KR20090035550A - 웨이퍼 온도를 검출하는 방법 - Google Patents
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Abstract
온도 측정 장치들의 교정 및 웨이퍼 온도 측정을 위한 방법 및 장치들은 반도체 웨이퍼에서 층의 흡수성 결정을 기초로할 수 있다. 흡수성은 웨이퍼를 향하게 광을 지향시키고 입사광이 충돌하는 표면 아래로부터 웨이퍼로부터 반사되는 광을 측정함으로써 결정될 수 있다. 교정 웨이퍼 및 측정 시스템은 웨이퍼 표면에 대해 예정된 각도로 반사되는 광이 측정되고 다른 광은 측정되지 않도록 배열되고 구성될 수 있다. 또한, 측정은 웨이퍼 내의 또는 웨이퍼 상의 패턴 이미지의 대비도 평가를 기초로할 수 있다. 다른 측정들은 반사된 또는 투과된 광을 기초로 오도 결정에 따라 웨이퍼 내에서 광학 경로 길이의 결정을 이용할 수 있다.
Description
본 발명에서 사용되는 열처리 챔버는 반도체 웨이퍼들과 같은 물체들을 급속히 가열하는 장치와 관련된다.
통상적으로 이러한 장치들은 하나 이상의 반도체 웨이퍼들 또는 다른 물체들을 보유하기 위한 기판 홀더 및 웨이퍼들을 가열하기 위한 에너지 소스, 이를 테면 가열 램프들 및/또는 전기적 저항성 히터를 포함한다. 열 처리 동안, 반도체 웨이퍼들은 예정된 온도 범위(regime)에 따라 제어된 조건들하에서 가열된다.
다수의 반도체 가열 프로세스들은 웨이퍼가 장치로 제조됨에 따라 다양한 화학적 및 물리적 변형들이 발행할 수 있도록 웨이퍼를 높은 온도로 가열할 것을 요구한다. 이를 테면, 급속 열처리 프로세싱 동안, 반도체 웨이퍼들은 통상 몇 분(a few minutes) 미만인 시간 동안, 광들의 어레이에 의해 통상적으로 약 300℃ 내지 약 1,200℃의 온도로 가열된다. 이러한 프로세스들 동안, 가능한 균일하게 웨이퍼들을 가열하는 것이 주요 목적이 된다.
반도체 웨이퍼의 급속 열처리 프로세싱 동안, 웨이퍼 온도를 모니터하고 제어하는 것이 바람직하다. 특히, 현재 및 앞으로의 모든 고온 웨이퍼 프로세스들에 대해, 높은 정확성, 재현성 및 속도를 갖게 실제 웨이퍼 온도를 결정하는 것이 중 요하다. 웨이퍼의 온도를 정확히 측정하는 능력은 제조되는 집적회로의 품질 및 크기에서 직접적인 이득과 관련된다.
웨이퍼 가열 시스템들에서 가장 중요한 사항들중 하나는 가열 프로세스 동안 기판의 온도를 정확하게 측정하는 능력에 있다. 과거에, 열처리 챔버들에서 기판들의 온도를 측정하기 위한 다양한 수단 및 장치들이 개발되었다. 이러한 장치들로는, 이를 테면 고온도계들(pyrometers), 기판과 인접하게 배치되거나 또는 기판과 직접 접촉하는 열전쌍들(thermocouples)이 포함되며 레이저 간섭의 사용이 포함된다.
열처리 챔버에서 고온도계들을 사용하기 위해, 통상적으로 고온도계들은 교정도리 필요가 있다. 결과적으로 현재의 다양한 교정 과정들은 절대적인 정확한 온도 기준을 이용하여 고온도계들의 온도 판독치를 정렬하는 것이 요구된다. 열처리 챔버들에서 고온도계들의 교정에 가장 광범위하게 사용되는 방법 중 하나는 웨이퍼에 내장된 열전쌍을 가지는 반도체 웨이퍼를 챔버에 위치시키는 것이다. 열전쌍으로부터 취해진 온도 측정치들은 온도 측정 장치들로부터 수신된 판독치들과 비교되며 임의의 불일치가 교정된다.
이러한 방법은 고온도계들과 같은 온도 측정 장치를 교정하는데는 적합하지만, 기구들(instruments)을 교정하기 위해 상당량의 시간을 요구한다. 이에, 현재 상당량의 중단 시간 없이도 열처리 챔버들에서 고온도계들을 교정하는 방법이 요구된다. 특히, 챔버 보전도 및 순도를 유지하기 위해, 챔버 개방 없이 열처리 챔버들에서 고온도계들을 교정하는 방법이 요구된다. 또한, 광학적 고온도계 시스템이 적절히 기능하는지를 확인하기 위한 통상의 규칙적인 검사로서 이용될 수 있는 열처리 챔버들에서의 고온도계들을 교정하는 간단한 방법이 요구된다.
또한, 정확한 고온 측정 및/또는 교정을 포함하는, 온도 범위에 대해 이용될 수 있는 열처리 챔버들에서 고온도계들을 교정하고 온도를 측정하는 방법이 요구된다.
온도 측정 장치를 교정하는 방법은 교정 웨이퍼의 제 1 측면을 향해 입사 광선을 지향시키는 단계, 웨이퍼 내의 경로를 횡단하며 반사 평면에서 반사되는 적어도 하나의 광선을 포함하는 광 에너지를 검출하는 단계 - 반사 평면은 교정 웨이퍼의 제 1 측면과 구별됨 -, 검출된 에너지를 기초로 웨이퍼의 흡수율(absorption)을 검출하는 단계, 흡수율을 기초로 웨이퍼의 온도를 검출하는 단계, 및 검출된 온도를 기초로 온도 측정 장치를 교정하는 단계를 포함할 수 있다. 이를 테면, 반사 평면은 웨이퍼의 2개 층들 사이의 인터페이스, 웨이퍼의 2개 층들 사이의 층, 웨이퍼의 2개 층들 사이의 갭, 웨이퍼의 제 2 또는 후면을 포함할 수 있고 패턴 또는 회절 격자를 포함할 수 있다.
광 에너지를 검출하는 단계는 예정된 각도로 교정 웨이퍼의 제 1 측면에 제공되는 적어도 하나의 광선을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 입사 광선은 웨이퍼의 표면 반사율이 최소화되도록 선택된 입사각 및 편광면(plane-of-polarization)으로 지향될 수 있다.
웨이퍼는 흡수층 및 기판을 포함할 수 있고, 흡수층 및 기판은 흡수층과 기판의 인터페이스에 반사 평면이 배치되도록 입사 광선의 파장에서 상이한 굴절률을 갖는 물질들로부터 선택될 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 흡수층과 기판 사이에 적어도 하나의 추가층을 포함할 수 있고, 반사 평면은 추가층에 한정된다. 흡수층 및 기판은 모두 실리콘을 포함할 수 있고, 임의의 층들에 대해 다른 물질들도 적합하지만, 추가층은 실리콘 이산화물을 포함한다.
웨이퍼는 흡수층과 기판 사이의 인터페이스에 격자를 포함할 수 있고, 격자는 반사 평면을 한정한다. 다음 검출된 광 에너지는 격자에 의해 회절되는 광을 포함할 수 있다.
웨이퍼의 제 1 측면은 반사방지 코팅을 포함할 수 있고, 또한 웨이퍼는 반사 강화층 또는 코팅을 포함할 수 있으며, 반사 강화층은 반사 평면을 한정한다.
웨이퍼는 흡수층과 기판 사이에 갭을 포함할 수 있고, 갭은 반사 평면을 한정한다.
또한 웨이퍼는 텍스쳐링된 정면(textured front side)을 포함할 수 있다.
웨이퍼는 반사 평면 및 웨이퍼의 제 1 측면이 서로 경사지도록 구성될 수 있다. 이를 테면, 흡수층은 흡수층의 제 1 표면이 후면과 평행하지 않게 구성되거나, 또는 흡수층은 테이퍼진 형상을 갖는 또 다른 층의 상부에 위치설정될 수 있다.
지향된 광은 협대역(narrowband) 소스 또는 광대역(broadband) 소스를 이용하여 방출되거나 또는 대안적으로 다른 전자기 에너지를 포함할 수 있다.
하나 이상의 광학 부재들은 웨이퍼로부터 적어도 하나의 검출기로 반사되는 광 에너지의 선택된 부분 및/또는 검출기로부터 반사된 광의 선택된 부분들을 지향시키도록 구성 및 배열될 수 있다.
검출기(들)은 제 1 측면으로부터 또는 예정된 각도들 또는 각도들의 범위에서 반사되는 광은 지향시키지 않으면서, 반사 평면으로부터 반사되는 광 또는 소정의 예정된 각도들 또는 각도들의 범위에서 반사되는 광을 지향시키도록 위치설정된다.
웨이퍼는 반사 평면에서 패턴을 포함할 수 있고, 웨이퍼의 흡수율을 검출하는 단계는 패턴의 이미지를 얻는 단계 및 이를 테면 패턴의 대비도(degree of contrast)를 평가함으로써, 이미지를 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 관찰된 패턴의 이미지는 웨이퍼의 제 1 측면으로부터 반사되는 광을 차단하도록 구성된 필터의 사용을 통해 강화될 수 있다.
광학 센서의 교정시 이용하기에 적합한 교정 웨이퍼는 선택된 파장에서 광의 적어도 일부를 흡수하도록 구성된 흡수층 및 기판을 포함할 수 있다. 기판 및 흡수층은 선택된 파장에서 광의 적어도 일부를 반사하는 반사 평면이 흡수층의 외부 표면과 구별되는 위치에 놓이도록 선택 및 구성될 수 있다.
이를 테면, 흡수층은 실리콘을 포함할 수 있다. 웨이퍼는 흡수층과 기판 사이에 적어도 하나의 추가층을 더 포함할 수 있다. 또한, 기판은 실리콘을 포함할 수 있고 추가층은 실리콘 이산화물을 포함할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 반사 평면 및 웨이퍼의 제 1 및 외부 표면은 서로 경사질 수 있다. 웨이퍼의 제 1 측면은 반사방지 코팅을 포함하거나 또는 텍스쳐링될 수 있다. 예를 들어, 반사 평면은 반사-강화 물질의 층, 막 또는 코팅을 포함하거나, 또는 텍스쳐링된 표면, 패턴 또는 격자를 포함할 수 있다. 웨이퍼에서 사용될 수 있는 다른 적절한 물질로는 이를 테면, 예를 들어, Si, Ge, GaAs, InP, AlAs, GaN, InN, GaP, GaSb, InSb, SiC, 다이아몬드, AlGaAs, GaInAsP, InGaN, SiGe, 또는 SiGeC가 있다.
온도 측정 장치를 교정하는 시스템은 반도체 웨이퍼를 수용하기에 적합한 챔버, 이를 테면 RTP 챔버를 포함할 수 있다. 웨이퍼는 교정 웨이퍼를 포함할 수 있고 챔버는 챔버와 통신하며 웨이퍼를 가열하도록 구성된 가열 장치를 포함할 수 있다. 시스템은 웨이퍼의 온도를 모니터링하도록 구성된 온도 측정 장치를 이용할 수 있고, 웨이퍼를 향해 적어도 하나의 선택된 파장을 포함하는 에너지를 방출하도록 구성된 교정 광원을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광 검출기는 광 에너지가 경로를 횡단한 후 선택된 파장에서 웨이퍼로부터 반사되는 광의 에너지량을 검출하도록 위치설정될 수 있고, 경로의 적어도 일부는 웨이퍼 바디의 적어도 일부에 놓인다(falling).
또한, 시스템은 광 검출기와 통신하는 제어기 및 검출된 광을 기초로 온도 측정 장치를 교정하도록 구성된 온도 측정 장치를 포함할 수 있다. 제어기는 컴퓨터 시스템 또는 시스템들을 포함할 수 있고, RTP 챔버의 다른 부재들을 제어할 수 있다. 광 검출기는 포토(photo) 또는 다른 광학 센서를 포함할 수 있다. 온도 측정 장치는 고온도계를 포함할 수 있다.
온도 측정 장치를 교정하는 방법은 제 1 선택된 온도 범위에 대해, 교정 광원으로부터 물체를 통해 투과된 에너지의 측정치를 기초로 물체의 절대 온도를 검출하는 단계, 및 제 2 선택된 온도 범위에 대해, 광이 물체 내부에서 적어도 하나의 반사를 포함하는 경로를 횡단한 후 물체로부터 반사된 광을 기초로 물체의 절대 온도를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 온도 측정 장치는 제 1 및 제 2 선택된 온도 범위들에서 절대 온도로부터의 편차(variation)를 고려하도록 교정될 수 있다. 물체는 교정 웨이퍼를 포함할 수 있고, 측정 장치는 고온도계를 포함할 수 있다.
교정 프로세스는 제 1 선택된 온도 범위에 대한 상한치 및 제 2 온도 범위에 대한 하한치가 거의 같고, 투과된 광 신호의 감소(fall-off)에 의해 한정되도록 구성될 수 있다. 제 1 선택된 온도 범위에 대한 상한치 및 제 2 온도 범위에 대한 하한치는 모두 약 850℃일 수 있다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 온도 범위들은 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다.
물체의 온도를 검출하는 방법은 물체가 가간섭성 에너지(coherent energy)와 상호작용하도록 물체를 향해 가간섭성 에너지를 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상호작용은 에너지의 적어도 일부의 투과 또는 반사를 포함할 수 있다. 또한 상기 방법은 비가간섭성 에너지(incoherent energy)와 물체가 상호작용하도록 물체를 향해 비가간섭성 에너지를 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 물체의 절대 온도는 물체와의 상호작용 이후 비가간섭성 에너지를 기초로 결정될 수 있다. 물체와의 상호작용 이후 가간섭성 에너지의 제 1 측정이 수행되고, 이어서 물체와의 상호작용 이후 가간섭성 에너지의 제 2 측정이 수행될 수 있고, 제 2 측정은 물체의 온도가 변한 이후 수행된다. 가간섭성 에너지의 제 1 및 제 2 측정을 기초로, 물체내에서 광학적 경로 길이의 변화가 결정될 수 있다.
물체의 절대 온도를 결정하는 단계는 물체로부터 반사된 비가간섭성 에너지의 측정 및/또는 물체를 통해 투과되는 가간섭성 에너지의 측정을 기초로 물체의 흡수도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
가간섭성 에너지 및 비가간섭성 에너지중 적어도 하나는 시간에 따라, 예를 들면 변조(modulation)에 의해 변할 수 있다.
또한 상기 방법은 온도 측정 장치를 이용하여 물체의 온도를 측정하는 단계 및 결정된 절대 온도 및 온도 변화를 기초로 온도 측정 장치를 교정하는 단계를 포함할 수 있다. 물체는 반도체 프로세스 웨이퍼 또는 교정 웨이퍼를 포함할 수 있고, 온도 측정 장치는 고온도계를 포함할 수 있다.
반도체 웨이퍼의 온도를 결정하는 방법은 이미징 시스템을 제공하는 단계 및 반도체 웨이퍼의 표면에 또는 표면상에 놓이는 패턴의 이미지를 얻기 위해 이미징 시스템을 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 웨이퍼의 절대 온도는 이미지의 대비도를 기초로 결정될 수 있다. 패턴은 온도에 따라 변하는 광학 특성을 갖는 물질을 함유하는 웨이퍼의 일부를 통해 볼 수 있고, 상기 일부는 이미징 시스템과 패턴 사이에 놓인다.
상기 방법은 반도체 웨이퍼를 향해 광 에너지를 지향시키는 단계를 더 포함하며, 패턴 이미지는 패턴에 의해 반사되고/반사되거나 웨이퍼를 통해 투과되는 소스로부터의 광을 검출함으로써 얻을 수 있다. 대안적으로, 패턴의 이미지는 물체로부터 방출된 광을 기초로 할 수 있다. 결정된 온도는 이를 테면 고온도계와 같은 하나 이상의 측정 장치들을 교정하는데 이용될 수 있다.
당업자들에게 지향되는 첨부된 청구항들을 구현하는 최상의 모드를 포함하는 전체 가능성있는 사항은 첨부되는 도면들을 참조로 이루어지는 명세서 나머지 부분에 개시되며, 도면들에서 유사한 도면 부호들은 유사한 특징들을 나타내다.
도 1은 예시적인 RTP 챔버를 나타낸다;
도 2는 제 1 측면 및 제 2 측면을 포함하는 예시적인 물질 슬래브(slabl)를 나타내며 A0의 광선이 슬래브의 표면으로 입사될 때 슬래브에서 야기되는 다수의 반사를 나타낸다;
도 3은 교정 웨이퍼들에서 층들의 일반적인 예시적 배열을 나타낸다;
도 4는 예시적 교정 웨이퍼에서 야기되는 다수의 반사를 나타낸다;
도 5는 반사율 측정치와 시뮬레이팅된 반사성 측정치의 플롯들을 포함한다;
도 6은 확산 반사를 생성할 수 있는 텍스쳐링된 표면을 포함하는 예시적인 물질 슬래브를 나타낸다;
도 7은 예시적 물질 슬래브 및 연관된 반사를 나타낸다;
도 8은 적어도 하나의 코팅 또는 막을 포함하는 예시적 물질 슬래브 및 연관된 반사를 나타낸다;
도 9는 갭을 포함하는 예시적 물질 슬래브를 나타낸다;
도 10은 예시적 물질 슬래브 및 예시적 표면 텍스쳐를 나타낸다;
도 11 및 도 12는 서로에 대해 경사진 표면들을 포함하는 예시적 물질들의 슬래브들 및 예시적 광선을 나타낸다;
도 13은 텍스쳐링된 표면을 포함하는 예시적 물질 슬래브를 나타낸다;
도 14는 격자 구조를 포함하는 예시적인 슬래브 구성 실시예를 나타낸다;
도 15는 검출을 위해 선택된 반사들로부터 에너지를 구별하도록 구성될 수 있는 예시적 광 포커싱 배열을 나타낸다;
도 16 및 도 17은 패턴 및 패턴을 이미지화하는 예시적 시스템을 포함하는 예시적 슬래브를 나타낸다;
도 18은 반사-기반 측정을 이용하도록 구성된 선택 영역들을 포함하는 예시적인 교정 웨이퍼를 나타낸다;
도 19는 예시적 교정 웨이퍼 구조 배열들을 나타낸다;
도 20은 예시적 조명 및 검출 배열을 나타낸다;
도 21은 예시적 조명 및 검출 배열을 나타낸다;
도 22 및 도 23은 웨이퍼 온도를 결정하는 방법들에 대한 예시적 단계들을 나타내는 흐름도를 포함한다.
첨부되는 도면들에 도시되는 하나 이상의 예들, 본 발명에 대한 다양한 실시예들에 대한 설명이 참조되며, 유사한 부호들은 실질적으로 동일한 구조적 부재들을 나타낸다. 설명에 의해 각각의 예가 제공되며 이는 제한되지 않는다. 사실상, 설명 및 청구항들의 범주 및 개념을 이탈하지 않고 변형 및 변조가 이루어질 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 이를 테면, 일 실시예의 일부로 도시 및 개 시되는 특징들은 또 다른 실시예를 생성하는데 있어 다른 실시예에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 설명은 첨부되는 청구항들 및 이들의 등가물들 내에서의 변형 및 변조를 포함할 수 있다.
본 양수인에게 양도되고 2002년 6월 24일자로 파울 제이. 티만스(Paul J. Timans)에 의해 출원된 미국 특허 출원 No. 10/178,950호가 볼 발명에서 참조된다. 미국 특허 출원 No.10/178,950호는 웨이퍼를 통한 광 투과의 측정을 수행하는 단계를 포함하는 웨이퍼 온도 추론을 위한 다양한 방안을 개시했다. 이러한 측정들은 웨이퍼 제조 프로세스를 거치는 동안 웨이퍼들의 온도를 결정하는데 이용될 수 있다. 하나의 특정한 애플리케이션은 웨이퍼 온도를 결정하는 단계 및 이어서, 웨이퍼 온도를 측정하는데 이용되는 고온도계 또는 다른 온도 센서를 교정하기 위해 온도 판독치(reading)를 이용하는 단계를 포함한다. 교정을 위해, 교정 과정에 앞서 구조 및 조성이 공지된 특정한 웨이퍼를 이용하여, 이들의 광학 특성 및 온도 관련성(dependence)을 예상할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 온도를 추론하는데 있어 광학 특성의 인시튜(in situ) 측정이 이용될 수 있다. 반도체 웨이퍼의 광학적 흡수율 
은 종종 강한 온도 관련성을 나타내어, 
의 측정은 웨이퍼 온도의 정확한 결정을 유도할 수 있다.
광학적 투과율 S*는 
와 관련성이 있어, 결과적으로 S*의 측정은 웨이퍼 온도를 결정하는데 이용될 수 있다. 또한, 반사율 R*은 
에 의해 영향을 받아, 온도를 모니터하는데 이용될 수 있다.
온도가 ~900℃를 넘는 경우, 웨이퍼 온도를 추론하기 위한 투과율 측정 이용시 특정한 문제점이 발생한다. 통상의 두께(200mm 직경 웨이퍼들에 대해 725㎛ 또는 300mm 직경 웨이퍼들에 대해 775㎛)의 실리콘 웨이퍼에 대해 어려움이 발생되며, 이는 높은 온도에서 실리콘의 광학적 흡수율(absorption coefficient)은 상당히 높아, 웨이퍼에 의해 투과되는 광의 양이 너무 작아 이를 정확히 측정할 수 없기 때문이다. 이러한 문제점에 대한 해결책들은 얇은 웨이퍼들, 또는 얇은 영역들을 포함하는 웨이퍼들을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 얇은 웨이퍼들 또는 웨이퍼 영역들은 실리콘으로 이루어질 수 있으나, 이들의 두께(d)는 표준 웨이퍼들의 두께(예를 들어, d<150 ㎛) 보다 상당히 작아, 높은 온도에서 적절한 광 투과율(>10-7)이 제공되어 1100℃에 이르는 높은 온도에서도, 정확한 측정이 수행될 수 있다. 이러한 방안이 가질 수 있는 어려움중 하나는 이러한 얇은 섹션들(sections)은 기계적으로 깨지기 쉬어, 이러한 웨이퍼들의 제조가 어렵고 비용이 많이 든다는 것이다. 이러한 방안이 가질 수 있는 또 다른 문제점은 웨이퍼의 상이한 영역들이 기계적으로 광학적으로 차이가 있기 때문에 발생한다. 교정 웨이퍼의 광학적 및 열적 특성들은 균일하지 않을 수 있기 때문에, 웨이퍼가 RTP 툴에서 가열되는 동안 웨이퍼는 불균일하게 가열될 수 있고, 이는 교정 프로세스 동안 보다 복잡한 반응을 유도할 수 있다. 대안책중 하나는 얇은 실리콘 웨이퍼를 지지하기 위해 투명 기판을 사용하거나 또는 원하는 두께의 실리콘 표면 코팅을 갖는 투명 기판의 웨이퍼를 이용하는 것이다. 그러나, 이러한 구조는 일반적으로 비용이 많이 들고 만들기가 복잡하다. 또한, 이들은 통상의 웨이퍼와 유사하지 않아 고온도계를 교정하는데 덜 유용할 수 있다. 또한, 실리콘 표면층과 투명 기판 간의 열팽창 계수의 차는 기판 또는 막에서의 스트레스를 야기시킬 수 있다. 이러한 스트레스는 실리콘의 광학적 특성 변형 및/또는 손상을 야기시킬 수 있다.
높은 온도에서 실리콘 웨이퍼의 온도를 결정하기 위해 투과율 측정을 이용하는 것을 어려울 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예들은 웨이퍼로부터의 광 반사를 기초로 온도 측정과 유사한 형태들을 수행하는 방법들을 제공한다. 방안들은 웨이퍼의 온도를 결정하기 위한 다양한 방안들에 이용될 수 있다. 특히, 방안들은 투과율 측정이 어려울 때 높은 온도에 대한 정확한 온도 결정을 허용한다.
전반적으로 본 발명에 개시되는 다양한 실시예들은 웨이퍼의 온도를 추론하기 위해 반사된 광의 측정을 이용한다. 반사된 광 측정은 도 1에 도시된 것과 같은 반도체 프로세싱 챔버내에서 수행될 수 있다.
도 1은 웨이퍼(12)가 램프들(14, 16)의 뱅크들에 의해 가열되는 예시적인 RTP 프로세스 챔버(10)를 나타낸다. 도시된 예에서, 램프들의 뱅크들은 웨이퍼 위쪽(14) 및 아래쪽(16) 양쪽에 있다. 웨이퍼는 웨이퍼(12)의 위쪽(18) 및 아래쪽(20) 모두에 있는 윈도우들에 의해 주변부들(surroundings)과 절연되는 프로세스 환경 내에서 지지된다.
당업자들은 챔버(10)는 단지 예시적인 것이며, 본 발명에 개시되는 실시예들은 도 1에 도시된 것 이외의 구성들을 포함하는 챔버들 및 다른 형태의 챔버들에서도 균일하게 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이를 테면, 램프들은 웨이퍼 의 위쪽 및 아래쪽에 도시되었지만, 이는 다른 챔버 설계의 경우 필수적인 것은 아니다. 실제로, 다른 적절한 챔버들에서, 램프들은 다른 가열 소스들, 이를 테면 상이한 램프 장치들(arrangements), 서셉터, 핫 플레이트, 또는 다른 콘택-기반 가열 방안, 전도성 가열, 대류성(convective) 가열, RF 또는 마이크로파 소스들, 스캐닝 레이저들, 및 미립자 빔들에 의해 대체 또는 보충될 수 있다.
그러나, 웨이퍼들 이외에, 챔버(10)는 광학 부품들(parts), 막들, 섬유들, 리본들, 및 다른 구조물들을 처리하도록 구성될 수 있으며, 본 발명에서의 "웨이퍼"란 용어는 단지 예시적인 것으로, 임의의 다른 특정한 형상 또는 기판을 제외하는 것을 의미하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.
당업자들은 정확한 온도 측정이 요구될 때, 도 1에 도시된 것과 같은 챔버들에서 다양한 프로세스들이 실행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이를 테면, 챔버는 기판의 산화, 확산 처리 동안 또는 막들을 변조, 추가하거나 또는 기판의 표면 및/또는 다른 부분(들)의 반응을 수반하는 다른 프로세스 동안, 기판의 열처리 또는 어닐링을 위해 구성되고 이용될 수 있다. 다른 프로세스들로는 화학적 기상 증착 프로세스 또는 원자층 증착 프로세스와 같은, 임의의 적절한 막 증착 프로세스가 포함될 수 있다. 또 다른 프로세스들로는 플라즈마 프로세싱, 이온 주입, 이온 주입 손상 어닐링, 실리사이드 형성, 리플로우, 기판상에 물질 증착 또는 기판 에칭을 포함할 수 있다.
윈도우들은 석영 글래스, 사파이어, AlON, 또는 램프들로부터 웨이퍼로 에너지를 전송할 수 있는 임의의 다른 물질로 구성될 수 있다. 램프들은 벽들(22)을 갖는 챔버내에 제한된다. 벽들은 램프 에너지와 웨이퍼의 결합을 개선시키기 위해 램프 방사선을 반사시킬 수 있다. 에너지가 방출, 반사 및 전송되는 에너지를 모니터링하기 위해 다양한 센서들에 의해 이용되는 것과 동일한 윈도우들을 통해 투사되는 것으로 표시되었지만, 방출, 반사, 및 전송된 에너지가 모니터링되는 것들과 별개인 윈도우들을 통해 에너지가 투사되도록 챔버들이 구성될 수 있다. 사실, 각각의 이러한 센서는 개별 윈도우를 가질 수 있고, 임의의 윈도우는 시스템의 측정 능력들을 강화시키기 위해 소정 범위의 에너지를 전송 또는 차단하도록 구성된다.
또한, 시스템은 프로세싱 동안 웨이퍼를 모니터링하는데 이용될 수 있는 다양한 센서들 및 광학적 기구들 뿐만 아니라, 웨이퍼 프로세스들을 실행하기 위해 가스 입구들/출구들, 냉각 시스템 및 이와 유사한 것들과 같은 다른 장비(미도시)를 포함할 수 있다.
도 1은 기구들 및 센서들 및 예시적인 광원(30)의 예시적 구성을 나타낸다. 광원(30)은 소스 또는 소스들의 조합으로, 웨이퍼에 입사되는 광선(A0)을 방출함으로써 웨이퍼 표면을 조명할 수 있다. 반사된 광선(RA)은 본질적으로 웨이퍼의 표면으로부터의 경면 반사(specular reflection)에 해당한다. 광선(RA)에서 반사된 에너지는 센서(32)에 의해 검출될 수 있다. 반사 또는 산란된 광선(RB)은 비-경면 방향(non-specular direction)으로 반사되는 광선(A0)으로부터의 에너지에 해당한다. 이러한 광선은 광선(A0)이 반사 광선(RA)를 생성하는 표면을 중심으로 경사진 웨이퍼의 표면과 만나는 경우 발생할 수 있다. 또한, 이는 산란 작용 또는 회절 작용으로부터 발생될 수 있다. 광선(RB)에서의 에너지는 센서(34)에 의해 검출될 수 있다. A0로부터의 에너지의 일부는 웨이퍼를 통과하여, 투과된 광선(T)을 형성한다. 이러한 광선에서의 에너지는 센서(36)에 의해 검출될 수 있다. 또한, 센서들은 웨이퍼(12) 자체에 의해 방출되는 에너지를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 핫(hot) 웨이퍼는 열방사선을 방출할 수 있다. 센서(38)는 웨이퍼의 상부 표면(E1)으로부터 방출되는 방사선을 검출할 수 있다. 센서(40)는 웨이퍼의 하부 표면(E2)으로부터 방출되는 방사선을 검출할 수 있다. 광선(A0)의 입사각, 및 다양한 센서들이 웨이퍼 표면을 관찰하는 각도는 요구에 따라 선택될 수 있다. 또한, 소스(30)로부터 방출되는 방사선의 파장은 요구에 따라 선택될 수 있다.
소스(30)는 레이저와 같은 협대역 소스, 또는 램프, LED, 초발광 다이오드(superluminescent LED), 초연속 광원 또는 핫 물체(hot object)와 같은 광대역 소스일 수 있다. 일부 애플리케이션들에서, 이는 예를 들어, RF 소스, 마이크로파 소스, 또는 THz 방사선 소스일 수 있다. 일반적으로, 이는 100nm 내지 1m 사이의 파장 범위에서 방사선을 방출하는 전자기 방사선 소스이다. 소스(30)에 의해 방출되는 파장 범위는 광학 필터들의 사용에 의해 선택 또는 변경될 수 있다. 레이저 소스들이 이용될 때, 예를 들어 레이저 형태의 선택에 의해, 또는 동조가능한(tunable) 레이저 또는 다중-파장 레이저의 사용에 의해, 또는 주파수 2배기(doublers) 또는 혼합기들과 같은 비선형 광학 매체의 사용을 통해 레이저 파장을 조정함으로써 선택될 수 있다. 소스(30)로부터 방출되는 광의 편광 상태가 제어될 수 있다. 종종 편광된 광을 생성하는 레이저 소스들에 대해, 이는 레이저의 배향 제어 및/또는 웨이퍼 표면상의 광선(A0) 입사와 관련하여 특정 편광 상태를 얻기 위한 빔 배향 조정을 수반할 수 있다. 모든 소스들(30)에 대해, 편광은 광학 부재들의 편광 및/또는 지연(retarding)의 사용에 의해 제어될 수도 있다. 소스(30)로부터의 출력 에너지는 시간에 따라 변하도록 연속하거나, 펄스형이거나 또는 변조될 수 있다. 편광 상태, 입사각 및 파장은 원하는 경우 변조될 수 있다. 소스(30)로부터의 방사선이 윈도우를 통과하는 것으로 도시되었지만, 방사선은 광 파이프들, 도파관들 또는 광섬유들과 같은 다른 수단에 의해 프로세스 환경으로 안내될 수도 있다. 일부 경우에, 소스(30)로부터의 방사선은 램프 방사선의 투과율로부터 선택되는 윈도우 물질을 통과할 수 없다. 이 경우, 소스(30)로부터의 에너지를 통과시킬 수 있는 물질로 구성된 개별 윈도우 섹션이 포함될 수 있다.
필터링 및 편광 부재들이 센서들(32,34,36,38,40)의 정면에 있는 광학기(optics)에 포함될 수 있다. 이러한 필터들은 웨이퍼에 의해 반사, 산란, 투과 또는 방출되는 광선들에서 검출되는 에너지의 파장 범위 및 편광 상태를 결정하는데 이용될 수 있다.
RTP 챔버(10) 및 RTP 챔버(10)의 부품들은 측정 결과들을 축적 및 처리하고 광원들, 가열 소스들 및 열처리를 수행하는데 이용되는 다른 부품들을 제어하기 위한 제어기 또는 제어기들(미도시)에 링크될 수 있다. 예를 들어, 광 센서들 및 고온계들은 본 발명에 개시되는 다양한 방법들을 실행하고 다양한 업무들을 수행하도록 적절한 회로소자 작동 알고리즘들, 이를 테면 예를 들어, 하기 개시되는 것처럼 다양한 센서들을 사용하여 측정되는 광을 기초로 웨이퍼 흡수를 계산하도록 구성된 컴퓨터 시스템에 링크될 수 있다.
도 2는 에너지의 광선(A0)이 제 1 표면(52)으로 입사할 때, 슬래브 물질에서 다중 반사가 어떻게 일어나는지를 나타낸다. 입사 광선은 제 1 표면(52)에서 부분적으로 반사되어 광선(R1)을 생성하나, 부분적으로 투과되어 내부 광선(Al)을 생성한다. 광선(Al)은 슬래브(54)의 제 2 표면에서 반사되어, 내부로 반사되는 광선(A2)을 형성한다. 광선(A1)으로부터의 일부 에너지는 제 2 표면(54)을 투과하여 투과 광선(Tl)을 형성한다. 광선(A2)으로부터의 일부 에너지는 제 1 표면(52)으로부터 재방출되어, 반사 광선(R2)을 형성하며 이런 프로세스가 계속된다. 반사 광선들(R2, R3 등)의 세기는 슬래브 내에서의 흡수율에 의해 영향을 받기 때문에, 반사 광 세기의 측정은 웨이퍼 온도에 민감하여, 본 발명에 개시되는 방안은 온도 측정을 위해 이용될 수 있다. 그러나, 매우 정확하게 이러한 측정을 구성하는데 있어서는 몇 가지 중요한 문제점들이 있고, 이들은 본 발명에 개시되는 방안에 의해 해결된다. 본 발명에 개시되는 개념들은 반사 광 측정이 슬래브 물질에서 흡수 강도를 추론하는데 이용되는 임의의 측정에 대한 정확성 개선을 돕는데 이용될 수 있다.
제 1 표면(52) 및 제 2 표면(54)을 갖는 슬래브(50)는 웨이퍼 또는 정면 및 후면을 갖는 다른 물체 내에서 웨이퍼 또는 층에 해당할 수 있다. 특정 시스템의 구성에 따라, 상부 표면의 정면은 제 1 표면(52)을 포함할 수 있고, 후면 또는 하부면은 제 2 표면(54)을 포함할 수 있고, 또는 이와 반대일 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 표면이란 용어는 본 명세서에 포함되는 설명들이 다양한 배향의 물체들 을 등가적으로 이용할 수 있다는 것을 표현하기 위해 이용된다.
당업자들은 본 발명이 반사(reflection), 투과(trasmission), 확산(diffustion), 및 산란(scattering)을 포함하는 다양한 용어들을 이용한다는 것을 인식할 것이다. 이러한 모든 용어는 물체 또는 물체의 부분(들)과 광 에너지와 같은 에너지의 상호작용을 표시하도록 의미되며, 이러한 상호작용(들) 이후, 물체에 대한 정보는 광(또는 다른 에너지) 측정을 기초로 추론될 수 있다.
도 3(a)는 앞서 개시된 고온 교정 문제와 같이, 교정을 위해 사용될 수 있는 교정 웨이퍼(12)의 일반적 예를 나타낸다. 방사선을 흡수하는 표면층(42)(본 명세서에서 "흡수층(42)" 또는 "흡수 슬래브(42)"로도 간주됨)이 제공되며, 표면층(42)은 기판(44)의 상부에 위치된다. 표면층(42)과 기판(44) 간의 인터페이스는 표면층이 적어도 일부 광을 반사하게 한다. 이러한 반사를 달성하기 위해, 바람직하게 기판과 표면층의 광학 특성들은 상이하다. 예를 들어, 표면층과 기판의 굴절률들은 측정에 대해 이용 이용되는 파장에서 상이해야 한다. 그러나, 기판과 표면층이 동일한 경우, 그럼에도 불구하고 표면층과 기판 사이에 층을 부가함으로써 이러한 조건들을 충족시키는 것이 가능하다. 이러한 여분의 층의 광학 특성들이 표면층 및 기판의 광학 특성들과 상이하면, 광이 반사되고 상기 조건이 충족된다.
후자의 개념을 구현하는 방법의 일례가 도 3(b)에 도시되며, 웨이퍼는 층들(42, 44) 사이에 추가층(46)을 포함한다. 일 실시예에서, 웨이퍼는 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼를 포함할 수 있다. SOI 웨이퍼는 그의 표면을 코팅하는 2개의 층을 갖는 실리콘 기판을 포함한다. 본 예에서 기판(44) 상부의 중간층(46)은 실리콘 이산화물층이다. 상부층(42)은 실리콘층이다. 이러한 웨이퍼들은 프랑스 베를린의 SOITEC 컴퍼니로부터 상업적으로 입수가능하다. 이러한 웨이퍼는 2개의 실리콘 웨이퍼를 서로 결합시킴으로써 제조될 수 있고, 이러한 웨이퍼들중 적어도 하나는 그의 표면 상에 형성된 실리콘 이산화물층을 갖는다. 결합 이후, 표면 실리콘 및/또는 기판 실리콘의 두께는 연마(polishing), 에칭 또는 산화 등과 같은 임의의 통상의 수단에 의해 감소될 수 있다. 기판 두께(dsub), 산화물 두께(dox) 또는 실리콘의 표면층의 두께(dsi)는 요구에 따라 선택될 수 있다. 이러한 층들의 도핑은 요구에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 결합 프로세스에 의해 조합된 2개 웨이퍼에서의 도핑 성질(nature)은 요구에 따라 선택될 수 있다.
SOI 구조를 이용함으로써, 기준 실리콘 웨이퍼의 상부에 비교적 얇은 실리콘층을 형성하는 것이 가능하다. 다음, 웨이퍼 온도의 정확한 측정을 얻기 위해 이러한 구조의 반사율에 대한 실리콘의 흡수 계수의 온도 관련성의 효과가 이용될 수 있다. 당업자는 웨이퍼 온도를 측정하기 위해 SOI 구조를 이용하는 다른 방안들을 인식할 것이다. 그러나, 일반적으로, 이러한 경우, 반사율의 온도 관련성은 실리콘의 굴절률의 실수부의 온도 관련성으로부터 발생한다. 굴절률이 온도에 따라 변함에 따라, 실리콘 표면층의 광학적 두께(굴절률 x 물리적 두께)도 변한다. 광학적 두께는 표면에서 반사된 광과 산화물/실리콘 인터페이스에서 반사된 광 간의 간섭 작용들의 성질을 결정한다. 이러한 간섭 작용들은 온도가 실리콘 표면층에서 변함에 따라 최대 반사율과 최소 반사율 간의 변동(oscillations)을 야기시킬 수 있다. 이는 온도 측정을 위한 방안을 제공하지만, 이 방법을 이용하는데는 일부 문제점들이 있다. 특히, 웨이퍼 온도의 절대적 측정을 구성하기 위해, 매우 높은 정확도로 실리콘의 굴절률과 SOI 막 두께 모두를 인지하는 것이 요구된다. 이는 일반적으로 높은 정확도로 절대적 온도 결정에 비현실적인 방안을 제공한다. 그러나, 이러한 방법들은 온도 변화의 정확한 측정을 구성하는데 이용될 수 있고, 이는 추가의 장점들에 대해 본 발명에 개시되는 과제의 방법들에 대한 실시예들과 조합될 수 있다.
본 발명의 후반부에서 SOI 웨이퍼 구조들의 예시적 사용이 이루어지지만, 본 발명에 개시된 방안들에 의해 교정 웨이퍼를 생성하기 위해 이용될 수 있는 다수의 구조들이 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 도 3(a)를 참조로, 흡수 슬래브(42) 및 기판(44)에 이용되는 물질들은 교정이 필요한 온도 범위 및 애플리케이션에 가정 적합하게 선택될 수 있다. 마찬가지로, 도 3(b)에 도시된 구조는 3개의 층들(42, 44, 46)중 임의 층 또는 모두의 물질을 변화시키거나, 또는 층들(42, 44, 46)중 하나 또는 모두를 다중층들로 교체함으로써 변조될 수 있다. 물질들에서의 변화는 사용되는 원소 또는 화합물들의 변화, 합금들의 조성 변화, 결정성의 상태 또는 위상(phase) 변화, 및 도핑 또는 불순물 농도의 변화를 포함할 수 있다. 일부 예들이 고려될 수 있으나, 본 발명을 검토함에 따라 당업자들이 인식할 수 있는 보다 광대한 가능성들 있다.
일례로 도 3(a)에 도시된 구조를 이용할 수 있고, 여기서, 하부층(44)은 고농도로(heavily) 도핑된 결정성 실리콘 기판이며 상부층(42)은 기판상에 에피택셜 성장되는 저농도로(lightly) 도핑된 실리콘층이다. 이 경우, 적외선 방사선을 반사하는 인터페이스에서 도핑 변화가 발생될 수 있다. 이러한 구조는 2개 층들의 열적 특성들과 뛰어나게 매칭되어 가열 동안 열적 스트레스 문제점이 최소화될 수 있기 때문에, 관심 대상이 될 수 있다. 기판의 도핑은 고온 교정 프로세스 동안 도핑되지 않은 층으로 도펀트가 과잉 확산되지 않도록, 다소 느리게 확산되는 원소, 이를 테면 As, Sb, 또는 In이 선택될 수 있다.
도 3(b)에 도시된 것과 유사한 3층 구조는 반사 인터페이스 생성을 돕는 매립층이 형성되도록 높은 에너지에서 도펀트들을 이온 주입함으로써 형성될 수 있다. 또한, 이러한 구조는 고농도로 도핑된 층을 형성하기 위해 도펀트들을 이온주입한 다음 층 위로 실리콘을 에피택셜 성장시킴으로써 형성될 수 있다. 또 다른 방안으로는 저농도로 도핑된 기판상에 고농도로 도핑된 층을 성장시킨 다음 고농도도 도핑된 층 위에 저농로 도핑된 층을 성장시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모든 경우에, 도핑된 층은 실리콘 표면층 아래에 반사 광선을 생성하는 굴절률의 차를 제공한다. 또 다른 방안으로 실리콘 기판 상에 SiGe 합금층을 성장시킨 다음 SiGe층 위로 실리콘층을 성장시킬 수 있다. 도 3(b)에 도시된 것처럼, 참조 번호 46은 SiGe 막을 나타낸다. 다시 한번, 본 발명의 장점은 열팽창 계수에 근접한 매칭에 있다. 또한 이러한 물질들은 결정성 실리콘이 갖는 것보다 덜 바람직하게 특성화된 광학 특성들을 갖지만, 구조들은 다결정성 또는 비정질 실리콘을 사용하여 생성될 수도 있다.
이러한 개념들은 흡수 슬래브(42) 또는 기판(44)으로서 실리콘을 사용한다는 것으로 제한될 필요는 없다. 다른 온도 범위를 포함시키는 반사 방법을 이용하기 위해, 다른 물질들을 선택하는 것이 적합할 수 있다. 예를 들어, 흡수 슬래브(42)는 Si, Ge, GaAs, InP, AlAs, GaN, InN, GaP, GaSb, InSb, SiC, 다이아몬드 등을 포함하는 임의의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 이는 AlGaAs, GaInAsP, InGaN, SiGe, SiGeC 등과 같은 반도체 합금일 수도 있다. 이러한 합금들의 조성은 특정 애플리케이션에 대해 최적화될 수 있다. 흡수층(42)은 반도체일 필요는 없고, 온도에 따라 광학 특성들이 변하는 물질로 제공된다. 특히, 측정 파장에서의 흡수 계수는 온도에 따라 변해야 한다. 마찬가지로, 기판(44)이 실리콘일 필요는 없다. 상기 언급된 물질들중 임의의 것이거나, 또는 절연체 또는 금속일 수도 있다.
물론, 이런 임의의 경우에, 당업자는 dox 및 dsi와 같이 도시된 두께들이 실제 사용되는 물질의 두께와 대응된다는 것을 인식할 것이며, "ox" 및 "si"의 명칭들은 단지 예시적 목적으로 사용된다.
본 발명은 예시적인 SOI 웨이퍼를 사용하여 구현되는 본 발명의 과제의 다양한 실시예들을 개시한다. 그러나, 상술된 것과 관련하여, SOI 웨이퍼에 대한 논의는 단지 예시적인 것이며, 개시된 구조, 시스템 및 방법을 구현하는 다른 물질들의 사용은 전체적으로 본 발명의 과제 범위내에서 있다는 것이 인식된다.
도 4는 외부 광원으로부터 예시적인 SOI 웨이퍼(12)에 입사되는 광선(A0)의 경로를 나타낸다. 입사 방사선의 일부(fraction)이 반사율(Rtv) 및 투과율(Tt)을 가지는 상부 표면에서 반사된다. 다른 일부(fraction)은 표면을 통과하며 산화물 층(46)과 실리콘 막(42)과 기판(44) 사이의 인터페이스에 도달하는 광선(A1)을 형성한다. 본 도면에서, 산화물층은 입사하는 방사선의 일부를 반사시키는 단일 평면으로 도시된다. 실제로는 산화물층의 양쪽 인터페이스에서 반사되는 광 성분들이 제공된다. 현재 논의에 대해, 이러한 작용들은 실리콘막(Rox)의 하부 표면의 반사율에 대한 이들의 영향력을 고려함으로써 분석에 포함될 수 있다. 일반적으로, 방사선은 산화물막을 통과하며 웨이퍼의 후면에서 반사 및 투과되나, 본 논의에 대해, 기판은 사실상 불투명한 것으로 가정된다. 산화물층에서 반사되는 방사선은 웨이퍼 표면으로 복귀되고 퇴장되어, 제 2 반사 광선(R2)을 형성한다. 광선(A2)에 대해 표면의 반사율은 Rts이다. 일반적으로 광선(AO)은 임의의 입사각(
) 및 임의의 편광 상태에서 웨이퍼 상에 입사될 수 있기 때문에, 광선들의 전파에 대한 전체(full) 분석은 적절한 입사각 및 편광을 고려하기 위해 반사율들 및 투과율들 모두를 요구한다. 이는 p- 또는 s-편광으로 입사 광선들에 대한 개별 분석을 수행함으로써 이루어질 수 있다. 일단 이러한 각각의 경우에 대한 특성들이 얻어지면, 편광의 임의의 다른 상태에 대한 해당 결과는 적절한 방식으로 p- 및 s-편광에 대한 결과들을 조합함으로써 얻어질 수 있다.
도 4를 참조로, 반사 광선(R1)의 세기는 웨이퍼(WF)의 정면의 반사율(Rtv)에 의해서만 영향을 받아, 입사 광선(AO)이 세기(I)를 갖는다면, 광선(R1)은 세기 RtvI를 갖는다는 것이 인식될 것이다. 기판으로 투과되는 광선은 웨이퍼의 벌크(bulk) 로 정면 영역을 광선이 통과하는 지점에서 세기 TtI를 갖는다. 광선(Al)이 기판을 횡단하에 따라, 에너지의 흡수로 인해 세기가 감소된다. 결과적으로, 광선이 산화물층에 도달하는 지점에서 세기 aTtI를 갖게 된다. a의 양은 실리콘 표면 막의 내부 투과율로, 
로 주어지며, 여기서, 
은 내부 전파 각도이다. 후자의 각도는 광선의 방향과 웨이퍼 표면에 대한 법선 간의 각도이다. 광선(A2)을 형성하도록 산화물층에서 반사되는 방사선 부분은 방사선이 반사되는 지점에서 세기 aTtRoxI를 갖는다. 반사 광선(A2)이 정면에 도달할 때, 광선은 기판의 흡수 결과로 인해 많은 세기가 손실되어 세기 a2TtRoxI를 갖는다. 광선(A3)을 형성하도록 정면에서 반사되는 광선(A2) 부분은 초기에 세기 a2TtRbsRtsI를 갖는 반면, 정면을 통과하여 다시 투과되는 부분은 세기 a2Tt 2RbsI를 갖는 광선(R2)을 형성한다. 광선(A3)의 추가 전파는 산화물층에서 반사 및 투과되는 보다 많은 광선들을 생성하며, 이러한 광선들의 전파 분석은 유사한 방식으로 이루어진다. 요약하면, 웨이퍼의 정면에서 반사되는 전체 에너지는
으로 제공되는 반사율(R*WF)로부터 추정할 수 있다. 이 식은
로 제공되는 슬래브 물질로부터 반사되는 광에 대한 기준식으로부터 조작되며, 여기서 심볼들은, Rbs가 슬래브 내부에서 부터 입사되는 방사선에 대해 슬래브의 후면의 반사율이라는 것을 제외하고는, 이전과 동일한 의미를 갖는다. 추론식 2에서, Rbs는 Rox로 대체된다. SOI 구조를 기초로 교정 웨이퍼 이용을 통한 측정 개선을 위해 본 발명에 개시되는 원리들은 일반적으로 슬래브 물질내에서의 흡수 작용이 측정을 수행하기 위해 이용되는 임의의 방법에 적용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
또한, 당업자는 2 및 3의 표현은 개별 광선들(R1, R2, R3 등)의 세기들이 서로 합쳐진다는 가정으로 얻어진다는 것을 주의해야 한다. 이는 반사율이 비가간섭성으로 처리될 수 있는 광에 대해 추정되게 제공된다는 적절한 가정을 제공한다. 바람직하게, 광은 측정되는 광의 파장 범위(
)가 실리콘막의 두께에 비해 충분히 큰 경우 비가간섭성으로 처리될 수 있다. 하나의 기준으로는
여기서, nsi는 실리콘막의 굴절률이다. 두께가 50㎛인 실리콘막에 대해, 1.55㎛의 파장을 고려하고 nsi가 ~3.6이라고 가정하면, 식 4는 광이 비가간섭성으로 처리되게 하기 위해서 
이 3 보다는 상당히 커야한다는 것을 나타낸다. 두꺼운 막에 대해서, 요구조건은 덜 엄격하다. 예를 들어, 동일한 조건들에 대해 300mm 직경 웨이퍼에 대한 기준으로 두께가 775㎛인 실리콘층을 갖는 경우, 
는 0.2nm보다 상당히큰 것이 요구된다. 검출기에 의해 수집되는 광의 파장 범위가 비교적 작다면, 광원은 가간섭성으로 처리될 것이 요구된다. 이는 반사율이 반사되는 빔들의 세기의 합에 의해 얻어질 수 없고, 대신 각각의 광선과 연관된 전기장 및 자기장의 진폭이 벡터 형태로 합산될 필요가 있다는 것을 의미한다. 일단 이러한 합산이 수행되면, 반사 광의 세기는 전자기파 전파 분석에서 보편화된 포인팅 벡터 (poynting vector)로부터 얻을 수 있다. 가간섭성 광에 대해, 기판 내에서 광선들의 전파는 전자기파의 위상 및 진폭 모두와 관련하여 고려될 필요가 있다. 막막 광학기의 표준 방법들을 사용하여 분석이 수행될 수 있다.
광의 반사를 기초로한 방안이 흡수율을 추론하는데 이용될 때, 흡수율에 대한 방법의 감도는 도 2 및 도 4에 표시된 광선들의 상대적 크기들에 의해 상당한 영향을 받을 수 있다. 반사율 측정과 같이 반사 광의 통상적 측정은 이들 광선들로부터의 에너지를 수집하며 실제 도 2에 도시되 R3과 같이 보다 높은 차수 등의 반사로부터 에너지를 수집할 수 있다. 제 1 반사 광선(R1)의 세기 RtvI가 다른 광선들의 세기 보다 상당히 클 때 문제가 발생될 수 있다. 이 경우, 검출된 광 신호에 대한 슬래브 내의 흡수율의 영향력은 검출된 광 신호에 대해 제 1 반사 광선의 기여도가 R2와 같이 다른 반사 광선들부터의 기여도보다 작은 경우에 비해, 감소된다. 문제는 도 5에 도시된 결과를 통해 도시된다.
도 5(a)는 1.55㎛의 파장에서 775㎛ 두께인 저농도로 도핑된 실리콘의 슬래브의 반사율의 온도 관련성의 이론적 예측을 나타낸다. 실리콘의 흡수 계수는 온도에 따라 변하기 때문에, 내부 투과율 또한 온도에 따라 변한다. 이는 도 2의 R2 및 R3와 같은 광선들의 웨이퍼 표면으로부터 방출되는 방사선의 세기에 영향을 미친다. 수직 입사(normal incidence)시 웨이퍼 상에 입사되는 방사선에 대한 계산이 수행되며, 이는 슬래브의 후면이 반사율 Rbs = 0.6으로 구성되는 코팅을 갖는다는 것으로 가정된다. 정면의 반사율은 정면 반사율 Rtv = Rts = 0.3(그래프에 172로 도시됨) 또는 0.0(그래프에 174로 도시됨)에 대해 계산된다. 정면 반사율이 0.3(그래프에 172로 도시됨)인 경우에 대해, R2 반사에서 광의 분률(fraction)이 계산된다. 1.55㎛의 파장에 대해 
는 J. Appl. Phys. 72, 5867(1992)에서 반데나빌(Vandenabeele) 및 맥시(Maex)에 의해 제공되는 모델로부터 얻어진다. 도 5(a) 및 5(b)에서 반사율 축은 본 발명에서 고려되는 경우들에 대한 반응의 차를 강조하기 위해, 로그 눈금으로 도시되었다.
<400℃의 비교적 낮은 온도에서는, 1.55㎛의 파장에서 실리콘의 흡수는 거의 없어, 결과적으로 반사 광은 온도에 따라 많이 변하지 않는다. 그러나 온도가 500℃ 이상 상승됨에 따라, 내부 투과율은 감소되고 R2와 같은 반사 광 성분들의 세기가 감소되며, >800℃ 온도까지 웨이퍼는 실제로 불투명하고 R2 등은 반사율에 기여 하지 않는다. 이런 성향은 ~ 400℃에서의 ~ 0.62에서 ~67O℃에서의 ~ 0.3으로 감소되는 반사율(170으로 도시된 경우에 대해, Rtv=Rts=0.3) 변이를 설명하는 것이다.
그러나, 정면 반사율이 0.3에서 0.0으로 감소되는 경우, 반사율이 ~ 400℃에서의 ~ 0.55에서 ~ 67O℃에서의 <0.001로 강하되는 것처럼(174에 도시됨), 반사율의 보다 급격한 변화가 발생하는 것으로 나타난다. 이는 정면 반사율이 제로이면, 단지 반사 광만이 후면 반사로부터 발생되기 때문이며, 온도가 상승됨에 따라 후자의 성향은 제로를 향한다. 동일한 성향은 ~ 400℃에서의 0.27에서 ~ 65O℃에서의 <0.01로 강하되는 광선(R2)로부터 발생되는 반사율(172로 도시된 경우에서, Rtv=Rts=0.3)의 성분에 대한 곡선에서 나타난다.
온도 측정시 에러들에 대한 온도 변화에 대한 감도 차에 대한 작용은 도 5(b)에서 볼 수 있다. 이 도면은 도 5(a)에 도시된 양들에 대해 측정된 온도 관련성을 시뮬레이팅하는 예들을 나타내는 3개의 추가 곡선들(171, 173, 175)를 포함한다. 실제로 각각의 곡선은 도 5(a)에 도시된 3개의 곡선 값들의 90%로 계산되며; 10%의 차는 측정 에러 효과를 시뮬레이팅하도록 도입된다. 해당하는 이론적 곡선과 비교함으로써 임의의 주어진 반사율 측정에 대해 "측정된(measured)" 온도를 추론하는 것이 가능하다. 예들은 600℃의 온도에 대해 도시된다. 여기서, 0.3의 정면 반사율로 웨이퍼에 대한 반사율이 측정될 경우, 반사율에서 10%의 에러는 곡선들(170, 171)에 의해 표시되는 것처럼, ~5O℃의 매우 큰 온도 에러 △T1을 유도한다는 것을 볼 수 있다. 대조적으로, 0.0의 정면 반사율로 웨이퍼에 대한 반사율이 측정될 경우, 10% 에러는 곡선들(174, 175)에 의해 표시되는 것처럼 단지 ~6℃의 온도 에러 △T2을 유도한다. 마찬가지로, 0.3의 정면 반사율로 웨이퍼에 대한 반사 광 성분(R2)의 측정시, 10% 에러는 곡선들(172, 173)로 도시된 것처럼, 단지 ~6℃의 온도 에러 △T3을 유도한다. 이러한 성향들은 정확한 온도들은 반사율에 기여하는 R1의 에너지량이 감소되고, 및/또는 R2와 같은 성분이 선택적으로 측정될 경우 획득되고, 제공될 수 있다는 것을 제시한다.
본 발명에 개시된 실시예들은 슬래브 물질내에서의 흡수율에 의해 검출된 광 신호가 크게 영향을 받는다는 것을 확인하는데 도움을 준다. 제 1 반사 광선에 대한 기여도를 비교적 작게 구성함으로써, 슬래브 물질내에서 보다 나은 흡수율의 측정을 달성할 수 있고, 이러한 방안은 보다 정확한 온도 측정을 유도할 수 있다는 것을 볼 수 있다.
앞서 주목한 바와 같이, 정면 반사 작용의 문제는 이전 보고문에 개시되어 있다. 예를 들어, 컬렌 등(Cullen et al.)(IEEE Trans. Semiconductor Manufacturing 8, 346 (1995))은 실리콘 웨이퍼들에 대한 브루스터 입사각(Brewster angle incidence)의 사용을 통한 정면 반사 억제를 개시했다. 또한, 컬렌은 정면 반사를 억제하기 위해 반사방지 코팅 적용 가능성을 고려했다. 이러한 적용(application)은 금속화 웨이퍼들의 온도를 연구하기 위한 것으로, 온도 측정 기반 투과율은 정면 금속화의 높은 불투명도에 의해 방해된다. 그러나, 이러한 방안들은 두꺼운 웨이퍼에 의한 온도 범위에서 제한된다. 또한, 웨이퍼 후면이 거 친 경우에는 광 산란이 유도될 수 있기 때문에 사용이 비교적 어려울 수 있으며, 이는 웨이퍼 내에서의 흡수율 및 반사를 억제하기 위한 브루스터 입사각 방안의 효율성 모두에 영향을 미칠 수 있다.
이전에 연구된 또 다른 방안은 확산반사 분광기(DRS)를 이용하는 것이다. DRS의 원리는 도 6에 도시된다. 일반적으로, DRS은 거친 후면을 갖는 웨이퍼에만 적용될 수 있다. 이는 웨이퍼(50')의 평활한 표면(52')에서 경면(specularly) 반사된 광은 수집하지 않지만, 웨이퍼의 정면(52')을 통과하며 웨이퍼의 거친 후면(54')으로부터의 확산 반사를 겪는 광은 수집할 수 있는 광 검출 시스템의 설정(setting up)에 의존한다. 후면에서 확산적으로 산란되는 광의 일부는 웨이퍼의 정면을 통해 다시 방출된 다음 광 검출 시스템에 의해 수집될 수 있다. 도 6은 내부 광선(A1)이 웨이퍼의 거친 후면에서 어떻게 산란되어, 이를 테면 A2a, A2b, 및 A2c와 같은 광선들을 생성하는지를 나타낸다. 이들 광선들은 R2a 및 R2b와 같이 확산적으로 반사된 광선들을 형성하기 위해 표면을 떠날 수 있다. 광선(A2c)와 같이 산란된 광선들의 일부는 슬래브의 정면(SF)에 도달될 때 큰 각도를 통해 산란될 수 있고, 이들의 입사각은 전반사(total internal reflection)를 위해 요구되는 각도를 초과하며, 웨이퍼를 떠날 수 없다. 검출기는 광선들 R2a 또는 R2bA에 의해 표시되는 광을 수집할 수 있다. 이러한 광선들은 입사각(
)과 동일한 각도(
)에서 반사되는 R1과 같은 경면 반사된 광선들에 대한 것과 상이한 각도들(
및 
)에서 웨이퍼 표면을 떠난다. 입사 방사선의 파장의 함수로서 산란된 광 신호 를 측정함으로써, 확산 반사 스펙트럼을 수집하는 것이 가능하다. 후면에 도달한 다음 재반사되어 정면을 벗어나는 광의 세기는 기판 내에서 광의 흡수율에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서 DRS은 웨이퍼내에서의 흡수율에 민감하다. 이러한 방안에 의해 수집된 확산 반사 스펙트럼은 상이한 파장들에서 광학 흡수율의 상대적 강도에 대한 가변 정보를 제공할 수 있고, 웨이퍼 온도를 결정하는데 이용될 수 있다. DRS은 예를 들어, 미국 미시칸주 k-스페이스 어소시에이트즈, 인크.(k-Space Associates, Inc.)의 안 알보르(Ann Arbor)로부터 입수가능한 반디티(BandiT) 온도 모니터와 같이 상업적으로 입수가능한 온도 측정 제품들에서 구현된다.
이럼에도 불구하고, DRS은 본 발명의 과제와 관련되어 개시된 중요한 문제점을 해결하지 못하며, 이는 DRS에 대해 웨이퍼의 두께가 너무 커 고온 측정을 할 수 없기 때문이다. 또한, DRS 사용은 다소 복잡하며, 이는 후면에서 산란되는 광은 표면 텍스쳐(texture)의 특성과 관련한 복잡한 효과를 갖기 때문이다. 이는 후면 텍스쳐의 상이한 형태들은 상이한 신호들을 유도하며, 산란되는 방사선의 크기 및 각분포(angular distribution)는 예측이 어렵다는 것을 의미한다. 이러한 신호들의 해석은 상당히 어려워, 일부 경우에서, 이는 기판에서의 흡수율의 정확한 측정을 달성하기 위한 방안의 사용을 어렵게 할 수 있다.
그러나, 본 발명에 개시된 과제의 실시예들에 따라, 확산반사 분광기와 같은 방안들에 수반될 수 있는 문제점들을 해결하면서 슬래브로부터의 광 반사를 측정함으로써 물질의 슬래부 내에서의 흡수율 감지 정확성을 개선시키는데 다수의 방안들이 이용될 수 있다. 방안들은 앞서 개시되고 주목된 예시적인 SOI 구조를 사용하 는 도면들에 의해 도시되며, 이들은 임의의 형태의 슬래브 물질에 적용될 수 있다. 간략성을 위해, 전체(full) SOI 구조가 도면에 모두 도시되지는 않았지만, 흡수 슬래브(42)는 입사 광이 먼저 충돌하는 제 1 표면(52), 및 흡수 슬래브(42)의 또 다른 측면에 놓이는 제 2 표면(54)에 대한 라벨들을 통해 식별된다. 앞서 언급한 것처럼, 일부 실시예들에서, 제 1 표면은 슬래브의 정면이며 제 2 표면은 슬래브의 후면이나, 배열은 특정 구현예들에 따라 반전될 수 있다. 본 발명에 개시된 일부 실시예들에서, 슬래브는 하기 개시되는 표면 코팅들 및 텍스쳐들과 같은 다른 피쳐들(features)을 포함할 수 있다.
도 7은 예시적인 구성을 나타내며, 제 1 표면(52)의 반사율은 해당 파장에서 정면의 반사율(Rtv)을 최소화시키는 입사 방사선에 대한 편광면 및 입사각을 선택함으로써 감소된다. 예를 들어, 입사 에너지는 p-편광되며, 입사각은 표면의 물질에 대해 대략 브루스터각일 수 있다. 1.55㎛의 파장 및 실리콘 표면에 대해, 적절한 각도는 ~75°일 수 있다. 이런 방식으로 정면 반사율이 감소될 수 있기 때문에, R2와 같은 광선들의 상대 기여도가 증가되어, 반사광 신호는 슬래브(50) 내에서 흡수율에 대해 보다 민감하다. 또한, 이러한 방안은 정면 투과율(Tt)이 증가되어 R2의 세기 크기가 보다 상승된다는 추가 장점을 갖는다. 당업자들은 입사광의 편광 보다는, 광의 반사 빔에 편광기(polarizer)를 위치시킴으로써 동일한 방안이 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이 경우, 편광기는 광 검출기가 p-편광에 해당하는 방사선만을 수신하도록 배열된다. 후자의 방안은 일부 경우에서 소정의 장점 들을 가질 수 있으며, 예를 들어, 검출기에 도달하는 스트레이(stray) 방사선의 양을 감소시킬 수 있다. 스트레이 방사선은 가열 램프들로부터의 방사선으로부터 또는 웨이퍼에 의해 열적으로 방출되는 에너지로부터 발생한다. 또한 이러한 방안은 입사 방사선이 p-편광되는 경우와 조합될 수 있다.
도 8은 정면의 반사율을 감소시키는 코팅(53)을 부가함으로써 정면(52)의 반사율이 감소되는 구성을 나타낸다. 이러한 반사방지(AR) 코팅은 정면 반사율(Rtv)을 감소시키고 R2와 같은 광선들의 상대적 기여도를 증가시켜, 반사 광 신호는 슬래브 내에서의 흡수율에 보다 민감하다. 또한, 이러한 방안은 정면 반사율(Tt)이 증가되어, R2의 세기 크기가 보다 상승된다는 추가 장점을 갖는다. 통상적으로 AR 코팅은 해당 파장(λ)에서 투과성이 높은 막이어야 한다. 통상의 막들로는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물, 티타늄, 탄탈, 하프늄 또는 지르코늄 산화물들이 포함될 수 있다. "1/4파(quarter wave)" AR 코팅은 굴절율(n0)을 갖는 매체 내부에서 부터 입사되는 방사선에 대해 거의 제로인 반사율을 생성하는 
두께인 굴절률 
을 갖는 물질의 층을 형성함으로써 굴절률(ns)을 갖는 물질의 표면상에 형성될 수 있다. m의 양은 홀수의 정수이다. 일례로, 1.55㎛의 입사 파장의 경우에, 194nm 두께의 실리콘 질화물막이 사용된다. 실리콘 질화물은 ~2의 굴절률을 가지며 이러한 두께의 막은 1/4파 반사방지 코팅에 대한 상당한 근사값(reasonable approximation)을 제공한다. 두께가 ~180nm인 실 리콘 질화물막은 상당한 광대역 파장 범위에 걸쳐, 예를 들어, ~1.1 내지 2㎛ 사이의 파장에 대해 효과적이다. 이는 단지 AR 코팅 설계의 일례이며, 박막들의 보다 복잡한 스택들이 유사한 효과로 사용될 수 있다. 실제, 이러한 코팅들의 성능은 파장들의 범위, 입사각들 및 입사 방사선에 대한 편광 평면들과 관련하여 최적화될 수 있다. 이러한 설계들은 통상의 박막 코팅 설계 방안의 도움으로 생성될 수 있다.
또한, 도 8은 슬래브의 후면(54)의 반사율이 증가하는 구성의 예를 나타낸다. 이러한 방안은 효율적이며, 이는 슬래브 물질의 하부 표면에서 반사되는 광의 양이 증가하여, R1의 세기에 비해 R2 광선의 세기가 증가되기 때문이다. 반사율은 다수의 방안들에 의해 증가될 수 있다. 예를 들어, 반사막(55)은 도 8에 도시된 것처럼 슬래브의 뒤에 형성될 수 있다. 반사막은 높은 반사율을 갖는 물질, 이를 테면, 금속, 실리사이드 또는 다른 전기적 도체일 수 있다. 또한, 슬래브 물질의 굴절률과 큰 차이가 있는 굴절률을 갖는 물질일 수도 있다. 굴절률은 슬래브의 굴절률보다 크거나 작을 수 있다. 앞서 개시된 SOI 막의 경우, 산화물층의 굴절률은 ~1.46인 반면 실리콘막에 대한 굴절률은 ~3.6으로, 2개 간에는 큰 차가 존재한다. 또한, 다른 막들, 이를 테면 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 게르마늄 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 후면 반사율을 증가시키기 위해 막들의 스택이 사용될 수 있다. 설계는 종래의 박막 코팅 설계 방안들의 도움으로 최적화될 수 있다. 하나의 간단한 예는 SOI 구조 자체의 최적화를 통해 이루어질 수 있다. 이 경우, 산화물층의 두께는 가능한 반사율이 커지도록 선택될 수 있다. 굴절률에서의 큰 차는 실리콘층과 실리콘 기판 아래 사이에 갭을 가짐으로써 얻어질 수 있고, 이는 이러한 갭을 충진하는 임의의 가스 물질(또는 진공)은 1에 근접한 굴절률을 갖기 때문이다.
도 9는 이러한 구성의 개략도를 나타낸다. 본 예에서, 실리콘 표면층(42)은 갭(57)의 두께(dgap)를 결정하는 "지지(support)" 영역들(56)에 의해 기판 아래로 이격되어 유지된다. 또한, 이러한 구조들은 기판에 부착된 실리콘의 표면층을 유지하는 기능을 한다. 지지 영역들은 실리콘 또는 다른 물질로 구성될 수 있다. 도 9에 도시된 구조의 장점중 하나는 층들의 열팽창시 상이한 성향들의 작용들이 최소화될 수 있다는 것이다. 상이한 물질들의 막들을 포함하는 임의의 구조에서, 열팽창 계수의 차는 물체가 가열되고 냉각됨에 따른 열적 스트레스를 유도할 수 있다. 이러한 열적 스트레스들은 구조를 변형시키거나 또는 구조의 광학 특성들을 변화시켜 바람직하지 못할 수 있다. 도 9에 도시된 것처럼, 갭을 갖는 구조를 사용함으로써, 열팽창 차의 작용이 크게 최소화될 수 있다. 지지 영역들은 필러들(pillars)의 어레이로서 형성될 수 있으며, 이러한 필러들은 웨이퍼의 열팽창에 따른 이동이 자유롭다. 따라서, 열적 스트레스들이 최소화된다. 심지어 필러들은 실리콘으로 구성될 수 있고, 이 경우 구조의 모든 물질들은 서로 일치되게 확장되어 열적 스트레스가 완전히 소거될 수 있다.
도 10(a)는 정면 반사율이 감소되는 예를 나타내며, 이 경우 반사율은 정면(52)상에 표면 텍스쳐(58)를 형성함으로써 감소된다. 이러한 텍스쳐는 몇 가지 방식으로 기능할 수 있다. 하나의 경우에서, 표면 텍스쳐는 반사방지 코팅과 동일한 작용을 할 수 있다. 예를 들어, 텍스쳐는 유효 광학 특성들이 입사 매체 및 슬래브 물질의 광학 특성들의 혼합체(mixture)인 표면 부근 영역으로 유도될 수 있다. 텍스쳐는 다양한 형태들, 이를 테면 표면으로부터의 돌출부들(58')(도 10(b)), 또는 표면내의 그루브들(58")(도 10(b))의 임의의 어레이일 수 있다. 그루브들은 제 2 물질로 충진될 수 있다. 어레이는 사실상 규칙적이거나(즉, 도시된 것처럼 피치(Lp)를 갖는 반복 패턴) 또는 랜덤할 수 있다. 어레이는, 긴 그루브들 또는 핀들의 어레이와 같은 1차원 또는 핏들(pits) 또는 필러들의 어레이와 같은 2차원일 수 있다. 표면의 반사도는 표면 영역의 광학 특성들이 입사 매체의 광학 특성에서 슬래브 물질의 광학 특성으로 비교적 평활한 변이가 이루어지게 보장함으로써 감소될 수 있다. 이는 입사 방사선이 슬래브 물질로 표면 영역을 횡단함에 따라 슬래브 물질의 부피율(volume fraction)이 점차적으로 증가하는 형태를 취하게 표면 텍스쳐를 구성함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 10(d)는 이러한 효과를 달성하는 삼각형 핀들(58")의 어레이를 통한 단면도를 나타낸다. 원뿔형 또는 피라미드형 돌출부들이 유사한 효과를 생성할 수 있다. 당업자들은 박막 코팅 방안이 전개될 때 표면 반사율을 감소시키기는데 있어 이러한 "등급형 굴절률(graded refractive index)"의 개념이 유용하다는 것을 인식할 것이다. 텍스쳐링된 표면들로부터의 과잉 확산 반사를 방지하기 위해, 패턴들의 측방 피쳐들의 길이 스케일(예를 들어, 그루브들 또는 돌출부들의 폭)은 해당 파장에 비해 작게 구성될 수 있다. 패턴의 피치(Lp)는 측정에 이용되는 광의 파장보다 작을 수도 있 다.
도 11은 슬래브(42)의 제 1 표면(52) 및 제 2 표면(54)이 전반적으로 평행하지 않지만, 대신 서로를 기준으로 경사진 경우의 예를 나타낸다. 도시된 예에서, 슬래브의 후면(54)과 제 1 표면(52)에 수직인 방향들, 예를 들면 N1 및 N2 간의 각도(
)는 90°보다 크다. 이 경우, 반사 광선들(R1, R2)의 방향들은 정확히 평행하도록 중단되며, 이들은 법선과 상이한 각도들을 취한다. 광선(Rl)은 입사각(
)과 동일한 각도(
)에서 반사된다. 광선(R2)은 상이한 각도(
)에서 기판을 벗어나며, 이는 제 1 표면(52)에 대한 내부 입사각은 경사진 후면(54)에 의해 변경되기 때문이다. 이는 광학 시스템이 R1의 에너지와 R2의 에너지를 분리시키도록 허용한다. 분리는 도 1에 도시된 간단한 방안에 의해 이루어질 수 있으며, 이 경우, 도 1의 광선(RA)은 도 11의 R1과 대응되는 반면, 도 1의 광선(RB)은 도 11의 R2에 대응한다. 따라서, 검출기(34)는 R1이 아닌 R2로부터의 에너지를 차단한다. 또한, 여기에는 유용한 면이 제공되며 이는 경면 반사된 성분(R1)을 수집할 수 있다는 것이다. 이러한 신호는 광원 특징들에서의 임의의 변형을 교정하는데 이용되는 기준 신호를 제공하는 역할을 할 수 있다. 일단 빔들(R1, R2)이 정확히 평행하지 않는다면 광선들을 분리하는 다른 다수의 방법들도 가능하다. 예를 들어, 렌즈는 정면에서 반사되는 광이 상이한 위치에서 하부 표면으로부터 반사되는 광을 포커싱하는데 이용될 수 있고, 에너지가 제 2 표면(54)에서 반사를 주도적으로 발생시키는 위치에 검출기가 배치될 수 있다.
도 12(a)는 슬래브(42)의 제 2 표면(54)가 평행하지 않도록 각도(
)에서 제 1 표면(52)이 경사지게 배열된다는 것을 제외하고, 도 11과 유사한 경우를 나타낸다. 도 11 및 12(a)는 슬래브의 표면들중 하나인 경사진 표면을 나타냈지만, 슬래브 아래에 경사진 반사 표면을 배치함으로써 R1과 상이한 각도에서 반사 빔을 생성하는 것이 가능하다. 이는 소정의 경우, 예를 들면 경사진 표면으로 슬래브를 제조하기 어려운 경우에는 보다 간단할 수 있다. 예를 들어, 도 12(b)에서, SOI 웨이퍼의 예에 대해, 실리콘 이산화물층(46)은 두께가 점점가늘어질 수 있어(tapered), 웨지(wedge) 형상이 될 수 있다. 도시된 예에서, SOI층과 기판 간의 인터페이스는 법선에 대해 각도(
)로 경사진다. 슬래브의 표면들을 기준으로 경사진 반사 인터페이스의 존재는 투과 광선(TX)이 반사될 때, 반사 빔(AX)을 생성한다는 것을 의미한다. 광선(AX)은 슬래브(42)에 진입할 때 내부 광선(AB)이 된다. 광선(AB)은 더 이상 A2와 같은 내부 광선과 평행하지 않기 때문에, 반사 광선(RB)으로서 웨이퍼의 정면으로부터 방출될 때, 광선의 방향은 R1 또는 R2와 평행하지 않으며, 각도(
)에서 표면을 벗어난다. 따라서, R1 및 R2와 같은 경면 반사 성분들이 분리될 수 있다. 광선(RB)은 흡수 슬래브를 횡단하는 광선들로부터 산출되기 때문에, 광선의 세기를 모니터링함으로써 슬래브에서의 흡수 강도를 추론하는 것이 가능하다.
본 발명에 제시된 예들은 직선인 경사 표면들을 나타냈지만, 이러한 표면들은 구부러질 수 있다. 또한, 이들은 슬래브를 통과하는 방사선의 빔을 포커싱하는 광학 부재들로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 슬래브의 뒤에서 구부러진 표면은 포커싱되는 A1과 같은 광선들로부터의 방사선을 산출하는 구부러진 미러 또는 렌즈를 형성할 수 있다. 슬래브를 통과하는 방사선만이 이러한 포커싱 동작을 거치기 때문에, 웨이퍼의 표면으로부터 방출되는 빔은 SF에서 경면 반사만을 거치는 R1과 같은 광선들에 의해 형성된 것과 구별될 수 있다. 실제로, 스래브의 후면 또는 영역 아래는 A2와 같은 광선들의 방향 및 R2와 같은 광선들의 방향을 변화시키는 다양한 광학 부재들을 형성하도록 변경될 수 있다. 이러한 광학 부재들은 렌즈들, 구부러진 미러들, 렌즈 어레이들, 프리즘들 및 역반사체들을 포함할 수 있다. 본 발명의 주제의 실시예들에서, 슬래브가 입사 광선 및 미러(또는 다른 부재) 사이에 있도록 위치되는 경사진 미러(또는 다른 부재)와 같이, 슬래브를 완전히 분리하는 부재에 의해 방사선이 반사될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
도 13은 슬래브(42)의 제 2 표면(54)으로부터 반사된 광이 슬래브의 정면(52)에서 경면 반사와 평행하지 않는 방향으로 산란되는 예시적인 구성을 나타낸다. 이 경우는 도 6에서 앞서 개시되고 도시된 DRS 방안에서 이용되는 것과 일부 유사한 방식이다. 그러나, 본 발명에 개시된 주제의 실시예들에서, 슬래브 물질의 막은 웨이퍼가 고온이더라도, 슬래브의 제 2 표면(54)에서 반사되는 방사선의 상당 분률이 웨이퍼의 정면(52)을 벗어나게 허용하도록 충분히 얇다는 것을 보장한다. 방사선은 슬래브의 정면으로부터가 아닌, 슬래브의 후면으로부터 반사되는 광을 수집할 수 있도록 위치되는 검출기에 의해 검출된다. 도 1에 도시된 구성이 이용될 수 있고, 센서(34)는 경면 반사된다기 보다는 산란되는 광에 대한 센서로 이용된 다. 슬래브 후면에서의 산란은 도 13에 도시된 것처럼 텍스쳐링된 인터페이스(62)에 의해 도입될 수 있다. 텍스쳐는 슬래브 후면에 또는 슬래브 아래 구조에 형성될 수 있다. 이러한 구성에서의 주요 요구조건은 입사각(
)과 동일하지 않은 각도(
)에서 산란되는 광을 유도할 수 있는 피쳐 제시에 있다. 도 13에서 광선(A2)으로 표시되는 이러한 광은 
각도에서 표면을 벗어나는 경면 반사 빔(R1)과 상이한 방향(
)에서 슬래브의 정면으로부터 방출된다. 다음 반사 빔들(Rl 및 R2)은 앞서 개시된 것처럼 종래의 수단에 의해 구별될 수 있다. 또한, 웨이퍼의 정면에서 표면 텍스쳐 인가가 바람직할 수 있다. 그러나, 이는 후면에 입사하는 광선들이 정면에서 산란될 수 있고 텍스쳐링된 정면을 통해 방출됨에 따라 다시 산란될 수 있는 보다 복잡한 상황을 유도할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 구성의 사용에 대한 최종 결과는 산란 패턴(예를 들어, 산란되는 광들의 각진 부포)은 후면에서 반사되는 광선들에 대한 것과 정면에서 반사되는 광선들에 대해 상이할 수 있다. 결과적으로 2개 반사로부터의 에너지를 구별할 수 있다.
도 14(a)는 슬래브(42)의 제 2 표면(54)에서 격자 구조(64)가 형성되는 구성을 나타낸다. 이 경우, 바람직하게 격자는 경면 반사 빔과 상이한 방향으로 슬래브의 정면을 벗어나는 반사 방사선의 적어도 하나의 광선을 생성하도록 설계된다. 이러한 방안은 정면 반사와 구별되는 광선(R2)에 대한 예측 방향을 허용하기 때문에 관심대상이 된다. R2의 방향은 격자의 설계를 통해, 특히 격자의 피치를 제어 함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 각도(
)에서 굴절률(ns)을 갖는 매체의 어레이에 입사하는 광 빔(A1)에 대해 LG의 기간(피치)를 갖는 어레이로부터 광선(A2)이 회절되는 각도(
)는 하기 관계식
으로부터 예측되며, 여기서, p는 회절된 빔의 차수를 나타내는 정수이다. 다양한 형상들의 라인들, 핀들 및 그루브들의 어레이들을 포함하는 다수의 격자 스타일들도 가능하다. 라인들의 규칙적이고, 주기적인 어레이는 격자가 어떻게 형성될 수 있는지에 대한 일례이다. 직사각형들, 다각형들 또는 디스크들과 같은 2차원 형상들의 주기적 어레이들이 격자를 형성할 수도 있다. 이러한 어레이들의 피쳐들은 박막 물질의 패터닝에 의해 형성되는 패턴과 같은 평면형에 가깝거나, 또는 트렌치들, 그루브들, 실린더들, 평행육면체들, 구체들, 반구체들, 타원들, 콘들 또는 피라미드들과 같은 3차원 양상을 가질 수 있다. 또한, 격자 구조는 동심원들의 어레이로부터 형성될 수 있다. 이러한 모든 실시예들의 본질적 특징은 회절된 방사선의 빔을 생성할 수 있다는 것이다. 이러한 빔을 생성하는 특징은 슬래브의 후면에서 이루어지거나 또는 슬래브 아래 위치에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 주제에 대한 소정의 실시예들에서, 도 9에 도시된 지지 구조들의 어레이는 격자 구조를 형성하는데 이용될 수 있다. 본 발명에 개시된 임의의 특징들은 원하는 방향에서 방사선의 회절 효율을 강화시키는 양상을 가질 수 있다. 예를 들어, 이들은 회절 격자에서 브레이즈(blaze) 각도의 사용과 유사한 방식으로 브레이즈 각도를 나타낼 수 있다. 도 14(b)는 브레이즈 각도 사용에 대한 개념이 도시된다. 본 예에서, 브레이즈 각도는 평행한 그루브들의 어레이 표면에 적용된다. 도시된 경우에 대해, 빔(Al)은 격자 평면에 대한 수직 입사로 브레이징 격자(blazed grating) 상에 입사한다. 브레이즈 각도(
)는 예를 들어, 
를 구성함으로써, 식(5)을 통해 정의되는 것처럼, 격자의 회절 각도(
)의 방향으로 반사 효율을 최대화시키도록 설정된다. 격자들의 이러한 개념들은 표면 반사율을 증가시키는 방안들과 조합될 수 있다. 예를 들어, 격자의 부재들의 반사율은 박막 코팅들을 인가함으로써 또는 높은 반사율 물질들을 사용함으로써 증가될 수 있다. 또한, 격자들의 상용은 하나 이상의 회절된 빔의 유용 가능성(useful opportunity)을 개방시켜 웨이퍼로부터 하나 이상의 많은 각도에서 반사되는 광선들을 수집한다. 실제로, 몇 개의 상이한 방향들에서 전파되는 광선들이 측정될 수 있다. 이러한 광선들은 슬래브를 통해 모두 상이한 경로들을 경험할 것이기 때문에, 슬래브에서 흡수 성질에 대한 여분의 정보를 얻을 수 있다. 회절 구조들은 이러한 방안을 최적화시키기 위해 웨이퍼의 정면에 인가될 수 있다.
또한, 회절은 하나 이상의 파장을 함유하는 광의 입사 빔에서 파장들을 구별하는데 이용될 수도 있다. 이러한 실시예들에서, R2와 같은 몇 개의 빔들은 격자에서의 회절에 의해 생성될 수 있고, 각각의 빔은 
의 상이한 값으로 웨이퍼로부터 방출된다. 다음 몇 개의 검출기들(또는 검출기 어레이)는 이들 각각이 상이한 파장 성분을 수신하고 이에 대한 세기를 측정하도록 배열될 수 있다. 이는 다 중-파장 측정을 상당히 용이하게 하며, 각각의 파장은 상이한 검출기로 유도될 수 있기 때문에, 검출기들의 정면에서의 필터링이 단순화될 수 있다. 이러한 방법은 소스 파장이 파장들의 시퀀스를 통해 스캔되는 방법 및/또는 파장 선택 부재가 검출기가 상이한 파장들에서 세기를 순차적으로 샘프링하도록 조정(tuned)되는 방법에 비해, 흡수 슬래브의 흡수 스펙트럼의 신속한 평가를 가능케한다. 이는 흡수층의 후면에서 회절 격자가 전개되는 방식에 있어 중요한 장점일 수 있다. 또한, 상이한 파장들의 산란이 본질적으로 파장과 무관한 방식으로 발생하는, DRS와 같은 방식에 비해 상당한 장점들을 나타낼 수 있다. DRS에서, 산란된 광을 샘플링하는 검출기는 광이 특정하게 필터링되지 않는다면 모든 파장에 노출된다. DRS 방법을 이용하여 흡수 스펙트럼을 얻기 위해, 반사 광은 파장 필터링 부재 또는 격자, 가변(tunable) 필터 또는 프리즘과 같은 파장 분산 부재를 통과해야 한다.
도 15는 제 2 표면(54)으로부터 반사되는 것과 제 1 표면(52)으로부터 반사되는 에너지의 분리가 광 포커싱 장치의 사용을 통해 달성되는 예를 나타낸다. 예를 들어, 도시된 렌즈들 및 미러들과 같은 광학 부품들을 포함할 수 있는 광학 시스템은 실리콘 슬래브의 2개의 인터페이스들에서 반사되는 방사선의 성분들을 분리시키는데 이용된다. 도면은 광원(S)으로부터 방출되는 2개의 광선(A, B)이 광학 시스템을 통해 어떻게 전파되는지를 나타낸다. 이들은 렌즈(L1)에 의해 조준된 다음 렌즈(L2)에 의해 포커싱된다. L2의 촛점 길이 및 위치는 광원(S)의 이미지가 슬래브의 후면(SB)에 형성되도록 설정된다. 광선들(A, B)은 슬래브의 정면에서 반사된 광선들(RFA, RFB)을 형성한다. 또한 이들은 슬래브의 후면에서 반사된 광선 들(RBA, RBB)을 형성한다. 이들 광선들 모두는 렌즈(L2)를 다시 통과하고 빔-분할 미러(M)에 의해 반사된 다음, 렌즈(L3)에 의해 수집된다. 렌즈(L3)는 검출기에서 광선들(RBA, RBB)이 포커싱되게 한다. 따라서, 웨이퍼의 후면으로부터의 반사 이후, 광원(S)의 이미지가 검출기에 형성된다. 대조적으로, 광선들(RFA, RFB)은 검출기에서 포커싱되지 않는다. 따라서, 검출기로부터의 신호는 슬래브의 후면에서의 반사에 의해 크게 영향을 받는다. 후면에서 반사되는 광의 성분을 측정함으로써, 슬래브의 흡수도를 추론하는 것이 가능하다.
도 16은 상기 도 14(a) 및 도 15와 일부 유사한 구성의 예를 나타낸다. 그러나, 이들 실시예들에서, 패턴(66)은 슬래브(42)의 제 2 표면(54)에 형성되며 이미징 시스템(70)은 검출기(72) 상에 패턴을 이미지화시키는데 이용된다. 이 경우, 슬래브에서의 흡수도는 광학 이미징 시스템(70)을 이용하여 형성되는 패턴(66)의 이미지에서 관찰되는 대비도(degree of contrast)를 관찰함으로써 평가된다(assessed). 물론, 이미징 시스템(70)은 이미지의 장면(view)을 작업자에게 제공하기 위해 예를 들면, 컴퓨터 및/또는 디스플레이와 같은 추가 장치(미도시)와 접속된다; 컴퓨터는 이미지의 대비도를 평가하고 다른 분석 기능들을 제공하도록 구성될 수 있다. 이미지의 대비는 이미지 평면에서 관찰되는 광 세기의 편차량을 나타낸다. 웨이퍼 온도가 상승하고 슬래브가 보다 흡수성이됨에 따라, 슬래브가 사실상 불투명이고 패턴이 더 이상 관찰되지 않을 때까지, 패턴의 이미지에서의 대비 크기는 감소된다. 이미지에서의 대비 측정은 관심을 끌며, 이는 웨이퍼를 조명하는 광원의 특징들에서의 변화를 자동으로 교정하기 때문이다. 또한, 이러한 방 안은 검출을 위한 민감도를 개선시킬 수 있다.
도 17은 이미지의 대비 측정 능력을 개선하는 방법의 일례를 나타낸다. 이 경우, 웨이퍼는 해당 파장에서의 방사선으로 조명되며 반사된 광은 이미지 평면(71)에서 이미지를 형성하기 위해 렌즈(68)를 통해 이미지화된다. 도 16의 경우, 이미지는 카메라와 같은 이미징 장치(72)에 의해, 또는 광검출기들의 어레이 에 의해, 또는 단일 광검출기 위를 스캐닝함으로써 분석될 수 있다. 온도가 상승함에 따라, 관찰되는 대비는 감소되며 온도는 대비 손실과 웨이퍼 온도 간의 관계를 정량화함으로써 감지될 수 있다.
이러한 방안이 갖는 실제 문제중 하나는 웨이퍼의 정면에서 반사되는 상당량의 광이 광학 이미징 시스템에 진입할 수 있다는 것이다. 이러한 광은 이미지 평면에서 포커싱되지는 않지만, 이미지 평면에서 관찰되는 대비를 감소시켜 측정을 보다 어렵게 하는 백그라운드 "미광(stray light)" 신호에 기여한다. 이러한 문제를 감소시키는 방안중 하나는 패턴(66)과 이미징 장치(72) 간의 광학 경로에 공간 필터(74)를 삽입하는 것이다. 예를 들어, 이러한 필터는 도 17에 도시된 것처럼, 이미징 렌즈(68)의 초점 평면(75)에서 삽입될 수 있다. 초점 평면에서 광의 분포는 이미지화되는 패턴을 특징화시키는 공간 주파수와 관련된다. 공간 주파수는 패턴의 다양한 길이 스케일들을 나타낸다. 예를 들어, 격자 패턴의 피치는 하나의 상당한 공간 주파수를 나타낸다. 패턴 내의 부재들 및 공간들의 길이는 다른 공간 주파수들을 도입할 수 있다. 웨이퍼의 정면에 의해 반사되는 광은 매우 낮은 공간 주파수를 가지며, 이는 여기에는 패턴이 존재하지 않아 사실상 "dc" 백그라운드를 나타내기 때문이다. 공간 필터를 사용하는 방안은 높은 공간 주파수들을 떠나는 이러한 백그라운드 신호를 없앨 수 있다. 이를 행하는 방법중 하나는 도 17에 도시된 것처럼, 초점 평면에서 렌즈의 중심축에 불투명 차단 부재(76)를 배치시키는 것이다. 격자가 패턴으로 사용된다면, 적절한 공간 필터링 방안은 렌즈의 초점 평면에 마스크 배치를 수반할 수 있으며, 이는 격자 패턴의 피치에 해당하는 것과 다른 공간 주파수들을 선택적으로 차단한다. 이러한 공간 필터링 기술들의 장점들은 이미지 평면에서 상당량의 백그라운드 광이 검출기에 도달하는 것을 방지한다는 것이다. 백그라운드 광은 슬래브에서의 흡수에 대한 정보에 기여하지 않고, 측정되는 신호들에 대한 잡음에 기여할 수 있다. 또한, 이미지의 대비를 크게 감소시키며 검출 시스템에 의해 분석될 수 있는 신호들의 범위를 제한한다. 따라서, 백그라운드 광이 검출기에 도달하는 것을 방지하는 것은 정확도 개선에 상당한 도움을 줄 수 있다.
웨이퍼 온도를 특징화시키기 위해 이미지의 대비도를 사용하는 방법은 다양한 방안들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 반사된 광 신호 또는 투과된 광 신호에서 대비가 관찰될 수 있다. 이는 방출된 광 신호에서도 관찰될 수 있다. 후자의 방안은 외부 광원이 필요 없어 장치가 간단하다는 추가 장점을 갖는다. 그럼에도불구하고, 소정의 경우들에서, 외부 광원이 사용될 경우 원하는 온도에서의 측정 수행이 용이해질 수 있고, 이는 열적으로 방출되는 방사선의 크기는 웨이퍼의 온도와 상당히 관련되기 때문이다. 이러한 방안은 패터닝된 웨이퍼들 상에서의 온도 측정을 위해 이용될 수 있다.
예를 들어, 웨이퍼 정면상의 패턴들은 웨이퍼 후면에서 보여지는 이미징 시스템을 통해 이들을 관찰함으로써 웨이퍼 두께를 통해 볼 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 영역의 이미지에서 관찰되는 대비도는 온도 표시기로서 이용될 수 있다. 이는 특별히 패터닝되는 웨이퍼를 요구하지 않는다는 장점을 가지며, 이는 처리되는 장치들이 자체적으로 필요한 대비를 제공하기 때문이다. 또한, 이러한 방안은 웨이퍼가 회전하는 상황에서도 적용될 수 있다. 이 경우, 이미징 시스템에 의해 관찰되는 패턴의 회전과 관련된 변동들(fluctuations)은 이들 자체를 온도 표시기로서 사용할 수 있다. 웨이퍼 온도가 상승됨에 따라, 이미징 시스템에 의해 관찰되는 변동 정도는 감소되며, 이는 웨이퍼의 측면의 장치에서의 반사로부터 이미징 시스템으로 돌아오는 광이 적기 때문이다. 회전 주파수에서 시간에 따라 변하는 신호들을 선택함으로써, 회전 패턴의 작용에 대해 이러한 검출 시스템의 민감도를 개선시키는 것이 가능하다. 이러한 필터링은 통과 대역이 웨이퍼 회전 주파수에서 집중되는 대역-통과 필터에 의해 달성될 수 있다. 이러한 방법은 패터닝된 장치 영역들 이외의 표면에서 반사되는 광을 구별하기 위해, 공간 필터링의 광학 방안과 조합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 관찰된 패턴들은 대략적으로 패턴과 이미징 시스템 사이에 놓인 물질의 흡수율 변화의 함수인 대비도에 따라, 웨이퍼의 정면상에 있을 수 있고 웨이퍼 두께를 통해 보여지거나, 또는 웨이퍼 내부에 놓일 수 있다. 대안적 실시예들에서, 모든 패턴 또는 일부 패턴을 형성하는 물질은 온도 변화에 민감할 수 있다. 예를 들어, 패턴을 형성하는 모든 물질은 온도 변화, 굴절률 변화, 광 산란 효과의 변화, 반사율, 흡수율, 발산도(emittance), 투과도 등에서의 변화에 따라 보다 더 또는 덜 투명할 수 있다. 또한, 예를 들어, 패턴들은 온도-관련 변화의 상이한 조합들을 나타내도록 고안될 수 있다.
후면에서 반사되는 슬래브의 정면에서 반사되는 광을 구별하는 또 다른 방법은 광의 펄스로 웨이퍼 표면을 조명하고 광의 반사된 펄스들이 검출기에 도달하는 시기를 검출하는 것이다. 슬래브의 표면을 통해 이동하며 후면에서 반사되는 펄스 프랙션(fraction)은 웨이퍼 표면에서 반사되는 펄스 프렉션 이후의 유한 시간에 대해 반사 광 검출기에 도달한다. 이러한 측정은 상당히 도전적이며, 이는 슬래브를 통해 전파되는 광에 대한 시간이 상당히 짧기 때문이다. 실리콘에서의 광 속도는 
이며, 여기서 c는 진공에서 광의 속도이며, nsi는 실리콘의 굴절률로 1.55㎛에서 ~3.6이며, 실리콘에서 광의 속도는 
이다. 따라서, 100㎛ 두께인 실리콘의 슬래브에 대해, 두께를 이동하고 다시 슬래브의 정면으로 이동하는 시간은 
이다. 이는 매우 짧은 시간이지만, 원칙적으로 짧은 광 펄스의 사용은 광이 반사되는 위치들 사이가 구별하기 위한 측정을 가능케한다.
앞서 개시된 구성들은 보다 정확한 온도 판독치를 얻기 위해 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼는 슬래브의 후면에서 높은 반사성 격자를 갖는 반사방지 코팅 정면을 가질 수 있다. 웨이퍼는 측정시 이용되는 특정 파장에 대한 브루스터 각도에서 정면 표면에 입사하는 p-편광 방사선으로 조명될 수 있다. 후 면에서 격자에 의해 회절되는 광은 경면 반사되는 광을 수집하지 않도록 구성 및/또는 위치되는 검출기에 의해 수집된다.
다수의 애플리케이션들에 대해, SOI 웨이퍼 구조는 고온 교정에 적합하다. 통상적으로 ~1.55㎛의 파장이 측정을 위해 이용될 수 있으며, 이는 실리콘은 상기 파장에서 비교적 낮은 흡수도를 나타내어 너무 얇지 않은 실리콘막들이 SOI층에서 이용될 수 있기 때문이다. 일반적으로 반사 방안은 막 두께를 두번(또는 그 이상) 통과하는 감지된 방사선을 이용하여, 투과율 측정시 적용되는 상황에 비해 흡수도가 비교적 낮아 바람직하며, 측정된 방사선은 슬래브 두께를 한번만 통과할 필요가 있다. 대략 1.55 ㎛ 파장들은 특히 측정에 유용하지만, 본 발명의 방안은 넓은 범위의 파장들, 통상적으로 0.8 내지 4㎛ 사이의 파장들에 대해 유용할 수 있다.
일반적으로, 매우 얇은 막에 대해, 표면 특성이 보다 중요해지기 때문에 흡수 슬래브(42)로서의 역할을 하는 실리콘(또는 다른 물질)막은 너무 얇지 않은 것이 바람직하며, 이러한 영역들은 실리콘 슬래브의 벌크와 상이한 광학 특성들을 나타낼 수 있다. 이는 표면 영역들에 스트레스들을 유입할 수 있는 다른 물질들과 표면들이 접촉할 때 그러하다. SOI 구조에서, 이러한 조건들은 산화물층 부근에 적용될 수 있다. 결정성 실리콘의 매우 얇은 막들의 형성은 소정의 상황들에서 상당히 상이하여, 일정한 결과를 유지하기가 어려울 수 있다. 상대적으로 두꺼운 실리콘막들의 사용에 따른 다른 장점은 슬래브에서의 간섭 작용에 의해 유입되는 광학 특성들에서의 변동에 대한 파장-평균화가 쉽게 이루어질 수 있다는 것이다. 상대적으로 두꺼운 실리콘막들이 사용에 따른 또 다른 장점은 하기 개시되는 바와 같 이, 특히 막 두께를 측정하기 위해 광학적 방법이 사용될 경우, 매우 높은 정확도로 막 두께를 결정할 수 있다는 것이다. 또 다른 장점은 방사선의 짧은 파장에 대해, 특히 <~1㎛ 파장에 대해 두꺼운 막은 상당히 불투명할 수 있다는 것이다. 이는 이러한 짧은 파장들에서 통상적으로 웨이퍼를 가열하는 램프 가열 소스들이 강하게 방사하기 때문에 바람직할 수 있다. 실리콘막이 매우 얇은 경우, 웨이퍼와 램프들의 전력 결합은 슬래브의 후면에서 광을 반사하는 실리콘 슬래브 아래에서 인터페이스의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 가열 주기가 영향을 받아, 특히 웨이퍼의 표면에 대해 열적 불균일성이 유도되는 경우, 바람직하지 못할 수 있다. 실리콘막에 대한 통상적 두께 범위는 1㎛ 내지 300㎛ 사이이다. 고온 교정을 위해, 실리콘막은 통상 10㎛이상, 1010㎛ 미만의 두께일 수 있다. 전형적인 두께는 ~50 ㎛이다.
그러나, 앞서 개시된 소정의 상황들에서 두꺼운 막들의 장점에도 불구하고, 당업자들은 다른 상황에서는 그럼에도불구하고 얇은 막이 바람직하다는 것을 인식할 것이다.
SOI 구조에서 산화물층 두께 범위는 통상적으로 0.001㎛ 내지 100㎛ 사이이며, 정상적으로는 1㎛ 미만이다. 정확한 두께는 슬래브의 후면의 반사율을 가능한 높게 구성함으로써 최적화될 수 있다. 산화물 두께에 대한 전형적인 값은 1.55㎛의 측정 파장에 대해 ~0.3㎛이다. 이는 상대적으로 얇은 산화물층의 사용시 장점이 될 수 있으며, 이는 얇은층은 가열 동안 웨이퍼에서의 바람직하지 못한 열적 스트레스가 도입될 가능성이 적기 때문이다.
기판 두께는 기계적 제한들에 의해 주로 결정되나, 통상의 애플리케이션들에 대해, 기판, 산화물층 흡수 슬래브의 조합은 200㎛ 내지 2mm 사이의 두께를 허용하는 두께이어야 한다. 통상적으로, 상기 조합 두께는 775㎛으로, 이는 표준 300mm 직경 웨이퍼의 두께이다.
표면에서 실리콘 슬래브의 도핑은 통상적으로 실리콘 슬래브의 흡수 계수에서 공지된 온도 관련성의 재현이 용이하도록 선택된다. 이를 수행하는 방법중 하나는 저농도로 도핑된 실리콘 슬래브를 선택하는 것이다. 예를 들어, 도핑은 실리콘의 저항률(
)이 
이상, 바람직하게는 
이상이도록 이루어진다. 기판에서의 도핑은 편의상 선택될 수 있다. 웨이퍼가 높은 온도 교정(예를 들어, 800℃ 이상의 온도)을 위해서만 사용되는 것이 바람직하다면, 임의의 정상 도핑 레벨이 허용되며, 이는 기판은 높은 온도에서 불투명이 되어 웨이퍼의 후면으로부터의 반사가 측정에 영향을 미치지 않기 때문이다. 이러한 방안이 낮은 온도에서만 이용되는 것이라면, 기판이 불투명이고 
를 갖는 고농도로 도핑된 웨이퍼가 사용되어야 한다면, 이는 보다 간단해진다. 적외선 파장 범위에서 개선된 불투명도를 위해, 이상적으로 
이다.
저농도로 도핑된 웨이퍼가 사용될 경우, 본 발명에 개시된 반사-기반 방법들의 실시예들은 또 다른 실시예들이 산출되도록 미국 특허 출원 No. 10/178,950에 개시된 것들과 같은 투과-기반 온도 교정을 포함하는 다른 교정 방법들과 조합될 수 있다. 이러한 추가 실시예들에서, 투과된 광의 측정은 투과된 광 신호의 감 소(fall-off)에 의한 제한치(limit set)에 이르는 웨이퍼 온도를 결정하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 1.55㎛의 파장에서의 측정을 위해 통상적으로 ~850℃이다. 이러한 온도 이상에서, 반사-기반 방안이 사용될 수 있다. 이러한 방안은 몇 가지 장점을 유도한다. 먼저, 교정 과정을 수행하기 위해 사용되는 웨이퍼의 수가 감소된다. 둘째, 투과성 측정으로부터 추론되는 온도는 반사-기반 측정의 정확도를 개선시키는데 시용될 수 있다. 이는 특정 온도에서 2개의 측정이 허용되도록 보장함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 교차 검사(cross check)는 투과-기반 반사의 높은 정확도가 높은 온도 범주(regime)에서 사용되는 반사-기반 방안으로 연장되도록 허용한다.
반사-기반 측정 방안을 위해 사용되는 구조들은 웨이퍼의 전체 표면에 대해 반드시 존재할 필요는 없다. 예를 들어, 도 18은 반사-기반 측정 방안 사용이 허용되도록 변형된 3개의 영역들(80, 80', 80")을 포함하는 웨이퍼(12)의 평면도를 나타낸다. 이들 영역들은 웨이퍼 온도를 관찰하는 고온도계에 의해 보여지는 위치들과 일치할 수 있다. 영역들은 이들 영역들에서의 SOI 구조의 형성, 및 코팅들, 격자들, 텍스쳐링된 표면들, 경사 표면들 및 본 발명에 개시되는 다른 피쳐들의 사용에 의해 변형될 수 있다. 각각 도 1에 제시된 세트와 같은 광원들 및 광학 검출기들의 관련 세트를 가지는 다중 측정 서브-시스템들은 고온도계 교정이 요구되는 위치들 각각에서의 측정이 가능하도록 사용될 수 있다. 또한, 투과율 측정은 이들 부근의 영역들에서 또는 동일한 영역에서 수행될 수 있다. 반사-기반 방안이 사용되는 일부 구조들이 제공되지 않는 영역에서 투과-기반 측정을 수행하는 것이 최상 이 상황들이 있을 수 있다. 예를 들어, 이러한 구조들은 광 산란에 의해 투과-기반 측정들이 품질을 저하시킬 수 있다. 이 경우, 투과-기반 측정은 반사-기반 측정이 수행되는 지점 부근인 위치에서 수행될 수 있고 2개 방법들 간의 교차 교정 및 고온도계의 해당 교정이 수행될 수 있다. 이를 가능케하기 위해, 측정 위치들의 측방 간격은 미국 특허 출원 No. 10/178,950에 개시된 열적 확산 길이 기준 보다 적은 것이 바람직하다.
이러한 방법들이 정확해지게 하기 위해, 일부 실시예들에서는 사용되는 흡수층들의 두께가 높은 정확도로 인지하는 것이 바람직하다. 다음 두께는 측정된 반사율 또는 투과율에 해당하는 흡수도를 결정하고 웨이퍼 온도를 추론하기 위해, 알고리즘에 입력으로서 제공될 수 있다. 알고리즘은 추가적으로 또는 댕안적으로 고려되는 다른 팩터들, 이를 테면 저항률(resistivity)을 고려할 수 있다. 두께, 저항률 및/또는 다른 팩터들은 임의의 공지된 방법을 이용하여 측정될 수 있다.
반사-기반 측정을 위해, SOI 구조의 표면층의 두께는 제조 프로세스 동안 또는 그 이후에 결정될 수 있다. 예를 들어, 두께는 실리콘막이 투명한 적외선 영역에서 웨이퍼의 고-해상도 반사 스펙트럼을 측정함으로써 결정될 수 있다. 반사 스펙트럼은 앞서 개시된 것처럼, 실리콘막 내에서 간섭 작용을 야기시키는 반사율 변동을 디스플레이한다. 박막 광학의 방법들은 실리콘층 두께의 매우 정확한 측정을 얻기 위해 실리콘의 굴절률의 인식(knowledge)과 조합될 수 있다. 앞서 개시된 일부 구성들에서, 정면 반사를 감소시키기 위해 도입도는 피쳐들은 간섭 작용을 감소시킬 수 있다. 이는 막 두께 측정을 보다 어렵게 만들 수 있다. 이 경우, 이러한 측정이 수행되기 이전에 제조 프로세스 시점에 실리콘 두께의 측정을 수행하는 것이 쉬울 수 있다.
본 발명에 개시된 예와 같이, 반사-기반 측정들이 웨이퍼 표면에 대한 온도 균일성 맵을 생성하는데 이용될 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 이를 테면, 몇 개의 반사율 측정들은 웨이퍼의 표면에 대해 다수의 상이한 영역들에서 동시적으로 또는 순차적으로 수행될 수 있다. 웨이퍼는 측정들의 구분이 쉬운 특정화된 영역들을 포함하거나, 또는 그의 표면들에 대해 균일할 수 있다. 프로세스 균일성은 이러한 온도 차를 관찰함으로써 개선되거나 최적화될 수 있다.
광흡수
에 기반을 둔 온도 측정 방법들이 갖는 문제점들은 사용되는 표본(specimen)이 실제로 불투명해지게 흡수가 강해질 때 발생할 수 있다. 예를 들어, 통상적으로 775㎛인 300mm 직경 실리콘 웨이퍼는 온도가 ~900℃을 초과할 때 임의의 파장에서 매우 적은 방사선을 투과시킨다. 앞서 언급된 투과-기반 방안들과 같은 소정의 방안들의 면들은 불투명 문제를 해결하기 위한 일례의 방식을 포함할 수 있는 매우 얇은 실리콘 웨이퍼들의 사용을 포함한다. 상기 결론은 반사된 방사선의 측정이 온도 교정을 제공하는데 이용되는 개선을 제공할 수 있다. 그러나, 추가의 개선들이 극도로 정확한 온도 교정이 높은 온도에서 요구되는 애플리케이션들에서 선호될 수 있다. 고온에서 정확한 교정을 제공하기 위한 이러한 방법의 예시적 실시예들이 제시된다.
이러한 실시예들은 반사율- 및 투과-기반 방안들과 일부 특징을 공유할 수 있다. 그러나, 하기 개시되는 본 발명의 주제의 실시예들은 층의 광학 두께에 민감한 측정 및 광흡수 측정의 조합을 이용한다. 따라서 이러한 조합의 실시예들은 매우 높은 정확성의 절대적 온도 측정을 제공하는 능력을 제공한다. 이러한 방안을 수행하기 위한 예시적 방법은 웨이퍼 특성들의 측정들이 상이한 정도의 시간적 일관성을 갖지만 거의 동일한 파장에서의 광빔의 사용을 통해 얻어지는 스켐을 통해 이루어진다.
앞서 언급된 U.S. 특허 출원 No. 10/178,950 및 상기 설명에서 다양한 방법들은 특히 반도체 프로세싱 분야에서의 온도를 추론하기 위한 광학 특성들의 측정 사용과 관련된다.
앞서 언급된 것처럼, 일반적으로 광흡수의 측정은 웨이퍼 온도를 추론하는데 이용될 수 있다. 이러한 방법은 매우 정확한 온도 측정의 제공의 장점을 갖는다. 또한 방법은 절대 온도 측정을 제공할 수 있으며, 이는 주어진 파장에서의 광흡수는 주어진 물질에서 임의의 주어진 온도에서 독특하게 한정되기 때문이다. 이는 광흡수를 추론하기 위해 예를 들어, 반사 또는 투과성 측정을 사용함으로써 구현될 수 있다. 그러나, 이러한 흡수는 고온에서 매우 강하기 때문에, 적어도 표준 두께의 웨이퍼들이 사용될 때 구현되기 어려워질 수 있다. 본 발명에서 앞서 개시된 예들은 반사-기반 방안을 사용함으로써 이러한 잠재적 문제점들을 해결할 수 있다.
온도를 결정하는 또다른 가능성 있는 방법은 광학 두께로서 표시될 수 있는 샘플을 통해 광 경로 길이에 민감한 측정에 기반을 둔다. 매체를 통해 이동됨에 따라 전자기파의 위상의 변화는 매체의 굴절률(nm)의 실수부와 광경로 길이(nmd)인 이동 거리(d)의 곱과 관련되다. 굴절률의 실수부가 온도에 민감한 매체에서, 매체를 통한 이러한 광경로 길이는 온도가 변함에 따라 변한다. 또한, 한정된 열팽창 계수를 갖는 임의의 물질에서, 매체의 경계들 사이에서 이동하는 광선의 광경로 길이는 물질의 물리적 치수들이 온도에 따라 변할 때 변한다. 따라서, 물체를 통과하는 에너지의 광선의 광경로 길이에 민감한 임의의 온도 측정 방법은 물질의 온도를 감지하는데 이용될 수 있다. 통상적으로 이러한 방안은 도 2에 도시된 것처럼 슬래브(50)와 같은 슬래브 물질의 반사율(R*), 또는 투과율(S*)을 측정함으로써 구현될 수 있다. R* 및 S*는 간섭 작용의 결과로서, 슬래브의 2개의 경계들에서 반사되는 광선들 간의 상호작용에 의해 크게 영향받는다. 간섭 현상은 광의 파동성 때문에 발생되며, 이는 슬래브의 2개 표면에서 반사되는 파들의 상대 위상과 관련된다. 슬래브의 2개 표면에서 반사되는 파들의 상대 위상은 이들 광선들에 의해 횡단되는 광경로 길이의 차에 의해 결정되기 때문에, 이는 온도에 크게 영향 받는다.
당업자들은 간섭 현상은 2개의 계면에서 반사되는 파들의 위상들 간의 관계식과 관련되기 때문에, 광학-경로-길이-기반 방안은 일반적으로 측정시 검출되는 광이 가간섭성 방식으로 동작하는 것이 요구된다는 것을 인식할 것이다. 위상 관계는 파들이 일시적으로 가간섭성 방식으로 동작하는 경우에만 명확히 한정된다. 실제로 이는 두께가 ~775㎛인 표준 실리콘 웨이퍼와 같이, 상당히 두꺼운 매체에 대해, 매우 좁은 범위의 파장들을 방출하는 레이저와 같은 가간섭성 광원을 사용하여 측정이 수행되어야 한다는 것을 의미한다. 광은 측정되는 광의 파장 범위(
)가 충분히 작은 경우 가간섭성으로 처리될 수 있다.
여기서, nm은 슬래브를 구성하는 매체의 굴절률이며, dm은 슬래브 매체의 두께이다. 두께가 775㎛인 웨이퍼에 대해, 파장이 1.55㎛라고 고려하고 nm이 실리콘에 대한 것과 대응되며 ~3.6인 것으로 가정하면, 식 6은 광이 가간섭성으로 처리되도록 
가 0.2nm 보다는 상당히 작아야 한다는 것을 나타낸다. 보다 얇은 막에 대해, 이러한 조건은 덜 엄격하다. 예를 들어, 동일한 조건이나 실리콘 박막이 10㎛이면, 
는 단지 16nm 보다 상당히 작아야 한다. 광학-경로-길이-기반 측정은 광학 검출 시스템이 매우 좁은 범위의 파장들이 검출된 신호에 기여하도록만 허용하는 필터를 포함하게 제공되며, 넓은 범위의 파장들을 방출하는 상대적으로 비간섭성의 방사선 소스로 수행될 수 있다. 이 경우, 필터 대역폭은 
와 유사한 범위로 제한되어야 한다. 이러한 방안은 앞서 개시된 10㎛ 두께 실리콘 막과 같이, 상당히 얇은 막들에 대해 실용적이나, 슬래브 표면들 간의 간격이 큰 경우 사용이 매우 어려워질 수 있고, 이는 극도로 좁은 대역의 필터에 대한 요구조건은 에너지의 대부분이 검출기에 도달하는 것을 방지하여 비실용적으로 낮은 신호 레벨을 유 도하기 때문이다.
이러한 논의는 본 발명에 개시된 측정에서 감지되는 방사선의 광학적 특성과 관련한 중요한 개념을 나타낸다. 이러한 개념은 방사선의 가간섭성 길이에 대한 것이다. 가간섭성 길이(dcoh)는 굴절률(nm)을 갖는 매체에서 이동하는 광선을 따른 최대 간격을 나타내며, 앞서 파형에 의해 표시된 것처럼, 간격의 시작시 전자기파의 위상은 간격의 종료시에 대한 고정된 관계를 유지한다. 가간섭성 길이 보다 상당히 긴 광선을 따른 간격에 대해, 간격의 2개 단부들에서 파형의 위상들 간의 관계식은 예측할 수 없다. 통상적으로 가간섭성 길이는 하기 정의에 따라 특정화딘다.
여기서, 심볼들은 앞서 개시된 의미들을 갖는다. 이러한 기준은 식(6)에서 제시된 것과 유사하다. 슬래브를 지나는 경로 길이를 기준으로 긴 가간섭성 길이를 갖는 방사선은 슬래브에서의 간섭 작용을 관찰하는데 쉽게 이용될 수 있는 반면, 슬래브를 지나는 경로 길이를 기준으로 짧은 가간섭성 길이를 갖는 방사선의 관찰을 기초로한 측정들은 이러한 작용들을 증명하지 못한다. 본 발명에서 사용되는 가간섭성(coherent)이란 용어는 매체를 통과하는 방사선의 광선들이 명확히-정의되는 위상 관계식을 유지하는 방식으로 상호작용하는 상황들을 논의할 때 이용되며, 비가간섭성(incoherent)이란 용어는 이러한 기준이 적용되지 않을 때 이용된 다. 마찬가지로, "가간섭성 측정(coherent measurement)"은 가간섭성 방식으로 동작하는 검출된 방사선과 관련되며, "비가간섭성 측정(incoherent measurement)"은 비가간섭성 방식으로 동작하는 검출된 방사선과 관련된다.
광학 경로 길이 측정에 기반을 둔 온도 측정 방안들의 장점중 하나는 특히 반도체 웨이퍼에 대한 물리적 경로 길이가 비교적 클 때, 온도에 상당히 민감할 수 있다는 것이다. 그러나, 이 방안에는 몇 가지 잠재적인 문제점들이 있다. 제 1 문제점은 웨이퍼의 절대 온도를 결정하기 위해 이러한 방안을 사용하는 것이 때로 매우 어려울 수 있다는 것이다. 이는 반사율 및 투과율이 주기적으로 온도 함수들에 영향을 미쳐, 임의의 특정한 반사율 또는 투과율 값이 다수의 상이한 온도들에 대응되기 때문이다. 제 2 문제점은 굴절률 및 투과율 또한 층의 두께 및 층의 굴절률 모두에 상당히 민감하다는 것이다. 따라서, 제공된 슬래브의 광학 특성과 상대 온도 관계를 특정화시키기 위해, 일반적으로 상당한 절대적 정확도로 이들 모두의 양을 결정할 필요가 있다. 원칙적으로, 임의의 주어진 슬래브 물질에 대해, 이러한 문제점들은 절대 온도의 함수로서 특정 슬래브의 반사율 및 투과율을 특징화시킴으로써 해결될 수 있으나, 이는 실제 애플리케이션들에서의 다소 성가신 방안을 만들 수 있다. 또한, 이는 반사율 및 투과율이 방사선의 입사각에 의해 상당히 크게 영향을 받는다는 사실과 같은 다른 문제들을 해결하지 못하며, 이는 층을 지나는 광학 경로 길이에 이들이 직접적인 영향을 미치기 때문이다. 실제, 가변 고아학 경로 길이의 작용을 기반으로 제시되는 대부분의 온도 측정 방안들은 온도 변화를 측정하는데 이용된다. 이는 웨이퍼의 초기 온도를 정확히 알지 못하는 경우, 반도체 프로세싱 단계 동안 웨이퍼의 온도를 추적할 때 문제를 야기시킬 수 있다. 아래서 제시되는 최종 문제점은 적어도 반도체 물질들에 대해, 고온에서 광학적 흡수가 빠르게 이루어져, 결국 층을 통과하는 광선이 크게 감쇠되어 반사율 또는 투과율에 대해 더 이상 큰 영향력을 미치지 않는다는 것이다. 후자의 문제점은 초기에 모니터링되는 고온에서의 투과율 측정시 어려움을 반영한다.
본 발명의 과제의 방법에 대한 실시예들은 온도가 결정되는 웨이퍼에서 적어도 하나의 물질이 인지된 파장에서의 광학적 흡수도가 온도에 따라 변한다는 특징, 및 인지된 파장에서의 광학적 두께가 온도에 따라 변한다는 특징을 갖는다. 언급된 2개의 파장들은 동일할 수 있으나, 이는 필수적인 것은 아니다. 또한 2개의 물질들은 동일할 수 있으나, 이 또한 필수적인 것은 아니다. 상기 방법은 절대 온도 값을 결정하기 위해 흡수 특징의 측정을 이용하는 것과 관련된다. 또한, 온도 변화를 결정하기 위해 광학적 두께의 온도 편차를 이용하는 것과 관련된다. 절대 온도의 정확한 측정 및 온도의 정확한 측정의 조합은 광범위한 온도를 포함하는 정확한 온도 스케일의 생성을 가능케한다.
상기 방안은 도 19(a)에 도시된 것과 같은 단일 슬래브에 대해 사용될 수 있으며, 이 경우 슬래브는 파장에서의 광학적 흡수도가 온도에 따라 변하고 광학적 두께가 온도에 따라 변하는 물질을 포함한다.
도 19(b)는 교정을 수행하는데 이용될 수 있는 구조물의 또 다른 예를 나타낸다. 구조물은 2개의 층을 갖는다. 층들중 하나는 온도-관련 흡수도를 제공하며 다른 하나는 온도-관련 광학 두께를 제공할 수 있다.
(도 19에 도시되지 않은) 다른 실시예들은 다층 구조들을 포함하며, 여기서 하나의 층은 온도-관련 광학적 두께를 제공하며 상기 층과 또다른 층(또는 층들)의 조합은 온도에 따라 변하는 광학적 흡수도를 제공하며, 또는 이들과 반대일 수 있다. 부가적으로, 예를 들어, 도 19에 도시된 다양한 또는 모든 층들은 다층 구조물들을 이용하여 구현될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
교정 과정에서 이용되는 구조물은 도 19(c)에 도시된 예와 같이, 보다 복잡한 형태를 취할 수 있다. 이 경우, 여분의 층이 포함된다. 여분의 층은 반사파를 생성하는데 이용될 수 있다. 이러한 구성은 예를 들어, 표면층 및 기판이 매우 유사한 광학적 특성들을 갖는 물질들이고, 이들의 인터페이스에서 정상적으로 강한 반사가 없는 경우 유용할 수 있다.
측정들이 수행될 수 있는 방법에 대한 예에 대해, 다시 도 1을 참조한다. 앞서 도 1에 언급한 바와 같이, 도 1은 예시적인 RTP 프로세스 챔버(10)를 나타내며, 여기서, 웨이퍼(12)는 램프들(14, 16)의 뱅크들에 의해 가열된다. 도시된 예에서, 램프들의 뱅크들은 웨이퍼 위 및 아래 모두에 있다. 또한, 챔버(10)는 적어도 하나의 광원(30)을 포함하며, 32, 34, 38, 38, 및 40으로 도시된 것들과 같은 다양한 센서들 또는 다른 적절한 구성을 포함할 수 있다.
도 20은 보다 상세한 측정 방안의 예시적 실시예를 나타내며, 이 경우 도 19(a)의 형태를 취하는 웨이퍼(100)에 대해 도시된다. 또한 도면에는 도시되지 않았지만, 웨이퍼는 웨이퍼의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면상에 표면 코팅들 또는 패턴들을 가질 수 있다는 것을 주지해야 한다. 도면은 비가간섭성인 방사선 AINC를 방 출하는 소스(110)로부터의 광선을 나타낸다. 이러한 방사선은 RINC를 이용하는 반사성 측정 또는 TINC를 이용하는 투과성 측정에 의해 기판(100)의 흡수도를 결정하는데 이용될 수 있다. 이러한 측정들에 있어 적절한 신호들은 검출기들(112; 반사된 비가간섭성 에너지(RINC) 수집, 114;투과된 비가간섭성 에너지(INC) 수집)에 의해 수집될 수 있다. 또한, 장치는 가간섭성인 방사선 ACOH을 방출하는 소스(120)를 가질 수 있다. 이러한 방사선은 웨이퍼를 지나는 광학적 경로 길이의 변화를 결정하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 경로 길이는 웨이퍼의 반사율 또는 투과도에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 양들의 측정에 적합한 신호들은 검출기들(122; 반사된 가간섭성 에너지 RCOH 수집, 124; 투과된 가간섭성 에너지 TCOH 수집)에 의해 수집된다. 소정의 경우에서, 소스(110)는 120과 동일한 소스일 수 있다. 이 경우, 반사율 또는 투과율 측정을 위해 이용되는 검출기들의 파장 범위는 가간섭성 또는 비가간섭성 광의 측정에 적합한 조건으로 조절될 수 있다. 이러한 조절은 검출기들의 정면에서 필터들에 대한 적절한 광학적 대역폭을 선택함으로써 가능하다. 가간섭성 방사선 측정을 위해, 협대역(narrow band) 필터가 사용되는 반면, 비가간섭성 방사선 측정을 위해, 광대역(wider band) 필터가 사용된다. 따라서, 검출기(112)는 검출기(122)로서의 역할을 할 수 있고, 검출기(114)는 검출기(124)로서의 역할을 할 수 있다.
도 21은 또 다른 예시적인 광학 구성을 나타내며, 2개 소스들(110, 120)로부터의 에너지는 웨이퍼를 조명하기 전에 공통 광학 경로(130)를 통과하고, 또한 검출 시스템들(132, 134)로 진입할 때, 공통 광학 경로들을 통과한다. 이 경우, 가 간섭성 및 비가간섭성 측정들은 소스들(110, 120)의 파장 범위들이 중첩되더라도 간단한 장치를 통해 수행될 수 있다. 바람직하게, 132 및 134에서 검출기의 정면에 있는 광학 필터들은 2개의 파장 범위들이 검출기들에 도달하도록 허용하는 충분히 넓은 대역폭을 갖는다. 가간섭성 및 비가간섭성 측정의 개별적 수행을 허용하는 이러한 방안을 수행하는 한가지 방법은 방사선의 2개 소스의 출력을 2개의 상이한 신호들로 변조시키는 것이다. 이 경우, 2개 소스들로부터의 광의 기여도는 2개의 광빔들이 단지 하나의 검출기에 의해 샘플링되더라도 구별될 수 있다. 예를 들어, 소스(110)의 출력은 주파수(finc)를 갖는 변조기(108)로부터의 주기적 신호로 변조될 수 있고, 소스(120)는 주파수(fcoh)를 갖는 변조기(118)로부터의 주기적 신호로 변조될 수 있다. 다양한 변조 형태들이 시간에 따라 변하는 하나의 소스 또는 두개의 소스로부터 광을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 사인파형(sinusoidal) 변조 또는 사각파형 변조가 이용될 수 있다. 2개의 신호들은 주파수들(finc 및 fcoh)에서 주파수 성분들을 선택적으로 측정하는 2개의 로크-인(lock-in) 증폭기들과 검출기들의 출력을 결합시킴으로써 구별될 수 있다. 예를 들어, 반사된 광(132)의 검출기로부터의 출력은 2개의 로크-인 증폭기(128(AMPR:fcoh) 및 118(AMPR:finc)에 제공될 수 있다. 이 경우, 로크-인 증폭기 AMPR:fcoh는 주파수(fcoh)로 동조되어 웨이퍼로부터 반사되는 가간섭성 광으로부터의 신호를 추출한다. 로크-인 증폭기(AMPR:finc)는 주파수(finc)로 동조되어 웨이퍼로부터 반사된 비 가간섭성 광으로부터의 신호를 추출한다. 마찬가지로, 투과된 광(134)의 검출기로부터의 출력은 2개의 로크-인 증폭기들(127(AMPT:fcoh) 및 117(AMPT:finc))의 입력에 제공될 수 있다. 이 경우, 로크-인 증폭기(AMPT:fcoh)는 주파수(fcoh)로 동조되어 웨이퍼에 의해 투과되는 가간섭성 광으로부터의 신호를 추출한다. 로크-인 증폭기(AMPT:finc)는 주파수(finc)로 동조되어 웨이퍼에 의해 투과되는 비가간섭성 광으로부터의 신호를 추출한다.
제시되는 도 21의 예시적 방안은 측정을 수행하는데 사용될 필요가 있는 광학 검출기들 및 광학 필터들을 바람직하게 감소시킬 수 있다. 또한, 이는 챔버를 향하는 광 및 챔버를 벗어나는 광의 결합을 위해, 그리고 2가지 형태의 광학 측정(가간섭성 및 비가간섭성)이 웨이퍼 표면 상의 동일한 지점에서 수행되게 보장하기 위해 공통되는 광학 세트를 사용하는 편리한 방식이다. 이러한 후자의 포인트는 측정이 유사한 파장들에서 수행되는 경우 특히 우세하다. 이는 렌즈들과 같은 대부분의 광학적 성분들이 색수차를 나타내기 때문이며, 이는 이들의 포커싱 특성이 파장에 따라 변한다는 것을 의미한다. 결과적으로, 다중 파장의 광이 광학 시스템을 통해 결합될 때, 광이 포커싱되는 영역의 크기, 형상 및 위치들은 파장에 따라 변할 수 있다. 이러한 문제점들은 복잡한 광학적 설계의 사용에 의해, 또는 반사성 광학기의 사용을 통해 감소될 수 있으나, 이러한 방안들은 통상적으로 복잡하고 비용이 비쌀 수 있다.
반대로, 본 발명에 개시되는 방법은 2가지 형태의 측정을 수행하도록 유사한 파장에서의 광을 이용할 수 있어, 측정들은 웨이퍼 상에서 실제적으로 동일한 위치들에서, 탐지된(probed) 영역의 실제적으로 동일한 크기 및 형상으로 수행된다. 일례로, 소스(120)는 1550nm의 파장에서 중심설정되는 ~1nm 미만의 파장 범위를 포함하는 광을 방출하는 반도체 레이저일 수 있다. 높은 가간섭성 측정에 대해, 파장 범위는 예를 들어, <0.5nm로 작아야 한다. 이러한 소스는 광학 슬래브의 두께보다 큰 가간섭성 길이를 가질 수 있고, 슬래브의 광학적 두께에서의 변화를 모니터하는데 효과적으로 이용될 수 있다. 소스(110)는 대략 1550 nm 파장에서 중심설정되는 2nm 이상의 파장 범위를 포함하는 광을 방출하는 발광 다이오드일 수 있다. 높은 비가간섭성 측정에 대해, 파장 범위는 예를 들어, >5nm로 높아야 한다. 이러한 소스는 광학 슬래브의 두께보다 상당히 작은 가간섭성 길이를 가질 수 있고, 슬래브의 광학적 흡수 변화를 모니터하는데 효과적으로 이용될 수 있다. 2개 소스들은 전기 신호들에 의해 편의상 변조될 수 있다. 검출기들(132, 134)은 InGaAs 광다이오드들과 같은 광검출기들일 수 있다.
마지막 예에서 2개의 소스들은 동일한 파장 영역에 집중되지만, 본 발명에 개시된 방안들의 원리들은 중심 파장들이 상이한 경우에도 적용될 수 있다. 이 경우, 웨이퍼의 흡수층이 2개 파장들에서의 광학적 흡수도의 상당한 차를 나타내는 2개의 파장을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 흡수층에서의 흡수도를 정확하게 측정하기 위해 흡수성은 상당히 높은 것이 바람직한 동시에, 층의 광학적 두께에서의 변화를 추적하는데 이용되는 파장에서는 흡수성이 상대적으로 낮은 것이 바람직하다. 이 경우, 2개의 상이한 파장들은 이러한 2가지 기준을 충족시키도 록 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 19(a)에 도시된 ~775㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼 구조를 이용하는 방안이 적용될 때, 대략 ~100℃인 웨이퍼의 절대 온도를 결정하기 위해서는 ~1050 nm의 파장을 이용하는 것이 편리하며, 웨이퍼가 가열됨에 따라 웨이퍼 온도의 변화를 추적하기 위해서는 ~1550nm의 파장을 갖는 높은-가간섭성 광원을 이용하는 것이 편리하다. 매우 상이한 파장들이 이용될 때, 개별 광원들 및 검출기들을 갖는 도 20에 도시된 방안을 사용하는 것이 보다 적합할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학기들은 필요한 경우 웨이퍼상에 샘플링되는 영역들이 서로 매우 근접해있도록 배열될 수 있다. 이는 온도 교정시 에러들을 감소시키는데 있어 유용할 수 있다.
대안적 방안은 웨이퍼 회전을 보장하고, 웨이퍼상의 동일한 반경에서 측정이 이루어지게 하는 것이다. 또 다른 방안은 단지 한 세트의 검출 광학기를 이용하는 것이나, 검출기들의 정면에 동조가능한(tunable) 통과대역을 갖는 필터를 제공하는 것이다. 이를 테면 단색기 및 광 스펙트럼들을 통해 스캔될 수 있는 다른 장치들, 가변 파장 필터들, 스위치 필터들 등과 같은 다양한 필터들이 이용가능하다. 또한 검출 시스템은 격자 또는 프리즘과 같은 개별 필터들 또는 스펙트럼 분산 부재와 조합되며, 광에서의 파장 성분들을 분리하고 이들을 상이한 검출기들로 유도하는 다중 검출기들을 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시예들은 예를 들어 미광이 거절되는 동안 모든 파장 성분들이 통과되는 필터를 사용할 수 있다.
예를 들어, 온도 교정 기준으로서의 역할을 하도록, 가열되는 웨이퍼가 특정하게 선택될 수 있을 때, 흡수도 및 광학적 두께의 측정 모두에 대해 하나의 파장 영역을 사용하는 것이 가능하나, 광학적 두께 측정을 위해 사용되는 층이 주어진 파장에서 상대적으로 투명하고 광학적 흡수성 측정을 위해 사용되는 제 2층이 동일한 파장에서 상대적으로 흡수성인 복합 웨이퍼 구조물을 이용할 수 있다. 이러한 구조물들은 도 19(b) 및 도 19(c)에 제시된 형태들을 취할 수 있다. 다른 실시예들에서, 측정들중 하나를 위해 이용되는 층은 실제 제 2 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 19(c)에 따른 웨이퍼는 온도 관련 광학적 흡수성을 갖는 층이 ~750㎛ 두께의 기판 두께(dsisub)를 갖는 실리콘 기판이고 예를 들어, 
의 저항률을 가지며 상대적으로 저농도로 도핑되는 구조물을 포함할 수 있다. 온도 관련 광학적 두께를 갖는 층은 유사한 저항률을 가지는 저농도도 도핑된 실리콘일 수 있으나, 이는 ~25㎛ 두께의 표면층 두께(dsisurf)가지며 더 얇을 수도 있다. 2개의 실리콘층들 간의 분리층은 실리콘 이산화물층일 수 있고 이는 상부 실리콘층의 하부 표면으로부터 광이 반사될 수 있게 한다. 실리콘 이산화물층의 두께는 ~ 0.3㎛일 수 있다. 이러한 구조물에서, 실리콘의 광학적 흡수도는 투과율 측정을 수행함으로써 탐지될 수 있다. 이 경우, 양쪽(both) 실리콘층들은 매우 유사한 광학적 특성들을 갖기 때문에, 양쪽 층들은 온도 관련 흡수성을 갖는다. 따라서, 이는 온도 관련 흡수성을 갖는 층이 양쪽 실리콘막들을 포함하는 전체 웨이퍼 두께로 간주될 수 있는 일례가 된다. 실제로, 양쪽 실리콘층들의 광학적 두께는 온도의 함수이다. 그러나, 높은 온도(예를 들며, >850℃)에서, 거의 소량의(very little)의 광이 두꺼운 후면에서 반사되며, 하부 실리콘층은 웨이퍼의 상부면으로 복귀되어 웨이퍼의 2 개의 외부 표면에서 반사되는 광 간의 간섭 작용에 효율적으로 기여할 수 없다. 반대로, 상부 실리콘층의 후면(실리콘 이산화물과의 인터페이스)에서 반사되는 광은 상기 표면과 인터페이스로 복귀되어 상부 실리콘층의 상부 표면에서 반사된다. 따라서, 광학적 두께의 측정은 편의상 상부 실리콘막상에서 수행될 수 있다. 이는 온도 측정이 850℃ 이상의 온도로 연장되게 허용한다. 대략 1550nm인 파장이 바람직하며, 이는 실리콘의 흡수성은 이러한 파장에서 비교적 낮기 때문이다. 실제, 이러한 구조를 통해, 단지 하나의 단일 광원을 이용하여 모든 측정을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 웨이퍼의 절대 온도를 추론하는데 이용되는 투과율 측정이 무시될만한 간섭 작용들에 대해 충분히 높은 온도에서 수행될 수 있기 때문이다. 이러한 조건은 광학적 흡수성이 너무 강해, 웨이퍼의 후면에서 반사되는 매우 소량의 광이 웨이퍼의 정면으로 다시 되돌아올 때 발생된다. 투과성 측정을 위해 사용되는 파장(
)에서 광학적 흡수 계수
와 실리콘막들의 조합된 두께들(
=
)의 곱이 ~3보다 클 때 온도(Top)에서 이러한 조건이 충족된다. 이 경우, 웨이퍼의 두께를 통과한 후 남아 이는 광선의 에너지 분률은 
이다. 
가 ~1550nm인 경우, 
에서는 ~
이다. 
가 ~775㎛인 경우, 
는 ~7.8이고 기준은 쉽게 충족된다. 그러나, 
이 단지 ~0.25이기 때문에, 표면층은 여전히 상대적으로 투명하다. 따라서, 이 경우 투과율 측정 및 광학 적 두께 측정은 ~1550nm 파장에서 광을 방출하는 가간섭성 소스를 이용하여 모두 수행된다. 이용되는 다수의 성분들과 관련하여 비교적 간략하게 이러한 설계에 대해 강조되었지만, 원할 경우 상기 방법들은 단독의 가간섭성 광원들을 이용하여 수행될 수 있다는 것을 나타낸다.
원칙적으로, 투과율 또는 반사율 측정에서 간섭 작용이 크더라도 상기 방법을 구현하기 위해 가간섭성 소스를 이용하는 것이 가능하다. 그러나, 이 경우, 광학적 흡수성은 반사율 및 투과율 신호들의 보다 복잡한 분석들로부터 추론될 수 있고, 이는 흡수성이 웨이퍼의 2개의 인터페이스들에서 반사되는 광 사이에서 관찰되는 간섭도를 감쇄시키는 방식을 고려한다. 흡수도를 추론함으로써, 절대 온도가 설정될 수 있고, 간섭은 절대 온도를 기준으로 온도 변화(들)을 결정하는데 이용된다.
도 22 및 도 23은 높은 정확도로 프로세스 온도에서 웨이퍼의 온도를 결정할 수 있는 방법의 예들을 제시하는 흐름도들이다.
도 22를 참조로, 통상적으로, 적어도 엄격한 온도 제어도가 요구되는 프로세싱 온도 이하의 온도에서, 가열이 시작되기 이전에 또는 가열 주기의 비교적 초기 지점에서, 단계(150)로 도시된 것처럼 프로세스 챔버에 로딩되는 웨이퍼 상에서 제 1 측정이 수행된다. 본 예의 단계(152)에서, 프로브 파장에서 웨이퍼의 광학적 흡수성은 제 1 온도(T1)에서 결정된다. 광학적 흡수성은 투과율 측정 또는 반사율 측정에 의해 결정될 수 있다. 이러한 측정들은 제한되는 것은 아니지만 본 발명에 앞서 개시되고 논의되었던 방법들 및/또는 이를 테면, 예를 들어, 미국 특허 출원 No. 10/178,950호에 개시된 다른 방법들을 포함하는 다양한 방법들에 의해 광학적 흡수성을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 일단 광학적 흡수성이 결정되면, 단계(156)에서 높은 정확성으로 광학적 흡수성으로부터 웨이퍼의 절대 온도(T1)가 설정된다. 이러한 측정들은 장치 제조시 이용되는 전형적인 웨이퍼들과 같이 상당히 두꺼운 웨이퍼 상에서도 쉽게 수행되며, 제공되는 T1은 허용가능한 양의 광이 슬래브의 후면에 도달하도록 충분히 낮다. 이러한 방안은 웨이퍼 온도 T1의 초기 측정을 제공한다.
다음, 단계(158)에서, 웨이퍼의 적어도 일부에서 광학적 두께에 의해 영향받는 측정이 수행된다. 웨이퍼의 광학적 특성의 이러한 측정은 가간섭성 측정 방안을 이용하여 바람직하게 수행된다. 광학적 특성은 웨이퍼의 반사율 또는 투과율일 수 있으나, 기본 요구조건은 측정되는 광학적 특성이 웨이퍼의 구조물을 지나는 광학적 경로 길이에 의해 영향받는 것이다. 통상적으로 웨이퍼의 적어도 일부의 물리적 치수들 또는 굴절률들에 따른 온도 작용 때문에, 광학적 경로 길이는 웨이퍼 온도의 함수다. 일단 광학적 특성이 측정되면, 웨이퍼 온도는 단계(160)에서 제 2 온도(T2)로 변한다. 단계(162)에서, 가간섭성 측정이 반복되고 광학적 특성에서의 변화는 단계(164)에서 결정된다. 단계(166)에서 광학적 특성에서의 변화는 웨이퍼 온도가 T1에서 T2로 변함에 따라 발생되는 온도차(△T)를 추론하는데 이용된다. 이러한 변화는 광학적 경로 길이의 강한 작용으로 인해 상당히 정확하게 추론될 수 있다. 마지막으로, T2에 대한 정확한 절대 값은 단계(168)에서 T1에 △T를 추가함 으로써 얻어진다.
광학적 경로 길이의 가간섭성 측정들은 온도 변화(즉, 온도가 상승되든 또는 떨어지든)의 감지를 인지하는 것과 관련하여 다소 문제시된다. 이는 이러한 측정들은 상당히 변동하는 광학적 특성들의 변화를 야기시키기 때문이다. 웨이퍼 온도가 변동(oscillatory) 신호의 최대치 또는 최소치에 해당하는 지점에서 변하는 경우, 웨이퍼가 가열되는지 또는 냉각되는지를 말하기는 어려울 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다중 파장 측정 및 간섭 작용에 대한 웨이퍼 두께 변형 효과 사용을 포함하는 다양한 방안들이 제시되었다. 그러나, 본 발명의 주제에서 이러한 문제점들을 제 2 측정으로부터 광학적 흡수성이 추정되는 것을 보장함으로써, 또는 가간섭성 측정을 분석하고 흡수 값을 추론함으로써 완화시킬 수 있다. 흡수성의 변화를 감지함으로써, 온도 변화 감지를 즉각 체크하고 문제를 해결할 수 있다.
예를 들어, 도 23의 흐름도는 도 22의 방안이 단계(166)를 따르는 단계(170)에서 온도(T2)에서의 제 2 흡수성 측정을 수행하도록 어떻게 구성되는지를 나타낸다. 단계들(150-166)은 도 22와 동일하게 유지될 수 있다. 단계(170)에서의 흡수성 측정은 흡수성 측정을 이용하여 단계(172)에서 T2에 대한 값을 추정함으로써, T1에서 T2로의 온도 변화의 방향을 확인하는데 이용될 수 있다. 흡수성 측정 및/또는 온도 추정을 이용하여, 단계(174)에서 △T(즉, 상승 또는 하강)의 방향의 감지가 결정될 수 있다. 예를 들어, 실리콘층을 사용하여 흡수성 측정이 수행될 때, 흡수 성의 임의의 증가는 항상 온도 상승과 대응된다. 따라서, 이 경우, T2에서 흡수성이 T1에서 보다 크면, 온도는 상승된다. 단계(176)에서의 정보를 이용하여 온도(T2)는 적절하게 △T를 부가 또는 차감함으로써 추론될 수 있다. (예를 들어, 신호 레벨들이 고온에서의 매우 강한 흡수성으로 인해 매우 낮을 때) 흡수성 측정을 수행하는 것이 어려울 수 있지만, 온도 변화의 방향을 감지하는데 있어 정확한 온도가 필수적인 것은 아니다. 추정은 온도가 상승되었는지 또는 하강되었는지를 겨렁할 수 있는 정도의 정확성만을 요구한다. 부가적으로, 흡수성을 감지하기 위해 이용되는 방사선의 파장은 이러한 업무를 조장하도록 선택될 수 있다; 상기 방사선의 파장은 광학적 경로 파장 변화를 결정하기 위해 이용되는 파장과 동일할 필요는 없다.
온도 변화를 결정하는 방안들은 반복될 수 있고 웨이퍼의 온도는 가열 주기 전반에 걸쳐 추적될 수 있다. 이는 예를 들어, 광학적 흡수성 측정을 통해 절대 온도에 대한 초기 교차-교정으로 수행될 수 있다. 또한, 온도 변화의 감지를 확인하는데 이용될 수 있는 광학적 흡수성을 기반으로 측정들에 대한 주기적인 교차-검사가 수행될 수 있다. 다수의 프로세스에서, 온도 변화들의 감지가 갖는 문제점들이 소거될 수 있고, 이는 웨이퍼에 인가되는 가열 전력(및 웨이퍼로 또는 웨이퍼로부터 열을 전송할 수 있는 임의의 가스 흐름들의 특성과 같은 열 전달에 영향을 미칠 수 있는 임의의 다른 팩터들)을 모니터할 수 있어, 온도 변화의 감지를 예측할 수 있기 때문이다. 특히, 고온도계와 같은 다른 온도 센서를 교정하기 위해 측정 들이 수행되는 가열 주기에서 추가적인 융통성(flexibility)이 제공된다. 예를 들어, 가열 시스템은 프로세싱 환경보다 낮은 온도에서 시작되는 웨이퍼에 대해 지속적으로 상승되는 가열 전력의 출력을 전달하도록 프로그램될 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 온도는 가열 전력에 응답하여 지속적으로 상승된다는 것은 공지되어 있다. 마찬가지로, 가열 전력이 차단될 경우, (가열 램프들과 같은 성분들의 열적 시간-상수가 고려되도록 주의를 기울여야 하지만)웨이퍼는 냉각되기 시작한다. 냉각 곡선 동안 수행되는 측정들은 웨이퍼 온도가 감소된다는 가정을 기초로 한다. 실제, 냉각 성향은 다른 수단에 의해, 심지어 고온도계의 교정되지 않은 출력을 사용하여 확이될 수 있고, 이는 웨이퍼에 의해 열적으로 방출되는 방사선의 신호 세기가 웨이퍼의 온도에 따라 감소되기 때문이다.
본 발명에 개시된 주제는 특정하게 도시되고 개시된 것들의 범주로 제한되지 않으며, 다양한 예들이 구성될 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 오히려, 첨부되는 특허청구항들에 개시된 것처럼 본 발명의 범주는 본 발명에 개시된 다양한 조합물들 및 세부-조합물들 및 당업자에게 인식도는 다양한 변형 및 변조를 포함한다.
Claims (53)
- 온도 측정 장치를 교정하는 방법으로서,교정 웨이퍼의 제 1 측면을 향해 입사 광선을 지향시키는 단계;웨이퍼내에서 경로를 횡단하며 반사성 평면에서 반사되는 적어도 하나의 광선을 포함하는 광 에너지를 검출하는 단계 - 상기 반사성 평면은 상기 교정 웨이퍼의 제 1측면과 구별됨 -;검출된 에너지를 기초로 상기 웨이퍼의 흡수성을 검출하는 단계;상기 흡수성을 기초로 상기 웨이퍼의 온도를 결정하는 단계; 및결정된 온도를 기초로 온도 측정 장치를 교정하는 단계를 포함하는, 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 광 에너지를 검출하는 단계는 예정된 각도에서 상기 교정 웨이퍼의 제 1 측면을 벗어나는 적어도 하나의 광선을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 입사 광선은 입사 각도로 지향되며 편광면은 상기 웨이퍼의 표면 반사율이 최소화되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼는 흡수층 및 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 흡수층 및 기판은 상기 입사 광선의 파장에서 상이한 굴절률들을 갖는 물질들로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 웨이퍼는 상기 흡수층과 상기 기판 사이에 적어도 하나의 추가층을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 흡수층과 상기 기판 모두는 실리콘을 포함하며 상기 추가층은 실리콘 이산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 웨이퍼는 상기 흡수층과 상기 기판 사이의 인터페이스에서 격자를 포함하며, 상기 격자는 반사성 평면을 한정하며, 상기 검출된 광 에너지는 상기 격자에 의해 회절되는 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼의 제 1 측면은 반사방지 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼는 반사 강화층을 포함하며, 상기 반사 강화층은 상기 반사성 평면을 한정하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 웨이퍼는 상기 흡수층과 상기 기판 사이에 갭을 포함하며, 상기 갭은 상기 반사성 평면을 한정하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼는 텍스처링된 제 1 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사성 평면 및 상기 웨이퍼의 제 1 측면은 서로에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 지향된 광은 협대역(narrowband) 소스를 이용하여 방출되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 지향된 광은 광대역(broadband) 소스를 이용하여 방출되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼로부터 반사되는 광 에너지의 선택된 부분이 적어도 하나의 검출기로 지향되도록 적어도 하나의 광학 부재를 배열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 반사성 평면으로부터 반사되는 광은 검출하나, 상기 제 1 측면에서 반사되는 광은 실질적으로 검출하지 않도록 검출기가 위치되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼는 패턴을 포함하고, 상기 패턴은 상기 반사성 평면을 한정하며, 상기 웨이퍼의 흡수성을 결정하는 단계는 상기 패턴의 대비도(degree of contrast) 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 웨이퍼의 제 1 측면으로부터 반사되는 광을 차단하도록 구성된 필터의 사용을 통해 관찰되는 패턴을 강화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 광학 센서의 교정시 이용하기에 적합한 교정 웨이퍼로서,선택된 파장에서 광의 적어도 일부를 흡수하도록 구성된 흡수층; 및기판을 포함하며, 상기 기판 및 흡수층은 상기 선택된 파장에서 광의 적어도 일부를 반사하는 반사성 평면이 상기 흡수층의 외부 표면과 구별되는 위치에 놓이도록 선택되는, 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 흡수층은 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 흡수층과 상기 기판 사이에 적어도 하나의 추가층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 22 항에 있어서,상기 흡수층과 기판 모두는 실리콘을 포함하며, 상기 추가층은 실리콘 이산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 22 항에 있어서,상기 반사성 평면과 상기 웨이퍼의 외부 표면은 서로에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 웨이퍼의 외부 표면은 반사방지 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 웨이퍼의 외부 표면은 텍스처링되는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 반사성 평면은 반사-강화 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 반사성 평면과 상기 웨이퍼의 외부 표면은 서로에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 반사성 평면은 텍스처링된 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 반사성 평면은 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 반사성 평면은 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 제 20 항에 있어서,상기 웨이퍼는 Si, Ge, GaAs, InP, AlAs, GaN, InN, GaP, GaSb, InSb, SiC, 다이아몬드, AlGaAs, GaInAsP, InGaN, SiGe, 또는 SiGeC를 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 웨이퍼.
- 온도 측정 장치를 교정하는 시스템으로서,반도체 웨이퍼를 수용하도록 구성된 챔버;교정 웨이퍼;상기 웨이퍼와 통신하며 상기 웨이퍼를 가열하도록 구성된 가열 장치;상기 웨이퍼의 온도를 모니터링하도록 구성된 온도 측정 장치;상기 웨이퍼를 향하는 적어도 하나의 선택된 파장을 포함하는 에너지를 방출하도록 구성된 교정 광원; 및광 에너지가 경로를 횡단한 후 선택된 파장에서 웨이퍼로부터 반사되는 광 에너지량을 검출하도록 위치된 광 검출기 - 상기 경로의 적어도 일부는 상기 웨이퍼의 몸체의 적어도 일부내에 놓임 -를 포함하는, 온도 측정 장치 교정 시스템.
- 제 33 항에 있어서,상기 광 검출기와 온도 측정 장치와 통신하며 검출된 광을 기초로 상기 온도 측정 장치를 교정하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 시스템.
- 제 33 항에 있어서,상기 광 검출기는 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 시스템.
- 제 33 항에 있어서,상기 온도 측정 장치는 고온도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 시스템.
- 온도 측정 장치를 교정하는 방법으로서,선택된 제 1 온도 범위에 대해, 교정 광원으로부터 물체를 투과하는 에너지의 측정에 기초하여 물체의 절대 온도를 결정하는 단계;선택된 제 2 온도 범위에 대해, 상기 물체 내부의 적어도 하나의 반사를 포함하는 경로를 광이 횡단한 후 물체로부터 반사되는 광을 기초로 물체의 절대 온도를 결정하는 단계; 및상기 제 1 및 제 2 온도 범위에서 상기 절대 온도로부터의 편차를 고려하여 적어도 하나의 온도 측정 장치를 교정하는 단계를 포함하는, 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 적어도 하나의 온도 측정 장치는 광학적 고온도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 선택된 제 1 온도 범위에 대한 상한치 및 상기 선택된 제 2 온도 범위에 대한 하한치는 대략 동일하며, 투과된 광 신호의 감소(fall-off)에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 선택된 제 1 온도 범위에 대한 상한치 및 상기 선택된 제 2 온도 범위에 대한 하한치 모두는 약 850℃인 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 온도 범위는 적어도 부분적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 물체는 교정 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 교정 방법.
- 물체의 온도를 결정하는 방법으로서,물체가 가간섭성 에너지와 상호작용하도록 물체를 향해 가간섭성 에너지를 지향시키는 단계;상기 물체가 비가간섭성 에너지와 상호작용하도록 상기 물체를 향해 비가간섭성 에너지를 지향시키는 단계;상기 물체와의 상호작용 이후 상기 비가간섭성 에너지 측정을 기초로 상기 물체의 절대 온도를 결정하는 단계;상기 물체와의 상호작용 이후 상기 가간섭성 에너지의 제 1 측정을 수행하는 단계;상기 물체의 온도를 제 2 온도로 변화시키는 단계;상기 제 2 온도에서 상기 물체와의 상호작용 후 상기 가간섭성 에너지의 제 2 측정을 수행하는 단계;상기 제 1 및 제 2 광학적 측정을 기초로 상기 물체내에서 광학적 경로 길이의 변화를 결정하는 단계; 및상기 광학적 경로 길이의 차를 기초로 온도 변화를 결정하는 단계를 포함하는, 물체 온도 결정 방법.
- 제 43 항에 있어서,상기 물체의 절대 온도를 결정하는 단계는 상기 물체로부터 반사되는 비가간섭성 에너지의 측정, 상기 물체를 투과한 비가간섭성 에너지의 측정중 적어도 하나를 기초로 상기 물체의 흡수도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 온도 결정 방법.
- 제 43 항에 있어서,상기 가간섭성 에너지 및 상기 비가간섭성 에너지중 적어도 하나는 시간에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 물체 온도 결정 방법.
- 제 43 항에 있어서,온도 측정 장치를 이용하여 상기 물체의 온도를 측정하는 단계 및 상기 결정된 절대 온도와 온도 변화를 기초로 상기 온도 측정 장치를 교정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 온도 결정 방법.
- 제 43 항에 있어서,상기 물체는 반도체 프로세스 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 온도 결정 방법.
- 제 43 항에 있어서,상기 물체는 교정 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 온도 결정 방법.
- 반도체 웨이퍼의 온도를 결정하는 방법으로서,패턴의 이미지의 장면을 얻기 위해 패턴을 포함하는 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계;상기 패턴의 이미지를 얻기 위해 이미징 시스템을 이용하는 단계; 및상기 이미지의 대비도를 기초로 상기 웨이퍼의 절대 온도를 결정하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 온도 결정 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼는 온도에 따라 변하는 광학적 특성들을 갖는 물질을 포함하며, 상기 물질을 포함하는 상기 웨이퍼의 일부가 상기 패턴을 포함하는 상기 웨이퍼의 일부와 상기 이미징 시스템 사이에 놓이도록 상기 웨이퍼가 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 온도 결정 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼를 향해 광 에너지를 지향시키는 단계를 더 포함하며, 상기 패턴의 이미지는 상기 패턴에 의해 반사되는 소스로부터의 광을 검출함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 온도 결정 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼를 향해 광 에너지를 지향시키는 단계를 더 포함하며, 상기 패턴의 이미지는 상기 웨이퍼를 투과한 상기 소스로부터의 광을 검출함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 온도 결정 방법.
- 제 49 항에 있어서,웨이퍼 온도 측정 장치를 이용하여 상기 물체의 온도를 측정하는 단계 및 상기 결정된 절대 온도를 기초로 상기 온도 측정 장치를 교정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 온도 결정 방법.
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Cited By (2)
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Families Citing this family (67)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7734439B2 (en) | 2002-06-24 | 2010-06-08 | Mattson Technology, Inc. | System and process for calibrating pyrometers in thermal processing chambers |
| US20050106876A1 (en) * | 2003-10-09 | 2005-05-19 | Taylor Charles A.Ii | Apparatus and method for real time measurement of substrate temperatures for use in semiconductor growth and wafer processing |
| CN101258387A (zh) * | 2005-07-05 | 2008-09-03 | 马特森技术公司 | 确定半导体晶片的光学属性的方法与系统 |
| EP1952130A1 (en) * | 2005-11-04 | 2008-08-06 | The University Of Queensland | Method of determining the presence of a mineral within a material |
| US7946759B2 (en) * | 2007-02-16 | 2011-05-24 | Applied Materials, Inc. | Substrate temperature measurement by infrared transmission |
| US7572052B2 (en) * | 2007-07-10 | 2009-08-11 | Applied Materials, Inc. | Method for monitoring and calibrating temperature in semiconductor processing chambers |
| DE102007042779B4 (de) * | 2007-09-07 | 2009-07-09 | Mattson Thermal Products Gmbh | Kalibrationssubstrat und -verfahren |
| US8047706B2 (en) * | 2007-12-07 | 2011-11-01 | Asm America, Inc. | Calibration of temperature control system for semiconductor processing chamber |
| US7976216B2 (en) * | 2007-12-20 | 2011-07-12 | Mattson Technology, Inc. | Determining the temperature of silicon at high temperatures |
| JP5558673B2 (ja) * | 2008-03-25 | 2014-07-23 | 大日本スクリーン製造株式会社 | 熱処理装置 |
| US8575521B2 (en) * | 2008-04-01 | 2013-11-05 | Mattson Technology, Inc. | Monitoring witness structures for temperature control in RTP systems |
| DE102008017740A1 (de) * | 2008-04-07 | 2009-10-15 | Lios Technology Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung eines faseroptischen Temperaturmesssystems |
| WO2009155117A2 (en) * | 2008-05-30 | 2009-12-23 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for detecting the substrate temperature in a laser anneal system |
| US7758238B2 (en) * | 2008-06-30 | 2010-07-20 | Intel Corporation | Temperature measurement with reduced extraneous infrared in a processing chamber |
| US8452166B2 (en) * | 2008-07-01 | 2013-05-28 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for measuring radiation energy during thermal processing |
| CN102484085B (zh) * | 2009-06-19 | 2014-08-20 | K-空间协会公司 | 利用光学吸收边波长测量薄膜的温度 |
| US8021898B2 (en) * | 2009-09-25 | 2011-09-20 | Lambda Technologies, Inc. | Method and apparatus for controlled thermal processing |
| EP2525939A1 (en) * | 2010-01-20 | 2012-11-28 | GEM Solar Limited | A method of laser processing |
| EP2525873B1 (en) * | 2010-01-21 | 2013-10-23 | Koninklijke Philips N.V. | Control device, wearable device and lighting system for light therapy purposes |
| WO2012012258A2 (en) | 2010-07-21 | 2012-01-26 | First Solar, Inc. | Temperature-adjusted spectrometer |
| JP5575600B2 (ja) * | 2010-09-30 | 2014-08-20 | 東京エレクトロン株式会社 | 温度測定方法、記憶媒体、プログラム |
| US8967860B2 (en) * | 2011-02-07 | 2015-03-03 | Applied Materials, Inc. | Low temperature measurement and control using low temperature pyrometry |
| EP2741062B1 (en) * | 2011-08-02 | 2017-02-01 | Y Systems Ltd. | Method for measuring temperature of semiconductor layer |
| DE102012005428B4 (de) * | 2012-03-16 | 2014-10-16 | Centrotherm Photovoltaics Ag | Vorrichtung zum Bestimmen der Temperatur eines Substrats |
| WO2013148066A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | Applied Materials, Inc. | Laser noise elimination in transmission thermometry |
| DE102012102756A1 (de) * | 2012-03-30 | 2013-10-02 | Hseb Dresden Gmbh | Verfahren zur Detektion vergrabener Schichten |
| US9413456B2 (en) * | 2012-07-20 | 2016-08-09 | The Boeing Company | Non-linear optical receiver |
| DE102012106955B4 (de) * | 2012-07-31 | 2014-04-03 | Netzsch-Gerätebau GmbH | Vorrichtung und Verfahren zur photothermischen Untersuchung einer Probe |
| DE102013009925A1 (de) * | 2013-06-13 | 2014-12-18 | Centrotherm Photovoltaics Ag | Messobjekt, Verfahren zur Herstellung desselben und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten |
| KR102043704B1 (ko) * | 2013-07-02 | 2019-11-12 | 한국전자통신연구원 | 광학 모듈, 광통신 장치, 및 그들을 구비한 정보처리 시스템 |
| CN103411684B (zh) * | 2013-07-17 | 2016-04-06 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | 测量反应腔室内薄膜温度的方法 |
| CN103644988A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-03-19 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种具有温度测量功能的光纤压力传感器 |
| JP6340807B2 (ja) | 2014-02-05 | 2018-06-13 | 株式会社リコー | 画像表示装置及び移動体 |
| US9212949B2 (en) * | 2014-03-28 | 2015-12-15 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Technique for temperature measurement and calibration of semiconductor workpieces using infrared |
| TWI715039B (zh) | 2014-06-03 | 2021-01-01 | 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司 | 用於補償一曝光誤差的方法、元件製造方法、基板台、微影裝置、控制系統、用於量測反射率的方法、及用於量測一極紫外線輻射劑量的方法 |
| JP6301753B2 (ja) * | 2014-06-25 | 2018-03-28 | 日本特殊陶業株式会社 | 温度センサ |
| US20160079306A1 (en) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd. | Surface Micro-Machined Infrared Sensor Using Highly Temperature Stable Interferometric Absorber |
| CN104391530B (zh) * | 2014-10-30 | 2017-10-20 | 晶澳太阳能有限公司 | 一种基于pid自整定的管式扩散炉温区自动校准工艺 |
| KR101552103B1 (ko) | 2014-10-31 | 2015-09-11 | 주식회사 에타맥스 | 기판 및 기판 재치대 온도 측정 광 고온계 |
| US10041842B2 (en) * | 2014-11-06 | 2018-08-07 | Applied Materials, Inc. | Method for measuring temperature by refraction and change in velocity of waves with magnetic susceptibility |
| US9543219B2 (en) | 2014-12-02 | 2017-01-10 | Globalfoundries Inc. | Void monitoring device for measurement of wafer temperature variations |
| TWM532577U (zh) * | 2015-03-24 | 2016-11-21 | 山姆科技公司 | 具有紋理表面的光學阻障物 |
| JP6553387B2 (ja) * | 2015-03-27 | 2019-07-31 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | 対象物検出装置 |
| JP6479525B2 (ja) * | 2015-03-27 | 2019-03-06 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | 成膜装置及び温度測定方法 |
| KR102414892B1 (ko) * | 2016-04-19 | 2022-07-01 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 온도 측정용 기판 및 온도 측정 시스템 |
| US9933314B2 (en) * | 2016-06-30 | 2018-04-03 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Semiconductor workpiece temperature measurement system |
| CN107314833B (zh) * | 2017-05-23 | 2019-08-06 | 中北大学 | 原子自旋传感器的温度噪声超高精度测试标定系统 |
| CN107907237B (zh) * | 2017-11-15 | 2019-11-19 | 江西师范大学 | 一种光学吸收型温度传感器 |
| WO2019168655A1 (en) * | 2018-02-28 | 2019-09-06 | Applied Materials, Inc. | Method for measuring a temperature |
| US10573532B2 (en) * | 2018-06-15 | 2020-02-25 | Mattson Technology, Inc. | Method for processing a workpiece using a multi-cycle thermal treatment process |
| CN112352142A (zh) | 2018-06-26 | 2021-02-09 | 应用材料公司 | 用于测量温度的方法和设备 |
| KR102546719B1 (ko) | 2018-09-04 | 2023-06-21 | 삼성전자주식회사 | 모니터링 장치 및 모니터링 방법 |
| US10732046B2 (en) * | 2018-09-10 | 2020-08-04 | Asm Ip Holding Bv | System and method for thermally calibrating semiconductor process chambers |
| GB201815815D0 (en) * | 2018-09-28 | 2018-11-14 | Metryx Ltd | Method and apparatus for controlling the temperature of a semiconductor wafer |
| KR101931969B1 (ko) * | 2018-10-15 | 2018-12-24 | 안종팔 | 반도체 웨이퍼 세정장치에서 웨이퍼 표면 온도 측정을 위한 온도센서 설치 위치 조정장치 및 그 방법 |
| WO2020223088A1 (en) | 2019-05-01 | 2020-11-05 | Bard Access Systems, Inc. | Puncturing devices, puncturing systems including the puncturing devices, and methods thereof |
| US11249261B2 (en) | 2019-08-30 | 2022-02-15 | Oprocessor Inc | Optical module and optical communication network system having the same |
| JP7270509B2 (ja) * | 2019-09-06 | 2023-05-10 | 東京エレクトロン株式会社 | 処理装置を検査するシステム及び方法 |
| TWI776371B (zh) * | 2020-01-30 | 2022-09-01 | 漢辰科技股份有限公司 | 用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法、儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體以及離子佈植系統 |
| US11610824B2 (en) * | 2020-02-28 | 2023-03-21 | Beijing E-Town Semiconductor Technology Co., Ltd | Transmission-based temperature measurement of a workpiece in a thermal processing system |
| US11359972B2 (en) | 2020-09-15 | 2022-06-14 | Applied Materials, Inc. | Temperature calibration with band gap absorption method |
| CN112420473B (zh) * | 2020-10-26 | 2023-11-14 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 外延设备及其测温装置 |
| CN114682524B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-07-28 | 合肥美亚光电技术股份有限公司 | 一种信号校正方法、装置及分选设备 |
| CN113079230B (zh) * | 2021-03-18 | 2023-07-14 | Oppo广东移动通信有限公司 | 电子设备 |
| CN113790818B (zh) * | 2021-08-10 | 2023-09-26 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 可见光热反射测温方法及测温设备 |
| CN114088238B (zh) * | 2021-11-18 | 2023-08-01 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 基于宽辐射谱的皮秒时间分辨冲击温度测量系统及方法 |
| CN115452202B (zh) * | 2022-11-10 | 2023-01-31 | 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 | 基于相干反斯托克斯拉曼散射光谱的高温热电偶校准方法 |
Family Cites Families (82)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH468001A (de) | 1967-12-21 | 1969-01-31 | Balzers Patent Beteilig Ag | Verfahren zur Überwachung von Temperaturänderungen strahlendurchlässiger Unterlagen für bei Unterdruck aufzubringende dünne Schichten |
| US3672221A (en) | 1969-12-19 | 1972-06-27 | Monsanto Co | Temperature sensor |
| JPS593791B2 (ja) | 1975-04-07 | 1984-01-26 | キヤノン株式会社 | 物体の像認識方法 |
| US4342907A (en) * | 1977-12-12 | 1982-08-03 | Pedro B. Macedo | Optical sensing apparatus and method |
| US4448524A (en) * | 1980-02-11 | 1984-05-15 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Reflective containment of electromagnetic radiation in matrix isolation thin films |
| DE3044183A1 (de) * | 1980-11-24 | 1982-06-24 | Reinhard Dipl.-Phys. Dr. 7250 Leonberg Ulrich | Verfahren zur optischen messung von laengen und laengenaenderungen und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
| US4468136A (en) | 1982-02-12 | 1984-08-28 | The Johns Hopkins University | Optical beam deflection thermal imaging |
| US4756627A (en) * | 1984-08-17 | 1988-07-12 | Sperry Corporation | Optical temperature sensor using photoelastic waveguides |
| GB8601176D0 (en) * | 1986-01-17 | 1986-02-19 | Infrared Eng Ltd | Sensing |
| FR2595820B1 (fr) * | 1986-03-13 | 1990-01-05 | Bertin & Cie | Dispositif a fibres optiques pour la detection a distance d'une grandeur physique, en particulier de la temperature |
| US4890933A (en) | 1988-02-17 | 1990-01-02 | Itt Corporation | Transmission method to determine and control the temperature of wafers or thin layers with special application to semiconductors |
| US5098199A (en) | 1988-02-17 | 1992-03-24 | Itt Corporation | Reflectance method to determine and control the temperature of thin layers or wafers and their surfaces with special application to semiconductors |
| US4919542A (en) * | 1988-04-27 | 1990-04-24 | Ag Processing Technologies, Inc. | Emissivity correction apparatus and method |
| US5229303A (en) | 1989-08-29 | 1993-07-20 | At&T Bell Laboratories | Device processing involving an optical interferometric thermometry using the change in refractive index to measure semiconductor wafer temperature |
| GB2238868A (en) * | 1989-11-22 | 1991-06-12 | Res Corp Technologies Inc | Silicon wafer temperature measurement by optical transmission monitoring. |
| US5118200A (en) | 1990-06-13 | 1992-06-02 | Varian Associates, Inc. | Method and apparatus for temperature measurements |
| US5208643A (en) | 1990-10-05 | 1993-05-04 | Varian Associates, Inc. | Method of and apparatus for non-contact temperature measurement |
| US5102231A (en) * | 1991-01-29 | 1992-04-07 | Texas Instruments Incorporated | Semiconductor wafer temperature measurement system and method |
| US5381229A (en) * | 1991-03-29 | 1995-01-10 | Center For Innovative Technology | Sapphire optical fiber interferometer |
| US5255286A (en) * | 1991-05-17 | 1993-10-19 | Texas Instruments Incorporated | Multi-point pyrometry with real-time surface emissivity compensation |
| US5467732A (en) | 1991-12-13 | 1995-11-21 | At&T Corp. | Device processing involving an optical interferometric thermometry |
| US6082892A (en) | 1992-05-29 | 2000-07-04 | C.I. Systems Ltd. | Temperature measuring method and apparatus |
| US5263776A (en) | 1992-09-25 | 1993-11-23 | International Business Machines Corporation | Multi-wavelength optical thermometry |
| US5891352A (en) | 1993-09-16 | 1999-04-06 | Luxtron Corporation | Optical techniques of measuring endpoint during the processing of material layers in an optically hostile environment |
| US5388909A (en) | 1993-09-16 | 1995-02-14 | Johnson; Shane R. | Optical apparatus and method for measuring temperature of a substrate material with a temperature dependent band gap |
| KR100255961B1 (ko) | 1994-03-11 | 2000-05-01 | 아끼구사 나오유끼 | 물리량 측정방법 및 장치, 반도체 장치의 제조방법과 파장측정방법 및 장치 |
| DE4414391C2 (de) | 1994-04-26 | 2001-02-01 | Steag Rtp Systems Gmbh | Verfahren für wellenvektorselektive Pyrometrie in Schnellheizsystemen |
| US5823681A (en) * | 1994-08-02 | 1998-10-20 | C.I. Systems (Israel) Ltd. | Multipoint temperature monitoring apparatus for semiconductor wafers during processing |
| US5683180A (en) | 1994-09-13 | 1997-11-04 | Hughes Aircraft Company | Method for temperature measurement of semiconducting substrates having optically opaque overlayers |
| US5572314A (en) | 1994-09-19 | 1996-11-05 | Hyman, Jr.; Mark | Brewster angle refractometer |
| DE19513749B4 (de) | 1995-04-11 | 2004-07-01 | Infineon Technologies Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Emissionsfaktors von Halbleitermaterialien durch Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen |
| US5754294A (en) | 1996-05-03 | 1998-05-19 | Virginia Semiconductor, Inc. | Optical micrometer for measuring thickness of transparent wafers |
| US6116779A (en) | 1997-03-10 | 2000-09-12 | Johnson; Shane R. | Method for determining the temperature of semiconductor substrates from bandgap spectra |
| US5874711A (en) | 1997-04-17 | 1999-02-23 | Ag Associates | Apparatus and method for determining the temperature of a radiating surface |
| US6870616B2 (en) * | 1998-06-30 | 2005-03-22 | Jjl Technologies Llc | Spectrometer apparatus for determining an optical characteristic of an object or material having one or more sensors for determining a physical position or non-color property |
| US6027244A (en) | 1997-07-24 | 2000-02-22 | Steag Rtp Systems, Inc. | Apparatus for determining the temperature of a semi-transparent radiating body |
| US5841110A (en) | 1997-08-27 | 1998-11-24 | Steag-Ast Gmbh | Method and apparatus for improved temperature control in rapid thermal processing (RTP) systems |
| EP0921558A3 (de) | 1997-12-08 | 2002-04-24 | STEAG RTP Systems GmbH | Optische Strahlungsmess-Vorrichtung |
| EP0924500B1 (de) | 1997-12-08 | 2006-10-18 | STEAG RTP Systems GmbH | Verfahren zum Messen elektromagnetischer Strahlung |
| US6056434A (en) | 1998-03-12 | 2000-05-02 | Steag Rtp Systems, Inc. | Apparatus and method for determining the temperature of objects in thermal processing chambers |
| US6541287B2 (en) | 1998-03-19 | 2003-04-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Temperature measuring method and apparatus, measuring method for the thickness of the formed film, measuring apparatus for the thickness of the formed film thermometer for wafers |
| US6062729A (en) | 1998-03-31 | 2000-05-16 | Lam Research Corporation | Rapid IR transmission thermometry for wafer temperature sensing |
| US6204484B1 (en) | 1998-03-31 | 2001-03-20 | Steag Rtp Systems, Inc. | System for measuring the temperature of a semiconductor wafer during thermal processing |
| US6191382B1 (en) * | 1998-04-02 | 2001-02-20 | Avery Dennison Corporation | Dynamic laser cutting apparatus |
| US6239590B1 (en) * | 1998-05-26 | 2001-05-29 | Micron Technology, Inc. | Calibration target for calibrating semiconductor wafer test systems |
| US6034357A (en) | 1998-06-08 | 2000-03-07 | Steag Rtp Systems Inc | Apparatus and process for measuring the temperature of semiconductor wafers in the presence of radiation absorbing gases |
| US6054868A (en) | 1998-06-10 | 2000-04-25 | Boxer Cross Incorporated | Apparatus and method for measuring a property of a layer in a multilayered structure |
| US6396363B1 (en) * | 1998-12-18 | 2002-05-28 | Tyco Electronics Corporation | Planar transmission line to waveguide transition for a microwave signal |
| US6771895B2 (en) | 1999-01-06 | 2004-08-03 | Mattson Technology, Inc. | Heating device for heating semiconductor wafers in thermal processing chambers |
| US6200023B1 (en) | 1999-03-15 | 2001-03-13 | Steag Rtp Systems, Inc. | Method for determining the temperature in a thermal processing chamber |
| US6293696B1 (en) | 1999-05-03 | 2001-09-25 | Steag Rtp Systems, Inc. | System and process for calibrating pyrometers in thermal processing chambers |
| US6570662B1 (en) | 1999-05-24 | 2003-05-27 | Luxtron Corporation | Optical techniques for measuring layer thicknesses and other surface characteristics of objects such as semiconductor wafers |
| US6284051B1 (en) | 1999-05-27 | 2001-09-04 | Ag Associates (Israel) Ltd. | Cooled window |
| US6151446A (en) | 1999-07-06 | 2000-11-21 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for thermally processing substrates including a processor using multiple detection signals |
| US6403923B1 (en) | 1999-09-03 | 2002-06-11 | Mattson Technology, Inc. | System for controlling the temperature of a reflective substrate during rapid heating |
| US6359263B2 (en) | 1999-09-03 | 2002-03-19 | Steag Rtp Systems, Inc. | System for controlling the temperature of a reflective substrate during rapid heating |
| JP4808889B2 (ja) | 2000-01-05 | 2011-11-02 | 東京エレクトロン株式会社 | 透過分光を用いるウェハ帯域エッジの測定方法、及びウェハの温度均一性を制御するためのプロセス |
| JP4166400B2 (ja) | 2000-02-16 | 2008-10-15 | 東京エレクトロン株式会社 | 放射温度測定方法 |
| JP2001249050A (ja) * | 2000-03-07 | 2001-09-14 | Toshiba Corp | 温度測定装置、成膜装置、エッチング装置および温度測定方法、エッチング方法 |
| US6398406B1 (en) | 2000-06-01 | 2002-06-04 | Sandia Corporation | Temperature determination using pyrometry |
| US6840667B2 (en) * | 2000-08-25 | 2005-01-11 | Photon Dynamics, Inc. | Method and apparatus for detection of defects using thermal stimulation |
| JP2002122480A (ja) * | 2000-10-12 | 2002-04-26 | Toshiba Corp | 温度測定方法および装置、並びにプラズマ処理装置 |
| AU2002218653A1 (en) | 2000-10-13 | 2002-04-29 | Tokyo Electron Limited | Apparatus for measuring temperatures of a wafer using specular reflection spectroscopy |
| US7015422B2 (en) | 2000-12-21 | 2006-03-21 | Mattson Technology, Inc. | System and process for heating semiconductor wafers by optimizing absorption of electromagnetic energy |
| DE10222879A1 (de) | 2001-05-23 | 2005-03-17 | Mattson Thermal Products Gmbh | Messung niedriger Wafer-Temperaturen |
| US7445382B2 (en) | 2001-12-26 | 2008-11-04 | Mattson Technology Canada, Inc. | Temperature measurement and heat-treating methods and system |
| JP2003307458A (ja) | 2002-04-15 | 2003-10-31 | Akifumi Ito | 基材の温度測定方法および温度測定装置 |
| US7734439B2 (en) | 2002-06-24 | 2010-06-08 | Mattson Technology, Inc. | System and process for calibrating pyrometers in thermal processing chambers |
| US6835914B2 (en) | 2002-11-05 | 2004-12-28 | Mattson Technology, Inc. | Apparatus and method for reducing stray light in substrate processing chambers |
| DE10255098A1 (de) | 2002-11-26 | 2004-06-03 | Mattson Thermal Products Gmbh | Verfahren zum Herstellen eines Kalibrationswafers |
| DE10258713B4 (de) * | 2002-12-12 | 2010-07-29 | Laytec Gesellschaft Für In-Situ und Nano-Sensorik mbH | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung charakteristischer Schichtparameter bei hohen Temperaturen |
| US7009695B2 (en) * | 2003-04-01 | 2006-03-07 | Applied Materials, Inc. | Full frame thermal pump probe technique for detecting subsurface defects |
| JP2004311580A (ja) * | 2003-04-03 | 2004-11-04 | Toshiba Corp | 半導体評価装置及び半導体評価方法 |
| US7355715B2 (en) | 2004-10-12 | 2008-04-08 | Tokyo Electron Limited | Temperature measuring apparatus, temperature measurement method, temperature measurement system, control system and control method |
| US7112763B2 (en) | 2004-10-26 | 2006-09-26 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for low temperature pyrometry useful for thermally processing silicon wafers |
| US7446881B2 (en) | 2005-01-12 | 2008-11-04 | Tokyo Electron Limited | System, apparatus, and method for determining temperature/thickness of an object using light interference measurements |
| US7275861B2 (en) * | 2005-01-31 | 2007-10-02 | Veeco Instruments Inc. | Calibration wafer and method of calibrating in situ temperatures |
| US7642205B2 (en) * | 2005-04-08 | 2010-01-05 | Mattson Technology, Inc. | Rapid thermal processing using energy transfer layers |
| US20070009010A1 (en) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Koji Shio | Wafer temperature measuring method and apparatus |
| US7744274B1 (en) * | 2007-06-20 | 2010-06-29 | Ultratech, Inc. | Methods and apparatus for temperature measurement and control on a remote substrate surface |
| JP2009010196A (ja) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd | レーザー結晶化方法及び結晶化装置 |
| WO2009066221A1 (en) * | 2007-11-21 | 2009-05-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Temperature sensor and biosensor using the same |
-
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR101597237B1 (ko) * | 2015-05-20 | 2016-02-26 | (주)앤피에스 | 기판 처리 장치 |
| KR20180129583A (ko) * | 2017-05-26 | 2018-12-05 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 저온 투과 고온측정을 위한 검출기 |
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