CN117321747A - 温度检测装置以及半导体处理装置 - Google Patents

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Abstract

提供能以高的精度检测半导体晶片的温度的温度检测装置。控制器在将光检测器中测定的光的光谱归一化时，将相当于绝对零度下的半导体的带隙能量的波长设为极小波长，将与极小波长相比短波长区域中的光强度的最小值确定为极小值，将相当于设想为温度测定范围的最高温度下的半导体的带隙能量与热能的差的波长设为第1最大波长，将从与第1最大波长相比短波长区域中的光强度的最大值取极小值的差分而得到的值确定为极大值，通过在对所测定的光的光谱进行与极小值的差分处理的基础上除以极大值，来进行归一化。

Description

温度检测装置以及半导体处理装置
技术领域
本发明涉及检测半导体晶片的温度的方法以及装置，特别涉及以在配置于真空容器内部的处理室内的样品台上表面载置半导体晶片的状态检测该半导体晶片的温度的方法以及装置、或者具备这样的温度检测机构的半导体处理装置。
背景技术
伴随智能手机等移动设备的普及、云技术的进展，在世界上正在推进半导体器件的高集成化，强烈谋求附随的高难度的半导体的加工技术。半导体的加工技术中包含蚀刻技术、曝光技术等多方面的技术，例如进行结晶化、原子扩散的加热技术成为一个重要的技术领域。
为了实现半导体的稳定的加工工艺，用于在处理中将处理对象维持在合适的温度范围内的温度控制的技术很重要。但使用热电偶测定温度的现有技术并不适合在量产半导体器件的半导体晶片的处理工序中采用。因此，谋求对半导体晶片非接触或非侵入地检测温度的技术。
作为这样的技术，考虑使用探测从半导体晶片辐射的热量来检测温度的辐射温度计。但在对半导体晶片进行处理来制造器件的工序中，一般在种种材料的熔点等处受到制约。在当前实施的典型的制造半导体器件的工序中，将半导体晶片的温度管理在500℃前后的值或这以下的值。在这样的温度中，存在难以用辐射温度计进行温度的稳定的检测的问题。
作为使用这样的辐射温度计的技术的代替的技术，使用半导体所吸收的电磁波的频率(波长)域中的区域端的频率的温度依赖性来稳定地检测温度的带端(band edge)评价技术近年受到关注。该技术是通过测定透过半导体晶片或散射反射的光的光谱并评价该光谱的吸收端来检测半导体晶片的温度的技术。
在此，光的光谱的吸收端依赖于温度是因为，半导体的带隙随着温度变高而变小，能激发更低能量的光子，由此，作为结果，吸收端向长的波长一侧移位。半导体的带隙已知在比器件温度近旁更高温下与温度大致成正比地变小。因此，若使用带端评价技术，在辐射温度计中难以进行稳定的检测的500℃以下的温度域，也能相对以高的精度检测半导体晶片的温度。
在干式蚀刻装置等制造半导体器件的制造装置中，作为使用上述的带端评价技术以高的精度检测半导体晶片的温度的技术，已知JP特表2003-519380号公报(专利文献1)、JP特开2018-73962号公报(专利文献2)记载的技术。在专利文献1中，通过设置专用的红外线光源来评价带端。在专利文献2中，将加热处理对象的半导体晶片的红外光灯作为光源，来评价带端。
在使用来自半导体晶片的透过光进行评价的情况下，光源与加热源的干涉、装置空间等成为问题，此外，在使用散射反射光进行评价的情况下，由于需要用于同时进行投光和分光的大的孔，因此，会变得难以确保基板的温度均匀性。因此，通过使用专利文献2所示那样的以加热处理对象的半导体晶片的红外光灯为光源的结构，能稳定地检测半导体晶片的温度。
此外，在US9239265号公报(专利文献3)中，公开了如下方法：在进行通过用检测到的光谱除以仅光源的光谱来进行的归一化的基础上，使用一次微分等来决定带端。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特表2003-519380号公报
专利文献2：JP特开2018-73962号公报
专利文献3：美国专利第9239265号说明书
非专利文献
非专利文献1：W.E.Hokeet al.，J.Vac.Sci.Technol.B28，C3F5(2010)
发明内容
发明要解决的课题
但在上述的现有技术中，由于关于如下那样的点的考虑不充分，因此会出现问题。
即，在将为了加热半导体晶片(以后仅称作晶片)而照射的电磁波或光用在晶片的温度的检测中的情况下，该照射的光的强度、光谱会依赖于加热晶片的条件。因此，在现有技术的方法中，温度稳定的检测变得困难，有可能不能精度良好地检测晶片的温度。
此外，在现有技术的方法中，预先准备具备与成为温度测定的对象的晶片同等的结构的晶片，算出该晶片的温度与吸收端波长的相关数据、例如标定式。在此基础上，基于由从作为实际的对象的晶片检测到的数据得到的吸收端波长和先前的相关数据来检测温度。但在该技术中，需要按每个加热晶片的条件预先算出相关数据。
作为具体例，在使用1个半导体处理装置对多个种类的晶片进行处理的情况下，半导体处理装置的使用者需要按设想要利用的每个晶片的种类或不同的处理的条件预先以半导体处理装置能再利用的方式算出上述的相关数据，并进行存储。在该情况下，有可能会缩短半导体处理装置的用于半导体器件的制造的运转时间，或损害灵活的利用。
进而，上述现有技术例如在W.E.Hoke et al.，J.Vac.Sci.Technol.B 28，C3F5(2010).(非专利文献1)中公开了将所测定的光谱用光强度的最大值和最小值进行归一化。其中，在进行归一化时，光强度成为最大值的波长由于依赖于所照射的光的强度、晶片的基板电阻、形成于晶片上的膜等，因此，需要用某些方法来规定进行归一化时的波长的范围。但关于该波长的合适的范围，在上述现有技术中并未详细考虑。
作为这些的结果，在上述现有技术中，存在损害晶片的温度检测的精度、或晶片的处理的成品率降低这样的问题。或者，在半导体处理装置中，关于会损害用于对晶片进行处理来制造半导体器件的运转时间、损害处理的效率这样的问题点，则并未考虑。
本发明的目的之一在于，提供能以高的精度检测半导体晶片的温度的温度检测装置。或者，提供能提升处理的效率的半导体处理装置。
本发明的前述和其他目的以及新的特征会从本说明书的记述以及附图得以明确。
用于解决课题的手段
若简单地说明本申请中公开的发明当中的代表性的实施方式的概要，则如下那样。
本发明的代表性的实施方式的温度检测装置具备：光源，其对半导体晶片照射光；分光器，其将对应于光的照射而从半导体晶片产生的透过光或散射反射光分光；光检测器，其测定在分光器分光的光；和控制器，其通过对光检测器中得到的第1光谱进行数值处理来确定带端波长，从带端波长检测半导体晶片的温度。控制器执行归一化处理、带端确定处理和温度算出处理。在归一化处理中，控制器将相当于绝对零度下的半导体的带隙能量的波长设为极小波长，将与极小波长相比短波长区域中的光强度的最小值确定为极小值，将相当于设想为温度测定范围的最高温度下的半导体的带隙能量与热能的差的波长设为第1最大波长，将从与第1最大波长相比短波长区域中的光强度的最大值取极小值的差分而得到的值确定为极大值，通过在对第1光谱进行与极小值的差分处理的基础上除以极大值，来进行归一化。在带端确定处理中，控制器基于归一化处理中得到的第2光谱来确定带端波长。在温度算出处理中，控制器通过比较预先取得的温度与带端波长的值的相关数据和带端确定处理中确定的带端波长，来检测半导体晶片的温度。
发明的效果
若简单说明通过本发明的代表性的实施方式得到的效果，则是能以高的精度检测半导体晶片的温度。
附图说明
图1A是表示实施例1所涉及的半导体处理装置的概略结构例的截面图。
图1B是表示图1A所示的半导体处理装置的更详细的结构例的截面图。
图2是表示在图1B所示的蚀刻装置中在半导体晶片为给定的温度的情况下透过半导体晶片的光的光谱的一例的图表。
图3是表示在图1B所示的蚀刻装置中通过将图2所示的光谱中的高电阻晶片的光谱用实施例1的方法归一化而得到的光谱的一例的图表。
图4是表示在图1B所示的蚀刻装置中通过将图2所示的光谱中的高电阻晶片的光谱用专利文献3记载的方法归一化而得到的光谱的一例的图表。
图5是表示比较图3所示的被归一化的光谱和图4所示的被归一化的光谱的结果的一例的图表。
图6是表示图3所示的被归一化的光谱的一部分的图表，是说明带端波长的确定方法的一例的图表。
图7是表示在图1B所示的蚀刻装置中使红外光灯的输出电力或输入电力在40到70％之间变化的情况下的、比较用实施例1的方法检测到的半导体晶片的温度和用接触热电偶检测到的半导体晶片的温度的一例的图表。
图8是表示对不同种类的半导体晶片比较用实施例1的方法检测到的半导体晶片的温度和用热电偶检测到的半导体晶片的温度的一例的图表。
图9是表示在图1B所示的蚀刻装置中以低电阻晶片为对象比较用实施例1的方法检测到的半导体晶片的温度和用热电偶检测到的半导体晶片的温度的一例的图表。
图10是在实施例2所涉及的半导体处理装置中表示图3所示的被归一化的光谱的一部分的图表，是说明带端波长的确定方法的一例的图表。
图11是比较从用图10所示的方法确定的带端波长得到的晶片的温度和用热电偶得到的晶片的温度的一例的图表。
图12是表示实施例3所涉及的半导体处理装置的概略结构例的截面图。
图13是表示从图12所示的加热装置得到的被归一化的光谱的分布的一例的图表。
图14是表示在图12所示的加热装置中比较通过将具有最大面积的0.55倍的积分值的波长确定为带端波长而得到的晶片的温度和加热板(hot plate)的温度的一例的图表。
图15是表示从图12所示的加热装置得到的被归一化的光谱的分布的一例的图表，是说明带端波长的确定方法的一例的图表。
图16是表示在图12所示的加热装置中比较通过根据基准温度下的基准波长与测定温度下的测定波长的波长差确定带端波长而得到的晶片的温度和加热板的温度的一例的图表。
图17是表示从图12所示的加热装置得到的被归一化的光谱的分布的一例的图表，是说明带端波长的确定方法的一例的图表。
图18是表示在图12所示的加热装置中使用基准温度下的第1光谱的极大值进行归一化、并比较通过根据基准温度下的基准波长与测定温度下的测定波长的波长差确定带端波长而得到的晶片的温度和加热板的温度的一例的图表。
具体实施方式
以下基于附图来详细说明本发明的实施方式。另外，在用于说明实施方式的全部附图中，对相同构件原则上标注相同附图标记，省略其重复的说明。
<实施方式的概要>
如上述那样，在将为了加热半导体晶片而照射的电磁波或光用在晶片的温度的检测中的情况下，该照射的光的强度、光谱依赖于加热晶片的条件。因此，在现有技术的方法中，存在难以稳定且精度良好地检测晶片的温度这样的问题。
此外，在现有技术的方法中，需要如下作业：按每个加热晶片的条件预先准备具备与成为温度测定的对象的晶片同等的结构的晶片，算出温度与吸收端(带端)波长的相关数据例如标定式。因此，有会缩短半导体处理装置以半导体器件的制造为目的而运转的时间、或有损灵活的利用这样的问题点。进而，在检测温度的过程中，在将所测定的透过光的光谱归一化时，关于进行归一化的波长的合适的范围，在现有技术中并未考虑。
作为这些的结果，在现有技术中，有如下那样的问题：会损害晶片的温度检测的精度；或者晶片的处理的成品率会降低；或者有损用于处理晶片来制造半导体器件的半导体处理装置的运转时间，从而损害处理的效率。针对这样的问题，发明人等在温度检测中也使用为了加热晶片而用的红外光，将包括使表面的膜的构造、种类或晶片构造不同的晶片在内的多个种类的晶片作为对象，评价了来自加热中的晶片的光的强度与温度的关系。
其结果判明了，透过光的光谱的形状由于依赖于对晶片照射的光的强度、晶片的种类而大幅改变，因此，在现有技术中，难以稳定地以高的精度检测晶片的温度。另一方面，发明人们通过限定合适的波长域实施归一化处理，得到如下那样见解：通过事前通过将单一的种类的晶片在单一的加热条件下加热而取得的带端波长的值与温度的相关数据，能使用共通的相关数据来稳定地以高的精度检测种类不同或加热条件不同的晶片的温度。
本发明基于这样的见解而得到。具体地，将测定透过晶片的光而得到的第1光谱在合适地确定的波长的范围进行平滑化以及归一化。然后，通过将通过平滑化以及归一化而得到的第2光谱用波长进行一次微分，来算出该一次微分的值成为最大的波长，在包含该波长的更长一侧的波长的范围内，将具有特定的强度的波长确定为带端波长。
在制造半导体器件时，在制造装置的运转之前，预先使用单一的种类的晶片取得温度与透过晶片的光的带端波长的值的相关数据、例如标定式。在实际制造半导体器件时，在使用制造装置处理晶片的运转中，测定透过晶片的光，用上述的方法确定带端波长，通过比较该确定的带端波长和预先取得的上述相关数据，来检测或判定晶片的温度。
在确定带端波长时，可以在反映了带隙的温度变化的波长的范围内，在归一化的第2光谱上取2点，将穿过这2点的直线与波长轴的截距确定为带端波长。这样的2点期望选择使得这些波长的差尽可能大的点。此外，也可以将归一化的第2光谱用波长进行积分，将积分值成为预先确定的基准值的波长确定为带端波长。
由于相当于半导体的吸收端的带端波长较强地依赖于半导体的带隙，因此，为了能稳定地检测带端波长，适合归一化的波长范围期望是尽可能窄的范围，且是能尽可能反应带隙的温度所引起的变化的程度宽的区域。因此，从通过测定而得到的第1光谱确定光强度的极小值以及极大值，通过在对第1光谱进行了与极小值的差分处理的基础上除以极大值，来将第1光谱归一化，得到归一化的第2光谱。
在此，极小值在第1光谱中被设定成比相当于绝对零度处的带隙的波长短的波长的范围内的光强度的最小值。其理由在于，在这样的波长的范围内，由于半导体吸收光，因此，原理上得不到透过光的光谱。另一方面，将相当于设想为温度测定范围的最高温度下的半导体的带隙与热能的差的波长作为最大波长，极大值设定为从比该最大波长短的波长的范围的光强度的最大值取上述极小值的差分的值。其理由在于，半导体的带隙随着温度上升而变小，认为给吸收端带来影响的是从该温度下的带隙偏离该温度下的热能的相应量的能量的范围。
(实施例1)
使用图1到图8来说明实施例1。实施例1涉及敷设有基于红外光灯的加热光源的蚀刻装置、即半导体处理装置或半导体制造装置中的加热时的半导体晶片的温度评价。
<半导体处理装置的概略结构>
图1A是表示实施例1所涉及的半导体处理装置的概略结构例的截面图。该半导体处理装置例如是蚀刻装置等。该半导体处理装置具备：用于处理半导体晶片103的处理室101；晶片载台102；作为光源或加热光源的红外光灯104；等离子源105；板构件106；光路107；分光器108；光检测器109；和控制器110。晶片载台102设置于处理室101内，是处理对象，搭载也是温度的测定对象的半导体晶片103。
等离子源105设置于晶片载台102的上方，使用处理用的气体来形成等离子。板构件106设置于处理室101与等离子源105之间，包含导入处理用的气体的多个贯通孔。红外光灯104设置得包围板构件106的外周，通过对晶片103照射光来加热晶片103。光路107安装于晶片载台102的内部。
分光器108将对应于来自红外光灯104的光的照射而从晶片103产生的透过光或散射反射光、该示例中是经由光路107传输的透过光分光。光检测器109测定在分光器108分光的光。控制器110例如通过包含处理器以及存储器的计算机实现，控制半导体处理装置整体。
作为其中之一，控制器110通过对光检测器109中得到的光谱(第1光谱)进行数值处理来确定带端波长，从该带端波长来检测晶片103的温度。此外，控制器110也可以通过反馈该晶片103的温度的检测结果而控制红外光灯104等，来控制晶片103的温度。
在图1A中，红外光灯104配置成圆环型，但只要能得到透过光光谱，则也可以对应于目的设置在晶片载台102的正上方、旁边。此外，在此，将作为加热源的红外光灯104的红外光用作光源，但也可以在夹着晶片103与分光器108相反一侧设置外部红外光源。此外，也可以在以晶片103为基准与分光器108相同一侧设置外部红外光源，基于通过经过光路107对晶片103的背面照射光而得到的散射反射光的光谱来确定带端波长。
此外，在图1A中，红外光灯104、分光器108、光检测器109以及控制器110构成检测晶片103的温度的温度检测装置。在图1A的示例中，该温度检测装置装入蚀刻装置，但并不限于蚀刻装置，也可以装入种种半导体处理装置或半导体制造装置。进而，还能以温度检测装置单体来使用。
图1B是表示图1A所示的半导体处理装置的更详细的结构例的截面图。图1B所示的半导体处理装置是蚀刻装置100。在图1B中，处理室101是配置在构成真空容器的下部的底部腔室111内的室，在室内设置有在上表面搭载晶片103的晶片载台102。此外，放电室105是配置在构成真空容器的上部的圆筒型的石英腔室112内的室，在室内，能通过ICP放电方式形成等离子113。放电室105在图1A中也是设置在处理室101的上方的等离子源。
在石英腔室112的外侧设置ICP线圈134。在ICP线圈134经由匹配器122连接用于等离子生成的高频电源120。高频电力的频率使用13.56MHz等数十MHz的频率带。在石英腔室112的上部载有构成真空容器的上部且构成放电室(等离子源)105的盖的顶板118，以使将石英腔室112外侧的气氛与被减压的内部之间气密地密封。在顶板118的下方且放电室105的上方设置有气体分散板117和簇射板119。处理气体经由气体分散板117和簇射板119并经过放电室105内部被导入处理室101内。
处理气体流过按每个气体种类准备的气体供给用的管路内，通过在这些管路上各自配置的质量流量控制器来按流过管路内的每个种类调节气体的每单位时间的流量(流量速度)。在图1B的示例中，这些管路和各管路上的质量流量控制器作为配置于1个箱体的内部的质量流量控制器组件150与构成真空容器的上部的石英腔室112、进而与放电室105连结。
此外，在将质量流量控制器组件150与放电室105之间连结的管路上至少配置1个气体分配器151。从气体分配器151延伸的管路与具有圆筒形的放电室105的容器中心附近和其外周连接。由此，能分别独立地控制供给到位于这些连接部位的下方的放电室105内部的中心部以及外周部的各个气体的流量、组成，并进行供给，能详细地调节放电室105内的自由基的空间的分布。
另外，在图1B的示例中，在质量流量控制器组件150内部并列地配置作为处理气体的NH3、H2、CH2F2、CH3F、CH3OH、O2、NF3、Ar、N2、CHF3、CF4、H2O的各气体用的管路以及质量流量控制器。其中，在蚀刻装置100，也可以对应于在晶片103的处理中要求的规格，使用上述的气体以外的气体。
处理室101的下部为了将处理室101内部减压而经由真空排气配管116与排气泵115连接。排气泵115例如包含涡轮分子泵、机械增强泵、干式泵。进而，为了调整处理室101。放电室105内部的压力，在排气泵115的上游侧的真空排气配管116上配置具备使真空排气配管116的流路截面积变化来调节每单位时间的排气的量(排气的流量速度)的阀的调压阀114。
在晶片载台102的上方配置有将放电室105与处理室101之间连通并用于使在放电室105内形成的等离子113内的粒子流向处理室101的流路175。在处理室101的上方且在ICP线圈134的下方设置红外光灯组件，其配置成环状，以使得在该流路175的外周侧将其包围，用于加热晶片103。红外光灯组件主要包含：红外光灯104；反射来自红外光灯104的光或电磁波的反射板163；包含石英等具有透光性的构件且具有在红外光灯104的下方构成处理室101的顶板面的部分以及构成流路175的内周侧壁的部分的红外光透过窗174。
红外光灯104使用在流路175的外周侧环状包围其的具有圆圈型(圆形状)的灯。另外，从红外光灯104辐射的光或电磁波放出以可见光区域到红外光区域为主的光。另外，详细地，红外光灯104水平方向上具有从内周侧向外周侧同心状配置了3重的红外光灯104-1、104-2、104-3。但并不限于3重结构，也可以是2重结构、4重结构等。反射板163设置于红外光灯104的上方，将从红外光灯104辐射的光或电磁波向下方、即搭载于晶片载台102的晶片103反射。
在红外光灯104电连接红外光灯用电源164，在其中途设置用于使得伴随等离子生成用的高频电力的噪声不会流入红外光灯用电源的高频截止滤波器125。此外，红外光灯用电源164具备能分别独立控制供给到红外光灯104-1、104-2、104-3的电力这样的功能，能调节加热晶片103的量的径向分布。另外，在图1B中，省略伴随该功能的一部分布线的图示。
另外，在位于被红外光灯组件包围的部位的中央部的流路175设置有在给定的位置形成多个贯通孔或狭缝的板构件106，详细地，设置有狭缝板。板构件106通过多个贯通孔或狭缝来抑制石英腔室112内部的放电室105中形成的等离子113中的离子、电子等带电粒子的通过，使中性的气体、中性的自由基通过并导入处理室101内，供给到晶片103上。
在晶片载台102，在内部配置为了冷却晶片载台102的金属制的基材而供给的冷媒的流路139。流路139与作为冷媒的温度调节机构的冷却器138连接，构成为对内部循环供给将温度调节为给定的范围内的值的冷媒。此外，为了将晶片103通过静电吸附固定，将板状的电极板130分别埋入晶片载台102内部，分别在其连接DC电源131。
在晶片103的处理中，为了将晶片103的温度效率良好地调节成适于处理的范围内的值，对晶片103的背面与晶片载台102之间供给He气体等具有热传递性的气体。此外，在将晶片103保持吸附于晶片载台102的上表面不变地进行了晶片103的加热、冷却时，为了不伤到晶片103的背面，将晶片载台102的上表面用聚酰亚胺等树脂进行涂层。
在晶片载台102的内部设有用于检测晶片载台102的温度的热电偶170，该热电偶170与热电偶温度计171连接。进而，在晶片载台102内部，石英棒185以及贯通孔191贯通基材地配置多个(该示例中3个)。石英棒185以及贯通孔191构成接受从红外光灯104辐射且透过晶片103的光的受光器、以及传输所接受的光的图1A中的光路107。在贯通孔191内安装与石英棒185连接的光纤192。在图1B的示例中，贯通孔191分别配置在与晶片103的中心部附近、晶片径向的中间部附近、晶片外周附近这3部位对应的晶片载台102的3部位。
从红外光灯104辐射且透过红外光透过窗174照射到处理室101内的晶片载台102上的晶片103的光透过晶片103，入射到贯通孔191内部的石英棒185的上表面，在受光器被接受。所接受的光经过与石英棒185连接的光纤192向与光纤192的另一端连接的分光器108传输，按预先确定的多个波长的每一者进行分光。所分光的光被送往光检测器109。然后，通过光检测器109测定各波长的光强度，来得到表征每个波长的光强度的光谱(第1光谱)的数据。
此外，在图1B的示例中，在光纤192的中途设置光多路复用器198，构成为针对所分光的光，能对分光晶片103的中心部、中间部、外周部的哪个部位处的光进行切换。另外，将分光器108以及光检测器109的组设置成用于中央部、中间部、外周部的各自，同时，构成为从在3部位的受光器接受到的光检测光谱的数据。
进而，图1B所示的蚀刻装置100具备控制蚀刻装置100整体的控制器110。控制器110控制高频电源120。匹配器122、DC电源131、调压阀114、排气泵115、质量流量控制器组件150、气体分配器151、红外光灯用电源164或未图示的闸门阀这样的各部位的动作、输出的大小。
此外，控制器110接收热电偶温度计171、光检测器109的输出，基于该输出所表征的测定数据来生成用于将电源、阀、泵等的动作调节成适于处理的动作的指令信号。进而，控制器110对应于基于来自光检测器109的信号检测到的晶片103的温度，来变更、调节导入处理室101或放电室105的气体的种类、组成、真空容器内的压力等处理的条件。
晶片载台102的温度期望组合红外光灯104和冷却器138来控制。这时，控制器110可以将基于来自光检测器109的信号得到的晶片103的温度和由热电偶温度计171检测到的晶片载台102的温度互补地组合，来控制与晶片103的温度有相关的晶片载台102的温度。此外，控制器110也可以通过反馈基于来自光检测器109的信号得到的晶片103的温度来控制红外光灯用电源164，由此调节晶片103的温度。
在对晶片103进行处理时，例如，将氩导入处理室101内，进行晶片103的加热。其中，气体分子的光的吸收波长由于与半导体的吸收端波长比较存在于长波长侧，因此，给实施例1所示那样的基于带端波长的温度的检测带来的影响小。因此，导入处理室101内且在晶片103的加热时使用的气体能使用多个种类。
<半导体处理装置的概略动作>
在图1B所示的蚀刻装置100，装载于被减压的处理室101内的晶片载台102上的晶片103在晶片载台102上使用静电来吸附并保持。之后，对放电室105内供给处理用的气体，在放电室105内部使用处理用的气体来形成等离子113。等离子113中的活性种(自由基)等中性的粒子经过板构件106的贯通孔或狭缝从放电室105导入处理室101内，吸附于晶片103上表面的处理对象的膜的表面，从而形成化合物层。
处理室101内的处理用的气体或等离子的粒子通过排气泵115的动作而被排气，惰性气体的Ar气体经过放电室105被导入处理室101内，处理室101内被调整出适合晶片103的加热的范围的压力。之后，通过对红外光灯104供给来自红外光灯用电源164的电力，对晶片103照射从红外光灯104辐射的光，来加热晶片103。若晶片103的温度成为给定的范围内的值，则化合物层升华，从而从处理对象的膜层的表面脱离而被除去，通过持续动作的排气泵115排出到处理室101外部，由此，处理对象的膜层的蚀刻推进。
照射到晶片103并透过晶片103的光在包含石英棒185的受光器被接受，在传输到分光器108后，在光检测器109测定所分光的光，得到表征每个波长的光强度的光谱(第1光谱)的数据。控制器110基于该光谱的数据来确定光的带端波长。
然后，控制器11通过比较所确定的带端波长、和预先取得的带端波长的值与晶片103的温度的相关数据例如标定式，来检测与所确定的带端波长对应的晶片103的温度。进而，控制器110通过基于检测到的温度的信息使红外光灯104的输出、或冷却器138所调节的冷媒的温度的设定增减，来将晶片103的温度调整为适于上述化合物层的脱离、除去的范围内。
<温度检测方法的细节>
以下说明如下方法的细节：控制器110通过对光检测器109中得到的光谱(第1光谱)进行数值处理来确定带端波长，从该带端波长检测半导体晶片103的温度。
图2是表示在图1B所示的蚀刻装置中半导体晶片为给定的温度的情况下透过半导体晶片的光的光谱的一例的图表。即，在图2示出在上述蚀刻装置100的晶片载台102搭载硅制的半导体晶片103并在通过红外光灯104加热时在光检测器109测定透过晶片103的光而得到的光谱(第1光谱)的一例。在图2中，横轴是波长，纵轴是光强度。具体地，在图2中示出晶片103的温度为60℃时的光谱。
在图2中，所使用的半导体晶片103的电阻率为30Ωcm(以下称作高电阻晶片)以及0.019Ωcm(以下称作低电阻晶片)，红外光灯104的输出电力或输入电力设定为最大值的70％和40％。在图2中，在1380nm近旁看到的凹陷是配置于晶片载台102的内部且接受透过晶片103的透过光的受光器即图1B中石英棒185的基于水分的吸收分量，该吸收的量通过使用无水石英来减少。
如图2所示那样，即使晶片103的温度相同，若从红外光灯104照射的光的强度、晶片103的种类不同，透过光的光谱的形状也大幅不同。特别在所使用的晶片103是高电阻晶片的情况下，光强度的最大值在红外光灯104的输出电力为70％的情况下，如圆圈记号所示那样成为1280nm附近，与此相对，在40％的情况下，如三角记号所示那样成为1450nm近旁。即，对应于红外光灯104的输出电力、进而对应于所辐射的光的强度、晶片103的种类即构造、结构，光检测器109中得到的光谱中的成为最大的光强度的波长不同。
据此，例如在非专利文献1那样使用光强度的极大值或极小值进行归一化的情况下，需要设定合适的波长的范围来确定极大值或极小值。此外，由于直到从红外光灯104辐射的光被按每个给定的波长区分而检测为光谱为止的光路上的吸收等，所测定的光谱也根据来自红外光灯104的光的强度而不同。因此，专利文献2记载那样的利用了从红外光灯104辐射的光的光谱的归一化也并不容易。即，对于来自根据晶片103的目标的温度等条件而光强度发生变化的红外光灯104的光，按每个该条件需要成为基准的光谱。
[关于归一化处理]
图3是表示在图1B所示的蚀刻装置中通过将图2所示的光谱中的高电阻晶片的光谱用实施例1的方法归一化而得到的光谱的一例的图表。即，在图3中，示出控制器110以图2所示的2个高电阻晶片的光谱(第1光谱)为对象分别进行归一化处理而得到的2个光谱(第2光谱)。图4是表示在图1B所示的蚀刻装置中将图2所示的光谱中的高电阻晶片的光谱用专利文献3记载的方法归一化而得到的光谱的一例的图表。
在实施例1的方法中的归一化时，首先确定极小值以及极大值。关于极小值，绝对零度下的硅的带隙是1.17eV，作为波长，相当于1060nm。因此，在图2中，控制器110将比1060nm短波长区域中的光强度的最小值、具体例如1000nm以下的波长区域的光强度的平均值确定为极小值。另外，在说明书中，将与该绝对零度下的硅的带隙对应的波长即1060nm称作极小波长。
另一方面，关于极大值，加热晶片103到达的最高温度最多也就是500℃前后。换言之，设想为温度测定范围的最高温度为500℃前后。500℃下的硅的带隙是1.01eV，作为波长，相当于1230nm。在说明书中，将与该最高温度下的硅的带隙对应的波长即1230nm称作极大波长。
在此，带隙伴随温度变高，通过热能而带端发生扩展。因此，控制器110将相当于从500℃下的带隙1.01eV取500℃下的热能0.07eV的差的0.94eV的波长1320nm作为最大波长(第1最大波长)，将从比该最大波长短波长区域中的光强度的最大值取上述极小值的差分而得到的值确定为极大值。
作为具体例，在图2中，将高电阻晶片且70％的情况的极大值确定为从圆圈记号所示的光强度的最大值取1000nm以下的波长区域中确定的光强度的极小值的差分的而得到的值。另一方面，高电阻晶片且40％的情况的极大值不是基于三角记号所示的1450nm近旁的光强度而是基于比最大波长(第1最大波长)1320nm短波长区域中的光强度的最大值来确定。
控制器110使用这样确定的极小值以及极大值来进行归一化。具体地，控制器110在进行归一化前，首先对从光检测器109得到的光谱(第1光谱)，以能判别光谱的最大值的程度来执行基于移动平均的平滑化处理。更详细地，图2所示的光谱是执行该平滑化处理后的光谱。
然后，控制器110对从光检测器109得到的光谱(第1光谱)、更详细地是对执行平滑化处理后的光谱，通过在进行与上述极小值的差分处理基础上除以极大值，来将第1光谱归一化。即，进行归一化，使得极小值成为0、极大值成为1.0。其结果，能得到图3所示那样的归一化的光谱(第2光谱)。
另一方面，在图4中，在用专利文献3记载的方法归一化的情况下，例如预先取得红外光灯104的输出电力为70％的情况下辐射的光的光谱，共通地使用该取得的光的光谱，来将按每个输出电力从光检测器109得到的光谱分别归一化。若比较图3和图4，则可知，在专利文献3记载的方法中，由于使用从设定成某输出电力的红外光灯104辐射的光的光谱来将光检测器109中得到的光谱归一化，因此，若红外光灯104的输出电力、即所辐射的光的强度不同，则归一化的光谱的形状也大幅不同。
图5是表示比较了图3所示的被归一化的光谱和图4所示的被归一化的光谱的结果的一例的图表。在图5中，示出在图3所示的光谱中用红外光灯的输出电力为70％的情况的每个波长的光强度除以40％的情况的每个波长的光强度而得到的值、和在图4所示的光谱通过同样的运算而得到的值。在此，不管是红外光灯104的输出电力为70％和40％的哪一者的情况，通过使热电偶与晶片103接触，都确认到晶片103的温度为60℃。
如图5所示那样，以实线示出的用实施例1的方法归一化的结果和虚线所示的用专利文献3记载的方法归一化的结果进行比较，可知在红外光灯104的输出电力不同的情况下，能显著减少在各输出电力下得到的归一化的光谱(第2光谱)间的差分。即，通过用实施例1的方法归一化，即使是从红外光灯104辐射的光的强度不同的情况，也能与某温度这里是60℃对应地得到具有更接近的形状的归一化的光谱。其结果，基于归一化的光谱检测到的晶片103的温度也能不依赖于所辐射的光的强度来高精度地得到。
[关于带端确定处理]
图6是表示图3所示的被归一化的光谱的一部分的图表，是说明带端波长的确定方法的一例的图表。图6是从图3中的红外光灯104的输出电力为70％的情况的归一化的光谱中提取900到1300nm的波长的范围的图表。在纵轴采用的参数是作为归一化的光谱的大小的强度，以0到1.0的范围内的值表征。控制器110在归一化的光谱中，将在反应上述的吸收端的极小波长到极大波长的范围即1060到1230nm的范围内光谱强度成为特定强度该示例中成为0.2的波长确定为带端波长。
关于确定该特定强度的方法，实施例1中所用的晶片103的具有圆形的基材是硅(Si)制的，该硅由于具有间接过渡型的带隙，因此，短波长区域中，反映基于声子的吸收而光谱的上升沿变钝。因此，为了避免这样的声子吸收的影响，控制器110进行边界条件处理。在边界条件处理中，控制器110通过将归一化的光谱用波长进行1次微分，来算出1次微分的值成为最大的拐点，基于该拐点处的光谱强度来确定特定强度。
具体地，为了避免声子吸收的影响，特定强度期望是该拐点处的光谱强度以上的值、即用于从除了短波长区域以外的区域确定带端波长的值。换言之，带端波长优选确定为在包含该拐点处的波长的更长侧的波长的范围内具有特定强度的波长。另一方面，若特定强度与拐点相比变得过大，相对于温度的变化的光谱强度的变化就会变小。在此，在所设想的晶片103的温度测定范围中，归一化的光谱在强度为0.15到0.2的范围内取拐点。因此，在图6的示例中，从能取拐点的强度的范围中将最大的强度即0.2确定为特定强度。
[关于温度算出处理]
在实施例1中，在实际上制造半导体器件之前，取得晶片103中的温度与带端波长的值的相关数据、例如标定式。具体地，例如准备与处理对象的晶片103相同的晶片、或具备同等的结构的晶片103。然后，在将该晶片103使用加热板等温度调节机维持在给定的温度范围内的状态下，使用给定的光强度的红外线光源来算出晶片103中的温度与带端波长的值的相关数据例如标定式。
之后，在实际制造半导体器件时，由图1B所示的光检测器109测定来自成为处理对象的晶片103的透过光的光谱。控制器110在对该测定出的光谱进行图3叙述那样的归一化处理后，对归一化的光谱用图6叙述那样的方法确定带端波长。这时，确定带端波长时的特定强度例如0.2预先固定地确定。然后，控制器110比较该确定的带端波长和上述相关数据，将带端波长换算成温度，由此来执行检测晶片103的温度的温度算出处理。
另外，关于利用了上述的加热板的晶片103的温度与带端波长的值的相关数据的算出的细节在实施例3之后叙述。此外，上述的相关数据只要晶片103的种类、例如基板电阻的值相同，则不管红外光灯104的输出电力进而所照射的光的强度如何，都能共通地使用。进而，上述的相关数据的细节之后叙述，但不管晶片103的种类如何，都能共通地使用。其中，也可以根据求得的温度的检测精度，准备与晶片103的种类相应的多个相关数据。
<实施例1的温度检测方法的验证结果>
图7是在图1B所示的蚀刻装置中使红外光灯的输出电力或输入电力在40到70％之间变化的情况下的、比较了用实施例1的方法检测到的半导体晶片的温度和用接触热电偶检测到的半导体晶片的温度的一例的图表。在用接触热电偶的情况下，在形成于硅制的晶片103的切口的内侧用胶合剂使热电偶附着，来检测晶片103的内侧的温度。
如图7所示那样，用实施例1的方法检测到的温度和用热电偶检测到的温度即使是来自红外光灯104的光强度的条件不同的情况，也收在能将两者视作相等的温度的程度的较小的差的范围内。如此地，通过使用实施例1的方法，不依赖来自红外光灯104的光强度，就能以高的精度检测晶片103的温度。
图8是表示对不同种类的半导体晶片比较了用实施例1的方法检测到的半导体晶片的温度和用热电偶检测到的半导体晶片的温度的一例的图表。在图8所示的示例中，作为晶片103，使用了具有0.019Ωcm的电阻率的低电阻晶片、在该低电阻晶片上用LPCVD法制膜400nm膜厚的SiN膜的晶片以及在该低电阻晶片上用PECVD法制膜100nm膜厚的SiN膜的晶片。此外，使用了如下方法：对这些晶片103使用实施例1的方法来确定带端波长，基于使用高电阻晶片算出的相关数据例如标定式来将带端波长换算成温度。
如图8所示那样，根据透过多种类的晶片103的红外光用单一的标定式检测到的晶片103的温度和用接触热电偶检测到的温度收在能将两者视作相等的温度的程度的较小的差的范围内。如此地，通过使用实施例1的方法，即使是晶片103的种类不同的情况，也能使用单一的标定式以高的精度检测晶片103的温度。
图9是表示在图1B所示的蚀刻装置以低电阻晶片为对象比较了用实施例1的方法检测到的半导体晶片的温度和用热电偶检测到的半导体晶片的温度的一例的图表。在图9中，在各绘制点，在横轴示出用实施例1的方法检测到的温度，在纵轴示出用热电偶检测到的温度。具体地，首先，在蚀刻装置100设置低电阻晶片，为了使得其温度成为给定的温度例如40℃附近，在使用实施例1的方法检测晶片的温度的同时，一边基于检测结果对红外光灯104进行反馈控制一边加热晶片。
在该反馈控制时，在光检测器109逐次测定透过晶片的光的光谱，以所测定的光谱为对象，用图3叙述那样的方法进行归一化。此外，以归一化的光谱为对象，如图6叙述的那样，例如通过将特定强度设为0.2来确定带端波长，将该带端波长使用单一的标定式变换成温度。然后，将这样的反馈控制收敛的时间点处的反馈控制的目标温度在图9的横轴中的40℃附近用黑三角记号绘制。此外，在该反馈控制收敛的时间点，使用热电偶检测晶片的温度而得到的值示出为图9的纵轴的值。
然后，在将图6中叙述的特定强度的值确定为0.5以及0.8的基础上进行这样的动作的结果分别成为在图9的横轴中的40℃附近示出的圆圈记号的绘制以及四方记号的绘制。进而，在变更特定强度的值的同时，一边改变反馈控制的目标温度一边进行同样的动作，能得到图9所示那样的图表。如图9所示那样，可知即使是改变了目标温度、特定强度的情况，用实施例1的方法检测到的温度也成为能视作与用热电偶检测到的温度大致相当的范围内的值。
<实施例1的主要的效果>
如以上那样，在实施例1中，由加热用的红外光灯104进行照射，测定透过半导体晶片103的光的光谱，设定合适的波长的范围来将该光谱归一化，从归一化的光谱确定带端波长，通过和预先取得的带端波长的值与晶片103的温度的相关数据进行比较，来检测晶片103的温度。由此，能以高的精度检测晶片103的温度。此外，在半导体处理装置中，能使处理的效率提升。
具体地，即使改变照射到晶片103的光、电磁波的条件、晶片103的种类、形成于晶片103上的膜的种类、构造，也能稳定地换言之稳健地检测温度。此外，即使是改变了确定带端波长时的解析参数的情况，也能某种程度稳定地检测温度。进而，能使用单一的晶片103中算出的标定式来以高的精度检测种类不同的多个晶片103的温度。而且，这时，不再需要如现有技术那样按晶片103的每个加热条件准备来自红外光灯104的成为基准的光谱的作业、按晶片103的每个种类、晶片103的每个加热条件准备标定式的作业等，处理的效率提高。
(实施例2)
<温度检测方法的细节>
使用图10、图11来说明实施例2。在实施例2中，与实施例1中的图1B的情况同样，使用能用配置于处理室101的上方的红外光灯104对在晶片载台102上装载的半导体晶片103进行加热的蚀刻装置100。然后，通过红外光灯104进行照射，基于透过半导体晶片103的光或电磁波的光谱来检测晶片103的温度。
详细地，在实施例2中，也与实施例1的情况同样，由配置于晶片载台102内部的受光器接受透过晶片103的来自红外光灯104的光或电磁波，将该光或电磁波通过分光器108分光成多个波长，由光检测器109测定表示每个波长的光强度的光谱(第1光谱)。然后，控制器110将该测定的光谱归一化，从归一化的光谱(第2光谱)的数据确定带端波长，通过和预先取得的带端波长的值与晶片103的温度的相关数据例如标定式进行比较，来检测晶片103的温度。但在实施例2中，和实施例1相比，该带端波长的确定方法不同。
[关于带端确定处理]
图10是在实施例2所涉及的半导体处理装置中表示图3所示的被归一化的光谱的一部分的图表，是说明带端波长的确定方法的一例的图表。图10与图6的情况同样，从图3中的红外光灯104的输出电力为70％的情况的归一化的光谱中提取了900到1300nm的波长的范围。
如图10所示那样，控制器110以归一化的光谱的数据为对象，在实施例1中说明的反映吸收端的极小波长到极大波长的范围、即1060到1230nm的波长的范围内选择具有特定的光谱强度的2点。然后，控制器110将在穿过所选择的2点的线性1次的特性中光强度成为0的波长、即穿过该2点的直线与横轴的交点处的波长的值确定为带端波长。
在此，该2点中的短的波长的点与实施例1中的图6的情况同样，期望基于将归一化的光谱用波长1次微分的而得到的值成为最大的点、即拐点来进行选择。另一方面，关于该2点中的长的波长侧的点，在实施例2中，晶片103的温度所到达的最高值最多也就是500℃前后，500℃下的硅(Si)的带隙为1.01eV，这相当于极大波长即1230nm。带隙伴随温度变高，通过热能而带端扩展。因此，将相当于带隙的值与500℃下的热能值0.07eV的和的1.08eV的波长即1150nm设为最大波长(第2最大波长)，优选将长的波长侧的点确定为该最大波长，或者在比该最大波长短的波长的范围内选择长的波长侧的点。
<实施例2的温度检测方法的验证结果>
图11是比较了从用图10所示的方法确定的带端波长得到的晶片的温度和用热电偶得到的晶片的温度的一例的图表。在此，从作为0.2到0.8的范围内的光谱强度的值的3个值中选择2个值，对所选择的各个组，基于用图10所示的方法确定的带端波长来检测晶片103的温度，并且，还根据来自与晶片103接触的热电偶的输出来检测温度。在图11的示例中示出用这2种方法检测到的温度。
如图11所示那样，在光谱强度为0.2和0.4的组的情况，能得到与用热电偶得到的晶片103的温度大致相等的温度。另一方面，在使用光谱的强度为0.6和0.8的点的组的情况下，与使用光谱强度为0.2和0.4的组的情况比较，与带端波长对应的温度的值更大地偏差。认为这是因为，由于构成透过晶片103的光所穿过的晶片载台102内部的光路的物质而光的吸收的程度不同，此外，根据晶片103(低电阻晶片)的自由载流子而光的吸收的程度不同，其结果，归一化的光谱的线性会走样。
在非专利文献1中，记载了对透过光的光谱使用切线来确定带端的方法，但在上述那样使用在窄的波长的范围定义的切线的情况下，存在难以稳定检测半导体晶片103的温度的波长的区域。此外，在图11中示出使用光谱强度为0.2和0.8的组的情况下检测到的晶片103的温度。在使用光谱强度为0.2和0.8的点的组的情况下，也能得到与用热电偶得到的晶片103的温度大致相等的温度。
根据以上可知，若使用光谱强度为0.2和0.8的组，则在使用窄的波长的范围时，即使包含难以进行稳定的检测的长的波长的范围、即0.6与0.8的组，与用热电偶检测到的温度的差也变得足够小，能得到两者能视作大致相等的程度一致的温度的值。根据这样的结果，如实施例2那样，在将归一化的光谱的一部分范围用1次直线近似、基于该直线来确定带端波长的情况下，定义在尽可能宽的波长的范围内近似的直线在稳定地检测温度上优选。
另一方面，在从吸收端显著偏离的波长的范围内，由于温度所引起的光的光谱的形状的变化变小，因此，依然难以进行稳定的晶片103的温度的检测。因而，优选如实施例2所示那样，选择2点，使得在1点中包含相当于带隙与设想为晶片103的温度测定范围的最高温度处的热能之和的点即与最大波长即1150nm对应的点，或者光谱强度为0.8的点。此外，该2点中的另1点优选基于图6中叙述的拐点例如光谱强度为0.2的点来确定。而且，优选基于穿过该2点的线来确定带端波长。
(实施例3)
接下来，使用图12到14来说明实施例3。在实施例3中，取代实施例1中说明的蚀刻装置100的红外光灯104，在晶片载台内部配置用于加热半导体晶片的加热器即加热板。即使是使用这样的晶片载台来从透过在晶片载台上装载的晶片的光或电磁波的光谱确定带端波长的情况，也能检测晶片的温度。
<半导体处理装置的概略结构>
图12是表示实施例3所涉及的半导体处理装置的概略结构例的截面图。图12所示的半导体处理装置、详细地是加热装置300具备：晶片载台301、红外光源303、光路304、分光器305、光检测器306和控制器307。晶片载台301例如具备圆柱的形状，在圆形的上表面搭载作为温度的被检测对象的半导体晶片302。红外光源303配置于晶片载台301的上方，对晶片302照射光或电磁波。
光路304具备安装于晶片载台301的内部的光纤。分光器305与光路304连接，将在安装于光纤的前端的具有带透光性的构件的受光部接受到的光分光。光检测器306测定在分光器305分光的光的强度。控制器307通过对光检测器306中得到的光谱(第1光谱)进行数值处理来确定带端波长，从该带端波长检测晶片302的温度。
图12成为使用内置包含加热器的加热板的晶片载台301加热在上表面装载的晶片302的结构。但进行加热的结构即使是加热器以外的结构，效果也没有改变，这点不言自明。此外，图12成为从由配置于晶片302的上表面侧的上方的红外光源303辐射且透过晶片302的光或电磁波来测定光谱的结构。但也可以是在晶片302的背面侧的晶片载台301内部配置红外光源并测定对晶片302的背面进行照射而得到的散射反射光谱的结构。
<温度检测方法的细节>
[关于带端确定处理]
图13是表示从图12所示的加热装置得到的被归一化的光谱的分布的一例的图表。在进行归一化时，使用与实施例1中的图3中叙述的方法同样的方法。即，控制器307通过将光检测器306中得到的光谱用图3中叙述的方法归一化，能得到图13所示那样的归一化的光谱(第2光谱)。但在实施例3中，从该归一化的光谱确定带端波长的方法与实施例1以及实施例2不同。
即，在实施例3中，如图13所示那样，控制器307通过在归一化的光谱中在反映上述的吸收端的极小波长到极大波长的范围即1060到1230nm的范围按照区分求积法进行基于波长的积分，来算出图表上的该范围的部分的面积，将其作为最大面积。此外，控制器307将在该基准面积上乘以0＜K＜1的值的系数K而得到的值作为基准面积。然后，控制器307将极小波长起的积分值成为该基准面积的波长确定为带端波长。在图13的示例中，作为系数K，使用1/2的值。
在实施例3中，在硅(Si)制的晶片302上形成包含单一或多层的膜的特定的构造，能产生源于晶片302上的构造的干涉图案。特别在产生这样的干涉图案的情况下，通过使用上述那样的积分法，能抵消干涉所引起的光谱强度的振动的效果。
另外，基准面积例如可以预先通过实验固定地确定。在该情况下，每当实际测定晶片302的温度，就对光检测器306中得到的光谱(第1光谱)以1060nm为起点进行积分，将积分值达到基准面积时的波长确定为带端波长即可。或者，也可以每当实际测定晶片302的温度，就对光检测器306中得到的光谱算出最大面积，从该最大面积算出基准面积，从该基准面积确定带端波长。
<实施例3的温度检测方法的验证结果>
图14是表示在图12所示的加热装置中比较了通过将具有最大面积的0.55倍的积分值的波长确定为带端波长而得到的晶片的温度和加热板的温度的一例的图表。具体地，对从红外光源303照射且透过在表面上具有特定构造的硅制的晶片302的光的光谱进行归一化，从归一化的光谱用图13所示的方法确定带端波长。在图14中示出该确定的带端波长与标定式的比较而检测到的温度的值、和这时使用来自与加热板连接的热电偶等温度传感器的输出而检测到的温度的值。
在此，在实施例3中，在用加热板进行加热后，在充分空出时间后检测晶片302的温度，由于单晶的硅制的晶片302的热传导率非常高，因此，考虑加热板的温度和晶片302的温度大致相等。如图14所示那样可知，从使用积分法确定的带端波长得到的晶片302的温度和加热板的温度大致相等，能以充分的精度用非接触的方法测定晶片302的温度。
另外，利用了实施例3的积分法的带端波长的确定方法的适用对象并不限于图12所示那样的加热装置300，也可以是图1B所示那样的蚀刻装置100。此外，图12所示的加热装置300可以在预先准备实施例1中叙述的温度与带端波长的值的相关数据例如标定式时使用。即，通过使用图12所示那样的加热装置300，能基于与加热板连接的热电偶等温度传感器，用简单的结构且简单的方法作成高精度的标定式。
(实施例4)
<温度检测方法的细节>
使用图15、图16来说明实施例4。在实施例4中，与实施例3中的图12的情况同样，使用从由配置于晶片302的上表面侧的上方的红外光源303辐射并透过晶片302的光或电磁波来测定光谱的结构。
[关于带端确定处理]
图15是表示从图12所示的加热装置得到的被归一化的光谱的分布的一例的图表。在进行归一化时，使用与实施例1中的图3中叙述的方法同样的方法。即，控制器307通过将光检测器306中得到的光谱用图3中叙述的方法归一化，能得到图15所示那样的归一化的光谱(第2光谱)。但在实施例4中，从该归一化的光谱确定带端波长的方法与实施例1、实施例2以及实施例3不同。
即，在实施例4中，如图15所示那样，控制器307算出在基准温度Tr下的归一化的光谱中具有特定强度I的基准波长λr、和在成为测定对象的任意的测定温度Tm下的归一化的光谱中具有特定强度I的测定波长λm，将基准波长λr与测定波长λm的波长差Δλ确定为带端波长。基准温度Tr期望稳态状态下的温度，但也可以配合加热装置设定任意的温度。在图15的示例中，作为基准温度Tr，使用50℃。特定强度I期望难以受到晶片302以及晶片302上的膜所引起的透过光的干涉的0近旁的值，在实施例4中，作为特定强度I，使用0.2或0.05。
在实施例4中，所使用的硅(Si)制的晶片302的电阻率是0.005Ωcm(以下称作极低电阻晶片)。特别在这样的极低电阻晶片中，与高电阻晶片比较，晶片所引起的光的吸收大，光谱的形状会大幅不同。因此，通过使用上述那样的差分法，能抵消光谱形状的变化。即，在某极低电阻晶片和其他极低电阻晶片中，会在基准波长λr、测定波长λm产生偏离，但波长差Δλ认为固定。因此，按每个晶片302，首先在稳态状态下算出基准波长λr，之后，在使温度上升的同时算出测定波长λm以及波长差Δλ，将该波长差Δλ基于预先准备的标定式变换成温度，由此来检测晶片302的测定温度Tm即可。
<实施例4的温度检测方法的验证结果>
图16是表示在图12所示的加热装置中比较了从基准温度下的基准波长与测定温度下的测定波长的波长差确定带端波长而得到的晶片的温度和加热板的温度的一例的图表。在图16的示例中，作为基准温度，使用50℃，作为算出基准波长λr以及测定波长λm时的特定强度I，使用0.2和0.05。
具体地，对从红外光源303照射并透过在表面上具有特定构造的硅制的晶片302的光的光谱进行归一化，从归一化的光谱用图15所示的方法确定带端波长。在图16中示出通过该确定的带端波长与用图15所示的方法并使用高电阻晶片的光谱制定的标定式的比较而检测到的温度的值、和这时使用来自与加热板连接的热电偶等温度传感器的输出而检测到的温度的值。
在此，在实施例4中，在用加热板进行加热后，在充分空出时间之后检测晶片302的温度，由于单晶的硅制的晶片302的热传导率非常高，因此，认为加热板的温度和晶片302的温度大致相等。如图16所示那样，可知从基于基准波长λr与测定波长λm的波长差Δλ确定的带端波长得到的晶片302的温度和加热板的温度大致相等，即使使用用高电阻晶片算出的标定式也能以充分的精度用非接触的方法测定极低电阻晶片的温度。即使是特定强度I为0.2的情况，也能以20℃以内的精度进行温度测定，但在特定强度I为0.05的情况下，能以10℃以内的精度进行温度测定。因此，特定强度I期望小到不受信号的噪声左右的程度。
另外，利用了实施例4的差分法的带端波长的确定方法的适用对象并不限于图12所示那样的加热装置300，也可以是图1B所示那样的蚀刻装置100。此外，图12所示的加热装置300可以在预先准备实施例4中叙述的温度与带端波长的值的相关数据例如标定式时使用。即，通过使用图12所示那样的加热装置300，能基于与加热板连接的热电偶等温度传感器，用简单的结构且简单的方法作成高精度的标定式。
(实施例5)
<温度检测方法的细节>
使用图17、图18来说明实施例5。在实施例5中，与实施例3中的图12的情况同样，使用从由配置于晶片302的上表面侧的上方的红外光源303辐射并透过晶片302的光或电磁波测定光谱的结构。
[关于归一化处理]
图17是表示从图12所示的加热装置得到的被归一化的光谱的分布的一例的图表。在进行归一化时，使用与实施例1中的图3中叙述的方法存在若干不同的方法，并非如图3的情况那样按每个光谱确定最大值，而用成为基准的光谱来确定共通的最大值。
即，在实施例5中，控制器307从基准温度Tr下的第1光谱算出光强度的最大值，按每个成为测定对象的任意的测定温度Tm来从所测定的第1光谱确定光强度的极小值，按每个测定温度Tm，将取基准温度Tr下的最大值与该确定的极小值的差分的值确定为极大值。然后，控制器307在对测定温度Tm中的第1光谱进行与以该测定温度Tm确定的极小值的差分处理的基础上，除以在该测定温度Tm使用共通的最大值确定的极大值，由此将第1光谱归一化。通过这样的归一化，如图17所示那样，将基准温度Tr下的第2光谱归一化，以使得极小值成为0，极大值Imax成为1.0。另一方面，在测定温度Tm下的第2光谱中，并不限于极小值为0、极大值为1.0。
[关于带端确定处理]
控制器307在进行上述那样的归一化处理后，以归一化的第2光谱为对象，使用实施例4中叙述的差分法来进行带端确定处理。即，如图17所示那样，控制器307算出在基准温度Tr下的第2光谱中具有特定强度I的基准波长λr、和在测定温度Tm下的第2光谱中具有特定强度I的测定波长λm，将基准波长λr与测定波长λm的波长差Δλ确定为带端波长。然后，控制器307基于预先准备的标定式，将该波长差Δλ变换成温度。基准温度Tr期望稳态状态下的温度，但也可以配合加热装置来设定任意的温度。在实施例5中，作为基准温度Tr，使用50℃，作为特定强度I，使用0.1或0.005。
在实施例5中，在硅(Si)制的晶片302上制膜100nm的膜厚的SiO和500nm膜厚的多晶Si，会产生源于晶片302上的构造的干涉图案。特别在产生这样的干涉图案的情况下，通过使用上述那样的归一化法以及差分法，能抵消干涉所引起的光谱强度的振动的效果。如图17所示那样，在源于晶片302上的构造的干涉图案使极大值变化这样的情况下，特定强度I期望难以受到晶片302以及晶片302上的膜所引起的透过光的干涉的0近旁的值。
<实施例5的温度检测方法的验证结果>
图18是表示在图12所示的加热装置中使用基准温度下的第1光谱的极大值进行归一化、并比较从基准温度下的基准波长与测定温度下的测定波长的波长差确定带端波长而得到的晶片的温度和加热板的温度的一例的图表。在图18的示例中，作为基准温度，使用50℃，作为算出基准波长λr以及测定波长λm时的特定强度I，使用0.1和0.005。
具体地，对从红外光源303照射并透过在表面上具有特定构造的硅制的晶片302的光的光谱用图17所示的方法进行归一化，从归一化的光谱用图17所示的方法确定带端波长。在图18中，示出通过该确定的带端波长与用图17所示的方法并使用高电阻晶片的光谱制定的标定式的比较而检测到的温度的值、和这时使用来自与加热板连接的热电偶等温度传感器的输出而检测到的温度的值。
在此，在实施例5中，在用加热板进行加热后，在充分空出时间之后检测晶片302的温度，由于单晶的硅制的晶片302的热传导率非常高，因此，认为加热板的温度和晶片302的温度大致相等。如图18所示那样，可知从基于基准波长λr与测定波长λm的波长差Δλ确定的带端波长得到的晶片302的温度与加热板的温度大致相等，能以充分的精度用非接触的方法测定晶片302的温度。在特定强度I为0.1的情况下，温度测定的精度差，但在特定强度I为0.005的情况下，能以35℃以内的精度进行温度测定。因此，特定强度I期望小到不受信号的噪声左右的程度。
另外，利用了实施例5的差分法的带端波长的确定方法的适用对象并不限于图12所示那样的加热装置300，也可以是图1B所示那样的蚀刻装置100。此外，图12所示的加热装置300可以在预先准备实施例5中叙述的温度与带端波长的值的相关数据例如标定式时使用。即，通过使用图12所示那样的加热装置300，能基于与加热板连接的热电偶等温度传感器，以简单的结构且简单的方法作成高精度的标定式。
以上基于实施方式具体说明了由本发明人做出的发明，但本发明并不限定于所述实施方式，能在不脱离其要旨的范围内进行种种变更。例如前述的实施方式为了易于理解地说明本发明而详细进行了说明，但不一定限定于具备说明的全部结构。此外，能将某实施方式的结构的一部分置换成其他实施方式的结构，此外，还能在某实施方式的结构中加进其他实施方式的结构。此外，能对各实施方式的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。
附图标记的说明
100...蚀刻装置、101...处理室、102...晶片载台、103...半导体晶片、104、104-1～104-3...红外光灯、105...等离子源(放电室)、106...板构件、107...光路、108...分光器、109...光检测器、110...控制器、111...底部腔室、112...石英腔室、113...等离子、114...调压阀、115...排气泵、116...真空排气配管、117...气体分散板、118...顶板、119...簇射板、120...高频电源、122...匹配器、125...截止滤波器、130...电极板、131...DC电源、134...ICP线圈、138...冷却器、139...流路、150...质量流量控制器组件、151...气体分配器、163...反射板、164...红外光灯用电源、170...热电偶、171...热电偶温度计、174...红外光透过窗、175...流路、185...石英棒、191...贯通孔、192...光纤、198...光多路复用器、300...加热装置、301...晶片载台、302...半导体晶片、303...红外光源、304...光路、305...分光器、306...光检测器、307...控制器。

Claims (18)

1.一种温度检测装置，具备：
光源，其对半导体晶片照射光；
分光器，其将对应于所述光的照射从所述半导体晶片产生的透过光或散射反射光分光；
光检测器，其测定所述分光器中所分光的光；和
控制器，其通过对所述光检测器中得到的第1光谱进行数值处理来确定带端波长，从所述带端波长检测所述半导体晶片的温度，
所述温度检测装置的特征在于，
所述控制器执行：
归一化处理，将相当于绝对零度下的半导体的带隙能量的波长设为极小波长，将与所述极小波长相比短波长区域中的光强度的最小值确定为极小值，将相当于设想为温度测定范围的最高温度下的半导体的带隙能量与热能的差的波长设为第1最大波长，将从与所述第1最大波长相比短波长区域中的光强度的最大值取所述极小值的差分而得到的值确定为极大值，通过在对所述第1光谱进行与所述极小值的差分处理的基础上除以所述极大值，来进行归一化；
带端确定处理，基于所述归一化处理中得到的第2光谱来确定所述带端波长；和
温度算出处理，通过比较预先取得的温度与带端波长的值的相关数据和所述带端确定处理中确定的所述带端波长，来检测所述半导体晶片的温度。
2.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器在所述带端确定处理中，将在所述第2光谱上具有特定强度的波长确定为所述带端波长。
3.根据权利要求2所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器将相当于所述最高温度下的半导体的带隙能量的波长设为极大波长，从与所述极小波长到所述极大波长的波长区域对应的光谱强度中确定所述特定强度。
4.根据权利要求3所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器通过将所述第2光谱以波长进行1次微分，来算出该1次微分的值成为最大的拐点，确定所述特定强度，以使其成为所述拐点处的光谱强度以上的值。
5.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器在所述带端确定处理中，将穿过所述第2光谱上的2点的线与波长轴的截距确定为所述带端波长，将相当于所述最高温度下的半导体的带隙能量与热能之和的波长设为第2最大波长，将所述第2光谱上的2点的一方确定为所述第2最大波长。
6.根据权利要求5所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器通过将所述第2光谱以波长进行1次微分，来算出该1次微分的值成为最大的拐点，基于所述拐点来确定所述第2光谱上的2点的另一方。
7.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器将相当于所述最高温度下的半导体的带隙能量的波长设为极大波长，在所述带端确定处理中，算出在所述第2光谱上在所述极小波长到所述极大波长的积分值上乘以系数K而得到的值，作为基准面积，将所述极小波长起的积分值成为所述基准面积的波长确定为所述带端波长，其中0＜K＜1。
8.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器在所述带端确定处理中，将在预先确定的基准温度下的所述第2光谱上具有特定强度的基准波长与在测定温度下的所述第2光谱上具有所述特定强度的测定波长的波长差确定为所述带端波长。
9.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器在所述归一化处理中，对预先确定的基准温度下的所述第1光谱确定所述最大值，按每个测定温度对所述第1光谱确定所述极小值，将从所述最大值取所述极小值的差分而得到的值确定为所述极大值，按每个所述测定温度，通过在对所述第1光谱进行与所述极小值的差分处理的基础上除以所述极大值，来将每个所述测定温度的所述第1光谱分别归一化。
10.根据权利要求9所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器在所述带端确定处理中，将在所述基准温度下的所述第2光谱上具有特定强度的基准波长与按每个所述测定温度在所述第2光谱上具有所述特定强度的测定波长的波长差确定为所述带端波长。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的温度检测装置，其特征在于，
所述控制器进一步在进行所述归一化处理前，对所述第1光谱执行基于移动平均的平滑化处理。
12.根据权利要求1～7中任一项所述的温度检测装置，其特征在于，
所述光源是通过对所述半导体晶片照射光来加热所述半导体晶片的加热光源。
13.一种半导体处理装置，其特征在于，具备：
处理室，其用于处理半导体晶片；
晶片载台，其设置于所述处理室内，搭载作为处理对象的所述半导体晶片；
等离子源，其使用处理用的气体来形成等离子；
板构件，其设置于所述处理室与所述等离子源之间，包含导入所述处理用的气体的多个贯通孔；
加热光源，其设置成包围所述板构件的外周，通过对所述半导体晶片照射光来加热所述半导体晶片；
分光器，其将对应于所述光的照射从所述半导体晶片产生的透过光或散射反射光分光；
光检测器，其测定所述分光器中所分光的光；和
控制器，其通过对所述光检测器中得到的第1光谱进行数值处理来确定带端波长，从所述带端波长检测所述半导体晶片的温度，
所述控制器执行：
归一化处理，将相当于绝对零度下的半导体的带隙能量的波长设为极小波长，将与所述极小波长相比短波长区域中的光强度的最小值确定为极小值，将相当于设想为温度测定范围的最高温度下的半导体的带隙能量与热能的差的波长设为第1最大波长，将从与所述第1最大波长相比短波长区域中的光强度的最大值取所述极小值的差分而得到的值确定为极大值，通过在对所述第1光谱进行与所述极小值的差分处理的基础上除以所述极大值，来进行归一化；
带端确定处理，其基于所述归一化处理中得到的第2光谱来确定所述带端波长；和
温度算出处理，其通过比较预先取得的温度与带端波长的值的相关数据和所述带端确定处理中确定的所述带端波长，来检测所述半导体晶片的温度。
14.根据权利要求13所述的半导体处理装置，其特征在于，
所述控制器将相当于所述最高温度下的半导体的带隙能量的波长设为极大波长，从与所述极小波长到所述极大波长的波长区域对应的光谱强度中确定特定强度，在所述带端确定处理中，将在所述第2光谱上具有所述特定强度的波长确定为所述带端波长。
15.根据权利要求14所述的半导体处理装置，其特征在于，
所述控制器通过对所述第2光谱以波长进行1次微分，来算出该1次微分的值成为最大的拐点，确定所述特定强度，以使其成为所述拐点处的光谱强度以上的值。
16.根据权利要求13所述的半导体处理装置，其特征在于，
所述控制器在所述带端确定处理中将穿过所述第2光谱上的2点的线与波长轴的截距确定为所述带端波长，将相当于所述最高温度下的半导体的带隙能量与热能之和的波长设为第2最大波长，将所述第2光谱上的2点的一方确定为所述第2最大波长。
17.根据权利要求13所述的半导体处理装置，其特征在于，
所述控制器将相当于所述最高温度下的半导体的带隙能量的波长设为极大波长，在所述带端确定处理中，算出将在所述第2光谱上在所述极小波长到所述极大波长的积分值上乘以系数K而得到的值，作为基准面积，将所述极小波长起的积分值成为所述基准面积的波长确定为所述带端波长，其中0＜K<1。
18.根据权利要求13～17中任一项所述的半导体处理装置，其特征在于，
所述控制器进一步在进行所述归一化处理前，对所述第1光谱执行基于移动平均的平滑化处理。
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