(57)【要約】  【課題】半導体デバイス製造装置において、臨界点（ハンドギャップ等）近傍のエネルギーを有するレーザ光の反射率を測定することで、基板の温度をリアルタイムに測定可能とする。  【解決手段】半導体デバイス製造装置３において、基板５の臨界点（バンドギャップ等）に近いエネルギーを有する第１レーザ発振器1を観察窓４から照射し、基板５から反射された光量を検出する光検出器８を備え、反射量から反射率を求め、既知の反射率と比較し、基板５の温度をリアルタイムに測定する。観察窓４の汚れ等による測定低下を、基板５の温度によって反射率が殆ど変化しない波長のレーザ光を用いて補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖されている空間であるチャンバー内に加工処理されている基板に、第１レーザ光を、前記第１レーザ光を透過する前記チャンバーの観察窓から照射して、前記レーザ光が前記基板に反射した反射光である第１反射光を測定して前記基板の温度を測定する方法において、
前記観察窓を透過する第２レーザ光を前記第１レーザ光と同時に前記観察窓から照射し、
前記第２レーザ光が前記基板に反射した反射光である第２反射光を測定し、
前記第２反射光の値から、前記第１レーザ光が前記観察窓による減衰・分散を求め、前記第１レーザ光の反射率を補正して前記温度を測定する
ことを特徴とする基板の温度測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板の温度測定方法において、
前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を光分波手段によって２以上の照射ビームに分波して、前記観察窓から照射し、
前記２以上の照射ビームの前記第１反射光及び前記第２反射光をそれぞれ別々に測定する
ことを特徴とする基板の温度測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の基板の温度測定方法において、
前記第２レーザ光は、前記基板の表面の温度による反射率の変化が小さい波長を有する
ことを特徴とする基板の温度測定方法。
【請求項４】
請求項１から３の中から選択される１項に記載の基板の温度測定方法において、
前記第１レーザ光は、前記基板の臨界点近傍のエネルギーを有する波長を有し、
前記第１反射光の反射率は、前記基板の温度変化によって変化する
ことを特徴とする基板の温度測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の基板の温度測定方法において、
前記臨界点は、バンドギャップである
ことを特徴とする基板の温度測定方法。
【請求項６】
請求項１から５の中から選択される１項に記載の温度測定方法において、
前記基板は、シリコンウェハである
ことを特徴とする基板の温度測定装置。
【請求項７】
閉鎖されている空間であるチャンバー内に加工処理されている基板に、レーザ光を透過する前記チャンバーの観察窓の外側に設けられ、前記観察窓から第１レーザ光を照射するための第１レーザ光照射手段と、
前記第１レーザ光が前記基板に反射した反射光である第１反射光を測定するためのもので、前記観察窓の外側に設けられた第１レーザ光測定手段と、及び
前記第１レーザ光測定手段によって測定された第１反射光の値から前記基板の温度を求めるための計算処理手段と
からなる温度測定装置において、
第２レーザ光を前記第１レーザ光と同時に前記観察窓から照射するためのもので、前記観察窓の外側に設けられた第２レーザ光照射手段と、及び
前記第２レーザ光が前記基板に反射した反射光である第２反射光を測定するためのもので、前記観察窓の外側に設けられた第２レーザ光測定手段と
を有し、
前記計算処理手段は、前記第２レーザ光測定手段によって検出した前記第２反射光の値から、前記第１レーザ光及び前記第１反射光が前記観察窓による減衰量を求め、前記第１レーザ光測定手段の測定値を補正して前記温度を求める
ことを特徴とする基板の温度測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の温度測定装置において、
合波されて１本のビームになった前記第１レーザ光及び、前記第２レーザ光を前記観察窓から照射される前に２以上の照射ビームに分波するための光分波手段と、
前記２以上の照射ビームが前記基板に反射した反射光である２以上の反射ビームを構成する前記第１反射光、及び前記第２反射光それぞれを別々に測定するために前記照射ビームの数に相当する前記第１レーザ光測定手段と前記第２レーザ光測定手段と
を有する
ことを特徴とする基板の温度測定装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の温度測定装置において、
前記第２レーザ光は、前記基板の表面の温度による反射率の変化が小さい波長を有する
ことを特徴とする基板の温度測定装置。
【請求項１０】
請求項７〜９の中から選択される１項に記載の温度測定装置において、
前記第１レーザ光は、前記基板の臨界点近傍のエネルギーを有する波長を有し、
前記第１反射光の反射率は、前記基板の温度変化によって変化する
ことを特徴とする基板の温度測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の温度測定装置において、
臨界点はバンドギャップである
ことを特徴とする基板の温度測定装置。
【請求項１２】
請求項７から１１の中から選択される１項に記載の温度測定装置において、
前記基板の温度及び前記反射率の関係を示すデータを格納したメモリ手段を有し、
前記計算処理手段は、前記補正された前記測定値から前記温度を求める際、前記メモリから前記測定値に対応する温度を取得して、出力する
ことを特徴とする基板の温度測定装置。
【請求項１３】
請求項７から１２の中から選択される１項に記載の温度測定装置において、
前記基板は、シリコンウェハである
ことを特徴とする基板の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面の温度及びその分布を測定する基板の温度測定方法及びその装置に関するものである。詳しくは、デバイス製造に用いられるシリコンウェハ基板等の表面温度及びその分布を測定する基板の温度測定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置において、ウェハの温度はデバイスの特性や歩留まりに大きく影響する。そのウェハの製造・処理プロセス、及びウェハを用いてデバイスを製造するプロセスにおいては、ウェハの温度測定は重要な評価項目である。デバイスの微細化に伴いウェハの表面近傍のみを急激に高温加熱し、拡散原子層を制限する熱処理技術や、レジスト材料の変化に伴いプロセスの温度制御が厳しくなるなかで、高精度で、かつ、温度分布測定が可能なリアルタイム温度測定技術が求められている。
【０００３】
従来の基板の温度測定は、主に熱電対法又は赤外線法を用いている。熱電対法は、熱電対をウェハに埋め込むか、熱電対をウェハホルダーに配置して温度を測定する方法である。赤外線法は、ステファン・ボルツマンの法則やプランクの法則等の放射公式を利用してウェハからの熱放射を放射温度計によって測定する方法である。
【０００４】
しかし、熱電対をウェハに埋め込んだ場合は、デバイスの汚染源となり、製造工程には使用できない。また、熱電対をウェハホルダーに埋め込んだ場合は、ウェハ表面の温度を正確に測定できない。
【０００５】
一方、放射温度計を用いる場合は、ウェハから放射される放射量を放射公式を利用して温度に関係づけるが、その計算の際に見積放射係数を必要する。さらに、放射温度計は観察窓の外側に設けられている場合は、観察窓の汚れ等による放射量の変化が生ずるため、正確な温度測定ができない。
【０００６】
これらの方法に対して、光を基板に照射して温度を測定する方法が提案されている。その１つは、照射光が基板から反射される反射量から温度を求める方法である。一般に、可視光がシリコンに反射する際の反射率は、基板の温度によって変化する。この反射率の基板の温度による変化は、１０−５／℃程度と非常に小さい。半導体製造装置を室内で使用すると、一般の照明から発せられる照明光、半導体製造装置自体から発せられる熱放射等が検出器に検出される。このために、反射率の変化から温度を測定しようとすると、特別な暗室の使用等の実験室的な環境ではない限り、検出感度は限界があり、高精度の測定が困難である。
【０００７】
更に、光照射を利用した温度測定には、シリコンの臨界点（バンドギャップ等）エネルギーが、温度上昇と伴に敏感に減少することを利用することが可能である。光の吸収係数が変化するところでは、反射率も変化する。例えば、非特許文献１の図１には、吸収係数と、温度との関係を示している。この反射率は、光の複屈折率から計算される。
【０００８】
バンド端近傍の光吸収スペクトル、反射スペクトル、透過率等から、温度を測定する温度計がある。特許文献１、２には、光吸収端が温度により変化する半導体を温度センサとして利用した光学温度計を開示している。つまり、被測定点に取り付けられた温度センサの内部に半導体温度センサが設けられ、被測定光は温度センサの内部のミラーで反射して半導体温度センサを透過して検出される。
【０００９】
特許文献３には、半導体ウェハに赤外線を照射し、照射された赤外線の反射光及び、半導体ウェハから放射される赤外線の内の複数の波長を測定する温度測定方法及び半導体製造装置を開示している。
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett. Vol.41(7), 1.Oct 1982, p.594-596.
【特許文献１】特許公開公報昭５９−１６０７２５号
【特許文献２】特許公開公報昭５９−１６２４２９号
【特許文献３】特許公開公報平２−２１２７２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
放射温度計を用いる場合は、ウェハから放射される放射量を放射公式を利用して温度に関係づけるが、その計算の際に見積放射係数を必要する。さらに、放射温度計は観察窓の外側に設けられている場合は、観察窓の汚れ等による放射量の変化が生ずるため、正確な温度測定ができない。
【００１１】
透過率測定や吸収測定はウェハの厚さに依存すること、表面だけでなくウェハ内部の温度変化も同時に測定に含まれるため、表面近傍の正確な温度測定ができない。また、反射スペクトル測定では、スペクトル解析が必要となるため次のような問題点がある。測定時間が長くなり、測定点が1箇所等に制限される。更に、反射スペクトル測定装置が複雑になる等の問題がある。
【００１２】
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、半導体プロセル装置内のシリコンウェハの温度をウェハを汚染することなく、かつ、直接表面温度を測定する基板の温度測定方法及びその装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明の第１の発明の基板の温度測定方法は、閉鎖されている空間であるチャンバー内に加工処理されている基板に、第１レーザ光を、前記第１レーザ光を透過する前記チャンバーの観察窓から照射して、前記レーザ光が前記基板に反射した反射光である第１反射光を測定して前記基板の温度を測定するための方法である。
本発明の第１の発明の基板の温度測定方法は、前記観察窓を透過する第２レーザ光を前記第１レーザ光と同時に前記観察窓から照射し、前記第２レーザ光が前記基板に反射した反射光である第２反射光を測定し、前記第２反射光の値から、前記第１レーザ光が前記観察窓による減衰・分散を求め、前記第１レーザ光の反射率を補正して前記温度を測定する  ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の発明の基板の温度測定方法は、発明１の基板の温度測定方法において、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を光分波手段によって２以上の照射ビームに分波して、前記観察窓から照射し、前記２以上の照射ビームの前記第１反射光及び前記第２反射光をそれぞれ別々に測定することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の発明の基板の温度測定方法は、発明１又は２の基板の温度測定方法において、前記第２レーザ光は、前記基板の表面の温度による反射率の変化が小さい波長を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第４の発明の基板の温度測定方法は、発明１から３の中から選択される１発明の基板の温度測定方法において、前記第１レーザ光は、前記基板の臨界点近傍のエネルギーを有する波長を有し、前記第１反射光の反射率は、前記基板の温度変化によって変化することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第５の発明の基板の温度測定方法は、発明４の基板の温度測定方法において、前記臨界点は、バンドギャップであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第６の発明の基板の温度測定方法は、発明１から５の中から選択される１発明の温度測定方法において、前記基板は、シリコンウェハであることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第７の発明の基板の温度測定装置は、閉鎖されている空間であるチャンバー内に加工処理されている基板に、レーザ光を透過する前記チャンバーの観察窓の外側に設けられ、前記観察窓から第１レーザ光を照射するための第１レーザ光照射手段と、前記第１レーザ光が前記基板に反射した反射光である第１反射光を測定するためのもので、前記観察窓の外側に設けられた第１レーザ光測定手段と、及び前記第１レーザ光測定手段によって測定された第１反射光の値から前記基板の温度を求めるための計算処理手段とからなる温度測定装置において用いられる。
【００２０】
本発明の第７の発明の基板の温度測定装置は、第２レーザ光を前記第１レーザ光と同時に前記観察窓から照射するためのもので、前記観察窓の外側に設けられた第２レーザ光照射手段と、及び前記第２レーザ光が前記基板に反射した反射光である第２反射光を測定するためのもので、前記観察窓の外側に設けられた第２レーザ光測定手段とを有し、
前記計算処理手段は、前記第２レーザ光測定手段によって検出した前記第２反射光の値から、前記第１レーザ光及び前記第１反射光が前記観察窓による減衰量を求め、前記第１レーザ光測定手段の測定値を補正して前記温度を求めることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第８の発明の基板の温度測定装置は、発明７の温度測定装置において、合波されて１本のビームになった前記第１レーザ光及び、前記第２レーザ光を前記観察窓から照射される前に２以上の照射ビームに分波するための光分波手段と、前記２以上の照射ビームが前記基板に反射した反射光である２以上の反射ビームを構成する前記第１反射光、及び前記第２反射光それぞれを別々に測定するために前記照射ビームの数に相当する前記第１レーザ光測定手段と前記第２レーザ光測定手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第９の発明の基板の温度測定装置は、発明７又は８の温度測定装置において、前記第２レーザ光は、前記基板の表面の温度による反射率の変化が小さい波長を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第１０の発明の基板の温度測定装置は、発明７〜９の中から選択される１発明の温度測定装置において、前記第１レーザ光は、前記基板の臨界点近傍のエネルギーを有する波長を有し、前記第１反射光の反射率は、前記基板の温度変化によって変化することを特徴とする。
【００２４】
本発明の第１１の発明の基板の温度測定装置は、発明１０の温度測定装置において、臨界点はバンドギャップであることを特徴とする。
【００２５】
本発明の第１２の発明の基板の温度測定装置は、発明７から１１の中から選択される１発明の温度測定装置において、前記基板の温度及び前記反射率の関係を示すデータを格納したメモリ手段を有し、前記計算処理手段は、前記補正された前記測定値から前記温度を求める際、前記メモリから前記測定値に対応する温度を取得して、出力することを特徴とする。
【００２６】
本発明の第１３の発明の基板の温度測定装置は、発明７から１２の中から選択される１発明の温度測定装置において、前記基板は、シリコンウェハであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、次の効果が奏される。
本発明の光学系は、デバイス製造装置の観察窓からレーザ光を照射し、その反射光を観察窓から検出するため、従来のデバイス製造装置に手を加えることなく温度測定が可能である。
被測定物に照射しているレーザ光は、半導体のバンドギャップ等の臨界点付近の周波数を有し、温度変化に敏感なため高い精度で温度測定が可能である。
【００２８】
また、レーザ光を被測定物の複数個所に照射することによって、リアルタイムに温度分布を測定することができる。
被測定物の温度測定用のレーザ光と一緒に、被測定物の温度に殆ど依存しないレーザ光を用いることで、デバイス製造装置の観察窓の汚れ等を補正することができ、測定感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、反射率の温度変化が大きい臨界点（バンドギャップ等）近傍のエネルギーを有するレーザ光の反射率の変化と、既知の反射率データから基板表面温度を測定するものである。レーザ光をデバイス製造装置内の基板に照射し、その反射光量を測定して反射率を計算し、既知反射率データと比較して基板表面温度を求める。
【００３０】
〔本発明の第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の温度測定装置の第１の実施の形態の概要を示す図である。１と１１は第１レーザ発振器と第２レーザ発振器である。２はビームスプリッタである。３はデバイス製造装置で、４はデバイス製造装置３に設けられた観察窓で、５はデバイス製造装置３内のウェハである。６はビームスプリッタ、７と１２は光学フィルター、８、１３は光検出器である。
【００３１】
第１レーザ発振器１は、ウェハ５の温度を測定するためのレーザ光を発振するものである。第１レーザ発振器１から発振されるレーザ光の周波数は、ウェハ５の臨界点付近の周波数であることが必要である。例えば、ウェハ５は、シリコンウェハの場合は、第１レーザ発振器１から発振されるレーザ光の周波数は１．０６４μｍ又は他の臨界点近傍の周波数であることが好ましい。
【００３２】
光検出器８は、第１レーザ発振器１から発振されたレーザ光がウェハ５に反射した反射光を検出するための光検出器である。光学フィルター７は、反射光の波長を透過させるためのバンドパスフィルターである。第１レーザ発振器１から発振されたレーザ光は、観察窓４を透過してウェハ５で照射される。レーザ光が観察窓４を透過したらウェハ５に照射されて、ウェハ５に反射する。このときレーザ光の周波数は、ウェハ５の表面温度によって変化する。このときの反射光は、再度観察窓４を透過して光検出器８によって検出される。第１レーザ発振器１から発振されたレーザ光がウェハ５には、ウェハ５の表面に対して角度θで入射し、角度θで反射する。
【００３３】
第２レーザ発振器１１は、デバイス製造装置３の観察窓４に付着した汚れ、異物等の影響をモニターするためのものである。第２レーザ発振器１１は、デバイス製造装置３内の温度によって、その反射率が殆ど変化しない波長のレーザ光を発振する。第１レーザ発振器１、第２レーザ発振器１１は、固体、気体、半導体等のレーザ光を利用することができる。更に、第１レーザ発振器１、第２レーザ発振器１１は、連続発振又はパルス発振をするものである。
【００３４】
光検出器１３は、第２レーザ発振器１１から発振されたレーザ光の反射光を検出するためのものである。光検出器８、１３は、レーザ光を検出し、そのパワーに比例した出力するものであれば、どんな種類のものでも良い。例えば、光検出器８、１３としては、ＡＰＤ等のフォトダイオードを利用することが可能である。
【００３５】
観察窓４の汚れ、観察窓４に付着した異物等の影響で、第１レーザ発振器１から発振されたレーザ光と、その反射光は乱れ、これを検出するときばらつきが生じる。この欠点を補うためには、デバイス製造装置３内の温度によってその反射率が殆ど変化しない第２レーザ発振器１１を用いる。
【００３６】
ウェハ５は、本例では、半導体製造用のシリコンウェハである。ビームスプリッタ２は、第１レーザ発振器１及び第２レーザ発振器１１から発振されたレーザ光を重ねるための合波器である。第１レーザ発振器１及び第２レーザ発振器１１から発振されたレーザ光は、それぞれビームスプリッタ２によって重なり１本のビームになり、観察窓４の同じ位置（微小な領域）に照射される。
【００３７】
ビームスプリッタ６は、反射光を光検出器８及び光検出器１３に検出させるために、反射光を、温度測定用の反射光と、観察窓４による補正用の反射光に分離するためのビームスプリッタである。観察窓４は、通常は、肉眼でデバイス製造装置３内の処理プロセスを作業者等が肉眼で確認できるための窓であり、透明なガラス等によって作られている。観察窓４は、汚れたりすることが日常茶飯事である。この汚れは、局所的なものあれば、観察窓４の表面全体に異物が付着することもある。さらに、観察窓４の外側は元より、その内側も製造プロセスに伴って汚れることがある。
【００３８】
これらの汚れは、測定に大きく影響している。第１レーザ発振器１から発振されて被測定物（例えば、ウェハ５）に照射されるとき、またはそれが被測定物（例えば、ウェハ５）反射して検出されるとき、観察窓４は清浄ではない、つまりこの観察窓４は汚れを通過し減衰・散乱する。このためには、この汚れによる減衰・散乱を補正しないと反射光の検出精度が低下する。よって、ウェハ５表面の温度測定の精度が低下する。第２レーザ発振器１１から発振されるレーザ光は、こうした観察窓４による測定への影響を補正するためのものである。
【００３９】
光検出器８、１３は、反射光を検出して、電気信号に変換して出力する。この電気信号は、光検出器８、１３に接続された電子計算機（図示せず）に入力されて処理される。また、第１レーザ発振器１と第２レーザ発振器１１の出力をモニタするためには、レーザ光の一部を分波するためのビームスプリッタ１４、１６と、レーザ光を検出するための光検出器１５、１７を設けている。第１レーザ発振器１から発振されるレーザ光の一部は、ビームスプリッタ１４によって分波され、光検出器１５によって検出される。
【００４０】
第２レーザ発振器１１から発振されるレーザ光の一部は、ビームスプリッタ１６によって分波され、光検出器１７によって検出される。光検出器１５、１７は、レーザ光を検出して電気信号を出力する。光検出器１５、１７から出力される電気信号は、電子計算機に入力される。
【００４１】
〔電子計算機の処理の流れ〕
電子計算機は、ウェハ５の表面の温度を計算して求める。このときの処理の流れの例を図４のフローチャートに図示している。測定が開始されると共に、電子計算機は、光検出器８、１３、及び光検出器１５、１７から出力された電気信号を受信して（ステップ１０〜１６）、内部処理してウェハ５の表面の温度を計算する（ステップ１８〜２４）。最初は、光検出器１５、１７から受信した電気信号から観察窓４による補正値を計算する（ステップ１８）。次に、光検出器８、１３から受信したデータからレーザ光の反射率を計算する（ステップ２０）。
【００４２】
第１レーザ発振器１から発振されたレーザ光が、ウェハ５の表面に反射される。このとき、ウェハ５の表面温度によってレーザ光の反射率が変化する。反射されたレーザ光が光検出器８に検出される。光検出器１、光検出器８と値を比較し、この値をステップ１４によって計算した補正値によって補正して反射率を計算する。電子計算機の内蔵ハードディスク等の記憶装置には、レーザ光の反射率とウェハ５の表面温度との関係を示す既知データが保存されている。この既知データは、予め実験された値である。
【００４３】
この既知データは、ウェハ５の材料によって異なる値になっている。この既知データは、ウェハ５の材料ごとに、各温度ごとに測定される。このときの温度は、ウェハ５の温度を直接測定する方法によって測定される。電子計算機は、記憶装置からこの既知データを読み込む（ステップ２２）。この既知データと、反射率を比較して、ウェハ５の表面の温度を計算する（ステップ２４）。電子計算機によって計算されたウェハ５の温度は、電子計算機のディスプレイに表示される（ステップ２６）。よって、電子計算機のディスプレイを見ている作業者は、ウェハ５の温度を知ることができる。
【００４４】
更に、電子計算機によって計算されたウェハ５の温度の値は、電子計算機内に保存される（ステップ２８）。電子計算機によって計算されたウェハ５の温度の値は、電子計算機で動作しているアプリケーションプログラムに渡される（ステップ３０）。電子計算機によって計算されたウェハ５の温度の値は、電子計算機に接続されているデバイスや装置等に送信される（ステップ３２）。これらのデバイスや装置等は、このデータに基づいてデバイス製造装置３を制御・監視する装置であることが好ましい。
【００４５】
更に、電子計算機によって計算されたウェハ５の温度の値は、電子計算機に通信ネットワークによって接続されている他の電子計算機やサーバ等に送信されて、活用されることも可能である。電子計算機は、第１レーザ発振器１、第２レーザ発振器１１、デバイス製造装置３を制御することが可能である。このとき、電子計算機によって計算された温度はその制御に利用されることも可能である。
【００４６】
このように、あらかじめ測定したウェハ５の反射光量から反射率を求め、更にウェハ５の温度を計算する。ウェハ５からの反射角度は自由に変更できるため、観察窓４を有する装置であれば、殆どの装置に応用可能となる。一般に媒質０から媒質１に入射角θ０で光が入射したとき、その光の反射率Ｒは、反射角θ１方向において次の数式１によって求まられる。
【数１】
2007271399.tif 000003
【００４７】
上記の数式において、n0、κ0は媒質０の屈折率と消光係数、n1、κ1は媒質１の屈折率と消光係数である。媒質０を真空とし角度を固定すると数式（１）は、Ａを定数として変形できる。室温では１．０６４μｍの波長の光は殆ど吸収されないが、すなわち、吸収係数が０に近いが、温度上昇と伴に、吸収係数が急激に増加する。吸収係数の増加は、消光係数の増加と等価であるから、数式１のκ１が増加し、反射率が増加する。
【００４８】
更に、ウェハ５から反射光をＣＣＤカメラで受光して、受光画像を処理し、反射光量と同時に反射角度を求める。つまり、反射光の重心位置をもとめ、反射光の反射角を計算できる。シリコン基板の場合は、温度が５００度以上になると、１μｍ程度の光が基板から熱輻射されるため、この熱輻射温度以下の温度が好ましい。このように、本発明は、レーザ光を用いることで、基板（ウェハ）を汚染することがなく、デバイス製造装置の観察窓からプロセス中に、直接、ビームを入射し、リアルタイムで基板の表面温度を測定できる。基板材料の臨界点近傍の光を用いることで、反射率が大きく変化するために、高精度の温度測定が可能である。基板材料の臨界点としては、バンドギャップ等を用いることが好ましい。
【実施例】
【００４９】
上述の第１の実施の形態の温度測定装置を用いて、測定を行った。このとき、第１レーザ発振器１には発振波長１．０６４μｍのＹＡＧレーザ、第２レーザ発振器１１には発振波長８１０ｎｍの半導体レーザを利用して、反射光を光検出器８、１３で検出した。光検出器８、１３はシリコンフォトダイオードである。第１レーザ発振器１、第２レーザ発振器１１の出力をモニタリングするための光検出器１５、１７としてもシリコンフォトダイオードを用いた。ウェハ５は、シリコン基板（ＣＺウェハ）である。測定結果を図２のグラフに図示している。図２のグラフの縦軸は、光検出器８によって検出した反射光のパワー（以下、反射光量という。）である。
【００５０】
図２のグラフの縦軸は、反射光量を規格化して表している。図２のグラフの横軸は、ウェハ５の表面温度（℃）である。あらかじめ測定したシリコンの反射光量から反射率を求め、ウェハ５の温度を計算した。図２のグラフからは、反射光量が温度と比例して増加していることが分かる。図２では、入射角はほぼ90度であるが、任意の角度における反射率は式（１）より補正可能である。図２からも分かるように、温度に対する反射光量の変化は、０．０７％／℃で臨界点外のエネルギーの光の反射率より約1桁高く、高精度に温度測定が可能となる。
【００５１】
〔本発明の第２の実施の形態〕
本発明のその他の実施の形態を説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態の温度測定装置の概要を示す図である。第２の実施の形態においては、第１の実施の形態と同様なものは同一符号を用い、説明は省略する。以下の説明においては、第１の実施の形態と異なるものだけを説明する。この温度測定装置は、ウェハ５の複数箇所の温度を同時に測定する。図５に図示するように、ビームスプリッタ２の後に、レーザビームを分割するためのビームスプリッタ１８と、ミラー１９を設けている。
【００５２】
レーザビームは、ビームスプリッタ１８とミラー１９によって複数のビームに分割され、平行光線になり、ウェハ５の別々の場所に照射される。この照射された複数のビームは、ウェハ５の表面に反射する。図５には、レーザビームはビームスプリッタ１８とミラー１９によって３本のビームに分割されて、この反射位置を測定点１〜３で表している。この反射されたレーザビームそれぞれを別々の光検出部２０〜２２で検知する。光検出部２０〜２２は、それぞれビームスプリッタ６、光検出器８、１３、光学フィルター７、１２からなる。光検出部２０〜２２の光検出器８、１３でレーザビームが検出され、光検出器８、１３から出力された検出信号は、後段の電子計算機（図示せず）によって信号処理される。
【００５３】
このように、ウェハ５の複数の場所の表面温度を同時に測定することができる。ビームスプリッタ１８と、ミラー１９の配置、設計を変更することによって、ウェハ５の照射位置を変更することができる。ビームスプリッタ１８、ミラー１９、光検出部２０〜２２の代わりには、レーザビームを複数のビームに分割し、ウェハ５に照射し、反射光を検出できるものであれば、どのような構造、動作原理の光学系、光学機器でも良く、本発明の第１又は第２の実施の形態によって限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、半導体デバイス製造装置内のウェハの表面温度測定、そのリアルタイム測定に利用されると良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の温度測定装置の概要を図示した図である。
【図２】図２は、反射光量の温度依存性を示すグラフである。
【図３】図３は、反射率の温度依存性を示すグラフである。
【図４】図４は、電子計算機によってウェハ表面の温度を計算する例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態の温度測定装置（ウェハ５の複数の場所を同時に測定）の概要を図示した図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…第１レーザ発振器
１１…第２レーザ発振器
２、６、１４、１６、１８…ビームスプリッタ
３…デバイス製造装置
４…観察窓
５…ウェハ
７、１２…光学フィルター
８、１３、１５、１７…光検出器
１９…ミラー
２０、２１、２２…光検出部
【図１】
2007271399.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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