光
の吸収の大きさを一定に保つ必要があり、そのためには
内部反射回数Ｎのばらつきを一定範囲内に抑える必要が
あることを示している。
【００６６】ところで、内部反射角θ3や内部反射回数
Ｎのばらつきによる赤外線の吸収量の変化は、簡単な見
積もりとして、以下のような計算で求められる。
【００６７】赤外線吸収量の大きさが内部反射回数Ｎに
単純に比例すると考えると、赤外線吸収量のばらつきは
内部反射回数Ｎのばらつきに起因する。ウェハ多重内部
反射フーリエ赤外分光法を用いた有機汚染検出法では、
赤外線吸収量の大きさによって有機汚染の定量が行われ
るため、内部反射回数Ｎのばらつきが定量分析の測定誤
差を決めることとなる。
【００６８】内部反射回数Ｎは、上述したように、 Ｎ＝φ／ｄ×ｔａｎθ3 により求められる。
【００６９】また、内部反射角θ3の大きさにつき、そ
の内部反射回数Ｎの±１０％の反射回数を計算する。そ
の結果から、内部反射回数Ｎが１０％増加する場合と１
０％減少する場合の内部反射角θ3を逆算し、この二つ
の角の差を内部反射角のばらつきとして考える。
【００７０】図７は、この計算結果を示したものであ
る。図７から分かるように、内部反射角θ3が４５°の
とき、内部反射角のばらつきは最大値５．７°となる。
この結果は、内部反射角のばらつきを最大でも±２．８
°以内に抑えることが必要であり、内部反射角θ3を正
確に制御しなければならないことを示している。
【００７１】また、図７に示したように、内部反射角θ
3は、傾斜部１４への赤外線の入射角θと傾斜部１４の
傾斜角δとによって決まる。例えば、赤外線の入射角θ
の範囲が３０°〜６０°の間で、内部反射角θ3が４５
°となるように赤外線を入射する場合には、傾斜部１４
の傾斜角δが４０°〜５０°である領域に赤外線を入射
しなければならない。
【００７２】このように内部反射角θ3を正確に制御す
るためには、傾斜部１４への赤外線の入射角を正確に制
御することが必要であり、また、半導体ウェハ１２の傾
斜部１４の形状が異なる場合であっても、一定の傾斜角
δである領域を検出し、その領域に赤外線を入射するこ
とが必要である。
【００７３】（ｄ） 位置検出手段１７ 位置検出手段１７は、２つのレーザ光源１８、２２と、
２つのＣＣＤラインセンサ２０、２４と、演算部２６と
により構成されている。
【００７４】レーザ光源１８は、基板搭載台１０の周辺
部に設けられており、略平行なレーザ光を下方に照射す
るものである。レーザ光源１８は、半導体ウェハ１２の
傾斜部１４のうち、赤外線が入射される領域を含む領域
にレーザ光を照射する。
【００７５】一方、ＣＣＤラインセンサ２０は、レーザ
光源１８の下方に設けられており、Ｘ方向、即ち半導体
ウェハ１２の径方向に沿うように画素が配置されてい
る。
【００７６】レーザ光源１８から下方に照射されたレー
ザ光の一部は半導体ウェハ１２により遮られ、半導体ウ
ェハ１２に遮られなかったレーザ光のみがＣＣＤライン
センサ２０に達する。従って、半導体ウェハ１２のＸ方
向の位置ずれに応じて、ＣＣＤラインセンサ２０に設け
られた画素がレーザ光を感知する。
【００７７】レーザ光源２２は、半導体ウェハ１２の周
縁より内側に位置するように、基板搭載台１０の周辺部
に設けられており、半導体ウェハ１２の傾斜部１４に向
かって細く絞られたレーザ光を出射する。
【００７８】一方、ＣＣＤラインセンサ２４は、基板搭
載台１０の側方に設けられており、Ｙ方向、即ち鉛直方
向に画素が配置されている。
【００７９】レーザ光源２２から半導体ウェハ１２の傾
斜部１４に向かって出射されたレーザ光は、半導体ウェ
ハ１２の傾斜部のうち、赤外線が入射される領域とほぼ
同じ領域に入射される。
【００８０】レーザ光源２２から出射されたレーザ光
は、半導体ウェハ１２の傾斜部１４で反射され、ＣＣＤ
ラインセンサ２４に達する。従って、半導体ウェハ１２
のＹ方向の位置ずれに応じて、ＣＣＤラインセンサ２４
に設けられた画素がレーザ光を感知することとなる。
【００８１】各々のＣＣＤラインセンサ２０、２４によ
り検出された信号は、演算部２６に入力されるようにな
っている。演算部２６は、ＣＣＤラインセンサ２０から
入力される信号に基づいて半導体ウェハ１２のＸ方向の
位置ずれを算出し、ＣＣＤラインセンサ２４から入力さ
れる信号に基づいて半導体ウェハ１２のＹ方向の位置ず
れを算出する。
【００８２】演算部２６は、半導体ウェハ１２のＸ方向
の位置ずれ及びＹ方向の位置ずれに応じて、赤外光源１
６の位置や角度を制御するためのフィードバック信号を
生成する。即ち、赤外光源１６の位置や角度をどの程度
変化させれば半導体ウェハ１２の傾斜部１４の適切な位
置に適切な角度で赤外線を入射しうるかを算出し、その
演算結果を赤外光源制御機構２８にフィードバックす
る。
【００８３】なお、半導体ウェハ１２の直径や傾斜部１
４の形状は、メーカや型式によって異なる場合がある。
例えば、ＳＥＭＩ規格の半導体ウェハでは、図２に示す
範囲内で直径がばらつく場合があり、図３に示す範囲内
で傾斜部１４の形状が異なる場合がある。従って、半導
体ウェハ１２の直径や傾斜部１４の形状に応じて、レー
ザ光源１８、２２の配置位置やＣＣＤラインセンサ２
０、２４の配置位置を適宜設定することが望ましい。
【００８４】また、半導体ウェハ１２のＹ方向の位置ず
れを演算部２６で算出する際に、半導体ウェハ１２の傾
斜部１４の形状を考慮して位置ずれを算出してもよい。
この場合には、各メーカの各型式の半導体ウェハ毎に、
傾斜部の形状のデータを記憶部（図示せず）に記憶して
おき、測定対象となる半導体ウェハに応じて演算部２６
に適宜データを与えればよい。半導体ウェハ１２の直径
や傾斜部１４の形状を考慮して半導体ウェハ１２の位置
ずれを検出すれば、レーザ光源２０、２２やＣＣＤライ
ンセンサ２２、２４の位置を再設定することなく、半導
体ウェハ１２の位置ずれを測定することができる。
【００８５】（ｅ） 赤外光源制御機構２８ 赤外光源制御機構２８は、演算部２６からのフィードバ
ック信号に基づいて、赤外光源１６の位置や角度を迅速
に制御するものである。
【００８６】半導体ウェハ１２の位置ずれに応じて、赤
外光源１６の位置や角度を迅速に制御するので、工程全
体のスループットに悪影響を与えることなく、半導体ウ
ェハ１２の傾斜部１４の適切な位置に適切な角度で赤外
線を入射することができる。
【００８７】（ｆ） 検出光学系３０ 検出光学系３０は、２つの反射鏡３２、３４により構成
されている。
【００８８】赤外光源１６から半導体ウェハ１２内部に
入射された赤外線は、半導体ウェハ１２内で内部反射を
繰り返しながら基板表面の汚染情報を累積してプロービ
ングし、赤外線の入射点と対称的な位置から出射され、
検出光学系３０に導入される。
【００８９】検出光学系３０は、半導体ウェハ１２から
出射された赤外線を集光して分光器３６に導く。
【００９０】（ｇ） 分光器３６ 分光器３６は、例えば、二光束干渉計（マイケルソン光
干渉計）を基にしたフーリエ変換分光のメカニズムによ
り赤外線を分光するＦＴ−ＩＲ装置の分光器である。
【００９１】分光器３６で分光された赤外線は、赤外線
検出器３８に導入されようになっている。
【００９２】（ｈ） 赤外線検出器３８ 赤外線検出器３８は、例えばＦＴ−ＩＲ装置の検出器で
あり、窒素冷却型ＩｎＳｂなどの赤外線検出器を用いる
ことができる。
【００９３】半導体ウェハ１２内部に赤外線を入射して
基板内部で多重反射させると、基板表面で光線が反射す
るときに滲み出る光（エヴァネッセント光）の周波数成
分が基板表面の有機汚染物質の分子振動周波数と一致し
ていると共鳴吸収されるので、その赤外吸収スペクトル
を分析することにより有機汚染物質の種類と量を特定す
ることができる。
【００９４】こうして得られたスペクトルの測定データ
は、制御・解析用コンピュータ４０に送られる。
【００９５】（ｉ）制御・解析用コンピュータ４０ 制御・解析用コンピュータ４０は、有機汚染物質の特定
や量を算出するものである。
【００９６】制御・解析用コンピュータ４０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、測定データはそれらのデータを参
照して定量化される。このようにして解析された結果
は、表示装置４２に表示することができる。
【００９７】（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１を用いて説明する。
【００９８】まず、被測定対象である半導体ウェハ１２
を基板搭載台１０に載置する。基板載置台１０には、半
導体装置の製造ラインで使用される半導体ウェハ１２を
載置することができる。
【００９９】次に、レーザ光源１８から下方にレーザ光
を照射する。レーザ光源１８から照射されたレーザ光の
うち、半導体ウェハ１２に遮られなかったレーザ光のみ
がＣＣＤラインセンサ２０に達する。そして、半導体ウ
ェハ１２のＸ方向の位置ずれに応じた信号が、ＣＣＤラ
インセンサ２０から演算部２６に出力される。
【０１００】また、レーザ光源２２から半導体ウェハ１
２の周縁部に向かって、レーザ光を出射する。レーザ光
源２２から出射されたレーザ光は、半導体ウェハ１２の
傾斜部１４で反射され、ＣＣＤラインセンサ２４に達す
る。そして、半導体ウェハ１２のＹ方向の位置ずれに応
じた信号が、ＣＣＤラインセンサ２４から演算部２６に
出力される。
【０１０１】演算部２６は、ＣＣＤラインセンサ２０か
ら入力された信号に基づいて半導体ウェハ１２のＸ方向
の位置ずれを算出し、ＣＣＤラインセンサ２４から入力
された信号に基づいてＹ方向の位置ずれを算出する。そ
して、演算部２６は、Ｘ方向の位置ずれの演算結果、及
びＹ方向の位置ずれの演算結果に基づいて、赤外光源１
６の位置や角度を制御するためのフィードバック信号を
生成する。なお、この際に、上述したように、半導体ウ
ェハ１２のメーカ、型式、スペック等を考慮して算出す
ることもできる。
【０１０２】演算部２６から出力されたフィードバック
信号は、赤外光源駆動機構に入力される。赤外光源制御
機構２８は、演算部２６からのフィードバック信号に基
づいて、赤外光源１６の位置や角度を制御する。こうし
て、赤外光源１６は、半導体ウェハ１２の傾斜部１４の
適切な位置に適切な角度で赤外線を入射するよう、位置
決めされる。
【０１０３】次に、赤外光源１６から赤外線を出射す
る。半導体ウェハ１２の傾斜部１４から半導体ウェハ１
２内部に入射された赤外線は、内部反射を繰り返しなが
ら基板表面の汚染情報を累積してプロービングし、赤外
線の入射点と対称的な位置から出射される。本実施形態
では、半導体ウェハ１２の傾斜部１４の適切な位置に適
切な角度で赤外線が入射されるので、半導体ウェハ１２
の内部における全反射の回数が適切な回数に制御され
る。
【０１０４】次に、半導体ウェハ１２から出射された赤
外線を赤外線集光手段３０により集光し、分光器３６を
介して赤外線検出器３８に導入する。こうして、例えば
二光束干渉計を基にしたフーリエ変換分光のメカニズム
により、各周波数に対応する吸収スペクトラムが得られ
る。
【０１０５】次に、赤外線検出器３８で得られた吸収ス
ペクトラムのデータを、制御・解析用コンピュータ４０
に入力する。制御・解析用コンピュータ４０は、スペク
トルを解析し、有機汚染物質の種類と量を特定する。
【０１０６】更に、半導体ウェハ１２の略全面にわたる
有機汚染、化学汚染を測定する場合には、半導体ウェハ
１２を順次回転させる。半導体ウェハ１２の中心と基板
搭載台１０の回転軸とが一致していない場合には、半導
体ウェハ１２を回転させると半導体ウェハ１２の周縁の
位置がずれるが、本実施形態では、半導体ウェハ１２の
位置ずれに応じて赤外光源１６の位置や角度を順次迅速
に再調整する。従って、本実施形態によれば、半導体ウ
ェハ１２を回転させる場合であっても、工程全体のスル
ープットに悪影響を与えることなく、半導体ウェハの略
全面にわたる有機汚染、化学汚染を測定することができ
る。
【０１０７】こうして、半導体ウェハ１２の表面状態の
分析を終了する。
【０１０８】このように本実施形態によれば、半導体ウ
ェハの位置ずれを検出し、半導体ウェハの位置ずれに応
じて赤外光源の位置や角度を迅速に調整することができ
る。従って、本実施形態によれば、工程全体のスループ
ットに悪影響を与えることなく、半導体ウェハの傾斜部
の適切な位置に適切な角度で赤外線を入射でき、内部反
射角を適切な角度に制御することができる。従って、本
実施形態によれば、半導体ウェハ内における全反射の回
数を適切に制御することができ、ひいては半導体ウェハ
の表面状態を高い精度で測定することができる。
【０１０９】また、本実施形態によれば、半導体ウェハ
の位置ずれに応じて赤外光源の位置や角度を迅速に調整
することができるので、半導体ウェハを回転させて略全
面にわたる有機汚染や化学汚染を測定する場合であって
も、工程全体のスループットに悪影響が及ぶのを回避す
ることができる。
【０１１０】（変形例（その１））次に、本実施形態に
よる表面状態測定装置及び方法の変形例（その１）を図
８を用いて説明する。図８は、本変形例による表面状態
測定装置を示す概略図である。なお、図８は、本変形例
による表面状態測定装置を半導体ウェハの上方から見た
ものであり、レーザ光源等は省略されている。
【０１１１】図８に示すように、本変形例による表面状
態測定装置及び方法は、半導体ウェハ１２の位置ずれが
３箇所で検出されることに主な特徴がある。即ち、半導
体ウェハ１２の中心を基準として、１２０°ずつずらし
てレーザ光源（図示せず）やＣＣＤラインセンサ２０、
２４が３組分配置されている。
【０１１２】そして、３箇所に設けられたＣＣＤライン
センサ２０、２４により検出された信号は、１つの演算
部２６に入力されるようになっている。演算部２６は、
３箇所に設けられたＣＣＤラインセンサ２０、２４から
入力された信号に基づいて、半導体ウェハ１２の位置ず
れを総合的に算出し、フィードバック信号を生成する。
こうして生成されたフィードバック信号は赤外光源制御
機構２８に入力され、これにより赤外光源１６の位置や
角度が制御される。
【０１１３】図１に示す表面状態測定装置では、半導体
ウェハ１２の位置ずれを１箇所においてのみ測定してい
たため、Ｚ方向、即ち図１の紙面垂直方向に半導体ウェ
ハ１２の位置がずれていても、それを検出することは困
難であった。
【０１１４】これに対し、本変形例では、３箇所におい
て半導体ウェハ１２の位置ずれを検出するので、半導体
ウェハ１２がＺ方向、即ち、図８の紙面左右方向にずれ
ている場合でも検出することができる。
【０１１５】このように、本変形例では、半導体ウェハ
の位置ずれを３箇所において検出するので、半導体ウェ
ハのＺ方向の位置ずれをも検出することができる。従っ
て、本変形例によれば、より高精度に、半導体ウェハの
傾斜部の適切な位置に適切な角度で赤外線を入射するこ
とができ、半導体ウェハの表面状態をより高精度に測定
することができる。
【０１１６】（変形例（その２））次に、本実施形態に
よる表面状態測定装置及び方法の変形例（その２）を図
９を用いて説明する。図９は、本変形例による表面状態
測定装置を示す概略図である。
【０１１７】図９に示すように、本変形例による表面状
態測定装置には、基板搭載台１０を制御する基板搭載台
制御装置４４が設けられており、基板搭載台制御装置４
４には、演算部２６から出力されるフィードバック信号
が入力されるようになっている。
【０１１８】基板搭載台１０には、半導体ウェハの位置
を調整する位置制御機構（図示せず）が設けられてお
り、基板搭載台制御装置４４は、フィードバック信号に
基づいて基板搭載台１０の位置制御機構を適宜制御し、
これにより半導体ウェハ１２の位置ずれを矯正する。
【０１１９】図１に示す本実施形態による表面状態測定
装置では、赤外光源１６の位置や角度を制御することに
より半導体ウェハ１２の適切な位置に適切な角度で赤外
線を入射するように構成したが、本変形例による表面状
態測定装置では、基板搭載台１０を制御することによ
り、半導体ウェハ１２の位置ずれを矯正する。従って、
本変形例によれば、半導体ウェハ１２の適切な位置に適
切な角度で赤外線を入射することができる。
【０１２０】このように、本変形例では、基板搭載台制
御装置により基板搭載台を制御し、これにより半導体ウ
ェハの位置ずれを矯正するので、半導体ウェハの傾斜部
の適切な位置に適切な角度で赤外線を入射することがで
きる。
【０１２１】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる表面状態測定装置及び方法について図１０を用いて
説明する。図１０は、本実施形態による表面状態測定装
置を示す概略図である。なお、図１乃至図９に示す第１
実施形態による表面状態測定装置及び方法と同一の構成
要素には同一の符号を付し説明を省略或いは簡略にす
る。
【０１２２】（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１０を用いて説明す
る。
【０１２３】本実施形態による位置検出手段１７ａは、
２つのレーザ光源１８ａ、２２ａと、２つのＣＣＤライ
ンセンサ２０ａ、２４ａと、演算部２６とにより構成さ
れている。
【０１２４】レーザ光源１８ａは、基板載置台１０の周
辺部に設けられており、細く絞られたレーザ光を各方向
に走査することができるものである。一方、ＣＣＤ２次
元センサ２０ａは、レーザ光源１８ａの下方に設けられ
ており、面状に多数の画素が配置されている。
【０１２５】レーザ光源２２ａは、基板載置台１０の周
辺部に設けられており、細く絞られたレーザ光を各方向
に走査することができるものである。一方、ＣＣＤ２次
元センサ２４ａは、基板搭載台１０の側方に設けられて
おり、ＣＣＤ２次元センサ２０ａと同様に、面状に多数
の画素が配置されている。
【０１２６】そして、ＣＣＤ２次元センサ２０ａ、２４
ａは、第１実施形態と同様に、演算部２６に接続されて
いる。
【０１２７】本実施形態による表面状態測定装置は、レ
ーザ光を各方向に走査しうるレーザ光源１８ａ、２２ａ
を設け、ＣＣＤ２次元センサ２０ａ、２４ａを用いてレ
ーザ光を感知することに主な特徴がある。本実施形態で
は、平面状に多数の画素が配置されたＣＣＤ２次元セン
サ２０ａ、２４ａを用いてレーザ光を感知するので、画
素が線状に配置されたＣＣＤラインセンサ２０、２４を
用いる第１実施形態による表面状態測定装置に比べて、
高精度に半導体ウェハ１２の位置ずれを検出することが
できる。
【０１２８】また、本実施形態では、ＣＣＤ２次元セン
サ２０ａ、２４ａを用いているため、半導体ウェハ１２
のＸ方向の位置ずれやＹ方向の位置ずれのみならず、Ｚ
方向、即ち、図１０の紙面垂直方向の位置ずれをも検出
することができる。第１実施形態では、図８に示す変形
例（その１）のように複数の箇所において位置ずれを測
定しない限り半導体ウェハ１２のＺ方向の位置ずれを検
出することは困難であったが、本実施形態では、ＣＣＤ
２次元センサ２０ａ、２４ａを用いているので、１箇所
で測定するだけでも半導体ウェハ１２のＺ方向の位置ず
れを検出することができる。
【０１２９】（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を図１０を用いて説明する。
【０１３０】まず、被測定対象である半導体ウェハ１２
を基板搭載台１０に載置するのは、第１実施形態と同様
である。
【０１３１】次に、レーザ光源１８ａから、半導体ウェ
ハ１２の傾斜部１４に向かって、レーザ光を出射する。
レーザ光源１８ａは、半導体ウェハ１２の傾斜部１４の
うち、赤外線が入射される領域を含む領域にレーザ光が
入射されるように、レーザ光を走査する。レーザ光源１
８ａから出射されたレーザ光のうち、半導体ウェハ１２
に遮られなかったレーザ光のみがＣＣＤラインセンサ２
０ａに達する。そして、レーザ光を感知した画素に応じ
て、ＣＣＤ２次元センサ２０ａから演算部２６に信号が
入力される。
【０１３２】また、レーザ光源２２ａから、半導体ウェ
ハ１２の傾斜部１４に向かって、レーザ光を出射する。
レーザ光源２２ａから出射されるレーザ光は、半導体ウ
ェハ１２の傾斜部１４で反射され、ＣＣＤ２次元センサ
２４ａに達する。そして、レーザ光を感知した画素に応
じて、ＣＣＤ２次元センサ２４ａから演算部２６に信号
が入力される。
【０１３３】演算部２６は、ＣＣＤ２次元センサ２０ａ
から入力された信号に基づいて半導体ウェハ１２のＸ方
向の位置ずれを算出し、ＣＣＤ２次元センサ２４ａから
入力された信号に基づいて半導体ウェハ１２のＹ方向の
位置ずれを算出する。また、演算部２６は、ＣＣＤ２次
元センサ２０ａ、２４ａから入力された信号に基づい
て、半導体ウェハ１２のＺ方向の位置ずれをも算出す
る。そして、演算部２６は、これら位置ずれの演算結果
に基づいて、赤外光源の位置や角度を制御するためのフ
ィードバック信号を生成する。なお、この際に、第１実
施形態と同様に、半導体ウェハ１２のメーカや型式を考
慮して、半導体ウェハ１２の位置ずれを算出することも
できる。
【０１３４】演算部２６で生成されたフィードバック信
号は、赤外光源駆動機構２８に出力される。赤外光源制
御機構２８は、演算部２６からのフィードバック信号に
基づいて、赤外光源１６の位置や角度を制御する。
【０１３５】こうして、赤外光源１６は、半導体ウェハ
１２の傾斜部１４の適切な位置に適切な角度で赤外線を
入射するよう、位置決めされる。
【０１３６】この後の表面状態測定方法は、第１実施形
態と同様であるので省略する。
【０１３７】このように、本実施形態によれば、多くの
情報量を得ることができるＣＣＤ２次元センサを用いて
いるので、半導体ウェハの位置ずれを高精度に検出する
ことができる。
【０１３８】また、本実施形態によれば、ＣＣＤ２次元
センサを用いているので、１箇所の測定のみで、半導体
ウェハのＺ方向の位置ずれをも測定することができる。
従って、本実施形態によれば、簡便な構成で、低廉な表
面状態測定装置を提供することができる。
【０１３９】［第３実施形態］本発明の第３実施形態に
よる表面状態測定装置及び方法について図１１を用いて
説明する。図１１は、本実施形態による表面状態測定装
置を示す概略図である。なお、図１乃至図１０に示す第
１又は第２実施形態による表面状態測定装置及び方法と
同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略或いは
簡略にする。
【０１４０】（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を図１１を用いて説明する。
【０１４１】本実施形態による位置検出手段１７ｂは、
レーザ光源２２ｂと、ＣＣＤラインセンサ２０ａと、演
算部２６とにより構成されている。
【０１４２】レーザ光源２２ｂは、基板載置台（図示せ
ず）の上方に設けられており、レーザ光源を周回するよ
うに走査できるものである。レーザ光源２２ｂは、円形
のみならず、楕円形、又は四角形等あらゆる周回経路で
レーザ光を走査することが可能である。
【０１４３】ＣＣＤ２次元センサ２０ａは、レーザ光源
２２ｂの斜め下方に設けられており、面状に多数の画素
が配置されている。なお、図１１はＣＣＤ２次元センサ
２０ａを用いた場合を示しているが、ＣＣＤ２次元セン
サ２０ａのみならず４分割センサ等を適宜用いてもよ
い。
【０１４４】本実施形態による表面状態測定装置は、レ
ーザ光を周回するように走査するレーザ光源が用いられ
ていることに主な特徴がある。レーザ光源を周回するだ
けで半導体ウェハ１２の位置ずれを検出することができ
るので、第２実施形態のように各方向に走査する場合に
比べて迅速に半導体ウェハ１２の位置ずれを検出するこ
とが可能である。
【０１４５】（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を図１１を用いて説明する。
【０１４６】まず、被測定対象である半導体ウェハ１２
を基板搭載台１０に載置するのは、第１実施形態と同様
である。
【０１４７】次に、レーザ光源２２ｂから、半導体ウェ
ハ１２の傾斜部１４に向かって、レーザ光を出射する。
レーザ光源２２ｂから出射されるレーザ光は、半導体ウ
ェハ１２の傾斜部１４における赤外線の入射領域の近傍
を周回するように走査される。レーザ光源２２ｂから出
射されたレーザ光のうち、半導体ウェハ１２に遮られな
かったレーザ光のみがＣＣＤラインセンサ２０ａに達す
る。そして、レーザ光を感知した画素に応じて、ＣＣＤ
２次元センサ２０ａから演算部２６に信号が入力され
る。
【０１４８】演算部２６は、ＣＣＤ２次元センサ２０ａ
から入力された信号に基づいて半導体ウェハ１２の位置
ずれを算出する。そして、演算部２６は、演算結果に基
づいて、赤外光源１６の位置や角度を制御するためのフ
ィードバック信号を生成する。演算部２６で生成された
フィードバック信号は、赤外光源駆動機構２８に出力さ
れ、赤外光源制御機構２８は、演算部２６からのフィー
ドバック信号に基づいて、赤外光源１６の位置や角度を
制御する。
【０１４９】こうして、赤外光源１６は、半導体ウェハ
１２の傾斜部１４の適切な位置に適切な角度で赤外線を
入射するよう、位置や角度が設定される。
【０１５０】この後の表面状態測定方法は、第１実施形
態と同様であるので省略する。
【０１５１】このように、本実施形態によれば、レーザ
光を周回するように走査するレーザ光源を用いて半導体
ウェハの位置ずれを検出するので、より迅速に半導体ウ
ェハの位置ずれを検出することができる。また、本実施
形態によれば、ＣＣＤ２次元センサを１つ設けるだけで
足りるので、低廉な表面状態測定装置を提供することが
できる。
【０１５２】［変形実施形態］本発明は上記実施形態に
限らず種々の変形が可能である。
【０１５３】例えば、第１乃至第３実施形態では、レー
ザ光源を用いたが、レーザ光源に限定されるものではな
く、プロービング光である赤外線と異なる波長の光を発
する光源であれば、あらゆる光源を適宜用いることがで
きる。
【０１５４】また、第１実施形態では、レーザ光源１８
から略平行なレーザ光を照射し、レーザ光源２２から細
く絞られたレーザ光を出射したが、レーザ光源１８、２
２の両者から略平行なレーザ光を照射するようにしても
よい。
【０１５５】また、第１及び第２実施形態では、Ｘ方向
の位置ずれとＹ方向の位置ずれの両者を検出したが、必
ずしも両者を検出しなくてもよい。即ち、例えばＹ方向
の位置ずれが極めて小さい場合には、Ｘ方向の位置ずれ
のみを検出すればよい。また、Ｘ方向の位置ずれを測定
することなく、Ｙ方向の位置ずれのみを検出する場合に
も適用することができる。
【０１５６】また、第２及び第３実施形態では、１箇所
のみにおける半導体ウェハの位置ずれを検出したが、複
数箇所で半導体ウェハの位置ずれを測定してもよい。こ
れにより、半導体ウェハの位置ずれをより精密に検出す
ることができる。
【０１５７】また、第２及び第３実施形態では、赤外光
源の位置や角度を制御したが、基板載置台を制御するこ
とにより半導体ウェハの位置ずれを制御してもよい。
【０１５８】また、第２実施形態では、ＣＣＤ２次元セ
ンサを用いたが、ＣＣＤラインセンサを用いることも可
能である。
【０１５９】また、第３実施形態では、１つのレーザ光
源と１つのＣＣＤ２次元センサとを設けたが、レーザ光
源とＣＣＤ２次元センサとを更に設けてもよい。これに
より、更に高精度に半導体ウェハの位置ずれを検出する
ことができる。
【０１６０】また、第１乃至第３実施形態では、半導体
ウェハの位置を検出する場合を例に説明したが、半導体
ウェハのみならず、あらゆる被測定基板の位置を検出す
る際に適用することができる。
【０１６１】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、半導体ウ
ェハの位置ずれを検出し、半導体ウェハの位置ずれに応
じて赤外光源の位置や角度を迅速に調整することができ
る。従って、本発明によれば、工程全体のスループット
に悪影響を与えることなく、半導体ウェハの傾斜部の適
切な位置に適切な角度で赤外線を入射でき、内部反射角
を適切な角度に制御することができる。従って、本発明
によれば、半導体ウェハ内における全反射の回数を適切
に制御することができ、ひいては半導体ウェハの表面状
態を高い精度で測定することができる。
【０１６２】また、本発明によれば、半導体ウェハの位
置ずれに応じて赤外光源の位置や角度を迅速に調整する
ことができるので、半導体ウェハを回転させて略全面に
わたる有機汚染や化学汚染を測定する場合であっても、
工程全体のスループットに悪影響が及ぶのを回避するこ
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
を示す概略図である。
【図２】ＳＥＭＩ標準規格による３００ｍｍウェハの形
状を示す図である。
【図３】ＳＥＭＩ標準規格による３００ｍｍウェハの周
縁の形状を示す図である。
【図４】赤外線の入射角と内部反射角との関係を示す概
念図である。
【図５】内部反射角と入射角との関係を示すグラフであ
る。
【図６】内部反射角と内部反射回数との関係を示すグラ
フである。
【図７】内部反射角と内部反射角のばらつきとの関係を
示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例（その１）によ
る表面状態測定装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第１実施形態の変形例（その２）によ
る表面状態測定装置を示す概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による表面状態測定装
置を示す概略図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による表面状態測定装
置を示す概略図である。
【図１２】従来の表面状態測定装置及び方法を示す概略
図である。
【符号の説明】
１０…基板搭載台 １２…半導体ウェハ １４…傾斜部 １６…赤外光源 １７、１７ａ、１７ｂ…位置検出手段 １８、１８ａ…レーザ光源 ２０、２０ａ…ＣＣＤラインセンサ ２２、２２ａ、２２ｂ…レーザ光源 ２４、２４ａ…ＣＣＤラインセンサ ２６…演算部 ２８…赤外光源制御機構 ３０…検出光学系 ３２…反射鏡 ３４…反射鏡 ３６…分光器 ３８…赤外線検出器 ４０…制御・解析用コンピュータ ４２…表示装置 ４４…基板搭載台制御装置 １０２…被測定基板 １０４…赤外光源 １０６…プリズム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA02 AA03 AA20 AA31 AA49 BB03 CC19 DD06 FF02 FF09 FF46 GG04 GG21 HH12 HH13 HH14 HH15 JJ01 JJ05 JJ25 JJ26 LL12 LL19 LL67 NN00 PP13 QQ28 SS03 SS04 SS13 2G051 AA51 AB20 BA01 BA06 BA08 BA10 BC05 BC06 BC07 CA03 CA04 CA07 CB01 DA08 EA14 FA10 2G059 AA05 BB16 CC20 DD13 EE01 EE02 EE12 FF06 GG01 GG03 HH01 JJ30 KK01 KK04 MM01 MM10 MM12 PP04 4M106 AA01 BA08 CA29 DB03 DB07 DB13 DB30 DJ06 DJ20 DJ23

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被測定基板の内部に赤外線を導入する入
    射光学系と、 前記被測定基板の内部を多重反射した後に出射される赤
    外線を検出する検出光学系と、 前記検出光学系により検出された赤外線に基づき、前記
    被測定基板表面の状態を測定する表面状態測定手段と、 前記被測定基板の位置を光学的に検出する位置検出手段
    と、 前記位置検出手段により検出された前記被測定基板の位
    置に応じて、前記被測定基板に赤外線が入射される位置
    及び角度を制御する制御手段とを有することを特徴とす
    る表面状態測定装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の表面状態測定装置におい
    て、 前記制御手段は、前記入射光学系を制御することによ
    り、前記被測定基板に赤外線が入射される位置及び角度
    を制御することを特徴とする表面状態測定装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の表面状態測定装置におい
    て、 前記制御手段は、前記基板搭載台を制御して前記被測定
    基板の位置を調整することにより、前記被測定基板に赤
    外線が入射される位置及び角度を制御することを特徴と
    する表面状態測定装置。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
    表面状態測定装置において、 前記位置検出手段は、前記被測定基板の周縁部の上方に
    設けられ、前記被測定基板の周縁部に第１の光を入射す
    る第１の光源と、前記被測定基板の周縁部を挟んで前記
    第１の光源に対向して設けられ、前記第１の光を受光す
    る第１の光検出器とを有し、前記第１の光検出器により
    検出された光の位置に基づいて前記被測定基板の水平方
    向の位置を検出することを特徴とする表面状態測定装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
    表面状態測定装置において、 前記位置検出手段は、前記被測定基板の前記周縁部に第
    ２の光を入射する第２の光源と、前記周縁部で反射され
    た前記第２の光を受光する第２の光検出器とを有し、前
    記第２の光検出器により検出された光の位置に基づいて
    前記被測定基板の垂直方向の位置を検出することを特徴
    とする表面状態測定装置。
  6. 【請求項６】 請求項４又は５記載の表面状態測定装置
    において、 前記第１の光源及び／又は前記第２の光源は、前記被測
    定基板に赤外線が入射される位置を含む領域に前記第１
    の光及び／又は前記第２の光を走査することを特徴とす
    る表面状態測定装置。
  7. 【請求項７】 請求項４又は５記載の表面状態測定装置
    において、 前記第１の光源及び／又は前記第２の光源は、前記被測
    定基板に赤外線が入射される位置の近傍に前記第１の光
    及び／又は前記第２の光を周回するように走査すること
    を特徴とする表面状態測定装置。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
    表面状態測定装置において、 前記位置検出手段は、前記被測定基板の周縁部に沿った
    複数の箇所で前記被測定基板の位置を光学的に検出する
    ことを特徴とする表面状態測定装置。
  9. 【請求項９】 請求項４乃至８のいずれか１項に記載の
    表面状態測定装置において、 前記第１の光及び／又は前記第２の光は、赤外線と異な
    る波長の光であることを特徴とする表面状態測定装置。
  10. 【請求項１０】 請求項４乃至８のいずれか１項に記載
    の表面状態測定装置において、 前記第１の光検出器及び／又は前記第２の光検出器は、
    前記被測定基板の位置を１次元的又は２次元的に検出す
    ることを特徴とする表面状態測定装置。
  11. 【請求項１１】 被測定基板の内部に赤外線を導入し、
    前記被測定基板の内部で多重反射した後に出射される赤
    外線を検出し、検出した赤外線を分析することにより前
    記被測定基板の表面状態を測定する表面状態測定方法で
    あって、 前記被測定基板の位置を光学的に検出し、検出された前
    記被測定基板の位置に応じて、前記被測定基板に赤外線
    が入射される位置及び角度を制御することを特徴とする
    表面状態測定方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の表面状態測定方法に
    おいて、 前記被測定基板を回転しつつ複数回の測定を繰り返し、
    前記被測定基板の略全面にわたって前記被測定基板の表
    面を測定するに際し、各測定に先立って前記被測定基板
    の位置を光学的に検出し、検出された前記被測定基板の
    位置に応じて前記被測定基板に入射される赤外線の位置
    及び角度を制御することを特徴とする表面状態測定方
    法。
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