JP2013257189A - Thermometric apparatus and processing apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermometric apparatus that can accurately figure out with a relatively simple structure the temperature of a processing object even in low temperature range.SOLUTION: A thermometric apparatus 54 that measures the temperature of a processing object W having a prescribed thickness comprises light emitting means 56 that irradiates the surface of the processing object with an S-polarized reference light in an oblique direction so that the light is reflected between a front face Wa and a rear face Wb within the processing object a plurality of times; light receiving means 58 that is positioned on the front face side of the processing object and receives a plurality of beams I, Iand Iof a reflected light H from the processing object; and temperature figuring-out means 60 that figures out the temperature of the processing object on the basis of the detected values of the plurality of beams obtained by the light receiving means. In this way, the temperature of the processing object is enabled to be accurately figured out with a relatively simple structure even in a low temperature range.

Description

本発明は、被処理体の温度を計測して求める温度測定装置及びこれを用いた処理装置に関する。   The present invention relates to a temperature measuring device that measures and determines the temperature of an object to be processed, and a processing device using the same.

一般に、半導体集積回路を製造するためには、シリコン基板等の半導体ウエハに対して成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、エッチング処理、アニール処理等の各種の処理が繰り返し行われる。このような各種の処理において処理中の半導体ウエハの温度を精度良く求めて制御することは、素子特性や品質を高く維持する上から非常に重要である。処理中の半導体ウエハの温度を測定するためには、ウエハ自体が金属汚染されること等を防止するために非接触型の放射温度計を用いることが知られているが(例えば特許文献1)、この放射温度計は、例えば200℃以上の比較的高温域でなければ使用できず、この温度よりも低い低温域での温度測定は困難であった。   In general, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various processes such as a film formation process, an oxidation diffusion process, a modification process, an etching process, and an annealing process are repeatedly performed on a semiconductor wafer such as a silicon substrate. It is very important to accurately obtain and control the temperature of the semiconductor wafer being processed in such various processes in order to maintain high element characteristics and quality. In order to measure the temperature of the semiconductor wafer being processed, it is known to use a non-contact type radiation thermometer in order to prevent the wafer itself from being contaminated with metal (for example, Patent Document 1). The radiation thermometer can only be used in a relatively high temperature range of, for example, 200 ° C. or higher, and it has been difficult to measure the temperature in a low temperature range lower than this temperature.

これに対して、非接触型の温度測定法として、半導体ウエハに対する透過光が温度依存性を有することを利用してウエハ温度を計測する方法(例えば特許文献2)、半導体ウエハの表面にp偏光を照射してその反射光よりウエハ温度を計測する方法(例えば特許文献3)及び半導体ウエハの第1表面からの反射光の光量や第2表面の反射光の光量から得られた基板放射率や基板透過率等を用いてウエハ温度を計測する方法(例えば特許文献4)が知られている。   On the other hand, as a non-contact type temperature measurement method, a method of measuring the wafer temperature by utilizing the temperature dependence of the transmitted light to the semiconductor wafer (for example, Patent Document 2), p-polarized light is applied to the surface of the semiconductor wafer. And the substrate emissivity obtained from the amount of reflected light from the first surface of the semiconductor wafer and the amount of reflected light from the second surface, and the like. A method of measuring the wafer temperature using the substrate transmittance or the like (for example, Patent Document 4) is known.

特開2008−235858号公報JP 2008-235858 A 特表2010−519521号公報Special table 2010-515521 gazette 特開2007−040981号公報JP 2007-040981 A 特表2009−500851号公報Special table 2009-500851 gazette

しかしながら、上記特許文献2の場合には、ウエハ表面の反射率が処理途中で変化すると透過光の光量も変化するが、この場合のウエハ表面での反射率の変化については何ら考慮されていないことから、温度の測定値の精度が低下することが考えられる。   However, in the case of the above-mentioned Patent Document 2, if the reflectance on the wafer surface changes during the process, the amount of transmitted light also changes. However, no consideration is given to the change in the reflectance on the wafer surface in this case. Therefore, it is conceivable that the accuracy of the temperature measurement value decreases.

また特許文献3の場合には、ウエハ表面の反射光のみからウエハ温度を求めるようにしているので、ウエハの光吸収率の変化については何ら考慮されておらず、この点からも温度の測定値の精度が低下することが考えられる。   In the case of Patent Document 3, since the wafer temperature is obtained only from the reflected light on the wafer surface, no consideration is given to the change in the light absorption rate of the wafer. It is conceivable that the accuracy of the is reduced.

更に特許文献4の場合には、ウエハの第1表面からの反射光の光量を求める装置や加熱中に基板から放出された放射の量を感知する多数の放射測定装置を設けなければならず、装置自体がかなり複雑化する、といった問題がある。   Furthermore, in the case of Patent Document 4, a device for obtaining the amount of reflected light from the first surface of the wafer and a number of radiation measuring devices for sensing the amount of radiation emitted from the substrate during heating must be provided. There is a problem that the device itself is considerably complicated.

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求めることが可能な温度測定装置及び処理装置である。   The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. The present invention is a temperature measuring apparatus and a processing apparatus capable of accurately obtaining the temperature of an object to be processed even in a low temperature range with a relatively simple structure.

請求項1に係る発明は、所定の厚さを有する被処理体の温度を測定する温度測定装置において、前記被処理体内で表面と裏面との間で反射を複数回繰り返させるために前記被処理体の表面に対して斜め方向からs偏光になされた参照光を照射する発光手段と、前記被処理体の表面側に位置されて前記被処理体からの反射光の複数のビームを受光する受光手段と、前記受光手段で得られた前記複数のビームの検出値に基づいて前記被処理体の温度を求める温度算出手段と、を備えたことを特徴とする温度測定装置である。   The invention according to claim 1 is the temperature measuring device for measuring the temperature of the object to be processed having a predetermined thickness, in order to repeat the reflection a plurality of times between the front surface and the back surface in the object to be processed. A light emitting means for irradiating the surface of the body with reference light made s-polarized from an oblique direction, and light reception for receiving a plurality of beams of reflected light from the object to be processed, which is positioned on the surface side of the object to be processed And a temperature calculation means for obtaining the temperature of the object to be processed based on the detected values of the plurality of beams obtained by the light receiving means.

これにより、比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求めることができる。   As a result, the temperature of the object to be processed can be accurately obtained even in a low temperature range with a relatively simple structure.

請求項7に係る発明は、所定の厚さを有する被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、前記被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の温度測定装置と、前記温度測定装置の測定値に基づいて前記加熱手段を制御することにより前記被処理体の温度を調整する温度調整手段と、処理装置の全体の制御をする装置制御手段と、を備えたことを特徴とする処理装置である。   According to a seventh aspect of the present invention, in a processing apparatus for performing a predetermined process on a target object having a predetermined thickness, a processing container that houses the target object, and the target object in the processing container. A supporting means for supporting, a heating means for heating the object to be processed, the temperature measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6, and controlling the heating means based on a measurement value of the temperature measuring apparatus. Thus, a processing apparatus comprising temperature adjusting means for adjusting the temperature of the object to be processed and apparatus control means for controlling the entire processing apparatus.

本発明に係る温度測定装置及び処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
所定の厚さを有する被処理体の温度を測定する温度測定装置において、比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求めることができる。
According to the temperature measuring apparatus and the processing apparatus according to the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
In a temperature measuring device that measures the temperature of a target object having a predetermined thickness, the temperature of the target object can be accurately obtained even in a low temperature range with a relatively simple structure.

本発明に係る温度測定装置とこれを用いた処理装置の一例の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of an example of the temperature measuring apparatus which concerns on this invention, and a processing apparatus using the same. 本発明に係る温度測定装置の発光手段と受光手段との関係を示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show the relationship between the light emission means and light reception means of the temperature measurement apparatus which concerns on this invention. 光吸収率とシリコンウエハの温度との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the light absorption rate and the temperature of a silicon wafer. 参照光の波長とシリコンウエハの光吸収率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength of reference light, and the light absorption rate of a silicon wafer.

以下に、本発明に係る温度測定装置及び処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1は本発明に係る温度測定装置とこれを用いた処理装置の一例の概略構成を示す断面図、図2は本発明に係る温度測定装置の発光手段と受光手段との関係を示す部分拡大図である。尚、図2では光透過板の記載を省略している。ここでは、被処理体として例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハをアニール処理する場合を例にとって説明する。   Hereinafter, an embodiment of a temperature measuring apparatus and a processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of a temperature measuring apparatus according to the present invention and a processing apparatus using the temperature measuring apparatus, and FIG. FIG. In FIG. 2, the description of the light transmission plate is omitted. Here, a case where a semiconductor wafer made of, for example, a silicon substrate is annealed as an object to be processed will be described as an example.

図1に示すように、このアニール用の処理装置2は、アルミニウム或いはアルミニウム合金により、内部が中空状になされた処理容器4を有している。この処理容器4は、筒体状の側壁4Aと、この側壁上端部に接合された天井板4Bと、側壁の底部に接合された底板4Cとにより構成されている。この側壁4Aには、被処理体である半導体ウエハWを搬出入できる大きさの搬出入口6が形成されており、この搬出入口6には開閉可能になされたゲートバルブ8が取り付けられている。   As shown in FIG. 1, the annealing treatment apparatus 2 has a treatment container 4 having a hollow interior made of aluminum or an aluminum alloy. The processing container 4 includes a cylindrical side wall 4A, a ceiling plate 4B bonded to the upper end of the side wall, and a bottom plate 4C bonded to the bottom of the side wall. On the side wall 4A, a loading / unloading port 6 having a size capable of loading / unloading a semiconductor wafer W as an object to be processed is formed, and a gate valve 8 that can be opened and closed is attached to the loading / unloading port 6.

上記処理容器4内には、上記ウエハWを支持する支持手段10が設けられている。この支持手段10は、複数本、例えば3本の支持ピン12(図1中では2本のみ記す)と、これらの支持ピン12の下端部に連結される昇降アーム14を有しており、この各昇降アーム14は図示しないアクチュエータにより昇降できるようになっている。これにより、上記支持ピン12の上端部にウエハWを支持させた状態で、全体を昇降できるようになっている。   A support means 10 for supporting the wafer W is provided in the processing container 4. The support means 10 has a plurality of, for example, three support pins 12 (only two are shown in FIG. 1) and a lifting arm 14 connected to the lower ends of these support pins 12. Each elevating arm 14 can be moved up and down by an actuator (not shown). Thereby, the whole can be moved up and down while the wafer W is supported on the upper end portion of the support pins 12.

上記天井板4Bの周辺部の一部には、ガス供給手段16が形成されている。このガス供給手段16は、上記天井板4Bに形成されたガス導入口18と、このガス導入口18に連結されたガス管20とを有し、この処理容器4内へ必要な処理ガスを図示しない流量制御器により流量制御しつつ導入できるようになっている。ここでは処理ガスとしてN 等の不活性ガスやAr、He等の希ガスを用いることができる。 Gas supply means 16 is formed in a part of the periphery of the ceiling plate 4B. The gas supply means 16 has a gas inlet 18 formed in the ceiling plate 4B and a gas pipe 20 connected to the gas inlet 18, and the necessary processing gas is shown in the processing container 4 as shown in the figure. It can be introduced while controlling the flow rate with a flow controller that does not. Here, an inert gas such as N 2 or a rare gas such as Ar or He can be used as the processing gas.

また上記底板4Cの周辺部の一部には、ガス排気口22が形成されており、このガス排気口22には、上記処理容器4内の雰囲気を排気する排気手段24が設けられる。この排気手段24は、上記ガス排気口22に接続されたガス排気管26を有しており、このガス排気管26には、圧力調整弁28及び排気ポンプ30が順次介設されている。   A gas exhaust port 22 is formed in a part of the periphery of the bottom plate 4C, and the gas exhaust port 22 is provided with an exhaust means 24 for exhausting the atmosphere in the processing container 4. The exhaust means 24 has a gas exhaust pipe 26 connected to the gas exhaust port 22, and a pressure regulating valve 28 and an exhaust pump 30 are sequentially provided in the gas exhaust pipe 26.

そして、上記天井板4Bの中央には、大口径の開口が形成されると共に、この開口に表面側の加熱手段32が設けられ、ウエハWの表面(上面)を加熱するようになっている。また、上記底板4Cの中央部には、大口径の開口が形成されると共に、この開口に上記表面側の加熱手段32に対向させるようにして裏面側の加熱手段34が設けられ、ウエハWの裏面(下面)を加熱するようになっている。ここでウエハWの表面とは、成膜やエッチング等の各種の処理が施される側の面を指す。また、上記表面側の加熱手段32の加熱量が十分に大きい場合には、上記裏面側の加熱手段34を設けないで省略することもできる。   A large-diameter opening is formed in the center of the ceiling plate 4B, and a heating means 32 on the surface side is provided in the opening to heat the surface (upper surface) of the wafer W. In addition, a large-diameter opening is formed at the center of the bottom plate 4C, and a heating means 34 on the back side is provided in the opening so as to face the heating means 32 on the front side. The back surface (lower surface) is heated. Here, the surface of the wafer W refers to the surface on which various processes such as film formation and etching are performed. Further, when the heating amount of the heating means 32 on the front surface side is sufficiently large, the heating means 34 on the back surface side can be omitted without being provided.

次に、上記加熱装置について説明する。ここで上記表面側の加熱手段32と裏面側の加熱手段34とは、上下が互いに逆になされている点を除いて全く同様に構成されているので、ここでは表面側の加熱手段32を例にとって説明し、裏面側の加熱手段34については同一参照符号を付して、その説明を省略する。この表面側の加熱手段32は、上記天井板4Bの開口に、僅かな隙間を隔てて嵌め込まれる素子取付ヘッド36を有している。   Next, the heating device will be described. Here, the heating means 32 on the front surface side and the heating means 34 on the back surface side are configured in exactly the same manner except that they are upside down, so here the heating means 32 on the front surface side is taken as an example. For the sake of explanation, the heating means 34 on the back side is denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The heating means 32 on the surface side has an element mounting head 36 that is fitted into the opening of the ceiling plate 4B with a slight gap.

この素子取付ヘッド36は、銅やアルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導性の高い材料により形成されている。この素子取付ヘッド36は、その上側に形成した円形リング状の取付フランジ36Aの部分で、上記天井板4Bとの間にポリエーテルイミド等よりなる熱絶縁体38を介在させて支持されている。   The element mounting head 36 is formed of a material having high thermal conductivity such as copper, aluminum, or an aluminum alloy. This element mounting head 36 is supported by a circular ring-shaped mounting flange 36A formed on the upper side of the element mounting head 36 with a thermal insulator 38 made of polyetherimide or the like interposed between the element mounting head 36 and the ceiling plate 4B.

また、この熱絶縁体38の上下側にはOリング等よりなるシール材40が介設されており、この部分の気密性を保持するようになっている。そして、この素子取付ヘッド36の下面には、ウエハWの直径よりも少し大きくなされた直径の素子取付凹部42が形成されていると共に、この素子取付凹部42の平面部分に、上記ウエハWの少なくとも表面全体をカバーできる大きさの領域に亘って複数のLEDモジュール44が設けられている。また上記素子取付凹部42の開口部分には、例えば石英板よりなる光透過板46が取り付けられている。そして、このLEDモジュール44よりウエハWに向けて光を放射するようになっている。   In addition, a sealing material 40 made of an O-ring or the like is interposed on the upper and lower sides of the thermal insulator 38 so as to maintain the airtightness of this portion. An element mounting recess 42 having a diameter slightly larger than the diameter of the wafer W is formed on the lower surface of the element mounting head 36, and at least a portion of the wafer W is formed on a flat portion of the element mounting recess 42. A plurality of LED modules 44 are provided over an area large enough to cover the entire surface. In addition, a light transmission plate 46 made of, for example, a quartz plate is attached to the opening portion of the element attachment recess 42. The LED module 44 emits light toward the wafer W.

そして、LEDモジュール44の上方には、すなわちウエハWとは反対側には、冷却機構48が設けられている。この冷却機構48は、上記素子取付ヘッド36内に設けた断面矩形状の冷媒通路50を有しており、この冷媒通路50に冷媒を流して上記LEDモジュール44から発生した熱を奪うことによって冷却し得るようになっている。この冷媒としては、水やフロリナートやガルデン(商品名)等を用いることができる。また、この冷媒通路50は、素子取付ヘッド36の略全面に亘って、例えば蛇行状に折り返すようにして形成されており、上記LEDモジュール44から熱を奪ってこれを冷却するようになっている。   A cooling mechanism 48 is provided above the LED module 44, that is, on the side opposite to the wafer W. The cooling mechanism 48 has a refrigerant passage 50 having a rectangular cross section provided in the element mounting head 36. The cooling mechanism 48 is cooled by removing the heat generated from the LED module 44 by flowing the refrigerant through the refrigerant passage 50. It has come to be able to do. As this refrigerant, water, Fluorinert, Galden (trade name) or the like can be used. Further, the refrigerant passage 50 is formed so as to be folded in a meandering manner, for example, over substantially the entire surface of the element mounting head 36, and cools it by taking heat from the LED module 44. .

そして、上記LEDモジュール44は、ここでは例えば一辺が40mm程度の正六角形状になされており、隣り合う辺が略接するような状態まで互いに接近させて密集させて配置されている。このLEDモジュール44の数は、複数個設けられ、例えばウエハWの直径が300mmの場合には、例えば20個程度設けられる。そして、上記各LEDモジュール44は、その表面に複数のLED素子(図示せず)を縦横に配列して構成されている。   The LED modules 44 are, for example, in a regular hexagonal shape with one side of about 40 mm, and are arranged close to each other so that adjacent sides are substantially in contact with each other. A plurality of LED modules 44 are provided. For example, when the diameter of the wafer W is 300 mm, about 20 are provided. Each LED module 44 is configured by arranging a plurality of LED elements (not shown) vertically and horizontally on the surface thereof.

この場合、各LED素子の寸法は、0.5mm×0.5mm程度であり、1台のLEDモジュール44に1000〜2000個程度のLED素子が搭載されている。上記複数のLEDモジュール44は、例えば同心円状に複数の領域に区分されており、各区分毎に電力制御が可能になされてウエハWを同心円状にゾーン毎に加熱制御できるようになっている。そして、前述したように、裏面側の加熱手段34は、上記したような表面側の加熱手段32と同様に形成し、これを上下逆様にして底板4C側に取り付けるようにして構成されている。   In this case, the size of each LED element is about 0.5 mm × 0.5 mm, and about 1000 to 2000 LED elements are mounted on one LED module 44. The plurality of LED modules 44 are, for example, concentrically divided into a plurality of regions, and power control can be performed for each of the sections so that the wafer W can be heated and controlled concentrically for each zone. As described above, the heating means 34 on the back side is formed in the same manner as the heating means 32 on the front side as described above, and is configured so as to be attached to the bottom plate 4C side upside down. .

そして、この処理装置2には、半導体ウエハWの温度を測定するための本発明に係る温度測定装置54が設けられると共に、この温度測定装置54で求めた測定値に基づいて上記各加熱手段32、34を制御する温度調整手段52が設けられている。   The processing device 2 is provided with a temperature measuring device 54 according to the present invention for measuring the temperature of the semiconductor wafer W, and each heating means 32 based on the measured value obtained by the temperature measuring device 54. , 34 is provided for controlling the temperature.

具体的には、図1及び図2に示すように、上記温度測定装置54は、所定の厚さの上記半導体ウエハWの表面と裏面との間で反射を複数回繰り返させるためにウエハWの表面に対して斜め方向からs偏光になされた参照光を照射する発光手段56と、このウエハWの表面側に位置されてウエハWからの反射光の複数のビームを受光する受光手段58と、この受光手段58で得られた複数のビームの検出値に基づいてウエハWの温度を求める温度算出手段60とを有している。   Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the temperature measurement device 54 is configured so that the reflection of the wafer W is repeated a plurality of times between the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W having a predetermined thickness. A light emitting means 56 for irradiating the surface with s-polarized reference light from an oblique direction; a light receiving means 58 for receiving a plurality of beams of reflected light from the wafer W located on the surface side of the wafer W; Temperature calculating means 60 for obtaining the temperature of the wafer W based on the detection values of the plurality of beams obtained by the light receiving means 58.

ここでは上記発光手段56は、上記表面側の加熱手段32の下面に取り付けられている。この発光手段56は、発光素子62と偏光板64とよりなり(図2参照)、この発光素子62から出力した光を偏光板64を通過させてs偏光のみを参照光Iとして出力するようになっている。ここでs偏光を用いる理由は、s偏光の光成分はウエハWの表面で反射する時に、その光強度はブリュースター(Brewster)の角度に関係なく十分な大きさが得られるからである。   Here, the light emitting means 56 is attached to the lower surface of the heating means 32 on the surface side. The light emitting means 56 includes a light emitting element 62 and a polarizing plate 64 (see FIG. 2), and passes the light output from the light emitting element 62 through the polarizing plate 64 and outputs only the s-polarized light as the reference light I. It has become. The reason why s-polarized light is used is that when the light component of s-polarized light is reflected on the surface of the wafer W, the light intensity can be sufficiently large regardless of the angle of the Brewster.

上記発光素子62としては、LED(Light Emitting Diode)素子やレーザ光を出力するLD(Laser Diode)素子を用いることができる。この場合、波長が揃った参照光Iを出力するLD素子を用いるのが好ましい。また、この参照光Iとしては、波長が例えば1000〜1300nmの範囲内の赤外光を用いるようにする。   As the light emitting element 62, an LED (Light Emitting Diode) element or an LD (Laser Diode) element that outputs laser light can be used. In this case, it is preferable to use an LD element that outputs reference light I having a uniform wavelength. As the reference light I, infrared light having a wavelength in the range of, for example, 1000 to 1300 nm is used.

また、上記受光手段58は、上記発光手段56と同様に上記表面側の加熱手段32の下面に取り付けられており、ウエハWから反射される反射光Hの複数のビームを受光するようになっている。この場合、上記参照光Iの上記ウエハWの表面Waに対する入射角θは、40〜80度の範囲内、好ましくは55〜65度の範囲内である。この受光手段58としては、平行に配列された状態で反射してくる複数のビームを受けるように所定の長さの受光素子66を有している。この受光素子66としては、光ダイオード素子やCCD(Charge Coupled Device)素子等を用いることができる。   Similarly to the light emitting means 56, the light receiving means 58 is attached to the lower surface of the heating means 32 on the surface side, and receives a plurality of beams of the reflected light H reflected from the wafer W. Yes. In this case, the incident angle θ of the reference light I with respect to the surface Wa of the wafer W is in the range of 40 to 80 degrees, preferably in the range of 55 to 65 degrees. The light receiving means 58 includes a light receiving element 66 having a predetermined length so as to receive a plurality of beams reflected in a state of being arranged in parallel. As the light receiving element 66, a photodiode element, a CCD (Charge Coupled Device) element, or the like can be used.

上記参照光Iが所定の厚さLの半導体ウエハW内に入射角θの斜め方向から表面Waより入射すると、このウエハWの裏面Wbと表面Waとの間で反射を複数回繰り返しながら次第に減衰して行くことになる。そして、この参照光IがウエハWに表面Waから入射する時に一部が反射光Hとして反射され、また表面Waと裏面Wbとの間で参照光が繰り返し反射されて表面Waで反射される時に、その都度この参照光の一部が表面Waの外側へ透過して反射光Hとして出て行くことになる。また同様に、上記表面Waと裏面Wbとの間で参照光が繰り返し反射されて裏面Wbで反射される時に、その都度この参照光の一部が裏面Wbの外側へ透過して透過光T(T 、T 、T …)として出て行くことになる。 When the reference light I enters the semiconductor wafer W having a predetermined thickness L from the front surface Wa from the oblique direction of the incident angle θ, the reference light I is gradually attenuated while being repeatedly reflected a plurality of times between the back surface Wb and the front surface Wa of the wafer W. Will go. When the reference light I is incident on the wafer W from the front surface Wa, a part is reflected as the reflected light H, and when the reference light is repeatedly reflected between the front surface Wa and the back surface Wb and reflected by the front surface Wa. In each case, a part of the reference light is transmitted to the outside of the surface Wa and exits as reflected light H. Similarly, when the reference light is repeatedly reflected between the front surface Wa and the back surface Wb and reflected by the back surface Wb, a part of the reference light is transmitted to the outside of the back surface Wb each time and transmitted light T ( T 1 , T 2 , T 3 ...

そして、ここでは上記受光素子66は、参照光IがウエハWに入射する時に参照光の一部が表面Waから反射することにより形成されるビームを検出するようになっている。更には、上記受光素子66は、ウエハW内で反射を繰り返す参照光が表面Waで反射される時に参照光の一部が表面Waの外側へ透過することにより形成される複数のビームも検出するようになっている。   In this case, the light receiving element 66 detects a beam formed by reflecting a part of the reference light from the surface Wa when the reference light I enters the wafer W. Further, the light receiving element 66 also detects a plurality of beams formed by transmitting a part of the reference light to the outside of the surface Wa when the reference light repeatedly reflected in the wafer W is reflected by the surface Wa. It is like that.

具体的には、参照光IがウエハWに入射する時にこの表面Waから反射する反射光HのビームI と、ウエハW内に侵入した参照光が裏面Wbで1回反射された後に表面Waを透過して出てきた反射光のビームI と、ウエハW内に侵入した参照光が裏面Wbで2回反射され、表面Waで1回反射された後に表面Waを透過して出てきた反射光のビームI とを受光素子66で受光するようになっている。 Specifically, when the reference light I is incident on the wafer W, the beam I 0 of the reflected light H that is reflected from the surface Wa and the reference light that has entered the wafer W are reflected once by the back surface Wb and then the surface Wa. The reflected light beam I 1 that has been transmitted through and the reference light that has entered the wafer W are reflected twice by the back surface Wb, reflected once by the surface Wa, and then transmitted through the surface Wa. The light receiving element 66 receives the reflected light beam I 2 .

尚、ここではウエハW内で反射を繰り返す参照光が裏面Wbで3回、表面Waで2回反射された後に表面Waを透過して出てきた反射光のビームI は、受光素子66では受光しないようになっている。ここで、上記ウエハWの厚さLを0.75mm、入射角θを60度とすると、上記ビームI 〜I の相互間の間隔は、0.38mmとなる。従って、ビームI とビームI との間の距離は0.76mmである。図2においては、上記各ビームI 〜I の光強度が併記されており、反射回数が多くなる程、光強度が低下してきているので、受光素子66の感度にもよるが、できるだけ反射回数の少ないビームを検出して用いるのがよい。 Here, the reference light repeatedly reflected in the wafer W is reflected three times on the back surface Wb and twice on the front surface Wa, and then the reflected light beam I 3 transmitted through the front surface Wa is reflected by the light receiving element 66. It does not receive light. Here, when the thickness L of the wafer W is 0.75 mm and the incident angle θ is 60 degrees, the distance between the beams I 0 to I 3 is 0.38 mm. Therefore, the distance between beam I 0 and beam I 2 is 0.76 mm. In FIG. 2, the light intensities of the beams I 0 to I 3 are shown together, and the light intensity decreases as the number of reflections increases. Therefore, although it depends on the sensitivity of the light receiving element 66, it reflects as much as possible. It is preferable to detect and use a beam with a small number of times.

上記温度算出手段60は、例えばマイクロプロセッサ等よりなり、この温度算出手段60は、ウエハWの光吸収率と温度との関係を表す参照情報を記憶する参照情報記憶部66を有している。上記温度算出手段60は、上記ビームI 〜I の検出値と上記参照情報とに基づいてウエハWの温度を算出して求めるようになっている。 The temperature calculation unit 60 is formed of, for example, a microprocessor, and the temperature calculation unit 60 includes a reference information storage unit 66 that stores reference information representing the relationship between the light absorption rate of the wafer W and the temperature. The temperature calculating means 60 calculates and obtains the temperature of the wafer W based on the detected values of the beams I 0 to I 2 and the reference information.

この温度算出手段60は、算出された温度値を表示する表示部68を有すると共に、この温度値はウエハ温度の制御のために上記温度調整手段52へ送られるようになっている。上記参照情報記憶部66に記憶される参照情報は、上述のように光吸収率と温度との関係を示すものである。具体的には、図3に示すような光吸収率とシリコンウエハの温度との関係の一例を示すグラフや光吸収率と温度との関係を示すテーブルや図3に示すグラフを関数化して表したものなどが対応し、この参照情報が参照情報記憶部66に記憶されている。 The temperature calculating means 60 has a display unit 68 for displaying the calculated temperature value, and this temperature value is sent to the temperature adjusting means 52 for controlling the wafer temperature. The reference information stored in the reference information storage unit 66 indicates the relationship between the light absorption rate and the temperature as described above. Table More specifically, the function of the graph shown in the table and Figure 3 showing the relationship between the graph and the light absorption rate and the temperature showing an example of the relationship between the temperature of the light absorption rate and Shirikon'u Movement as shown in FIG. 3 The reference information is stored in the reference information storage unit 66.

図3では参照光の波長が1100nm、1150nm及び1200nmの時のグラフを表し、横軸の光吸収率は厚さ0.75mmのシリコン基板の光吸収率を示し、縦軸はウエハの温度を示している。この光吸収率は、例えば波長が1100nmの場合は0.1〜0.5程度まで変化しており、その時の温度は室温(25℃)〜140℃程度まで変化している。また波長が1150nmの場合は0.1〜0.8程度まで変化しており、その時の温度は室温(25℃)〜300℃程度まで変化している。更に波長が1200nmの場合は0.1〜0.8程度まで変化しており、その時の温度は室温(25℃)〜400℃程度まで変化している。このグラフから明らかなように、光吸収率の増加に従ってウエハの温度もほぼ直線的に上昇していることが判る。また、このグラフによれば、測定すべき温度帯によって用いる周波数を変更して最適なものを用いればよいことが判る。   FIG. 3 shows a graph when the wavelength of the reference light is 1100 nm, 1150 nm, and 1200 nm. The horizontal axis indicates the optical absorptance of a silicon substrate having a thickness of 0.75 mm, and the vertical axis indicates the temperature of the wafer. ing. For example, when the wavelength is 1100 nm, the light absorptance changes from about 0.1 to 0.5, and the temperature at that time changes from room temperature (25 ° C.) to about 140 ° C. Further, when the wavelength is 1150 nm, the temperature changes from about 0.1 to 0.8, and the temperature at that time changes from room temperature (25 ° C.) to about 300 ° C. Furthermore, when the wavelength is 1200 nm, it changes from about 0.1 to 0.8, and the temperature at that time changes from room temperature (25 ° C.) to about 400 ° C. As is apparent from this graph, it can be seen that the wafer temperature increases almost linearly as the light absorption rate increases. Also, according to this graph, it can be seen that the optimum frequency may be used by changing the frequency used depending on the temperature range to be measured.

このように、光吸収率の変化に応じてウエハ温度が求められる理由は、ウエハに入射する参照光がある波長で一定の場合には、ウエハの光吸収率はその温度に依存して変化する、という現象を利用したものである。すなわち、図4は参照光の波長とシリコンウエハの光吸収率との関係を示すグラフである。図4に示すように、例えば参照光の波長が1150nmの場合には、ウエハ温度が50℃、200℃、400℃のように変化すると、それに応じてウエハの光吸収率も変化していることが判る。このような特性を利用して図3に示すような参照情報が求められる。   As described above, the reason why the wafer temperature is required in accordance with the change in the light absorption rate is that, when the reference light incident on the wafer is constant at a certain wavelength, the light absorption rate of the wafer changes depending on the temperature. This is a phenomenon that uses this phenomenon. That is, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the wavelength of the reference light and the light absorption rate of the silicon wafer. As shown in FIG. 4, for example, when the wavelength of the reference light is 1150 nm, if the wafer temperature is changed to 50 ° C., 200 ° C., or 400 ° C., the light absorptance of the wafer also changes accordingly. I understand. Using such characteristics, reference information as shown in FIG. 3 is obtained.

図4から判断すれば、参照光Iとしては、波長が1000nm〜1300nmの範囲内の光を用いるのがよく、好ましくは1050nm〜1200nmの範囲内の光を用いるのがよい。尚、図3に示すような参照情報は、用いる参照光の波長、被処理体である半導体ウエハWの材質、厚さ等によって変わるのは勿論であり、上記波長、材質、厚さ等に対応させて複数種類の参照情報を記憶させておき、これを選択的に用いるようにしてもよい。   Judging from FIG. 4, as the reference light I, light having a wavelength in the range of 1000 nm to 1300 nm is preferably used, and light in the range of 1050 nm to 1200 nm is preferably used. Incidentally, the reference information as shown in FIG. 3 naturally changes depending on the wavelength of the reference light to be used and the material, thickness, etc. of the semiconductor wafer W as the object to be processed, and corresponds to the above-mentioned wavelength, material, thickness, etc. Thus, a plurality of types of reference information may be stored and used selectively.

ここで上記温度算出手段60において行われる演算の一例について説明する。ウエハWの表面Waの反射率を”Ra”とし、裏面Wbの反射率を”Rb”とし、厚さが0.75mmのシリコン基板の光吸収率を”A”とする。また参照光I及び反射光Hの各ビームI 、I 、I の光強度を、それぞれ”I”、”I ”、”I ”、”I ”とする。ここで表面WaはウエハWに対して成膜やエッチング等の各種の処理が施される面であり、裏面Wbはその反対面である。 Here, an example of the calculation performed in the temperature calculation means 60 will be described. The reflectance of the front surface Wa of the wafer W is “Ra”, the reflectance of the back surface Wb is “Rb”, and the light absorption rate of a silicon substrate having a thickness of 0.75 mm is “A”. The light intensities of the beams I 0 , I 1 , and I 2 of the reference light I and the reflected light H are “I”, “I 0 ”, “I 1 ”, and “I 2 ”, respectively. Here, the front surface Wa is a surface on which various processes such as film formation and etching are performed on the wafer W, and the back surface Wb is the opposite surface.

上記表面Waの反射率Raは処理の進行に応じて変化する傾向にあるのに対して、この裏面Wbの反射率RbはウエハWの処理が進行しても比較的安定しているので、この裏面Wbの反射率Rbは予め測定して求めておく。またs偏光の参照光Iの波長は既知である。これらの反射率Rb及び参照光Iの波長は、予め参照情報記憶部66や温度算出手段52のメモリ等に記憶しておく。   The reflectance Ra of the front surface Wa tends to change with the progress of processing, whereas the reflectance Rb of the rear surface Wb is relatively stable even when processing of the wafer W proceeds. The reflectance Rb of the back surface Wb is determined in advance by measurement. The wavelength of the s-polarized reference light I is known. The reflectance Rb and the wavelength of the reference light I are stored in advance in the reference information storage unit 66, the memory of the temperature calculation unit 52, or the like.

まず、I 、I 、I の関係は以下のように定まる。
/(I ・I )=[(1−Ra)/Ra] … (1)
上記式1を変形すると以下のようになる。
Ra=1/[1+√(I /(I ・I ))] … (2)
First, the relationship between I 0 , I 1 , and I 2 is determined as follows.
I 1 2 / (I 0 · I 2 ) = [(1-Ra) / Ra] 2 (1)
The above equation 1 is modified as follows.
Ra = 1 / [1 + √ (I 1 2 / (I 0 · I 2 ))] (2)

ここで各I 、I 、I は以下のようになる。
=Ra・I … (3)
=(1−A) Rb(1−Ra) ・I … (4)
=(1−A) Ra・Rb (1−Ra) ・I … (5)
上記式4及び式5より以下の式が求まる。
/I =(1−A) Ra・Rb … (6)
この式6を変形すると光吸収率Aは以下のようになる。
A=1−√[I /(I ・Ra・Rb)] … (7)
Here, each of I 0 , I 1 , and I 2 is as follows.
I 0 = Ra · I (3)
I 1 = (1-A) 2 Rb (1-Ra) 2 · I (4)
I 2 = (1-A) 4 Ra · Rb 2 (1-Ra) 2 · I (5)
From the above equations 4 and 5, the following equations are obtained.
I 2 / I 1 = (1-A) 2 Ra · Rb (6)
When this equation 6 is modified, the light absorption rate A is as follows.
A = 1-√ [I 2 / (I 1 · Ra · Rb)] (7)

ここで上記式7に式2の”Ra”を代入し、測定値である”I ”、”I ”及び”I ”を入れることにより、光吸収率Aが定まることになる。この光吸収率Aの値を基にして図3に示すような参照情報を参照することにより、その時のウエハ温度を求めることができる。この場合、上記式7より明らかなようにウエハWの表面Waの反射率Raが加味されているので、処理途中でウエハWの表面Waの反射率Raが変動してもウエハの温度を常に正確に求めることが可能となる。 Here, by substituting “Ra” in Equation 2 into Equation 7 and entering “I 0 ”, “I 1 ”, and “I 2 ” as measured values, the light absorption rate A is determined. By referring to the reference information as shown in FIG. 3 based on the value of the light absorption rate A, the wafer temperature at that time can be obtained. In this case, since the reflectance Ra of the surface Wa of the wafer W is taken into account as apparent from the above equation 7, even if the reflectance Ra of the surface Wa of the wafer W varies during the process, the wafer temperature is always accurately adjusted. It becomes possible to ask for.

さて、図1に戻って、このように形成された処理装置2の動作全体の制御、例えばプロセス圧力、ガス流量、表面側の加熱手段32や裏面側の加熱手段34のオン・オフ等の各種制御は、例えばコンピュータよりなる装置制御手段70により行われ、この制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体72に記憶されている。ここで上記温度調整手段52は、上記装置制御手段70の支配下で動作してプロセス温度を制御することになる。上記記憶媒体72としては、例えばフレキシブルディスク、CD(CompactDisc)、CD−ROM、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはDVD等が用いられる。   Now, referring back to FIG. 1, various operations such as control of the entire operation of the processing apparatus 2 formed in this way, such as process pressure, gas flow rate, on / off of the heating means 32 on the front side and the heating means 34 on the back side, etc. The control is performed by the apparatus control means 70 formed of, for example, a computer, and a computer-readable program necessary for this control is stored in the storage medium 72. Here, the temperature adjusting means 52 operates under the control of the apparatus control means 70 to control the process temperature. As the storage medium 72, for example, a flexible disk, a CD (Compact Disc), a CD-ROM, a hard disk, a flash memory, a DVD, or the like is used.

次に、以上のように構成された処理装置2を用いて行われるアニール処理について説明する。まず、図示しない搬送機構により、予め減圧雰囲気になされた図示しないロードロック室やトランスファチャンバ室等から、開放されたゲートバルブ8を介して例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハWを、予め減圧雰囲気になされた処理容器4内へ搬入する。   Next, the annealing process performed using the processing apparatus 2 configured as described above will be described. First, a semiconductor wafer W made of, for example, a silicon substrate is previously brought into a reduced-pressure atmosphere from a load-lock chamber or transfer chamber chamber (not shown) that has been previously in a reduced-pressure atmosphere by a transfer mechanism (not shown) through an opened gate valve 8. Into the processing container 4.

このウエハWの表面Waには、種々の薄膜の成膜処理やパターンエッチング処理等が施されている。この搬入されたウエハWは、昇降アーム14を昇降駆動させることによって上記昇降アーム14に設けた支持ピン12上に移載されることになり、上記搬送機構を退避させた後に、上記ゲートバルブ8を閉じることによって、処理容器4内を密閉する。   The surface Wa of the wafer W is subjected to various thin film forming processes and pattern etching processes. The loaded wafer W is transferred onto the support pins 12 provided on the elevating arm 14 by driving the elevating arm 14 up and down. After the transfer mechanism is retracted, the gate valve 8 is moved. Is closed to close the inside of the processing container 4.

次に、ガス供給手段16のガス管20より流量制御しつつ処理ガス、ここでは例えばN ガスやArガス等を流し、この処理容器4内を所定の圧力に維持する。これと同時に、天井板4Bに設けた上記表面側の加熱手段32及び底板4Cに設けた上記裏面側の加熱手段34を共にオン状態として、表面側の加熱手段32の各LEDモジュール44のLED素子及び裏面側の加熱手段34の各LEDモジュール44のLED素子を共に点灯してそれぞれから加熱光を照射し、ウエハWを上下の両面より加熱してアニール処理する。この場合のプロセス圧力は例えば100〜10000Pa程度、プロセス温度(ウエハ温度)は例えば800〜1100℃程度であり、各LED素子の点灯時間は例えば1〜10sec程度である。 Next, while controlling the flow rate from the gas pipe 20 of the gas supply means 16, a processing gas, for example, N 2 gas or Ar gas is flowed here, and the inside of the processing container 4 is maintained at a predetermined pressure. At the same time, the heating means 32 on the front surface side provided on the ceiling plate 4B and the heating means 34 on the back surface side provided on the bottom plate 4C are both turned on, and the LED elements of the LED modules 44 of the heating means 32 on the front surface side are turned on. In addition, the LED elements of the LED modules 44 of the heating means 34 on the back surface side are both turned on and irradiated with heating light, and the wafer W is heated from both the upper and lower surfaces and annealed. In this case, the process pressure is, for example, about 100 to 10000 Pa, the process temperature (wafer temperature) is, for example, about 800 to 1100 ° C., and the lighting time of each LED element is, for example, about 1 to 10 seconds.

これにより、ウエハWの表面及び裏面は、加熱光により照射されて所定の温度に急速に加熱されることになる。この際、この半導体ウエハWの温度は、本発明に係る温度測定装置54により精度良く測定されており、この測定値に基づいて温度調整手段52は上記各加熱手段32、34を制御しているので、半導体ウエハWの温度を精度良く調整することができる。   As a result, the front and back surfaces of the wafer W are irradiated with the heating light and rapidly heated to a predetermined temperature. At this time, the temperature of the semiconductor wafer W is accurately measured by the temperature measuring device 54 according to the present invention, and the temperature adjusting means 52 controls the heating means 32 and 34 based on the measured value. Therefore, the temperature of the semiconductor wafer W can be adjusted with high accuracy.

具体的には、表面側の加熱手段32に設けた温度測定装置54の発光手段56には電力が供給され、この発光手段56の発光素子62からレーザ光が発せられ、このレーザ光が偏光板64を通過することによってs偏光の参照光IとなってウエハWの表面Waに入射角θで斜め方向から入射することになる。この参照光Iは、入射するときにその一部が表面Waから反射して反射光HのビームI として進んで行く。 Specifically, electric power is supplied to the light emitting means 56 of the temperature measuring device 54 provided in the heating means 32 on the surface side, and laser light is emitted from the light emitting element 62 of the light emitting means 56, and this laser light is converted into a polarizing plate. By passing through 64, it becomes s-polarized reference light I and enters the surface Wa of the wafer W from an oblique direction at an incident angle θ. A part of this reference light I is reflected from the surface Wa when entering, and proceeds as a beam I 0 of reflected light H.

一方、ウエハW内に屈折しつつ入射した参照光は、ウエハWの裏面Wbと表面Waとの間で反射を繰り返しながら進行して次第に減衰して行く。ここで上記ウエハWの裏面Wbと表面Waとの間で反射を繰り返しながら進行して行く参照光が、表面Waで反射する毎にその一部が表面Waを屈折しつつ透過して外側へ反射光Hとして進行し、反射光HのビームI 、I 、I 、I …が形成されることになる。そして、受光手段58の例えばCCDよりなる受光素子66により、上記ビームI と上記ビームI 、I 、I …の内の複数のビーム、ここではビームI 、I とが受光されて、各ビームI 、I 、I の光強度がそれぞれ検出されることになる。そして、上記各ビームI 、I 、I の各検出値は温度算出手段60へ送られる。 On the other hand, the reference light that is incident while being refracted into the wafer W advances while being repeatedly reflected between the back surface Wb and the front surface Wa of the wafer W and gradually attenuates. Here, each time the reference light traveling while being repeatedly reflected between the back surface Wb and the front surface Wa of the wafer W is reflected by the front surface Wa, a part of the reference light is refracted through the front surface Wa and reflected to the outside. It proceeds as light H, and beams I 0 , I 1 , I 2 , I 3 ... Of reflected light H are formed. Then, the light receiving element 66 made of, for example, a CCD of the light receiving means 58 receives the beam I 0 and a plurality of the beams I 1 , I 2 , I 3 ..., Here the beams I 1 and I 2. Thus, the light intensities of the beams I 0 , I 1 , and I 2 are detected, respectively. The detected values of the beams I 0 , I 1 and I 2 are sent to the temperature calculation means 60.

ここで、上記ウエハWの裏面Wb側の反射率Rbは前述のように予め測定されており、その測定値は温度算出手段60のメモリや参照情報記憶部66などに記憶されている。また参照光Iの周波数は予め定められており、これに対応する図3に示すような光吸収率とウエハ温度との関係を示す参照情報が参照情報記憶部66に予め記憶されている。上記温度算出手段60は、上記光強度”I ”、”I ””I ”と先の式2より、ウエハWの表面Waの反射率Raを求める。更に、この反射率Raと予め測定してある反射率Rbと光強度”I ””I ”と先の式7より、ウエハWの光吸収率Aを求める。 Here, the reflectance Rb on the back surface Wb side of the wafer W is measured in advance as described above, and the measured value is stored in the memory of the temperature calculation means 60, the reference information storage unit 66, or the like. The frequency of the reference light I is determined in advance, and corresponding reference information indicating the relationship between the light absorption rate and the wafer temperature as shown in FIG. 3 is stored in the reference information storage unit 66 in advance. The temperature calculation means 60 obtains the reflectance Ra of the surface Wa of the wafer W from the light intensities “I 0 ”, “I 1 ”, “I 2 ” and the above equation 2. Further, the light absorptance A of the wafer W is obtained from the reflectance Ra, the reflectance Rb measured in advance, the light intensity “I 1 ”, “I 2 ”, and Equation 7 above.

そして、この光吸収率Aと図3に示すような参照情報(グラフ)とに基づいてシリコンウエハの温度が求められることになる。例えば図3に従えば、参照光の波長を1150nmとした場合において光吸収率Aが”a1”の場合には、ウエハ温度はほぼ”t1℃”となる。このようにしてウエハ温度の測定値が求められたならば、この測定値は、温度調整手段52に向けて出力され、この温度調整手段52は前述したようにこの測定値に基づいて加熱手段32、34をフィードバック制御してウエハWの温度が所定のプロセス温度を維持するように調整することになる。   Then, the temperature of the silicon wafer is obtained based on this light absorption rate A and reference information (graph) as shown in FIG. For example, according to FIG. 3, when the wavelength of the reference light is 1150 nm and the light absorption rate A is “a1”, the wafer temperature is substantially “t1 ° C.”. When the measured value of the wafer temperature is obtained in this way, this measured value is output to the temperature adjusting means 52, and the temperature adjusting means 52 is heated based on this measured value as described above. , 34 are feedback-controlled to adjust the temperature of the wafer W to maintain a predetermined process temperature.

このように、上記温度測定装置54によりウエハWの温度を25℃〜600℃程度の低温域でも、精度良く求めることができる。この場合、処理の途中でウエハWの表面Waの反射率Raが変動しても、この反射率Raは式7に示すように光吸収率Aの演算式に組み込まれて加味するようにしているので、ウエハ温度の測定値の精度に悪影響を与えることがなく、ウエハWの温度を精度良く求めることができる。ここで、前述したように、参照情報記憶部66には、参照光Iの波長やウエハWの材質や厚さ等に対応させて参照情報を複数種類記憶させておき、波長や材質や厚さを特定することにより上記参照情報を選択的に用いるようにしてもよい。   Thus, the temperature of the wafer W can be obtained with high accuracy even in the low temperature range of about 25 ° C. to 600 ° C. by the temperature measuring device 54. In this case, even if the reflectance Ra of the surface Wa of the wafer W fluctuates during the process, the reflectance Ra is incorporated into the calculation formula of the light absorption rate A as shown in Expression 7 and is taken into consideration. Therefore, the temperature of the wafer W can be accurately obtained without adversely affecting the accuracy of the measured value of the wafer temperature. Here, as described above, the reference information storage unit 66 stores a plurality of types of reference information corresponding to the wavelength of the reference light I, the material and thickness of the wafer W, and the wavelength, material and thickness. By specifying the reference information, the reference information may be selectively used.

このように、本発明によれば、所定の厚さを有する被処理体Wの温度を測定する温度測定装置54において、比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求めることができる。   As described above, according to the present invention, the temperature measuring device 54 for measuring the temperature of the workpiece W having a predetermined thickness can accurately obtain the temperature of the workpiece with a relatively simple structure even in a low temperature range. Can do.

尚、上記実施例では、ウエハの温度を算出するために反射光のビームI の他に複数のビームI 、I を用いたが、このビームI 、I に限定されず、ビームI に加えて他の組み合わせ、例えばビームI 、I 或いはI 、I 等を用いてもよい。また、ここでは処理容器4内を減圧雰囲気にしてウエハWを処理する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ウエハWを大気圧雰囲気で処理する場合にも、本発明を適用できるのは勿論である。 In the above embodiment, a plurality of beams I 1 and I 2 are used in addition to the reflected light beam I 0 in order to calculate the temperature of the wafer. However, the present invention is not limited to these beams I 1 and I 2. In addition to I 0 , other combinations such as beams I 1 and I 3 or I 2 and I 3 may be used. Although the case where the wafer W is processed in the reduced pressure atmosphere in the processing container 4 has been described as an example here, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to the case where the wafer W is processed in an atmospheric pressure atmosphere. Of course.

また上記実施例にあっては、処理容器4の天井側と底部側の両方に加熱手段32、34を設けてウエハWを両面から加熱するようにしたが、これに限定されず、いずれか一方の加熱手段を設けてウエハWを片面から加熱するようにしてもよい。この場合、裏面側の加熱手段34を設けない場合には、ここに冷却機構を備えた円板状の冷却台を設け、アニール処理後のウエハWをこの冷却台に載置して冷却するようにしてもよい。   In the above embodiment, the heating means 32 and 34 are provided on both the ceiling side and the bottom side of the processing container 4 to heat the wafer W from both sides. However, the present invention is not limited to this. The heating means may be provided to heat the wafer W from one side. In this case, if the heating means 34 on the back surface side is not provided, a disk-shaped cooling table provided with a cooling mechanism is provided here, and the annealed wafer W is placed on the cooling table and cooled. It may be.

また、ここでは加熱手段32、34としてLED素子やLD素子を用いた場合を例として説明したが、これに限定されず、加熱ランプを備えた加熱手段を用いるようにしてもよい。更には、上記LED素子やLD素子や加熱ランプの加熱手段に加えて、或いはこれらに替えて、プラズマを発生させるプラズマ発生機構よりなる加熱手段を設けるようにしてもよく、この場合には、プラズマ発生機構に加える電力を制御することによりウエハ温度を調整することができる。   Although the case where an LED element or an LD element is used as the heating means 32 and 34 has been described as an example here, the present invention is not limited to this, and a heating means including a heating lamp may be used. Furthermore, in addition to or in place of the heating means of the LED element, LD element and heating lamp, a heating means comprising a plasma generating mechanism for generating plasma may be provided. The wafer temperature can be adjusted by controlling the power applied to the generating mechanism.

また、上記実施例では、ウエハWに対してアニール処理を施す場合を例にとって説明したが、これに限定されず、成膜処理、酸化拡散処理、エッチング処理等を行う場合にも本発明を適用することができる。   In the above embodiment, the case where the annealing process is performed on the wafer W has been described as an example. can do.

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やGaAs、SiC、GaNなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。   Although the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed here, the semiconductor wafer includes a silicon substrate and a compound semiconductor substrate such as GaAs, SiC, GaN, and the like, and is not limited to these substrates. The present invention can also be applied to glass substrates, ceramic substrates, and the like used in display devices.

2 処理装置
4 処理容器
4A 側壁
4B 天井板
4C 底板
10 支持手段
16 ガス供給手段
24 排気手段
32 表面側の加熱手段
34 裏面側の加熱手段
44 LEDモジュール
52 温度調整手段
54 温度測定装置
56 発光手段
58 受光手段
60 温度算出手段
62 発光素子
64 偏光板
66 参照情報記憶部
70 装置制御手段
I 参照光
,I ,I ,I 反射光のビーム
H 反射光
W 半導体ウエハ(被処理体)
Wa 表面
Wb 裏面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Processing apparatus 4 Processing container 4A Side wall 4B Ceiling board 4C Bottom board 10 Support means 16 Gas supply means 24 Exhaust means 32 Heating means on the surface side 34 Heating means on the back side 44 LED module 52 Temperature adjusting means 54 Temperature measuring device 56 Light emitting means 58 Light receiving means 60 Temperature calculating means 62 Light emitting element 64 Polarizing plate 66 Reference information storage section 70 Device control means I Reference beam I 0 , I 1 , I 2 , I 3 Reflected light beam H Reflected light W Semiconductor wafer (object to be processed)
Wa Front Wb Back

Claims (7)

所定の厚さを有する被処理体の温度を測定する温度測定装置において、
前記被処理体内で表面と裏面との間で反射を複数回繰り返させるために前記被処理体の表面に対して斜め方向からs偏光になされた参照光を照射する発光手段と、
前記被処理体の表面側に位置されて前記被処理体からの反射光の複数のビームを受光する受光手段と、
前記受光手段で得られた前記複数のビームの検出値に基づいて前記被処理体の温度を求める温度算出手段と、
を備えたことを特徴とする温度測定装置。
In a temperature measuring device for measuring the temperature of an object to be processed having a predetermined thickness,
A light emitting means for irradiating the surface of the object to be treated with s-polarized reference light from an oblique direction in order to repeat reflection between the surface and the back surface a plurality of times in the object to be treated;
A light receiving means that is positioned on the surface side of the object to be processed and receives a plurality of beams of reflected light from the object to be processed;
Temperature calculating means for determining the temperature of the object to be processed based on the detection values of the plurality of beams obtained by the light receiving means;
A temperature measuring device comprising:
前記複数のビームには、前記参照光が前記被処理体に入射する時に前記参照光の一部が前記表面から反射することにより形成されるビームが含まれることを特徴とする請求項1記載の温度測定装置。 The plurality of beams includes a beam formed by reflecting a part of the reference light from the surface when the reference light is incident on the object to be processed. Temperature measuring device. 前記複数のビームには、前記被処理体内で反射を繰り返す前記参照光が前記表面で反射される時に前記参照光の一部が前記表面の外側へ透過することにより形成される複数のビームが含まれることを特徴とする請求項2記載の温度測定装置。 The plurality of beams include a plurality of beams formed by transmitting a part of the reference light to the outside of the surface when the reference light that repeats reflection in the object to be processed is reflected on the surface. The temperature measuring device according to claim 2, wherein 前記温度算出手段は、前記被処理体の光吸収率と温度との関係を表す参照情報を記憶する参照情報記憶部を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の温度測定装置。 The said temperature calculation means has a reference information memory | storage part which memorize | stores the reference information showing the relationship between the light absorption rate of the said to-be-processed object, and temperature, The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Temperature measuring device. 前記参照光の波長は、1000〜1300nmの範囲内であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の温度測定装置。 The temperature measurement apparatus according to claim 1, wherein the wavelength of the reference light is in a range of 1000 to 1300 nm. 前記参照光の入射角は、40〜80度の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の温度測定装置。 The temperature measurement apparatus according to claim 1, wherein an incident angle of the reference light is in a range of 40 to 80 degrees. 所定の厚さを有する被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、
前記被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の温度測定装置と、
前記温度測定装置の測定値に基づいて前記加熱手段を制御することにより前記被処理体の温度を調整する温度調整手段と、
処理装置の全体の制御をする装置制御手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置。
In a processing apparatus for performing a predetermined process on an object to be processed having a predetermined thickness,
A processing container for containing the object to be processed;
A support means for supporting the object to be processed in the processing container;
Heating means for heating the object to be processed;
The temperature measuring device according to any one of claims 1 to 6,
Temperature adjusting means for adjusting the temperature of the object to be processed by controlling the heating means based on the measurement value of the temperature measuring device;
Device control means for controlling the entire processing device;
A processing apparatus comprising:
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