TWI830598B - 溫度檢測裝置及半導體處理裝置 - Google Patents

溫度檢測裝置及半導體處理裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI830598B
TWI830598B TW112105614A TW112105614A TWI830598B TW I830598 B TWI830598 B TW I830598B TW 112105614 A TW112105614 A TW 112105614A TW 112105614 A TW112105614 A TW 112105614A TW I830598 B TWI830598 B TW I830598B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
wavelength
aforementioned
temperature
spectrum
wafer
Prior art date
Application number
TW112105614A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202339039A (zh
Inventor
黒崎洋輔
顏瑋璘
前田賢治
Original Assignee
日商日立全球先端科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日立全球先端科技股份有限公司 filed Critical 日商日立全球先端科技股份有限公司
Publication of TW202339039A publication Critical patent/TW202339039A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI830598B publication Critical patent/TWI830598B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
    • G01J5/0007—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter of wafers or semiconductor substrates, e.g. using Rapid Thermal Processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0801—Means for wavelength selection or discrimination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0896—Optical arrangements using a light source, e.g. for illuminating a surface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor

Abstract

提供一種可以高精度檢測半導體晶圓的溫度之溫度檢測裝置。控制器，當將藉由光檢測器測定出的光的光譜予以標準化時，將相當於絕對零度下的半導體的能帶間隙能量之波長訂為極小波長，而將比極小波長還短波長區域中的光強度的最小值訂定為極小值，將相當於被設想為溫度測定範圍的最高溫度下的半導體的能帶間隙能量與熱能之差的波長訂為第1最大波長，而將從比第1最大波長還短波長區域中的光強度的最大值減去極小值而得的值訂定為極大值，對於測定出的光的光譜進行與極小值之差分處理後再除以極大值，藉此將其標準化。

Description

溫度檢測裝置及半導體處理裝置
本發明有關檢測半導體晶圓的溫度之方法及裝置，特別有關當在配置於真空容器內部的處理室內的試料台上面承載半導體晶圓的狀態下，檢測該半導體晶圓的溫度之方法及裝置，或者具備這樣的溫度檢測機構之半導體處理裝置。
伴隨智慧型手機等的行動機器的普及或雲端技術的進展，半導體元件的高度積體化正於全世界普及，而強烈需要隨之而來的高難度的半導體的加工技術。半導體的加工技術中形形色色地包含蝕刻技術或曝光技術等，而例如進行結晶化或原子擴散的加熱技術是一個重要的技術領域。
為實現半導體的穩定的加工程序，於處理中用來將處理對象維持在合適的溫度範圍內之溫度控制的技術十分重要。但，運用熱電偶測定溫度的習知技術，不適合在量產半導體元件的半導體晶圓的處理工程中採用。因此，需要對半導體晶圓以非接觸或者非侵入方式檢測溫度的技術。
作為這樣的技術，可考慮運用輻射溫度計，其偵測從半導體晶圓輻射的熱量而檢測溫度。然而，在處理半導體晶圓而製造元件的工程中，一般而言會受到種種材料的熔點等所限制。當前實施的典型的製造半導體元件的工程中，半導體晶圓的溫度被控管在500℃前後的值或其以下的值。這樣的溫度下，有著難以藉由輻射溫度計做穩定的溫度檢測這樣的問題。
作為代替這樣的運用輻射溫度計的技術之技術，近年來能帶邊緣(band edge)評估技術係受到矚目，其運用半導體所吸收的電磁波的頻率(波長)域當中的區域邊緣的頻率的溫度相依性來穩定地檢測溫度。該技術，係測定透射半導體晶圓或者散射反射的光的光譜，藉由評估該光譜的吸收邊緣(absorption edge)來檢測半導體晶圓的溫度。
這裡，光的光譜的吸收邊緣會和溫度有相依性，是因為半導體的能帶間隙會隨著溫度變高而變小，而更激發更低能量的光子，因而其結果會朝吸收邊緣長的波長側平移。半導體的能帶間隙，已知在比元件溫度附近還高溫下會和溫度近乎呈比例而變小。因此，若運用能帶邊緣評估技術，則即使在依靠輻射溫度計難以做穩定的檢測之500℃以下的溫度域，仍可以相對高的精度檢測半導體晶圓的溫度。
乾蝕刻裝置等的製造半導體元件的製造裝置中，運用上述的能帶邊緣評估技術而以高精度檢測半導體晶圓的溫度者，已知有日本特表2003-519380號公報(專利文獻1)或日本特開2018-73962號公報(專利文獻2)所記載者。專利文獻1中，藉由設置專用的紅外線光源來評估能帶邊緣。專利文獻2中，以將處理對象的半導體晶圓加熱的紅外線燈作為光源，而評估能帶邊緣。
當運用從半導體晶圓的透射光而評估的情形下，光源與加熱源之干涉或裝置空間等會成為問題，此外當運用散射反射光而評估的情形下，必須有較大的孔以便同時進行打光與分光，因此可能難以確保基板的溫度均一性。因此，藉由運用如專利文獻2所示般的以將處理對象的半導體晶圓加熱的紅外線燈作為光源之構成，能夠穩定地檢測半導體晶圓的溫度。
此外，US9,239,265號公報(專利文獻3)中，揭示一種將檢測出的光譜除以僅有光源的光譜藉此進行標準化，然後再運用一次微分等來決定能帶邊緣之方法。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特表2003-519380號公報 專利文獻2：日本特開2018-73962號公報 專利文獻3：美國專利第9239265號說明書 非專利文獻
非專利文獻1：W.E. Hoke et al., J.Vac. Sci. Technol. B28, C3F5(2010)
發明所欲解決之問題
然而，上述的習知技術中，針對以下觀點的考慮不足，因此發生了問題。
亦即，當將用來加熱半導體晶圓(以下亦簡稱晶圓)而照射的電磁波或者光用於晶圓的溫度的檢測的情形下，會導致該照射的光的強度的光譜取決於將晶圓加熱的條件。因此，依靠習知技術之方法難以做穩定的溫度檢測，恐無法精度良好地檢測晶圓的溫度。
此外，依靠習知技術之方法，是事先準備和作為溫度測定的對象具備同等構成的晶圓，而算出該晶圓的溫度與吸收邊緣波長之相關資料例如檢量式。在該前提下，基於從作為實際的對象的晶圓檢測出的資料而得到的吸收邊緣波長與先前的相關資料來檢測溫度。然而依靠此技術，必須對每一將晶圓加熱的條件事先算出相關資料。
作為具體例，當運用1個半導體處理裝置處理複數個種類的晶圓的情形下，半導體處理裝置的使用者必須對設想會利用的每一晶圓的種類或者每一相異的處理的條件，事先以半導體處理裝置可再利用的形態算出上述的相關資料並使其記憶。在此情形下，藉由半導體處理裝置製造半導體元件用的運轉時間會被縮短，而恐損及彈性的利用。
又，上述習知技術，例如W.E. Hoke et al., J.Vac. Sci. Technol. B28, C3F5(2010).(非專利文獻1)中，揭示將測定出的光譜以光強度的最大值與最小值予以標準化。惟當進行標準化時，光強度成為最大值的波長，會取決於所照射的光的強度、晶圓的基板電阻、形成於晶圓上的膜等，因此必須以某種方法規範進行標準化時的波長的範圍。然而，針對該波長的合適的範圍，上述習知技術中並未詳細地考慮。
由這些結果，依靠上述習知技術，會有導致損及晶圓的溫度檢測的精度，或者晶圓處理的良率降低這樣的問題。或者，針對損及半導體處理裝置中處理晶圓而製造半導體元件用的運轉時間而導致損及處理的效率這樣的問題點未盡考慮。
本發明的一個目的，在於提供一種可以高精度檢測半導體晶圓的溫度之溫度檢測裝置。此外，在於提供一種可使處理的效率提升之半導體處理裝置。
本發明的前述以及其他的目的與新穎特徵，將由本說明書的記述及所附圖面而明朗。 解決問題之技術手段
若要簡單說明本申請案中揭示的發明當中代表性的實施的形態的概要，則如下所述。
按照本發明的代表性實施形態之溫度檢測裝置，具備：光源，對半導體晶圓照射光；分光器，將因應光的照射而從半導體晶圓發生的透射光或散射反射光予以分光；光檢測器，測定在分光器被分光後的光；及控制器，將在光檢測器得到的第1光譜做數值處理藉此辨明能帶邊緣(band edge)波長，而從能帶邊緣波長檢測半導體晶圓的溫度。控制器，執行標準化處理、能帶邊緣辨明處理、溫度算出處理。標準化處理中，控制器將相當於絕對零度下的半導體的能帶間隙能量之波長訂為極小波長，而將比極小波長還短波長區域中的光強度的最小值訂定為極小值，將相當於被設想為溫度測定範圍的最高溫度下的半導體的能帶間隙能量與熱能之差的波長訂為第1最大波長，而將從比第1最大波長還短波長區域中的光強度的最大值減去極小值而得的值訂定為極大值，對於第1光譜進行與極小值之差分處理後再除以極大值，藉此將其標準化。能帶邊緣辨明處理中，控制器基於藉由標準化處理而得到的第2光譜，辨明能帶邊緣波長。溫度算出處理中，控制器將事先取得的溫度與能帶邊緣波長的值之相關資料和藉由能帶邊緣辨明處理辨明出的能帶邊緣波長比較，藉此檢測半導體晶圓的溫度。 發明之效果
若要簡單說明藉由本發明的代表性的實施形態而可得到的效果，係可以高精度檢測半導體晶圓的溫度。
以下基於圖面詳細說明本發明之實施形態。另，用來說明實施形態的全部圖面中，對於同一構件原則上標註同一符號，省略其反覆說明。
〈實施形態的概要〉 如上述般，當將用來加熱半導體晶圓而照射的電磁波或者光用於晶圓的溫度的檢測的情形下，會導致該照射的光的強度或光譜取決於將晶圓加熱的條件。因此，依靠習知技術之方法有難以穩定而精度良好地檢測晶圓的溫度這樣的問題。
此外，依靠習知技術之方法，必須有依照每一將晶圓加熱的條件事先準備和作為溫度測定的對象具備同等構成的晶圓，而算出溫度與吸收邊緣(能帶邊緣)波長之相關資料例如檢量式之作業。因此，會有導致半導體處理裝置以製造半導體元件為目的而運轉的時間被縮短，而恐損及彈性的利用這樣的問題點。又，檢測溫度的過程中，當將測定出的透射光的光譜標準化時，針對進行標準化的波長的合適的範圍，習知技術中未盡考慮。
由這些結果，依靠習知技術，會有導致損及晶圓的溫度檢測的精度，或者晶圓的處理的良率降低，或者損及用來處理晶圓而製造半導體元件的半導體處理裝置的運轉時間，而損及處理的效率這樣的問題。對於這樣的問題，本發明團隊把用於加熱晶圓的紅外線亦用於溫度檢測，以涵括使表面的膜的構造或種類或者晶圓構造相異的複數個種類的晶圓為對象，從加熱中的晶圓評估光的強度與溫度之關係。
其結果發現，透射光的光譜的形狀會取決於照射至晶圓的光的強度或晶圓的種類而大幅變化，因此依靠習知技術難以以穩定的高精度檢測晶圓的溫度。另一方面，本發明團隊得到了如下見解：藉由限定一合適的波長域而施以標準化處理，而於事前以單一的加熱條件加熱單一種類的晶圓而取得的能帶邊緣波長的值與溫度之相關資料，藉此便能夠運用共通的相關資料，以穩定的高精度檢測種類相異或加熱條件相異的晶圓的溫度。
本發明便是基於這樣的見解而得出。具體而言，將藉由測定透射晶圓的光而得到的第1光譜，在適當地訂定的波長的範圍予以平滑化及標準化。然後，將藉由平滑化及標準化而得到的第2光譜以波長做一次微分，算出會讓該一次微分後的值成為最大的波長，而在涵括該波長的更長側的波長的範圍，將具有特定的強度的波長訂定為能帶邊緣波長。
當製造半導體元件時，於製造裝置的運轉之前，事先運用單一種類的晶圓，取得溫度與透射晶圓的光的能帶邊緣波長的值之相關資料例如檢量式。當實際製造半導體元件時，在運用製造裝置處理晶圓之運轉中，測定透射晶圓的光，以上述的方法辨明能帶邊緣波長，將該辨明出的能帶邊緣波長和事先取得的上述相關資料比較，藉此檢測或者判定晶圓的溫度。
當訂定能帶邊緣波長時，亦可在會反映能帶間隙的溫度變化的波長的範圍，於標準化後的第2光譜上取2點，而將通過該2點的直線與波長軸之截距訂定為能帶邊緣波長。這樣的2點，理想是選擇它們的波長的差儘可能大的點。此外，亦可將標準化後的第2光譜以波長積分，而將積分值會成為事先訂定好的基準值的波長訂定為能帶邊緣波長。
適合做標準化的波長範圍，由於相當於半導體的吸收邊緣之能帶邊緣波長和半導體的能帶間隙有強相依性，因此為了能夠穩定地檢測能帶邊緣波長，理想是儘可能狹窄的範圍且寬達能夠儘可能反映能帶間隙的溫度所造成的變化的程度之區域。鑑此，從藉由測定而得到的第1光譜訂定光強度的極小值及極大值，對第1光譜進行與極小值之差分處理，再除以極大值，藉此將第1光譜標準化，而得到標準化後的第2光譜。
這裡，極小值在第1光譜中，被設定為比相當於絕對零度下的能帶間隙的波長還短的波長的範圍內的光強度的最小值。其理由在於，若在這樣的波長的範圍，半導體會吸收光，因此原理上無法得到透射光的光譜。另一方面，極大值被設定為，將被設想為溫度測定範圍的最高溫度下的相當於半導體的能帶間隙與熱能之差的波長訂為最大波長，而從比該最大波長還短的波長的範圍內的光強度的最大值減去上述極小值而得的值。其理由在於，半導體的能帶間隙會隨著溫度上升而變小，料想會影響吸收邊緣的，是從該溫度下的能帶間隙偏離了該溫度下的熱能份量之能量的範圍。
(實施例1) 運用圖1至圖8說明實施例1。實施例1，是在舖設有紅外線燈所成的加熱光源之蝕刻裝置亦即半導體處理裝置或半導體製造裝置中，有關加熱時的半導體晶圓的溫度評估。
〈半導體處理裝置的概略構成〉 圖1A為示意實施例1之半導體處理裝置的概略構成例的截面圖。該半導體處理裝置例如為蝕刻裝置等。該半導體處理裝置，具備用來處理半導體晶圓103的處理室101、晶圓平台102、光源或加熱光源即紅外線燈104、電漿源105、板構件106、光路107、分光器108、光檢測器109、控制器110。晶圓平台102設置於處理室101內，搭載處理對象亦即溫度的測定對象之半導體晶圓103。
電漿源105設置於晶圓平台102的上方，運用處理用的氣體形成電漿。板構件106設置於處理室101與電漿源105之間，包含供處理用的氣體導入的複數個貫通孔。紅外線燈104設置成圍繞板構件106的外周，藉由對晶圓103照射光而將晶圓103加熱。光路107安裝於晶圓平台102的內部。
分光器108，根據來自紅外線燈104的光的照射而從晶圓103產生的透射光或散射反射光予以分光，本例中是透過光路107被傳輸的透射光。光檢測器109測定在分光器108被分光後的光。控制器110例如藉由包含處理器及記憶體的電腦而實現，控制半導體處理裝置全體。
作為其一種，控制器110將在光檢測器109得到的光譜(第1光譜)做數值處理藉此辨明能帶邊緣波長，而從該能帶邊緣波長檢測晶圓103的溫度。此外，控制器110亦可反饋該晶圓103的溫度的檢測結果而控制紅外線燈104等，藉此控制晶圓103的溫度。
圖1A中，紅外線燈104配置成甜甜圈型，惟只要可得到透射光光譜，亦可根據目的而設置於晶圓平台102的正上方或側邊。此外，這裡將加熱源即紅外線燈104所成的紅外線亦用作為光源，惟亦可在隔著晶圓103和分光器108相反側設置外部紅外線源。此外，亦可以晶圓103為基準而在和分光器108同一側設置外部紅外線源，基於通過光路107對晶圓103的背面照射光而得到的散射反射光的光譜來辨明能帶邊緣波長。
此外，圖1A中，紅外線燈104、分光器108、光檢測器109及控制器110，構成檢測晶圓103的溫度之溫度檢測裝置。圖1A例子中，該溫度檢測裝置被整合進蝕刻裝置，惟不限於蝕刻裝置，亦可被整合進各式各樣的半導體處理裝置或半導體製造裝置。甚者，亦可以溫度檢測裝置單獨來運用。
圖1B為示意圖1A所示半導體處理裝置的更詳細的構成例的截面圖。圖1B所示半導體處理裝置為蝕刻裝置100。圖1B中，處理室101為配置於構成真空容器的下部的基座腔室111內的室，在室內設置有將晶圓103搭載於上面的晶圓平台102。此外，放電室105為配置於構成真空容器的上部的圓筒型的石英腔室112內的室，在室內可藉由ICP(Inductively Coupled Plasma；感應耦合電漿)放電方式形成電漿113。放電室105，在圖1A中，亦為設置於處理室101的上方的電漿源。
在石英腔室112的外側設置有ICP線圈134。在ICP線圈134透過匹配器122連接有用於電漿生成的高頻電源120。高頻電力的頻率訂為運用數十MHz的頻率帶如13.56MHz等。在石英腔室112的上部載置有頂板118，其構成真空容器的上部並且構成放電室(電漿源)105的蓋，將石英腔室112外側的環境與被減壓的內部之間氣密地密封。在頂板118的下方且放電室105的上方，設置有氣體分散板117與噴氣板(shower plate)119。處理氣體透過氣體分散板117與噴氣板119，通過放電室105內部被導入處理室101內。
處理氣體，在依照每一氣體種類準備的氣體供給用的管路內流通，藉由在該些管路上各自配置的質量流量控制器，依照在管路內流通的每一種類調節氣體的每單位時間的流量(流量速度)。圖1B例子中，該些管路與各管路上的質量流量控制器，作為配置於1個箱體的內部之質量流量控制器單元150，連結至構成真空容器的上部的石英腔室112、以及放電室105。
此外，在連結質量流量控制器單元150與放電室105之間的管路上，配置有至少1個氣體分配器151。從氣體分配器151延伸的管路，連接至具有圓筒形的放電室105的容器中心附近及其外周。藉此，能夠分別獨立地控制供給至位於該些連接處的下方的放電室105內部的中心部及外周部的各個氣體的流量的組成而供給，而能夠詳細地調節放電室105內的自由基的空間的分布。
另，圖1B例子中，在質量流量控制器單元150內部，並聯配置有作為處理氣體的NH 3、H 2、CH 2F 2、CH 3F、CH 3OH、O 2、NF 3、Ar、N 2、CHF 3、CF 4、H 2O的各氣體用的管路及質量流量控制器。惟蝕刻裝置100中，亦可根據晶圓103的處理所需要的規格而運用上述氣體以外的氣體。
處理室101的下部，為了將處理室101內部減壓，透過真空排氣配管116連接至排氣泵浦115。排氣泵浦115例如由渦輪分子泵浦或機械升壓泵浦或乾式泵浦所構成。又，為了調整處理室101或放電室105內部的壓力，在排氣泵浦115的上游側的真空排氣配管116上配置有調壓閥114，該調壓閥114具備使真空排氣配管116的流路截面積變化而調整每單位時間的排氣的量(排氣的流量速度)之閥。
在晶圓平台102的上方配置有流路175，其連通放電室105與處理室101之間而用來將形成於放電室105內的電漿113內的粒子朝向處理室101流通。在處理室101的上方且ICP線圈134的下方設置有用來將晶圓103加熱的紅外線燈單元，在該流路175的外周側以圍繞其之方式配置成環狀。紅外線燈單元主要由紅外線燈104、反射來自紅外線燈104的光或電磁波的反射板163、以及紅外線透射窗174所成，該紅外線透射窗174由石英等具有透光性的構件所構成，在紅外線燈104的下方具有構成處理室101的天花板的部分及構成流路175的內周側壁的部分。
紅外線燈104，使用在流路175的外周側將其以環狀圍繞的具有圓環型(圓形狀)的燈。另，從紅外線燈104輻射的光或電磁波，放出以從可見光區域至紅外線區域為主的光。另，紅外線燈104詳細而言，具備於水平方向從內周側朝向外周側以同心狀3重配置的紅外線燈104-1，104-2，104-3。惟不限於3重構成，亦可為2重構成、或4重構成等。反射板163設置於紅外線燈104的上方，將從紅外線燈104輻射的光或電磁波朝向下方亦即被搭載於晶圓平台102的晶圓103反射。
紅外線燈104電性連接有紅外線燈用電源164，在其途中設置有高頻截止濾波器125，用來避免電漿生成用的高頻電力所伴隨的噪訊流入紅外線燈用電源。此外，紅外線燈用電源164具備能夠各自獨立地控制供給至紅外線燈104-1，104-2，104-3的電力之機能，而能夠調節將晶圓103加熱的量的徑方向分布。另，圖1B中省略該機能所伴隨的一部分配線的圖示。
另，在位於被紅外線燈單元圍繞之處的中央部的流路175，設置有在規定的位置形成複數個貫通孔或狹縫的板構件106，詳細而言為狹縫板。板構件106，藉由複數個貫通孔或狹縫抑止在石英腔室112內部的放電室105形成的電漿113中的離子或電子等帶電粒子的通過，而使中性的氣體或中性的自由基通過，導入處理室101內而供給至晶圓103上。
晶圓平台102中，在內部配置有冷媒的流路139，該冷媒被供給用來冷卻晶圓平台102的金屬製的基材。流路139連接至冷媒的溫度調節機構即冷卻器138，溫度被調節在規定的範圍內的值之冷媒構成為在內部被循環供給。此外，藉由靜電吸附而固定晶圓103，因此在晶圓平台102內部埋入有板狀的電極板130，分別連接有DC電源131。
於晶圓103處理中，為了將晶圓103的溫度有效率地調節在適合處理的範圍內的值，在晶圓103的背面與晶圓平台102之間會被供給He氣體等具有熱傳遞性的氣體。此外，當將晶圓103維持吸附於晶圓平台102的上面而進行晶圓103的加熱或冷卻時，為了避免損傷晶圓103的背面，晶圓平台102的上面以聚醯亞胺等樹脂塗布。
在晶圓平台102的內部設有用來檢測晶圓平台102的溫度的熱電偶170，此熱電偶170連接至熱電偶溫度計171。又，在晶圓平台102內部，以貫通基材之方式配置有複數個(本例中為3個)石英棒185及貫通孔191。石英棒185及貫通孔191，構成接收從紅外線燈104輻射而透射晶圓103的光之受光器、及傳輸接收到的光之圖1A中的光路107。在貫通孔191內安裝有連接至石英棒185的光纖192。圖1B例子中，貫通孔191分別配置於和晶圓103的中心部附近、晶圓徑方向的中段部附近、晶圓外周附近這3處相對應之晶圓平台102的3處。
從紅外線燈104輻射而透射紅外線透射窗174而照射至處理室101內的晶圓平台102上的晶圓103的光，會透射晶圓103而入射至貫通孔191內部的石英棒185的上面，藉由受光器被接收。被接收的光，通過連接至石英棒185的光纖192被傳輸往連接至光纖192的另一端的分光器108，依照事先訂定好的複數個波長的每一種被分光。分光出的光被送至光檢測器109。然後，光檢測器109測定各波長的光強度，藉此得到表示每一波長的光強度的光譜(第1光譜)的資料。
此外，圖1B例子中，在光纖192的途中設置有光多工器198，構成為針對被分光的光可切換要將晶圓103的中心部、中段部、外周部的哪一處的光予以分光。另，亦可構成為設置分光器108及光檢測器109的組供中央部、中段部、外周部的各者用，以同時藉由3處的受光器接收到的光檢測光譜的資料。
又，圖1B所示蝕刻裝置100，具備控制蝕刻裝置100全體的控制器110。控制器110，控制高頻電源120或匹配器122、DC電源131、調壓閥114、排氣泵浦115、質量流量控制器單元150、氣體分配器151、紅外線燈用電源164或者未圖示的閥閥這些各部位的動作、輸出的大小。
此外，控制器110接收熱電偶溫度計171或光檢測器109的輸出，基於該輸出所表示的測定資料而生成用來將電源、閥、泵浦等的動作調節成適合處理之指令訊號。又，控制器110亦可基於來自光檢測器109的訊號而檢測出的晶圓103的溫度，來變更、調節導入至處理室101或放電室105的氣體的種類、組成或真空容器內的壓力等的處理條件。
晶圓平台102的溫度，理想是將紅外線燈104與冷卻器138組合而受到控制。此時，控制器110亦可將基於來自光檢測器109的訊號而得到的晶圓103的溫度、與藉由熱電偶溫度計171而檢測出的晶圓平台102的溫度予以互補地組合，來控制和晶圓103的溫度有相關性的晶圓平台102的溫度。此外，控制器110亦可將基於來自光檢測器109的訊號而得到的晶圓103的溫度予以反饋而控制紅外線燈用電源164，藉此調節晶圓103的溫度。
當處理晶圓103時，例如將氬導入處理室101內，進行晶圓103的加熱。惟氣體分子所致之光的吸收波長，相比於半導體的吸收邊緣波長是存在於長波長側，因此對於實施例1所示般對於以能帶邊緣波長為基礎的溫度檢測造成的影響小。是故，被導入處理室101內而於晶圓103的加熱時被運用的氣體，可使用複數個種類。
〈半導體處理裝置的概略動作〉 圖1B所示蝕刻裝置100中，載置於被減壓的處理室101內的晶圓平台102上的晶圓103，是在晶圓平台102上運用靜電被吸附而保持。其後，對放電室105內供給處理用的氣體，在放電室105內部運用處理用的氣體形成電漿113。電漿113中的活性物種(自由基)等的中性的粒子，會通過板構件106的貫通孔或狹縫從放電室105被導入處理室101內，吸附於晶圓103上面的處理對象的膜的表面而形成化合物層。
若處理室101內的處理用的氣體或者電漿的粒子藉由排氣泵浦115的動作而被排氣，則非活性氣體即Ar氣體會通過放電室105被導入處理室101內，處理室101內被調整成適合晶圓103的加熱的範圍的壓力。其後，對紅外線燈104供給來自紅外線燈用電源164的電力，從紅外線燈104輻射的光照射至晶圓103，藉此晶圓103被加熱。一旦晶圓103的溫度成為規定的範圍內的值，則化合物層會昇華而從處理對象的膜層的表面脫離而被除去，藉由持續動作的排氣泵浦115被排出至處理室101外部，藉此進展處理對象的膜層的蝕刻。
照射至晶圓103而透射晶圓103的光，藉由包含石英棒185的受光器而被接收，傳輸至分光器108後，分光出的光藉由光檢測器109被測定，藉此得到表示每一波長的光強度的光譜(第1光譜)的資料。控制器110基於該光譜的資料，辨明光的能帶邊緣波長。
然後，控制器110將辨明出的能帶邊緣波長，和事先取得的能帶邊緣波長的值與晶圓103的溫度之相關資料例如檢量式比較，藉此檢測和辨明出的能帶邊緣波長相對應的晶圓103的溫度。又，控制器110基於檢測出的溫度的資訊，使紅外線燈104的輸出、或者冷卻器138所調節的冷媒的溫度設定增減，藉此將晶圓103的溫度調整成為適合上述化合物層的脫離、除去的範圍內。
〈溫度檢測方法的細節〉 以下，說明控制器110將在光檢測器109得到的光譜(第1光譜)做數值處理藉此辨明能帶邊緣波長，而從該能帶邊緣波長檢測半導體晶圓103的溫度之方法的細節。
圖2示意圖1B所示蝕刻裝置中，當半導體晶圓為規定的溫度的情形下透射半導體晶圓的光的光譜的一例的圖表。亦即，圖2中，示意在上述蝕刻裝置100的晶圓平台102搭載矽製的半導體晶圓103而藉由紅外線燈104加熱時，以光檢測器109測定透射晶圓103的光藉此得到的光譜(第1光譜)的一例。圖2中，橫軸為波長，縱軸為光強度。具體而言，圖2中示意當晶圓103的溫度為60℃時的光譜。
圖2中，使用的半導體晶圓103的電阻率為30Ωcm(以下稱高電阻晶圓)及0.019Ωcm(以下稱低電阻晶圓)，紅外線燈104的輸出電力或輸入電力被設定為最大值的70%與40%。圖2中，在1380nm附近看到的凹陷，為配置於晶圓平台102的內部而接收透射晶圓103的透射光之受光器亦即圖1B中的石英棒185的水分所造成的吸收成分，該吸收的量藉由使用無水石英會被減低。
如圖2所示，即使晶圓103的溫度相同，若從紅外線燈104照射的光的強度或晶圓103的種類相異，則透射光的光譜的形狀會大幅相異。特別是當使用的晶圓103為高電阻晶圓的情形下，光強度的最大值，當紅外線燈104的輸出電力為70%的情形下如圓記號所示般會成為1280nm附近，相對於此當40%的情形下，如三角記號般會成為1450nm附近。也就是說，根據紅外線燈104的輸出電力、乃至於輻射的光的強度、或晶圓103的種類亦即構造或構成，在光檢測器109得到的光譜中的成為最大的光強度的波長會相異。
由此事實，例如當如非專利文獻1般運用光強度的極大值或極小值進行標準化的情形下必須設定合適的波長的範圍來訂定極大值或極小值。此外，從紅外線燈104輻射的光依照規定的每一波長被區分而被檢測成為光譜之前，由於光路上的吸收等，測定出的光譜也會因來自紅外線燈104的光的強度而異。因此，如專利文獻2記載般運用從紅外線燈104輻射的光的光譜來標準化也不容易。亦即，針對來自紅外線燈104的因晶圓103的目標溫度等條件而光強度變化的光，依照每一該條件必須有作為基準的光譜。
[有關標準化處理] 圖3為示意圖1B所示蝕刻裝置中，將圖2所示光譜當中的高電阻晶圓的光譜以實施例1的方法標準化藉此得到的光譜的一例的圖表。亦即，圖3中示意控制器110以圖2所示2個高電阻晶圓的光譜(第1光譜)作為對象而分別進行標準化處理，藉此得到的2個光譜(第2光譜)。圖4為示意圖1B所示蝕刻裝置中，將圖2所示光譜當中的高電阻晶圓的光譜以專利文獻3記載的方法標準化藉此得到的光譜的一例的圖表。
當以實施例1的方法標準化時，首先訂定極小值及極大值。有關極小值，絕對零度下的矽的能帶間隙為1.17eV，以波長而言相當於1060nm。因此，控制器110，將圖2中比1060nm還短波長區域內的光強度的最小值，具體而言例如1000nm以下的波長區域的光強度的平均值訂為極小值。另，說明書中將和該絕對零度下的矽的能帶間隙相對應的波長即1060nm稱為極小波長。
另一方面，有關極大值，晶圓103受到加熱而到達的最高溫度，頂多為500℃前後。換言之，被設想作為溫度測定範圍的最高溫度為500℃前後。500℃下的矽的能帶間隙為1.01eV，以波長而言相當於1230nm。說明書中將和該最高溫度下的矽的能帶間隙相對應的波長即1230nm稱為極大波長。
這裡，伴隨溫度變高，能帶間隙會因熱能而能帶邊緣擴展。鑑此，控制器110，從500℃下的能帶間隙1.01eV減去500℃下的熱能0.07eV而得0.94eV，將相當於0.94eV的波長1320nm訂為最大波長(第1最大波長)，而從比該最大波長還短波長區域中的光強度的最大值減去上述極小值而得的值訂為極大值。
作為具體例，圖2中，高電阻晶圓且70%的情形下的極大值，被訂定為從圓記號所示光強度的最大值減去在1000nm以下的波長區域訂定的光強度的極小值而得的值。另一方面，高電阻晶圓且40%的情形下的極大值，並非基於三角記號所示1450nm附近的光強度，而是基於比最大波長(第1最大波長)1320nm還短波長區域中的光強度的最大值來訂定。
控制器110，運用依照此方式訂定的極小值及極大值而進行標準化。具體而言，控制器110在進行標準化前，首先對於從光檢測器109得到的光譜(第1光譜)，以能夠判別光譜的最大值的程度執行移動平均所致之平滑化處理。圖2所示光譜，更詳細地說是已被執行該平滑化處理後之物。
然後，控制器110，對於從光檢測器109得到的光譜(第1光譜)，更詳細地說是已被執行平滑化處理後的光譜，進行與上述極小值之差分處理後，再除以極大值，藉此將第1光譜標準化。亦即，以極小值成為0，極大值成為1.0之方式進行標準化。其結果，得到如圖3所示般的標準化後的光譜(第2光譜)。
另一方面，圖4中，當藉由專利文獻3記載的方法標準化的情形下，例如事先取得紅外線燈104的輸出電力為70%的情形下輻射的光的光譜，共通地運用該取得的光的光譜將依照每一輸出電力而從光檢測器109得到的光譜分別標準化。比較圖3和圖4可知，專利文獻3記載的方法中，是運用從被設定成某一輸出電力的紅外線燈104輻射的光的光譜來將在光檢測器109得到的光譜標準化，因此一旦紅外線燈104的輸出電力亦即輻射出的光的強度相異，那麼標準化後的光譜的形狀也會大幅相異。
圖5為示意將圖3所示標準化後的光譜和圖4所示標準化後的光譜比較的結果的一例的圖表。圖5中，示意圖3所示光譜中，將紅外線燈的輸出電力為70%的情形下的每一波長的光強度除以40%的情形下的每一波長的光強度藉此得到的值，與圖4所示光譜中藉由同樣的演算而得到的值。這裡，無論在紅外線燈104的輸出電力為70%及40%的任一種情形下，藉由使熱電偶接觸晶圓103，皆確認晶圓103的溫度為60℃。
如圖5所示，以實線所示實施例1的方法標準化之物，相較於以虛線所示專利文獻3記載的方法標準化之物，可知當紅外線燈104的輸出電力相異的情形下，能夠顯著減低各輸出電力下得到的標準化後的光譜(第2光譜)間的差分。亦即，藉由以實施例1的方法標準化，即使從紅外線燈104輻射的光的強度相異的情形下，仍可對應於某一溫度(這裡為60℃)得到具有更接近的形狀之標準化後的光譜。其結果，基於標準化後的光譜檢測出的晶圓103的溫度亦可以高精度得到而不受輻射的光的強度影響。
[有關能帶邊緣辨明處理] 圖6為示意圖3所示標準化後的光譜的一部分的圖表，為說明能帶邊緣波長的辨明方法的一例的圖表。圖6為從圖3中的紅外線燈104的輸出電力為70%的情形下的標準化後的光譜當中，抽出900至1300nm的波長的範圍而成之物。縱軸取的參數為作為標準化後的光譜的大小之強度，以0至1.0的範圍內的值表示。控制器110於標準化後的光譜中，在反映出上述的吸收邊緣的極小波長至極大波長的範圍亦即1060至1230nm的範圍，將光譜強度成為特定強度(本例中為0.2)的波長訂定為能帶邊緣波長。
有關訂定此特定強度的方法，實施例1中使用的晶圓103，其具有圓形的基材為矽(Si)製，該矽具有間接躍遷型的能帶間隙，因此短波長區域會反映出聲子(phonon)所致之吸收而光譜的上升(rising)變得遲鈍。鑑此，為了避免這樣的聲子吸收的影響，控制器110會進行交界條件處理。交界條件處理中，控制器110將標準化後的光譜以波長做1次微分，藉此算出會讓1次微分後的值成為最大的反曲點，基於在該反曲點的光譜強度而訂定特定強度。
具體而言，特定強度，為了避免聲子吸收的影響，理想是在該反曲點的光譜強度以上的值，亦即為用來從剔除短波長區域而得的區域訂定能帶邊緣波長的值。換言之，能帶邊緣波長理想是在涵括在該反曲點的波長之更長側的波長的範圍，訂定為具有特定強度的波長。另一方面，若特定強度比反曲點還大得過多，則相對於溫度的變化而言之光譜強度的變化可能變小。這裡，在設想的晶圓103的溫度測定範圍中，標準化後的光譜是在強度為0.15至0.2的範圍內取反曲點。因此圖6例子中，是將從可以取反曲點的強度的範圍當中最大的強度即0.2訂定為特定強度。
[有關溫度算出處理] 實施例1中，在實際製造半導體元件之前，先取得晶圓103中的溫度與能帶邊緣波長的值之相關資料例如檢量式。具體而言，例如準備和處理對象的晶圓103相同之物，或具備同等構成的晶圓103。然後，運用熱板(hot plate)等的溫度調節機將該晶圓103維持在規定的溫度範圍內的狀態下，運用規定的光強度的紅外線光源算出晶圓103中的溫度與能帶邊緣波長的值之相關資料例如檢量式。
其後，當實際製造半導體元件時，藉由圖1B所示光檢測器109而測定來自作為處理對象的晶圓103的透射光的光譜。控制器110對該測定出的光譜進行了圖3所述般的標準化處理後，對標準化後的光譜以圖6所述般的方法辨明能帶邊緣波長。此時，事先固定地訂定辨明能帶邊緣波長時的特定強度例如0.2。然後，控制器110將該辨明出的能帶邊緣波長和上述相關資料比較，將能帶邊緣波長換算成溫度，藉此執行檢測晶圓103的溫度之溫度算出處理。
另，有關運用上述熱板而算出晶圓103的溫度與能帶邊緣波長的值之相關資料的細節，於實施例3後述。此外，上述的相關資料，只要晶圓103的種類例如基板電阻的值相同，則可共通地使用而不受紅外線燈104的輸出電力以及照射的光的強度所影響。又，上述的相關資料能夠共通地使用而不受晶圓103的種類所影響，細節後述。惟，亦可依照需求的溫度的檢測精度，而準備和晶圓103的種類相應的複數個相關資料。
〈按照實施例1之溫度檢測方法的驗證結果〉 圖7為示意圖1B所示蝕刻裝置中，當使紅外線燈的輸出電力或輸入電力在40至70%之間變化的情形下，將運用實施例1的方法檢測出的半導體晶圓的溫度和運用接觸熱電偶檢測出的半導體晶圓的溫度比較的一例的圖表。當運用接觸熱電偶的情形下，藉由黏固劑(cement)使熱電偶附著於形成於矽製的晶圓103的缺口的內側，而檢測晶圓103的內側的溫度。
如圖7所示，運用實施例1的方法檢測出的溫度和運用熱電偶檢測出的溫度，即使來自紅外線燈104的光強度的條件相異的情形下，仍落在可將兩者視為相等溫度的程度的小差距範圍內。像這樣，藉由運用實施例1的方法，可以高精度檢測晶圓103的溫度而不受來自紅外線燈104的光強度所影響。
圖8為示意針對相異種類的半導體晶圓，將以實施例1的方法檢測出的半導體晶圓的溫度和運用熱電偶檢測出的半導體晶圓的溫度比較的一例的圖表。圖8所示例子中，作為晶圓103，使用了具有0.019Ωcm的電阻率的低電阻晶圓、在該低電阻晶圓上以LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition；低壓化化學氣相沉積)法製膜出400nm膜厚的SiN膜而得的晶圓、及在該低電阻晶圓上以PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition；電漿輔助化學氣相沉積)法製膜出100nm膜厚的SiN膜而得的晶圓。此外，針對該些晶圓103，採用了運用實施例1的方法辨明能帶邊緣波長，基於運用高電阻晶圓算出的相關資料例如檢量式來將能帶邊緣波長換算成溫度之方法。
如圖8所示，從透射複數種類的晶圓103的紅外線運用單一的檢量式檢測出的晶圓103的溫度和運用接觸熱電偶檢測出的溫度，落在可將兩者視為相等溫度的程度的小差距範圍內。像這樣，藉由運用實施例1的方法，即使當晶圓103的種類相異的情形下，仍可運用單一的檢量式以高精度檢測晶圓103的溫度。
圖9為示意圖1B所示蝕刻裝置中，以低電阻晶圓為對象，將運用實施例1的方法檢測出半導體晶圓的溫度和運用熱電偶檢測出的半導體晶圓的溫度比較的一例的圖表。圖9中，在各繪製點，運用實施例1的方法檢測出的溫度示意於橫軸，運用熱電偶檢測出的溫度示意於縱軸。具體而言，首先在蝕刻裝置100設置低電阻晶圓，運用實施例1的方法檢測晶圓的溫度，同時基於檢測結果一面將紅外線燈104做反饋控制一面將晶圓加熱，使得該溫度成為規定的溫度例如40℃附近。
於該反饋控制時，透射晶圓的光的光譜被光檢測器109依序測定，以測定出的光譜為對象，藉由圖3所述般的方法進行標準化。此外，以標準化後的光譜為對象，如圖6所述般例如將特定強度訂為0.2藉此辨明能帶邊緣波長，運用單一的檢量式將該能帶邊緣波長變換成溫度。然後，於這樣的反饋控制收斂的時間點，反饋控制的目標溫度以黑三角記號被繪製在圖9的橫軸的40℃附近。此外，於該反饋控制收斂的時間點，運用熱電偶檢測出晶圓的溫度的值示意於圖9的縱軸的值。
然後，將圖6所述的特定強度的值訂定為0.5及0.8後再進行這樣的動作，其結果，分別成為圖9的橫軸的40℃附近所示之圓記號的繪製點及四角記號的繪製點。又，變更特定強度的值，同時一面改變反饋控制的目標溫度一面進行同樣的動作，藉此得到如圖9所示般的圖表。如圖9所示，即使改變了目標溫度或特定強度的情形下，可知運用實施例1的方法檢測出的溫度仍為可視為和運用熱電偶檢測出的溫度近乎相等的範圍內的值。
〈實施例1的主要效果〉 如以上般，實施例1中，測定藉由加熱用的紅外線燈104照射而透射半導體晶圓103的光的光譜，將該光譜設定合適的波長的範圍而予以標準化，從標準化後的光譜辨明能帶邊緣波長，和事先取得的能帶邊緣波長的值與晶圓103的溫度之相關資料比較，藉此檢測晶圓103的溫度。藉此，便可以高精度檢測晶圓103的溫度。此外，於半導體處理裝置中可使處理的效率提升。
具體而言，即使照射至晶圓103的光或電磁波的條件、或晶圓103的種類或形成於晶圓103上的膜的種類或構造變化，仍能夠穩定地或說穩健地檢測溫度。此外，即使當辨明能帶邊緣波長時的分析參數變化的情形下，仍能夠一定程度穩定地檢測溫度。又，可運用在單一的晶圓103算出的檢量式，以高精度檢測種類相異的複數個晶圓103的溫度。又，此時便不需要如習知技術般依照晶圓103的每一加熱條件而準備來自紅外線燈104的作為基準的光譜之作業、或依照晶圓103的種類或晶圓103的每一加熱條件而準備檢量式之作業等，處理的效率會提高。
(實施例2) 〈溫度檢測方法的細節〉 運用圖10、圖11說明實施例2。實施例2中，如同實施例1中的圖1B的情形，運用能夠藉由配置於處理室101的上方的紅外線燈104來加熱被載置於晶圓平台102上的半導體晶圓103之蝕刻裝置100。又，基於藉由紅外線燈104照射而透射半導體晶圓103的光或電磁波的光譜，檢測晶圓103的溫度。
詳言之，實施例2中亦如同實施例1的情形般，藉由配置於晶圓平台102內部的受光器接收透射晶圓103的來自紅外線燈104的光或電磁波，而將該光或電磁波藉由分光器108分光成複數個波長，藉由光檢測器109測定示意每一波長的光強度之光譜(第1光譜)。然後，控制器110將該測定出的光譜標準化，從標準化後的光譜(第2光譜)的資料辨明能帶邊緣波長，和事先取得的能帶邊緣波長的值與晶圓103的溫度之相關資料例如檢量式比較，藉此檢測晶圓103的溫度。惟實施例2中，該能帶邊緣波長的辨明方法和實施例1相異。
[有關能帶邊緣辨明處理] 圖10為實施例2之半導體處理裝置中，示意圖3所示標準化後的光譜的一部分的圖表，為說明能帶邊緣波長的辨明方法的一例的圖表。圖10如同圖6的情形般，為從圖3中的紅外線燈104的輸出電力為70%的情形下的標準化後的光譜當中，抽出900至1300nm的波長的範圍而成之物。
控制器110，如圖10所示，以標準化後的光譜的資料為對象，在反映出實施例1中說明的吸收邊緣的極小波長至極大波長的範圍，亦即1060至1230nm的波長的範圍，選擇具有特定的光譜強度的2點。然後，控制器110將通過選擇的2點的線形1次的特性中使得光強度成為0的波長，亦即通過該2點的直線與橫軸之交點的波長的值，訂為能帶邊緣波長。
這裡，該2點當中的較短波長的點，如同實施例1中的圖6的情形般，理想是基於會讓將標準化後的光譜以波長做1次微分後的值成為最大的點亦即反曲點來選擇。另一方面，有關該2點當中的較長波長側的點，實施例2中，晶圓103的溫度所到達的最高值頂多為500℃前後，500℃下的矽(Si)的能帶間隙為1.01eV，這相當於極大波長即1230nm。伴隨溫度變高，能帶間隙會因熱能而能帶邊緣擴展。因此，能帶間隙的值與500℃下的熱能值0.07eV的和即1.08eV，將相當於1.08eV的波長之1150nm訂為最大波長(第2最大波長)，較長波長側的點合適是被訂定在該最大波長，或在比該最大波長還短波長的範圍被選擇。
〈按照實施例2之溫度檢測方法的驗證結果〉 圖11為示意將以圖10所示方法辨明的從能帶邊緣波長得到的晶圓的溫度和運用熱電偶得到的晶圓的溫度比較的一例的圖表。這裡，從0.2至0.8的範圍內的光譜強度的值之3種值當中選擇2種值，針對選擇的各個組，基於藉由圖10所示方法辨明出的能帶邊緣波長而檢測晶圓103的溫度，並且亦藉由來自接觸晶圓103的熱電偶的輸出而檢測溫度。圖11例子中，示意藉由該2種方法檢測出的溫度。
如圖11所示，當使用光譜強度為0.2與0.4的組的情形下，可得到和運用熱電偶得到的晶圓103的溫度幾乎相等的溫度。另一方面，當使用光譜的強度為0.6與0.8的點的組的情形下，相較於使用光譜強度為0.2與0.4的組的情形，和能帶邊緣波長相對應的溫度的值會大幅分散。料想這是因為光的吸收的程度由於透射晶圓103的光所通過的構成晶圓平台102內部的光路的物質而異，此外，光的吸收的程度由於晶圓103(低電阻晶圓)的自由載子而異，其結果讓標準化後的光譜的線形性被破壞。
非專利文獻1中雖記載對於透射光的光譜運用切線而辨明能帶邊緣的方法，但當運用如上述般在狹窄的波長的範圍內定義的切線的情形下，仍會存在難以穩定檢測半導體晶圓103的溫度的波長區域。此外，圖11中示意當使用光譜強度為0.2與0.8的組的情形下檢測出的晶圓103的溫度。即使當使用光譜強度為0.2與0.8的點的組的情形下，仍可得到和運用熱電偶得到的晶圓103的溫度幾乎相等的溫度。
由以上事實可知，若使用光譜強度為0.2與0.8的組，則雖然包含當運用狹窄的波長的範圍時難以穩定地檢測之較長波長的範圍亦即0.6與0.8的組，和運用熱電偶檢測出的溫度之差仍足夠小，可得到兩者幾乎一致至視為相等的程度之溫度的值。由這樣的結果，當如實施例2般將標準化後的光譜的一部分範圍以1次直線近似，基於該直線來辨明能帶邊緣波長的情形下，若要穩定地檢測溫度，較佳是定義一以儘可能廣波長的範圍近似之直線。
另一方面，在明顯乖離吸收邊緣的波長的範圍，溫度所造成的光的光譜的形狀的變化小，因此仍會導致難以做穩定的晶圓103的溫度檢測。故，如實施例2所示，較佳是以下述方式選擇2個點，即，其中1個點包含相當於能帶間隙與被設想作為晶圓103的溫度測定範圍的最高溫度下的熱能之和的點亦即和最大波長的1150nm相對應的點，或者光譜強度為0.8的點。此外，該2個點中的另1點，較佳是基於圖6所述的反曲點，例如光譜強度為0.2的點而被訂定。又，較佳是基於通過該2點的線來辨明能帶邊緣波長。
(實施例3) 接著，運用圖12至圖14說明實施例3。實施例3中，替換實施例1中說明的蝕刻裝置100的紅外線燈104，而在晶圓平台內部配置有用來將半導體晶圓加熱的加熱器即熱板(hot plate)。即使當運用這樣的晶圓平台而從透射被載置於晶圓平台上的晶圓的光或電磁波的光譜來辨明能帶邊緣波長的情形下，仍能夠檢測晶圓的溫度。
〈半導體處理裝置的概略構成〉 圖12為示意實施例3之半導體處理裝置的概略構成例的截面圖。圖12所示半導體處理裝置，詳細而言係加熱裝置300，具備晶圓平台301、紅外線源303、光路304、分光器305、光檢測器306、控制器307。晶圓平台301例如具備圓柱的形狀，在圓形的上面搭載溫度的被檢測對象即半導體晶圓302。紅外線源303配置於晶圓平台301的上方，對晶圓302照射光或電磁波。
光路304具備被安裝於晶圓平台301的內部的光纖。分光器305連接至光路304，將藉由被安裝於光纖的先端的具有透光性的構件之受光部而接收的光予以分光。光檢測器306測定在分光器305被分光後的光的強度。控制器307將在光檢測器306得到的光譜(第1光譜)做數值處理藉此辨明能帶邊緣波長，而從該能帶邊緣波長檢測晶圓302的溫度。
圖12的構成，為運用內建含加熱器的熱板之晶圓平台301，來將被載置於其上面的晶圓302加熱。惟當然地，即使是加熱器以外的加熱的構成，效果仍不變。此外，圖12的構成，為由從配置於晶圓302的上面側的上方之紅外線源303輻射而透射晶圓302的光或電磁波來測定光譜。惟，亦可構成為在晶圓302的背面側的晶圓平台301內部配置紅外線源，而測定對晶圓302的背面照射而得到的散射反射光譜。
〈溫度檢測方法的細節〉 [有關能帶邊緣辨明處理] 圖13為示意從圖12所示加熱裝置得到的標準化後的光譜的分布的一例的圖表。於標準化時，運用和實施例1中的圖3所述方法同樣的方法。亦即，控制器307將在光檢測器306得到的光譜藉由圖3所述方法予以標準化，藉此得到如圖13所示般的標準化後的光譜(第2光譜)。惟實施例3中，從該標準化後的光譜辨明能帶邊緣波長的方法，和實施例1及實施例2相異。
亦即，實施例3中，如圖13所示，控制器307於標準化後的光譜中，在反映出上述的吸收邊緣的極小波長至極大波長的範圍亦即1060至1230nm的範圍，根據分區求積法進行藉由按照之積分，藉此算出圖表上的該範圍的部分的面積，而將其訂為最大面積。此外，控制器307對該基準面積乘上0＜K＜1的值即係數K，將得出的值訂為基準面積。然後，控制器307將會讓來自極小波長的積分值成為該基準面積之波長，訂定為能帶邊緣波長。圖13例子中，作為係數K使用1/2的值。
實施例3中，在矽(Si)製的晶圓302上形成有由單一或複數層的膜所構成的特定的構造，可能發生由晶圓302上的構造所引起的干涉圖樣。特別是，當發生這樣的干涉圖樣的情形下，藉由運用如上述般的積分法，可抵消干涉所造成的光譜強度的振動的效應。
另，基準面積例如亦可事先藉由實驗而固定地訂定。在此情形下，每當實際測定晶圓302的溫度，便對在光檢測器306得到的光譜(第1光譜)以1060nm為起點進行積分，而將積分值達到基準面積時的波長辨明作為能帶邊緣波長即可。或者，亦可每當實際測定晶圓302的溫度，便對在光檢測器306得到的光譜算出最大面積，由該最大面積算出基準面積，而由該基準面積辨明能帶邊緣波長。
〈按照實施例3之溫度檢測方法的驗證結果〉 圖14為圖12所示加熱裝置中，示意將藉由把具有最大面積的0.55倍的積分值的波長訂定為能帶邊緣波長而得到的晶圓的溫度和熱板的溫度比較的一例的圖表。具體而言，對於從紅外線源303照射而透射在表面上具有特定構造的矽製的晶圓302的光的光譜進行標準化，而從標準化後的光譜藉由圖13所示方法辨明能帶邊緣波長。圖14中，示意藉由該辨明出的能帶邊緣波長與檢量式之比較而檢測出的溫度的值，與此時運用來自連接至熱板的熱電偶等的溫度感測器的輸出而檢測出的溫度的值。
這裡，實施例3中，以熱板進行加熱後，是經過充分時間後再檢測晶圓302的溫度，由於單晶的矽製的晶圓302的熱傳導率非常高，料想熱板的溫度和晶圓302的溫度近乎相等。如圖14所示，從運用積分法辨明出的能帶邊緣波長得到的晶圓302的溫度，和熱板的溫度近乎相等，可知成功藉由非接觸方法以充分的精度測定晶圓302的溫度。
另，運用按照實施例3之積分法的能帶邊緣波長的辨明方法，其適用對象不限於如圖12所示般的加熱裝置300，亦可為如圖1B所示般的蝕刻裝置100。此外，圖12所示加熱裝置300，亦可於事先準備實施例1所述溫度與能帶邊緣波長的值之相關資料例如檢量式時使用。亦即，藉由運用如圖12所示般的加熱裝置300，可基於連接至熱板的熱電偶等的溫度感測器，以簡易的構成且簡易的方法作成高精度的檢量式。
(實施例4) 〈溫度檢測方法的細節〉 運用圖15、圖16說明實施例4。實施例4中，如同實施例3中的圖12的情形般，運用的構成為由從配置於晶圓302的上面側的上方之紅外線源303輻射而透射晶圓302的光或電磁波來測定光譜。
[有關能帶邊緣辨明處理] 圖15為示意從圖12所示加熱裝置得到的標準化後的光譜的分布的一例的圖表。於標準化時，運用和實施例1中的圖3所述方法同樣的方法。亦即，控制器307將在光檢測器306得到的光譜藉由圖3所述方法予以標準化，藉此得到如圖15所示般的標準化後的光譜(第2光譜)。惟實施例4中，從該標準化後的光譜辨明能帶邊緣波長的方法，和實施例1、實施例2及實施例3相異。
亦即，實施例4中，如圖15所示，控制器307算出基準溫度Tr下的標準化後的光譜中具有特定強度I的基準波長λr、及作為測定對象的任意的測定溫度Tm下的標準化後的光譜中具有特定強度I的測定波長λm，而將基準波長λr與測定波長λm的波長差Δλ訂定為能帶邊緣波長。基準溫度Tr理想是穩定狀態下的溫度，惟亦可配合加熱裝置而設定成任意的溫度。圖15例子中，作為基準溫度Tr使用50℃。特定強度I理想是不易受到晶圓302及晶圓302上的膜所造成的透射光的干涉之0附近的值，惟實施例4中作為特定強度I使用0.2或0.05。
實施例4中，使用的矽(Si)製的晶圓302的電阻率為0.005Ωcm(以下稱極低電阻晶圓)。特別是，這樣的極低電阻晶圓中，相較於高電阻晶圓，晶圓所造成的光的吸收大，光譜的形狀可能大幅相異。鑑此，藉由運用如上述般的差分法，可抵消光譜形狀的變化。亦即，在某一極低電阻晶圓和另一極低電阻晶圓間，雖基準波長λr或測定波長λm可能發生偏差，但料想波長差Δλ為一定。鑑此，對每一晶圓302首先在穩定狀態下算出基準波長λr，其後一面使溫度上昇一面算出測定波長λm及波長差Δλ，而將該波長差Δλ基於事先準備好的檢量式變換成溫度，藉此檢測晶圓302的測定溫度Tm即可。
〈按照實施例4之溫度檢測方法的驗證結果〉 圖16為圖12所示加熱裝置中，示意將藉由從基準溫度下的基準波長與測定溫度下的測定波長之波長差訂定能帶邊緣波長而得到的晶圓的溫度和熱板的溫度比較的一例的圖表。圖16例子中，作為基準溫度使用50℃，作為算出基準波長λr及測定波長λm時的特定強度I，使用0.2與0.05。
具體而言，對於從紅外線源303照射而透射在表面上具有特定構造的矽製的晶圓302的光的光譜進行標準化，而從標準化後的光譜藉由圖15所示方法辨明能帶邊緣波長。圖16中，示意藉由該辨明出的能帶邊緣波長和依圖15所示方法運用高電阻晶圓的光譜測定出的檢量式之比較而檢測出的溫度的值，與此時運用來自連接至熱板的熱電偶等的溫度感測器的輸出而檢測出的溫度的值。
這裡，實施例4中，以熱板進行加熱後，是經過充分時間後再檢測晶圓302的溫度，由於單晶的矽製的晶圓302的熱傳導率非常高，料想熱板的溫度和晶圓302的溫度近乎相等。如圖16所示，從基於基準波長λr與測定波長λm之波長差Δλ而辨明出的能帶邊緣波長得到的晶圓302的溫度，和熱板的溫度近乎相等，可知即使使用運用高電阻晶圓算出的檢量式，仍成功藉由非接觸方法以充分的精度測定極低電阻晶圓的溫度。當特定強度I為0.2的情形下仍成功以20℃以內的精度達成溫度測定，當特定強度I為0.05的情形更成功以10℃以內的精度達成溫度測定。因此，特定強度I理想是小到不被訊號的噪訊左右的程度。
另，運用按照實施例4之差分法的能帶邊緣波長的辨明方法，其適用對象不限於如圖12所示般的加熱裝置300，亦可為如圖1B所示般的蝕刻裝置100。此外，圖12所示加熱裝置300，亦可於事先準備實施例4所述溫度與能帶邊緣波長的值之相關資料例如檢量式時使用。亦即，藉由運用如圖12所示般的加熱裝置300，可基於連接至熱板的熱電偶等的溫度感測器，以簡易的構成且簡易的方法作成高精度的檢量式。
(實施例5) 〈溫度檢測方法的細節〉 運用圖17、圖18說明實施例5。實施例5中，如同實施例3中的圖12的情形般，運用的構成為由從配置於晶圓302的上面側的上方之紅外線源303輻射而透射晶圓302的光或電磁波來測定光譜。
[有關標準化處理] 圖17為示意從圖12所示加熱裝置得到的標準化後的光譜的分布的一例的圖表。於標準化時，運用和實施例1中的圖3所述方法稍微不同的方法，並非如圖3的情形般對每一光譜訂定最大值，而是以作為基準的光譜訂定共通的最大值。
亦即，實施例5中，控制器307從基準溫度Tr下的第1光譜算出光強度的最大值，對作為測定對象的每一任意的測定溫度Tm，從測定出的第1光譜訂定光強度的極小值，而對每一測定溫度把將Tm基準溫度Tr下的最大值減去該訂定的極小值而得的值訂定為極大值。然後，控制器307對於測定溫度Tm下的第1光譜，進行與該測定溫度Tm下訂定的極小值之差分處理後，除以該測定溫度Tm下運用共通的最大值而訂定的極大值，藉此將第1光譜標準化。藉由這樣的標準化，如圖17所示，基準溫度Tr下的第2光譜，以極小值成為0，極大值Imax成為1.0之方式被標準化。另一方面，在測定溫度Tm下的第2光譜中，極小值雖為0，但極大值不限於1.0。
[有關能帶邊緣辨明處理] 控制器307，進行了如上述般的標準化處理後，以標準化後的第2光譜為對象，運用實施例4所述的差分法進行能帶邊緣辨明處理。亦即，如圖17所示，控制器307算出基準溫度Tr下的第2光譜中具有特定強度I的基準波長λr、及測定溫度Tm下的第2光譜中具有特定強度I的測定波長λm，而將基準波長λr與測定波長λm之波長差Δλ訂定為能帶邊緣波長。然後，控制器307基於事先準備好的檢量式，將該波長差Δλ變換成溫度。基準溫度Tr理想是穩定狀態下的溫度，惟亦可配合加熱裝置而設定成任意的溫度。實施例5中，作為基準溫度Tr使用50℃，作為特定強度I使0.1或0.005。
實施例5中，在矽(Si)製的晶圓302上成膜有100nm的膜厚的SiO與500nm膜厚的多晶Si，可能發生由晶圓302上的構造所引起的干涉圖樣。特別是，當發生這樣的干涉圖樣的情形下，藉由運用如上述般的標準化法及差分法，可抵消干涉所造成的光譜強度的振動的效應。如圖17所示般，當由晶圓302上的構造所引起的干涉圖樣會讓極大值變化這樣的情形下，特定強度I理想是不易受到晶圓302及晶圓302上的膜所造成的透射光的干涉之0附近的值。
〈按照實施例5之溫度檢測方法的驗證結果〉 圖18為圖12所示加熱裝置中，示意運用基準溫度下的第1光譜的極大值進行標準化，將藉由從基準溫度下的基準波長與測定溫度下的測定波長之波長差訂定能帶邊緣波長而得到的晶圓的溫度和熱板的溫度比較的一例的圖表。圖18例子中，作為基準溫度使用50℃，作為算出基準波長λr及測定波長λm時的特定強度I，使用0.1與0.005。
具體而言，對於從紅外線源303照射而透射在表面上具有特定構造的矽製的晶圓302的光的光譜藉由圖17所示方法進行標準化，而從標準化後的光譜藉由圖17所示方法辨明能帶邊緣波長。圖18中，示意藉由該辨明出的能帶邊緣波長和依圖17所示方法運用高電阻晶圓的光譜測定出的檢量式之比較而檢測出的溫度的值，與此時運用來自連接至熱板的熱電偶等的溫度感測器的輸出而檢測出的溫度的值。
這裡，實施例5中，以熱板進行加熱後，是經過充分時間後再檢測晶圓302的溫度，由於單晶的矽製的晶圓302的熱傳導率非常高，料想熱板的溫度和晶圓302的溫度近乎相等。如圖18所示，從基於基準波長λr與測定波長λm之波長差Δλ而辨明出的能帶邊緣波長得到的晶圓302的溫度，和熱板的溫度近乎相等，可知成功藉由非接觸方法以充分的精度測定晶圓302的溫度。當特定強度I為0.1的情形下溫度測定的精度不佳，但當特定強度I為0.005的情形下則成功以35℃以內的精度達成溫度測定。因此，特定強度I理想是小到不被訊號的噪訊左右的程度。
另，運用按照實施例5之差分法的能帶邊緣波長的辨明方法，其適用對象不限於如圖12所示般的加熱裝置300，亦可為如圖1B所示般的蝕刻裝置100。此外，圖12所示加熱裝置300，亦可於事先準備實施例5所述溫度與能帶邊緣波長的值之相關資料例如檢量式時使用。亦即，藉由運用如圖12所示般的加熱裝置300，可基於連接至熱板的熱電偶等的溫度感測器，以簡易的構成且簡易的方法作成高精度的檢量式。
以上已基於實施形態具體地說明了由本發明者創作之發明，惟本發明不限定於前述實施形態，在不脫離其要旨的範圍可做種種變更。例如，前述的實施形態是為了淺顯地說明本發明而詳加說明，未必限定於要具備所說明的全部構成。此外，亦可將某一實施形態的構成的一部分置換成另一實施形態的構成，此外亦可對某一實施形態的構成加入另一實施形態的構成。此外，針對各實施形態的構成的一部分，可追加、刪除、置換其他的構成。
100:蝕刻裝置 101:處理室 102:晶圓平台 103:半導體晶圓 104,104-1~104-3:紅外線燈 105:電漿源(放電室) 106:板構件 107:光路 108:分光器 109:光檢測器 110:控制器 111:基座腔室 112:石英腔室 113:電漿 114:調壓閥 115:排氣泵浦 116:真空排氣配管 117:氣體分散板 118:頂板 119:噴氣板 120:高頻電源 122:匹配器 125:截止濾波器 130:電極板 131:DC電源 134:ICP線圈 138:冷卻器 139:流路 150:質量流量控制器單元 151:氣體分配器 163:反射板 164:紅外線燈用電源 170:熱電偶 171:熱電偶溫度計 174:紅外線透射窗 175:流路 185:石英棒 191:貫通孔 192:光纖 198:光多工器 300:加熱裝置 301:晶圓平台 302:半導體晶圓 303:紅外線源 304:光路 305:分光器 306:光檢測器 307:控制器
[圖1A]示意實施例1之半導體處理裝置的概略構成例的截面圖。 [圖1B]示意圖1A所示半導體處理裝置的更詳細的構成例的截面圖。 [圖2]示意圖1B所示蝕刻裝置中，當半導體晶圓為規定的溫度的情形下透射半導體晶圓的光的光譜的一例的圖表。 [圖3]示意圖1B所示蝕刻裝置中，將圖2所示光譜當中的高電阻晶圓的光譜以實施例1的方法標準化藉此得到的光譜的一例的圖表。 [圖4]示意圖1B所示蝕刻裝置中，將圖2所示光譜當中的高電阻晶圓的光譜以專利文獻3記載的方法標準化藉此得到的光譜的一例的圖表。 [圖5]示意將圖3所示標準化後的光譜和圖4所示標準化後的光譜比較的結果的一例的圖表。 [圖6]示意圖3所示標準化後的光譜的一部分的圖表，為說明能帶邊緣波長的辨明方法的一例的圖表。 [圖7]示意圖1B所示蝕刻裝置中，當使紅外線燈的輸出電力或輸入電力在40至70%之間變化的情形下，將運用實施例1的方法檢測出的半導體晶圓的溫度和運用接觸熱電偶檢測出的半導體晶圓的溫度比較的一例的圖表。 [圖8]示意針對相異種類的半導體晶圓，將以實施例1的方法檢測出的半導體晶圓的溫度和運用熱電偶檢測出的半導體晶圓的溫度比較的一例的圖表。 [圖9]示意圖1B所示蝕刻裝置中，以低電阻晶圓為對象，將運用實施例1的方法檢測出半導體晶圓的溫度和運用熱電偶檢測出的半導體晶圓的溫度比較的一例的圖表。 [圖10]實施例2之半導體處理裝置中，示意圖3所示標準化後的光譜的一部分的圖表，為說明能帶邊緣波長的辨明方法的一例的圖表。 [圖11]示意將以圖10所示方法辨明的從能帶邊緣波長得到的晶圓的溫度和運用熱電偶得到的晶圓的溫度比較的一例的圖表。 [圖12]示意實施例3之半導體處理裝置的概略構成例的截面圖。 [圖13]示意從圖12所示加熱裝置得到的標準化後的光譜的分布的一例的圖表。 [圖14]圖12所示加熱裝置中，示意將藉由把具有最大面積的0.55倍的積分值的波長訂定為能帶邊緣波長而得到的晶圓的溫度和熱板的溫度比較的一例的圖表。 [圖15]示意從圖12所示加熱裝置得到的標準化後的光譜的分布的一例的圖表，為說明能帶邊緣波長的辨明方法的一例的圖表。 [圖16]圖12所示加熱裝置中，示意將藉由從基準溫度下的基準波長與測定溫度下的測定波長之波長差訂定能帶邊緣波長而得到的晶圓的溫度和熱板的溫度比較的一例的圖表。 [圖17]示意從圖12所示加熱裝置得到的標準化後的光譜的分布的一例的圖表，為說明能帶邊緣波長的辨明方法的一例的圖表。 [圖18]圖12所示加熱裝置中，示意運用基準溫度下的第1光譜的極大值進行標準化，將藉由從基準溫度下的基準波長與測定溫度下的測定波長之波長差訂定能帶邊緣波長而得到的晶圓的溫度和熱板的溫度比較的一例的圖表。
101:處理室 102:晶圓平台 103:半導體晶圓 104:紅外線燈 105:電漿源(放電室) 106:板構件 107:光路 108:分光器 109:光檢測器 110:控制器

Claims (18)

  1. 一種溫度檢測裝置，具備： 光源，對半導體晶圓照射光； 分光器，將因應前述光的照射而從前述半導體晶圓發生的透射光或散射反射光予以分光； 光檢測器，測定在前述分光器被分光後的光；及 控制器，將在前述光檢測器得到的第1光譜做數值處理藉此辨明能帶邊緣(band edge)波長，而從前述能帶邊緣波長檢測前述半導體晶圓的溫度； 該溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，執行： 標準化處理，將相當於絕對零度下的半導體的能帶間隙能量之波長訂為極小波長，而將比前述極小波長還短波長區域中的光強度的最小值訂定為極小值，將相當於被設想為溫度測定範圍的最高溫度下的半導體的能帶間隙能量與熱能之差的波長訂為第1最大波長，而將從比前述第1最大波長還短波長區域中的光強度的最大值減去前述極小值而得的值訂定為極大值，對於前述第1光譜進行與前述極小值之差分處理後再除以前述極大值，藉此將其標準化； 能帶邊緣辨明處理，基於藉由前述標準化處理而得到的第2光譜，辨明前述能帶邊緣波長；及 溫度算出處理，將事先取得的溫度與能帶邊緣波長的值之相關資料和藉由前述能帶邊緣辨明處理辨明出的前述能帶邊緣波長比較，藉此檢測前述半導體晶圓的溫度。
  2. 如請求項1記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，於前述能帶邊緣辨明處理中，將在前述第2光譜上具有特定強度的波長訂定為前述能帶邊緣波長。
  3. 如請求項2記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，將相當於前述最高溫度下的半導體的能帶間隙能量的波長訂為極大波長，而從對應於從前述極小波長至前述極大波長的波長區域之光譜強度當中訂定前述特定強度。
  4. 如請求項3記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，將前述第2光譜以波長做1次微分，藉此算出會讓該1次微分後的值成為最大的反曲點，而以成為前述反曲點的光譜強度以上的值之方式訂定前述特定強度。
  5. 如請求項1記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，於前述能帶邊緣辨明處理中，將通過前述第2光譜上的2點的線與波長軸之截距訂定為前述能帶邊緣波長，而將相當於前述最高溫度下的半導體的能帶間隙能量與熱能之和的波長訂為第2最大波長，將前述第2光譜上的2點的一方訂定為前述第2最大波長。
  6. 如請求項5記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，將前述第2光譜以波長做1次微分，藉此算出會讓該1次微分後的值成為最大的反曲點，基於前述反曲點訂定前述第2光譜上的2點的另一方。
  7. 如請求項1記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，將相當於前述最高溫度下的半導體的能帶間隙能量的波長訂為極大波長，於前述能帶邊緣辨明處理中，算出對於在前述第2光譜上從前述極小波長至前述極大波長為止的積分值乘上係數K(0＜K＜1)而得的值作為基準面積，而將會讓來自前述極小波長的積分值成為前述基準面積之波長訂定為前述能帶邊緣波長。
  8. 如請求項1記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，於前述能帶邊緣辨明處理中，將事先訂定好的基準溫度下的在前述第2光譜上具有特定強度的基準波長與測定溫度下的在前述第2光譜上具有前述特定強度的測定波長之波長差，訂定為前述能帶邊緣波長。
  9. 如請求項1記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，於前述標準化處理中，對於事先訂定好的基準溫度下的前述第1光譜訂定前述最大值，而對每一測定溫度對於前述第1光譜訂定前述極小值，將從前述最大值減去前述極小值而得的值訂定為前述極大值，對每一前述測定溫度，對於前述第1光譜進行與前述極小值之差分處理後再除以前述極大值，藉此將每一前述測定溫度的前述第1光譜分別予以標準化。
  10. 如請求項9記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，於前述能帶邊緣辨明處理中，將前述基準溫度下的在前述第2光譜上具有特定強度的基準波長與對每一前述測定溫度在前述第2光譜上具有前述特定強度的測定波長之波長差訂定為前述能帶邊緣波長。
  11. 如請求項1~10中任一項記載之溫度檢測裝置，其中， 前述控制器，於進行前述標準化處理前，對於前述第1光譜更執行移動平均所致之平滑化處理。
  12. 如請求項1~7中任一項記載之溫度檢測裝置，其中， 前述光源，為藉由對前述半導體晶圓照射光而將前述半導體晶圓加熱的加熱光源。
  13. 一種半導體處理裝置，具備： 處理室，用來處理半導體晶圓； 晶圓平台，設置於前述處理室內，搭載處理對象亦即前述半導體晶圓； 電漿源，運用處理用的氣體而形成電漿； 板構件，設置於前述處理室與前述電漿源之間，包含供前述處理用的氣體導入的複數個貫通孔； 加熱光源，設置成圍繞前述板構件的外周，藉由對前述半導體晶圓照射光而將前述半導體晶圓加熱； 分光器，將因應前述光的照射而從前述半導體晶圓發生的透射光或散射反射光予以分光； 光檢測器，測定在前述分光器被分光後的光；及 控制器，將在前述光檢測器得到的第1光譜做數值處理藉此辨明能帶邊緣(band edge)波長，而從前述能帶邊緣波長檢測前述半導體晶圓的溫度； 前述控制器，執行： 標準化處理，將相當於絕對零度下的半導體的能帶間隙能量之波長訂為極小波長，而將比前述極小波長還短波長區域中的光強度的最小值訂定為極小值，將相當於被設想為溫度測定範圍的最高溫度下的半導體的能帶間隙能量與熱能之差的波長訂為第1最大波長，而將從比前述第1最大波長還短波長區域中的光強度的最大值減去前述極小值而得的值訂定為極大值，對於前述第1光譜進行與前述極小值之差分處理後再除以前述極大值，藉此將其標準化； 能帶邊緣辨明處理，基於藉由前述標準化處理而得到的第2光譜，辨明前述能帶邊緣波長；及 溫度算出處理，將事先取得的溫度與能帶邊緣波長的值之相關資料和藉由前述能帶邊緣辨明處理辨明出的前述能帶邊緣波長比較，藉此檢測前述半導體晶圓的溫度。
  14. 如請求項13記載之半導體處理裝置，其中， 前述控制器，將相當於前述最高溫度下的半導體的能帶間隙能量的波長訂為極大波長，而從對應於從前述極小波長至前述極大波長的波長區域之光譜強度當中訂定特定強度，於前述能帶邊緣辨明處理中，將在前述第2光譜上具有前述特定強度的波長訂定為前述能帶邊緣波長。
  15. 如請求項14記載之半導體處理裝置，其中， 前述控制器，將前述第2光譜以波長做1次微分，藉此算出會讓該1次微分後的值成為最大的反曲點，而以成為前述反曲點的光譜強度以上的值之方式訂定前述特定強度。
  16. 如請求項13記載之半導體處理裝置，其中， 前述控制器，於前述能帶邊緣辨明處理中，將通過前述第2光譜上的2點的線與波長軸之截距訂定為前述能帶邊緣波長，而將相當於前述最高溫度下的半導體的能帶間隙能量與熱能之和的波長訂為第2最大波長，將前述第2光譜上的2點的一方訂定為前述第2最大波長。
  17. 如請求項13記載之半導體處理裝置，其中， 前述控制器，將相當於前述最高溫度下的半導體的能帶間隙能量的波長訂為極大波長，於前述能帶邊緣辨明處理中，算出對於在前述第2光譜上從前述極小波長至前述極大波長為止的積分值乘上係數K(0＜K＜1)而得的值作為基準面積，而將會讓來自前述極小波長的積分值成為前述基準面積之波長訂定為前述能帶邊緣波長。
  18. 如請求項13~17中任一項記載之半導體處理裝置，其中， 前述控制器，於進行前述標準化處理前，對於前述第1光譜更執行移動平均所致之平滑化處理。
TW112105614A 2022-03-16 2023-02-16 溫度檢測裝置及半導體處理裝置 TWI830598B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
WOPCT/JP2022/011898 2022-03-16
PCT/JP2022/011898 WO2023175766A1 (ja) 2022-03-16 2022-03-16 温度検出装置および半導体処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202339039A TW202339039A (zh) 2023-10-01
TWI830598B true TWI830598B (zh) 2024-01-21

Family

ID=88022533

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112105614A TWI830598B (zh) 2022-03-16 2023-02-16 溫度檢測裝置及半導體處理裝置

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP7389938B1 (zh)
KR (1) KR20230136108A (zh)
CN (1) CN117321747A (zh)
TW (1) TWI830598B (zh)
WO (1) WO2023175766A1 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002054460A1 (fr) * 2000-12-27 2002-07-11 Nikon Corporation Dispositif d'exposition
EP1670041A1 (en) * 2003-08-28 2006-06-14 Nikon Corporation Exposure method and apparatus, and device manufacturing method
CN102738039A (zh) * 2011-03-30 2012-10-17 东京毅力科创株式会社 测量装置以及等离子体处理装置
TW202205426A (zh) * 2020-03-27 2022-02-01 日商日立全球先端科技股份有限公司 半導體製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6891124B2 (en) * 2000-01-05 2005-05-10 Tokyo Electron Limited Method of wafer band-edge measurement using transmission spectroscopy and a process for controlling the temperature uniformity of a wafer
US20050106876A1 (en) 2003-10-09 2005-05-19 Taylor Charles A.Ii Apparatus and method for real time measurement of substrate temperatures for use in semiconductor growth and wafer processing
JP6820717B2 (ja) 2016-10-28 2021-01-27 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002054460A1 (fr) * 2000-12-27 2002-07-11 Nikon Corporation Dispositif d'exposition
EP1670041A1 (en) * 2003-08-28 2006-06-14 Nikon Corporation Exposure method and apparatus, and device manufacturing method
CN102738039A (zh) * 2011-03-30 2012-10-17 东京毅力科创株式会社 测量装置以及等离子体处理装置
TW202205426A (zh) * 2020-03-27 2022-02-01 日商日立全球先端科技股份有限公司 半導體製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7389938B1 (ja) 2023-11-30
JPWO2023175766A1 (zh) 2023-09-21
KR20230136108A (ko) 2023-09-26
TW202339039A (zh) 2023-10-01
WO2023175766A1 (ja) 2023-09-21
CN117321747A (zh) 2023-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10672595B2 (en) Plasma processing apparatus and operation method thereof
JP5686952B2 (ja) 温度および放射率／パターン補償を含む膜形成装置および方法
JP5205268B2 (ja) 温度コントロールおよびパターン補償装置
US11482435B2 (en) Plasma processing apparatus
US5200023A (en) Infrared thermographic method and apparatus for etch process monitoring and control
JP4368792B2 (ja) 熱処理チャンバ内で温度測定装置を較正するシステムおよび方法
JP3774094B2 (ja) 膜厚、加工深さ測定装置及び成膜加工方法
TWI734700B (zh) 處理速率決定設備
JP6820717B2 (ja) プラズマ処理装置
KR20110020943A (ko) 식각 프로세스에서 적외선 전송에 의한 기판 온도 측정
TWI343474B (en) Methods and apparatus for determining the temperature of a substrate
US9412565B2 (en) Temperature measuring method and plasma processing system
JP2013057660A (ja) 独立光源を用いたウェハ温度測定のための方法及び装置
TWI830598B (zh) 溫度檢測裝置及半導體處理裝置
US10930530B2 (en) Methods and apparatus for wafer temperature measurement
KR20050050079A (ko) 전자기선 방출로 기판 온도를 현장에서 모니터하는 방법과장치
JPH11258054A (ja) ウエハ温度測定方法とその装置
KR20220069532A (ko) 실시간 분광 장치 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템
WO2023055537A1 (en) Etalon thermometry for plasma environments