(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求めることが可能な温度測定装置を提供する。【解決手段】所定の厚さを有する被処理体Ｗの温度を測定する温度測定装置５４において、被処理体内で表面Ｗａと裏面Ｗｂとの間で反射を複数回繰り返させるために被処理体の表面に対して斜め方向からｓ偏光になされた参照光Ｉを照射する発光手段５６と、被処理体の表面側に位置されて被処理体からの反射光Ｈの複数のビームＩ０ ，Ｉ１ ，Ｉ２ を受光する受光手段５８と、受光手段で得られた複数のビームの検出値に基づいて被処理体の温度を求める温度算出手段６０とを備える。これにより、比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の厚さを有する被処理体の温度を測定する温度測定装置において、
前記被処理体内で表面と裏面との間で反射を複数回繰り返させるために前記被処理体の表面に対して斜め方向からｓ偏光になされた参照光を照射する発光手段と、
前記被処理体の表面側に位置されて前記被処理体からの反射光の複数のビームを受光する受光手段と、
前記受光手段で得られた前記複数のビームの検出値に基づいて前記被処理体の温度を求める温度算出手段と、
を備えたことを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記複数のビームには、前記参照光が前記被処理体に入射する時に前記参照光の一部が前記表面から反射することにより形成されるビームが含まれることを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記複数のビームには、前記被処理体内で反射を繰り返す前記参照光が前記表面で反射される時に前記参照光の一部が前記表面の外側へ透過することにより形成される複数のビームが含まれることを特徴とする請求項２記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記温度算出手段は、前記被処理体の光吸収率と温度との関係を表す参照情報を記憶する参照情報記憶部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記参照光の波長は、１０００〜１３００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項６】
前記参照光の入射角は、４０〜８０度の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項７】
所定の厚さを有する被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、
前記被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の温度測定装置と、
前記温度測定装置の測定値に基づいて前記加熱手段を制御することにより前記被処理体の温度を調整する温度調整手段と、
処理装置の全体の制御をする装置制御手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体の温度を計測して求める温度測定装置及びこれを用いた処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、シリコン基板等の半導体ウエハに対して成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、エッチング処理、アニール処理等の各種の処理が繰り返し行われる。このような各種の処理において処理中の半導体ウエハの温度を精度良く求めて制御することは、素子特性や品質を高く維持する上から非常に重要である。処理中の半導体ウエハの温度を測定するためには、ウエハ自体が金属汚染されること等を防止するために非接触型の放射温度計を用いることが知られているが（例えば特許文献１）、この放射温度計は、例えば２００℃以上の比較的高温域でなければ使用できず、この温度よりも低い低温域での温度測定は困難であった。
【０００３】
これに対して、非接触型の温度測定法として、半導体ウエハに対する透過光が温度依存性を有することを利用してウエハ温度を計測する方法（例えば特許文献２）、半導体ウエハの表面にｐ偏光を照射してその反射光よりウエハ温度を計測する方法（例えば特許文献３）及び半導体ウエハの第１表面からの反射光の光量や第２表面の反射光の光量から得られた基板放射率や基板透過率等を用いてウエハ温度を計測する方法（例えば特許文献４）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３５８５８号公報
【特許文献２】特表２０１０−５１９５２１号公報
【特許文献３】特開２００７−０４０９８１号公報
【特許文献４】特表２００９−５００８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２の場合には、ウエハ表面の反射率が処理途中で変化すると透過光の光量も変化するが、この場合のウエハ表面での反射率の変化については何ら考慮されていないことから、温度の測定値の精度が低下することが考えられる。
【０００６】
また特許文献３の場合には、ウエハ表面の反射光のみからウエハ温度を求めるようにしているので、ウエハの光吸収率の変化については何ら考慮されておらず、この点からも温度の測定値の精度が低下することが考えられる。
【０００７】
更に特許文献４の場合には、ウエハの第１表面からの反射光の光量を求める装置や加熱中に基板から放出された放射の量を感知する多数の放射測定装置を設けなければならず、装置自体がかなり複雑化する、といった問題がある。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求めることが可能な温度測定装置及び処理装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、所定の厚さを有する被処理体の温度を測定する温度測定装置において、前記被処理体内で表面と裏面との間で反射を複数回繰り返させるために前記被処理体の表面に対して斜め方向からｓ偏光になされた参照光を照射する発光手段と、前記被処理体の表面側に位置されて前記被処理体からの反射光の複数のビームを受光する受光手段と、前記受光手段で得られた前記複数のビームの検出値に基づいて前記被処理体の温度を求める温度算出手段と、を備えたことを特徴とする温度測定装置である。
【００１０】
これにより、比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求めることができる。
【００１１】
請求項７に係る発明は、所定の厚さを有する被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、前記被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の温度測定装置と、前記温度測定装置の測定値に基づいて前記加熱手段を制御することにより前記被処理体の温度を調整する温度調整手段と、処理装置の全体の制御をする装置制御手段と、を備えたことを特徴とする処理装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る温度測定装置及び処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
所定の厚さを有する被処理体の温度を測定する温度測定装置において、比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る温度測定装置とこれを用いた処理装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る温度測定装置の発光手段と受光手段との関係を示す部分拡大図である。
【図３】光吸収率とシリコンウエハの温度との関係の一例を示すグラフである。
【図４】参照光の波長とシリコンウエハの光吸収率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る温度測定装置及び処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る温度測定装置とこれを用いた処理装置の一例の概略構成を示す断面図、図２は本発明に係る温度測定装置の発光手段と受光手段との関係を示す部分拡大図である。尚、図２では光透過板の記載を省略している。ここでは、被処理体として例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハをアニール処理する場合を例にとって説明する。
【００１５】
図１に示すように、このアニール用の処理装置２は、アルミニウム或いはアルミニウム合金により、内部が中空状になされた処理容器４を有している。この処理容器４は、筒体状の側壁４Ａと、この側壁上端部に接合された天井板４Ｂと、側壁の底部に接合された底板４Ｃとにより構成されている。この側壁４Ａには、被処理体である半導体ウエハＷを搬出入できる大きさの搬出入口６が形成されており、この搬出入口６には開閉可能になされたゲートバルブ８が取り付けられている。
【００１６】
上記処理容器４内には、上記ウエハＷを支持する支持手段１０が設けられている。この支持手段１０は、複数本、例えば３本の支持ピン１２（図１中では２本のみ記す）と、これらの支持ピン１２の下端部に連結される昇降アーム１４を有しており、この各昇降アーム１４は図示しないアクチュエータにより昇降できるようになっている。これにより、上記支持ピン１２の上端部にウエハＷを支持させた状態で、全体を昇降できるようになっている。
【００１７】
上記天井板４Ｂの周辺部の一部には、ガス供給手段１６が形成されている。このガス供給手段１６は、上記天井板４Ｂに形成されたガス導入口１８と、このガス導入口１８に連結されたガス管２０とを有し、この処理容器４内へ必要な処理ガスを図示しない流量制御器により流量制御しつつ導入できるようになっている。ここでは処理ガスとしてＮ２ 等の不活性ガスやＡｒ、Ｈｅ等の希ガスを用いることができる。
【００１８】
また上記底板４Ｃの周辺部の一部には、ガス排気口２２が形成されており、このガス排気口２２には、上記処理容器４内の雰囲気を排気する排気手段２４が設けられる。この排気手段２４は、上記ガス排気口２２に接続されたガス排気管２６を有しており、このガス排気管２６には、圧力調整弁２８及び排気ポンプ３０が順次介設されている。
【００１９】
そして、上記天井板４Ｂの中央には、大口径の開口が形成されると共に、この開口に表面側の加熱手段３２が設けられ、ウエハＷの表面（上面）を加熱するようになっている。また、上記底板４Ｃの中央部には、大口径の開口が形成されると共に、この開口に上記表面側の加熱手段３２に対向させるようにして裏面側の加熱手段３４が設けられ、ウエハＷの裏面（下面）を加熱するようになっている。ここでウエハＷの表面とは、成膜やエッチング等の各種の処理が施される側の面を指す。また、上記表面側の加熱手段３２の加熱量が十分に大きい場合には、上記裏面側の加熱手段３４を設けないで省略することもできる。
【００２０】
次に、上記加熱装置について説明する。ここで上記表面側の加熱手段３２と裏面側の加熱手段３４とは、上下が互いに逆になされている点を除いて全く同様に構成されているので、ここでは表面側の加熱手段３２を例にとって説明し、裏面側の加熱手段３４については同一参照符号を付して、その説明を省略する。この表面側の加熱手段３２は、上記天井板４Ｂの開口に、僅かな隙間を隔てて嵌め込まれる素子取付ヘッド３６を有している。
【００２１】
この素子取付ヘッド３６は、銅やアルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導性の高い材料により形成されている。この素子取付ヘッド３６は、その上側に形成した円形リング状の取付フランジ３６Ａの部分で、上記天井板４Ｂとの間にポリエーテルイミド等よりなる熱絶縁体３８を介在させて支持されている。
【００２２】
また、この熱絶縁体３８の上下側にはＯリング等よりなるシール材４０が介設されており、この部分の気密性を保持するようになっている。そして、この素子取付ヘッド３６の下面には、ウエハＷの直径よりも少し大きくなされた直径の素子取付凹部４２が形成されていると共に、この素子取付凹部４２の平面部分に、上記ウエハＷの少なくとも表面全体をカバーできる大きさの領域に亘って複数のＬＥＤモジュール４４が設けられている。また上記素子取付凹部４２の開口部分には、例えば石英板よりなる光透過板４６が取り付けられている。そして、このＬＥＤモジュール４４よりウエハＷに向けて光を放射するようになっている。
【００２３】
そして、ＬＥＤモジュール４４の上方には、すなわちウエハＷとは反対側には、冷却機構４８が設けられている。この冷却機構４８は、上記素子取付ヘッド３６内に設けた断面矩形状の冷媒通路５０を有しており、この冷媒通路５０に冷媒を流して上記ＬＥＤモジュール４４から発生した熱を奪うことによって冷却し得るようになっている。この冷媒としては、水やフロリナートやガルデン（商品名）等を用いることができる。また、この冷媒通路５０は、素子取付ヘッド３６の略全面に亘って、例えば蛇行状に折り返すようにして形成されており、上記ＬＥＤモジュール４４から熱を奪ってこれを冷却するようになっている。
【００２４】
そして、上記ＬＥＤモジュール４４は、ここでは例えば一辺が４０ｍｍ程度の正六角形状になされており、隣り合う辺が略接するような状態まで互いに接近させて密集させて配置されている。このＬＥＤモジュール４４の数は、複数個設けられ、例えばウエハＷの直径が３００ｍｍの場合には、例えば２０個程度設けられる。そして、上記各ＬＥＤモジュール４４は、その表面に複数のＬＥＤ素子（図示せず）を縦横に配列して構成されている。
【００２５】
この場合、各ＬＥＤ素子の寸法は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度であり、１台のＬＥＤモジュール４４に１０００〜２０００個程度のＬＥＤ素子が搭載されている。上記複数のＬＥＤモジュール４４は、例えば同心円状に複数の領域に区分されており、各区分毎に電力制御が可能になされてウエハＷを同心円状にゾーン毎に加熱制御できるようになっている。そして、前述したように、裏面側の加熱手段３４は、上記したような表面側の加熱手段３２と同様に形成し、これを上下逆様にして底板４Ｃ側に取り付けるようにして構成されている。
【００２６】
そして、この処理装置２には、半導体ウエハＷの温度を測定するための本発明に係る温度測定装置５４が設けられると共に、この温度測定装置５４で求めた測定値に基づいて上記各加熱手段３２、３４を制御する温度調整手段５２が設けられている。
【００２７】
具体的には、図１及び図２に示すように、上記温度測定装置５４は、所定の厚さの上記半導体ウエハＷの表面と裏面との間で反射を複数回繰り返させるためにウエハＷの表面に対して斜め方向からｓ偏光になされた参照光を照射する発光手段５６と、このウエハＷの表面側に位置されてウエハＷからの反射光の複数のビームを受光する受光手段５８と、この受光手段５８で得られた複数のビームの検出値に基づいてウエハＷの温度を求める温度算出手段６０とを有している。
【００２８】
ここでは上記発光手段５６は、上記表面側の加熱手段３２の下面に取り付けられている。この発光手段５６は、発光素子６２と偏光板６４とよりなり（図２参照）、この発光素子６２から出力した光を偏光板６４を通過させてｓ偏光のみを参照光Ｉとして出力するようになっている。ここでｓ偏光を用いる理由は、ｓ偏光の光成分はウエハＷの表面で反射する時に、その光強度はブリュースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）の角度に関係なく十分な大きさが得られるからである。
【００２９】
上記発光素子６２としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）素子やレーザ光を出力するＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）素子を用いることができる。この場合、波長が揃った参照光Ｉを出力するＬＤ素子を用いるのが好ましい。また、この参照光Ｉとしては、波長が例えば１０００〜１３００ｎｍの範囲内の赤外光を用いるようにする。
【００３０】
また、上記受光手段５８は、上記発光手段５６と同様に上記表面側の加熱手段３２の下面に取り付けられており、ウエハＷから反射される反射光Ｈの複数のビームを受光するようになっている。この場合、上記参照光Ｉの上記ウエハＷの表面Ｗａに対する入射角θは、４０〜８０度の範囲内、好ましくは５５〜６５度の範囲内である。この受光手段５８としては、平行に配列された状態で反射してくる複数のビームを受けるように所定の長さの受光素子６６を有している。この受光素子６６としては、光ダイオード素子やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）素子等を用いることができる。
【００３１】
上記参照光Ｉが所定の厚さＬの半導体ウエハＷ内に入射角θの斜め方向から表面Ｗａより入射すると、このウエハＷの裏面Ｗｂと表面Ｗａとの間で反射を複数回繰り返しながら次第に減衰して行くことになる。そして、この参照光ＩがウエハＷに表面Ｗａから入射する時に一部が反射光Ｈとして反射され、また表面Ｗａと裏面Ｗｂとの間で参照光が繰り返し反射されて表面Ｗａで反射される時に、その都度この参照光の一部が表面Ｗａの外側へ透過して反射光Ｈとして出て行くことになる。また同様に、上記表面Ｗａと裏面Ｗｂとの間で参照光が繰り返し反射されて裏面Ｗｂで反射される時に、その都度この参照光の一部が裏面Ｗｂの外側へ透過して透過光Ｔ（Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ …）として出て行くことになる。
【００３２】
そして、ここでは上記受光素子６６は、参照光ＩがウエハＷに入射する時に参照光の一部が表面Ｗａから反射することにより形成されるビームを検出するようになっている。更には、上記受光素子６６は、ウエハＷ内で反射を繰り返す参照光が表面Ｗａで反射される時に参照光の一部が表面Ｗａの外側へ透過することにより形成される複数のビームも検出するようになっている。
【００３３】
具体的には、参照光ＩがウエハＷに入射する時にこの表面Ｗａから反射する反射光ＨのビームＩ０ と、ウエハＷ内に侵入した参照光が裏面Ｗｂで１回反射された後に表面Ｗａを透過して出てきた反射光のビームＩ１ と、ウエハＷ内に侵入した参照光が裏面Ｗｂで２回反射され、表面Ｗａで１回反射された後に表面Ｗａを透過して出てきた反射光のビームＩ２ とを受光素子６６で受光するようになっている。
【００３４】
尚、ここではウエハＷ内で反射を繰り返す参照光が裏面Ｗｂで３回、表面Ｗａで２回反射された後に表面Ｗａを透過して出てきた反射光のビームＩ３ は、受光素子６６では受光しないようになっている。ここで、上記ウエハＷの厚さＬを０．７５ｍｍ、入射角θを６０度とすると、上記ビームＩ０ 〜Ｉ３ の相互間の間隔は、０．３８ｍｍとなる。従って、ビームＩ０ とビームＩ２ との間の距離は０．７６ｍｍである。図２においては、上記各ビームＩ０ 〜Ｉ３ の光強度が併記されており、反射回数が多くなる程、光強度が低下してきているので、受光素子６６の感度にもよるが、できるだけ反射回数の少ないビームを検出して用いるのがよい。
【００３５】
上記温度算出手段６０は、例えばマイクロプロセッサ等よりなり、この温度算出手段６０は、ウエハＷの光吸収率と温度との関係を表す参照情報を記憶する参照情報記憶部６６を有している。上記温度算出手段６０は、上記ビームＩ０ 〜Ｉ２ の検出値と上記参照情報とに基づいてウエハＷの温度を算出して求めるようになっている。
【００３６】
この温度算出手段６０は、算出された温度値を表示する表示部６８を有すると共に、この温度値はウエハ温度の制御のために上記温度調整手段５２へ送られるようになっている。上記参照情報記憶部６６に記憶される参照情報は、上述のように光吸収率と温度との関係を示すものである。具体的には、図３に示すような光吸収率とシリコンウエハの温度との関係の一例を示すグラフや光吸収率と温度との関係を示すテーブルや図３に示すグラフを関数化して表したものなどが対応し、この参照情報が参照情報記憶部６６に記憶されている。
【００３７】
図３では参照光の波長が１１００ｎｍ、１１５０ｎｍ及び１２００ｎｍの時のグラフを表し、横軸の光吸収率は厚さ０．７５ｍｍのシリコン基板の光吸収率を示し、縦軸はウエハの温度を示している。この光吸収率は、例えば波長が１１００ｎｍの場合は０．１〜０．５程度まで変化しており、その時の温度は室温（２５℃）〜１４０℃程度まで変化している。また波長が１１５０ｎｍの場合は０．１〜０．８程度まで変化しており、その時の温度は室温（２５℃）〜３００℃程度まで変化している。更に波長が１２００ｎｍの場合は０．１〜０．８程度まで変化しており、その時の温度は室温（２５℃）〜４００℃程度まで変化している。このグラフから明らかなように、光吸収率の増加に従ってウエハの温度もほぼ直線的に上昇していることが判る。また、このグラフによれば、測定すべき温度帯によって用いる周波数を変更して最適なものを用いればよいことが判る。
【００３８】
このように、光吸収率の変化に応じてウエハ温度が求められる理由は、ウエハに入射する参照光がある波長で一定の場合には、ウエハの光吸収率はその温度に依存して変化する、という現象を利用したものである。すなわち、図４は参照光の波長とシリコンウエハの光吸収率との関係を示すグラフである。図４に示すように、例えば参照光の波長が１１５０ｎｍの場合には、ウエハ温度が５０℃、２００℃、４００℃のように変化すると、それに応じてウエハの光吸収率も変化していることが判る。このような特性を利用して図３に示すような参照情報が求められる。
【００３９】
図４から判断すれば、参照光Ｉとしては、波長が１０００ｎｍ〜１３００ｎｍの範囲内の光を用いるのがよく、好ましくは１０５０ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲内の光を用いるのがよい。尚、図３に示すような参照情報は、用いる参照光の波長、被処理体である半導体ウエハＷの材質、厚さ等によって変わるのは勿論であり、上記波長、材質、厚さ等に対応させて複数種類の参照情報を記憶させておき、これを選択的に用いるようにしてもよい。
【００４０】
ここで上記温度算出手段６０において行われる演算の一例について説明する。ウエハＷの表面Ｗａの反射率を”Ｒａ”とし、裏面Ｗｂの反射率を”Ｒｂ”とし、厚さが０．７５ｍｍのシリコン基板の光吸収率を”Ａ”とする。また参照光Ｉ及び反射光Ｈの各ビームＩ０ 、Ｉ１ 、Ｉ２ の光強度を、それぞれ”Ｉ”、”Ｉ０ ”、”Ｉ１ ”、”Ｉ２ ”とする。ここで表面ＷａはウエハＷに対して成膜やエッチング等の各種の処理が施される面であり、裏面Ｗｂはその反対面である。
【００４１】
上記表面Ｗａの反射率Ｒａは処理の進行に応じて変化する傾向にあるのに対して、この裏面Ｗｂの反射率ＲｂはウエハＷの処理が進行しても比較的安定しているので、この裏面Ｗｂの反射率Ｒｂは予め測定して求めておく。またｓ偏光の参照光Ｉの波長は既知である。これらの反射率Ｒｂ及び参照光Ｉの波長は、予め参照情報記憶部６６や温度算出手段５２のメモリ等に記憶しておく。
【００４２】
まず、Ｉ０ 、Ｉ１ 、Ｉ２ の関係は以下のように定まる。
Ｉ１２／（Ｉ０ ・Ｉ２ ）＝［（１−Ｒａ）／Ｒａ］２       …    （１）
上記式１を変形すると以下のようになる。
Ｒａ＝１／［１＋√（Ｉ１２／（Ｉ０ ・Ｉ２ ））］        …    （２）
【００４３】
ここで各Ｉ０ 、Ｉ１ 、Ｉ２ は以下のようになる。
Ｉ０ ＝Ｒａ・Ｉ                                      …    （３）
Ｉ１ ＝（１−Ａ）２ Ｒｂ（１−Ｒａ）２ ・Ｉ            …    （４）
Ｉ２ ＝（１−Ａ）４ Ｒａ・Ｒｂ２ （１−Ｒａ）２ ・Ｉ    …    （５）
上記式４及び式５より以下の式が求まる。
Ｉ２ ／Ｉ１ ＝（１−Ａ）２ Ｒａ・Ｒｂ                  …    （６）
この式６を変形すると光吸収率Ａは以下のようになる。
Ａ＝１−√［Ｉ２ ／（Ｉ１ ・Ｒａ・Ｒｂ）］            …    （７）
【００４４】
ここで上記式７に式２の”Ｒａ”を代入し、測定値である”Ｉ０ ”、”Ｉ１ ”及び”Ｉ２ ”を入れることにより、光吸収率Ａが定まることになる。この光吸収率Ａの値を基にして図３に示すような参照情報を参照することにより、その時のウエハ温度を求めることができる。この場合、上記式７より明らかなようにウエハＷの表面Ｗａの反射率Ｒａが加味されているので、処理途中でウエハＷの表面Ｗａの反射率Ｒａが変動してもウエハの温度を常に正確に求めることが可能となる。
【００４５】
さて、図１に戻って、このように形成された処理装置２の動作全体の制御、例えばプロセス圧力、ガス流量、表面側の加熱手段３２や裏面側の加熱手段３４のオン・オフ等の各種制御は、例えばコンピュータよりなる装置制御手段７０により行われ、この制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体７２に記憶されている。ここで上記温度調整手段５２は、上記装置制御手段７０の支配下で動作してプロセス温度を制御することになる。上記記憶媒体７２としては、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等が用いられる。
【００４６】
次に、以上のように構成された処理装置２を用いて行われるアニール処理について説明する。まず、図示しない搬送機構により、予め減圧雰囲気になされた図示しないロードロック室やトランスファチャンバ室等から、開放されたゲートバルブ８を介して例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハＷを、予め減圧雰囲気になされた処理容器４内へ搬入する。
【００４７】
このウエハＷの表面Ｗａには、種々の薄膜の成膜処理やパターンエッチング処理等が施されている。この搬入されたウエハＷは、昇降アーム１４を昇降駆動させることによって上記昇降アーム１４に設けた支持ピン１２上に移載されることになり、上記搬送機構を退避させた後に、上記ゲートバルブ８を閉じることによって、処理容器４内を密閉する。
【００４８】
次に、ガス供給手段１６のガス管２０より流量制御しつつ処理ガス、ここでは例えばＮ２ ガスやＡｒガス等を流し、この処理容器４内を所定の圧力に維持する。これと同時に、天井板４Ｂに設けた上記表面側の加熱手段３２及び底板４Ｃに設けた上記裏面側の加熱手段３４を共にオン状態として、表面側の加熱手段３２の各ＬＥＤモジュール４４のＬＥＤ素子及び裏面側の加熱手段３４の各ＬＥＤモジュール４４のＬＥＤ素子を共に点灯してそれぞれから加熱光を照射し、ウエハＷを上下の両面より加熱してアニール処理する。この場合のプロセス圧力は例えば１００〜１００００Ｐａ程度、プロセス温度（ウエハ温度）は例えば８００〜１１００℃程度であり、各ＬＥＤ素子の点灯時間は例えば１〜１０ｓｅｃ程度である。
【００４９】
これにより、ウエハＷの表面及び裏面は、加熱光により照射されて所定の温度に急速に加熱されることになる。この際、この半導体ウエハＷの温度は、本発明に係る温度測定装置５４により精度良く測定されており、この測定値に基づいて温度調整手段５２は上記各加熱手段３２、３４を制御しているので、半導体ウエハＷの温度を精度良く調整することができる。
【００５０】
具体的には、表面側の加熱手段３２に設けた温度測定装置５４の発光手段５６には電力が供給され、この発光手段５６の発光素子６２からレーザ光が発せられ、このレーザ光が偏光板６４を通過することによってｓ偏光の参照光ＩとなってウエハＷの表面Ｗａに入射角θで斜め方向から入射することになる。この参照光Ｉは、入射するときにその一部が表面Ｗａから反射して反射光ＨのビームＩ０ として進んで行く。
【００５１】
一方、ウエハＷ内に屈折しつつ入射した参照光は、ウエハＷの裏面Ｗｂと表面Ｗａとの間で反射を繰り返しながら進行して次第に減衰して行く。ここで上記ウエハＷの裏面Ｗｂと表面Ｗａとの間で反射を繰り返しながら進行して行く参照光が、表面Ｗａで反射する毎にその一部が表面Ｗａを屈折しつつ透過して外側へ反射光Ｈとして進行し、反射光ＨのビームＩ０ 、Ｉ１ 、Ｉ２ 、Ｉ３ …が形成されることになる。そして、受光手段５８の例えばＣＣＤよりなる受光素子６６により、上記ビームＩ０ と上記ビームＩ１ 、Ｉ２ 、Ｉ３ …の内の複数のビーム、ここではビームＩ１ 、Ｉ２ とが受光されて、各ビームＩ０ 、Ｉ１ 、Ｉ２ の光強度がそれぞれ検出されることになる。そして、上記各ビームＩ０ 、Ｉ１ 、Ｉ２ の各検出値は温度算出手段６０へ送られる。
【００５２】
ここで、上記ウエハＷの裏面Ｗｂ側の反射率Ｒｂは前述のように予め測定されており、その測定値は温度算出手段６０のメモリや参照情報記憶部６６などに記憶されている。また参照光Ｉの周波数は予め定められており、これに対応する図３に示すような光吸収率とウエハ温度との関係を示す参照情報が参照情報記憶部６６に予め記憶されている。上記温度算出手段６０は、上記光強度”Ｉ０ ”、”Ｉ１ ””Ｉ２ ”と先の式２より、ウエハＷの表面Ｗａの反射率Ｒａを求める。更に、この反射率Ｒａと予め測定してある反射率Ｒｂと光強度”Ｉ１ ””Ｉ２ ”と先の式７より、ウエハＷの光吸収率Ａを求める。
【００５３】
そして、この光吸収率Ａと図３に示すような参照情報（グラフ）とに基づいてシリコンウエハの温度が求められることになる。例えば図３に従えば、参照光の波長を１１５０ｎｍとした場合において光吸収率Ａが”ａ１”の場合には、ウエハ温度はほぼ”ｔ１℃”となる。このようにしてウエハ温度の測定値が求められたならば、この測定値は、温度調整手段５２に向けて出力され、この温度調整手段５２は前述したようにこの測定値に基づいて加熱手段３２、３４をフィードバック制御してウエハＷの温度が所定のプロセス温度を維持するように調整することになる。
【００５４】
このように、上記温度測定装置５４によりウエハＷの温度を２５℃〜６００℃程度の低温域でも、精度良く求めることができる。この場合、処理の途中でウエハＷの表面Ｗａの反射率Ｒａが変動しても、この反射率Ｒａは式７に示すように光吸収率Ａの演算式に組み込まれて加味するようにしているので、ウエハ温度の測定値の精度に悪影響を与えることがなく、ウエハＷの温度を精度良く求めることができる。ここで、前述したように、参照情報記憶部６６には、参照光Ｉの波長やウエハＷの材質や厚さ等に対応させて参照情報を複数種類記憶させておき、波長や材質や厚さを特定することにより上記参照情報を選択的に用いるようにしてもよい。
【００５５】
このように、本発明によれば、所定の厚さを有する被処理体Ｗの温度を測定する温度測定装置５４において、比較的簡単な構造で被処理体の温度を低温域でも精度良く求めることができる。
【００５６】
尚、上記実施例では、ウエハの温度を算出するために反射光のビームＩ０ の他に複数のビームＩ１ 、Ｉ２ を用いたが、このビームＩ１ 、Ｉ２ に限定されず、ビームＩ０ に加えて他の組み合わせ、例えばビームＩ１ 、Ｉ３ 或いはＩ２ 、Ｉ３ 等を用いてもよい。また、ここでは処理容器４内を減圧雰囲気にしてウエハＷを処理する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ウエハＷを大気圧雰囲気で処理する場合にも、本発明を適用できるのは勿論である。
【００５７】
また上記実施例にあっては、処理容器４の天井側と底部側の両方に加熱手段３２、３４を設けてウエハＷを両面から加熱するようにしたが、これに限定されず、いずれか一方の加熱手段を設けてウエハＷを片面から加熱するようにしてもよい。この場合、裏面側の加熱手段３４を設けない場合には、ここに冷却機構を備えた円板状の冷却台を設け、アニール処理後のウエハＷをこの冷却台に載置して冷却するようにしてもよい。
【００５８】
また、ここでは加熱手段３２、３４としてＬＥＤ素子やＬＤ素子を用いた場合を例として説明したが、これに限定されず、加熱ランプを備えた加熱手段を用いるようにしてもよい。更には、上記ＬＥＤ素子やＬＤ素子や加熱ランプの加熱手段に加えて、或いはこれらに替えて、プラズマを発生させるプラズマ発生機構よりなる加熱手段を設けるようにしてもよく、この場合には、プラズマ発生機構に加える電力を制御することによりウエハ温度を調整することができる。
【００５９】
また、上記実施例では、ウエハＷに対してアニール処理を施す場合を例にとって説明したが、これに限定されず、成膜処理、酸化拡散処理、エッチング処理等を行う場合にも本発明を適用することができる。
【００６０】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
２  処理装置
４  処理容器
４Ａ  側壁
４Ｂ  天井板
４Ｃ  底板
１０  支持手段
１６  ガス供給手段
２４  排気手段
３２  表面側の加熱手段
３４  裏面側の加熱手段
４４  ＬＥＤモジュール
５２  温度調整手段
５４  温度測定装置
５６  発光手段
５８  受光手段
６０  温度算出手段
６２  発光素子
６４  偏光板
６６  参照情報記憶部
７０  装置制御手段
Ｉ  参照光
Ｉ０ ，Ｉ１ ，Ｉ２ ，Ｉ３   反射光のビーム
Ｈ  反射光
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
Ｗａ  表面
Ｗｂ  裏面
【図１】
2013257189.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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