JP3277669B2 - Semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

Semiconductor manufacturing equipment

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JP3277669B2
JP3277669B2 JP02911394A JP2911394A JP3277669B2 JP 3277669 B2 JP3277669 B2 JP 3277669B2 JP 02911394 A JP02911394 A JP 02911394A JP 2911394 A JP2911394 A JP 2911394A JP 3277669 B2 JP3277669 B2 JP 3277669B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ラマン散乱光による温
度測定方法を利用した温度測定装置を備えた半導体製造
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus provided with a temperature measuring device utilizing a temperature measuring method using Raman scattered light.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造装置のプロセスチェンバー内
のウエハ表面温度を測定する方法は、種々の方法が提案
されている。その方法には、ウエハの表面に熱電対を付
着させてウエハ表面の温度を測定する方法、放射温度計
を用いてウエハ表面の温度を測定する方法が提案されて
いる。前者の方法は、異種金属間の熱起電力を利用した
ものである。他方、後者の測定方法は、ウエハから発す
る熱放射を利用してウエハの温度を測定する。
2. Description of the Related Art Various methods have been proposed for measuring the surface temperature of a wafer in a process chamber of a semiconductor manufacturing apparatus. As the method, there have been proposed a method of measuring the temperature of the wafer surface by attaching a thermocouple to the surface of the wafer, and a method of measuring the temperature of the wafer surface using a radiation thermometer. The former method utilizes a thermoelectromotive force between different metals. On the other hand, the latter measurement method measures the temperature of the wafer using thermal radiation emitted from the wafer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱電対
を用いて温度測定する方法では、ウエハに熱電対を接触
させるため、コンタミネーションが課題になる。また、
ウエハ温度の均一性を測定するためには、測定点の数だ
け熱電対をウエハに付着させる必要がある。このため、
温度測定に非常に手間がかかる。また多くの熱電対を付
着させると、ウエハの熱容量が変化して正確な温度測定
ができない。
However, in the method of measuring temperature using a thermocouple, contamination is a problem because the thermocouple is brought into contact with the wafer. Also,
In order to measure the uniformity of the wafer temperature, it is necessary to attach thermocouples to the wafer by the number of measurement points. For this reason,
Temperature measurement is very troublesome. Also, if many thermocouples are attached, the heat capacity of the wafer changes and accurate temperature measurement cannot be performed.

【0004】また熱放射温度計を用いた温度測定では、
ウエハの放射率が課題になる。放射温度計による測定値
をm、真の温度をT、放射率をεとすると、kを放射温
度計の感度、fを放射温度計に入射する放射を表す関数
とすると、m=kf(T,ε)で表される。このよう
に、未知数T,εがあるため、まずεを決定し、得られ
たεを元のm=kf(T,ε)に代入してTを決定する
という方法をとらなければならない。またこのεの決定
方法は、種々の方法が提案されてはいるが、確立された
ものが無い。このため、放射量と表面温度との関係が十
分に把握できないので、正確にウエハ表面の温度を決定
することはできない。
In temperature measurement using a thermal radiation thermometer,
The emissivity of the wafer becomes an issue. Assuming that the value measured by the radiation thermometer is m, the true temperature is T, and the emissivity is ε, if k is a sensitivity of the radiation thermometer and f is a function representing radiation incident on the radiation thermometer, m = kf (T , Ε). As described above, since there are unknown numbers T and ε, it is necessary to determine ε first and substitute T into the original m = kf (T, ε) to determine T. Various methods for determining ε have been proposed, but none has been established. For this reason, since the relationship between the radiation amount and the surface temperature cannot be sufficiently grasped, the temperature of the wafer surface cannot be determined accurately.

【0005】本発明は、ウエハ表面の温度を非接触で正
確に測定するのに優れたラマン散乱光による温度測定方
法を利用した温度測定装置を備えた半導体製造装置を提
供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus provided with a temperature measuring device utilizing a temperature measuring method based on Raman scattered light which is excellent in non-contact and accurate measurement of the temperature of a wafer surface. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたラマン散乱光による温度測定方法
を利用した温度測定装置を備えた半導体製造装置であ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a semiconductor manufacturing apparatus provided with a temperature measuring device utilizing a temperature measuring method based on Raman scattered light which has been achieved to achieve the above object.

【0007】本発明の半導体製造装置は、基体が載置さ
れるステージが内設されたチェンバーを有する半導体製
造装置において、前記ステージは、その裏面側から基体
載置面側に貫通する複数のレーザ光照射孔が設けられて
いるものからなり、レーザ光を発振するレーザ光発振器
と、前記レーザ光発振器から発振されるレーザ光が前記
レーザ光照射孔を通過して前記基体の被測定面に照射さ
れるように合わせるレーザ光スキャニング手段と、前記
基体のレーザ光が照射された位置から放出されるラマン
散乱光の放出方向側に受光面を配置した光ファイバケー
ブルと、前記光ファイバケーブルにより伝送されたラマ
ン散乱光を受光する分光測定器と、前記分光測定器で測
定したラマン散乱光の強度に基づいて前記基体の被測定
面の温度を求めるもので当該分光測定器に接続した演算
部とを有する温度測定装置を備えたものである。
A semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention has a chamber in which a stage on which a substrate is placed is provided. The stage has a plurality of lasers penetrating from the back side to the substrate mounting surface side. A laser light oscillator that oscillates laser light; and a laser light oscillated from the laser light oscillator passes through the laser light irradiation hole and irradiates the measured surface of the base. Laser light scanning means for adjusting the laser light to be transmitted, an optical fiber cable having a light receiving surface disposed on the emission direction side of the Raman scattered light emitted from the position of the substrate irradiated with the laser light, and transmitted by the optical fiber cable. A spectrometer for receiving the Raman scattered light, and obtaining the temperature of the surface to be measured of the base based on the intensity of the Raman scattered light measured by the spectrometer. Since those equipped with a temperature measuring device having a computing unit which is connected to the spectrometer.

【0008】上記ラマン散乱光による温度測定は、基体
の被測定面にレーザ光を照射して、そのとき放出される
ラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光との
強度を測定し、それらの測定値に基づいて被測定面の温
度を求める。上記基体の被測定面に多層膜が形成されて
いる場合には、基体の被測定面にレーザ光を照射して、
そのとき各膜から放出されるラマン散乱光のアンチスト
ークス光とストークス光との強度を測定し、各膜ごとの
測定値に基づいて各膜ごとの被測定面の温度を求める。
多層膜を形成した基体の被測定面にレーザ光を照射する
際には、多層膜の膜種ごとにレーザ光の波長を選択して
当該レーザ光を照射する。
In the temperature measurement using the Raman scattered light, the surface to be measured of the substrate is irradiated with a laser beam, and the intensity of the anti-Stokes light and the Stokes light of the Raman scattered light emitted at that time is measured. The temperature of the surface to be measured is determined based on the value. When a multilayer film is formed on the measurement surface of the base, the measurement surface of the base is irradiated with laser light,
At that time, the intensity of the anti-Stokes light and the Stokes light of the Raman scattered light emitted from each film is measured, and the temperature of the surface to be measured for each film is obtained based on the measurement value for each film.
When irradiating the measurement target surface of the substrate on which the multilayer film is formed with the laser light, the wavelength of the laser light is selected for each film type of the multilayer film and the laser light is applied.

【0009】また被測定面にレーザ光を照射してラマン
散乱光を測定する際に、当該被測定面に対してレーザ光
の照射位置を移動させるとともに移動させた照射位置に
おけるラマン散乱光のアンチストークス光とストークス
光との強度を測定し、その測定値に基づいて被測定面の
温度分布を求めてもよい。
When measuring the Raman scattered light by irradiating the surface to be measured with the laser beam, the irradiation position of the laser light with respect to the surface to be measured is moved and the anti-Raman scattering light at the moved irradiation position is moved. The intensity of the Stokes light and the Stokes light may be measured, and the temperature distribution of the surface to be measured may be obtained based on the measured value.

【0010】[0010]

【作用】上記半導体製造装置では、ステージに複数のレ
ーザ光照射孔を設け、それらを通して基体にレーザ光が
照射されるように温度測定装置のレーザ光発振器または
レーザ光スキャニング手段を配置し、照射位置から放出
されるラマン散乱光の放出方向に、受光面を配置した光
ファイバケーブルを介してラマン散乱光を受光する分光
測定器が設けられていることから、プロセス中の基体の
温度がステージ側から非接触に測定される。
In the above-mentioned semiconductor manufacturing apparatus, a plurality of laser light irradiation holes are provided on the stage, and a laser light oscillator or a laser light scanning means of the temperature measuring device is arranged so that the substrate is irradiated with the laser light through the holes. Is provided with a spectrometer that receives Raman scattered light through an optical fiber cable with a light-receiving surface in the emission direction of the Raman scattered light emitted from the stage. Measured without contact.

【0011】上記ラマン散乱光による温度測定では、ラ
マン散乱光の温度依存性を利用している。ラマン散乱
は、格子振動(フォノン)などの固体中の素励起による
光の非弾性散乱現象である。そしてラマン散乱光は、入
射光のエネルギーより高エネルギー側(アンチストーク
ス光)または低エネルギー側(ストークス光)へ移行し
たところで観測され、温度が高くなるにつれてその強度
は大きくなる。アンチストークス光の散乱光強度をIa
s、ストークス光の散乱光強度をIs とすれば、Is /
Iasは(1)式のようになる。
In the temperature measurement using the Raman scattered light, the temperature dependency of the Raman scattered light is used. Raman scattering is an inelastic scattering phenomenon of light due to elementary excitation in a solid such as lattice vibration (phonon). The Raman scattered light is observed when the energy shifts to the higher energy side (anti-Stokes light) or lower energy side (Stokes light) than the energy of the incident light, and the intensity increases as the temperature increases. Let the scattered light intensity of the anti-Stokes light be Ia
s and the scattered light intensity of the Stokes light is Is, then Is /
Ias is as shown in equation (1).

【0012】[0012]

【数1】 ここで、ωi は入射光の振動数、ω0 はフォノンの振動
数、hはプランク定数、kB はボルツマン定数、Tは温
度である。
(Equation 1) Here, ω i is the frequency of incident light, ω 0 is the frequency of phonons, h is Planck's constant, k B is Boltzmann's constant, and T is temperature.

【0013】したがって、温度Tは、アンチストークス
光の散乱光強度Iasとストークス光の散乱光強度Is と
を測定することから求められる。このように、基体の表
面にレーザ光を照射することで放出されるラマン散乱光
の強度を測定し、その光強度に基づいて基体表面の温度
を求めることから、温度測定が非接触になされる。この
ため、測定装置の接触による汚染は発生しない。
Accordingly, the temperature T can be obtained by measuring the scattered light intensity Ias of the anti-Stokes light and the scattered light intensity Is of the Stokes light. As described above, the intensity of the Raman scattered light emitted by irradiating the surface of the substrate with the laser light is measured, and the temperature of the substrate surface is determined based on the light intensity. . Therefore, contamination due to contact of the measuring device does not occur.

【0014】また、上記基体の表面が多層膜で形成され
ている場合には、被測定面ごとにラマン散乱光を測定し
て温度を求めることから、上記同様に、非接触で汚染を
発生することなく、多層膜の各膜表面の温度が測定され
る。
Further, when the surface of the substrate is formed of a multilayer film, the temperature is determined by measuring the Raman scattered light for each surface to be measured. Without measuring the temperature of each film surface of the multilayer film.

【0015】多層膜を形成した基体の被測定面にレーザ
光を照射する際に、多層膜の膜種ごとにレーザ光の波長
を選択して照射することから、多層膜の内部にまでレー
ザ光は入射される。このため、各膜の表面でラマン散乱
光が発生するので、各膜ごとの温度が測定される。
When irradiating a laser beam to the surface to be measured of the substrate on which the multilayer film is formed, the wavelength of the laser beam is selected and applied for each type of multilayer film, so that the laser beam extends to the inside of the multilayer film. Is incident. For this reason, Raman scattered light is generated on the surface of each film, so that the temperature of each film is measured.

【0016】また被測定面にレーザ光を照射してラマン
散乱光を測定する際に、レーザ光の照射位置を移動させ
るとともにその照射位置におけるラマン散乱光の強度を
測定することから、被測定面の温度分布が求まる。
When measuring the Raman scattered light by irradiating the surface to be measured with the laser light, the irradiation position of the laser light is moved and the intensity of the Raman scattered light at the irradiation position is measured. Is obtained.

【0017】[0017]

【実施例】本発明の半導体製造装置に係る実施例を、図
1の半導体製造装置の概略構成図によって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment according to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to the schematic diagram of the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG.

【0018】図1に示すように、半導体製造装置8に
は、チェンバー6が備えられている。上記チェンバー6
の内部には、ステージ21が設置されている。このステ
ージ21には、その裏面側から基体載置面21a側に貫
通する複数のレーザ光照射孔22が設けられている。ま
たチェンバー6には、レーザ光Lを入射させる窓9が、
例えばステージ21の下方に設けられている。上記窓9
は、例えば石英ガラスで形成されており、ラマン散乱光
Rを透過させることも可能である。
As shown in FIG. 1, the semiconductor manufacturing apparatus 8 includes a chamber 6. The above chamber 6
Is provided with a stage 21. The stage 21 is provided with a plurality of laser beam irradiation holes 22 penetrating from the back surface side to the substrate mounting surface 21a side. The chamber 6 has a window 9 through which the laser beam L is incident.
For example, it is provided below the stage 21. Window 9 above
Is made of, for example, quartz glass and can transmit Raman scattered light R.

【0019】そして上記窓9を透過し、上記レーザ光照
射孔22を通ってステージ21に載置される基体81の
被測定面81aにレーザ光Lが照射されるように、チェ
ンバー6の外側下方には、温度測定装置2が設置されて
いる。
The laser beam L is transmitted through the window 9 and passes through the laser beam irradiating hole 22 onto the measured surface 81a of the substrate 81 placed on the stage 21. Is provided with a temperature measuring device 2.

【0020】上記温度測定装置2には、レーザ光を発振
するレーザ光発振器11と、レーザ光発振器11から発
振されるレーザ光Lがステージ21に設けたレーザ光照
射孔22を通過して基体81の被測定面81aに照射さ
れるように合わせるレーザ光スキャニング手段61とが
配置されている。上記レーザ光発振器11には電源15
が接続されている。
The temperature measuring device 2 includes a laser light oscillator 11 for oscillating laser light, and a laser light L oscillated from the laser light oscillator 11 passing through a laser light irradiation hole 22 provided on a stage 21 and a base 81. And a laser beam scanning means 61 for adjusting the surface to be measured 81a to be irradiated. The laser light oscillator 11 has a power supply 15
Is connected.

【0021】さらに上記温度測定装置2には、基体81
のレーザ光Lが照射された位置から放出されるラマン散
乱光Rの放出方向側に受光面32aを配置した光ファイ
バケーブル32と、この光ファイバケーブル32により
伝送されたラマン散乱光Rを受光する分光測定器31
と、この分光測定器31で測定したラマン散乱光の強度
に基づいて基体81の被測定面81aの温度を求めるも
ので当該分光測定器31に接続した演算部41が設置さ
れている。
The temperature measuring device 2 has a base 81
An optical fiber cable 32 having a light receiving surface 32a disposed on the emission direction side of the Raman scattered light R emitted from the position irradiated with the laser light L, and receives the Raman scattered light R transmitted by the optical fiber cable 32 Spectrometer 31
And an arithmetic unit 41 connected to the spectrometer 31 for obtaining the temperature of the measured surface 81a of the base 81 based on the intensity of the Raman scattered light measured by the spectrometer 31.

【0022】上記レーザ光発振器11は、上記器81の
被測定面81aに照射した際にラマン散乱光Rを放出す
るものであればよく、例えば半導体レーザ光発振器、気
体レーザ光発振器、固体レーザ光発振器、エキシマレー
ザ光発振器、ダイレーザ光発振器または液体レーザ光発
振器等を用いることが可能である。
The laser light oscillator 11 only needs to emit Raman scattered light R when it irradiates the surface 81a to be measured of the instrument 81. For example, a semiconductor laser light oscillator, a gas laser light oscillator, a solid laser light An oscillator, an excimer laser light oscillator, a die laser light oscillator, a liquid laser light oscillator, or the like can be used.

【0023】さらに上記レーザ光発振器11が波長可変
レーザ光発振器からなるものとして、例えばダイレーザ
光発振器で構成されているものでは、レーザ光Lを基体
81の表面に照射する際に、その表面に形成された膜
(図示せず)の種類に対応して、最も強くラマン散乱光
Rを放出する波長のレーザ光Lを選択することが可能に
なる。したがって、高感度な温度測定が可能になる。
Further, in the case where the laser light oscillator 11 comprises a wavelength-variable laser light oscillator, for example, a die laser light oscillator, when the laser light L is applied to the surface of the substrate 81, the laser light L is formed on the surface. It is possible to select the laser beam L having a wavelength that emits the Raman scattered light R most strongly according to the type of the film (not shown). Therefore, highly sensitive temperature measurement becomes possible.

【0024】またさらに、レーザ光発振器11を半導体
レーザ光発振器で構成したものでは、レーザ光発振器1
1を小型化できる。
Further, when the laser light oscillator 11 is constituted by a semiconductor laser light oscillator, the laser light oscillator 1
1 can be miniaturized.

【0025】上記レーザ光スキャニング手段61は、例
えば矢印カ方向に回動自在な反射鏡62と、この反射鏡
62を回動させる駆動部63とからなる。この駆動部6
3は、図示しないが、反射鏡62を3次元的に回動させ
るものであってもよい。
The laser beam scanning means 61 comprises a reflecting mirror 62 rotatable, for example, in the direction of the arrow, and a driving unit 63 for rotating the reflecting mirror 62. This drive unit 6
Although not shown, the mirror 3 may rotate the reflecting mirror 62 three-dimensionally.

【0026】また上記光ファイバケーブル32は、図示
されているように複数本からなり、各光ファイバケーブ
ル32の受光面32aは、チェンバー6内にあり、かつ
各レーザ光照射孔22を通って放出されるラマン散乱光
Rに対して対向するように配置されている。なお、図示
はしていないが、上記光ファイバケーブル32の受光面
32aは、上記レーザ光照射孔22を通って窓9を透過
してチェンバー6の外側に放出されるラマン散乱光Rに
対して対向させるように配置されていてもよい。また、
各レーザ光照射孔22を通って放出されるラマン散乱光
Rに対して対向するように配置されている上記光ファイ
バケーブル32は、単数であっても複数であってもよ
い。
The optical fiber cable 32 is composed of a plurality of cables as shown in the figure, and the light receiving surface 32a of each optical fiber cable 32 is located in the chamber 6 and emitted through each laser beam irradiation hole 22. It is arranged to face the Raman scattered light R to be emitted. Although not shown, the light receiving surface 32a of the optical fiber cable 32 transmits Raman scattered light R that passes through the window 9 through the laser beam irradiation hole 22 and is emitted to the outside of the chamber 6. They may be arranged to face each other. Also,
The number of the optical fiber cables 32 arranged so as to be opposed to the Raman scattered light R emitted through each of the laser light irradiation holes 22 may be singular or plural.

【0027】このように、上記温度測定装置2では、光
ファイバケーブル32によりラマン散乱光Rを受光する
ので、レーザ光Lの照射位置の近傍でラマン散乱光Rが
受光することが可能になる。そのため、十分な光量のラ
マン散乱光Rが分光測定器31に入射される。また複数
の光ファイバケーブル32を接続したことにより、複数
箇所のレーザ光照射位置近傍でラマン散乱光Rを受光す
ることができる。
As described above, in the temperature measuring device 2, the Raman scattered light R is received by the optical fiber cable 32, so that the Raman scattered light R can be received near the irradiation position of the laser light L. Therefore, a sufficient amount of Raman scattered light R is incident on the spectrometer 31. Further, by connecting the plurality of optical fiber cables 32, it is possible to receive the Raman scattered light R in the vicinity of a plurality of laser beam irradiation positions.

【0028】また上記分光測定器31には、例えばマル
チチャンネル型分光測定器を用いることが好ましい。こ
のマルチチャンネル型分光測定器は、例えば固体撮像素
子と回折格子などの分光分散系とを有している。上記分
光測定器31には、それで測定したラマン散乱光Rの強
度に基づいて基体81の表面温度を求める演算部41が
接続されている。
It is preferable to use, for example, a multi-channel type spectrometer as the spectrometer 31. This multi-channel spectrometer has, for example, a solid-state imaging device and a spectral dispersion system such as a diffraction grating. The spectrometer 31 is connected to a calculation unit 41 that calculates the surface temperature of the base 81 based on the intensity of the Raman scattered light R measured by the spectrometer 31.

【0029】上記マルチチャンネル型分光測定器では、
ラマン散乱光が高感度に受光される。また、マルチチャ
ンネル型分光測定器では、レーザ光Lを照射した基体表
面から放出されるラマン散乱光Rがフォトダイオードア
レーによってリアルタイムで測定されるため、従来のよ
うなグレーティング駆動方式とは異なり、測定が短時間
で終了する。したがって、温度測定精度が高くなる。
In the above multi-channel spectrometer,
Raman scattered light is received with high sensitivity. Further, in the multi-channel spectrometer, the Raman scattered light R emitted from the surface of the substrate irradiated with the laser light L is measured in real time by a photodiode array. Ends in a short time. Therefore, the temperature measurement accuracy is improved.

【0030】上記の如くに、半導体製造装置8は構成さ
れている。
As described above, the semiconductor manufacturing apparatus 8 is configured.

【0031】上記半導体製造装置8では、ステージ21
に複数のレーザ光照射孔22を設け、レーザ光照射孔2
2を通して基体81の裏面側の被測定面81bにレーザ
光Lが照射される状態に温度測定装置2のレーザ光発振
器11とレーザ光スキャニング手段61とが配置されて
いることから、基体81の温度がステージ21側から非
接触で測定される。したがって、基体81の上方に電極
(図示せず)やターゲット(図示せず)を配置してエッ
チングまたはスパッタリングを行うような場合に、プロ
セス中の基体81の温度が測定される。
In the semiconductor manufacturing apparatus 8, the stage 21
A plurality of laser light irradiation holes 22 are provided in
Since the laser light oscillator 11 and the laser light scanning means 61 of the temperature measuring device 2 are arranged in a state in which the measured surface 81b on the back surface side of the base 81 is irradiated with the laser light L through the base 2, the temperature of the base 81 Is measured in a non-contact manner from the stage 21 side. Therefore, when etching or sputtering is performed by disposing an electrode (not shown) or a target (not shown) above the base 81, the temperature of the base 81 during the process is measured.

【0032】すなわち、レーザ光発振器11から発振さ
れたレーザ光Lは、その光路上に備えられているレーザ
光スキャニング手段61により、各レーザ光照射孔22
内の被測定面81aに照射される。そのとき、レーザ光
Lの照射面からラマン散乱光Rが放出される。その放出
されたラマン散乱光Rを光ファイバケーブル32の受光
面32aで受光し、この受光したラマン散乱光Rを光フ
ァイバケーブル32により分光測定器31に伝送して、
この分光測定器31によりその光強度を測定する。そし
て測定した光強度の信号Sを演算部41に伝送する。演
算部41では、伝送された光強度の信号Sに基づいて、
前記(1)式に示した関係から基体81の温度を求め
る。
That is, the laser light L oscillated from the laser light oscillator 11 is applied to each laser light irradiation hole 22 by the laser light scanning means 61 provided on the optical path.
Irradiated on the surface to be measured 81a. At that time, the Raman scattered light R is emitted from the irradiation surface of the laser light L. The emitted Raman scattered light R is received by the light receiving surface 32a of the optical fiber cable 32, and the received Raman scattered light R is transmitted to the spectrometer 31 through the optical fiber cable 32,
The light intensity is measured by the spectrometer 31. Then, the signal S of the measured light intensity is transmitted to the arithmetic unit 41. In the arithmetic unit 41, based on the transmitted light intensity signal S,
The temperature of the base 81 is obtained from the relationship shown in the above equation (1).

【0033】ここで、ラマン散乱光による温度測定方法
の一例を、図2の温度測定方法の流れ図および図3のラ
マン散乱光の強度分布図によって説明する。図2では、
縦軸は光強度を示し、横軸はエネルギーを示す。
Here, an example of a temperature measuring method using Raman scattered light will be described with reference to a flowchart of the temperature measuring method shown in FIG. 2 and an intensity distribution diagram of the Raman scattered light shown in FIG. In FIG.
The vertical axis indicates light intensity, and the horizontal axis indicates energy.

【0034】図2に示すように、第1手順S1「レーザ
光の照射」で、基体の被測定面にレーザ光を照射する。
上記レーザ光は、上記被測定面に照射した際にラマン散
乱光を放出するものであれば、例えば半導体レーザ光、
気体レーザ光、固体レーザ光、エキシマレーザ光、ダイ
レーザ光または液体レーザ光であってもよい。
As shown in FIG. 2, in a first procedure S1 "irradiation of laser light", the surface to be measured of the base is irradiated with laser light.
As long as the laser light emits Raman scattered light when irradiated on the surface to be measured, for example, a semiconductor laser light,
Gas laser light, solid laser light, excimer laser light, die laser light or liquid laser light may be used.

【0035】次いで第2手順S2「ラマン散乱光の測
定」を行う。この第2手順S2では、レーザ光を照射し
たときに基体の被測定面から放出されるラマン散乱光の
アンチストークス光の強度分布Ras(ピーク強度Ias)
とストークス光の強度分布Rs(強度ピークIs )とを
測定する。
Next, a second procedure S2 "measurement of Raman scattered light" is performed. In the second procedure S2, the intensity distribution Ras (peak intensity Ias) of the anti-Stokes light of the Raman scattered light emitted from the measured surface of the base when the laser light is irradiated
And the intensity distribution Rs (intensity peak Is) of the Stokes light are measured.

【0036】このときのラマン散乱光の強度分布を図3
によって説明する。図3に示すように、入射レーザ光
(レーリー光)の強度分布Iinの両側にアンチストーク
ス光の強度分布Ras(ピーク強度Ias)とストークス光
の強度分布Rs (強度ピークIs )とが得られる。例え
ば、上記基体がシリコンからなり、上記レーザ光に、波
長が780nm、出力が2Wのものを用いて、温度測定
を行った場合には、+521cm-1の波数のアンチスト
ークス光と−521cm-1の波数のストークス光とが得
られる。
FIG. 3 shows the intensity distribution of the Raman scattered light at this time.
It will be explained by. As shown in FIG. 3, an intensity distribution Ras (peak intensity Ias) of the anti-Stokes light and an intensity distribution Rs (intensity peak Is) of the Stokes light are obtained on both sides of the intensity distribution Iin of the incident laser light (Rayleigh light). For example, the substrate is made of silicon, in the laser light, wavelength 780 nm, output is used as the 2W, when performing temperature measurement, + 521 cm wave number -1 anti-Stokes light and -521Cm -1 And Stokes light having a wave number of

【0037】そして図2に示す第3手順S3「温度の計
算」を行う。この第3手順S3では、測定したアンチス
トークス光,ストークス光の強度Ias,Is に基づい
て、Is /Iasが温度に依存する関係を示す(2)式か
ら、レーザ光を照射した基体の被測定面の温度を求め
る。
Then, a third procedure S3 "calculation of temperature" shown in FIG. 2 is performed. In the third procedure S3, based on the measured anti-Stokes light and Stokes light intensity Ias, Is, the measured value of the substrate irradiated with the laser light is obtained from the equation (2) showing the relationship that Is / Ias depends on the temperature. Find the surface temperature.

【0038】[0038]

【数2】 ここで、ωi は入射光の振動数、ω0 はフォノンの振動
数、hはプランク定数、kB はボルツマン定数、Tは温
度である。
(Equation 2) Here, ω i is the frequency of incident light, ω 0 is the frequency of phonons, h is Planck's constant, k B is Boltzmann's constant, and T is temperature.

【0039】なお、レーザ光の光束径を小さく絞り込む
ことによって、基体の表面における微小範囲(点に近い
状態)の温度測定が可能になる。
By narrowing the beam diameter of the laser beam to a small value, it becomes possible to measure the temperature in a minute range (a state close to a point) on the surface of the substrate.

【0040】上記ラマン散乱光による温度測定方法で
は、ラマン散乱光のIs /Iasが温度依存性を持つこと
を利用している。ラマン散乱は、格子振動(フォノン)
などの固体中の素励起による光の非弾性散乱現象であ
り、散乱光は、入射光のエネルギーより高エネルギー側
(アンチストークス光)および低エネルギー側(ストー
クス光)へ移行したところで観測される。そして、温度
が高くなるにつれてそれらの強度は大きくなる。したが
って、温度Tは、(1)式に示した関係から容易に計算
して求められる。このように非接触で基体の被測定面の
温度を求めることから、基体の表面に汚染を発生するこ
とがない。
The temperature measurement method using Raman scattered light utilizes that Is / Ias of Raman scattered light has temperature dependency. Raman scattering is a lattice vibration (phonon)
Is an inelastic scattering phenomenon of light due to elementary excitation in a solid, and the scattered light is observed when the energy of the incident light shifts to a higher energy side (anti-Stokes light) and a lower energy side (Stokes light). And, as the temperature increases, their strength increases. Therefore, the temperature T can be easily calculated and obtained from the relationship shown in the equation (1). Since the temperature of the surface to be measured of the substrate is obtained in a non-contact manner, no contamination occurs on the surface of the substrate.

【0041】前記図1によって説明した半導体製造装置
を用いて、基体の温度測定面側に多層膜が形成されてい
る場合の温度を測定する方法を、図4に示す多層膜の温
度測定方法の説明図および図5のラマン散乱光の強度分
布図によって説明する。図5では、縦軸は光強度を示
し、横軸はエネルギーを示す。
The method for measuring the temperature when a multilayer film is formed on the temperature measuring surface side of the substrate by using the semiconductor manufacturing apparatus described with reference to FIG. 1 will be described below with reference to the multilayer film temperature measuring method shown in FIG. This will be described with reference to the explanatory diagram and the intensity distribution diagram of the Raman scattered light in FIG. In FIG. 5, the vertical axis indicates light intensity, and the horizontal axis indicates energy.

【0042】図4に示すように、基体81の表面に形成
されている多層膜91は、例えば、第1の膜92と第2
の膜93とからなる。
As shown in FIG. 4, the multilayer film 91 formed on the surface of the base 81 is made up of, for example, a first film 92 and a second film 92.
Of the film 93.

【0043】この場合には、上記図2で説明したのと同
様にして、第1手順S1で被測定面にレーザ光Lを照射
する。上記レーザ光Lを照射する際には、第1の膜92
の温度を測定する場合と第2の膜93の温度を測定する
場合とでは波長を変えてもよい。例えば、第1の膜92
の温度を測定する際には、第1の膜92でラマン散乱光
が多く発生する波長を選択し、第2の膜93の温度を測
定する際には、第2の膜93でラマン散乱光が多く発生
する波長を選択する。
In this case, the surface to be measured is irradiated with the laser beam L in the first step S1 in the same manner as described with reference to FIG. When irradiating the laser beam L, the first film 92
The wavelength may be changed between the case where the temperature is measured and the case where the temperature of the second film 93 is measured. For example, the first film 92
When the temperature of the second film 93 is measured, the wavelength at which a large amount of Raman scattered light is generated is selected, and when the temperature of the second film 93 is measured, the Raman scattered light is Is selected, the wavelength at which the most occurs.

【0044】次いで第2手順S2で、そのときの第1,
第2の膜92,93から放出されるラマン散乱光R92
93の強度を測定する。このときのラマン散乱光の強度
分布は、図5に示すように、入射レーザ光(レーリー
光)の強度分布Iinの両側に、第1の膜92から放出さ
れたアンチストークス光の強度分布Ras2 (ピーク強度
Ias2 )とストークス光の強度分布Rs2 (ピーク強度
Is2 )、および第2の膜93から放出されたアンチス
トークス光の強度分布Ras3 (ピーク強度Ias3 )とス
トークス光の強度分布Rs3 (ピーク強度Is3 )とが得
られる。
Next, in a second procedure S2, the first and the first data at that time are obtained.
Raman scattered light R 92 , emitted from the second films 92, 93,
The intensity of R93 is measured. As shown in FIG. 5, the intensity distribution of the Raman scattered light at this time is such that the intensity distribution Ras 2 of the anti-Stokes light emitted from the first film 92 is on both sides of the intensity distribution Iin of the incident laser light (Rayleigh light). (Peak intensity Ias 2 ), the intensity distribution of Stokes light Rs 2 (peak intensity Is 2 ), the intensity distribution of anti-Stokes light emitted from the second film 93 Ras 3 (peak intensity Ias 3 ), and the intensity of Stokes light A distribution Rs 3 (peak intensity Is 3 ) is obtained.

【0045】そして第3手順S3で、第1,第2の膜9
2,93のアンチストークス光の強度Ias1 ,Ias2
第1,第2の膜92,93のストークス光の強度I
s1 ,Is2 とに基づいて、上記図1で説明したのと同様
にして、Is1 /Ias1 ,Is2 /Ias2 とから各第1,
第2の膜92,93ごとの被測定面92a,93aの温
度を求める。
Then, in a third step S3, the first and second films 9 are formed.
The intensity of anti-Stokes light of 2 and 93 Ias 1, Ias 2 and the first, the intensity of the Stokes light of the second film 92 and 93 I
On the basis of s 1 and Is 2 , in the same manner as described with reference to FIG. 1 above, Is 1 / Ias 1 , Is 2 / Ias 2
The temperatures of the surfaces to be measured 92a and 93a for each of the second films 92 and 93 are obtained.

【0046】上記説明では2層構造の膜の温度測定方法
を説明したが、1層の膜または3層以上の多層膜でも上
記同様に温度測定を行うことが可能である。
In the above description, the method of measuring the temperature of a film having a two-layer structure has been described. However, the temperature can be measured in the same manner as described above for a single-layer film or a multilayer film having three or more layers.

【0047】上記温度測定方法では、上記基体の表面の
第1,第2の膜92,93ごとにラマン散乱光を測定し
て温度を求めることから、非接触で汚染を発生すること
なく、多層膜の各膜表面の温度が測定される。また多層
膜の膜種ごとにレーザ光の波長を選択して照射すること
から、温度を測定しようとする膜から十分なラマン散乱
光が放出される波長のレーザ光を多層膜の内部にまで入
射させることが可能になる。
In the temperature measuring method, the temperature is determined by measuring the Raman scattered light for each of the first and second films 92 and 93 on the surface of the substrate. The temperature of each film surface of the film is measured. In addition, since the wavelength of the laser light is selected and irradiated for each type of multilayer film, laser light of a wavelength that emits sufficient Raman scattered light from the film whose temperature is to be measured enters the multilayer film. It becomes possible to do.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体製
造装置によれば、ラマン散乱光による温度測定装置が設
けられているので、プロセス中の基体の表面温度を非接
触で短時間に測定することができる。また、ステージに
複数のレーザ光照射孔を設け、レーザ光照射孔を通して
基体にレーザ孔が照射される状態に温度測定装置のレー
ザ光発振器またはレーザ光スキャニング手段を配置した
半導体製造装置によれば、基体の温度をステージ側から
非接触に測定することができる。このため、基体の上方
に電極やターゲットを配置するようなエッチング装置ま
たは成膜装置に適用できる。
As described above, according to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, since the temperature measuring device using Raman scattered light is provided, the surface temperature of the substrate during the process can be measured in a short time without contact. can do. Further, according to a semiconductor manufacturing apparatus in which a plurality of laser light irradiation holes are provided on a stage, and a laser light oscillator or a laser light scanning means of a temperature measuring device is arranged in a state where the laser holes are irradiated on the substrate through the laser light irradiation holes, The temperature of the substrate can be measured from the stage side in a non-contact manner. Therefore, the present invention can be applied to an etching apparatus or a film forming apparatus in which an electrode or a target is arranged above a base.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】半導体製造装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus.

【図2】実施例の温度測定方法の流れ図である。FIG. 2 is a flowchart of a temperature measuring method according to an embodiment.

【図3】ラマン散乱光の強度分布図である。FIG. 3 is an intensity distribution diagram of Raman scattered light.

【図4】多層膜の温度測定方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for measuring a temperature of a multilayer film.

【図5】ラマン散乱光の強度分布図である。FIG. 5 is an intensity distribution diagram of Raman scattered light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…温度測定装置、6…チェンバー、8… 半導体製造
装置、11…レーザ光発振器、21…ステージ、31…
分光測定器、32…光ファイバケーブル、41…演算
部、61…レーザ光スキャニング手段、L…レーザ光、
R…ラマン散乱光
2 ... Temperature measuring device, 6 ... Chamber, 8 ... Semiconductor manufacturing device, 11 ... Laser light oscillator, 21 ... Stage, 31 ...
Spectrometer, 32: optical fiber cable, 41: computing unit, 61: laser beam scanning means, L: laser beam,
R: Raman scattered light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01K 11/12 G01K 11/20 H01L 21/20 H01L 21/66 H01S 3/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01K 11/12 G01K 11/20 H01L 21/20 H01L 21/66 H01S 3/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基体が載置されるステージが内設された
チェンバーを有する半導体製造装置において、 前記ステージは、その裏面側から基体載置面側に貫通す
る複数のレーザ光照射孔が設けられているものからな
り、 レーザ光を発振するレーザ光発振器と、 前記レーザ光発振器から発振されるレーザ光が前記レー
ザ光照射孔を通過して前記基体の被測定面に照射される
ように合わせるレーザ光スキャニング手段と、 前記基体のレーザ光が照射された位置から放出されるラ
マン散乱光の放出方向側に受光面を配置した光ファイバ
ケーブルと、 前記光ファイバケーブルにより伝送されたラマン散乱光
を受光する分光測定器と、 前記分光測定器で測定したラマン散乱光の強度に基づい
て前記基体の被測定面の温度を求めるもので当該分光測
定器に接続した演算部とを有する温度測定装置を備えた
ことを特徴とする半導体製造装置。
1. A semiconductor manufacturing apparatus having a chamber in which a stage on which a substrate is placed is provided, wherein the stage is provided with a plurality of laser beam irradiation holes penetrating from the back surface side to the substrate placement surface side. A laser light oscillator that oscillates laser light, and a laser that adjusts the laser light oscillated from the laser light oscillator so as to pass through the laser light irradiation hole and irradiate the surface to be measured of the base. Optical scanning means, an optical fiber cable having a light receiving surface disposed on the emission direction side of the Raman scattered light emitted from the position of the substrate irradiated with the laser light, and receiving the Raman scattered light transmitted by the optical fiber cable Measuring the temperature of the measured surface of the substrate based on the intensity of the Raman scattered light measured by the spectrometer. A semiconductor manufacturing apparatus comprising a temperature measuring device having a connected arithmetic unit.
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