表面分析装置および表面分析方法
【課題】測定物の温度測定と同時に、測定物の所望の面の状態を分析することができる表面分析装置を実現すること。
【解決手段】表面分析装置は、スーパーコンティニューム光を放射する光源１０と、ＳＣ光を測定光と参照光とに分割する光ファイバカプラ１１と、ミラー１２と、ミラー１２を移動させる駆動装置１３と、測定光と参照光との干渉波形を測定する受光手段１４と、干渉波形から測定物の温度および表面状態を分析する干渉波形解析手段１５と、によって構成されている。干渉波形解析手段１５は、干渉波形の干渉ピーク位置の温度変化から温度を測定する手段と、干渉波形から測定物の所望の面に対応する干渉ピークを切り出し、その切り出した波形をフーリエ変換したスペクトル図を求めることで、測定物の膜質、表面状態などを測定する。
【解決手段】表面分析装置は、スーパーコンティニューム光を放射する光源１０と、ＳＣ光を測定光と参照光とに分割する光ファイバカプラ１１と、ミラー１２と、ミラー１２を移動させる駆動装置１３と、測定光と参照光との干渉波形を測定する受光手段１４と、干渉波形から測定物の温度および表面状態を分析する干渉波形解析手段１５と、によって構成されている。干渉波形解析手段１５は、干渉波形の干渉ピーク位置の温度変化から温度を測定する手段と、干渉波形から測定物の所望の面に対応する干渉ピークを切り出し、その切り出した波形をフーリエ変換したスペクトル図を求めることで、測定物の膜質、表面状態などを測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定物の表面、裏面や、複数の層からなる測定物における各層の界面を分析する表面分析装置および表面分析方法に関するものであり、特に光の干渉を利用して、測定物の温度計測と同時に、表面分析を行うことができる表面分析装置および表面分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスなどのように、薄膜成長や微細加工を行うプロセスでは、基板の温度が薄膜の膜質や加工精度に大きく影響するため、基板の温度制御が非常に重要であり、高精度に温度を測定することが求められる。基板の温度測定には従来、熱電対や蛍光温度計などが用いられている。しかし、熱電対や蛍光温度計は、基板の裏面に接触させて計測するため、接触のさせ方などによって測定誤差が生じる場合がある。また、基板表面側で熱流入があるプラズマ加工プロセスでは、基板そのものの温度を測定することができない。
【０００３】
そこで、非接触での温度測定方法が望まれており、たとえば特許文献１などのような、光による干渉を利用した方法が提案されている。これは、以下のような方法である。まず、低コヒーレンス光をスプリッタによって参照光と測定光とに分割し、測定光は測定物に照射して反射させ、参照光はミラーによって反射させる。ミラーは駆動装置によって移動させて参照光の光路長を変化させる。測定物により反射された測定光と、ミラーにより反射された参照光とを干渉させ、干渉波形を測定する。そして、屈折率の温度変化や熱膨張による干渉ピーク位置の温度変化から、温度を測定する。また、測定物表面での反射による干渉ピークと、測定物裏面での反射による干渉ピークが得られるため、測定物の厚さの測定も可能である。
【０００４】
一方、薄膜の表面状態、たとえば表面に付着した不純物の同定や表面のＯＨ基の量など、をその場でモニタリングする方法として、フーリエ変換全反射赤外分光法（ＦＴＩＲ−ＡＴＲ）や、分光エリプソメトリ法、キャビティリングダウン分光法（たとえば特許文献２）、などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９４６７９
【特許文献２】特開２００９−２３６５０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＦＴＩＲ−ＡＴＲやキャビティリングダウン分光法では、測定用の基板を別途用意する必要があり、分光エリプソメトリ法では、測定用のポートを真空容器に具備する必要がある。そのため、上記の表面解析方法では、簡便に薄膜表面の状態を分析することができなかった。
【０００７】
また、測定物の温度の測定と同時に、測定物の表面状態の分析を行う手法は、従来知られていなかった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、測定物の温度を測定するのと同時に、測定物の表面等の状態を簡便に分析することができる表面分析装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、測定物の所望の面の状態を分析する表面分析装置において、測定物の所望の面の状態を分析する表面分析装置において、スーパーコンティニューム光を放射する光源と、スーパーコンティニューム光を、測定物に照射する測定光と、参照光とに分割する分割手段と、測定光または参照光の光路長を変化させる光路長変化手段と、参照光と測定光との干渉波形を測定する受光手段と、干渉波形の干渉ピークの位置から測定物の温度を測定する温度測定手段と、干渉波形から、測定物の所望の面に対応する所望の干渉ピークを切り出してフーリエ変換し、スペクトルを測定するスペクトル測定手段と、を有することを特徴とする表面分析装置である。
【００１０】
スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）とは、帯域の広いスペクトルを有し、位相が揃った光である。帯域幅は５０〜２６００ｎｍであることが望ましく、コヒーレンス長は１０μｍ以下であることが望ましい。より望ましいコヒーレンス長は、０．５〜１０μｍであり、さらに望ましいのは０．５〜２μｍである。
【００１１】
測定物の所望の面とは、測定物が単層である場合には表面または裏面であり、測定物が複数の層からなる場合には、表面、裏面だけでなく各層の界面も含む。
【００１２】
干渉波形からの干渉ピークの切り出しは、単に適当な区間で区切ることで切り出してもよいし、適当な窓関数を乗じて切り出してもよい。また、１つの干渉ピークのみを含むように切り出してもよいし、複数の干渉ピークを含むように切り出してもよい。
【００１３】
光源のＳＣ光のスペクトルと比較することで、あるいはスペクトル測定手段によって測測定物の異なる面に対応したスペクトルをそれぞれ測定し、その２つのスペクトルを比較することで、測定物の吸収特性、透過特性等がわかり、測定物表面の状態などを解析することができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、スーパーコンティニューム光のコヒーレンス長は、０．５〜１０μｍであることを特徴とする表面分析装置である。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、測定物は、基板と、基板上に接して位置する薄膜と、により構成されており、スペクトル測定手段は、干渉波形から薄膜表面に対応する干渉ピークと、基板と薄膜との界面に対応する干渉ピークとを切り出して、それぞれをフーリエ変換してスペクトルを測定する、ことを特徴とする表面分析装置である。
【００１６】
基板は、Ｓｉ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓやＧａＮなどのIII-Ｖ族半導体基板、などであり、単層でも複層でもよい。薄膜は、半導体、絶縁体、金属などの膜であり、それらの単膜でもよいし、複合膜でもよい。測定は、それらの薄膜の成膜プロセス中であってもよいし、エッチングプロセス中であってもよい。
【００１７】
第４の発明は、測定物の所望の面の状態を分析する表面分析方法において、スーパーコンティニューム光を測定光と参照光に分割し、測定光を測定物に照射し、測定光または参照光の一方の光路長を変化させ、参照光と、測定物によって反射された測定光との干渉波形を測定し、干渉波形の干渉ピークの位置から測定物の温度を測定するとともに、測定物の所望の面に対応する所望の干渉ピークを含む干渉波形を切り出してフーリエ変換してスペクトルを測定する、ことを特徴とする表面分析方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の表面分析装置によれば、干渉波形から測定物の温度測定を行うことができ、それとともに、干渉波形から測定物の所望の面に対応する干渉ピークを切り出してフーリエ変換してスペクトルを求め、ＳＣ光のスペクトルと比較することで、あるいは干渉ピークを切り出して求めた複数のスペクトル同士を比較することで、測定物の膜質、測定物表裏面の状態、などの物性を解析することができる。このような物性解析が可能なのは、光源として波長帯域が広い、すなわち多くの波長成分を含むＳＣ光を用いているためである。また、本発明の表面分析装置では、光源としてＳＣ光を用いるため、測定物が薄膜であっても、温度や測定物の膜質、表面状態などを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１の表面分析装置の構成を示した図。
【図２】ＳＣ光のスペクトルを示した図。
【図３】測定した干渉波形を示した図。
【図４】図３の干渉波形を点線Ａと点線Ｂとで区切った波形をフーリエ変換したスペクトル図。
【図５】図３の干渉波形を点線Ｂと点線Ｃとで区切った波形をフーリエ変換したスペクトル図。
【図６】ＳＬＤのスペクトルを示した図。
【図７】比較例１の表面分析装置により測定した干渉波形を示した図。
【図８】図７の干渉波形を点線で区切った波形をフーリエ変換したスペクトル図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施例について図を用いて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、実施例１の表面分析装置の構成を示した図である。実施例１の表面分析装置は、光源１０と、光カプラ１１と、ミラー１２と、駆動装置１３と、受光手段１４と、干渉波形解析手段１５と、によって構成されている。測定対象である測定物１６は、Ｓｉ基板１６０上にＳｉＯ2 膜１６１が形成されたものであり、真空装置１８中に置かれている。Ｓｉ基板１６０の厚さは８００μｍ、ＳｉＯ2 膜１６１の厚さは２μｍである。
【００２２】
光源１０は、帯域幅が広く位相が揃った連続スペクトルを有した光であるスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を放射する光源である。また、このＳＣ光は、発信周波数５０ＭＨｚのパルス光である。図２は、ＳＣ光のスペクトルを示したグラフである。中心波長は約１．６μｍであり、波長１．３〜１．９μｍまでの広帯域で平坦なスペクトルであることがわかる。コヒーレンス長は約２μｍである。
【００２３】
なお、ＳＣ光のコヒーレンス長は、０．５〜１０μｍが望ましい。この範囲であると、干渉ピークの幅が広がってしまったり、干渉ピーク同士が重なってしまうなどの問題を防止することができ、また干渉ピークも良好に測定することができるため、測定精度を向上させることができる。より望ましいＳＣ光のコヒーレンス長は、０．５〜２μｍである。また、波長帯域の幅は、５０〜２６００μｍであることが望ましい。５０μｍ以下では、含まれる波長成分が少なく、スペクトルによる測定物１６の物性解析が困難となるからである。また、２６００μｍ以上では、光源、受光素子の帯域で制限があり望ましくない。
【００２４】
光ファイバカプラ１１は、２×２ポートの構造であり、入力ポートの一方には光源１０からのＳＣ光が入力され、測定光と参照光に分波されて２つの出力ポートから放射される。２つの出力ポートには、それぞれコリメータ１７が接続されている。また、他方の入力ポートには受光手段１４が接続されている。測定光は測定物１６の裏面（Ｓｉ基板１６０側の露出面）に垂直に照射され、測定物１６裏面、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面、測定物１６表面（ＳｉＯ2 膜１６１側の露出面）により反射され、参照光はミラー１２によって反射される。反射された測定光、参照光は元の出力ポートにそれぞれ入射され、測定光と参照光とが合波されて受光手段１４に入力される。
【００２５】
ミラー１２は、参照光を反射させる面が参照光の光軸に対して垂直となるよう駆動装置１３に取り付けられており、参照光の光軸方向へミラー１２を所定幅で直進移動させることが可能となっている。これにより参照光の光路長を変更することができる。また、ミラー１２は、厚さ７８０μｍのＳｉ基板である。このように、ミラー１２として測定物１６のＳｉ基板１６０と同一の材料で、Ｓｉ基板１６０よりも薄いものを用いることで、測定物１６による波長分散を補償し、干渉ピークが広がってピーク位置の取得精度が劣化するのを防止している。駆動装置１３は、たとえば、ボイスコイルモータ型ディレイライン、ピエゾチューブ型ディレイライン、直動ステージ型ディレイライン、積層ピエゾ型ディレイライン、などである。参照光は、ミラー１２により反射されて光ファイバカプラ１１に入力され、受光手段１４に入力される。
【００２６】
受光手段１４は、フォトダイオードであり、測定光と参照光との干渉波形を測定する。干渉波形は、駆動装置１３によってミラー１２を所定幅で光軸方向に直進移動させて走査したときの光強度の変化であり、多数のパルス光の光強度の足し合わせである。つまり、干渉波形は、参照光の光強度の時間関数と、測定光の光強度の時間関数との相互相関関数である。受光手段１４として、フォトダイオード以外にもフォトトランジスタ、光電子増倍管などを用いることができる。
【００２７】
干渉波形解析手段１５は、次の２つの手段を備える。１つは、受光手段１４により測定した干渉波形から、測定物１６の温度を測定する温度測定手段である。もう１つは、干渉波形から干渉ピークを含む波形を切り出して、これをフーリエ変換することにより、周波数スペクトルを算出するスペクトル測定手段である。
【００２８】
図３は、実施例１の表面分析装置を用い、駆動装置１３によってミラー１２を光軸方向に直進移動させて走査して、測定物１６の反射による干渉波形を測定した結果を示した図である。図３において、横軸はミラー１２の移動距離を光路長に換算し、測定物１６の表面（ＳｉＯ2 膜１６１側の露出面）を原点とした値、縦軸は光強度を示している。測定光は、測定物１６裏面、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面、測定物１６表面、でそれぞれ反射されて受光手段１４に達し、参照光は、ミラー１２で反射されて受光手段１４に達する。図３のように、干渉のピークは主に３つ見られ、図３中左から順にそれぞれ、測定物１６表面とミラー１２表面（ミラー１２の２つの露出面のうち、参照光照射側）の反射による干渉、測定物１６内部の面（Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面）とミラー１２表面の反射による干渉、測定物１６裏面とミラー１２裏面（ミラー１２の２つの露出面のうち、参照光照射側とは反対側の面）の反射による干渉、である。なお、図３中において、干渉波形を示すグラフの上部に、測定物１６の模式図を示し、干渉ピーク位置との対応を示してある。
【００２９】
このように、コヒーレンス長の短いＳＣ光を用いたため、ＳｉＯ2 膜１６１が２μｍと非常に薄いにもかかわらず、測定物１６表面（ＳｉＯ2 膜１６１の表面）での測定光の反射と、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での測定光の反射との干渉ピークをそれぞれ分離して測定することができた。また、このことから逆に、干渉ピーク位置の差を測定することでＳｉＯ2 膜１６１の厚さを測定可能であることがわかる。また、同様にしてＳｉ基板１６０の厚さ、測定物１６全体の厚さを測定することもできる。
【００３０】
次に、ヒータによって測定物１６のＳｉ基板１６０を加熱して、実施例１の表面測定装置を用いてＳｉ基板１６０の温度を測定した。温度は、Ｓｉ基板１６０の厚さ、線膨張係数、屈折率の温度変化を既知として、測定物１６裏面（Ｓｉ基板１６０の露出面）での反射による干渉ピーク位置と、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での反射による干渉ピーク位置の差（図３におけるＷ）の温度変化から求めた。
【００３１】
具体的には、干渉波形解析手段１５における温度測定手段によって、以下のようにして測定した。温度がＴ１からΔＴ変化したときの測定光の光路長の温度変化ΔＬは、温度Ｔ１におけるＳｉ基板１６０の屈折率をｎ、厚さをｄ、線膨張係数をα、屈折率の温度変化の係数をβとして、ΔＬ＝ｎ・ｄ・（α＋β）・ΔＴ、の式で表わされる。一方、ピーク位置の差は、Ｓｉ基板１６０の厚さ方向における光路長に対応する。したがって、屈折率ｎ、厚さｄ、線膨張係数α、屈折率の温度変化の係数βがそれぞれ既知であれば、ピーク位置の差を測定することで、上記式より温度を測定することができる。
【００３２】
Ｓｉ基板１６０の温度の測定結果、０〜６００℃の範囲で測定値は理論値にほぼ一致しており、高精度にＳｉ基板１６０の温度を測定できることがわかった。
【００３３】
なお、同様の方法によって、ＳｉＯ2 膜１６１の温度を測定することも可能である。
【００３４】
また、干渉波形解析手段におけるスペクトル測定手段によって、図３の干渉波形から、点線Ａと点線Ｂで区切られた、ＳｉＯ2 膜１６１の表面での反射による干渉ピークを含む波形と、点線Ｂと点線Ｃで区切られた、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での反射による干渉ピークを含む波形と、をそれぞれ抽出し、それぞれの波形をフーリエ変換し、周波数スペクトルを測定した。図４は、点線Ａと点線Ｂで区切られた波形をフーリエ変換したスペクトル図であり、図５は、点線Ｂと点線Ｃで区切られた波形をフーリエ変換したスペクトル図である。図２と図４、図５とを比較すると、ＳＣ光のスペクトルとは異なっていることがわかり、図４、図５のスペクトルには測定物１６の情報が含まれていることがわかる。また、図４と図５とを比較すると、ＳｉＯ2 膜１６１の表面での反射によるスペクトルと、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での反射によるスペクトルが異なっていることがわかる。したがって、ＳＣ光のスペクトルと、図４または図５のスペクトルとを比較することで、あるいは図４のスペクトルと図５のスペクトルとを比較することで、透過・吸収特性や発光特性がわかり、その特性からＳｉＯ2 膜１６１の膜質（たとえば結合状態や構成分子の同定など）や、ＳｉＯ2 膜１６１表面の状態、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面の状態などを解析することができる。
【００３５】
上記解析例を、より具体的に説明する。まず、光源１０の放射するパルス光であるＳＣ光の時間関数をｆ（ｔ）として、そのフーリエ変換であるＳＣ光の周波数スペクトルの関数をＦ（ω）とする。測定物１６により反射される前の測定光、および参照光の時間関数もｆ（ｔ）である。図３に示す測定光と参照光との干渉波形は、測定物１６により反射された後の測定光の時間関数をｇ（ｔ）として、ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）との相互相関関数である。
【００３６】
図３の干渉波形において点線Ａと点線Ｂで区切られた干渉ピークは、測定物１６においてＳｉ基板１６０、ＳｉＯ2 膜１６１を透過し、ＳｉＯ2 膜１６１表面（ＳｉＯ2 膜１６１と空気層との界面）で反射され、再びＳｉＯ2 膜１６１、Ｓｉ基板１６０を透過した測定光と、参照光との干渉によるものである。測定光はＳｉ基板１６０、ＳｉＯ2 膜１６１によって変調を受けているので、周波数スペクトルがＦ（ω）からＦ（ω）・Ｙ（ω）・Ｚ（ω）に変化したものと仮定することができる。ここで、Ｙ（ω）はＳｉＯ2 膜１６１の反射・吸収特性等によるスペクトルの変化を示す関数、Ｚ（ω）はＳｉ基板１６０の反射・吸収特性等によるスペクトルの変化を示す関数である。このように周波数スペクトルの変化した測定光（Ｆ（ω）・Ｙ（ω）・Ｚ（ω）を逆フーリエ変換した時間関数）と、参照光（ｆ（ｔ））との相互相関関数である干渉波形は、図３の干渉波形において点線Ａと点線Ｂで区切られた波形に近似される。よって、点線Ａと点線Ｂで区切られた波形をフーリエ変換して図４のスペクトルを求めれば、｛Ｆ（ω）｝2 ・Ｙ（ω）・Ｚ（ω）で表わされるスペクトルを近似的に得ることができる。
【００３７】
一方、図３の干渉波形において点線Ｂと点線Ｃで区切られた干渉ピークは、測定物１６においてＳｉ基板１６０を透過し、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面で反射され、再びＳｉ基板１６０を透過した測定光と、参照光との干渉によるものである。測定光はＳｉ基板１６０によって変調を受けるので、周波数スペクトルがＦ（ω）・Ｚ（ω）に変化したものと仮定することができる。このように周波数スペクトルの変化した測定光（Ｆ（ω）・Ｚ（ω）を逆フーリエ変換した時間関数）と、参照光（ｆ（ｔ））との相互相関関数である干渉波形は、図３の干渉波形において点線Ｂと点線Ｃで区切られた波形に近似される。よって、点線Ｂと点線Ｃで区切られた波形をフーリエ変換して図５のスペクトルを求めれば、｛Ｆ（ω）｝2 ・Ｚ（ω）で表わされるスペクトルを近似的に得ることができる。
【００３８】
したがって、図４のスペクトルと図５のスペクトルとの比を取れば、Ｙ（ω）、すなわちＳｉＯ2 膜１６１の反射・吸収特性等によるスペクトルの変化を求めることができ、ＳｉＯ2 膜１６１の膜質などの解析を行うことができる。また、光源１０のＳＣ光のスペクトルＦ（ω）と図４または図５のスペクトルを比較すれば、Ｙ（ω）・Ｚ（ω）や、Ｚ（ω）を求めることができ、より詳細な測定物１６の物性解析を行うことができる。
【００３９】
このような測定物１６の物性解析が可能となるのは、光源１０として、波長帯域が広い、すなわち多くの波長成分を含むＳＣ光を用いているためである。
【００４０】
以上のように、実施例１の表面分析装置によれば、測定物１６の温度を測定しつつ、測定物１６の所望の面の状態などを分析することができる。
【００４１】
［比較例］
ＳＣ光を放射する光源１０に替えて、中心波長約１３２５ｎｍ、半値幅約３０ｎｍのＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）を光源とし、それ以外の構成は実施例１の表面分析装置と同様とした表面分析装置（以下、比較例１の表面分析装置）を用いて、測定物１６の反射による干渉波形を測定した。図６は、ＳＬＤのスペクトルを示した図、図７は測定した干渉波形を示した図である。
【００４２】
図３と図７を比較するとわかるように、比較例１の表面分析装置により測定した干渉波形では、測定物１６表面（ＳｉＯ2 膜１６１の表面）での測定光の反射による干渉ピークと、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での測定光の反射による干渉ピークとが重なってしまい、分離されていない。したがって、ＳｉＯ2 膜１６１の温度を測定することができず、またＳｉ基板１６０の温度を正確に測定することができない。
【００４３】
また、図８は、図７の干渉波形を、測定物１６表面での測定光の反射による干渉ピークと、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での測定光の反射による干渉ピークとが重なったピークのみを含む区間（図７中点線で示した区間）で区切り、その区切った波形をフーリエ変換したスペクトル図である。図８のスペクトルは、図６のスペクトルと比較してほとんど変わっておらず、測定物１６の情報を含んでいないことがわかる。これは、光源としてスペクトルの幅が狭いＳＬＤを光源として用いているためと思われる。
【００４４】
なお、実施例１では、測定物１６としてＳｉ基板１６０上にＳｉＯ2 膜１６１を形成したものを用いたが、本発明の表面分析装置は、ＳＣ光を反射可能な任意の材料からなる測定物からの反射による測定物の温度、厚さ、表面分析に利用することができる。また、実施例１の表面分析装置では、Ｓｉ基板などの基板上にＳｉＯ2 などの絶縁膜や、半導体膜、金属膜などの薄膜を成膜するプロセスの最中においても、薄膜の温度測定とともに、薄膜の表面状態、薄膜の膜質、などを解析することができ、また同時に薄膜の厚さを測定することで、薄膜の成長速度を測定することも可能である。また、同様に、薄膜をエッチングするプロセスの最中においても、薄膜の温度測定とともに、薄膜の表面状態、薄膜の膜質、などを解析することができ、また同時に薄膜の厚さを測定することで、エッチング速度を測定することも可能である。
【００４５】
また、実施例１では、干渉波形のピークを特定の区間で区切ることで切り出して抽出していたが、適当な窓関数を乗じることで、特定の干渉ピークを含む波形を切り出すようにしてもよい。
【００４６】
また、実施例１では、ミラー１２を駆動装置１３によって移動させて参照光の光路長を変化させているが、逆にミラー１２を固定し、測定物１６を移動させて測定光の光路長を変化させることで、干渉を生じさせてもよい。また、ミラー１２や測定物１６を移動させる方法以外の方法によって光路長を変化させてもよい。たとえば、強誘電体結晶中を参照光または測定光が透過するようにし、強誘電体結晶に印加する電圧を変化させることで誘電率を変化させて、強誘電体結晶中を透過する参照光または測定光の光路長を変化させるようにしてもよい。
【００４７】
また、測定光あるいは参照光をさらに複数に分割し、複数の測定光間、または複数の参照光間に光路長差を設けるようにしてもよい。これにより、複数の測定光のうち１つと参照光との干渉、または、測定光と複数の参照光のうち１つとの干渉を測定するまでのミラー１２または測定物１６の移動距離を短くすることができ、計測に要する時間を短縮することができる。また、測定光を複数に分割し、それぞれ測定物の異なる位置に照射することで、測定物の面内の温度分布や膜厚分布、表面状態の違いを測定することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の表面分析装置は、半導体プロセスにおけるなどに用いることができ、絶縁膜や半導体膜などの薄膜の成膜プロセス中において、薄膜の状態を温度測定と同時に分析することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０：光源
１１：光ファイバカプラ
１２：ミラー
１３：駆動装置
１４：受光手段
１５：干渉波形解析手段
１６：測定物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定物の表面、裏面や、複数の層からなる測定物における各層の界面を分析する表面分析装置および表面分析方法に関するものであり、特に光の干渉を利用して、測定物の温度計測と同時に、表面分析を行うことができる表面分析装置および表面分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスなどのように、薄膜成長や微細加工を行うプロセスでは、基板の温度が薄膜の膜質や加工精度に大きく影響するため、基板の温度制御が非常に重要であり、高精度に温度を測定することが求められる。基板の温度測定には従来、熱電対や蛍光温度計などが用いられている。しかし、熱電対や蛍光温度計は、基板の裏面に接触させて計測するため、接触のさせ方などによって測定誤差が生じる場合がある。また、基板表面側で熱流入があるプラズマ加工プロセスでは、基板そのものの温度を測定することができない。
【０００３】
そこで、非接触での温度測定方法が望まれており、たとえば特許文献１などのような、光による干渉を利用した方法が提案されている。これは、以下のような方法である。まず、低コヒーレンス光をスプリッタによって参照光と測定光とに分割し、測定光は測定物に照射して反射させ、参照光はミラーによって反射させる。ミラーは駆動装置によって移動させて参照光の光路長を変化させる。測定物により反射された測定光と、ミラーにより反射された参照光とを干渉させ、干渉波形を測定する。そして、屈折率の温度変化や熱膨張による干渉ピーク位置の温度変化から、温度を測定する。また、測定物表面での反射による干渉ピークと、測定物裏面での反射による干渉ピークが得られるため、測定物の厚さの測定も可能である。
【０００４】
一方、薄膜の表面状態、たとえば表面に付着した不純物の同定や表面のＯＨ基の量など、をその場でモニタリングする方法として、フーリエ変換全反射赤外分光法（ＦＴＩＲ−ＡＴＲ）や、分光エリプソメトリ法、キャビティリングダウン分光法（たとえば特許文献２）、などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９４６７９
【特許文献２】特開２００９−２３６５０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＦＴＩＲ−ＡＴＲやキャビティリングダウン分光法では、測定用の基板を別途用意する必要があり、分光エリプソメトリ法では、測定用のポートを真空容器に具備する必要がある。そのため、上記の表面解析方法では、簡便に薄膜表面の状態を分析することができなかった。
【０００７】
また、測定物の温度の測定と同時に、測定物の表面状態の分析を行う手法は、従来知られていなかった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、測定物の温度を測定するのと同時に、測定物の表面等の状態を簡便に分析することができる表面分析装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、測定物の所望の面の状態を分析する表面分析装置において、測定物の所望の面の状態を分析する表面分析装置において、スーパーコンティニューム光を放射する光源と、スーパーコンティニューム光を、測定物に照射する測定光と、参照光とに分割する分割手段と、測定光または参照光の光路長を変化させる光路長変化手段と、参照光と測定光との干渉波形を測定する受光手段と、干渉波形の干渉ピークの位置から測定物の温度を測定する温度測定手段と、干渉波形から、測定物の所望の面に対応する所望の干渉ピークを切り出してフーリエ変換し、スペクトルを測定するスペクトル測定手段と、を有することを特徴とする表面分析装置である。
【００１０】
スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）とは、帯域の広いスペクトルを有し、位相が揃った光である。帯域幅は５０〜２６００ｎｍであることが望ましく、コヒーレンス長は１０μｍ以下であることが望ましい。より望ましいコヒーレンス長は、０．５〜１０μｍであり、さらに望ましいのは０．５〜２μｍである。
【００１１】
測定物の所望の面とは、測定物が単層である場合には表面または裏面であり、測定物が複数の層からなる場合には、表面、裏面だけでなく各層の界面も含む。
【００１２】
干渉波形からの干渉ピークの切り出しは、単に適当な区間で区切ることで切り出してもよいし、適当な窓関数を乗じて切り出してもよい。また、１つの干渉ピークのみを含むように切り出してもよいし、複数の干渉ピークを含むように切り出してもよい。
【００１３】
光源のＳＣ光のスペクトルと比較することで、あるいはスペクトル測定手段によって測測定物の異なる面に対応したスペクトルをそれぞれ測定し、その２つのスペクトルを比較することで、測定物の吸収特性、透過特性等がわかり、測定物表面の状態などを解析することができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、スーパーコンティニューム光のコヒーレンス長は、０．５〜１０μｍであることを特徴とする表面分析装置である。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、測定物は、基板と、基板上に接して位置する薄膜と、により構成されており、スペクトル測定手段は、干渉波形から薄膜表面に対応する干渉ピークと、基板と薄膜との界面に対応する干渉ピークとを切り出して、それぞれをフーリエ変換してスペクトルを測定する、ことを特徴とする表面分析装置である。
【００１６】
基板は、Ｓｉ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓやＧａＮなどのIII-Ｖ族半導体基板、などであり、単層でも複層でもよい。薄膜は、半導体、絶縁体、金属などの膜であり、それらの単膜でもよいし、複合膜でもよい。測定は、それらの薄膜の成膜プロセス中であってもよいし、エッチングプロセス中であってもよい。
【００１７】
第４の発明は、測定物の所望の面の状態を分析する表面分析方法において、スーパーコンティニューム光を測定光と参照光に分割し、測定光を測定物に照射し、測定光または参照光の一方の光路長を変化させ、参照光と、測定物によって反射された測定光との干渉波形を測定し、干渉波形の干渉ピークの位置から測定物の温度を測定するとともに、測定物の所望の面に対応する所望の干渉ピークを含む干渉波形を切り出してフーリエ変換してスペクトルを測定する、ことを特徴とする表面分析方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の表面分析装置によれば、干渉波形から測定物の温度測定を行うことができ、それとともに、干渉波形から測定物の所望の面に対応する干渉ピークを切り出してフーリエ変換してスペクトルを求め、ＳＣ光のスペクトルと比較することで、あるいは干渉ピークを切り出して求めた複数のスペクトル同士を比較することで、測定物の膜質、測定物表裏面の状態、などの物性を解析することができる。このような物性解析が可能なのは、光源として波長帯域が広い、すなわち多くの波長成分を含むＳＣ光を用いているためである。また、本発明の表面分析装置では、光源としてＳＣ光を用いるため、測定物が薄膜であっても、温度や測定物の膜質、表面状態などを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１の表面分析装置の構成を示した図。
【図２】ＳＣ光のスペクトルを示した図。
【図３】測定した干渉波形を示した図。
【図４】図３の干渉波形を点線Ａと点線Ｂとで区切った波形をフーリエ変換したスペクトル図。
【図５】図３の干渉波形を点線Ｂと点線Ｃとで区切った波形をフーリエ変換したスペクトル図。
【図６】ＳＬＤのスペクトルを示した図。
【図７】比較例１の表面分析装置により測定した干渉波形を示した図。
【図８】図７の干渉波形を点線で区切った波形をフーリエ変換したスペクトル図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施例について図を用いて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、実施例１の表面分析装置の構成を示した図である。実施例１の表面分析装置は、光源１０と、光カプラ１１と、ミラー１２と、駆動装置１３と、受光手段１４と、干渉波形解析手段１５と、によって構成されている。測定対象である測定物１６は、Ｓｉ基板１６０上にＳｉＯ2 膜１６１が形成されたものであり、真空装置１８中に置かれている。Ｓｉ基板１６０の厚さは８００μｍ、ＳｉＯ2 膜１６１の厚さは２μｍである。
【００２２】
光源１０は、帯域幅が広く位相が揃った連続スペクトルを有した光であるスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を放射する光源である。また、このＳＣ光は、発信周波数５０ＭＨｚのパルス光である。図２は、ＳＣ光のスペクトルを示したグラフである。中心波長は約１．６μｍであり、波長１．３〜１．９μｍまでの広帯域で平坦なスペクトルであることがわかる。コヒーレンス長は約２μｍである。
【００２３】
なお、ＳＣ光のコヒーレンス長は、０．５〜１０μｍが望ましい。この範囲であると、干渉ピークの幅が広がってしまったり、干渉ピーク同士が重なってしまうなどの問題を防止することができ、また干渉ピークも良好に測定することができるため、測定精度を向上させることができる。より望ましいＳＣ光のコヒーレンス長は、０．５〜２μｍである。また、波長帯域の幅は、５０〜２６００μｍであることが望ましい。５０μｍ以下では、含まれる波長成分が少なく、スペクトルによる測定物１６の物性解析が困難となるからである。また、２６００μｍ以上では、光源、受光素子の帯域で制限があり望ましくない。
【００２４】
光ファイバカプラ１１は、２×２ポートの構造であり、入力ポートの一方には光源１０からのＳＣ光が入力され、測定光と参照光に分波されて２つの出力ポートから放射される。２つの出力ポートには、それぞれコリメータ１７が接続されている。また、他方の入力ポートには受光手段１４が接続されている。測定光は測定物１６の裏面（Ｓｉ基板１６０側の露出面）に垂直に照射され、測定物１６裏面、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面、測定物１６表面（ＳｉＯ2 膜１６１側の露出面）により反射され、参照光はミラー１２によって反射される。反射された測定光、参照光は元の出力ポートにそれぞれ入射され、測定光と参照光とが合波されて受光手段１４に入力される。
【００２５】
ミラー１２は、参照光を反射させる面が参照光の光軸に対して垂直となるよう駆動装置１３に取り付けられており、参照光の光軸方向へミラー１２を所定幅で直進移動させることが可能となっている。これにより参照光の光路長を変更することができる。また、ミラー１２は、厚さ７８０μｍのＳｉ基板である。このように、ミラー１２として測定物１６のＳｉ基板１６０と同一の材料で、Ｓｉ基板１６０よりも薄いものを用いることで、測定物１６による波長分散を補償し、干渉ピークが広がってピーク位置の取得精度が劣化するのを防止している。駆動装置１３は、たとえば、ボイスコイルモータ型ディレイライン、ピエゾチューブ型ディレイライン、直動ステージ型ディレイライン、積層ピエゾ型ディレイライン、などである。参照光は、ミラー１２により反射されて光ファイバカプラ１１に入力され、受光手段１４に入力される。
【００２６】
受光手段１４は、フォトダイオードであり、測定光と参照光との干渉波形を測定する。干渉波形は、駆動装置１３によってミラー１２を所定幅で光軸方向に直進移動させて走査したときの光強度の変化であり、多数のパルス光の光強度の足し合わせである。つまり、干渉波形は、参照光の光強度の時間関数と、測定光の光強度の時間関数との相互相関関数である。受光手段１４として、フォトダイオード以外にもフォトトランジスタ、光電子増倍管などを用いることができる。
【００２７】
干渉波形解析手段１５は、次の２つの手段を備える。１つは、受光手段１４により測定した干渉波形から、測定物１６の温度を測定する温度測定手段である。もう１つは、干渉波形から干渉ピークを含む波形を切り出して、これをフーリエ変換することにより、周波数スペクトルを算出するスペクトル測定手段である。
【００２８】
図３は、実施例１の表面分析装置を用い、駆動装置１３によってミラー１２を光軸方向に直進移動させて走査して、測定物１６の反射による干渉波形を測定した結果を示した図である。図３において、横軸はミラー１２の移動距離を光路長に換算し、測定物１６の表面（ＳｉＯ2 膜１６１側の露出面）を原点とした値、縦軸は光強度を示している。測定光は、測定物１６裏面、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面、測定物１６表面、でそれぞれ反射されて受光手段１４に達し、参照光は、ミラー１２で反射されて受光手段１４に達する。図３のように、干渉のピークは主に３つ見られ、図３中左から順にそれぞれ、測定物１６表面とミラー１２表面（ミラー１２の２つの露出面のうち、参照光照射側）の反射による干渉、測定物１６内部の面（Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面）とミラー１２表面の反射による干渉、測定物１６裏面とミラー１２裏面（ミラー１２の２つの露出面のうち、参照光照射側とは反対側の面）の反射による干渉、である。なお、図３中において、干渉波形を示すグラフの上部に、測定物１６の模式図を示し、干渉ピーク位置との対応を示してある。
【００２９】
このように、コヒーレンス長の短いＳＣ光を用いたため、ＳｉＯ2 膜１６１が２μｍと非常に薄いにもかかわらず、測定物１６表面（ＳｉＯ2 膜１６１の表面）での測定光の反射と、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での測定光の反射との干渉ピークをそれぞれ分離して測定することができた。また、このことから逆に、干渉ピーク位置の差を測定することでＳｉＯ2 膜１６１の厚さを測定可能であることがわかる。また、同様にしてＳｉ基板１６０の厚さ、測定物１６全体の厚さを測定することもできる。
【００３０】
次に、ヒータによって測定物１６のＳｉ基板１６０を加熱して、実施例１の表面測定装置を用いてＳｉ基板１６０の温度を測定した。温度は、Ｓｉ基板１６０の厚さ、線膨張係数、屈折率の温度変化を既知として、測定物１６裏面（Ｓｉ基板１６０の露出面）での反射による干渉ピーク位置と、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での反射による干渉ピーク位置の差（図３におけるＷ）の温度変化から求めた。
【００３１】
具体的には、干渉波形解析手段１５における温度測定手段によって、以下のようにして測定した。温度がＴ１からΔＴ変化したときの測定光の光路長の温度変化ΔＬは、温度Ｔ１におけるＳｉ基板１６０の屈折率をｎ、厚さをｄ、線膨張係数をα、屈折率の温度変化の係数をβとして、ΔＬ＝ｎ・ｄ・（α＋β）・ΔＴ、の式で表わされる。一方、ピーク位置の差は、Ｓｉ基板１６０の厚さ方向における光路長に対応する。したがって、屈折率ｎ、厚さｄ、線膨張係数α、屈折率の温度変化の係数βがそれぞれ既知であれば、ピーク位置の差を測定することで、上記式より温度を測定することができる。
【００３２】
Ｓｉ基板１６０の温度の測定結果、０〜６００℃の範囲で測定値は理論値にほぼ一致しており、高精度にＳｉ基板１６０の温度を測定できることがわかった。
【００３３】
なお、同様の方法によって、ＳｉＯ2 膜１６１の温度を測定することも可能である。
【００３４】
また、干渉波形解析手段におけるスペクトル測定手段によって、図３の干渉波形から、点線Ａと点線Ｂで区切られた、ＳｉＯ2 膜１６１の表面での反射による干渉ピークを含む波形と、点線Ｂと点線Ｃで区切られた、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での反射による干渉ピークを含む波形と、をそれぞれ抽出し、それぞれの波形をフーリエ変換し、周波数スペクトルを測定した。図４は、点線Ａと点線Ｂで区切られた波形をフーリエ変換したスペクトル図であり、図５は、点線Ｂと点線Ｃで区切られた波形をフーリエ変換したスペクトル図である。図２と図４、図５とを比較すると、ＳＣ光のスペクトルとは異なっていることがわかり、図４、図５のスペクトルには測定物１６の情報が含まれていることがわかる。また、図４と図５とを比較すると、ＳｉＯ2 膜１６１の表面での反射によるスペクトルと、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での反射によるスペクトルが異なっていることがわかる。したがって、ＳＣ光のスペクトルと、図４または図５のスペクトルとを比較することで、あるいは図４のスペクトルと図５のスペクトルとを比較することで、透過・吸収特性や発光特性がわかり、その特性からＳｉＯ2 膜１６１の膜質（たとえば結合状態や構成分子の同定など）や、ＳｉＯ2 膜１６１表面の状態、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面の状態などを解析することができる。
【００３５】
上記解析例を、より具体的に説明する。まず、光源１０の放射するパルス光であるＳＣ光の時間関数をｆ（ｔ）として、そのフーリエ変換であるＳＣ光の周波数スペクトルの関数をＦ（ω）とする。測定物１６により反射される前の測定光、および参照光の時間関数もｆ（ｔ）である。図３に示す測定光と参照光との干渉波形は、測定物１６により反射された後の測定光の時間関数をｇ（ｔ）として、ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）との相互相関関数である。
【００３６】
図３の干渉波形において点線Ａと点線Ｂで区切られた干渉ピークは、測定物１６においてＳｉ基板１６０、ＳｉＯ2 膜１６１を透過し、ＳｉＯ2 膜１６１表面（ＳｉＯ2 膜１６１と空気層との界面）で反射され、再びＳｉＯ2 膜１６１、Ｓｉ基板１６０を透過した測定光と、参照光との干渉によるものである。測定光はＳｉ基板１６０、ＳｉＯ2 膜１６１によって変調を受けているので、周波数スペクトルがＦ（ω）からＦ（ω）・Ｙ（ω）・Ｚ（ω）に変化したものと仮定することができる。ここで、Ｙ（ω）はＳｉＯ2 膜１６１の反射・吸収特性等によるスペクトルの変化を示す関数、Ｚ（ω）はＳｉ基板１６０の反射・吸収特性等によるスペクトルの変化を示す関数である。このように周波数スペクトルの変化した測定光（Ｆ（ω）・Ｙ（ω）・Ｚ（ω）を逆フーリエ変換した時間関数）と、参照光（ｆ（ｔ））との相互相関関数である干渉波形は、図３の干渉波形において点線Ａと点線Ｂで区切られた波形に近似される。よって、点線Ａと点線Ｂで区切られた波形をフーリエ変換して図４のスペクトルを求めれば、｛Ｆ（ω）｝2 ・Ｙ（ω）・Ｚ（ω）で表わされるスペクトルを近似的に得ることができる。
【００３７】
一方、図３の干渉波形において点線Ｂと点線Ｃで区切られた干渉ピークは、測定物１６においてＳｉ基板１６０を透過し、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面で反射され、再びＳｉ基板１６０を透過した測定光と、参照光との干渉によるものである。測定光はＳｉ基板１６０によって変調を受けるので、周波数スペクトルがＦ（ω）・Ｚ（ω）に変化したものと仮定することができる。このように周波数スペクトルの変化した測定光（Ｆ（ω）・Ｚ（ω）を逆フーリエ変換した時間関数）と、参照光（ｆ（ｔ））との相互相関関数である干渉波形は、図３の干渉波形において点線Ｂと点線Ｃで区切られた波形に近似される。よって、点線Ｂと点線Ｃで区切られた波形をフーリエ変換して図５のスペクトルを求めれば、｛Ｆ（ω）｝2 ・Ｚ（ω）で表わされるスペクトルを近似的に得ることができる。
【００３８】
したがって、図４のスペクトルと図５のスペクトルとの比を取れば、Ｙ（ω）、すなわちＳｉＯ2 膜１６１の反射・吸収特性等によるスペクトルの変化を求めることができ、ＳｉＯ2 膜１６１の膜質などの解析を行うことができる。また、光源１０のＳＣ光のスペクトルＦ（ω）と図４または図５のスペクトルを比較すれば、Ｙ（ω）・Ｚ（ω）や、Ｚ（ω）を求めることができ、より詳細な測定物１６の物性解析を行うことができる。
【００３９】
このような測定物１６の物性解析が可能となるのは、光源１０として、波長帯域が広い、すなわち多くの波長成分を含むＳＣ光を用いているためである。
【００４０】
以上のように、実施例１の表面分析装置によれば、測定物１６の温度を測定しつつ、測定物１６の所望の面の状態などを分析することができる。
【００４１】
［比較例］
ＳＣ光を放射する光源１０に替えて、中心波長約１３２５ｎｍ、半値幅約３０ｎｍのＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）を光源とし、それ以外の構成は実施例１の表面分析装置と同様とした表面分析装置（以下、比較例１の表面分析装置）を用いて、測定物１６の反射による干渉波形を測定した。図６は、ＳＬＤのスペクトルを示した図、図７は測定した干渉波形を示した図である。
【００４２】
図３と図７を比較するとわかるように、比較例１の表面分析装置により測定した干渉波形では、測定物１６表面（ＳｉＯ2 膜１６１の表面）での測定光の反射による干渉ピークと、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での測定光の反射による干渉ピークとが重なってしまい、分離されていない。したがって、ＳｉＯ2 膜１６１の温度を測定することができず、またＳｉ基板１６０の温度を正確に測定することができない。
【００４３】
また、図８は、図７の干渉波形を、測定物１６表面での測定光の反射による干渉ピークと、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ2 膜１６１との界面での測定光の反射による干渉ピークとが重なったピークのみを含む区間（図７中点線で示した区間）で区切り、その区切った波形をフーリエ変換したスペクトル図である。図８のスペクトルは、図６のスペクトルと比較してほとんど変わっておらず、測定物１６の情報を含んでいないことがわかる。これは、光源としてスペクトルの幅が狭いＳＬＤを光源として用いているためと思われる。
【００４４】
なお、実施例１では、測定物１６としてＳｉ基板１６０上にＳｉＯ2 膜１６１を形成したものを用いたが、本発明の表面分析装置は、ＳＣ光を反射可能な任意の材料からなる測定物からの反射による測定物の温度、厚さ、表面分析に利用することができる。また、実施例１の表面分析装置では、Ｓｉ基板などの基板上にＳｉＯ2 などの絶縁膜や、半導体膜、金属膜などの薄膜を成膜するプロセスの最中においても、薄膜の温度測定とともに、薄膜の表面状態、薄膜の膜質、などを解析することができ、また同時に薄膜の厚さを測定することで、薄膜の成長速度を測定することも可能である。また、同様に、薄膜をエッチングするプロセスの最中においても、薄膜の温度測定とともに、薄膜の表面状態、薄膜の膜質、などを解析することができ、また同時に薄膜の厚さを測定することで、エッチング速度を測定することも可能である。
【００４５】
また、実施例１では、干渉波形のピークを特定の区間で区切ることで切り出して抽出していたが、適当な窓関数を乗じることで、特定の干渉ピークを含む波形を切り出すようにしてもよい。
【００４６】
また、実施例１では、ミラー１２を駆動装置１３によって移動させて参照光の光路長を変化させているが、逆にミラー１２を固定し、測定物１６を移動させて測定光の光路長を変化させることで、干渉を生じさせてもよい。また、ミラー１２や測定物１６を移動させる方法以外の方法によって光路長を変化させてもよい。たとえば、強誘電体結晶中を参照光または測定光が透過するようにし、強誘電体結晶に印加する電圧を変化させることで誘電率を変化させて、強誘電体結晶中を透過する参照光または測定光の光路長を変化させるようにしてもよい。
【００４７】
また、測定光あるいは参照光をさらに複数に分割し、複数の測定光間、または複数の参照光間に光路長差を設けるようにしてもよい。これにより、複数の測定光のうち１つと参照光との干渉、または、測定光と複数の参照光のうち１つとの干渉を測定するまでのミラー１２または測定物１６の移動距離を短くすることができ、計測に要する時間を短縮することができる。また、測定光を複数に分割し、それぞれ測定物の異なる位置に照射することで、測定物の面内の温度分布や膜厚分布、表面状態の違いを測定することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の表面分析装置は、半導体プロセスにおけるなどに用いることができ、絶縁膜や半導体膜などの薄膜の成膜プロセス中において、薄膜の状態を温度測定と同時に分析することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０：光源
１１：光ファイバカプラ
１２：ミラー
１３：駆動装置
１４：受光手段
１５：干渉波形解析手段
１６：測定物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定物の所望の面の状態を分析する表面分析装置において、
スーパーコンティニューム光を放射する光源と、
前記スーパーコンティニューム光を、前記測定物に照射する測定光と、参照光とに分割する分割手段と、
前記測定光または前記参照光の光路長を変化させる光路長変化手段と、
前記参照光と前記測定光との干渉波形を測定する受光手段と、
前記干渉波形の干渉ピークの位置から前記測定物の温度を測定する温度測定手段と、
前記干渉波形から、前記測定物の所望の面に対応する干渉ピークを切り出してフーリエ変換し、スペクトルを測定するスペクトル測定手段と、
を有することを特徴とする表面分析装置。
【請求項２】
前記スーパーコンティニューム光のコヒーレンス長は、０．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の表面分析装置。
【請求項３】
前記測定物は、基板と、前記基板上に接して位置する薄膜と、により構成されており、
前記スペクトル測定手段は、前記干渉波形から前記薄膜表面に対応する干渉ピークと、前記基板と前記薄膜との界面に対応する干渉ピークとを切り出して、それぞれをフーリエ変換してスペクトルを測定する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面分析装置。
【請求項４】
測定物の所望の面の状態を分析する表面分析方法において、
スーパーコンティニューム光を測定光と参照光に分割し、
前記測定光を前記測定物に照射し、
前記測定光または前記参照光の一方の光路長を変化させ、
前記参照光と、前記測定物によって反射された測定光との干渉波形を測定し、
前記干渉波形の干渉ピークの位置から前記測定物の温度を測定するとともに、
前記測定物の所望の面に対応する所望の干渉ピークを含む干渉波形を切り出してフーリエ変換してスペクトルを測定する、
ことを特徴とする表面分析方法。
【請求項１】
測定物の所望の面の状態を分析する表面分析装置において、
スーパーコンティニューム光を放射する光源と、
前記スーパーコンティニューム光を、前記測定物に照射する測定光と、参照光とに分割する分割手段と、
前記測定光または前記参照光の光路長を変化させる光路長変化手段と、
前記参照光と前記測定光との干渉波形を測定する受光手段と、
前記干渉波形の干渉ピークの位置から前記測定物の温度を測定する温度測定手段と、
前記干渉波形から、前記測定物の所望の面に対応する干渉ピークを切り出してフーリエ変換し、スペクトルを測定するスペクトル測定手段と、
を有することを特徴とする表面分析装置。
【請求項２】
前記スーパーコンティニューム光のコヒーレンス長は、０．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の表面分析装置。
【請求項３】
前記測定物は、基板と、前記基板上に接して位置する薄膜と、により構成されており、
前記スペクトル測定手段は、前記干渉波形から前記薄膜表面に対応する干渉ピークと、前記基板と前記薄膜との界面に対応する干渉ピークとを切り出して、それぞれをフーリエ変換してスペクトルを測定する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面分析装置。
【請求項４】
測定物の所望の面の状態を分析する表面分析方法において、
スーパーコンティニューム光を測定光と参照光に分割し、
前記測定光を前記測定物に照射し、
前記測定光または前記参照光の一方の光路長を変化させ、
前記参照光と、前記測定物によって反射された測定光との干渉波形を測定し、
前記干渉波形の干渉ピークの位置から前記測定物の温度を測定するとともに、
前記測定物の所望の面に対応する所望の干渉ピークを含む干渉波形を切り出してフーリエ変換してスペクトルを測定する、
ことを特徴とする表面分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６３８２５（Ｐ２０１１−１６３８２５Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４９２（Ｐ２０１０−２４４９２）
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度採択課題、文部科学省、知的クラスター創成事業「東海広域ナノテクものづくりクラスター構想」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【出願人】（５０８０１６２９５）ＮＵシステム株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度採択課題、文部科学省、知的クラスター創成事業「東海広域ナノテクものづくりクラスター構想」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【出願人】（５０８０１６２９５）ＮＵシステム株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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