太阳城集团

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测量装置以及等离子体处理装置.pdf

摘要
申请专利号:

CN201210090367.8

申请日:

2012.03.30

公开号:

CN102738039B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 21/67申请日:20120330|||公开
IPC分类号: H01L21/67; G01K11/00; H01J37/244; H01J37/32 主分类号: H01L21/67
申请人: 东京毅力科创株式会社
发明人: 松土龙夫; 木村英利
地址: 日本东京都
优先权: 2011.03.30 JP 2011-074979
专利代理机构: 北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙) 11277 代理人: 刘新宇
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210090367.8

授权太阳城集团号:

102738039B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.21|||2012.12.12|||2012.10.17

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团提供一种测量装置以及等离子体处理装置,提高波长分辨率而扩大可测量的被检体的范围。该测量装置(150)的特征在于,具备:衍射光栅(104),其将厚度D的晶圆W的表面上反射的光以及在晶圆W的背面反射的光作为入射光而进行分光;光电二极管阵列(108),阵列状地设置多个光电二极管(108a)来得到该电二极管阵列(108),所述光电二极管(108a)接收由衍射光栅(104)分光得到的光并检测接收到的光的功率;以及压电元件(200),其安装于光电二极管阵列(108),将所输入的电压变换为力,其中,在由于压电元件(200)变换得到的力而使光电二极管阵列(108)沿阵列方向发生移动d/m位移时,光电二极管阵列(108)检测接收到的光的功率,m是2以上的整数,d是各光电二极管(108a)的阵列方向的宽度。

权利要求书

1.一种测量装置,其特征在于,具备:
波长分散元件,其将在厚度D的被检体的表面反射的光和
在上述被检体的内面反射的光作为入射光来进行分光;
检测器,将多个光检测元件阵列状地设置来得到该检测器,
所述光检测元件接收由上述波长分散元件分光得到的光并检测
接收到的光的功率;以及
压电元件,其安装于上述检测器,将所输入的电压变换为
力,
其中,在由于上述压电元件变换得到的力而使上述检测器
沿阵列方向发生位移d/m时,上述检测器检测上述接收到的光
的功率,其中m是2以上的整数,d是各上述光检测元件沿阵列
方向的宽度。
2.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,
在上述检测器的位移小于d的情况下,在上述位移等于0时
以及每当发生位移d/m时,上述检测器检测上述接收到的光的
功率,其中,m是2以上的整数。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置,其特征在于,
还具备测量部,该测量部根据由上述光检测元件检测出的
光的功率的频率分析来测量上述被检体的温度。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的测量装置,其特征
在于,
上述压电元件安装于阵列状地设置的上述多个光检测元件
的端部。
5.根据权利要求1~4中的任一项所述的测量装置,其特征
在于,
上述检测器是CCD阵列或者光电二极管阵列。
6.根据权利要求1~5中的任一项所述的测量装置,其特征
在于,
上述测量装置是车尔尼-特纳型分光器。
7.根据权利要求1~6中的任一项所述的测量装置,其特征
在于,
在上述被检体的厚度处于由下式表示的最大值Xmax以内
的情况下,上述测量部能够测量上述被检体的温度,
X max = 3 λ 0 2 2 ln 2 · n ave · 1 Δw / N ]]>
其中,λ0是光源的中心波长,nave是被检体的折射率,Δw
是测量装置的波长跨度,N是光检测元件的个数、即采样数。
8.一种等离子体处理装置,其特征在于,具备:
腔室,在该腔室的内部对被处理体实施等离子体处理;
基座,其设置在上述腔室内,用于载置被处理体;以及
测量装置,其测量载置在上述基座上的被处理体的温度,
上述测量装置具备:
波长分散元件,其将在厚度D的被处理体的表面反射的光
和在上述被处理体的内面反射的光作为入射光来进行分光;
检测器,将多个光检测元件阵列状地设置来得到该检测器,
所述光检测元件接收由上述波长分散元件分光得到的光并检测
接收到的光的功率;以及
压电元件,其安装于上述检测器,将所输入的电压变换为
力,
其中,在由于上述压电元件变换得到的力而使上述检测器
沿阵列方向发生位移d/m时,上述检测器检测上述接收到的光
的功率,其中m是2以上的整数,d是各上述光检测元件沿阵列
方向的宽度。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理装置,其特征在于,
上述测量装置还具备测量部,该测量部根据由上述光检测
元件检测出的光的功率的频率分析来测量上述被处理体的温
度。

说明书

测量装置以及等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置以及等离子体处理装置。特别是,
涉及一种以光学的方式测量被检体的装置。

背景技术

例如在对半导体晶圆(以下称为晶圆)实施蚀刻、成膜等的
情况下,对晶圆的温度控制会影响晶圆的成膜率、蚀刻率,从
而影响到形成于晶圆的膜的性质、孔的形状等。于是,为了提
高晶圆的加工精度、使成品率良好、提高生产能力,提高晶圆
的温度控制的精度非常重要。

因此,以往提出了使用对晶圆背面(或者称为“内面”、“里
面”)的温度进行测量的荧光式温度计、电阻温度计等的晶圆温
度测量方法。在专利文献1中公开了一种装置,该装置具有:光
源;将来自光源的光分为测量光和参照光的单元;使分出的参
照光反射并且使上述反射的参照光的光路长度发生变化的单
元;以及光检测器,其对晶圆照射测量光,对在晶圆上反射的
测量光以及上述参照光的干涉状态进行检测,根据测量光和参
照光的干涉状态来测量晶圆的温度。

另一方面,如果使用将CCD(Charge Coupled Device:电荷
耦合元件)阵列、光电二极管阵列使用于检测器的分光器,则使
用阵列状地排列的光检测元件能够即时获取到分光数据。分光
数据表示入射到分光器的光的特性,因此能够利用该分光数据
来测量晶圆的温度。

专利文献1:日本特开2010-199526号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而,在使用了CCD阵列、光电二极管阵列的分光器中,
根据元件数来决定波长分辨率或者波长轴的采样数,将波长分
辨率提高到元件数以上在物理上是无法实现的。另外,波长分
辨率在可见光区域内被限定为3648个而在红外线区域内被限定
为512个~1024个,无法进一步提高波长分辨率。因此,特别是,
当使用红外光时,与可见光相比无法进行高分辨率的分光。

另一方面,波长分辨率与可测量的被检体的厚度具有相关
关系,波长分辨率越低则可测量的被检体的厚度越受限制,其
结果,现在能够使用通常的CCD阵列、光电二极管阵列进行测
量的被检体的厚度被限定为相当薄的厚度。例如在等离子体处
理装置中,如果为晶圆的厚度程度则能够测量,但是无法测量
聚焦环等具有一定厚度的部件。

针对上述问题,本发明的目的在于,提供一种能够提高波
长分辨率、使可测量的被检体的范围扩大的测量装置以及等离
子体处理装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题,根据本发明的一个方面,提供一种测
量装置,其特征在于,具备:波长分散元件,其将在厚度D的
被检体的表面反射的光和在上述被检体的内面反射的光作为入
射光来进行分光;检测器,将多个光检测元件阵列状地设置来
得到该检测器,所述光检测元件接收由上述波长分散元件分光
得到的光并检测接收到的光的功率;以及压电元件,其安装于
上述检测器,将所输入的电压变换为力,其中,在由于上述压
电元件变换得到的力而使上述检测器沿阵列方向发生位移d/m
时,上述检测器检测上述接收到的光的功率,其中m是2以上的
整数,d是各上述光检测元件沿阵列方向的宽度。

也可以是,在上述检测器的位移小于d的情况下,在上述位
移等于0时以及每当发生位移d/m时,上述检测器检测上述接收
到的光的功率,其中,m是2以上的整数。

还可以是,还具备测量部,该测量部根据由上述光检测元
件检测出的光的功率的频率分析来测量上述被检体的温度。

也可以是,上述压电元件安装于阵列状地设置的上述多个
光检测元件的端部。

也可以是,上述检测器是CCD阵列或者光电二极管阵列。

也可以是,上述测量装置是车尔尼-特纳(Czerny-Turner)型
分光器。

在上述被检体的厚度处于由下式表示的最大值Xmax以内
的情况下,上述测量部能够测量上述被检体的温度,

[式1]

X max = 3 λ 0 2 2 ln 2 · n ave · 1 Δw / N ]]>

其中,λ02是光源的中心波长,nave是被检体的折射率,Δw
是测量装置的波长跨度,N是光检测元件的个数(采样数)。

另外,为了解决上述问题,根据本发明的其它方面,提供
一种等离子体处理装置,其特征在于,具备:腔室,在该腔室
的内部对被处理体实施等离子体处理;基座,其设置在上述腔
室内,用于载置被处理体;以及测量装置,其测量载置在上述
基座上的被处理体的温度,上述测量装置具备:波长分散元件,
其将在厚度D的被处理体的表面反射的光和在上述被处理体的
内面反射的光作为入射光来进行分光;检测器,将多个光检测
元件阵列状地设置来得到该检测器,所述光检测元件接收由上
述波长分散元件分光得到的光并检测接收到的光的功率;以及
压电元件,其安装于上述检测器,将所输入的电压变换为力,
其中,在由于上述压电元件变换得到的力而使上述检测器沿阵
列方向发生位移d/m时,上述检测器检测上述接收到的光的功
率,其中m是2以上的整数,d是各上述光检测元件沿阵列方向
的宽度。

还可以是,上述测量装置还具备测量部,该测量部根据由
上述光检测元件检测出的光的功率的频率分析来测量上述被处
理体的温度。

发明的效果

根据以上说明的本发明,能够提供一种能够提高波长分辨
率的测量装置以及等离子体处理装置。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的测量系统的整体结
构图。

图2是一个实施方式所涉及的测量装置的概要结构图。

图3是用于说明一个实施方式所涉及的光电二极管阵列的
位移的图。

图4是用于说明一个实施方式所涉及的测量装置的温度测
量方法的图。

图5是一个实施方式所涉及的安装测量装置的等离子体处
理装置的纵截面图。

图6是比较例所涉及的使用可移动镜的测量系统。

图7是用于说明比较例所涉及的干涉波形的示例的图。

附图标记说明

10:测量系统;100:分光器;101:入射狭缝;102、106:
反射镜;104:衍射光栅;105:光源;108:光电二极管阵列;
108a:光电二极管;109:多路转接器;110:半透半反镜;120:
控制器;121:同步器;122:驱动器;124:驱动部;126:测
量部;128:存储部;150:测量装置;540a~540b:温度测量用
窗;550a~550b:光纤;555a~555b:准直器。

具体实施方式

以下,参照附图详细说明本发明的实施方式。此外,在本
说明书以及附图中,对实质上具有相同功能结构的结构要素附
加相同附图标记而省略重复说明。

(首先)

首先,参照图6说明使用了可移动镜的测量系统作为与后述
的本实施方式所涉及的测量系统之间的比较例。在比较例所涉
及的测量系统99中,提供关注时域的温度测量方法。

首先,从光源92输出的光在分束器94中被分为测量光Ls和
参照光Lr。参照光Lr在可移动镜96反射。测量光Ls照射到晶圆
W,在晶圆W反射,进而在分束器94反射。光电二极管90(光电
检测器)接收晶圆W反射的测量光Ls以及可移动镜96反射的参
照光Lr作为入射光。可移动镜96一边进行上下移动一边使上述
反射的参照光Lr的光路长度变化。当从分束器94至可移动镜96
的距离与从分束器94至晶圆W的距离相等时引起干涉。使可移
动镜96移动,监视对于移动量而由光电二极管90得到的光强度
变化。图7示出对于测量光Ls长度的光电二极管90(光电检测器)
的输出作为监视结果。在图7中示出按照每个nD得到干涉波形
的情形。在此,使可移动镜96移动,使参照光Lr的光路长度变
化,由此在晶圆W的表面和背面反射的测量光Ls与参照光Lr干
涉。这样,利用在测量光Ls与参照光Lr的光路长度一致的情况
下引起强干涉而在除此以外的情况下实质上干涉减少这种特
质,对晶圆W的表面上的干涉与背面上的干涉的间隔nD进行检
测,根据检测结果来测量晶圆W的温度。

然而,在上述比较例中,可移动镜96为了将由移动引起的
振动抑制为较小而只能慢慢地移动。其结果,存在测量太阳城集团内
的采样数变少而测量的间隔变长这种问题。并且,在该测量装
置中,需要使光路长度与10-1mm等级配合,因此还存在系统变
大这种问题。

与此相对,如图1所示,在本实施方式所涉及的测量系统中
不存在可移动镜。于是,不产生与可移动镜有关的问题。另外,
在图1的下侧以放大图示出那样,在本实施方式所涉及的测量系
统中,对晶圆W表面反射的光L1以及背面反射的光L2的干涉进
行测量,并非比较例那样的光路长度的干涉的测量。于是,在
本实施方式所涉及的测量装置中,不产生由可移动镜引起的光
路长度的偏差,因此也不产生温度测量精度降低这种问题。另
外,由此能够使制作的测量装置小型化,能够降低制造成本。

另一方面,在本实施方式所涉及的测量装置中,需要具有
阵列状的检测器的分光器。例如,如果使用将CCD阵列、光电
二极管阵列使用于检测器的分光器,则使用阵列状地排列的光
检测元件能够即时获取分光数据。

然而,在使用了CCD阵列、光电二极管阵列的分光器中,
根据光检测元件的数来决定波长分辨率或者波长轴的采样数,
将波长分辨率提高到元件数以上在物理上是无法实现的。

另一方面,波长分辨率与可测量的被检体的厚度具有相关
关系,波长分辨率越低则可测量的被检体的厚度越受限制。其
结果,现状是能够使用通常的CCD阵列、光电二极管阵列进行
测量的被检体的厚度被限定为相当薄的厚度。例如在等离子体
处理装置中,如果为晶圆的厚度程度则能够测量,但是无法测
量聚焦环等具有一定厚度的部件。

[测量系统的结构]

与此相对,在本实施方式所涉及的测量系统中,提高阵列
状的检测器的波长分辨率,能够对具有一定厚度的部件进行测
量。以下,说明本实施方式所涉及的测量系统以及设置于测量
系统内的测量装置。

在本实施方式所涉及的测量系统中,提供关注频域的温度
测量方法。图1是本实施方式所涉及的测量系统10的整体结构,
图2是本实施方式所涉及的测量装置150的结构。

测量系统10具有光源105、半透半反镜110以及测量装置
150。测量装置150具有分光器100和控制器120。在此,测量装
置150使用于对被检体的温度进行测量的非接触式温度计,但是
测量装置150的用途并不限定于此,还能够使用于根据测量出的
光的特性来测量被检体的状态。

从光源105输出的光透过半透半反镜110而照射到作为被检
体的晶圆W,在晶圆W反射。反射光包括晶圆W表面反射的反
射光L1以及晶圆W背面反射的反射光L2。反射光L1与反射光L2
仅偏移晶圆W的厚度D的往复长度2D。反射光L1、L2在半透半
反镜110反射而入射到分光器100。

如图2所示,分光器100是车尔尼-特纳(Czerny-Turner)型分
光器,分光器100具有以下功能:使用波长分散元件按照每个波
长来对测量光进行分光,求出存在任意的波长宽度的光的功率,
根据求出的光的功率来测量测量光的特性。

分光器100具有入射狭缝101、反射镜102、衍射光栅104、
反射镜106以及光电二极管阵列108。将反射镜102和反射镜106
设置成在期望的方向上反射入射光。反射镜106反射的光入射到
光电二极管阵列108。

从入射狭缝101入射的光在凹面状的反射镜102上反射,照
射到衍射光栅104。衍射光栅104将厚度D的晶圆W的表面反射
的光以及晶圆W的背面反射的光作为入射光而进行分光。反射
光或者衍射光中的、特定波长的光被平面状的反射镜106反射而
入射到光电二极管阵列108。光电二极管阵列108检测该光的功
率。

衍射光栅104是将厚度D的晶圆W的表面反射的光以及晶
圆W的背面反射的光作为入射光而进行分光的波长分散元件的
一例。作为波长分散元件的其它例可举出三棱镜。

光电二极管阵列108是阵列状地设置多个光检测元件(光电
二极管)而得到的检测器的一例,其中,该光检测元件(光电二
极管)接收分光得到的光并检测接收到的光的功率。光电二极管
阵列108例如由使用了阵列状的Si光电二极管、InGaAs光电二极
管、Ge光电二极管等的PD(Photo Detector:光电检测器)构成。
在图3的光电二极管阵列108中,在阵列方向上排列12个矩形条
状的光电二极管108a,但是也可以在阵列方向上排列多个点状
的光电二极管108a。作为检测器的其它例可举出CCD阵列,但
是并不限定于此,如果是具有阵列状的光检测元件的检测器则
能够使用任一个。

光电二极管阵列108的各光检测元件产生与接收到的光的
功率相应的电流(光电流),将该光电流作为分光器的检测结果
而输出。在各元件中预先分配特定的波长。分配至各元件的特
定的波长被衍射光栅104按照每个波长来进行分光,而与收敛于
光电二极管阵列108的位置对应。于是,各元件产生与分配至各
元件的特定的波长的光的功率相应的电流(光电流)。

在光电二极管阵列108的端部安装有压电元件200。压电元
件200是用两个电极夹持压电体而成的元件,压电元件200具有
以下功能,即通过对电极施加期望的电压来将该电压变换为力。
压电元件200在规定的时刻使光电二极管阵列108振动规定量。

控制器120对分光器100的各部进行驱动,并且根据由分光
器100检测出的各波长的光的功率来测量被检体的温度。控制器
120具有同步部121、驱动器122、驱动部124、测量部126以及存
储部128。同步部121输出同步信号。驱动器122按照同步信号对
压电元件200施加期望的电压。

图3是示意性地示出对压电元件200施加期望的电压时的光
电二极管阵列108的状态的图。将光电二极管108a阵列状地排列
的方向(在图3中纸面的左右方向)设为阵列方向。在此,用d表
示光电二极管108a的阵列方向的宽度。压电元件200将施加的电
压变换为力,在阵列方向上移动光电二极管阵列108。例如,在
图3中示出光电二极管阵列108由于压电元件200施加的力而从
位移0的状态沿阵列方向移动至位移d/2的状态的情形。

驱动器124根据从同步部121输出的同步信号,按照各光电
二极管108a的顺序来切换光电二极管阵列108的连接,将由各光
电二极管108a检测出的光能量的检测信号(光电流)变换为期望
的电信号而输出。

测量部126根据检测出的光的功率来测量入射光的特性。在
本实施方式中,测量部126根据检测出的光的功率的FFT(FFT:
Fast Fourier Transform:快速傅里叶变换)方式的频率分析来测
量作为被检体的晶圆W的温度。将测量结果存储到存储部128。
以下,说明具体的温度测量方法。

如图4的(a)所示,将光能量(光强度)作为波长λ的函数来进
行绘图,由此得到光电二极管阵列108的检测结果作为光谱(光
的能量)。

在图4的(a)中以简化的方式示出在图3的上侧的光电二极
管阵列108的位置(位移0)处使用各元件检测出的分光数据以及
在图3的下侧的光电二极管阵列108的位置(位移d/2)处使用各光
电二极管108a检测出的分光数据的图。

在图4的(a)中仅示出使用四个光电二极管108a检测出的光
能量。在位移0处,四个光电二极管108a检测波长λ1、λ2、λ3、λ4
的光的能量。

在图3的下侧的光电二极管阵列108的位置(位移d/2)处,四
个光电二极管108a检测波长λ1-Δλ/2、λ2-Δλ/2、λ3-Δλ/2、
λ4-Δλ/2的光的能量。也就是说,可知当将光电二极管阵列108
偏移d/2时,能够使用N个元件数的光电二极管阵列108对2N个
分光数据进行采样。这相当于波长分辨率成为元件数的两倍的
情形。

如图4的(b)所示,当使用FFT方式对波长分辨率成为两倍的
分光数据进行频率分析时,厚度D的晶圆W的表面反射的反射
光L1以及晶圆W的背面反射的反射光L2的硅中的往复光路长
度2D的整数倍n(n=1以上整数)的位置处,输出光振幅的光谱。

如图4的(c)所示,预先算出晶圆W的厚度D的整倍数n与温
度Ts之间的关系。在此,当晶圆W被加热时,由于热膨胀而晶
圆W的厚度D增加,折射率增加。于是,当温度上升时硅中的
单程光路长度D的整数倍n的长度nD偏移。根据该值nD的偏移
量C来检测温度Ts。这样,能够从通过分光数据的频率分析求
出的各光谱中测量晶圆W的温度。

此外,例如CPU(Central Processing Unit:中央处理器)按照
存储在存储部128中的程序来进行动作,由此能够实现前端部
124和测量部126的功能。该程序是存储到存储介质中来提供的,
可以读入到存储部128,也可以从未图示的网络下载而存储到存
储部128。另外,代替CPU,也可以使用DSP(Digital Signal 
Processor:数字信号处理器)来实现上述各部的功能。存储部128
例如能够作为使用半导体存储器、磁盘或者光盘等的
RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)或者
ROM(Read Only Memory:只读存储器)来实现。另外,驱动部
124和处理部126的功能可以通过使用软件来进行动作而实现,
也可以通过使用硬件来进行动作而实现。

[可测量的厚度]

说明能够使用以上说明的测量装置150来进行测量的被检
体的厚度。能够使用以下方式算出通过FFT方式的频率分析来
实现的被检体的厚度的最大值Xmax。

首先,根据FFT中的太阳城集团与频率的关系来得到以下式。

Δτ=2π/Δw

在此,当使用波长λ来表示w时,

w=2πv=2πc/λ

Δw=-2πc(Δλ/λ2)

在折射率nave的样品中在太阳城集团Δτ内移动的距离Δx’为,

Δx’=(c/nave)×Δτ=λ2/(naveΔλ)

考虑到样品中的背面反射的光在样品中移动的距离为往复
距离,设为Δx’=2Δx。

如上所述,FFT后的间隔Δx为,

Δx=λ2/(2naveΔλ)

另外,根据奈奎斯特定理,被检体的厚度的最大值Xmax

Xmax=(N/2)×Δx=(λ2/4naveΔλ)×N

接着,根据实际测量结果,考虑阵列状的检测器可测量的
波长域有限的情况下的Xmax和Δx取多大的值。在使用
Gaussian的计算系统的情况下,将Gaussian成为1/e的宽度作为
基准。在清楚地测量至Gaussian的拖尾(裾)为止的情况下,例如
光源光谱的Gaussian的1/e半宽度为在此,将3×1/e宽
度设为要检测的宽度(6×1/e半宽度)。

在要检测的波长域为Δw、采样数为N的情况下,用Δw/N
来表示波长分辨率。

在Δw=6×1/e=6σ’半宽度时,如果满足Xmax的式,则以下
式成立。

Δw=N=6σ’/N’

N’=6σn/Δw

当将N’代入到上述Xmax的式时,

[式2]

x max = 1 4 n ave λ 0 2 Δλ N = 1 4 n ave λ 0 2 Δλ 6 σ Δw N ]]>

[式3]

S ( λ ) = 1 Δλ ln 2 π exp [ - ( λ - λ 0 Δλ ) 2 · ln 2 ] ]]>

[式4]

Δλ:HWHM of Source Spectrum(nm)

[式5]

σ = Δλ ln 2 ]]>

[式6]

x max = 1 4 n ave λ 0 2 Δλ 6 σ Δw N ]]>

= 1 4 n ave λ 0 2 Δλ N Δw · 6 · Δλ ln 2 ]]>

= 3 λ 0 2 2 ln 2 · n ave · N Δw ]]>

= 3 λ 0 2 2 ln 2 · n ave · 1 Δw / N ]]>

其中,λ02是光源的中心波长,nave是被检体的折射率,Δw
是测量装置的波长跨度,N是光检测元件的个数(采样数)。

[式7]

Δx = 3 λ 0 2 ln 2 · n ave · 1 Δw ]]>

根据通过以上结构导出的Xmax的式中的以Δw/N表示的
波长分辨率可知,波长分辨率高则能够测量厚的被检体。更详
细地说,研究以下情况。

1.测量跨度Δw越大则求出的Δx越小,因此能够提高峰
值位置精度。

2.测量跨度Δw内的采样数越大则能够测量越厚的样品。

但是,CCD阵列、光电二极管阵列的元件数在
1300nm~1500nm的频带被限制为1024。于是,当求出的Δw过
大时,元件数少因此波长分辨率差,结果是在FFT分析后的信
号中进入很多噪声。

因而,为了满足上述1、2,优选使用光谱分析或者使用波
长扫描方式。在FFT方式的频率分析中,光源不一定为低相干
光源。

如上所述,波长分辨率与可测量的被检体的厚度具有相关
关系,波长分辨率越低则可测量的被检体的厚度越受限制。其
结果,目前,能够使用通常的CCD阵列、光电二极管阵列进行
测量的被检体的厚度被限定为相当薄的厚度。例如在等离子体
处理装置中,如果为晶圆的厚度程度则能够测量,但是无法测
量聚焦环等具有一定厚度的部件。

与此相对,在本实施方式所涉及的测量装置150中,通过使
光电二极管阵列108位移,能够提高波长分辨率。于是,根据本
实施方式所涉及的测量装置150,不仅能够测量后述的设置于等
离子体处理装置的晶圆,还能够测量聚焦环、上部电极(硅电极)
等具有一定厚度的部件。

[安装了测量系统的等离子体处理装置]

最后,参照图5说明本实施方式所涉及的安装了测量系统10
的等离子体处理装置的一例。

图5是安装了测量装置10的等离子体处理装置500的左纵截
面图。等离子体处理装置500具备用于收容晶圆W并使用等离子
体进行处理的真空腔室505。在真空腔室505内设置有用于载置
晶圆W的基座510。基座510由导电性材料构成,基座510具备被
施加高频电力的RF板510a以及设置于RF板510a上来用于吸附
晶圆W的静电卡盘机构510b,其中,RF板510a的中央部与供电
棒515相连接,该供电棒515与未图示的高频电源电连接。

在基座510周围设置有形成环状的隔板520包围基座510周
围。另外,在真空腔室505的底部设置有底板525,在RF板510a
与底板525之间形成有空隙。

在基座510上方设置有对向电极530,该对向电极530与基座
510隔着间隔相对置。对向电极530由簇射头构成,对载置在基
座510上的晶圆W喷射状地提供规定的处理气体。对向电极530
被施加接地电位或高频电力。在基座510上的晶圆W周围设置有
聚焦环535。聚焦环535提高晶圆W的等离子体处理的面内均匀
性。

在基座510上形成有四个温度测量用窗540a~540d。温度测
量用窗540a~540d构成为以能够让测量光透过基座510的上表面
与下表面的方式进行光学连通并且进行气密密封。

在本实施方式所涉及的等离子体处理装置500中,温度测量
用窗540a~540d中的、设置于基座510的最外周侧的位置处的温
度测量用窗540d用于测量聚焦环535的温度,其它温度测量用窗
540a~540c用于测量晶圆W的温度。

在底板525中与温度测量用窗540a~540d对应地设置有贯通
孔545a~545d,在这些贯通孔中固定准直器555a~555d,该准直
器555a~555d被设置于用于从测量系统引导测量光的光纤
550a~550d的出口部分中。

光纤550a~550d与测量系统10相连接。测量系统10具备:光
源105;半透半反镜110,其使来自光源105的光透过或者反射;
以及多路转接器109,其将透过半透半反镜110的光分别转接到
四个光纤550a~550d。

测量装置150具有分光器100和控制器120。在将四个测量光
照射到晶圆W和聚焦环535等四个测量点时,分光器100对在晶
圆W和聚焦环535的表面侧和背面侧分别反射的反射光L1、L2
的干涉进行测量。控制器120根据测量结果来测量晶圆W的温度
和聚焦环535的温度。如上所述,在测量过程中,分光器100的
光电二极管阵列108由于压电元件200而在阵列方向上位移。由
此,根据本实施方式所涉及的测量系统10,能够得到元件数的
两倍以上的波长分辨率的分光数据。其结果,不仅能够高精度
地测量晶圆W的温度,还能够高精度地测量比较厚的聚焦环535
的温度。由此,通过安装本实施方式所涉及的测量系统10,即
使是比较厚的部件,也能够测量等离子体处理装置500内部部件
的温度。

在上述一个实施方式及其变形例中,各部的动作相互关联,
在考虑相互关联的同时也能够替换为系列动作以及系列处理。
由此,能够将测量装置的实施方式设为温度测量方法的实施方
式。

以上,参照附图详细说明了本发明的优选实施方式,但是
本发明并不限定于上述示例。对于具有本发明所属的技术领域
内的一般知识的技术人员来说,在权利要求范围内所记载的技
术思想的范畴内能够想得到各种变更例或者修改例是显而易见
的,这些也当然属于本发明的技术范围内。

例如,本发明所涉及的等离子体处理装置并不限定于上述
实施方式示出的蚀刻装置,也可以是成膜装置、微波等离子体
处理装置等所有等离子体处理装置。另外,本发明所涉及的测
量装置不仅使用于等离子体处理装置,还能够使用于内部输入
热的装置。

另外,本发明所涉及的测量装置使用频域光学相干断层成
像术而特别有用。在通过分光器对测量样品的反射光进行分光
的情况下,根据波长轴的采样数N以及分光器的波长跨度Δw来
决定测量厚度的边界,因此采样数越多则能够测量越厚的被检
体。

本发明所涉及的等离子体处理装置并不限定于上述实施方
式示出的平行平板型等离子体处理装置,还能够使用于
ICP(Inductively Coupled Plasma:感应耦合等离子体)等离子体
处理装置、微波等离子体处理装置等中的任一个等离子体处理
装置的气体系统中。

关 键 词:
测量 装置 以及 等离子体 处理
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