JPH05251397A - 基板温度の測定方法 - Google Patents

基板温度の測定方法

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JPH05251397A
JPH05251397A JP4814192A JP4814192A JPH05251397A JP H05251397 A JPH05251397 A JP H05251397A JP 4814192 A JP4814192 A JP 4814192A JP 4814192 A JP4814192 A JP 4814192A JP H05251397 A JPH05251397 A JP H05251397A
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JP
Japan
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temperature
wafer
substrate
light
intensity
Prior art date
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JP4814192A
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Hidehiro Ojiri
英博 小▲尻▼
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板温度の測定方法に関し,処理する基板を
汚染することなく直接基板温度を正確に測定する方法の
提供を目的とする。 【構成】 規則的なパターンの形成された基板1表面に
光を照射し, 基板1表面で反射する光の強度から基板1
表面の温度を求めるように構成する。また,光源2から
基板1表面に入射する光の入射角と基板1表面で反射し
て受光部3に入る光の反射角を固定し, 反射して受光部
3に入る光の強度から基板1表面の温度を求めるように
構成する。また,光源2から基板1表面に入射する光が
可視光であるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基板温度の測定方法に係
り,特に,半導体基板温度の測定方法に関する。近年,
半導体装置製造工程において,微細加工を行うために,
ウエハー温度の正確な管理が必要となってきている。
【0002】
【従来の技術】図7(a), (b)は従来の基板温度の測定方
法を示す図で,1はウエハー,9はステージ,12a, 12b
は熱電対, 14a, 14bは赤外線検知器を表す。
【0003】図7(a) は赤外線検知器を用いてウエハー
1の温度を測定する例であるが,これには以下のような
問題がある。まず,赤外線検知器14a はウエハー1を搭
載するステージ9の温度を測定している。半導体装置製
造工程ではウエハーは真空中で処理される場合が多いの
で熱伝導が悪く,ステージ9の温度はウエハー1と等し
くない場合が多い。
【0004】赤外線検知器14b はウエハー1の表面温度
を測定しているが,温度を正確に求めるためにはウエハ
ー1表面の赤外線放射率を予め求めておかねばならな
い。しかし,半導体装置製造の各工程でウエハー1表面
はさまざまに加工されるので,赤外線放射率が変化して
いく。したがって,ウエハー1の表面温度を正確に測定
することは難しい。
【0005】図7(b) は熱電対を用いてウエハー1の温
度を測定する例であるが,これには以下のような問題が
ある。まず,熱電対12a はウエハー1を搭載するステー
ジ9の温度を測定している。これは前述の赤外線検知器
14a の場合と同様で,ウエハー1の温度を正確に測定す
ることができない。
【0006】熱電対12b はウエハー1の表面温度を測定
しているが,この場合は熱電対を構成する金属がウエハ
ー1を汚染してデバイス不良の原因となる。ウエハーは
加工される際にプラズマ等の反応性の高い雰囲気中に置
かれることが多く,その雰囲気中に置かれた熱電対は腐
食して雰囲気中にその構成原子を多量に放出する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑み,処理するウエハー1の温度を直接測定し,かつウ
エハー1を汚染しない測定方法を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1は実施例を示し,エ
ッチング中のウエハー温度を測定する装置を示す模式
図,図2は温度測定するウエハーの断面図,図3は反射
光強度とウエハー温度の対応を示す図である。
【0009】上記課題は,規則的なパターン11の形成さ
れた基板1表面に光を照射し, 該基板1表面で反射する
光の強度から該基板1表面の温度を求める基板温度の測
定方法によって解決される。
【0010】また,光源2から基板1表面に入射する光
の入射角と該基板1表面で反射して受光部3に入る光の
反射角を固定し, 反射して該受光部3に入る光の強度か
ら該基板1表面の温度を求める基板温度の測定方法によ
って解決される。
【0011】また,光源2から基板1表面に入射する光
が可視光である基板温度の測定方法によって解決され
る。
【0012】
【作用】図4(a), (b)は本発明の原理を説明するための
図であり, 1はウエハー,11はウエハー1上に形成され
た周期dの規則的なパターンを表す。パターン11の形成
されたウエハー1表面に照射された光I1 ,I2 はウエ
ハー1表面で反射して反射光R1 ,R2 となる。反射光
1 ,R2 の強度は,微細なパターン11による回折効果
により,反射方向により異なってくる。
【0013】図4(a) はある温度T1 における反射光の
強度が極大となる状態を示し,この時の入射角iと反射
角θの間には次の関係がある。
【0014】
【式1】 (I1 1 とI2 2 の光路差)=d( sin
i−sin θ) =nλ ここで,λは入射光の波長であり,I1 1 とI2 2
の光路差が入射光の波長の整数倍の時,干渉により反射
光の強度が極大になることを示している。
【0015】図4(b) は温度T1 と異なる(T1 +Δ
T)なる温度における反射光の強度が極大となる状態を
示す。温度がT1 から(T1 +ΔT)に変化すると,ウ
エハーは膨張または収縮するからパターン11の周期もd
から(d+δ)に変化し,反射光の強度が極大となる反
射角はθから(θ+ε)へ変化する。この時の入射角i
と反射角(θ+ε)の間には次の関係がある。
【0016】
【式2】 (I1 1 とI2 2 の光路差) =(d+δ)( sin i−sin (θ+ε) )=nλ したがって,ウエハー1の温度と反射光の強度が極大に
なる反射角の間には対応関係があり,ウエハー1の温度
を反射光の反射角と強度から求めることが可能となる。
【0017】図5(a), (b)は本発明の基板温度の測定方
法の概念図を示し,1はウエハー,2は光源,3は光検
知器を表す。図5(a), (b)は前述の図4(a), (b)に対応
して,それぞれ,温度T1 ,(T1 +ΔT)の状態を示
す。
【0018】光源2はウエハー1に照射する入射光の入
射角がiとなるように固定し,光検知器3は反射角θの
反射光を受けるように固定する。図5(a) の状態はウエ
ハー温度T1 において反射光の強度が極大になる方向に
光検知器3を配置している。ウエハー温度がT1 から徐
々に変化して行く時,反射光の強度が極大になる方向も
徐々に変化し,反射角θの方向に配置された光検知器3
に入射する反射光の光量は徐々に減少する。
【0019】図5(b) は温度が(T1 +ΔT)となり,
反射角(θ+ε)方向の反射光の強度が極大になり,光
検知器3に入射する反射光(反射角θ)の光量は減少し
た状態を示している。
【0020】ウエハー温度がT1 から(T1 +ΔT)に
変化していく時,反射光の強度が極大になる方向の反射
角はθから(θ+ε)へ変化していき,光検知器3に入
射する反射光(反射角θ)の光量は徐々に減少してい
く。したがって,ウエハー温度の変化を光検知器3に入
射する反射光の光量変化から求めることができる。
【0021】ウエハー表面には種々の膜が形成されてお
り,その膜の熱膨張係数はウエハーの熱膨張係数と異な
ることもあるが,このような膜は,通常,ウエハーの厚
さに比較すると十分に薄いので,膜の膨張,収縮はほと
んどウエハーの熱膨張係数により支配される。
【0022】また,ウエハー表面にどのような膜が形成
されていようとも,予めウエハー温度と反射光強度の関
係を調べておけば,同等のウエハーを大量に処理する工
程において,同じウエハー温度で処理をつづけることが
できる。
【0023】
【実施例】エッチング室に配置したウエハーの温度を測
定する例について説明する。測定は2段階に分けられ
る。即ち,「エッチングに先立ち反射光強度とウエハー
温度の対応を調べる段階」及び「エッチングするウエハ
ー温度を測定する段階」である。
【0024】まず,「エッチングに先立ち反射光強度と
ウエハー温度の対応を調べる段階」について説明する。
図6は反射光強度とウエハー温度の対応を調べるための
装置を示す模式図で,1はウエハー,2は光源,3は受
光部,4は分光部及びデータ処理部,5は試料室で真空
チャンバ,5aは石英窓,6は真空計,8は真空ポンプ,
8aはバルブ, 9はステージ,12は熱電対,13は温度指示
計を表す。
【0025】図2は温度測定するウエハーの断面図であ
る。6インチのSiウエハー上に,厚さが例えば 100nm
のSiO2 膜1b及び厚さが例えば 300nmのポリSi膜1c
が順に形成されている。ポリSi膜1cの上にフォトレジ
ストパターン11が形成されている。フォトレジストパタ
ーン11は,幅 400nm, 高さ1000nmの台状のフォトレジス
トが1400nmの周期で平行に並ぶものである。
【0026】ステージ9は温度調節機構がついており,
−30℃から+90℃の範囲で温度制御可能である。熱
電対12はウエハー1に接触し,その温度を温度指示計13
に指示する。
【0027】光源2は波長 532nmのYAGレーザであ
り,入射角iを40°に設定してウエハー1中央部に入
射するように配置した。そのビーム径は10mmである。
受光部3,分光部及びデータ処理部4は分光計の一部で
あり,受光部3は反射角6.36°の反射光を受光するよう
に配置した。これは,予め20℃で反射光強度が極大と
なる反射角を調べ,それが6.36°であったので受光部3
は反射角6.36°の反射光を受けるように配置したもので
ある。
【0028】試料室5を真空排気して圧力 0.5mTorr の
状態とし,熱電対12が示すウエハー温度と受光部3が受
ける反射光強度の対応関係を調べた。図3は反射光強度
とウエハー温度の対応を示す図である。
【0029】ウエハー温度が20℃より高くなるにつれ
て反射光強度は徐々に減少していくが,高温になるほど
その減少は急激になる。ウエハー温度80℃付近では,
反射光強度の温度に対する傾斜から,±1℃の精度でウ
エハー温度を知ることができた。
【0030】次に,「エッチングするウエハー温度を測
定する段階」について説明する。図1はエッチングする
ウエハー温度を測定する装置を示す模式図で,符号は前
述の図6に対応し,さらに,5 はエッチング室であって
真空チャンバ,7はガス供給装置,7aはバルブ, 10は高
周波発振器を表す。
【0031】この装置は基本構造は図6に示した装置と
同じで,ウエハーを1枚づつエッチングする装置であ
る。ウエハー1の温度は,図3に示した反射光強度とウ
エハー温度の対応関係から求める。
【0032】ウエハー1をステージ9に搭載し,エッチ
ング室5を真空排気する。エッチング室5の圧力が 0.5
mTorr になった状態でウエハーの温度を測定しながら温
度調節を行い,80℃に設定する。ウエハー温度80℃
の状態でガス供給装置7からエッチングガスをエッチン
グ室5内に供給する。エッチングガスは例えば臭化水素
(HBr)である。高周波発振器10から13.56 MHzの電
力を供給してプラズマを発生させ,ポリSi膜1cのエッ
チングを開始する。エッチング時間30秒程度でエッチ
ングが終了した。
【0033】エッチングが終了した時点で高周波電力供
給を止めてプラズマを消し,エッチングガス供給を停止
し,エッチング室5を大気圧に戻してウエハーを交換す
る。その後,前述の工程をくり返してウエハーをエッチ
ングした。100枚のウエハーを連続してエッチングし
たところ,エッチング後の断面形状は再現性がよく,汚
染はみられなかった。
【0034】なお,光源としてYAGレーザ以外のもの
も使用することができるが,肉眼で確認できる可視光源
を使用するようにする。それにより,装置の取扱いや実
際の作業が容易になる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
処理を行うウエハーの温度を直接測定し,かつウエハー
が不純物に汚染されない温度測定を行うことができる。
【0036】このような温度測定方法は,半導体装置製
造工程の種々の段階で極めて効果的に適用でき,半導体
装置の高性能化に寄与するものである。さらに,本発明
の原理に基づけば,半導体装置の製造に限らず,電子デ
バイスの製造一般に本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エッチングするウエハー温度を測定する装置を
示す模式図である。
【図2】温度測定するウエハーの断面図である。
【図3】反射光強度とウエハー温度の対応を示す図であ
る。
【図4】(a), (b)は本発明の原理を説明するための図で
ある。
【図5】(a), (b)は本発明の基板温度の測定方法の概念
図である。
【図6】反射光強度とウエハー温度の対応を調べるため
装置を示す模式図である。
【図7】(a), (b)は従来の基板温度の測定方法を示す図
である。
【符号の説明】
1は基板であり半導体基板であってウエハー 1aはSi基板 1bはSiO2 膜 1cはポリSi 2は光源 3は受光部であって光検知器 4は分光部及びデータ処理部 5は処理室でありエッチング室であって真空チャンバ 5aは石英窓 6は真空計 7はガス供給装置 7aはバルブ 8は真空ポンプ 8aはバルブ 9はステージ 10は高周波発振器 11はパターンでありフォトレジストであってフォトレジ
ストパターン 12, 12a, 12bは熱電対 13は温度指示計 14a, 14bは赤外線検知器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 規則的なパターン(11)の形成された基板
    (1) 表面に光を照射し, 該基板(1) 表面で反射する光の
    強度から該基板(1) 表面の温度を求めることを特徴とす
    る基板温度の測定方法。
  2. 【請求項2】 光源(2) から基板(1) 表面に入射する光
    の入射角と該基板(1) 表面で反射して受光部(3) に入る
    光の反射角を固定し, 反射して該受光部(3) に入る光の
    強度から該基板(1) 表面の温度を求めることを特徴とす
    る請求項1記載の基板温度の測定方法。
  3. 【請求項3】 光源(2) から基板(1) 表面に入射する光
    が可視光であることを特徴とする請求項2記載の基板温
    度の測定方法。
JP4814192A 1992-03-05 1992-03-05 基板温度の測定方法 Withdrawn JPH05251397A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007271399A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 基板の温度測定方法及びその装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007271399A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 基板の温度測定方法及びその装置

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Legal Events

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A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19990518