JP2007040981A - Method and device for measuring wafer temperature - Google Patents
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Abstract
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
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,
(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
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。
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O2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
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
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
The drive circuit 111 controls the operation of the
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
The
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
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
The photodetector 117 detects the intensity of the ultraviolet light reflected by the
プリズム121は、光源部110から出射した紫外光LIの方向を変えることにより、ウエハ100に紫外光LI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LRの方向を変えることにより、紫外光LR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。
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LR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
The
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LR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LPは集光レンズ133の方向に導かれ、S偏光成分LSは集光レンズ135の方向に導かれる。
The
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LP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LPを確実に光検出器134に入射させることができる。
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)LP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Y1として受光部130から出力される。
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LS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)LS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Y2として受光部130から出力される。
The
The
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LI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LIの光線の幅を上回ってしまい、紫外光LI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
信号増幅器140は、受光部130から出力された検出信号Y1及び参照信号Y2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LP及び参照光LS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LP及び参照光LS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
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Y1及び参照信号Y2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
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
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
また、温度算出に用いられる関数f(Y)は、f(Y)=aY+b、f(Y)=aY2+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Y1及び参照信号Y2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)=aY2+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
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TS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TS(=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
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LPの強度IPと、S偏光成分LSの強度IS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IPを表す検出信号Y1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ISを表す参照信号Y2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Y1と参照信号Y2と相対値Y=Y1/Y2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IPとS偏光成分の強度IS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
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TS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TS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IP、及び、S偏光成分の強度ISの測定を繰り返させる(ステップS13〜S16)。一方、校正用温度TS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
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(=Y1/Y2)を取得し、それらの値を関数T=f(Y)=aY2+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
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LPの強度IPと、S偏光成分LSの強度IPとが測定される。P偏光成分の強度IPを表す検出信号Y1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ISを表す参照信号Y2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
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IPとS偏光成分の強度ISとの相対値Y(=Y1/Y2)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)=aY2+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
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IP及びS偏光成分の強度ISが測定される。
In step S24, the temperature
以上の説明においては、相対値Yとして、検出信号Y1と参照信号Y2との単純な比Y1/Y2を用いたが、オフセットを取った後の値の比(Y1−α)/(Y2−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=(aY1 2+bY1+c)/(aY2 2+bY2+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Y1と参照信号Y2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Y1及び参照信号Y2を変数とする関数g(Y1,Y2)を用いて、温度を直接算出しても良い。この関数g(Y1,Y2)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LP)及び参照光(S偏光成分LS)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
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Y1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
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
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
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
The
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
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
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。
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
Here, in the present embodiment, the P-polarized component of the ultraviolet light L UV emitted from the
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
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
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
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LR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
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Y1)を生成して出力する。
The
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Y2)を生成して出力する。
On the other hand, the
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Y1及び参照信号Y2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Y1及び参照信号Y2の信号強度が補正される。
In the
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
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
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
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
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
The
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
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
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。
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LR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
Further, impurity
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LRをP偏光成分LPとS偏光成分LS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
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
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
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LP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Y1として出力する。
P-polarized component L P of ultraviolet light separated by the
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LS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LS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Y2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Y1及び参照信号Y2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
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
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LRの位置及び角度が調整される。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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TP、S偏光成分の透過率TS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TP'及びS偏光成分の透過率TS'は、TP'=TS、及び、TS'=TP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
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IP、S偏光成分の強度をIS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、IP×TP(P偏光成分)、IS×TS(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:IP×TP×TP'=IP×TP×TS
S偏光成分:IS×TS×TS'=IS×TS×TP
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
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
また、ビームスプリッタ42のP偏光成分の反射率をRP、S偏光成分の反射率をRS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RP'及びS偏光成分の反射率RS'は、RP'=RS、及び、RS'=RP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IP'、S偏光成分の強度をIS'とする。
P偏光成分:IP'×RP×RP'=IP'×RP×RS
S偏光成分:IS'×RS×RS'=IS'×RS×RP
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
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
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
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
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
The condensing
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Y1)とS偏光成分(参照信号Y2)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
When the
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Y1)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Y2)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
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
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
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
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
The
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
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
Here, in the reflected light from the
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
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
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LR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LRを偏光方向に応じて分離し、その内のP偏光成分LPを集光レンズ532の方向に導き、S偏光成分LSを集光レンズ535の方向に導く。
The
集光レンズ532は、そこに入射したP偏光成分LP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LS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LP及びS偏光成分LSを後段の光学系に確実に入射させることができる。
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LPとS偏光成分LSとの間における光路変動の影響が最小限に抑えられる。
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LP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LSの強度を表す電気信号(検出信号)生成して出力する。
The
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LI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
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
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
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。
RUV=(a1DUVP 2+a2DUVP+a3)/(a4DUVS P2+a5DUVS+a6)…(1)
RVS=(b1DVSP 2+b2DVSP+b3)/(b4DVSS P2+b5DVSP+b6)…(2)
式(1)及び(2)において、a1〜a6及びb1〜b6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
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x1〜x3を算出する。
x1=c1RVS 2+c2RVS+c3 …(3)
x2=d1RVS 2+d2RVS+d3 …(4)
x3=e1RVS 2+e2RVS+e3 …(5)
式(3)〜(5)において、c1〜c3、d1〜d3、e1〜e3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x1〜x3を用いて、次式(6)により温度Tが算出される。
T=x1RUV 2+x2RUV+x3 …(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x1〜x3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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
The
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
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
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
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
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
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
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x1〜x3、及び、相対値RV2に基づく補正用パラメータy1〜y3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z1〜z3を求める。
z1=(x1+y1)/2
z2=(x2+y2)/2
z3=(x3+y3)/2
これらの平均された補正用パラメータz1〜z3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=z1RUV 2+z2RUV+z3 …(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
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
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
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
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
The
The
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
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
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。
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λ1を全反射すると共に、波長成分λ2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λ1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λ3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
The wavelength
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
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RP、S偏光成分の反射率をRS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RP'及びS偏光成分の反射率RS'は、RP'=RS、及び、RS'=RPとなる。
With respect to P-polarized light and S-polarized light reflected by the
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IP、S偏光成分の強度をIS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、IP×RP(P偏光成分)、IS×RS(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:IP×RP×RP'=IP×RP×RS
S偏光成分:IS×RS×RS'=IS×RS×RP
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
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
また、波長分離フィルタ71のP偏光成分の透過率をTP、S偏光成分の透過率をTS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TP'及びS偏光成分の透過率TS'は、TP'=TS、及び、TS'=TP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:IP×TP×TP'=IP×TP×TS
S偏光成分:IS×TS×TS'=IS×TS×TP
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
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
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λ1)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
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
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
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
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λ2)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
Note that the
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
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
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
The
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
The
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
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
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
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
The
Alternatively, the
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
The diffusing
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LR)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LR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LR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LR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LR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
Here, when the
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
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
In this embodiment as well, alignment may be performed by using a part of the light reflected by the
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
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
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
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
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
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
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
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
As the
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LPを光検出器924の方向に導き、S偏光成分LSを光検出器926の方向に導く。
The
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LPとS偏光成分LSとの間における光路変動の影響が、最小限に抑えられる。
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LPの強度を表す検出信号RP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LSの強度を表す検出信号(参照信号)RSとして出力される。
The
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
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
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
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
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RRとして出力される。
The light
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
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
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
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
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RP及び参照信号RSに基づいて温度T1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T2を算出する。
Next, a specific example of a method for calculating the wafer temperature in the
First, the
温度T1を求めるために、まず、検出信号RPと参照信号RSとの相対値R1を求める。相対値R1は、検出信号RPと参照信号RSとの単純な比RP/RSであっても良いし、オフセットを取った後の値の比(RP−α)/(RS−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、R1=(aRP 2+bRP+c)/(aRS 2+bRS+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R1を変数とする所定の関数f(R1)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T1を算出する。この関数T1=f(R1)は、f(R1)=aR+b、f(R1)=aRS+bR+c、…等の多項式又は多次式になる。関数f(R1)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RP及び参照信号RS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R1を用いる替わりに、検出信号RP及び参照信号RSを変数とする関数f'(RP,RS)を用いて温度T1を直接算出しても良い。この関数T1=f'(RP,RS)及びそのパラメータも、関数f(R1)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T2については、まず、補正信号RR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
そして、真の検出信号RUVP'と真の参照信号RVSP'との相対値R2を求め、温度T1の算出方法と同様に、関数g(R2)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T2を算出する。なお、関数g(R2)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T2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T2と温度T1との差ΔT=T2−T1を算出し、この差ΔTに基づいて関数f(R1)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(R1)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(R1)と、第1の光学系によって得られた検出信号RP及び参照信号RS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
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T2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(R1)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.
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
Claims (24)
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(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.
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:
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(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.
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.
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.
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.
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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2006
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