JPH0228536A - 接触角の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は固体表面上の＝らす液体の接触角を測定する方
法にｌｉｔ連する。

従来の技　及び闇 接触角ｒは、固体表面の液体の濡らす特性の度合いであ
る。完全に謂らす液体の接触角ｒは、０瓜である。接触
角ｒが０度と９０度の聞である液体は、濡らすといわれ
る。接触角が９０度より大きい液体は、わずかに濡らす
、または全く濡らさないといわれる。

例えば、濡らす特性の正確な測定は、半導体製造におい
ては非常にｍ要である。もしウェハ表面上の液体の濡ら
す特性が分かつているならば、表面の境界における物理
的及び／または化学的な影響に関して結果が予測され得
る。これにより、製造中に起こる工程の理解がより−！
ｌ深まる。

従来の接触角の測定方法では、液体と固体表面間の境界
線領域が、光学的に拡大される。この目的のために、例
えば顕微鏡または測定接眼レンズが用いられる。接触角
を測定するには、接線が幾分婉曲した液体表面にＷＪ番
プられ、境界即ちインタフェース線と交差し、この光学
的に設けられた接線と固体表面間の角度が測定される。

しかしながら、接線の通路は概算でしか測定できず、こ
れにより接触角の測定の正確さと再現能力が損なわれる
。測定は比較的に時間を要し、また測定結果は、完全に
測定を行う人の接線の設定しだいであるので、主観的で
しかない。

半導体製造の分野では、濡らす特性の測定において、不
正確な測定結果は、特に受は入れられない。

それゆえ、測定がより正確であり、より再現能力があり
、また速く容易に行うことのできる、接触角の測定方法
の開発の問題がある。

を　決するための　　及び作用 この問題の解決法は、特許請求の範囲の第１項で説明さ
れる。この解決法は、平らな固体表面と、液体表面から
反射する部分ビームの間の角度δは、接触角ｒと定めら
れた幾何学的な関係にあり、よって角度δが測定される
ことにより、同時に接触角ｒが測定されるという認識に
基ずく。

本発明による測定方法には、測定を行う人には関係なく
、よって客観的であるという利点がある。

これは、？！Ｉ雑な接線通路の見積もりがもはや必要で
はないので、速く、容易に行われ得る。この方法は、例
えば測定接眼レンズのような、光学拡大器具に頼らずに
行えるので、遠くからでも測定が容易に可能であり、よ
って測定の間でも、測定されている物質を、反応容器の
中で、高温や／または高圧にさらすことが可能である。

この測定力試を行うのに必要な測定装置は、それほど光
学的な部品ではなく、小型の精密な器械部品が必要なだ
けなので、単純なものでよく、従って経済的である。こ
れらの利点により、この測定力試は、半導体製造におけ
る接触角の測定に極めて適切である。

測定方法の特に有益な実施例は、［実施例Ｊの項の記載
から明らかである。もしレーザ・ビームの中央線が、液
体と固体表面の間のインタフェース線に交差するならば
、液体表面で反射する部分ビームは、明確な対照線を持
つ。この対照線を利用して、角度δが非常に正確に測定
され得る。角度の測定は、目盛りのある測定窓から値を
読み取ることにより直接行われ、この窓の上で角度δに
対応する接触角ｒが直接に読み取られる。

他の実施例には、周囲に現れる前に、液体表面で反射す
る部分ビームの強度が、測定を行う人のａｍを害するこ
となく測定が行われ得る程度に、弱められるという利点
がある。

接触角の測定方法の更に有益な改良では、測定ビームの
調整に対して、レーザ・ビームの入射角αは一定に保た
れ、液体の置かれた固体表面のみ、ｘ−ｙ方向に置き換
えられる。この−層改良された方法を行うための測定装
置は、まったく単純で経済的に形成され得る。

この他の本発明の詳細、特性及び利点は、図面と共に、
測定方法を説明する以下の実施例から明らかになろう。

実施例 第１図に示される、例えばシリコン・ウェハのような平
面標本１０の表面に置かれるのは、例えばテスト液体と
しての水のような、溜らず液体の水滴１２である。凸形
に曲線を描く水滴は、平面１０の表面で、境界即ちイン
タフェース［１１４を形成する。第１図には示されてい
ないｘ−ｙ置き換え装置により、平面１０を置き換える
ことにより、平面の表面に定角αで入射するレーザ・ビ
ーム１６が７ラインメントされ、よってレーザ・ビーム
１６の対称軸１８が、インタフェース即ち境界線１４に
交差する。第１図の参照符号２０で示される線図は、ビ
ームの直径に対して区分された、レーザ・ビーム１６の
強度の分布を示し、前記分布は、ガウス分布の形を取り
、最大値はビームの対称軸１８にある。第１図に示され
る正確な測定設定では、最大の強度を持つレーザ・ビー
ム領域は、このようにインタフェース線１４と交差する
。

用いられる放ＩＩ源は、１ｍＷ　　Ｈｅ−Ｎｅレーザ（
ＴＥＭ−００−モード）で常に作動され、ビームの直径
は０．５ｍｍであり、ビームの幅は０．１ｍｒａｄであ
る。Ｈｅ　−、Ｎ　ｅレーザで発生されるビームの波長
は、６３２．８ｎｍである。

しかしながら測定方法は、Ｈｅ−Ｎｅレーザの使用に限
られない６基本的には、しっかりと束ねられた、厳密に
平行な光線を出す、いかなるコーヒレントな放射源でも
良い。例えば、調査される物質が、Ｈｅ−Ｎｅレーザ・
ビームの波長を吸収する場合、他の波長のレーザ放射が
用いられるべきである。

第１図に示されるレーザ・ビーム１６の設定において、
前記ビームは反射により生じる二つの部分ビーム２０と
２２に分けられる。第一の部分ビーム２０は、平面１０
の表面での反射により形成され、接触角の測定には重要
ではない。第二の部分ビーム２２は、気体と液体の屈折
率の急激な変動により生じるインタフェース反射のため
に、インタフェースで形成される。水滴の凸形の曲線に
より、反射した部分ビーム２２は、レーデ・ビーム１６
よりも拡散し、よってそのイメージ２４は、ビームと比
べて広がって見える。第１図のビーム・イメージ２４は
、より明るい領域２６と、より暗い領域２８を示し、よ
り暗い領域２８は、一方の側で明確な対照線３０に隣接
する。反射した部分ビーム２２の、放射の強度分布の線
図３２から明らかなように、対照線３０は最大強度と一
致する。しかしながらこれは、レーザ・ビーム１６の対
称軸１８が、インタフェース１ａ１４と交差する第１図
に示された場合にしか起こらない。

反射した部分ビーム２２は、測定ビームとじて機能する
。角度δは標本平面と、ビーム・イメージ２４に対応し
またインタフェース線１４から始まっている測定ビーム
２２のインタフェース領域との間に形成される。前記角
度は、接線３４により定められる接触角ｒに対して、定
まった幾伺学的関係にある。

レーザ・ビーム１６の一定の入射角αを仮定し、それよ
り角度δを差し引くと、接Ｉ！３４に垂直に延びる二等
分１３６を持つ残りの角２βが残る。

これは以下のように示される ａ　＝ｃｏｎｓｔ、：　　δ＝α＋２β　　ｏｒ　　β
＝（δ−α）／２α＋β＋９０°　−ｒ’・　　ｒ　−
１８０°　−ｒ’よって、 ｒ−９０°−α−β 従って、 ｒ−（９０°−α／２）−δ／２ 測定ビーム２２は、測定目盛り３８のある測定窓に映さ
れる。もしレーザ・ビームが、行われる全ての測定に対
して、常に一定の角度αで平面に投射されるならば、測
定目盛り３８において、角度δが観測され、または有利
なことに測定されるべぎ接触角ｒに直接変換され得る。

接触角ｒは、対照１３０が形成されるポイント４０にお
いて読み出される。

測定窓は、測定ビーム２２のイメージの強度を弱める物
質から形成されるので、測定を行う人の［２１１に害は
ない。

第２図に示されるレーザ・ビーム１６の設定では、接触
角の測定は行えない。この場合、レーザ・ビーム１６の
全てが、水滴の表面に投射される。

反射したビームは非常に広げられ、角度δを測定するの
に必要な、はつぎりと映し出される対照線３０が見られ
ない。

第３図に示されるようなレーザ・ビーム１６の７ライン
メントでも、水滴１２に関して、接触角の測定は不可能
である。レーザ・ビーム１６の全てが標本表面で、角度
αで入射され、また同様にそこから角度αで反射される
。この反射されたビームのイメージ２４もまた、明確な
対照線３０を示さない。

このように明確な対照線３０があることにより同時に、
レーザ・ビーム１４が、接触角ｒの測定に対して、正確
に置かれているかどうかの制御ともなる。

本発明による測定方法により、接触角の測定が非常に正
確で、速くて、簡単に行えるようになる。

この測定方法によって測定される結果により、特に半導
体の製造で発生する様々な塗布の問題を解決するための
、詳細な知識が得られる。例えば、単分子膜に至るまで
の、非常に薄い膜の質を、調査することが可法である。

以上の説明にＩＩ！連して、更に以下の項を開示する。

（１）　　固体表面の濡らす液体の接触角を測定する方
法において、レーザ・ビーム１６は、液体１２と平らな
固体表面１０の間のインタフェース１１４に向けられ、
ビーム１６の第一の部分２０は固体表面で反射し、第二
の部分２２は液体表面で反射し、液体表面で反射した第
二の部分ビーム２２と固体表面の間の角度δが測定され
、前記角度は接触角ｒに対して定められた幾何学的関係
にあることを特徴とする方法。

（お　中項に記載した接触角を測定する方法は、レーザ
・ビーム１６がアラインされ、その対称軸１８が、固体
表面と液体の間のインタフェース１４に、交差すること
を特徴とする。

＋３）　　（１）または（２）項に記載した接触角を測
定する方法は、液体表面で反射した部分ビーム２２は、
目盛りを付けた測定１３８に映され、また反射した部分
ビームのイメージ２４が、最大の対照線を持つときの目
盛りにおいて、角度δが読まれることを特徴とする。

＋４）　　＋３１項に記載した接触角を測定する方法は
、接触角ｒは測定ｌｌ３８の目盛りから、直接読み出さ
れることを特徴とする。

＋５１　　（３）または（４）項に記載した接触角を測
定する方法は、測定１３８を介する通路における、反射
した部分ビーム２２の強度は、人の健 康に害を及ぼさない程度に、弱められることを特徴をす
る。

＋６１　　（１）乃至（５）項に記載した接触角を測定
づる方法は、レーザ・ビーム１６を、液体と固体表面間
のインタフェース１ａ１４でアラインメントするために
、インタフェースｌ１１１４を平らな固体表面に置き、
レーザ・ビームの入射角αを、液体により反射した部分
ビーム２２が明白な対照線３０を示すまで、入射レーザ
・ビームに比例さゼることを特徴とする。

（７）　　本発明は、固体表面の＝らす液体の接触角を
測定する方法に関連し、この方法により、測定の正確さ
が増し、測定結果の再現能力が増す。この方法というの
は、レーザ・ビームの第一の部分が固体表面で反射し、
また第二の部分が液体表面で反射するように、レーザ・
ビームを、液体と固体表面間のインタフェース線に向け
ることである。

第二の部分ビームは、測定ビームとして用いられ、測定
ビームと固体表面の間に形成される角度δを測定し、前
記角度は、接触角ｒと定められた幾何４゜ 学的な関係にある。この測定方法によりかなり正確に測
定され得る接触角は、物質の冨らす特性に濁する情報を
提供し、この正確な知識は、例えば半導体の１ＭＴ１に
とって鼻常に重要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による測定方法を行うための、接触角
の測定の瞬間における測定配置を示す略図である。 第２図は、本発明による測定方法を行うための、測定の
不可能な第一の操作位置における測定配置を示す略図で
ある。 第３図は、本発明による測定方法を行うための、測定の
不可能な次の操作位置における測定配置を示す略図であ
る。 主な符号の説明 １２：水滴 １４：インタフェース線 １６：レーザ・ビーム １８：対称軸 第一の部分ビーム 第二の部分ビーム 対照線 接線 測定目盛り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体表面の濡らす液体の接触角を測定する方法に
   おいて、レーザ・ビームは、液体と平らな固体表面の間
   のインタフェース線に向けられ、ビームの第一の部分は
   固体表面で反射し、第二の部分は液体表面で反射し、液
   体表面で反射した第二の部分ビームと固体表面の間の角
   度δが測定され、前記角度は接触角ｒに対して定められ
   た幾何学的関係にあることを特徴とする方法。