JP3676183B2 - 複合型光学的温度測定システムを用いたシリコンワークピースを処理するための方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、シリコンデバイスを処理する方法に関し、特に、シリコンワークピースを処理する際に、その温度を測定し、制御するための複合型光学的温度測定システムを用いる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンワークピースの温度を注意深く制御するための装置は、シリコンデバイスの製造で重要な部分である。処理中にワークピースの温度を制御するように本質的に設計されたシリコンデバイスの製造に用いるために開発されたシステムが数多くある。典型的なシリコンワークピース加熱装置は、ワークピース支持部と、ワークピースの温度を測定する装置と、赤外線バルブのような制御可能な加熱要素とを備えている。電子回路において測定された温度が受信され、加熱要素を制御され、時間の関数として所望の温度が達成されるかもしれない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン処理技術の発展に伴って、改良されたワークピース加熱装置と温度制御方式に対して相当する必要性が存在している。一つの主な難点は、５００℃以下の温度が処理工程で用いられる際の、ワークピースの温度を測定し、制御する試みに関係する。別の難点は、堆積材料をともない変更された、あるいは変更中のワークピースの温度の測定と制御とに関係している。集積回路デバイスを製造する際に、シリコンワークピースに材料を堆積し、あるいはこれらの堆積された材料の一部分を除去する工程を含み、シリコンワークピースが処理され得る、多くの方式がある。このような処理に用いる加工材料の存在が、ワークピース温度の測定に影響することになる。典型的には、これらの方法で、ワークピースの少なくとも１つの表面が処理されるので、材料が付着された、あるいは付着されている時に、ワークピースの正確な測定をすることが困難である。
【０００４】
ワークピースの温度を測定し制御する１つの方式は、熱電対（サーモカップル）を使用することである。熱電対は広い温度範囲にわたって効果的であるが、正確にそれらをワークピースに直接取り付けなければならないので、この取付が高価になり、時間も費やし、ワークピースを汚染する恐れもある。光高温計は、ワークピースに取り付ける必要がないので、温度を測定し、制御する際の使用に都合が良い。しかし、それらは低温で精度が低下する。５００℃以下の温度で、それらは、シリコン処理に必要な精度に欠けることになる。高温計は、シリコン表面の条件に基づいて、それらの信号を温度に変換するために、別々の較正も必要とする。最近、リプル技術(ripple technique)を用いて、交流電流の熱変調を利用し、加熱ランプを励起する、改良型の高温計が開発されてきている。このような改良型の高温計は、１１００℃近くの温度において１２℃の精度で測定可能であり、この技術を用いる高温計は、精度が低下するが、６００℃近辺の温度では効果的である。しかし、表面状態を考慮する方法としては、より低い温度でより高い精度がさらに必要とされる。
【０００５】
従って、改良された温度測定デバイスと方法が、より低い温度でより高い精度が達成され、かつ材料がシリコンワークピースに付着された、あるいはされている際に用いられ得る、シリコンデバイスの加工に使用するために望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
今まで述べてきた事を要約すると、本発明は、シリコンワークピースの温度を測定するための方法を用いて、シリコンウェーハ上の集積回路を処理する方法を実現するものである。集積回路の処理を制御可能にする温度測定方法は、スペクトルデータを光反射率で測定し、このスペクトルデータを温度値に変換するための変換システムを提供する工程を含む。光反射型温度計は、紫外線を含んでいる偏光のビームをシリコンワークピース上に向けて、光がワークピースからスペクトル分析器に反射するように送る工程と、ワークピースから反射した光のスペクトルを分析して、スペクトルデータを獲得する工程と、スペクトルデータをウェーハの表面に関する情報に変換する工程とを含む。この情報を用いて、温度測定方法が選択され、温度が決定され、処理が制御される。
【０００７】
本発明の光反射型温度測定システムを用いて、ワークピースに付着していた、あるいは付着されている時の加工材料の存在を考慮しながら、シリコンワークピースの温度を測定し、制御する、複合型温度測定システムが提供される。この複合システムは、複数の、望ましくは３つのタイプの温度計、例えば、シリコンワークピースに隣接して設けた熱電対と高温計と反射型温度計とを使用している。温度計は、加工材料の存在を考慮して、リアルタイムのスペクトルデータを獲得するために利用される。スペクトルデータのライブラリ（例えば、“スペクトルライブラリ”）が、既知の制御条件を用いて、リアルタイムの適用の実行前に測定される。リアルタイムのスペクトルデータが、スペクトルライブラリの値と比較されて、付着した、あるいは付着時の加工材料のタイプと濃度が決まる（例えば“表面状態”）。例えば、光反射、高温計、又は熱電対を用いて、どのようにして温度を測定するかについて、表面状態に基づいて決定される。また、温度は、適正に選択した技術を用いて測定される。スペクトルライブラリは、試験基板と複数の試験加工材料とを提供する工程、試験基板に取り付けた熱電対と光反射型温度計とを用いて、加工材料が付着された時に、試験基板と試験加工材料の温度を測定する工程、関数と係数の基本セットにスペクトルデータを分解する工程を用いて、作成又は拡張できる。既知の試験加工材料を測定して得られた値が、スペクトルライブラリを提供するために用いられるかもしれない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を更に理解するために、添付の図面を参照しながら実施例が説明される。また、これらの図面は、本発明の概念を図示することを意図しており、グラフを除いて寸法付けする必要のないことは理解されるだろう。
【０００９】
本発明によれば、材料の温度を測定し制御するために改良されたシステムを用いて、シリコンワークピース上で材料を処理する方法が提供される。このシステムでは、スペクトルデータは、シリコンワークピースの作製時に、ＵＶと可視光線をシリコンワークピースから反射して獲得される。このスペクトルデータを用いて、ワークピースの表面と接触せずにワークピースの温度を測定するために、幾つかの温度測定方式の中から、どれを用いるかについて決定する。この複合型光学的温度測定システムによれば、光反射型温度計と１つ又は複数の他の熱電対又は高温計のような、温度測定技術とを用いて、加工材料が付着されている時に、シリコンワークピースを正確に測定し、制御する。最初に、複合型温度測定システムのために、既知の加工材料の反射率と表面状態とその温度とを表す係数と反射率関数の基本セットを含んでいる、スペクトルデータのライブラリ（“スペクトルライブラリ”と呼ぶ）が提供される。スペクトルライブラリは、次に、リアルタイムの反射率値と比較され、どの温度測定技術を適用するかについて決定される。好都合に、最良の（すなわち、最も正確な）温度測定技術が選択されかつ適用されて、加工材料が付着されている時のワークピースの温度が測定され、制御される。
【００１０】
図１は、光反射式の方法における工程のブロック図を示す。光反射を実行する方法と装置が、“温度制御方式の改良されたシリコンデバイス処理装置”という名称で、Ａｌｅｒｓなどが１９９８年５月１９日に提出した米国特許出願第０９／０８０，４３０号に記してあり、本出願と共通する発明者である、譲受人に譲渡され、ここで引例によって包含されている（以降“‘４３０出願”と呼ぶ）。この方法の第１の工程は、ブロック１に示すように、シリコンワークピースの表面状態に関する情報又は温度値にスペクトルデータを変換する際に用いるための変換システムを提供する。第２の工程は、ブロック２に示すように、光反射型温度計を適用してシリコンワークピースの温度を測定する。光反射型温度計を用いてワークピースの温度を測定する工程は、（ｉ）紫外線がワークピースからスペクトル分析器に反射されるように、シリコンワークピース上に紫外線を含めた偏光ビームを向け、（ｉｉ）反射光のスペクトルを分析して、スペクトルデータを得る工程を、サブセットとして備えている。ブロック３に示すように、変換システムを用いて、スペクトルデータを温度値に変換する。変換システムは‘４３０出願に記述された較正手順に準じて較正すべきである。ブロック４に示すように、温度値に関する情報が、電子回路又は加熱要素に送られて、ワークピースの温度が制御される。
【００１１】
本発明の複合型温度測定システムは、光反射型温度計を用いて、ワークピースに加工材料が塗布される、又はエッチングされる時などに、ワークピースの温度を正確に測定できる。図２は、処理中にシリコンワークピースに付着された又は付着されている１つ又は複数の加工材料の存在を考慮した複合型温度測定システムの工程を示す。シリコンワークピースの処理技術として、例えば、膜の堆積（例えば、化学蒸着、スパッタリング、蒸着、又はエピタキシーを用いる）、拡散とイオン注入、湿式化学エッチング及びドライエッチング、アニーリングなどがある。これらの処理技術を実行する時に、ここで全体的に“加工材料”と呼ぶ１つ又は複数の材料をワークピースに付着する。加工材料は、堆積中にシリコンワークピースの温度に影響すると共に、それらがシリコンワークピースの背面を変えると温度測定にも影響を及ぼす場合がある。図２の方法を用いると、それでも正確な測定を実行することができる。
【００１２】
複合型温度測定システムでは、前述のように、光反射型温度計を含めた測定技術と、高温計や熱電対又は他の技術のような１つ又は複数の他の温度測定技術とを組合せて用いている。本発明の方法によれば、シリコンワークピースは、材料の形と厚み（又は濃度）と表面の粗さとを含めた表面状態（簡単な説明とするために、これらのパラメータをここでは“表面状態”と呼ぶ）を決定するために、処理前に分析される。表面状態に基づいて、どの測定技術を処理中に用いるべきか（例えば、どれが最も正確であるか）についての決定を、例えば、ソフトウェアプログラム又はコンピュータを用いて行う。測定が行われ、その温度情報が、ワークピースの温度と堆積速度とを制御するための加熱要素を含めて、シリコンデバイスの処理を制御する電子回路に送られる。
【００１３】
特に、図２はこの方法の工程を示すブロック図である。最初に、較正工程（例えばブロックａ、ｂ、ｃ）が実行されて、表面反射ライブラリ（ブロックａ）と、温度反射ライブラリ（ブロックｂ）と、高温計及び熱電対の温度ライブラリ（ブロックｃ）と、を含めたデータのライブラリが提供される。スペクトルライブラリが、リアルタイムデータとの比較のために、コンピュータの中にあるようなメモリーシステムに保存される。図２では、較正工程は、複合型温度測定システムのユーザ以外の第３者が実行できる状態で、これらの工程がオプションとなるように、点線で形作られたブロックで示される。スペクトルライブラリは任意のソースから方法のユーザに送られるか、又は方法のユーザが方法の実行前にライブラリを作成できる。方法のユーザはまた、例えば、新しい加工材料がシリコンデバイスの処理時に選択されて、付着される際に、ライブラリを拡大又は拡張できる。
【００１４】
図２Ａは、スペクトルライブラリの作成又は拡大に関連する工程を示す。これらの較正工程は、試験基板に付着するために、１つ又は複数の既知の試験的な加工材料を提供して実行され、試験材料は、既知であり、処理前又は処理中にワークピースに付着できる加工材料の形式を反映している。既知の表面状態をもつシリコンの反射率が反射率から測定され（図２Ａのブロックａ）ｉ））、スペクトルデータが、“表面反射ライブラリ”を作成するために、表面状態ごとの基本関数と係数のセットにされる（ブロックａ）ｉｉ））。表面状態ごとに、反射率が既知の温度で測定され（ブロックｂ）ｉ））、反射率から温度への数学的変換が表面ごとに計算されて“温度反射ライブラリ”が提供される（ブロックｂ）ｉｉ））。高温計（ブロックｃ）ｉ））と熱電対（ブロックｃ）ｉｉｉ））との信号が、表面状態と熱電対の配置ごとに、既知の温度に対して測定される。反射率から温度への数学的変換が表面ごとに計算されて、“高温計温度ライブラリ”（ブロックｃ）ｉｉ））と“熱電対温度ライブラリ”（ブロックｃ）ｉｖ））とが提供される。別の測定技術を用いると（例えば図２のブロック４ｄ）、この技術も同様に較正できる。‘４３０出願に記載された光反射型温度計も、反射率の測定に応用できる。
【００１５】
複合型温度測定システムを適用する際に、いちど試験ライブラリが与えられると、リアルタイムデータが獲得される。スペクトルは、図３に図示するような反射方法を用いて、シリコンワークピースの実際の処理中に、表面状態から得る（図２、ブロック１）。この反射方法は、前述の光反射式を含むかもしれない。しかし、この分野で周知の別の反射方法を含むことも可能であり、リアルタイムスペクトルデータを処理中の表面状態から得て、同じ方法を較正に用いることも重要である。ブロックａごとに実行した較正と反射スペクトルとを用いて、表面コーティングと条件が識別される（図２のブロック２）。識別工程は、係数と関数との基本セットにリアルタイムスペクトルデータを分解して行われ（ブロック３）、それらがスペクトルライブラリの係数と比較される（図２Ａ、ブロックａ）ｉｉ））。この比較を介して、実際の表面状態が決定され、温度測定技術が、例えば、表面状態が与えられると、最も正確な測定を与える技術に基づいて選択される（図２、ブロック３）。
【００１６】
例えば、本発明の好ましい実施例を適用すると、識別工程（例えば、ブロック２）でＳｉＯ2の非常に薄いコーティングを前処理で塗布するように指示する場合に、光反射型温度計が、そのコーティングに適したと共に用いられる（ブロック４ａ）。比較結果がＳｉＮの厚いコーティングを示す場合、高温計が、その材料に対して決定された較正と共に好都合に用いられる（ブロック４ｂ）。スペクトルデータとリアルタイムデータとの比較が“整合”しない場合、例えば、表面状態が未知の場合、熱電対が用いられる（ブロック４ｃ）。もちろん、他の測定技術も、前述の技術に加えて又はその代わりに、使用できて、この方法に組み入れることも可能であり（ブロック４ｄ、５ｄ）、比較データがこれらの条件に対して最も正確に計算される測定技術の決定に適用されることが重要である（ブロック３）。この方法は、較正情報に基づいた最も効果的な温度測定システムの活用を可能にする。複数の温度計からの信号が、好ましいことに堆積システムと温度計の作動状況をチェックするために用いられる。ソフトウェアコンピュータプログラムは、この工程を実行するために、この分野で知られた原理を用いて開発できる（すなわち、ブロック３の工程）。一度この決定が行われると、データが適切な温度計から利用され、温度が獲得され、温度情報が、その温度と材料の堆積速度とを含めて、ワークピースの処理を制御（図２、工程６）するために、電子回路又は加熱要素に送られる（例えば、コンピュータ制御によって）。
【００１７】
コンピュータ制御のもとで光反射型温度測定を行うために用いると共に、複合型温度測定システムに搭載できるデバイスが、‘４３０出願に記載されている。‘４３０出願のデバイスはワークピースの温度を測定し、紫外線がワークピースの表面に向けられ、そこから反射して、光がスペクトル分析器とコンピュータとに向けられ、スペクトルデータが温度値に変換される。‘４３０出願では、温度値に対するスペクトルデータの変換は、反射光のスペクトルと熱電対のような温度計とを用いる、試験基板による較正の初期工程を含んでいる。
【００１８】
図３は、図１と２の方法の工程を実行する際に使用できるシリコンデバイス製造装置を示す。シリコンワークピース１０は、露出面１０Ａと作動面１０Ｂとを備えていて、マイクロサーキット又は他のデバイスが形成又は修正される。装置は、好都合に比較的大きな入射角φ（好ましくは、φ＞４５度）で、シリコンワークピース１０の表面１０Ａ上に向けて偏光器１３を介して向けられた紫外線のビーム１２の光源１１を含んでいる。それは、シリコンワークピースから反射したビームを受ける構造を更に具備し、第２の偏光器１４と、光検出器１７のアレイと拡散要素１６のようなスペクトル分析装置１５とを含んでいる。好ましい実施例では、光源１１は、重水素ランプであり、２５０〜５５０ｎｍの波長の範囲で、強く紫外線と可視光線とを放射する。入射角度は、４５度〜８０度が望ましい。偏光器１３と１４は、好ましくは直線偏光器である。スペクトル分析装置１５は、光学的グレーティング拡散要素１６とシリコン光検出器１７のアレイとを備えている。
【００１９】
図２のデバイスを用いると、波長範囲２５０〜５５０ｎｍの光が、シリコン表面上に偏光器１３を介してビーム１２として、コリメートレンズ（図示せず）によって向けられる（図１の工程２（ｉ））。更に、加工材料が、ライン４３ａで概略的に示すように、シリコン表面１０Ａに隣接して存在する。加工材料が付着される時に、ビーム１２が、同様にこれらの材料から反射する。好都合に、光は、角度φ（最も望ましく、φ≒７０度）で、シリコンワークピース（及び任意で加工材料４３ａ）上に向けられ、シリコンからの反射強度が偏光に相応して変わる。偏光器１３は好ましくは、シリコン表面に対して平行及び垂直の両方の実質的な成分をもつように方向付けられた電界ベクトルにより、直線偏光されたビームを生成する。適切な偏光方向は、光ビーム１２によって形成された入射面から４５度であり、シリコン表面に対して垂直になる。
【００２０】
反射光ビームは、第２の偏光器１４で修正され、レンズ（図示せず）で集光されて、スペクトル分析される（図１の工程２（ｉｉ））。第２の偏光器１４は、広範囲の波長にわたって偏光をゼロにする（実質的に減少する）ように、第１の偏光器に比し、交差偏光として効果的に送られる。シリコンの反射率がこの波長範囲の全体にわたって殆ど一定なので、ゼロにすることが可能になる。対照的に、約４５０ｎｍ未満の波長では、シリコンの反射率が実質的に変動する。ＵＶレンジにおけるシリコンの反射率は、シリコンに固有のものであり、典型的な濃度レベルでの不純物の影響を受けないようにして、温度と共に変動する。従って、これらの変化は、温度を測定するために本発明の方法で使用できる。
【００２１】
図４は、シリコン表面から反射する偏光に関する波長の関数として強度を表すグラフである。曲線１（上の曲線）は、第２の偏光器１４が“ゼロの状態”ではないスペクトルを示す。曲線２（下の曲線）は、第２の偏光器１４が“ゼロ”位置に向けて回転された強度を示す。図から分かるように、ゼロにする偏光器は、可視光線とＩＲ（波長＞４５０ｎｍ）光線を本質的に除去して、反射強度のＵＶ部の一部を残す。
【００２２】
各光検出器（図３の１７）で、狭い範囲の波長に対する光信号が、その範囲の光量に相当する電気信号に変換される。複数の異なる波長範囲の各々の波長と強度とを示すペアの信号のセットが、デジタル化されて、コンピュータ（図示せず）を含む変換システムに伝送される。
【００２３】
図５は、図４に示した強度曲線の比率から描いた残留反射のプロットである。各ＵＶ波長で、曲線２の強度は、曲線１の反射強度で（例えば、コンピュータで）割られた。図から分かるように、ＵＶスペクトルは、２つのピークＰ1とＰ2によって特徴づけられている。これらのピークは、シリコンのバンド間の臨界点Ｅ'0とＥ1とに起因する。２つのピークがシリコンの特徴である。それらは、温度の変化に伴って、幅と位置がシフトする。この比スペクトルの変化は、温度の１０℃の変動ごとに約１％になり、温度変動の直接的な測定を可能にする。図４と５は、純粋なシリコンワークピース（例えば、加工材料が存在しない場合）の反射率のデータをプロットしているが、同じ原理を用いて、加工材料が付着されているスペクトルデータを得るために利用できる。
【００２４】
ソフトウェアプログラムを用いて、残留反射率スペクトルを分析し（例えば、図５）、スペクトルデータを温度値に変換する。ワークピースの残留反射率スペクトルは、反射変数を決定するための反射関数でフィッティングされる。これらの反射変数は、温度関数と定数とを用いて、温度を計算するための入力として作用する。変換に用いた温度関数と定数は、較正手順から決定され得る。更に、較正手順は、処理中の加工材料の存在を考慮するために、スペクトルライブラリを提供するように行われるかもしれない（図２Ａ）。
【００２５】
動作時に、一度システムが加工材料の存在に相応して較正されると（例えば、スペクトルライブラリが与えられると）、光反射型温度計が、シリコンワークピースの処理中に、それに対して実行されることができる。ＵＶ光が、前述のように、ワークピース上に向けて送られ、加工材料が付着されて、リアルタイムスペクトルデータを提供することになる（図２のブロック１）。光が、ワークピース１０Ａ及びワークピースに隣接する加工材料４３ａから反射される。このようにして得たスペクトルデータを用いて、リアルタイムスペクトルデータとスペクトルライブラリを比較すると、ウェーハに付着された、あるいはされている加工材料の組成、又は材料の組合せを決定できる（図２のブロック２）。また、この情報は、スペクトルデータを温度値に変換する際にも利用できる。
【００２６】
図６は、付着した加工材料の存在を考慮して、本発明の方法を実行するために使用できる、改良型シリコンワークピース処理装置３９の略図である。ここで、シリコンワークピース１０は、ワークピースを制御可能に加熱するために、ランプのような加熱要素４２を含み、制御された雰囲気を囲う部屋４１の内部の支持部（図示せず）に配置されている。この部屋は、例えば、ワークピースをコーティングし、又はワークピース上の材料を除去、あるいは変更するために、ワークピース上に加工材料を付着する材料装置４３を備えている。これは、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置、蒸着装置、又は材料がワークピースに付着される他の装置、又はアニーリング装置である。光学的反射システムは、装置３９の内部に組み込まれていて、好都合に比較的大きな入射角φ（例えば、φ＞４５度）で、ワークピース１０の表面１０Ａ上に向けて偏光器１３を介して向けられる、紫外線ビームの光源１１を含んでいる。光学的反射システムはさらに、第２の偏光器１４と、光検出器１７のアレイと拡散要素１６のようなスペクトル分析装置１５とを含んでいる。種々の表面状態のもとで測定するために、高温計２１は、システム又は熱電対３１あるいその両方を備えて用いられ、後者がワークピースの背面１０Ａに取り付けられている。
【００２７】
ワークピースの処理中に、加工材料４３ａは、装置４３から放出されて、部屋４１の内部を移動して、その作動面１０Ｂに付着されるワークピースに達する。好ましい処理構成では、加工材料は、作動面と対抗するウェーハ１０Ｂの背面に達しないようにされる。しかし、他の実施例では、加工材料は、ワークピースの対抗面１０Ｂに隣接して移動し、例えば、４３ａで概略的に示すように、ワークピースを実質的に囲う。従って、ワークピースの表面１０Ａ上に向かう光は、ワークピースだけでなく、そこに付着されている加工材料４３ａからも反射する。処理中に、光反射装置を用いて、表面状態の変化を測定する。そこで、表面状態が変わると、更なる情報がスペクトルライブラリから入手され、利用される。較正方式と温度計は処理中に変更できるが、好ましい温度計と較正方式とは、好ましくは加工材料の堆積前に選択される。ワークピースの温度は、回路４２ａを用いて加熱要素４２を制御するコンピュータ４４に与えられた温度情報で制御される。リアルタイムスペクトルデータは、加工材料が付着されると、光反射装置によって入手できる。コンピュータ４４のソフトウェアを用いて、スペクトルデータは、コンピュータに既に保存してあったスペクトルライブラリと比較して、どの測定技術、例えば、反射システム、高温計２１、又は熱電対３１のどれを用いるべきかについての決定を行うことができる。コンピュータは測定デバイスの各々に（例えば、回路１１ａ、２１ａ、３１ａを介して）接続できるので、それらのデータを必要に応じて利用できる。
【００２８】
温度情報は、加熱要素４２を制御するコンピュータ４４に送られ、コンピュータは、温度情報を用いて、温度従属性処理装置４３を回路４３ｂを介して制御することもできる。従って、温度は、５００℃以下の温度を含めて、広範囲の温度にわたってワークピースと接触せずに測定し、制御することができる。また、正確な測定を、種々の表面状態のもとでワークピースに対して実行できる。
【００２９】
前述の実施例は、本発明の応用事例を示す、少数の考えられる特殊な実施例だけ図示していることを理解すべきである。種々の及び変更された他の構成も、本発明の趣旨と範囲から逸脱せずに当業者は実行できるものと思われる。全てのこのような変更と修正は添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、加工材料の存在する、シリコンワークピースの温度を、低温を含む広い範囲で正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光反射方式に関連する工程のブロック図である。
【図２】本発明の複合型温度測定システムに関連する工程のブロック図である。
【図２Ａ】本発明の複合型温度測定システムに関連する較正工程のブロック図である。
【図３】本発明の光反射方法を用いて、図２の工程５の決定を行い、必要に応じて、シリコンワークピースの温度を測定する際に使用できる装置の略図である。
【図４】異なる温度と、偏光と、正規化とにおいて、シリコンワークピースから反射した偏光ＵＶ光線のスペクトルを示した図である。
【図５】異なる温度と、偏光と、正規化とにおいて、シリコンワークピースから反射した偏光ＵＶ光線のスペクトルを示した図である。
【図６】本発明の複合型温度測定方法を実施する際に使用できるシリコンデバイス製造装置を示した図である。
【符号の説明】
１０ シリコンワークピース
１０Ａ 露出面
１０Ｂ 作動面
１１ 光源
１２ ビーム
１３ 偏光器
１４ 第２の偏光器
１５ スペクトル分析装置
１６ 拡散要素
１７ 光検出器
【発明の属する技術】
本発明は、シリコンデバイスを処理する方法に関し、特に、シリコンワークピースを処理する際に、その温度を測定し、制御するための複合型光学的温度測定システムを用いる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンワークピースの温度を注意深く制御するための装置は、シリコンデバイスの製造で重要な部分である。処理中にワークピースの温度を制御するように本質的に設計されたシリコンデバイスの製造に用いるために開発されたシステムが数多くある。典型的なシリコンワークピース加熱装置は、ワークピース支持部と、ワークピースの温度を測定する装置と、赤外線バルブのような制御可能な加熱要素とを備えている。電子回路において測定された温度が受信され、加熱要素を制御され、時間の関数として所望の温度が達成されるかもしれない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン処理技術の発展に伴って、改良されたワークピース加熱装置と温度制御方式に対して相当する必要性が存在している。一つの主な難点は、５００℃以下の温度が処理工程で用いられる際の、ワークピースの温度を測定し、制御する試みに関係する。別の難点は、堆積材料をともない変更された、あるいは変更中のワークピースの温度の測定と制御とに関係している。集積回路デバイスを製造する際に、シリコンワークピースに材料を堆積し、あるいはこれらの堆積された材料の一部分を除去する工程を含み、シリコンワークピースが処理され得る、多くの方式がある。このような処理に用いる加工材料の存在が、ワークピース温度の測定に影響することになる。典型的には、これらの方法で、ワークピースの少なくとも１つの表面が処理されるので、材料が付着された、あるいは付着されている時に、ワークピースの正確な測定をすることが困難である。
【０００４】
ワークピースの温度を測定し制御する１つの方式は、熱電対（サーモカップル）を使用することである。熱電対は広い温度範囲にわたって効果的であるが、正確にそれらをワークピースに直接取り付けなければならないので、この取付が高価になり、時間も費やし、ワークピースを汚染する恐れもある。光高温計は、ワークピースに取り付ける必要がないので、温度を測定し、制御する際の使用に都合が良い。しかし、それらは低温で精度が低下する。５００℃以下の温度で、それらは、シリコン処理に必要な精度に欠けることになる。高温計は、シリコン表面の条件に基づいて、それらの信号を温度に変換するために、別々の較正も必要とする。最近、リプル技術(ripple technique)を用いて、交流電流の熱変調を利用し、加熱ランプを励起する、改良型の高温計が開発されてきている。このような改良型の高温計は、１１００℃近くの温度において１２℃の精度で測定可能であり、この技術を用いる高温計は、精度が低下するが、６００℃近辺の温度では効果的である。しかし、表面状態を考慮する方法としては、より低い温度でより高い精度がさらに必要とされる。
【０００５】
従って、改良された温度測定デバイスと方法が、より低い温度でより高い精度が達成され、かつ材料がシリコンワークピースに付着された、あるいはされている際に用いられ得る、シリコンデバイスの加工に使用するために望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
今まで述べてきた事を要約すると、本発明は、シリコンワークピースの温度を測定するための方法を用いて、シリコンウェーハ上の集積回路を処理する方法を実現するものである。集積回路の処理を制御可能にする温度測定方法は、スペクトルデータを光反射率で測定し、このスペクトルデータを温度値に変換するための変換システムを提供する工程を含む。光反射型温度計は、紫外線を含んでいる偏光のビームをシリコンワークピース上に向けて、光がワークピースからスペクトル分析器に反射するように送る工程と、ワークピースから反射した光のスペクトルを分析して、スペクトルデータを獲得する工程と、スペクトルデータをウェーハの表面に関する情報に変換する工程とを含む。この情報を用いて、温度測定方法が選択され、温度が決定され、処理が制御される。
【０００７】
本発明の光反射型温度測定システムを用いて、ワークピースに付着していた、あるいは付着されている時の加工材料の存在を考慮しながら、シリコンワークピースの温度を測定し、制御する、複合型温度測定システムが提供される。この複合システムは、複数の、望ましくは３つのタイプの温度計、例えば、シリコンワークピースに隣接して設けた熱電対と高温計と反射型温度計とを使用している。温度計は、加工材料の存在を考慮して、リアルタイムのスペクトルデータを獲得するために利用される。スペクトルデータのライブラリ（例えば、“スペクトルライブラリ”）が、既知の制御条件を用いて、リアルタイムの適用の実行前に測定される。リアルタイムのスペクトルデータが、スペクトルライブラリの値と比較されて、付着した、あるいは付着時の加工材料のタイプと濃度が決まる（例えば“表面状態”）。例えば、光反射、高温計、又は熱電対を用いて、どのようにして温度を測定するかについて、表面状態に基づいて決定される。また、温度は、適正に選択した技術を用いて測定される。スペクトルライブラリは、試験基板と複数の試験加工材料とを提供する工程、試験基板に取り付けた熱電対と光反射型温度計とを用いて、加工材料が付着された時に、試験基板と試験加工材料の温度を測定する工程、関数と係数の基本セットにスペクトルデータを分解する工程を用いて、作成又は拡張できる。既知の試験加工材料を測定して得られた値が、スペクトルライブラリを提供するために用いられるかもしれない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を更に理解するために、添付の図面を参照しながら実施例が説明される。また、これらの図面は、本発明の概念を図示することを意図しており、グラフを除いて寸法付けする必要のないことは理解されるだろう。
【０００９】
本発明によれば、材料の温度を測定し制御するために改良されたシステムを用いて、シリコンワークピース上で材料を処理する方法が提供される。このシステムでは、スペクトルデータは、シリコンワークピースの作製時に、ＵＶと可視光線をシリコンワークピースから反射して獲得される。このスペクトルデータを用いて、ワークピースの表面と接触せずにワークピースの温度を測定するために、幾つかの温度測定方式の中から、どれを用いるかについて決定する。この複合型光学的温度測定システムによれば、光反射型温度計と１つ又は複数の他の熱電対又は高温計のような、温度測定技術とを用いて、加工材料が付着されている時に、シリコンワークピースを正確に測定し、制御する。最初に、複合型温度測定システムのために、既知の加工材料の反射率と表面状態とその温度とを表す係数と反射率関数の基本セットを含んでいる、スペクトルデータのライブラリ（“スペクトルライブラリ”と呼ぶ）が提供される。スペクトルライブラリは、次に、リアルタイムの反射率値と比較され、どの温度測定技術を適用するかについて決定される。好都合に、最良の（すなわち、最も正確な）温度測定技術が選択されかつ適用されて、加工材料が付着されている時のワークピースの温度が測定され、制御される。
【００１０】
図１は、光反射式の方法における工程のブロック図を示す。光反射を実行する方法と装置が、“温度制御方式の改良されたシリコンデバイス処理装置”という名称で、Ａｌｅｒｓなどが１９９８年５月１９日に提出した米国特許出願第０９／０８０，４３０号に記してあり、本出願と共通する発明者である、譲受人に譲渡され、ここで引例によって包含されている（以降“‘４３０出願”と呼ぶ）。この方法の第１の工程は、ブロック１に示すように、シリコンワークピースの表面状態に関する情報又は温度値にスペクトルデータを変換する際に用いるための変換システムを提供する。第２の工程は、ブロック２に示すように、光反射型温度計を適用してシリコンワークピースの温度を測定する。光反射型温度計を用いてワークピースの温度を測定する工程は、（ｉ）紫外線がワークピースからスペクトル分析器に反射されるように、シリコンワークピース上に紫外線を含めた偏光ビームを向け、（ｉｉ）反射光のスペクトルを分析して、スペクトルデータを得る工程を、サブセットとして備えている。ブロック３に示すように、変換システムを用いて、スペクトルデータを温度値に変換する。変換システムは‘４３０出願に記述された較正手順に準じて較正すべきである。ブロック４に示すように、温度値に関する情報が、電子回路又は加熱要素に送られて、ワークピースの温度が制御される。
【００１１】
本発明の複合型温度測定システムは、光反射型温度計を用いて、ワークピースに加工材料が塗布される、又はエッチングされる時などに、ワークピースの温度を正確に測定できる。図２は、処理中にシリコンワークピースに付着された又は付着されている１つ又は複数の加工材料の存在を考慮した複合型温度測定システムの工程を示す。シリコンワークピースの処理技術として、例えば、膜の堆積（例えば、化学蒸着、スパッタリング、蒸着、又はエピタキシーを用いる）、拡散とイオン注入、湿式化学エッチング及びドライエッチング、アニーリングなどがある。これらの処理技術を実行する時に、ここで全体的に“加工材料”と呼ぶ１つ又は複数の材料をワークピースに付着する。加工材料は、堆積中にシリコンワークピースの温度に影響すると共に、それらがシリコンワークピースの背面を変えると温度測定にも影響を及ぼす場合がある。図２の方法を用いると、それでも正確な測定を実行することができる。
【００１２】
複合型温度測定システムでは、前述のように、光反射型温度計を含めた測定技術と、高温計や熱電対又は他の技術のような１つ又は複数の他の温度測定技術とを組合せて用いている。本発明の方法によれば、シリコンワークピースは、材料の形と厚み（又は濃度）と表面の粗さとを含めた表面状態（簡単な説明とするために、これらのパラメータをここでは“表面状態”と呼ぶ）を決定するために、処理前に分析される。表面状態に基づいて、どの測定技術を処理中に用いるべきか（例えば、どれが最も正確であるか）についての決定を、例えば、ソフトウェアプログラム又はコンピュータを用いて行う。測定が行われ、その温度情報が、ワークピースの温度と堆積速度とを制御するための加熱要素を含めて、シリコンデバイスの処理を制御する電子回路に送られる。
【００１３】
特に、図２はこの方法の工程を示すブロック図である。最初に、較正工程（例えばブロックａ、ｂ、ｃ）が実行されて、表面反射ライブラリ（ブロックａ）と、温度反射ライブラリ（ブロックｂ）と、高温計及び熱電対の温度ライブラリ（ブロックｃ）と、を含めたデータのライブラリが提供される。スペクトルライブラリが、リアルタイムデータとの比較のために、コンピュータの中にあるようなメモリーシステムに保存される。図２では、較正工程は、複合型温度測定システムのユーザ以外の第３者が実行できる状態で、これらの工程がオプションとなるように、点線で形作られたブロックで示される。スペクトルライブラリは任意のソースから方法のユーザに送られるか、又は方法のユーザが方法の実行前にライブラリを作成できる。方法のユーザはまた、例えば、新しい加工材料がシリコンデバイスの処理時に選択されて、付着される際に、ライブラリを拡大又は拡張できる。
【００１４】
図２Ａは、スペクトルライブラリの作成又は拡大に関連する工程を示す。これらの較正工程は、試験基板に付着するために、１つ又は複数の既知の試験的な加工材料を提供して実行され、試験材料は、既知であり、処理前又は処理中にワークピースに付着できる加工材料の形式を反映している。既知の表面状態をもつシリコンの反射率が反射率から測定され（図２Ａのブロックａ）ｉ））、スペクトルデータが、“表面反射ライブラリ”を作成するために、表面状態ごとの基本関数と係数のセットにされる（ブロックａ）ｉｉ））。表面状態ごとに、反射率が既知の温度で測定され（ブロックｂ）ｉ））、反射率から温度への数学的変換が表面ごとに計算されて“温度反射ライブラリ”が提供される（ブロックｂ）ｉｉ））。高温計（ブロックｃ）ｉ））と熱電対（ブロックｃ）ｉｉｉ））との信号が、表面状態と熱電対の配置ごとに、既知の温度に対して測定される。反射率から温度への数学的変換が表面ごとに計算されて、“高温計温度ライブラリ”（ブロックｃ）ｉｉ））と“熱電対温度ライブラリ”（ブロックｃ）ｉｖ））とが提供される。別の測定技術を用いると（例えば図２のブロック４ｄ）、この技術も同様に較正できる。‘４３０出願に記載された光反射型温度計も、反射率の測定に応用できる。
【００１５】
複合型温度測定システムを適用する際に、いちど試験ライブラリが与えられると、リアルタイムデータが獲得される。スペクトルは、図３に図示するような反射方法を用いて、シリコンワークピースの実際の処理中に、表面状態から得る（図２、ブロック１）。この反射方法は、前述の光反射式を含むかもしれない。しかし、この分野で周知の別の反射方法を含むことも可能であり、リアルタイムスペクトルデータを処理中の表面状態から得て、同じ方法を較正に用いることも重要である。ブロックａごとに実行した較正と反射スペクトルとを用いて、表面コーティングと条件が識別される（図２のブロック２）。識別工程は、係数と関数との基本セットにリアルタイムスペクトルデータを分解して行われ（ブロック３）、それらがスペクトルライブラリの係数と比較される（図２Ａ、ブロックａ）ｉｉ））。この比較を介して、実際の表面状態が決定され、温度測定技術が、例えば、表面状態が与えられると、最も正確な測定を与える技術に基づいて選択される（図２、ブロック３）。
【００１６】
例えば、本発明の好ましい実施例を適用すると、識別工程（例えば、ブロック２）でＳｉＯ2の非常に薄いコーティングを前処理で塗布するように指示する場合に、光反射型温度計が、そのコーティングに適したと共に用いられる（ブロック４ａ）。比較結果がＳｉＮの厚いコーティングを示す場合、高温計が、その材料に対して決定された較正と共に好都合に用いられる（ブロック４ｂ）。スペクトルデータとリアルタイムデータとの比較が“整合”しない場合、例えば、表面状態が未知の場合、熱電対が用いられる（ブロック４ｃ）。もちろん、他の測定技術も、前述の技術に加えて又はその代わりに、使用できて、この方法に組み入れることも可能であり（ブロック４ｄ、５ｄ）、比較データがこれらの条件に対して最も正確に計算される測定技術の決定に適用されることが重要である（ブロック３）。この方法は、較正情報に基づいた最も効果的な温度測定システムの活用を可能にする。複数の温度計からの信号が、好ましいことに堆積システムと温度計の作動状況をチェックするために用いられる。ソフトウェアコンピュータプログラムは、この工程を実行するために、この分野で知られた原理を用いて開発できる（すなわち、ブロック３の工程）。一度この決定が行われると、データが適切な温度計から利用され、温度が獲得され、温度情報が、その温度と材料の堆積速度とを含めて、ワークピースの処理を制御（図２、工程６）するために、電子回路又は加熱要素に送られる（例えば、コンピュータ制御によって）。
【００１７】
コンピュータ制御のもとで光反射型温度測定を行うために用いると共に、複合型温度測定システムに搭載できるデバイスが、‘４３０出願に記載されている。‘４３０出願のデバイスはワークピースの温度を測定し、紫外線がワークピースの表面に向けられ、そこから反射して、光がスペクトル分析器とコンピュータとに向けられ、スペクトルデータが温度値に変換される。‘４３０出願では、温度値に対するスペクトルデータの変換は、反射光のスペクトルと熱電対のような温度計とを用いる、試験基板による較正の初期工程を含んでいる。
【００１８】
図３は、図１と２の方法の工程を実行する際に使用できるシリコンデバイス製造装置を示す。シリコンワークピース１０は、露出面１０Ａと作動面１０Ｂとを備えていて、マイクロサーキット又は他のデバイスが形成又は修正される。装置は、好都合に比較的大きな入射角φ（好ましくは、φ＞４５度）で、シリコンワークピース１０の表面１０Ａ上に向けて偏光器１３を介して向けられた紫外線のビーム１２の光源１１を含んでいる。それは、シリコンワークピースから反射したビームを受ける構造を更に具備し、第２の偏光器１４と、光検出器１７のアレイと拡散要素１６のようなスペクトル分析装置１５とを含んでいる。好ましい実施例では、光源１１は、重水素ランプであり、２５０〜５５０ｎｍの波長の範囲で、強く紫外線と可視光線とを放射する。入射角度は、４５度〜８０度が望ましい。偏光器１３と１４は、好ましくは直線偏光器である。スペクトル分析装置１５は、光学的グレーティング拡散要素１６とシリコン光検出器１７のアレイとを備えている。
【００１９】
図２のデバイスを用いると、波長範囲２５０〜５５０ｎｍの光が、シリコン表面上に偏光器１３を介してビーム１２として、コリメートレンズ（図示せず）によって向けられる（図１の工程２（ｉ））。更に、加工材料が、ライン４３ａで概略的に示すように、シリコン表面１０Ａに隣接して存在する。加工材料が付着される時に、ビーム１２が、同様にこれらの材料から反射する。好都合に、光は、角度φ（最も望ましく、φ≒７０度）で、シリコンワークピース（及び任意で加工材料４３ａ）上に向けられ、シリコンからの反射強度が偏光に相応して変わる。偏光器１３は好ましくは、シリコン表面に対して平行及び垂直の両方の実質的な成分をもつように方向付けられた電界ベクトルにより、直線偏光されたビームを生成する。適切な偏光方向は、光ビーム１２によって形成された入射面から４５度であり、シリコン表面に対して垂直になる。
【００２０】
反射光ビームは、第２の偏光器１４で修正され、レンズ（図示せず）で集光されて、スペクトル分析される（図１の工程２（ｉｉ））。第２の偏光器１４は、広範囲の波長にわたって偏光をゼロにする（実質的に減少する）ように、第１の偏光器に比し、交差偏光として効果的に送られる。シリコンの反射率がこの波長範囲の全体にわたって殆ど一定なので、ゼロにすることが可能になる。対照的に、約４５０ｎｍ未満の波長では、シリコンの反射率が実質的に変動する。ＵＶレンジにおけるシリコンの反射率は、シリコンに固有のものであり、典型的な濃度レベルでの不純物の影響を受けないようにして、温度と共に変動する。従って、これらの変化は、温度を測定するために本発明の方法で使用できる。
【００２１】
図４は、シリコン表面から反射する偏光に関する波長の関数として強度を表すグラフである。曲線１（上の曲線）は、第２の偏光器１４が“ゼロの状態”ではないスペクトルを示す。曲線２（下の曲線）は、第２の偏光器１４が“ゼロ”位置に向けて回転された強度を示す。図から分かるように、ゼロにする偏光器は、可視光線とＩＲ（波長＞４５０ｎｍ）光線を本質的に除去して、反射強度のＵＶ部の一部を残す。
【００２２】
各光検出器（図３の１７）で、狭い範囲の波長に対する光信号が、その範囲の光量に相当する電気信号に変換される。複数の異なる波長範囲の各々の波長と強度とを示すペアの信号のセットが、デジタル化されて、コンピュータ（図示せず）を含む変換システムに伝送される。
【００２３】
図５は、図４に示した強度曲線の比率から描いた残留反射のプロットである。各ＵＶ波長で、曲線２の強度は、曲線１の反射強度で（例えば、コンピュータで）割られた。図から分かるように、ＵＶスペクトルは、２つのピークＰ1とＰ2によって特徴づけられている。これらのピークは、シリコンのバンド間の臨界点Ｅ'0とＥ1とに起因する。２つのピークがシリコンの特徴である。それらは、温度の変化に伴って、幅と位置がシフトする。この比スペクトルの変化は、温度の１０℃の変動ごとに約１％になり、温度変動の直接的な測定を可能にする。図４と５は、純粋なシリコンワークピース（例えば、加工材料が存在しない場合）の反射率のデータをプロットしているが、同じ原理を用いて、加工材料が付着されているスペクトルデータを得るために利用できる。
【００２４】
ソフトウェアプログラムを用いて、残留反射率スペクトルを分析し（例えば、図５）、スペクトルデータを温度値に変換する。ワークピースの残留反射率スペクトルは、反射変数を決定するための反射関数でフィッティングされる。これらの反射変数は、温度関数と定数とを用いて、温度を計算するための入力として作用する。変換に用いた温度関数と定数は、較正手順から決定され得る。更に、較正手順は、処理中の加工材料の存在を考慮するために、スペクトルライブラリを提供するように行われるかもしれない（図２Ａ）。
【００２５】
動作時に、一度システムが加工材料の存在に相応して較正されると（例えば、スペクトルライブラリが与えられると）、光反射型温度計が、シリコンワークピースの処理中に、それに対して実行されることができる。ＵＶ光が、前述のように、ワークピース上に向けて送られ、加工材料が付着されて、リアルタイムスペクトルデータを提供することになる（図２のブロック１）。光が、ワークピース１０Ａ及びワークピースに隣接する加工材料４３ａから反射される。このようにして得たスペクトルデータを用いて、リアルタイムスペクトルデータとスペクトルライブラリを比較すると、ウェーハに付着された、あるいはされている加工材料の組成、又は材料の組合せを決定できる（図２のブロック２）。また、この情報は、スペクトルデータを温度値に変換する際にも利用できる。
【００２６】
図６は、付着した加工材料の存在を考慮して、本発明の方法を実行するために使用できる、改良型シリコンワークピース処理装置３９の略図である。ここで、シリコンワークピース１０は、ワークピースを制御可能に加熱するために、ランプのような加熱要素４２を含み、制御された雰囲気を囲う部屋４１の内部の支持部（図示せず）に配置されている。この部屋は、例えば、ワークピースをコーティングし、又はワークピース上の材料を除去、あるいは変更するために、ワークピース上に加工材料を付着する材料装置４３を備えている。これは、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置、蒸着装置、又は材料がワークピースに付着される他の装置、又はアニーリング装置である。光学的反射システムは、装置３９の内部に組み込まれていて、好都合に比較的大きな入射角φ（例えば、φ＞４５度）で、ワークピース１０の表面１０Ａ上に向けて偏光器１３を介して向けられる、紫外線ビームの光源１１を含んでいる。光学的反射システムはさらに、第２の偏光器１４と、光検出器１７のアレイと拡散要素１６のようなスペクトル分析装置１５とを含んでいる。種々の表面状態のもとで測定するために、高温計２１は、システム又は熱電対３１あるいその両方を備えて用いられ、後者がワークピースの背面１０Ａに取り付けられている。
【００２７】
ワークピースの処理中に、加工材料４３ａは、装置４３から放出されて、部屋４１の内部を移動して、その作動面１０Ｂに付着されるワークピースに達する。好ましい処理構成では、加工材料は、作動面と対抗するウェーハ１０Ｂの背面に達しないようにされる。しかし、他の実施例では、加工材料は、ワークピースの対抗面１０Ｂに隣接して移動し、例えば、４３ａで概略的に示すように、ワークピースを実質的に囲う。従って、ワークピースの表面１０Ａ上に向かう光は、ワークピースだけでなく、そこに付着されている加工材料４３ａからも反射する。処理中に、光反射装置を用いて、表面状態の変化を測定する。そこで、表面状態が変わると、更なる情報がスペクトルライブラリから入手され、利用される。較正方式と温度計は処理中に変更できるが、好ましい温度計と較正方式とは、好ましくは加工材料の堆積前に選択される。ワークピースの温度は、回路４２ａを用いて加熱要素４２を制御するコンピュータ４４に与えられた温度情報で制御される。リアルタイムスペクトルデータは、加工材料が付着されると、光反射装置によって入手できる。コンピュータ４４のソフトウェアを用いて、スペクトルデータは、コンピュータに既に保存してあったスペクトルライブラリと比較して、どの測定技術、例えば、反射システム、高温計２１、又は熱電対３１のどれを用いるべきかについての決定を行うことができる。コンピュータは測定デバイスの各々に（例えば、回路１１ａ、２１ａ、３１ａを介して）接続できるので、それらのデータを必要に応じて利用できる。
【００２８】
温度情報は、加熱要素４２を制御するコンピュータ４４に送られ、コンピュータは、温度情報を用いて、温度従属性処理装置４３を回路４３ｂを介して制御することもできる。従って、温度は、５００℃以下の温度を含めて、広範囲の温度にわたってワークピースと接触せずに測定し、制御することができる。また、正確な測定を、種々の表面状態のもとでワークピースに対して実行できる。
【００２９】
前述の実施例は、本発明の応用事例を示す、少数の考えられる特殊な実施例だけ図示していることを理解すべきである。種々の及び変更された他の構成も、本発明の趣旨と範囲から逸脱せずに当業者は実行できるものと思われる。全てのこのような変更と修正は添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、加工材料の存在する、シリコンワークピースの温度を、低温を含む広い範囲で正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光反射方式に関連する工程のブロック図である。
【図２】本発明の複合型温度測定システムに関連する工程のブロック図である。
【図２Ａ】本発明の複合型温度測定システムに関連する較正工程のブロック図である。
【図３】本発明の光反射方法を用いて、図２の工程５の決定を行い、必要に応じて、シリコンワークピースの温度を測定する際に使用できる装置の略図である。
【図４】異なる温度と、偏光と、正規化とにおいて、シリコンワークピースから反射した偏光ＵＶ光線のスペクトルを示した図である。
【図５】異なる温度と、偏光と、正規化とにおいて、シリコンワークピースから反射した偏光ＵＶ光線のスペクトルを示した図である。
【図６】本発明の複合型温度測定方法を実施する際に使用できるシリコンデバイス製造装置を示した図である。
【符号の説明】
１０ シリコンワークピース
１０Ａ 露出面
１０Ｂ 作動面
１１ 光源
１２ ビーム
１３ 偏光器
１４ 第２の偏光器
１５ スペクトル分析装置
１６ 拡散要素
１７ 光検出器
Claims (12)
- シリコンデバイスの処理中にシリコンワークピースの温度を測定する方法であって、
（ａ） 既知の組成の少なくとも１つの試験材料に関連するデータを含んでいるスペクトルライブラリを提供する工程と、
（ｂ） 光反射型温度計を用いて、前記シリコンワークピースのリアルタイムスペクトルデータを獲得する工程と、
（ｃ） 前記リアルタイムスペクトルデータと前記スペクトルライブラリのデータを比較して、表面状態を決定する工程と、
（ｄ） 前記表面状態に適した温度測定技術を選択する工程と、
（ｅ） 前記工程（ｄ）に準じて選択された前記温度測定技術を応用して、前記温度を測定する工程と、を含む方法。 - 前記シリコンワークピースは、この方法が行われる前に、その表面の少なくとも１つに付着された少なくとも１つの加工材料を有している、請求項１記載の方法。
- 前記シリコンワークピースのリアルタイムスペクトルデータを獲得する前記工程（工程ｂ）は、少なくとも１つの加工材料が前記ワークピースの表面に付着された時に実行される、請求項１記載の方法。
- 前記シリコンワークピースのリアルタイムスペクトルデータを獲得する工程（工程ｂ）は、
（ｉ） 紫外線を含む偏光ビームを、前記シリコンワークピースに向けて、前記少なくとも１つの加工材料が付着された時に、前記紫外線が前記ワークピースと前記少なくとも１つの加工材料からスペクトル分析器に向けて反射される工程と、
（ｉｉ） 前記スペクトル分析器を用いて、前記少なくとも１つの加工材料と前記ワークピースとから反射した前記光の前記スペクトルを分析して、前記リアルタイムスペクトルデータを獲得する工程と、を含む請求項３記載の方法。 - 前記工程（ｃ）に準じて決定される前記表面状態には、前記基板に付着されている前記少なくとも１つの加工材料の前記組成と厚みとが含まれている、請求項３記載の方法。
- 前記スペクトルライブラリを提供する工程が、
（ａ） 試験基板と、前記試験基板に付着するための既知の組成の少なくとも１つの試験材料とを提供する工程と、
（ｂ） 前記試験基板と試験材料の温度を温度計を用いて測定して、第１の温度値を獲得する工程と、
（ｃ） 前記試験基板と前記試験材料の前記温度を光反射から測定して、スペクトルデータを獲得する工程と、
（ｄ） 前記少なくとも１つの試験材料の反射率と表面状態とその温度を特徴づけるための関数と係数の基本セットに前記スペクトルデータを分解するために、前記第１の温度値を適用する工程と、を含む請求項１記載の方法。 - 前記試験材料が前記試験基板の前記表面に付着され、温度計と光反射を用いて前記温度を測定する前記工程（工程ｂとｃ）が、そこに付着された前記試験材料と共に前記試験基板による温度を測定する工程を含む、請求項６記載の方法。
- 前記試験材料が前記試験基板の前記表面に付着され、温度計と光反射を用いて前記温度を測定する前記工程（工程ｂとｃ）が、前記試験材料がそこに付着されている時に、前記試験基板の前記温度を測定する工程を含む、請求項６記載の方法。
- 前記温度計が熱電対を含む請求項８記載の方法。
- 前記工程（ｄ）の温度測定技術が、光反射、高温計および熱電対とから選択される、請求項１記載の方法。
- 前記温度を測定する工程（工程（ｅ））から獲得した温度情報を、前記処理の条件を制御するコンピュータに送る工程を更に含む請求項１記載の方法。
- 前記処理の条件は、加工材料が前記ワークピースに付着される速度と前記ワークピースの前記温度とを含む請求項１１に記載の方法。
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