JPS63243826A - Optical device for temperature measurement - Google Patents

Optical device for temperature measurement

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Publication number
JPS63243826A
JPS63243826A JP62079495A JP7949587A JPS63243826A JP S63243826 A JPS63243826 A JP S63243826A JP 62079495 A JP62079495 A JP 62079495A JP 7949587 A JP7949587 A JP 7949587A JP S63243826 A JPS63243826 A JP S63243826A
Authority
JP
Japan
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aperture stop
wafer
temperature
optical system
lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP62079495A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Uehara
誠 上原
Hajime Ichikawa
元 市川
Masahiko Yomoto
与本 雅彦
Shigeru Kato
茂 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP62079495A priority Critical patent/JPS63243826A/en
Priority to US07/092,125 priority patent/US4859832A/en
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Abstract

PURPOSE:To detect the accurate temperature of even a wafer being heated by photoirradiation at all times by cooling the aperture stop of the objective in a light measurement optical system. CONSTITUTION:The temperature measurement optical system 10 provided below the center of a quartz chamber 2 consists of the objective 7 which forms an image of the wafer 5 through the aperture stop SA, the relay lens composed of two positive lens groups 8 and 9 for re-forming the wafer image obtained by the objective 7 on a detector 11, and a mirror 12 for two-dimensional scanning and a filter 13 which are arranged at a position S1 conjugate to the aperture stop. Then a cooling means 20 is provided at the periphery of the aperture stop SA and cooling water is supplied at all times by a circulation system to hold the aperture stop SA below constant temperature. Thus, the aperture stop SA of the objective is cooled to minimize heating emitted light incident directly on the temperature measurement optical system from a heating device and heating emitted light from a body to be heated by the aperture stop SA of the objective 7.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、温度測定用の光学装置、特に半導体素子の製
造工程に用いられるランプアニール装置の測温光学装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical device for temperature measurement, and particularly to a temperature measurement optical device for a lamp annealing apparatus used in the manufacturing process of semiconductor devices.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、半導体素子の製造工程において光の熱作用及び化
学作用を利用する技術が採用されてきており、このため
の光照射装置の開発が進められてきている。この種の光
照射装置としては、高い照射エネルギーを持つと共に、
被照射物体としてのウェハ面の全面で均一に化学反応を
進行させるために均一な加熱を行う必要がある。このよ
うな光照射装置として、石英チャンバー内の被処理ウェ
ハに対し、石英チャンバーの上方と下方に各10木程度
の加熱用棒状ハロゲン光源を配置したもの等種々の構成
が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, technology that utilizes the thermal and chemical effects of light has been adopted in the manufacturing process of semiconductor devices, and the development of light irradiation devices for this purpose has been progressing. This type of light irradiation device has high irradiation energy and
It is necessary to perform uniform heating in order to cause the chemical reaction to proceed uniformly over the entire surface of the wafer, which is the object to be irradiated. As such a light irradiation device, various configurations have been proposed, such as one in which heating bar-shaped halogen light sources of about 10 pieces each are arranged above and below the quartz chamber for the wafer to be processed in the quartz chamber.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、どのような構成の加熱装置においても、
加熱中のウェハの温度の均一性を維持するために、ウェ
ハ全面にわたる温度分布を検出する必要がある。そして
、光加熱装置における特殊条件として、測温光学装置自
体が光加熱の影響を受けるために、光加熱中に常時正確
な温度を検出することが難しいという問題があった。こ
のため、加熱中のウェハに温度分布のムラが生じている
場合にも加熱中に補正を行うことができず、温度の均一
性を保つことができず、また加熱による化学処理も均一
に行うことが難しいという問題があった。
However, regardless of the configuration of the heating device,
In order to maintain uniformity of the temperature of the wafer during heating, it is necessary to detect the temperature distribution over the entire surface of the wafer. As a special condition in the optical heating device, since the temperature measuring optical device itself is affected by optical heating, there is a problem in that it is difficult to always accurately detect the temperature during optical heating. For this reason, even if there is uneven temperature distribution on the wafer being heated, it cannot be corrected during heating, making it impossible to maintain temperature uniformity, and chemical processing by heating cannot be performed uniformly. The problem was that it was difficult.

そこで本発明は、光照射による加熱中のウェハに対して
も、常時正確な温度検出が可能な測温光学装置を提供す
ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an optical temperature measuring device that can always accurately detect the temperature of a wafer that is being heated by light irradiation.

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、加熱手段によって加熱される被加熱物体の温
度を測定するための測温光学系を有する測温光学装置に
おいて、該測温光学系として被加熱物体面の像を温度検
出手段上に形成するための対物レンズと、該対物レンズ
の入射光量を制限するための開口絞りとを設け、この測
温光学系の開口絞りを冷却する冷却手段を設けたもので
ある。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a temperature measuring optical device having a temperature measuring optical system for measuring the temperature of a heated object heated by a heating means. An objective lens for forming an image of the object surface on the temperature detection means and an aperture stop for limiting the amount of light incident on the objective lens are provided, and a cooling means is provided for cooling the aperture stop of the temperature measuring optical system. It is something that

また、開口絞りを対物レンズの被加熱物体側の焦点位置
に配置して、対物レンズをその射出側でテレセンドリン
クに構成することができ、さらに、測温光学系内に光走
査部材を前記開口絞りと共役な位置に設ける構成とする
ことができる。そして、開口絞りの被加熱物体側に、被
加熱物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズを配置す
ることが可能であり、この場合、開口絞りの冷却手段に
よって、このメニスカスレンズをも冷却する構成とする
ことができる。
Further, the aperture stop can be arranged at the focal position of the objective lens on the heated object side, so that the objective lens can be configured as a telescopic link on the exit side thereof, and furthermore, the optical scanning member can be disposed within the temperature measuring optical system at the aperture position of the objective lens. It can be configured to be provided at a position conjugate with the diaphragm. It is possible to arrange a negative meniscus lens with a convex surface facing the heated object side on the heated object side of the aperture diaphragm, and in this case, this meniscus lens is also cooled by the cooling means of the aperture diaphragm. It can be done.

〔作用〕[Effect]

このように測温光学系中の対物レンズの開口絞りを冷却
することによって、加熱装置から直接測温光学系に入射
する加熱輻射光や、被加熱物体からの加熱輻射光が対物
レンズの開口絞りによって最小限に押さえられるため、
測温光学系自体が加熱されて測温性能に異常をきたすこ
とが防止できる。
By cooling the aperture diaphragm of the objective lens in the temperature measurement optical system in this way, the heating radiation that enters the temperature measurement optical system directly from the heating device and the heating radiation from the object to be heated can be cooled to the aperture diaphragm of the objective lens. Because it is minimized by
It is possible to prevent the temperature measurement optical system itself from being heated and causing an abnormality in temperature measurement performance.

また、開口絞りを前記対物レンズの被加熱物体側の焦点
位置に配置することによって、対物レンズをその射出側
でテレセンドリンクに形成することができるので、後続
の光学系を小型に構成できる。さらに、測温光学系に前
記開口絞りの共役位置に配置された光走査部材を設ける
構成とすることとすれば、被加熱物体面上の任意の位置
の温度を逐次測定することが可能となる。そして、測温
光学系の対物レンズは開口絞りの後方に配置するのが好
ましいが、対物レンズとしての画角を拡大するために開
口絞りの被加熱物体側に、被加熱物体側に凸面を向けた
負メニスカスレンズを配置することによって、被加熱物
体上のより広い範囲の温度を正確に検出することが可能
である。この場合、開口絞りの冷却手段によって、この
メニスカスレンズをも冷却することとすれば、メニスカ
スレンズの加熱も防止することが可能となる。
Further, by arranging the aperture stop at the focal position of the objective lens on the heated object side, the objective lens can be formed into a telescopic link on its exit side, so that the subsequent optical system can be configured in a compact size. Furthermore, if the temperature measurement optical system is configured to include a light scanning member placed at a conjugate position of the aperture stop, it becomes possible to successively measure the temperature at any position on the surface of the heated object. . The objective lens of the temperature measurement optical system is preferably placed behind the aperture diaphragm, but in order to expand the angle of view as an objective lens, the convex surface should be oriented toward the heated object side of the aperture diaphragm. By arranging a negative meniscus lens, it is possible to accurately detect a wider temperature range on the heated object. In this case, if this meniscus lens is also cooled by the cooling means of the aperture diaphragm, it is possible to prevent the meniscus lens from being heated.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.

第1図は本発明による第1実施例の測温光学装置を採用
した光照射装置の概略構成を示す断面図であり、第2図
はこの光照射装置に用いられている環状光源の構成を示
す平面図である。ここに示した光照射装置は、本願と同
一出願人による特願昭61−211208号にて開示し
た構成を基本とするものである。すなわち、先の出願に
て開示した装置では、被照射物体の中心に対応する所定
の軸を中心として同心状に配置された複数の環状光源を
設け、これら同心状に配置された環状光源によって被照
射物体としてのウェハを照明し加熱するものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light irradiation device that employs a temperature measuring optical device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a configuration of an annular light source used in this light irradiation device. FIG. The light irradiation device shown here is based on the configuration disclosed in Japanese Patent Application No. 61-211208 filed by the same applicant as the present application. That is, in the device disclosed in the previous application, a plurality of annular light sources are arranged concentrically around a predetermined axis corresponding to the center of the object to be irradiated, and the object is illuminated by the annular light sources arranged concentrically. It illuminates and heats a wafer as an irradiation object.

さて第1図において、石英チャンバー2の中央に被照射
物体としてのウェハ5が支持台6上に載置されている。
Now, in FIG. 1, a wafer 5 as an object to be irradiated is placed on a support table 6 in the center of a quartz chamber 2. As shown in FIG.

チャンバー2の上面及び下面には、それぞれウェハ5の
中心位置上の法線Nに対応する直線を中心として同心状
に複数の環状光源1a、lb、lcが配置されている。
On the upper and lower surfaces of the chamber 2, a plurality of annular light sources 1a, lb, and lc are arranged concentrically about a straight line corresponding to the normal N on the center position of the wafer 5, respectively.

図示した3木の環状光ala、1b、ICは、第2図に
示す如く、ウェハのほぼ中心に対応する法線Nを中心と
して同心状に配置されている。第2図中の各環状光源に
おいてその実質的発光部を破線にて示した。
The three illustrated annular lights ala, 1b, and IC are arranged concentrically around a normal N corresponding to approximately the center of the wafer, as shown in FIG. In each annular light source in FIG. 2, the substantial light emitting part is indicated by a broken line.

チャンバー2の中央上方にはガス雰囲気を供給するため
の給気口4a、中央下方には排気口4bが設けられ、被
処理ウェハの交換のための取り出し口3とともに、チャ
ンバー内を真空又は所望のガス雰囲気による一定圧力に
維持できるように構成されている。
An air supply port 4a for supplying a gas atmosphere is provided at the upper center of the chamber 2, and an exhaust port 4b is provided at the lower center. It is constructed so that a constant pressure can be maintained by the gas atmosphere.

チャンバーの中央下方に設けられた測温光学系lOは、
開口絞りSAを通してウェハ5の像を形成する対物レン
ズ7、該対物レンズによるウェハ像をディテクター11
上に再結像するための2つの正レンズ群8,9により構
成されたリレーレンズ、及びリレーレンズの間の開口絞
りとの共役位置S1に配置された2次元走査角ミラーエ
2及びフィルター13で構成されている。開口絞りS、
は対物レンズ7のウェハ5側の焦点位置に配置され、対
物レンズを射出するウェハ面からの主光線Pは図中破線
で示した如く光軸に平行となり、所謂テレセンドリンク
に形成されている。そして、開口絞りSAの周囲には冷
却手段20が設けられており、図示なき循環系により常
時冷却水が供給され、開口絞りSAを一定の温度以下に
維持している。
The temperature measurement optical system IO installed at the lower center of the chamber is
An objective lens 7 forms an image of the wafer 5 through the aperture stop SA, and a detector 11 detects the wafer image formed by the objective lens.
A relay lens composed of two positive lens groups 8 and 9 for re-forming an image upward, and a two-dimensional scanning angle mirror 2 and filter 13 arranged at a conjugate position S1 with the aperture stop between the relay lenses. It is configured. Aperture diaphragm S,
is placed at the focal point of the objective lens 7 on the wafer 5 side, and the principal ray P from the wafer surface exiting the objective lens is parallel to the optical axis as shown by the broken line in the figure, forming a so-called telecenter link. A cooling means 20 is provided around the aperture stop SA, and cooling water is constantly supplied by a circulation system (not shown) to maintain the aperture stop SA below a certain temperature.

ウェハ5からの黒体輻射エネルギーは対物レンズ7、リ
レーレンズを形成する2つの正レンズ8゜9及びその間
に配置された2次元走査ミラー12によりディテクター
11に導かれ、2次元走査ミラー12の回転よるウェハ
面全体の走査により、ウェハ全面での温度分布を計測す
ることができる。2次元走査ミラー12と正レンズ9と
の間には、波長域4μ11〜6μmの測温波長のみを透
過するバンドパスフィルター13が配置されている。対
物レンズ7の全面に向かってくる輻射のうち開口絞りS
Aの開口部に達する輻射以外は遮光され、吸収による発
熱は冷却水によって除去されるため、ディテクター11
によって測定されるウェハ面上の温度に誤差を生ずると
いう問題が解消される。そして、測温光学系の後続の構
成部材が加熱されることがないため、光学系の特性に変
化をきたし性能の劣下を生ずることも防止できる。
The black body radiation energy from the wafer 5 is guided to the detector 11 by the objective lens 7, two positive lenses 8°9 forming a relay lens, and the two-dimensional scanning mirror 12 disposed between them, and the two-dimensional scanning mirror 12 is rotated. By scanning the entire wafer surface, the temperature distribution over the entire wafer surface can be measured. A bandpass filter 13 is arranged between the two-dimensional scanning mirror 12 and the positive lens 9, which transmits only temperature measurement wavelengths in the wavelength range of 4 μm to 6 μm. Of the radiation directed toward the entire surface of the objective lens 7, the aperture diaphragm S
Light is blocked except for radiation reaching the opening of A, and heat generated by absorption is removed by cooling water, so the detector
This solves the problem of errors in the temperature measured on the wafer surface. Further, since the subsequent constituent members of the temperature measuring optical system are not heated, it is possible to prevent changes in the characteristics of the optical system and deterioration of performance.

第2図の平面図に示す如く同心状に配置された環状光[
1a、lb、lcは色温度が3000°に程度のハロゲ
ンランプで、発光スペクトルはブランクの放射式により
、第3図の実線で示す如き分布を持つ。しかし、石英製
のチャンバー2を介してウェハ5を照射するため、石英
の透過域と重複する0、3μl〜3.5μmの波長域の
光束によってウェハが照射される。そして、シリコンウ
ェハ等の被照射物体は一般に、1.1μm程夜0波長ま
でを良く吸収するため、石英チャンバーを透過する波長
域の光束によって効率よく加熱される。800゛に〜1
500’ K (500″C〜1200″C)に加熱さ
れたウェハも同様にブランクの放射式により、第3図の
破線で示されたスペクトル分布から一点鎖線で示された
スペクトル分布を示すため、バンドパスフィルターによ
り4μ111〜6μmの波長域を、測温波長とすること
によって、加熱用の環状光源からの照射光の影響を受け
ずにウェハの温度を検出することが可能となる。従って
、測温光学系の光学部材としては、上記測温波長域の透
過率に優れたZnS+Zn5e+CaFz、Ge、S+
等の材料で構成することが必要である。
As shown in the plan view of Fig. 2, annular lights arranged concentrically [
1a, lb, and lc are halogen lamps with a color temperature of about 3000°, and the emission spectrum has a distribution as shown by the solid line in FIG. 3 according to the blank radiation equation. However, since the wafer 5 is irradiated through the chamber 2 made of quartz, the wafer is irradiated with a light beam in a wavelength range of 0.3 μl to 3.5 μm, which overlaps the transmission range of quartz. Since the object to be irradiated, such as a silicon wafer, generally absorbs well up to the 0 wavelength of about 1.1 μm, it is efficiently heated by the light beam in the wavelength range that passes through the quartz chamber. 800゛~1
Similarly, a wafer heated to 500' K (500'C to 1200'C) exhibits a spectral distribution shown by the dashed line in FIG. 3 from the spectral distribution shown by the dashed line in FIG. By using the bandpass filter to set the wavelength range of 4 μm to 6 μm as the temperature measurement wavelength, it becomes possible to detect the temperature of the wafer without being affected by the irradiation light from the annular heating light source. Therefore, as optical members for the temperature measurement optical system, ZnS+Zn5e+CaFz, Ge, S+, etc., which have excellent transmittance in the above temperature measurement wavelength range, are recommended.
It is necessary to construct it from materials such as

被照射物体としての半導体ウェハ5は、過去のプロセス
、ロット、ガス雰囲気などにより、光エネルギーの熱変
換や放熱条件が異なるため、本実施例では、2次元走査
可能な1i11温光学系10により常時被照射物体の全
面を測温し、その温度の絶対値及び均一性を制御するた
めに各環状光源の食前をコントロールする。
Since the semiconductor wafer 5 as the object to be irradiated has different heat conversion and heat radiation conditions of light energy depending on the past process, lot, gas atmosphere, etc., in this embodiment, the semiconductor wafer 5 is constantly irradiated by the 1i11 temperature optical system 10 capable of two-dimensional scanning. The temperature of the entire surface of the irradiated object is measured, and the temperature before each annular light source is controlled in order to control the absolute value and uniformity of the temperature.

尚、上記の如き実施例の構成においては′、同心状に配
置された環状光源によって光照射をおこなう構成である
ため、被照射物体の中心に関して回転対称な光源形状と
なり、はぼ回転対称のウェハに対して均一な照明が可能
となり、光照射による加熱や化学反応をウェハの全面に
わたって均一に行うことが可能である。そして、各環状
光源の発光量を独立に制御することによって被照射物体
面の全面にわたって均一な温度を維持しつつ加熱するこ
とが可能となる。
In the configuration of the above embodiment, since light is irradiated by concentrically arranged annular light sources, the shape of the light source is rotationally symmetrical with respect to the center of the irradiated object, and the wafer is approximately rotationally symmetrical. It is possible to uniformly illuminate the wafer, and it is possible to uniformly perform heating and chemical reactions by light irradiation over the entire surface of the wafer. By independently controlling the amount of light emitted from each annular light source, it becomes possible to heat the irradiated object while maintaining a uniform temperature over the entire surface.

そして、光源が被照射物体に面して同心状に配置された
環状光源からなる回転対称形状であるため、上記実施例
の如く環状光源の中心位置に測温光学系を配置すること
ができ、被照射物体を環状光源の中心軸上に配置するこ
とによって被照射物体の中心軸上から被照射物体面を非
接触で光学的に観測することが可能となる。そして、被
照射物体を特定のガス雰囲気中に置いて光照射するため
のチャンバーを用いる場合には、チャンバー内にガスを
供給及び排気する給排気口を環状光源のほぼ中心位置を
通して設けることができ、被照射物体の中心位置からガ
スの供給及び排気を行うことができるので、ガスによる
化学反応の均一性を維持するにも極めて有利となる。ま
た、環状光源としては、第2図に示した如く全円周に渡
って発光部が連続する光源を実現することは難しく、実
用上は所望の角度の円弧状光源を複数組み合わせて1つ
の環状光源を形成することが好ましく、直線状の光源を
複数環状に組み合わせることも可能である。
Since the light source has a rotationally symmetrical shape consisting of an annular light source arranged concentrically facing the irradiated object, the temperature measuring optical system can be arranged at the center of the annular light source as in the above embodiment. By arranging the irradiated object on the central axis of the annular light source, it becomes possible to optically observe the surface of the irradiated object from the central axis of the irradiated object in a non-contact manner. When using a chamber for irradiating light while placing an object to be irradiated in a specific gas atmosphere, a supply/exhaust port for supplying and exhausting gas into the chamber can be provided through approximately the center of the annular light source. Since the gas can be supplied and exhausted from the center of the irradiated object, it is extremely advantageous in maintaining the uniformity of the chemical reaction caused by the gas. Furthermore, as an annular light source, it is difficult to realize a light source in which the light emitting part is continuous over the entire circumference as shown in Fig. It is preferable to form a light source, and it is also possible to combine a plurality of linear light sources into an annular shape.

第4図は本発明による測温光学装置の第2実施例の概略
構成を示す図であり、ウェハ5に対する加熱用光源は図
示していない。この実施例では、対物レンズによるウェ
ハ像を第1のリレーレンズR3と第2のリレーレンズR
2とによってディテクター11に導くものである。第4
図では測温光学系30を構成するレンズ群は薄肉系とみ
なして図示し、第1図に示した第1実施例と実質的に同
一の機能を有する部材には同一の符号を付した。開口絞
りS、を通過するウェハ5からの輻射赤外光は対物レン
ズ7により集光されて像面I0上にウェハの像が形成さ
れる。像面■。からの光束は正レンズ群8.9から成る
第1リレーレンズR1により像面[、上に再結像され、
さらに正レンズ14,15からなる第2リレーレンズR
2によってディテクター11上に再結像される。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the temperature measuring optical device according to the present invention, and a light source for heating the wafer 5 is not shown. In this embodiment, the wafer image formed by the objective lens is transferred to the first relay lens R3 and the second relay lens R3.
2 to the detector 11. Fourth
In the figure, the lens group constituting the temperature measurement optical system 30 is shown as a thin-walled system, and members having substantially the same functions as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are given the same reference numerals. The radiant infrared light from the wafer 5 passing through the aperture stop S is condensed by the objective lens 7 to form an image of the wafer on the image plane I0. Image surface ■. The light flux from is re-imaged onto the image plane [,
Furthermore, a second relay lens R consisting of positive lenses 14 and 15
2 on the detector 11.

この第2実施例では、2つのリレーレンズR1、R2に
よって、対物レンズ7からディテクター11までの距離
を大きくすることができるため、加熱装置からディテク
ターをより離れた位置に設置することが可能となり、デ
ィテクターに対する加熱源の影響を防止できるので測温
精度を向上させ得ると共に、加熱装置と測温装置との構
成の自由度も高まる。ここでは、第1リレーレンズR,
の2つの正レンズ群8.9の間に開口絞りSAの共役位
置S1が形成され、第2リレーレンズR1の2つの正レ
ンズ14.15の間に開口絞りSAとの第2の共役位置
S2が形成され、この位置に2次元走査ミラー12が配
置されている。そして、第1リレーレンズR3による像
面11上には視野絞りS、が配置され、この視野絞りS
、のディテクター側の面を鏡面に形成することによって
、ディテクターのす、ルシサス信号を得る構成とするこ
とができ、また2次元走査ミラー12の位置検出信号を
得る構成とすることもできる。
In this second embodiment, since the distance from the objective lens 7 to the detector 11 can be increased by the two relay lenses R1 and R2, it is possible to install the detector further away from the heating device. Since the influence of the heating source on the detector can be prevented, temperature measurement accuracy can be improved, and the degree of freedom in configuring the heating device and the temperature measurement device can also be increased. Here, the first relay lens R,
A conjugate position S1 of the aperture stop SA is formed between the two positive lens groups 8.9, and a second conjugate position S2 with the aperture stop SA is formed between the two positive lenses 14.15 of the second relay lens R1. is formed, and a two-dimensional scanning mirror 12 is placed at this position. A field stop S is arranged on the image plane 11 formed by the first relay lens R3.
By forming the surface on the detector side of , into a mirror surface, it is possible to obtain a lucidus signal from the detector, and it is also possible to obtain a position detection signal of the two-dimensional scanning mirror 12.

第5図は、第4図に示した第2実施例の測温光学系30
の構成の実用的なレンズ構成を示す光路図である。図示
のように、対物レンズ7は、開口絞りS、のウェハ5側
に配置されたウェハ側に凸面を向けた負メニスカスレン
ズ7aを有し、開口絞りの後方に配置され、開口絞り側
に凹面を向けた正メニスカスレンズ7bと両凸正レンズ
7c及び開口絞り側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
7d及びウェハ像■。を挟んで配置された開口絞り側に
凸面を向けた負メニスカスレンズ7eによって構成され
ている。対物レンズ7が開口絞りSAのウェハ5側に負
メニスカスレンズ7aを有する構成であることによって
、対物レンズ7を極めて広画角に構成することができ、
ウェハ5の周辺部における温度検出も正確に行うことが
可能となる。そして、第1リレーレンズR1を構成する
正レンズ8はディテクター側に凸の正メニスカスレンズ
で構成され、第1リレーレンズR,の正レンズ群9は正
レンズ9aとウェハ側に凸面を向けたメニスカスレンズ
9bとで構成されている。第2リレーレンズR2を構成
する正レンズ群14はディテクター側に凸のメニスカス
レンズ14aと正レンズ14bからなる正レンズ群14
と正レンズ群15とで構成されている。
FIG. 5 shows the temperature measuring optical system 30 of the second embodiment shown in FIG.
FIG. 2 is an optical path diagram showing a practical lens configuration having the configuration. As shown in the figure, the objective lens 7 has a negative meniscus lens 7a disposed on the wafer 5 side of the aperture stop S with a convex surface facing the wafer side, and a negative meniscus lens 7a disposed behind the aperture stop S with a concave surface facing the aperture stop side. A positive meniscus lens 7b and a biconvex positive lens 7c whose convex surface faces toward the aperture stop, a positive meniscus lens 7d whose convex surface faces toward the aperture stop, and a wafer image ■. It is constituted by a negative meniscus lens 7e with a convex surface facing the aperture stop side arranged on both sides of the lens. Since the objective lens 7 has a negative meniscus lens 7a on the wafer 5 side of the aperture stop SA, the objective lens 7 can be configured to have an extremely wide angle of view.
It is also possible to accurately detect the temperature in the periphery of the wafer 5. The positive lens 8 constituting the first relay lens R1 is composed of a positive meniscus lens convex toward the detector side, and the positive lens group 9 of the first relay lens R is composed of a positive lens 9a and a meniscus lens having a convex surface facing the wafer side. It is composed of a lens 9b. The positive lens group 14 constituting the second relay lens R2 includes a meniscus lens 14a convex toward the detector side and a positive lens 14b.
and a positive lens group 15.

ここで、第1リレーレンズR,の後方正レンズ群9と第
2リレーレンズR2の前方正レンズ群14とはは視野絞
りS、に関して対称に構成されており、開口絞りSAの
共役位置S、とS2とを等倍の結像関係に形成している
。開口絞りSAの共役位置S2に配置された2次元走査
ミラーI2を2次元的に回転させることによって、ウェ
ハ5面上の任意の位置からの赤外放射光をディテクター
11に導(ことができ、各位置における温度を検出する
ことが可能である。第5図には、ウェハ5面上の中心点
Q、  (測温光学系30の光軸上の点)についての結
像光線の様子を実線で、またウェハの周辺部の点Q、e
ついての結像光線の様子を破線でそれぞれ示した。尚、
2次元走査ミラー12を1次元走査ミラーとし、開口絞
りと共役な位置S、にもう1つの1次元走査ミラーを設
けることによっても、ウェハの全面を直交座標に沿って
走査することが可能である。また、1つの1次元走査ミ
ラーとディテクターとを一体的に対物レンズの光軸を中
心として回転可能に構成することによって、ウェハ面の
全体を極座標に沿って走査することが可能である。
Here, the rear positive lens group 9 of the first relay lens R and the front positive lens group 14 of the second relay lens R2 are configured symmetrically with respect to the field stop S, and the conjugate position S of the aperture stop SA, and S2 are formed in an imaging relationship of equal magnification. By two-dimensionally rotating the two-dimensional scanning mirror I2 placed at the conjugate position S2 of the aperture stop SA, infrared radiation from any position on the wafer 5 surface can be guided to the detector 11. It is possible to detect the temperature at each position. In FIG. Also, points Q and e on the periphery of the wafer
The state of the image-forming light rays is shown by broken lines. still,
It is also possible to scan the entire surface of the wafer along the orthogonal coordinates by using the two-dimensional scanning mirror 12 as a one-dimensional scanning mirror and by providing another one-dimensional scanning mirror at a position S that is conjugate with the aperture stop. . Further, by configuring one one-dimensional scanning mirror and the detector to be integrally rotatable about the optical axis of the objective lens, it is possible to scan the entire wafer surface along polar coordinates.

そして、測温光学系30を構成するレンズ部材は、全て
測温波長域の赤外光を十分良好に透過する+・1料で形
成されることが必要であるが、特に対物レンズ7の最も
ウェハ側に位置するメニスカスレンズ7aは、加熱照射
光によって加熱されるのを防ぐために、加熱照射光をも
良く透過する材料であることが必要である。このため、
最もウェハ側のメニスカスレンズ7aは、ZnS (ジ
ンクサルファイド)。
All of the lens members constituting the temperature measurement optical system 30 must be made of a +1 material that can sufficiently transmit infrared light in the temperature measurement wavelength range. In order to prevent the meniscus lens 7a located on the wafer side from being heated by the heating irradiation light, it needs to be made of a material that also transmits the heating irradiation light well. For this reason,
The meniscus lens 7a closest to the wafer is made of ZnS (zinc sulfide).

Zn5e’(ジンクセレン)、CaFz (カルシウム
フロライド)から選択されることが望ましく、本実施例
では比較灼熱伝動の良好なZnS、 Zn5eのうちZ
nSを用いている。最もウェハ側のレンズに熱伝動の良
好な材料を採用したのは、後述する開口絞りの冷却手段
によって、このレンズをも冷却する際の熱交換を容易と
し、レンズの加熱防止効果を高めるためである。さらに
、メニスカスレンズ7aの表面には、4〜6μmの測温
波長域をi3遇し、1,1 μm以下の加熱用照射光を
反射する薄膜処理が施されている。このメニスカスレン
ズ7aに11 Vcするレンズについては、加熱照射光
の影響をさ程考慮する必要がないので、結像性能を高め
るために屈折率の高い材料を選択し、正レンズにはGe
 (ゲルマニウム)を採用し、負レンズ7b及びメニス
カスレンズ9b、 14aにはZnSを採用している。
It is preferable to select Zn5e' (zinc selenium) and CaFz (calcium fluoride).
nS is used. The reason why we adopted a material with good thermal conductivity for the lens closest to the wafer is to facilitate heat exchange when this lens is also cooled by the aperture diaphragm cooling means described later, and to enhance the effect of preventing the lens from overheating. be. Further, the surface of the meniscus lens 7a is treated with a thin film that covers the temperature measurement wavelength range of 4 to 6 μm and reflects heating irradiation light of 1.1 μm or less. As for the meniscus lens 7a with 11 Vc, there is no need to take into account the influence of the heating irradiation light, so a material with a high refractive index is selected to improve the imaging performance, and a material with a high refractive index is selected for the positive lens.
(germanium), and ZnS is used for the negative lens 7b and meniscus lenses 9b and 14a.

第6図は第5図に示した測温光学系30における開口絞
りSAの冷却手段20の具体的構成を示した断面図であ
り、第7図は第6図の■−■矢視断面図である。冷却用
給水パイプ22aから供給される冷却水は、開口絞りS
A と対物レンズの最もウェハ側の負メニスカスレンズ
7aを支持する冷却筒21内の中空部21aに、図中の
矢印の如く注入され、開口絞りSAの周囲を分流して排
水パイプ22bを通って排水され、図示なき熱交換器を
介して冷却された後、給水パイプ22aへと循環する。
6 is a cross-sectional view showing a specific configuration of the cooling means 20 for the aperture stop SA in the temperature measurement optical system 30 shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line ■-■ in FIG. It is. The cooling water supplied from the cooling water supply pipe 22a is passed through the aperture diaphragm S.
The water is injected into the hollow part 21a in the cooling tube 21 that supports the negative meniscus lens 7a closest to the wafer of the objective lens, as shown by the arrow in the figure, and is diverted around the aperture stop SA and passed through the drain pipe 22b. After being drained and cooled via a heat exchanger (not shown), the water is circulated to the water supply pipe 22a.

冷却筒21は熱伝動度に優れた銅などの金属で形成され
、冷却水を冷媒として、効率よく熱交換することが可能
である。開口絞りS、は、図示の如く、冷却筒21内の
中空部21aを形成する円錐面として構成され、ここで
遮光する加熱照射光の吸収熱は、中空部21aに供給さ
れる冷却水によって冷却され、常時一定の温度ζこ維持
される。また、最もウェハ側に位置する負メニスカスレ
ンズ7aの支持部も冷却筒21の中空部21aを形成す
る側面を兼用して構成されており、このメニスカスレン
ズ7aをも十分に冷却することができる。
The cooling cylinder 21 is made of a metal such as copper that has excellent thermal conductivity, and can efficiently exchange heat using cooling water as a refrigerant. As shown in the figure, the aperture stop S is configured as a conical surface forming a hollow part 21a in the cooling cylinder 21, and the absorbed heat of the heating irradiation light shielded here is cooled by cooling water supplied to the hollow part 21a. and a constant temperature is maintained at all times. Further, the support portion of the negative meniscus lens 7a located closest to the wafer is also configured to serve as the side surface forming the hollow portion 21a of the cooling cylinder 21, and this meniscus lens 7a can also be sufficiently cooled.

上記の第2実施例の構成においては、対物レンズ7の瞳
の収差が大きいため、開口絞りSAの共役位置S1で全
ての画角の光束を制限し、対物レンズの開口絞りSAと
してはやや大きい開[コの絞りを設定している。このた
め開口絞りSAの共役位置に配置された絞りは第2の開
口絞りとして、加熱用照射光を最終的に制限する機能を
有している。このため、第2の開口絞りS、も発熱する
恐れがあり、上記実施例では第6図に示す通り、第2の
開口絞りSlをもある程度冷却できる構成となっている
。即ち、冷却筒21は対物レンズの他のレンズ要素7b
、7c、7d、7e 、第1すL/ −’v 7 ス(
7) 前方正レンズ8及び第2の開口絞りSlを内部に
支持しており、これらを一体的に冷却することが可能で
ある。冷uノ筒2Iは固定環23によって、光!!((
射装置本体の支持板24に固定さている。
In the configuration of the second embodiment described above, since the aberration of the pupil of the objective lens 7 is large, the luminous flux of all angles of view is restricted at the conjugate position S1 of the aperture diaphragm SA, and the aperture diaphragm SA of the objective lens is slightly large. Open aperture is set. Therefore, the diaphragm disposed at the conjugate position of the aperture diaphragm SA functions as a second aperture diaphragm to ultimately limit the heating irradiation light. For this reason, there is a possibility that the second aperture stop S also generates heat, and in the above embodiment, as shown in FIG. 6, the second aperture stop S1 is also configured to be cooled to some extent. That is, the cooling tube 21 is connected to the other lens element 7b of the objective lens.
, 7c, 7d, 7e, 1st L/-'v 7 (
7) The front positive lens 8 and the second aperture stop Sl are supported inside, and it is possible to cool them integrally. The cooling u-tube 2I has a fixed ring 23 that allows it to emit light! ! ((
It is fixed to the support plate 24 of the main body of the shooting device.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の様に本発明によれば、加熱用照射光による加熱中
において、測l詣光学系の加熱を防止できるので、加熱
中のウェハに対して常時正確な温度検出が可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the measurement optical system from being heated during heating by the heating irradiation light, so that accurate temperature detection of the wafer being heated is always possible.

また、測温光学系の対物レンズを射出側でテレセンドリ
ンクに構成することによって光学系の構成を小型にする
ことができ、走査ミラーの設置と対物レンズの広角化に
よりウェハ加熱物体面上の広範囲にわたる測温が可能と
なる。
In addition, by configuring the objective lens of the temperature measurement optical system as a telescopic link on the exit side, the configuration of the optical system can be made compact, and by installing a scanning mirror and widening the angle of the objective lens, a wide area can be seen on the wafer heating object surface. It becomes possible to measure temperatures over a wide range of areas.

さらに、上記実施例の構成においては、同心状に配置さ
れた複数の環状光源によりウェハ全面を一様に照射する
ことができると共に、本発明による測温測温光学装置に
よるリアルタイムの)晶度検出により、被加熱物体面の
温度分布に応じて、同心状に配置された複数の環状光源
のそれぞれの発光側を制御することによって、常に均一
な温度分布を維持し、均一な加熱処理を可能とする光照
射装置が実現できる。
Furthermore, in the configuration of the above embodiment, the entire surface of the wafer can be uniformly irradiated by a plurality of annular light sources arranged concentrically, and crystallinity can be detected in real time by the temperature measuring optical device according to the present invention. By controlling the light emitting side of each of the multiple annular light sources arranged concentrically according to the temperature distribution on the surface of the heated object, it is possible to maintain a uniform temperature distribution at all times and perform uniform heat treatment. A light irradiation device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による測温光学装置の第1実施例を採用
した光照射装置の構成を示す概略断面図、第2図は第1
図の構成におい妙環状光源の配置を示す平面図、第3図
はブランクの放射式の特性を示す図、第4図は本発明に
よる第2実施例の構成を示す概略構成を示す図、第5図
は、第4図に示した第2実施例の測温光学装置の構成の
実用的なレンズ構成を示す光路図、第6図は第2実施例
の冷却手段の構成を示す断面図、第7図は第6図の■−
■矢視断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 5・・・被加熱物体(ウェハ)  7・・・対物レンズ
SA・・・開口絞り      20・・・冷却手段1
1・・・赤外ディテクター   12・・・走査ミラー
la、lb、Ic、  1d−環状光源N・・・環状光
源の同心中心(ウェハの中心での法線)出願人  日本
光学工業株式会社 代理人 弁理士 渡 辺 隆 男 0.2   to  4.OG、o  20.OElt
[(、um、第5図 22q 第7図
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the configuration of a light irradiation device employing the first embodiment of the temperature measuring optical device according to the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the circular light source in the configuration shown in the figure; FIG. 3 is a diagram showing the characteristics of the radiation type of the blank; FIG. 5 is an optical path diagram showing a practical lens configuration of the temperature measuring optical device of the second embodiment shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of the cooling means of the second embodiment. Figure 7 is the ■− of Figure 6.
■It is an arrow sectional view. [Explanation of symbols of main parts] 5...Object to be heated (wafer) 7...Objective lens SA...Aperture stop 20...Cooling means 1
1...Infrared detector 12...Scanning mirrors la, lb, Ic, 1d-Annular light source N...Concentric center of annular light source (normal to the center of the wafer) Applicant: Agent of Nippon Kogaku Kogyo Co., Ltd. Patent Attorney Takashi Watanabe 0.2 to 4. OG, o 20. OElt
[(,um, Fig. 5 22q Fig. 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)加熱手段によって加熱される被加熱物体の温度を測
定するための測温光学系を有する測温光学装置において
、該測温光学系は前記被加熱物体面の像を測温検出手段
上に形成するための対物レンズと、該対物レンズの入射
光量を制限するための開口絞りを有し、前記測温光学系
の開口絞りを冷却する冷却手段を設けたことを特徴とす
る測温光学装置。 2)前記開口絞りは前記対物レンズの被加熱物体側の焦
点位置に配置されていることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の測温光学装置。 3)前記測温光学系は前記開口絞りの共役位置に配置さ
れた光走査部材を有することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の測温光学装置。 4)前記測温光学系の対物レンズは前記開口絞りの被加
熱物体側に、該被加熱物体側に凸面を向けたメニスカス
レンズを有し、前記冷却手段は前記メニスカスレンズを
も冷却することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の測温光学装置。
[Scope of Claims] 1) In a temperature measuring optical device having a temperature measuring optical system for measuring the temperature of a heated object heated by a heating means, the temperature measuring optical system is configured to generate an image of the surface of the heated object. It has an objective lens formed on the temperature measurement detection means, an aperture diaphragm for limiting the amount of light incident on the objective lens, and a cooling means for cooling the aperture diaphragm of the temperature measurement optical system. Temperature measurement optical device. 2) The temperature measuring optical device according to claim 1, wherein the aperture stop is arranged at a focal position of the objective lens on the side of the object to be heated. 3) The temperature measuring optical device according to claim 1, wherein the temperature measuring optical system includes a light scanning member disposed at a conjugate position of the aperture stop. 4) The objective lens of the temperature measuring optical system has a meniscus lens on the heated object side of the aperture stop with a convex surface facing the heated object side, and the cooling means also cools the meniscus lens. A temperature measuring optical device according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014092535A (en) * 2012-11-07 2014-05-19 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Temperature measurement device and thermal treatment device
JP2017502529A (en) * 2013-11-11 2017-01-19 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Low temperature RTP control using an infrared camera

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