JPH095124A - 測定方法及び装置並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周囲の環境の影響を受けにくく、容易に光路
を変更することができる測定方法及び装置を提供する。 【構成】 チャンバ１２内の被測定物１０に可干渉性の
光を照射して、被測定物１０の物理量を測定する。可干
渉性の光を出力し、被測定物１０に照射する照射手段１
６、２０と、被測定物１０の透過光又は反射光の干渉光
強度から物理量を測定する測定手段２２、２６、２８と
が設けられている。可干渉性の光が透過する物質からな
り、照射手段１６、２０から照射光、被測定物１０の透
過光又は反射光の光路の一部を形成する測定光路部材３
０を、被測定物１０が載置されるチャンバ１２に挿入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物に可干渉性の
光を照射して、被測定物の物理量を測定する測定方法及
び装置に関し、特に、レーザ光を用いて半導体基板の温
度を非接触で測定する測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体集積回路の製造工程におい
ては、その特性がかなりの程度で温度制御に依存してお
り、半導体基板に対して非接触で、しかも正確な温度測
定が要求されている。このような非接触な半導体基板の
温度測定装置として、半導体基板の光透過率が温度の上
昇と共に減少することを利用したものが知られている
（特開昭６３−２７１１２７号公報、特開昭６３−７９
３３９号公報、特開平３−２１６５２６号公報等参
照）。

【０００３】また、被測定基板の表面での反射光と裏面
での反射光による干渉光の強度が温度により変化するこ
とを利用した温度測定方法が、特開平３−９６２４７号
公報に開示されている。温度が変化すると、被測定基板
の誘電率が変化すると共に、被測定基板が膨脹して厚さ
が変化するので、干渉光の強度の変化を観測することに
より、温度の変化を測定することができる。

【０００４】しかしながら、特開平３−９６２４７号公
報に開示された温度測定方法では、温度が上昇中である
か下降中であるか判定できなかった。特開平３−９６２
４７号公報に開示された温度測定方法と同様の原理によ
る測定方法であって、温度変化の方向をも測定できる温
度測定装置が、文献（K.L.Saenger, et al., "Waveleng
th-modulated interferometric thermometry for impro
ved substrate temperature measurement", Rev. Sci.
Instrum. Vol.63, No.8, pp.3862-3868, August 1992.
）に提案されている。

【０００５】この文献に記載された温度測定装置は、発
振波長が約１．５μｍの半導体レーザを使用し、その半
導体レーザに注入する電流を変化させることにより波長
変調したレーザ光を被測定基板に照射する。その被測定
基板からの反射光による干渉光を受光素子により受光し
て受光信号に変換し、さらに受光信号をロックインアン
プにより波長微分する。微分した受光信号と微分してい
ない受光信号とに基づいて温度が上昇中か下降中か判断
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の温度測定装置に
おいては、光源から被測定基板に至る測定光の光路や、
被測定物から光受光器に至る測定光の光路は、空間中に
ある。このため、測定光の状態が、その空間の状態に依
存し、温度勾配等の外乱の影響を受けやすいという問題
があった。また、測定光の光軸の向きの変更が必要な場
合でも、測定光の光軸の向きを変更することは容易では
なかった。

【０００７】これに対し、測定光の光軸の向きを変更す
るために光ファイバを用いることが考えられるが、光フ
ァイバを高温雰囲気中に晒すことはできないので、高温
処理中の被測定基板の近傍にまで延ばすことはできなか
った。また、光ファイバを用いた場合にはその先端に光
コリメータを設ける必要がある。この点からも、光ファ
イバの設置場所、設置環境が制限されるという問題があ
った。

【０００８】本発明の目的は、周囲の環境の影響を受け
にくく正確な温度測定を行うことができる測定方法及び
装置を提供することにある。本発明の目的は、容易に光
軸の向きを変更することができる測定装置を提供するこ
とにある。本発明の更に他の目的は、高温まで半導体基
板を温度測定しながら所定の処理を行うことができる半
導体装置の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、被測定物に
可干渉性の光を照射して、前記被測定物の透過光又は反
射光の干渉光強度から物理量を測定する測定方法におい
て、前記被測定物が載置されるチャンバ内に、前記可干
渉性の光が透過する物質からなる測定光路部材を挿入
し、前記被測定物への照射光、前記被測定物の透過光又
は反射光は、前記測定光路部材を透過することを特徴と
する測定方法によって達成される。

【００１０】上記目的は、被測定物に可干渉性の光を照
射して、前記被測定物の物理量を測定する測定装置にお
いて、可干渉性の光を出力し、前記被測定物に照射する
照射手段と、前記被測定物の透過光又は反射光の干渉光
強度から物理量を測定する測定手段と、前記被測定物が
載置されるチャンバ内に挿入され、前記可干渉性の光が
透過する物質からなり、前記照射手段からの照射光、前
記被測定物の透過光又は反射光の光路の一部を形成する
測定光路部材とを有することを特徴とする測定装置によ
って達成される。

【００１１】上述した測定装置において、前記測定光路
部材の一端の側に前記被測定物が配置され、他端の側に
前記照射手段及び前記測定手段が配置され、前記照射手
段から照射光は、前記測定光路部材の前記他端に入射さ
れ、前記一端から出射されて前記被測定物に照射され、
前記被測定物からの透過光又は反射光は、前記測定光路
部材の前記一端から入射され、前記他端から出射され
て、前記測定手段に入射されることことが望ましい。

【００１２】上述した測定装置において、前記測定光路
部材の前記一端に、前記照射光、反射光又は透過光の光
軸の向きを変更する切断面が形成されており、前記測定
光路部材の前記他端に入射された前記照射光の光軸の向
きを、前記切断面により変更して前記被測定物に照射
し、前記測定光路部材の前記一端に入射された前記透過
光又は反射光の光軸の向きを、前記切断面により変更し
て前記測定光路部材の前記他端から出射するが望まし
い。

【００１３】上述した測定装置において、前記測定光路
部材は、一端が前記被測定物近傍に位置し、他端が前記
照射手段近傍に位置する第１の測定光路部材と、一端が
前記被測定物近傍に位置し、他端が前記測定手段近傍に
位置する第２の測定光路部材とを有し、前記照射手段か
ら照射光は、前記第１の測定光路部材の前記他端に入射
され、前記一端から出射されて、前記被測定物に照射さ
れ、前記被測定物からの透過光又は反射光は、前記第２
の測定光路部材の前記一端から入射され、前記他端から
出射されて、前記測定手段に入射されることが望まし
い。

【００１４】上記目的は、チャンバ内に半導体基板を載
置し、可干渉性の光を出力し、前記半導体基板に照射す
る照射手段と、前記半導体基板の透過光又は反射光の干
渉光強度から物理量を測定する測定手段と、前記チャン
バ内に挿入され、前記可干渉性の光が透過する物質から
なり、前記照射手段からの照射光、前記半導体基板の透
過光又は反射光の光路の一部を形成する測定光路部材と
を有する温度測定装置を用いて、前記チャンバ内に載置
された前記半導体基板の温度を測定しながら、熱処理、
イオン注入処理、エッチング処理、拡散処理、前処理及
び堆積処理のいずれかの処理を行うことを特徴とする半
導体装置の製造方法によって達成される。

【００１５】

【作用】本発明によれば、チャンバ内に、可干渉性の光
が透過する物質からなる測定光路部材を挿入し、被測定
物への照射光、被測定物の透過光又は反射光が、測定光
路部材を透過するようにしているので、周囲の環境の影
響を受けにくく正確な測定を行うことができる。

【００１６】本発明によれば、可干渉性の光を出力し、
被測定物に照射する照射手段と、被測定物の透過光又は
反射光の干渉光強度から物理量を測定する測定手段と、
チャンバ内に挿入され、可干渉性の光が透過する物質か
らなり、照射手段からの照射光、被測定物の透過光又は
反射光の光路の一部を形成する測定光路部材とを設けた
ので、周囲の環境の影響を受けにくく正確な測定を行う
ことができる。

【００１７】上述した測定装置において、測定光路部材
の一端の側に被測定物を配置し、他端の側に照射手段及
び前記測定手段を配置し、照射手段から照射光は、測定
光路部材の他端に入射され、一端から出射されて被測定
物に照射され、被測定物からの透過光又は反射光は、測
定光路部材の一端から入射され、他端から出射されて、
測定手段に入射するようにすれば、測定光路部材の端部
を加工するだけで、容易に光軸の向きを変更することが
できる。

【００１８】上述した測定装置において、測定光路部材
は、一端が前記被測定物近傍に位置し、他端が前記照射
手段近傍に位置する第１の測定光路部材と、一端が前記
被測定物近傍に位置し、他端が前記測定手段近傍に位置
する第２の測定光路部材とを有し、照射手段から照射光
は、第１の測定光路部材の他端に入射され、一端から出
射されて、被測定物に照射され、被測定物からの透過光
又は反射光は、第２の測定光路部材の一端から入射さ
れ、他端から出射されて、測定手段に入射するようにす
れば、周囲の環境の影響を受けにくく正確な測定を行う
ことができる。

【００１９】本発明においては、チャンバ内に半導体基
板を載置し、可干渉性の光を出力し、半導体基板に照射
する照射手段と、半導体基板の透過光又は反射光の干渉
光強度から物理量を測定する測定手段と、チャンバ内に
挿入され、可干渉性の光が透過する物質からなり、照射
手段からの照射光、半導体基板の透過光又は反射光の光
路の一部を形成する測定光路部材とを有する温度測定装
置を用いて、チャンバ内に載置された半導体基板の温度
を測定するようにしたので、高温まで半導体基板を温度
測定しながら、熱処理、イオン注入処理、エッチング処
理、拡散処理、前処理及び堆積処理のいずれかの処理を
適切に行うことができる。

【００２０】

【実施例】

［第１実施例］本発明の第１実施例による温度測定装置
を図１を用いて説明する。本実施例の温度測定装置で
は、半導体基板にレーザ光を照射し、その反射光による
干渉光の強度変化を観察することにより被測定基板の温
度を決定する。

【００２１】被測定物である半導体基板１０は、チャン
バ１２内に収納され、半導体基板１０を加熱するヒータ
１４上に載置されている。温度測定される半導体基板１
０としては、厚さ約０．５ｍｍのシリコン基板を使用し
た。なお、半導体基板１０としてはシリコン基板の他
に、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板等の他の半導体基板でも
よい。

【００２２】レーザ光源１６からパルス状のレーザ光が
出射される。レーザ光源１６内には半導体レーザ（図示
せず）が設けられている。この半導体レーザとしては、
１０Ｈｚ以上のパルス発振が可能なＡＰＣ付の半導体レ
ーザにより構成することが望ましい。レーザ光源１６か
ら出射されたパルス状のレーザ光は、光ファイバ１８を
介してコリメート光学部２０に導かれる。パルス状のレ
ーザ光は、コリメート光学部２０により平行光線束とし
て出射される。

【００２３】コリメート光学部２０に近接して光受光器
２２が設けられている。この光受光器２２により半導体
基板１０からの反射光を受光する。光受光器２２として
は、立ち上がり時間が５０μｓ以下であることが望まし
い。光受光器２２により受光された受光信号は、データ
信号線２４を介してＡ／Ｄ変換ユニット２６に伝送され
る。Ａ／Ｄ変換ユニット２６はアナログ信号である受光
信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ２８に出力
する。

【００２４】コンピュータ２８は入力されたデジタル受
光信号から、反射光による干渉光の強度変化を計算し、
その計算結果に基づいて測定温度と共に温度変化方向を
決定する。チャンバ１２内外を結ぶ測定光路を形成する
ために、チャンバ１２に測定光路部材３０が設けられて
いる。測定光路部材３０は、レーザ光が透過する物質、
例えば、石英、サファイア、ＺｎＳｅ、Ｇｅ、ＫＢｒ、
ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、クラウンガラス等により形成されて
いる。

【００２５】測定光路部材３０はロッド形状をしてお
り、チャンバ１２内の半導体基板１０に対して平行に延
びている。半導体基板１０上方の測定光路部材３０の端
部は、半導体基板１０に照射光を照射し、半導体基板１
０からの反射光を光受光器２２に導くことができるよう
に加工されている。図２に示すように、測定光路部材３
０の端部を４５度の角度で切断して切断面３０ａを形成
する。また、切断面３０ａ下方の半導体基板１０側を加
工して平面３０ｂを形成する。

【００２６】測定光路部材３０中を透過してきた照射光
は、切断面３０ａにおいて反射して光軸の向きを９０度
変更し、平面３０ｂから出射して半導体基板１０にほぼ
垂直に入射する。逆に、半導体基板１０からの反射光は
平面３０ｂにほぼ垂直に入射し、切断面３０ａで反射し
て光軸の向きを９０度変更し、測定光路部材３０中を逆
方向に透過する。

【００２７】コリメート光学部２０及び光受光器２２
と、測定光路部材３０との間には、ビーム分割部３２が
設けられている。ビーム分割部３２は、コリメート光学
部２０からの照射光を測定光路部材３０の端部に導き、
測定光路部材３０の端部からの測定光を光受光部２２に
導く。ビーム分割部３２は、コリメート光学部２０の正
面に設けられた偏光ビームスプリッタ３２ａと、光受光
器２２の正面に設けられた偏光ビームスプリッタ３２ｂ
と、偏光ビームスプリッタ３２ａと測定光路部材３０の
端部との間に設けられた四分の一波長板３２ｃにより構
成されている。

【００２８】コリメート光学部２０から出射されたパル
ス状のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３２ａ、四分
の一波長板３２ｃを介して、測定光路部材３０の端部に
入射される。測定光路部材３０の端部から出射された測
定光は、四分の一波長板３２ｃを介して偏光ビームスプ
リッタ３２ａに入射される。この測定光は、偏光ビーム
スプリッタ３２ａにより光軸の向きが９０度変更され、
更に、偏光ビームスプリッタ３２ｂにより光軸の向きが
再度９０度変更され、光受光器２２に入射される。

【００２９】本実施例による温度測定装置の動作につい
て説明する。レーザ光源１６から出射されたパルス状の
レーザ光は、光ファイバ１８を介してコリメート光学部
２０に導かれ、コリメート光学部２０から平行光線束と
して出射される。コリメート光学部２０から出射された
パルス状のレーザ光は、ビーム分割部３２の偏光ビーム
スプリッタ３２ａ、四分の一波長板３２ｃを透過して、
測定光路部材３０の端部に入射される。

【００３０】端部に入射されたレーザ光は測定光路部材
３０を透過し、半導体基板１０側の４５度に切断された
切断面３２ａで反射して平面３０ｂから出射し、半導体
基板１０にほぼ垂直に入射する。半導体基板１０からの
反射光は、測定光路部材３０の端部の平面３０ｂに入射
し、切断面３０ａにおいて反射し、測定光路部材３０中
を逆方向に透過する。この透過した測定光は測定光路部
材３０の端部から出射される。

【００３１】測定光路部材３０の端部から出射された測
定光は、四分の一波長板３２ｃを介して偏光ビームスプ
リッタ３２ａに入射され、この偏光ビームスプリッタ３
２ａ、３２ｂにより光軸の向きが変更され、光受光器２
２に入射される。光受光器２２により受光された受光信
号は、データ信号線２４を介してＡ／Ｄ変換ユニット２
６に伝送され、Ａ／Ｄ変換ユニット２６によりアナログ
信号からデジタル信号に変換される。コンピュータ２８
は入力されたデジタル受光信号から、反射光による干渉
光の強度変化を計算し、その計算結果に基づいて測定温
度と共に温度変化方向を決定する。

【００３２】このように本実施例によれば、チャンバ内
の半導体基板近傍に測定光路部材を設け、この測定光路
部材により、光コリメート部から半導体基板を介して光
受光器に至る測定光の光路の一部を形成したので、半導
体基板の周囲の環境の影響を受けにくく正確な温度測定
を行うことができる。また、測定光路部材の端部に簡単
な加工を施すだけで、容易に光軸の向きを変更すること
ができる。

【００３３】さらに、本実施例によれば、チャンバのど
の位置に窓がある場合でも、半導体基板に対して垂直に
照射光を入射することができるので、精度の良い温度測
定を行うことができる。この点について詳細に説明す
る。本実施例のように、光の干渉を利用した温度測定方
法では、被測定物の法線に対する入射角度が小さい、す
なわち、被測定物に対してなるべく垂直に照射した方が
精度良く測定できる。しかしながら、半導体装置の製造
に用いられるチャンバの場合、半導体基板の直上である
チャンバの天井に窓があることはほとんどなく、通常は
チャンバの側壁に窓が形成されている。温度測定用に新
たに窓を形成する場合でも、チャンバの天井よりも側壁
の方が作りやすい。

【００３４】これは、チャンバの天井側には、ガス清流
用のシャワーヘッドや高周波電源等があるからである。
また、エッチング量やデポジット量の均一性を保つうえ
からも、チャンバの天井側に穴をあけて窓を形成するこ
とは望ましくない。そこで、従来は、チャンバの側壁の
窓から半導体基板に照射光を入射していたので、半導体
基板に対して斜めの角度から光が照射し、精度の良い温
度測定を行うことがむずかしい。

【００３５】しかるに、本実施例では、チャンバの側壁
にしか窓がない場合でも、その窓を改造して測定光路部
材を挿入するようにすれば、その端部から半導体基板に
対してレーザ光を垂直に入射することができる。したが
って、精度の良い温度測定を行うことができる。また、
本実施例による温度測定装置を用いて、半導体基板の温
度を測定しながら、半導体基板に対して所定の処理、例
えば、熱処理、イオン注入処理、エッチング処理、拡散
処理、前処理、堆積処理等の処理を行えば、正確な温度
測定により適切な処理を行うことができる。したがっ
て、所望の特性の半導体装置を製造することができると
共に、半導体装置の製造歩留まりが向上することができ
る。 ［第２実施例］次に、本発明の第２実施例による温度測
定装置を図３を用いて説明する。図１及び図２に示す温
度測定装置と同一又は同種の構成要素には同一の符号を
付して説明を省略又は簡略にする。

【００３６】本実施例では半導体基板の透過光を用い、
その透過光による干渉光の強度変化を観察することによ
り被測定基板の温度を決定する。そして、測定光路部材
を工夫して、ビーム分割部を用いることなく照射光と反
射光を分離できるようにしたものである。被測定物であ
る半導体基板１０は、チャンバ１２内において、図３に
示すように水平に載置されている。

【００３７】レーザ光源１６、コリメート光学部２０
は、光受光器２２、Ａ／Ｄ変換ユニット２６、コンピュ
ータ２８は、共にチャンバ１２の左側に配置されてい
る。コリメート光学部２０及び光受光器２２と、チャン
バ１２内の半導体基板１０とを結ぶ測定光路を形成する
ために、測定光路部材３０が設けられている。測定光路
部材３０は、太いロッド形状をしており、石英、サファ
イア等のレーザ光を透過する物質から形成されている。

【００３８】測定光路部材３０は、チャンバ１２内の半
導体基板１０に対して平行に延びている。半導体基板１
０上方の測定光路部材３０の端部は、半導体基板１０に
照射光を照射し、半導体基板１０からの反射光を光受光
器２２に導くことができるように加工されている。図３
に示すように、測定光路部材３０の端部の中央に半導体
基板１０が挿入するための凹部３０ｅを形成する。凹部
３０ｅの上方及び下方の端部を４５度の角度で切断して
切断面３０ａ、３０ｃを形成する。切断面３０ａ下方の
凹部３０ｅの内面を平坦にして平面３０ｂを形成し、切
断面３０ｃ上方の凹部の内面を平坦にして平面３０ｄを
形成する。

【００３９】測定光路部材３０の反対側の端部の近傍に
は、第１実施例のビーム分割部３２を設けることなく、
コリメート光学部２０及び光受光器２２が配置されてい
る。コリメート光学部２０は、測定光路部材３０の端部
の下部に配置され、光受光器２２は、測定光路部材３０
の端部の上部に配置されている。コリメート光学部２０
から出射した照射光は、測定光路部材３０の端部の下部
に入射し、測定光路部材３０を透過する。測定光路部材
３０中を透過してきた照射光は、切断面３０ｃにおいて
反射して光路を９０度変更し、平面３０ｄから出射して
半導体基板１０にほぼ垂直に入射する。半導体基板１０
の透過光は平面３０ｂにほぼ垂直に入射し、切断面３０
ａで反射して光軸の向きを９０度変更し、測定光路部材
３０中を逆方向に透過する。測定光路部材３０の端部の
上部から出射した透過光は、光受光器２２により受光さ
れる。

【００４０】本実施例による温度測定装置の動作につい
て説明する。レーザ光源１６から出射されたパルス状の
レーザ光は、光ファイバ１８を介してコリメート光学部
２０に導かれ、コリメート光学部２０から平行光線束と
して出射される。コリメート光学部２０から出射された
パルス状のレーザ光は、測定光路部材３０の端部に入射
される。端部に入射されたレーザ光は測定光路部材３０
を透過し、半導体基板１０側の４５度に切断された切断
面３２ｃで反射して平面３０ｄから出射し、半導体基板
１０にほぼ垂直に入射する。

【００４１】半導体基板１０の透過光は、測定光路部材
３０の端部の平面３０ｂに入射し、切断面３０ａにおい
て反射し、測定光路部材３０中を逆方向に透過する。こ
の透過した測定光は測定光路部材３０の端部から出射さ
れる。測定光路部材３０の端部から出射された測定光
は、光受光器２２に入射される。光受光器２２により受
光された受光信号は、データ信号線２４を介してＡ／Ｄ
変換ユニット２６に伝送され、Ａ／Ｄ変換ユニット２６
によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。コ
ンピュータ２８は入力されたデジタル受光信号から、反
射光による干渉光の強度変化を計算し、その計算結果に
基づいて測定温度と共に温度変化方向を決定する。

【００４２】このように本実施例によれば、チャンバ内
の半導体基板近傍に測定光路部材を設け、この測定光路
部材により、光コリメート部から半導体基板を介して光
受光器に至る測定光の光路の一部を形成したので、半導
体基板の周囲の環境の影響を受けにくく正確な温度測定
を行うことができる。また、測定光路部材の端部に簡単
な加工を施すだけで、容易に光軸の向きを変更すること
ができる。さらに、本実施例によれば、チャンバの側壁
に窓がある場合でも、半導体基板に対して垂直に照射光
を入射することができるので、精度の良い温度測定を行
うことができる。 ［第３実施例］次に、本発明の第３実施例による温度測
定装置を図４を用いて説明する。図１乃至図３に示す温
度測定装置と同一又は同種の構成要素には同一の符号を
付して説明を省略又は簡略にする。

【００４３】本実施例では半導体基板の透過光を用い、
その透過光による干渉光の強度変化を観察することによ
り被測定基板の温度を決定する。被測定物である半導体
基板１０は、チャンバ１２内において、図４に示すよう
に、垂直に起立して載置されている。レーザ光源１６、
コリメート光学部２０は、チャンバ１２の左側に配置さ
れ、光受光器２２、Ａ／Ｄ変換ユニット２６、コンピュ
ータ２８は、チャンバ１２の右側に配置されている。

【００４４】チャンバ１２内外を結ぶ測定光路を形成す
るために、チャンバ１２に２つの測定光路部材３０Ａ、
３０Ｂが設けられている。測定光路部材３０Ａ、３０Ｂ
は、共に、ロッド形状をしており、石英、サファイア等
のレーザ光を透過する物質から形成されている。測定光
路部材３０Ａは、チャンバ１２内の半導体基板１０の左
側の面と、コリメート光学部２０との間に設けられてい
る。コリメート光学部２０から出射されたレーザ光は、
測定光路部材３０Ａの端部に入射され、測定光路部材３
０Ａを透過して、端部から出射し、半導体基板１０に入
射される。

【００４５】測定光路部材３０Ｂは、チャンバ１２内の
半導体基板１０の右側の面と、光受光器２２との間に設
けられている。半導体基板１０の透過光は、測定光路部
材３０Ｂの端部に入射され、測定光路部材３０Ｂを透過
して、端部から出射し、光受光器２２に入射される。本
実施例による温度測定装置の動作について説明する。

【００４６】レーザ光源１６から出射されたパルス状の
レーザ光は、光ファイバ１８を介してコリメート光学部
２０に導かれ、コリメート光学部２０から平行光線束と
して出射される。コリメート光学部２０から出射された
パルス状のレーザ光は、測定光路部材３０Ａの端部に入
射し、測定光路部材３０Ａ中を透過し、半導体基板１０
にほぼ垂直に入射する。

【００４７】半導体基板１０の透過光は、測定光路部材
３０Ｂの端部に入射し、測定光路部材３０Ｂ中を透過
し、光受光器２２に入射する。光受光器２２により受光
された受光信号は、データ信号線２４を介してＡ／Ｄ変
換ユニット２６に伝送され、Ａ／Ｄ変換ユニット２６に
よりアナログ信号からデジタル信号に変換される。コン
ピュータ２８は入力されたデジタル受光信号から、反射
光による干渉光の強度変化を計算し、その計算結果に基
づいて測定温度と共に温度変化方向を決定する。

【００４８】このように本実施例によれば、チャンバ内
の半導体基板近傍に測定光路部材を設け、この測定光路
部材により、光コリメート部から半導体基板を介して光
受光器に至る測定光の光路の一部を形成したので、半導
体基板の周囲の環境の影響を受けにくく正確な温度測定
を行うことができる。 ［第４実施例］次に、本発明の第４実施例による温度測
定装置を図５を用いて説明する。図１乃至図４に示す温
度測定装置と同一又は同種の構成要素には同一の符号を
付して説明を省略又は簡略にする。

【００４９】本実施例では、第３実施例と異なり、ひと
つの測定光路部材を用い、半導体基板の透過光による干
渉光の強度変化を観察することにより被測定基板の温度
を決定する。被測定物である半導体基板１０は、チャン
バ１２内において、図５に示すように、垂直に起立して
載置されている。

【００５０】レーザ光源１６、コリメート光学部２０
は、チャンバ１２の左側に配置され、光受光器２２、Ａ
／Ｄ変換ユニット２６、コンピュータ２８は、チャンバ
１２の右側に配置されている。チャンバ１２内外を結ぶ
測定光路を形成するために、チャンバ１２にひとつの測
定光路部材３０が設けられている。測定光路部材３０中
央の半導体基板１０の位置には凹部３０ｅが形成されて
いる。半導体基板１０の縁が凹部３０ｅに挿入される。

【００５１】測定光路部材３０の左側の端部にはコリメ
ート光学部２０が設けられ、右側の端部には光受光器２
２が設けられている。コリメート光学部２０から出射さ
れたパルス状のレーザ光は、測定光路部材３０Ａの端部
に入射され、測定光路部材３０Ａを透過して、凹部３０
ｅにおいて出射し、半導体基板１０に入射される。半導
体基板１０の透過光は、再び測定光路部材３０に入射さ
れ、測定光路部材３０を透過して、端部から出射し、光
受光器２２に入射される。

【００５２】本実施例による温度測定装置の動作につい
て説明する。レーザ光源１６から出射されたパルス状の
レーザ光は、光ファイバ１８を介してコリメート光学部
２０に導かれ、コリメート光学部２０から平行光線束と
して出射される。コリメート光学部２０から出射された
パルス状のレーザ光は、測定光路部材３０の端部に入射
し、測定光路部材３０中を透過し、凹部３０ｅに挿入さ
れた半導体基板１０にほぼ垂直に入射する。半導体基板
１０の透過光は、測定光路部材３０の凹部３０ｅから入
射し、測定光路部材３０中を透過し、光受光器２２に入
射する。

【００５３】光受光器２２により受光された受光信号
は、データ信号線２４を介してＡ／Ｄ変換ユニット２６
に伝送され、Ａ／Ｄ変換ユニット２６によりアナログ信
号からデジタル信号に変換される。コンピュータ２８は
入力されたデジタル受光信号から、反射光による干渉光
の強度変化を計算し、その計算結果に基づいて測定温度
と共に温度変化方向を決定する。

【００５４】このように本実施例によれば、チャンバ内
の半導体基板近傍に測定光路部材を設け、この測定光路
部材により、光コリメート部から半導体基板を介して光
受光器に至る測定光の光路の形成したので、半導体基板
の周囲の環境の影響を受けにくく正確な温度測定を行う
ことができる。 ［第５実施例］次に、本発明の第５実施例による温度測
定装置を図６を用いて説明する。図１乃至図５に示す温
度測定装置と同一又は同種の構成要素には同一の符号を
付して説明を省略又は簡略にする。

【００５５】本実施例では半導体基板にレーザ光を斜め
に入射し、半導体基板からの反射光による干渉光の強度
変化を観察することにより被測定基板の温度を決定す
る。被測定物である半導体基板１０は、第１の実施例と
同様に、チャンバ１２内のヒータ１４上に載置されてい
る。レーザ光源１６、コリメート光学部２０は、チャン
バ１２の左側に配置され、半導体基板１０に対して斜め
方向からレーザ光を照射する。光受光器２２、Ａ／Ｄ変
換ユニット２６、コンピュータ２８は、チャンバ１２の
右側に配置され、半導体基板１０からの反射光を受光す
る。

【００５６】チャンバ１２内外を結ぶ測定光路を形成す
るために、チャンバ１２に２つの測定光路部材３０Ａ、
３０Ｂが設けられている。測定光路部材３０Ａ、３０Ｂ
は、ロッド形状をしており、石英、サファイア等のレー
ザ光を透過する物質から形成されている。測定光路部材
３０Ａは、チャンバ１２内の半導体基板１０上面と、コ
リメート光学部２０との間に設けられている。コリメー
ト光学部２０から出射されたレーザ光は、測定光路部材
３０Ａの端部に入射され、測定光路部材３０Ａを透過し
て、端部から出射し、半導体基板１０に斜めに入射され
る。

【００５７】測定光路部材３０Ｂは、チャンバ１２内の
半導体基板１０上面と、光受光器２２との間に設けられ
ている。半導体基板１０からの反射光は、測定光路部材
３０Ｂの端部に入射され、測定光路部材３０Ｂを透過し
て、端部から出射し、光受光器２２に入射される。本実
施例による温度測定装置の動作について説明する。

【００５８】レーザ光源１６から出射されたパルス状の
レーザ光は、光ファイバ１８を介してコリメート光学部
２０に導かれ、コリメート光学部２０から平行光線束と
して出射される。コリメート光学部２０から出射された
パルス状のレーザ光は、測定光路部材３０Ａの端部に入
射し、測定光路部材３０Ａ中を透過し、半導体基板１０
に斜めに入射する。

【００５９】半導体基板１０からの反射光は、測定光路
部材３０Ｂの端部に入射し、測定光路部材３０Ｂ中を透
過し、光受光器２２に入射する。光受光器２２により受
光された受光信号は、データ信号線２４を介してＡ／Ｄ
変換ユニット２６に伝送され、Ａ／Ｄ変換ユニット２６
によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。コ
ンピュータ２８は入力されたデジタル受光信号から、反
射光による干渉光の強度変化を計算し、その計算結果に
基づいて測定温度と共に温度変化方向を決定する。

【００６０】このように本実施例によれば、チャンバ内
の半導体基板近傍に測定光路部材を設け、この測定光路
部材により、光コリメート部から半導体基板を介して光
受光器に至る測定光の光路の一部を形成したので、半導
体基板の周囲の環境の影響を受けにくく正確な温度測定
を行うことができる。 ［変形例］本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可
能である。

【００６１】例えば、上記実施例では、測定光路部材の
材料の具体例として、石英、サファイアを記載したが、
レーザ光が透過する物質であればよく、ＺｎＳｅ、Ｇ
ｅ、ＫＢｒ、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、クラウンガラス等の物
質でもよい。また、上記実施例では半導体基板の温度を
測定したが、温度により厚さや誘電率が変化するもので
あれば、他の材料の基板でもよい。また、基板形状に限
らず、他の形状の被測定物でもよい。

【００６２】また、上記実施例では、パルス状のレーザ
光を用いて温度を測定したが、これに限られるものでは
なく、可干渉性の光であればよい。さらに、上記実施例
では被測定物の温度を測定したが、温度以外の物理量を
測定する場合でもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、チャンバ
内に、可干渉性の光が透過する物質からなる測定光路部
材を挿入し、被測定物への照射光、被測定物の透過光又
は反射光が、測定光路部材を透過するようにしているの
で、周囲の環境の影響を受けにくく正確な測定を行うこ
とができる。

【００６４】本発明によれば、可干渉性の光を出力し、
被測定物に照射する照射手段と、被測定物の透過光又は
反射光の干渉光強度から物理量を測定する測定手段と、
チャンバ内に挿入され、可干渉性の光が透過する物質か
らなり、照射手段からの照射光、被測定物の透過光又は
反射光の光路の一部を形成する測定光路部材とを設けた
ので、周囲の環境の影響を受けにくく正確な測定を行う
ことができる。

【００６５】上述した測定装置において、測定光路部材
の一端の側に被測定物を配置し、他端の側に照射手段及
び前記測定手段を配置し、照射手段から照射光は、測定
光路部材の他端に入射され、一端から出射されて被測定
物に照射され、被測定物からの透過光又は反射光は、測
定光路部材の一端から入射され、他端から出射されて、
測定手段に入射するようにすれば、測定光路部材の端部
を加工するだけで、容易に光軸の向きを変更することが
できる。

【００６６】上述した測定装置において、測定光路部材
は、一端が前記被測定物近傍に位置し、他端が前記照射
手段近傍に位置する第１の測定光路部材と、一端が前記
被測定物近傍に位置し、他端が前記測定手段近傍に位置
する第２の測定光路部材とを有し、照射手段から照射光
は、第１の測定光路部材の他端に入射され、一端から出
射されて、被測定物に照射され、被測定物からの透過光
又は反射光は、第２の測定光路部材の一端から入射さ
れ、他端から出射されて、測定手段に入射するようにす
れば、周囲の環境の影響を受けにくく正確な測定を行う
ことができる。

【００６７】本発明においては、チャンバ内に半導体基
板を載置し、可干渉性の光を出力し、半導体基板に照射
する照射手段と、半導体基板の透過光又は反射光の干渉
光強度から物理量を測定する測定手段と、チャンバ内に
挿入され、可干渉性の光が透過する物質からなり、照射
手段からの照射光、半導体基板の透過光又は反射光の光
路の一部を形成する測定光路部材とを有する温度測定装
置を用いて、チャンバ内に載置された半導体基板の温度
を測定するようにしたので、高温まで半導体基板を温度
測定しながら、熱処理、イオン注入処理、エッチング処
理、拡散処理、前処理及び堆積処理のいずれかの処理を
適切に行うことができ、所望の特性の半導体装置を製造
することができると共に、半導体装置の製造歩留まりを
向上させ、半導体製造技術に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による温度測定装置を示す
図である。

【図２】図１に示す温度測定装置の測定光路部材の端部
の詳細を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例による温度測定装置を示す
図である。

【図４】本発明の第３実施例による温度測定装置を示す
図である。

【図５】本発明の第４実施例による温度測定装置を示す
図である。

【図６】本発明の第５実施例による温度測定装置を示す
図である。

【符号の説明】

１０…半導体基板 １２…チャンバ １４…ヒータ １６…レーザ光源 １８…光ファイバ ２０…コリメート光学部 ２２…光受光器 ２４…データ信号線 ２６…Ａ／Ｄ変換ユニット ２８…コンピュータ ３０，３０Ａ、３０Ｂ…測定光路部材 ３２…ビーム分割部 ３２ａ、３２ｂ…偏光ビームスプリッタ ３２ｃ…四分の一波長板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に可干渉性の光を照射して、前
   記被測定物の透過光又は反射光の干渉光強度から物理量
   を測定する測定方法において、 前記被測定物が載置されるチャンバ内に、前記可干渉性
   の光が透過する物質からなる測定光路部材を挿入し、前
   記被測定物への照射光、前記被測定物の透過光又は反射
   光は、前記測定光路部材を透過することを特徴とする測
   定方法。
2. 【請求項２】 被測定物に可干渉性の光を照射して、前
   記被測定物の物理量を測定する測定装置において、 可干渉性の光を出力し、前記被測定物に照射する照射手
   段と、 前記被測定物の透過光又は反射光の干渉光強度から物理
   量を測定する測定手段と、 前記被測定物が載置されるチャンバ内に挿入され、前記
   可干渉性の光が透過する物質からなり、前記照射手段か
   らの照射光、前記被測定物の透過光又は反射光の光路の
   一部を形成する測定光路部材とを有することを特徴とす
   る測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の測定装置において、 前記測定光路部材の一端の側に前記被測定物が配置さ
   れ、他端の側に前記照射手段及び前記測定手段が配置さ
   れ、 前記照射手段から照射光は、前記測定光路部材の前記他
   端に入射され、前記一端から出射されて前記被測定物に
   照射され、前記被測定物からの透過光又は反射光は、前
   記測定光路部材の前記一端から入射され、前記他端から
   出射されて、前記測定手段に入射されることを特徴とす
   る測定装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の測定装置において、 前記測定光路部材の前記一端に、前記照射光、反射光又
   は透過光の光軸の向きを変更する切断面が形成されてお
   り、 前記測定光路部材の前記他端に入射された前記照射光の
   光軸の向きを、前記切断面により変更して前記被測定物
   に照射し、 前記測定光路部材の前記一端に入射された前記透過光又
   は反射光の光軸の向きを、前記切断面により変更して前
   記測定光路部材の前記他端から出射することを特徴とす
   る測定装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の測定装置において、 前記測定光路部材は、 一端が前記被測定物近傍に位置し、他端が前記照射手段
   近傍に位置する第１の測定光路部材と、 一端が前記被測定物近傍に位置し、他端が前記測定手段
   近傍に位置する第２の測定光路部材とを有し、 前記照射手段から照射光は、前記第１の測定光路部材の
   前記他端に入射され、前記一端から出射されて、前記被
   測定物に照射され、 前記被測定物からの透過光又は反射光は、前記第２の測
   定光路部材の前記一端から入射され、前記他端から出射
   されて、前記測定手段に入射されることを特徴とする測
   定装置。
6. 【請求項６】 チャンバ内に半導体基板を載置し、可干
   渉性の光を出力し、前記半導体基板に照射する照射手段
   と、前記半導体基板の透過光又は反射光の干渉光強度か
   ら物理量を測定する測定手段と、前記チャンバ内に挿入
   され、前記可干渉性の光が透過する物質からなり、前記
   照射手段からの照射光、前記半導体基板の透過光又は反
   射光の光路の一部を形成する測定光路部材とを有する温
   度測定装置を用いて、前記チャンバ内に載置された前記
   半導体基板の温度を測定しながら、熱処理、イオン注入
   処理、エッチング処理、拡散処理、前処理及び堆積処理
   のいずれかの処理を行うことを特徴とする半導体装置の
   製造方法。