(57)【要約】【課題】インコヒーレント光を用いた測定において回折限界以下の空間分解能を得る。【解決手段】膜質評価装置１は、マイケルソン干渉計３で赤外光の干渉光を形成した後に、ビームスプリッタ１２で第１の測定光と第２の測定光に分岐させる。第１の測定光と第２の測定光は、測定対象物Ｗの表面に位置をずらして照射させる。これにより、２つの測定光が重ねあわされる領域と重ね合わされない領域が形成される。差分処理部２１で２つの測定光を受光したときの光強度信号の差分を算出し、このデータに基づいてフーリエ変換することで赤外スペクトルを得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インコヒーレントな赤外光を出力する赤外光源と、
赤外光から干渉光を形成する干渉計と、
干渉光を第１の測定光と第２の測定光に分岐させると共に、第１の測定光と第２の測定光とを一部が重なり合うように測定対象物の表面に入射させる光学系と、
前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第１の測定光が入射され、その光量に応じて信号を出力する第１の検出器と、
前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第２の測定光が入射され、その光量に応じて信号を出力する第２の検出器と、
前記第１の検出器から出力される信号及び前記第２の検出器から出力される信号の差とそれら信号の重複部分の少なくとも一方を算出して処理信号として出力するデータ処理部と、
前記データ処理部から出力される処理信号をフーリエ変換するフーリエ変換部と、
を含むことを特徴とする膜質評価装置。
【請求項２】
前記光学系は、前記測定対象物に入射する前の第１の測定光と第２の測定光の少なくとも一方のビーム形状を整形するビーム整形機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の膜質評価装置。
【請求項３】
前記光学系は、第１の測定光と第２の測定光の少なくとも一方が前記測定対象物に照射されるときの入射角度及び入射位置を変更可能な調整機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の膜質評価装置。
【請求項４】
前記光学系は、第１の測定光が前記測定対象物に入射するときの入射角と、第２の測定光が前記測定対象物に入射するときの入射角とを一致させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の膜質評価装置。
【請求項５】
前記光学系は、第１、第２の測定光のそれぞれが前記測定対象物に照射されるときの光軸位置のずれ量を、前記データ処理部で検出信号の差を算出するときには前記赤外光源から出力される赤外光の回折限界以下にし、前記データ処理部で検出信号の重複成分を算出するときには前記赤外光源から出力される赤外光の回折限界以上にすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の膜質評価装置。 
【請求項６】
インコヒーレントな赤外光を赤外光源から出力させ、赤外光から干渉光を形成する工程と、
干渉光を第１の測定光と第２の測定光に分岐させると共に、第１の測定光と第２の測定光とを一部が重なり合うように測定対象物の表面に入射させる工程と、
前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第１の測定光を第１の検出器で検出し、その光量に応じて信号を出力する工程と、
前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第２の測定光を第２の検出器で検出し、その光量に応じて信号を出力する工程と、
前記第１の検出器から出力される信号及び前記第２の検出器から出力される信号の差とそれら信号の重複部分の少なくとも一方を算出して処理信号として出力する工程と、
処理信号をフーリエ変換して赤外線スペクトルを算出する工程と、
を含むことを特徴とする膜質評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜質評価装置及び膜質評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フーリエ変換赤外分光光度計（以下、ＦＴ−ＩＲという）は、赤外光を用いた分光法として知られており、フーリエ変換を利用して物質の赤外領域における赤外透過スペクトル又は反射スペクトルを測定し、測定対象物の状態や分子構造などの測定を行うものである。ＦＴ−ＩＲ分析における測定対象物としては、有機化学材料の他に、半導体材料があげられる。測定対象物が半導体材料である場合、ＦＴ−ＩＲは、例えば、シリコンウェハ中のリンやホウ素などの不純物濃度測定や、シリコン窒化膜中の水素濃度測定、酸化膜中に形成されたボイドの密度測定などに用いられる。
【０００３】
従来のＦＴ―ＩＲ装置には、インコヒーレントな赤外光を放射する光源と、マイケルソン干渉計を有し、赤外光を干渉光（インターフェログラム）に変換して測定を行うものがある。干渉光は、測定対象物に照射され、その透過光や反射光を赤外検出器で受光する。赤外検出器から出力される電気信号は、増幅等された後にデジタル信号に変換される。このデジタル信号をフーリエ変換すると、測定対象物の赤外透過スペクトル又は反射スペクトルが得られる。
【０００４】
ここで、ＦＴ−ＩＲ分析に赤外光を使用する場合、赤外光の波長が２μｍ〜１０μｍ程度であるために空間分解能が１０μｍ程度になる。したがって、例えば、酸化膜中の形成されたボイドの密度を測定する場合、ボイドの密度が非常に小さく、かつ赤外線内に含まれるボイド数が非常に少ないときには測定感度が低くなる。
【０００５】
これに対し、可視光を用いて分光を行う場合には、２つの光線を用いて回線限界以下の情報を得る技術が開発されており、超解像技術といわれている。超解像技術を用いた分析装置としては、例えば、２つのコヒーレント光源から偏光方向が互いに直交するような２本のビームを同軸に重ねて測定対象物に照射し、それらの透過光を偏光性ビームスプリッタで分離して２つの検出器で検出するものがある。２本のビームのうち、１本のビームのビームプロファイルを中心部分のパワーが０となるような双峰状にすると、２つの検出器から出力される信号の差分から回折限界の約１／２の領域の情報が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２３４３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、測定光にインコヒーレント光を用いる場合には、偏光方向を制御することが難しいため、コヒーレント光を用いた超解像技術を用いて空間分解能を向上させることは困難であった。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、インコヒーレント光を用いた測定において回折限界以下の空間分解能を得ることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の一観点によれば、インコヒーレントな赤外光を出力する赤外光源と、赤外光から干渉光を形成する干渉計と、干渉光を第１の測定光と第２の測定光に分岐させると共に、
第１の測定光と第２の測定光とを一部が重なり合うように測定対象物の表面に入射させる光学系と、前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第１の測定光が入射され、その光量に応じて信号を出力する第１の検出器と、前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第２の測定光が入射され、その光量に応じて信号を出力する第２の検出器と、前記第１の検出器から出力される信号及び前記第２の検出器から出力される信号の差とそれら信号の重複部分の少なくとも一方を算出して処理信号として出力するデータ処理部と、前記データ処理部から出力される処理信号をフーリエ変換するフーリエ変換部と、を含むことを特徴とする膜質評価装置が実現される。
【０００９】
また、本願の別の観点によれば、インコヒーレントな赤外光を赤外光源から出力させ、赤外光から干渉光を形成する工程と、干渉光を第１の測定光と第２の測定光に分岐させると共に、第１の測定光と第２の測定光とを一部が重なり合うように測定対象物の表面に入射させる工程と、前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第１の測定光を第１の検出器で検出し、その光量に応じて信号を出力する工程と、前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第２の測定光を第２の検出器で検出し、その光量に応じて信号を出力する工程と、前記第１の検出器から出力される信号及び前記第２の検出器から出力される信号の差とそれら信号の重複部分の少なくとも一方を算出して処理信号として出力する工程と、処理信号をフーリエ変換して赤外線スペクトルを算出する工程と、を含むことを特徴とする膜質評価方法が実現される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、データ処理部によって２つの測定光の重なり合う領域又は重ならない領域についての処理信号が算出され、この処理信号をフーリエ変換することで赤外スペクトルが得られる。これにより、インコヒーレントな赤外光の回折限界以下の空間分解能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る膜質評価装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、測定対象物及びその近傍を拡大すると共に、２つの測定光が測定対象物の表面に形成するビームスポットを模式的に示す図である。
【図３】図３は、測定対象物及びその近傍を拡大する図であって、測定対象物である薄膜の好適な膜厚を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る膜質評価装置の変形例を示す図である。
【図５】図５は、測定対象物及びその近傍を拡大した図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る膜質評価装置の概略構成を示す図である。
【図７】図７は、測定対象物及びその近傍を拡大した図である。
【図８】図８は、２つの測定光が測定対象物の表面に形成するビームスポットを模式的に示す図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施の形態に係る膜質評価装置の概略構成を示す図である。
【図１０】図１０は、２つの測定光が測定対象物の表面に形成するビームスポットを模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る膜質評価装置の概略構成を示す図である。
【図１２】図１２は、ビーム成形機構の概略構成を示す図である。
【図１３】図１３は、２つの測定光が測定対象物の表面に形成するビームスポットを模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施の形態に係る膜質評価装置の概略構成を示す図である。
【図１５】図１５は、測定対象物及びその近傍を拡大すると共に、２つの測定光が測定対象物の表面に形成するビームスポットを模式的に示す図である。
【図１６】図１６は、図１５から２つの測定光をさらに近づけて測定対象物に照射したときの図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
（第１の実施の形態）
図１にＦＴ−ＩＲ分析が可能な膜質評価装置の概略構成を示す。膜質評価装置１は、インコヒーレントな赤外光を出力する赤外光源２を有する。赤外光源２には、例えば、高輝度セラミック光源や、ハロゲンランプなど、２μｍ〜１０μｍの波長の赤外光を出力できる構成が選択される。そして、赤外光源２から出力される赤外光の光軸上には、マイケルソン干渉計３が設けられている。
【００１４】
マイケルソン干渉計３は、ビームスプリッタ４と、固定鏡５及び可動鏡６を含んで構成されている。ビームスプリッタ４は、赤外光源２から出力される赤外光の光軸に対して４５°傾斜して配置されており、赤外光を２つの光路に分岐させる。２つに分岐させられた一方の赤外光の光路の光軸上には、全反射ミラーである固定鏡５が配置されている。ビームスプリッタ４で分岐させられた他方の赤外光の光路の光軸上には、全反射ミラーである可動鏡６が配置されている。可動鏡６は、例えば、図示を省略する１軸の移動ステージの上に固定されており、ステッピングモーターによって、図１に矢印で示すように赤外線の光軸に沿って往復移動可能、つまりビームスプリッタ４に近接及び離隔可能に構成されている。
【００１５】
ここで、固定鏡５及び可動鏡６には、それぞれ全反射ミラーが用いられているので、固定鏡５及び可動鏡６のそれぞれで反射させられた赤外光は再びビームスプリッタ４に入射して重ね合わされる。可動鏡６が赤外線の光軸に沿って往復移動することから、ビームスプリッタ４に入力される２つの赤外光の反射光には、光路差が生じる。その結果、２つの赤外光の反射光の光路差に基づいて２つの光が干渉して干渉光（インターフェログラム）が形成される。そして、このようにして形成された干渉光は、マイケルソン干渉計３から出力される。なお、マイケルソン干渉計３では、可動鏡６の位置によって決まる光路差が生じた状態で２つの赤外光が重ね合わされるので、可動鏡６の位置の関数として干渉スペクトルを測定してフーリエ変換を行うことでスペクトルを得ることが可能になる。
【００１６】
さらに、マイケルソン干渉計３から出力される干渉光の光路上には、干渉光の光路を折り曲げる固定鏡１１と、ビームスプリッタ１２とが順番に配置されている。ビームスプリッタ１２で２つに分岐させられた一方の干渉光（第１の測定光）の光軸Ｌ１上には、固定鏡１３及び固定鏡１４が順番に配置されている。一方、ビームスプリッタで２つに分岐させられた他方の干渉光（第２の測定光）の光軸Ｌ２上には、固定鏡１５及び固定鏡１６が順番に配置されている。
【００１７】
固定鏡１３、１４は、第１の測定光が測定対象物Ｗに所定の第１の角度θ１で入射させ
るように角度が調整されている。また、固定鏡１５、１６は、第２の測定光が測定対象物Ｗに所定の第２の角度θ２で入射され、かつ測定対象物Ｗの内部において第１の測定光と交差するように、角度が調整されている。なお、２つの測定光が交差する位置、つまり２つの光路Ｌ１、Ｌ２が交わる位置は、測定対象物Ｗの内部に限定されずに、測定対象物Ｗの手前又は奥でも良い。
【００１８】
さらに、測定対象物Ｗを透過した第１の測定光の光軸Ｌ１上には第１の検出器１７が配置されており、第１の検出器１７の出力は第１のゲイン可変アンプ１８に接続されている。また、測定対象物Ｗを透過した第２の測定光の光路Ｌ２上には第２の検出器１９が配置されており、第２の検出器１９の出力は第２のゲイン可変アンプ２０に接続されている。これら検出器１７，１９には、例えば、ＤＴＧＳ（Deuteriated triglycine sulfate）検出器が用いられ、赤外光の強度に比例する光強度信号を出力するように構成されている。各ゲイン可変アンプ１８，２０は、２つの検出器１７，１９の出力信号が同一レベルになるように信号を増幅する構成を有する。
【００１９】
２つのゲイン可変アンプ１８，２０の出力は、データ処理部である差分処理部２１に接続されている。差分接続部２１は、２つのゲイン可変アンプ１８，２０のそれぞれから出力されたアナログ信号の差を算出する構成を有し、算出結果である差分データ（処理信号）はＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換器２２にてデジタル信号に変換された後、データ処理用のコンピュータ２３に入力される。コンピュータ２３は、差分データを取得してフーリエ変化することで赤外スペクトルを算出するフーリエ変換部として機能させることができる。さらに、赤外スペクトルを表示したり、出力したり、記録することが可能になっている。なお、差分処理部２１と、Ａ／Ｄ変換器２２と、コンピュータ２３とで１つの処理装置を構成することも可能である。
【００２０】
次に、この膜質評価装置１を用いた膜質評価方法について説明する。測定対象物Ｗとしては、例えば、図２に示すように、組成が既知の基板Ｗ１上にボイドの密度測定などを行う測定対象となる薄膜Ｗ２を設けた構成を有するものを使用する。なお、測定対象物Ｗは、図２に示す構成に限定されない。
【００２１】
最初に、測定対象物Ｗを所定の検査位置に配置し、赤外光源２から赤外光を放射させる。マイケルソン干渉計３が赤外光から干渉光を形成し、干渉光をビームスプリッタ１２で第１の測定光と第２の測定光とに分岐させる。これら測定光は、固定鏡１３〜１６で折り返されて測定対象物Ｗの薄膜Ｗ２の所定位置に照射される。
【００２２】
さらに、図２に示すように、薄膜Ｗ２の表面において、光軸Ｌ１を有する第１の測定光はビームスポットＢＳ１を形成する。また、光軸Ｌ２を有する第２の測定光は、薄膜Ｗ２の表面においてビームスポットＢＳ２を形成する。そして、この膜質評価装置１では、第１の測定光のビームスポットＢＳ１と第２の測定光のビームスポットＢＳ２とが一部のみ重なるように交点位置及び入射角度が設定されている。図２の例では、２つの測定光は、薄膜Ｗ２の表面に対して斜めに入射するので、薄膜表面におけるビームスポットＢＳ１，ＢＳ２は楕円形になる。さらに、２つの測定光の中央部分が重なり、外周部分の一部が重ならないようになっている。これにより、２つの測定光が重なる領域ＡＲ１が中央に形成され、その両端に測定光が重ならない領域ＡＲ２が２つ形成される。重ならない領域ＡＲ２は、それぞれが略三日月形になっており、２つの領域ＡＲ２の合計の面積は重なる領域ＡＲ１の面積より小さくなっている。なお、ビームスポットＢＳ１，ＢＳ２の大きさや形状、領域ＡＲ１，ＡＲ２の大きさ及び形状並びに配置は、２つの測定光の入射角度や光径を設定することで変化させることが可能である。
【００２３】
そして、第１の測定光が薄膜Ｗ２及び基板Ｗ１を透過することで、その領域の薄膜Ｗ２
及び基板Ｗ１の情報を含んだ光が、第１の検出器１７に入力する。同様に、第２の測定光が薄膜Ｗ２及び基板Ｗ１を透過することで、その領域の薄膜Ｗ２及び基板Ｗ１の情報を含んだ光が、第２の検出器１９に入力する。
【００２４】
各検出器１７，１９の出力信号は、各ゲイン可変アンプ１８，２０でレベル調整された後に、差分処理部２１に入力される。差分処理部２１は、２つの出力信号の差を算出する。これのとき得られる情報は、第１の測定光と第２の測定光に共通に含まれる情報が除去されたものになる。すなわち、図２に示すような、第１の測定光と第２の測定光が重ならない領域ＡＲ２の情報が得られる。さらに、基板Ｗ１だけの場合の赤外スペクトルを予め測定しておき、得られた情報から基板Ｗ１に起因する情報をバックグラウンドとして除去すれば、図２においてハッチングで示される薄膜Ｗ２の領域の情報が得られる。なお、この実施の形態では、測定対象物Ｗを透過した光を用いているので、薄膜Ｗ２の内部の情報も得られる。
【００２５】
そして、マイケルソン干渉計３の可動鏡６を動かしながら、差分データを取得し、差分データをフーリエ変換すれば、赤外光を用いた薄膜Ｗ２の赤外透過スペクトルが得られる。
【００２６】
ここで、領域ＡＲ２の大きさが、測定に使用する赤外光の回折限界より小さくなるように、測定光の交差位置及び交差角度を設定しておけば、この膜質評価装置１では赤外光の回折限界以下の空間分解能を有する赤外吸収スペクトルが得られる。例えば、膜質評価として薄膜Ｗ２に形成されたボイドの密度を測定する場合、ボイドの大きさが赤外光の回折限界より小さくても、この膜質評価装置１で得られる赤外吸収スペクトルからはボイドの有無や密度の計測が可能になる。
【００２７】
なお、図３に示すように、測定対象となる薄膜Ｗ２の膜厚が厚いと、薄膜Ｗ２の表面側において形成される２つの測定光の重なっていない領域ＡＲ２より、薄膜Ｗ２の裏面側（基板Ｗ１側）において形成される２つの測定光が重なっていない領域ＡＲ３の方が大きくなることがある。ここで、この膜質評価装置１における赤外透過スペクトルの空間分解能は、２つの測定光が重ならない領域の面積（長さ）によって定まると考えられる。したがって、図３の例における赤外透過スペクトルの空間分解能は、薄膜Ｗ２の裏面側の大きさになってしまう。このため、薄膜Ｗ２の表面側から想定した空間分解能より、実際の空間分解能が低くなる。
【００２８】
このような事態を避けるために、測定対象物Ｗに対する測定光の入射角度θ１，θ２を小さくして、薄膜Ｗ２の表面側と裏面側の各領域ＡＲ２，ＡＲ３の大きさの差を小さくすることが好ましい。
【００２９】
さらに、測定対象となる薄膜Ｗ２の膜厚は、薄いことが好ましい。特に、図３に示すように、理想的な膜厚ｄｗは、Ｄ１／ｔａｎθ１及び／又はＤ１／ｔａｎθ２以下とすることが好ましい。ここで、Ｄ１は、薄膜Ｗ２の表面における２つの測定光のずれ量である。
【００３０】
以上、説明したように、この実施の形態では、２つの測定光を用い、測定対象物Ｗ上で２つの測定光のビームスポットＢＳ１，ＢＳ２が一部ずれるように照射し、２つの測定光に含まれる共通の情報を除去して赤外透過スペクトルを算出するようにした。これにより、測定光のビームスポットＢＳ１，ＢＳ２より狭い領域についての赤外透過スペクトルが得られる。したがって、従来に比べて空間分解能を高めることができる。空間分解能を高めることで、例えば、薄膜Ｗ２中に形成された微小なボイドの密度の測定などが可能になる。
【００３１】
ここで、膜質評価装置１の光学系は、第１、第２の測定光を集光して測定対象物Ｗに入射するように構成しても良い。例えば、図４に示すように、第１の測定光の光軸Ｌ１上で、測定対象物Ｗの手前側に赤外線用のコンデンサレンズ２５を挿入すると共に、測定対象物Ｗと第１の検出器１７との間に、赤外線用の対物レンズ２６を挿入する。同様に、第２の測定光の光軸Ｌ２上で、測定対象物Ｗの手前側に赤外線用のコンデンサレンズ２７を挿入すると共に、測定対象物Ｗと第２の検出器１９との間に、赤外線用の対物レンズ２８を挿入する。これにより、薄膜Ｗ２に入射する測定光のビーム径をさらに縮小できるので、さらに空間分解能を高めることができる。なお、赤外線用のコンデンサレンズ２５，２７や対物レンズ２６，２８は、赤外光を透過させる物質、例えばゲルマニウムを用いて製造される。
【００３２】
図５に示すように、２つの測定光の入射角度を同じにすれば、測定対象物Ｗを透過することによる赤外線の減衰などが２つの測定光において略同じになるので、検出器１７，１９で測定する赤外光の光強度が略同一のレベルになる。このため、２つのゲイン可変アンプ１８，２０で増幅率を個別に調整する必要がなくなる。さらに、通常のＦＴ−ＩＲでは、透過光と測定対象物Ｗの裏面（入射面と反対側の面）及び入射面から反射した光が干渉することがあった。この場合には、赤外スペクトルに測定対象物Ｗの膜厚に依存するうねりが生じてしまう。これに対して、２つの測定光の入射角度を同じにすれば、うねりの周期が２つの測定光において同じになる。これにより、測定対象物Ｗの裏面等における反射の影響を受けているか否かを容易に判断できるようになる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図６に膜質評価装置の概略構成を示す。膜質評価装置３１は、第１、第２のゲイン可変アンプ１８，２０の出力が加算処理部３２と、第１の差分処理部３３のそれぞれに接続されており、これら処理部３２，３３と差分処理部２１でデータ処理部が構成されている。
【００３４】
加算処理部３２は、２つの測定光の少なくとも一方が照射された領域についての情報を含む加算信号を作成する。第１の差分処理部３３は、２つの測定光の一方のみが照射された領域についての情報を含む第１の差分データを作成する。さらに、これら２つの処理部３２，３３の出力が第２の差分処理部３４に接続されている。第２の差分処理部３４は、加算信号から第１の差分データを引く処理を行う。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
次に、この膜質評価装置３１における測定方向について説明する。
まず、赤外光源２から出力させた赤外光を用いて、マイケルソン干渉計３で干渉光に形成する。さらに、干渉光を２つの測定光に分岐させ、それぞれの測定光を測定対象物Ｗに対して一部が重なり合うように照射させる。そして、測定対象物Ｗを透過した光を２つの検出器１７，１９で受光する。各検出器１７，１９から出力される光強度信号は、各ゲイン可変アンプ１８，２０でゲイン調整された後、加算処理部３２と、第１の差分処理部３３のそれぞれに入力される。
【００３６】
加算処理部３２は、例えば図２の領域ＡＲ１と２つの領域ＡＲ２を全ての情報を含む加算信号が作成される。一方、第１の差分処理部３３では、図２の２つの領域ＡＲ２についての情報からなる第１の差分データが作成される。そして、第２の差分処理部３４が、加算信号から第１の差分データを引く。その結果、２つの測定光が重なる領域ＡＲ１についての情報が含まれる第２の差分データ（処理信号）が作成される。第２の差分データをＡ／Ｄ変換器２２でデジタル信号に変換し、その後にコンピュータ２３でフーリエ変換すると領域ＡＲ１についての赤外透過スペクトルが得られる。
【００３７】
ここで、図７及び図８に示すように、２つの測定光が重なり合う領域ＡＲ１が、重なら
ない領域ＡＲ２に比べて小さくなるように２つの測定光を測定対象物Ｗに照射すると、赤外透過スペクトルは、測定光が重なり合う領域ＡＲ１について作成される。この領域ＡＲ１は、２つの測定光が所定の入射角度で斜めに照射されることから、重なり合う領域ＡＲ１の大きさは、１つの測定光のスポット径より小さくなる。したがって、測定光の回折限界より高い空間分解能が得られる。さらに、２つの測定光が重なる領域は１箇所のみ形成されるので、測定位置を明確にできる。
【００３８】
なお、第１の実施の形態と同様に、測定光の光路Ｌ１，Ｌ２上に赤外用のコンデンサレンズ２５，２７と対物レンズ２６，２８を配置しても良い。また、２つの測定光の入射角度は同じでも良いし、異ならせても良い。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図９に膜質評価装置の概略構成を示す。この膜質評価装置４１の光学系は、前記の実施の形態と同様にビームスプリッタ１２を用いて干渉光を第１の測定光と第２の測定光に分岐させる構成を有する。さらに、第１の測定光の光軸Ｌ１上に、固定鏡１３と可動鏡４２とが配置されており、これらの光学素子で折り返された第１の測定光が、コンデンサレンズ２５を通って測定対象物Ｗに入射されるように構成されている。可動鏡４２は、調整機構である駆動機構４３に支持されており、駆動機構４３の動作がコントローラ４４で制御可能になっている。駆動機構４３は、可動鏡４２を回転及び直線移動させることで、測定対象物に対する第１の測定光の照射角度と、照射位置とをそれぞれ変更可能に構成されている。
【００４０】
また、第２の測定光の光軸Ｌ２上は、２つの固定鏡１５，１６が配置されており、固定鏡１５，１６で折り返された第２の測定光がコンデンサレンズ２７を通って測定対象物Ｗに垂直に入射されるようになっている。
【００４１】
さらに、測定対象物Ｗを透過した後の第１の測定光の光路Ｌ１上は、対物レンズ２６と、第１の検出器１７とが順番に配置されており、第１の検出器１７の出力が第１のゲイン可変アンプ１８に接続されている。同様に、測定対象物Ｗを透過した後の第２の測定光の光路Ｌ２上は、対物レンズ２８と、第２の検出器１９とが順番に配置されており、第２の検出器１９の出力がゲイン可変アンプ２０に接続されている。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００４２】
ここで、第２の測定光が測定対象物Ｗに垂直に入射するのに対し、第１の測定光は斜めに入射するので、２つの測定光の光路長を一致させる必要がある。そこで、この膜質評価装置４１では、可動鏡４２の位置及び角度に同期させて、コンデンサレンズ２５の位置、対物レンズ２６の位置、及び検出器の位置を微調整できるようになっている。例えば、コンデンサレンズ２５と対物レンズ２６を支持する支持部材に、図示を省略する駆動機構を連結させ、第１の測定光の光軸と各レンズ２５，２６の中心軸が一致するように、駆動機構を動作させると良い。また、第１の検出器１７は、例えば、測定対象物Ｗに近接又は離隔可能なステージ上に搭載される。
【００４３】
図１０に示すように、第２の測定光は、測定対象である薄膜Ｗ２上に円形のスポットＳＰ２を形成する。これに対し、測定対象物Ｗに斜めに入射させられる第１の測定光は、スポットＳＰ２より扁平な楕円形のスポットＳＰ１を薄膜Ｗ２上に形成する。２つの測定光が薄膜Ｗ２上に形成するスポットＳＰ１，ＳＰ２の形が異なるので、２つの測定光が重なり合う領域ＡＲ１と、重ならない領域ＡＲ２とができる。図１０の例では、重ならない領域ＡＲ２として、三日月形の部分が１つ形成される。
【００４４】
この膜質評価装置４１では、測定対象物Ｗに対する第１の測定光の照射位置及び照射角
度をコントローラ４４で制御することにより、重ならない領域ＡＲ２の大きさを赤外光の回折限界以下にできる。したがって、赤外スペクトルの空間分解能を赤外線の回折限界以下にできる。また、駆動機構４３を動作させることで、スポットＳＰ１，ＳＰ２が重ならない領域ＡＲ２の大きさを制御することができる。これにより、測定位置を変えたり、空間分解能を調整したりすることが可能になる。
【００４５】
さらに、図１０に示すように２つの測定光を測定対象物Ｗに照射すると、重ならない領域ＡＲ２を１箇所のみに形成することができるので、測定位置を明確にできる。なお、重ならない領域ＡＲ２が２つ形成されるように、駆動機構４３を調整しても良い。
【００４６】
さらに、図６に示すような処理部３２〜３４を設けることで、重なり合う領域ＡＲ１についての赤外透過スペクトルを取得するように構成しても良い。この場合、駆動機構４３は、重なり合う領域ＡＲ１のサイズが赤外光の回折限界より小さくなるように、第１の測定光の測定対象物Ｗに対する照射位置及び照射角度を制御する。
【００４７】
（第４の実施の形態）
図１１に膜質評価装置の概略構成を示す。この膜質評価装置５１の光学系は、第１の測定光の光軸Ｌ１で、かつ固定鏡１４と測定対象物Ｗの間に、第２のビーム成形機構５２を有する。また、第２の測定光の光軸Ｌ２で、かつ固定鏡１６と測定対象物Ｗの間に、第２のビーム成形機構５３が配置されている。さらに、測定対象物Ｗと第１、第２の検出器１７，１９のそれぞれの間に対物レンズ２６，２８が１つずつ配置されている。
【００４８】
図１２にビーム成形機構５２，５３の一例を示す。このビーム成形機構５２，５３は、２つのレンズ５５，５６を組み合わせて測定光のスポット径を拡大させるビームエキスパンダ５７と、ビームキスパンダ５７で拡大させた測定光の一部をカットする絞り５８と、絞り５８を通った後の測定光を集光するコンデンサレンズ５９とを含んで構成されている。
【００４９】
ここで、２つのビーム成形機構５２，５３において、絞り５８の形状を異ならせると、薄膜Ｗ２上でのスポット形状を異ならせることができる。例えば、第１のビーム成形機構５２の絞り５８を正方形にし、第２のビーム成形機構５３の絞り５８を横長の長方形にする。この場合、薄膜Ｗ２上では図１３に示すように、略正方形のビームスポットＢＳ３と、略長方形のビームスポットＢＳ４とが形成される。ビームスポットＢＳ３は、第１のビーム成形機構５２により形成されており、ビームスポットＢＳ４は第２のビーム成形機構５３により形成されている。ビームスポットＢＳ４は、ビームスポットＢＳ３と一部が重なるように形成されており、ビームスポットＢＳ３の全てを含んでいる。このため、２つの測定光が重なり合う領域ＡＲ１は、ビームスポットＢＳ３の形状に略等しい。そして、２つの測定光が重ならない領域ＡＲ２は、ビームスポットＢＳ４によって１つ形成される。
【００５０】
なお、ビーム成形機構５２，５３を構成する光学素子の種類及び組み合わせは任意に設定できる。例えば、絞り５８の形状や他の光学素子の組み合わせによって、測定対象物Ｗの表面におけるビームスポットの形状を、さまざまな径の円や、楕円、ライン、２つ以上のラインなどにしても良い。
【００５１】
この膜質評価装置５１では、２つの測定光の測定対象物Ｗに対する照射位置及び照射角度を制御することで、重ならない領域ＡＲ２の大きさを赤外光の回折限界以下にできる。これにより、赤外透過スペクトルの空間分解能が赤外光の回折限界以下になる。
【００５２】
このように、矩形の絞りを有するビーム成形機構５２，５３を用いることで、２つの測
定光が重ならない領域ＡＲ２の形状を略矩形にすることが可能になる。これにより、測定領域を単純な形状にでき、測定領域を特定し易くなる。さらに、図１３に示すように、重ならない領域ＡＲ２を１箇所だけ形成すると、測定位置を明確にできる。なお、膜質評価装置５１は、重ならない領域ＡＲ２を２つ形成しても良い。
【００５３】
なお、図６に示す膜質評価装置３１に、ビーム成形機構５２，５３及び対物レンズ２６，２８を付加しても良い。
また、ビーム成形機構５２，５３は、絞り５８を有しなくても良い。対物レンズ２６，２８を設けずに、測定対象物Ｗを透過した測定光を第１、第２の検出器１７，１９に直接取り込んでも良い。
２つの測定光の入射角度は同じでも良いし、異ならせても良い。
【００５４】
さらに、図６に示すような処理部３２〜３４を設けることで、重なり合う領域ＡＲ１についての赤外透過スペクトルを取得するように構成しても良い。この場合、重なり合う領域ＡＲ１のサイズが赤外光の回折限界より小さくなるように、２つの測定光の測定対象物Ｗに対する照射位置及び照射角度を制御する。
【００５５】
（第５の実施の形態）
図１４に膜質評価装置の概略構成を示す。この膜質評価装置６１の光学系は、測定光を分岐させた後で、測定対象物Ｗに照射するまでの間に、調整機構であるミラー駆動機構６２を有することを特徴とする。さらに、測定対象物Ｗを挟むようにコンデンサレンズ２５，２７と対物レンズ２６，２８を１組ずつ配置している。なお、コンデンサレンズ２５，２７と対物レンズ２６，２８は必須の構成要素ではない。
【００５６】
ミラー駆動機構６２は、ベース６３を有し、ベース６３には２つのスライダ６４，６５が移動可能に搭載されている。各スライダ６４，６５には、固定鏡１４，１６が１つずつ、ベース６３に対して所定の傾斜角度を持って固定されている。これらスライダ６４，６５は、自動ステージやピエゾによって固定鏡１４，１６を固定鏡１３，１５で折り返された光軸と略平行に移動可能になっている。固定鏡１４，１６の移動は、コントローラ６６によって制御される。なお、コンデンサレンズ２５，２７及び対物レンズ２６，２８の位置及び角度と、少なくとも一方の検出器１７，１９の位置は、固定鏡１４，１６の移動に同期して調整できるようになっている。なお、ビーム照射位置を調整する機構は、図示した構成に限定されない。
【００５７】
この膜質評価装置６１では、２つの測定光によって薄膜Ｗ２上の形成されるスポットが重ね合う領域ＡＲ１の面積を変化させることができる。すなわち、ミラー駆動機構６２で２つの固定鏡１４，１６の少なくとも一方を互いに離れる方向に移動させると、図１５に示すようにスポットＳＰ１，ＳＰ２が重なり合う領域ＡＲ１の面積を小さくできる。これに対して、ミラー駆動機構６２で２つの固定鏡１４，１６の少なくとも一方を互いに近づく方向に移動させると、図１６に示すようにスポットＳＰ１，ＳＰ２が重なる領域の面積が図１５の例に比べて大きくなる。
【００５８】
このように、ミラー駆動機構６２を用いて、測定対象物Ｗに対する２つの測定光の入射位置を制御することで、スポットＳＰ１，ＳＰ２が重ならない領域ＡＲ２の大きさを回折限界以下にすることができる。これにより、赤外透過スペクトルの空間分解能を回折限界以下にできる。さらに、ミラー駆動機構６２を動作させることで、スポットＳＰ１，ＳＰ２が重ならない領域ＡＲ２の大きさを制御することができる。これにより、測定位置を変えたり、空間分解能を調整したりすることが可能になる。
【００５９】
なお、この膜質評価装置６１では、差分処理部２１で強度信号の差分を取る構成なので
、重ならない領域ＡＲ２の赤外スペクトルが得られるが、データ処理部分の構成を図６のようにすれば、重なり合う領域ＡＲ１の赤外透過スペクトルが得られる。この場合には、ミラー駆動機構６２で、重なり合う領域ＡＲ１の大きさを回折限界以下にすれば、高い空間分解能が得られる。また、ミラー駆動機構６２の動作によって重ならない領域ＡＲ２の大きさを制御することができる。
【００６０】
なお、本発明は、各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、光学系は、固定鏡の枚数や配置は、任意に設定できる。また、コンデンサレンズと対物レンズを用いる代わりに、レンズを組み合わせて平行光を形成する光学系を用いても良い。測定対象物Ｗと検出器１７，１９の間に固定鏡を設けても良い。
【００６１】
赤外線用のコンデンサレンズ及び対物レンズは、シリコン、サファイア、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、臭沃化タリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ３）であっても良い。これらの材料は、赤外スペクトルの波数（波長）の範囲に応じて選択することができる。また、測定光をレンズで集光する代わりに、カセグレン鏡などの反射光学系を用いて集光しても良い。
【００６２】
また、検出器は、ＴＧＳ（硫酸トリグリシン）や、ＤＬＡＴＧＳ（重水素置換Ｌ−アラニン硫酸トリグリシン）などの光学結晶を用いた焦電型検出器や、半導体型のＭＣＴ（水銀カドミウムテルル）検出器などを用いても良い。また、赤外領域においては、インジウムガリウム砒素やセレン化鉛などを用いたフォトダイオードを用いることができる。遠赤外線領域においては、シリコンボロメータや、ゲルマニウムボロメータなどの検出器を用いても良い。
【００６３】
そして、各実施の形態では、測定対象物を透過した光を用いて赤外透過スペクトルを算出しているが、測定対象物を反射した光を用いて赤外反射スペクトルを算出する構成でも良い。この場合には、測定対象物を基準として入射側と同じ側に、検出器が配置される。
【００６４】
さらに、各膜質評価装置１，３１，４１，５１，６１は、測定光を３つ以上に分岐させ、その各々を測定対象物Ｗに照射するように構成しても良い。図６に示すような各処理部３２〜３４を用いて３つの測定光が全て重なり合う領域の信号を抽出し、この信号を用いてフーリエ変化を行えば、より空間分解能が高い赤外スペクトルが得られる。３つ以上の測定光を用いることで、測定領域の大きさや、形状をコントロールし易くなる。また、３つ以上の測定光から任意の２つの測定光が重なり合う領域を抽出したり、測定光が重ならない領域を抽出したりしてフーリエ変換を行っても良い。
【００６５】
なお、可視光の光源と、測定対象物Ｗの表面を撮像する撮像装置とを設け、第１、第２の測定光の光学系を用いて可視光を測定対象物Ｗに、測定光と略同じビーム形状で照射可能に構成しても良い。このように構成すると、２つ測定光の照射位置や、重なり量を可視光を用いて予め確認してから赤外スペクトルを測定することが可能になる。
【００６６】
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。
【符号の説明】
【００６７】
１，３１，４１，５１，６１  膜質評価装置
２  赤外光源
３  干渉計
１７  第１の検出器
１９  第２の検出器
２１  差分処理部（データ処理部）
２３  コンピュータ（フーリエ変換部）
３２  加算処理部
３３  第１の差分処理部（データ処理部）
３４  第２の差分処理部（データ処理部）
４２  駆動機構（調整機構）
５２，５３  ビーム成形機構
６２  ミラー駆動機構（調整機構）
ＡＲ１  重なり合う領域
ＡＲ２  重ならない領域
Ｗ  測定対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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