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【発明の名称】 表面状態測定装置及び方法
【発明者】 【氏名】吉田 春雄

【氏名】遠藤 礼暁
【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。
【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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 Access 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、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）ＦＥＴ（Field Effect Transistor）の動作中の電界（約４×１０6Ｖ／ｃｍ）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２４２ｎｍ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Ｈ2Ｏ、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＝Ｈ2、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 Radiation 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１０２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１０２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 Chromatography/Mass Spectroscopy）、ＡＰＩＭＳ（Atmospheric 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１１−９５８５３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３８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３８とを有する。
【００３６】位置検出手段１７は、２つのレーザ光源１８、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１１−９５８５３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１２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 and 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３００ｍｍ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３００ｍｍ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１２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１４の表面で赤外線が屈折する。ここで、半導体ウェハ１２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θ3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１２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°〜−９０°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１２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１２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１０％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θ3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。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１４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２０、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１２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。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１２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４４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、２４ａ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、ＣＣＤ２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１８ａ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、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、ＣＣＤ２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、２２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。
【出願人】 【識別番号】３９０００５１７５
【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト
【出願日】 平成１２年１月６日（２０００．１．６）
【代理人】 【識別番号】１０００８７４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】北野 好人
【公開番号】 特開２００１−１９４３２０（Ｐ２００１−１９４３２０Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−９６４（Ｐ２０００−９６４）