JP2015146432A - 物理状態測定装置及び物理状態測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】物理状態測定装置100は、光源110と、光源110からの光を測定光と参照光とにスプリットするスプリッタ120と、測定光を測定対象物の測定ポイントまで伝送する伝送手段と、参照光を反射する参照光反射手段130と、参照光反射手段130から反射される参照光の光路長を変化させる光路長変化手段140と、測定ポイントで反射した測定光及び反射手段130で反射された参照光を波長変換する波長変換手段150と、波長変換後の測定光及び参照光を受光する受光手段161と、受光手段161で受光された測定光と参照光との干渉波形に基づいて測定ポイントにおける物理状態を測定する測定手段162と、を備える。
【選択図】図1
Description
図1は、本実施形態にかかる物理状態測定装置100の構成図である。第1の実施形態にかかる物理状態測定装置100は、CW光源110と、CW光源110からの光を温度測定用の光(測定光)と参照光とに分岐するスプリッタ120と、測定光を測定対象物W(例えば、半導体ウエハ)の測定ポイントPへ伝送するコリメートファイバF1と、スプリッタ120からの参照光を反射するための参照光反射手段130と、スプリッタ120で分岐された参照光を、参照光反射手段130まで伝送するコリメートファイバF2と、参照光反射手段130から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段140と、測定対象物Wの測定ポイントP及び参照光反射手段130からの反射光の波長を変換する波長変換手段150と、波長変換手段150で波長変換された測定光及び参照光の反射光による干渉波形に基づいて、測定対象物Wの測定ポイントPの温度を測定する信号処理装置160とを備える。信号処理装置160は、受光手段161及び温度算出手段162を備える。
図1に示すように、物理状態測定装置100においては、CW光源110からの光は、スプリッタ120に入射され、スプリッタ120により2分岐される。このうち、一方(測定光)は、コリメートファイバF1を介して測定対象物Wに照射され、表面Hや裏面R及び内部の層や構造物によって反射される。
ここで、物理状態測定装置100により得られる干渉波形の具体例を図3に示す。図3は、測定光が、測定対象物Wの面内における測定ポイントPに照射されるようにした場合における測定光と参照光との干渉波形を示したものである。図3(a)は温度変化前の干渉波形を示したものであり、図3(b)は温度変化後の干渉波形を示したものである。図3において縦軸は干渉強度、横軸は参照ミラーの移動距離をとっている。
次に、測定光と参照光との干渉波に基づいて温度を測定する方法について説明する。干渉波に基づく温度測定方法としては、例えば温度変化に基づく光路長変化を用いる温度換算方法がある。ここでは、上記干渉波形の位置ズレを利用した温度換算方法について説明する。
上記数式(1)に示すように、温度変化によって測定ポイントPを透過する測定光の光路長が変化する。光路長は一般に、厚さdと屈折率nとの積で表される。従って、温度変化前の測定ポイントPを透過する測定光の光路長をLとし、測定ポイントにおける温度がΔTだけ変化した後の光路長をL′とすると、L、L′は夫々下記の数式(2)に示すようになる。
従って、測定ポイントにおける測定光の光路長の温度変化前後の差(L′−L)は、上記数式(1)、(2)により計算して整理すると、下記数式(3)に示すようになる。なお、下記数式(3)では、α・β≪α、α・β≪βを考慮して微小項を省略している。
=L・(α+β)・ΔT …(3)
第1の実施形態では、CW光源110で発生する光を測定光と参照光とに分岐し、測定対象物Wの測定ポイントPで反射された測定光と、参照光反射手段130で反射された参照光を干渉させて測定対象物W(例えば、半導体ウエハ)の測定ポイントの温度を測定する実施形態について説明した。この第2の実施形態では、参照光を使用しない実施形態について説明する。
図9は、第3の実施形態に係る物理状態測定装置300の構成図である。この第3の実施形態に係る物理状態測定装置300は、CW光源110の代わりに、広い波長帯域の光を発生する多波長CW光源110Aを使用し、この多波長CW光源110Aで発生する多波長光(測定光)を分波器190で複数の波長λ1〜λmに分波し、この分波された測定光を測定対象物W(例えば、半導体ウエハ)の互いに異なる測定ポイントP1〜Pmへ照射している点が、第2の実施形態に係る物理状態測定装置200と異なる。
図11は、第4の実施形態に係る物理状態測定装置400の構成図である。この第4の実施形態に係る物理状態測定装置400は、CW光源110の代わりに、広い波長帯域の光を発生する多波長CW光源110Aを使用し、この多波長CW光源110Aで発生する多波長光(測定光)を分波器190で複数の波長λ1〜λmに分波して互いに異なる測定ポイントP1〜Pmへ照射するように構成した点が、第1の実施形態に係る物理状態測定装置100と異なる。その他の構成については、第1の実施形態に係る物理状態測定装置100と同一であるため、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態では、測定対象物Wの温度を測定する実施形態について説明した。しかし、測定対象物W内に屈折率が異なる層や構造物が存在する場合、測定光は該層や構造物でも反射して干渉光を生ずる。このため、測定対象物Wの他の物理状態(例えば、内部構造)を測定することも可能である。また、測定光の波長を変更すれば、半導体ウエハ(Si)以外にも種々の構造体(例えば、人体)の物理状態を測定することもできる。
Claims (9)
- 光源と、
前記光源からの光を、測定光と参照光とにスプリットするスプリッタと、
前記測定光を測定対象物の測定ポイントまで伝送する伝送手段と、
前記スプリッタからの前記参照光を反射するための参照光反射手段と、
前記参照光反射手段から反射される前記参照光の光路長を変化させる光路長変化手段と、
前記スプリッタによりスプリットされ、前記測定ポイントで反射した前記測定光、及び前記反射手段で反射された前記参照光を波長変換する波長変換手段と、
波長変換後の前記測定光及び前記参照光を受光する受光手段と、
前記受光手段で受光された前記測定光と前記参照光との干渉波形に基づいて、前記測定ポイントにおける前記測定対象物の物理状態を測定する測定手段と、
を備え、
前記波長変換手段は、入力された光の波長(λ)の半波長(λ/2)の二次高調波を放射する非線形光学結晶からなり、
前記非線形光学結晶は、BBO結晶、LBO結晶、AgGaS2結晶、AgGaSe2結晶、PPLN(periodically poled lithium niobate)結晶の1つから構成された
ことを特徴とする物理状態測定装置。 - 前記光源は、複数の波長の光を発生し、前記複数の波長の間隔が不等間隔であることを特徴とする請求項1に記載の物理状態測定装置。
- 前記測定対象物は、半導体ウエハであり、
前記物理状態は、前記半導体ウエハの温度であることを特徴とする請求項1又は2に記載の物理状態測定装置。 - 前記光源は、波長が1000nm以上の光を発生し、
前記受光手段は、CCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサから構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の物理状態測定装置。 - 光源と、
光サーキュレータと、
前記光源からの光を、前記光サーキュレータを介して測定対象物の測定ポイントまで伝送する伝送手段と、
前記光サーキュレータを介して伝送された、前記測定対象物からの反射光を波長変換する波長変換手段と、
波長変換後の前記反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段で受光された前記反射光の波形に基づいて、前記測定ポイントにおける前記測定対象物の物理状態を測定する測定手段と、
を備え、
前記波長変換手段は、入力された光の波長(λ)の半波長(λ/2)の二次高調波を放射する非線形光学結晶からなり、
前記非線形光学結晶は、BBO結晶、LBO結晶、AgGaS2結晶、AgGaSe2結晶、PPLN(periodically poled lithium niobate)結晶の1つから構成された
ことを特徴とする物理状態測定装置。 - 光源からの光を、スプリッタ又は光サーキュレータを介して、測定対象物の測定ポイントまで伝送する工程と、
前記測定対象物からの反射光を、スプリッタ又は光サーキュレータを介して伝送し、波長変換手段により波長変換する工程と、
波長変換後の前記反射光を受光する工程と、
前記受光された前記反射光の波形に基づいて、前記測定ポイントにおける前記測定対象物の物理状態を測定する工程と、
を備え、
前記波長変換手段は、入力された前記反射光の波長(λ)の半波長(λ/2)の二次高調波を放射する非線形光学結晶からなり、
前記非線形光学結晶は、BBO結晶、LBO結晶、AgGaS2結晶、AgGaSe2結晶、PPLN(periodically poled lithium niobate)結晶の1つから構成された
ことを特徴とする物理状態測定方法。 - 前記光源は、複数の波長を含む光を発生し、
前記変換後の光から特定の波長の光を選択して出力する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項6に記載の物理状態測定方法。 - 前記複数の波長の間隔が不等間隔であることを特徴とする請求項7に記載の物理状態測定方法。
- 前記測定対象物は、半導体ウエハであり、
前記物理状態は、前記半導体ウエハの温度であることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の物理状態測定方法。
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