JP2007040981A - Method and device for measuring wafer temperature - Google Patents

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Yasushi Shio
耕史 塩
Hideyuki Wakai
秀之 若井
Akihiro Osawa
昭浩 大澤
Hironaga Akiba
浩永 秋葉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for measuring a wafer temperature that is a non-contact type and locally and precisely measures a wafer temperature even in a low temperature process. <P>SOLUTION: The device measures a wafer temperature on the basis of reflected light that is irradiated to a wafer of an object to be temperature-measured and then reflected. The device includes a light source 110 that generates light containing a P-polarization component with a wavelength of 400 nm or less and irradiates the light to the wafer 100, a light receiver 130 that receives light that is reflected by the wafer to detect at least strength of the P polarization component with the wavelength of 400 nm or less, and a signal processor 150 calculates a temperature of the object based on the strength of the P-polarization component detected by the light receiver. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造プロセスにおいてウエハの温度を制御するために用いられるウエハ温度測定方法及びウエハ温度測定装置に関する。   The present invention relates to a wafer temperature measuring method and a wafer temperature measuring apparatus used for controlling the temperature of a wafer in a semiconductor manufacturing process.

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、半導体製造プロセスにおいてウエハ温度を精密に制御することがますます重要になっている。
現在、ウエハ温度測定方法として主流となっているのは、放射温度計を用いる方法である。この測定方法は、測定対象物から発せられる熱放射光を検出することにより温度を測定する方法であり、ウエハに対して非接触で温度を測定することができる。この測定方法によれば、約300℃以上の範囲においては精度良く温度測定することができるので、主に、800℃〜1000℃程度の高温プロセスにおいては採用されている。しかしながら、この測定方法においては、測定対象の温度が低くなるにつれて精度が加速度的に低下することが問題となっている。例えば、測定対象が200℃以下になるとほとんど温度を計測することができなってしまう。その理由は、低温においては熱放射光の波長ピークが赤外領域となるのに対して、シリコン半導体はその領域において透明であるので、シリコン半導体からの熱放射光を検出し難くなるからである。
In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, it has become increasingly important to precisely control the wafer temperature in the semiconductor manufacturing process.
At present, a method using a radiation thermometer is the mainstream method for measuring the wafer temperature. This measurement method is a method of measuring temperature by detecting thermal radiation emitted from a measurement object, and can measure temperature without contact with a wafer. According to this measuring method, the temperature can be measured with high accuracy in the range of about 300 ° C. or higher, and therefore, it is mainly used in a high temperature process of about 800 ° C. to 1000 ° C. However, the problem with this measurement method is that the accuracy decreases at an accelerated rate as the temperature of the measurement object decreases. For example, when the measurement target is 200 ° C. or lower, the temperature can hardly be measured. The reason is that while the wavelength peak of thermal radiation is in the infrared region at low temperatures, the silicon semiconductor is transparent in that region, making it difficult to detect thermal radiation from the silicon semiconductor. .

そのため、現状では、100℃〜200℃程度の低温プロセスにおいては、温度センサを測定対象であるウエハの近傍に配置することによってウエハ温度が測定されている。しかしながら、この測定方法においては、接触熱抵抗により、高い精度で温度測定できないことが問題となっている。例えば、液体中や固体中においては、測定対象であるウエハと温度センサとの接触が多少悪くても、液体や固体が熱伝導の役割を果たすので、ある程度の精度を維持することは可能である。しかしながら、大気中や真空中においては、そのような熱伝導は行われないので、接触熱抵抗が極めて大きな値となってしまう。また、ウエハごとに接触熱抵抗が異なることも、誤差が大きくなる一因となっている。   Therefore, at present, in a low-temperature process of about 100 ° C. to 200 ° C., the wafer temperature is measured by arranging a temperature sensor in the vicinity of the wafer to be measured. However, this measurement method has a problem that temperature cannot be measured with high accuracy due to contact thermal resistance. For example, in a liquid or solid, even if the contact between the wafer to be measured and the temperature sensor is somewhat poor, the liquid or solid plays a role of heat conduction, so it is possible to maintain a certain degree of accuracy. . However, since such heat conduction is not performed in the atmosphere or vacuum, the contact thermal resistance becomes a very large value. Also, the difference in contact thermal resistance from wafer to wafer is one factor that increases the error.

この他にも、様々なウエハ温度測定方法の研究が為されている。以下に、現在検討されているウエハ温度測定方法の特徴及び問題点について述べる。
(1)赤外透過率測定による方法
シリコン半導体は、約1.1μm付近の波長を有する光に対して急峻に透明となる。吸収特性におけるそのような波長領域は、吸収端と呼ばれている。吸収端は温度に応じて変化するので、赤外線の透過率を観察して吸収端を検出することにより、ウエハ温度を測定することができる。しかしながら、吸収端の波長は、温度だけではなく、シリコン半導体に含まれる不純物濃度等の他の要素にも依存している。そのため、様々な不純物濃度を有するシリコン半導体が通過する半導体製造プロセスにおいては、あまり実用的ではない。また、通常の半導体製造プロセスにおいては、ウエハ上にレジスト膜を塗布したり、他の材料を堆積させることが行われるが、ウエハに他の物質の膜が付着している場合には、吸収端を正確に検出できなくなってしまう。
In addition, various wafer temperature measurement methods have been studied. The features and problems of the wafer temperature measurement method currently under study are described below.
(1) Method by Infrared Transmittance Measurement A silicon semiconductor is sharply transparent with respect to light having a wavelength near about 1.1 μm. Such a wavelength region in the absorption characteristic is called an absorption edge. Since the absorption edge changes depending on the temperature, the wafer temperature can be measured by observing the infrared transmittance and detecting the absorption edge. However, the wavelength of the absorption edge depends not only on the temperature, but also on other factors such as the concentration of impurities contained in the silicon semiconductor. Therefore, it is not very practical in a semiconductor manufacturing process through which silicon semiconductors having various impurity concentrations pass. Further, in a normal semiconductor manufacturing process, a resist film is applied on the wafer or other materials are deposited. If a film of another substance is attached to the wafer, an absorption edge is formed. Cannot be detected accurately.

(2)反射率測定による方法
物質の反射率は温度に応じて変化する。そこで、既知の強度を有する光をウエハに照射し、その反射光を検出して反射率を算出することにより、ウエハ温度を測定することができる。非特許文献1には、シリコン反射率の変化に基づいて温度を測定する方法が開示されている。しかしながら、このようなウエハ温度測定方法においては、温度による反射率の変化が非常に小さいために、精度の良い測定が困難であるという問題が生じている。
(2) Method by reflectance measurement The reflectance of a substance changes with temperature. Therefore, the wafer temperature can be measured by irradiating the wafer with light having a known intensity, detecting the reflected light, and calculating the reflectance. Non-Patent Document 1 discloses a method of measuring temperature based on a change in silicon reflectance. However, such a wafer temperature measuring method has a problem that it is difficult to measure with high accuracy because the change in reflectance due to temperature is very small.

そのような問題を改善するために、特許文献1には、温度測定対象物表面の複数の波長の光に対する反射率を測定する測定工程と、該測定工程で測定された反射率の比を求める工程と、求めた反射率に基づいて温度測定対象物の温度を特定する工程とを備える温度測定方法が開示されている。また、その際には、430nm〜800nmの波長を有する光が用いられることが開示されている(第2頁)。しかしながら、複数の波長を有する光を用いることによっても、温度による反射率の変化は10−5/℃程度であり、やはり温度係数が小さいので、精度を改善することは困難である。 In order to improve such a problem, Patent Document 1 obtains a measurement step of measuring the reflectance of the surface of the temperature measurement object with respect to light having a plurality of wavelengths and a ratio of the reflectance measured in the measurement step. A temperature measurement method including a process and a process of specifying the temperature of the temperature measurement object based on the obtained reflectance is disclosed. In this case, it is disclosed that light having a wavelength of 430 nm to 800 nm is used (second page). However, even when light having a plurality of wavelengths is used, the change in reflectivity due to temperature is about 10 −5 / ° C., and the temperature coefficient is still small, so it is difficult to improve accuracy.

(3)スペクトルピーク位置測定による方法
反射光スペクトルのピーク位置は、反射体である物質の温度に応じて変化する。また、シリコン半導体においては、直接遷移準位E1及びE2に対応する紫外領域の波長に反射光スペクトルのピークが現れる。そこで、反射光のスペクトルを観察してピーク位置を検出することにより、ウエハ温度を測定することができる。この測定方法においては、温度依存性の高い紫外光の偏光特性を利用しているので、使用されるスペクトラムアナライザの精度が高い場合には、精密な温度測定が可能である。しかしながら、そのようなスペクトラムアナライザは高価であるので、コストが上昇してしまうことが問題となっている。
(3) Method by spectral peak position measurement The peak position of the reflected light spectrum changes according to the temperature of the substance that is the reflector. In a silicon semiconductor, the peak of the reflected light spectrum appears at a wavelength in the ultraviolet region corresponding to the direct transition levels E1 and E2. Therefore, the wafer temperature can be measured by observing the spectrum of the reflected light and detecting the peak position. In this measurement method, since the polarization characteristic of ultraviolet light having high temperature dependence is used, precise temperature measurement is possible when the accuracy of the spectrum analyzer used is high. However, since such a spectrum analyzer is expensive, there is a problem that the cost increases.

関連する技術として、特許文献2には、シリコンデバイスの製造プロセスにおいて、ワークピースの温度を制御するために、ワークピース支持体と、紫外線光を含む偏光した光のビームをワークピース上へと照射する光源と、ワークピースから反射したビームを受けるスペクトル解析装置と、スペクトル解析装置から反射したビームのスペクトルを表す情報を受け、その情報からワークピースの温度を評価するコンピュータとを有するシリコンワークピースを処理する装置が開示されている。   As a related technique, Patent Document 2 discloses that in a silicon device manufacturing process, a workpiece support and a beam of polarized light including ultraviolet light are irradiated onto the workpiece in order to control the temperature of the workpiece. A silicon workpiece having a light source, a spectrum analyzer for receiving the beam reflected from the workpiece, and a computer for receiving information representing the spectrum of the beam reflected from the spectrum analyzer and evaluating the temperature of the workpiece from the information An apparatus for processing is disclosed.

また、特許文献3には、シリコンワークピークの温度を、低温を含む広い範囲で正確に測定するために、(a)スペクトルデータを温度の値に変換する変換システムを提供する工程と、光反射型温度計を用いて、上記シリコンワークピースの温度を測定する工程において、(i)紫外線を含めた偏光ビームを、紫外線が上記ワークピースに向ける工程、(ii)上記スペクトル分析器を用いて上記ワークピースから反射した光のスペクトルを分析して、スペクトルデータを獲得する工程、(iii)上記変換システムを用いて、上記スペクトルデータを温度値に変換する工程とを含むシリコンワークピースの温度を測定する方法が開示されている。   Further, in Patent Document 3, in order to accurately measure the temperature of a silicon work peak in a wide range including a low temperature, (a) a step of providing a conversion system for converting spectral data into a temperature value, and light reflection In the step of measuring the temperature of the silicon workpiece using a mold thermometer, (i) a step of directing a polarized beam including ultraviolet rays toward the workpiece, (ii) the above using the spectrum analyzer Analyzing the spectrum of light reflected from the workpiece to obtain spectral data; (iii) converting the spectral data into a temperature value using the conversion system; and measuring the temperature of the silicon workpiece. A method is disclosed.

ところで、通常、シリコンウエハの表面には酸化膜が自然に形成される。また、半導体製造プロセスにおいては、シリコンウエハの表面に様々な厚さの酸化膜を形成する場合がある。しかしながら、ウエハからの反射光に基づいてウエハ温度を測定する場合に、ウエハの表面に酸化膜が形成されていると、次のような問題が生じる。即ち、ウエハに光を照射することにより、酸化膜表面において光が反射したり、酸化膜表面とシリコン表面との間において光の多重反射が起こるので、光の干渉により反射強度が変化してしまう。このような望ましくない反射によって生じる反射強度の変動は、酸化膜の厚さに対して敏感であると共に、ウエハの種類等の物性によって異なっているので、ウエハの温度を正確に測定することができなくなってしまう。
特開2001−4452号公報 特開2000−2597号公報 特開2000−356554号公報 へラー(J.Heller)等、「波長633nm及び1047nmにおける酸化被膜付きシリコン反射率の温度依存性(Temperature dependence of the reflectivity of silicon with surface oxide at wavelengths of 633 and 1047nm)」、アプライド・フィジックス・レタース(Applied Physics Letters)、1999年7月、第75巻、第1号、p.43−45
By the way, usually, an oxide film is naturally formed on the surface of the silicon wafer. In the semiconductor manufacturing process, oxide films having various thicknesses may be formed on the surface of a silicon wafer. However, when the wafer temperature is measured based on the reflected light from the wafer and the oxide film is formed on the surface of the wafer, the following problems occur. That is, by irradiating the wafer with light, light is reflected on the surface of the oxide film, or multiple reflections of light occur between the oxide film surface and the silicon surface, so that the reflection intensity changes due to light interference. . Reflection intensity fluctuations caused by such unwanted reflections are sensitive to the thickness of the oxide film and differ depending on the physical properties such as the type of wafer, so that the wafer temperature can be accurately measured. It will disappear.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-4442 JP 2000-2597 A JP 2000-356554 A J. Heller et al., “Temperature dependence of the silicon with surface oxide at wavelengths of 633 and 1047 nm”, Applied Physics Letters (Applied Physics Letters), July 1999, Vol. 75, No. 1, p. 43-45

上記の点に鑑み、本発明は、低温プロセスにおいてもウエハ温度をその場で(in situ)精度良く温度測定することができる非接触方式のウエハ温度測定方法、及び、それを用いたウエハ温度測定装置を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention provides a non-contact type wafer temperature measurement method capable of accurately measuring a wafer temperature in situ even in a low temperature process, and a wafer temperature measurement using the same. An object is to provide an apparatus.

上記課題を解決するため、本発明の1つの観点に係るウエハ温度測定方法は、波長が400nm以下のP偏光成分を含む光を発生して、温度測定対象であるウエハに照射するステップ(a)と、温度測定対象によって反射された光を受光して、少なくとも、反射光に含まれる波長が400nm以下のP偏光成分の強度を検出するステップ(b)と、ステップ(b)において検出された波長が400nm以下のP偏光成分の強度に基づいて、温度測定対象の温度を算出するステップ(c)とを具備する。   In order to solve the above-described problem, a wafer temperature measuring method according to one aspect of the present invention includes a step (a) of generating light including a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and irradiating a wafer as a temperature measurement target. Receiving the light reflected by the temperature measurement object, and detecting at least the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less included in the reflected light, and the wavelength detected in step (b) (C) calculating the temperature of the temperature measurement object based on the intensity of the P-polarized light component of 400 nm or less.

また、本発明の1つの観点に係るウエハ温度測定装置は、波長が400nm以下のP偏光成分を含む光を発生して、温度測定対象であるウエハに照射する光照射手段と、温度測定対象によって反射された光を受光して、少なくとも、反射光に含まれる波長が400nm以下のP偏光成分の強度を検出する受光手段と、該受光手段によって検出された波長が400nm以下のP偏光成分の強度に基づいて、温度測定対象の温度を算出する演算手段とを具備する。   In addition, a wafer temperature measuring apparatus according to one aspect of the present invention includes a light irradiation unit that generates light including a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and irradiates a wafer that is a temperature measurement object, and a temperature measurement object. A light receiving means for receiving the reflected light and detecting at least the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less included in the reflected light, and the intensity of the P-polarized component having a wavelength detected by the light receiving means of 400 nm or less And calculating means for calculating the temperature of the temperature measurement object.

本発明によれば、温度測定対象から反射された光の内で、波長が400nm以下のP偏光成分を検出し、その強度に基づいて測定対象の温度を算出する。この紫外光のP偏光成分の反射強度においては、温度に対する依存性が、S偏光や可視光に比較して非常に大きい。従って、測定対象の温度を非接触で精度良く測定することが可能となる。   According to the present invention, a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less is detected from the light reflected from the temperature measurement target, and the temperature of the measurement target is calculated based on the intensity. In the reflection intensity of the P-polarized component of this ultraviolet light, the dependence on temperature is very large compared to S-polarized light and visible light. Accordingly, it is possible to accurately measure the temperature of the measurement target without contact.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
まず、本発明の第1〜第9の実施形態に係るウエハ温度測定装置において用いられているウエハ温度測定方法の原理について説明する。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
First, the principle of the wafer temperature measuring method used in the wafer temperature measuring apparatus according to the first to ninth embodiments of the present invention will be described.

本発明においては、温度測定対象であるウエハにP偏光成分を含む紫外光(波長が400nm以下の光)を入射させ、ウエハによって反射された反射光を検出することによりウエハ温度を測定する。
ここで、シリコン基板の反射強度の変化に基づいて温度を測定する試みはなされているが、一般には、可視光よりも長波長側しか検出光として用いられていない。しかしながら、エリソン(G. E. Ellison)等、「高温における1.7eVから4.7eVの間のシリコン光学関数(Optical functions of silicon between 1.7 and 4.7eV at elevated temperatures)」(フィジカル・レビューB(Physical Review B)、1983年6月15日、第27巻、第12号)に記載されているように、シリコンの直接遷移準位であるE1を含む紫外領域においては、誘電関数が温度に応じて大きな変化を見せることは知られている。また、安達定雄(Sadao Adachi)、「シリコン及びゲルマニウムの誘電定数モデル(Model dielectric constants of Si and Ge)」(フィジカル・レビューB(Physical Review B)、1988年12月15日、第38巻、第18号)においては、シリコンの誘電関数についての計算モデルが提唱されている。
In the present invention, ultraviolet light containing a P-polarized component (light having a wavelength of 400 nm or less) is made incident on a wafer that is a temperature measurement target, and the reflected light reflected by the wafer is detected to measure the wafer temperature.
Here, an attempt has been made to measure the temperature based on the change in the reflection intensity of the silicon substrate, but generally only the longer wavelength side than the visible light is used as the detection light. However, GE Ellison et al., “Optical functions of silicon between 1.7 and 4.7 eV at elevated temperatures” (Physical Review B) , June 15, 1983, Vol. 27, No. 12), in the ultraviolet region including E1, which is a direct transition level of silicon, the dielectric function changes greatly depending on the temperature. It is known to show. Also, Sadao Adachi, “Model dielectric constants of Si and Ge” (Physical Review B), December 15, 1988, Vol. 38, Vol. 18) proposes a calculation model for the dielectric function of silicon.

そこで、本願発明者らは、紫外領域におけるシリコン誘電関数の特性に注目して、光学的に温度を測定する方法を模索した。その際に、安達による計算モデルを用いて計算を行ったところ、紫外光のP偏光成分が、紫外光のS偏光成分及び可視光と比較して、大きな温度依存性を示すことを見出した。   Accordingly, the inventors of the present application have sought a method for optically measuring temperature by paying attention to the characteristics of the silicon dielectric function in the ultraviolet region. At that time, when the calculation was performed using the calculation model by Adachi, it was found that the P-polarized component of the ultraviolet light showed a large temperature dependence as compared with the S-polarized component of the ultraviolet light and the visible light.

図1は、シリコンに対するP偏光成分の反射強度の変化率を表すグラフであり、所定の温度のシリコンに対してP偏光成分を入射させ、その反射光について、分光器を用いて波長成分を分析することにより得られたものである。ここで、図1の縦軸に示す変化率とは、温度変化前の反射スペクトル強度を1とした場合に、温度を10℃上昇させた後の反射スペクトル強度のことを示す。   FIG. 1 is a graph showing the rate of change in the reflection intensity of the P-polarized component with respect to silicon. The P-polarized component is incident on silicon at a predetermined temperature, and the wavelength component of the reflected light is analyzed using a spectroscope. It is obtained by doing. Here, the rate of change shown on the vertical axis in FIG. 1 indicates the intensity of the reflection spectrum after the temperature is raised by 10 ° C. when the intensity of the reflection spectrum before the temperature change is 1.

図1に示すように、波長が400nmより大きい領域(可視領域)において、反射強度の変化率は1.00前後に留まっているため、試料(シリコン)の温度変化に対する反射強度の感度はあまり高くないと言える。それに対して、波長が400nmよりも短い紫外領域においては、変化率が1.00から大きく離れているため、試料の温度変化に対して反射強度が顕著に変化すると言える。特に変化の大きい波長領域(変化率が1から離れている波長領域であり、測定範囲内においては、360nm〜370nm付近、及び、260nm付近)においては、反射強度が2%以上変化していることを確認することができる。   As shown in FIG. 1, in the region where the wavelength is larger than 400 nm (visible region), the rate of change of the reflection intensity remains around 1.00, so the sensitivity of the reflection intensity to the temperature change of the sample (silicon) is very high. I can say no. On the other hand, in the ultraviolet region where the wavelength is shorter than 400 nm, since the rate of change is far from 1.00, it can be said that the reflection intensity changes significantly with respect to the temperature change of the sample. In particular, in the wavelength region where the change is large (the wavelength region where the rate of change is far from 1, and in the measurement range, around 360 nm to 370 nm and around 260 nm), the reflection intensity changes by 2% or more. Can be confirmed.

また、図2は、シリコンウエハに対するS偏光成分の反射率を示しており、図3は、シリコンウエハに対するP偏光成分の反射率を示している。これらのグラフは、モデル誘電関数(MDF:Model Dielectric Function)と、分光エリプソメトリによって実測されたMDFのパラメータの温度特性とを用いて、所定の試料温度におけるP偏光成分及びS偏光成分のスペクトル強度を求めることによって得られたものである。図2及び図3において、実線は試料温度が20℃である場合の反射率の変化を示しており、破線は試料温度が100℃である場合の反射率の変化を示しており、一点鎖線は試料温度が200℃である場合の反射率の変化を示している。   FIG. 2 shows the reflectance of the S polarization component with respect to the silicon wafer, and FIG. 3 shows the reflectance of the P polarization component with respect to the silicon wafer. These graphs show the spectral intensities of the P-polarized component and S-polarized component at a given sample temperature using a model dielectric function (MDF) and the temperature characteristics of the parameters of the MDF measured by spectroscopic ellipsometry. It is obtained by seeking. 2 and 3, the solid line indicates the change in reflectance when the sample temperature is 20 ° C., the broken line indicates the change in reflectance when the sample temperature is 100 ° C., and the alternate long and short dash line is The change in reflectance when the sample temperature is 200 ° C. is shown.

ここで、分光エリプソメトリとは、試料に対するP偏光成分の反射率と、S偏光成分の反射率の絶対値の比と、それらの位相変化の比とに基づいて、薄膜の厚さ及び屈折率を評価する方法のことである。また、MDFについては、安達、「単結晶材料のモデル誘電関数(MDF)理論」、表面科学、第18巻、第11号、p.669−675(1997年)を参照されたい。   Here, the spectroscopic ellipsometry refers to the thickness and refractive index of the thin film based on the reflectance of the P-polarized component, the ratio of the absolute values of the reflectance of the S-polarized component, and the ratio of the phase changes thereof. It is a method of evaluating. Regarding MDF, Adachi, “Model Dielectric Function (MDF) Theory of Single Crystal Materials”, Surface Science, Vol. 18, No. 11, p. 669-675 (1997).

図2に示すように、S偏光成分の反射率については、どの波長領域においても試料温度に応じた違いはあまり見られない。一方、図3に示すように、P偏光成分の反射率については、紫外領域において試料温度に応じた違いが現れている。特に、400nm以下の領域において、試料温度に対するP偏光成分の反射率の変化が大きい。   As shown in FIG. 2, regarding the reflectance of the S-polarized light component, there is not much difference depending on the sample temperature in any wavelength region. On the other hand, as shown in FIG. 3, regarding the reflectance of the P-polarized component, a difference according to the sample temperature appears in the ultraviolet region. Particularly, in the region of 400 nm or less, the change in reflectance of the P-polarized component with respect to the sample temperature is large.

そこで、本願発明者らは、紫外光のP偏光成分の反射強度が試料の温度変化に敏感であるという現象を利用し、紫外光のP偏光成分を含む光を試料に照射すると共に、試料から反射された紫外光のP偏光成分を検出することにより試料の温度を測定する方法及び装置を発明した。   Therefore, the inventors use the phenomenon that the reflection intensity of the P-polarized component of the ultraviolet light is sensitive to the temperature change of the sample, and irradiates the sample with light containing the P-polarized component of the ultraviolet light. Invented a method and apparatus for measuring the temperature of a sample by detecting the P-polarized component of reflected ultraviolet light.

以下に説明する第1〜第9の実施形態においては、温度測定のために、反射光スペクトルのピークが現れる直接遷移準位E1又はE2に対応する波長を含む紫外光を用いることが望ましい。例えば、シリコンの場合には、370nm付近に第1のピークが現れ、250nm付近に第2のピークが現れるので、150nm〜400nm程度、望ましくは、200nm〜400nm程度、さらに望ましくは、300nm〜400nm程度の紫外線が用いられる。従って、以下の実施形態においては、高圧水銀ランプ、高圧水銀キセノンランプ、紫外発光ダイオード(LED)、紫外レーザダイオード(LD)等の150nm〜400nm程度の紫外光を発生する光源装置が、装置の構成に応じて使用される。なお、波長の下限については、紫外光の波長が短くなるに従って受光側装置の劣化が激しくなり、また、波長が200nm以下になるとOによる紫外光吸収が生じて検出精度が落ちてくるため、実用的な範囲として定めている。 In the first to ninth embodiments described below, it is desirable to use ultraviolet light including a wavelength corresponding to the direct transition level E1 or E2 in which the peak of the reflected light spectrum appears for temperature measurement. For example, in the case of silicon, a first peak appears at around 370 nm and a second peak appears at around 250 nm, so it is about 150 nm to 400 nm, preferably about 200 nm to 400 nm, and more preferably about 300 nm to 400 nm. UV rays are used. Accordingly, in the following embodiments, a light source device that generates ultraviolet light of about 150 nm to 400 nm, such as a high-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury xenon lamp, an ultraviolet light-emitting diode (LED), or an ultraviolet laser diode (LD), Used depending on. As for the lower limit of the wavelength, as the wavelength of the ultraviolet light becomes shorter, deterioration of the light receiving side device becomes severe, and when the wavelength becomes 200 nm or less, ultraviolet light absorption by O 2 occurs and the detection accuracy decreases. It is defined as a practical range.

図4は、本発明の第1の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、検出光として紫外光のP偏光成分を用い、参照光として、検出光と同じ波長を有する紫外光のS偏光成分を用いることにより、ウエハ100の温度を測定する装置である。ここで、参照光としてS偏光成分を用いるのは、S偏光成分の反射光は温度依存性が比較的小さいので、参照光を用いることにより、検出光(P偏光成分)の検出精度を高くするためである。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the wafer temperature measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The wafer temperature measuring apparatus according to this embodiment uses the P-polarized component of ultraviolet light as the detection light, and uses the S-polarized component of ultraviolet light having the same wavelength as the detection light as the reference light, thereby adjusting the temperature of the wafer 100. It is a device to measure. Here, the reason why the S-polarized component is used as the reference light is that the reflected light of the S-polarized component has a relatively small temperature dependency, and thus the detection accuracy of the detection light (P-polarized component) is increased by using the reference light. Because.

図4に示すように、本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、光源部110と、プリズム121及び122と、受光部130と、信号増幅器(AMP)140と、信号処理部150とを含んでいる。   As shown in FIG. 4, the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment includes a light source unit 110, prisms 121 and 122, a light receiving unit 130, a signal amplifier (AMP) 140, and a signal processing unit 150. Yes.

光源部110は、駆動回路(DR)111と、光源装置(LS)112と、コリメートレンズ113と、ビームスプリッタ114と、偏光素子(ポーラライザ)115と、光チョッパ116と、光検出器(PD)117とを含んでおり、ウエハ100に照射する光を出射する。
駆動回路111は、光源装置112の動作を制御している。また、光源装置112は、例えば、波長が365nm付近の紫外光を発生する発光ダイオード(LED)である。LEDは、無偏光光を発生する光源装置である。
The light source unit 110 includes a drive circuit (DR) 111, a light source device (LS) 112, a collimator lens 113, a beam splitter 114, a polarizing element (polarizer) 115, an optical chopper 116, and a photodetector (PD). 117, and emits light to irradiate the wafer 100.
The drive circuit 111 controls the operation of the light source device 112. The light source device 112 is, for example, a light emitting diode (LED) that generates ultraviolet light having a wavelength near 365 nm. The LED is a light source device that generates non-polarized light.

コリメートレンズ113は、光源装置112から出射した紫外光を透過させることにより平行ビームを形成する。ビームスプリッタ114は、入射光の一部を透過させることにより偏光素子115に導くと共に、残りの入射光を反射することにより光検出器117に導く。
偏光素子115は、ビームスプリッタ114を介して入射した紫外光を透過させることによって直線偏光させる。なお、光源装置112として、直線偏光した光を出射する光源(例えば、LD)を用いる場合には、偏光素子115を省略しても良い。
The collimating lens 113 forms a parallel beam by transmitting the ultraviolet light emitted from the light source device 112. The beam splitter 114 guides the polarizing element 115 by transmitting a part of the incident light, and guides the remaining incident light to the photodetector 117 by reflecting the incident light.
The polarizing element 115 linearly polarizes by transmitting the ultraviolet light incident through the beam splitter 114. When a light source (for example, LD) that emits linearly polarized light is used as the light source device 112, the polarizing element 115 may be omitted.

ここで、本実施形態においては、P偏光成分及びS偏光成分が、検出光及び参照光としてそれぞれ用いられるので、ウエハ100によって反射された後の紫外光において、P偏光成分の強度とS偏光成分の強度とが同程度になっていることが望ましい。しかしながら、S偏光成分の反射率はP偏光成分の反射率よりも大きく、約3倍である。そのため、ウエハ100に対する入射光においてP偏光成分の方が多くなるように、偏光方向を予め調節しておくことが望ましい。具体的には、ウエハ100に対する入射光において、P偏光成分とS偏光成分との比が3対1程度となるように、偏光素子115の角度を調節する。   Here, in the present embodiment, the P-polarized component and the S-polarized component are used as detection light and reference light, respectively. Therefore, in the ultraviolet light after being reflected by the wafer 100, the intensity of the P-polarized component and the S-polarized component. It is desirable that the strength of the is approximately the same. However, the reflectance of the S-polarized component is larger than the reflectance of the P-polarized component, which is about 3 times. For this reason, it is desirable to adjust the polarization direction in advance so that the P-polarized component in the incident light with respect to the wafer 100 is increased. Specifically, the angle of the polarizing element 115 is adjusted so that the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component in the incident light with respect to the wafer 100 is about 3: 1.

光チョッパ116は、偏光素子115によって直線偏光させられた紫外光を所定のタイミング又は周波数でチョップすることにより、光源部110からの紫外光出射タイミングを制御する。また、光チョッパ116は、オン/オフ信号を信号増幅器140に出力する。
光検出器117は、ビームスプリッタ114によって反射された紫外光の強度を検出する。光検出器117からの出力信号は駆動回路111にフィードバックされて、光源装置112から出射する紫外光の光量調節のために用いられる。
The optical chopper 116 controls the ultraviolet light emission timing from the light source unit 110 by chopping the ultraviolet light linearly polarized by the polarizing element 115 at a predetermined timing or frequency. Further, the optical chopper 116 outputs an on / off signal to the signal amplifier 140.
The photodetector 117 detects the intensity of the ultraviolet light reflected by the beam splitter 114. An output signal from the photodetector 117 is fed back to the drive circuit 111 and used for adjusting the amount of ultraviolet light emitted from the light source device 112.

プリズム121は、光源部110から出射した紫外光Lの方向を変えることにより、ウエハ100に紫外光Lを入射させる。また、プリズム122は、ウエハ100によって反射された紫外光Lの方向を変えることにより、紫外光Lを受光部130に導く。プリズム121及び122としては、プリズム内において入射光が全反射する全反射プリズムが用いられている。これは、偏光素子115によって直線偏光させられた光、及び、ウエハ100からの反射光において、偏光面の回転等の偏光状態の変化が生じないようにするためである。また、プリズム121及び122は、光の入射面a及び出射面bが入射光及び出射光の光軸に対してそれぞれ垂直になるように位置及び角度が調節されている。それにより、プリズム121及び122への入射光及び出射光の偏光状態が変化するのを防いでいる。 Prism 121, by changing the direction of the ultraviolet light L I emitted from the light source unit 110 to be incident ultraviolet light L I the wafer 100. The prism 122, by changing the direction of the ultraviolet light L R reflected by the wafer 100, guides the ultraviolet light L R to the light receiving portion 130. As the prisms 121 and 122, total reflection prisms that totally reflect incident light in the prisms are used. This is to prevent changes in polarization state such as rotation of the polarization plane in the light linearly polarized by the polarizing element 115 and the light reflected from the wafer 100. The prisms 121 and 122 are adjusted in position and angle so that the light incident surface a and the light exit surface b are perpendicular to the optical axes of the incident light and the emitted light, respectively. Thereby, the polarization state of the incident light and the outgoing light to the prisms 121 and 122 is prevented from changing.

受光部130は、波長選択フィルタ131と、偏光ビームスプリッタ132と、集光レンズ133及び135と、光検出器(PD)134及び136とを含んでおり、ウエハ100によって反射された光を受光する。
波長選択フィルタ131は、光源装置112に対応して、365nm付近の波長成分を選択的に透過させるフィルタである。波長選択フィルタ131を設けることにより、ウエハ100によって反射され、プリズム122を介して入射した紫外光Lを受光部130内の後段に入射させ、それ以外の光をカットできるので、不要な光の混入を防いで検出精度を向上させることができる。
The light receiving unit 130 includes a wavelength selection filter 131, a polarization beam splitter 132, condenser lenses 133 and 135, and photodetectors (PD) 134 and 136, and receives light reflected by the wafer 100. .
The wavelength selection filter 131 is a filter that selectively transmits a wavelength component around 365 nm corresponding to the light source device 112. By providing a wavelength selection filter 131, is reflected by the wafer 100, the ultraviolet light L R incident through the prism 122 is incident on the rear stage of the light receiving portion 130, it is possible to cut the other light, unnecessary light Mixing can be prevented and detection accuracy can be improved.

偏光ビームスプリッタ132は、例えば、グランレーザプリズムやウォラストンプリズムであり、偏光方向に応じて入射光を反射又は透過することにより、紫外光LをP偏光成分とS偏光成分とに分離する。図4においては、偏光ビームスプリッタ132により、P偏光成分Lは集光レンズ133の方向に導かれ、S偏光成分Lは集光レンズ135の方向に導かれる。 The polarization beam splitter 132 is, for example, a Glan laser prism or a Wollaston prism, and separates the ultraviolet light LR into a P-polarized component and an S-polarized component by reflecting or transmitting incident light according to the polarization direction. In FIG. 4, the P-polarized component L P is guided in the direction of the condenser lens 133 and the S-polarized component L S is guided in the direction of the condenser lens 135 by the polarization beam splitter 132.

集光レンズ133は、偏光ビームスプリッタ132によって分離されたP偏光成分Lを集光して光検出器134に導く。この集光レンズ133を設けることにより、光路の位置や方向に多少の変動が生じた場合においても、その変動による影響を最小限にして、P偏光成分Lを確実に光検出器134に入射させることができる。 Condenser lens 133 condenses the P-polarized component L P separated by the polarizing beam splitter 132 directs the optical detector 134. By providing the condenser lens 133, in a case where some variation in the position or direction of the optical path occurs also to minimize the effect of the variation, incident on the photodetector 134 to ensure the P-polarized component L P Can be made.

光検出器134は、例えば、フォトダイオード(PD)等の光電変換素子を含んでおり、集光レンズ133によって集光されたP偏光成分(検出光)Lを検出することにより、光の強度に応じた電気信号を生成する。この電気信号は、検出信号Yとして受光部130から出力される。 Photodetector 134 includes, for example, a photoelectric conversion element such as a photodiode (PD), by detecting the light collected P-polarized light component (the detection light) L P by the condenser lens 133, the intensity of light The electric signal according to is generated. This electrical signal is outputted from the light receiving unit 130 as a detection signal Y 1.

集光レンズ135は、偏光ビームスプリッタ132によって分離されたS偏光成分Lを集光して光検出器134に導く。集光レンズ135も、集光レンズ133と同様に、光路の変動による影響を低減するために設けられている。
光検出器136は、集光レンズ135によって集光されたS偏光成分(参照光)Lを検出することにより、光の強度に応じた電気信号を生成する。この電気信号は、参照信号Yとして受光部130から出力される。
The condenser lens 135 condenses the S-polarized component L S separated by the polarization beam splitter 132 and guides it to the photodetector 134. Similar to the condenser lens 133, the condenser lens 135 is also provided in order to reduce the influence of fluctuations in the optical path.
The photodetector 136 detects an S-polarized component (reference light) L S collected by the condenser lens 135 to generate an electrical signal corresponding to the light intensity. This electrical signal is outputted from the light receiving unit 130 as a reference signal Y 2.

これらの光源部110、プリズム121及び122、ウエハ100、並びに、受光部130は、光源部110から出射した紫外光Lがウエハ100に入射する際に、入射角が35°〜85°程度となるように、位置及び角度関係が調節されている。ここで、入射角とは、ウエハ100の反射面の法線と入射光との為す角度のことである。その理由は、入射角が小さくなるに従って、P偏光成分とS偏光成分との間における反射率の差が小さくなるので、温度の測定精度が低下するからである。反対に、入射角が大きすぎる場合にはウエハ100の見込み幅が紫外光Lの光線の幅を上回ってしまい、紫外光Lにケラレ(意図しない影が現れること)が発生してしまうからである。そのため、本実施形態においては、実用的な範囲として、入射角を35°〜85°程度としており、さらに望ましくは、60°〜75°程度としている。 These light source 110, a prism 121 and 122, wafer 100, and, the light receiving unit 130, when the ultraviolet light L I emitted from the light source unit 110 is incident on the wafer 100, and the incident angle is 35 ° to 85 ° about Thus, the positional and angular relationships are adjusted. Here, the incident angle is an angle formed by the normal of the reflecting surface of the wafer 100 and the incident light. The reason is that, as the incident angle becomes smaller, the difference in reflectance between the P-polarized component and the S-polarized component becomes smaller, so that the temperature measurement accuracy decreases. Conversely, when the incident angle is too large it would expect the width of the wafer 100 is greater than the width of the rays of ultraviolet light L I, because vignetting (an unintended shade appears) is generated in the ultraviolet light L I It is. Therefore, in the present embodiment, as a practical range, the incident angle is about 35 ° to 85 °, and more preferably about 60 ° to 75 °.

信号増幅器140は、受光部130から出力された検出信号Y及び参照信号Yを増幅して信号処理部150に入力させる。その際に、信号増幅器140は、光チョッパ116から出力されたオン/オフ信号に基づいてロックイン動作することにより、検出光L及び参照光L以外の光に基づく信号が混入するのを防いでいる。なお、光検出器134及び136に検出光L及び参照光L以外の光信号が混入するするおそれがない場合には、信号増幅器140にロックイン動作させなくても良い。その場合には、光チョッパ116も不要となる。 The signal amplifier 140 amplifies the detection signal Y 1 and the reference signal Y 2 output from the light receiving unit 130 and inputs them to the signal processing unit 150. In this case, the signal amplifier 140, by operating the lock-in based on the output ON / OFF signal from the optical chopper 116, that the signal based on the light other than the detection light L P and the reference light L S is mixed It is preventing. Note that when an optical signal other than the detection light L P and the reference light L S to the optical detector 134 and 136 there is no fear of contamination may not to lock-in operation to the signal amplifier 140. In that case, the optical chopper 116 is also unnecessary.

信号処理部150は、ウエハ温度測定装置の各部を制御すると共に、検出信号Y及び参照信号Yに基づいて、ウエハ100の温度を算出する。信号処理部150は、パーソナルコンピュータ(PC)によって構成しても良いし、マイコンチップ、ディジタルマルチメータ等を用いて構成しても良い。 The signal processing unit 150 controls each unit of the wafer temperature measuring device, based on the detection signal Y 1 and the reference signal Y 2, and calculates the temperature of the wafer 100. The signal processing unit 150 may be configured by a personal computer (PC), or may be configured by using a microcomputer chip, a digital multimeter, or the like.

次に、ウエハ100の温度測定方法について、図5〜図7を参照しながら詳しく説明する。図5は、図4に示す信号処理部150の機能を説明するためのブロック図であり、図6は、パラメータの校正方法を示すフローチャートであり、図7は、温度の算出方法を示すフローチャートである。   Next, a method for measuring the temperature of the wafer 100 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram for explaining the function of the signal processing unit 150 shown in FIG. 4, FIG. 6 is a flowchart showing a parameter calibration method, and FIG. 7 is a flowchart showing a temperature calculation method. is there.

ここで、本実施形態においては、ウエハ100から反射されたP偏光成分等の強度を表す検出信号を所定の関数に代入することにより、ウエハ100の温度が算出される。そのために、温度算出に先立って、使用される関数のパラメータが校正される。この校正は、ウエハ100の温度測定を行う度に行っても良いし、定期的に行っても良い。   Here, in the present embodiment, the temperature of the wafer 100 is calculated by substituting a detection signal representing the intensity of the P-polarized component reflected from the wafer 100 into a predetermined function. For this purpose, the parameters of the function used are calibrated prior to the temperature calculation. This calibration may be performed every time the temperature of the wafer 100 is measured, or may be periodically performed.

また、温度算出に用いられる関数f(Y)は、f(Y)=aY+b、f(Y)=aY+bY+c、…等の多項式になる。このような関数f(Y)は、図4に示す温度測定装置において、例えば、接触方式によりテスト用ウエハの温度を測定しながら検出光及び参照光を検出し、温度の実測値と検出信号Y及び参照信号Yとを用いて演算(例えば、回帰分析等)を行うことにより求められる。本実施形態においては、関数f(Y)=aY+bY+cを用いて温度測定を行う。 The function f (Y) used for temperature calculation is a polynomial such as f (Y) = aY + b, f (Y) = aY 2 + bY + c,. Such a function f (Y) is obtained by detecting the detection light and the reference light while measuring the temperature of the test wafer by the contact method in the temperature measuring apparatus shown in FIG. calculated using the 1 and reference signal Y 2 (e.g., regression analysis, etc.) obtained by performing. In the present embodiment, temperature measurement is performed using the function f (Y) = aY 2 + bY + c.

図5に示すように、信号処理部150は、校正コントローラ11と、ウエハ温度指示部12と、校正データ格納部13と、校正値計算部14と、校正パラメータ格納部15と、相対値計算部21と、温度計算部22と、温度信号出力部23とを有している。図5において、破線は、パラメータの校正時における動作の流れを示しており、実線は、温度測定時における情報の流れを示している。   As shown in FIG. 5, the signal processing unit 150 includes a calibration controller 11, a wafer temperature instruction unit 12, a calibration data storage unit 13, a calibration value calculation unit 14, a calibration parameter storage unit 15, and a relative value calculation unit. 21, a temperature calculation unit 22, and a temperature signal output unit 23. In FIG. 5, the broken line indicates the flow of operation during parameter calibration, and the solid line indicates the flow of information during temperature measurement.

パラメータの校正を行う際には、まず、図6のステップS11において、温度センサが備えられたテスト用ウエハ(温度センサ付きウエハ)が、温度測定装置のステージにセットされる。
次に、ステップS12において、校正コントローラ11(図5)は、校正用温度Tを0℃に設定する。それに応じて、ウエハ温度指示部12は、ステップS13において、温度測定装置のステージ温度をT(=0℃)に設定する。
When calibrating parameters, first, in step S11 of FIG. 6, a test wafer (wafer with temperature sensor) provided with a temperature sensor is set on the stage of the temperature measurement apparatus.
Next, in step S12, the calibration controller 11 (FIG. 5) sets the calibration temperature T S to 0 ° C. Accordingly, the wafer temperature instruction unit 12 sets the stage temperature of the temperature measuring device to T S (= 0 ° C.) in step S13.

次に、ステップS14において、温度センサ付きウエハの温度Tと、このウエハから反射されたP偏光成分Lの強度Iと、S偏光成分Lの強度Iとを測定する。温度センサ付きウエハの温度Tは、校正データ格納部13に格納される。また、光検出器134によって検出されたP偏光成分の強度Iを表す検出信号Yは、信号増幅器140により増幅されて相対値計算部21に入力される。一方、光検出器136によって検出されたS偏光成分の強度Iを表す参照信号Yとして、信号増幅器140により増幅されて相対値計算部21に入力される。相対値計算部21は、検出信号Yと参照信号Yと相対値Y=Y/Yを算出し、校正データ格納部13に格納させる。この相対値Yは、P偏光成分の強度IとS偏光成分の強度Iとの相対値を表している。 Next, in step S14, the measurement and the temperature T of the temperature sensor with the wafer, and intensity I P of the P-polarized component L P reflected from the wafer, and the intensity I S of the S-polarized component L S. The temperature T of the wafer with the temperature sensor is stored in the calibration data storage unit 13. A detection signal Y 1 representing the intensity I P of the P-polarized component detected by the photodetector 134 is amplified by the signal amplifier 140 and input to the relative value calculation unit 21. On the other hand, the reference signal Y 2 representing the intensity I S of the S-polarized component detected by the photodetector 136 is amplified by the signal amplifier 140 and input to the relative value calculator 21. The relative value calculation unit 21 calculates the detection signal Y 1 , the reference signal Y 2, and the relative value Y = Y 1 / Y 2 and stores them in the calibration data storage unit 13. The relative value Y represents the relative value of the intensity I S of the intensity I P and S-polarized component of the P-polarized light component.

次に、ステップS15において、校正コントローラ11は、校正用温度Tを20℃上昇させた温度を計算する。そして、求められた校正用温度Tが200℃未満である場合には、ステップS16において、再び、ステージ温度の設定、並びに、温度センサ付きウエハの温度T、P偏光成分の強度I、及び、S偏光成分の強度Iの測定を繰り返させる(ステップS13〜S16)。一方、校正用温度Tが200℃以上になった場合には、校正コントローラ11は、これらの測定を終了させて、パラメータの校正値の算出を開始させる(ステップS17)。 Next, in step S15, the calibration controller 11 calculates the temperature was increased 20 ° C. The calibration temperature T S. When calibration temperature T S obtained is less than 200 ° C., in step S16, again, setting the stage temperature, as well as, a temperature sensor with a wafer temperature T, the intensity I P of the P-polarized component, and The measurement of the intensity I S of the S-polarized component is repeated (steps S13 to S16). On the other hand, if the calibration temperature T S is equal to or higher than 200 ° C., the calibration controller 11, terminate these measurements, to start calculation of the calibration value of the parameter (step S17).

ステップS17において、校正値計算部14は、校正データ格納部13に格納されている複数のウエハの温度Tと、それに対応する相対値Y(=Y/Y)を取得し、それらの値を関数T=f(Y)=aY+bY+cに代入することにより、複数の式を作成する。そして、それらの式を用いて、最小二乗法により、パラメータa、b、cを求める。これらの校正されたパラメータは、校正パラメータ格納部15に格納される。 In step S < b > 17, the calibration value calculation unit 14 acquires the temperatures T of the plurality of wafers stored in the calibration data storage unit 13 and the relative values Y (= Y 1 / Y 2 ) corresponding thereto, and these values. Is substituted into the function T = f (Y) = aY 2 + bY + c to create a plurality of equations. Then, parameters a, b, and c are obtained by the least square method using those equations. These calibrated parameters are stored in the calibration parameter storage unit 15.

ウエハの温度を測定する際には、まず、図7のステップS21において、ウエハ100(図4)から反射されたP偏光成分Lの強度Iと、S偏光成分Lの強度Iとが測定される。P偏光成分の強度Iを表す検出信号Yは、信号増幅器140により増幅されて相対値計算部21に入力される。また、S偏光成分の強度Iを表す参照信号Yは、信号増幅器140により増幅されて相対値計算部21に入力される。 When measuring the temperature of the wafer, first, in step S21 of FIG. 7, the intensity I P of the reflected P-polarized component L P from the wafer 100 (FIG. 4), the intensity I P of S-polarized component L S Is measured. The detection signal Y 1 representing the intensity I P of the P-polarized component is amplified by the signal amplifier 140 and input to the relative value calculation unit 21. The reference signal Y 2 representing the intensity I S of the S-polarized component is amplified by the signal amplifier 140 and input to the relative value calculation unit 21.

次に、ステップS22において、相対値計算部21は、P偏光成分の強度IとS偏光成分の強度Iとの相対値Y(=Y/Y)を算出する。ステップS23において、温度計算部22は、校正パラメータ格納部15から校正されたパラメータa、b、cを取得し、関数T=f(Y)=aY+bY+cと、相対値計算部21によって算出された相対値Yとを用いて、ウエハ100の温度Tを算出する。 Next, in step S22, the relative value calculating section 21 calculates a relative value Y (= Y 1 / Y 2 ) between the intensity I S of the intensity I P and S-polarized component of the P-polarized light component. In step S23, the temperature calculation unit 22 acquires the calibrated parameters a, b, and c from the calibration parameter storage unit 15, and the function T = f (Y) = aY 2 + bY + c is calculated by the relative value calculation unit 21. The temperature T of the wafer 100 is calculated using the relative value Y.

ステップS24において、温度信号出力部23は、算出された温度Tを表す信号をモニタ等に出力することにより、温度Tを表示させる。そして、更に温度測定を継続する場合には(ステップS25)、再び、P偏光成分の強度I及びS偏光成分の強度Iが測定される。 In step S24, the temperature signal output unit 23 displays the temperature T by outputting a signal representing the calculated temperature T to a monitor or the like. When the temperature measurement is further continued (step S25), the P-polarized component intensity IP and the S-polarized component intensity IS are measured again.

以上の説明においては、相対値Yとして、検出信号Yと参照信号Yとの単純な比Y/Yを用いたが、オフセットを取った後の値の比(Y−α)/(Y−α)を用いても良い。また、適切な関数を用いることにより相対値を求めても良い。例えば、相対値Yを、Y=(aY +bY+c)/(aY +bY+c)により求めても良い。 In the above description, the simple ratio Y 1 / Y 2 between the detection signal Y 1 and the reference signal Y 2 is used as the relative value Y, but the ratio of the values after taking the offset (Y 1 -α). / (Y 2 −α) may be used. Further, the relative value may be obtained by using an appropriate function. For example, the relative value Y may be obtained by Y = (aY 1 2 + bY 1 + c) / (aY 2 2 + bY 2 + c).

また、検出信号Yと参照信号Yとの相対値Yを用いて温度を算出する替わりに、検出信号Y及び参照信号Yを変数とする関数g(Y,Y)を用いて、温度を直接算出しても良い。この関数g(Y,Y)及びそのパラメータも、関数f(Y)の場合と同様に、接触方式により得られた温度の実測値を用いることにより求めることができる。 Further, instead of calculating the temperature using a relative value Y of the detection signal Y 1 and the reference signal Y 2, using the function to a detection signal Y 1 and the reference signal Y 2 and the variable g (Y 1, Y 2) Thus, the temperature may be calculated directly. This function g (Y 1 , Y 2 ) and its parameters can also be obtained by using the measured value of the temperature obtained by the contact method, as in the case of the function f (Y).

以上説明した本実施形態においては、検出光(P偏光成分L)及び参照光(S偏光成分L)は、受光部130に入射するまで同一の光路を取る。そのため、温度測定対象であるウエハ100の傾きに起因する光路の変動や、光路中における気体の熱的擾乱等の影響は、分離される直前まで検出光と参照光とにおいて同一となる。従って、検出光と参照光との相対値(例えば、両者の比)を取ることにより、そのような影響をキャンセルできるという利点がある。それにより、他の方法(例えば、ウエハ100への入射光と反射光との比である反射率を用いる方法)よりも高い精度で温度測定を行うことができる。 In the present embodiment described above, the detection light (P-polarized component L P ) and the reference light (S-polarized component L S ) take the same optical path until they enter the light receiving unit 130. Therefore, the influence of the fluctuation of the optical path due to the tilt of the wafer 100 that is the temperature measurement object, the thermal disturbance of the gas in the optical path, and the like are the same in the detection light and the reference light until immediately before separation. Accordingly, there is an advantage that such influence can be canceled by taking a relative value (for example, a ratio between the two) of the detection light and the reference light. Thereby, temperature measurement can be performed with higher accuracy than other methods (for example, a method using a reflectance which is a ratio of incident light to the wafer 100 and reflected light).

本実施形態において、ウエハ温度を簡易に測定する場合には、検出光(P偏光成分)の強度のみを用いても良い。この場合には、図4に示す受光部130の光検出器134から出力された検出信号Yを、所定の式を用いて温度に換算すれば良い。先にも述べたように、紫外光のP偏光成分の反射強度は、試料の温度変化に対して敏感なので、参照光を用いることなくウエハ温度を測定することも可能である。 In the present embodiment, when the wafer temperature is simply measured, only the intensity of the detection light (P-polarized component) may be used. In this case, the detection signal Y 1 output from the optical detector 134 of the receiving portion 130 shown in FIG. 4, may be converted to temperature by using a predetermined equation. As described above, since the reflection intensity of the P-polarized component of the ultraviolet light is sensitive to the temperature change of the sample, it is possible to measure the wafer temperature without using the reference light.

次に、本発明の第2の実施形態に係るウエハ温度測定装置について説明する。図8は、本実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。本実施形態においては、検出光として紫外光のP偏光成分を用い、参照光として、検出光とは波長が異なるS偏光成分を用いることによりウエハ100の温度を測定する。参照光としては、反射強度の温度依存性が比較的低い可視光を用いることが望ましい。   Next, a wafer temperature measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment. In the present embodiment, the temperature of the wafer 100 is measured by using a P-polarized component of ultraviolet light as detection light and using an S-polarized component having a wavelength different from that of the detection light as reference light. As reference light, it is desirable to use visible light having a relatively low temperature dependency of reflection intensity.

図8に示すように、本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、光源部210と、プリズム121及び122と、受光部230と、信号増幅器140と、信号処理部150とを含んでいる。プリズム121及び122、信号増幅器140、並びに、信号処理部150の構成及び動作については、図4に示すウエハ温度測定装置におけるものと同様である。   As shown in FIG. 8, the wafer temperature measuring apparatus according to this embodiment includes a light source unit 210, prisms 121 and 122, a light receiving unit 230, a signal amplifier 140, and a signal processing unit 150. The configurations and operations of the prisms 121 and 122, the signal amplifier 140, and the signal processing unit 150 are the same as those in the wafer temperature measuring apparatus shown in FIG.

光源部210は、駆動回路(DR)211及び216と、光源装置(LS)212及び217と、コリメートレンズ213及び218と、ビームスプリッタ214及び219と、光検出器(PD)215及び220と、偏光ビームスプリッタ221と、光チョッパ222と、光量比較部(CMP)223とを含んでいる。
駆動回路211は、光源装置212の動作を制御している。また、光源装置212は、例えば、波長が365nm付近の紫外光を発生するLDである。LDは、直線偏光された光を出射する。
The light source unit 210 includes driving circuits (DR) 211 and 216, light source devices (LS) 212 and 217, collimating lenses 213 and 218, beam splitters 214 and 219, photodetectors (PD) 215 and 220, A polarization beam splitter 221, an optical chopper 222, and a light amount comparison unit (CMP) 223 are included.
The drive circuit 211 controls the operation of the light source device 212. The light source device 212 is, for example, an LD that generates ultraviolet light having a wavelength near 365 nm. The LD emits linearly polarized light.

コリメートレンズ213は、光源装置212から出射した紫外光LUVを透過させることにより、平行ビームを形成する。ビームスプリッタ214は、入射光の一部を透過させることにより偏光ビームスプリッタ221に導くと共に、残りの入射光を反射して光検出器215に導く。光検出器215からの出力信号は駆動回路211にフィードバックされて、光源装置212から出射する紫外光の光量調節のために用いられる。 The collimating lens 213 forms a parallel beam by transmitting the ultraviolet light L UV emitted from the light source device 212. The beam splitter 214 transmits a part of the incident light to guide the polarization beam splitter 221 and reflects the remaining incident light to the photodetector 215. An output signal from the photodetector 215 is fed back to the drive circuit 211 and used for adjusting the amount of ultraviolet light emitted from the light source device 212.

一方、駆動回路216は、光源装置217の動作を制御している。また、光源装置217は、光源装置212の出射光とは波長が異なる光を出射する光源装置である。光源装置217から出射する光は、紫外光でも良いし可視光でも良い。本実施形態においては、波長が650nm付近の可視光LVSを出射するLDが用いられている。 On the other hand, the drive circuit 216 controls the operation of the light source device 217. The light source device 217 is a light source device that emits light having a wavelength different from that of the light emitted from the light source device 212. The light emitted from the light source device 217 may be ultraviolet light or visible light. In this embodiment, LD wavelength emits a visible light L VS around 650nm is used.

コリメートレンズ218は、光源装置217から出射した光LVSを透過させることにより、平行ビームを形成する。ビームスプリッタ219は、入射光の一部を透過させることにより偏光ビームスプリッタ221に導くと共に、残りの入射光を反射して光検出器220に導く。光検出器220からの出力信号は駆動回路216にフィードバックされて、光源装置217から出射する光の光量調節のために用いられる。 Collimator lens 218, by transmitting the light L VS outputted from the light source 217 to form a parallel beam. The beam splitter 219 guides the incident light to the polarization beam splitter 221 by transmitting a part of the incident light, and reflects the remaining incident light to the photodetector 220. The output signal from the light detector 220 is fed back to the drive circuit 216 and used to adjust the amount of light emitted from the light source device 217.

偏光ビームスプリッタ221は、入射したP偏光成分をそのまま透過させると共に、S偏光成分を反射して光路を変化させる。
ここで、本実施形態においては、光源装置212から出射した紫外光LUVのP偏光成分が検出光として用いられ、光源装置217から出射した可視光LVSのS偏光成分が参照光として用いられる。そのため、光源部210内の光学系は、紫外光LUVが偏光ビームスプリッタ221に対してP偏光の状態で入射し、可視光LVSが偏光ビームスプリッタ221に対してS偏光の状態で入射するように、位置及び角度が調節されている。それにより、紫外光のP偏光成分と可視光のS偏光成分とが混合された光ビームが形成されて、光チョッパ222の方向に導かれる。
The polarization beam splitter 221 transmits the incident P-polarized component as it is and reflects the S-polarized component to change the optical path.
Here, in the present embodiment, the P-polarized component of the ultraviolet light L UV emitted from the light source device 212 is used as detection light, and the S-polarized component of the visible light L VS emitted from the light source device 217 is used as reference light. . Therefore, in the optical system in the light source unit 210, the ultraviolet light L UV is incident on the polarizing beam splitter 221 in a P-polarized state, and the visible light L VS is incident on the polarizing beam splitter 221 in an S-polarized state. Thus, the position and angle are adjusted. As a result, a light beam in which the P-polarized component of ultraviolet light and the S-polarized component of visible light are mixed is formed and guided in the direction of the light chopper 222.

光チョッパ222は、偏光ビームスプリッタ221によって形成された光ビームを所定のタイミング又は周波数でチョップすることにより、光源部210からの光出射タイミングを制御する。また、光チョッパ222から出力されたオン/オフ信号は、信号増幅器140に入力され、信号増幅器140におけるロックイン動作のために用いられる。   The optical chopper 222 controls the light emission timing from the light source unit 210 by chopping the light beam formed by the polarization beam splitter 221 at a predetermined timing or frequency. The on / off signal output from the optical chopper 222 is input to the signal amplifier 140 and used for the lock-in operation in the signal amplifier 140.

光量比較部223は、光検出器215及び220からの出力信号に基づいて、光源装置212及び217からそれぞれ出射された光の光量比を求め、光量比を表す信号を信号処理部150に出力する。この光量比を表す信号は、算出されたウエハ温度を補正する際に用いられる。   The light quantity comparison unit 223 obtains the light quantity ratio of the light emitted from the light source devices 212 and 217 based on the output signals from the photodetectors 215 and 220 and outputs a signal representing the light quantity ratio to the signal processing unit 150. . This signal representing the light quantity ratio is used when correcting the calculated wafer temperature.

ここで、光源部210、プリズム121及び122、ウエハ100、並びに、受光部230は、光源部210から出射した光ビームに含まれる紫外光LUVがP偏光の状態でウエハ100に入射すると共に、可視光LVSがS偏光の状態でウエハ100に入射するように、位置及び角度が調節されている。また、ウエハ100への入射角については、第1の実施形態において説明したのと同様に、35°〜85°とすることが望ましい。 Here, the light source unit 210, the prisms 121 and 122, the wafer 100, and the light receiving unit 230 are incident on the wafer 100 in a state where the ultraviolet light L UV included in the light beam emitted from the light source unit 210 is P-polarized. The position and angle are adjusted so that the visible light L VS is incident on the wafer 100 in the S-polarized state. Further, the incident angle to the wafer 100 is desirably set to 35 ° to 85 °, as described in the first embodiment.

受光部230は、偏光ビームスプリッタ231と、波長選択フィルタ232及び235と、集光レンズ233及び236と、光検出器(PD)234及び237とを含んでいる。
偏光ビームスプリッタ231は、ウエハ100からプリズム122を介して受光部に入射した反射光Lを、偏光方向に応じて反射又は透過させることにより、P偏光成分とS偏光成分とに分離する。偏光ビームスプリッタ231によって分離された紫外光のP偏光成分LUVPは、波長選択フィルタ232を透過することによって波長選択フィルタ232の方向に導かれ、可視光のS偏光成分LVSSは、波長選択フィルタ232により反射されて波長選択フィルタ235の方向に導かれる。
The light receiving unit 230 includes a polarizing beam splitter 231, wavelength selection filters 232 and 235, condenser lenses 233 and 236, and photodetectors (PD) 234 and 237.
Polarization beam splitter 231, the reflected light L R incident on the light receiving unit from the wafer 100 through the prism 122, by reflection or transmission in accordance with the polarization direction, is separated into a P-polarized component and S-polarized light component. The P-polarized component L UVP of the ultraviolet light separated by the polarizing beam splitter 231 is guided in the direction of the wavelength selective filter 232 by passing through the wavelength selective filter 232, and the S-polarized component L VSS of the visible light is converted into the wavelength selective filter. The light is reflected by 232 and guided in the direction of the wavelength selection filter 235.

波長選択フィルタ232は、光源装置212に対応して、365nm付近の波長成分を選択的に透過させるフィルタである。波長選択フィルタ232は、不要な外乱光が後段に混入するのを防止するために設けられている。集光レンズ233は、波長選択フィルタ232を透過した紫外光のP偏光成分LUVPを集光して光検出器234に導く。光検出器234は、このP偏光成分LUVPを検出し、光の強度に応じた電気信号(検出信号Y)を生成して出力する。 The wavelength selection filter 232 is a filter that selectively transmits a wavelength component around 365 nm corresponding to the light source device 212. The wavelength selection filter 232 is provided to prevent unnecessary disturbance light from being mixed into the subsequent stage. The condenser lens 233 collects the P-polarized light component L UVP of the ultraviolet light that has passed through the wavelength selection filter 232 and guides it to the photodetector 234. The photodetector 234 detects the P-polarized component L UVP , generates an electrical signal (detection signal Y 1 ) corresponding to the light intensity, and outputs it.

一方、波長選択フィルタ235は、光源装置217に対応して、650nm付近の波長成分を選択的に透過させるフィルタである。集光レンズ236は、波長選択フィルタ234を透過した可視光のS偏光成分LVSSを集光して光検出器237に導く。光検出器237は、このS偏光成分LVSSを検出し、光の強度に応じた電気信号(参照信号Y)を生成して出力する。 On the other hand, the wavelength selection filter 235 is a filter that selectively transmits a wavelength component near 650 nm corresponding to the light source device 217. The condensing lens 236 collects the S-polarized light component L VSS of visible light that has passed through the wavelength selection filter 234 and guides it to the photodetector 237. The photodetector 237 detects this S-polarized component L VSS and generates and outputs an electrical signal (reference signal Y 2 ) corresponding to the light intensity.

信号処理部150においては、信号増幅器140を介して入力された検出信号Y及び参照信号Yに基づいて、ウエハ100の温度が算出される。この算出方法については、第1の実施形態において説明したのと同様である。その際には、光源部210の光量比較部223から出力された光量比を表す信号に基づいて、検出信号Y及び参照信号Yの信号強度が補正される。 In the signal processing unit 150, the temperature of the wafer 100 is calculated based on the detection signal Y 1 and the reference signal Y 2 input via the signal amplifier 140. This calculation method is the same as that described in the first embodiment. At that time, the signal intensities of the detection signal Y 1 and the reference signal Y 2 are corrected based on the signal indicating the light amount ratio output from the light amount comparison unit 223 of the light source unit 210.

以上説明した本実施形態においては、互いに異なる波長を有する光LUV及びLVSを混合する際、及び、ウエハ100からの反射光をP偏光成分LUVPとS偏光成分LVSSとに分離する際に、偏光ビームスプリッタを用いているが、それ以外の光学素子や光学機器等を用いても構わない。例えば、図8に示す偏光ビームスプリッタ221の替わりに、波長応じて光を反射又は透過するダイクロイックミラーを利用しても良い。この場合には、光源装置217から出射される可視光LVSのダイクロイックミラーに対する偏光方向は、S偏光でなくても構わない。 In the present embodiment described above, when the lights L UV and L VS having different wavelengths are mixed, and the reflected light from the wafer 100 is separated into the P-polarized component L UVP and the S-polarized component L VSS. In addition, although the polarization beam splitter is used, other optical elements or optical devices may be used. For example, instead of the polarizing beam splitter 221 shown in FIG. 8, a dichroic mirror that reflects or transmits light according to the wavelength may be used. In this case, the polarization direction with respect to the dichroic mirror of the visible light L VS emitted from the light source 217 may not be the S-polarized light.

本実施形態においては、異なる光源装置212及び217から出射した光を一旦混合させるので、検出光LUVPと参照光LVSSとは、受光部230の偏光ビームスプリッタ231によって分離されるまで同一の光路を通る。そのため、検出光と参照光との相対値を取ることにより、光路の変動等の影響をキャンセルできるので、精度の高い温度測定を行うことが可能となる。 In this embodiment, since the light emitted from the different light source devices 212 and 217 is once mixed, the detection light L UVP and the reference light L VSS are the same optical path until they are separated by the polarization beam splitter 231 of the light receiving unit 230. Pass through. Therefore, by taking the relative value of the detection light and the reference light, the influence of fluctuations in the optical path can be canceled, so that it is possible to perform highly accurate temperature measurement.

次に、本発明の第3の実施形態に係るウエハ温度測定装置について説明する。図9は、本実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。このウエハ温度測定装置は、検出光として紫外光のP偏光成分を用い、参照光として、検出光と同じ波長を有する紫外光のS偏光成分を用いることによりウエハ100の温度を測定する装置である。   Next, a wafer temperature measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment. This wafer temperature measurement apparatus is an apparatus that measures the temperature of the wafer 100 by using a P-polarized component of ultraviolet light as detection light and an S-polarized component of ultraviolet light having the same wavelength as the detection light as reference light. .

図9に示すように、本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、光源部310と、チャンバ320と、受光部330と、信号増幅器140と、信号処理部150と、支持部340と、メカニカルステージ341と、オートコリメータ342と、メカニカルステージ駆動部343とを含んでいる。信号増幅器140及び信号処理部150の構成及び動作については、図4に示すウエハ温度測定装置におけるものと同様である。   As shown in FIG. 9, the wafer temperature measuring apparatus according to this embodiment includes a light source unit 310, a chamber 320, a light receiving unit 330, a signal amplifier 140, a signal processing unit 150, a support unit 340, and a mechanical stage. 341, an autocollimator 342, and a mechanical stage driving unit 343 are included. The configurations and operations of the signal amplifier 140 and the signal processing unit 150 are the same as those in the wafer temperature measuring apparatus shown in FIG.

光源部310は、駆動回路(DR)311と、光源装置(LS)312と、コリメートレンズ313と、波長選択フィルタ314とを含んでいる。
駆動回路311は、光源装置312の動作を制御している。また、光源装置312は、例えば、水銀輝線である365nm付近の波長成分を含む紫外光を発生する高圧水銀ランプ又は水銀キセノンランプである。或いは、波長が375nm付近の紫外光を発生するLEDを用いても良い。これらの光源は、非偏光光を発生する。
The light source unit 310 includes a drive circuit (DR) 311, a light source device (LS) 312, a collimator lens 313, and a wavelength selection filter 314.
The drive circuit 311 controls the operation of the light source device 312. The light source device 312 is, for example, a high-pressure mercury lamp or a mercury xenon lamp that generates ultraviolet light including a wavelength component near 365 nm that is a mercury emission line. Alternatively, an LED that generates ultraviolet light having a wavelength near 375 nm may be used. These light sources generate unpolarized light.

或いは、光源装置312として、紫外レーザ等のように、偏光光を発生する光源を用いても良い。その場合には、ウエハ100からの反射光においてP偏光成分とS偏光成分とが同程度になるように、ウエハ100に対する入射光において、P偏光成分とS偏光成分との比が3対1程度となるように、偏光方向を調節することが望ましい。   Alternatively, the light source device 312 may be a light source that generates polarized light, such as an ultraviolet laser. In that case, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component in the incident light on the wafer 100 is about 3 to 1 so that the P-polarized component and the S-polarized component are approximately the same in the reflected light from the wafer 100. It is desirable to adjust the polarization direction so that

コリメートレンズ313は、光源装置312から出射した紫外光を透過させることにより、平行ビームを形成する。波長選択フィルタ314は、コリメートレンズ313を透過した平行ビームについて、365nm付近の波長成分を切り出して透過させるバンドパスフィルタである。   The collimating lens 313 forms a parallel beam by transmitting the ultraviolet light emitted from the light source device 312. The wavelength selection filter 314 is a band-pass filter that cuts out and transmits a wavelength component near 365 nm with respect to the parallel beam transmitted through the collimator lens 313.

チャンバ320内には、半導体製造プロセスにおいてウエハ100を所定の温度に維持するためのヒータ322及び323が設けられている。ウエハ温度を測定するために用いられる光は、窓321を通ってチャンバ320内に導入され、ヒータ322及び323内にそれぞれ形成されている光路用通路31及び34を通過し、窓324を通ってチャンバ320外に導出される。   Heaters 322 and 323 are provided in the chamber 320 for maintaining the wafer 100 at a predetermined temperature in the semiconductor manufacturing process. The light used to measure the wafer temperature is introduced into the chamber 320 through the window 321, passes through the optical path passages 31 and 34 formed in the heaters 322 and 323, and passes through the window 324. It is led out of the chamber 320.

ヒータ322内に設けられている光路用通路31は、ヒータ322に空孔を形成し、その両端に窓32及び33を配置することによって形成されている。同様に、ヒータ323内の光路用通路34は、ヒータ323に空孔を形成し、その両端に窓35及び36を配置することによって形成されている。これらの窓32、33、35、36、及び、チャンバ320の窓321及び326は、そこを通過する入射光LUV及び反射光Lに対して垂直又はほぼ垂直になるように配置されている。その理由は、窓等の境界面にわずかでも不純物が付着していたり、温度変化が生じている場合には、そこを通過する光の透過率が変化してしまうが、境界面に対して光が垂直に入射する限り、P偏光成分とS偏光成分との比は保たれるからである。
さらに、窓321と窓32との間、及び、窓36と窓324との間には、不純物付着防止用カバー325及び326がそれぞれ設けられている。
The optical path passage 31 provided in the heater 322 is formed by forming holes in the heater 322 and arranging windows 32 and 33 at both ends thereof. Similarly, the optical path passage 34 in the heater 323 is formed by forming holes in the heater 323 and disposing windows 35 and 36 at both ends thereof. These windows 32,33,35,36 and, windows 321 and 326 of the chamber 320 is arranged perpendicular or substantially perpendicular to the incident light L UV and the reflected light L R passing therethrough . The reason for this is that if even a small amount of impurities adhere to the boundary surface such as a window or the temperature changes, the transmittance of the light passing therethrough will change, but the light will pass through the boundary surface. This is because the ratio of the P-polarized light component and the S-polarized light component is maintained as long as is incident perpendicularly.
Further, impurity adhesion preventing covers 325 and 326 are provided between the window 321 and the window 32 and between the window 36 and the window 324, respectively.

受光部330は、ウォラストンプリズム331と、積分球332及び335と、光検出器(PD)333及び336と、ビームスプリッタ334と、位置検出センサ337とを含んでいる。
ウォラストンプリズム331は、垂直に直交する直線偏光を分岐する偏光プリズムであり、ウエハ100からの反射光LをP偏光成分LとS偏光成分Lとに分離して、積分球332及びビームスプリッタ334の方向にそれぞれ導く。
The light receiving unit 330 includes a Wollaston prism 331, integrating spheres 332 and 335, photodetectors (PD) 333 and 336, a beam splitter 334, and a position detection sensor 337.
Wollaston prism 331 is a polarizing prism for splitting the linearly polarized light orthogonal vertically, the reflected light L R from the wafer 100 is separated into a P-polarized component L P and S-polarized component L S, an integrating sphere 332 and Each is guided in the direction of the beam splitter 334.

積分球332及び335は、入射光用、検出器用等の開口を備えており、光を拡散する材料が内面全面に塗布されている中空の球である。積分球332及び335の検出器用開口には、光検出器333及び336がそれぞれ配置されており、積分球に入射した光は、入射する際の向きにかかわらず、光検出器333及び336の検出面に導かれる。   The integrating spheres 332 and 335 are hollow spheres having openings for incident light, detectors, and the like, and a material that diffuses light is applied to the entire inner surface. Photodetectors 333 and 336 are respectively disposed in the detector openings of the integrating spheres 332 and 335, and the light incident on the integrating sphere is detected by the photodetectors 333 and 336 regardless of the direction of incidence. Led to the face.

このような積分球332及び335を使用する理由は次の通りである。例えば、温度変化による熱膨張等の影響により、ウエハ100から光検出器333及び336までの光路に変動が生じる場合がある。そのような場合に、光検出器の検出面に対して入射光の位置ズレが生じると、検出面における光感度の不均一性等の理由によって、光の検出強度が変化してしまうおそれがある。仮に、そのような変化が検出光(P偏光成分)と参照光(S偏光成分)との間において等しければ、それらの比を取ることにより誤差をキャンセルすることができる。しかしながら、ウォラストンプリズム331によって検出光と参照光とに分離された後にそのような変化が生じた場合には、変化の違いが温度の測定精度に現れてしまう。そのため、本実施形態においては、光検出器333及び336の前段に積分球332及び335を配置することにより、光路の変動による影響を最小限に抑えている。   The reason for using such integrating spheres 332 and 335 is as follows. For example, fluctuations may occur in the optical path from the wafer 100 to the photodetectors 333 and 336 due to the influence of thermal expansion due to temperature changes. In such a case, if the incident light is misaligned with respect to the detection surface of the photodetector, the light detection intensity may change due to non-uniformity of light sensitivity on the detection surface. . If such a change is equal between the detection light (P-polarized component) and the reference light (S-polarized component), the error can be canceled by taking the ratio between them. However, when such a change occurs after the detection light and the reference light are separated by the Wollaston prism 331, a difference in the change appears in the temperature measurement accuracy. For this reason, in this embodiment, the integrating spheres 332 and 335 are arranged in front of the photodetectors 333 and 336, thereby minimizing the influence of the variation in the optical path.

ウォラストンプリズム331によって分離された紫外光のP偏光成分Lは、積分球332を介して光検出器333に入射する。光検出器333は、入射した光を検出し、光の強度に応じた電気信号を検出信号Yとして出力する。 P-polarized component L P of ultraviolet light separated by the Wollaston prism 331 through the integrating sphere 332 and enters the optical detector 333. Photodetector 333 detects the incident light to output an electric signal corresponding to the intensity of light as a detection signal Y 1.

また、ウォラストンプリズム331によって分離された紫外光のS偏光成分Lは、ビームスプリッタ334によって2つの方向に分離される。分離された一方のS偏光成分Lは、積分球335を介して光検出器336に入射する。光検出器336は、入射した光の強度を検出し、光の強度に応じた電気信号を参照信号Yとして出力する。また、ビームスプリッタ334によって分離された他方のS偏光成分は、位置検出センサ337に入射する。位置検出センサ337は、入射光に基づいて、その入射光の位置ズレを検出して検出信号を出力する。信号処理部150は、信号増幅器140を介して入力された検出信号Y及び参照信号Yに基づいてウエハ100の温度を算出すると共に、位置検出センサ337から出力された検出信号に基づいて、ウエハ100と受光ユニット330との相対位置の位置ズレを算出し、さらに、受光ユニット330位置の補正量を求める。 The S-polarized component L S of the ultraviolet light separated by the Wollaston prism 331 is separated in two directions by the beam splitter 334. One separated S-polarized component L S enters the photodetector 336 via the integrating sphere 335. Photodetector 336 detects the intensity of the incident light and outputs an electrical signal corresponding to the intensity of light as a reference signal Y 2. The other S-polarized light component separated by the beam splitter 334 enters the position detection sensor 337. The position detection sensor 337 detects a positional shift of the incident light based on the incident light and outputs a detection signal. The signal processing unit 150 calculates the temperature of the wafer 100 based on the detection signal Y 1 and the reference signal Y 2 input via the signal amplifier 140, and based on the detection signal output from the position detection sensor 337. A positional deviation of the relative position between the wafer 100 and the light receiving unit 330 is calculated, and a correction amount of the position of the light receiving unit 330 is further obtained.

支持部340は、インバー(低膨張合金)や多結晶ガラスのように、熱膨張係数が非常に小さい材料によって形成されており、光源部310と受光部330とを、互いの位置関係を維持するように支持している。また、支持部340には、メカニカルステージ341と、オートコリメータユニット342と、メカニカルステージ駆動部(MTD)343とが備えられている。   The support part 340 is formed of a material having a very small thermal expansion coefficient, such as invar (low expansion alloy) or polycrystalline glass, and maintains the positional relationship between the light source part 310 and the light receiving part 330. I support it. The support unit 340 includes a mechanical stage 341, an autocollimator unit 342, and a mechanical stage drive unit (MTD) 343.

メカニカルステージ341は、支持部340について、上下方向(ウエハ100との距離方向)の位置調節、及び、傾き方向の2軸の角度調節を行う。それにより、光源部310から出射してウエハ100に入射する紫外光LUVの位置及び角度、並びに、ウエハ100から反射されて受光部330に受光される反射光Lの位置及び角度が調整される。 The mechanical stage 341 adjusts the position of the support portion 340 in the vertical direction (distance direction with respect to the wafer 100) and the angle of the two axes in the tilt direction. Thereby, the position and angle of the ultraviolet light L UV that is emitted from the light source unit 310 is incident on the wafer 100, as well as the position and angle of the reflected light L R received by the light receiving unit 330 is adjusted from the wafer 100 is reflected The

オートコリメータユニット342は、チャンバ320に設けられている窓327を介してウエハ100に光を照射し、ウエハ100によって反射された光の位置及び角度を検出して検出信号を信号処理部150に出力する。信号処理部150は、この検出信号に基づいて、ウエハ100に対する支持部340の位置及び角度のズレを算出し、さらに、支持部340の補正量を求める。   The autocollimator unit 342 irradiates the wafer 100 with light through a window 327 provided in the chamber 320, detects the position and angle of the light reflected by the wafer 100, and outputs a detection signal to the signal processing unit 150. To do. Based on this detection signal, the signal processing unit 150 calculates the deviation of the position and angle of the support unit 340 with respect to the wafer 100 and further obtains the correction amount of the support unit 340.

メカニカルステージ駆動部343は、オートコリメータユニット342の検出信号に基づいて算出された補正量と、位置検出センサ337の検出信号に基づいて算出された補正量とに基づいてメカニカルステージ341を制御することにより、光源部310及び受光部330とウエハ100との位置合わせを行う。   The mechanical stage drive unit 343 controls the mechanical stage 341 based on the correction amount calculated based on the detection signal of the autocollimator unit 342 and the correction amount calculated based on the detection signal of the position detection sensor 337. Thus, alignment of the light source unit 310 and the light receiving unit 330 with the wafer 100 is performed.

以上説明した本実施形態においては、光源装置312として高圧水銀ランプ等を用いることにより、ウエハ100に非偏光光を入射させている。しかしながら、光源部310の内部、又は、チャンバ320の前段に偏光素子を挿入することにより、偏光光をウエハ100に入射させるようにしても良い。その場合には、先にも述べたように、ウエハ100からの反射光においてP偏光成分とS偏光成分とが同程度になるように、ウエハ100に対する入射光において、P偏光成分とS偏光成分との比が3対1程度となるように、挿入される偏光素子の角度を調節する。   In the present embodiment described above, non-polarized light is incident on the wafer 100 by using a high-pressure mercury lamp or the like as the light source device 312. However, polarized light may be incident on the wafer 100 by inserting a polarizing element in the light source unit 310 or in the front stage of the chamber 320. In that case, as described above, the P-polarized component and the S-polarized component in the incident light with respect to the wafer 100 are set so that the P-polarized component and the S-polarized component in the reflected light from the wafer 100 are approximately the same. The angle of the polarization element to be inserted is adjusted so that the ratio of the polarization element becomes about 3 to 1.

図10は、本発明の第3の実施形態に係るウエハ温度測定装置の変形例を説明するための図である。図9に示すウエハ温度測定装置においては、図9に示す入射窓32〜出射窓33及び入射窓35〜出射窓36を含む光路用通路の替わりに、図10に示すように、周囲にヒータ351が形成されたロッド350を配置しても良い。ロッド350は、石英等の紫外線を透過させる材料によって作製されている。このようなロッド350を用いることにより、光路の途中(例えば、窓32の両端面)に不純物が付着したり、光路における環境変化(例えば、気体の熱擾乱等)を抑制することができるので、そこを通過する紫外光に含まれるP偏光成分とS偏光成分との比が変動するのを防ぐことができる。   FIG. 10 is a diagram for explaining a modified example of the wafer temperature measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the wafer temperature measuring apparatus shown in FIG. 9, instead of the optical path passage including the entrance window 32 to the exit window 33 and the entrance window 35 to the exit window 36 shown in FIG. A rod 350 formed with may be disposed. The rod 350 is made of a material that transmits ultraviolet rays, such as quartz. By using such a rod 350, impurities can adhere to the middle of the optical path (for example, both end faces of the window 32), and environmental changes in the optical path (for example, thermal disturbance of gas, etc.) can be suppressed. It is possible to prevent the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component contained in the ultraviolet light passing therethrough from changing.

次に、本発明の第4の実施形態に係るウエハ温度測定装置について説明する。図11は、本実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。このウエハ温度測定装置は、検出光としてP偏光成分を含む紫外光を用い、参照光としてS偏光成分を含む紫外光を用いると共に、ウエハ100への入射光とウエハ100からの反射光とにおいて同一の光路を取ることを特徴としている。   Next, a wafer temperature measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment. This wafer temperature measuring apparatus uses ultraviolet light including a P-polarized component as detection light, uses ultraviolet light including an S-polarized component as reference light, and is identical in incident light to the wafer 100 and reflected light from the wafer 100. It is characterized by taking an optical path.

図11に示すように、本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、駆動回路(DR)401と、光源装置(LS)402と、コリメートレンズ403と、アパーチャ(開口部)404と、分光部405と、反射素子406と、光変調器407と、偏光素子408と、集光レンズ409と、積分球410と、光検出器(PD)411と、光変調器駆動部(PCD)412と、信号増幅器140と、信号処理部150とを含んでいる。信号増幅器140及び信号処理部150の動作については、図4に示すウエハ温度測定装置におけるものと同様である。   As shown in FIG. 11, the wafer temperature measuring apparatus according to this embodiment includes a drive circuit (DR) 401, a light source device (LS) 402, a collimator lens 403, an aperture (opening) 404, and a spectroscopic unit 405. A reflection element 406, a light modulator 407, a polarizing element 408, a condenser lens 409, an integrating sphere 410, a photodetector (PD) 411, a light modulator driver (PCD) 412, a signal An amplifier 140 and a signal processing unit 150 are included. The operations of the signal amplifier 140 and the signal processing unit 150 are the same as those in the wafer temperature measuring apparatus shown in FIG.

駆動回路401は、光源装置402を制御している。また、光源装置402は、例えば、水銀輝線である365nm付近の波長成分を含む紫外光を発生する高圧水銀ランプ又は水銀キセノンランプである。或いは、光源装置402として、波長が375nm付近の紫外光を発生するLEDを用いても良い。これらの光源装置は非偏光光を発生する光源であるが、光源装置402の後段に偏光素子を設けることにより偏光光を出射するようにしても良いし、偏光光を発生する光源装置を用いるようにしても良い。これら場合には、第3の実施形態において説明したのと同様に、ウエハ100への入射光においてP偏光成分とS偏光成分とが所定の比率となるように、偏光方向を調節する必要がある。   The drive circuit 401 controls the light source device 402. The light source device 402 is, for example, a high-pressure mercury lamp or a mercury xenon lamp that generates ultraviolet light including a wavelength component near 365 nm that is a mercury emission line. Alternatively, as the light source device 402, an LED that generates ultraviolet light having a wavelength of around 375 nm may be used. These light source devices are light sources that generate non-polarized light. However, polarized light may be emitted by providing a polarizing element after the light source device 402, or a light source device that generates polarized light may be used. Anyway. In these cases, as described in the third embodiment, it is necessary to adjust the polarization direction so that the P-polarized component and the S-polarized component have a predetermined ratio in the incident light on the wafer 100. .

コリメートレンズ403は、光源装置402から出射した紫外光を透過させることにより、平行ビームを形成する。また、アパーチャ404は、平行ビームを通過させることにより、所定の径を有するビームを形成する。   The collimating lens 403 forms a parallel beam by transmitting the ultraviolet light emitted from the light source device 402. The aperture 404 forms a beam having a predetermined diameter by allowing the parallel beam to pass therethrough.

分光部405は、同一の材料によって形成されていると共に、近接して配置されることにより、熱的に同一の環境下に置かれている複数のビームスプリッタ41〜43を有している。ビームスプリッタ41〜43の各々は、第1の方向から入射した光を第2の方向に通過させると共に、第2の方向から戻ってくる反射光を第1の方向とは別の第3の方向に通過させる。また、ビームスプリッタ41とビームスプリッタ42とは、光軸を回転軸として互いに90°を為すように配置されており、ビームスプリッタ42とビームスプリッタ43とは、光軸を回転軸として互いに90°を為すように配置されている。このような分光部405に、光源装置402から出射してコリメートレンズ403及びアパーチャ404を通過した光を導入すると、その光は、ビームスプリッタ41及び42を透過してウエハ100の方向に導かれる。また、ウエハ100からの戻り光は、ビームスプリッタ42及び43によって反射され、光変調器407の方向に導かれる。   The spectroscopic unit 405 includes a plurality of beam splitters 41 to 43 that are formed of the same material and are placed close to each other so as to be thermally placed in the same environment. Each of the beam splitters 41 to 43 passes light incident from the first direction in the second direction, and reflects reflected light returning from the second direction in a third direction different from the first direction. To pass through. The beam splitter 41 and the beam splitter 42 are arranged so as to make an angle of 90 ° with the optical axis as the rotation axis, and the beam splitter 42 and the beam splitter 43 have an angle of 90 ° with the optical axis as the rotation axis. It is arranged to do. When the light emitted from the light source device 402 and passed through the collimator lens 403 and the aperture 404 is introduced into such a spectroscopic unit 405, the light passes through the beam splitters 41 and 42 and is guided toward the wafer 100. In addition, the return light from the wafer 100 is reflected by the beam splitters 42 and 43 and guided toward the optical modulator 407.

このように複数のビームスプリッタ41〜43を配置することの利点は次の通りである。一般に、ビームスプリッタ等の光学素子は偏光依存性を有しているため、光を反射又は透過させることにより、反射又は透過後の光において偏光状態(P偏光成分とS偏光成分との比)が変化してしまう。そこで、本実施形態においては、次のような原理に基づいて偏光状態の変化を防いでいる。   The advantage of arranging the plurality of beam splitters 41 to 43 in this way is as follows. In general, since an optical element such as a beam splitter has polarization dependence, the polarization state (ratio between the P-polarized component and the S-polarized component) is reflected in the reflected or transmitted light by reflecting or transmitting the light. It will change. Therefore, in the present embodiment, changes in the polarization state are prevented based on the following principle.

ビームスプリッタ41におけるP偏光成分の透過率をT、S偏光成分の透過率Tとすると、それに対して90°回転している配置されているビームスプリッタ42において、P偏光成分の透過率T'及びS偏光成分の透過率T'は、T'=T、及び、T'=Tとなる。 Assuming that the transmittance of the P-polarized component in the beam splitter 41 is T P and the transmittance T S of the S-polarized component, the transmittance T of the P-polarized component in the beam splitter 42 arranged to be rotated by 90 ° relative thereto. The transmittances T S ′ of P ′ and S polarization components are T P ′ = T S and T S ′ = T P.

また、ビームスプリッタ41に入射する光のP偏光成分の強度をI、S偏光成分の強度をIとすると、それらの偏光成分の強度は、ビームスプリッタ41を透過することにより、I×T(P偏光成分)、I×T(S偏光成分)に変化する。そのような光に、ビームスプリッタ42をさらに透過させると、透過後の光の強度は次のように変化する。
P偏光成分:I×T×T'=I×T×T
S偏光成分:I×T×T'=I×T×T
結局、P偏光成分とS偏光成分との比は、ビームスプリッタ41に入射する前と、ビームスプリッタ42を透過した後とにおいて変化しない。
Further, if the intensity of the P-polarized component of the light incident on the beam splitter 41 is I P , and the intensity of the S-polarized component is I S , the intensity of these polarized components is transmitted through the beam splitter 41, so that I P × It changes to T P (P polarization component), I S × T S (S polarization component). When such light is further transmitted through the beam splitter 42, the intensity of the light after transmission changes as follows.
P-polarized light component: I P × T P × T P '= I P × T P × T S
S-polarized light component: I S × T S × T S '= I S × T S × T P
After all, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component does not change before entering the beam splitter 41 and after passing through the beam splitter 42.

また、ビームスプリッタ42のP偏光成分の反射率をR、S偏光成分の反射率をRとすると、それに対して90°回転して配置されているビームスプリッタ43において、P偏光成分の反射率R'及びS偏光成分の反射率R'は、R'=R、及び、R'=Rとなる。そのため、ウエハ100からの戻り光は、ビームスプリッタ42及び43から反射されることにより、次のように変化する。ここで、ウエハ100からの戻り光におけるP偏光成分の強度をI'、S偏光成分の強度をI'とする。
P偏光成分:I'×R×R'=I'×R×R
S偏光成分:I'×R×R'=I'×R×R
やはり、P偏光成分とS偏光成分との比は、ビームスプリッタ42に入射する前と、ビームスプリッタ43によって反射された後とにおいて変化しない。
さらに、ビームスプリッタ41〜43を近接して熱的に同一の環境下におくことにより、それらの偏光依存性が揃えられるので、偏光状態の変化が効果的に抑制される。
Further, assuming that the reflectance of the P-polarized component of the beam splitter 42 is R P , and the reflectance of the S-polarized component is R S , the reflection of the P-polarized component is reflected in the beam splitter 43 arranged by being rotated by 90 °. The rate R P ′ and the reflectance R S ′ of the S polarization component are R P ′ = R S and R S ′ = R P. Therefore, the return light from the wafer 100 changes as follows by being reflected from the beam splitters 42 and 43. Here, it is assumed that the intensity of the P polarization component in the return light from the wafer 100 is I P ′, and the intensity of the S polarization component is I S ′.
P polarization component: I P '× R P × R P ' = I P '× R P × R S
S-polarized component: I S '× R S × R S ' = I S '× R S × R P
Again, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component does not change before entering the beam splitter 42 and after being reflected by the beam splitter 43.
Furthermore, by placing the beam splitters 41 to 43 close to each other in the same thermal environment, their polarization dependency is made uniform, so that the change in the polarization state is effectively suppressed.

反射素子406は、分光部405の方向からウエハ100に入射し、ウエハ100によって反射された光をさらに反射することにより、再度ウエハ100に入射させる。反射素子406としては、全反射ミラーや直角プリズムやコーナーキューブプリズム等が用いられる。その内でも、コーナーキューブプリズムは、直交する3面の内部全反射を利用することにより、入射方向にかかわらず、入射光を入射方向に向けて180°折り返すことができるため、ウエハ100の変形等によって生じた入射角の変化に対応できるので望ましい。   The reflection element 406 is incident on the wafer 100 from the direction of the spectroscopic unit 405, and further reflects the light reflected by the wafer 100 to make it incident on the wafer 100 again. As the reflection element 406, a total reflection mirror, a right-angle prism, a corner cube prism, or the like is used. Among them, the corner cube prism uses the total internal reflection of three orthogonal surfaces, so that the incident light can be folded back 180 ° in the incident direction regardless of the incident direction. This is desirable because it can cope with the change in the incident angle caused by.

光変調器407は、例えば、ポッケルスセルによって形成されており、供給される電気信号に応じて、そこを透過する光の偏光方向を変化させる。ここで、ポッケルスセルとは、結晶に電界を印加することにより結晶の屈折率や異方性が変化するというEO効果(electro optic:電気光学効果)を利用した光学素子である。ポッケルスセルに印加される電界を制御することにより、それを透過する光の偏光面を所望の角度(例えば、90°)だけ回転させることができる。このような光変調器407の動作は、光変調器駆動部413から供給される電気信号によって制御されている。   The optical modulator 407 is formed by, for example, a Pockels cell, and changes the polarization direction of the light transmitted therethrough according to the supplied electric signal. Here, the Pockels cell is an optical element using an EO effect (electro optic effect) in which the refractive index and anisotropy of the crystal change when an electric field is applied to the crystal. By controlling the electric field applied to the Pockels cell, the polarization plane of the light passing through it can be rotated by a desired angle (eg, 90 °). The operation of the optical modulator 407 is controlled by an electrical signal supplied from the optical modulator driver 413.

偏光素子408は、光変調器406を透過した光に含まれる所定の偏光成分を透過させる。本実施形態において、偏光素子408は、偏光素子408に対してP偏光で入射する成分を透過する。
集光レンズ409は、偏光素子408を透過した光を集光して積分球410に入射させる。また、積分球410は、その入射光を光検出器411の検出面に導く。これらの集光レンズ409及び積分球410は、温度による光路変化等に起因して検出信号の強度が変化するのを抑制するために設けられている。さらに、光検出器411は、入射光を検出して、光の強度に応じた電気信号を出力する。
The polarizing element 408 transmits a predetermined polarization component included in the light transmitted through the light modulator 406. In the present embodiment, the polarizing element 408 transmits a component incident on the polarizing element 408 as P-polarized light.
The condensing lens 409 condenses the light transmitted through the polarizing element 408 and makes it incident on the integrating sphere 410. The integrating sphere 410 guides the incident light to the detection surface of the photodetector 411. These condensing lens 409 and integrating sphere 410 are provided in order to suppress changes in the intensity of the detection signal due to an optical path change due to temperature or the like. Furthermore, the photodetector 411 detects incident light and outputs an electrical signal corresponding to the intensity of the light.

光変調器駆動部412は、信号処理部150の制御の下で、光変調器407を活性化させるための電気信号を所定の間隔で発生し、光変調器407に供給する。
光変調器407が非活性状態にある場合に、ウエハ100から反射され、分光部405を介して光変調器407に入射した光は、偏光方向を変えられることなく、光変調器407をそのまま透過する。それにより、ウエハ100からの反射光に含まれるP偏光成分は、偏光素子408を透過する。一方、光変調器407が活性化されている場合に、ウエハ100からの反射光は、光変調器407によって偏光方向を90°回転させられる。それにより、偏光方向の回転後のP偏光成分(即ち、ウエハ100からの反射光に含まれるS偏光成分)が、偏光素子408を透過する。このように、光変調器407の活性状態を切り換えることにより、ウエハ100からの反射光に含まれるP偏光成分とS偏光成分とが集光レンズ409及び積分球410を介して、信号検出器411によって交互に検出される。それにより、P偏光成分を表す信号(検出信号Y)とS偏光成分(参照信号Y)を表す信号とが、信号処理部150に時分割で入力される。
The optical modulator driving unit 412 generates an electrical signal for activating the optical modulator 407 at a predetermined interval under the control of the signal processing unit 150 and supplies the electrical signal to the optical modulator 407.
When the light modulator 407 is in an inactive state, the light reflected from the wafer 100 and incident on the light modulator 407 via the spectroscopic unit 405 passes through the light modulator 407 as it is without changing the polarization direction. To do. As a result, the P-polarized component contained in the reflected light from the wafer 100 passes through the polarizing element 408. On the other hand, when the light modulator 407 is activated, the reflected light from the wafer 100 is rotated by 90 ° in the polarization direction by the light modulator 407. As a result, the P-polarized component after the rotation of the polarization direction (that is, the S-polarized component included in the reflected light from the wafer 100) is transmitted through the polarizing element 408. In this way, by switching the active state of the light modulator 407, the P-polarized component and the S-polarized component included in the reflected light from the wafer 100 are passed through the condenser lens 409 and the integrating sphere 410 to the signal detector 411. Are detected alternately. Thereby, a signal representing the P-polarized component (detection signal Y 1 ) and a signal representing the S-polarized component (reference signal Y 2 ) are input to the signal processing unit 150 in a time division manner.

信号処理部150は、光変調器駆動部412による信号発生タイミングに同期して信号増幅器140から検出信号の取り込みを行う。そして、光変調器407が非活性状態にあるときに検出された信号(検出信号Y)と、光変調器407が活性化されているときに検出された信号(を参照信号Y)とに基づいて、ウエハ100の温度を算出する。温度の算出方法については、第1の実施形態において説明したのと同様である。 The signal processing unit 150 takes in the detection signal from the signal amplifier 140 in synchronization with the signal generation timing by the optical modulator driving unit 412. Then, a signal detected when the optical modulator 407 is in an inactive state (detection signal Y 1 ), and a signal detected when the optical modulator 407 is activated (referred to as a reference signal Y 2 ) Based on the above, the temperature of the wafer 100 is calculated. The temperature calculation method is the same as that described in the first embodiment.

以上説明したように、本実施形態によれば、ウエハ100によって2回反射された反射光に基づいてウエハ温度を測定するので、1回反射された反射光を用いる場合に比較して2倍の感度を得ることができる。また、検出光と参照光とは、光源装置402から出射してから光検出器411によって検出されるまで同一の光路を取るので、光路の変動等によって生じる誤差を高い精度でキャンセルすることができる。なお、反射プリズム406等の光学系をさらに設けることにより、ウエハ100によって3回以上反射された反射光に基づいてウエハ温度を測定しても良い。   As described above, according to the present embodiment, the wafer temperature is measured based on the reflected light reflected twice by the wafer 100, so that it is twice as much as the case where the reflected light reflected once is used. Sensitivity can be obtained. In addition, since the detection light and the reference light take the same optical path from the light emitted from the light source device 402 until they are detected by the photodetector 411, errors caused by fluctuations in the optical path can be canceled with high accuracy. . Note that the wafer temperature may be measured based on the reflected light reflected three or more times by the wafer 100 by further providing an optical system such as the reflecting prism 406.

次に、本発明の第5の実施形態に係るウエハ温度測定装置について説明する。
ここで、以下に説明する第5〜第8の実施形態に係るウエハ温度測定装置は、温度測定対象の表面状態(例えば、シリコンウエハに酸化膜が形成されている場合)にかかわらず、低温プロセスにおいてもウエハ温度をその場で(in situ)精度良く温度測定するためのものである。
Next, a wafer temperature measuring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described.
Here, the wafer temperature measuring apparatus according to the fifth to eighth embodiments described below is a low temperature process regardless of the surface state of the temperature measurement target (for example, when an oxide film is formed on a silicon wafer). Is used to accurately measure the wafer temperature in situ.

先に図1〜図3を参照しながら説明したように、本願発明者らは、紫外光のP偏光成分を含む光を試料に照射すると共に、試料から反射された紫外光のP偏光成分を検出することにより試料の温度を測定することを検討した際に、紫外光のP偏光成分の反射強度が、温度測定対象の表面状態に大きな影響を受けることも確認した。具体的には、シリコン表面に酸化膜が形成されることにより、酸化膜表面とシリコン表面との間において光が多重反射するので、酸化膜の厚さに応じて反射強度が大きく変動してしまう。また、温度測定対象の種類によって酸化膜の物性が変わってくるので、変動の様子も一様ではない。   As described above with reference to FIGS. 1 to 3, the inventors of the present application irradiate the sample with light including a P-polarized component of ultraviolet light and apply the P-polarized component of ultraviolet light reflected from the sample. When examining the measurement of the temperature of the sample by detection, it was also confirmed that the reflection intensity of the P-polarized component of the ultraviolet light is greatly influenced by the surface state of the temperature measurement object. Specifically, the formation of an oxide film on the silicon surface causes multiple reflections of light between the oxide film surface and the silicon surface, so that the reflection intensity varies greatly depending on the thickness of the oxide film. . In addition, since the physical properties of the oxide film vary depending on the type of temperature measurement object, the fluctuation is not uniform.

そこで、本願発明者らは、測定対象の温度を正確に算出するために、測定対象の温度変化に敏感な紫外光のP偏光成分の反射強度AUVPと、温度変化の影響をあまり受けないS偏光成分AS1との比であるAUVP/AS1と、温度変化の影響をあまり受けない可視光のP偏光成分AVSPとS偏光成分AS2との比であるAVSP/AS2に着目した。比AUVP/AS1は、測定対象の温度と表面状態(酸化膜の厚さ)との関数になるが、比AVSP/AS2は、ほとんど表面状態のみの関数となるので、これらの比を用いることにより、ウエハの表面状態が温度測定に与える影響を除去することができる。 Therefore, in order to accurately calculate the temperature of the measurement target, the inventors of the present application are not significantly affected by the reflection intensity A UVP of the P-polarized component of the ultraviolet light sensitive to the temperature change of the measurement target and the temperature change. Pay attention to A UVP / A S1 which is the ratio with the polarization component A S1 and A VSP / A S2 which is the ratio between the P-polarization component A VSP of visible light and the S-polarization component A S2 which are not affected by temperature change. did. The ratio A UVP / A S1 is a function of the temperature to be measured and the surface state (thickness of the oxide film), but the ratio A VSP / A S2 is almost a function of only the surface state. By using this, it is possible to eliminate the influence of the surface state of the wafer on the temperature measurement.

図12は、本発明の第5の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。図12に示すように、本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、光源部510と、プリズム121及び122と、受光部530と、信号増幅器(AMP)140と、信号処理部150とを含んでいる。プリズム121及び122、信号増幅器140、並びに、信号処理部150の装置構成については、図4に示すウエハ温度測定装置におけるものと同様である。   FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a wafer temperature measuring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the wafer temperature measuring apparatus according to this embodiment includes a light source unit 510, prisms 121 and 122, a light receiving unit 530, a signal amplifier (AMP) 140, and a signal processing unit 150. Yes. The apparatus configurations of the prisms 121 and 122, the signal amplifier 140, and the signal processing unit 150 are the same as those in the wafer temperature measuring apparatus shown in FIG.

光源部510は、駆動回路(DR)511及び514と、光源装置(LS)512及び515と、コリメートレンズ513及び516と、波長合成素子517と、偏光素子(ポーラライザ)518と、光チョッパ519とを含んでおり、ウエハ100に照射するための光を出射する。   The light source unit 510 includes drive circuits (DR) 511 and 514, light source devices (LS) 512 and 515, collimating lenses 513 and 516, a wavelength synthesizing element 517, a polarizing element (polarizer) 518, and an optical chopper 519. And emits light for irradiating the wafer 100.

駆動回路511及び514は、光源装置512及び515の動作をそれぞれ制御している。
光源装置512は、例えば、波長が365nm付近である紫外光(波長が400nm以下の光)LUVを発生する発光ダイオード(LED)である。また、光源装置515は、例えば、波長が650nm付近である可視光(波長が400nmより大きい光)LVSを発生する発光ダイオードである。
The drive circuits 511 and 514 control the operations of the light source devices 512 and 515, respectively.
The light source device 512 is, for example, a light emitting diode (LED) that generates ultraviolet light (light having a wavelength of 400 nm or less) L UV having a wavelength of around 365 nm. The light source device 515 is, for example, a light emitting diode that generates visible light (light having a wavelength greater than 400 nm) L VS having a wavelength near 650 nm.

コリメートレンズ513は、光源装置512から出射した紫外光LUVを透過させることにより平行ビームを形成する。また、コリメートレンズ516は、光源装置515から出射した可視光LVSを透過させることにより平行ビームを形成する。
波長合成素子517は、例えば、所定の波長成分のみを反射するダイクロイックミラーによって構成されており、光源装置512の方向から伝播した紫外光LUVを反射することにより偏光素子518の方向に導くと共に、光源装置515の方向から伝播した可視光LVSを透過させることにより偏光素子518の方向に導く。
The collimating lens 513 forms a parallel beam by transmitting the ultraviolet light L UV emitted from the light source device 512. The collimating lens 516 forms a parallel beam by transmitting the visible light L VS emitted from the light source device 515.
Wavelength combining element 517, for example, it is constituted by a dichroic mirror which reflects only a predetermined wavelength component, and guides the direction of the polarizing element 518 by reflecting the ultraviolet light L UV propagated from the direction of the light source 512, The visible light L VS propagated from the direction of the light source device 515 is transmitted and guided in the direction of the polarizing element 518.

偏光素子518は、波長合成素子517介して入射した光を透過させることにより直線偏光させる。
ここで、ウエハ100からの反射光において、P偏光成分の強度とS偏光成分の強度とを同程度にするためには、ウエハ100に対する入射光においてP偏光成分の方が多くなるように偏光方向を予め調節しておくことが望ましい。そのため、本実施形態においては、ウエハ100に対する入射光において、P偏光成分とS偏光成分との比が3対1程度となるように、偏光素子518の角度を調節する。
The polarizing element 518 linearly polarizes the light incident through the wavelength combining element 517 by transmitting the light.
Here, in the reflected light from the wafer 100, in order to make the intensity of the P-polarized component and the intensity of the S-polarized component approximately the same, the polarization direction so that the P-polarized component in the incident light on the wafer 100 is larger. It is desirable to adjust in advance. Therefore, in the present embodiment, the angle of the polarizing element 518 is adjusted so that the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component in the incident light on the wafer 100 is about 3: 1.

なお、光源装置512及び515として、レーザダイオード(LD)のように、予め偏光された光を出射するものを用いる場合には、偏光素子518を設ける必要はない。その場合には、ウエハ100に対して適切な偏光状態で光が入射するように、光源装置512及び515の配置を調節する必要がある。   Note that when the light source devices 512 and 515, such as laser diodes (LD), that emit pre-polarized light are used, the polarizing element 518 is not necessary. In that case, it is necessary to adjust the arrangement of the light source devices 512 and 515 so that light is incident on the wafer 100 in an appropriate polarization state.

光チョッパ519は、偏光素子518によって直線偏光させられた紫外光を所定のタイミング又は周波数でチョップすることにより、光源部510からの光が出射するタイミングを制御する。また、光チョッパ519は、オン/オフ信号を信号増幅器140に出力する。   The optical chopper 519 controls the timing at which the light from the light source unit 510 is emitted by chopping the ultraviolet light linearly polarized by the polarizing element 518 at a predetermined timing or frequency. Further, the optical chopper 519 outputs an on / off signal to the signal amplifier 140.

受光部530は、偏光ビームスプリッタ(偏光プリズム)531と、集光レンズ532及び535と、積分球533及び536と、光検出器(PD)534及び537とを含んでおり、ウエハ100により反射された光Lを受光する。
偏光ビームスプリッタ531は、そこに入射した光Lを偏光方向に応じて分離し、その内のP偏光成分Lを集光レンズ532の方向に導き、S偏光成分Lを集光レンズ535の方向に導く。
The light receiving unit 530 includes a polarizing beam splitter (polarizing prism) 531, condenser lenses 532 and 535, integrating spheres 533 and 536, and photodetectors (PD) 534 and 537, and is reflected by the wafer 100. The received light LR is received.
Polarization beam splitter 531, the light L R that is incident thereon and separated according to polarization direction, leading the P-polarized component L P of them in the direction of the condenser lens 532, the condenser lens S-polarized component L S 535 Lead in the direction of

集光レンズ532は、そこに入射したP偏光成分Lを集光して、積分球533に導く。また、集光レンズ535は、そこに入射したS偏光成分Lを集光して、積分球536に導く。これらの集光レンズ532及び535を設けることにより、光路の位置や方向に多少の変動が生じた場合においても、その変動による影響を最小限にして、P偏光成分L及びS偏光成分Lを後段の光学系に確実に入射させることができる。 Condenser lens 532 condenses the P-polarized component L P incident thereon, leads to integrating sphere 533. Further, the condenser lens 535 collects the S-polarized component L S incident thereon and guides it to the integrating sphere 536. By providing these condensing lenses 532 and 535, even when some variation occurs in the position and direction of the optical path, the influence of the variation is minimized, and the P-polarized component L P and the S-polarized component L S. Can be reliably incident on the subsequent optical system.

積分球533及び536の検出器用開口には、光検出器534及び537がそれぞれ配置されており、積分球に入射した光は、入射する際の向きにかかわらず、光検出器534及び537の検出面に導かれる。これらの積分球533及び536により、偏光ビームスプリッタ531によって分岐された後のP偏光成分LとS偏光成分Lとの間における光路変動の影響が最小限に抑えられる。 Photodetectors 534 and 537 are arranged in the detector openings of the integrating spheres 533 and 536, respectively. The light incident on the integrating sphere is detected by the photodetectors 534 and 537 regardless of the direction of the incident light. Led to the face. These integrating spheres 533 and 536, the influence of the optical path change between the P-polarized component L P and S-polarized component L S after being branched by the polarizing beam splitter 531 is minimized.

光検出器534及び537は、例えば、フォトダイオード(PD)等の光電変換素子を含んでいる。光検出器534は、P偏光成分Lの強度を表す電気信号(検出信号)生成して出力する。また、光検出器537は、S偏光成分Lの強度を表す電気信号(検出信号)生成して出力する。 The photodetectors 534 and 537 include, for example, a photoelectric conversion element such as a photodiode (PD). The photodetector 534 generates and outputs an electrical signal (detection signal) indicating the intensity of the P-polarized light component L P. The photodetector 537 generates and outputs an electrical signal (detection signal) indicating the intensity of the S-polarized component L S.

これらの光源部510、プリズム121及び122、ウエハ100、並びに、受光部530は、第1の実施形態において説明したのと同様の理由により、光源部510から出射した光Lがウエハ100に入射する際に、入射角が望ましくは35°〜85°程度、さらに望ましくは、60°〜75°程度となるように、位置及び角度関係が調節されている。 These light sources 510, the prisms 121 and 122, wafer 100, and, the light receiving unit 530, for the same reason as that described in the first embodiment, the light L I emitted from the light source unit 510 is incident on the wafer 100 In this case, the positional and angular relationships are adjusted so that the incident angle is preferably about 35 ° to 85 °, and more preferably about 60 ° to 75 °.

信号処理部150は、ウエハ温度測定装置の各部を制御すると共に、ウエハ温度の算出を行う。信号処理部150が光源部510の駆動回路511及び514が時分割で交互に動作するように制御することにより、一方の光検出器534からは、紫外光のP偏光成分の強度を表す検出信号DUVPと可視光のP偏光成分の強度を表す検出信号DVSPとが交互に出力される。また、他方の光検出器537からは、紫外光のS偏光成分の強度を表す検出信号DUVSと可視光のS偏光成分の強度を表す検出信号DVSSとが交互に出力される。信号処理部150は、そのようにして取得された検出信号DUVP、DUVS、DVSP、及び、DVSSに基づいてウエハ100の温度を算出する。 The signal processing unit 150 controls each unit of the wafer temperature measuring apparatus and calculates the wafer temperature. When the signal processing unit 150 controls the drive circuits 511 and 514 of the light source unit 510 to alternately operate in a time division manner, a detection signal indicating the intensity of the P-polarized component of the ultraviolet light is received from one photodetector 534. D UVP and detection signal D VSP representing the intensity of the P-polarized component of visible light are alternately output. The other photodetector 537 alternately outputs a detection signal D UVS representing the intensity of the S-polarized component of the ultraviolet light and a detection signal D VSS representing the intensity of the S-polarized component of the visible light. The signal processing unit 150 calculates the temperature of the wafer 100 based on the detection signals D UVP , D UVS , D VSP , and D VSS acquired as described above.

ウエハ100の温度Tは、4つの検出信号DUVP、DUVS、DVSP、及び、DVSSを変数とする関数f(DUVP,DUVS,DVSP,DVSS)と、予め校正されたパラメータを用いて算出される。この関数f及びパラメータは、図12に示す温度測定装置において、例えば、接触方式によりテスト用ウエハの温度を測定しながら検出光及び参照光を検出し、温度の実測値と検出信号DUVP、DUVS、DVSP、及び、DVSSとを用いて演算(例えば、回帰分析等)を行うことにより求めるられる。 The temperature T of the wafer 100 includes four detection signals D UVP , D UVS , D VSP , and a function f (D UVP , D UVS , D VSP , D VSS ) having D VSS as variables and parameters calibrated in advance. Is calculated using The function f and the parameter are detected from the temperature measurement apparatus shown in FIG. 12, for example, by detecting the detection light and the reference light while measuring the temperature of the test wafer by the contact method, and measuring the actual temperature value and the detection signals D UVP , D UVS, D VSP, and is determined by performing a calculation (for example, regression analysis, etc.) by using the D VSS.

具体的には、例えば、次のような算出方法が挙げられる。
まず、次式(1)及び(2)を用いることにより、ウエハ100からの反射光の内で、紫外光のP偏光成分の強度とS偏光成分の強度との相対値RUV、及び、可視光のP偏光成分の強度とS偏光成分の強度との相対値RVSを求める。
UV=(aUVP +aUVP+a)/(aUVS P2+aUVS+a)…(1)
VS=(bVSP +bVSP+b)/(bVSS P2+bVSP+b)…(2)
式(1)及び(2)において、a〜a及びb〜bは予め校正されたパラメータである。
Specifically, for example, the following calculation method is given.
First, by using the following equations (1) and (2), the relative value R UV between the intensity of the P-polarized component and the intensity of the S-polarized component of the ultraviolet light in the reflected light from the wafer 100 and visible A relative value R VS between the intensity of the P-polarized light component and the intensity of the S-polarized light component is obtained.
R UV = (a 1 D UVP 2 + a 2 D UVP + a 3 ) / (a 4 D UVS P 2 + a 5 D UVS + a 6 ) (1)
R VS = (b 1 D VSP 2 + b 2 D VSP + b 3 ) / (b 4 D VSS P 2 + b 5 D VSP + b 6 ) (2)
In the expressions (1) and (2), a 1 to a 6 and b 1 to b 6 are parameters calibrated in advance.

次に、式(2)によって求められた相対値RVSを用いることにより、次式(3)〜(5)により補正用パラメータx〜xを算出する。
=cVS +cVS+c …(3)
=dVS +dVS+d …(4)
=eVS +eVS+e …(5)
式(3)〜(5)において、c〜c、d〜d、e〜eは予め校正されたパラメータである。
Next, by using the relative value R VS obtained by the equation (2), the correction parameters x 1 to x 3 are calculated by the following equations (3) to (5).
x 1 = c 1 R VS 2 + c 2 R VS + c 3 (3)
x 2 = d 1 R VS 2 + d 2 R VS + d 3 (4)
x 3 = e 1 R VS 2 + e 2 R VS + e 3 ... (5)
In the equations (3) to (5), c 1 to c 3 , d 1 to d 3 , and e 1 to e 3 are parameters calibrated in advance.

さらに、式(1)によって求められたRUVと補正用パラメータx〜xを用いて、次式(6)により温度Tが算出される。
T=xUV +xUV+x …(6)
Further, the temperature T is calculated by the following equation (6) using the R UV obtained by the equation (1) and the correction parameters x 1 to x 3 .
T = x 1 R UV 2 + x 2 R UV + x 3 (6)

ここで、式(1)によって表される相対値RUVは、ウエハの温度変化に敏感であり、且つ、ウエハの表面状態(酸化膜の厚さ)にも影響を受ける紫外光のP偏光成分と、ウエハの温度変化にはあまり影響を受けないが、ウエハの表面状態には影響を受ける紫外光のS偏光成分との関係を表しているので、ウエハの温度及び表面状態の関数と言える。一方、式(2)によって表される相対値RVSは、ウエハの温度変化にはあまり影響を受けないが、ウエハの表面状態には影響を受ける可視光のP偏光成分とS偏光成分との関係を表しているので、ほとんどウエハの表面状態の関数と言える。そこで、相対値RUV、及び、相対値RVSに基づいて得られた補正用パラメータx〜xを用いることにより、ウエハ表面に形成された酸化膜等の影響を除去して、正確なウエハ温度を算出することができる。 Here, the relative value R UV represented by the equation (1) is sensitive to the temperature change of the wafer and is also affected by the surface state of the wafer (the thickness of the oxide film). It is a function of the wafer temperature and the surface condition because it expresses the relationship with the S-polarized component of the ultraviolet light that is affected by the wafer temperature condition but is not affected by the wafer surface condition. On the other hand, the relative value R VS represented by the equation (2) is not significantly affected by the temperature change of the wafer, but is the difference between the P-polarized component and the S-polarized component of visible light that is affected by the surface state of the wafer. Since the relationship is expressed, it can be said that it is almost a function of the surface state of the wafer. Therefore, by using the correction values x 1 to x 3 obtained based on the relative value R UV and the relative value R VS , the influence of the oxide film or the like formed on the wafer surface is removed, and the correct parameter The wafer temperature can be calculated.

本実施形態においては、ウエハ100からの反射光LUV及びLVSにおけるP偏光成分とS偏光成分との相対値RUV及びRVSを式(1)及び(2)に基づいて算出したが、相対値は、P偏光成分とS偏光成分との単なる比であっても良いし、式(1)及び(2)に示すような2次関数以外の関数に基づいて算出しても良い。 In the present embodiment, the relative values R UV and R VS of the P-polarized component and the S-polarized component in the reflected light L UV and L VS from the wafer 100 are calculated based on the equations (1) and (2). The relative value may be a simple ratio between the P-polarized component and the S-polarized component, or may be calculated based on a function other than a quadratic function as shown in the equations (1) and (2).

また、相対値についても、本実施形態において説明した組み合わせに限定することなく参照値及び補正値として利用できる。即ち、基準値(相対値の分母)となるS偏光成分は、必ずしもP偏光成分の波長と同じでなくても良い。具体的には、2つの相対値の間において同じS偏光成分を基準値としても良いし(例えば、DUVP/DVSSとDVSP/DVSS、又は、DUVP/DUVSとDVSP/DUVS)、2つの相対値の間においてP偏光成分とS偏光成分とをたすきがけにしても良い(DUVP/DVSSとDVSP/DUVS)。紫外光のP偏光成分以外はウエハの温度変化による影響をあまり受けず、専らウエハの表面状態の変化を表しているといえるからである。 Further, the relative value can also be used as the reference value and the correction value without being limited to the combination described in the present embodiment. That is, the S-polarized component serving as the reference value (relative value denominator) is not necessarily the same as the wavelength of the P-polarized component. Specifically, the same S polarization component may be used as a reference value between two relative values (for example, D UVP / D VSS and D VSP / D VSS , or D UVP / D UVS and D VSP / D UVS ) The P-polarized component and the S-polarized component may be used between two relative values (D UVP / D VSS and D VSP / D UVS ). This is because the components other than the P-polarized component of ultraviolet light are not significantly affected by the temperature change of the wafer, and can be said to represent the change in the surface state of the wafer exclusively.

本実施形態においては、補正用パラメータを別途求めることにより、温度Tを相対値RUVの関数f(RUV)として算出したが、温度Tを相対値RUV及びRVSの関数f'(RUV,RVS)により算出しても良いし、さらには、検出信号DUVP、DUVS、DVSP、及び、DVSSの関数f''(DUVP,DUVS,DVSP,DVSS)に基づいて算出しても良い。 In the present embodiment, the temperature T is calculated as a function f (R UV ) of the relative value R UV by separately obtaining a correction parameter. However, the temperature T is a function f ′ (R R) of the relative values R UV and R VS. UV , R VS ), and further, the detection signals D UVP , D UVS , D VSP , and D VSS function f ″ (D UVP , D UVS , D VSP , D VSS ) You may calculate based on.

また、温度Tの関数及び補正用パラメータを求める式については、必ずしも式(3)〜(6)に示す2次関数である必要はなく、1次関数、又は、他の多次元関数を利用しても良い。ウエハ100に照射される紫外光及び可視光の波長の大きさや、波長の組み合わせによっては、複雑な関数となる場合もある。また、厳密には、ウエハからの反射光に含まれるS偏光成分や紫外光のP偏光成分も、酸化膜の厚さに加えて、温度や、ウエハと酸化膜との界面の状態に影響を受けるので、実測値に基づいてS偏光成分の強度等を校正する場合には、さらに複雑な関数になると考えられる。しかしながら、そのような影響は、波長が紫外光のP偏光成分の温度依存性に比較すると非常に小さいので、実用的には本実施形態において説明した方法を用いても問題はない。   Further, the equation for obtaining the function of temperature T and the correction parameter is not necessarily the quadratic function shown in equations (3) to (6), and a linear function or another multidimensional function is used. May be. Depending on the size of the wavelengths of ultraviolet light and visible light irradiated on the wafer 100 and the combination of wavelengths, there may be a complicated function. Strictly speaking, the S-polarized light component and the P-polarized light component contained in the reflected light from the wafer affect the temperature and the state of the interface between the wafer and the oxide film in addition to the thickness of the oxide film. Therefore, when the intensity of the S-polarized light component is calibrated based on the actually measured value, it is considered that the function becomes a more complicated function. However, since such an influence is very small compared to the temperature dependence of the P-polarized component of ultraviolet light, there is no problem even if the method described in this embodiment is used practically.

以上においては、紫外光のP偏光成分に基づいて得られるウエハ100の温度を、ウエハ100の表面状態(酸化膜の付着等)に応じて補正する場合について説明した。しかしながら、酸化膜の膜厚の変化がない等、新たに補正を行う必要がない場合には、信号処理部150の制御の下で駆動回路511のみを動作させても良い。また、所定のタイミング又は周期で駆動回路514を動作させることにより、必要に応じて補正を行うようにしても良い。   In the above description, the case where the temperature of the wafer 100 obtained based on the P-polarized component of the ultraviolet light is corrected according to the surface state of the wafer 100 (such as adhesion of an oxide film) has been described. However, when there is no need to perform a new correction, for example, when there is no change in the thickness of the oxide film, only the drive circuit 511 may be operated under the control of the signal processing unit 150. Further, correction may be performed as necessary by operating the drive circuit 514 at a predetermined timing or cycle.

次に、本発明の第6の実施形態に係るウエハ温度測定装置について説明する。図13は、本実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。本実施形態においては、紫外光を含む3種類の光をウエハ100に照射することにより、測定精度をさらに高くすることを特徴としている。   Next, a wafer temperature measuring apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment. In this embodiment, the measurement accuracy is further improved by irradiating the wafer 100 with three types of light including ultraviolet light.

図13に示すように、本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、光源部610と、プリズム121及び122と、受光部530と、信号増幅器140と、信号処理部150とを含んでいる。プリズム121及び122、受光部530、信号増幅器140、並びに、信号処理部150の構成及び動作については、図12に示すウエハ温度測定装置におけるものと同様である。   As shown in FIG. 13, the wafer temperature measurement apparatus according to the present embodiment includes a light source unit 610, prisms 121 and 122, a light receiving unit 530, a signal amplifier 140, and a signal processing unit 150. The configurations and operations of the prisms 121 and 122, the light receiving unit 530, the signal amplifier 140, and the signal processing unit 150 are the same as those in the wafer temperature measuring apparatus shown in FIG.

光源部610は、駆動回路(DR)611、616、及び、620と、光源装置(LS)612、617、及び、621と、コリメートレンズ613、618、及び、622と、偏光素子614、619、及び623と、波長合成素子615及び624と、光チョッパ625とを含んでいる。   The light source unit 610 includes driving circuits (DR) 611, 616, and 620, light source devices (LS) 612, 617, and 621, collimating lenses 613, 618, and 622, polarizing elements 614, 619, 623, wavelength combining elements 615 and 624, and an optical chopper 625.

駆動回路611、616、及び、620は、光源装置612、617、及び、621の動作をそれぞれ制御している。また、これらの駆動回路611、616、及び、620の動作は、時分割で順次動作するように、信号処理部150によって制御されている。   The drive circuits 611, 616, and 620 control the operations of the light source devices 612, 617, and 621, respectively. The operations of the drive circuits 611, 616, and 620 are controlled by the signal processing unit 150 so as to sequentially operate in time division.

光源装置612は、例えば、波長が365nm付近の紫外光LUVを発生する。また、光源装置617は、第1の波長を有する可視光LV1を発生する。さらに、光源装置621は、第1の波長とは異なる第2の波長を有する可視光LV2を発生する。本実施形態においては、光源装置612、617、及び621として、無偏光光を発生する発光ダイオードが用いられている。 The light source device 612 generates, for example, ultraviolet light L UV having a wavelength near 365 nm. The light source device 617 generates visible light L V1 having a first wavelength. Further, the light source device 621 generates visible light LV2 having a second wavelength different from the first wavelength. In the present embodiment, light-emitting diodes that generate non-polarized light are used as the light source devices 612, 617, and 621.

なお、光源装置612、617、及び、621としては、レーザダイオード(LD)のように、予め偏光された光を出射するものを用いても良く、その場合には、後段の偏光素子614、619、及び、623を省略することができる。また、その場合には、後述するように、各光源装置から出射した光が後段の波長合成素子に対して適切な偏光状態で入射するように、各光源装置の配置を調節する必要がある。   As the light source devices 612, 617, and 621, a device that emits pre-polarized light, such as a laser diode (LD), may be used. In that case, polarizing elements 614, 619 in the subsequent stages are used. And 623 can be omitted. In that case, as described later, it is necessary to adjust the arrangement of the light source devices so that the light emitted from the light source devices is incident on the subsequent wavelength combining element in an appropriate polarization state.

コリメートレンズ613、618、及び、622は、光源装置612、617、及び、621から出射した光をそれぞれ透過させることにより平行ビームを形成する。
偏光素子614、619、及び、623は、コリメートレンズを介して入射した平行ビームを透過させることによって直線偏光させる。
The collimating lenses 613, 618, and 622 form parallel beams by transmitting the light emitted from the light source devices 612, 617, and 621, respectively.
The polarizing elements 614, 619, and 623 are linearly polarized by transmitting a parallel beam incident through the collimating lens.

波長合成素子(ダイクロイックミラー)615は、偏光素子614を介して入射した紫外光LUVを反射することにより光チョッパ625の方向に導くと共に、それ以外の光を透過させる。このような波長合成素子615に対して、偏光素子614は、偏光素子614によって直線偏光された光の内のP偏光成分又はS偏光成分のいずれかが入射するように、偏光方向を調節されている。その理由は、ダイクロイックミラーにおいて温度等の環境変化が生じることにより、ダイクロイックミラーに反射され、又は、透過する光の偏光状態(P偏光成分とS偏光成分との比)が影響を受けてしまうが、いずれかの成分のみを入射させる場合には、偏光状態は変化しないからである。 The wavelength synthesizing element (dichroic mirror) 615 reflects the ultraviolet light L UV incident through the polarizing element 614 to guide it in the direction of the light chopper 625 and transmit other light. The polarization direction of the polarization element 614 is adjusted so that either the P-polarization component or the S-polarization component of the light linearly polarized by the polarization element 614 enters the wavelength synthesis element 615. Yes. The reason for this is that an environmental change such as temperature occurs in the dichroic mirror, so that the polarization state (ratio between the P-polarized component and the S-polarized component) of the light reflected or transmitted by the dichroic mirror is affected. This is because the polarization state does not change when only one of the components is incident.

波長合成素子624は、可視光LV1を反射することにより光チョッパ625の方向に導くと共に、それ以外の波長成分、即ち、可視光LV2を透過させることにより光チョッパ625の方向に導く。このような波長合成素子624に対して、偏光素子619及び623は、波長合成素子624における偏光状態の変化を防ぐために、直線偏光された光の内のP偏光成分又はS偏光成分のいずれかが入射するように、偏光方向を調節されている。 The wavelength synthesizing element 624 guides the visible light L V1 in the direction of the optical chopper 625 and transmits the other wavelength components, that is, the visible light L V2 in the direction of the optical chopper 625. In contrast to the wavelength synthesizing element 624, the polarizing elements 619 and 623 are configured so that either the P-polarized component or the S-polarized component in the linearly polarized light is used in order to prevent a change in the polarization state in the wavelength synthesizing element 624. The polarization direction is adjusted so as to be incident.

さらに、波長合成素子615及び624は、第5の実施形態において説明したのと同様に、プリズム121を介してウエハ100に入射する光において、P偏光成分とS偏光成分との比が、望ましくは3対1程度となるように配置されている。   Further, in the same manner as described in the fifth embodiment, the wavelength combining elements 615 and 624 preferably have a ratio of the P-polarized component and the S-polarized component in the light incident on the wafer 100 via the prism 121. It arrange | positions so that it may become about 3 to 1.

光チョッパ625は、波長合成素子615及び624によって導かれた紫外光LUV並びに可視光LV1及びLV2を所定のタイミング又は周波数でチョップすることにより、光源部610から光が出射するタイミングを制御する。また、光チョッパ625は、信号増幅器140にロックイン動作させるために用いられるオン/オフ信号を出力する。 The optical chopper 625 controls the timing at which light is emitted from the light source unit 610 by chopping the ultraviolet light L UV and the visible light L V1 and L V2 guided by the wavelength synthesis elements 615 and 624 at a predetermined timing or frequency. To do. The optical chopper 625 outputs an on / off signal used for causing the signal amplifier 140 to perform a lock-in operation.

本実施形態においては、光源部610に、時分割で順次動作する3系統の光源を設けている。そのため、受光部の光検出器534からは、ウエハ100により反射された紫外光LUVのP偏光成分の強度を表す検出信号DUVPと、第1の可視光LV1のP偏光成分の強度を表す検出信号PV1Pと、第2の可視光LV2のP偏光成分の強度を表す検出信号DV2Pとが順次出力される。また、光検出器537からは、ウエハ100により反射された紫外光LUVのS偏光成分の強度を表す検出信号DUVSと、第1の可視光LV1のS偏光成分の強度を表す検出信号PV1Sと、第2の可視光LV2のS偏光成分の強度を表す検出信号DV2Sとが順次出力される。信号処理部150は、それらの6種類の検出信号に基づいて、ウエハ100の温度を算出する。 In the present embodiment, the light source unit 610 is provided with three light sources that sequentially operate in a time-sharing manner. Therefore, from the photodetector 534 of the light receiving unit, the detection signal D UVP indicating the intensity of the P-polarized component of the ultraviolet light L UV reflected by the wafer 100 and the intensity of the P-polarized component of the first visible light L V1 are obtained. The detection signal P V1P representing the detection signal D V2P representing the intensity of the P-polarized component of the second visible light L V2 is sequentially output. Further, from the photodetector 537, a detection signal D UVS representing the intensity of the S-polarized component of the ultraviolet light L UV reflected by the wafer 100 and a detection signal representing the intensity of the S-polarized component of the first visible light L V1. P V1S and a detection signal D V2S representing the intensity of the S-polarized component of the second visible light L V2 are sequentially output. The signal processing unit 150 calculates the temperature of the wafer 100 based on these six types of detection signals.

具体的には、例えば、次のような算出方法が挙げられる。
まず、本発明の第5の実施形態において説明したのと同様に、式(1)等によりウエハ100からの反射光LUV、LV1、LV2におけるP偏光成分とS偏光成分との相対値RUV、RV1、RV2をそれぞれ求める。相対値は、検出信号の単なる比DUVP/DUVS、DV1P/DV1S、DV2P/DV2Sであっても良いし、第5の実施形態におけるのと同様に、所定の関数の比であっても良い。
Specifically, for example, the following calculation method is given.
First, as described in the fifth embodiment of the present invention, the relative value of the P-polarized component and the S-polarized component in the reflected light L UV , L V1 , L V2 from the wafer 100 according to the equation (1) and the like. R UV , R V1 , and R V2 are obtained. The relative value may be a simple ratio D UVP / D UVS , D V1P / D V1S , D V2P / D V2S of the detection signal, or a ratio of a predetermined function as in the fifth embodiment. There may be.

次に、式(3)〜(5)を利用することにより、相対値RV1に基づく補正用パラメータx〜x、及び、相対値RV2に基づく補正用パラメータy〜yを算出する。さらに、次式に基づいて、補正用パラメータの平均値z〜zを求める。
=(x+y)/2
=(x+y)/2
=(x+y)/2
これらの平均された補正用パラメータz〜zを用いて、次式(7)によりウエハ100の温度Tが算出される。
T=zUV +zUV+z …(7)
Next, by using the equations (3) to (5), correction parameters x 1 to x 3 based on the relative value R V1 and correction parameters y 1 to y 3 based on the relative value R V2 are calculated. To do. Furthermore, based on the following equation, average values z 1 to z 3 of the correction parameters are obtained.
z 1 = (x 1 + y 1 ) / 2
z 2 = (x 2 + y 2 ) / 2
z 3 = (x 3 + y 3 ) / 2
Using these averaged correction parameters z 1 to z 3 , the temperature T of the wafer 100 is calculated by the following equation (7).
T = z 1 R UV 2 + z 2 R UV + z 3 (7)

このように、本発明の第6の実施形態においては、補正用に用いられる検出信号を増やすことにより、ウエハ100の温度測定において、より正確な補正を行うことができる。また、図13に示す光源部610に、可視光を発生する光源の系統をさらに設けることにより、補正の精度をさらに高くすることが可能である。   As described above, in the sixth embodiment of the present invention, more accurate correction can be performed in the temperature measurement of the wafer 100 by increasing the detection signals used for correction. Further, by further providing a light source system that generates visible light in the light source unit 610 illustrated in FIG. 13, the accuracy of correction can be further increased.

本実施形態においても、第5の実施形態におけるのと同様に、相対値RUV等を求める際のP偏光成分とS偏光成分との組み合わせは、同じ波長のものに限定されない。即ち、紫外光のP偏光成分に対する相対値を、温度Tを求める関数(式(7))の変数とし、それ以外の相対値を、補正用パラメータの算出に用いれば良い。また、温度Tの関数及び補正用パラメータを算出する式は2次関数以外の種々の関数を利用することができる。さらに、相対値RUV、RV1、及び、RV2や、検出信号DUVP、DUVS、DV1P、DV1S、DV2P、及び、DV2Sを変数とすることにより、直接的に温度Tが算出される関数を利用しても良い。 Also in the present embodiment, as in the fifth embodiment, the combination of the P-polarized component and the S-polarized component when obtaining the relative value RUV and the like is not limited to the same wavelength. That is, the relative value of the ultraviolet light with respect to the P-polarized light component is used as a variable of the function for obtaining the temperature T (formula (7)), and other relative values may be used for calculating the correction parameter. Various functions other than the quadratic function can be used as the formula for calculating the function of the temperature T and the correction parameter. Further, by using the relative values R UV , R V1 , and R V2 and the detection signals D UVP , D UVS , D V1P , D V1S , D V2P , and D V2S as variables, the temperature T can be directly set. A calculated function may be used.

次に、本発明の第7の実施形態に係るウエハ温度測定装置について説明する。図14は、本実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。本実施形態においては、1つの光源を用いてウエハ100からの反射光に基づいて温度を測定すると共に、ウエハ100に対する入射光及び反射光の光軸を調整する機構を設けていることを特徴としている。   Next, a wafer temperature measuring apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment. In the present embodiment, the temperature is measured based on the reflected light from the wafer 100 using a single light source, and a mechanism for adjusting the optical axes of incident light and reflected light on the wafer 100 is provided. Yes.

図14に示すように、本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、光源部710と、ウエハ支持台721と、位置調整機構722〜724と、受光部730と、信号増幅器140と、信号処理部150と、位置検出ユニット760とを含んでいる。信号増幅器140及び信号処理部150の構成及び動作については、図12に示すウエハ温度測定装置におけるものと同様である。   As shown in FIG. 14, the wafer temperature measuring apparatus according to this embodiment includes a light source unit 710, a wafer support 721, position adjustment mechanisms 722 to 724, a light receiving unit 730, a signal amplifier 140, and a signal processing unit. 150 and a position detection unit 760. The configurations and operations of the signal amplifier 140 and the signal processing unit 150 are the same as those in the wafer temperature measuring apparatus shown in FIG.

光源部710は、駆動回路(DR)711と、光源装置(LS)712と、コリメートレンズ713とを含んでいる。
駆動回路711は、光源装置712の動作を制御している。光源装置712は、例えば、低圧又は高圧水銀ランプや水銀キセノンランプを含んでおり、紫外領域の波長成分及び可視領域の波長成分を含む光を出射する。
コリメートレンズ713は、光源装置712から出射した光を透過させることにより平行ビームを形成する。
The light source unit 710 includes a drive circuit (DR) 711, a light source device (LS) 712, and a collimator lens 713.
The drive circuit 711 controls the operation of the light source device 712. The light source device 712 includes, for example, a low-pressure or high-pressure mercury lamp or a mercury xenon lamp, and emits light including a wavelength component in the ultraviolet region and a wavelength component in the visible region.
The collimating lens 713 forms a parallel beam by transmitting the light emitted from the light source device 712.

ウエハ支持台721は、例えば、静電チャック付きヒータであり、ウエハ100を固定すると共に所定の温度に保っている。ウエハ支持台721には、光源部710から出射した光をウエハ100に入射させると共に、ウエハ100からの反射光を受光部730に導くための光路用通路70が形成されている。   The wafer support 721 is, for example, a heater with an electrostatic chuck, and fixes the wafer 100 and keeps it at a predetermined temperature. The wafer support base 721 is formed with an optical path 70 for allowing the light emitted from the light source unit 710 to enter the wafer 100 and guiding the reflected light from the wafer 100 to the light receiving unit 730.

位置調整機構は、支持部材722〜724を含んでいる。支持部材722は、光源部710と受光部730とを結合しており、支持部材723及び724は、支持部材722とウエハ支持台721とを結合している。これらの支持部材722〜724は、インバー、合成石英、ゼロデュア(ZERODUR(登録商標))、石英ガラス、低膨張多結晶ガラスのように、熱膨張率の小さい材料によって形成することが望ましい。それにより、熱の影響により光源部710等の相対的な位置関係が変化して光路が変動するのを抑制することができる。   The position adjustment mechanism includes support members 722 to 724. The support member 722 couples the light source unit 710 and the light receiving unit 730, and the support members 723 and 724 couple the support member 722 and the wafer support base 721. These support members 722 to 724 are desirably formed of a material having a low coefficient of thermal expansion, such as Invar, synthetic quartz, Zerodur (registered trademark), quartz glass, and low expansion polycrystalline glass. Thereby, it is possible to suppress the change in the optical path due to the change in the relative positional relationship of the light source unit 710 and the like due to the influence of heat.

各支持部材722〜724の結合部分には位置調整部722a、722b、723a、及び、724aが設けられている。位置調整部722a、722b、723a、及び、724aを後述する位置検出ユニット760の検出結果に基づいて機械的に調節することにより、光源部710と受光部730とウエハ支持台721との相対的な位置が調節される。   Position adjusting portions 722a, 722b, 723a, and 724a are provided at the coupling portions of the support members 722 to 724. The position adjustment units 722a, 722b, 723a, and 724a are mechanically adjusted based on the detection result of the position detection unit 760 described later, thereby making the relative relationship between the light source unit 710, the light receiving unit 730, and the wafer support base 721. The position is adjusted.

受光部730は、波長分離フィルタ群731と、偏光プリズム732及び733と、複数の拡散板734と、複数のレンズ735と、光検出器736〜739とを含んでいる。
波長分離フィルタ群731は、同一の特性を有する3つの波長分離フィルタ71〜73を含んでいる。各波長分離フィルタ71〜73は、波長成分λUVを透過させ、波長成分λを全反射すると共に、波長成分λに対してはハーフミラーとして機能する。波長分離フィルタ群731において、ウエハ100からの反射光に含まれる波長成分λUVは、波長分離フィルタ71及び73を透過することにより、偏光プリズム732の方向に導かれる。また、波長成分λは、波長分離フィルタ71及び72から反射されることにより、偏光プリズム733の方向に導かれる。さらに、波長成分λは、波長分離フィルタ71を透過し、波長分離フィルタ73から反射されることにより、位置検出ユニット760の方向に導かれる。
The light receiving unit 730 includes a wavelength separation filter group 731, polarizing prisms 732 and 733, a plurality of diffusion plates 734, a plurality of lenses 735, and photodetectors 736 to 739.
The wavelength separation filter group 731 includes three wavelength separation filters 71 to 73 having the same characteristics. Each of the wavelength separation filters 71 to 73 transmits the wavelength component λ UV , totally reflects the wavelength component λ 1, and functions as a half mirror for the wavelength component λ 2 . In the wavelength separation filter group 731, the wavelength component λ UV included in the reflected light from the wafer 100 passes through the wavelength separation filters 71 and 73 and is guided in the direction of the polarization prism 732. Further, the wavelength component λ 1 is guided from the wavelength separation filters 71 and 72 to the direction of the polarizing prism 733. Furthermore, the wavelength component λ 3 is guided in the direction of the position detection unit 760 by being transmitted through the wavelength separation filter 71 and reflected from the wavelength separation filter 73.

ここで、一般に、波長分離フィルタは偏光依存性を有しているため、単に、光を反射又は透過させることにより、反射又は透過後の光において偏光状態(P偏光成分とS偏光成分との比)が変化してしまう。そこで、本実施形態においては、波長分離フィルタ71と波長分離フィルタ72とを、光軸を回転軸として互いに90°を為すように配置し、波長分離フィルタ71と波長分離フィルタ73とを、光軸を回転軸として互いに90°を為すように配置することにより、次のような原理に基づいて偏光状態の変化を防いでいる。   Here, in general, since the wavelength separation filter has polarization dependency, the polarization state (the ratio between the P-polarized component and the S-polarized component) is simply reflected or transmitted in the light after reflection or transmission. ) Will change. Therefore, in the present embodiment, the wavelength separation filter 71 and the wavelength separation filter 72 are disposed so as to make an angle of 90 ° with the optical axis as a rotation axis, and the wavelength separation filter 71 and the wavelength separation filter 73 are disposed on the optical axis. By arranging them so as to be 90 ° with respect to each other as a rotation axis, a change in polarization state is prevented based on the following principle.

ウエハ100に反射されたP偏光、S偏光の光に対して、波長分離フィルタ71におけるP偏光成分の反射率をR、S偏光成分の反射率をRとすると、それに対して90°回転して配置されている波長分離フィルタ72において、P偏光成分の反射率R'及びS偏光成分の反射率R'は、R'=R、及び、R'=Rとなる。 With respect to P-polarized light and S-polarized light reflected by the wafer 100, if the reflectance of the P-polarized component in the wavelength separation filter 71 is R P and the reflectance of the S-polarized component is R S , the light is rotated by 90 °. in the wavelength separation filter 72 which is arranged, P 'reflectivity R S of and the S-polarized component' reflectance R P polarized light component, R P '= R S, and, R S' becomes = R P .

また、波長分離フィルタ71に入射する光のP偏光成分の強度をI、S偏光成分の強度をIとすると、波長分離フィルタ71によって反射された後に、それらの偏光成分の強度は、I×R(P偏光成分)、I×R(S偏光成分)に変化する。そのような光を、波長分離フィルタ72によって更に反射させると、反射後の光における各偏光成分の強度は次のように変化する。
P偏光成分:I×R×R'=I×R×R
S偏光成分:I×R×R'=I×R×R
結局、P偏光成分とS偏光成分との比は、波長分離フィルタ71に入射する前と、波長分離フィルタ72によって反射された後とにおいて変化しない。
Also, assuming that the intensity of the P-polarized component of the light incident on the wavelength separation filter 71 is I P and the intensity of the S-polarized component is I S , the intensity of these polarized components after being reflected by the wavelength separation filter 71 is I It changes to P × R P (P polarization component) and I S × R S (S polarization component). When such light is further reflected by the wavelength separation filter 72, the intensity of each polarization component in the reflected light changes as follows.
P polarization component: I P × R P × R P '= I P × R P × R S
S-polarized light component: I S × R S × R S '= I S × R S × R P
Eventually, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component does not change before entering the wavelength separation filter 71 and after being reflected by the wavelength separation filter 72.

また、波長分離フィルタ71のP偏光成分の透過率をT、S偏光成分の透過率をTとすると、それに対して90°回転して配置されている波長分離フィルタ73において、P偏光成分の透過率T'及びS偏光成分の透過率T'は、T'=T、及び、T'=Tとなる。従って、波長分離フィルタ71及び73を透過した光の強度は、次のように変化する。
P偏光成分:I×T×T'=I×T×T
S偏光成分:I×T×T'=I×T×T
結局、P偏光成分とS偏光成分との比は、波長分離フィルタ71に入射する前と、波長分離フィルタ73を透過した後とにおいて変化しない。
さらに、波長分離フィルタ71〜73を近接させて熱的に同一の環境下におくことにより、それらの偏光依存性を揃えることができるので、偏光状態の変化を効果的に抑制できる。
Further, assuming that the transmittance of the P-polarized component of the wavelength separation filter 71 is T P and the transmittance of the S-polarized component is T S , the P-polarized component in the wavelength separation filter 73 arranged to be rotated by 90 ° with respect to it. The transmittance T P ′ and the transmittance T S ′ of the S-polarized component are T P ′ = T S and T S ′ = T P. Accordingly, the intensity of the light transmitted through the wavelength separation filters 71 and 73 changes as follows.
P-polarized light component: I P × T P × T P '= I P × T P × T S
S-polarized light component: I S × T S × T S '= I S × T S × T P
Eventually, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component does not change before entering the wavelength separation filter 71 and after passing through the wavelength separation filter 73.
Furthermore, since the wavelength separation filters 71 to 73 are brought close to each other and thermally placed in the same environment, their polarization dependency can be made uniform, so that the change in the polarization state can be effectively suppressed.

偏光プリズム732は、波長分離フィルタ群731により分離された紫外光(波長成分λUV)を偏光方向に応じて分離し、P偏光成分λUVPを光検出器736の方向に導き、S偏光成分λUVSを光検出器737の方向に導く。また、偏光プリズム733は、波長分離フィルタ群731により分離された可視光(波長成分λ)を偏光方向に応じて分離し、P偏光成分λ1Pを光検出器738の方向に導き、S偏光成分λ1Sを光検出器739の方向に導く。 The polarization prism 732 separates the ultraviolet light (wavelength component λ UV ) separated by the wavelength separation filter group 731 according to the polarization direction, guides the P polarization component λ UVP toward the photodetector 736, and generates the S polarization component λ. The UVS is guided in the direction of the photodetector 737. The polarizing prism 733 separates the visible light (wavelength component λ 1 ) separated by the wavelength separation filter group 731 according to the polarization direction, guides the P-polarized component λ 1P toward the photodetector 738, and generates S-polarized light. The component λ 1S is guided in the direction of the photodetector 739.

拡散板734は、例えば、すりガラス又はフライアイレンズである。拡散板734及びその後段に配置されているレンズ735は、光の照射面における強度を均一化するために設けられている。それにより、光が光検出器736〜739に入射した際に、光軸変動によって生じる誤差を最小限に抑えている。なお、拡散板734と光検出器736〜739との距離が長い場合には、レンズ735を省略しても同様の効果を得ることができる。   The diffusion plate 734 is, for example, ground glass or a fly-eye lens. The diffusion plate 734 and the lens 735 arranged at the subsequent stage are provided in order to make the intensity on the light irradiation surface uniform. Thereby, when light enters the photodetectors 736 to 739, an error caused by the optical axis fluctuation is minimized. When the distance between the diffuser plate 734 and the photodetectors 736 to 739 is long, the same effect can be obtained even if the lens 735 is omitted.

光検出器736〜739は、紫外光のP偏光成分λUVPを表す検出信号、紫外光のS偏光成分λUVSを表す検出信号、可視光のP偏光成分λ1Pを表す検出信号、及び、可視光のS偏光成分λ1Sを表す検出信号をそれぞれ出力する。これらの検出信号は、増幅器140を介して信号処理部150に入力され、ウエハ100の温度を算出するために用いられる。ウエハ温度の算出方法については、第5の実施形態において説明したのと同様である。 The photodetectors 736 to 739 are a detection signal representing the P-polarized component λ UVP of the ultraviolet light, a detection signal representing the S-polarized component λ UVS of the ultraviolet light, a detection signal representing the P-polarized component λ 1P of the visible light, and visible A detection signal representing the S polarization component λ 1S of the light is output. These detection signals are input to the signal processing unit 150 through the amplifier 140 and used to calculate the temperature of the wafer 100. The method for calculating the wafer temperature is the same as that described in the fifth embodiment.

これらの光検出器736〜739は、波長分離フィルタ71からの光路長が同一となるように配置されている。それにより、受光部730に入射する光の光軸に変動が生じた場合においても、その影響が光検出器736〜739の間で同等になるので、光検出器736〜739からそれぞれ出力された検出信号において変動の影響をキャンセルすることにより誤差の発生を抑制することができる。   These photodetectors 736 to 739 are arranged so that the optical path lengths from the wavelength separation filter 71 are the same. As a result, even when fluctuations occur in the optical axis of the light incident on the light receiving unit 730, the influence is equal between the photodetectors 736 to 739, so that the light is output from the photodetectors 736 to 739, respectively. The generation of errors can be suppressed by canceling the influence of fluctuations in the detection signal.

位置検出ユニット760は、集光レンズ761と位置検出素子(PSD:position sensitive device)762とを含んでいる。集光レンズ761は、受光部730の波長分離フィルタ71を透過し、波長選択フィルタ72によって反射された光(波長成分λ)を集光して位置検出素子762に導く。位置検出素子762は、受光した光の位置を検出し、検出信号を生成して信号処理部150に出力する。信号処理部150は、この検出信号に基づいてウエハ100に照射された光の位置ズレや角度ズレを検出し、位置調整部722a、722b、723a、及び、724aを動作させることによりアライメントを行う。
なお、位置検出ユニット760は、受光部730から着脱できるようにして、アライメントを行う際のみに取り付けて使用するようにしても良い。
The position detection unit 760 includes a condenser lens 761 and a position detection element (PSD) 762. The condenser lens 761 condenses the light (wavelength component λ 2 ) transmitted through the wavelength separation filter 71 of the light receiving unit 730 and reflected by the wavelength selection filter 72 and guides it to the position detection element 762. The position detection element 762 detects the position of the received light, generates a detection signal, and outputs the detection signal to the signal processing unit 150. The signal processing unit 150 detects a positional shift or an angular shift of light irradiated on the wafer 100 based on the detection signal, and performs alignment by operating the position adjusting units 722a, 722b, 723a, and 724a.
Note that the position detection unit 760 may be detachably attached to the light receiving unit 730 and may be attached and used only when performing alignment.

以上説明したように、本実施形態においては、ウエハ100により反射された光の一部を利用してアライメントを行うことにより、ウエハ100の適切な位置に適切な入射角で光を照射させることができるようになる。なお、本発明の第5及び第6の実施形態においても、受光した光の一部を分岐する光学系を受光部に追加すると共に、本実施形態におけるような位置検出ユニットを設けることにより、アライメントを行うようにしても良い。   As described above, in the present embodiment, alignment is performed using a part of the light reflected by the wafer 100 to irradiate light at an appropriate incident angle at an appropriate position of the wafer 100. become able to. In the fifth and sixth embodiments of the present invention, an optical system that branches a part of the received light is added to the light receiving unit, and a position detection unit as in the present embodiment is provided to perform alignment. May be performed.

次に、本発明の第8の実施形態に係るウエハ温度測定装置について説明する。図15は、本実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。本実施形態においては、1つの光検出器により時分割で複数種類の検出信号を取得することを特徴としている。
図15に示すように、本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、光源部810と、プリズム121及び122と、受光部830と、信号増幅器140と、信号処理部150とを含んでいる。プリズム121及び122、信号増幅器140、並びに、信号処理部150の構成及び動作については、図12に示すウエハ温度測定装置におけるものと同様である。
Next, a wafer temperature measuring apparatus according to the eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a schematic diagram showing a configuration of the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment. The present embodiment is characterized in that a plurality of types of detection signals are acquired in a time division manner using a single photodetector.
As shown in FIG. 15, the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment includes a light source unit 810, prisms 121 and 122, a light receiving unit 830, a signal amplifier 140, and a signal processing unit 150. The configurations and operations of the prisms 121 and 122, the signal amplifier 140, and the signal processing unit 150 are the same as those in the wafer temperature measuring apparatus shown in FIG.

光源部810は、駆動回路(DR)811及び814と、光源装置(LS)812及び815と、コリメートレンズ813及び816と、偏光プリズム817とを含んでいる。
駆動回路811及び814は、光源装置812及び815の動作をそれぞれ制御している。また、これらの駆動回路811及び814の動作は、時分割で交互に動作するように、信号処理部150によって制御されている。
The light source unit 810 includes drive circuits (DR) 811 and 814, light source devices (LS) 812 and 815, collimating lenses 813 and 816, and a polarizing prism 817.
The drive circuits 811 and 814 control operations of the light source devices 812 and 815, respectively. The operations of the drive circuits 811 and 814 are controlled by the signal processing unit 150 so as to operate alternately in a time division manner.

光源装置812は、例えば、波長が365nm付近の紫外光LUVを発生するレーザダイオード(LD)であり、そこから出射した光がP偏光の状態で偏光プリズム817に入射するように配置されている。
光源装置815は、例えば、波長が650nm付近である可視光LVSを発生するレーザダイオードであり、そこから出射した光がS偏光の状態で偏光プリズム817に入射するように配置されている。
コリメートレンズ813及び816は、光源装置812及び815からそれぞれ出射した光を透過させることにより、平行ビームを形成する。
The light source device 812 is, for example, a laser diode (LD) that generates ultraviolet light L UV having a wavelength of around 365 nm, and is arranged such that light emitted from the light source device 812 enters the polarizing prism 817 in a P-polarized state. .
Light source device 815, e.g., a laser diode having a wavelength for generating a visible light L VS is near 650 nm, light emitted therefrom is arranged to be incident on the polarizing prism 817 in the state of S-polarized light.
The collimating lenses 813 and 816 form parallel beams by transmitting light emitted from the light source devices 812 and 815, respectively.

偏光プリズム817は、偏光方向に応じて入射光を反射又は透過させる。本実施形態においては、P偏光成分を反射すると共にS偏光成分を透過させるものが用いられている。それにより、光源装置812から出射した紫外光LUVが偏光プリズム817により反射されてプリズム121の方向に導かれると共に、光源装置815から出射した可視光LVSが偏光プリズム817を透過してプリズム121の方向に導かれる。また、偏光プリズム817に入射する光の偏光状態をP偏光成分のみ、又は、S偏光成分のみとすることにより、偏光プリズム817において温度等の環境変化が生じた場合においても、偏光プリズム817により反射され、又は、透過した光の偏光状態(P偏光成分とS偏光成分との比)の変化を防ぐことができる。 The polarizing prism 817 reflects or transmits incident light according to the polarization direction. In the present embodiment, the one that reflects the P-polarized component and transmits the S-polarized component is used. Thereby, the ultraviolet light L UV emitted from the light source device 812 is reflected by the polarizing prism 817 and guided in the direction of the prism 121, and the visible light L VS emitted from the light source device 815 passes through the polarizing prism 817 and passes through the prism 121. Led in the direction of. Further, when the polarization state of the light incident on the polarizing prism 817 is set to only the P-polarized component or only the S-polarized component, even when an environmental change such as temperature occurs in the polarizing prism 817, the light is reflected by the polarizing prism 817. Alternatively, it is possible to prevent a change in the polarization state (the ratio between the P-polarized component and the S-polarized component) of the transmitted light.

また、偏光プリズム817は、プリズム121を介してウエハ100に入射する光において、ウエハ100に対するP偏光成分とS偏光成分との比が、1対1程度となるように配置されている。
なお、偏光プリズムは、環境変化に対する耐久性を有していると共に、多層膜によって形成されている波長選択フィルタと比較して長期安定性に優れている。また、光プリズム817の替わりに、ウォラストンプリズムを用いても良い。
The polarizing prism 817 is arranged so that the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component with respect to the wafer 100 in the light incident on the wafer 100 via the prism 121 is about 1: 1.
The polarizing prism has durability against environmental changes and has excellent long-term stability as compared to a wavelength selective filter formed of a multilayer film. Further, a Wollaston prism may be used instead of the optical prism 817.

受光部830は、光変調器831と、偏光素子832と、拡散板833と、レンズ834と、光検出器(PD)835とを含んでいる。
光変調器831は、例えば、ポッケルスセルによって形成されており、供給される電気信号に応じて、そこを透過する光の偏光状態を変化させる。ここで、ポッケルスセルとは、結晶に電界を印加することにより結晶の屈折率や異方性が変化するというEO効果(electro optic:電気光学効果)を利用した光学素子である。ポッケルスセルに印加される電界を制御することにより、それを透過する光の偏光面を所望の角度(例えば、90°)だけ回転させることができる。このような光変調器831の動作は、信号処理部150によって制御されている。
或いは、光変調器831を、光軸を回転軸として波長板等の素子を機械的に回転させる駆動機構とによって構成しても良い。
The light receiving unit 830 includes an optical modulator 831, a polarizing element 832, a diffusion plate 833, a lens 834, and a photodetector (PD) 835.
The optical modulator 831 is formed by, for example, a Pockels cell, and changes the polarization state of light transmitted therethrough according to the supplied electric signal. Here, the Pockels cell is an optical element using an EO effect (electro optic effect) in which the refractive index and anisotropy of the crystal change when an electric field is applied to the crystal. By controlling the electric field applied to the Pockels cell, the polarization plane of the light passing through it can be rotated by a desired angle (eg, 90 °). The operation of the optical modulator 831 is controlled by the signal processing unit 150.
Alternatively, the optical modulator 831 may be configured by a drive mechanism that mechanically rotates an element such as a wave plate using the optical axis as a rotation axis.

偏光素子832は、光変調器831を透過した光に含まれる所定の偏光成分(本実施形態においては、P偏光成分)を透過させる。
拡散板833は、例えば、すりガラス又はフライアイレンズであり、その後段に配置されているレンズ834と共に、光の照射面における強度を均一化するために設けられている。
The polarization element 832 transmits a predetermined polarization component (P-polarization component in the present embodiment) included in the light transmitted through the light modulator 831.
The diffusing plate 833 is, for example, a ground glass or a fly-eye lens, and is provided with the lens 834 disposed in the subsequent stage in order to make the intensity on the light irradiation surface uniform.

このウエハ温度測定装置において、光源部810の駆動回路811及び814を交互に動作させることにより、光源部810から出射してウエハ100により反射された紫外光及び可視光が、受光部830により交互に受光される。
ここで、光変調器831が非活性状態にある場合に、ウエハ100からの反射光(光L)は、偏光方向を変えられることなく、光変調器831をそのまま透過する。それにより、光Lに含まれるP偏光成分が偏光素子832を透過する。一方、光変調器831が活性化されている場合に、光Lは光変調器831によって偏光方向を90°回転させられる。それにより、偏光方向が回転した後のP偏光成分(即ち、光Lに含まれるS偏光成分)が偏光素子832を透過する。このように、光変調器831の活性状態を切り換えることにより、光Lに含まれるP偏光成分とS偏光成分とが、拡散板833及びレンズ834を介して、光検出器835により交互に検出される。
In this wafer temperature measuring apparatus, by alternately operating the drive circuits 811 and 814 of the light source unit 810, ultraviolet light and visible light emitted from the light source unit 810 and reflected by the wafer 100 are alternately received by the light receiving unit 830. Received light.
Here, when the light modulator 831 is in an inactive state, the reflected light (light L R ) from the wafer 100 passes through the light modulator 831 as it is without changing the polarization direction. Thus, P-polarized light component contained in the light L R is transmitted through the polarizing element 832. On the other hand, when the optical modulator 831 is activated, the polarization direction of the light LR is rotated by 90 ° by the optical modulator 831. Thus, P-polarized light component after polarization direction is rotated (i.e., S-polarized light component contained in the light L R) is transmitted through the polarizing element 832. Thus, by switching the active state of the optical modulator 831, and the P-polarized light component contained in the light L R and the S-polarized component through the diffusion plate 833 and lens 834, alternately detected by the light detector 835 Is done.

従って、駆動回路811及び814の動作タイミングと、光変調器831の活性化タイミングとを同期させることにより、紫外光LUVのP偏光成分を表す検出信号と、紫外光LUVのS偏光成分を表す検出信号と、可視光LVSのP偏光成分を表す検出信号と、可視光LVSのS偏光成分を表す検出信号とが、信号増幅器140を介して、信号処理部150に順次入力される。信号処理部150は、これらの検出信号に基づいて、ウエハ100の温度を算出する。ウエハ温度の算出方法については、第5の実施形態において説明したのと同様である。 Therefore, the operation timing of the driving circuit 811 and 814, by synchronizing the activation timing of the light modulator 831, a detection signal indicative of P-polarized component of the ultraviolet light L UV, the S-polarized component of the ultraviolet light L UV a detection signal indicative of a, a detection signal representing the P-polarized light component of the visible light L VS, and a detection signal indicative of the S-polarized light component of the visible light L VS, through a signal amplifier 140, are sequentially input to the signal processing unit 150 . The signal processing unit 150 calculates the temperature of the wafer 100 based on these detection signals. The method for calculating the wafer temperature is the same as that described in the fifth embodiment.

このように、本実施形態によれば、1つの光検出器によって4種類の検出信号を取得することができるので、デバイス数を低減して装置の小型化を図ることができる。また、光の損失が低減されるので、効率良く温度を測定することができるる。また、ウエハ100により反射されてから光検出器835により検出されるまでの光路が、全ての光の成分において同一となるので、光路の変動や、光検出器における感度の不均一性により生じる誤差を最小限に留めることができる。
なお、本実施形態においても、本発明の第7の実施形態におけるのと同様に、ウエハ100により反射された光の一部を利用することにより、アライメントを行っても良い。
Thus, according to the present embodiment, four types of detection signals can be acquired by one photodetector, so that the number of devices can be reduced and the apparatus can be downsized. Moreover, since the loss of light is reduced, the temperature can be measured efficiently. In addition, since the optical path from the reflection by the wafer 100 to the detection by the photodetector 835 is the same for all light components, errors caused by fluctuations in the optical path and non-uniform sensitivity in the photodetector. Can be kept to a minimum.
In this embodiment as well, alignment may be performed by using a part of the light reflected by the wafer 100 as in the seventh embodiment of the present invention.

以上説明した本発明の実施形態に係るウエハ温度測定装置を用いてウエハの温度を測定する際には、温度を算出するために用いられる数式において必要となる校正されたパラメータを予め求めておかなくてはならない。また、光学素子の特性変化等に対応して、これらのパラメータを修正することが望ましい。そのために、パラメータを校正又は修正する方法について以下に説明する。   When measuring the wafer temperature using the wafer temperature measuring apparatus according to the embodiment of the present invention described above, the calibrated parameters required in the mathematical formula used to calculate the temperature are not obtained in advance. must not. It is desirable to correct these parameters in response to changes in the characteristics of the optical element. Therefore, a method for calibrating or correcting parameters will be described below.

図16は、本発明の実施形態に係るウエハ温度測定装置におけるパラメータ校正方法を説明するための図であり、(a)は装置正面の一部断面図であり、(b)は平面図である。温度測定装置においてパラメータの校正及び修正を行う際には、まず、複数の膜厚を有するウエハ等の校正用試験片563に測温抵抗体等の温度センサ562を取り付けたものを用意し、これを、上下方向に移動するアクチュエータ561を介して、回転モータ565によって回転可能なアーム564に取り付ける。なお、温度センサ562は、校正用試験片563の近傍に取り付けるようにしても良い。   16A and 16B are diagrams for explaining a parameter calibration method in the wafer temperature measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 16A is a partial cross-sectional view of the front of the apparatus, and FIG. 16B is a plan view. . When the parameters are calibrated and corrected in the temperature measuring apparatus, first, a calibration test piece 563 such as a wafer having a plurality of film thicknesses, to which a temperature sensor 562 such as a resistance temperature detector is attached, is prepared. Is attached to an arm 564 that can be rotated by a rotary motor 565 via an actuator 561 that moves in the vertical direction. The temperature sensor 562 may be attached in the vicinity of the calibration test piece 563.

次に、校正用試験片563をウエハ支持台550上に設置し、温度センサ562によって感知される温度を観察しながら、校正用試験片563が熱平衡状態に到達するまで時間をおく。校正用試験片563が熱平衡状態に到達したことを確認したら、光源部510、610、710、又は、810によって校正用試験片563に光を照射して、受光部530、730、又は、830に含まれている光検出器の出力信号に基づいて温度を測定する。   Next, the calibration test piece 563 is placed on the wafer support 550, and while observing the temperature sensed by the temperature sensor 562, a time is allowed until the calibration test piece 563 reaches a thermal equilibrium state. When it is confirmed that the calibration test piece 563 has reached the thermal equilibrium state, the light source unit 510, 610, 710, or 810 emits light to the calibration test piece 563, and the light receiving units 530, 730, or 830 are irradiated. The temperature is measured based on the output signal of the included photodetector.

さらに、温度調節を行うことにより校正用試験片563の温度を変化させながら、それぞれの温度において、上記と同様に光検出器の出力信号に基づいて温度を測定する。これにより、複数の膜厚及び複数の温度における光検出器の出力信号に基づく複数種類の測定データを求めることができる。このようにして得られた複数種類の測定データに基づいて、最小二乗法等の手法を用いることにより、温度を算出するために用いられる数式において必要となるパラメータの校正を行うことができる。   Further, while changing the temperature of the calibration test piece 563 by adjusting the temperature, the temperature is measured based on the output signal of the photodetector in the same manner as described above. Thereby, a plurality of types of measurement data based on the output signals of the photodetectors at a plurality of film thicknesses and a plurality of temperatures can be obtained. By using a method such as the least square method based on the plurality of types of measurement data obtained in this way, it is possible to calibrate parameters necessary for the mathematical formula used to calculate the temperature.

また、紫外光及び可視光におけるP偏光成分とS偏光成分との比は、光学素子における光軸の変動や特性の劣化、光検出器の温度特性や特性の劣化、電気回路の温度依存性等により変化するので、最初に決定したパラメータを用いていると、温度測定値に誤差が生じてくる。従って、上記の校正方法又はその一部を定期的に繰り返すことにより、パラメータを修正することが望ましい。例えば、1種類の膜厚を有する校正用試験片563について光検出器の出力信号に基づいて温度を測定することにより、パラメータを修正するようにしても良い。   In addition, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component in ultraviolet light and visible light is the variation of the optical axis and the characteristics of the optical element, the temperature characteristics and characteristics of the photodetector, the temperature dependence of the electric circuit, etc. Therefore, if the first determined parameter is used, an error occurs in the temperature measurement value. Therefore, it is desirable to correct the parameters by periodically repeating the calibration method or a part thereof. For example, the parameter may be corrected by measuring the temperature of the calibration test piece 563 having one type of film thickness based on the output signal of the photodetector.

さらに、第5、第6、及び、第8の実施形態においては、受光部530又は830において紫外光と可視光又は赤外光との間で、反射光を検出する光学素子、光検出器、及び、電気回路が同一であるから、パラメータを校正するために用いた校正用試験片563と同一の膜厚を有するウエハについて可視光又は赤外光による光検出器の出力を測定すれば、温度センサ562を用いた温度の感知を省略しても、パラメータの修正は可能となる。   Furthermore, in the fifth, sixth, and eighth embodiments, an optical element that detects reflected light between ultraviolet light and visible light or infrared light in the light receiving unit 530 or 830, a photodetector, Since the electric circuit is the same, if the output of the photodetector by visible light or infrared light is measured on a wafer having the same film thickness as the calibration test piece 563 used for calibrating the parameters, the temperature Even if the temperature sensing using the sensor 562 is omitted, the parameter can be corrected.

次に、本発明の第5〜第8の実施形態に係るウエハ温度測定装置における別のパラメータ校正方法について説明する。反射率が温度によってあまり変わらない安定な材質(例えば、金又は銀等)によってウエハをコーティングしたもの、又は、そのように安定な材質で作られたウエハを、最初にパラメータを校正するための測定を行う際に同時に測定しておく。その後、そのウエハを定期的に測定することによって、パラメータ校正時からの特性変化を知ることができるので、パラメータの修正が可能となる。   Next, another parameter calibration method in the wafer temperature measuring apparatus according to the fifth to eighth embodiments of the present invention will be described. Measurement to first calibrate parameters of a wafer coated with a stable material whose reflectivity does not vary greatly with temperature (eg, gold or silver), or a wafer made of such a stable material Measure simultaneously when performing. Thereafter, by periodically measuring the wafer, it is possible to know a change in characteristics from the time of parameter calibration, so that the parameter can be corrected.

このように、温度による変化の少ない安定な材質を用いる場合には、温度によって紫外光及び可視光におけるP偏光成分とS偏光成分との比はあまり変化しないので、先の校正方法において必要であった温度の測定値が不要となり、作業時間を短縮することができる。   As described above, when a stable material with little change due to temperature is used, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component in ultraviolet light and visible light does not change much depending on the temperature, which is necessary in the previous calibration method. This eliminates the need for the measured temperature value and shortens the work time.

このような校正又は修正を行う際には、半導体製造プロセスにおいて加工されるウエハの中に校正用試験片を混ぜて、定期的に測定を行うようにしても良い。あるいは、加工されるウエハとは別に校正用試験片を用意して、加工されるウエハの替わりに校正用試験片を定期的に装置にセットして、測定を行うようにしても良い。さらに、予め装置内に、校正用試験片をウエハ支持台にセットする機構を設けても良い。その場合に、加工されるウエハと校正用試験片とは、必ずしも同一寸法である必要はない。   When such calibration or correction is performed, a calibration test piece may be mixed in a wafer processed in the semiconductor manufacturing process, and measurement may be performed periodically. Alternatively, a calibration test piece may be prepared separately from the wafer to be processed, and the measurement may be performed by periodically setting the calibration test piece in the apparatus instead of the processed wafer. Furthermore, a mechanism for setting the calibration test piece on the wafer support may be provided in advance in the apparatus. In that case, the wafer to be processed and the test specimen for calibration do not necessarily have the same dimensions.

以上説明したように、本発明の第5〜第8の実施形態によれば、温度に対する依存性が非常に大きい紫外光のP偏光成分の反射強度と、温度に対する依存性が小さいそれ以外の成分(即ち、紫外光のS偏光成分や可視光のP偏光成分及びS偏光成分)の反射強度との比に基づいて温度測定対象の温度を算出するので、温度測定対象の表面に形成された酸化膜等による影響をキャンセルすることができる。従って、温度測定対象であるウエハの表面状態、即ち、酸化膜の厚さや物性によらず、ウエハの種類ごとに、誤差が低減された正確な温度測定を行うことができる。   As described above, according to the fifth to eighth embodiments of the present invention, the reflection intensity of the P-polarized component of ultraviolet light having a very large dependence on temperature and the other components having a small dependence on temperature. Since the temperature of the temperature measurement target is calculated based on the ratio of the reflection intensity of the ultraviolet light (ie, the S-polarized component of ultraviolet light, the P-polarized component and the S-polarized component of visible light), the oxidation formed on the surface of the temperature measurement target The influence of the film or the like can be canceled. Therefore, accurate temperature measurement with reduced errors can be performed for each type of wafer, regardless of the surface state of the wafer that is the temperature measurement target, that is, the thickness and physical properties of the oxide film.

次に、本発明の第9の実施形態に係るウエハ温度測定装置について説明する。本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、温度測定対象の表面状態(例えば、酸化膜が形成されている場合)にかかわらず、低温プロセスにおいてもウエハ温度をその場で(in situ)精度良く温度測定するためのものである。   Next, a wafer temperature measuring apparatus according to the ninth embodiment of the present invention will be described. The wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment can accurately and accurately adjust the wafer temperature in situ even in a low-temperature process regardless of the surface state of the temperature measurement target (for example, when an oxide film is formed). It is for measuring.

ここで、先にも述べたように、本願発明者らは、測定対象(ウエハ)表面に酸化膜が形成されることにより、酸化膜表面における反射や、酸化膜表面とシリコン表面との間における多重反射が生じるので、光の干渉により、検出される反射強度が大きく変動してしまうことを確認した。そのため、温度の絶対値が不明確になってしまうおそれがある。   Here, as described above, the inventors of the present application formed reflections on the surface of the object to be measured (wafer), reflection on the surface of the oxide film, and between the oxide film surface and the silicon surface. Since multiple reflection occurs, it was confirmed that the detected reflection intensity greatly fluctuated due to light interference. For this reason, the absolute value of the temperature may be unclear.

ところで、図17は、シリコン酸化膜に対するP偏光成分及びS偏光成分の反射率を示す表であり、シリコン酸化膜の屈折率をn=1.46、入射光の波長を365nmとしてシミュレーションにより得られたものである。また、図18は、シリコン酸化膜に対するP偏光成分及びS偏光成分の反射率の入射角依存性を表すグラフであり、図17に基づいて作成されたものである。   FIG. 17 is a table showing the reflectance of the P-polarized component and the S-polarized component with respect to the silicon oxide film, and is obtained by simulation with the refractive index of the silicon oxide film being n = 1.46 and the wavelength of incident light being 365 nm. It is a thing. FIG. 18 is a graph showing the incident angle dependence of the reflectance of the P-polarized component and the S-polarized component with respect to the silicon oxide film, and is created based on FIG.

一般に、互いに異なる屈折率を有する2つの媒質の境界面に光を入射させる場合に、電気ベクトルが入射面(反射面の法線及び光の進行方向を含む面)内に含まれる成分(即ち、P偏光成分)の反射率がゼロになるような入射角が存在する。そのような角は、ブリュースター角(ブリュースターアングル:Brewster's angle)と呼ばれている。図17及び図18より、屈折率がn=1.46程度のシリコン酸化膜においては、P偏光成分の反射率が極めて低くなる55°付近がブリュースター角であると見られる。また、ブリュースター角を含む所定の範囲内(例えば、ブリュースター角を含むΔ25°未満の範囲である40°<θ<65°、望ましくは、ブリュースター角を含むΔ15°程度の範囲である45°≦θ≦60°)においても、P偏光成分の反射率は他の範囲よりもかなり低くなっている。   In general, when light is incident on a boundary surface between two media having different refractive indexes, an electric vector is included in an incident surface (a surface including a normal surface of a reflecting surface and a traveling direction of light) (that is, a surface). There is an incident angle such that the reflectance of the (P-polarized component) becomes zero. Such an angle is called a Brewster angle (Brewster's angle). 17 and 18, in the silicon oxide film having a refractive index of n = 1.46, it can be seen that the Brewster angle is around 55 ° where the reflectance of the P-polarized component is extremely low. Further, within a predetermined range including the Brewster angle (for example, a range of less than Δ25 ° including the Brewster angle is 40 ° <θ <65 °, and desirably a range of about Δ15 ° including the Brewster angle is 45. (° ≦ θ ≦ 60 °), the reflectance of the P-polarized component is considerably lower than the other ranges.

そこで、本願発明者らは、測定対象の温度を正確に算出するために、測定対象の温度変化に敏感な紫外光のP偏光成分を、入射角がブリュースター角近傍(ブリュースター角を含む所定の範囲)となるように測定対象に照射することを検討した。それにより、酸化膜の表面や、測定対象と酸化膜との間における反射を抑制して、測定対象のみからの反射強度を検出することができるからである。   Therefore, in order to accurately calculate the temperature of the measurement object, the inventors of the present application use a P-polarized component of ultraviolet light that is sensitive to a temperature change of the measurement object, with an incident angle in the vicinity of the Brewster angle (predetermined including the Brewster angle). We examined to irradiate the measurement target so that This is because the reflection intensity from only the measurement target can be detected by suppressing reflection between the surface of the oxide film and between the measurement target and the oxide film.

図19は、本発明の第9の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。図19に示すように、本実施形態に係るウエハ温度測定装置は、光源部910及び受光部920を含む第1の光学系と、光源部930及び受光部950を含む第2の光学系と、信号増幅器(AMP)140と、信号処理部150とを含んでいる。信号増幅器140及び信号処理部150の装置構成については、図4に示すウエハ温度測定装置におけるものと同様である。   FIG. 19 is a schematic diagram showing a configuration of a wafer temperature measuring apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 19, the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment includes a first optical system including a light source unit 910 and a light receiving unit 920, a second optical system including a light source unit 930 and a light receiving unit 950, A signal amplifier (AMP) 140 and a signal processing unit 150 are included. The device configurations of the signal amplifier 140 and the signal processing unit 150 are the same as those in the wafer temperature measuring device shown in FIG.

第1の光学系においては、光源部910から出射した光が、入射角がブリュースター角よりも大きくなるように(望ましくは、入射角が約60°より大きく、約85°以下)ウエハ100に入射し、その反射光が受光部920に受光されるように、光源部910とウエハ100と受光部920との位置及び角度が調節されている。一方、第2の光学系においては、光源部930から出射した光が、入射角がブリュースター角近傍(例えば、約45°以上約60°以下)となるようにウエハ100に入射し、その反射光が受光部950に受光されるように、光源部930とウエハ100と受光部950との位置及び角度が調節されている。   In the first optical system, the light emitted from the light source unit 910 is applied to the wafer 100 so that the incident angle is larger than the Brewster angle (desirably, the incident angle is larger than about 60 ° and not larger than about 85 °). The positions and angles of the light source unit 910, the wafer 100, and the light receiving unit 920 are adjusted so that the incident light and the reflected light are received by the light receiving unit 920. On the other hand, in the second optical system, the light emitted from the light source unit 930 is incident on the wafer 100 so that the incident angle is in the vicinity of the Brewster angle (for example, about 45 ° or more and about 60 ° or less), and the reflection thereof. The positions and angles of the light source unit 930, the wafer 100, and the light receiving unit 950 are adjusted so that the light is received by the light receiving unit 950.

本実施形態において、これらの光学系を設ける理由は次のとおりである。先にも述べたように、ウエハ100の表面に形成された酸化膜の影響を除去するためには、P偏光成分をブリュースター角近傍となるようにウエハ100に入射させる必要があるので、第2の光学系が設けられている。しかしながら、入射角が小さくなるに従って、P偏光成分とS偏光成分との間における反射率の差は小さくなるので、第2の光学系においてはあまり高い測定精度を得ることができない。そこで、本実施形態においては、ブリュースター角よりも大きい入射角でウエハ100を照射する第1の光学系をさらに設け、第1の光学系によって測定されたウエハ温度の精密な変化と、第2の光学系によって測定された温度の絶対値とによって、ウエハ100の温度を正確に求めることとしている。   In the present embodiment, the reason for providing these optical systems is as follows. As described above, in order to remove the influence of the oxide film formed on the surface of the wafer 100, the P-polarized component needs to be incident on the wafer 100 so as to be close to the Brewster angle. Two optical systems are provided. However, as the incident angle becomes smaller, the difference in reflectance between the P-polarized component and the S-polarized component becomes smaller, so that a very high measurement accuracy cannot be obtained in the second optical system. Therefore, in the present embodiment, a first optical system that irradiates the wafer 100 with an incident angle larger than the Brewster angle is further provided, and a precise change in the wafer temperature measured by the first optical system, The temperature of the wafer 100 is accurately obtained from the absolute value of the temperature measured by the optical system.

なお、第1の光学系における入射角の上限値については、入射角が大きすぎる場合にはウエハ100の見込み幅が入射光の光線の幅を上回ってしまい、ケラレ(意図しない影が現れること)が発生してしまうので、それを避けるために設けられている。本実施形態においては、第1の光学系における入射角を、実用的な範囲として約60°より大きく約85°以下としており、望ましくは、約60°より大きく約75°以下としている。   As for the upper limit value of the incident angle in the first optical system, if the incident angle is too large, the expected width of the wafer 100 exceeds the width of the incident light beam, and vignetting (unintended shadows appear). Is provided to avoid it. In the present embodiment, the incident angle in the first optical system is set to a practical range greater than about 60 ° and less than or equal to about 85 °, and preferably greater than about 60 ° and less than or equal to about 75 °.

光源部910は、駆動回路(DR)911と、光源装置(LS)912と、コリメートレンズ913とを含んでいる。駆動回路911は、光源装置912の動作を制御している。また、光源装置912は、例えば、波長が375nm付近である紫外光を発生する発光ダイオード(LED)である。さらに、コリメートレンズ913は、光源装置912から出射した紫外光を透過させることにより、平行ビームを形成する。   The light source unit 910 includes a drive circuit (DR) 911, a light source device (LS) 912, and a collimator lens 913. The drive circuit 911 controls the operation of the light source device 912. The light source device 912 is, for example, a light emitting diode (LED) that generates ultraviolet light having a wavelength near 375 nm. Further, the collimating lens 913 forms a parallel beam by transmitting the ultraviolet light emitted from the light source device 912.

このような光源部910を動作させることにより、P偏光成分及びS偏光成分を含む紫外光がウエハ100を照射する。
なお、光源装置912としては、レーザダイオード等の直線偏光された光を出射する光源装置を用いても良い。その場合には、ウエハ100からの反射光におけるP偏光成分とS偏光成分との強度を同程度にするために、ウエハ100に対する入射光において、P偏光成分及びS偏光成分の比が望ましくは3対1程度となるように、光源装置の位置及び角度を調節する。
By operating such a light source unit 910, ultraviolet light including a P-polarized component and an S-polarized component irradiates the wafer 100.
As the light source device 912, a light source device that emits linearly polarized light such as a laser diode may be used. In that case, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component in the incident light with respect to the wafer 100 is preferably 3 in order to make the intensity of the P-polarized component and the S-polarized component in the reflected light from the wafer 100 comparable. The position and angle of the light source device are adjusted so as to be about one to one.

受光部920は、波長選択フィルタ921と、偏光ビームスプリッタ922と、積分球923及び925と、光検出器924及び926とを含んでいる。波長選択フィルタ921は、所定の波長成分を透過させることにより、検出される光に外乱光が混入するのを低減する。また、偏光ビームスプリッタ922は、そこに入射した光を偏光方向に応じて分離し、その内のP偏光成分Lを光検出器924の方向に導き、S偏光成分Lを光検出器926の方向に導く。 The light receiving unit 920 includes a wavelength selection filter 921, a polarization beam splitter 922, integrating spheres 923 and 925, and photodetectors 924 and 926. The wavelength selection filter 921 transmits a predetermined wavelength component, thereby reducing disturbance light from being mixed into the detected light. Further, the polarization beam splitter 922 separates the light incident thereon according to the polarization direction, guides the P-polarized component L P in the direction toward the photodetector 924, and converts the S-polarized component L S into the photodetector 926. Lead in the direction of

積分球923及び925の検出器用開口には、光検出器924及び926がそれぞれ配置されており、積分球に入射した光は、入射する際の向きにかかわらず、光検出器924及び926の検出面に導かれる。これらの積分球923及び925により、偏光ビームスプリッタ922によって分岐された後のP偏光成分LとS偏光成分Lとの間における光路変動の影響が、最小限に抑えられる。 Photodetectors 924 and 926 are disposed in the detector openings of the integrating spheres 923 and 925, respectively, and the light incident on the integrating sphere is detected by the photodetectors 924 and 926 regardless of the direction of incidence. Led to the face. These integrating spheres 923 and 925, the effects of the optical path change between the P-polarized component L P and S-polarized component L S after being branched by the polarizing beam splitter 922 is minimized.

光検出器924及び926は、例えば、フォトダイオード(PD)等の光電変換素子を含んでいる。光検出器924によって生成された電気信号は、P偏光成分Lの強度を表す検出信号Rとして出力される。また、光検出器926によって生成された電気信号は、S偏光成分Lの強度を表す検出信号(参照信号)Rとして出力される。 The photodetectors 924 and 926 include photoelectric conversion elements such as photodiodes (PD), for example. Electrical signal generated by the optical detector 924 is outputted as a detection signal R P representing the intensity of the P-polarized component L P. The electrical signal generated by the photodetector 926 is output as a detection signal (reference signal) R S representing the intensity of the S-polarized component L S.

光源部930は、駆動回路(DR)931及び936と、光源装置(LS)932及び937と、コリメートレンズ933及び938と、ビームスプリッタ934及び939と、光検出器(PD)935及び940と、波長合成素子(波長合成フィルタ)941と、光量比較部(CMP)942とを含んでいる。駆動回路931及び936は、光源装置932及び937の動作をそれぞれ制御している。   The light source unit 930 includes drive circuits (DR) 931 and 936, light source devices (LS) 932 and 937, collimator lenses 933 and 938, beam splitters 934 and 939, photodetectors (PD) 935 and 940, A wavelength synthesis element (wavelength synthesis filter) 941 and a light amount comparison unit (CMP) 942 are included. The drive circuits 931 and 936 control the operations of the light source devices 932 and 937, respectively.

光源装置932は、例えば、波長が365nm付近の紫外光を発生するレーザダイオード(LD)である。また、直線コリメートレンズ933は、光源装置932から出射した紫外光LUVを透過させることにより、平行ビームを形成する。さらに、ビームスプリッタ934は、入射光の一部を透過させて波長合成素子941の方向に導くと共に、残りの入射光を反射して光検出器935の方向に導く。光検出器935は、入射した光の強度に応じた電気信号を生成する。 The light source device 932 is, for example, a laser diode (LD) that generates ultraviolet light having a wavelength near 365 nm. Further, the linear collimating lens 933 forms a parallel beam by transmitting the ultraviolet light L UV emitted from the light source device 932. Further, the beam splitter 934 transmits a part of the incident light and guides it in the direction of the wavelength combining element 941, and reflects the remaining incident light and guides it in the direction of the photodetector 935. The photodetector 935 generates an electrical signal corresponding to the intensity of the incident light.

一方、光源装置937は、例えば、波長が650nm付近の可視光を発生するレーザダイオードである。また、コリメートレンズ938は、光源装置937から出射した可視光LVSを透過させることにより、平行ビームを形成する。さらに、ビームスプリッタ939は、入射光の一部を透過させて波長合成素子941の方向に導くと共に、残りの入射光を反射して光検出器940の方向に導く。光検出器940は、入射した光の強度に応じた検出信号を出力する。 On the other hand, the light source device 937 is, for example, a laser diode that generates visible light having a wavelength near 650 nm. Further, the collimator lens 938 forms a parallel beam by transmitting the visible light L VS emitted from the light source device 937. Further, the beam splitter 939 transmits a part of the incident light and guides it in the direction of the wavelength synthesizing element 941, and reflects the remaining incident light and guides it in the direction of the photodetector 940. The photodetector 940 outputs a detection signal corresponding to the intensity of incident light.

波長合成素子(例えば、ダイクロイックミラー)941は、光源装置932の方向から伝播した紫外光LUVを透過させると共に、光源装置937の方向から伝播した可視光LVSを反射する。それにより、紫外光LUV及び可視光LVSが合成されて光源部930から出射する。 The wavelength synthesizing element (for example, dichroic mirror) 941 transmits the ultraviolet light L UV propagated from the direction of the light source device 932 and reflects the visible light L VS propagated from the direction of the light source device 937. Thereby, the ultraviolet light L UV and the visible light L VS are combined and emitted from the light source unit 930.

光量比較部942は、光検出器935及び940から出力された検出信号に基づいて、出射された紫外光LUVと可視光LVSとの強度比(光量比)を求める。光量比較部942によって求められた光量比を表す信号は増幅され、後述する信号処理部150に補正信号Rとして出力される。 The light quantity comparison unit 942 obtains an intensity ratio (light quantity ratio) between the emitted ultraviolet light L UV and visible light L VS based on the detection signals output from the photodetectors 935 and 940. Signal representing the light amount ratio obtained by the light amount comparing unit 942 is amplified and output as the correction signal R R to the signal processing unit 150 to be described later.

このような光源部930においては、光源装置932及び937から出射した光が波長合成素子941に対してP偏光成分のみ、又は、S偏光成分のみの状態で入射するように、各光学系の位置及び角度が調節されている。その理由は、波長合成素子941において温度等の環境変化が生じることにより、波長合成素子941に反射され、又は、透過する光の偏光状態(P偏光成分とS偏光成分との比)は影響を受けるが、P偏光又はS偏光のいずれかの成分のみを入射させる場合には、偏光状態は変化しないからである。また、光源部930は、そこから出射した光がウエハ100に対してP偏光の状態で入射するように、位置及び角度が調節されている。   In such a light source unit 930, the position of each optical system is such that the light emitted from the light source devices 932 and 937 enters the wavelength combining element 941 with only the P-polarized component or only the S-polarized component. And the angle is adjusted. The reason is that the polarization state of the light reflected or transmitted by the wavelength synthesizing element 941 (the ratio between the P-polarized component and the S-polarized component) is affected by an environmental change such as temperature in the wavelength synthesizing element 941. This is because the polarization state does not change when only one component of P-polarized light or S-polarized light is incident. Further, the position and angle of the light source unit 930 are adjusted so that light emitted from the light source unit 930 enters the wafer 100 in a P-polarized state.

受光部950は、レンズ951と、アパーチャ(開口部)952及び953と、波長分離素子954と、積分球955及び957と、光検出器(PD)956及び958とを含んでいる。レンズ951は、ウエハ100からの反射光の広がりを抑制する。アパーチャ952及び953は、不要な外乱光を除去するために設けられている。   The light receiving unit 950 includes a lens 951, apertures (openings) 952 and 953, a wavelength separation element 954, integrating spheres 955 and 957, and photodetectors (PD) 956 and 958. The lens 951 suppresses the spread of reflected light from the wafer 100. The apertures 952 and 953 are provided to remove unnecessary disturbance light.

波長分離素子(例えば、ダイクロイックミラー)954は、ウエハ100からの反射光に含まれる紫外光LUVPを透過させて光検出器956の方向に導くと共に、可視光LVSPを反射して光検出器958の方向に導く。この波長分離素子954は、波長分離素子954を透過し、又は、反射される光の偏光状態の変化を防ぐために、ウエハ100からの反射光がP偏光成分のみ、又は、S偏光成分のみの状態で入射するように、位置及び角度が調節されている。 The wavelength separation element (for example, dichroic mirror) 954 transmits the ultraviolet light L UVP included in the reflected light from the wafer 100 and guides it in the direction of the photodetector 956 and reflects the visible light L VSP to detect the light. Guide to 958 direction. The wavelength separation element 954 is a state in which the reflected light from the wafer 100 is only the P-polarized component or only the S-polarized component in order to prevent a change in the polarization state of the light transmitted or reflected by the wavelength separation element 954. The position and the angle are adjusted so as to be incident at.

光検出器956は、積分球955を介して光を受光し、紫外光のP偏光成分LUVPの強度を表す検出信号RUVPを出力する。また、光検出器958は、積分球957を介して光を受光し、可視光のP偏光成分LVSPの強度を表す検出信号(参照信号)RVSPを出力する。 The photodetector 956 receives light via the integrating sphere 955 and outputs a detection signal R UVP representing the intensity of the P-polarized component L UVP of the ultraviolet light. The photodetector 958 receives light via the integrating sphere 957 and outputs a detection signal (reference signal) R VSP indicating the intensity of the P-polarized component L VSP of visible light.

次に、信号処理部150におけるウエハ温度の算出方法の具体例を説明する。
まず、信号処理部150は、受光部920から出力された検出信号R及び参照信号Rに基づいて温度Tを算出し、また、受光部950から出力された検出信号RUVP及び参照信号RVSPに基づいて温度Tを算出する。
Next, a specific example of a method for calculating the wafer temperature in the signal processing unit 150 will be described.
First, the signal processing unit 150 calculates the temperatures T 1 based on the detection signal R P and the reference signal R S output from the light receiving unit 920 also detects the signal R UVP and the reference signal output from the light receiving unit 950 calculating the temperature T 2 on the basis of the R VSP.

温度Tを求めるために、まず、検出信号Rと参照信号Rとの相対値Rを求める。相対値Rは、検出信号Rと参照信号Rとの単純な比R/Rであっても良いし、オフセットを取った後の値の比(R−α)/(R−α)であっても良い。また、適切な関数を用いることにより相対値を求めても良い。例えば、R=(aR +bR+c)/(aR +bR+c)としても良い。 To determine the temperature T 1, First, the relative value R 1 between the reference signal R S and the detection signal R P. Relative value R 1 may be a simple ratio R P / R S of the reference signal R S and the detection signal R P, the ratio of the value after taking the offset (R P -α) / (R S- α). Further, the relative value may be obtained by using an appropriate function. For example, R 1 = (aR P 2 + bR P + c) / (aR S 2 + bR S + c) may be used.

次に、相対値Rを変数とする所定の関数f(R)及び予め校正されたパラメータを用いることにより、温度Tを算出する。この関数T=f(R)は、f(R)=aR+b、f(R)=aR+b+c、…等の多項式又は多次式になる。関数f(R)及びパラメータa、b、…は、図19に示す温度測定装置において、例えば、接触方式によりテスト用ウエハの温度を測定しながら検出光及び参照光を検出し、温度の実測値と検出信号R及び参照信号Rとを用いて演算(例えば、回帰分析等)を行うことにより求めることができる。 Next, the temperature T 1 is calculated by using a predetermined function f (R 1 ) having the relative value R 1 as a variable and a parameter calibrated in advance. This function T 1 = f (R 1 ) is a polynomial or a multi-order expression such as f (R 1 ) = aR + b, f (R 1 ) = aR S + b R + c,. The function f (R 1 ) and the parameters a, b,... Are detected by detecting the detection light and the reference light while measuring the temperature of the test wafer by the contact method in the temperature measurement apparatus shown in FIG. It can be obtained by performing an operation (for example, regression analysis or the like) using the value, the detection signal RP, and the reference signal RS .

或いは、相対値Rを用いる替わりに、検出信号R及び参照信号Rを変数とする関数f'(R,R)を用いて温度Tを直接算出しても良い。この関数T=f'(R,R)及びそのパラメータも、関数f(R)の場合と同様に、接触方式により得られた温度の実測値を用いることにより求められる。 Alternatively, instead of using the relative value R 1 , the temperature T 1 may be directly calculated using a function f ′ (R P , R S ) having the detection signal R P and the reference signal R S as variables. The function T 1 = f ′ (R P , R S ) and its parameters are also obtained by using the measured value of the temperature obtained by the contact method, as in the case of the function f (R 1 ).

一方、温度Tについては、まず、補正信号Rに基づいて検出信号RUVP及び参照信号RVSPを補正することにより、真の検出信号RUVP'及び真の参照信号RVSP'を求める。なお、図19に示す光源部930においては、2つの光源装置932及び937が用いられているので、このような補正が必要となる。従って、波長成分の強度比が変動しない、広帯域な光源装置を1つのみ用いる場合には、この補正が不要となる場合もある。 On the other hand, the temperature T 2, first, by correcting the detection signal R UVP and the reference signal R VSP based on the correction signal R R, determining the true detection signal R UVP 'and the true reference signal R VSP'. In the light source unit 930 shown in FIG. 19, since two light source devices 932 and 937 are used, such correction is necessary. Therefore, when only one broadband light source device in which the intensity ratio of wavelength components does not change is used, this correction may not be necessary.

そして、真の検出信号RUVP'と真の参照信号RVSP'との相対値Rを求め、温度Tの算出方法と同様に、関数g(R)及び予め校正されたパラメータを用いることにより、温度Tを算出する。なお、関数g(R)についても、テスト用ウエハを用いた温度測定と演算(例えば、回帰分析等)とにより求めることができる。或いは、真の検出信号及び参照信号を変数とする関数g'(RUVP',RVSP')を用いて温度Tを算出しても良い。 Then, a relative value R 2 between the true detection signal R UVP ′ and the true reference signal R VSP ′ is obtained, and the function g (R 2 ) and the previously calibrated parameters are used in the same manner as the method for calculating the temperature T 1. it allows to calculate the temperature T 2. The function g (R 2 ) can also be obtained by temperature measurement using a test wafer and calculation (for example, regression analysis). Alternatively, the temperature T 2 may be calculated using a function g ′ (R UVP ′, R VSP ′) using the true detection signal and the reference signal as variables.

次に、温度Tと温度Tとの差ΔT=T−Tを算出し、この差ΔTに基づいて関数f(R)のパラメータを校正する。具体的には、誤差ΔTが0に近づくように関数f(R)のパラメータを変更する。
それによって得られた校正済みのパラメータ及び関数f(R)と、第1の光学系によって得られた検出信号R及び参照信号Rとを用いることにより、表面酸化膜に起因する誤差が低減されたウエハ100の温度を求めることができる。
Next, a difference ΔT = T 2 −T 1 between the temperature T 2 and the temperature T 1 is calculated, and the parameter of the function f (R 1 ) is calibrated based on the difference ΔT. Specifically, the parameter of the function f (R 1 ) is changed so that the error ΔT approaches 0.
By using the calibrated parameter and function f (R 1 ) obtained thereby, and the detection signal RP and the reference signal RS obtained by the first optical system, an error caused by the surface oxide film is reduced. The reduced temperature of the wafer 100 can be determined.

以上説明した本発明の第9の実施形態においては、誤差ΔTを求める際に用いられる温度Tとして、第2の光学系を複数回動作させることによって得られた複数の検出信号RUVP及び複数の参照信号RVSPのそれぞれの平均値を用いることにより、測定精度をさらに上げることができる。
また、第2の光学系を用いた関数f(R)のパラメータの校正は、定期的に行っても良いし、温度測定対象となるウエハを交換する毎に行っても良い。後者の場合には、本実施形態に係るウエハ温度測定装置の外部から供給されるウエハ交換信号に基づいて、第2の光学系の動作が自動的に制御されるようにしても良い。
In the ninth embodiment of the present invention described above, a plurality of detection signals R UVP and a plurality of detection signals R UVP obtained by operating the second optical system a plurality of times are used as the temperature T 2 used when obtaining the error ΔT. The measurement accuracy can be further increased by using the average value of each of the reference signals R VSP .
Further, the calibration of the parameter of the function f (R 1 ) using the second optical system may be performed periodically, or may be performed every time the wafer to be measured for temperature is replaced. In the latter case, the operation of the second optical system may be automatically controlled based on a wafer exchange signal supplied from the outside of the wafer temperature measuring apparatus according to the present embodiment.

さらに、本実施形態においては、第1の光学系において紫外光のS偏光成分を参照光として用いているが、反射強度が測定対象の温度にあまり依存しない成分であれば、それ以外の成分を用いても良い。例えば、可視光のP偏光成分又はS偏光成分を用いることもできる。   Further, in the present embodiment, the S-polarized component of ultraviolet light is used as reference light in the first optical system, but other components can be used as long as the reflection intensity is not dependent on the temperature of the measurement target. It may be used. For example, a P-polarized component or an S-polarized component of visible light can be used.

以上説明したように、本発明の第9の実施形態によれば、反射強度が測定対象の温度に大きく依存する紫外光のP偏光成分を、入射角がブリュースター角近傍となるように測定対象に照射し、その反射光の反射強度に基づいて測定対象の温度を算出するので、温度測定対象であるウエハの表面状態、即ち、酸化膜の厚さや物性に起因する誤差が低減された正確な温度測定を行うことができる。   As described above, according to the ninth embodiment of the present invention, the P-polarized component of the ultraviolet light whose reflection intensity greatly depends on the temperature of the measurement object is measured so that the incident angle is in the vicinity of the Brewster angle. Since the temperature of the measurement object is calculated based on the reflected intensity of the reflected light, the surface condition of the wafer that is the temperature measurement object, that is, the error due to the thickness and physical properties of the oxide film has been reduced. Temperature measurement can be performed.

本発明は、半導体製造プロセスにおいてウエハの温度を制御するために用いられるウエハ温度測定方法及び装置において利用することが可能である。   The present invention can be used in a wafer temperature measuring method and apparatus used for controlling the temperature of a wafer in a semiconductor manufacturing process.

シリコンに対するP偏光成分の反射強度の変化率を表すグラフである。It is a graph showing the change rate of the reflection intensity of the P polarization component with respect to silicon. シリコンウエハに対するS偏光成分の反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance of the S polarization component with respect to a silicon wafer. シリコンウエハに対するP偏光成分の反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance of the P polarization component with respect to a silicon wafer. 本発明の第1の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図4に示す信号処理部の機能を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the function of the signal processing part shown in FIG. 本発明の第1の実施形態におけるパラメータの校正方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calibration method of the parameter in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における温度の算出方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation method of the temperature in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るウエハ温度測定装置の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るウエハ温度測定装置におけるパラメータ校正方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the parameter calibration method in the wafer temperature measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. シリコン酸化膜に対するP偏光成分及びS偏光成分の反射率を示す表である。It is a table | surface which shows the reflectance of the P polarization component and S polarization component with respect to a silicon oxide film. シリコン酸化膜に対するP偏光成分及びS偏光成分の反射率の入射角依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the incident angle dependence of the reflectance of the P polarization component and S polarization component with respect to a silicon oxide film. 本発明の第9の実施形態に係るウエハ温度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the wafer temperature measuring apparatus which concerns on the 9th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11…校正コントトーラ、12…ウエハ温度指示部、13…校正データ格納部、14…校正値計算部、15…校正パラメータ格納部、21…相対値計算部、22…温度計算部、23…温度信号出力部、100…ウエハ、110、210、310、510、610、710、810、910、930…光源部、111、211、216、311、401、511、514、611、616、620、711、811、814、911、931、936…駆動回路(DR)、112、212、217、312、402、512、515、612、617、621、712、812、815、912、932、937…光源装置(LS)、113、213、218、313、403、513、516、613、618、622、713、813、816、913、933、938…コリメートレンズ、114、214、219、334、41、42、43、934、939…ビームスプリッタ、115、408、518、614、619、623、832…偏光素子(ポーラライザ)、116、222、519、625…光チョッパ、117、134、136、215、220、234、237、333、336、411、534、537、736〜739、835、924、926、935、940、956、958…光検出器(PD)、121、122…プリズム、130、230、330、530、730、830、920、950…受光部、131、232、235、314、921…波長選択フィルタ、132、221、231、531、732、733、817、922…偏光ビームスプリッタ(偏光プリズム)、133、135、233、236、409、532、535…集光レンズ、140…信号増幅器(AMP)、150…信号処理部(PC)、223、942…光量比較部(CMP)、320…チャンバ、32、33、35、36、321、324、327…窓、322、323、351…ヒータ、325、326…不純物防止付着用カバー、31、34…光路用通路、331…ウォラストンプリズム、332、335、410、533、536、923、925、955、957…積分球、337…位置検出センサ、340…支持部、341…メカニカルステージ、342…オートコリメータユニット、343…メカニカルステージ駆動部(MTD)、350…ロッド、404…アパーチャ(開口部)、405…分光部、407、831…光変調器、412…光変調器駆動部(PCD)、517、614、624、941…波長合成素子、550…ウエハ支持台、561…アクチュエータ、562…温度センサ、563…校正用試験片、564…アーム、565…回転モータ、70…光路用通路、71〜73…波長分離フィルタ、721…ウエハ支持台、731…波長分離フィルタ群、722〜724…支持部材、722a、722b、723a、724a…位置調整部、734、833…拡散板、735、834、951…レンズ、760…位置検出ユニット、761…集光レンズ、762…位置検出素子、952、953…アパーチャ(開口部)、954…波長分離素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Calibration controller, 12 ... Wafer temperature instruction | indication part, 13 ... Calibration data storage part, 14 ... Calibration value calculation part, 15 ... Calibration parameter storage part, 21 ... Relative value calculation part, 22 ... Temperature calculation part, 23 ... Temperature signal Output unit, 100 ... wafer, 110, 210, 310, 510, 610, 710, 810, 910, 930 ... light source unit, 111, 211, 216, 311, 401, 511, 514, 611, 616, 620, 711, 811, 814, 911, 931, 936 ... Driving circuit (DR), 112, 212, 217, 312, 402, 512, 515, 612, 617, 621, 712, 812, 815, 912, 932, 937 ... Light source device (LS), 113, 213, 218, 313, 403, 513, 516, 613, 618, 622, 713, 813, 8 6, 913, 933, 938 ... collimating lens, 114, 214, 219, 334, 41, 42, 43, 934, 939 ... beam splitter, 115, 408, 518, 614, 619, 623, 832 ... polarizing element (polarizer) ), 116, 222, 519, 625 ... optical chopper, 117, 134, 136, 215, 220, 234, 237, 333, 336, 411, 534, 537, 736-739, 835, 924, 926, 935, 940 , 956, 958... Photodetector (PD), 121, 122... Prism, 130, 230, 330, 530, 730, 830, 920, 950 ... Light receiving part, 131, 232, 235, 314, 921. , 132, 221, 231, 531, 732, 733, 817, 922... Beam splitter (polarizing prism), 133, 135, 233, 236, 409, 532, 535 ... Condensing lens, 140 ... Signal amplifier (AMP), 150 ... Signal processing unit (PC), 223, 942 ... Light quantity comparison unit ( CMP), 320 ... chamber, 32, 33, 35, 36, 321, 324, 327 ... window, 322, 323, 351 ... heater, 325, 326 ... impurity-preventing cover, 31, 34 ... optical path passageway, 331 ... Wollaston prism, 332, 335, 410, 533, 536, 923, 925, 955, 957 ... integrating sphere, 337 ... position detection sensor, 340 ... support section, 341 ... mechanical stage, 342 ... autocollimator unit, 343 ... Mechanical stage drive unit (MTD), 350 ... rod, 404 ... aperture (opening), 405: Spectroscopic unit, 407, 831 ... Optical modulator, 412 ... Optical modulator driver (PCD), 517, 614, 624, 941 ... Wavelength synthesis element, 550 ... Wafer support, 561 ... Actuator, 562 ... Temperature sensor 563 ... Calibration test piece, 564 ... Arm, 565 ... Rotating motor, 70 ... Optical path passage, 71-73 ... Wavelength separation filter, 721 ... Wafer support, 731 ... Wavelength separation filter group, 722-724 ... Support member , 722a, 722b, 723a, 724a ... position adjusting unit, 734,833 ... diffusing plate, 735,834,951 ... lens, 760 ... position detecting unit, 761 ... condensing lens, 762 ... position detecting element, 952, 953 ... Aperture (opening), 954... Wavelength separation element

Claims (24)

温度測定対象であるウエハに照射された光の反射光に基づいてウエハ温度を測定する方法であって、
波長が400nm以下のP偏光成分を含む光を発生して、前記温度測定対象に照射するステップ(a)と、
前記温度測定対象によって反射された反射光を受光して、少なくとも、前記反射光に含まれる波長が400nm以下のP偏光成分の強度を検出するステップ(b)と、
少なくとも、ステップ(b)において検出された波長が400nm以下のP偏光成分の強度に基づいて、前記温度測定対象の温度を算出するステップ(c)と、
を具備するウエハ温度測定方法。
A method of measuring a wafer temperature based on reflected light of light irradiated on a wafer that is a temperature measurement object,
(A) generating light containing a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and irradiating the temperature measurement object;
Receiving the reflected light reflected by the temperature measurement object, and detecting at least the intensity of the P-polarized light component having a wavelength of 400 nm or less included in the reflected light;
Calculating the temperature of the temperature measurement object based on at least the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less detected in step (b);
A wafer temperature measuring method comprising:
ステップ(a)が、波長が400nm以下のP偏光成分と共に、波長が400nm以下のS偏光成分、又は、波長が400nmより長いP偏光成分若しくはS偏光成分を含む光を発生して前記温度測定対象に照射することを含み、
ステップ(b)が、波長が400nm以下のS偏光成分、又は、波長が400nmより長いP偏光成分若しくはS偏光成分の強度を検出することを含み、
ステップ(c)が、波長が400nm以下のP偏光成分の強度を検出値とし、波長が400nm以下のS偏光成分、又は、波長が400nmより長いP偏光成分若しくはS偏光成分の強度を参照値とすることにより、前記温度測定対象の温度を算出することを含む、
請求項1記載のウエハ温度測定方法。
The step (a) generates light including a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and an S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, or a P-polarized component or S-polarized component having a wavelength longer than 400 nm, and the temperature measurement object. Including irradiating
Step (b) comprises detecting the intensity of an S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, or a P-polarized component or an S-polarized component having a wavelength longer than 400 nm,
Step (c) uses the intensity of the P-polarized light component having a wavelength of 400 nm or less as the detection value, and the intensity of the S-polarized light component having a wavelength of 400 nm or less, or the intensity of the P-polarized light component or S-polarized light component having a wavelength longer than 400 nm as the reference value Calculating the temperature of the temperature measurement object,
The wafer temperature measuring method according to claim 1.
温度測定対象であるウエハに照射された光の反射光に基づいてウエハ温度を測定する方法であって、
400nm以下の波長成分を含む光、及び、400nmより大きい波長成分を含む光を前記温度測定対象に照射するステップ(a)と、
前記温度測定対象によって反射された光を受光し、(i)波長が400nm以下のP偏光成分の強度、(ii)波長が400nmより大きいP偏光成分の強度、及び、(iii)波長が400nm以下のS偏光成分の強度と波長が400nmより大きいS偏光成分の強度との内の少なくとも1つを検出するステップ(b)と、
波長が400nm以下のP偏光成分の強度といずれかのS偏光成分の強度との相対値と、波長が400nmより大きいP偏光成分の強度といずれかのS偏光成分の強度との相対値とに基づいて、ウエハ表面に形成された被膜による誤差を補正する演算を行うステップ(c)と、
を具備するウエハ温度測定方法。
A method of measuring a wafer temperature based on reflected light of light irradiated on a wafer that is a temperature measurement object,
Irradiating the temperature measurement object with light containing a wavelength component of 400 nm or less and light containing a wavelength component greater than 400 nm;
Receiving light reflected by the temperature measurement object, (i) the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, (ii) the intensity of the P-polarized component having a wavelength of more than 400 nm, and (iii) the wavelength of 400 nm or less Detecting at least one of the intensity of the S-polarized light component and the intensity of the S-polarized light component having a wavelength greater than 400 nm;
The relative value of the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of any S-polarized component, and the relative value of the intensity of the P-polarized component having a wavelength greater than 400 nm and the intensity of any S-polarized component And (c) performing an operation for correcting an error due to the film formed on the wafer surface,
A wafer temperature measuring method comprising:
ステップ(c)が、波長が400nm以下のP偏光成分の強度と波長が400nm以下のS偏光成分の強度との相対値と、波長が400nmより大きいP偏光成分の強度と波長が400nmより大きいS偏光成分の強度との相対値とに基づいて誤差を補正することを含む、請求項3記載のウエハ温度測定方法。   In step (c), the relative value between the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of the S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, and the intensity and wavelength of the P-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm are greater than 400 nm. 4. The wafer temperature measuring method according to claim 3, comprising correcting the error based on a relative value with the intensity of the polarization component. 温度測定対象であるウエハに照射された光の反射光に基づいてウエハ温度を測定する方法であって、
400nm以下の波長成分を含む光、及び、400nmより大きい波長成分を含む光を、入射角がブリュースター角を含む所定の範囲内となるように前記温度測定対象に照射するステップ(a)と、
前記温度測定対象により反射された光を受光し、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nmより大きいP偏光成分の強度を検出するステップ(b)と、
ステップ(b)において検出された、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nmより大きいP偏光成分の強度に基づいて、前記温度測定対象の温度を算出するステップ(c)と、
を具備するウエハ温度測定方法。
A method of measuring a wafer temperature based on reflected light of light irradiated on a wafer that is a temperature measurement object,
Irradiating the temperature measurement object with light containing a wavelength component of 400 nm or less and light containing a wavelength component larger than 400 nm so that the incident angle falls within a predetermined range including the Brewster angle;
Receiving the light reflected by the temperature measurement object, detecting the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of the P-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm (b);
Calculating the temperature of the temperature measurement object based on the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of the P-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm detected in step (b); ,
A wafer temperature measuring method comprising:
ステップ(a)が、入射角が45°以上60°以下となるように、400nm以下の波長成分を含む光、及び、400nmより大きい波長成分を含む光を前記温度測定対象に照射することを含む、請求項5記載のウエハ温度測定方法。   Step (a) includes irradiating the temperature measurement object with light containing a wavelength component of 400 nm or less and light containing a wavelength component of more than 400 nm so that the incident angle is 45 ° or more and 60 ° or less. The wafer temperature measuring method according to claim 5. 波長が400nm以下のP偏光成分を含む光、及び、波長が400nm以下のS偏光成分又は波長が400nmより大きいP偏光成分若しくはS偏光成分を含む光を、入射角がブリュースター角より大きくなるように前記温度測定対象に照射するステップ(a2)と、
ステップ(a2)において照射された光が前記温度測定対象により反射された光を受光し、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nm以下のS偏光成分又は波長が400nmより大きいP偏光成分若しくはS偏光成分の強度を検出するステップ(b2)と、
をさらに具備し、
ステップ(c)が、ステップ(b)において検出された、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nmより大きいP偏光成分の強度と、ステップ(b2)において検出された、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nm以下のS偏光成分又は波長が400nmより大きいP偏光成分若しくはS偏光成分の強度とに基づいてウエハ温度を算出することを含む、
請求項5又は6記載のウエハ温度測定方法。
Incident angle of light including a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and an S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, or a light having a P-polarized component or S-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm so as to be larger than the Brewster angle. Irradiating the temperature measurement object to (a2),
The light irradiated in step (a2) receives the light reflected by the temperature measurement object, the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, and the S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less or the wavelength is greater than 400 nm. Detecting the intensity of the P-polarized component or S-polarized component (b2);
Further comprising
Step (c) is detected in step (b), the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, and the intensity of the P-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm, and the wavelength detected in step (b2) Calculating the wafer temperature based on the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of the S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, or the intensity of the P-polarized component or S-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm.
The wafer temperature measuring method according to claim 5 or 6.
ステップ(b2)が、入射角が60°より大きくなるように、波長が400nm以下のP偏光成分を含む光、及び、波長が400nm以下のS偏光成分又は波長が400nmより大きいP偏光成分若しくはS偏光成分を含む光を前記温度測定対象に照射することを含む、請求項7記載のウエハ温度測定方法。   In step (b2), light including a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and an S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less or a P-polarized component having a wavelength greater than 400 nm or S so that the incident angle is greater than 60 ° The wafer temperature measuring method according to claim 7, comprising irradiating the temperature measuring object with light containing a polarization component. 温度測定対象であるウエハに照射された光の反射光に基づいてウエハ温度を測定する装置であって、
波長が400nm以下のP偏光成分を含む光を発生して、前記温度測定対象に照射する光照射手段と、
前記温度測定対象によって反射された反射光を受光して、少なくとも、前記反射光に含まれる波長が400nm以下のP偏光成分の強度を検出する受光手段と、
前記受光手段によって検出された波長が400nm以下のP偏光成分の強度に基づいて、前記温度測定対象の温度を算出する演算手段と、
を具備するウエハ温度測定装置。
An apparatus for measuring a wafer temperature based on reflected light of light irradiated to a temperature measurement target wafer,
A light irradiation means for generating light including a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and irradiating the temperature measurement object;
Light receiving means for receiving reflected light reflected by the temperature measurement object and detecting at least the intensity of a P-polarized light component having a wavelength of 400 nm or less included in the reflected light;
A computing means for calculating the temperature of the temperature measurement object based on the intensity of the P-polarized component having a wavelength detected by the light receiving means of 400 nm or less;
A wafer temperature measuring apparatus comprising:
前記光照射手段が、波長が400nm以下の光を発生する光源と、前記光源から発生した光を前記温度測定対象に導く光学系とを含み、
前記受光手段が、受光した光をP偏光成分とS偏光成分とに分離する偏光素子と、前記偏光素子によって分離されたP偏光成分及びS偏光成分の強度をそれぞれ検出する複数の光検出手段とを含み、
前記演算手段が、前記複数の光検出手段によって検出されたP偏光成分の強度を検出値とし、S偏光成分の強度を参照値とすることにより、前記温度測定対象の温度を算出する、
請求項9記載のウエハ温度測定装置。
The light irradiation means includes a light source that generates light having a wavelength of 400 nm or less, and an optical system that guides the light generated from the light source to the temperature measurement target,
A polarizing element for separating the received light into a P-polarized component and an S-polarized component; and a plurality of light detecting means for detecting the intensities of the P-polarized component and the S-polarized component separated by the polarizing element, respectively. Including
The calculation means calculates the temperature of the temperature measurement object by using the intensity of the P-polarized component detected by the plurality of light detection means as a detection value and the intensity of the S-polarization component as a reference value.
The wafer temperature measuring apparatus according to claim 9.
前記光照射手段が、波長が400nm以下の光を発生する第1の光源と、波長が400nmより長い光を発生する第2の光源と、第1の光源からの出射光のP偏光成分と、第2の光源からの出射光のP偏光成分又はS偏光成分とを前記温度測定対象に導く光学系とを含み、
前記受光手段が、受光した光を波長又は偏光方向に応じて分離する分光手段と、前記分光手段によって分離された波長が400nm以下のP偏光成分、及び、波長が400nmより長いP偏光成分又はS偏光成分の強度をそれぞれ検出する複数の光検出手段とを含み、
前記演算手段が、前記複数の光検出手段によって検出された波長が400nm以下のP偏光成分の強度を検出値とし、波長が400nmより長いP偏光成分又はS偏光成分の強度を参照値とすることにより、前記温度測定対象の温度を算出する、
請求項9記載のウエハ温度測定装置。
The light irradiating means includes a first light source that generates light having a wavelength of 400 nm or less, a second light source that generates light having a wavelength longer than 400 nm, and a P-polarized component of light emitted from the first light source; An optical system that guides the P-polarized component or the S-polarized component of the light emitted from the second light source to the temperature measurement object,
The light receiving means separates the received light according to the wavelength or polarization direction, the P polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the P polarized component having a wavelength longer than 400 nm or S separated by the spectral means. A plurality of light detection means for detecting the intensity of each polarization component,
The computing means uses the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less detected by the plurality of light detecting means as a detection value, and uses the intensity of the P-polarized component or S-polarized component having a wavelength longer than 400 nm as a reference value. By calculating the temperature of the temperature measurement object,
The wafer temperature measuring apparatus according to claim 9.
前記光照射手段が、波長が400nm以下の光を発生する光源と、前記光源から発生した光を前記温度測定対象に導く光学系とを含み、
前記受光手段が、受光した光の偏光方向を所定の時間間隔で変化させる光変調手段と、所定の偏光成分を透過させる偏光素子と、前記光変調手段及び前記偏光素子を介して光を受光することにより、前記温度測定対象によって反射された光に含まれるP偏光成分及びS偏光成分の強度を時分割で検出する光検出手段とを含み、
前記演算手段が、前記光検出手段によって検出されたP偏光成分の強度を検出値とし、S偏光成分の強度を参照値とすることにより、前記温度測定対象の温度を算出する、
請求項9記載のウエハ温度測定装置。
The light irradiation means includes a light source that generates light having a wavelength of 400 nm or less, and an optical system that guides the light generated from the light source to the temperature measurement target,
The light receiving means receives light through the light modulating means for changing the polarization direction of the received light at predetermined time intervals, a polarizing element that transmits a predetermined polarization component, and the light modulating means and the polarizing element. A light detecting means for detecting in a time-division manner the intensity of the P-polarized component and the S-polarized component contained in the light reflected by the temperature measurement object,
The calculation means calculates the temperature of the temperature measurement object by setting the intensity of the P-polarized component detected by the light detection means as a detection value and the intensity of the S-polarization component as a reference value.
The wafer temperature measuring apparatus according to claim 9.
温度測定対象であるウエハに照射された光の反射光に基づいてウエハ温度を測定する装置であって、
400nm以下の波長成分を含む光、及び、400nmより大きい波長成分を含む光を前記温度測定対象に照射する光照射手段と、
前記温度測定対象によって反射された光を受光し、(i)波長が400nm以下のP偏光成分の強度、(ii)波長が400nmより大きいP偏光成分の強度、及び、(iii)波長が400nm以下のS偏光成分の強度と波長が400nmより大きいS偏光成分の強度との内の少なくとも1つを検出する受光手段と、
波長が400nm以下のP偏光成分の強度といずれかのS偏光成分の強度との相対値、及び、波長が400nmより大きいP偏光成分の強度といずれかのS偏光成分の強度との相対値に基づいて、ウエハ表面に形成された被膜による誤差を補正する演算を行う演算手段と、
を具備するウエハ温度測定装置。
An apparatus for measuring a wafer temperature based on reflected light of light irradiated to a temperature measurement target wafer,
Light irradiation means for irradiating the temperature measurement object with light containing a wavelength component of 400 nm or less and light containing a wavelength component of greater than 400 nm;
Receiving the light reflected by the temperature measurement object, (i) the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, (ii) the intensity of the P-polarized component having a wavelength of more than 400 nm, and (iii) the wavelength of 400 nm or less. Light receiving means for detecting at least one of the intensity of the S-polarized light component and the intensity of the S-polarized light component having a wavelength greater than 400 nm;
The relative value of the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of any S-polarized component, and the relative value of the intensity of the P-polarized component having a wavelength greater than 400 nm and the intensity of any of the S-polarized components Calculation means for performing an operation for correcting an error due to the film formed on the wafer surface,
A wafer temperature measuring apparatus comprising:
前記光照射手段が、時分割で動作する波長が400nmの光を発生する第1の光源と、波長が400nmより大きい光を発生する第2の光源とを含み、
前記受光手段が、受光した光をP偏光成分とS偏光成分とに分離する分離手段と、前記分離手段により分離されたP偏光成分の強度を検出するための第1の光検出手段と、前記分離手段により分離されたS偏光成分の強度を検出するための第2の光検出手段とを含み、
前記演算手段が、(i)第1の光検出手段により時分割で検出された波長が400nm以下のP偏光成分の強度、(ii)波長が400nmより大きいP偏光成分の強度、及び、(iii)第2の光検出手段により時分割で検出された波長が400nm以下のS偏光成分の強度と波長が400nmより大きいS偏光成分の強度との内の少なくとも1つに基づいて演算を行う、
請求項13記載のウエハ温度測定装置。
The light irradiation means includes a first light source that generates light having a wavelength of 400 nm that operates in a time-sharing manner, and a second light source that generates light having a wavelength greater than 400 nm,
The light receiving means separates the received light into a P-polarized component and an S-polarized component, a first light detecting means for detecting the intensity of the P-polarized component separated by the separating means, Second light detection means for detecting the intensity of the S-polarized component separated by the separation means,
(I) the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less detected by time division by the first light detecting means, (ii) the intensity of the P-polarized component having a wavelength greater than 400 nm, and (iii) ) Calculation is performed based on at least one of the intensity of the S-polarized light component having a wavelength of 400 nm or less detected by the second light detection means and the intensity of the S-polarized light component having a wavelength of greater than 400 nm.
The wafer temperature measuring apparatus according to claim 13.
前記光照射手段が、400nm以下の波長成分及び400nmより大きい波長成分を含む光を発生する光源を含み、
前記受光手段が、受光した光を400nm以下の波長成分と400nmより大きい波長成分とに分離する第1の分離手段と、前記分離手段によって分離された400nm以下の波長成分及び400nmより大きい波長成分の各々をP偏光成分とS偏光成分とに分離する複数の第2の分離手段と、前記複数の第2の分離手段によって分離された複数の成分の強度をそれぞれ検出する複数の光検出手段とを含み、
前記演算手段が、(i)前記複数の光検出手段によってそれぞれ検出された波長が400nm以下のP偏光成分の強度、(ii)波長が400nmより大きいP偏光成分の強度、及び、(iii)波長が400nm以下のS偏光成分の強度と波長が400nmより大きいS偏光成分の強度との内の少なくとも1つに基づいて演算を行う、
請求項13記載のウエハ温度測定装置。
The light irradiation means includes a light source that generates light including a wavelength component of 400 nm or less and a wavelength component of greater than 400 nm;
The light receiving means includes a first separation means for separating received light into a wavelength component of 400 nm or less and a wavelength component of greater than 400 nm; a wavelength component of 400 nm or less and a wavelength component of greater than 400 nm separated by the separation means; A plurality of second separation means for separating each of them into a P-polarized component and an S-polarized component; and a plurality of light detection means for detecting the intensities of the plurality of components separated by the plurality of second separation means, respectively. Including
(I) the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, (ii) the intensity of the P-polarized component having a wavelength greater than 400 nm, and (iii) the wavelength detected by the computing means. Is calculated based on at least one of the intensity of the S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of the S-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm.
The wafer temperature measuring apparatus according to claim 13.
前記光照射手段が、時分割で動作する波長が400nmの光を発生する第1の光源と、波長が400nmより大きい光を発生する第2の光源とを含み、
前記受光手段が、受光した光の偏光方向を所定の時間間隔で変化させる光変調手段と、所定の偏光成分を透過させる偏光素子と、前記光変調手段及び前記偏光素子を介して光を受光することにより、前記温度測定対象によって反射された光に含まれるP偏光成分及びS偏光成分の強度を時分割で検出する光検出手段とを含み、
前記演算手段が、(i)前記光検出手段により時分割で検出された波長が400nm以下のP偏光成分の強度、(ii)波長が400nmより大きいP偏光成分の強度、及び、(iii)波長が400nm以下のS偏光成分の強度と波長が400nmより大きいS偏光成分との内の少なくとも1つに基づいて演算を行う、
請求項13記載のウエハ温度測定装置。
The light irradiation means includes a first light source that generates light having a wavelength of 400 nm that operates in a time-sharing manner, and a second light source that generates light having a wavelength greater than 400 nm,
The light receiving means receives light through the light modulating means for changing the polarization direction of the received light at predetermined time intervals, a polarizing element that transmits a predetermined polarization component, and the light modulating means and the polarizing element. And a light detection means for detecting, in a time division manner, the intensity of the P-polarized component and the S-polarized component contained in the light reflected by the temperature measurement object,
(I) the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less detected by time division by the light detecting means, (ii) the intensity of the P-polarized component having a wavelength greater than 400 nm, and (iii) the wavelength. Is calculated based on at least one of the intensity of the S-polarized light component having a wavelength of 400 nm or less and the S-polarized light component having a wavelength of greater than 400 nm.
The wafer temperature measuring apparatus according to claim 13.
温度測定対象であるウエハに照射された光の反射光に基づいてウエハ温度を測定する装置であって、
400nm以下の波長成分を含む光、及び、400nmより大きい波長成分を含む光を、入射角がブリュースター角を含む所定の範囲内となるように前記温度測定対象に照射する光照射手段と、
前記温度測定対象により反射された光を受光し、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nmより大きいP偏光成分の強度を検出する受光手段と、
前記受光手段によって検出された、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nmより大きいP偏光成分の強度に基づいて、前記温度測定対象の温度を算出する演算手段と、
を具備するウエハ温度測定装置。
An apparatus for measuring a wafer temperature based on reflected light of light irradiated to a temperature measurement target wafer,
Light irradiating means for irradiating the temperature measurement object with light including a wavelength component of 400 nm or less and light including a wavelength component greater than 400 nm so that the incident angle is within a predetermined range including the Brewster angle;
Light receiving means for receiving light reflected by the temperature measurement object and detecting the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of the P-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm;
Arithmetic means for calculating the temperature of the temperature measurement object based on the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of the P-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm detected by the light receiving means;
A wafer temperature measuring apparatus comprising:
前記光照射手段が、入射角が45°以上60°以下となるように、400nm以下の波長成分を含む光、及び、400nmより大きい波長成分を含む光を前記温度測定対象に照射する、請求項17記載のウエハ温度測定装置。   The light measurement unit irradiates the temperature measurement object with light containing a wavelength component of 400 nm or less and light containing a wavelength component of more than 400 nm so that the incident angle is 45 ° or more and 60 ° or less. 18. The wafer temperature measuring device according to 17. 波長が400nm以下のP偏光成分を含む光、及び、波長が400nm以下のS偏光成分又は波長が400nmより大きいP偏光成分若しくはS偏光成分を含む光を、入射角がブリュースター角より大きくなるように前記温度測定対象に照射する第2の光照射手段と、
前記第2の光照射手段によって照射された光が前記温度測定対象により反射された光を受光し、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nm以下のS偏光成分又は波長が400nmより大きいP偏光成分若しくはS偏光成分の強度を検出する第2の受光手段と、
をさらに具備し、
前記演算手段が、前記第1の受光手段によって検出された、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nmより大きいP偏光成分の強度と、前記第2の受光手段によって検出された、波長が400nm以下のP偏光成分の強度、及び、波長が400nm以下のS偏光成分又は波長が400nmより大きいP偏光成分若しくはS偏光成分の強度とに基づいてウエハ温度を算出する、
請求項17又は18記載のウエハ温度測定装置。
Incident angle of light including a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and an S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less or a P-polarized component or S-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm so that the incident angle is larger than the Brewster angle. A second light irradiating means for irradiating the temperature measurement object;
The light irradiated by the second light irradiating means receives the light reflected by the temperature measurement object, the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, and the S-polarized component or wavelength having a wavelength of 400 nm or less. A second light receiving means for detecting the intensity of the P-polarized light component or S-polarized light component greater than 400 nm;
Further comprising
The arithmetic means detects the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less detected by the first light-receiving means and the intensity of the P-polarized component having a wavelength greater than 400 nm, and is detected by the second light-receiving means. The wafer temperature is calculated based on the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and the intensity of the S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, or the intensity of the P-polarized component or S-polarized component having a wavelength of greater than 400 nm.
The wafer temperature measuring apparatus according to claim 17 or 18.
前記第2の光照射手段が、入射角が60°より大きくなるように、波長が400nm以下のP偏光成分を含む光、及び、波長が400nm以下のS偏光成分又は波長が400nmより大きいP偏光成分若しくはS偏光成分を含む光を前記温度測定対象に照射する、請求項19記載のウエハ温度測定装置。   The second light irradiation means includes light including a P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less and an S-polarized component having a wavelength of 400 nm or less or P-polarized light having a wavelength of greater than 400 nm so that the incident angle is greater than 60 °. The wafer temperature measuring apparatus according to claim 19, wherein the temperature measuring object is irradiated with light containing a component or an S-polarized component. 前記第1又は第2の光照射手段が、
紫外光を射出する光源装置と、
前記光源装置の動作を制御する駆動回路と、
前記光源装置から出射した紫外光源を透過させることにより平行ビームを形成するコリメートレンズと、
該平行ビームを分割することにより、該平行ビームの一部を前記温度測定対象に導くビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタにより前記温度測定対象に導かれた平行ビームを所定のタイミング又は周波数でチョップする光チョッパと、
前記ビームスプリッタによって分割された平行ビームの他の一部を検出する光検出器とを有する、請求項9〜20のいずれか1項記載のウエハ温度測定装置。
The first or second light irradiation means comprises:
A light source device for emitting ultraviolet light;
A drive circuit for controlling the operation of the light source device;
A collimating lens that forms a parallel beam by transmitting an ultraviolet light source emitted from the light source device;
A beam splitter for splitting the parallel beam to guide a part of the parallel beam to the temperature measurement object;
An optical chopper that chops the parallel beam guided to the temperature measurement object by the beam splitter at a predetermined timing or frequency;
21. The wafer temperature measuring apparatus according to claim 9, further comprising a photodetector that detects another part of the parallel beam divided by the beam splitter.
前記受光手段が、
前記測定対象から反射された紫外光の内の所定の波長成分を透過させる波長選択フィルタと、
前記波長選択フィルタを透過した紫外光をP偏光成分とS偏光成分とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタによって分離されたP偏光成分を所定の位置に集光する第1の集光レンズと、
前記第1の集光レンズによって集光されたP偏光成分を検出する第1の光検出器と、
前記偏光ビームスプリッタによって分離されたS偏光成分を所定の位置に集光する第2の集光レンズと、前記第1の集光レンズによって集光されたS偏光成分を検出する第2の光検出器と、
を有する請求項9〜21のいずれか1項記載のウエハ温度測定装置。
The light receiving means is
A wavelength selection filter that transmits a predetermined wavelength component of ultraviolet light reflected from the measurement object;
A polarizing beam splitter that separates the ultraviolet light transmitted through the wavelength selective filter into a P-polarized component and an S-polarized component;
A first condensing lens that condenses the P-polarized component separated by the polarizing beam splitter at a predetermined position;
A first photodetector for detecting a P-polarized component collected by the first condenser lens;
A second condensing lens that condenses the S-polarized component separated by the polarizing beam splitter at a predetermined position, and a second light detection that detects the S-polarized component collected by the first condensing lens. And
The wafer temperature measuring apparatus according to claim 9, comprising:
前記受光手段によって検出された少なくとも、前記反射光に含まれる波長が400nm以下のP偏光成分の強度を表す信号を増幅する信号増幅器をさらに具備し、
前記演算手段が、前記信号増幅器によって増幅された信号に基づいて、前記温度測定多少の温度を算出する、
請求項9〜22のいずれか1項記載のウエハ温度測定装置。
A signal amplifier for amplifying at least a signal representing the intensity of the P-polarized component having a wavelength of 400 nm or less, which is detected by the light receiving means, and which is included in the reflected light;
The calculation means calculates the temperature of the temperature measurement based on the signal amplified by the signal amplifier,
The wafer temperature measuring apparatus according to any one of claims 9 to 22.
前記光照射手段から発生した光を前記温度測定対象に導く第1のプリズムと、
前記温度測定対象から反射された光を前記受光手段に導く第2のプリズムと、
をさらに具備する請求項9〜23のいずれか1項記載のウエハ温度測定装置。
A first prism for guiding light generated from the light irradiation means to the temperature measurement object;
A second prism for guiding light reflected from the temperature measurement object to the light receiving means;
The wafer temperature measuring apparatus according to claim 9, further comprising:
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