KR20230136108A - 온도 검출 장치 및 반도체 처리 장치 - Google Patents

Abstract

높은 정밀도로 반도체 웨이퍼의 온도를 검출 가능한 온도 검출 장치를 제공한다. 컨트롤러는, 광 검출기에서 측정된 광의 스펙트럼을 규격할 때에, 절대 영도에서의 반도체의 밴드갭 에너지에 상당하는 파장을 극소 파장으로 하고, 극소 파장보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최소값을 극소값으로 정하고, 온도 측정 범위로서 상정되는 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지와 열 에너지의 차에 상당하는 파장을 제1 최대 파장으로 하고, 제1 최대 파장보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최대값으로부터 극소값의 차분을 취한 값을 극대값으로 정하고, 측정된 광의 스펙트럼에 대해 극소값과의 차분 처리를 행한 후 극대값으로 제산함에 의해 규격화한다.

Description

온도 검출 장치 및 반도체 처리 장치

본 발명은, 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이고, 특히, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상면에 반도체 웨이퍼가 놓인 상태에서, 당해 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 방법 및 장치, 혹은 이러한 온도 검출 기구를 구비한 반도체 처리 장치에 관한 것이다.

스마트폰 등의 모바일 기기의 보급이나 클라우드 기술의 진전에 수반해서, 반도체 디바이스의 고집적화가 전세계적으로 추진되고 있고, 부수된 고난도의 반도체의 가공 기술이 강하게 요구되고 있다. 반도체의 가공 기술에는 에칭 기술이나 노광 기술 등 다방면에 걸친 것이 포함되지만, 예를 들면, 결정화나 원자 확산을 행하는 가열 기술은 한가지 중요한 기술 분야로 되고 있다.

반도체의 안정적인 가공 프로세스를 실현하기 위해서는, 처리 중에 처리 대상을 적절한 온도 범위 내로 유지하기 위한 온도 제어의 기술이 중요하다. 그러나, 열전대를 사용해서 온도를 측정하는 종래의 기술은, 반도체 디바이스를 양산 하는 반도체 웨이퍼의 처리 공정에 채용하는데는 적합하지 않다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼에 대해 비접촉 혹은 비침습으로 온도를 검출하는 기술이 요구된다.

이러한 기술로서, 반도체 웨이퍼로부터 방사되는 열량을 검지하여 온도를 검출하는 방사 온도계를 사용하는 것이 고려되고 있다. 그러나, 반도체 웨이퍼를 처리해서 디바이스를 제조하는 공정에서는, 일반적으로, 다양한 재료의 융점 등에 제약을 받는다. 현재 실시되고 있는, 전형적인 반도체 디바이스를 제조하는 공정에서는, 반도체 웨이퍼의 온도는, 500℃ 전후의 값 또는 이 이하의 값으로 관리되고 있다. 이러한 온도에서는, 방사 온도계에 의한 온도의 안정된 검출이 곤란해진다는 문제가 있었다.

이러한 방사 온도계를 사용하는 기술의 대체의 기술로서는, 반도체가 흡수하는 전자파의 주파수(파장)역에 있어서의 영역단의 주파수의 온도 의존성을 사용해서 안정되게 온도를 검출하는, 밴드단 평가 기술이, 근래 주목받고 있다. 당해 기술은, 반도체 웨이퍼를 투과 혹은 산란 반사한 광의 스펙트럼을 측정하고, 당해 스펙트럼의 흡수단을 평가함으로써, 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 기술이다.

여기에서, 광의 스펙트럼의 흡수단이 온도에 의존하는 것은, 반도체의 밴드갭은 온도가 높아짐에 따라 작아져, 보다 저에너지의 광자의 여기가 가능해짐으로써, 결과적으로 흡수단이 긴 파장의 측으로 시프트하기 때문이다. 반도체의 밴드갭은, 디바이스 온도 근방보다 고온에서는 온도에 거의 비례하여 작아지는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 밴드단 평가 기술을 사용하면, 방사 온도계에서는 안정된 검출이 곤란한 500℃ 이하의 온도역에 있어서도, 반도체 웨이퍼의 온도를 상대적으로 높은 정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.

드라이 에칭 장치 등의 반도체 디바이스를 제조하는 제조 장치에 있어서, 상기 밴드단 평가 기술을 사용해서 반도체 웨이퍼의 온도를 높은 정밀도로 검출하는 것으로서, 일본국 특표2003-519380호 공보(특허문헌 1)나 일본국 특개2018-73962호 공보(특허문헌 2)에 기재된 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에서는, 전용의 적외선 광원을 설치함으로써 밴드단이 평가된다. 특허문헌 2에서는, 처리 대상의 반도체 웨이퍼를 가열하는 적외광 램프를 광원으로 해서, 밴드단이 평가된다.

반도체 웨이퍼로부터의 투과광을 사용해서 평가할 경우, 광원과 가열원의 간섭이나 장치 스페이스 등이 문제로 되고, 또한 산란 반사광을 사용해서 평가할 경우는, 투광과 분광을 동시에 행하기 위한 큰 구멍이 필요로 되기 때문에, 기판의 온도 균일성을 확보하는 것이 곤란해질 수 있다. 이 때문에, 특허문헌 2에 나타나는 바와 같은, 처리 대상의 반도체 웨이퍼를 가열하는 적외광 램프를 광원으로 하는 구성을 사용함으로써, 반도체 웨이퍼의 온도를 안정적으로 검출할 수 있다.

또한, US9,239,265호 공보(특허문헌 3)에는, 검출한 스펙트럼을 광원만의 스펙트럼으로 제산(除算)하는 것에 의한 규격화를 행한 후, 일차 미분 등을 사용해서 밴드단을 결정하는 방법이 개시되어 있다.

일본국 특표2003-519380호 공보 일본국 특개2018-73962호 공보 미국 특허 제9239265호 명세서

W.E.Hoke et al., J.Vac. Sci. Technol. B28, C3F5(2010)

그러나, 상기 종래 기술에서는, 다음과 같은 점에 대한 고려가 불충분했기 때문에, 문제가 생기고 있었다.

즉, 반도체 웨이퍼(이후, 단순히 웨이퍼라고도 함)를 가열하기 위해 조사되는 전자파 혹은 광을, 웨이퍼의 온도의 검출에 사용했을 경우, 당해 조사되는 광의 강도나 스펙트럼은, 웨이퍼를 가열하는 조건에 의존해 버린다. 이 때문에, 종래 기술의 방법에서는, 온도의 안정적인 검출은 곤란해져, 웨이퍼의 온도를 정밀하게 검출할 수 없을 우려가 있었다.

또한, 종래 기술의 방법에서는, 미리, 온도 측정의 대상으로 되는 것과 동등한 구성을 구비한 웨이퍼를 준비하고, 당해 웨이퍼의 온도와 흡수단 파장의 상관 데이터, 예를 들면 검량식이 산출된다. 그 후에, 실제의 대상으로서의 웨이퍼로부터 검출된 데이터로부터 얻어진 흡수단 파장과, 앞선 상관 데이터에 의거하여 온도가 검출된다. 그러나, 이 기술에서는, 웨이퍼를 가열하는 조건마다, 미리 상관 데이터를 산출해 두는 것이 필요해진다.

구체예로서, 하나의 반도체 처리 장치를 사용해서 복수의 종류의 웨이퍼를 처리할 경우, 반도체 처리 장치의 사용자는, 이용하는 것이 상정되는 웨이퍼의 종류 혹은 서로 다른 처리의 조건마다, 미리, 반도체 처리 장치가 재이용 가능한 형태에서, 상술한 상관 데이터를 산출하고, 기억시켜 둘 필요가 있다. 이 경우, 반도체 처리 장치에 의한 반도체 디바이스의 제조를 위한 운전 시간이 단축되거나, 유연한 이용이 손상되어 버릴 우려가 있었다.

또한, 상기 종래 기술, 예를 들면 W. E. Hoke et al., J. Vac. Sci. Technol. B 28, C3F5(2010).(비특허문헌 1)에는, 측정한 스펙트럼을, 광강도의 최대값과 최소값으로 규격화하는 것이 개시되어 있다. 단, 규격화를 행할 때, 광강도가 최대값으로 되는 파장은, 조사된 광의 강도, 웨이퍼의 기판 저항, 웨이퍼 상에 형성된 막 등에 의존하기 때문에, 규격화를 행할 때의 파장의 범위를 어떤 방법으로 규정할 필요가 있다. 그러나, 당해 파장의 적절한 범위에 대해, 상기 종래 기술에서는 상세히 고려되어 있지 않았다.

이 결과, 상기 종래 기술에서는, 웨이퍼의 온도 검출의 정밀도가 손상되거나, 혹은 웨이퍼의 처리의 수율이 저하해 버린다는 문제가 있었다. 혹은, 반도체 처리 장치에 있어서, 웨이퍼를 처리해서 반도체 디바이스를 제조하기 위한 운전 시간이 손상되고, 처리의 효율이 손상되어 버린다는 문제점에 대해, 고려가 되어 있지 않았다.

본 발명의 목적의 하나는, 높은 정밀도로 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 것이 가능한 온도 검출 장치를 제공하는 것에 있다. 또는, 처리의 효율을 향상시키는 것이 가능한 반도체 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기 및 그 외의 목적과 신규한 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명확해질 것이다.

본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 실시형태의 개요를 간단히 설명하면, 다음과 같다.

본 발명의 대표적인 실시형태에 따른 온도 검출 장치는, 반도체 웨이퍼에 광을 조사하는 광원과, 광의 조사에 따라 반도체 웨이퍼로부터 생기는 투과광 또는 산란 반사광을 분광하는 분광기와, 분광기에서 분광된 광을 측정하는 광 검출기와, 광 검출기에서 얻어지는 제1 스펙트럼을 수치 처리함으로써 밴드단 파장을 특정하고, 밴드단 파장으로부터 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 컨트롤러를 구비한다. 컨트롤러는, 규격화 처리와, 밴드단 특정 처리와, 온도 산출 처리를 실행한다. 규격화 처리에 있어서, 컨트롤러는, 절대 영도에서의 반도체의 밴드갭 에너지에 상당하는 파장을 극소 파장으로 하고, 극소 파장보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최소값을 극소값으로 정하고, 온도 측정 범위로서 상정되는 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지와 열 에너지의 차에 상당하는 파장을 제1 최대 파장으로 하고, 제1 최대 파장보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최대값으로부터 극소값의 차분을 취한 값을 극대값으로 정하고, 제1 스펙트럼에 대해 극소값과의 차분 처리를 행한 후 극대값으로 제산함에 의해 규격화한다. 밴드단 특정 처리에 있어서, 컨트롤러는, 규격화 처리에서 얻어진 제2 스펙트럼에 의거하여 밴드단 파장을 특정한다. 온도 산출 처리에 있어서, 컨트롤러는, 미리 취득된, 온도와 밴드단 파장의 값과의 상관 데이터와, 밴드단 특정 처리에서 특정된 밴드단 파장을 비교함으로써, 반도체 웨이퍼의 온도를 검출한다.

본 발명의 대표적인 실시형태에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면, 높은 정밀도로 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 것이 가능해진다.

도 1a는 실시예 1에 따른 반도체 처리 장치의 개략 구성예를 나타내는 단면도.
도 1b는 도 1a에 나타나는 반도체 처리 장치의 보다 상세한 구성예를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 반도체 웨이퍼가 소정의 온도인 경우에 반도체 웨이퍼를 투과한 광의 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프.
도 3은 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 도 2에 나타나는 스펙트럼 중의 고저항 웨이퍼의 스펙트럼을, 실시예 1의 방법으로 규격화함으로써 얻어진 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프.
도 4는 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 도 2에 나타나는 스펙트럼 중의 고저항 웨이퍼의 스펙트럼을, 특허문헌 3 기재의 방법으로 규격화함으로써 얻어진 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프.
도 5는 도 3에 나타나는 규격화된 스펙트럼과 도 4에 나타나는 규격화된 스펙트럼을 비교한 결과의 일례를 나타내는 그래프.
도 6은 도 3에 나타나는 규격화된 스펙트럼의 일부를 나타내는 그래프이고, 밴드단 파장의 특정 방법의 일례를 설명하는 그래프.
도 7은 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 적외광 램프의 출력 전력 또는 입력 전력을 40 내지 70％ 사이에서 변화시켰을 경우의, 실시예 1의 방법을 사용해서 검출된 반도체 웨이퍼의 온도와 접촉 열전대를 사용해서 검출된 반도체 웨이퍼의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프.
도 8은 서로 다른 종류의 반도체 웨이퍼에 대해, 실시예 1의 방법으로 검출한 반도체 웨이퍼의 온도와 열전대를 사용해서 검출한 반도체 웨이퍼의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프.
도 9는 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 저저항 웨이퍼를 대상으로, 실시예 1의 방법을 사용해서 검출한 반도체 웨이퍼의 온도와, 열전대를 사용해서 검출한 반도체 웨이퍼의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프.
도 10은 실시예 2에 따른 반도체 처리 장치에 있어서, 도 3에 나타나는 규격화된 스펙트럼의 일부를 나타내는 그래프이고, 밴드단 파장의 특정 방법의 일례를 설명하는 그래프.
도 11은 도 10에 나타나는 방법으로 특정된 밴드단 파장으로부터 얻어진 웨이퍼의 온도와, 열전대를 사용해서 얻어진 웨이퍼의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프.
도 12는 실시예 3에 따른 반도체 처리 장치의 개략 구성예를 나타내는 단면도.
도 13은 도 12에 나타나는 가열 장치로부터 얻어진, 규격화된 스펙트럼의 분포의 일례를 나타내는 그래프.
도 14는 도 12에 나타나는 가열 장치에 있어서, 최대 면적의 0.55배의 적분값을 갖는 파장을 밴드단 파장으로 정함으로써 얻어진 웨이퍼의 온도와, 핫플레이트의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프.
도 15는 도 12에 나타나는 가열 장치로부터 얻어진, 규격화된 스펙트럼의 분포의 일례를 나타내는 그래프이고, 밴드단 파장의 특정 방법의 일례를 설명하는 그래프.
도 16은 도 12에 나타나는 가열 장치에 있어서, 기준 온도에서의 기준 파장과 측정 온도에서의 측정 파장의 파장 차로부터 밴드단 파장을 정함으로써 얻어진 웨이퍼의 온도와, 핫플레이트의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프.
도 17은 도 12에 나타나는 가열 장치로부터 얻어진, 규격화된 스펙트럼의 분포의 일례를 나타내는 그래프이고, 밴드단 파장의 특정 방법의 일례를 설명하는 그래프.
도 18은 도 12에 나타나는 가열 장치에 있어서, 기준 온도에 있어서의 제1 스펙트럼의 극대값을 사용해서 규격화를 행하고, 기준 온도에서의 기준 파장과 측정 온도에서의 측정 파장의 파장 차로부터 밴드단 파장을 정함으로써 얻어진 웨이퍼의 온도와, 핫플레이트의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 실시형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 부재에는 원칙적으로 동일한 부호를 부여하고, 그 반복의 설명은 생략한다.

＜실시형태의 개요＞

상술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼를 가열하기 위해 조사되는 전자파 혹은 광을, 웨이퍼의 온도의 검출에 사용했을 경우, 당해 조사되는 광의 강도나 스펙트럼은, 웨이퍼를 가열하는 조건에 의존해 버린다. 이 때문에, 종래 기술의 방법에서는, 웨이퍼의 온도를 안정되고, 정밀하게 검출하는 것이 곤란해진다는 문제가 있었다.

또한, 종래 기술의 방법에서는, 웨이퍼를 가열하는 조건마다, 미리, 온도 측정의 대상으로 되는 것과 동등한 구성을 구비한 웨이퍼를 준비하고, 온도와 흡수단(밴드단) 파장의 상관 데이터, 예를 들면 검량식을 산출하는 작업이 필요했다. 이 때문에, 반도체 처리 장치가 반도체 디바이스의 제조를 목적으로 해서 운전되는 시간이 단축되거나, 유연한 이용이 손상되어 버린다는 문제점이 있었다. 또한, 온도를 검출하는 과정에서, 측정된 투과광의 스펙트럼을 규격화할 때에, 규격화를 행하는 파장의 적절한 범위에 대해, 종래 기술에서는 고려되어 있지 않았다.

이 결과, 종래 기술에서는, 웨이퍼의 온도 검출의 정밀도가 손실되거나, 혹은 웨이퍼의 처리의 수율이 저하해 버리거나, 혹은, 웨이퍼를 처리해서 반도체 디바이스를 제조하기 위한 반도체 처리 장치의 운전 시간이 손상되고, 처리의 효율이 손상되어 버린다는 문제가 있었다. 이러한 문제에 대해, 발명자 등은 웨이퍼를 가열하기 위해 사용되는 적외광을 온도 검출에도 사용해서, 표면의 막의 구조나 종류 혹은 웨이퍼 구조를 달리한 것을 포함한 복수의 종류의 웨이퍼를 대상으로, 가열 중의 웨이퍼로부터의 광의 강도와 온도의 관계를 평가했다.

그 결과, 투과광의 스펙트럼의 형상은, 웨이퍼에 조사되는 광의 강도나 웨이퍼의 종류에 의존하여 크게 변하기 때문에, 종래 기술에서는 웨이퍼의 온도를 안정적으로 높은 정밀도로 검출하는 것이 곤란함이 판명되었다. 한편, 발명자들은, 적절한 파장역을 한정해서 규격화 처리를 실시함에 의해, 사전에 단일 종류의 웨이퍼를 단일 가열 조건으로 가열함으로써 취득한, 밴드단 파장의 값과 온도의 상관 데이터에 의해, 종류가 서로 다르거나 또는 가열 조건이 서로 다른 웨이퍼의 온도를, 공통의 상관 데이터를 사용해서, 안정적으로 높은 정밀도로 검출할 수 있다는 지견을 얻었다.

본 발명은, 이러한 지견에 의거하여 얻어진 것이다. 구체적으로는, 웨이퍼를 투과한 광을 측정함으로써 얻어진 제1 스펙트럼을, 적절히 정한 파장의 범위에서 평활화 및 규격화한다. 그리고, 평활화 및 규격화에 의해 얻어진 제2 스펙트럼을 파장으로 일차 미분함으로써, 당해 일차 미분한 값이 최대가 되는 파장을 산출하고, 당해 파장을 포함한 보다 긴 측의 파장의 범위에 있어서, 특정한 강도를 갖는 파장을 밴드단 파장으로 정한다.

반도체 디바이스를 제조할 때에는, 제조 장치의 운전에 앞서, 미리, 단일 종류의 웨이퍼를 사용해서, 온도와, 웨이퍼를 투과한 광의 밴드단 파장의 값의 상관 데이터, 예를 들면 검량식을 취득해 둔다. 실제로 반도체 디바이스를 제조할 때, 제조 장치를 사용해서 웨이퍼를 처리하는 운전 중에, 웨이퍼를 투과한 광을 측정하고, 상기 방법으로 밴드단 파장을 특정하고, 당해 특정한 밴드단 파장과, 미리 취득한 상기 상관 데이터를 비교함으로써, 웨이퍼의 온도를 검출 혹은 판정한다.

밴드단 파장을 정할 때, 밴드갭의 온도 변화가 반영되는 파장의 범위에 있어서, 규격된 제2 스펙트럼 상에 2점을 취하고, 그 2점을 지나는 직선과 파장 축의 절편을 밴드단 파장으로 정해도 된다. 이러한 2점은, 그들의 파장의 차가 가능한 한 큰 점을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 규격화된 제2 스펙트럼을 파장으로 적분하고, 적분값이 미리 정한 기준 값이 되는 파장을 밴드단 파장으로 정해도 된다.

규격화에 적절한 파장 범위는, 반도체의 흡수단에 상당하는 밴드단 파장이 반도체의 밴드갭에 강하게 의존하기 때문에, 안정되게 밴드단 파장을 검출할 수 있도록, 가능한 한 좁은 범위이고 또한 밴드갭의 온도에 의한 변화를 가능한 한 반영할 수 있는 정도로 넓은 영역인 것이 바람직하다. 그래서, 측정에 의해 얻어진 제1 스펙트럼으로부터, 광강도의 극소값 및 극대값을 정하고, 제1 스펙트럼에 대해 극소값과의 차분 처리를 행한 후 극대값으로 제산함에 의해, 제1 스펙트럼을 규격화하고, 규격화된 제2 스펙트럼을 얻는다.

여기에서, 극소값은, 제1 스펙트럼에 있어서, 절대 영도에서의 밴드갭에 상당하는 파장보다 짧은 파장의 범위에서의 광강도의 최소값으로 설정된다. 그 이유는, 이러한 파장의 범위에서는, 반도체는 광을 흡수하기 때문에, 투과광의 스펙트럼이 원리적으로 얻어지지 않기 때문이다. 한편, 극대값은, 온도 측정 범위로서 상정되는 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭과 열 에너지의 차에 상당하는 파장을 최대 파장으로 하고, 당해 최대 파장보다 짧은 파장의 범위에 있어서의 광강도의 최대값으로부터, 상기 극소값의 차분을 취한 값으로 설정된다. 이 이유는, 반도체의 밴드갭은 온도가 올라감과 함께 작아져, 흡수단에 영향을 주는 것은, 당해 온도에 있어서의 밴드갭으로부터 당해 온도에 있어서의 열 에너지분만큼 어긋난 에너지의 범위라 생각되기 때문이다.

(실시예 1)

실시예 1에 대해, 도 1 내지 도 8을 사용해서 설명한다. 실시예 1은, 적외광 램프에 의한 가열 광원이 부설된 에칭 장치, 즉 반도체 처리 장치 또는 반도체 제조 장치에 있어서의, 가열 시의 반도체 웨이퍼의 온도 평가에 관한 것이다.

＜반도체 처리 장치의 개략 구성＞

도 1a는, 실시예 1에 따른 반도체 처리 장치의 개략 구성예를 나타내는 단면도이다. 당해 반도체 처리 장치는, 예를 들면, 에칭 장치 등이다. 당해 반도체 처리 장치는, 반도체 웨이퍼(103)를 처리하기 위한 처리실(101)과, 웨이퍼 스테이지(102)와, 광원 또는 가열 광원인 적외광 램프(104)와, 플라스마원(105)과, 판 부재(106)와, 광로(107)와, 분광기(108)와, 광 검출기(109)와, 컨트롤러(110)를 구비한다. 웨이퍼 스테이지(102)는, 처리실(101) 내에 설치되고, 처리 대상이며, 온도의 측정 대상이기도 한 반도체 웨이퍼(103)를 탑재한다.

플라스마원(105)은, 웨이퍼 스테이지(102)의 상방에 설치되고, 처리용의 가스를 사용해서 플라스마를 형성한다. 판 부재(106)는, 처리실(101)과 플라스마원(105) 사이에 설치되고, 처리용의 가스가 도입되는 복수의 관통 구멍을 포함하고 있다. 적외광 램프(104)는, 판 부재(106)의 외주를 둘러싸도록 설치되고, 웨이퍼(103)에 광을 조사함으로써 웨이퍼(103)를 가열한다. 광로(107)는, 웨이퍼 스테이지(102)의 내부에 부착된다.

분광기(108)는, 적외광 램프(104)로부터의 광의 조사에 따라 웨이퍼(103)로부터 생긴 투과광 또는 산란 반사광, 이 예에서는, 광로(107)를 통해 전송된 투과광을 분광한다. 광 검출기(109)는, 분광기(108)에서 분광된 광을 측정한다. 컨트롤러(110)는, 예를 들면, 프로세서 및 메모리를 포함하는 컴퓨터에 의해 실현되고, 반도체 처리 장치 전체를 제어한다.

그 하나로서, 컨트롤러(110)는, 광 검출기(109)에서 얻어지는 스펙트럼(제1 스펙트럼)을 수치 처리함으로써 밴드단 파장을 특정하고, 당해 밴드단 파장으로부터 웨이퍼(103)의 온도를 검출한다. 또한, 컨트롤러(110)는, 당해 웨이퍼(103)의 온도의 검출 결과를 피드백해서 적외광 램프(104) 등을 제어함으로써, 웨이퍼(103)의 온도를 제어해도 된다.

도 1a에 있어서, 적외광 램프(104)는, 도넛형으로 배치되어 있지만, 투과광 스펙트럼이 얻어지는 한, 목적에 따라 웨이퍼 스테이지(102)의 바로 위나 횡으로 설치되어도 된다. 또한, 여기에서는, 가열원인 적외광 램프(104)에 의한 적외광을 광원으로서도 사용했지만, 웨이퍼(103)를 사이에 두고 분광기(108)와 반대 측에 외부 적외광원을 설치해도 된다. 또한, 웨이퍼(103)를 기준으로 해서 분광기(108)와 동일한 측에 외부 적외광원을 설치하고, 광로(107)를 통해 웨이퍼(103)의 이면에 광을 조사함으로써 얻어진 산란 반사광의 스펙트럼에 의거하여 밴드단 파장을 특정해도 된다.

또한, 도 1a에 있어서, 적외광 램프(104), 분광기(108), 광 검출기(109) 및 컨트롤러(110)는, 웨이퍼(103)의 온도를 검출하는 온도 검출 장치를 구성한다. 도 1a의 예에서는, 당해 온도 검출 장치는, 에칭 장치에 포함되어 있지만, 에칭 장치에 한정되지 않고, 다양한 반도체 처리 장치 또는 반도체 제조 장치에 포함되어도 된다. 게다가, 온도 검출 장치 단체(單體)로 사용하는 것도 가능하다.

도 1b는, 도 1a에 나타나는 반도체 처리 장치의 보다 상세한 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 1b에 나타내는 반도체 처리 장치는, 에칭 장치(100)이다. 도 1b에 있어서, 처리실(101)은, 진공 용기의 하부를 구성하는 베이스 챔버(111) 내에 배치된 실이고, 실 내에는, 웨이퍼(103)를 상면에 탑재하는 웨이퍼 스테이지(102)가 설치되어 있다. 또한, 방전실(105)은, 진공 용기의 상부를 구성하는 원통형의 석영 챔버(112) 내에 배치된 실이고, 실 내에서는, ICP 방전 방식에 의해 플라스마(113)가 형성 가능하게 되어 있다. 방전실(105)은, 도 1a에 있어서, 처리실(101)의 상방에 설치된 플라스마원이기도 하다.

석영 챔버(112)의 외측에는 ICP 코일(134)이 설치되어 있다. ICP 코일(134)에는 플라스마 생성을 위한 고주파 전원(120)이 정합기(122)를 통해 접속되어 있다. 고주파 전력의 주파수는, 13.56㎒ 등, 수십㎒의 주파수대를 사용하는 것으로 한다. 석영 챔버(112)의 상부에는, 진공 용기의 상부를 구성함과 함께 방전실(플라스마원)(105)의 덮개를 구성하는 천판(118)이, 석영 챔버(112) 외측의 분위기와 감압되는 내부 사이를 기밀하게 봉지하도록 놓여 있다. 천판(118)의 하방이며 방전실(105)의 상방에는, 가스 분산판(117)과 샤워 플레이트(119)가 설치되어 있다. 처리 가스는, 가스 분산판(117)과 샤워 플레이트(119)를 통해 방전실(105) 내부를 통해서 처리실(101) 내에 도입된다.

처리 가스는, 가스종마다 준비된 가스 공급용의 관로 내를 흐르고, 이들 관로 상에 각각 배치된 매스플로우 컨트롤러에 의해 관로 내를 흐르는 종류마다 가스의 단위 시간당의 유량(유량 속도)이 조절된다. 도 1b의 예에서는, 이들 관로와 각 관로 상의 매스플로우 컨트롤러는, 하나의 박스체의 내부에 배치된 매스플로우 컨트롤러 유닛(150)으로서, 진공 용기의 상부를 구성하는 석영 챔버(112), 나아가 방전실(105)에 연결되어 있다.

또한, 매스플로우 컨트롤러 유닛(150)과 방전실(105) 사이를 연결하는 관로 상에는, 적어도 하나의 가스 분배기(151)가 배치되어 있다. 가스 분배기(151)로부터 연장되는 관로는, 원통형을 가진 방전실(105)의 용기 중심 부근과 그 외주에 접속된다. 이에 의해, 이들 접속 개소의 하방에 위치하는 방전실(105) 내부의 중심부 및 외주부에 공급하는 각각의 가스의 유량이나 조성을, 각각 독립적으로 제어하여 공급할 수 있고, 방전실(105) 내의 라디칼의 공간의 분포를 상세히 조절할 수 있다.

또한, 도 1b의 예에서는, 매스플로우 컨트롤러 유닛(150) 내부에는, 처리 가스로서 NH3, H2, CH2F2, CH3F, CH3OH, O2, NF3, Ar, N2, CHF3, CF4, H2O의 각 가스용의 관로 및 매스플로우 컨트롤러가 병렬로 배치되어 있다. 단, 에칭 장치(100)에서는, 웨이퍼(103)의 처리에 요구되는 사양에 따라, 상기 가스 이외의 가스를 사용해도 된다.

처리실(101)의 하부는, 처리실(101) 내부를 감압하기 위해, 진공 배기 배관(116)을 통해, 배기 펌프(115)에 접속되어 있다. 배기 펌프(115)는, 예를 들면, 터보 분자 펌프나 메커니컬 부스터 펌프나 드라이 펌프로 구성된다. 또한, 처리실(101)이나 방전실(105) 내부의 압력을 조정하기 위해, 진공 배기 배관(116)의 유로 단면적을 변화시켜서 단위 시간당의 배기의 양(배기의 유량 속도)을 조절하는 밸브를 구비한 조압(調壓) 밸브(114)가, 배기 펌프(115)의 상류 측의 진공 배기 배관(116) 상에 배치되어 있다.

웨이퍼 스테이지(102)의 상방에는, 방전실(105)과 처리실(101) 사이를 연통해서 방전실(105) 내에 형성된 플라스마(113) 내의 입자를 처리실(101)을 향해 흘리기 위한 유로(175)가 배치되어 있다. 처리실(101)의 상방이며 ICP 코일(134)의 하방에는, 당해 유로(175)의 외주 측에서 이것을 둘러싸도록 링 형상으로 배치된, 웨이퍼(103)를 가열하기 위한 적외광 램프 유닛이 설치되어 있다. 적외광 램프 유닛은, 주로, 적외광 램프(104), 적외광 램프(104)로부터의 광 또는 전자파를 반사하는 반사판(163), 석영 등의 투광성을 가진 부재로 구성되고, 적외광 램프(104)의 하방에서 처리실(101)의 천장면을 구성하는 부분 및 유로(175)의 내주 측벽을 구성하는 부분을 갖는 적외광 투과창(174)으로 이루어진다.

적외광 램프(104)에는, 유로(175)의 외주 측에서 이것을 링 형상으로 둘러싸는 써클형(원형상)을 가진 램프가 사용된다. 또한, 적외광 램프(104)로부터 방사되는 광 또는 전자파는, 가시광 영역 내지 적외광 영역을 주로 하는 광을 방출한다. 또한, 적외광 램프(104)는, 상세히는, 수평 방향에 있어서, 내주 측으로부터 외주 측을 향해 동심 형상으로 3중으로 배치된 적외광 램프(104-1, 104-2, 104-3)를 구비한다. 단, 3중 구성에 한정되지 않고, 2중 구성이나, 4중 구성 등이어도 된다. 반사판(163)은, 적외광 램프(104)의 상방에 설치되고, 적외광 램프(104)로부터 방사된 광 또는 전자파를 하방, 즉 웨이퍼 스테이지(102)에 탑재된 웨이퍼(103)를 향해 반사한다.

적외광 램프(104)에는, 적외광 램프용 전원(164)이 전기적으로 접속되어 있고, 그 도중에는, 플라스마 생성용의 고주파 전력에 수반하는 노이즈가 적외광 램프용 전원에 유입하지 않도록 하기 위한 고주파 컷 필터(125)가 설치되어 있다. 또한, 적외광 램프용 전원(164)은, 적외광 램프(104-1, 104-2, 104-3)에 공급하는 전력을 각각 독립적으로 제어할 수 있는 기능을 구비하고 있고, 웨이퍼(103)를 가열하는 양의 직경 방향 분포를 조절할 수 있도록 되어 있다. 또한, 도 1b에서는, 당해 기능에 수반하는 일부의 배선의 도시는 생략되어 있다.

또한, 적외광 램프 유닛에 의해 둘러싸이는 개소의 중앙부에 위치하는 유로(175)에는, 복수의 관통 구멍 또는 슬릿이 소정의 위치에 형성된 판 부재(106), 상세히는 슬릿판이 설치되어 있다. 판 부재(106)는, 복수의 관통 구멍 또는 슬릿에 의해, 석영 챔버(112) 내부의 방전실(105)에서 형성된 플라스마(113) 중의 이온이나 전자 등의 하전 입자의 통과를 억지하고, 중성의 가스나 중성의 라디칼을 통과시켜서 처리실(101) 내에 도입하여 웨이퍼(103) 상에 공급한다.

웨이퍼 스테이지(102)에는, 웨이퍼 스테이지(102)의 금속제의 기재를 냉각하기 위해 공급되는 냉매의 유로(139)가 내부에 배치되어 있다. 유로(139)는, 냉매의 온도 조절 기구인 칠러(138)에 접속되고, 온도가 소정의 범위 내의 값으로 조절된 냉매가 내부에 순환 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 웨이퍼(103)를 정전 흡착에 의해 고정하기 위해, 판상(板狀)의 전극판(130)이 웨이퍼 스테이지(102) 내부에 메워 넣어져 있고, 각각에 DC 전원(131)이 접속되어 있다.

웨이퍼(103)의 처리 중에는, 웨이퍼(103)의 온도를 처리에 적합한 범위 내의 값으로 효율적으로 조절하기 위해, 웨이퍼(103)의 이면과 웨이퍼 스테이지(102) 사이에 He 가스 등의 열전달성을 갖는 가스가 공급된다. 또한, 웨이퍼(103)를 웨이퍼 스테이지(102)의 상면에 흡착한 채, 웨이퍼(103)의 가열이나 냉각을 행했을 때, 웨이퍼(103)의 이면에 흠집이 나지 않도록 하기 위해, 웨이퍼 스테이지(102)의 상면은, 폴리이미드 등의 수지로 코팅되어 있다.

웨이퍼 스테이지(102)의 내부에는, 웨이퍼 스테이지(102)의 온도를 검출하기 위한 열전대(170)가 설치되고, 이 열전대(170)는, 열전대 온도계(171)에 접속되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지(102) 내부에는, 석영 로드(185) 및 관통 구멍(191)이, 기재를 관통하도록 복수 개(이 예에서는 3개) 배치되어 있다. 석영 로드(185) 및 관통 구멍(191)은, 적외광 램프(104)로부터 방사되어 웨이퍼(103)를 투과한 광을 수광하는 수광기, 및 수광한 광을 전송하는 도 1a에서의 광로(107)를 구성한다. 관통 구멍(191) 내에는, 석영 로드(185)에 접속된 광 파이버(192)가 부착된다. 도 1b의 예에서는, 관통 구멍(191)은, 웨이퍼(103)의 중심부 부근, 웨이퍼 직경 방향의 미들부 부근, 웨이퍼 외주 부근의 3개소에 대응한 웨이퍼 스테이지(102)의 3개소에 각각 배치되어 있다.

적외광 램프(104)로부터 방사되어 적외광 투과창(174)을 투과하여 처리실(101) 내의 웨이퍼 스테이지(102) 상의 웨이퍼(103)에 조사된 광은, 웨이퍼(103)를 투과하고, 관통 구멍(191) 내부의 석영 로드(185)의 상면에 입사해서, 수광기에서 수광된다. 수광된 광은, 석영 로드(185)에 접속된 광 파이버(192)를 통해서, 광 파이버(192)의 타단에 접속된 분광기(108)에 전송되고, 미리 정해진 복수의 파장마다 분광된다. 분광된 광은, 광 검출기(109)에 보내진다. 그리고, 광 검출기(109)가 각 파장의 광강도를 측정함으로써, 파장마다의 광강도를 나타내는 스펙트럼(제1 스펙트럼)의 데이터가 얻어진다.

또한, 도 1b의 예에서는, 광 파이버(192)의 도중에, 광 멀티플렉서(198)가 설치되어 있고, 분광되는 광에 대해, 웨이퍼(103)의 중심부, 미들부, 외주부의 어느 개소에 있어서의 광을 분광할지를 전환 가능하게 구성되어 있다. 또한, 분광기(108) 및 광 검출기(109)의 세트를, 중앙부, 미들부, 외주부의 각각용으로 마련하고, 동시에, 3개소의 수광기에서 수광한 광으로부터 스펙트럼의 데이터를 검출하도록 구성되어도 된다.

또한, 도 1b에 나타나는 에칭 장치(100)는, 에칭 장치(100) 전체를 제어하는 컨트롤러(110)를 구비한다. 컨트롤러(110)는, 고주파 전원(120)이나 정합기(122), DC 전원(131), 조압 밸브(114), 배기 펌프(115), 매스플로우 컨트롤러 유닛(150), 가스 분배기(151), 적외광 램프용 전원(164) 혹은 도시하지 않은 게이트 밸브와 같은, 각 부위의 동작, 출력의 크기를 제어한다.

또한, 컨트롤러(110)는, 열전대 온도계(171)나 광 검출기(109)의 출력을 수신하고, 당해 출력이 나타내는 측정 데이터에 의거하여 전원, 밸브, 펌프 등의 동작을 처리에 적합한 것으로 조절하기 위한 지령 신호를 생성한다. 또한, 컨트롤러(110)는, 광 검출기(109)로부터의 신호에 의거하여 검출한 웨이퍼(103)의 온도에 따라, 처리실(101) 또는 방전실(105)에 도입하는 가스의 종류, 조성이나 진공 용기 내의 압력 등의 처리의 조건을 변경, 조절해도 된다.

웨이퍼 스테이지(102)의 온도는, 적외광 램프(104)와 칠러(138)를 조합해서 제어되는 것이 바람직하다. 이 때에, 컨트롤러(110)는, 웨이퍼(103)의 온도와 상관을 갖는 웨이퍼 스테이지(102)의 온도를, 광 검출기(109)로부터의 신호에 의거하여 얻어지는 웨이퍼(103)의 온도와, 열전대 온도계(171)에 의해 검출된 웨이퍼 스테이지(102)의 온도를 상보적으로 조합해서 제어해도 된다. 또한, 컨트롤러(110)는, 광 검출기(109)로부터의 신호에 의거하여 얻어지는 웨이퍼(103)의 온도를 피드백해서 적외광 램프용 전원(164)을 제어함으로써, 웨이퍼(103)의 온도를 조절해도 된다.

웨이퍼(103)를 처리할 때에는, 예를 들면, 아르곤을 처리실(101) 내에 도입해서, 웨이퍼(103)의 가열이 행해진다. 단, 가스 분자에 의한 광의 흡수 파장은, 반도체의 흡수단 파장과 비교해서 장파장 측에 존재하기 때문에, 실시예 1에서 나타내는 바와 같은 밴드단 파장에 의거하는 온도의 검출에 끼치는 영향은 작다. 따라서, 처리실(101) 내에 도입되고, 웨이퍼(103)의 가열 시 사용되는 가스는, 복수의 종류를 사용하는 것이 가능하다.

＜반도체 처리 장치의 개략 동작＞

도 1b에 나타낸 에칭 장치(100)에 있어서, 감압된 처리실(101) 내의 웨이퍼 스테이지(102) 상에 놓인 웨이퍼(103)는, 웨이퍼 스테이지(102) 상에서 정전기를 사용해서 흡착되어 유지된다. 그 후에, 방전실(105) 내에 처리용의 가스가 공급되고, 방전실(105) 내부에서 처리용의 가스를 사용해서 플라스마(113)가 형성된다. 플라스마(113) 중의 활성종(라디칼) 등의 중성의 입자는, 판 부재(106)의 관통 구멍 또는 슬릿을 통해서 방전실(105)로부터 처리실(101) 내에 도입되고, 웨이퍼(103) 상면의 처리 대상의 막의 표면에 흡착하여 화합물층이 형성된다.

처리실(101) 내의 처리용의 가스 혹은 플라스마의 입자가, 배기 펌프(115)의 동작에 의해 배기되면, 불활성 가스인 Ar 가스가 방전실(105)을 통해서 처리실(101) 내에 도입되고, 처리실(101) 내는, 웨이퍼(103)의 가열에 바람직한 범위의 압력으로 조정된다. 그 후, 적외광 램프(104)에 적외광 램프용 전원(164)으로부터의 전력이 공급되고, 적외광 램프(104)로부터 방사된 광이 웨이퍼(103)에 조사됨으로써, 웨이퍼(103)가 가열된다. 웨이퍼(103)의 온도가 소정의 범위 내의 값이 되면, 화합물층이 승화하여 처리 대상의 막층의 표면으로부터 탈리하여 제거되고, 동작을 계속하고 있는 배기 펌프(115)에 의해 처리실(101) 외부로 배출됨으로써, 처리 대상의 막층의 에칭이 진행된다.

웨이퍼(103)에 조사되어, 웨이퍼(103)를 투과한 광은, 석영 로드(185)를 포함하는 수광기에서 수광되고, 분광기(108)에 전송된 후, 분광된 광이 광 검출기(109)에서 측정됨으로써, 파장마다의 광강도를 나타내는 스펙트럼(제1 스펙트럼)의 데이터가 얻어진다. 컨트롤러(110)는, 당해 스펙트럼의 데이터에 의거하여, 광의 밴드단 파장을 특정한다.

그리고, 컨트롤러(110)는, 특정한 밴드단 파장과, 미리 취득된, 밴드단 파장의 값과 웨이퍼(103)의 온도의 상관 데이터, 예를 들면 검량식을 비교함으로써, 특정한 밴드단 파장에 대응하는 웨이퍼(103)의 온도를 검출한다. 또한, 컨트롤러(110)는, 검출한 온도의 정보에 의거하여, 적외광 램프(104)의 출력, 혹은 칠러(138)가 조절하는 냉매의 온도의 설정을 증감시킴으로써, 웨이퍼(103)의 온도를, 상기 화합물층의 탈리, 제거에 적합한 범위 내로 되도록 조정한다.

＜온도 검출 방법의 상세＞

이하, 컨트롤러(110)가, 광 검출기(109)에서 얻어지는 스펙트럼(제1 스펙트럼)을 수치 처리함으로써, 밴드단 파장을 특정하고, 당해 밴드단 파장으로부터 반도체 웨이퍼(103)의 온도를 검출하는 방법의 상세에 대해 설명한다.

도 2는, 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 반도체 웨이퍼가 소정의 온도인 경우에 반도체 웨이퍼를 투과한 광의 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다. 즉, 도 2에는, 상기 에칭 장치(100)의 웨이퍼 스테이지(102)에 실리콘제의 반도체 웨이퍼(103)를 탑재하고, 적외광 램프(104)에 의해 가열했을 때, 웨이퍼(103)를 투과한 광을 광 검출기(109)에서 측정함으로써 얻어진 스펙트럼(제1 스펙트럼)의 일례가 나타난다. 도 2에 있어서, 횡축은 파장이고, 종축은 광강도이다. 구체적으로는, 도 2에는, 웨이퍼(103)의 온도가 60℃일 때의 스펙트럼이 나타난다.

도 2에 있어서, 사용한 반도체 웨이퍼(103)의 저항률은, 30Ωcm(이하, 고저항 웨이퍼라 함) 및 0.019Ωcm(이하, 저저항 웨이퍼라 함)이고, 적외광 램프(104)의 출력 전력 또는 입력 전력은, 최대값의 70％와 40％로 설정되어 있다. 도 2에 있어서, 1380㎚ 근방에 보이는 오목은, 웨이퍼 스테이지(102)의 내부에 배치되어 웨이퍼(103)를 투과한 투과광을 수광하는 수광기, 즉 도 1b에 있어서의 석영 로드(185)의 수분에 의한 흡수 성분이고, 당해 흡수의 양은 무수 석영을 사용함으로써 저감된다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 웨이퍼(103)의 온도가 동일하여도, 적외광 램프(104)로부터 조사되는 광의 강도나 웨이퍼(103)의 종류가 서로 다르면, 투과광의 스펙트럼의 형상은 크게 서로 다르다. 특히, 사용하는 웨이퍼(103)가 고저항 웨이퍼인 경우에 있어서, 광강도의 최대값은, 적외광 램프(104)의 출력 전력이 70％인 경우에는, 둥근 표시로 나타나는 바와 같이 1280㎚ 근변으로 되는 데 대해, 40％인 경우, 삼각 표시로 나타나는 바와 같이 1450㎚ 근방으로 된다. 즉, 적외광 램프(104)의 출력 전력, 나아가서는 방사되는 광의 강도나, 웨이퍼(103)의 종류, 즉 구조나 구성에 따라, 광 검출기(109)에서 얻어지는 스펙트럼에 있어서의 최대의 광강도로 되는 파장이 상이하다.

이것으로부터, 예를 들면, 비특허문헌 1과 같이 광강도의 극대값 또는 극소값을 사용해서 규격화를 행할 경우에는 적절한 파장의 범위를 설정해서 극대값 또는 극소값을 정할 필요가 있다. 또한, 적외광 램프(104)로부터 방사된 광이 소정의 파장마다 나뉘어 스펙트럼으로서 검출될 때까지의 광로 상의 흡수 등에 의해, 측정되는 스펙트럼도, 적외광 램프(104)로부터의 광의 강도에 따라 서로 다르다. 이 때문에, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같은, 적외광 램프(104)로부터 방사되는 광의 스펙트럼을 사용한 규격화도 용이하지 않다. 즉, 웨이퍼(103)의 목표의 온도 등의 조건에 따라 광강도가 변화하는 적외광 램프(104)로부터의 광에 대해, 당해 조건마다 기준으로 되는 스펙트럼이 필요해진다.

[규격화 처리에 대해]

도 3은, 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 도 2에 나타나는 스펙트럼 중의 고저항 웨이퍼의 스펙트럼을, 실시예 1의 방법으로 규격화함으로써 얻어진 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다. 즉, 도 3에는, 컨트롤러(110)가 도 2에 나타나는 2개의 고저항 웨이퍼의 스펙트럼(제1 스펙트럼)을 대상으로 각각 규격화 처리를 행함에 의해 얻어진, 2개의 스펙트럼(제2 스펙트럼)이 나타난다. 도 4는, 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 도 2에 나타나는 스펙트럼 중의 고저항 웨이퍼의 스펙트럼을, 특허문헌 3 기재의 방법으로 규격화함으로써 얻어진 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다.

실시예 1의 방법에서의 규격화 시에, 우선, 극소값 및 극대값을 정한다. 극소값에 관해, 절대 영도에 있어서의 실리콘의 밴드갭은 1.17eV이고, 파장으로서는 1060㎚에 상당한다. 이 때문에, 컨트롤러(110)는, 도 2에 있어서, 1060㎚보다 단파장 영역에서의 광강도의 최소값, 구체적으로는, 예를 들면 1000㎚ 이하의 파장 영역의 광강도의 평균값을 극소값으로 정한다. 또한, 명세서에서는, 당해 절대 영도에 있어서의 실리콘의 밴드갭에 대응하는 파장인 1060㎚를, 극소 파장이라 한다.

한편, 극대값에 관해, 웨이퍼(103)가 가열되어 도달하는 최고 온도는, 기껏해야 500℃ 전후이다. 환언하면, 온도 측정 범위로서 상정되는 최고 온도는 500℃ 전후이다. 500℃에 있어서의 실리콘의 밴드갭은 1.01eV이고, 파장으로서는 1230㎚에 상당한다. 명세서에서는, 당해 최고 온도에 있어서의 실리콘의 밴드갭에 대응하는 파장인 1230㎚를, 극대 파장이라 한다.

여기에서, 밴드갭은, 온도가 높아짐에 수반해서 열 에너지에 의해 밴드단이 넓어진다. 그래서, 컨트롤러(110)는, 500℃에 있어서의 밴드갭 1.01eV로부터 500℃에 있어서의 열 에너지 0.07eV의 차를 취한 0.94eV에 상당하는 파장 1320㎚를 최대 파장(제1 최대 파장)으로 하고, 당해 최대 파장보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최대값으로부터, 상기 극소값의 차분을 취한 값을, 극대값으로 정한다.

구체예로서, 도 2에 있어서, 고저항 웨이퍼 또한 70％인 경우의 극대값은, 둥근 표시로 나타나는 광강도의 최대값으로부터, 1000㎚ 이하의 파장 영역에서 정한 광강도의 극소값의 차분을 취한 값으로 정해진다. 한편, 고저항 웨이퍼 또한 40％인 경우의 극대값은, 삼각 표시로 나타나는 1450㎚ 근방의 광강도가 아니고, 최대 파장(제1 최대 파장) 1320㎚보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최대값에 의거하여 정해진다.

컨트롤러(110)는, 이와 같이 해서 정한 극소값 및 극대값을 사용해서 규격화를 행한다. 구체적으로는, 컨트롤러(110)는, 규격화를 행하기 전에, 우선, 광 검출기(109)로부터 얻어진 스펙트럼(제1 스펙트럼)에 대해, 스펙트럼의 최대값을 판별할 수 있는 정도로 이동 평균에 의한 평활화 처리를 실행한다. 도 2에 나타나는 스펙트럼은, 보다 상세히는, 당해 평활화 처리가 실행된 후의 것이다.

그리고, 컨트롤러(110)는, 광 검출기(109)로부터 얻어진 스펙트럼(제1 스펙트럼), 보다 상세히는, 평활화 처리가 실행된 후의 스펙트럼에 대해, 상기 극소값과의 차분 처리를 행한 후 극대값으로 제산함에 의해, 제1 스펙트럼을 규격화한다. 즉, 극소값이 0, 극대값이 1.0으로 되도록 규격화가 행해진다. 그 결과, 도 3에 나타나는 바와 같은, 규격화된 스펙트럼(제2 스펙트럼)이 얻어진다.

한편, 도 4에 있어서, 특허문헌 3 기재의 방법으로 규격화할 경우, 예를 들면, 적외광 램프(104)의 출력 전력이 70％인 경우에 방사되는 광의 스펙트럼을 미리 취득하고, 당해 취득한 광의 스펙트럼을 공통으로 사용해서, 출력 전력마다 광 검출기(109)로부터 얻어진 스펙트럼이 각각 규격화된다. 도 3과 도 4를 비교하면, 특허문헌 3 기재의 방법에서는, 어느 출력 전력으로 설정된 적외광 램프(104)로부터 방사된 광의 스펙트럼을 사용해서, 광 검출기(109)에서 얻어진 스펙트럼을 규격화하고 있기 때문에, 적외광 램프(104)의 출력 전력, 즉 방사된 광의 강도가 서로 다르면, 규격화된 스펙트럼의 형상도 크게 서로 다른 것을 알 수 있다.

도 5는, 도 3에 나타나는 규격화된 스펙트럼과 도 4에 나타나는 규격화된 스펙트럼을 비교한 결과의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 5에는, 도 3에 나타나는 스펙트럼에 있어서, 적외광 램프의 출력 전력이 70％인 경우의 파장마다의 광강도를 40％인 경우의 파장마다의 광강도로 제산함으로써 얻어진 값과, 도 4에 나타나는 스펙트럼에 있어서, 마찬가지인 연산에 의해 얻어진 값이 나타난다. 여기에서, 웨이퍼(103)의 온도는, 적외광 램프(104)의 출력 전력이 70％와 40％인 어느 경우도, 열전대를 웨이퍼(103)에 접촉시킴으로써, 60℃인 것이 확인되고 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 실선으로 나타나는 실시예 1의 방법으로 규격화한 것은, 파선으로 나타나는 특허문헌 3 기재의 방법에서의 규격화한 것과 비교해서, 적외광 램프(104)의 출력 전력이 서로 다른 경우에, 각 출력 전력에서 얻어지는 규격화된 스펙트럼(제2 스펙트럼) 간의 차분을 현저히 저감할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 실시예 1의 방법으로 규격화함으로써, 적외광 램프(104)로부터 방사되는 광의 강도가 서로 다를 경우에도, 어느 온도, 여기에서는 60℃에 대응해서, 보다 가까운 형상을 갖는 규격화된 스펙트럼을 얻는 것이 가능해진다. 그 결과, 규격화된 스펙트럼에 의거하여 검출되는 웨이퍼(103)의 온도도, 방사되는 광의 강도에 상관없이, 높은 정밀도로 얻어진다.

[밴드단 특정 처리에 대해]

도 6은, 도 3에 나타나는 규격화된 스펙트럼의 일부를 나타내는 그래프이고, 밴드단 파장의 특정 방법의 일례를 설명하는 그래프이다. 도 6은, 도 3에 있어서의, 적외광 램프(104)의 출력 전력이 70％인 경우의 규격화된 스펙트럼 중에서, 900 내지 1300㎚의 파장의 범위를 추출한 것이다. 종축에 취한 파라미터는, 규격화된 스펙트럼의 크기로서의 강도이며, 0 내지 1.0의 범위 내의 값으로 나타난다. 컨트롤러(110)는, 규격화된 스펙트럼에 있어서, 상술한 흡수단을 반영하는 극소 파장으로부터 극대 파장의 범위, 즉 1060 내지 1230㎚의 범위에서, 스펙트럼 강도가 특정 강도, 이 예에서는 0.2로 되는 파장을 밴드단 파장으로 정한다.

이 특정 강도를 정하는 방법에 관해, 실시예 1에서 사용한 웨이퍼(103)는, 원형을 갖는 기재가 실리콘(Si)제이고, 당해 실리콘은 간접 천이형의 밴드갭을 갖기 때문에, 단파장 영역은 포논에 의한 흡수를 반영하여 스펙트럼의 상승이 둔해진다. 그래서, 이러한 포논 흡수의 영향을 피하기 위해, 컨트롤러(110)는, 경계 조건 처리를 행한다. 경계 조건 처리에 있어서, 컨트롤러(110)는, 규격화된 스펙트럼을 파장으로 1차 미분함으로써, 1차 미분한 값이 최대로 되는 변곡점을 산출하고, 특정 강도를, 당해 변곡점에서의 스펙트럼 강도에 의거하여 정한다.

구체적으로는, 특정 강도는, 포논 흡수의 영향을 피하기 위해, 당해 변곡점에서의 스펙트럼 강도 이상의 값, 즉, 단파장 영역을 제외한 영역으로부터 밴드단 파장을 정하기 위한 값인 것이 바람직하다. 환언하면, 밴드단 파장은, 당해 변곡점에서의 파장을 포함한 보다 긴 측의 파장의 범위에 있어서, 특정 강도를 갖는 파장으로 정해지는 것이 바람직하다. 한편, 특정 강도가 변곡점보다 지나치게 커지면, 온도의 변화에 대한 스펙트럼 강도의 변화가 작아질 수 있다. 여기에서, 상정되는 웨이퍼(103)의 온도 측정 범위에서는, 규격화된 스펙트럼은, 강도가 0.15 내지 0.2의 범위 내에서 변곡점을 취한다. 이 때문에, 도 6의 예에서는, 변곡점이 취할 수 있는 강도의 범위 중에서 가장 큰 강도인 0.2를 특정 강도로 정하고 있다.

[온도 산출 처리에 대해]

실시예 1에서는, 실제로 반도체 디바이스를 제조하기에 앞서, 웨이퍼(103)에 있어서의 온도와 밴드단 파장의 값과의 상관 데이터, 예를 들면, 검량식을 취득해 둔다. 구체적으로는, 예를 들면, 처리 대상의 웨이퍼(103)와 동일한 것, 또는 동등한 구성을 구비한 웨이퍼(103)를 준비한다. 그리고, 당해 웨이퍼(103)를, 핫플레이트 등의 온도 조절기를 사용해서 소정의 온도 범위 내로 유지한 상태에서, 소정의 광강도의 적외선 광원을 사용해서 웨이퍼(103)에 있어서의 온도와 밴드단 파장의 값과의 상관 데이터, 예를 들면 검량식을 산출해 둔다.

그 후, 실제로 반도체 디바이스를 제조할 때에는, 처리 대상으로 되는 웨이퍼(103)로부터의 투과광의 스펙트럼이, 도 1b에 나타낸 광 검출기(109)에 의해 측정된다. 컨트롤러(110)는, 당해 측정된 스펙트럼에 대해 도 3에서 기술한 바와 같이 규격화 처리를 행한 후, 규격화된 스펙트럼에 대해, 도 6에서 기술한 바와 같은 방법으로 밴드단 파장을 특정한다. 이 때에, 밴드단 파장을 특정할 때의 특정 강도, 예를 들면, 0.2는, 미리 고정적으로 정해진다. 그리고, 컨트롤러(110)는, 당해 특정된 밴드단 파장과 상기 상관 데이터를 비교하여, 밴드단 파장을 온도로 환산함으로써, 웨이퍼(103)의 온도를 검출하는 온도 산출 처리를 실행한다.

또한, 상술한 핫플레이트를 사용한, 웨이퍼(103)의 온도와 밴드단 파장의 값과의 상관 데이터의 산출에 관한 상세는, 실시예 3에서 후술한다. 또한, 상술한 상관 데이터는, 웨이퍼(103)의 종류, 예를 들면 기판 저항의 값이 동일하면, 적외광 램프(104)의 출력 전력, 나아가 조사되는 광의 강도에 상관없이, 공통으로 사용하는 것이 가능하다. 또한, 상술한 상관 데이터는, 상세는 후술하지만, 웨이퍼(103)의 종류에 상관없이, 공통으로 사용할 수 있다. 단, 요구되는 온도의 검출 정밀도에 따라서는, 웨이퍼(103)의 종류에 따른 복수의 상관 데이터를 준비해도 된다.

＜실시예 1에 의한 온도 검출 방법의 검증 결과＞

도 7은, 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 적외광 램프의 출력 전력 또는 입력 전력을 40 내지 70％ 사이에서 변화시켰을 경우의, 실시예 1의 방법을 사용해서 검출된 반도체 웨이퍼의 온도와 접촉 열전대를 사용해서 검출된 반도체 웨이퍼의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프이다. 접촉 열전대를 사용할 경우, 실리콘제의 웨이퍼(103)에 형성한 노치의 내측에 시멘트로 열전대를 부착시켜서 웨이퍼(103)의 내측의 온도를 검출한다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 방법을 사용해서 검출한 온도와 열전대를 사용해서 검출한 온도는, 적외광 램프(104)로부터의 광강도의 조건이 서로 다른 경우에도, 양자를 동등한 온도로 간주할 수 있을 정도로 작은 차의 범위 내에 들어가 있다. 이와 같이, 실시예 1의 방법을 사용함으로써, 적외광 램프(104)로부터의 광강도에 상관없이, 높은 정밀도로 웨이퍼(103)의 온도를 검출하는 것이 가능해진다.

도 8은, 서로 다른 종류의 반도체 웨이퍼에 대해, 실시예 1의 방법으로 검출한 반도체 웨이퍼의 온도와 열전대를 사용해서 검출한 반도체 웨이퍼의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프이다. 도 8에 나타내는 예에서는, 웨이퍼(103)로서는, 0.019Ωcm의 저항률을 갖는 저저항 웨이퍼, 당해 저저항 웨이퍼 상에 LPCVD법으로 400㎚ 막두께의 SiN막을 제막한 웨이퍼, 및 당해 저저항 웨이퍼 상에 PECVD법으로 100㎚ 막두께의 SiN막을 제막한 웨이퍼가 사용되었다. 또한, 이들 웨이퍼(103)에 대해, 밴드단 파장을 실시예 1의 방법을 사용해서 특정하고, 고저항 웨이퍼를 사용해서 산출한 상관 데이터, 예를 들면 검량식에 의거하여 밴드단 파장을 온도로 환산하는 방법을 사용했다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 복수 종류의 웨이퍼(103)를 투과한 적외광으로부터, 단일 검량식을 사용해서 검출한 웨이퍼(103)의 온도와, 접촉 열전대를 사용해서 검출한 온도는, 양자를 동등한 온도로 간주할 수 있을 정도로 작은 차의 범위 내에 들어가 있다. 이와 같이, 실시예 1의 방법을 사용함으로써, 웨이퍼(103)의 종류가 서로 다른 경우에도, 단일 검량식을 사용해서 높은 정밀도로 웨이퍼(103)의 온도를 검출하는 것이 가능해진다.

도 9는, 도 1b에 나타나는 에칭 장치에 있어서, 저저항 웨이퍼를 대상으로, 실시예 1의 방법을 사용해서 검출한 반도체 웨이퍼의 온도와, 열전대를 사용해서 검출한 반도체 웨이퍼의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프이다. 도 9에서는, 각 플롯 점에 있어서, 실시예 1의 방법을 사용해서 검출한 온도가 횡축에 나타나고, 열전대를 사용해서 검출한 온도가 종축에 나타난다. 구체적으로는, 우선, 에칭 장치(100)에, 저저항 웨이퍼를 설치하고, 그 온도가 소정의 온도, 예를 들면, 40℃ 부근으로 되도록, 웨이퍼의 온도를 실시예 1의 방법을 사용해서 검출하면서, 검출 결과에 의거하여 적외광 램프(104)를 피드백 제어하면서 웨이퍼를 가열한다.

당해 피드백 제어 시에는, 웨이퍼를 투과한 광의 스펙트럼이 광 검출기(109)에서 축차 측정되고, 측정된 스펙트럼을 대상으로, 도 3에서 기술한 바와 같은 방법으로 규격화가 행해진다. 또한, 규격화된 스펙트럼을 대상으로, 도 6에서 기술한 바와 같이, 예를 들면, 특정 강도를 0.2로 함으로써 밴드단 파장이 특정되고, 당해 밴드단 파장이, 단일 검량식을 사용해서 온도로 변환된다. 그리고, 이러한 피드백 제어가 수속한 시점에서의 피드백 제어의 목표 온도가, 도 9의 횡축에 있어서의 40℃ 부근에 검정 삼각 표시로 플롯된다. 또한, 당해 피드백 제어가 수속한 시점에서, 열전대를 사용해서 웨이퍼의 온도를 검출한 값이, 도 9의 종축의 값으로 나타난다.

그리고, 이러한 동작을, 도 6에서 기술한 특정 강도의 값을 0.5 및 0.8로 정한 상태에서 행한 결과가, 각각, 도 9의 횡축에 있어서의 40℃ 부근에 나타나는 둥근 표시의 플롯 및 사각 표시의 플롯으로 된다. 또한, 특정 강도의 값을 변경하면서, 피드백 제어의 목표 온도를 바꾸면서 마찬가지인 동작을 행함으로써, 도 9에 나타나는 바와 같은 그래프가 얻어진다. 도 9에 나타나는 바와 같이, 목표 온도나 특정 강도를 변경했을 경우에도, 실시예 1의 방법을 사용해서 검출한 온도는 열전대를 사용해서 검출한 온도와 거의 동등하다고 간주할 수 있는 범위 내의 값으로 되고 있음을 알 수 있다.

＜실시예 1의 주요 효과＞

이상과 같이, 실시예 1에서는, 가열용의 적외광 램프(104)에 의해 조사되고, 반도체 웨이퍼(103)를 투과한 광의 스펙트럼을 측정하고, 당해 스펙트럼을 적절한 파장의 범위를 설정해서 규격화하고, 규격화된 스펙트럼으로부터 밴드단 파장을 특정하고, 미리 취득한 밴드단 파장의 값과 웨이퍼(103)의 온도의 상관 데이터와 비교함으로써, 웨이퍼(103)의 온도가 검출된다. 이에 의해, 높은 정밀도로 웨이퍼(103)의 온도를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 반도체 처리 장치에 있어서, 처리의 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

구체적으로는, 웨이퍼(103)에 조사되는 광이나 전자파의 조건이나, 웨이퍼(103)의 종류나 웨이퍼(103) 상에 형성되는 막의 종류나 구조가 변해도, 안정적으로, 환언하면 로버스트하게 온도를 검출할 수 있다. 또한, 밴드단 파장을 특정할 때의 해석 파라미터가 변했을 경우에도, 어느 정도 안정적으로 온도를 검출할 수 있다. 또한, 단일 웨이퍼(103)에 있어서 산출한 검량식을 사용해서, 종류가 서로 다른 복수의 웨이퍼(103)의 온도를 높은 정밀도로 검출하는 것이 가능해진다. 그리고, 이 때에는, 종래 기술과 같이, 웨이퍼(103)의 가열 조건마다 적외광 램프(104)로부터의 기준으로 되는 스펙트럼을 준비하는 작업이나, 웨이퍼(103)의 종류나 웨이퍼(103)의 가열 조건마다 검량식을 준비하는 작업 등이 불필요해져, 처리의 효율이 높아진다.

(실시예 2)

＜온도 검출 방법의 상세＞

실시예 2에 대해, 도 10, 도 11을 사용해서 설명한다. 실시예 2에서는, 실시예 1에 있어서의 도 1b의 경우와 마찬가지로, 처리실(101)의 상방에 배치된 적외광 램프(104)에서 웨이퍼 스테이지(102) 상에 놓인 반도체 웨이퍼(103)를 가열할 수 있는 에칭 장치(100)를 사용한다. 그리고, 적외광 램프(104)에 의해 조사되고, 반도체 웨이퍼(103)를 투과한 광 또는 전자파의 스펙트럼에 의거하여, 웨이퍼(103)의 온도를 검출한다.

상세히는, 실시예 2에서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지(102) 내부에 배치된 수광기에 의해 웨이퍼(103)를 투과한 적외광 램프(104)로부터의 광 또는 전자파를 수광하고, 당해 광 또는 전자파를, 분광기(108)에 의해 복수의 파장으로 분광하고, 광 검출기(109)에 의해, 파장마다의 광강도를 나타내는 스펙트럼(제1 스펙트럼)을 측정한다. 그리고, 컨트롤러(110)는, 당해 측정된 스펙트럼을 규격화하고, 규격화된 스펙트럼(제2 스펙트럼)의 데이터로부터 밴드단 파장을 특정하고, 미리 취득된 밴드단 파장의 값과 웨이퍼(103)의 온도의 상관 데이터, 예를 들면 검량식과 비교함으로써, 웨이퍼(103)의 온도를 검출한다. 단, 실시예 2에서는, 실시예 1과는, 이 밴드단 파장의 특정 방법이 상이하다.

[밴드단 특정 처리에 대해]

도 10은, 실시예 2에 따른 반도체 처리 장치에 있어서, 도 3에 나타나는 규격화된 스펙트럼의 일부를 나타내는 그래프이고, 밴드단 파장의 특정 방법의 일례를 설명하는 그래프이다. 도 10은, 도 6의 경우와 마찬가지로, 도 3에 있어서의, 적외광 램프(104)의 출력 전력이 70％인 경우의 규격화된 스펙트럼 중에서, 900 내지 1300㎚의 파장의 범위를 추출한 것이다.

컨트롤러(110)는, 도 10에 나타나는 바와 같이, 규격화된 스펙트럼의 데이터를 대상으로, 실시예 1에서 설명한 흡수단을 반영하는 극소 파장으로부터 극대 파장의 범위, 즉 1060 내지 1230㎚의 파장의 범위에서, 특정한 스펙트럼 강도를 갖는 2점을 선택한다. 그리고, 컨트롤러(110)는, 선택한 2점을 지나는 선형 1차의 특성에 있어서 광강도가 0으로 되는 파장, 즉, 당해 2점을 지나는 직선과 횡축의 교점에 있어서의 파장의 값을 밴드단 파장으로 정한다.

여기에서, 당해 2점 중의 짧은 파장의 점은, 실시예 1에 있어서의 도 6의 경우와 마찬가지로, 규격화된 스펙트럼을 파장으로 1차 미분한 값이 최대로 되는 점, 즉 변곡점에 의거하여 선택되는 것이 바람직하다. 한편, 당해 2점 중의 긴 파장 측의 점에 관해, 실시예 2에서는, 웨이퍼(103)의 온도가 도달하는 최고값은 기껏해야 500℃ 전후이고, 500℃에 있어서의 실리콘(Si)의 밴드갭은 1.01eV이고, 이것은, 극대 파장인 1230㎚에 상당한다. 밴드갭은, 온도가 높아짐에 수반해서 열 에너지에 의해 밴드단이 넓어진다. 이 때문에, 밴드갭의 값과 500℃에 있어서의 열 에너지 값 0.07eV의 합인 1.08eV에 상당하는 파장인 1150㎚를 최대 파장(제2 최대 파장)으로 하고, 긴 파장 측의 점은, 당해 최대 파장으로 정해지거나, 또는 당해 최대 파장보다 짧은 파장의 범위에서 선택되는 것이 호적하다.

＜실시예 2에 의한 온도 검출 방법의 검증 결과＞

도 11은, 도 10에 나타나는 방법으로 특정된 밴드단 파장으로부터 얻어진 웨이퍼의 온도와, 열전대를 사용해서 얻어진 웨이퍼의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프이다. 여기에서는, 0.2 내지 0.8의 범위 내의 스펙트럼 강도의 값인 3개의 값 중에서 2개의 값을 선택하고, 선택한 각각의 세트에 대해, 도 10에 나타나는 방법으로 특정한 밴드단 파장에 의거하여 웨이퍼(103)의 온도를 검출함과 함께, 웨이퍼(103)에 접촉시킨 열전대로부터의 출력에 의해서도 온도를 검출하고 있다. 도 11의 예에는, 이 두 가지의 방법으로 검출된 온도가 나타난다.

도 11에 나타나는 바와 같이, 스펙트럼 강도가 0.2와 0.4인 세트를 사용했을 경우에는, 열전대를 사용해서 얻어진 웨이퍼(103)의 온도에 거의 동등한 온도가 얻어지고 있다. 한편, 스펙트럼의 강도가 0.6과 0.8인 점의 세트를 사용했을 경우에는, 스펙트럼 강도가 0.2와 0.4인 세트를 사용했을 경우와 비교해서, 밴드단 파장에 대응하는 온도의 값이 크게 어긋나 있다. 이것은, 웨이퍼(103)를 투과한 광이 지나는 웨이퍼 스테이지(102) 내부의 광로를 구성하는 물질에 의해 광의 흡수의 정도가 서로 다르고, 또한, 웨이퍼(103)(저저항 웨이퍼)의 자유 캐리어에 의해 광의 흡수의 정도가 서로 다른 결과, 규격화된 스펙트럼의 선형성이 무너지고 있기 때문이라고 생각할 수 있다.

비특허문헌 1에는, 투과광의 스펙트럼에 대해 접선을 사용해서 밴드단을 특정하는 방법이 기재되어 있지만, 상기와 같이 좁은 파장의 범위에서 정의된 접선을 사용할 경우에는, 안정되게 반도체 웨이퍼(103)의 온도를 검출하는 것이 곤란한 파장의 영역이 존재한다. 또한, 도 11에는, 스펙트럼 강도가 0.2와 0.8인 세트를 사용했을 경우에 검출된 웨이퍼(103)의 온도가 나타나 있다. 스펙트럼 강도가 0.2와 0.8인 점의 세트를 사용했을 경우에도, 열전대를 사용해서 얻어진 웨이퍼(103)의 온도에 거의 동등한 온도가 얻어지고 있다.

이상으로부터, 스펙트럼 강도가 0.2와 0.8인 세트를 사용하면, 좁은 파장의 범위를 사용했을 때에는 안정된 검출이 곤란했던 긴 파장의 범위, 즉, 0.6과 0.8의 세트를 포함하고 있음에도 불구하고, 열전대를 사용해서 검출한 온도와의 차가 충분히 작아져, 양자가 거의 동등하다고 간주할 수 있을 정도로 일치한 온도의 값이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이러한 결과에 의해, 실시예 2와 같이, 규격화된 스펙트럼의 일부의 범위를 1차 직선으로 근사하고, 당해 직선에 의거하여 밴드단 파장을 특정할 경우에는, 가능한 한 넓은 파장의 범위에서 근사하는 직선을 정의하는 것이, 안정적으로 온도를 검출하는데 있어 바람직하다.

한편, 흡수단보다 현저히 괴리한 파장의 범위에서는, 온도에 의한 광의 스펙트럼의 형상의 변화가 작아지기 때문에, 안정된 웨이퍼(103)의 온도의 검출이 역시 곤란해져 버린다. 고로, 실시예 2에서 나타낸 바와 같이, 밴드갭과, 웨이퍼(103)의 온도 측정 범위로서 상정되는 최고 온도에서의 열 에너지와의 합에 상당하는 점, 즉 최대 파장인 1150㎚에 대응하는 점, 또는, 스펙트럼 강도가 0.8인 점을 1점으로 포함하도록 2점을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 당해 2점 중의 다른 1점은, 도 6에서 기술한 변곡점, 예를 들면, 스펙트럼 강도가 0.2인 점에 의거하여 정해지는 것이 바람직하다. 그리고, 당해 2점을 지나는 선에 의거하여 밴드단 파장을 특정하는 것이 바람직하다.

(실시예 3)

다음으로, 실시예 3에 대해, 도 12 내지 14를 사용해서 설명한다. 실시예 3에서는, 실시예 1에서 설명한 에칭 장치(100)의 적외광 램프(104) 대신에, 웨이퍼 스테이지 내부에, 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 히터인 핫플레이트가 배치되어 있다. 이러한 웨이퍼 스테이지를 사용해서, 웨이퍼 스테이지 상에 놓인 웨이퍼를 투과한 광 또는 전자파의 스펙트럼으로부터 밴드단 파장을 특정할 경우여도, 웨이퍼의 온도를 검출할 수 있다.

＜반도체 처리 장치의 개략 구성＞

도 12는, 실시예 3에 따른 반도체 처리 장치의 개략 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 12에 나타나는 반도체 처리 장치, 상세히는 가열 장치(300)는, 웨이퍼 스테이지(301)와, 적외광원(303)과, 광로(304)와, 분광기(305)와, 광 검출기(306)와, 컨트롤러(307)를 구비한다. 웨이퍼 스테이지(301)는, 예를 들면, 원 기둥의 형상을 구비하고, 원형의 상면에 온도의 피검출 대상인 반도체 웨이퍼(302)를 탑재한다. 적외광원(303)은, 웨이퍼 스테이지(301)의 상방에 배치되고, 웨이퍼(302)에 광 또는 전자파를 조사한다.

광로(304)는, 웨이퍼 스테이지(301)의 내부에 부착된 광 파이버를 구비한다. 분광기(305)는, 광로(304)에 접속되고, 광 파이버의 선단에 부착된 투광성을 갖는 부재를 갖는 수광부에서 수광한 광을 분광한다. 광 검출기(306)는, 분광기(305)에서 분광된 광의 강도를 측정한다. 컨트롤러(307)는, 광 검출기(306)에서 얻어지는 스펙트럼(제1 스펙트럼)을 수치 처리함으로써 밴드단 파장을 특정하고, 당해 밴드단 파장으로부터 웨이퍼(302)의 온도를 검출한다.

도 12는, 히터를 포함하는 핫플레이트가 내장된 웨이퍼 스테이지(301)를 사용해서, 그 상면에 놓인 웨이퍼(302)를 가열하는 구성으로 되어 있다. 단, 가열하는 구성은, 히터 이외에도 효과가 변하지 않는 것은 물론이다. 또한, 도 12는, 웨이퍼(302)의 상면 측의 상방에 배치된 적외광원(303)으로부터 방사되어, 웨이퍼(302)를 투과한 광 또는 전자파로부터 스펙트럼을 측정하는 구성으로 되어 있다. 단, 웨이퍼(302)의 이면 측의 웨이퍼 스테이지(301) 내부에 적외광원을 배치해서, 웨이퍼(302)의 이면에 조사하여 얻어지는 산란 반사 스펙트럼을 측정하는 구성이어도 된다.

＜온도 검출 방법의 상세＞

[밴드단 특정 처리에 대해]

도 13은, 도 12에 나타나는 가열 장치로부터 얻어진, 규격화된 스펙트럼의 분포의 일례를 나타내는 그래프이다. 규격화 시에는, 실시예 1에 있어서의 도 3에서 기술한 방법과 마찬가지인 방법이 사용된다. 즉, 컨트롤러(307)가, 광 검출기(306)에서 얻어지는 스펙트럼을 도 3에서 기술한 방법으로 규격화함으로써, 도 13에 나타나는 바와 같은, 규격화된 스펙트럼(제2 스펙트럼)이 얻어진다. 단, 실시예 3에서는, 당해 규격화된 스펙트럼으로부터 밴드단 파장을 특정하는 방법이, 실시예 1 및 실시예 2와는 상이하다.

즉, 실시예 3에서는, 도 13에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(307)는, 규격화된 스펙트럼에 있어서, 상술한 흡수단을 반영하는 극소 파장 내지 극대 파장의 범위, 즉 1060 내지 1230㎚의 범위에서 구분구적법에 따라서 파장에 의한 적분을 행함으로써, 그래프 상의 당해 범위의 부분의 면적을 산출해서, 이것을 최대 면적으로 한다. 또한, 컨트롤러(307)는, 당해 기준 면적에 0＜K＜1의 값인 계수 K를 승산한 값을 기준 면적으로 한다. 그리고, 컨트롤러(307)는, 극소 파장으로부터의 적분값이 당해 기준 면적으로 되는 파장을 밴드단 파장으로 정한다. 도 13의 예에서는, 계수 K로서, 1/2의 값이 사용된다.

실시예 3에서는, 실리콘(Si)제의 웨이퍼(302) 상에, 단일 또는 복수 층의 막으로 구성되는 특정한 구조가 형성되어 있고, 웨이퍼(302) 상의 구조에 유래하는 간섭 패턴이 생길 수 있다. 특히, 이러한 간섭 패턴이 생길 경우에, 상기와 같은 적분법을 사용함으로써, 간섭에 의한 스펙트럼 강도의 진동의 효과를 상쇄하는 것이 가능하다.

또한, 기준 면적은, 예를 들면, 미리 실험에 의해 고정적으로 정해져도 된다. 이 경우, 실제로 웨이퍼(302)의 온도를 측정할 때마다, 광 검출기(306)에서 얻어지는 스펙트럼(제1 스펙트럼)에 대해 1060㎚를 시점으로 해서 적분을 행하고, 적분값이 기준 면적에 달했을 때의 파장을 밴드단 파장으로서 특정하면 된다. 또는, 실제로 웨이퍼(302)의 온도를 측정할 때마다, 광 검출기(306)에서 얻어지는 스펙트럼에 대해 최대 면적을 산출하고, 당해 최대 면적으로부터 기준 면적을 산출하고, 당해 기준 면적으로부터 밴드단 파장을 특정해도 된다.

＜실시예 3에 의한 온도 검출 방법의 검증 결과＞

도 14는, 도 12에 나타나는 가열 장치에 있어서, 최대 면적의 0.55배의 적분값을 갖는 파장을 밴드단 파장으로 정함으로써 얻어진 웨이퍼의 온도와, 핫플레이트의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프이다. 구체적으로는, 적외광원(303)으로부터 조사되고, 표면 상에 특정 구조를 갖는 실리콘제의 웨이퍼(302)를 투과한 광의 스펙트럼에 대해 규격화를 행하고, 규격화된 스펙트럼으로부터 도 13에 나타나는 방법으로 밴드단 파장을 특정한다. 도 14에는, 당해 특정된 밴드단 파장과 검량식의 비교에 의해 검출되는 온도의 값과, 그 때, 핫플레이트에 접속된 열전대 등의 온도 센서로부터의 출력을 사용해서 검출된 온도의 값이 나타난다.

여기에서, 실시예 3에서는, 핫플레이트로 가열을 행한 후, 충분히 시간을 두고 나서 웨이퍼(302)의 온도를 검출하고 있고, 단결정의 실리콘제의 웨이퍼(302)의 열전도률은 매우 높기 때문에, 핫플레이트의 온도와 웨이퍼(302)의 온도는 거의 동등하다고 생각할 수 있다. 도 14에 나타나는 바와 같이, 적분법을 사용해서 특정된 밴드단 파장으로부터 얻어지는 웨이퍼(302)의 온도는, 핫플레이트의 온도와 거의 동등하고, 충분한 정밀도로 웨이퍼(302)의 온도를 비접촉의 방법으로 측정할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 실시예 3에 의한 적분법을 사용한 밴드단 파장의 특정 방법의 적용 대상은, 도 12에 나타나는 바와 같은 가열 장치(300)에 한정되지 않고, 도 1b에 나타낸 바와 같은 에칭 장치(100)여도 된다. 또한, 도 12에 나타나는 가열 장치(300)는, 실시예 1에서 기술한 온도와 밴드단 파장의 값과의 상관 데이터, 예를 들면 검량식을 미리 준비할 때에 사용되어도 된다. 즉, 도 12에 나타나는 바와 같은 가열 장치(300)를 사용함으로써, 핫플레이트에 접속된 열전대 등의 온도 센서에 의거하여, 간소한 구성 또한 간소한 방법으로, 고정밀도의 검량식을 작성하는 것이 가능해진다.

(실시예 4)

＜온도 검출 방법의 상세＞

실시예 4에 대해, 도 15, 도 16을 사용해서 설명한다. 실시예 4에서는, 실시예 3에 있어서의 도 12의 경우와 마찬가지로, 웨이퍼(302)의 상면 측의 상방에 배치된 적외광원(303)으로부터 방사되어, 웨이퍼(302)를 투과한 광 또는 전자파로부터 스펙트럼을 측정하는 구성이 사용된다.

[밴드단 특정 처리에 대해]

도 15는, 도 12에 나타나는 가열 장치로부터 얻어진, 규격화된 스펙트럼의 분포의 일례를 나타내는 그래프이다. 규격화 시에는, 실시예 1에 있어서의 도 3에서 기술한 방법과 마찬가지인 방법이 사용된다. 즉, 컨트롤러(307)가, 광 검출기(306)에서 얻어지는 스펙트럼을 도 3에서 기술한 방법으로 규격화함으로써, 도 15에 나타나는 바와 같은, 규격화된 스펙트럼(제2 스펙트럼)이 얻어진다. 단, 실시예 4에서는, 당해 규격화된 스펙트럼으로부터 밴드단 파장을 특정하는 방법이, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3과는 상이하다.

즉, 실시예 4에서는, 도 15에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(307)는, 기준 온도 Tr에 있어서의 규격화된 스펙트럼에 있어서 특정 강도(I)를 갖는 기준 파장 λr과, 측정 대상으로 되는 임의의 측정 온도 Tm에 있어서의 규격화된 스펙트럼에 있어서 특정 강도(I)를 갖는 측정 파장 λm을 산출하고, 기준 파장 λr과 측정 파장 λm의 파장 차 Δλ를 밴드단 파장으로 정한다. 기준 온도 Tr은 정상 상태에 있어서의 온도가 바람직하지만, 가열 장치에 맞춰 임의의 온도를 설정해도 된다. 도 15의 예에서는, 기준 온도 Tr로서, 50℃가 사용된다. 특정 강도(I)는 웨이퍼(302) 및 웨이퍼(302) 상의 막에 의한 투과광의 간섭을 받기 어려운 0 근방의 값이 바람직하고, 실시예 4에서는, 특정 강도(I)로서 0.2 또는 0.05가 사용된다.

실시예 4에서는, 사용한 실리콘(Si)제의 웨이퍼(302)의 저항률은 0.005Ωcm(이하, 극저저항 웨이퍼라 함)이다. 특히, 이러한 극저저항 웨이퍼에서는, 고저항 웨이퍼와 비교해서 웨이퍼에 의한 광의 흡수가 크고, 스펙트럼의 형상이 크게 달라질 수 있다. 그래서, 상기와 같은 차분법을 사용함으로써, 스펙트럼 형상의 변화를 상쇄하는 것이 가능하다. 즉, 어느 극저저항 웨이퍼와 다른 극저저항 웨이퍼에서는, 기준 파장 λr이나 측정 파장 λm에 어긋남이 생길 수 있지만, 파장 차 Δλ는, 일정하다고 생각된다. 그래서, 웨이퍼(302)마다, 우선, 정상 상태에서 기준 파장 λr을 산출하고, 그 후, 온도를 상승시키면서 측정 파장 λm 및 파장 차 Δλ를 산출하고, 당해 파장 차 Δλ를, 미리 준비한 검량식에 의거하여 온도로 변환함으로써, 웨이퍼(302)의 측정 온도 Tm을 검출하면 된다.

＜실시예 4에 따른 온도 검출 방법의 검증 결과＞

도 16은, 도 12에 나타나는 가열 장치에 있어서, 기준 온도에서의 기준 파장과 측정 온도에서의 측정 파장의 파장 차로부터 밴드단 파장을 정함으로써 얻어진 웨이퍼의 온도와, 핫플레이트의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프이다. 도 16의 예에서는, 기준 온도로서 50℃가 사용되고, 기준 파장 λr 및 측정 파장 λm을 산출할 때의 특정 강도(I)로서, 0.2와 0.05가 사용된다.

구체적으로는, 적외광원(303)으로부터 조사되어, 표면 상에 특정 구조를 갖는 실리콘제의 웨이퍼(302)를 투과한 광의 스펙트럼에 대해 규격화를 행하고, 규격화된 스펙트럼으로부터 도 15에 나타나는 방법으로 밴드단 파장을 특정한다. 도 16에는, 당해 특정된 밴드단 파장과, 도 15에 나타나는 방법으로 고저항 웨이퍼의 스펙트럼을 사용해서 책정한 검량식과의 비교에 의해 검출되는 온도의 값과, 그 때, 핫플레이트에 접속된 열전대 등의 온도 센서로부터의 출력을 사용해서 검출된 온도의 값이 나타난다.

여기에서, 실시예 4에서는, 핫플레이트로 가열을 행한 후, 충분히 시간을 두고 나서 웨이퍼(302)의 온도를 검출하고 있고, 단결정의 실리콘제의 웨이퍼(302)의 열전도률은 매우 높기 때문에, 핫플레이트의 온도와 웨이퍼(302)의 온도는 거의 동등하다고 생각할 수 있다. 도 16에 나타나는 바와 같이, 기준 파장 λr과 측정 파장 λm의 파장 차 Δλ에 의거하여 특정된 밴드단 파장으로부터 얻어지는 웨이퍼(302)의 온도는, 핫플레이트의 온도와 거의 동등하고, 고저항 웨이퍼를 사용해서 산출한 검량식을 사용해도 충분한 정밀도로 극저저항 웨이퍼의 온도를 비접촉의 방법으로 측정할 수 있음을 알 수 있다. 특정 강도(I)가 0.2인 경우에도 20℃ 이내의 정밀도로 온도 측정이 되고 있지만, 특정 강도(I)가 0.05인 경우는 10℃ 이내의 정밀도로 온도 측정이 되고 있다. 이 때문에, 특정 강도(I)는, 신호의 노이즈에 좌우되지 않을 정도로 작은 쪽이 바람직하다.

또한, 실시예 4에 의한 차분법을 사용한 밴드단 파장의 특정 방법의 적용 대상은, 도 12에 나타나는 바와 같은 가열 장치(300)에 한정되지 않고, 도 1b에 나타낸 바와 같은 에칭 장치(100)여도 된다. 또한, 도 12에 나타나는 가열 장치(300)는, 실시예 4에서 기술한 온도와 밴드단 파장의 값과의 상관 데이터, 예를 들면 검량식을 미리 준비할 때에 사용되어도 된다. 즉, 도 12에 나타나는 바와 같은 가열 장치(300)를 사용함으로써, 핫플레이트에 접속된 열전대 등의 온도 센서에 의거하여, 간소한 구성 또한 간소한 방법으로, 고정밀도의 검량식을 작성하는 것이 가능해진다.

(실시예 5)

＜온도 검출 방법의 상세＞

실시예 5에 대해, 도 17, 도 18을 사용해서 설명한다. 실시예 5에서는, 실시예 3에 있어서의 도 12의 경우와 마찬가지로, 웨이퍼(302)의 상면 측의 상방에 배치된 적외광원(303)으로부터 방사되어, 웨이퍼(302)를 투과한 광 또는 전자파로부터 스펙트럼을 측정하는 구성이 사용된다.

[규격화 처리에 대해]

도 17은, 도 12에 나타나는 가열 장치로부터 얻어진, 규격화된 스펙트럼의 분포의 일례를 나타내는 그래프이다. 규격화 시에는, 실시예 1에 있어서의 도 3에서 기술한 방법과 약간 상이한 방법이 사용되어, 도 3의 경우와 같이 스펙트럼마다 최대값이 정해정해지는 것이 아니고, 기준으로 되는 스펙트럼에서 공통의 최대값이 정해진다.

즉, 실시예 5에서는, 컨트롤러(307)는, 기준 온도 Tr에 있어서의 제1 스펙트럼으로부터 광강도의 최대값을 산출하고, 측정 대상으로 되는 임의의 측정 온도 Tm마다, 측정된 제1 스펙트럼으로부터 광강도의 극소값을 정하고, 측정 온도 Tm마다, 기준 온도 Tr에서의 최대값과, 당해 정한 극소값의 차분을 취한 값을 극대값으로 정한다. 그리고, 컨트롤러(307)는, 측정 온도 Tm에 있어서의 제1 스펙트럼에 대해, 당해 측정 온도 Tm에서 정한 극소값과의 차분 처리를 행한 후, 당해 측정 온도 Tm에서 공통의 최대값을 사용해서 정한 극대값으로 제산함에 의해 제1 스펙트럼을 규격화한다. 이러한 규격화에 의해, 도 17에 나타나는 바와 같이, 기준 온도 Tr에서의 제2 스펙트럼은, 극소값이 0, 극대값 Imax가 1.0으로 되도록 규격화된다. 한편, 측정 온도 Tm에서의 제2 스펙트럼에 있어서는, 극소값은 0이지만, 극대값은 1.0인 것으로 한정되지 않는다.

[밴드단 특정 처리에 대해]

컨트롤러(307)는, 상기와 같은 규격화 처리를 행한 후, 규격화된 제2 스펙트럼을 대상으로, 실시예 4에서 기술한 차분법을 사용해서 밴드단 특정 처리를 행한다. 즉, 도 17에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(307)는, 기준 온도 Tr에서의 제2 스펙트럼에 있어서 특정 강도(I)를 갖는 기준 파장 λr과, 측정 온도 Tm에서의 제2 스펙트럼에 있어서 특정 강도(I)를 갖는 측정 파장 λm을 산출하고, 기준 파장 λr과 측정 파장 λm의 파장 차 Δλ를 밴드단 파장으로 정한다. 그리고, 컨트롤러(307)는, 미리 준비한 검량식에 의거하여, 당해 파장 차 Δλ를 온도로 변환한다. 기준 온도 Tr은 정상 상태에 있어서의 온도가 바람직하지만, 가열 장치에 맞춰 임의의 온도를 설정해도 된다. 실시예 5에서는, 기준 온도 Tr로서 50℃가 사용되고, 특정 강도(I)로서 0.1 또는 0.005가 사용된다.

실시예 5에서는, 실리콘(Si)제의 웨이퍼(302) 상에, 100㎚의 막두께의 SiO와 500㎚ 막두께의 다결정 Si가 제막되어 있고, 웨이퍼(302) 상의 구조에 유래하는 간섭 패턴이 생길 수 있다. 특히, 이러한 간섭 패턴이 생길 경우에, 상기와 같은 규격화법 및 차분법을 사용함으로써, 간섭에 의한 스펙트럼 강도의 진동의 효과를 상쇄하는 것이 가능하다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(302) 상의 구조에 유래하는 간섭 패턴이 극대값을 변화시키는 경우에는, 특정 강도(I)는 웨이퍼(302) 및 웨이퍼(302) 상의 막에 의한 투과광의 간섭을 받기 어려운 0 근방의 값이 바람직하다.

＜실시예 5에 의한 온도 검출 방법의 검증 결과＞

도 18은, 도 12에 나타나는 가열 장치에 있어서, 기준 온도에 있어서의 제1 스펙트럼의 극대값을 사용해서 규격화를 행하고, 기준 온도에서의 기준 파장과 측정 온도에서의 측정 파장의 파장 차로부터 밴드단 파장을 정함으로써 얻어진 웨이퍼의 온도와, 핫플레이트의 온도를 비교한 일례를 나타내는 그래프이다. 도 18의 예에서는, 기준 온도로서 50℃가 사용되고, 기준 파장 λr 및 측정 파장 λm을 산출할 때의 특정 강도(I)로서, 0.1과 0.005가 사용된다.

구체적으로는, 적외광원(303)으로부터 조사되고, 표면 상에 특정 구조를 갖는 실리콘제의 웨이퍼(302)를 투과한 광의 스펙트럼에 대해 도 17에 나타나는 방법으로 규격화를 행하고, 규격화된 스펙트럼으로부터 도 17에 나타나는 방법으로 밴드단 파장을 특정한다. 도 18에는, 당해 특정된 밴드단 파장과, 도 17에 나타나는 방법으로 고저항 웨이퍼의 스펙트럼을 사용해서 책정한 검량식과의 비교에 의해 검출되는 온도의 값과, 그 때, 핫플레이트에 접속된 열전대 등의 온도 센서로부터의 출력을 사용해서 검출된 온도의 값이 나타난다.

여기에서, 실시예 5에서는, 핫플레이트로 가열을 행한 후, 충분히 시간을 두고 나서 웨이퍼(302)의 온도를 검출하고 있고, 단결정의 실리콘제의 웨이퍼(302)의 열전도률은 매우 높기 때문에, 핫플레이트의 온도와 웨이퍼(302)의 온도는 거의 동등하다고 생각할 수 있다. 도 18에 나타나는 바와 같이, 기준 파장 λr과 측정 파장 λm의 파장 차 Δλ에 의거하여 특정된 밴드단 파장으로부터 얻어지는 웨이퍼(302)의 온도는, 핫플레이트의 온도와 거의 동등하고, 충분한 정밀도로 웨이퍼(302)의 온도를 비접촉의 방법으로 측정할 수 있음을 알 수 있다. 특정 강도(I)가 0.1인 경우에서는 온도 측정의 정밀도는 나쁘지만, 특정 강도(I)가 0.005인 경우는 35℃ 이내의 정밀도로 온도 측정이 되고 있다. 이 때문에, 특정 강도(I)는, 신호의 노이즈에 좌우되지 않을 정도로 작은 쪽이 바람직하다.

또한, 실시예 5에 따른 차분법을 사용한 밴드단 파장의 특정 방법의 적용 대상은, 도 12에 나타나는 바와 같은 가열 장치(300)에 한정되지 않고, 도 1b에 나타낸 바와 같은 에칭 장치(100)여도 된다. 또한, 도 12에 나타나는 가열 장치(300)는, 실시예 5에서 기술한 온도와 밴드단 파장의 값과의 상관 데이터, 예를 들면 검량식을 미리 준비할 때에 사용되어도 된다. 즉, 도 12에 나타나는 바와 같은 가열 장치(300)를 사용함으로써, 핫플레이트에 접속된 열전대 등의 온도 센서에 의거하여, 간소한 구성 또한 간소한 방법으로, 고정밀도의 검량식을 작성하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시형태에 의거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경 가능하다. 예를 들면, 상술한 실시형태는, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시형태의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어떤 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

100…에칭 장치, 101…처리실, 102…웨이퍼 스테이지, 103…반도체 웨이퍼, 104, 104-1~104-3…적외광 램프, 105…플라스마원(방전실), 106…판 부재, 107…광로, 108…분광기, 109…광 검출기, 110…컨트롤러, 111…베이스 챔버, 112…석영 챔버, 113…플라스마, 114…조압 밸브, 115…배기 펌프, 116…진공 배기 배관, 117…가스 분산판, 118…천판, 119…샤워 플레이트, 120…고주파 전원, 122…정합기, 125…컷 필터, 130…전극판, 131…DC 전원, 134…ICP 코일, 138…칠러, 139…유로, 150…매스플로우 컨트롤러 유닛, 151…가스 분배기, 163…반사판, 164…적외광 램프용 전원, 170…열전대, 171…열전대 온도계, 174…적외광 투과창, 175…유로, 185…석영 로드, 191…관통 구멍, 192…광 파이버, 198…광 멀티플렉서, 300…가열 장치, 301…웨이퍼 스테이지, 302…반도체 웨이퍼, 303…적외광원, 304…광로, 305…분광기, 306…광 검출기, 307…컨트롤러

Claims (18)

1. 반도체 웨이퍼에 광을 조사하는 광원과,
   상기 광의 조사에 따라 상기 반도체 웨이퍼로부터 생기는 투과광 또는 산란 반사광을 분광하는 분광기와,
   상기 분광기에서 분광된 광을 측정하는 광 검출기와,
   상기 광 검출기에서 얻어지는 제1 스펙트럼을 수치 처리함으로써 밴드단 파장을 특정하고, 상기 밴드단 파장으로부터 상기 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 컨트롤러
   를 구비하는 온도 검출 장치로서,
   상기 컨트롤러는,
   절대 영도에서의 반도체의 밴드갭 에너지에 상당하는 파장을 극소 파장으로 하고, 상기 극소 파장보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최소값을 극소값으로 정하고, 온도 측정 범위로서 상정되는 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지와 열 에너지의 차에 상당하는 파장을 제1 최대 파장으로 하고, 상기 제1 최대 파장보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최대값으로부터 상기 극소값의 차분을 취한 값을 극대값으로 정하고, 상기 제1 스펙트럼에 대해 상기 극소값과의 차분 처리를 행한 후 상기 극대값으로 제산(除算)함에 의해 규격화하는 규격화 처리와,
   상기 규격화 처리에서 얻어진 제2 스펙트럼에 의거하여 상기 밴드단 파장을 특정하는 밴드단 특정 처리와,
   미리 취득된, 온도와 밴드단 파장의 값과의 상관 데이터와, 상기 밴드단 특정 처리에서 특정된 상기 밴드단 파장을 비교함으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 온도 산출 처리
   를 실행하는,
   온도 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 밴드단 특정 처리에 있어서, 상기 제2 스펙트럼 상에서 특정 강도를 갖는 파장을 상기 밴드단 파장으로 정하는,
   온도 검출 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지에 상당하는 파장을 극대 파장으로 하고, 상기 극소 파장으로부터 상기 극대 파장까지의 파장 영역에 대응하는 스펙트럼 강도 중에서 상기 특정 강도를 정하는,
   온도 검출 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 제2 스펙트럼을 파장으로 1차 미분함으로써, 당해 1차 미분한 값이 최대로 되는 변곡점을 산출하고, 상기 변곡점에서의 스펙트럼 강도 이상의 값으로 되도록 상기 특정 강도를 정하는,
   온도 검출 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 밴드단 특정 처리에 있어서, 상기 제2 스펙트럼 상의 2점을 지나는 선과 파장 축의 절편을 상기 밴드단 파장으로 정하고, 상기 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지와 열 에너지의 합에 상당하는 파장을 제2 최대 파장으로 하고, 상기 제2 스펙트럼 상의 2점의 한쪽을 상기 제2 최대 파장으로 정하는,
   온도 검출 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 제2 스펙트럼을 파장으로 1차 미분함으로써, 당해 1차 미분한 값이 최대로 되는 변곡점을 산출하고, 상기 변곡점에 의거하여 상기 제2 스펙트럼 상의 2점의 다른 쪽을 정하는,
   온도 검출 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지에 상당하는 파장을 극대 파장으로 하고, 상기 밴드단 특정 처리에 있어서, 상기 제2 스펙트럼 상에서 상기 극소 파장으로부터 상기 극대 파장까지의 적분값에 계수 K(0＜K＜1)를 승산한 값을 기준 면적으로서 산출하고, 상기 극소 파장으로부터의 적분값이 상기 기준 면적으로 되는 파장을 상기 밴드단 파장으로 정하는,
   온도 검출 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 밴드단 특정 처리에 있어서, 미리 정한 기준 온도에 있어서의 상기 제2 스펙트럼 상에서 특정 강도를 갖는 기준 파장과, 측정 온도에 있어서의 상기 제2 스펙트럼 상에서 상기 특정 강도를 갖는 측정 파장과의 파장 차를, 상기 밴드단 파장으로 정하는,
   온도 검출 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 규격화 처리에 있어서, 미리 정한 기준 온도에서의 상기 제1 스펙트럼에 대해 상기 최대값을 정하고, 측정 온도마다, 상기 제1 스펙트럼에 대해 상기 극소값을 정하고, 상기 최대값으로부터 상기 극소값의 차분을 취한 값을 상기 극대값으로 정하고, 상기 측정 온도마다, 상기 제1 스펙트럼에 대해 상기 극소값과의 차분 처리를 행한 후 상기 극대값으로 제산함에 의해, 상기 측정 온도마다의 상기 제1 스펙트럼을 각각 규격화하는,
   온도 검출 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 밴드단 특정 처리에 있어서, 상기 기준 온도에 있어서의 상기 제2 스펙트럼 상에서 특정 강도를 갖는 기준 파장과, 상기 측정 온도마다, 상기 제2 스펙트럼 상에서 상기 특정 강도를 갖는 측정 파장과의 파장 차를, 상기 밴드단 파장으로 정하는,
    온도 검출 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 또한, 상기 규격화 처리를 행하기 전에, 상기 제1 스펙트럼에 대해 이동 평균에 의한 평활화 처리를 실행하는,
    온도 검출 장치.
12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은, 상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사함으로써 상기 반도체 웨이퍼를 가열하는 가열 광원인,
    온도 검출 장치.
13. 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 처리실과,
    상기 처리실 내에 설치되고, 처리 대상인 상기 반도체 웨이퍼를 탑재하는 웨이퍼 스테이지와,
    처리용의 가스를 사용해서 플라스마를 형성하는 플라스마원과,
    상기 처리실과 상기 플라스마원 사이에 설치되고, 상기 처리용의 가스가 도입되는 복수의 관통 구멍을 포함한 판 부재와,
    상기 판 부재의 외주를 둘러싸도록 설치되고, 상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사함으로써 상기 반도체 웨이퍼를 가열하는 가열 광원과,
    상기 광의 조사에 따라 상기 반도체 웨이퍼로부터 생기는 투과광 또는 산란 반사광을 분광하는 분광기와,
    상기 분광기에서 분광된 광을 측정하는 광 검출기와,
    상기 광 검출기에서 얻어지는 제1 스펙트럼을 수치 처리함으로써 밴드단 파장을 특정하고, 상기 밴드단 파장으로부터 상기 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 컨트롤러
    를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    절대 영도에서의 반도체의 밴드갭 에너지에 상당하는 파장을 극소 파장으로 하고, 상기 극소 파장보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최소값을 극소값으로 정하고, 온도 측정 범위로서 상정되는 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지와 열 에너지의 차에 상당하는 파장을 제1 최대 파장으로 하고, 상기 제1 최대 파장보다 단파장 영역에 있어서의 광강도의 최대값으로부터 상기 극소값의 차분을 취한 값을 극대값으로 정하고, 상기 제1 스펙트럼에 대해 상기 극소값과의 차분 처리를 행한 후 상기 극대값으로 제산함에 의해 규격화하는 규격화 처리와,
    상기 규격화 처리에서 얻어진 제2 스펙트럼에 의거하여 상기 밴드단 파장을 특정하는 밴드단 특정 처리와,
    미리 취득된, 온도와 밴드단 파장의 값과의 상관 데이터와, 상기 밴드단 특정 처리에서 특정된 상기 밴드단 파장을 비교함으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 온도 산출 처리
    를 실행하는,
    반도체 처리 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지에 상당하는 파장을 극대 파장으로 하고, 상기 극소 파장으로부터 상기 극대 파장까지의 파장 영역에 대응하는 스펙트럼 강도 중에서 특정 강도를 정하고, 상기 밴드단 특정 처리에 있어서, 상기 제2 스펙트럼 상에서 상기 특정 강도를 갖는 파장을 상기 밴드단 파장으로 정하는,
    반도체 처리 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제2 스펙트럼을 파장으로 1차 미분함으로써, 당해 1차 미분한 값이 최대로 되는 변곡점을 산출하고, 상기 변곡점에서의 스펙트럼 강도 이상의 값으로 되도록 상기 특정 강도를 정하는,
    반도체 처리 장치.
16. 제13항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 밴드단 특정 처리에 있어서, 상기 제2 스펙트럼 상의 2점을 지나는 선과 파장 축의 절편을 상기 밴드단 파장으로 정하고, 상기 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지와 열 에너지의 합에 상당하는 파장을 제2 최대 파장으로 하고, 상기 제2 스펙트럼 상의 2점의 한쪽을 상기 제2 최대 파장으로 정하는,
    반도체 처리 장치.
17. 제13항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 최고 온도에서의 반도체의 밴드갭 에너지에 상당하는 파장을 극대 파장으로 하고, 상기 밴드단 특정 처리에 있어서, 상기 제2 스펙트럼 상에서 상기 극소 파장으로부터 상기 극대 파장까지의 적분값에 계수 K(0＜K＜1)를 승산한 값을 기준 면적으로서 산출하고, 상기 극소 파장으로부터의 적분값이 상기 기준 면적으로 되는 파장을 상기 밴드단 파장으로 정하는,
    반도체 처리 장치.
18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 또한, 상기 규격화 처리를 행하기 전에, 상기 제1 스펙트럼에 대해 이동 평균에 의한 평활화 처리를 실행하는,
    반도체 처리 장치.