(57)【要約】【課題】基板上に形成された試料に損傷等を与えることなく、試料の測定を行うことができる反射測定装置及び方法を提案する。【解決手段】基板Ｐ上に形成された試料Ｓに対して測定光Ｌ１を照射しその反射光Ｌ２を検出する反射測定装置において、光源から照射された測定光Ｌ１を試料測定面Ｔに向けて送光しその反射光Ｌ２を受光する分光光度計部と、基板Ｐを支持すると共に試料Ｓを試料測定面Ｔに向けて相対移動可能な基板ステージと、を備え、試料測定面Ｔは、分光光度計部の試料台２０の表面から所定距離だけ離間するように設定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された試料に対して測定光を照射しその反射光を検出する反射測定装置において、
光源から照射された測定光を試料測定面に向けて送光しその反射光を受光する分光光度計部と、
前記基板を支持すると共に前記試料を前記試料測定面に向けて相対移動可能な基板ステージと、を備え、
前記試料測定面は、前記分光光度計部の試料台表面から所定距離だけ離間するように設定されることを特徴とする反射測定装置。
【請求項２】
前記分光光度計部が有する受光センサからの出力に基づいて前記基板ステージの位置決めを行う位置決め制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の反射測定装置。
【請求項３】
前記分光光度計部は、前記基板ステージの鉛直方向上方に配設され、前記試料台の底面側に前記試料測定面が設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反射測定装置。
【請求項４】
前記分光光度計部は、前記試料測定面に対して前記測定光を７０度以上８５度以下の範囲内の入射角で入射させて高感度反射測定を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の反射測定装置。
【請求項５】
基板上に形成された試料に対して、分光光度計部から測定光を照射しその反射光を検出する反射測定方法において、
前記基板を支持すると共に前記分光光度計部に向けて相対移動させる第一工程と、
前記分光光度計部の試料台表面から所定距離だけ離間する試料測定面に前記試料を位置決めする第二工程と、
前記測定光を前記試料測定面に向けて照射して反射測定を行う第三工程と、
を有することを特徴とする反射測定方法。
【請求項６】
第三工程において、前記分光光度計部から測定光を照射して得られる反射光に基づいて位置決め制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の反射測定方法。
【請求項７】
第一工程において、前記試料が鉛直方向上方を向くように前記基板を前記基板ステージ上に載置することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の反射測定方法。
【請求項８】
第三工程において、前記試料測定面に対して前記測定光を７０度以上８５度以下の範囲内の入射角で照射して高感度反射測定を行うことを特徴とする請求項５から請求項７のうちいずれか一項に記載の反射測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射測定装置及び反射測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に成膜された半導体素子等の薄膜（試料）の特性等を測定する方法として、薄膜の成分を光学的処理により検出するフーリエ変換赤外分光法（FT-IR：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）が知られている。フーリエ変換赤外分光法には、透過法、拡散反射法、全反射測定法（ＡＴＲ法）等の方式がある。
また、金属板のように赤外光を透過しない基板上に成膜された薄膜の測定には，反射法が用いられる。その中でも、反射法としては、薄膜に対して水平に近い角度で赤外光を入射させる高感度反射測定法（RAS法：Reflection Absorption Spectrometry)がある。
【０００３】
高感度反射測定法では、一般に、基板の薄膜（試料）形成面を下向きにして、測定装置の試料測定面に載置し、試料測定面に密着した試料に対して下方から測定光（赤外光）を照射し、その反射光（干渉光）を受光・フーリエ変換して、赤外スペクトルを得ている。
【特許文献１】特開２００５−２４９６７４号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の技術では、基板に成膜した薄膜等の試料を測定装置の試料測定面に密着させる必要がある。
しかしながら、薄膜等の試料を物理的に試料測定面に接触させると、薄膜等の試料に損傷が発生したり、異物が混入したりしてしまう。このため、高感度反射測定法を行った基板は、そのまま製品として出荷することができず、廃棄されてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、基板上に形成された試料に損傷等を与えることなく、試料の測定を行うことができる反射測定装置及び反射測定方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る反射測定装置及び反射測定方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、基板上に形成された試料に対して測定光を照射しその反射光を検出する反射測定装置において、光源から照射された測定光を試料測定面に向けて送光しその反射光を受光する分光光度計部と、前記基板を支持すると共に前記試料を前記試料測定面に向けて相対移動可能な基板ステージと、を備え、前記試料測定面は、前記分光光度計部の試料台表面から所定距離だけ離間するように設定されることを特徴とする。
【０００７】
これにより、基板上に形成された試料は、分光光度計部の試料台表面に直接接触しないので、試料が損傷したり、異物が混入したりすることを回避できる。
【０００８】
また、前記分光光度計部が有する受光センサからの出力に基づいて前記基板ステージの位置決めを行う位置決め制御部を備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、基板上に形成された試料を試料測定面に高精度に位置決めすることができる。
【００１０】
また、前記分光光度計部は、前記基板ステージの鉛直方向上方に配設され、前記試料台の底面側に前記試料測定面が設定されることを特徴とする。
【００１１】
これにより、試料が鉛直方向上方を向くようにして基板を基板ステージ上に載置すればいいので、取り扱いが容易となる。
【００１２】
また、前記分光光度計部は、前記試料測定面に対して前記測定光を７０度以上８５度以下の範囲内の入射角で入射させて高感度反射測定を行うことを特徴とする。
【００１３】
これにより、試料の特性を高精度に分析することができる。
【００１４】
第２の発明は、基板上に形成された試料に対して、分光光度計部から測定光を照射しその反射光を検出する反射測定方法において、前記基板を支持すると共に前記分光光度計部に向けて相対移動させる第一工程と、前記分光光度計部の試料台表面から所定距離だけ離間する試料測定面に前記試料を位置決めする第二工程と、前記測定光を前記試料測定面に向けて照射して反射測定を行う第三工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、基板上に形成された試料は、分光光度計部の試料台表面に直接接触しないので、試料が損傷したり、異物が混入したりすることを回避できる。
【００１６】
また、第三工程において、前記分光光度計部から測定光を照射して得られる反射光に基づいて位置決め制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
これにより、基板上に形成された試料を試料測定面に高精度に位置決めすることができる。
【００１８】
また、第一工程において、前記試料が鉛直方向上方を向くように前記基板を前記基板ステージ上に載置することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の反射測定方法。
【００１９】
これにより、試料が形成された基板の取り扱いが容易となる。
【００２０】
第三工程において、前記試料測定面に対して前記測定光を７０度以上８５度以下の範囲内の入射角で照射して高感度反射測定を行うことを特徴とする請求項５から請求項７のうちいずれか一項に記載の反射測定方法。
【００２１】
これにより、試料の特性を高精度に分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る反射測定装置及び反射測定方法の実施形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る高感度反射測定装置１０の概略構成を示す模式図である。図２は、試料測定面付近の拡大図である。
【００２３】
高感度反射測定装置１は、基板Ｐ上に形成された試料Ｓに対して測定光Ｌ１を照射しその反射光Ｌ２を検出することで高感度反射測定を行う装置であって、測定光Ｌ１を照射し反射光Ｌ２を受光して分析を行う分光光度計部１０と、試料Ｓが形成された基板Ｐを載置しつつ、基板Ｐを移動させる基板ステージ３０とから構成される。
【００２４】
分光光度計部１０は、赤外線の測定光Ｌ１を出射する光源部１２と、光源部１２からの測定光Ｌ１を試料Ｓに向けて集光（送光）し、その反射光Ｌ２を出射する光学系１４と、光学系１４からの反射光Ｌ２を受光する受光部１６と、受光部１６の検出結果を分析する信号処理部１８等から構成される。
【００２５】
光源部１２は、不図示の光源と干渉計を備え、赤外領域の測定光（ｐ偏光）を出射する。
光学系１４は、複数のミラー１４ａ〜１４ｆを備える。ミラー１４ａ〜１４ｆには、アルミニウムや金の蒸着ミラーが用いられる。これらミラー１４ａ〜１４ｆ（光学系１４）は、試料台２０内に収容される。
この試料台２０の対向する側面には、測定光Ｌ１が入射する開口２１と反射光Ｌ２が出射する開口２２が形成される。更に、測定光Ｌ１が出射し、試料Ｓからの反射光Ｌ２が入射する開口２３も形成される。
そして、光学系１４は、開口２３に臨む位置に設定される試料測定面Ｔ（仮想面）の法線に対して、測定光Ｌ１が７０度以上８５度以下の入射角となるように調整される。
【００２６】
試料測定面Ｔには、基板Ｐ上に形成された試料Ｓの表面が一致するように配置される。そして、試料Ｓに対して７０度以上８５度以下の入射角で入射した測定光Ｌ１は、試料Ｓの表面で数％程度反射するが、殆どはそのまま試料を透過して基板Ｐまで達する。そして、測定光Ｌ１は、基板Ｐの表面で略全反射して、試料Ｓの表面から出射する。
入射角度が大きい場合には、同じ厚さの試料Ｓでも透過する距離が長くすることができ、高精度に試料Ｓの特性を検出することが可能となる。
なお、図２に示すように、試料測定面Ｔは試料台２０の底面（開口２３が形成された面）から僅かに離れた位置に設定される。なお、試料測定面Ｔは、仮想的な平面である。
【００２７】
受光部１６は、試料台２０の開口２２から出射する反射光Ｌ２を受光して、電気信号に変換する。
信号処理部１８は、受光部１６からの電気信号を処理して、インターフェログラムを得て、更にフーリエ変換により赤外スペクトルを求める。そして、信号処理部１８は、得られた赤外スペクトルを不図示のディスプレイに表示したり、不図示のプリンタに印字・印刷したりする。
【００２８】
基板ステージ３０は、表面に試料Ｓが形成された基板Ｐを、その裏面側に密着するようにして支持し、更に基板Ｐを移動させるものであって、基板Ｐの裏面を吸引吸着する基板ホルダ３２と基板ホルダ３２を移動させる搬送部３４とステージ制御部３６等から構成される。
基板ホルダ３２は、平坦な板状部材の表面に複数の吸引孔（不図示）が形成されており、基板Ｐの裏面に密着して、吸引孔を負圧にすることで、基板Ｐの裏面を吸引保持する。
【００２９】
搬送部３４は、基板ホルダ３２を互いに直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に移動可能な機構を備える。例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のそれぞれ毎に、リニアスライダとリニアモータからなる直動機構を備える。
そして、搬送部３４は、基板ホルダ３２上に基板Ｐを吸着保持した状態で、分光光度計部１０の試料台２０の底面から僅かに離れた位置に設定された試料測定面Ｔに向けて、基板Ｐを移動させる。更に、基板Ｐ上に形成された試料Ｓの表面を試料測定面Ｔに一致させるように高精度に位置決めするようになっている。
【００３０】
基板Ｐ上の試料Ｓを試料測定面Ｔに高精度に一致させるために、搬送部３４は、分光光度計部１０の受光部１６の出力に基づいて制御される。
すなわち、分光光度計部１０の光源部１２から測定光Ｌ１を照射した状態で、搬送部３４により基板Ｐ（試料Ｓ）を試料測定面Ｔに向けて移動させると、基板Ｐ上の試料Ｓが試料測定面Ｔに近づくに従って試料Ｓの表面で反射する測定光Ｌ１が多くなる。そして、基板Ｐ上の試料Ｓの表面が試料測定面Ｔに一致したときに、受光部１６の受光量（入射光量）が最大となる。なぜなら、分光光度計部１０の光学系１４は、基板Ｐ上の試料Ｓの表面が試料測定面Ｔに一致したときに、受光部１６の受光量が最大とって試料Ｓを高精度に分析できるように、予め設定してあるからである。
【００３１】
受光部１６の受光量は、ステージ制御部３６に送られ、ステージ制御部３６は受け取った受光量の検出結果に基づいて、搬送部３４の位置決め制御（フィードバック制御等）を行うことで、基板Ｐ上の試料Ｓを試料測定面Ｔに高精度に一致させることが可能となっている。
【００３２】
また、図１に示すように、基板ステージ３０の基板ホルダ３２は、その上面（垂直方向上側の面）に基板Ｐを保持するようになっており、分光光度計部１０の試料台２０の底面（垂直方向下側の面：開口２３が形成された面）に向けて基板Ｐを移動させる。
そして、基板Ｐ上の試料Ｓが、試料台２０の底面から僅かに下方に設定された試料測定面Ｔに到達する（位置決めされる)と、分光光度計部１０による試料Ｓの解析処理（高感度反射測定）が開始されるようになっている。
【００３３】
このように、高感度反射測定装置１では、試料台２０の面（底面）と基板Ｐ上の試料Ｓとが非接触の状態において、試料Ｓの解析が可能となっている。したがって、試料Ｓの解析の際に、試料Ｓに損傷を与えたり、試料台２０の面上の異物（パーティクルやコンタミネーション）が試料Ｓに付着したりすることが確実に回避できる。
したがって、試料Ｓの生産工程において、全ての試料Ｓの高感度反射測定を行うことも可能となり、不良品が出荷される可能性が殆どなくなる。
【００３４】
また、基板ステージ３０の基板ホルダ３２上に、基板Ｐを試料Ｓが上側を向くようにして載置すればよいので、基板Ｐの取り扱いが非常に容易なものとなっている。
また、基板Ｐの試料Ｓからの反射光Ｌ２の光量、すなわち、受光部１６の受光量に基づいて基板ステージ３０を制御し、分光光度計部１０の試料測定面Ｔに基板Ｐ（試料Ｓ）を高精度に位置決めするので、試料Ｓの高感度反射測定を効率的かつ確実に行うことができる。したがって、例えば、試料Ｓの膜厚、分子構造、状態等を正確に分析することができる。
【００３５】
なお、基板Ｐ及び試料Ｓとしては、金属板上の各種コーティング膜や、半導体素子等の薄膜がある。
また、金属板上にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて形成された所定形状の薄膜（機械要素部品、センサ、アクチュエータ等として機能する）であってもよい。ＭＥＭＳ技術により形成された機械要素部品の厚みや形状等を高精度に分析することが可能となる。したがって、ＭＥＭＳ技術により、例えば、インクジェットプリンタのヘッド、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロスコープ、ＤＭＤ(プロジェクター)などを高精度に形成することができる。
【００３６】
また、試料Ｓとしては、固体に限らず、液体（ハードディスク上フッ素オイル等）、流動体、粉体等であってもよい。試料Ｓを上面側にして基板Ｐを保持・移動させるので、固体でない場合であっても、好適に試料Ｓの分析を行うことができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作・操作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３８】
例えば、図３に示すように、高感度反射測定装置１０の上下方向を入れ替えてもよい。すなわち、試料台２０の面と基板Ｐ上の試料Ｓとが非接触の状態において、試料Ｓの解析が可能となっていればよい。
したがって、図４に示すように、高感度反射測定装置１０が縦置き型であっても構わない。
【００３９】
また、例えば、基板ステージ３０の搬送部３４として、ロボット型アーム等を用いてもよい（図４参照）。これにより、また、基板ステージ３０（基板ホルダ３２）上に、基板Ｐを試料Ｓが上側を向くようにして載置し、ロボット型アームにより基板Ｐと基板ステージ３０の姿勢を変化させて、図３に示した試料台２０や、図４に示した試料台２０に向けて移動させるようにすることができる。
【００４０】
また、基板Ｐ（試料Ｓ）を試料台２０（分光光度計部１０）に向けて移動させる場合に限らず、分光光度計部１０が試料Ｓに向けて移動する場合であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る高感度反射測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】試料測定面付近の拡大図である。
【図３】高感度反射測定装置の変形例を示す図である。
【図４】高感度反射測定装置の他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…高感度反射測定装置（反射測定装置）
１０…分光光度計部
１２…光源部（光源）
１４…光学系
１６…受光部（受光センサ）
２０…試料台
２３…開口
３０…基板ステージ
３４…搬送部
３６…基板ステージ制御部（位置決め制御部）
Ｌ１…測定光
Ｌ２…反射光
Ｐ…基板
Ｓ…試料
Ｔ…試料測定面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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