JP2001066197A - Temperature measuring method using micro-raman spectrophotometer - Google Patents
Temperature measuring method using micro-raman spectrophotometerInfo
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Abstract
Description
【０００１】[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。The present invention relates to a method for measuring the temperature of a sample such as a silicon wafer using a micro Raman spectrophotometer.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, as one of the techniques for measuring the temperature of a sample made of a semiconductor crystal such as a silicon wafer,
There is a type in which the temperature of a sample is measured based on a peak position of a Raman spectrum obtained when a sample is irradiated with laser light using a micro-Raman spectrophotometer. This is based on the fact that Stokes light generated when a sample as an object is irradiated with a laser beam having a wavelength λ has a strongest peak (Raman shift) at a wavelength λ + Δλ.
【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℃、１００
０℃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。FIG. 3 shows a Raman spectrum obtained when a silicon wafer is maintained at a predetermined temperature by a temperature controller and irradiated with a laser beam. The horizontal axis represents the wave number (cm -1 ). The vertical axis indicates the intensity, and the symbol a
The curves represented by ｇg indicate that the samples were taken at 100 ° C., 200 ° C., 300 ° C., 400 ° C., 500
℃, 600 ℃, 700 ℃, 800 ℃, 900 ℃, 100
2 shows a Raman spectrum obtained when the temperature is kept at 0 ° C. As can be seen from this figure, Δλ and the intensity of the peak position of the Raman spectrum change depending on the temperature of the sample, and the rate of the change is not necessarily linear. This Raman spectrum shift is unique to each sample.
【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。The laser light contains minute light called a plasma line, and appears at a fixed position (reference position) irrespective of the temperature of the sample, as indicated by a symbol p in FIG. It has been known.
【０００５】[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。Incidentally, since the shift amount of the peak position of the Raman spectrum is extremely small and is sensitive to a change in temperature, it is necessary to use a high-resolution spectroscope. However, the spectroscope is generally susceptible to the influence of the ambient temperature, and is liable to cause an error such as a shift of the optical axis. The higher the resolution, the greater the degree. For this reason, when the sample temperature is measured by a microscopic Raman spectrophotometer, it is extremely susceptible to the influence of the ambient temperature, and even if the same sample is measured, variations occur as shown in FIG. In this figure, the temperature of the silicon wafer is maintained at various temperatures by a temperature controller, and the Raman shift peak positions obtained when the temperature is changed three times at the changed temperatures are plotted. The temperature (indicated value of the temperature controller) and the vertical axis indicates the wave number. In this case, the plasma line also:
Since the spectroscope constituting the microscopic Raman spectrophotometer is affected by the ambient temperature, it appears at a position shifted from the reference position.
【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。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and has as its object to measure the ambient temperature of a micro Raman spectrophotometer which is hard when measuring the temperature of a sample using the micro Raman spectrophotometer. It is an object of the present invention to provide a temperature measurement method using a microscopic Raman spectrophotometer, which can correct a measurement error caused by the measurement and accurately measure a sample temperature.
【０００７】[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。In order to achieve the above object, the present invention provides a micro-Raman microscope which measures the temperature of a sample based on the peak position of a Raman spectrum obtained when the sample is irradiated with laser light. In the temperature measuring method using a spectrophotometer, the influence of the ambient temperature and / or optical error of the spectrophotometer is determined based on the displacement of the peak position of the plasma line included in the laser light due to the temperature. I am trying to correct it.
【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。In the temperature measuring method using the above-mentioned micro Raman spectrophotometer (hereinafter, simply referred to as a temperature measuring method),
For example, the peak of the plasma line originally appears at a fixed position regardless of the sample temperature, but when it appears at a shifted position, the change in the ambient temperature and / or optical error mainly occurs because the ambient temperature has changed. Considering that the error considered to be affected is included, the peak position of the Raman spectrum obtained by the measurement is corrected by the shifted wave number,
The temperature is corrected by an amount corresponding to this.
【０００９】[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。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a micro-Raman spectrophotometer A for carrying out the temperature measuring method of the present invention. In this figure, reference numeral 1 denotes a laser light source which emits a laser 2 having a wavelength of 4965 °, for example. . Reference numeral 3 denotes a half mirror, on one side of which a sample 5 is provided via an objective lens 4. The sample 5 is held in a predetermined state by a sample holder 6 having a temperature control function. Reference numeral 7 denotes a spectroscope provided on the other side (the side facing the sample 5) of the half mirror 3, which separates the Raman scattered light generated on the surface of the sample 5 and measures the Raman spectrum on the emission side. CCD detector 8 is provided.
【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。The difference between the above-described apparatus and a general microscopic Raman spectrophotometer is that the ordinary Raman measurement uses a plasma line to be removed as a reference. That is, it has been removed from the optical path.
【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。When the temperature of, for example, a silicon wafer is measured using the micro-Raman spectrophotometer A having the above configuration, the silicon wafer is held as the sample 5 by the sample holding unit 6. In that state, the laser light 2 from the laser light source 1 is emitted. This laser light 2 is focused on the surface of the silicon wafer 5 via the half mirror 3 and the objective lens 4. The irradiation of the laser light 2 generates Raman scattered light on the silicon wafer 5. The Raman scattered light is introduced into the spectroscope 7 through the half mirror 3, received by the CCD detector 8, and the Raman spectrum is measured.
【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。The Raman spectrum is input to a signal processing device (not shown) such as a computer, and the temperature of the silicon wafer 5 can be obtained based on the peak position of the Raman spectrum. When the entire apparatus is affected by the ambient temperature or the like, the position of the plasma line in the Raman spectrum is shifted from the original position by an amount corresponding to the ambient temperature.
【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℃〜１０
００℃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。Therefore, the measured value is corrected based on the amount of the original position of the plasma line and the position shifted by the temperature influence, thereby obtaining a temperature value in which the temperature influence is compensated. FIG. 2 shows the reproducibility of the measurement when the temperature is corrected as described above.
In the temperature range up to 00 ° C., the positions of the peak positions from the plasma line when measured four times at 100 ° C. intervals are denoted by symbols ◇ (first), □ (second), △ (third), X (the fourth time). In this figure, the horizontal axis is the indicated value of the temperature controller. From this figure, it is understood that the temperature can be measured with extremely high reproducibility according to the temperature measuring method of the present invention.
【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。In the above-described embodiment, the silicon wafer is exemplified as the sample 5 to be subjected to temperature measurement.
The sample 5 may be a semiconductor crystal or any other crystal that easily causes Raman scattering.
【００１５】また、レーザ光２の波長は、上記４９６５
Å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。The wavelength of the laser beam 2 is 4965.
The value is not limited to Å, but can be set to any value. However, it is preferable to select the plasma line so that it appears at a preferable position.
【００１６】[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。As described above, according to the temperature measuring method of the present invention, the temperature of a sample can be measured without being affected by an ambient temperature and / or an optical error.
【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。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an apparatus used for a temperature measuring method using a micro-Raman spectrophotometer of the present invention.
【図２】前記温度測定方法による測定結果を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing a measurement result by the temperature measurement method.
【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。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a temperature and a Raman spectrum in a silicon wafer.
【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。FIG. 4 is a diagram for explaining the influence of an ambient temperature on a temperature measurement method using a micro-Raman spectrophotometer.
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。2: laser light, 5: sample, A: microscopic Raman spectrophotometer,
a to j: Raman spectrum, p: plasma line.
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F056 VF11 VF16 VF17 2G020 AA04 CA04 CB23 CB43 CC47 CC63 CD24 2G066 AC11 BA14 BB11 BC15 CB01Continued on the front page F term (reference) 2F056 VF11 VF16 VF17 2G020 AA04 CA04 CB23 CB43 CC47 CC63 CD24 2G066 AC11 BA14 BB11 BC15 CB01
Claims (1)
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。1. A temperature measuring method using a micro-Raman spectrophotometer for measuring a temperature of a sample based on a peak position of a Raman spectrum obtained when the sample is irradiated with laser light, wherein A micro-Raman spectrophotometer characterized in that the influence of the ambient temperature and / or optical error of the spectrophotometer is corrected on the basis of the displacement of the peak position of the included plasma line due to the temperature. Temperature measurement method using
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