JPH11190670A - 表面温度測定装置及び表面温度測定方法 - Google Patents

表面温度測定装置及び表面温度測定方法

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JPH11190670A
JPH11190670A JP9366796A JP36679697A JPH11190670A JP H11190670 A JPH11190670 A JP H11190670A JP 9366796 A JP9366796 A JP 9366796A JP 36679697 A JP36679697 A JP 36679697A JP H11190670 A JPH11190670 A JP H11190670A
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JP
Japan
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surface temperature
point
irradiating
laser beam
measurement point
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JP9366796A
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English (en)
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Akira Soga
朗 曽我
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ノイズ等の影響を受けることなくウエハの表面
温度を高精度に測定することができる表面温度測定装置
を提供すること。 【解決手段】レーザ光をウエハＷの測定点Ｗａに照射す
るレーザ光照射部２３と、このレーザ光照射部２３から
照射されたレーザ光を分離してウエハＷの測定点Ｗａ及
びこの測定点Ｗａから所定距離だけ隔てた位置の参照点
Ｗｂに平行に照射するウォラストンプリズム２５と、測
定点Ｗａにパルスレーザ光を照射し、測定点Ｗａを間欠
的に加熱するパルスレーザ光照射部２２と、測定点Ｗａ
及び参照点Ｗｂから反射した反射光を集めて干渉を検出
するフォトディテクタ２７と、このフォトディテクタ２
７で得られた測定点Ｗａの超音波振動の周波数に基づい
て測定点Ｗａの温度を算出するパソコン２８とを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等
で成膜されている半導体ウエハ等のワークの表面温度を
測定する表面温度測定装置及び表面温度測定方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図２はＣＶＤ成膜装置により成膜中のウ
エハＷ表面の温度を非接触で測定する表面温度測定装置
１０の構成を示す図である。この表面温度測定装置１０
では、検出系にマイケルソン干渉計を用いた光音響分光
法により温度が測定される。
【０００３】表面温度測定装置１０は、ウエハＷの表面
の測定点Ｗａにパルスレーザ光Ｐを照射するパルスレー
ザ装置１１と、ウエハＷの表面の測定点Ｗａにレーザ光
Ｌを照射するレーザ装置１２と、レーザ装置１２と測定
点Ｗａとの間に配置されたビームスプリッタ１３と、こ
のビームスプリッタ１３と所定間隔離間して配置された
ミラー（参照点）１４と、ビームスプリッタ１３の図２
中右方に配置されたフォトディテクタ１５とを備えてい
る。
【０００４】このように構成された表面温度測定装置１
０では、パルスレーザ装置１１によって測定点Ｗａを間
欠的に加熱することで、膨張・収縮を起こさせ、測定点
Ｗａにおいて超音波振動を励起させる。そして、この測
定点Ｗａにレーザ光Ｌを照射した反射光と、ミラー１４
からの反射光との位相差をフォトディテクタ１５によっ
て検出し、これに基づいてウエハＷの温度を算出するよ
うにしていた。
【０００５】上述したようなマイケルソン干渉計を利用
した表面温度測定装置１０では非接触で成膜中のウエハ
Ｗの温度を測定できるとともに、外乱の影響を受け難い
という利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の表面温
度測定装置では、次のような問題があった。すなわち、
ウエハＷに伝導したＣＶＤ成膜装置の機械的振動や成膜
チャンバ内のガスの擾乱によるノイズによる影響を受け
ることがある。
【０００７】特に高速回転ＣＶＤ装置のようなウエハＷ
が高速で回転しながら成膜するような条件下では、ウエ
ハＷに伝導したＣＶＤ装置の機械的振動や成膜チャンパ
内のガスの擾乱によるノイズが測定点に大きく影響し、
超音波振動を検出することができなかった。
【０００８】そこで、本発明は、ノイズ等の影響を受け
ることなくウエハの表面温度を高精度に測定することが
できる表面温度測定装置及び表面温度測定方法を提供す
ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載された発明では、ワー
クの表面温度を測定する表面温度測定装置において、レ
ーザ光を前記ワークの測定点に照射するレーザ光照射部
と、このレーザ光照射部から照射されたレーザ光を分離
して前記ワークの測定点及びこの測定点から所定距離だ
け隔てた位置の参照点に平行に照射するレーザ光分離部
と、前記測定点にパルスレーザ光を照射し、前記測定点
を間欠的に加熱するパルスレーザ光照射部と、前記測定
点及び参照点から反射した反射光を集めて干渉を検出す
る干渉計と、この干渉計で得られた前記測定点の超音波
振動の周波数に基づいて前記測定点の温度を算出する演
算部とを備えるようにした。
【００１０】請求項２に記載された発明は、ワークの表
面温度を測定する表面温度測定方法において、レーザ光
を前記ワークの測定点に照射するレーザ光照射工程と、
このレーザ光照射工程により照射されたレーザ光を分離
して前記ワークの測定点及びこの測定点から所定距離だ
け隔てた位置の参照点に平行に照射するレーザ光分離工
程と、前記測定点にパルスレーザ光を照射し、前記測定
点を間欠的に加熱するパルスレーザ光照射工程と、前記
測定点及び参照点から反射した反射光を集めて干渉を検
出する検出工程と、この検出工程で得られた前記測定点
の超音波振動の周波数に基づいて前記測定点の温度を算
出する演算工程とを備えるようにした。上記手段を講じ
た結果、次のような作用が生じる。すなわち、請求項１
に記載された発明では、ワークの測定点と参照点を設定
することで、ワークに伝導した機械的振動やガスの擾乱
等によるノイズをキャンセルすることができ、高精度な
温度測定を行うことができる。
【００１１】請求項２に記載された発明では、ワークの
測定点と参照点を設定することで、ワークに伝導した機
械的振動やガスの擾乱等によるノイズをキャンセルする
ことができ、高精度な温度測定を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態に係
る表面温度測定装置２０を示す図である。表面温度測定
装置２０は、ウエハ（ワーク）Ｗを収容し成膜を行う成
膜チャンバ２１と、ウエハＷにパルスレーザ光Ｐを照射
するパルスレーザ光照射部２２と、レーザ光Ｌを照射す
るレーザ光照射部２３と、このレーザ光照射部２３から
照射されたレーザ光Ｌの光軸上に配置されレーザ光Ｌの
進行方向に対して４５度の角度で配置されたビームスプ
リッタ２４と、レーザ光Ｌの光軸上に配置されたウォラ
ストンプリズム２５及びレンズ２６と、ビームスプリッ
タ２４の図１中右方に配置されたフォトディテクタ２７
と、このフォトディテクタ２７の出力に接続されたパソ
コン（演算部）２８とを備えている。
【００１３】パルスレーザ光照射部２２は、チョッパが
かかった周期的なパルスレーザ光ＰをウエハＷに照射す
ることで、ウエハＷの測定点において超音波振動を励起
させる機能を有している。なお、パルスレーザ光Ｐのパ
ルス周期はウエハＷの共振周波数にマッチさせるために
可変となっている。
【００１４】ビームスプリッタ２４は入射光を透過する
とともに、反射光を反射するように構成されている。ま
た、ウォラストンプリズム２５は偏光を利用して入射光
を２つに分離する作用を有している。
【００１５】パソコン２８では、フォトディテクタ２７
からの干渉光波形に基づいて理論値と比較し、ウエハＷ
の表面温度を算出する機能を有している。
【００１６】このように構成された表面温度測定装置２
０は、次のようにしてウエハＷの表面温度を測定する。
すなわち、レーザ光照射部２３から照射されたレーザ光
Ｌはウォラストンプリズム２５及びレンズ２６を介して
平行な２光路に分離される。そして、ウエハＷの測定点
Ｗａと参照点Ｗｂとに照射される。なお、測定点Ｗａと
参照点Ｗｂとの距離は、レーザ光Ｌの照射スボットが交
差しない程度に近接している。
【００１７】そして、測定点Ｗａと参照点Ｗｂにおいて
反射した反射光は入射光と同じ光路を逆向きにたどって
戻り、レンズ２６及びウォルストンプリズム２５で２つ
の反射光が合成され干渉光となる。干渉光はビームスプ
リッタ２４を介してフォトディテクタ２７に入射する。
フォトディテクタ２７で検出した干渉光波形のデータは
パソコン２８に取り込み理論値と比較してウエハ表面温
度を決定する。
【００１８】パルスレーザ光ＰでウエハＷを測定点Ｗａ
を加熱することによって、ウエハＷの熱応力に伴って超
音波振動が発生する。超音波振動の強度は共振周波数ω
で振動したとき最大となる。また、共振周波数ωはウエ
ハ表面温度Ｔの平方根に比例する。よってウエハＷの表
面温度が変化したとき、超音波振動の強度がピークとな
る共振周波数ωのシフト量を求めることによりウエハＷ
表面の温度を算出することができる。
【００１９】このような表面温度測定装置２０によれ
ば、測定点Ｗａと参照点Ｗｂとが近接した位置にあるた
め、ＣＶＤ装置から伝導する機械的な振動や成膜チャン
バ２１内のガスの擾乱は測定点にも参照点に対しても同
様に影響することとなる。フォトディテクタ２７では、
その原理上干渉光から光の位相差を検出するものである
から、ＣＶＤから伝導する機械的な振動や成膜チャンバ
内のガスの擾乱は相殺される。したがって、ウエハＷに
伝導するＣＶＤの機械的な振動や成膜チャンバ２１内の
ガスの擾乱によるノイズがキャンセルでき、ウエハＷの
表面温度を測定することができる。
【００２０】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形実施可能であるのは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、ノイズ等の影響を受け
ることなくウエハ等の表面温度を高精度に測定すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定法を実現するための概略構成図
【図２】従来のマイケルソン干渉計を用いた光音響分光
法を用いて表面温度測定装置説明するための概略図
【符号の説明】
２０…表面温度測定装置 ２１…成膜チャンバ ２２…パルスレーザ光照射部 ２３…レーザ光照射部 ２４…ビームスプリッタ ２５…ウォラストンプリズム ２６…レンズ ２７…フォトディテクタ ２８…パソコン（演算部） Ｗ…ウエハ Ｗａ…測定点 Ｗｂ…参照点

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワークの表面温度を測定する表面温度測定
    装置において、 レーザ光を前記ワークの測定点に照射するレーザ光照射
    部と、 このレーザ光照射部から照射されたレーザ光を分離して
    前記ワークの測定点及びこの測定点から所定距離だけ隔
    てた位置の参照点に平行に照射するレーザ光分離部と、 前記測定点にパルスレーザ光を照射し、前記測定点を間
    欠的に加熱するパルスレーザ光照射部と、 前記測定点及び参照点から反射した反射光を集めて干渉
    を検出する干渉計と、 この干渉計で得られた前記測定点の超音波振動の周波数
    に基づいて前記測定点の温度を算出する演算部とを備え
    ていることを特徴とする表面温度測定装置。
  2. 【請求項２】ワークの表面温度を測定する表面温度測定
    方法において、 レーザ光を前記ワークの測定点に照射するレーザ光照射
    工程と、 このレーザ光照射工程により照射されたレーザ光を分離
    して前記ワークの測定点及びこの測定点から所定距離だ
    け隔てた位置の参照点に平行に照射するレーザ光分離工
    程と、 前記測定点にパルスレーザ光を照射し、前記測定点を間
    欠的に加熱するパルスレーザ光照射工程と、 前記測定点及び参照点から反射した反射光を集めて干渉
    を検出する検出工程と、 この検出工程で得られた前記測定点の超音波振動の周波
    数に基づいて前記測定点の温度を算出する演算工程とを
    備えていることを特徴とする表面温度測定方法。
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