JPH0815138A - 赤外分光光度法による薄膜の分析方法 - Google Patents

赤外分光光度法による薄膜の分析方法

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JPH0815138A
JPH0815138A JP17170694A JP17170694A JPH0815138A JP H0815138 A JPH0815138 A JP H0815138A JP 17170694 A JP17170694 A JP 17170694A JP 17170694 A JP17170694 A JP 17170694A JP H0815138 A JPH0815138 A JP H0815138A
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JP
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thin film
substrate
reflector
infrared
internal multiple
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JP17170694A
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English (en)
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Yasutoshi Kawate
靖俊 川手
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 赤外分光光度法を使用して基板上の薄膜の分
析を行うに当たり、従来の方法より感度が高くかつ簡便
に薄膜の分析を行う方法を提供する。 【構成】 基板の対向する両面を研磨し、薄膜形成基板
を作製する。次いで、薄膜形成基板の両端面に入射面及
び出射面を形成して内部多重反射体に加工し、更に、内
部多重反射体の両薄膜成膜面上に内部多重反射体と同じ
構成の薄膜形成基板を薄膜同士密着させるように積層さ
せた測定試料を作製する。一方、内部多重反射体と同じ
形状、寸法のリファレンス試料を前記基板と同じ基板材
料にて作製する。内部多重反射体に赤外光を入射し、内
部多重反射体の薄膜に赤外線吸収させつつ両薄膜面で全
反射させて赤外スペクトルを求め、リファレンス試料の
赤外スペクトルと比較して薄膜の化学的構造を評価す
る。本方法では、薄膜の厚さが厚くなっているので、高
感度で赤外スペクトルを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外分光光度法による
薄膜の分析方法に関し、更に詳細には、赤外分光光度法
によって基板上に成膜された薄膜の化学的構造を分析、
評価するに当たって、高感度で簡便に薄膜を分析できる
ように改良した方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】各種半導体装置の電気的特性は、この半
導体装置を構成している基板上の各種薄膜の電気的特性
以外の特性によって大きく影響されている。例えば、半
導体装置の電気絶縁特性は、シリコンウェーハ上に成膜
された酸化膜の化学的又は形状的特性により大きく影響
される。従って、薄膜のこのような化学的又は形状的特
性を分析することは、電気特性を改良する上で極めて重
要な作業である。
【0003】薄膜の評価方法は、薄膜の評価項目、評価
内容に応じて、適宜、選択されている。例えば、励起光
として単色X線を用いて元素分析を行うX線光電子分光
法(XPS)、試料表面と探針との原子間力を測定して
表面形状を検出する原子間力顕微鏡(AFM)、イオン
で固体の表面を衝撃し、それにより放出される二次イオ
ンを質量分析することにより固体分析或いは表面分析を
行う二次イオン質量分析装置等が使用されているが、薄
膜の化学的組成、成分比率及び原子の化学結合状態等の
化学的構造を分析、評価する方法として、従来から、赤
外分光光度法(IR)、特にフーリエ変換赤外分光光度
法(FT−IR)を利用した方法が使用されている。
【0004】IR法は、赤外線を物質に照射すると、物
質ごとに特定の波長(又は波数)のところで起こる赤外
線吸収に基づいて分子構造を解析したり、定性・定量分
析を行う方法である。FT−IRは、赤外光源からの赤
外光を干渉計に入射し、その出力干渉縞を試料に透過さ
せ、透過後の干渉縞をコンピュータでフーリエ変換処理
してスペクトルを得る手法であり、高感度、高分解能が
要求される非破壊分析法として用いられている。
【0005】最近、FT−IRの一種であって、感度を
増強したFT−IR/ATR(全反射吸収法)が、試料
表面の化学的構造を高感度で検出する方法として、提案
されている。それは、例えば、図6(a)に示したよう
に、シリコンウェーハ等の基板上に成膜された薄膜上に
薄板状のゲルマニウム(Ge)の結晶を密着させ、赤外
光をゲルマニウム結晶に入射し、薄膜面で赤外線吸収さ
せつつ全反射させる方法である。また、図6(b)に示
すように、評価対象の薄膜を基板の上下両面に成膜した
ものを測定試料とし、その測定試料の基板に赤外光を入
射させ、両薄膜面で赤外線吸収させつつ全反射させる方
法である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体装置の
微細化に伴い、基板上に成膜される薄膜の膜厚が益々薄
くなる傾向にあるため、従来のFT−IR/ATR方法
では、感度が低く、薄膜の評価が困難となって来てい
る。そのため、より高感度の評価方法の確立が求められ
ている。
【0007】そこで、本発明の目的は、赤外分光光度法
を使用して、従来の方法より感度が高くかつ簡便に薄膜
の分析を行う方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る赤外分光光度法による薄膜の分析方法
は、基板上に成膜された薄膜の化学的構造を赤外分光光
度法によって分析する方法において、基板の対向する両
面を研磨し、その両面に分析対象の薄膜を成膜して薄膜
形成基板を作製し、更に薄膜形成基板の両端面に入射面
及び出射面を形成して内部多重反射体に加工し、次い
で、内部多重反射体の両薄膜成膜面上に内部多重反射体
と同じ構成の薄膜形成基板をそれぞれ薄膜同士密着させ
るようにして積層させた測定試料を作製し、赤外分光光
度法による測定装置に測定試料を配置した上で、内部多
重反射体に赤外光を入射し、内部多重反射体の両薄膜面
で全反射させて赤外スペクトルを求め、更に前記基板と
同じ基板材料にて内部多重反射体と同じ形状、寸法に作
製したリファレンス試料の赤外スペクトルと比較して、
薄膜の化学的構造を分析することを特徴としている。
【0009】本発明方法は、フーリエ変換赤外分光光度
法を利用して基板上の薄膜の化学的構造を分析、評価す
るのに好適であって、基板の種類及び薄膜の種類を問わ
ず適用でき、例えばシリコンウェーハ上に成膜された酸
化膜或いは窒化膜等の無機物の膜、及び有機物の膜につ
いて赤外スペクトルを高い感度で得ることが出来る。本
発明方法で使用する測定装置は、フーリエ変換赤外分光
光度法による既知の測定装置であって、赤外光の入射角
度は、従来と同様に45°〜60°の範囲である。また
内部多重反射体の寸法は、フーリエ変換赤外分光光度法
を適用する従来の試料の寸法と同様で良く、例えば、厚
さは0.5mm〜5mm程度であり、入射面及び出射面の薄
膜面に対する角度は、双方とも45°〜60°の範囲で
ある。
【0010】
【作用】本発明では内部多重反射体とは、基板の上下両
面に薄膜が成膜された基板を言い、内部多重反射体を更
にその両面から内部多重反射体と同じ構成の薄膜成膜基
板で挟むことにより、薄膜が厚くなり、入射された赤外
光は、薄膜により赤外線吸収されつつ2枚の薄膜面の間
で多数回にわたり全反射して出射面より出射することに
より、高感度で赤外スペクトルを得ることができる。よ
って、従来の方法では技術的に分析困難であった極めて
薄い薄膜の元素分析、成分比率、化学結合等の化学的構
造を分析、評価することができる。また、内部多重反射
体の上下薄膜形成面上に積層する基板は内部多重反射体
と同じ構成の薄膜形成基板であるから、別途積層する基
板を作製する必要がなく、測定試料を簡便に作製するこ
とができる。
【0011】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図1は本発明方法で使用
する薄膜形成基板の断面図、図2は内部多重反射体の一
例を示す斜視図、図3は測定試料の一例の模式的縦断面
図、図4はフーリエ変換赤外分光光度法で使用する測定
装置の要部の模式図である。本発明方法で薄膜の化学的
構造を分析、評価するには、先ず、図1に示すように、
対向する上下両面を研磨して所定厚さ(T)の基板2と
し、その両面に評価対象の薄膜4、6を所定膜厚で成膜
して、薄膜形成基板8を作製する。次いで、図2に示す
ように、長さ(L)及び幅(W)を所定寸法に加工し、
上面12及び下面14にそれぞれ薄膜4、6を備え、か
つ下面14に対してそれぞれ所定角度θI 、θ O(θI
=θ O)を成す入射面11及び出射面13をそれぞれ薄
膜形成基板8の両端面に形成して、内部多重反射体10
を作製する。
【0012】次に、内部多重反射体の上面12及び下面
14と同じ寸法の長さと幅を備える上側基板16及び下
側基板18を図1に示す薄膜形成基板8からそれぞれ作
製し、図3に示すように、内部多重反射体10の上面1
2及び下面14に薄膜同士を密着させて重ね合わせ、内
部多重反射体10の上下面に2倍の厚さの薄膜層15、
17を有する測定試料20を作製する。一方、内部多重
反射体10と同じ基板であるが、薄膜が成膜されていな
い基板で同じ寸法のリファレンス試料を作製する。
【0013】図4に示すように、フーリエ変換赤外分光
光度法による測定装置のATR測定用アタッチメントに
測定試料20をセットし、赤外光光源からの赤外光を干
渉計22にて干渉縞とし、これを所定の入射角度で内部
多重反射体10に入射させて、赤外スペクトル測定を検
出器24で行う。図3において、赤外光は、入射面11
から入射して、内部多重反射体10の上下の両薄膜層1
5、17で赤外線吸収されつつ両薄膜層15、17間で
全反射し、出射面13から出射する。
【0014】測定例 基板としてシリコンウェーハを使用し、0.625mmの
厚さ(T)に研磨、加工し、その上下研磨面に膜厚10
nmの酸化膜を成膜して、成膜シリコンウェーハを作製
した。次いで、図2に示す長さ(L)及び幅(W)をそ
れぞれ52.5mm及び20mmに加工し、更に薄膜の面に
対して角度θが45°の入射面11及び出射面13を形
成して、反射回数を84回に設定した内部多重反射体1
0を作製した。
【0015】次いで、上述した成膜シリコンウェーハか
ら内部多重反射体10の上面12及び下面14と同じ寸
法の長さと幅を備える上側基板16及び下側基板18を
それぞれ作製し、図3に示すように、内部多重反射体1
0の上面12及び下面14に密着し、薄膜同士接合して
測定試料20を作製した。
【0016】測定装置として、日本電子(株)製のモデ
ルJIR−6500を使用し、FT−IR/ATR測定
条件を以下に示す通りに設定し、結果として図5に示す
赤外スペクトルとピークの帰属を得た。 分解能 4cm-1 スキャン回数 1028 検出器 TGS 入射角 45°
【0017】本発明方法では、内部多重反射体と同じ構
成の成膜シリコンウェーハで内部多重反射体をその両面
から挟んで作製した測定試料を使用することにより、薄
膜の厚さが10nmの酸化膜の化学結合を従来のFT−
IR/ATRに比べて約2倍の感度で検出することがで
きた。尚、基板がシリコンウェーハである場合には、シ
リコンの透過波長域が1900cm-1から1700cm
-1であるため、一般的な測定波数領域は、4000cm
-1から1700cm-1となり、この波数領域に生じる吸
収ピークのみ測定できる。
【0018】
【発明の効果】本発明方法によれば、評価対象の薄膜を
両面に備える内部多重反射体の両面を同じ構成の薄膜形
成基板で薄膜同士密着接合させて作製した測定試料を使
用し、赤外分光光度法を適用して内部多重反射体内で赤
外光を全反射させることにより、従来の約2倍程度の感
度でもって基板上の薄膜の化学的構造を、分析できる分
析方法を実現している。これによって、従来の方法で
は、技術的に困難であったような膜厚の薄い薄膜の化学
的構造を非破壊的に分析し、評価することができる。し
かも、内部多重反射体の上下薄膜形成面上に積層する基
板は内部多重反射体と同じ構成の薄膜形成基板であるか
ら、別途積層する基板を作製する必要がなく、測定試料
を簡便に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法で使用する薄膜形成基板の断面図で
ある。
【図2】本発明方法で使用する内部多重反射体の一例を
示す斜視図である。
【図3】測定試料の一例の模式的縦断面図である。
【図4】フーリエ変換赤外分光光度法で使用する測定装
置の要部の模式図である。
【図5】本発明方法による測定結果を示す赤外スペクト
ル図である。
【図6】図6(a)及び(b)はそれぞれ従来のFT−
IR/ATRを適用して成膜シリコンウェーハを測定す
る方法を説明する模式的縦断面図である。
【符号の説明】
2 基板 4、6 薄膜 8 薄膜形成基板 10 内部多重反射体 11 入射面 12 内部多重反射体の上面 13 出射面 14 内部多重反射体の下面 15、17 薄膜層 16 上側基板 18 下側基板 20 測定試料 22 干渉計 24 検出器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に成膜された薄膜の化学的構造を
    赤外分光光度法によって分析する方法において、 基板の対向する両面を研磨し、その両面に分析対象の薄
    膜を成膜して薄膜形成基板を作製し、更に薄膜形成基板
    の両端面に入射面及び出射面を形成して内部多重反射体
    に加工し、 次いで、内部多重反射体の両薄膜成膜面上に内部多重反
    射体と同じ構成の薄膜形成基板をそれぞれ薄膜同士密着
    させるようにして積層させた測定試料を作製し、 赤外分光光度法による測定装置に測定試料を配置した上
    で、内部多重反射体に赤外光を入射し、内部多重反射体
    の両薄膜面で全反射させて赤外スペクトルを求め、更に
    前記基板と同じ基板材料にて内部多重反射体と同じ形
    状、寸法に作製したリファレンス試料の赤外スペクトル
    と比較して、薄膜の化学的構造を分析することを特徴と
    する赤外分光光度法による薄膜の分析方法。
  2. 【請求項2】 基板がシリコンウェーハであることを特
    徴とする請求項1に記載の赤外分光光度法による薄膜の
    分析方法。
JP17170694A 1994-06-30 1994-06-30 赤外分光光度法による薄膜の分析方法 Pending JPH0815138A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990088623A (ko) * 1998-05-28 1999-12-27 가부시키가이샤 어드밴티스트 표면상태측정방법및장치
US6040114A (en) * 1996-04-26 2000-03-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Pattern forming method

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