JP2010027930A - 基板の表面粗さ検出方法、装置及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の計測装置における検出限界以下の微小な凹凸であっても正確に検出することができる基板の表面粗さ検出方法であって、基板の量産に適した汎用性の高い基板の表面粗さ検出方法を提供する。
【解決手段】ウエハＷの表面の微小な凸部と凹部によって構成される表面粗さを検出する表面粗さ検出方法であって、ウエハＷを冷却してその表面に気相中の水分５１を凝縮させた後、凝縮した水分５２を氷らせて氷の結晶５３を生成し、これをウエハＷの表面凹凸Ｃの凸部斜面又は凹部斜面に沿って三次元的に成長させて表面の凹凸Ｃを強調する。その後、氷の結晶５３によって強調されたウエハＷの表面凹凸Ｃを既存の計測装置を用いて検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板の表面粗さ検出方法、装置及び記憶媒体に関し、特に前処理を施して基板表面の粗さを強調した後、表面検査を行うことによって基板表面の粗さを検出する基板の表面粗さ検出方法、装置及び記憶媒体に関する。

一般に、インゴットから切り出された半導体基板としてのシリコンウエハの表面は、荒れている。また、シリコンウエハに成膜処理、エッチング処理等を施すことにより、その表面が荒れることも分かっている。このため、例えばＣＭＰ（化学的機械的複合研磨）等の研磨加工を施すことによって、シリコンウエハの表面を平滑にすることが行われている。

しかしながら、シリコンウエハの仕上げ工程としての研磨工程において、ＨＡＺＥ（ＪＩＳ−Ｋ−７１０５参照）と呼ばれる表面荒れ又は微小欠陥が発生し、製品としてのデバイスの品質を低下させている。

すなわち、従来は、シリコンウエハから製造されるデバイスの設計寸法が比較的大きかったために、仕上げ工程後のシリコンウエハの表面荒れがデバイスの品質に与える影響は小さかった。しかし、近年のデバイス性能の向上に伴う集積化、微細化の進展に伴い、従来では問題にならなかった微小の表面荒れ又は傷がデバイスの品質に大きな影響を与えている。例えば、シリコンウエハにおける１ｎｍ程度の表面荒れ（ＨＡＺＥ、傷、曇り等）がデバイスの品質を左右しているという報告もある。

このような半導体基板の表面処理、表面検査方法等に関する従来技術が記載された公知文献として例えば特許文献１及び２が挙げられる。

特許文献１には、ウエハ表面におけるマイクロラフネスを正確に評価するために、少なくとも２つの異なる測定条件でマイクロラフネスを測定し、測定データをパワースペクトルに変換し、両パワースペクトルに現れるピークのうちピーク空間周波数が一致しないものをノイズとして排除する半導体ウエハの表面評価方法が記載されている。

また、特許文献２には、粒径約３０μｍのパーティクルＰが付着したウエハＷを、例えば−２０℃以下に急冷してウエハＷを取り巻く大気中の水分を過冷却状態とし、この過冷却状態の水をウエハＷ表面のパーティクルＰの周りに付着させ、その後、過冷却水が過冷却状態から解放されることによって凝固してパーティクルＰを中心とする氷の結晶に成長し、この氷の結晶を検出することによって間接的に基板表面のパーティクルＰを検出する基板表面の検査方法が記載されている。
特開２００６−２７８９７２号公報 特開２００７−２７３９４７号公報

しかしながら、特許文献１は、基板表面のマイクロラフネスを直接的に測定して表面荒れを把握するものであり、このような直接測定法では、本発明が対象とする、例えば３０ｎｍ以下の微小な凹凸、傷等を検出することはできない。すなわち、現在、基板表面の異物又は凹凸の計測装置として汎用されているサーフスキャン装置等における検出限界は、約５０〜７０ｎｍである。これに対して、半導体基板の仕上げ研磨工程で発生する表面荒れは、その大きさが、例えば３０ｎｍ以下であり、検出対象が微小すぎて検出することができないという現状がある。なお、３０ｎｍ以下のパーティクル又は凹凸を検出することができる既存の基板表面の検査方法として、例えばＥＢ（エレクトロンビーム）を利用してウエハ表面を走査し、ついでＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で表面を観察する方法が知られているが、この方法では、１日に数枚程度のウエハを検査することしかできないために、ウエハの量産に適用することはできない。

また、特許文献２は、検出限界以下の微細なパーティクルの周りに氷の結晶を成長させて見かけ上パーティクルを拡大し、この氷の結晶を検出することによって間接的にパーティクルＰを検出するものであるが、本発明が対象とする基板表面のＨＡＺＥ、特に、微細な凹凸を検出することについては、何ら言及がなされておらず、基板表面の微細な凹凸の検出方法の確立が望まれている。

本発明の目的は、既存の計測装置における検出限界以下の微小な凹凸であっても正確に検出することができる基板の表面粗さ検出方法、装置及び記憶媒体であって、基板の量産に適した汎用性の高い基板の表面粗さ検出方法、装置及び記憶媒体を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の基板の表面粗さ検出方法は、基板の表面の微小な凸部と凹部によって構成される表面粗さを検出する表面粗さ検出方法であって、前記基板を冷却して基板表面に水分を凝縮させた後、凝縮した水分を氷らせて氷の結晶を前記基板表面の凸部斜面又は凹部斜面に沿って三次元的に成長させる冷却ステップと、前記氷の結晶によって強調された前記基板表面の凸部又は凹部を検出する表面検査ステップと、を有することを特徴とする。

請求項２記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項１記載の基板の表面粗さ検出方法において、冷却ステップにおいて、水分を過冷却状態に維持し、基板表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を、基板表面に凹凸がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以下であって、基板表面に凹凸がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以上に調整することを特徴とする。

請求項３記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項２記載の基板の表面粗さ検出方法において、冷却ステップは、基板表面を−１５℃以上、０℃以下とし、基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を５％以下、１．５％以上とするステップであることを特徴とする。

請求項４記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項１記載の基板の表面粗さ検出方法において、冷却ステップの前に、予め基板表面に、氷の結晶の核となる微粒子を散布する微粒子散布ステップを有することを特徴とする。

請求項５記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項４記載の基板の表面粗さ検出方法において、冷却ステップにおいて、水分を過冷却状態に維持し、基板表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を、基板表面に微粒子がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以下であって、基板表面に微粒子がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以上に調整することを特徴とする。

請求項６記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項５記載の基板の表面粗さ検出方法において、冷却ステップは、基板表面を−１５℃以下とし、基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を１０％以下とするステップであることを特徴とする。

請求項７記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の基板の表面粗さ検出方法において、微粒子は、ウルツァイト結晶構造を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項８記載の基板の表面粗さ検出方法は、基板の表面の微小な凸部と凹部によって構成される表面粗さを検出する表面粗さ検出方法であって、前記基板の表面に前記凸部と凹部を埋めない程度の厚さの水分層を形成するステップと、前記水分層を過冷却状態に冷却した後、前記過冷却状態の水分層内で氷の結晶を生成させ、前記基板表面の凸部斜面又は凹部斜面に沿って三次元的に成長させる過冷却ステップと、前記氷の結晶によって強調された前記基板表面の凸部又は凹部を検出する表面検査ステップと、を有することを特徴とする。

請求項９記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項８記載の基板の表面粗さ検出方法において、過冷却ステップは、基板表面を、冷却速度０．１℃〜５℃／秒で、−１５℃以上、０℃以下に冷却し、基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を５％以下、１．５％以上に調整するステップであることを特徴とする。

請求項１０記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項８記載の基板の表面粗さ検出方法において、過冷却ステップは、基板表面を、冷却速度１℃〜１０℃／秒で、−１５℃〜−２８℃に冷却し、前記基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を１０％以下、５％以上に調整するステップであることを特徴とする。

請求項１１記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項１０記載の基板の表面粗さ検出方法において、過冷却ステップにおいて、氷の結晶を生成させる要因として過冷却状態の水分層に氷の結晶の核となる微粒子を添加することを特徴とする。

請求項１２記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項１１記載の基板の表面粗さ検出方法において、微粒子は、ウルツァイト結晶構造を有することを特徴とする。

請求項１３記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項１０記載の基板の表面粗さ検出方法において、過冷却ステップにおいて、氷の結晶を生成させる要因として基板に振動を与えることを特徴とする。

請求項１４記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の基板の表面粗さ検出方法において、水分層形成用の水として、電気抵抗率が１ＭΩ・ｃｍ以上の純水を用いることを特徴とする。

請求項１５記載の基板の表面粗さ検出方法は、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の基板の表面粗さ検出方法において、表面検査ステップの前に、基板表面に生成した氷の結晶に、水分子と反応して固化する成分を作用させて氷の結晶を固定化させる結晶固定化ステップを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１６記載の基板の表面粗さ検出装置は、基板の表面の微小な凸部と凹部によって構成される表面粗さを検出する表面粗さ検出装置であって、基板を収容する収容室を備え、基板の表面に前処理を施す表面処理装置と、前処理が施された基板の表面を検査して表面粗さを検出する表面検査装置と、を有し、表面処理装置は、基板を冷却する冷却部と、収容室内の水蒸気圧を、基板表面に凹凸がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以下であって、基板表面に凹凸がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以上となるように調整する湿度調整部と、を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１７記載の記憶媒体は、基板の表面の微小な凸部と凹部によって構成される表面粗さ検出方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体において、基板の表面粗さ検出方法は、基板を冷却して基板表面に水分を凝縮させた後、凝縮した水分を氷らせて氷の結晶を基板表面の凸部斜面又は凹部斜面に沿って三次元的に成長させる冷却ステップと、氷の結晶によって強調された基板表面の凸部又は凹部を検出する表面検査ステップと、を有することを特徴とする。

請求項１記載の基板の表面粗さ検出方法及び請求項１７記載の記憶媒体によれば、基板を冷却して基板表面に水分を凝縮させた後、凝縮した水分を氷らせて氷の結晶を基板表面の凸部斜面又は凹部斜面に沿って三次元的に成長させる冷却ステップと、氷の結晶によって強調された基板表面の凸部又は凹部を検出する表面検査ステップとを有するので、既存の測定装置の検出限界以下の微小な凹凸を大気中の水分を利用して生成した氷の結晶によって強調できる。これにより、既存の測定装置を用いて表面粗さを正確に検出することができ、且つ該検出方法は、汎用性が高く、基板の量産に適している。

請求項２記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、冷却ステップにおいて、水分を過冷却状態に維持し、基板表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を、基板表面に凹凸がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以下であって、基板表面に凹凸がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以上に調整するので、特定の過冷却状態によって、基板表面の凸部又は凹部に優先的に氷の結晶を生成させ、凸部斜面又は凹部斜面に沿って良好に成長させることができ、これによって基板表面の凸部又は凹部を強調して正確に検出することができる。

請求項３記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、冷却ステップを、基板表面を−１５℃以上、０℃以下とし、基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を５％以下、１．５％以上とするステップとしたので、大気中の水分を利用して生成された氷の結晶が、緩和された過冷却状態によってゆっくりと成長するので、小さな凸部又は凹部であっても確実に強調して検出することができる。

請求項４記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、冷却ステップの前に、予め基板表面に、氷の結晶の核となる微粒子を散布する微粒子散布ステップを有するので、微粒子を核として氷の結晶が生成し易くなる。

請求項５記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、冷却ステップにおいて、水分を過冷却状態に維持し、基板表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を、基板表面に微粒子がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以下であって、基板表面に微粒子がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以上に調整するので、特定の過冷却状態によって、基板表面の凸部又は凹部に優先的に氷の結晶を生成させ、凸部斜面又は凹部斜面に沿って良好に成長させることができ、これによって基板表面の凸部又は凹部を強調して正確に検出することができる。

請求項６記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、冷却ステップを、基板表面を−１５℃以下とし、基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を１０％以下とするステップとしたので、大気中の水分を利用して生成された氷の結晶が、強化された過冷却状態によって大きく成長するので、基板表面の凸部又は凹部をより強調して検出することができる。

請求項７記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、微粒子が、ウルツァイト結晶構造を有するので、基板表面の凸部又は凹部に沿って、ヘテロジーニアス成長による雪のような結晶を成長させることができ、検出が容易となる。

請求項８記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、基板の表面に凸部と凹部を埋めない程度の厚さの水分層を形成するステップと、水分層を過冷却状態に冷却した後、過冷却状態の水分層内で氷の結晶を生成させ、基板表面の凸部斜面又は凹部斜面に沿って三次元的に成長させる過冷却ステップと、氷の結晶によって強調された基板表面の凸部又は凹部を検出する表面検査ステップとを有するので、既存の測定装置の検出限界以下の微小な凸部又は凹部であっても、水分層を利用した氷の結晶によって強調して正確に検出することができ、且つ汎用性が高く、基板の量産に適している。

請求項９記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、過冷却ステップが、基板表面を、冷却速度０．１℃〜５℃／秒で、−１５℃以上、０℃以下に冷却し、基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を５％以下、１．５％以上に調整するステップであるので、緩和された過冷却状態によって氷の結晶がゆっくりと成長するので、より小さい凸部又は凹部を確実に強調して検出することができる。

請求項１０記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、過冷却ステップが、基板表面を、冷却速度１℃〜１０℃／秒で、−１５℃〜−２８℃に冷却し、基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を１０％以下、５％以上に調整するステップであるので、強化された過冷却状態によって、水分層を利用して生成された氷の結晶が大きく成長するので、基板表面の凸部又は凹部をより強調して検出することができる。

請求項１１記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、過冷却ステップにおいて、氷の結晶を生成させる要因として過冷却状態の水分層に氷の結晶の核となる微粒子を添加するので、微粒子の添加をトリガとして氷の結晶が生成し易くなる。

請求項１２記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、微粒子が、ウルツァイト結晶構造を有するので、基板表面の凸部斜面又は凹部斜面に、ヘテロジーニアス成長による雪のような氷の結晶を成長させることができる。

請求項１３記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、過冷却ステップにおいて、氷の結晶を生成させる要因として基板に振動を与えるので、添加物を要することなく、振動をトリガとして氷の結晶を生成させることができる。

請求項１４記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、水分層形成用の水として、電気抵抗率が１ＭΩ・ｃｍ以上の純水を用いるので、大きな過冷却状態が得やすくなり、これによって、大きな樹枝状の氷の結晶の成長を促進し、表面凸部又は凹部が検出し易くなる。

請求項１５記載の基板の表面粗さ検出方法によれば、表面検査ステップの前に、基板表面に生成した氷の結晶に、水分子と反応して固化する成分を作用させて氷の結晶を固定化させる結晶固定化ステップを有するので、その後の表面検査ステップが容易となり、表面検査ステップにおける雰囲気管理が不要となる。

請求項１６記載の基板の表面粗さ検出装置によれば、基板処理装置が、基板の表面を冷却する冷却部と、収容室内の水蒸気圧を、基板表面に凹凸がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以下であって、基板表面に凹凸がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以上となるように調整する湿度調整部を有するので、既存の測定装置の検出限界以下の微小な凸部又は凹部であっても、氷の結晶によって強調して正確に検出することができる。

本発明者は、半導体基板をはじめとする基板の表面における、例えばＨＡＺＥと呼ばれる表面粗さであって、既存の計測装置では検出できない程度の微小な表面粗さを検出する方法等について種々検討を重ねたところ、基板の表面粗さを拡大又は強調できれば、既存の計測装置によっても検出可能になると考え、この考え方に基づいて、基板の表面粗さの拡大若しくは強調方法、及び表面粗さ検出方法等について鋭意研究した結果、基板を冷却することによって、基板表面又は基板表面を取り巻く雰囲気中の水分が凝縮して基板表面に氷の結晶が生成されること、この氷の結晶は、所定の条件を選定することによって、基板表面の凹凸に沿って三次元的に成長して表面凹凸を浮き上がらせて強調すること、氷の結晶で強調された基板表面の高さ方向の凹凸を計測することによって間接的に基板の表面粗さを検出できること等を見出し、本発明に到達した。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳述する。

まず、本発明に係る基板の表面粗さ検出方法の実施に適用される本発明に係る基板の表面粗さ検出装置を備えた基板処理システムについて説明する。

図１は、本発明に係る基板の表面粗さ検出装置を備えた基板処理システムの概略構成を示す平面図である。

図１において、基板処理システム１０は、例えば半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗに反応性イオンエッチング（以下、「ＲＩＥ」という。）処理等を施す２つのプロセスシップ１１と、２つのプロセスシップ１１がそれぞれ接続された矩形状の共通搬送室としてのローダーモジュール１３と、このローダーモジュール１３にそれぞれ連結された表面処理装置１７及び表面検査装置１８とから主として構成されている。

ローダーモジュール１３には、例えば２５枚のウエハＷを収容する容器としてのフープ（Front Opening Unified Pod）１４がそれぞれ載置される複数、図１中３つのフープ載置台１５と、フープ１４から搬出されたウエハＷの位置をプリアライメントするオリエンタ１６とが接続されている。なお、機能上、表面処理装置１７及び表面検査装置１８からなる部分を基板の表面粗さ検出装置という。

２つのプロセスシップ１１は、ローダーモジュール１３の長手方向における一方の側壁に接続されると共に、長手方向の他方の側壁に配置された、例えば３つのフープ載置台１５と対向するように配置され、オリエンタ１６はローダーモジュール１３の長手方向における一端に配置され、表面検査装置１８はローダーモジュール１３の長手方向における他端に配置され、表面処理装置１７はローダーモジュール１３の長手方向における他方の側壁に、フープ載置台１５と並列に配置されている。

ローダーモジュール１３は、内部に配置された、ウエハＷを搬送するスカラ型デュアルアームタイプの搬送アーム機構１９と、各フープ載置台１５に対応するように他方の側壁に配置されたウエハＷの投入口としての、例えば３つのロードポート２０とを有する。搬送アーム機構１９は、フープ載置台１５に載置されたフープ１４からウエハＷをロードポート２０経由で取り出し、取り出したウエハＷをプロセスシップ１１、オリエンタ１６、表面処理装置１７又は表面検査装置１８へ搬出入する。

プロセスシップ１１は、ウエハＷにＲＩＥ処理を施すプラズマ処理室としてのプロセスモジュール２５と、該プロセスモジュール２５にウエハＷを受け渡すリンク型シングルピックタイプの搬送アーム２６を内蔵するロード・ロックモジュール２７とを有する。

ローダーモジュール１３の内部の圧力は大気圧に維持される一方、プロセスモジュール２５の内部圧力は真空に維持されるので、プロセスシップ１１のロード・ロックモジュール２７は、プロセスモジュール２５との連結部に真空ゲートバルブ２９を備えると共に、ローダーモジュール１３との連結部に大気ゲートバルブ３０を備える。これによって、ロード・ロックモジュール２７は、その内部圧力を調整可能な真空予備搬送室として構成されている。

基板処理システム１０は、プロセスモジュール２５、ロード・ロックモジュール２７を含むプロセスシップ１１と、ローダーモジュール１３、オリエンタ１６、表面処理装置１７及び表面検査装置１８を含む表面粗さ検出装置の動作を制御するシステムコントローラ（図示しない）、及びローダーモジュール１３の長手方向の一端に配置されたオペレーションパネル２１とを備える。

システムコントローラは、ＲＩＥ処理に対応するプログラムとしてのレシピに応じて各構成要素の動作を制御し、オペレーションパネル２１は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）からなる表示部（図示しない）を有し、該表示部は各構成要素の動作状況を表示する。

図２は、図１におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図である。なお、図２の説明において、便宜上、図中上方を「上側」と称し、図中下方を「下側」と称する。

図２において、表面処理装置１７は、筐体状の収容室３４と、該収容室３４内の下側に配置され且つウエハＷを載置するウエハステージ３５と、収容室３４内の上方に配置されてウエハＷの表面に、例えば標準微粒子(数ｎｍ)としてのパーティクルを散布するパーティクル散布部３６と、収容室３４の側面に配置された開閉自在のゲートバルブ３７と、収容室３４内の流体を排出する排出ユニット３８（減圧部）とを備える。表面処理装置１７はゲートバルブ３７を介してローダーモジュール１３と接続され、収容室３４内はゲートバルブ３７が開放されたときにローダーモジュール１３の内部と連通する。

ウエハステージ３５はウエハＷの載置面の下方に配された、電熱線等からなるヒータ３９を内蔵し、ウエハステージ３５が載置するウエハＷの温度を所望の温度に加熱する。また、ウエハステージ３５にはウエハＷを冷却するための冷却部として、例えばペルティエ素子６０が内臓されている。ペルティエ素子６０によって、ウエハステージ３５に載置されるウエハＷが所定温度に冷却される。ペルティエ素子は、電子部品の１つであり、２種類の金属の接合部に電流を流すことによって、一方の金属から他方の金属へ熱が移動するペルティエ効果を利用した板状の半導体素子である。２種類の金属の接合部に電流を流すことによって、一方の面が吸熱し、他方面が発熱する。吸熱面側が冷却面であり、発熱面側が加熱面となる。電流の極性を逆転させると冷却面と加熱面が反転し、高精度の温度制御を行うことができる。本実施の形態におけるウエハステージ３５は、ウエハＷをペルティエ素子６０によって冷却し、ヒータ３９によって加熱するものであるが、ペルティエ素子６０によって、ウエハＷの冷却と加熱の両方を行うこともできる。

排出ユニット３８は収容室３４内のガス等を排気するＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）４０と、ＴＭＰ４０の排気側に配置されたＤＰ（Dry Pump）（図示しない）と、収容室３４及びＴＭＰ４０の間に配置された圧力制御バルブ４１とを有する。圧力制御バルブ４１は収容室３４内の圧力を所望の圧力に設定する。

収容室３４には、その内部空間の湿度を調整する湿度調整部が設けられている。湿度調整部は、水分の搬送媒体としての窒素ガスの貯蔵タンク５５と、該窒素ガス貯蔵タンク５５と収容室３４とを連結する窒素配管５６と、該窒素配管５６に順次設けられた加湿器５７及び恒温槽５８と、該加湿器５７及び恒温槽５８をバイパスするバイパス配管５９とから主として構成されている。窒素配管５６及びバイパス配管５９には、それぞれ圧力調整用のレギュレータ（図示省略）が設けられている。収容室３４内を加湿する場合は、窒素ガス貯蔵タンク５５から加湿器５７及び恒温槽５８を経て収容室３４内に所定の水分を含有する窒素ガスが所定量導入される。このとき収容室３４内の湿度は図示省略した湿度計によって計測、制御される。収容室３４内は排出ユニット３８によってほぼ真空状態まで減圧される。

表面処理装置１７は、表面検査装置１８に搬入されて表面検査の対象となるウエハＷに対して、後述する検査前表面処理を施す。

図３は、図１におけるII−II線に沿う断面図である。なお、図３の説明において、便宜上、図中上方を「上側」と称し、図中下方を「下側」と称する。

図３において、表面検査装置１８は、筐体状の収容室４２と、収容室４２内の下側に配置され且つウエハＷを載置して回転するウエハステージ（載置台）４３と、回転するウエハＷの表面をレーザ光４４で照射するレーザ光照射部４５と、レーザ光４４によって照射された表面からの散乱光４６の一部を受光する受光部（コリメータ）４７と、該受光部４７が受光した散乱光を電気信号に変換する光電変換部（フォトマルチプライヤー）４８と、収容室４２の側面に配置された開閉自在のゲートバルブ４９とを備える。光電変換部４８は図示省略したシステムコントローラに接続されている。

表面検査装置１８はゲートバルブ４９を介してローダーモジュール１３と接続され（図１参照）、収容室４２内はゲートバルブ４９が開放されたときにローダーモジュール１３の内部と連通する。

表面検査装置１８において、ウエハステージ４３に載置されたウエハＷの表面に凹凸Ｃがある場合、該凹凸Ｃにレーザ光４４が照射されると散乱光４６が発生する。散乱光４６の一部は受光部４７に受光され、さらに光電変換部４８によって電気信号に変換され、電気信号はシステムコントローラに送信される。散乱光４６の大きさは凹凸Ｃ大きさに応じて変化するので、散乱光４６の大きさに対応する電気信号における電圧値に基づいて、システムコントローラは凹凸Ｃの高低差、すなわち大きさを検出する。

次に、本発明に係る基板の表面粗さ検出装置を用いた基板の表面粗さ検出方法について説明する。

本発明に係る基板の表面粗さ検出方法は、被検査体としてのウエハＷの表面の微細なＨＡＺＥ、傷、曇りをはじめとする表面荒れ（以下、「凹凸」という）を見掛け上大きくして既存の計測装置を用いて間接的に検出するものである。

以下、第１の実施の形態に係る基板の表面粗さ検出方法について、図面を参照しつつ説明する。図４は、検査前の表面処理及び前処理後の表面検査処理の工程図である。

本実施の形態は、空間中の水分を利用し、標準微粒子を核として氷の結晶を成長させるものであり、基板表面の凹凸の検出は、以下のように行われる。

すなわち、先ず、被検査体としてのウエハＷを、搬送アーム機構１９（図１参照）によって図２の表面処理装置１７の収容室３４内に搬入し、ウエハステージ３５上に載置する。次いで、例えばネブライザ等からなるパーティクル散布部３６によって、ウエハＷの表面に標準微細粒子として、例えば平均粒径が数ｎｍのＰＳＬ（ポリスチレンラテックス）粒子（以下、「パーティクルＰ」という）を一様に散布する(微粒子散布ステップ)(図４Ａ)。

次いで、冷却部によってウエハＷを、−１５℃以下、例えば−２５℃に冷却する（冷却ステップ）。このとき、ウエハＷに付着している水分又はウエハＷを取り巻く雰囲気中に存在する水蒸気５１は、パーティクルＰを中心としてその周りに凝縮して凝縮水５２となる(図４Ｂ)。次いで、凝縮水５２はさらに冷却され、パーティクルＰを中心に氷の結晶が生成する。このとき氷の結晶は、ウエハＷの表面の凹凸Ｃの例えば凸部のピーク部分で、水の表面張力を打ち破り、ウエハＷの凹凸Ｃ表面に平面的に沿わないで、例えば凸部の接線方向に沿って三次元的に成長してウエハ表面の凹凸Ｃを強調する（図４Ｃ）。

次いで、ウエハＷを表面処理装置１７から搬出し、表面検査装置１８の収容室４２内に搬入してウエハステージ４３上に載置する。そして、ウエハステージ４３を回転させつつ、ウエハＷの表面にレーザ光照射部４５によってレーザ光４４を照射する。このとき、ウエハＷの表面には氷の結晶５３が形成されているので、レーザ光４４はウエハＷの凹凸Ｃだけでなく氷の結晶５３によっても散乱し、大きな散乱光４６が発生する（図４Ｄ）。これにより、受光部４７に受光される散乱光４６の光量も多くなり、光電変換部４８によって変換された電気信号の電圧値も大きくなる。その結果、凹凸Ｃの存在を容易に検出することができる（表面検査ステップ）。

なお、ウエハＷの洗浄処理等によって、ウエハＷの表面に微細な傷pitが形成された場合においても、上述したウエハＷの表面の凹凸Ｃ部分の場合と同様に、pitの周りに過冷却水に基づく氷の結晶を生成、成長させることができる。したがって、同様にウエハＷの表面に形成された微細なpitの存在を容易に検出することができる。

本実施の形態によれば、表面処理装置１７の収容室３４内の気相中に存在する水分を利用して、パーティクルＰを核とし、ウエハＷの表面凹凸Ｃのピーク部分の接線方向に沿って三次元的に氷の結晶５３を成長させて、基板表面の凹凸Ｃを拡大、強調させることができるので、既存の計測装置、例えばサーフスキャンを用いて基板表面の粗さを検出することができる。また、表面粗さ検出後、ＥＢ（電子ビーム）を照射する等して基板表面の氷を消失させ、その後、例えばＳＥＭ等を用いて表面粗度を正確に測定することもできる。従って、被検査体であっても、表面凹凸検査によって製品価値を失うことはない。

本実施の形態に係る表面粗さ検出方法は、基板の表面粗さを既存の計測装置を用いて迅速に検出することができるので、汎用生が高く、基板の量産に適している。従って、表面が荒れた基板がそのまま次工程に流れて製品の歩留まり率が低下するという不都合を有効に回避することができる。

氷の結晶は、ウエハＷの表面粗さに応じて成長段階に違いがあり、ウエハＷの表面粗さが大きいと氷の結晶の間隔が広くなるため大きく成長しやすい。従って、生成した氷の結晶数、結晶の大きさ、高さを測定することによってウエハＷの表面粗さを測定することができる。このとき、氷の結晶の成長は、パーティクルを核としており、ウエハＷの材質によって左右されないので、酸化膜をはじめとする膜の有無、下地の種類等に関係なく表面粗さを確実に検出することができる。

本実施の形態において、ウエハＷの表面における氷の結晶を成長させるための環境条件としては、例えば基板表面温度が−１５℃〜−２８℃で、収容室３４内の２３℃における相対湿度が１０％以下、１．５％以上であることが好ましく、より好ましくは、基板表面温度が−２３℃〜−２８℃で、基板を取り巻く周辺の水蒸気圧が、基板表面に凹凸がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する状態（以下、「基板表面に凹凸がない場合の飽和蒸気圧」という。）と、基板表面に凹凸がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する状態（以下、「基板表面に凹凸がある場合の飽和蒸気圧」という。）との間の状態であることが好ましい。

図５は、基板温度が−２３℃〜−２８℃における、基板表面に凹凸がない場合の飽和蒸気圧曲線と、基板表面に凹凸がある場合の飽和蒸気圧曲線とを示す図である。図５において、蒸気圧曲線Ｐ１は、基板表面に凹凸がない場合の飽和蒸気圧曲線、蒸気圧曲線Ｐ２は、基板表面に凹凸がある場合の飽和蒸気圧曲線である。蒸気圧曲線Ｐ１とＰ２の間の状態であれば、基板表面の凹凸以外の部分において水分の凝縮は進行せず、基板表面の凹凸に沿って氷の結晶が好適に成長し、例えば凹凸の段差を既存の計測装置の検出限界である例えば４０ｎｍ以上に拡大して強調することができるので、既存の計測装置で十分検出可能となる。

本実施の形態において、予めウエハＷの表面に散布する標準微粒子としてＰＳＬ粒子を用いたが、標準微粒子としては、氷と結晶構造が近似したウルツァイト構造を有するものを用いることが更に好ましい。ウルツァイト構造を有するものとしては、例えば窒化アルミニウムが挙げられ、例えば粒径数ｎｍの窒化アルミニウム微粒子を予め基板表面に散布することによって、氷の結晶はヘテロジーニアス成長により雪のような樹枝状結晶に成長する。ウルツァイト構造を有する物質としては、窒化アルミニウムの外に、酸化亜鉛等が挙げられるが、亜鉛は、例えば半導体基板への使用が敬遠される場合があり、適用に際しては慎重を期す必要がある。

ウルツァイト構造を有する半導体プロセスに支障がないその他の物質としては、例えば窒化ガリウム、窒化ガリウム系化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶、ＮａＩｎＳ_２、ＺｎＡｌ_２Ｓ_４、ＡｇＩｎＺｎ_３Ｓ_６、ＡｇＩｎＺｎ_４Ｓ_６、ＡｇＩｎＺｎ_５Ｓ_７、ＡｇＩｎＺｎ_６Ｓ_８、ＡｇＩｎＺｎ_７Ｓ_９、ＡｇＩｎＺｎ_８Ｓ_１０、ＡｇＩｎＺｎ_９Ｓ_１１、ＡｇＩｎＺｎ_１０Ｓ_１２が挙げられるが、ウルツァイト構造を有する物質であればこれ以外のものであっても適用可能である。

次に、第２の実施の形態に係る基板の表面粗さ検出方法について説明する。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態の変形例であり、第１の実施の形態に、結晶固定化ステップを追加したものである。

すなわち、第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、ウエハＷの表面に氷の結晶を成長させた後、氷の結晶を固定化する成分として気体状のシアノアクリレートを散布して氷の結晶を固体化させるものである。具体的には、以下の化学反応を利用する。

シアノアクリレートは水分と反応し、重合及び硬化してポリシアノアクリレートとなる。この形成された固形物としてのポリシアノアクリレートは大気開放の際に蒸発することはない。すなわち、氷の結晶状の固形物が表面凹凸Ｃ部分に残留する。そして、この固形物はレーザ光４４を散乱するので、散乱光４６を大きくすることができる。従って、この固形物を検出することによってウエハＷの表面凹凸Ｃを容易に検出することができる。

水分と反応して固形物を生成するガスは、シアノアクリレート系溶剤を気化したものである。なお、シアノアクリレート系溶剤とは、アルキルシアノアクリレート類、具体的にはメチルシアノアクリレート、エチルシアノアクリレート、オクチルシアノアクリレート、ブチルシアノアクリレート及びメトキシエチルシアノアクリレート等を主剤とし、ケトン類を希釈剤とした混合物である。

図６は、ウエハＷ表面の凹凸Ｃ部分に形成された氷の結晶に気体状のシノアアクリレートを散布して固体化する場合の概念図である。

図６において、冷却装置５５に載置されたウエハＷの表面の凹凸Ｃのピーク部分にパーティクルＰを核とし、凸部の接線方向に沿って三次元的に成長した氷の結晶５３に対してシアノアクリレート５４が散布されている。これによって氷の結晶５３が固形化する(結晶固定化ステップ)。

このようにして結晶を固化させた後、ウエハＷを表面処理装置１７から搬出し、表面検査装置１８の収容室４２内に搬入し、以下、第１の実施の形態と同様に表面粗さを検出する。

本実施の形態によれば、ウエハＷの表面の凹凸部分に形成された氷の結晶を固体化することができるので、その後の表面粗さの検出ステップが容易となり、例えば表面検査装置１８の収容室４２又はウエハステージ４３における冷却部を省略することができる。

氷の結晶は、冷却し続けると時間と共に成長し、冷却を停止して放置すると蒸発して消失するために、氷の結晶に基づいてウエハＷに表面の凹凸Ｃを検出するためには、ウエハＷの周りの雰囲気管理が重要となるが、本実施の形態においては、氷の結晶を固体化させた後、この氷の結晶に基づいて表面粗さを検出するので、煩雑な状態管理を省略することができる。

次に、第３の実施の形態に係る基板の表面粗さ検出方法について説明する。

第３の実施の形態は、第１の実施の形態又は第２の実施の形態の変形例であり、空間中の水分を利用し、基板表面の凹凸を核として氷の結晶を成長させるものである。

すなわち、第３の実施の形態は、第１の実施の形態又は第２の実施の形態において、予め基板表面に対して行うＰＳＬ粒子の散布を省略する以外は、第１の実施の形態又は第２の実施の形態と同様にして表面凹凸Ｃの検出を行う。この場合、氷の結晶は、基板表面の凹凸そのものを核として成長する。従って、氷の結晶によって基板表面の凹凸を強調するように、例えば凸部のピーク部分の接線方向に沿って成長させるためには、第１又は第２の実施の形態よりも厳密な、雰囲気管理が必要となる。

すなわち、本実施の形態においては、基板温度を、−１５℃以上、０℃以下とし、基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を５％以下、１．５％以上とする。これによって、第１及び第２の実施の形態に比べて氷の結晶をゆっくりと成長させることができ、より小さい凹凸Ｃを見掛け上大きくすることができる。そして、ウエハＷの表面凹凸Ｃに沿って氷の結晶を成長させた後、上記第１の実施の形態又は第２の実施の形態と同様にしてウエハＷの表面粗さを間接的に検出する。

本実施の形態によれば、標準微粒子を散布することなくウエハＷの表面凹凸Ｃを強調させて、より小さな凹凸Ｃであっても確実に検出することができる。

次に、第４の実施の形態に係る基板の表面粗さ検出方法について説明する。

第４の実施の形態は、被検査体としてのウエハＷの表面に予め薄い水分層を形成し、この水分層を急冷して表面凹凸Ｃ部分に氷の結晶を生成するものである。

すなわち、先ず、被検査体としてのウエハＷを、搬送アーム機構１９によって基板処理装置１７の収容室３４内に搬入し、ウエハステージ３５上に載置する。次いで、ウエハＷに対して、図示省略したスチーム散布手段によってスチームを吹き付け、これによってウエハＷの表面に、表面凹凸Ｃを埋めない程度の厚さで吸着した微小な水滴の連続した層（水分層）を形成する（水分層を形成するステップ）。水分層を形成した後、ウエハＷを、冷却速度を、例えば１℃〜１０℃／秒として−１５℃以下、例えば−２５℃に急冷して過冷却状態とし、この過冷却状態が解かれることによって、水分層内で氷の結晶を急激に生成させる。冷却速度を速くすることによって、容易に大きな過冷却度を得ることが可能となる。生成した氷の結晶は、樹枝状の結晶となり、基板表面の凹凸Ｃのピーク部分で、凹凸の曲面に沿わずに直線的に成長し、凹凸Ｃの凸部の接線方向に沿って三次元的に成長する。これは、ピークに達する前に結晶成長しやすい方位が凸部の接線方向を向いていることによる。このようにしてウエハＷの表面凹凸Ｃ部分に氷の結晶を生成させて表面凹凸Ｃを強調した後、例えば第１の実施の形態と同様にしてウエハ表面の凹凸Ｃを間接的に検出する。

本実施の形態によれば、ウエハＷ表面に氷の結晶を生成する前に予め薄い水分層を形成するようにしたので、層内の水分を利用してウエハＷ表面の凹凸Ｃの例えば凸部の接線方向に沿って氷の結晶を成長させることができる。その結果、氷の結晶の成長方向が気相の水分に左右されることがなく、ウエハＷの表面凹凸Ｃをより忠実に強調して表面粗さを正確に検出することができる。

ウエハＷの表面凹凸Ｃ部分に氷の結晶を生成させる際、大気中の水分のみを利用すると、氷の結晶が成長しやすい方位が任意に決まってしまうため表面凹凸を忠実に拡大又は強調できない場合が考えられるが、本実施の形態では、予めウエハＷの表面に水分層を形成し、結晶化が始まる際に成長しやすい方位を特定の方向に誘導するので、氷の結晶があらぬ方向に成長することを抑制してウエハＷの表面凹凸Ｃを忠実に強調することができる。

本実施の形態において、氷が結晶成長する際の過冷却度は、例えば−１５℃〜０℃程度と小さくすることが好ましい。これによって、既存の結晶成長の際に発生する凝固熱により、表面凹凸Ｃとは無関係にあらぬ方向に成長する新たな別の結晶の生成を抑制することができる。ここで、はじめは、大きな過冷却度、例えば−１５℃〜−２８℃で氷の結晶を生成させ、その後、過冷却度を順次小さくして凝固熱の発生による温度上昇を利用するように制御してもよい。

本実施の形態において、基板表面に生成した氷の結晶に、水分子と反応して固化する成分を作用させて氷の結晶を固定化させた後、表面検査を行ってもよい。

次に、第５の実施の形態に係る基板の表面粗さ検出方法について説明する。

第５の実施の形態は、被検査体としてのウエハＷの表面に予め薄い水分層を形成し、氷の結晶を生成するトリガ（要因）として標準微粒子を散布するものである。

すなわち、先ず、ウエハＷを、搬送アーム機構１９によって基板処理装置１７の収容室３４内に搬入し、ウエハステージ３５上に載置する。次いで、ウエハＷに対して、例えばスチームを吹き付けることによってその表面に基板表面の凹凸Ｃを埋めない程度の厚さで吸着した微小な水滴の連続した層（水分層）を形成し、その後、ウエハＷを、冷却速度を、例えば１℃〜１０℃／秒として、例えば−１５℃〜−２８℃に冷却して過冷却状態とする。次いで、この過冷却状態の水分層に、標準微粒子として、例えば平均粒径が数ｎｍの窒化アルミニウムを散布し、窒化アルミニウム粒子の導入をトリガとしてウエハＷの表面に凹凸Ｃを強調するための氷の結晶を成長させる。ウエハＷの表面凹凸Ｃ部分に氷の結晶を生成させて表面凹凸Ｃを強調した後は、上記各実施の形態と同様にしてウエハＷ表面の凹凸Ｃを間接的に検出する。

本実施の形態においても、予め形成した水分層を利用してウエハＷの表面凹凸Ｃの例えば凸部の接線方向に沿って氷の結晶を三次元的に成長させることができ、これによってウエハＷ表面の凹凸Ｃを強調して既存の計測装置によって表面粗さを検出することができる。

本実施の形態において、水分層を形成するための水は、大きな過冷却状態を得るために、高純度であることが好ましく、例えば電気抵抗率が１ＭΩ・ｃｍ以上、好ましくは電気抵抗率が１５ＭΩ・ｃｍ以上の超純水が好適に使用される。

本実施の形態において、水分層は高純度の水で形成されているため、水分層を過冷却する際に急冷する必要はなく、冷却速度は、例えば０．１℃〜５℃／秒である。過冷却度が大きいほど、トリガとなる標準微粒子が導入された際、急激な結晶成長が生じ、大きな樹枝状結晶に成長して検出し易くなる。標準微粒子としては、上述したウルツァイト結晶構造を有するものが使用される。

本実施の形態において、標準微粒子を導入する前に、振動をトリガとして氷の結晶が形成されるおそれがあるので、かかる不都合を回避するため、基板処理装置全体を防振構造にすることが好ましい。

次に、第６の実施の形態に係る基板の表面粗さ検出方法について説明する。

第６の実施の形態は、第５の実施の形態の変形例であり、ウエハＷの表面に氷の結晶を形成するトリガ（要因）として標準微粒子の導入に代えて、振動を与えるようにしたものである。

本実施の形態においても、第５の実施の形態と同様、予め形成した水分層の水を利用してウエハＷの表面凹凸Ｃの例えばピーク部の接線方向に沿って氷の結晶を成長させ、これによってウエハＷの表面凹凸Ｃを強調して既存の測定装置によって表面粗さを間接的に検出することができる。

振動がトリガとなって氷が生成するメカニズムは、例えば過冷却水内の水分子の分布に揺らぎが生じ、水分子が氷の結晶に近い配置となった部分を基点として結晶の成長が進むものと考えられる。

本実施の形態において、結晶生成のトリガとなる振動を与える方法は、特に限定されないが、例えばウエハＷを載置したウエハステージ３５の一端から超音波発振器などのような加振器により振動を与えるようにしてもいい。

上述した各実施の形態では、基板処理システムが表面処理装置と表面検査装置とを備えていたが、表面処理装置は基板処理システムから切り離されて配置されていてもよく、また、表面検査装置も基板処理システムから切り離されて配置されていてもよい。さらには、切り離されている表面検査装置が上述した表面処理装置の構成要素を備えていてもよい。

なお、上述した各実施の形態に係る基板処理システムにおいて表面が検査される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤやＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。

また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

本発明に係る基板の表面粗さ検出装置を備えた基板処理システムの概略構成を示す平面図である。 図１におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 図１におけるII−II線に沿う断面図である。 検査前の表面処理及び前処理後の表面検査処理の工程図である。 基板温度が−２３℃以下−２８℃以上における基板表面に凹凸がない場合の飽和蒸気圧曲線と、基板表面に凹凸がある場合の飽和蒸気圧曲線とを示す図である。 ウエハＷ表面の凹凸部分に形成された氷の結晶に気体状のシノアアクリレートを散布して固体化する場合の概念図である。

符号の説明

１７ 表面処理装置
１８ 表面検査装置
１９ 搬送アーム機構
３４ 収容室
３５ ウエハステージ（載置台）
３６ パーティクル（微粒子）散布部
４２ 収容室
４３ ウエハステージ（載置台）
４５ レーザ光照射部
４７ 散乱光受光部（コリメータ）
４８ 光電変換部
５１ 水蒸気
５２ 凝縮水
５３ 氷の結晶
５５ 窒素ガス貯蔵タンク
５７ 加湿器
５８ 恒温槽
６０ ペルティエ素子

Claims (17)

1. 基板の表面の微小な凸部と凹部によって構成される表面粗さを検出する表面粗さ検出方法であって、
   前記基板を冷却して基板表面に水分を凝縮させた後、凝縮した水分を氷らせて氷の結晶を前記基板表面の凸部斜面又は凹部斜面に沿って三次元的に成長させる冷却ステップと、
   前記氷の結晶によって強調された前記基板表面の凸部又は凹部を検出する表面検査ステップと、
   を有することを特徴とする基板の表面粗さ検出方法。
2. 前記冷却ステップにおいて、前記水分を過冷却状態に維持し、前記基板表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を、前記基板表面に凹凸がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以下であって、前記基板表面に凹凸がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以上に調整することを特徴とする請求項１記載の基板の表面粗さ検出方法。
3. 前記冷却ステップは、前記基板表面を−１５℃以上、０℃以下とし、前記基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を５％以下、１．５％以上とするステップであることを特徴とする請求項２記載の基板の表面粗さ検出方法。
4. 前記冷却ステップの前に、予め前記基板表面に、氷の結晶の核となる微粒子を散布する微粒子散布ステップを有することを特徴とする請求項１記載の基板の表面粗さ検出方法。
5. 前記冷却ステップにおいて、前記水分を過冷却状態に維持し、前記基板表面を取り巻く雰囲気中の水蒸気圧を、前記基板表面に微粒子がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以下であって、前記基板表面に微粒子がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以上に調整することを特徴とする請求項４記載の基板の表面粗さ検出方法。
6. 前記冷却ステップは、前記基板表面を−１５℃以下とし、前記基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を１０％以下とするステップであることを特徴とする請求項５記載の基板の表面粗さ検出方法。
7. 前記微粒子は、ウルツァイト結晶構造を有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の基板の表面粗さ検出方法。
8. 基板の表面の微小な凸部と凹部によって構成される表面粗さを検出する表面粗さ検出方法であって、
   前記基板の表面に前記凸部と凹部を埋めない程度の厚さの水分層を形成するステップと、
   前記水分層を過冷却状態に冷却した後、前記過冷却状態の水分層内で氷の結晶を生成させ、前記基板表面の凸部斜面又は凹部斜面に沿って三次元的に成長させる過冷却ステップと、
   前記氷の結晶によって強調された前記基板表面の凸部又は凹部を検出する表面検査ステップと、
   を有することを特徴とする基板の表面粗さ検出方法。
9. 前記過冷却ステップは、前記基板表面を、冷却速度０．１℃〜５℃／秒で、−１５℃以上、０℃以下に冷却し、前記基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を５％以下、１．５％以上に調整するステップであることを特徴とする請求項８記載の基板の表面粗さ検出方法。
10. 前記過冷却ステップは、前記基板表面を、冷却速度１℃〜１０℃／秒で、−１５℃〜−２８℃に冷却し、前記基板表面を取り巻く雰囲気中の２３℃における相対湿度を１０％以下、５％以上に調整するステップであることを特徴とする請求項８記載の基板の表面粗さ検出方法。
11. 前記過冷却ステップにおいて、前記氷の結晶を生成させる要因として前記過冷却状態の水分層に氷の結晶の核となる微粒子を添加することを特徴とする請求項１０記載の基板の表面粗さ検出方法。
12. 前記微粒子は、ウルツァイト結晶構造を有することを特徴とする請求項１１記載の基板の表面粗さ検出方法。
13. 前記過冷却ステップにおいて、前記氷の結晶を生成させる要因として前記基板に振動を与えることを特徴とする請求項１０記載の基板の表面粗さ検出方法。
14. 前記水分層形成用の水として、電気抵抗率が１ＭΩ・ｃｍ以上の純水を用いることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の基板の表面粗さ検出方法。
15. 前記表面検査ステップの前に、前記基板表面に生成した氷の結晶に、水分子と反応して固化する成分を作用させて前記氷の結晶を固定化させる結晶固定化ステップを有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の基板の表面粗さ検出方法。
16. 基板の表面の微小な凸部と凹部によって構成される表面粗さを検出する表面粗さ検出装置であって、
    前記基板を収容する収容室を備え、前記基板の表面に前処理を施す表面処理装置と、
    前記前処理が施された前記基板の表面を検査して表面粗さを検出する表面検査装置と、を有し、
    前記表面処理装置は、前記基板を冷却する冷却部と、
    前記収容室内の水蒸気圧を、前記基板表面に凹凸がなくても気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以下であって、前記基板表面に凹凸がある場合に気相中の水分が基板表面に凝縮する飽和蒸気圧以上となるように調整する湿度調整部と、
    を有することを特徴とする基板の表面粗さ検出装置。
17. 基板の表面の微小な凸部と凹部によって構成される表面粗さ検出方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体において、
    前記基板の表面粗さ検出方法は、
    前記基板を冷却して基板表面に水分を凝縮させた後、凝縮した水分を氷らせて氷の結晶を前記基板表面の凸部斜面又は凹部斜面に沿って三次元的に成長させる冷却ステップと、
    前記氷の結晶によって強調された前記基板表面の凸部又は凹部を検出する表面検査ステップと、
    を有することを特徴とする記憶媒体。

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