KR0178885B1

KR0178885B1 - Temperature measuring method and device therefor

Info

Publication number: KR0178885B1
Application number: KR1019980034551A
Authority: KR
Inventors: 도시히코 나카타; 시게키 히라사와; 요우코 사이토; 다카노리 니노미야; 미네오 노모토
Original assignee: 히다치세사쿠쇼주식회사
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 1999-04-15

Abstract

반도체소자 제조용 실리콘웨이퍼 등의 고체표면의 온도를 측정하는 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 온도측정장치를 이용하여 온도를 제어하는 반도체성막방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 비접촉 측정방식에 있어서 고체시료표면의 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 측정미소점의 온도를 정확하게 측정하여 제어할 수 있는 반도체성막방법 및 장치를 제공하기 위해, 반도체웨이퍼 표면상에 박막을 형성하도록 반도체웨이퍼를 처리하는 동안 반도체웨이퍼의 온도를 측정하기 위해, 시료표면의 적어도 1개의 측정점을 적어도 1개의 광빔으로 조사하여 시료를 가열하고,그 위에 1개의 광빔을 충돌시켜 시료를 가열하는 것에 의해서 시료의 열팽창에 의한 시료표면의 적어도 1개의 측정점의 변위량을 검출하고 이 변위량을 나타내는 신호를 생성하고, 신호에서 시료의 적어도 1개의 측정점의 온도를 구하여 온도를 측정하는 방법을 이용하는 스텝 및 반도체웨이퍼상에 형성된 박막의 양과 두께를 제어하도록 측정된 온도에 따라 반도체웨이퍼의 온도를 제어하는 스텝을 포함하는 것으로 하였다.A method of measuring a temperature of a solid surface, such as a silicon wafer for semiconductor device manufacturing, and a method for controlling the temperature using a temperature measuring device for executing the method. To provide a method and apparatus for forming a semiconductor film capable of accurately measuring and controlling a temperature of a measurement spot having a region of a micrometer dimension of, a temperature of a semiconductor wafer during processing of the semiconductor wafer to form a thin film on the surface of the semiconductor wafer. In order to measure, at least one measurement point on the surface of the sample is irradiated with at least one light beam to heat the sample, and at least one of the surface of the sample due to thermal expansion of the sample by heating the sample by colliding one light beam thereon. Detect the displacement of the measuring point and generate a signal representing this displacement, Controlling the temperature of the semiconductor wafer in accordance with the measured temperature to control the amount and thickness of the thin film formed on the semiconductor wafer by using a method of measuring the temperature by obtaining the temperature of at least one measurement point of the sample in the arc. It was.

이와 같이 하는 것에 의해, 마이크로미터치수 영역을 갖는 미소점온도는 비접촉온도측정에 의해 정확히 결정될 수 있다는 등의 효과가 얻어진다.By doing so, an effect is obtained that the micro point temperature having a micrometer dimension region can be accurately determined by non-contact temperature measurement.

Description

Semiconductor film forming method and apparatus

본 발명은 반도체소자 제조용 실리콘웨이퍼 등의 고체표면의 온도를 측정하는 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 온도측정장치를 이용하여 온도를 제어하는 반도체성막방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 비접촉방식으로 마이크로미터 치수의 미소영역의 국소온도를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor film forming method and a device for controlling temperature by using a method for measuring the temperature of a solid surface such as a silicon wafer for manufacturing a semiconductor device and a temperature measuring device for executing the method. A method and apparatus for measuring a local temperature of a microregion in metric dimensions.

종래의 실리콘웨이퍼의 온도를 측정하는 비접촉 온도측정장치로는 일본국 특허공개공보 소화62-299037호 또는 일본국 특허공개공보 평성1-129966호에 개시되어 있는 바와 같이, 실리콘웨이퍼에서 방출된 적외선의 강도가 실리콘웨이퍼 온도에 따라 변화하는 사실을 이용해서 실리콘웨이퍼의 온도를 측정하는 소위 방사온도계가 잘 알려져 있다.As a non-contact temperature measuring device for measuring the temperature of a conventional silicon wafer, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-299037 or Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Hei 1-29966, the infrared radiation emitted from the silicon wafer is measured. So-called radiation thermometers, which measure the temperature of a silicon wafer using the fact that the strength changes with the temperature of the silicon wafer, are well known.

다른 온도측정으로는 IEEE 1990 Symposium on VLSI Technology, pp. 105-106(1990)에 기재되어 있는 바와 같이, 실리콘웨이퍼 표면을 따라 전달하는 음향파의 전파속도가 실리콘웨이퍼 온도에 의존한다는 사실을 이용하여 실리콘웨이퍼의 온도를 측정하는 기술이 개시되어 있다.Other temperature measurements include IEEE 1990 Symposium on VLSI Technology, pp. As described in 105-106 (1990), a technique is disclosed for measuring the temperature of a silicon wafer using the fact that the propagation velocity of the acoustic wave propagating along the silicon wafer surface depends on the silicon wafer temperature.

방사온도계가 반도체스퍼터장치나 열처리장치 등의 성막장치상에 사용될 때, 측정된 데이타에는 실리콘웨이퍼의 방사율이 처리조건에 의존하므로 오차가 생긴다. 방사된 적외선의 양은 측정점의 영역에 비례하고 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 측정의 미소점에서 방사된 적외선의 양이 매우 작으므로 측정이 어렵다.When a radiation thermometer is used on a film forming apparatus such as a semiconductor sputtering apparatus or a heat treatment apparatus, an error occurs because the emissivity of the silicon wafer depends on the processing conditions in the measured data. The amount of infrared radiation emitted is proportional to the area of the measuring point and is difficult to measure because the amount of infrared light emitted at the micropoint of the measurement having an area of the micrometer dimension is very small.

음향파를 이용하는 온도측정방법은 음향파가 전파하여 통과하는 길이의 일부분의 평균온도를 측정하지만, 마이크로미터 치수의 미소영역의 온도를 측정하는 것은 불가능하다.The temperature measuring method using acoustic waves measures the average temperature of a part of the length through which acoustic waves propagate, but it is impossible to measure the temperature of the micro-area of micrometer dimension.

본 발명의 목적은 비접촉 측정방식에 있어서 고체시료표면의 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 측정미소점의 온도를 정확하게 측정하여 제어할 수 있는 반도체성막방법 및 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor film forming method and apparatus capable of accurately measuring and controlling the temperature of a measurement spot having a micrometer dimension region of a solid sample surface in a non-contact measuring method.

도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 온도측정장치의 블럭도,1 is a block diagram of a temperature measuring device according to Embodiment 1 of the present invention;

도 2는 도 1의 강도변조된 여기광에 의해 발생된 주기적으로 변화하는 열팽창변위를 도시한 시료의 단면도,FIG. 2 is a cross-sectional view of a sample showing a periodically changing thermal expansion displacement generated by the intensity modulated excitation light of FIG. 1; FIG.

도 3은 실리콘웨이퍼의 온도T와 실리콘의 열전도율κ의 변화 및 1차 또는 선팽창계수α의 변화를 도시한 그래프,3 is a graph showing a change in temperature T of a silicon wafer, a thermal conductivity κ of silicon, and a change of the primary or linear expansion coefficient α,

도 4는 실리콘웨이퍼의 온도T와 열팽창진폭A의 변화를 도시한 그래프,4 is a graph showing changes in temperature T and thermal expansion amplitude A of a silicon wafer;

도 5는 실시예1에 따른 온도측정장치에 의해 측정된 측정온도와 열전쌍에 의해 측정된 측정온도와의 관계를 도시한 그래프,5 is a graph showing the relationship between the measured temperature measured by the temperature measuring device according to Example 1 and the measured temperature measured by the thermocouple,

도 6은 실시예1의 온도측정장치의 조합과 본 발명에 따른 램프가열방식의 반도체 열처리장치의 블럭도,6 is a block diagram of a combination of the temperature measuring device of Example 1 and the semiconductor heat treatment apparatus of the lamp heating method according to the present invention;

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도측정장치의 블럭도,7 is a block diagram of a temperature measuring device according to another embodiment of the present invention;

도 8은 여기광빔에 의해 주기적 열팽창변위를 발생하는 방식과 도 7에 따른 시료상에 프로브광 및 참조광빔이 입사하는 위치를 도시한 시료의 단면도,8 is a cross-sectional view of a sample showing a manner in which periodic thermal expansion displacement is generated by an excitation light beam and a position at which a probe light and a reference light beam are incident on the sample according to FIG. 7;

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도측정장치의 블럭도,9 is a block diagram of a temperature measuring device according to another embodiment of the present invention;

도 10은 여기광빔에 의해 주기적 열팽창변위를 발생하는 방식과 도 9에 따른 프로브광빔의 편향방식을 도시한 시료의 단면도,10 is a cross-sectional view of a sample showing a method of generating a periodic thermal expansion displacement by an excitation light beam and a deflection method of the probe light beam according to FIG. 9;

도 11은 도 9에 따라 반사 프로브광빔이 입사하는 위치에서 반사 프로브광빔의 편향각을 결정하는 광학계의 개략단면도,FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an optical system for determining a deflection angle of a reflected probe light beam at a position at which the reflected probe light beam is incident according to FIG. 9;

도 12는 시료온도측정 전에 검출계의 감도를 교정하는 온도교정계가 마련되어 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도측정장치의 블럭도,12 is a block diagram of a temperature measuring device according to another embodiment of the present invention, in which a temperature calibrator for calibrating the sensitivity of a detector before sample temperature measurement is provided;

도 13의 (a)∼도 13의 (c)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도측정장치의 기본원리를 설명하는 시료의 단면도.13 (a) to 13 (c) are cross-sectional views of a sample for explaining the basic principle of a temperature measuring device according to still another embodiment of the present invention.

본 발명의 특징에 따르면, 제1 광원에서 방출된 광빔은 시료표면상의 측정점상에 투영되고, 제2 광원에서 방출된 광빔은 프로브광빔과 참조광빔으로 분리되고, 프로브광빔은 측정점상에 투영된다. 반사 프로브광빔과 참조광빔은 간섭광빔을 제공하도록 다시 합성되고, 간섭광빔은 검출기에 의해 검출된다. 간섭광빔의 강도는 검출기에 의한 검출신호로부터 결정되고, 시료의 열팽창변위는 간섭광빔의 강도로부터 결정되며 시료온도는 열팽창변위로부터 결정된다.According to a feature of the invention, the light beam emitted from the first light source is projected onto the measurement point on the sample surface, the light beam emitted from the second light source is separated into the probe light beam and the reference light beam, and the probe light beam is projected onto the measurement point. The reflected probe light beam and the reference light beam are combined again to provide an interference light beam, the interference light beam being detected by the detector. The intensity of the interference light beam is determined from the detection signal by the detector, the thermal expansion displacement of the sample is determined from the intensity of the interference light beam, and the sample temperature is determined from the thermal expansion displacement.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 광원에서 방출된 광빔은 시료표면상의 측정점상에 투영되고, 제2 광원에서 방출된 프로브광빔은 측정점에서 약간 떨어진 점상에 투영되고, 반사 프로브광빔은 위치검출기에 의해 검출된다. 반사 프로브광빔의 편향은 위치검출기에 의한 검출신호로부터 결정되고, 시료의 열팽창변위는 반사 프로브광빔의 편향으로부터 결정되며, 시료온도는 열팽창변위로부터 결정된다.According to another feature of the invention, the light beam emitted from the first light source is projected onto a measuring point on the sample surface, the probe light beam emitted from the second light source is projected onto a point slightly away from the measuring point, and the reflected probe light beam is directed to the position detector. Is detected. The deflection of the reflected probe light beam is determined from the detection signal by the position detector, the thermal expansion displacement of the sample is determined from the deflection of the reflection probe light beam, and the sample temperature is determined from the thermal expansion displacement.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 광원에서 방출된 바라는 주파수에서 주기적으로 변화하는 강도를 갖는 광빔이 시료표면상의 측정점에 투영되고, 제2 광원에서 방출된 광빔은 프로브광빔과 참조광빔으로 분리되고, 프로브광빔은 측정점상에 투영된다. 반사 프로브광빔과 참조광빔은 간섭광빔을 제공하도록 다시 합성되고, 간섭광빔은 검출기에 의해 검출된다. 주파수와 동기하는 간섭광빔의 강도변화는 검출기에 의한 검출신호로부터 결정되고, 시료의 열팽창변위는 강도변화로부터 결정되고, 시료온도는 열팽창변위로부터 결정된다.According to another feature of the invention, a light beam having a intensity periodically changing at a desired frequency emitted from the first light source is projected to a measurement point on the sample surface, and the light beam emitted from the second light source is separated into a probe light beam and a reference light beam. The probe light beam is then projected onto the measurement point. The reflected probe light beam and the reference light beam are combined again to provide an interference light beam, the interference light beam being detected by the detector. The intensity change of the interfering light beam in synchronization with the frequency is determined from the detection signal by the detector, the thermal expansion displacement of the sample is determined from the intensity change, and the sample temperature is determined from the thermal expansion displacement.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 광원에서 방출된 바라는 주파수에서 주기적으로 변화하는 강도를 갖는 광빔이 시료표면의 측정점에 투영되고, 제2 광원에서 방출된 프로브광빔은 측정점에서 약간 떨어진 점상에 투영되고,반사 프로브광빔은 위치검출기에 의해 검출된다. 주파수와 동기하는 반사광의 편향은 위치검출기에 의한 검출신호로부터 결정되고, 시료의 열팽창변위는 편향으로부터 결정되고, 시료온도는 열팽창변위로부터 결정된다.According to another feature of the invention, a light beam having a periodically varying intensity at the desired frequency emitted by the first light source is projected to the measurement point on the sample surface, and the probe light beam emitted from the second light source is projected on a point slightly away from the measurement point. The reflected probe light beam is detected by the position detector. The deflection of the reflected light synchronized with the frequency is determined from the detection signal by the position detector, the thermal expansion displacement of the sample is determined from the deflection, and the sample temperature is determined from the thermal expansion displacement.

본 발명에 따르면, 시료표면의 측정점상에 투영된 광빔의 광에너지는 열에너지로 변환되고, 광빔의 광축을 따라 열팽창변위가 발생한다(광열변위효과). 광원에서 방출된 광빔이 프로브광빔과 참조광빔으로 분리되고, 프로브광빔이 측정점상에 투영될 때 반사 프로브광의 위상은 광축을 따라 열팽창변위에 의존한다. 따라서, 반사 프로브광빔과 참조광빔이 간섭광빔을 제공하도록 다시 합성될 때, 간섭광빔의 강도는 열팽창변위에 따라 변화한다. 즉, 이 열팽창변위는 간섭광빔의 강도로부터 결정될 수 있다. 열팽창변위는 시료의 열전도율과 선팽창계수에 의존하고, 열전도율과 선팽창계수는 시료의 국소온도에 의존하므로 측정점의 국소온도를 열팽창변위에 따라 산출할 수 있다.According to the present invention, the optical energy of the light beam projected on the measurement point of the sample surface is converted into thermal energy, and thermal expansion displacement occurs along the optical axis of the light beam (photothermal displacement effect). The light beam emitted from the light source is divided into a probe light beam and a reference light beam, and when the probe light beam is projected onto the measurement point, the phase of the reflected probe light depends on the thermal expansion displacement along the optical axis. Therefore, when the reflected probe light beam and the reference light beam are combined again to provide the interference light beam, the intensity of the interference light beam changes with the thermal expansion displacement. That is, this thermal expansion displacement can be determined from the intensity of the interference light beam. The thermal expansion displacement depends on the thermal conductivity and the linear expansion coefficient of the sample, and the thermal conductivity and the linear expansion coefficient depend on the local temperature of the sample, so that the local temperature of the measuring point can be calculated according to the thermal expansion displacement.

프로브광빔이 측정점에서 약간 떨어진 점상에 투영될 때, 즉 광축을 따라 열팽창에 의해 시료표면에 형성된 미소한 경사부분상에 프로브광빔의 입사방향과는 다른 방향으로 반사되고, 반사 프로브광빔의 편향은 열팽창변위의 크기에 따라 변화한다. 따라서, 열팽창변위는 편향으로부터 결정될 수 있다. 열팽창변위는 시료의 열전도율과 선팽창계수에 의존하고, 열전도율과 선팽창계수는 시료의 국소온도에 의존하므로, 측정점의 국소온도를 열팽창변위에 따라 산출할 수 있다.When the probe light beam is projected on a point slightly away from the measuring point, i.e., on a small inclined portion formed on the sample surface by thermal expansion along the optical axis, it is reflected in a direction different from the incident direction of the probe light beam, and the deflection of the reflected probe light beam is thermal expansion Changes with the magnitude of the displacement. Thus, the thermal expansion displacement can be determined from the deflection. Since the thermal expansion displacement depends on the thermal conductivity and the linear expansion coefficient of the sample, and the thermal conductivity and the linear expansion coefficient depend on the local temperature of the sample, the local temperature of the measuring point can be calculated according to the thermal expansion displacement.

바라는 주파수에서 주기적으로 변화하는 강도를 갖는 광빔이 시료표면의 측정점상에 투영될 때 광에너지는 열에너지로 변환되고, 바라는 주파수와 동기하는 주기적인 열팽창변위가 광빔의 광축을 따라 발생한다(광열변위효과). 광원에서 방출된 광빔이 프로브광빔과 참조광빔으로 분리되고 프로브광빔이 측정점상에 투영될 때, 반사 프로브광의 위상은 광축을 따라 열팽창변위의 변화에 의해 주기적으로 변화한다. 반사 프로브광빔과 참조광빔이 간섭광빔을 제공하도록 다시 합성될 때, 간섭광빔의 강도는 열팽창변위와 동기해서 주기적으로 변화한다. 즉, 열팽창변위는 간섭광빔의 강도변화로부터 결정될 수 있다. 열팽창변위의 변화는 시료의 열전도율과 선팽창계수에 의존하고, 열전도율 및 선팽창계수는 시료의 국소온도에 의존하므로, 측정점의 국소온도는 열팽창변위에 따라 산출될 수 있다.When a light beam with a periodically varying intensity at the desired frequency is projected onto a measurement point on the sample surface, the light energy is converted into thermal energy, and a periodic thermal expansion displacement occurs in synchronism with the desired frequency along the optical axis of the light beam. ). When the light beam emitted from the light source is separated into the probe light beam and the reference light beam and the probe light beam is projected onto the measurement point, the phase of the reflected probe light changes periodically by the change of thermal expansion displacement along the optical axis. When the reflected probe light beam and the reference light beam are combined again to provide the interfering light beam, the intensity of the interfering light beam changes periodically in synchronization with the thermal expansion displacement. That is, the thermal expansion displacement can be determined from the change in intensity of the interference light beam. Since the change in thermal expansion displacement depends on the thermal conductivity and linear expansion coefficient of the sample, and the thermal conductivity and linear expansion coefficient depend on the local temperature of the sample, the local temperature of the measuring point can be calculated according to the thermal expansion displacement.

측정점에서 약간 떨어진 점, 즉 광축을 따라 열팽창변위에 의해 형성된 시료표면상의 미소한 경사부분에 프로브광빔이 투영될 때, 반사 프로브광빔은 입사방향과는 다른 방향을 따라 전달되고, 편향은 열팽창변위의 변화와 동기해서 주기적으로 변화한다. 따라서, 열팽창변위는 편향으로부터 결정될 수 있다. 열팽창변위는 시료의 열전도율과 선팽창계수에 의존하고, 열전도율과 선팽창계수는 시료의 국소온도에 의존하므로 측정점의 국소온도는 열팽창변위에 따라 산출될 수 있다.When the probe light beam is projected to a point slightly away from the measuring point, i.e., a small inclined portion on the sample surface formed by the thermal expansion displacement along the optical axis, the reflected probe light beam is transmitted along a direction different from the incident direction, and the deflection of the thermal expansion displacement Change periodically in synchronization with change. Thus, the thermal expansion displacement can be determined from the deflection. Since the thermal expansion displacement depends on the thermal conductivity and the linear expansion coefficient of the sample, and the thermal conductivity and the linear expansion coefficient depend on the local temperature of the sample, the local temperature of the measuring point can be calculated according to the thermal expansion displacement.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부도면에서 명확하게 될 것이다.The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

이하, 본 발명의 구성에 대해 실시예와 함께 설명한다.Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated with an Example.

또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일 기능을 갖는 것을 동일 부호를 붙이고 그 반복적인 설명은 생략한다.In addition, in all the drawings for demonstrating an Example, the same code | symbol is attached | subjected and the repeated description is abbreviate | omitted.

우선, 제1 실시예를 제1도∼제6도에 따라 설명한다.First, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

제1도는 본 발명에 따른 온도측정장치를 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram showing a temperature measuring device according to the present invention.

온도측정장치는 열팽창변위 검출 광학계(101), 표면반사율 측정 광학계(102), 자동초점 검출 광학계(103), 온도데이타 처리계(104)를 포함한다.The temperature measuring device includes a thermal expansion displacement detection optical system 101, a surface reflectance measurement optical system 102, an autofocus detection optical system 103, and a temperature data processing system 104.

열팽창변위 검출 광학계(101)에 있어서, Ar레이저 등의 파장이 514. 5㎚인 광원(1)에서 방출된 광빔(2)의 강도는 드라이버(10)에서 출력된 주파수f_E를 갖는 구동신호에 의해 구동된 음향광학 변조소자(3)에 의해 변조주파수f_E로 변조되고, 강도 변조광빔은 확대광빔(5)를 마련하도록 빔확대기(4)에 의해 확대되고, 확대광빔(5)는 여기광으로서 파장600㎚이하는 반사하고 파장600㎚이상은 투과하는 다이크로익 프리즘(dichroic prism)(40)에 의해 반사되고, 반사광빔은 대물렌즈계(6)에 의해 시료(7)의 측정점(8)상에 초점맞춤된다. 대물렌즈(6)의 NA가 0. 42일 때 여기광빔(5)의 스폿지름은 약 1. 5㎛이고, 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 측정미소점의 온도측정이 가능하다. 도 2에 도시한 바와 같이, 진폭A의 주기적 열팽창변위는 변조주파수f_E와 동기하는 시료표면의 측정점(8)에서 발생한다. 시료에 의해 흡수된 여기광빔(5)의 광에너지는 열에너지로 변환되고, 열에너지는 열확산영역(46)으로 확산된다. 열확산길이㎲는 다음식으로 표현된다.In the thermal expansion displacement detection optical system 101, the intensity of the light beam 2 emitted from the light source 1 having a wavelength of 514.5 nm, such as an Ar laser, depends on the driving signal having the frequency f _E output from the driver 10. Modulated at the modulation frequency f _E by the acousto-optic modulation element 3 driven by the light source, the intensity modulated light beam is enlarged by the beam expander 4 to provide the enlarged light beam 5, and the enlarged light beam 5 is excitation light. As a result, it is reflected by a dichroic prism 40 which reflects a wavelength of 600 nm or less and transmits a wavelength of 600 nm or more, and the reflected light beam is measured by the objective lens system 6 of the measurement point 8 of the sample 7. Focused on the image. When the NA of the objective lens 6 is 0.42, the spot diameter of the excitation light beam 5 is about 1.5 占 퐉, and temperature measurement at the measurement spot having a micrometer-sized area is possible. As shown in Fig. 2, the periodic thermal expansion displacement of amplitude A occurs at the measurement point 8 on the sample surface synchronized with the modulation frequency f _E. The light energy of the excitation light beam 5 absorbed by the sample is converted into thermal energy, and the thermal energy is diffused into the thermal diffusion region 46. The thermal diffusion length is expressed by the following equation.

여기서, f_E는 변조주파수, κ는 시료(7)의 열전도율, ρ는 시료(7)의 밀도, c는 시료(7)의 비열(比熱)이다.Here, f _E is the modulation frequency, κ is the thermal conductivity of the sample 7, ρ is the density of the sample 7, c is the specific heat of the sample (7).

예를 들면, 시료(7)이 실리콘으로 형성되고, 변조주파수f_E가 88㎑일 때, 열확산길이㎲는 18㎛이다. 변조주파수는 시료의 특성 또는 형식 및 바라는 공간해상도에 따라 선택된다.For example, when the sample 7 is formed of silicon and the modulation frequency f _E is 88 kHz, the thermal diffusion length 18 is 18 占 퐉. The modulation frequency is selected according to the characteristics or format of the EUT and the desired spatial resolution.

한편, He-Ne레이저 등의 가간섭광원(11)(파장=633㎚)에서 방출된 빔(12)는 확대빔(14)를 마련하도록 빔확대기(13)에 의해 확대되고, 확대빔(14)는 빔분리기(15)에 의해 빔(16)과 (17)로 분리된다. 프로브광빔으로서 빔(16)이 사용되고, 참조광빔으로서 빔(17)이 사용된다. 빔(16)은 빔분리기(20)과 다이크로익 프리즘(40)을 거쳐서 통과되고, 여기광(5)가 초점맞춤된 시료(7)의 측정점(8)상에 대물렌즈(6)에 의해 초점맞춤된다. 대물렌즈(6)의 NA가 0. 42일 때 프로브광(16)의 스폿지름은 약 1. 8㎛이고, 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 측정미소점의 온도측정이 가능하다. 측정점(8)에 의해 반사 프로브광(16)의 위상은 주기적 열팽창변위에 의해 주파수f_E에서 주기적으로 변화된다. 반사프로브광(16)은 동일한 광로를 따라 역방향으로 주행하고, 빔분리기(15)로 참조미러(18)에서 반사된 참조빔(17)과 합성되어 반사프로브빔(16)과 반사참조빔(17)은 서로 간섭한다. 간섭광의 강도는 주기적으로 변화하는 열팽창변위와 동기해서 주기적으로 변화한다. 간섭광(95)는 포토다이오드 등의 광전변환소자(22)상의 집광렌즈(21)에 의해 집광된다. 간섭광빔의 강도I는 다음식으로 표현된다.On the other hand, the beam 12 emitted from the coherent light source 11 (wavelength = 633 nm) such as a He-Ne laser is enlarged by the beam expander 13 to provide the enlarged beam 14, and the enlarged beam 14 ) Is separated into beams 16 and 17 by the beam splitter 15. The beam 16 is used as the probe light beam, and the beam 17 is used as the reference light beam. The beam 16 is passed through the beam separator 20 and the dichroic prism 40 and by the objective lens 6 on the measuring point 8 of the sample 7 in which the excitation light 5 is focused. It is focused. When the NA of the objective lens 6 is 0.42, the spot diameter of the probe light 16 is about 1. 8 mu m, and temperature measurement of a measurement spot having a micrometer-sized area is possible. By the measuring point 8, the phase of the reflected probe light 16 is periodically changed at the frequency f _E by the periodic thermal expansion displacement. The reflected probe light 16 travels in the reverse direction along the same optical path, and is combined with the reference beam 17 reflected from the reference mirror 18 by the beam splitter 15 to reflect the reflected probe beam 16 and the reflected reference beam 17. ) Interfere with each other. The intensity of the interference light changes periodically in synchronism with the thermal expansion displacement that changes periodically. The interference light 95 is condensed by the condensing lens 21 on the photoelectric conversion element 22 such as a photodiode. The intensity I of the interfering light beam is expressed by the following equation.

여기서, λ는 프로브광빔의 파장, I_S는 반사 프로브광빔의 강도, I_R은 반사 참조광빔의 강도, A는 열팽창변위의 진폭, θ는 열팽창변위의 위상지연, ψ는 프로브광빔의 광로와 참조광빔의 광로의 차이에 따른 위상차이다.Where λ is the wavelength of the probe light beam, I _S is the intensity of the reflected probe light beam, I _R is the intensity of the reflective reference light beam, A is the amplitude of the thermal expansion displacement, θ is the phase delay of the thermal expansion displacement, and ψ is the optical path and reference light of the probe light beam. The phase difference due to the difference in the optical path of the beam.

광전변환소자(22)에서 출력된 간섭신호는 온도데이타 처리계(104)내에 구비된 록인앰프(36)으로 보내진다. 여기광빔의 강도변조용 드라이버(10)에서 출력된 주파수f_E를갖는 변조신호는 록인앰프(36)에 인가된다. 간섭신호의 주파수f_E의 진폭A와 위상지연ψ는 참조신호로서 주파수f_E를 갖는 변조신호를 이용하는 동기검출에 의해 결정된다. 진폭A와 위상지연θ는 열팽창성분의 진폭 및 위상지연과 1대1로 대응하고 있으므로, 적어도 진폭A는 이하의 신호처리에서 열팽창성분의 진폭으로 이용된다.The interference signal output from the photoelectric conversion element 22 is sent to the lock-in amplifier 36 provided in the temperature data processing system 104. The modulated signal having the frequency f _E output from the intensity modulation driver 10 of the excitation light beam is applied to the lock-in amplifier 36. The amplitude A and the phase delay ψ of the frequency f _E of the interference signal are determined by synchronous detection using a modulated signal having the frequency f _E as a reference signal. Since the amplitude A and the phase delay θ correspond one-to-one with the amplitude and phase delay of the thermal expansion component, at least amplitude A is used as the amplitude of the thermal expansion component in the following signal processing.

도 3은 반도체소자 제조용 실리콘웨이퍼온도T와 실리콘의 열전도율κ 및 실리콘의 선팽창계수α 사이의 관계를 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the silicon wafer temperature T for semiconductor device manufacturing, the thermal conductivity? Of silicon and the linear expansion coefficient? Of silicon.

열전도율κ는 웨이퍼온도T와 역비례하고, 선팽창계수α는 온도T의 상승에 따라 점차 증가한다. 식 3에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 열팽창진폭A는 열전도율κ에 역비례하고, 1차 또는 선팽창계수α에 정비례한다.The thermal conductivity κ is inversely proportional to the wafer temperature T, and the coefficient of linear expansion α gradually increases with increasing temperature T. As shown in Equation 3, the thermal expansion amplitude A is generally inversely proportional to the thermal conductivity κ and is directly proportional to the primary or linear expansion coefficient α.

A∝P·(α/κ)A∝P · (α / κ)

여기서, P는 시료에 의해 흡수된 여기광빔(5)의 에너지이다. 도 3 및 식 3에 있어서, 웨이퍼온도T와 열팽창진폭A와의 관계는 도 4에 도시된 그래프로 나타낼 수 있다. 따라서, 웨이퍼온도T와 열팽창진폭A와의 관계에서 논리적 또는 실험적으로 결정된 참조테이블을 메모리 등에 사전에 저장하면, 측정된 진폭A에 대응하는 웨이퍼온도T는 참조테이블상에서 구할 수 있다. 예를 들면, 열팽창진폭A가 4㎚일 때, 대응하는 웨이퍼온도T는 652. 5K(Kelvin)이다.Here, P is the energy of the excitation light beam 5 absorbed by the sample. 3 and 3, the relationship between the wafer temperature T and the thermal expansion amplitude A can be represented by the graph shown in FIG. Therefore, if the reference table determined logically or experimentally in relation to the wafer temperature T and the thermal expansion amplitude A is stored in advance in a memory or the like, the wafer temperature T corresponding to the measured amplitude A can be obtained on the reference table. For example, when the thermal expansion amplitude A is 4 nm, the corresponding wafer temperature T is 66.5 K (Kelvin).

도 1에 있어서, 참조테이블(38)은 온도데이타 처리계(104)내에 구비된다. 록인앰프(36)에 의해 결정된 열팽창진폭A는 온도산출회로(37)에 공급되고, 온도산출회로(37)은 열팽창진폭A와 대응하는 온도T에 대해 참조테이블(38)을 검색하고, 온도T는 표시기(39)상에 표시된다.In Fig. 1, a reference table 38 is provided in the temperature data processing system 104. The thermal expansion amplitude A determined by the lock-in amplifier 36 is supplied to the temperature calculating circuit 37, and the temperature calculating circuit 37 searches the reference table 38 for the temperature T corresponding to the thermal expansion amplitude A, and the temperature T Is displayed on the indicator 39.

한편, 광전변환소자(22)에서 출력된 간섭신호는 참조미러 제어회로(23)에도 공급된다. 그리고, 참조미러 제어회로(23)은 광축방향에 대해 참조미러(18)의 위치를 미세조절하기 위해 PZT소자(19)를 구동해서 열팽창변위와 동기하는 간섭신호의 주기적 변화의 콘트라스트가 항상 최대로 되게 한다. 좀더 구체적으로는 참조미러(18)은 식 2에 있어서의 ψ가 항상 π/2가 되도록 조정된다.On the other hand, the interference signal output from the photoelectric conversion element 22 is also supplied to the reference mirror control circuit 23. The reference mirror control circuit 23 drives the PZT element 19 to finely adjust the position of the reference mirror 18 with respect to the optical axis direction so that the contrast of the periodic change of the interference signal synchronized with the thermal expansion displacement is always maximized. To be. More specifically, the reference mirror 18 is adjusted so that? In equation 2 is always? / 2.

반사 프로브광빔(16)의 일부는 빔분리기(20)에 의해 반사되고 빔분리기(25)에 의해 제1 반사 프로브빔과 제2 반사 프로브빔으로 분리된다. 제1 반사 프로브빔은 표면반사율 측정 광학계(102)로 보내지고, 포토다이오드 등의 광전변환소자(27)상의 집광렌즈(26)에 의해 집광된다. 식 2에서 명확한 바와 같이, 간섭신호의 강도는 반사 프로브광빔의 강도 즉 시료표면의 반사율에 따라 변화한다. 따라서, 광전변환소자(27)의 출력신호는 열팽창변위에 따른 온도산출시의 표면반사율을 보정하도록 반사율 보정신호로서 온도데이타 처리계(104)내에 구비된 온도산출회로(37)로 공급된다.A portion of the reflective probe light beam 16 is reflected by the beam splitter 20 and separated by the beam splitter 25 into a first reflective probe beam and a second reflective probe beam. The first reflection probe beam is sent to the surface reflectivity measuring optical system 102 and is focused by the condenser lens 26 on the photoelectric conversion element 27 such as a photodiode. As is apparent from Equation 2, the intensity of the interference signal changes according to the intensity of the reflected probe light beam, that is, the reflectance of the sample surface. Therefore, the output signal of the photoelectric conversion element 27 is supplied to the temperature calculation circuit 37 provided in the temperature data processing system 104 as a reflectance correction signal so as to correct the surface reflectivity at the time of temperature calculation according to the thermal expansion displacement.

반사 프로브빔을 분리하여 마련된 제2 반사 프로브빔은 자동초점 검출 광학계(103)으로 보내지고, 제2 반사 프로브빔은 빔분리기(28)에 의해 2개의 분리빔으로 분리된다. 분리빔들은 각각 집광렌즈(29)와 (32)에 의해 핀홀(30) 및 (33)의 뒤에 배치된 포토다이오드 등의 광전변환소자(31)과 (34)상에 집광된다. 집광렌즈(29)와 핀홀(30) 및 광전변환소자(31) 사이의 거리는 집광렌즈(29)의 초점거리Fa보다 길고, 집광렌즈(32)와 핀홀(33) 및 광전변환소자(34) 사이의 거리는 집광렌즈(32)의 초점거리Fb보다 짧다. 여기광(5)와 프로브광빔(16)이 시료(7)의 측정점(8)상에 최소지름으로 집광될 때, 즉 여기광(5)와 프로브광빔(16)이 대물렌즈(6)에 의해 시료(7)상에 초점맞춤될 때, 광전변환소자(31)과 (34)의 출력신호의 각각의 강도가 서로 동일하도록 광전변환소자(31)과 (34)의 각각의 위치는 조정된다.The second reflection probe beam provided by separating the reflection probe beam is sent to the autofocus detection optical system 103, and the second reflection probe beam is separated into two separation beams by the beam separator 28. The separation beams are focused on the photoelectric conversion elements 31 and 34 such as photodiodes disposed behind the pinholes 30 and 33 by the condenser lenses 29 and 32, respectively. The distance between the condenser lens 29 and the pinhole 30 and the photoelectric conversion element 31 is longer than the focal length Fa of the condenser lens 29 and between the condenser lens 32 and the pinhole 33 and the photoelectric conversion element 34. The distance of is shorter than the focal length Fb of the condenser lens 32. When the excitation light 5 and the probe light beam 16 are condensed to a minimum diameter on the measuring point 8 of the specimen 7, that is, the excitation light 5 and the probe light beam 16 are moved by the objective lens 6. When focused on the specimen 7, the respective positions of the photoelectric conversion elements 31 and 34 are adjusted so that the respective intensities of the output signals of the photoelectric conversion elements 31 and 34 are equal to each other.

광전변환소자(31)과 (34)의 출력신호는 자동초점 검출회로(35)로 공급된다. 대물렌즈(6)이 시료(7)의 표면상의 프로브광빔을 초점맞춤하기 위해 초점맞춤위치에서 벗어나면, 광전변환소자(31) 및 (34)의 출력신호의 각각의 강도는 서로 달라지고, 시료(7)과 관계있는 대물렌즈(6)의 벗어남의 방향은 광전변환소자(31) 및 (34)의 출력신호의 강도차의 비교에서 결정된다.The output signals of the photoelectric conversion elements 31 and 34 are supplied to the auto focus detection circuit 35. When the objective lens 6 is out of the focusing position to focus the probe light beam on the surface of the specimen 7, the respective intensities of the output signals of the photoelectric conversion elements 31 and 34 are different from each other, The direction of deviation of the objective lens 6 related to (7) is determined in comparison of the intensity difference between the output signals of the photoelectric conversion elements 31 and 34.

자동초점 검출회로(35)는 광전변환소자(31) 및 (34)의 두 출력신호의 강도를 연속적으로 비교하고, 광전변환소자(31) 및 (34)의 출력신호의 각각의 강도가 서로 일치하도록 대물렌즈(6)의 위치를 조정하기 위해 PZT소자를 포함하는 대물렌즈 액츄에이터(9)로 구동신호를 공급하므로, 시료가 일정한 비율로 에너지를 흡수하도록 여기광빔(5)는 항상 최소스폿지름으로 집광된다. 따라서, 안정된 열팽창변위가 발생하여 온도측정정밀도가 향상된다. 프로브광빔(16)이 항상 최소스폿지름으로 집광되므로, 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 측정최소점의 온도는 고측정 정밀도로 측정된다.The autofocus detecting circuit 35 continuously compares the intensities of the two output signals of the photoelectric conversion elements 31 and 34, and the intensities of the output signals of the photoelectric conversion elements 31 and 34 coincide with each other. The driving signal is supplied to the objective lens actuator 9 including the PZT element to adjust the position of the objective lens 6 so that the excitation light beam 5 is always at the minimum spot diameter so that the sample absorbs energy at a constant rate. Condensed Therefore, stable thermal expansion displacement occurs and the temperature measurement accuracy is improved. Since the probe light beam 16 is always focused to the minimum spot diameter, the temperature of the measurement minimum point having an area of the micrometer dimension is measured with high measurement accuracy.

도 5는 접촉측정방식인 열전쌍으로 측정된 실리콘웨이퍼의 온도와 도 1에 도시된 본 발명의 비접촉 측정방식인 온도측정장치로 측정된 동일한 실리콘웨이퍼의 온도와의 관계를 도시한 그래프이다. 열전쌍에 의해 얻어진 측정값은 실리콘웨이퍼의 실제온도로 간주될 수 있다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 온도측정장치의 측정정밀도는 열전쌍에 의해 측정된 온도에 대해 ±10℃이다. 온도측정정밀도는 주로 열팽창변위의 측정정밀도에 의존한다. 예를 들면, 도 1에 도시된 본 발명의 온도측정장치의 온도측정정밀도는 열팽창변위의 측정정밀도가 0. 1㎚치수일 때, ±10℃이다. 진동이나 공기의 요동 등의 잡음효과가 저감되면 열팽창변위의 측정정밀도는 0. 01㎚향상되고, 온도측정밀도는 ±1℃증가되며 종래의 비접촉 온도측정방법의 정밀도보다 훨씬 높다.FIG. 5 is a graph showing a relationship between the temperature of a silicon wafer measured by a thermocouple, which is a contact measuring method, and the temperature of the same silicon wafer measured by a temperature measuring device, which is a non-contact measuring method of the present invention shown in FIG. The measured value obtained by the thermocouple can be regarded as the actual temperature of the silicon wafer. As can be seen in Figure 5, the measurement accuracy of the temperature measuring device of the present invention is ± 10 ℃ relative to the temperature measured by the thermocouple. Temperature measurement accuracy mainly depends on the measurement accuracy of thermal expansion displacement. For example, the temperature measurement accuracy of the temperature measuring device of the present invention shown in FIG. 1 is ± 10 ° C when the measurement accuracy of thermal expansion displacement is 0.1 nm. When noise effects such as vibration and air fluctuations are reduced, the measurement accuracy of thermal expansion displacement is increased to 0.01 nm, the temperature measurement density is increased by ± 1 ° C, which is much higher than that of the conventional non-contact temperature measurement method.

또한 상술한 바와 같이, 여기광빔과 프로브광빔은 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 측정최소점의 온도측정이 가능하도록 마이크로미터 치수의 지름을 갖는 작은 스폿으로 집광된다.Further, as described above, the excitation light beam and the probe light beam are condensed into small spots having a diameter of the micrometer so as to enable temperature measurement at a measurement minimum point having an area of the micrometer dimension.

도 1의 실시예에 있어서, 예를 들면 열팽창변위 검출 광학계(101)은 여기광빔으로서 강도변조빔(5)를 출력하도록 Ar레이저 등의 광원(1)(파장=514. 5㎚)에서 방출된 광빔의 강도를 변조주파수f_E에 의한 음향광학 변조소자(3)에 의해 변조하고, 시료(7)의 측정점(8)상에 강도변조빔(5)를 집광한다. 그러나, 음향광학 변조소자(3)을 생략하고, 일정강도를 갖는 광빔을 여기광빔으로서 사용해도 좋다. 그러한 경우, 드라이버(10)과 록인앰프(36)은 불필요하게 되고, 광전변환소자(22)에서 마련된 간섭신호는 온도산출회로(37)에 직접 공급된다. 그러한 배치로서 우선, 측정점(8)의 최초 열팽창변위는 제1 실시예와 마찬가지의 방법에 의해 여기광빔으로 측정점(8)을 조사하기 전에 광간섭으로 측정된다. 그리고, 여기광빔은 측정점(8)상에 투영된다. 측정점(8)이 여기광빔으로 조사되자마자 열팽창변위가 증가하기 시작하고, 일정 시간내에 일정한 열팽창변위에 도달한다. 그리고, 정상상태의 열팽창변위는 광간섭에 의해 다시 측정된다. 최초 열팽창변위는 차분 열팽창변위를 얻도록 정상상태의 열팽창변위로부터 감산된다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 미리 테이블(38)에 저장된 시료(7)의 온도T와 차분 열팽창변위량 사이의 관계를 참조로 해서 차분 열팽창변위량에 대응하는 웨이퍼온도T를 구한다. 이렇게 하여 결정된 온도T는 표시기(39)상에 표시된다. 여기광빔의 조사개시후 항상 일정시간 경과후에 열팽창변위가 측정되면, 온도를 결정하기 위해 일시적 열팽창변위를 이용해도 좋다.In the embodiment of Fig. 1, for example, the thermal expansion displacement detection optical system 101 is emitted from a light source 1 (wavelength = 514. 5 nm) such as an Ar laser to output the intensity modulated beam 5 as an excitation light beam. The intensity of the light beam is modulated by the acousto-optic modulation element 3 at the modulation frequency f _E , and the intensity modulated beam 5 is condensed on the measurement point 8 of the specimen 7. However, the acoustic optical modulation element 3 may be omitted, and a light beam having a constant intensity may be used as the excitation light beam. In such a case, the driver 10 and the lock-in amplifier 36 become unnecessary, and the interference signal provided in the photoelectric conversion element 22 is directly supplied to the temperature calculating circuit 37. As such an arrangement, first, the initial thermal expansion displacement of the measuring point 8 is measured by optical interference before irradiating the measuring point 8 with the excitation light beam by the same method as in the first embodiment. The excitation light beam is then projected onto the measurement point 8. As soon as the measuring point 8 is irradiated with the excitation light beam, the thermal expansion displacement starts to increase and reaches a constant thermal expansion displacement within a certain time. Then, the thermal expansion displacement in the steady state is measured again by optical interference. The initial thermal expansion displacement is subtracted from the steady state thermal expansion displacement to obtain differential thermal expansion displacement. 4, the wafer temperature T corresponding to the differential thermal expansion displacement is obtained by referring to the relationship between the temperature T of the sample 7 stored in the table 38 and the differential thermal expansion displacement in advance. The temperature T thus determined is displayed on the indicator 39. If the thermal expansion displacement is always measured after a predetermined time after the start of the irradiation of the excitation light beam, a temporary thermal expansion displacement may be used to determine the temperature.

도 6은 본 발명의 온도측정장치(106)을 적용한 램프가열방식의 반도체 열처리장치의 블럭도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 온도측정장치(106)은 열팽창변위 검출 광학계(101), 표면반사율 측정 광학계(102), 자동초점 검출 광학계(103), 온도데이타 처리계(104) 및 램프제어계(105)를 포함한다. 반도체 열처리장치에 있어서, 실리콘웨이퍼(120)은 석영유리제의 반응관(44)내에 수납되어 있고, 여러개의 가열용 할로겐램프(45)가 반응관(44) 주위에 배치되어 있고, 반응관(44)와 가열용 할로겐램프(45)는 반사벽(43)에 의해 둘러싸여 있다. 산소가스 등의 처리가스는 반응관(44)내로 공급되고, 웨이퍼(120)의 표면상에 얇은 SiO₂막과 같은 박막을 형성하도록 웨이퍼(120)은 약 900℃에서 약 1분정도 할로겐램프(45)에 의해 방출된 가열광으로 가열된다.6 is a block diagram of a semiconductor heating apparatus of a lamp heating method to which the temperature measuring device 106 of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the temperature measuring device 106 includes a thermal expansion displacement detection optical system 101, a surface reflectance measurement optical system 102, an autofocus detection optical system 103, a temperature data processing system 104, and a lamp control system ( 105). In the semiconductor heat treatment apparatus, the silicon wafer 120 is housed in a reaction tube 44 made of quartz glass, and several heating halogen lamps 45 are arranged around the reaction tube 44, and the reaction tube 44 ) And the heating halogen lamp 45 are surrounded by the reflecting wall 43. Process gas such as oxygen gas is supplied into the reaction tube 44, and the wafer 120 has a halogen lamp (about 1 minute at about 900 DEG C) to form a thin film such as a thin SiO ₂ film on the surface of the wafer 120. Heated by 45).

웨이퍼(120)의 온도는 본 발명의 온도측정장치(106)에 의해 정확히 측정된다. 온도데이타 처리계(104)는 램프제어계(105)로 측정된 온도신호를 공급해서 고정밀도로 할로겐램프(45)의 발열량을 제어하여 웨이퍼(120)의 온도가 고정밀도의 소정온도로 유지되게 한다. 따라서, 양질의 막을 갖는 박막이 정확한 두께로 웨이퍼(120)의 표면상에 형성된다. 박막형성처리중에 웨이퍼(120)의 측정점상에도 박막이 형성되므로, 표면반사율이 박막내의 다중간섭으로 인해 변한다. 표면반사율 측정 광학계(102)는 정확한 온도측정이 가능하도록 표면반사율에서의 변화를 보정한다.The temperature of the wafer 120 is accurately measured by the temperature measuring device 106 of the present invention. The temperature data processing system 104 supplies the temperature signal measured by the lamp control system 105 to control the calorific value of the halogen lamp 45 with high precision so that the temperature of the wafer 120 is maintained at a high temperature with a high accuracy. Thus, a thin film having a good quality film is formed on the surface of the wafer 120 with the correct thickness. Since the thin film is formed on the measurement point of the wafer 120 during the thin film formation process, the surface reflectivity changes due to multiple interference in the thin film. Surface reflectance measurement optical system 102 corrects the change in surface reflectivity to enable accurate temperature measurement.

상술한 실시예에서는 단일 측정점에서 시료온도를 측정하였지만, 여러개의 여기광빔과 여러개의 프로브광빔을 이용하거나 또는 시료표면을 2차원 주사하여 예를 들면 CCD 등의 여러개의 광전변환소자나 여러개의 광전변환소자의 어레이를 사용하는 것에 의해 시료표면상의 온도분포를 측정하여 온도분포를 얻을 수 있다. 온도측정장치가 램프가열계의 반도체 열처리장치에 적용될 때, 실리콘웨이퍼표면상의 온도분포에 따라 각각의 할로겐램프의 발열량을 제어하는 것에 의해 균일한 온도분포로 실리콘웨이퍼를 가열하는 것이 가능하여, 양질의 박막을 웨이퍼의 전면에 걸쳐서 정확한 막두께로 형성할 수 있고, 큰 면적을 갖는 실리콘웨이퍼의 표면상에 박막을 형성하는데 매우 효과적이다.In the above-described embodiment, the sample temperature was measured at a single measuring point. However, by using several excitation light beams and several probe light beams or by performing two-dimensional scanning of the sample surface, for example, several photoelectric conversion elements such as CCDs or several photoelectric conversions are used. By using an array of devices, the temperature distribution on the sample surface can be measured to obtain a temperature distribution. When the temperature measuring device is applied to the semiconductor heat treatment device of the lamp heating system, it is possible to heat the silicon wafer with a uniform temperature distribution by controlling the calorific value of each halogen lamp according to the temperature distribution on the surface of the silicon wafer. The thin film can be formed with an accurate film thickness over the entire surface of the wafer, and is very effective for forming a thin film on the surface of a silicon wafer having a large area.

도 6의 실시예에 있어서의 온도측정장치는 램프가열방식의 반도체 열처리장치의 적용에만 한정되는 것은 아니고, 스퍼터링장치와 같은 반도체소자 제조용의 박막을 형성하기 위한 성막장치에 적용해도 좋다. 또한, 균일한 온도분포로 웨이퍼를 가열하는 것에 의해 웨이퍼표면을 균일하게 에치하도록 드라이에칭장치에 온도측정장치를 적용하는 것도 가능하다.The temperature measuring device in the embodiment of Fig. 6 is not limited to the application of the lamp heating type semiconductor heat treatment apparatus, but may be applied to the film forming apparatus for forming a thin film for manufacturing a semiconductor element such as a sputtering apparatus. It is also possible to apply a temperature measuring device to the dry etching apparatus so as to uniformly etch the wafer surface by heating the wafer with a uniform temperature distribution.

본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서의 온도측정장치를 도 7 및 도 8에 따라 설명한다. 도 7은 온도측정장치의 블럭도이다. 온도측정장치는 열팽창변위 검출 광학계(107)과 온도데이타 처리계(104)를 포함한다. 실시예1에 있어서의 온도측정장치가 참조미러를 구비하는 마이클슨(Michelson)형 간섭계를 사용하는 것에 비해, 이 실시예에 있어서의 온도측정장치는 어떠한 참조미러도 마련되지 않은 공통광로형 간섭계를 사용하고 있는 것이 특징이다.A temperature measuring device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. 7 is a block diagram of a temperature measuring device. The temperature measuring device includes a thermal expansion displacement detection optical system 107 and a temperature data processing system 104. While the temperature measuring device in Example 1 uses a Michaelson type interferometer having a reference mirror, the temperature measuring device in this embodiment uses a common optical path type interferometer without any reference mirror. It is characteristic that we use.

실시예1과 마찬가지로 이 실시예의 열팽창변위 검출 광학계는 Ar레이저 등의 광원(1)(파장=514. 5㎚)에서 방출된 광빔(2)의 강도를 음향광학 변조소자(3)에 의해 변조주파수f_E로 변조하고, 여기광(5)를 공급하도록 빔확대기(4)에 의해 강도변조광빔을 확대하고, 이 확대된 광빔(5)를 파장600㎚이하의 광은 반사하고 파장600㎚이상의 광은 투과시키는 다이크로익 프리즘(40)에 의해 반사된 여기광빔으로서 반사하고, 시료(7)이 측정점(8)상에 확대되고 반사된 광빔(5)를 대물렌즈(6)으로 집광한다. 대물렌즈(6)의 NA가 0. 42일 때 시료상의 여기광빔의 스폿지름은 마이크로미터치수의 영역을 갖는 측정미소점의 온도측정에 적당하게 작은 약 1. 5㎛이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광열변위효과는 측정점(8)에 있어서 진폭A에서의 주파수f_E에서 주기적으로 변화하는 팽창변위를 발생시킨다.Similar to the first embodiment, the thermal expansion displacement detection optical system of this embodiment modulates the intensity of the light beam 2 emitted from the light source 1 (wavelength = 514. 5 nm), such as an Ar laser, by the acousto-optic modulation device 3. modulated with f and _E, where the intensity-modulated light beam expanded by a beam expander (4) so as to supply the beam (5), and the the enlarged light beam (5) light of a wavelength of up to 600㎚ is reflected and the light wavelength or more 600㎚ Is reflected as an excitation light beam reflected by the dichroic prism 40 which transmits, and the sample 7 expands on the measurement point 8 and condenses the reflected light beam 5 to the objective lens 6. When the NA of the objective lens 6 is 0.42, the spot diameter of the excitation light beam on the specimen is about 1.5 mu m, which is small enough for temperature measurement of the measurement spot having a micrometer dimension region. As shown in FIG. 8, the photothermal displacement effect generates a cyclically varying expansion displacement at the frequency f _E at the amplitude A at the measurement point 8.

한편, He-Ne레이저 등의 가간섭광원(11)(파장=633㎚)에서 방사된 직선편광빔(12)는 45°의 편향각으로 편광빔분리기(46)에 입사한다. 편광빔분리기(46)은 입사광빔을 P편광빔과 S편광빔으로 분리한다. 광주파수 시프트 제어회로(52)는 편광빔분리기(46)을 투과한 P편광빔이 음향광학 변조소자(47)에 의해 f₁의 광주파수로 시프트되고, 편광빔분리기(46)에 의해 반사된 S편광빔이 음향광학 변조소자(48)에 의해 f₂(f₁≠f₂)의 광주파수로 시프트되도록 음향광학 변조소자(47) 및 (48)을 구동한다. 편광된 빔은 서로 직교하는 편광방향과 f₁-f₂만큼 서로 다른 주파수를 갖는 2주파 직교빔(96)을 얻도록 편광빔분리기(51)에 의해 다시 합성된다.On the other hand, the linearly polarized light beam 12 emitted from the coherent light source 11 (wavelength = 633 nm) such as a He-Ne laser enters the polarizing beam separator 46 at a deflection angle of 45 °. The polarization beam separator 46 separates the incident light beam into P-polarized beams and S-polarized beams. In the optical frequency shift control circuit 52, the P-polarized beam transmitted through the polarization beam separator 46 is shifted to the optical frequency of f ₁ by the acoustic optical modulation element 47, and is reflected by the polarization beam separator 46. The acoustooptic modulators 47 and 48 are driven such that the S-polarized beam is shifted by the acoustooptic modulator 48 to an optical frequency of f ₂ (f ₁ ? F ₂ ). The polarized beams are again synthesized by the polarization beam splitter 51 to obtain a two-frequency orthogonal beam 96 having a polarization direction orthogonal to each other and a frequency different from each other by f ₁ -f ₂ .

2주파 직교빔(96)의 일부는 빔분리기(54)에 의해 반사되고, 반사된 2주파 직교빔은 45°로 배치된 편광판(56)에 의해 편광간섭되고, 비트주파수f_B=f₁-f₂를 갖는 헤테로다인(heterodyne) 간섭광빔이 광전변환소자(57)에 입사한다. 주파수f_B를 갖는 비트신호는 신호제어회로(70)으로 보내지고, 분주회로나 PLL(Phase Locked Loop)을 사용하여 여기광을 위한 주파수f_E의 강도변조신호의 발생과 간섭신호로부터 열팽창성분을 추출할 때 사용되는 주파수f_B-f_E의 참조신호의 발생을 위한 기준신호로서 사용된다.A portion of the two-frequency orthogonal beam 96 is reflected by the beam splitter 54, and the reflected two-frequency orthogonal beam is polarized by the polarizing plate 56 disposed at 45 degrees, and the bit frequency f _B = f _1- A heterodyne interfering light beam having f ₂ is incident on the photoelectric conversion element 57. The bit signal having the frequency f _B is sent to the signal control circuit 70, and the thermal expansion component is generated from the generation of the intensity modulated signal of the frequency f _E for the excitation light and the interference signal by using a division circuit or a phase locked loop (PLL). It is used as a reference signal for the generation of a reference signal of frequencies f _B -f _E used for extraction.

2주파 직교빔(96)은 확대빔(59)를 마련하도록 빔확대기(58)에 의해 확대되고, 렌즈(60)에 의해 집광된다. 집광된 확대빔(59)는 빔분리기(61)에 의해 반사되고, 반사된 확대빔(59)는 렌즈(63)에 의해 평행빔으로 변환된다. 서벌트판(Savart plate)과 같은 방해석 등의 복굴절프리즘(62)는 P편광빔(64)와 S편광빔(65)로 2주파 직교빔(59)를 분리하도록 렌즈(63) 직전에 배치되어 있다. P편광빔(64)(실선으로 표시)는 다이크로익 프리즘(40)을 투과하고, 대물렌즈(6)에 의해 여기광빔(5)가 집광된 측정점(8)상에 집광된다. 대물렌즈(6)의 NA가 0. 42일 때 프로브광빔(16)의 스폿지름은 약 1. 8㎛이고, 마이크로미터 치수상의 영역을 갖는 측정미소영역의 온도의 측정이 가능하게 된다. 한편, S편광빔(65)(점선으로 표시)는 도 8에 도시된 바와 같이, 다이크로익 프리즘(40)을 투과하고, 온도측정점(8)에서 약간 떨어진 점(66)상의 참조광빔으로서 대물렌즈(6)에 의해 집광된다. S편광빔이 입사하는 점(66)은 열팽창변위량이 발생하는 영역 즉 프로브광빔(P편광빔(64))이 조사되는 측정점(8)에서의 열확산길이 이상의 길이, 예를 들면 변조주파수f_E=88㎑일 때 약 1. 8㎛이상의 거리 밖에 있다.The two-frequency orthogonal beam 96 is enlarged by the beam expander 58 to provide an enlarged beam 59 and is collected by the lens 60. The focused magnified beam 59 is reflected by the beam splitter 61, and the reflected magnified beam 59 is converted into a parallel beam by the lens 63. A birefringent prism 62 such as calcite such as a savart plate is disposed immediately before the lens 63 to separate the two-frequency orthogonal beam 59 into the P-polarized beam 64 and the S-polarized beam 65. . The P-polarized light beam 64 (indicated by the solid line) passes through the dichroic prism 40 and is focused on the measurement point 8 in which the excitation light beam 5 is collected by the objective lens 6. When the NA of the objective lens 6 is 0.42, the spot diameter of the probe light beam 16 is about 1. 8 mu m, and the temperature of the measurement microregion having a micrometer dimension area can be measured. On the other hand, the S-polarized beam 65 (indicated by a dotted line) passes through the dichroic prism 40 as shown in FIG. 8, and is an object as a reference light beam on a point 66 slightly separated from the temperature measuring point 8. The light is collected by the lens 6. The point 66 at which the S-polarized beam is incident is a length equal to or greater than the thermal diffusion length in the area where the thermal expansion displacement occurs, that is, the measurement point 8 at which the probe light beam (P polarization beam 64) is irradiated, for example, the modulation frequency f _E = At 88 ㎑, it is outside the distance of more than about 1. 8㎛.

측정점(8)에서 반사된 프로브광빔(64)의 위상은 주기적 열팽창변위에 따라 주파수f_E에서 주기적으로 변화한다. 반사된 프로브광빔(64)와 반사된 참조광빔(65)는 동일광로로 주행하고, 복굴절프리즘(62)(서벌트판 등)에 의해 합성된다. 합성된 반사광빔(67)은 빔분리기(61)을 통해 투과되고, 반사된 광빔의 편광방향에 대해 45°로 배치된 편향판에 의해 헤테로다인 편광간섭된다. 간섭광빔의 강도는 열팽창변위의 주기적 변화와 동기해서 주기적으로 변화한다. 간섭광은 렌즈(63)에 의해 포토다이오드 등의 광전변환소자(69)상에 집광된다. 간섭광빔의 강도I는 다음식으로 표현된다.The phase of the probe light beam 64 reflected at the measuring point 8 changes periodically at the frequency f _E in accordance with the periodic thermal expansion displacement. The reflected probe light beam 64 and the reflected reference light beam 65 travel in the same optical path, and are synthesized by a birefringent prism 62 (subplate or the like). The synthesized reflected light beam 67 is transmitted through the beam splitter 61, and is heterodyne polarized by interference plates arranged at 45 degrees with respect to the polarization direction of the reflected light beam. The intensity of the interfering light beam changes periodically in synchronism with the periodic change in thermal expansion displacement. The interference light is condensed on the photoelectric conversion element 69 such as a photodiode by the lens 63. The intensity I of the interfering light beam is expressed by the following equation.

여기서, λ는 프로브광빔의 파장, I_S는 반사 프로브광빔의 강도, I_R는 반사된 참조광빔의 강도, f_B=f₁-f₂는 반사 프로브광빔의 각각의 주파수와 반사된 참조광빔 사이의 차, A는 열팽창변위의 진폭, θ는 열팽창변위의 위상지연, ψ는 프로브광빔로와 참조광빔로 사이의 차에 의한 위상차이다.Where λ is the wavelength of the probe light beam, I _S is the intensity of the reflected probe light beam, I _R is the intensity of the reflected reference light beam, f _B = f ₁ -f ₂ is between each frequency of the reflected probe light beam and the reflected reference light beam Where A is the amplitude of the thermal expansion displacement, θ is the phase delay of the thermal expansion displacement, and ψ is the phase difference due to the difference between the probe light beam path and the reference light beam path.

제1항은 직류성분, 제2항은 주파수f_B의 성분, 제3항은 주파수f_B+f_E의 열팽창성분이고, 제4항은 주파수f_B-f_E의 열팽창성분이다. 구해야 할 성분은 제3항 또는 제4항이다.The first term is a direct current component, the second term is a component of frequency f _B , the third term is a thermal expansion component of frequency f _B + f _E , and the fourth term is a thermal expansion component of frequency f _B −f _E. The component to be obtained is claim 3 or 4.

본 실시예에 있어서는 제4항, 즉 주파수f_B-f_E의 열팽창성분을 추출한다. 광전변환소자(69)에서 출력된 간섭신호는 온도데이타 처리계(104)내에 구비된 록인앰프(36)에 공급된다.In this embodiment, the thermal expansion component of the fourth term, that is, the frequency f _B -f _E is extracted. The interference signal output from the photoelectric conversion element 69 is supplied to the lock-in amplifier 36 provided in the temperature data processing system 104.

록인앰프(36)은 참조신호로서 신호제어회로(70)에서 발생된 주파수f_B-f_E의 신호를 이용하는 동기검출에 의해 간섭신호내에 포함된 주파수f_B-f_E의 열팽창성분의 진폭A와 위상지연θ를 결정한다.The lock-in amplifier 36 has the amplitude A of the thermal expansion component of the frequency f _B -f _E included in the interference signal by synchronous detection using a signal of the frequencies f _B -f _E generated by the signal control circuit 70 as a reference signal. Determine the phase delay θ.

실시예1의 동작과 마찬가지로 록인앰프(36)에 의해 얻어진 열팽창진폭A는 온도산출회로(37)로 공급되고, 도 4에 도시된 바와 같이 열팽창진폭A에 대응하는 웨이퍼온도T를 검색하도록 온도산출회로(37)은 웨이퍼온도T와 열팽창진폭A 사이의 관계를 도시한 테이블(38)에서 검색하고 표시기(39)는 온도T를 표시한다.Similar to the operation of the first embodiment, the thermal expansion amplitude A obtained by the lock-in amplifier 36 is supplied to the temperature calculating circuit 37, and the temperature is calculated to search for the wafer temperature T corresponding to the thermal expansion amplitude A as shown in FIG. The circuit 37 retrieves in a table 38 showing the relationship between the wafer temperature T and the thermal expansion amplitude A, and the indicator 39 displays the temperature T. FIG.

실시예1의 온도측정장치와 마찬가지로 상술한 실시예의 온도측정장치는 고정밀도로 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 측정 최소점온도의 비접촉측정이 가능하다. 따라서, 여러개의 광빔이나 주사광빔이 온도분포를 얻기 위해 이용되어도 좋다.Like the temperature measuring device of Example 1, the temperature measuring device of the above-described embodiment is capable of non-contact measurement of the measurement minimum point temperature having an area of the micrometer dimension with high precision. Therefore, several light beams or scanning light beams may be used to obtain a temperature distribution.

상술한 실시예에 있어서의 온도측정장치는 참조표면으로서 시료표면을 이용하는 공통광로형 간섭계를 사용하고 참조광빔과 프로브광빔의 각각의 광로는 실질적으로 동일하다. 그러므로, 온도측정장치의 온도측정실시는 광학계나 시료의 변화 또는 시료주변 기체의 굴절률 변화나 파동과 같은 영향을 거의 받지 않는다.The temperature measuring device in the above embodiment uses a common optical path type interferometer using a sample surface as a reference surface, and each optical path of the reference light beam and the probe light beam is substantially the same. Therefore, the temperature measurement of the temperature measuring device is hardly affected by the change of the optical system or the sample or the change of the refractive index or the wave of the gas around the sample.

실시예1의 온도측정장치와 마찬가지로 상술한 실시예에 있어서의 온도측정의 측정정밀도는 표면반사율 측정 광학계(102)와 자동초점 검출 광학계(103)을 부가적으로 구비하는 것에 의해 향상시킬 수도 있다.Like the temperature measuring device of Example 1, the measurement accuracy of the temperature measurement in the above-described embodiment can be improved by additionally providing the surface reflectivity measuring optical system 102 and the autofocus detecting optical system 103.

상술한 실시예에 있어서의 온도측정장치도 실시예1의 온도측정장치와 마찬가지로 램프가열방식의 반도체 열처리장치, 스퍼터링장치, 에칭장치에 적용가능하며, 마찬가지의 효과가 얻어진다. 온도측정장치가 램프가열방식의 반도체 열처리장치에 적용될 때, 기체가 가열된 경우 반응관에 가득찬 기체의 굴절률의 변화로 인해 광로길이가 변화하고 측정된 간섭강도에 오차가 발생되는 것으로 예상된다. 그러나, 이 온도측정장치에서 참조광빔과 프로브광빔의 각각의 광로가 실질적으로 동일하고, 측정된 간섭강도는 광로길이의 변화에 의한 영향을 거의 받지 않으므로 열팽창변위를 고정밀도로 검출할 수 있다.The temperature measuring device in the above-described embodiment is also applicable to the lamp heating type semiconductor heat treatment apparatus, sputtering apparatus, and etching apparatus, similarly to the temperature measuring apparatus in Example 1, and similar effects are obtained. When the temperature measurement device is applied to a lamp heating type semiconductor heat treatment device, when the gas is heated, the optical path length is changed due to the change of the refractive index of the gas filled in the reaction tube, and an error occurs in the measured interference intensity. However, in this temperature measuring device, the respective optical paths of the reference light beam and the probe light beam are substantially the same, and the measured interference intensity is hardly affected by the change of the optical path length, so that the thermal expansion displacement can be detected with high accuracy.

이 실시예의 열팽창변위 검출 광학계(107)에 있어서, Ar레이저 등의 광원(파장=514. 5㎚)에서 방출된 광빔(2)의 강도는 음향광학 변조소자(3)에 의해 변조주파수f_E로 변조되고, 강도변조광빔(5)는 여기광빔으로서 시료(7)의 측정점(8)상에 집광된다. 실시예1에서 설명한 바와 같이, 음향광학 변조소자(3)을 생략하고 일정강도를 갖는 광빔을 여기광빔으로서 사용해도 좋다. 그러한 경우, 광전변환소자(57)에 의해 검출된 주파수f_B의 비트신호는 신호제어회로(70)을 거쳐서 록인앰프(36)으로 보내지고 참조신호로서 동일하게 사용된다.In the thermal expansion displacement detection optical system 107 of this embodiment, the intensity of the light beam 2 emitted from a light source (wavelength = 514. 5 nm) such as an Ar laser is controlled at the modulation frequency f _E by the acoustooptic modulation element 3. The modulated light beam 5 is focused on the measurement point 8 of the sample 7 as an excitation light beam. As described in Embodiment 1, a light beam having a constant intensity may be used as the excitation light beam by omitting the acoustooptic modulator 3. In such a case, the bit signal of frequency f _B detected by the photoelectric conversion element 57 is sent to the lock-in amplifier 36 via the signal control circuit 70 and used equally as a reference signal.

본 실시예는 참조표면으로서 측정점으로부터 떨어진 시료의 표면의 일부분을 이용하는 공통광로형 간섭계를 사용하므로, 검출된 열팽창변위는 여기광빔에 의해서만 발생된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 여기광조사 전후에 열팽창변위를 2회 측정할 필요는 없다. 측정점(8)이 여기광으로 조사될 때 측정점(8)은 즉시 팽창되고, 열팽창변위도 동시에 증가하며 열팽창이 일정 시간내에 정상상태에 도달한 후, 열팽창변위는 일정하게 유지된다. 열팽창이 일정상태에 도달한 후, 열팽창변위는 광간섭에 의해 측정된다. 광전변환소자(69)에 의해 검출된 간섭신호가 주파수f_B의 주파수성분만을 포함하므로 열팽창변위는 록인앰프(36)으로 간섭신호를 인가하고 참조신호로서 신호제어회로(70)에서 출력된 주파수f_B의 비트신호를 이용하는 것에 의해 검출된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 시료(7)의 온도T와 열팽창변위 사이의 관계를 저장하는 참조테이블(38)은 웨이퍼온도T를 미리 결정하도록 측정된 열팽창변위에 대응하는 온도T에 대해 조사된다. 이렇게 하여 얻어진 온도T는 표시기(39)상에 표시된다. 일시적 열팽창변위는 여기광빔에 의한 시료의 조사개시 후 일정시간 경과후에 측정되어도 좋고, 시료온도는 일시적 열팽창변위량에 따라 측정되어도 좋다. 또, 본 발명에 따른 다른 실시예의 온도측정장치를 도 9∼도 11에 따라 설명한다. 도 9는 온도측정장치의 블럭도이다. 이 온도측정장치는 열팽창변위 검출 광학계(108)과 온도데이타 처리계(104)를 포함한다.This embodiment uses a common optical path type interferometer that uses a part of the surface of the specimen away from the measurement point as a reference surface, so that the detected thermal expansion displacement is generated only by the excitation light beam. Therefore, as described above, it is not necessary to measure the thermal expansion displacement twice before and after the excitation light irradiation. When the measuring point 8 is irradiated with excitation light, the measuring point 8 immediately expands, the thermal expansion displacement simultaneously increases, and after the thermal expansion reaches a steady state within a predetermined time, the thermal expansion displacement remains constant. After the thermal expansion reaches a constant state, the thermal expansion displacement is measured by optical interference. Since the interference signal detected by the photoelectric conversion element 69 includes only the frequency component of frequency f _B , the thermal expansion displacement is applied to the lock-in amplifier 36 and the frequency f output from the signal control circuit 70 as a reference signal. _It is detected by using the bit signal of _B. As shown in Fig. 4, the reference table 38, which stores the relationship between the temperature T and the thermal expansion displacement of the sample 7, is irradiated with respect to the temperature T corresponding to the thermal expansion displacement measured to determine the wafer temperature T in advance. . The temperature T thus obtained is displayed on the indicator 39. The temporary thermal expansion displacement may be measured after a certain time has elapsed after the start of irradiation of the sample by the excitation light beam, and the sample temperature may be measured according to the temporary thermal expansion displacement. In addition, a temperature measuring device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 9 is a block diagram of a temperature measuring device. The temperature measuring device includes a thermal expansion displacement detection optical system 108 and a temperature data processing system 104.

앞의 실시예는 열팽창변위 검출용 간섭계를 사용하는 반면, 이 실시예는 주기적 열팽창변위에 의해 형성된 볼록경사부분상의 프로브광빔의 투영과 볼록경사부분에 의해 반사된 광빔의 검출을 사용한다.While the previous embodiment uses an interferometer for thermal expansion displacement detection, this embodiment uses the projection of the probe light beam on the convex slope portion formed by the periodic thermal expansion displacement and the detection of the light beam reflected by the convex slope portion.

열팽창변위 검출 광학계(108)에 있어서, Ar레이저 등의 광원(1)(파장=514. 5㎚)에서 조사된 광빔(2)의 강도는 음향광학 변조소자(3)에 의해 변조주파수f_E로 변조되고, 강도변조광빔은 확대광빔(5)를 마련하도록 빔확대기(4)에 의해 확대되고 확대광빔(5)는 파장600㎚이하는 반사하고 파장600㎚이상은 투과하는 다이크로익 프리즘(40)에 의해 반사되고, 여기광으로서 대물렌즈계(6)에 의해 시료(7)의 측정점(8)상에 집광된다. 대물렌즈(6)의 NA가 0. 42일 때 시료상의 여기광빔(5)의 스폿지름은 약 1. 5㎚로서, 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 미소점의 온도검출이 가능하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 진폭A내의 주파수f_E에서 주기적으로 변화하는 열팽창변위는 광열변위효과에 의해 측정점(8)에서 발생된다.In the thermal expansion displacement detection optical system 108, the intensity of the light beam 2 irradiated from a light source 1 (wavelength = 514. 5 nm) such as an Ar laser is controlled by the acoustooptic modulator 3 at a modulation frequency f _E. The dichroic prism 40 is modulated, the intensity modulated light beam is enlarged by the beam expander 4 to provide the enlarged light beam 5, and the enlarged light beam 5 reflects below the wavelength 600 nm and transmits the wavelength 600 nm or more. ), And the light is collected on the measurement point 8 of the sample 7 by the objective lens system 6 as excitation light. When the NA of the objective lens 6 is 0.42, the spot diameter of the excitation light beam 5 on the specimen is about 1.5 nm, and temperature detection at the minute point having an area of the micrometer dimension is possible. As shown in Fig. 10, the thermal expansion displacement that periodically changes at the frequency f _E in amplitude A is generated at the measurement point 8 by the photothermal displacement effect.

한편, He-Ne레이저와 같은 가간섭광원(11)(파장=633㎚)에서 방출된 광빔(12)는 확대광빔(14)를 마련하도록 빔확대기(13)에 의해 확대되고, 확대빔(14)는 빔분리기(75)에 의해 반사되고 다이크로익 프리즘(40)을 거쳐서 투과되고, 확대광빔(14)는 도 10에 도시된 바와 같이 대물렌즈(6)에 의해 시료(7)상의 온도측정점(8)로부터 약간 떨어진 점(76)상에 프로브광빔(14)로서 집광된다. 프로브광빔(14)는 열팽창변위에 의해 형성된 볼록경사부분에 있어서 점(76)상의 시료(7)의 표면에 대해 수직방향으로 입사한다. 경사부분상의 점(76)은 예를 들면 온도측정점(8)로부터 열확산길이㎲의 약 1/2, 즉 변조주파수f_E가 88㎑일 때, 온도측정점(8)로부터 9㎛정도 거리를 두고 있다. 반사 프로브광빔(77)은 시료에 열팽창변위가 없을 때 프로브광빔(14)의 광로의 반대이다. 시료에 열팽창변위가 있을 때 반사 프로브광빔(77)은 입사로에서 각도ω만큼 편향된 경로로 주행한다. 따라서, 반사 프로브광빔(77)은 주파수f_E로 변조된 강도를 갖는 여기광빔(5)에 의한 주기적 열팽창변위에 의해 입사로에서 각도ω만큼 주기적으로 편향된다. 대물렌즈(6)의 NA가 0. 42일 때 프로브광빔(14)의 스폿지름은 약 1. 8㎛이므로 마이크로미터 치수의 영역을 갖는 최소스폿의 측정이 가능하다.On the other hand, the light beam 12 emitted from the coherent light source 11 (wavelength = 633 nm) such as a He-Ne laser is enlarged by the beam expander 13 to provide the enlarged light beam 14, and the enlarged beam 14 ) Is reflected by the beam splitter 75 and transmitted through the dichroic prism 40, and the enlarged light beam 14 is measured by the objective lens 6 on the sample 7 as shown in FIG. It is focused as a probe light beam 14 on a point 76 slightly away from (8). The probe light beam 14 is incident in the direction perpendicular to the surface of the sample 7 on the point 76 at the convex slope portion formed by the thermal expansion displacement. The point 76 on the inclined portion is spaced about 9 占 퐉 from the temperature measuring point 8 when, for example, about half of the thermal diffusion length 열 from the temperature measuring point 8, that is, when the modulation frequency f _E is 88 kHz. . The reflected probe light beam 77 is opposite to the optical path of the probe light beam 14 when there is no thermal expansion displacement in the sample. When the specimen has a thermal expansion displacement, the reflected probe light beam 77 travels in a path deflected by an angle ω in the incidence path. Therefore, the reflected probe light beam 77 is periodically deflected by the angle ω in the incidence path by the periodic thermal expansion displacement by the excitation light beam 5 having the intensity modulated at the frequency f _E. When the NA of the objective lens 6 is 0.42, the spot diameter of the probe light beam 14 is about 1. 8 mu m, so that the minimum spot having the area of the micrometer dimension can be measured.

도 9에 도시된 바와 같이, 반사 프로브광빔(77)은 렌즈(78)에 의해 렌즈(78)의 초점거리(Fc)보다 짧은 거리에 배치된 위치검출소자(79)상에 집광된다. 위치검출소자(78)은 도 11에 도시된 바와 같이, 다른 편향각으로 편향된 반사 프로브광빔(77)의 축을 나타내는 점선인 반사 프로브광빔(77)의 주기적 위치변화로서 편향각ω(도 10)를 검출한다. 위치검출소자(79)가 렌즈(78)의 초점위치(97)에 위치될 때, 반사된 프로브광빔(77)은 항상 초점위치(97)에 입사하고, 편향각의 변화는 검출될 수 없다. 위치검출소자(79)가 렌즈(78)의 초점거리보다 짧은 거리에 배치되고, 반사된 프로브광빔(77)이 다른 편향각에 따라 위치(98a), (98b), (98c)로 입사하므로, 편향각의 변화는 위치검출소자(79)에 입사하는 반사 프로브광빔(77)의 위치로부터 결정할 수 있다.As shown in FIG. 9, the reflective probe light beam 77 is condensed by the lens 78 on the position detection element 79 disposed at a distance shorter than the focal length Fc of the lens 78. As shown in Fig. 11, the position detecting element 78 changes the deflection angle ω (Fig. 10) as a periodic positional change of the reflective probe light beam 77, which is a dotted line indicating the axis of the reflection probe light beam 77 deflected at another deflection angle. Detect. When the position detecting element 79 is positioned at the focal position 97 of the lens 78, the reflected probe light beam 77 always enters the focal position 97, and a change in the deflection angle cannot be detected. Since the position detecting element 79 is disposed at a distance shorter than the focal length of the lens 78, and the reflected probe light beam 77 is incident at positions 98a, 98b, and 98c according to different deflection angles, The change in the deflection angle can be determined from the position of the reflected probe light beam 77 incident on the position detection element 79.

위치검출소자(79)상의 반사 프로브광빔(77)의 위치변화는 편향각ω와 거의 비례하고, 편향각ω는 열팽창변위와 거의 비례한다.The positional change of the reflected probe light beam 77 on the position detection element 79 is almost proportional to the deflection angle ω, and the deflection angle ω is almost proportional to the thermal expansion displacement.

도 9에 있어서, 위치검출소자(79)에서 마련된 빔위치검출신호는 온도데이타 처리계(104)내에 구비된 록인앰프(36)으로 공급되고, 록인앰프(36)은 참조신호로서 여기광빔의 강도를 변조하기 위해 이용된 주파수f_E의 변조신호를 이용하는 동기검출에 의해 빔위치검출신호내에 포함된 위상지연ψ와 주파수f_E로 변화하는 빔위치변위의 진폭을 결정한다.In Fig. 9, the beam position detection signal provided by the position detection element 79 is supplied to the lock-in amplifier 36 provided in the temperature data processing system 104, and the lock-in amplifier 36 is the reference signal intensity of the excitation light beam. By the synchronous detection using the modulation signal of the frequency f _E used to modulate the phase delay φ included in the beam position detection signal and the amplitude of the beam position displacement which changes to the frequency f _E is determined.

상술한 바와 같이, 위치검출소자(79)상의 반사 프로브광빔(77)의 위치변화는 실질적으로 편향각ω(도 10)와 비례하고, 편향각ω는 열팽창변위A와 실질적으로 비례한다. 따라서, 웨이퍼온도T와 열팽창진폭A 사이의 관계를 나타내는 참조테이블 대신에 미리 메모리 등에 저장되기 전에 예를 들면 반도체소자제조용 실리콘웨이퍼 등의 웨이퍼온도T와 반사된 프로브광빔의 위치변위의 관계를 나타낸 참조테이블을 이론적 또는 실험적으로 결정하면, 반사 프로브광빔의 측정된 변위로부터 웨이퍼온도T를 결정할 수 있다. 도 9에 도시한 온도데이타 처리계(104)내에 구비된 참조테이블(38)은 실시예1의 참조테이블과 동일하다. 록인앰프(36)에 의해 얻어진 반사 프로브광빔의 변위진폭은 온도산출회로(37)로 보내지고, 온도산출회로(37)은 반사 프로브광빔의 변위진폭에 대응하는 웨이퍼온도T에 대해 참조테이블(38)을 검색하고, 표시기(39)는 온도T를 표시한다.As described above, the positional change of the reflected probe light beam 77 on the position detection element 79 is substantially proportional to the deflection angle ω (Fig. 10), and the deflection angle ω is substantially proportional to the thermal expansion displacement A. Therefore, instead of the reference table showing the relationship between the wafer temperature T and the thermal expansion amplitude A, a reference showing the relationship between the wafer temperature T and the positional displacement of the reflected probe light beam, for example, before being stored in a memory or the like in advance. By determining the table theoretically or experimentally, the wafer temperature T can be determined from the measured displacement of the reflected probe light beam. The reference table 38 provided in the temperature data processing system 104 shown in FIG. 9 is the same as the reference table of the first embodiment. The displacement amplitude of the reflected probe light beam obtained by the lock-in amplifier 36 is sent to the temperature calculating circuit 37, and the temperature calculating circuit 37 refers to the reference table 38 for the wafer temperature T corresponding to the displacement amplitude of the reflected probe light beam. ), The indicator 39 displays the temperature T.

실시예1에서와 마찬가지로 본 실시예의 측정정밀도는 온도측정장치에 표면반사율 측정 광학계(102)와 자동초점 검출 광학계(103)을 부가하여 향상시킬 수 있다.As in the first embodiment, the measurement accuracy of the present embodiment can be improved by adding the surface reflectance measuring optical system 102 and the autofocus detecting optical system 103 to the temperature measuring device.

실시예1의 온도측정장치와 같이 본 실시예의 온도측정장치를 램프가열방식의 반도체 가열처리장치, 스퍼터링장치, 에칭장치에 적용할 수 있고, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.Like the temperature measuring device of Example 1, the temperature measuring device of this embodiment can be applied to a semiconductor heating treatment device, a sputtering device, and an etching device of a lamp heating method, and the same effect can be obtained.

본 실시예에 있어서의 온도측정장치는 실시예1의 온도측정장치와 마찬가지로 강도변조 여기광빔 대신에 일정한 강도를 갖는 여기광빔을 사용할 수도 있다. 또한, 여러개의 광빔 또는 주사광빔이 온도분포를 얻기 위해 사용되어도 좋다.The temperature measuring device in the present embodiment may use an excitation light beam having a constant intensity instead of the intensity modulated excitation light beam as in the temperature measuring device of the first embodiment. In addition, several light beams or scanning light beams may be used to obtain a temperature distribution.

본 발명에 의한 또 다른 실시예의 온도측정장치를 도 12에 따라 설명한다. 도 12는 이전의 실시예에서의 온도측정장치를 램프가열방식의 반도체 열처리장치에 적용하고, 또 온도교정용 측정계(110)이 부가적으로 마련된 결합을 도시한 것이다. 온도측정장치는 반도체 열처리장치(109), 열팽창변위 검출 광학계(101), (107) 또는 (108), 온도데이타 처리계(104) 및 램프제어계(105)를 포함한다.A temperature measuring device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows a combination in which the temperature measuring device of the previous embodiment is applied to a semiconductor heat treatment device of a lamp heating method, and additionally provided with a temperature calibration measuring system 110. The temperature measuring device includes a semiconductor heat treatment device 109, thermal expansion displacement detection optical system 101, 107 or 108, a temperature data processing system 104, and a lamp control system 105.

본 실시예는 반도체 열처리장치(109)에 의해 열처리될 실리콘웨이퍼(120)의 온도를 측정하기 전에 온도교정용 측정계(110)에 의해 검출게의 감도교정을 실행하는 것을 특징으로 하고 있다. 가동미러(81)은 온도개시측정전에 광로내에 삽입된다. 여기광빔과 프로브광빔은 열팽창변위 검출 광학계(101), (107) 또는 (108)에 의해 백금박막과 같이 열 및 화학적으로 안정된 교정용시료(83)상에 투영되고, 검출신호는 교정용시료(83)의 온도를 결정하도록 온도연산 처리계(104)내에 구비된 온도산출회로(37)에 의해 처리된다. 그 동안에 교정용시료(83)의 실제온도는 교정용시료(83)의 이면에 부착된 열전쌍(84)에 의해 측정되고, 온도측정기(85)는 교정용시료(83)의 측정된 실제온도를 나타내는 온도신호를 마련한다. 온도측정기(85)에 의해 얻어진 실제온도와 열팽창변위 검출 광학계(101), (107), (108)에 의해 얻어진 측정된 온도는 온도산출회로(37)에 의해 비교되고, 참조테이블(38)의 내용과 온도산출회로(37)의 파라미터는 측정된 온도와 실제온도가 일치하도록 보정된다. 그 후, 가동미러(81)은 광로에서 회수되고 실리콘웨이퍼(120)의 온도측정이 개시된다.This embodiment is characterized in that the sensitivity calibration of the detector is performed by the temperature calibration measuring system 110 before measuring the temperature of the silicon wafer 120 to be heat treated by the semiconductor heat treatment apparatus 109. The movable mirror 81 is inserted into the optical path before the temperature start measurement. The excitation light beam and the probe light beam are projected onto a thermally and chemically stable calibration sample 83, such as a platinum thin film, by a thermal expansion displacement detection optical system 101, 107 or 108, and the detection signal is a calibration sample ( Processing is performed by the temperature calculating circuit 37 provided in the temperature calculation processing system 104 to determine the temperature of 83. In the meantime, the actual temperature of the calibration sample 83 is measured by the thermocouple 84 attached to the back surface of the calibration sample 83, and the temperature measuring device 85 measures the measured actual temperature of the calibration sample 83. Provide the temperature signal indicated. The actual temperature obtained by the temperature measuring device 85 and the measured temperature obtained by the thermal expansion displacement detection optical systems 101, 107, and 108 are compared by the temperature calculating circuit 37, and the reference table 38 The content and the parameters of the temperature calculation circuit 37 are corrected so that the measured and actual temperatures coincide. Thereafter, the movable mirror 81 is recovered from the optical path and the temperature measurement of the silicon wafer 120 is started.

시료온도측정전에 검출광학계의 감도교정은 검출광학계의 감도특성을 유지시켜서 측정된 온도의 정밀도, 신뢰성, 측정의 재현성이 향상된다.Sensitivity calibration of the detection optical system before the sample temperature measurement maintains the sensitivity characteristics of the detection optical system to improve the accuracy, reliability, and reproducibility of the measured temperature.

온도측정장치는 반도체 열처리장치의 시료온도측정에만 적용할 수 있는 것은 아니며, 스퍼터장치와 같은 성막장치나 에칭장치상의 시료측정에도 적용될 수 있다.The temperature measuring device is not only applicable to the sample temperature measurement of the semiconductor heat treatment device, but can also be applied to the measurement of a sample on a film forming apparatus such as a sputtering apparatus or an etching apparatus.

본 발명에 의한 다른 실시예의 온도측정장치를 도 13의 (a), 도 13의 (b), 도 13의 (c)에 따라 설명한다. 도 1∼도 11에 있어서의 온도측정장치중의 하나가 램프가열방식의 반도체 열처리장치상의 시료온도측정에 적용될 때, 박막(90)은 도 13의 (a)에 도시된 실리콘웨이퍼(120)의 표면상의 온도측정점(8)을 덮는다. 따라서,열팽창변위A₁은 측정점(8)이 박막(90)으로 코팅되지 않을 때 측정점(8)의 열팽창변위와 약간 다르고, 이 작은 차이가 측정에 있어서 오차로 되는 것이 예상된다. 본 실시예에 있어서 예를 들면 실시예1의 온도측정장치가 사용되고, 예를 들면 60㎑의 변조주파수f_E1로 변조된 강도를 갖는 여기광빔(5)는 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 측정점(8)상에 투영되고, 온도팽창변위A₁이 측정된다. 다음에, 변조주파수f_E1보다 낮은 예를 들면 50㎑의 변조주파수f_E2로 변조된 강도를 갖는 여기광빔(5)가 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이 측정점(8)상에 투영되고, 온도팽창변위A₂가 측정된다. 측정된 열팽창변위A₁과 A₂는 각각 박막(90a)와 (90b)의 효과를 포함한다. 도 13의 (a) 및 도 13의 (b)의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이 여기광빔(5)가 변조주파수f_E2로 변조된 강도를 가질 때의 열확산영역의 크기는 여기광빔(5)가 변조주파수f_E1로 변조된 강도를 가질때의 열확산영역의 크기보다 크다.A temperature measuring device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 13A, 13B, and 13C. When one of the temperature measuring devices in FIGS. 1 to 11 is applied to the sample temperature measurement on the semiconductor device of the lamp heating method, the thin film 90 is formed of the silicon wafer 120 shown in FIG. Cover the temperature measuring point 8 on the surface. Therefore, the thermal expansion displacement A ₁ is slightly different from the thermal expansion displacement of the measurement point 8 when the measurement point 8 is not coated with the thin film 90, and this small difference is expected to be an error in the measurement. In this embodiment, for example, the temperature measuring device of Example 1 is used, and for example, an excitation light beam 5 having an intensity modulated at a modulation frequency f _E1 of 60 Hz is shown in Fig. 13A. Similarly, it is projected on the measuring point 8, and the temperature expansion displacement A ₁ is measured. Next, an excitation light beam 5 having an intensity modulated at a modulation frequency f _{E2 of} , for example, 50 Hz lower than the modulation frequency f _E1 is projected onto the measuring point 8 as shown in Fig. 13B. , The temperature expansion displacement A ₂ is measured. The measured thermal expansion displacements A ₁ and A ₂ include the effects of the thin films 90a and 90b, respectively. As can be seen from the comparison of FIGS. 13A and 13B, the size of the thermal diffusion region when the excitation light beam 5 has the intensity modulated at the modulation frequency f _E2 is determined by the excitation light beam 5. It is larger than the size of the thermal diffusion region when it has the intensity modulated by the modulation frequency f _E1 .

시료의 열특성과 온도측정장치의 감도를 규정하는 파라미터를 고려하여 결정된 보정파라미터a, b에 가중된 열팽창변위A₁, A₂사이의 차이는 다음식에 의해 산출된다.The difference between the thermal expansion displacements A ₁ and A ₂ weighted to the correction parameters a and b determined in consideration of the thermal characteristics of the sample and the parameters defining the sensitivity of the temperature measuring device is calculated by the following equation.

△A_X=aA₂-bA₁ ΔA _X = aA ₂ -bA ₁

도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 물리량△A_X는 열확산영역(93)에서의 열팽창변위 즉 열확산영역(91)(도 13의 (a)) 및 (92)(도 13의 (b)) 사이의 차이를 나타내고, 박막(90c)의 영역은 작고, 박막(90c)의 영향은 박막(90a)(도 13의 (a))와 (90b)(도 13의 (b))의 영향보다 적다. 상술한 실시예와 마찬가지로 이 실시예는 차분인 물리량△A_X와 웨이퍼온도 사이의 관계를 구하고 산출된 차분으로부터 웨이퍼온도를 미리 구할 수 있다.As shown in Fig. 13C, the physical quantity ΔA _X is the thermal expansion displacement in the thermal diffusion region 93, that is, the thermal diffusion regions 91 (Figs. 13A) and 92 (Fig. 13B). )), The area of the thin film 90c is small, and the influence of the thin film 90c is influenced by the thin film 90a (FIG. 13A) and 90B (FIG. 13B). Less than This embodiment as with the above-described embodiment example can be obtained a wafer temperature from the difference calculation to obtain the relationship between the difference between the physical quantity △ _X A and the wafer temperature in advance.

온도팽창변위A₁과 A₂상의 박막의 영향을 상쇄하는 물리량△Ay는 다음식을 이용하여 산출할 수 있다.The physical quantity ΔAy canceling the influence of the thin films on the temperature expansion displacements A ₁ and A ₂ can be calculated using the following equation.

△Ay=pA₂/qA₁ ΔAy = pA ₂ / qA ₁

여기서, p와 q는 보정파라미터이다.Where p and q are correction parameters.

상술한 실시예의 온도측정장치는 온도측정중에 웨이퍼 표면상에 형성된 박막으로 인한 오차를 저감할 수 있다.The temperature measuring device of the above-described embodiment can reduce the error due to the thin film formed on the wafer surface during temperature measurement.

상술한 실시예의 온도측정장치의 구성은 도 7∼도 11에 있어서 온도측정장치에 적용될 수 있는 것도 물론이다. 도 13의 (a)∼도 13의 (c)에 있어서의 온도측정장치는 램프가열방식의 반도체 열처리장치의 적용에만 한정되는 것은 아니고, 스퍼터링장치와 같은 다른 반도체 박막성막장치에도 적용될 수 있다.It goes without saying that the configuration of the temperature measuring device of the above-described embodiment can be applied to the temperature measuring device in Figs. The temperature measuring device in FIGS. 13A to 13C is not limited to the application of the lamp heating type semiconductor heat treatment device, but can also be applied to other semiconductor thin film film forming devices such as sputtering devices.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 마이크로미터 치수의 스폿지름에 있어서 측정점상에 주파수가 주기적으로 변화하는 변화강도를 갖는 광빔 또는 일정강도를 갖는 광빔을 투영하는 것에 의해 발생된 고체시료표면 상의 측정점의 열팽창변위는 열팽창변위가 열전도율과 고체의 선팽창계수에 의존하고, 열전도율과 선팽창계수가 고체의 국소온도에 따라 변화하는 사실에 따라 광간섭과 광편향에 의해 고정밀도로 측정되고, 측정점의 국소온도는 열팽창변위를 이용하는 것에 의해 산출된다. 따라서, 마이크로미터치수 영역을 갖는 미소점온도는 비접촉온도측정에 의해 정확히 결정될 수 있다. 또한, 본 발명은 온도측정중에 웨이퍼표면상에 형성된 박막으로 인한 온도측정에 있어서의 오차를 저감한 온도를 얻는 것이 가능하다.As described above, according to the present invention, a measuring point on a surface of a solid sample generated by projecting a light beam having a varying intensity or a light beam having a constant intensity over a measuring point periodically at a spot diameter in the micrometer dimension. The thermal expansion displacement of is measured with high precision by optical interference and optical deflection according to the fact that thermal expansion displacement depends on thermal conductivity and linear expansion coefficient of solid, and thermal conductivity and linear expansion coefficient change according to local temperature of solid. It is calculated by using thermal expansion displacement. Therefore, the micro point temperature having the micrometer dimension region can be accurately determined by non-contact temperature measurement. In addition, the present invention can obtain a temperature at which the error in the temperature measurement due to the thin film formed on the wafer surface during the temperature measurement is reduced.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명은 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary.

Claims

In order to measure the temperature of the semiconductor wafer during processing of the semiconductor wafer to form a thin film on the surface of the semiconductor wafer, at least one measuring point of the sample surface is irradiated with at least one light beam to heat the sample and thereon By heating the sample by colliding a light beam, the displacement amount of the at least one measurement point on the surface of the sample due to thermal expansion of the sample is detected and a signal representing the displacement amount is generated, wherein the at least one measurement point of the sample is generated from the signal. Using the method of measuring the temperature by obtaining the temperature of and

And controlling the temperature of the semiconductor wafer in accordance with the temperature measured to control the amount and thickness of the thin film formed on the semiconductor wafer.

In order to measure the temperature of the semiconductor wafer during processing the semiconductor wafer to form a thin film on the surface of the semiconductor wafer, the intensity of the first light beam emitted from the first light source is modulated to a first frequency and the intensity to the first frequency. Projection of the modulated first light beam onto at least one measurement point of the sample surface to heat the sample and impinge the first light beam thereon to heat the sample, thereby causing the measurement of at least one measurement point on the sample surface by thermal expansion. Converting the displacement into an electrical signal including the frequency component of the first frequency, extracting information about the frequency component of the first frequency from the electrical signal, and according to the extracted information, the sample at at least one measurement point Using the method of measuring the temperature by obtaining the temperature of and

In order to measure the temperature of the semiconductor wafer during processing of the semiconductor wafer to form a thin film on the semiconductor wafer surface, at least one measurement point of the sample surface is irradiated with at least one light beam and impingement on the light beam thereon. By heating the sample, the amount of displacement of at least one measuring point on the surface of the sample due to thermal expansion of the sample is detected, and a signal representing the amount of displacement is generated, and the temperature of at least one measuring point of the sample is obtained from the signal. Means for measuring and

And means for controlling the temperature of the semiconductor wafer in accordance with the measured temperature to control the thickness and amount of the thin film formed on the semiconductor wafer.

In order to measure the temperature of the semiconductor wafer during processing the semiconductor wafer to form a thin film on the surface of the semiconductor wafer, the intensity of the first light beam emitted from the first light source is modulated to a first frequency and the intensity to the first frequency. The amount of displacement of at least one measuring point of the sample surface by thermal expansion by projecting the modulated first light beam onto at least one measuring point of the sample surface to heat the sample and impinging the first light beam thereon to heat the sample. Is converted into an electrical signal including the frequency component of the first frequency, and information about the frequency component of the first frequency is extracted from the electrical signal, and at least one measurement point of the sample is measured according to the extracted information. Means for obtaining temperature and measuring the temperature; and

And means for controlling the temperature of the semiconductor wafer in accordance with the temperature measured to control the amount and thickness of the thin film formed on the semiconductor wafer.