JPH05296920A - 赤外分光光度測定装置 - Google Patents

赤外分光光度測定装置

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JPH05296920A
JPH05296920A JP12944392A JP12944392A JPH05296920A JP H05296920 A JPH05296920 A JP H05296920A JP 12944392 A JP12944392 A JP 12944392A JP 12944392 A JP12944392 A JP 12944392A JP H05296920 A JPH05296920 A JP H05296920A
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JP
Japan
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wafer
holder
sample
infrared
infrared light
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Withdrawn
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JP12944392A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Shiraki
弘幸 白木
Yasuyoshi Tomiyama
能省 富山
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Publication of JPH05296920A publication Critical patent/JPH05296920A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/065Integrating spheres

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  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外光に対する半導体ウェーハの吸収係数を
正確に測定する。片面ミラーウェーハでの測定を可能に
する。 【構成】 光源1と赤外検出器8との間に透過型試料ホ
ルダ7を配設するとともに、偏光ビームスプリッタ5を
透過型試料ホルダ7と分光器4との間に配設する。ホル
ダ7は自動回転ステージ9により光軸と直交する軸回り
に回動自在に設ける。偏光ビームスプリッタ5により分
離した赤外光のp偏光成分が試料ウェーハにブリュース
ター角入射するようにホルダ7をセットし、赤外光のp
偏光成分をこの試料ウェーハに照射する。p偏光成分は
試料ウェーハ面における反射を受けることなく100%
試料内に入射するので正確に透過率および吸収係数を測
定することができる。赤外光が試料ウェーハを透過する
際屈折により光軸のずれが生じるが、積分球11により
これを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、赤外光をシリコンウ
ェーハやガリウムひ素ウェーハ等の半導体ウェーハに照
射してその透過光強度を測定することにより、当該半導
体ウェーハの赤外光の分光光度を測定する赤外分光光度
測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の赤外分光光度測定装置としては、
例えば以下に示すようなものが用いられていた。このも
のは、試料である半導体ウェーハを透過型ホルダに保持
させ、この半導体ウェーハ表面に対して垂直入射するよ
うに光源から所定強度の赤外光を照射していた。そし
て、半導体ウェーハの裏面からの透過光強度を赤外光検
出器により測定し、その透過光強度に基づいてその半導
体ウェーハの赤外光に対する透過率、および、吸収係数
を算出していた。さらに、このようにして算出した赤外
光に対する吸収係数に基づいて例えば当該半導体ウェー
ハ中のキャリア濃度や欠陥濃度を求めていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の赤外
分光光度測定装置にあっては、半導体ウェーハの赤外光
に対する吸収係数を正確に測定するためには、赤外光に
対する試料ウェーハの表面および裏面での反射率が既知
であり、かつ、等しいことが必要である。そのため、こ
の試料ウェーハとしては、両面を鏡面加工した両面ミラ
ーウェーハーを使用しなければならない。しかしなが
ら、このような従来の測定方法では、試料ウェーハのミ
ラー加工状態が試料ごとのバラツキがなく、かつ、面内
で一様であるとは言えず、面状態によって反射率の値が
既知の値と一致しなくなる。このため、測定された赤外
光に対する透過率から必ずしも正確な吸収係数が得られ
ているとは言えないという欠点があった。また、上述の
ように試料ウェーハとして両面ミラーウェーハを使用し
なければならないため、現在、市販ウェーハの主流とな
りつつある片面ミラーウェーハでは測定することができ
ない。このようなウェーハでは、表面から入射した赤外
光が裏面にて強い散乱を受けることにより正確な測定値
を得ることは不可能である。
【0004】そこで、本願出願人は、平成3年特許願第
146750号明細書において、両面ミラーウェーハの
みならず、片面ミラーウェーハについても赤外光に対す
る吸収係数を正確に求めることができる赤外分光光度測
定装置を提案した。この装置は、ホルダ駆動部材により
試料ホルダを光軸に対して垂直な軸の回りに回転させる
ことにより、測定に用いる赤外光が試料ウェーハにブリ
ュースター角入射するようにしている。分光器によって
単色化された赤外光を偏光ビームスプリッタを用いてs
偏光成分とp偏光成分とに分離した後、p偏光成分のみ
の赤外光を試料ウェーハに照射する。ブリュースター角
入射したp偏光成分のみの赤外光に対するウェーハ表面
における反射率はゼロとなるため、この赤外光は100
%試料ウェーハ内に入る。そして、透過光の強度を赤外
光検出器によって測定する。
【0005】ところが、この試料ウェーハを赤外光が透
過する場合、屈折によりその光軸がずれてしまう。この
光軸のずれは例えばほぼ試料の厚さと同じ程度となって
いた。リファレンス用ウェーハを用いてこの光軸のずれ
を補正することも考えられるが、その場合は、リファレ
ンス用ウェーハは試料ウェーハと同一の厚さ、同一の物
質であり、さらに、リファレンス用ウェーハ中での赤外
光の吸収係数を正確に把握しておく必要がある等、装置
としては実用上の困難が多い。
【0006】
【発明の目的】そこで、本発明は、両面ミラーウェーハ
のみならず、片面ミラーウェーハについても、さらに、
数ミリ程度の厚い試料であっても赤外光に対する半導体
ウェーハの吸収係数を正確に求めることができる赤外分
光光度測定装置を提供することを、その目的としてい
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、試料ウェーハ
を保持する赤外光透過型のホルダと、このホルダに保持
された試料ウェーハに対して赤外光を照射する照射手段
と、この試料ウェーハの透過光強度を測定する赤外光検
出器と、上記ホルダを光軸に対して垂直な軸の回りに回
転させるホルダ駆動部材と、上記照射手段と上記ホルダ
との間の光路に介装された偏光ビームスプリッタと、を
備えた赤外分光光度測定装置にあって、上記ホルダと上
記赤外光検出器との間の光路に積分球を介装した赤外分
光光度測定装置である。
【0008】
【作用】本発明に係る赤外分光光度測定装置によれば、
照射手段から出射し、分光器や干渉フィルタにより単色
化された赤外光は、試料ウェーハに対して所定の入射角
度(その赤外光の波長における当該半導体ウェーハでの
屈折率によって定まるその赤外光の波長に対するブリュ
ースター角)で入射する。すなわち、ホルダ駆動部材に
より試料ホルダを光軸に対して垂直な軸の回りに回転さ
せることにより、測定に用いる赤外光が試料ウェーハに
ブリュースター角入射するように配置しておく。そし
て、上述の分光器や干渉フイルタによって単色化された
赤外光を偏光ビームスプリッタを用いてs偏光成分とp
偏光成分とに分離した後、p偏光成分のみの赤外光を試
料ウェーハに照射する。この試料ウェーハにブリュース
ター角入射したp偏光成分のみの赤外光に対するウェー
ハ表面における反射率はゼロとなっている。このため、
この赤外光は100%試料ウェーハ内に入る。そして、
透過光は赤外光検出器によってその強度が測定される。
この場合、透過光は積分球を通過してその光軸のずれが
補正されている。これらの結果、透過率を測定すること
により、試料ウェーハの赤外光に対する吸収係数の算出
を正確に行うことができる。このことは、入射光強度と
透過光強度との差はすべて試料内部における吸収による
ものとなることに基づくものである。
【0009】
【実施例】以下、本発明に係る赤外分光光度測定装置の
実施例を図面を参照して説明する。図1は本発明の第1
実施例に係る赤外分光光度測定装置を示す概略図であ
る。
【0010】第1実施例に係る赤外分光光度測定装置
は、図1に示すように、光源1と、ピンホール2と、レ
ンズ3と、分光器4と、偏光ビームスプリッタ5と、ア
パーチャ6と、を有して構成されている。偏光ビームス
プリッタ5は、分光器4で単色化された赤外光をs偏光
成分とp偏光成分とに分離するものである。これらの光
源1〜アパーチャ6により赤外光の光路が形成されてい
る。そして、この光路には赤外光透過型の試料ホルダ7
および赤外光検出器8が配置されている。試料ホルダ7
は自動回転ステージ9によりこの光軸に垂直な軸の回り
に回動自在に設けられている。試料ホルダ7には試料ウ
ェーハが搭載されるものである。
【0011】そして、この光路にあって上記試料ホルダ
7と赤外光検出器8との間には積分球11が介設されて
いる。すなわち、試料ウェーハを透過した赤外光は入射
窓より積分球11に入射するよう構成されており、この
赤外光は積分球11の内壁で拡散反射を繰り返して、測
光窓を通って積分球11の外部に出ることとなる。この
出力光を赤外光検出器8によって検出するものである。
【0012】コンピュータ10は、上記分光器4および
自動回転ステージ9をそれぞれ制御するとともに、赤外
光検出器8からの透過光強度信号を取り込み、その試料
ウェーハについての透過率および吸収係数等の演算を行
うものである。
【0013】したがって、光源1から照射され分光器4
で単色化された赤外光は、偏光ビームスプリッタ5でs
偏光成分とp偏光成分とに分離され、p偏光成分のみが
試料ホルダ7上の試料ウェーハに照射されることとな
る。このとき、試料ホルダ7は自動回転ステージ9によ
り光軸に対して所定角度を有するように設定されてい
る。すなわち、試料ホルダ7は試料ウェーハを光軸に対
してその赤外光の波長におけるブリュースター角になる
ように設定している。この結果、試料ウェーハに照射さ
れた赤外光のp偏光成分は該試料ウェーハ表面での反射
率がゼロとなるため、試料ウェーハ内部に100%入射
し、試料ウェーハの裏面から出射する。このとき、s偏
光成分は、偏光ビームスプリッタ5において光軸と垂直
な方向へ分離されているので試料ウェーハへは照射され
ない。そして、この試料ウェーハを透過したその透過光
は積分球11に入射し、積分球11内で拡散反射した
後、赤外光検出器8に入射する。すなわち、赤外光が試
料ウェーハを透過した場合屈折により光軸のずれが生じ
るが、この光軸のずれは積分球11により補正されるも
のである。
【0014】赤外光検出器8は光電変換によりこの透過
光強度に比例した電圧信号をコンピュータ10に出力す
る。したがって、コンピュータ10はこの電圧値と試料
ウェーハをセットしない時の電圧値(入射光強度)を用
いて演算処理することにより、当該試料ウェーハの赤外
光に対する透過率、さらにはその吸収係数を演算する。
ここで、赤外光検出器8からの透過光強度に比例した電
圧信号が微弱である時にはロックインアンプおよび光チ
ョッパを用いてS/N比の向上を行うことは言うまでも
ない。そして、このように無反射の条件で得られた吸収
係数から例えばその試料ウェーハのキャリア濃度を算出
することができる。同様にして、ガリウムひ素ウェーハ
中の固有欠陥であるEL2の濃度も算出することができ
る。
【0015】図2は本発明の第2実施例を示している。
この実施例では、上記実施例に係る分光器4に代えて干
渉フィルタ21を用いたものである。この干渉フィルタ
21を用いることにより、上記実施例に比べて、偏光ビ
ームスプリッタ5に入射する光の強度を高めることがで
きる。その他の構成および作用は上記実施例のそれと同
じである。
【0016】また、これらの実施例において、試料ウェ
ーハとしては両面ミラーウェーハのみならず、片面のみ
鏡面仕上げした片面ミラーウェーハでも測定に供するこ
とができる。これは、赤外光のp偏光成分のみを用いた
無反射条件における測定であることに基づくものであ
る。
【0017】
【発明の効果】本発明に係る赤外分光光度測定装置で
は、通常の赤外分光光度測定のみならず、無反射条件を
利用するとによって、赤外光に対する半導体ウェーハの
吸収係数を正確に求めることができる。例えば数mm程
度の厚さの試料ウェーハの吸収係数をも正確にかつ簡便
に測定することができる。そして、試料ウェーハとして
は両面ミラーウェーハはもちろん、片面のみ鏡面仕上げ
した片面ミラーウェーハでも測定を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る赤外分光光度測定装
置を示す模式図である。
【図2】本発明の第2実施例に係る赤外分光光度測定装
置を示す模式図である。
【符号の説明】 1 光源(照射手段) 5 偏光ビームスプリッタ 7 試料ホルダ 8 赤外光検出器 9 自動回転ステージ(ホルダ駆動部材) 11 積分球
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // G01J 3/02 Z 8707−2G 3/42 U 8707−2G

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料ウェーハを保持する赤外光透過型の
    ホルダと、このホルダに保持された試料ウェーハに対し
    て赤外光を照射する照射手段と、この試料ウェーハの透
    過光強度を測定する赤外光検出器と、上記ホルダを光軸
    に対して垂直な軸の回りに回転させるホルダ駆動部材
    と、上記照射手段と上記ホルダとの間の光路に介装され
    た偏光ビームスプリッタと、を備えた赤外分光光度測定
    装置にあって、 上記ホルダと上記赤外光検出器との間の光路に積分球を
    介装したことを特徴とする赤外分光光度測定装置。
JP12944392A 1992-04-22 1992-04-22 赤外分光光度測定装置 Withdrawn JPH05296920A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008099442A1 (ja) * 2007-02-16 2008-08-21 Tokyo Institute Of Technology 分光解析装置及び分光解析方法
CN102435422A (zh) * 2011-09-22 2012-05-02 西安炬光科技有限公司 一种半导体激光器偏振测试方法及其测试系统

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US8094308B2 (en) 2007-02-16 2012-01-10 Tokyo Institute Of Technology Spectrometric analyzing device and spectrometric analyzing method
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Effective date: 19990706