JP3654571B2

JP3654571B2 - 顕微ラマン分光光度計を用いた温度測定方法

Info

Publication number: JP3654571B2
Application number: JP24229799A
Authority: JP
Inventors: 朋也吉澤; 数敏貝沼
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP2001066197A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、顕微ラマン分光光度計を用いて、シリコンウェーハなどの試料の温度を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコンウェーハなど半導体結晶よりなる試料の温度を測定する手法の一つとして、顕微ラマン分光光度計を用い、試料にレーザ光を照射したときに得られるラマンスペクトルのピーク位置に基づいて試料の温度を測定するものがある。これは、試料としての物体に波長λのレーザ光を照射したときに生ずるストークス光は、波長λ＋Δλの部分に最も強いピーク（ラマンシフト）が表れることを利用したものである。
【０００３】
図３は、温度調整器によってシリコンウェーハを所定の温度に保持し、これにレーザ光を照射したときに得られるラマンスペクトルを示すもので、横軸は波数（ｃｍ^-1）を、縦軸は強度をそれぞれ示し、符号ａ〜ｇで表される曲線は、試料を温度調整器によってそれぞれ１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃に保持したときに得られるラマンスペクトルを示している。この図から分かるように、ラマンスペクトルのピーク位置は、Δλおよび強度が試料の温度によって変化し、その変化の割合は必ずしも直線的ではない。なお、このラマンスペクトルのシフトは、試料によって固有のものである。
【０００４】
そして、レーザ光には、プラズマラインと呼ばれる微小な光が含まれており、前記図３において符号ｐで示すように、試料の温度にかかわらず一定の位置（基準位置）に現れることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ラマンスペクトルのピーク位置のシフト量が極めて僅かであるとともに、温度変化に敏感であるところから、高分解能の分光器を用いる必要がある。しかしながら、分光器は、一般に、周囲の温度影響を受けやすく、光軸がずれるなどして誤差が生じやすくなり、高分解能のものほどこの度合いが大きくなる。このため、顕微ラマン分光光度計によって試料温度を測定する場合、周囲温度の影響を極めて受けやすく、同一試料を測定しても、図４に示すように、バラツキが生ずる。この図は、シリコンウェーハの温度を、温度調整器によって種々の温度に保持し、その変化させた温度においてそれぞれ３回測定したときに得られるラマンシフトのピーク位置をプロットしたもので、横軸は温度（温度調整器の指示値）、縦軸は波数を示している。この場合、前記プラズマラインも、顕微ラマン分光光度計を構成する分光器が周囲温度の影響を受けることから、前記基準位置からずれた位置に現れる。
【０００６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、顕微ラマン分光光度計を用いて試料の温度測定を行う場合、ハードである顕微ラマン分光光度計の周囲温度に起因する測定誤差を補正し、試料温度を精度よく測定することができる顕微ラマン分光光度計を用いた温度測定方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、試料にレーザ光を照射したときに得られるラマンスペクトルのピーク位置に基づいて試料の温度を測定するようにした顕微ラマン分光光度計を用いた温度測定方法において、前記レーザ光に含まれているプラズマラインのピーク位置の温度による位置ずれに基づいて、前記分光光度計の周囲温度および／または光学的な誤差の影響を補正するようにしている。
【０００８】
上記顕微ラマン分光光度計を用いた温度測定方法（以下、単に温度測定方法という）においては、例えば、プラズマラインのピークは、本来、試料温度の如何にかかわらず一定の位置に現れるが、これがずれた位置に現れたとき、主として周囲温度が変化したために周囲温度および／または光学的な誤差の影響と思われる誤差が含まれているとみなし、測定よって得られたラマンスペクトルのピーク位置をずれた波数分だけ補正し、これに見合う量だけ温度を補正するのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。まず、図１はこの発明の温度測定方法を実施するための顕微ラマン分光光度計Ａの構成を概略的に示す図で、この図において、１はレーザ光源で、例えば波長４９６５Åのレーザ２を発する。３はハーフミラーで、その一方の側には対物レンズ４を介して試料５が設けられる。この試料５は温度調節機能を備えた試料保持部６によって所定の状態に保持される。７はハーフミラー３の他方の側（試料５と対向する側）に設けられる分光器で、試料５表面において発生したラマン散乱光を分光するもので、その出射側にはラマンスペクトルを測定するためのＣＣＤ検出器８が設けられている。
【００１０】
上記装置が一般的な顕微ラマン分光光度計と異なる点は、通常のラマン測定では除去されるプラズマラインを基準として用いるため、通常は用いられる光学フィルタをレーザ光源１とハーフミラー３の光路から除去したことである。
【００１１】
上記構成の顕微ラマン分光光度計Ａを用いて例えばシリコンウェーハの温度を測定する場合、試料保持部６にシリコンウェーハを試料５として保持させる。その状態でレーザ光源１からのレーザ光２を発する。このレーザ光２は、ハーフミラー３および対物レンズ４を経てシリコンウェーハ５の表面に集光される。このレーザ光２の照射によってシリコンウェーハ５においてラマン散乱光が生じ、このラマン散乱光は、ハーフミラー３を経て分光器７に導入され、ＣＣＤ検出器８に受光され、ラマンスペクトルが測定される。
【００１２】
そして、前記ラマンスペクトルは、コンピュータなど信号処理装置（図示していない）に入力され、ラマンスペクトルのピーク位置に基づいてシリコンウェーハ５の温度を求めることができる。そして、装置全体が周囲温度などにより影響を受けている場合、前記ラマンスペクトルにおけるプラズマラインの位置も、本来の位置より前記周囲温度に見合う分だけずれている。
【００１３】
そこで、前記プラズマラインの本来の位置と温度影響によってずれた位置との量に基づいて前記測定値を補正することにより、温度影響を補償した温度値が得られる。図２は、上述のようにして温度の補正を行ったときの測定の再現性を示すもので、１００℃〜１０００℃までの温度範囲において、１００℃間隔でそれぞれ４回測定したときのピーク位置のプラズマラインからの位置を、それぞれ、記号◇（１回目），□（２回目），△（３回目），×（４回目）で示している。この図において、横軸は温度調整器の指示値である。この図から、この発明の温度測定方法によれば、極めて再現性よく温度を測定できることがわかる。
【００１４】
上述の実施の形態においては、温度測定対象の試料５としてシリコンウェーハを例示していたが、試料５としては、半導体結晶やその他のラマン散乱を起こしやすい結晶であればよい。
【００１５】
また、レーザ光２の波長は、上記４９６５Åに限られるものではなく、任意のものに設定できるが、プラズマラインが好ましい位置に表れるように選定するのが好ましい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の温度測定方法によれば、周囲温度および／または光学的な誤差の影響をうけることなく試料の温度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の顕微ラマン分光光度計を用いた温度測定方法に用いる装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】前記温度測定方法による測定結果を示す図である。
【図３】シリコンウェーハにおける温度とラマンスペクトルとの関係を示す図である。
【図４】顕微ラマン分光光度計を用いた温度測定方法において周囲温度が与える影響を説明するための図である。
【符号の説明】
２…レーザ光、５…試料、Ａ…顕微ラマン分光光度計、ａ〜ｊ…ラマンスペクトル、ｐ…プラズマライン。

Claims

試料にレーザ光を照射したときに得られるラマンスペクトルのピーク位置に基づいて試料の温度を測定するようにした顕微ラマン分光光度計を用いた温度測定方法において、前記レーザ光に含まれているプラズマラインのピーク位置の温度による位置ずれに基づいて、前記分光光度計の周囲温度および／または光学的な誤差の影響を補正するようにしたことを特徴とする顕微ラマン分光光度計を用いた温度測定方法。