(57)【要約】【課題】半導体プロセスでの原位置・非接触温度測定のための改善された方法および装置を提供することである。【解決手段】単結晶シリコンウェハをプロセスチャンバに配置し、第１と第２の入射Ｘ線源をそれぞれ、プロセスチャンバ内の前記ウェハとコミュニケートさせ、所定の第１の放射波長のＸ線を前記第１のＸ線源から選択し、所定の第２の放射波長のＸ線を前記第２のＸ線源から選択し、ここで第１の放射波長と第２の放射波長は相互に異なっており、選択されたＸ線を前記ウェハ上の測定スポットにフォーカスし、前記ウェハから反射された第１と第２のＸ線を受信し、受信された第１の波長の反射Ｘ線と第２の波長の反射Ｘ線に基づいて、温度測定中のウェハのシフト運動または撓みを考慮してウェハの格子定数を検出し、格子定数によって決定されたウェハの温度を求める。【選択図】図３
2006194888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハのような単結晶基板に対する無接触・原位置温度測定装置において、
半導体ウェハを収容するプロセスチャンバと、
前記ウェハと、プロセスチャンバ中の窓を介してコミュニケーションする入射Ｘ線源と、
該入射Ｘ線源は第１のＸ線源と第２のＸ線源からなり、
前記Ｘ線源と前記ウェハとの間に配置され、所望の波長を選択し、Ｘ線源からのＸ線をウェハ上の測定スポットにフォーカスするためのベントモノクロメータと、
該ベントモノクロメータは、前記第１のＸ線源に関連する第１のベントモノクロメータと、前記第２のＸ線源に関連する第２のベントモノクロメータからなり、
前記所望の波長は、第１のベントモノクロメータと第２のベントモノクロメータとで相互に異なるものであり、
前記ウェハから反射されたＸ線を受信するための検出器と、
前記検出器は、前記第１のＸ線源に関連する前記ウェハに対する第１の検出器と、前記第２のＸ線源に関連する前記ウェハに対する第２の検出器からなり、
前記第１の検出器に応答し、前記受信された反射Ｘ線に基づいてウェハの格子定数を検出し、それに基づいてウェハの温度を獲得し、前記第２の検出器に応答し、前記受信された反射Ｘ線に基づいて、温度測定中のウェハのシフト運動またはウェハの撓みを考慮するための手段とを有することを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
ウェハは、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＧａＡＳ半導体である、請求項１記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記窓はベリリウム窓である、請求項１記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記検出器はダイオードアレイ検出器である、請求項１記載の温度測定装置。
【請求項５】
温度測定の前に、ウェハの正確な位置を記録するための位置決め手段を有する、請求項１記載の温度測定装置。
【請求項６】
半導体ウェハに対する無接触・原位置温度測定方法において、
単結晶シリコンウェハをプロセスチャンバに配置し、
第１と第２の入射Ｘ線源をそれぞれ、プロセスチャンバ内の前記ウェハとコミュニケートさせ、
所定の第１の放射波長のＸ線を前記第１のＸ線源から選択し、所定の第２の放射波長のＸ線を前記第２のＸ線源から選択し、ここで第１の放射波長と第２の放射波長は相互に異なっており、
選択されたＸ線を前記ウェハ上の測定スポットにフォーカスし、
前記ウェハから反射された第１と第２のＸ線を受信し、
受信された第１の波長の反射Ｘ線と第２の波長の反射Ｘ線に基づいて、温度測定中のウェハのシフト運動または撓みを考慮してウェハの格子定数を検出し、
格子定数によって決定されたウェハの温度を求める、ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項７】
Ｘ線を照射する前に、ウェハの位置を正確に検出するステップを含む、請求項６記載の温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハのような単結晶基板に対する無接触・原位置温度測定装置に関し、原位置の温度測定をＸ線回折による単結晶基板の格子パラメータの測定によって行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
急速な温度制御が、急速熱処理（ＲＴＰ）、焼き鈍し、酸化、窒化、化学蒸着（ＣＶＤ）のような多くの半導体プロセスで要求される。またプラズマ・エンハンスド・化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）および反応イオンエッチング（ＲＩＥ）のような処理に対しても要求される。しかし半導体プロセス中の温度測定は非常に困難である。なぜなら、通常は熱結合のような接触法の使用が要求されるからである。非接触・原位置測定が必要な場合には、光学的高温測定法のような方法がしばしば使用される。光学的高温測定法にはいくつかの欠点があり、低温領域では不正確である。というのは、この方法は測定される波長に依存しており、ウェハ（裏面）の放射率または基板のフィルム構造に依存するからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、半導体プロセスでの原位置・非接触温度測定のための改善された装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば上記課題は、
半導体ウェハを収容するプロセスチャンバと、
前記ウェハと、プロセスチャンバ中の窓を介してコミュニケーションする入射Ｘ線源と、
該入射Ｘ線源は第１のＸ線源と第２のＸ線源からなり、
前記Ｘ線源と前記ウェハとの間に配置され、所望の波長を選択し、Ｘ線源からのＸ線をウェハ上の測定スポットにフォーカスするためのベントモノクロメータと、
該ベントモノクロメータは、前記第１のＸ線源に関連する第１のベントモノクロメータと、前記第２のＸ線源に関連する第２のベントモノクロメータからなり、
前記所望の波長は、第１のベントモノクロメータと第２のベントモノクロメータとで相互に異なるものであり、
前記ウェハから反射されたＸ線を受信するための検出器と、
前記検出器は、前記第１のＸ線源に関連する前記ウェハに対する第１の検出器と、前記第２のＸ線源に関連する前記ウェハに対する第２の検出器からなり、
前記第１の検出器に応答し、前記受信された反射Ｘ線に基づいてウェハの格子定数を検出し、それに基づいてウェハの温度を獲得し、前記第２の検出器に応答し、前記受信された反射Ｘ線に基づいて、温度測定中のウェハのシフト運動またはウェハの撓みを考慮するための手段とを有することを特徴とする温度測定装置によって解決される。
【０００５】
また本発明の温度測定方法は、
単結晶シリコンウェハをプロセスチャンバに配置し、
第１と第２の入射Ｘ線源をそれぞれ、プロセスチャンバ内の前記ウェハとコミュニケートさせ、
所定の第１の放射波長のＸ線を前記第１のＸ線源から選択し、所定の第２の放射波長のＸ線を前記第２のＸ線源から選択し、ここで第１の放射波長と第２の放射波長は相互に異なっており、
選択されたＸ線を前記ウェハ上の測定スポットにフォーカスし、
前記ウェハから反射された第１と第２のＸ線を受信し、
受信された第１の波長の反射Ｘ線と第２の波長の反射Ｘ線に基づいて、温度測定中のウェハのシフト運動または撓みを考慮してウェハの格子定数を検出し、
格子定数によって決定されたウェハの温度を求める、ことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明によれば、原位置・非接触温度測定が、例えばＳｉ，Ｇｅ、またはＧａＡｓウェハのような単結晶半導体に対して行われる。ここでは半導体基板またはウェハについて説明するが、このような基板またはウェハは半導体プロセス中に通常行われる所定のフィルムまたは構造体によってコーティングされていると理解されたい。本発明は、Ｘ線回折を用いた格子パラメータの測定に基づくものである。いわゆる格子定数のような格子パラメータは温度に依存する。N.W.Ashcroft and N.D.Mermin, Solid State Physics, Saunders, Philadelphia,1976 参照。精密な温度膨張研究と測定によって、格子パラメータが温度関数として多くの材料に対して良く知られている。例えば R.S.Krishnan, R.Srinivasan, and S.Devanarayanan, Thermal Expansion of Crustals, Pergamon Press, Oxford,1979 参照。
【０００７】
本発明により、単結晶半導体基板温度をプロセス中に半導体と接触することなく正確に測定することができる。より詳細には本発明により、温度測定中のウェハのシフト運動またはウェハの撓みが考慮されるので、原位置での非常に正確な処理温度の較正と制御が可能となる。本発明は、半導体（基板）温度が重要なパラメータである（すなわち熱処理）すべての形式の半導体プロセスまたは製造装置に適用することができる。
【実施例】
【０００８】
図１には、本発明の原位置温度測定装置の実施例が示されている。一般的に、Ｘ線源１２とダイオードアレイ検出器１４は、半導体チップ処理装置の外側に配置されている。入射Ｘ線ビーム（例えばＸ線２２ａと２３ａを含むＸ線の束）と単反射Ｘ線、例えば２２ｂまたは２３ｂはそれぞれ１つまたは複数の窓１８を通ってプロセスチャンバ１６に結合される。窓１８は、例えばベリリウムのような適切な材料からなる。Ｘ線回折は半導体ウェハ２４の裏面、表面、またはエッジで生じる。
【０００９】
Ｘ線源１２は標準の実験用Ｘ線源とすることができ、通常は拡散ビームを発射する。この拡散ビームは単色発光ラインを含み、この単色発光ラインは多色バックグランドにスーパーインポーズされている。モノクロメータは所定の波長の放射を選択するのに使用することができる。例としてベントモノクロメータ２６（１次元または２次元の曲率を有する）をフォーカシングされた単色Ｘ線を供給するために使用することができる。図１には破線３０でＸ線源/検出器ユニットの対称軸が示されている。このＸ線源/検出器ユニットは線源１２と検出器アレイ１４からなる。この軸は、例えば（００１）Ｓｉウェハについてウェハ（裏側）表面に対して垂直でなければならない。実線２２ｂはある程度の低温、例えば２０℃で反射されたＸ線を表し、破線２３ｂは高温、例えば１２００℃で反射されたＸ線を表す。
【００１０】
図２はより詳細に、入射Ｘ線と反射Ｘ線の関係を示す。角度２は入射Ｘ線２２ａに対する回折角度θを表し、角度３は入射Ｘ線２３ａと反射Ｘ線２３ｂに対する回折角度θを表す。ここでＸ線の全拡散角度は２θであることに注意して欲しい。
【００１１】
単色の拡散ビームまたは焦点（収束）ビームが使用されるならば、ブラッグ角度θ（ａ（Ｔ））またはシフトδθ（ａ（Ｔ））＝θ（ａ（Ｔ０））−θ（ａ（Ｔｉｎｉ））に基づく温度測定は格子定数ａ（Ｔ）についての正確な情報を提供する。したがって熱膨張式を介して基板温度Ｔを得ることができる。この場合、マルチチャネル・フォトダイオードアレイ検出器１４はθまたはδθの測定にそれぞれ使用される。拡散角度θの測定はウェハの位置に関する情報を必要とする。反対に、シフトδθの測定は、初期ウェハ温度Ｔｉｎｉに関する情報を必要とする。これは、θ（ａ（Ｔｉｎｉ））＋δθを決定するためである。半導体ウェハ上のＸ線スポット２８は非常に小さくなければならない（例えば≒１/２ｍｍ）。これは回折角度を正確に測定するためである。いったん回折角度θを検出すれば、格子定数ａはブラッグ条件から得ることができる。基板温度Ｔは関数ａ（Ｔ）の逆転による熱膨張式から算出することができる。
【００１２】
一方、平行多色Ｘ線を使用する場合には、固定ブラッグ角度（θ＝一定）で反射されたＸ線ビームの波長λ（ａ（Ｔ））または波長のシフトδλ（ａ（Ｔ））＝λ（ａ（Ｔ））−λ（ａ（Ｔｉｎｉ））の測定がそれぞれ必要である。Ｘ線をエラスティックに散乱させるためには、回折されたビームの波長が入射ビームの波長と等しく、したがっていずれのδλもａのシフト、δａによって引き起こされることに注意すべきである。実際には、シフトδλの測定は回折されたＸ線ビームのシフトδθの測定よりも困難である。
【００１３】
熱処理の間、ウェハ位置の変化が生じることがある。このような変化は、単結晶基板２４のＸ線源１２と検出器アレイ１４に対する位置を変化させる。そのため、δθまたはδλがそれぞれシフトする。このことは半導体格子の熱膨張とは関連しておらず、したがって基板温度についての情報を妨害または無用にしてしまう。さらにこのような熱作用がなくても、基板位置はウェハの初期撓みや歪みのために変化することがある。
【００１４】
したがって、Ｘ線ビーム回折が生じる個所またはその近傍のウェハ位置または単結晶体配列を正確に記録しなければならない。測定された情報は位置補償手段にフィードバックすることができ、半導体基板２４をＸ線源１２と検出器アレイ１４に対して正確に位置決めして、正しいデータを得ることができる。位置決め手段は高速機械調整機構をＸ線源/検出器ユニット内に有するか、または測定されたδθまたはδλ信号を補正するためのソフトウェア・アルゴリズムである。
【００１５】
ウェハ位置またはウェハ運動の測定は例えばレーザー光を用いて行うことができる。しかし別の手段は、第２の回折Ｘ線ビームを基準ビームとして、図３に示すように使用することである。図３では、第１のＸ線源とモノクロメータ（例えば図１のＸ線源１２とモノクロメータ２６）が、波長λ１の入射Ｘ線ビーム２２ａと２３ａを形成する。第２の基準Ｘ線源とモノクロメータ３１は、波長λ２の入射Ｘ線ビーム３２ａと３３ａを形成する。ここでλ２＜λ１である。入射ビーム３２ａと３３ａは反射Ｘ線３２ｂまたは３３ｂを形成する。これもウェハ２４の温度に依存する。反射されたＸ線ビーム３２ｂまたは３３ｂはダイオードアレイ基準検出器３４により受信される。図３では、角度４は低温に対する回折角度θであり、角度５は高温に対する回折角度θである。
【００１６】
例えばブラッグ角度のシフトを測定することによる単色アプローチについて考えて見る。第２の反射は波長λ２＜λ１で行われ、得られるブラッグ角度θ２＜θ１を次のように選択することができる。すなわち、シフトδθ２がシフトδθ１よりも半導体基板の熱膨張δａについて、（λ１とθ１の）主ビームに対しては比較的に不感であるように選択することができる。ウェハの撓みまたは運動はθ１とθ２を正確に同じ量だけシフトするから、θ２を基準にしたθ１のシフトは熱格子膨張、すなわち基板温度に関する情報を含んでいる。角度θ１とθ２（またはシフト、δθ１とδθ２）の両方を同じ精度で測定できることに注意すべきである。
【００１７】
本発明の単色光の実施例を以下詳細に説明する。以下に説明する方法は正確でフレキシブルであり、実際に興味のあるすべての温度領域（例えば室温Ｔ＝２０℃からＴ＝１２００℃まで）に適用することができる。半導体製造のほとんどの非接触温度測定法は制限された温度領域にしか適用可能でないか、また測定できないことに注意すべきである。
【００１８】
この実施例では、単色Ｘ線源１２が（００１）シリコン基板ウェハの格子定数の測定に使用される。単色Ｘ線源１２（これはモノクロメータを有するＸ線管とすることができる）は固定波長λのＸ線を発生し、これは試料に適切な角度範囲にわたって入射する。この角度範囲は、興味のあるすべての温度に対するブラッグ角度θ（ａ（Ｔ））を含む。試料の温度に対して正確なブラッグ角度を形成するこのビームの一部が反射されることとなる。このことは図１の実線２２ｂにより示されており、図２により詳細に示されている。回折角度θの測定によって、格子定数ａをブラッグ条件を用いて検出することができる。さらに、基板温度Ｔを熱膨張式ａ＝ａ（Ｔ）によって検出することができる。
【００１９】
適切な反射とλおよびθに対する相応する値を検出するために、Ｘ線回折に対するラウエ条件または等価のブラッグ条件を使用しなければならない。付加的に、半導体結晶格子と相応する逆格子の構造に関する情報が必要である。反射ピークまたは回折ピークは積分指数ｈｋlにより表される。積分指数は逆格子の相応するベクトルに所属するものである。逆格子のベクトルは元の結晶格子の格子面の群に対して垂直であることに注意すべきである。
【００２０】
結晶によるＸ線回折はラウネ条件によって表される。
【００２１】
Ｋ＝ｋ‘−ｋ              （１）
ここでｋとｋ‘はそれぞれ入射ビームと回折ビームのウェーブ・ベクトルである。Ｋは逆格子のベクトルである。エラスティックに分散させるために、ｋ’＝ｋ＝２π/λを用いる。ただしｋ‘≡｜ｋ’｜であり、ｋ≡｜ｋ｜である。結果として両方のベクトルｋ‘と−ｋは、ベクトルＫの同じ角度φを有する。したがって式（１）をベクトルＫと乗算することによって、Ｋ２＝２ｋＫcosφが得られる。ｋとｋ’との間の視射角（ブラッグ角度）θとベクトルＫに対する垂直面を代入すると次のように書き換えられる。
【００２２】
Ｋ＝２ｋsinθ＝４π/λ・sinθ        （２）
θ＝π/２−φであることに注意。ｋとｋ‘との間の全拡散角度は２θによって与えられる。
【００２３】
可能な反射は逆格子のベクトルＫによって与えられる。（単原子）ダイヤモンドまたは（二原子）閃亜鉛鉱構造の格子はブラベ格子ではないから、これらを２点基底の面心立方格子として表現する必要がある。基底はｄ１＝０、ｄ２＝(a/4)(eｘ+eｙ+eｚ)として選択することができる。ｅｘ，ｅｙ，ｅｚのベクトルは立方軸に沿ったユニットベクトルである。上に述べたようにパラメータａは、半導体格子の下にある面心立方格子の格子定数であり、温度の関数である。室温ではＳｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓに対してそれぞれ値５．４３Å、５．６６Å、５．６５Åの値をとる。Ashcroft et al., Solid State Physics 参照。
【００２４】
格子定数ａを有する面心立方（ｆｃｃ）格子の逆格子は、キュービックセルサイド４π/ａの体心立方（ｂｃｃ）である。すべての逆格子ベクトルＫは積分指数ｈｋlにより次のようにパラメータ化することができる。
【００２５】
Ｋ＝２π/ａ（ｈｅｘ＋ｋｅｙ＋lｅｚ）    （３）
長さは
Ｋ＝｜Ｋ｜＝２π/ａ・√（ｈ２＋ｋ２＋l２）        （４）
しかしｈｋlの中心値に対してだけは、式（３）により与えられるベクトルＫは逆格子ベクトルとなる（下記参照）。間隔
ｄｈｋｌ＝２π/Ｋ＝ａ/√（ｈ２＋ｋ２＋l２）          （５）
を代入すれば、式（２）はなじみのあるブラッグ条件の形をとる。
【００２６】
λ＝２ｄｈｋｌsinθ                      （６）
通常はブラッグ条件に発生する次数ｎは、反射ｈｋlに割り当てられた間隔ｄｈｋｌに吸収されることに注意。
【００２７】
逆格子ベクトルＫをｅｘ方向で有する反射ｈｋl（例えばｈ＝ｋ＝０）だけを考慮する。ｂｃｃ逆格子は４π/ａの格子定数を有しているから、lの等しいベクトルだけが存在する。しかしシリコン格子は１つの基底を有する単原子格子として表されているから、幾何構造ファクタを逆ｂｃｃ格子のすべての点に対して割り当てる必要がある。したがって、l＝４ｎ（ｎは整数）を有するこれらのベクトルが反射を定めるだけである。l＝４ｎ＋２の他のベクトルはゼロの幾何構造ファクタを有する。Ashcroft et al., Solid State Physics 参照。ブラッグ画像を使用する場合、シリコン結晶の＜００４＞原子面の族における回折の次数に相当するｎを代入することに注意。これらの面はａ/４の間隔を有する。したがって例えば回折式（６）が反射００４、００８、００１２等に対して使用される。
【００２８】
λ＝２ａ/l・sinθ            （７）
l＝４ｎの００l反射に対して、ｎは整数。
【００２９】
所定のlとキュービックセルサイドａについて、式（７）はパラメータλとθに関連する。この実施例では、Ｘ線は単色であり、ブラッグ角度θの小さな変化が、格子パラメータａの変化に依存する温度に関する情報を得るために測定される。興味の量は、
【００３０】
【数１】
2006194888.tif 000003
【００３１】
Krishnan et al., Thermal Expansion of Crystals, Table 5.1 からシリコンに対して
ｄａ/ｄＴ＝ａ（Ｔ０）α（Ｔ）            （９）
が得られる。
【００３２】
α（Ｔ）＝Ａ＋Ｂ（Ｔ−Ｔ０）          （10a）
そして定数は
Ｔ０＝２７３Ｋ
Ａ＝３．０８４×１０−６Ｋ−１          (10b)
Ｂ＝１．９５７×１０−９Ｋ−２
これらのパラメータは次の関係から得られる。
a(T)=a(T０)[1+A(T-T０)+(B/2)(T-T０)２]
ここで右辺は測定された格子定数データ（２９３から９７０゜Ｋの温度範囲でのＸ線回折により得られる）への最小二乗適合多項式である。Krishnan et al., Thermal Expansion of Crystals参照。格子パラメータは5.4305Åから5.4579Åの間で、温度が２０℃から１２００℃に上昇するとき変化する。式（９）と（１０）に従って２．７×１０−５Åの格子パラメータ分解能が、約１０００℃付近の温度に対して±１℃の基板温度分解能を達成するために必要である。
【００３３】
式（７）から、
【００３４】
【数２】
2006194888.tif 000004
が得られる。したがって、
【００３５】
【数３】
2006194888.tif 000005
【００３６】
式（１２）においてブラッグ角度θの温度感度は高温に対しては、αが増大するため比較的に鋭敏であることに注意。しかし室温から出発して１２００℃まで感度は２以下の係数で変化するだけである。感度に対するもっとも大きな影響は反射角度θ自体によって与えられる。なぜならtanθが増大するからである。θがπ/２の裏面反射が最も有効である。
【００３７】
可能な温度分解能を評価するために、ダイオードアレイ検出器１４を考慮しなければならない。典型的なフォトダイオードアレイ検出器は、約１０２４チャネルを有する。ここで個別のチャネルは距離εにより分離されている。Δがウェハと検出器との間の距離を表すとすると、Δ≫εに対する角度分解能は
【００３８】
【数４】
2006194888.tif 000006
により与えられる。ただし、ビームはεより小さな試料のスポットに収束すると仮定する。したがって
【００３９】
【数５】
2006194888.tif 000007
の温度分解能が得られる。
【００４０】
最適の温度分解能に対して検出器は小さなεを有し、ウェハから大きな距離Δで配置しなければならない。拡散角度θは、プロセスチャンバ１６とＸ線源１２と検出器アレイ１４の構造が許す限りπ/２に近づくように選択すべきである。Ｘ線波長λは式（７）から所定の反射００１に対して得られる。ε＝１/２０ｍｍ、Δ＝１ｍ、tanθ＝１０のセットアップで
【００４１】
【数６】
2006194888.tif 000008
が得られる。
【００４２】
選択されたいずれかの反射００lに対して、波長λと回折角度θはブラッグ式（６）または（７）に従わなければならない。このことはＸ線波長の上限となる：λ≦２ｄ００ｌ。最高の温度分解能を得るために、λはできるだけその上限に近いように選択しなければならない（裏面反射）。シリコンに対しては次の特性曲線の１つを使用することができる。例えば、
ａ）イリジウムＬα１、２ｄ００８＝２ａ/８＝１．３５７６Åの００８に対してλ＝１．３５１３Å
ｂ）ニオブＫβ１、２ｄ００１６＝２ａ/１６＝０．６７８８Åの００１６に対してλ＝０．６６５８Å
特性曲線を使用して、ハイビーム強度が得られるが、可能な回折角度でのパッティング制限はハードウェア構造を制限する。択一的にタングステンターゲット管のバックグランドスペクトル連続制動放射を使用し、所望の波長を（モノクロメータを使用して）選択することができる。このようにして角度θは、装置較正が許す限りπ/２に近づくよう選択することができる。付加的に、いずれかのエキゾチックＸ線管ターゲットを使用する必要もあろう。
【００４３】
本発明による単色アプローチは拡散または収束入射ビームのいずれかが必要である。収束単色ビームはフォーカシング・モノクロメータ（ベントクリスタル）を使用して実現することができる。
【００４４】
１０２４チャネルのダイオード検出器アレイの典型的なサンプリング時間は約１ｍｓである。しかしサンプリング時間（サンプリングレートの逆数）はＸ線ビームの強度に依存する。強度が小さいとサンプリング時間が長くなる。この理由のため、特別のＸ線ラインを使用するのが有利な選択であろう（しかしこのことはエキゾチックターゲットの特性曲線を、例えばタングステンターゲット管の制動放射強度と比較して制限するものではない）１ｍｓから１ｓまでのサンプリング時間がリーズナブルである。
【００４５】
単色アプローチでの温度測定分解能の観点から、検出器を半導体上の測定スポットから離すように運動するのが最善である。しかし常に分解能と反射ビーム強との間のトレードオフの問題がある。必要ならば、データ収集時間を低減するため、すなわちサンプリングレートを高めるために分解能を犠牲にすることもできる。サンプリングレートは等温プロセス中、急速熱処理の定常状態中の温度測定に対して、また較正適用時には問題とならない。
【００４６】
要約すると、本発明の手段では、測定スポットはシリコン基板ウェハ２４の裏面または中心の近傍に配置される。Ｘ線源１２（密閉管）から到来する僅かに拡散したビームはベントモノクロメータ結晶２６により反射される。モノクロメータ結晶、反射、および回折角度の選択は次のように決定される。すなわち、ウェハに小さな測定スポット２８で到達する単色ビームが所望の波長を有するように決定されるのである。ベントモノクロメータ結晶２６の使用により、発せられた単色Ｘ線を測定スポットにフォーカスすることができる。Ｘ線ビーム束の外側にあるＸ線は測定スポットに異なる入射角度で収束する。しかしブラッグ条件を満たすビームだけが半導体ウェハ２４によって反射される。図１の実線が示すように、１つの特定のビームだけが所定温度に対してこの条件を満たす。相応する角度θは半導体格子定数ａ（Ｔ）に依存し、この格子定数自体が基板温度Ｔ（熱膨張）の関数である。したがって、高速マルチチャネル・フォトダイオードアレイ検出器を使用した反射角度θの測定は半導体基板温度を検出する。（ベント）モノクロメータ２６は、使用される単色Ｘ線の波長変化を回避するため所定の温度に維持しなければならない。最大ブラッグ角度θはまた、半導体基板温度が最小のときに得られる。式（１０ａ）によれば、基板温度が高くなると格子定数も大きくなり、式（７）により、ブラッグ角度は小さくなる。
【００４７】
本発明を上記の実施例に基づいて説明したが、当業者であれば請求項の枠内で本発明を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による原位置温度測定装置の概略図である。
【図２】入射Ｘ線および半導体ウェハから反射されたＸ線の角度を示す概略図である。
【図３】本発明の実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１２  Ｘ線源
１４  ダイオードアレイ検出器
１６  プロセスチャンバ
１８  窓
２４  ウェハ
２６  モノクロメータ
【図１】
2006194888.tif 000009
【図２】
2006194888.tif 000010
【図３】
2006194888.tif 000011