JPH11271151A - ウエハ温度モニタ装置、膜厚モニタ装置及びウエハ温度膜厚モニタ装置 - Google Patents
ウエハ温度モニタ装置、膜厚モニタ装置及びウエハ温度膜厚モニタ装置Info
- Publication number
- JPH11271151A JPH11271151A JP7081298A JP7081298A JPH11271151A JP H11271151 A JPH11271151 A JP H11271151A JP 7081298 A JP7081298 A JP 7081298A JP 7081298 A JP7081298 A JP 7081298A JP H11271151 A JPH11271151 A JP H11271151A
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- JP
- Japan
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- wafer
- temperature
- film thickness
- sensor
- monitoring device
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】膜厚の変化や雰囲気ガスの温度変化に影響され
ることなく、半導体ウエハの温度を正確に測定すること
ができるウエハ温度モニタ装置を提供すること。 【解決手段】パターンにレーザ光Ｌを照射するＨｅ−Ｎ
ｅレーザ装置１２と、パターンにおいて反射した回折光
Ｐを受光するＣＣＤカメラ１３，１４、これらＣＣＤカ
メラ１３，１４とパターンとの間に設けられ、ＣＣＤカ
メラ１３，１４との距離がその焦点距離ｆとなるように
配置された凸レンズ１５，１６と、ＣＣＤカメラ１３，
１４上に結像したスポット像Ｍ１，Ｍ２の位置に基づい
て半導体ウエハＷの温度を算出する演算部１７とを備え
るようにした。
ることなく、半導体ウエハの温度を正確に測定すること
ができるウエハ温度モニタ装置を提供すること。 【解決手段】パターンにレーザ光Ｌを照射するＨｅ−Ｎ
ｅレーザ装置１２と、パターンにおいて反射した回折光
Ｐを受光するＣＣＤカメラ１３，１４、これらＣＣＤカ
メラ１３，１４とパターンとの間に設けられ、ＣＣＤカ
メラ１３，１４との距離がその焦点距離ｆとなるように
配置された凸レンズ１５，１６と、ＣＣＤカメラ１３，
１４上に結像したスポット像Ｍ１，Ｍ２の位置に基づい
て半導体ウエハＷの温度を算出する演算部１７とを備え
るようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ上の
パターンに照射して発生した回折光の回折角の変化を利
用してウエハの温度及び膜厚を測定するウエハ温度モニ
タ装置、膜厚モニタ装置及びウエハ温度膜厚モニタ装置
に関し、特に膜厚変化や雰囲気温度による測定値の誤差
を低減したものに関する。
パターンに照射して発生した回折光の回折角の変化を利
用してウエハの温度及び膜厚を測定するウエハ温度モニ
タ装置、膜厚モニタ装置及びウエハ温度膜厚モニタ装置
に関し、特に膜厚変化や雰囲気温度による測定値の誤差
を低減したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の半導体処理装置等に用いら
れるウエハ温度モニタ装置１の原理を示す模式図であ
る。ウエハ温度モニタ装置１は、チャンバ２内に収容さ
れた半導体ウエハＷにレーザ光Ｌを照射するＨｅ−Ｎｅ
レーザ装置３と、半導体ウエハＷに反射した回折光を検
出する一対のＣＣＤカメラ４，５を備えている。成膜チ
ャンバ２内の半導体ウエハＷは高温になると、膨張し、
回折光の反射角度θが変化する。このため、ＣＣＤカメ
ラ４，５による回折光Ｐの検出位置が温度変化に伴って
移動する。この移動量を求めることで、ウエハ温度モニ
タ装置１では、温度測定を行うようにしている。
れるウエハ温度モニタ装置１の原理を示す模式図であ
る。ウエハ温度モニタ装置１は、チャンバ２内に収容さ
れた半導体ウエハＷにレーザ光Ｌを照射するＨｅ−Ｎｅ
レーザ装置３と、半導体ウエハＷに反射した回折光を検
出する一対のＣＣＤカメラ４，５を備えている。成膜チ
ャンバ２内の半導体ウエハＷは高温になると、膨張し、
回折光の反射角度θが変化する。このため、ＣＣＤカメ
ラ４，５による回折光Ｐの検出位置が温度変化に伴って
移動する。この移動量を求めることで、ウエハ温度モニ
タ装置１では、温度測定を行うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のウエハ
温度モニタ装置１では、次のような問題があった。すな
わち、図６に示すように半導体ウエハＷ上に処理の進行
に伴って膜ｎ１，ｎ２が形成されたり、成膜チャンバ２
内の雰囲気ガスの温度が変化し、異なる温度のガス層ｎ
３，ｎ４が生じると、回折光Ｐが屈折し、回折光Ｐ′と
なり、ＣＣＤカメラ４，５に到達する位置がΔｄ分変化
する。このため，膜の厚み変化や雰囲気ガスの温度変化
と半導体ウエハＷの温度変化とを区別できず、正確な温
度をモニタすることができなかった。
温度モニタ装置１では、次のような問題があった。すな
わち、図６に示すように半導体ウエハＷ上に処理の進行
に伴って膜ｎ１，ｎ２が形成されたり、成膜チャンバ２
内の雰囲気ガスの温度が変化し、異なる温度のガス層ｎ
３，ｎ４が生じると、回折光Ｐが屈折し、回折光Ｐ′と
なり、ＣＣＤカメラ４，５に到達する位置がΔｄ分変化
する。このため，膜の厚み変化や雰囲気ガスの温度変化
と半導体ウエハＷの温度変化とを区別できず、正確な温
度をモニタすることができなかった。
【０００４】そこで本発明は、膜厚の変化や雰囲気ガス
の温度変化に影響されることなく、半導体ウエハの温度
を正確に測定することができるウエハ温度モニタ装置及
びウエハ上に形成された薄膜の膜厚を測定できる膜厚モ
ニタ装置及びウエハ温度と膜厚とを同時に測定できるウ
エハ温度膜厚モニタ装置を提供することを目的としてい
る。
の温度変化に影響されることなく、半導体ウエハの温度
を正確に測定することができるウエハ温度モニタ装置及
びウエハ上に形成された薄膜の膜厚を測定できる膜厚モ
ニタ装置及びウエハ温度と膜厚とを同時に測定できるウ
エハ温度膜厚モニタ装置を提供することを目的としてい
る。
【０００５】
【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に記載された発明は、所定の
パターンが形成されたウエハの温度をモニタするウエハ
温度モニタ装置において、前記パターンにレーザ光を照
射するレーザ光照射部と、前記パターンにおいて反射し
た回折光を受光するセンサと、このセンサと前記パター
ンとの間に設けられ、前記センサとの距離がその焦点距
離となるように配置されたレンズと、前記センサ上に結
像したスポット像の位置に基づいて前記ウエハの温度を
算出する演算部とを備えるようにした。
達成するために、請求項１に記載された発明は、所定の
パターンが形成されたウエハの温度をモニタするウエハ
温度モニタ装置において、前記パターンにレーザ光を照
射するレーザ光照射部と、前記パターンにおいて反射し
た回折光を受光するセンサと、このセンサと前記パター
ンとの間に設けられ、前記センサとの距離がその焦点距
離となるように配置されたレンズと、前記センサ上に結
像したスポット像の位置に基づいて前記ウエハの温度を
算出する演算部とを備えるようにした。
【０００６】請求項２に記載された発明は、ウエハに形
成されたパターンにレーザ光を照射するレーザ光照射部
と、前記パターンにおいて反射した回折光を受光するセ
ンサと、このセンサによって受光した回折光の強度に基
づいて前記ウエハ上の薄膜の厚さを測定するようにし
た。
成されたパターンにレーザ光を照射するレーザ光照射部
と、前記パターンにおいて反射した回折光を受光するセ
ンサと、このセンサによって受光した回折光の強度に基
づいて前記ウエハ上の薄膜の厚さを測定するようにし
た。
【０００７】請求項３に記載された発明は、請求項１に
記載されたウエハ温度モニタ装置と請求項２に記載され
た膜厚モニタ装置とを備えて、前記ウエハの温度及び前
記ウエハ上の薄膜の膜厚を同時に測定するようにした。
記載されたウエハ温度モニタ装置と請求項２に記載され
た膜厚モニタ装置とを備えて、前記ウエハの温度及び前
記ウエハ上の薄膜の膜厚を同時に測定するようにした。
【０００８】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、回
折光は凸レンズへの入射角に応じてセンサ上に結像する
位置が定まる。このため、屈折等により回折光が入射す
る位置がずれても結像する位置は変わらないため、薄膜
や雰囲気温度による屈折による影響を受けることなく温
度測定を行うことができる。
生じる。すなわち、請求項１に記載された発明では、回
折光は凸レンズへの入射角に応じてセンサ上に結像する
位置が定まる。このため、屈折等により回折光が入射す
る位置がずれても結像する位置は変わらないため、薄膜
や雰囲気温度による屈折による影響を受けることなく温
度測定を行うことができる。
【０００９】請求項２に記載された発明では、回折光の
強度はウエハ上の薄膜干渉により、その膜厚によって変
化するため、センサによって受光した回折光の強度に基
づいてウエハ上の薄膜の厚さを測定することができる。
請求項３に記載された発明では、ウエハの温度及びウエ
ハ上の薄膜の膜厚を同時に測定することができる。
強度はウエハ上の薄膜干渉により、その膜厚によって変
化するため、センサによって受光した回折光の強度に基
づいてウエハ上の薄膜の厚さを測定することができる。
請求項３に記載された発明では、ウエハの温度及びウエ
ハ上の薄膜の膜厚を同時に測定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態に係
るモニタ装置１０を示す模式図である。モニタ装置１０
は、成膜チャンバ１１内に収容された半導体ウエハＷに
レーザ光を照射するＨｅ−Ｎｅレーザ装置１２と、半導
体ウエハＷに反射した回折光を検出する一対のＣＣＤカ
メラ１３，１４と、これらＣＣＤカメラ１３，１４と半
導体ウエハＷとの間にそれぞれ配置された凸レンズ１
５，１６と、ＣＣＤカメラ１３，１４からの出力に基づ
いて後述するように演算を行う演算部１７を備えてい
る。
るモニタ装置１０を示す模式図である。モニタ装置１０
は、成膜チャンバ１１内に収容された半導体ウエハＷに
レーザ光を照射するＨｅ−Ｎｅレーザ装置１２と、半導
体ウエハＷに反射した回折光を検出する一対のＣＣＤカ
メラ１３，１４と、これらＣＣＤカメラ１３，１４と半
導体ウエハＷとの間にそれぞれ配置された凸レンズ１
５，１６と、ＣＣＤカメラ１３，１４からの出力に基づ
いて後述するように演算を行う演算部１７を備えてい
る。
【００１１】なお、凸レンズ１５，１６とＣＣＤカメラ
１３，１４の撮像面１３ａ，１４ａとは凸レンズ１５，
１６の焦点距離ｆとなるように設定されている。なお、
半導体ウエハＷの表面には、規則的で微細なバターンが
形成されている。
１３，１４の撮像面１３ａ，１４ａとは凸レンズ１５，
１６の焦点距離ｆとなるように設定されている。なお、
半導体ウエハＷの表面には、規則的で微細なバターンが
形成されている。
【００１２】このように構成されたモニタ装置１０で
は、次のようにして半導体ウエハＷの温度を測定する。
すなわち、Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置１２により半導体ウエ
ハＷにレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、半導体ウ
エハＷのパターンの間隔に応じた角度で回折光Ｐとして
反射される。
は、次のようにして半導体ウエハＷの温度を測定する。
すなわち、Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置１２により半導体ウエ
ハＷにレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、半導体ウ
エハＷのパターンの間隔に応じた角度で回折光Ｐとして
反射される。
【００１３】回折光Ｐはそれぞれ凸レンズ１５，１６に
角度ηで入射し、集光され、ＣＣＤカメラ１３，１４上
にそれぞれスポット像Ｍ１，Ｍ２を結ぶ。このとき、回
折光Ｐは凸レンズ１５，１６により集光されているた
め、スポット像Ｍ１，Ｍ２が結像する位置は凸レンズ１
３，１４の焦点ＣからｆΔηだけずれたものとなる。
角度ηで入射し、集光され、ＣＣＤカメラ１３，１４上
にそれぞれスポット像Ｍ１，Ｍ２を結ぶ。このとき、回
折光Ｐは凸レンズ１５，１６により集光されているた
め、スポット像Ｍ１，Ｍ２が結像する位置は凸レンズ１
３，１４の焦点ＣからｆΔηだけずれたものとなる。
【００１４】すなわち、回折光Ｐが凸レンズ１５，１６
に入射する位置に関わらず、ＣＣＤカメラ１３，１４上
のスポット像Ｍ１，Ｍ２は回折光Ｐが凸レンズ１５，１
６に入射する角度ηに応じた位置に結像される。したが
って、回折光Ｐが薄膜や雰囲気温度により屈折すること
で生じる位置ずれは無視できることになる。
に入射する位置に関わらず、ＣＣＤカメラ１３，１４上
のスポット像Ｍ１，Ｍ２は回折光Ｐが凸レンズ１５，１
６に入射する角度ηに応じた位置に結像される。したが
って、回折光Ｐが薄膜や雰囲気温度により屈折すること
で生じる位置ずれは無視できることになる。
【００１５】なお、図３の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ３
００℃、２００℃、１００℃におけるスポット像Ｍ１，
Ｍ２の位置を示す図である。これらスポット像Ｍ１，Ｍ
２の位置信号が演算部１７に入力される。演算部１７で
は、スポット像Ｍ１，Ｍ２の位置信号に基づいて両者の
間隔Ｘを算出し、間隔Ｘの値から半導体ウエハＷの温度
を算出する。
００℃、２００℃、１００℃におけるスポット像Ｍ１，
Ｍ２の位置を示す図である。これらスポット像Ｍ１，Ｍ
２の位置信号が演算部１７に入力される。演算部１７で
は、スポット像Ｍ１，Ｍ２の位置信号に基づいて両者の
間隔Ｘを算出し、間隔Ｘの値から半導体ウエハＷの温度
を算出する。
【００１６】また、回折光Ｐの強度は半導体ウエハＷ上
の膜厚の増減に伴い、正弦波的に変化するため、ＣＣＤ
カメラ１３，１４に結像するスポット像の強度を測定す
ることにより、半導体ウエハＷ上に形成される膜厚を同
時に測定することができる。
の膜厚の増減に伴い、正弦波的に変化するため、ＣＣＤ
カメラ１３，１４に結像するスポット像の強度を測定す
ることにより、半導体ウエハＷ上に形成される膜厚を同
時に測定することができる。
【００１７】なお、図４の（ａ），（ｂ）は測定対象の
半導体ウエハＷが傾いた場合を示している。半導体ウエ
ハＷが傾くと、スポット像Ｍ１，Ｍ２の位置がずれる。
しかしながら、この傾きの影響は２つのセンサの両方に
同じ影響を及ぼすため，２つのスポット像Ｍ１，Ｍ２の
間隔Ｘは変化せず、半導体ウエハＷの傾きを打ち消すこ
とができ、正確な温度測定を行うことができる。
半導体ウエハＷが傾いた場合を示している。半導体ウエ
ハＷが傾くと、スポット像Ｍ１，Ｍ２の位置がずれる。
しかしながら、この傾きの影響は２つのセンサの両方に
同じ影響を及ぼすため，２つのスポット像Ｍ１，Ｍ２の
間隔Ｘは変化せず、半導体ウエハＷの傾きを打ち消すこ
とができ、正確な温度測定を行うことができる。
【００１８】上述したように本実施の形態に係るモニタ
装置１０によれば、回折光Ｐを集光してＣＣＤカメラ１
３，１４の撮像面上に凸レンズ１５，１６に入射した角
度に応じた位置にスポット像Ｍ１，Ｍ２を作り、これら
スポット像Ｍ１，Ｍ２の間隔を測定することにより、半
導体ウエハＷ上に形成される膜厚や雰囲気温度の変化の
影響を打ち消し、測定誤差を減少できる。なお、本発明
は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。
装置１０によれば、回折光Ｐを集光してＣＣＤカメラ１
３，１４の撮像面上に凸レンズ１５，１６に入射した角
度に応じた位置にスポット像Ｍ１，Ｍ２を作り、これら
スポット像Ｍ１，Ｍ２の間隔を測定することにより、半
導体ウエハＷ上に形成される膜厚や雰囲気温度の変化の
影響を打ち消し、測定誤差を減少できる。なお、本発明
は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。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、薄膜や雰囲気温度によ
る屈折による影響を受けることなくウエハの温度測定及
び膜厚測定を行うことができる。
る屈折による影響を受けることなくウエハの温度測定及
び膜厚測定を行うことができる。
【図１】本発明の一実施の形態を示すモニタ装置の構成
を示す図。
を示す図。
【図２】同モニタ装置に組込まれたレンズとＣＣＤカメ
ラとの位置関係を示す模式図。
ラとの位置関係を示す模式図。
【図３】同モニタ装置に組込まれたＣＣＤカメラによる
スポット像を示す図。
スポット像を示す図。
【図４】同モニタ装置における半導体ウエハの傾きを打
ち消した状態を示す図。
ち消した状態を示す図。
【図５】従来のウエハ温度モニタ装置の構成を示す図。
【図６】同ウエハ温度モニタ装置における雰囲気温度及
び膜厚による影響を示す図。
び膜厚による影響を示す図。
１０…モニタ装置 １１…成膜チャンバ １２…Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置 １３，１４…ＣＣＤカメラ（センサ） １５，１６…凸レンズ １７…演算部
Claims (3)
- 【請求項１】所定のパターンが形成されたウエハの温度
をモニタするウエハ温度モニタ装置において、 前記パターンにレーザ光を照射するレーザ光照射部と、 前記パターンにおいて反射した回折光を受光するセンサ
と、 このセンサと前記パターンとの間に設けられ、前記セン
サとの距離がその焦点距離となるように配置されたレン
ズと、 前記センサ上に結像したスポット像の位置に基づいて前
記ウエハの温度を算出する演算部とを備えていることを
特徴とするウエハ温度モニタ装置。 - 【請求項２】ウエハに形成されたパターンにレーザ光を
照射するレーザ光照射部と、 前記パターンにおいて反射した回折光を受光するセンサ
と、 このセンサによって受光した回折光の強度に基づいて前
記ウエハ上の薄膜の厚さを測定することを特徴とする膜
厚モニタ装置。 - 【請求項３】請求項１に記載されたウエハ温度モニタ装
置と請求項２に記載された膜厚モニタ装置とを備えて、 前記ウエハの温度及び前記ウエハ上の薄膜の膜厚を同時
に測定することを特徴とするウエハ温度膜厚モニタ装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7081298A JPH11271151A (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | ウエハ温度モニタ装置、膜厚モニタ装置及びウエハ温度膜厚モニタ装置 |
| US09/261,972 US6541287B2 (en) | 1998-03-19 | 1999-03-03 | Temperature measuring method and apparatus, measuring method for the thickness of the formed film, measuring apparatus for the thickness of the formed film thermometer for wafers |
| US10/206,186 US6780657B2 (en) | 1998-03-19 | 2002-07-29 | Temperature measuring method and apparatus, measuring method for the thickness of the formed film, measuring apparatus for the thickness of the formed film thermometer for wafers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7081298A JPH11271151A (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | ウエハ温度モニタ装置、膜厚モニタ装置及びウエハ温度膜厚モニタ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11271151A true JPH11271151A (ja) | 1999-10-05 |
Family
ID=13442369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7081298A Pending JPH11271151A (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | ウエハ温度モニタ装置、膜厚モニタ装置及びウエハ温度膜厚モニタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11271151A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104236695A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-24 | 合肥工业大学 | 动态系统多物理场成像检测系统 |
-
1998
- 1998-03-19 JP JP7081298A patent/JPH11271151A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104236695A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-24 | 合肥工业大学 | 动态系统多物理场成像检测系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050126 |
|
| A977 | Report on retrieval |
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061017 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070403 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |