JP2807724B2 - 半導体表面の評価方法とその装置 - Google Patents
半導体表面の評価方法とその装置Info
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- JP2807724B2 JP2807724B2 JP16821793A JP16821793A JP2807724B2 JP 2807724 B2 JP2807724 B2 JP 2807724B2 JP 16821793 A JP16821793 A JP 16821793A JP 16821793 A JP16821793 A JP 16821793A JP 2807724 B2 JP2807724 B2 JP 2807724B2
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- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体表面の評価方
法とその装置に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、より安価な装置構成が可能で、試料表面に非
接触で簡便、かつ精度良く半導体の試料表面を評価する
ことのできる新しい分光評価方法とそのための装置に関
するものである。
法とその装置に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、より安価な装置構成が可能で、試料表面に非
接触で簡便、かつ精度良く半導体の試料表面を評価する
ことのできる新しい分光評価方法とそのための装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】半導体の微細化にともなっ
て、その表面の原子、分子レベルでの制御が必要とされ
ている。それと言うのも、Ｓｉウエハ等の半導体の清浄
表面は物理化学的に極めて高活性であり、自然酸化膜や
有機物等を吸着しやすい。このような高活性な表面によ
る影響を排除して表面不活性化するために、たとえばＳ
ｉ表面をＨＦ処理して表面ダングリングボンドの水素タ
ーミネーション等の方法が開発されてきている。
て、その表面の原子、分子レベルでの制御が必要とされ
ている。それと言うのも、Ｓｉウエハ等の半導体の清浄
表面は物理化学的に極めて高活性であり、自然酸化膜や
有機物等を吸着しやすい。このような高活性な表面によ
る影響を排除して表面不活性化するために、たとえばＳ
ｉ表面をＨＦ処理して表面ダングリングボンドの水素タ
ーミネーション等の方法が開発されてきている。
【０００３】しかしながら、半導体表面の物性は複雑さ
と多様性を有していることから、より高精度な表面状態
の制御を可能とするためには、この表面状態そのものを
正確に評価するための測定手段の発展が欠かせないもの
となっている。そこで、その評価のための手段について
も様々な検討が進められてきているが、依然として解決
すべき課題が残されているのが実情でもある。
と多様性を有していることから、より高精度な表面状態
の制御を可能とするためには、この表面状態そのものを
正確に評価するための測定手段の発展が欠かせないもの
となっている。そこで、その評価のための手段について
も様々な検討が進められてきているが、依然として解決
すべき課題が残されているのが実情でもある。
【０００４】すなわち、半導体表面の評価については、
表面状態に関係する光学遷移による吸収を利用するも
の、特に、表面状態による吸収は一般に内部吸収に比較
してかなり弱いため、透過光による測定は得策ではない
ことから、反射分光の様々な方法が主なものとして採用
されてきている。特に近年のＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換
赤外分光法）の出現によって、バルク中の不純物や厚膜
（〜μｍ）の膜組成の評価に用いられてきた赤外分光法
と、試料表面の感度を高めるようにした特殊な光学系と
の組合わせにより、赤外分光法が、表面分析法の有力な
手段として半導体表面の評価に用いられるようになって
きた。
表面状態に関係する光学遷移による吸収を利用するも
の、特に、表面状態による吸収は一般に内部吸収に比較
してかなり弱いため、透過光による測定は得策ではない
ことから、反射分光の様々な方法が主なものとして採用
されてきている。特に近年のＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換
赤外分光法）の出現によって、バルク中の不純物や厚膜
（〜μｍ）の膜組成の評価に用いられてきた赤外分光法
と、試料表面の感度を高めるようにした特殊な光学系と
の組合わせにより、赤外分光法が、表面分析法の有力な
手段として半導体表面の評価に用いられるようになって
きた。
【０００５】実際、ＡＴＲ(Attenuated Total Reflecti
on) 法は、半導体のうちのシリコン自体が結晶プリズム
になるため、結晶プリズム中の吸収をバックグランドと
して扱うことによりシリコン表面の状態を高感度で評価
することができる。このため、たとえば１原子層以下の
最表面層を測定することができることが報告されてい
る。あるいはまた、たとえば図２に例示したように、シ
リコン基板（ア）に結晶プリズマ（イ）としてゲルマニ
ウムを当接させ、結晶プリズム（２）の一方の傾斜面か
ら赤外光を入射させて全反射光を分光する方法によっ
て、ＬＳＩの製造に用いるシリコンウエハの表面状態を
評価することが可能になってもいる。
on) 法は、半導体のうちのシリコン自体が結晶プリズム
になるため、結晶プリズム中の吸収をバックグランドと
して扱うことによりシリコン表面の状態を高感度で評価
することができる。このため、たとえば１原子層以下の
最表面層を測定することができることが報告されてい
る。あるいはまた、たとえば図２に例示したように、シ
リコン基板（ア）に結晶プリズマ（イ）としてゲルマニ
ウムを当接させ、結晶プリズム（２）の一方の傾斜面か
ら赤外光を入射させて全反射光を分光する方法によっ
て、ＬＳＩの製造に用いるシリコンウエハの表面状態を
評価することが可能になってもいる。
【０００６】しかしながら、これらの方法の場合には、
高価なプリズムを構成しなければならないことと、測定
表面がプリズムと接触すること、プリズム自体の吸収か
ら１０００ｃｍ-1以下のスペクトルが得られないなどの
問題があった。また、他の測定方法としては、ＲＡＳ(R
eflection Absorption Spectrometry)法が金属表面の分
析に用いられているが、この方法は、一般に半導体に関
しては充分な感度が得られない。このため、薄膜半導体
の下地に金属を用いることにより、その薄膜半導体の表
面を評価するようにしている。しかしながら、この場合
にも、測定対象としての試料を特別に製作しなければな
らず、その汎用性には問題があった。
高価なプリズムを構成しなければならないことと、測定
表面がプリズムと接触すること、プリズム自体の吸収か
ら１０００ｃｍ-1以下のスペクトルが得られないなどの
問題があった。また、他の測定方法としては、ＲＡＳ(R
eflection Absorption Spectrometry)法が金属表面の分
析に用いられているが、この方法は、一般に半導体に関
しては充分な感度が得られない。このため、薄膜半導体
の下地に金属を用いることにより、その薄膜半導体の表
面を評価するようにしている。しかしながら、この場合
にも、測定対象としての試料を特別に製作しなければな
らず、その汎用性には問題があった。
【０００７】そこでこの発明は、以上の通りの従来技術
の問題を解決するためになされたものであって、高価な
計測用プリズムを構成する必要がなく、安価な装置構成
とすることができ、しかも試料表面を非接触で簡便に評
価することのできる新しい赤外分光法と、そのための装
置を提供することを目的としている。
の問題を解決するためになされたものであって、高価な
計測用プリズムを構成する必要がなく、安価な装置構成
とすることができ、しかも試料表面を非接触で簡便に評
価することのできる新しい赤外分光法と、そのための装
置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、半導体表面の状態を格子振動の
赤外光吸収により評価する方法において、平面反射ミラ
ーに光透過性半導体の被評価表面を赤外光の波長以下に
離間させて対向配置し、半導体裏面より赤外光を入射さ
せて反射分光することを特徴とする半導体表面の評価方
法を提供する。
を解決するものとして、半導体表面の状態を格子振動の
赤外光吸収により評価する方法において、平面反射ミラ
ーに光透過性半導体の被評価表面を赤外光の波長以下に
離間させて対向配置し、半導体裏面より赤外光を入射さ
せて反射分光することを特徴とする半導体表面の評価方
法を提供する。
【０００９】そしてまた、この発明は、上記方法を実施
するための装置として、光源と入射装置、平面反射ミラ
ー、および反射光分光器とを有し、平面反射ミラーに
は、赤外光の波長以下に離間させて光透過性半導体の被
評価表面を対向配置するための支持装置とを備え、半導
体裏面より赤外光を入射させて反射分光する半導体表面
の評価装置をも提供する。
するための装置として、光源と入射装置、平面反射ミラ
ー、および反射光分光器とを有し、平面反射ミラーに
は、赤外光の波長以下に離間させて光透過性半導体の被
評価表面を対向配置するための支持装置とを備え、半導
体裏面より赤外光を入射させて反射分光する半導体表面
の評価装置をも提供する。
【００１０】
【作用】この発明においては、前記の通り、平面反射ミ
ラーを使用し、この平面反射ミラーには、赤外光の波長
以下に離間させて被評価半導体表面を対向配置して、こ
の半導体の裏面より赤外光を入射させて平面反射ミラー
による全反射分光を行うため、従来のように、高価なプ
リズムを使用することも、またこのプリズムを半導体表
面に接触させることも必要がない。このため、プリズム
そのものによる吸収の問題もない。
ラーを使用し、この平面反射ミラーには、赤外光の波長
以下に離間させて被評価半導体表面を対向配置して、こ
の半導体の裏面より赤外光を入射させて平面反射ミラー
による全反射分光を行うため、従来のように、高価なプ
リズムを使用することも、またこのプリズムを半導体表
面に接触させることも必要がない。このため、プリズム
そのものによる吸収の問題もない。
【００１１】この発明においては、より安価な装置構成
が可能となり、しかも被評価表面に非接触で、簡便に精
度良く反射分光が可能となる。この発明の方法、および
装置は、半導体表面の評価、特に表面に結合した水素、
弗素、窒素、有機物等の評価を可能とする。
が可能となり、しかも被評価表面に非接触で、簡便に精
度良く反射分光が可能となる。この発明の方法、および
装置は、半導体表面の評価、特に表面に結合した水素、
弗素、窒素、有機物等の評価を可能とする。
【００１２】
【実施例】添付した図面の図１は、この発明の方法と装
置のための主要構成を例示した概要図である。たとえば
この図１に例示したように、この発明においては、光透
過性半導体（１）の被評価表面（１１）を、平面反射ミ
ラー（２）に対向配置している。この時の試料としての
光透過性半導体（１）については、一般のシリコン、ゲ
ルマニウム等の半導体であってよい。また、平面反射ミ
ラー（２）についても、一般の光学系で用いられる反射
ミラーを使用することができ、その反射面（２１）に
は、赤外光を強く反射するアルミニウム等が好適に使用
される。
置のための主要構成を例示した概要図である。たとえば
この図１に例示したように、この発明においては、光透
過性半導体（１）の被評価表面（１１）を、平面反射ミ
ラー（２）に対向配置している。この時の試料としての
光透過性半導体（１）については、一般のシリコン、ゲ
ルマニウム等の半導体であってよい。また、平面反射ミ
ラー（２）についても、一般の光学系で用いられる反射
ミラーを使用することができ、その反射面（２１）に
は、赤外光を強く反射するアルミニウム等が好適に使用
される。
【００１３】光透過性半導体（１）の被評価表面（１
１）は、平面反射ミラー（２）の反射面（２１）とは離
して配置するが、その際の間隔は、使用する赤外光の波
長以下とする。通常、赤外光の使用波長は２〜２０μｍ
であるため、２０μｍ以下であればよいが、より感度を
高くするためにはさらに間隔を狭めることが有効であ
る。
１）は、平面反射ミラー（２）の反射面（２１）とは離
して配置するが、その際の間隔は、使用する赤外光の波
長以下とする。通常、赤外光の使用波長は２〜２０μｍ
であるため、２０μｍ以下であればよいが、より感度を
高くするためにはさらに間隔を狭めることが有効であ
る。
【００１４】このような配置位置関係において、図１に
示したように、試料である光透過性半導体（１）の裏面
から、ＲＡＳ法と同様に低角で赤外光（３）を入射させ
る。赤外光は、図１のような光路を描くことになる。こ
こで平面反射ミラー（２）に注目すると、この部分で
は、ＲＡＳ法と同様に、ｐ波に関しては電界が合成さ
れ、表面感度が増加している。この表面感度の増加領域
は、およそ、表面からその波長程度まで及ぶため、この
領域に試料表面を設置すれば、高感度測定が可能とな
る。
示したように、試料である光透過性半導体（１）の裏面
から、ＲＡＳ法と同様に低角で赤外光（３）を入射させ
る。赤外光は、図１のような光路を描くことになる。こ
こで平面反射ミラー（２）に注目すると、この部分で
は、ＲＡＳ法と同様に、ｐ波に関しては電界が合成さ
れ、表面感度が増加している。この表面感度の増加領域
は、およそ、表面からその波長程度まで及ぶため、この
領域に試料表面を設置すれば、高感度測定が可能とな
る。
【００１５】評価装置としては、一般のＦＴ−ＩＲ（フ
ーリエ変換赤外分光分析）装置と同様に、赤外光の光源
および干渉計（４）、反射ミラー（５）、偏光子
（６）、検出器（７）、計測用コンピュータ（８）をは
じめとして、さらに適宜に、増幅装置、演算装置等をシ
ステム構成すればよい。また、半導体（１）と平面反射
ミラー（２）とを所定の位置に配置するための支持装
置、三次元ステージ等を配置すればよい。
ーリエ変換赤外分光分析）装置と同様に、赤外光の光源
および干渉計（４）、反射ミラー（５）、偏光子
（６）、検出器（７）、計測用コンピュータ（８）をは
じめとして、さらに適宜に、増幅装置、演算装置等をシ
ステム構成すればよい。また、半導体（１）と平面反射
ミラー（２）とを所定の位置に配置するための支持装
置、三次元ステージ等を配置すればよい。
【００１６】実際、この発明の方法によって、Ｓｉウエ
ハ表面のダングリングボンドの水素ターミネーションに
よるＳｉ−Ｈ吸収としての対称伸縮振動（２０８３．７
ｃｍ -1）のシグナルをはじめ、Ｓｉ−Ｈ2 （２０９８，
２１０７ｃｍ-1）の吸収や酸素結合吸収等も精度良く確
認される。
ハ表面のダングリングボンドの水素ターミネーションに
よるＳｉ−Ｈ吸収としての対称伸縮振動（２０８３．７
ｃｍ -1）のシグナルをはじめ、Ｓｉ−Ｈ2 （２０９８，
２１０７ｃｍ-1）の吸収や酸素結合吸収等も精度良く確
認される。
【００１７】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、従来のＡＴＲのように高価なプリズムを使用する必
要はなく、より安価な装置構成によって、非接触で簡便
に精度の良い反射分光が可能になる。
り、従来のＡＴＲのように高価なプリズムを使用する必
要はなく、より安価な装置構成によって、非接触で簡便
に精度の良い反射分光が可能になる。
【図１】この発明の方法と装置の主要部を例示した概要
図である。
図である。
【図２】従来のＡＴＲ法を例示した概要図である。
１ 光透過性半導体 ２ 平面反射ミラー ３ 赤外光 １１ 被評価表面 ２１ 反射面 ４ 光源および干渉計 ５ 反射ミラー ６ 偏光子 ７ 検出器 ８ 計測用コンピュータ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−251636（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−148046（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−18330（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体表面の状態を格子振動の赤外光吸
収により評価する方法において、平面反射ミラーに光透
過性半導体の被評価表面を赤外光の波長以下に離間させ
て対向配置し、半導体裏面より赤外光を入射させて反射
分光することを特徴とする半導体表面の評価方法。 - 【請求項２】 赤外光を低角入射させる請求項１の評価
方法。 - 【請求項３】 半導体表面の状態を格子振動の赤外光吸
収により評価するための分光評価装置であって、この装
置は、光源と入射装置、平面反射ミラーおよび反射光分
光器とを有し、平面反射ミラーには、赤外光の波長以下
に離間させて光透過性半導体の被評価表面を対向配置す
るための支持装置とを備え、半導体裏面より赤外光を入
射させて反射分光することを特徴とする半導体評価装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16821793A JP2807724B2 (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | 半導体表面の評価方法とその装置 |
| KR1019940016298A KR100303951B1 (ko) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | 고체표면의 평가방법 및 장치 |
| US08/271,741 US5534698A (en) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | Solid state surface evaluation methods and devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16821793A JP2807724B2 (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | 半導体表面の評価方法とその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0727702A JPH0727702A (ja) | 1995-01-31 |
| JP2807724B2 true JP2807724B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=15863965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16821793A Expired - Fee Related JP2807724B2 (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | 半導体表面の評価方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2807724B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015187587A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-10-29 | 国立大学法人山梨大学 | 偏光変調フーリエ変換赤外分光装置、フーリエ変換赤外分光装置用偏光変調測定ユニット及び偏光変調フーリエ変換赤外分光測定方法 |
-
1993
- 1993-07-07 JP JP16821793A patent/JP2807724B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0727702A (ja) | 1995-01-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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