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測量裝置以及等離子體處理裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201210090367.8

申請日:

2012.03.30

公開號:

CN102738039B

公開日:

2015.01.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 21/67申請日:20120330|||公開
IPC分類號: H01L21/67; G01K11/00; H01J37/244; H01J37/32 主分類號: H01L21/67
申請人: 東京毅力科創株式會社
發明人: 松土龍夫; 木村英利
地址: 日本東京都
優先權: 2011.03.30 JP 2011-074979
專利代理機構: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277 代理人: 劉新宇
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210090367.8

授權公告號:

102738039B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.21|||2012.12.12|||2012.10.17

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

提供一種測量裝置以及等離子體處理裝置,提高波長分辨率而擴大可測量的被檢體的范圍。該測量裝置(150)的特征在于,具備:衍射光柵(104),其將厚度D的晶圓W的表面上反射的光以及在晶圓W的背面反射的光作為入射光而進行分光;光電二極管陣列(108),陣列狀地設置多個光電二極管(108a)來得到該電二極管陣列(108),所述光電二極管(108a)接收由衍射光柵(104)分光得到的光并檢測接收到的光的功率;以及壓電元件(200),其安裝于光電二極管陣列(108),將所輸入的電壓變換為力,其中,在由于壓電元件(200)變換得到的力而使光電二極管陣列(108)沿陣列方向發生移動d/m位移時,光電二極管陣列(108)檢測接收到的光的功率,m是2以上的整數,d是各光電二極管(108a)的陣列方向的寬度。

權利要求書

1.一種測量裝置,其特征在于,具備:
波長分散元件,其將在厚度D的被檢體的表面反射的光和
在上述被檢體的內面反射的光作為入射光來進行分光;
檢測器,將多個光檢測元件陣列狀地設置來得到該檢測器,
所述光檢測元件接收由上述波長分散元件分光得到的光并檢測
接收到的光的功率;以及
壓電元件,其安裝于上述檢測器,將所輸入的電壓變換為
力,
其中,在由于上述壓電元件變換得到的力而使上述檢測器
沿陣列方向發生位移d/m時,上述檢測器檢測上述接收到的光
的功率,其中m是2以上的整數,d是各上述光檢測元件沿陣列
方向的寬度。
2.根據權利要求1所述的測量裝置,其特征在于,
在上述檢測器的位移小于d的情況下,在上述位移等于0時
以及每當發生位移d/m時,上述檢測器檢測上述接收到的光的
功率,其中,m是2以上的整數。
3.根據權利要求1或2所述的測量裝置,其特征在于,
還具備測量部,該測量部根據由上述光檢測元件檢測出的
光的功率的頻率分析來測量上述被檢體的溫度。
4.根據權利要求1~3中的任一項所述的測量裝置,其特征
在于,
上述壓電元件安裝于陣列狀地設置的上述多個光檢測元件
的端部。
5.根據權利要求1~4中的任一項所述的測量裝置,其特征
在于,
上述檢測器是CCD陣列或者光電二極管陣列。
6.根據權利要求1~5中的任一項所述的測量裝置,其特征
在于,
上述測量裝置是車爾尼-特納型分光器。
7.根據權利要求1~6中的任一項所述的測量裝置,其特征
在于,
在上述被檢體的厚度處于由下式表示的最大值Xmax以內
的情況下,上述測量部能夠測量上述被檢體的溫度,
X max = 3 λ 0 2 2 ln 2 · n ave · 1 Δw / N ]]>
其中,λ0是光源的中心波長,nave是被檢體的折射率,Δw
是測量裝置的波長跨度,N是光檢測元件的個數、即采樣數。
8.一種等離子體處理裝置,其特征在于,具備:
腔室,在該腔室的內部對被處理體實施等離子體處理;
基座,其設置在上述腔室內,用于載置被處理體;以及
測量裝置,其測量載置在上述基座上的被處理體的溫度,
上述測量裝置具備:
波長分散元件,其將在厚度D的被處理體的表面反射的光
和在上述被處理體的內面反射的光作為入射光來進行分光;
檢測器,將多個光檢測元件陣列狀地設置來得到該檢測器,
所述光檢測元件接收由上述波長分散元件分光得到的光并檢測
接收到的光的功率;以及
壓電元件,其安裝于上述檢測器,將所輸入的電壓變換為
力,
其中,在由于上述壓電元件變換得到的力而使上述檢測器
沿陣列方向發生位移d/m時,上述檢測器檢測上述接收到的光
的功率,其中m是2以上的整數,d是各上述光檢測元件沿陣列
方向的寬度。
9.根據權利要求8所述的等離子體處理裝置,其特征在于,
上述測量裝置還具備測量部,該測量部根據由上述光檢測
元件檢測出的光的功率的頻率分析來測量上述被處理體的溫
度。

說明書

測量裝置以及等離子體處理裝置

技術領域

本發明涉及一種測量裝置以及等離子體處理裝置。特別是,
涉及一種以光學的方式測量被檢體的裝置。

背景技術

例如在對半導體晶圓(以下稱為晶圓)實施蝕刻、成膜等的
情況下,對晶圓的溫度控制會影響晶圓的成膜率、蝕刻率,從
而影響到形成于晶圓的膜的性質、孔的形狀等。于是,為了提
高晶圓的加工精度、使成品率良好、提高生產能力,提高晶圓
的溫度控制的精度非常重要。

因此,以往提出了使用對晶圓背面(或者稱為“內面”、“里
面”)的溫度進行測量的熒光式溫度計、電阻溫度計等的晶圓溫
度測量方法。在專利文獻1中公開了一種裝置,該裝置具有:光
源;將來自光源的光分為測量光和參照光的單元;使分出的參
照光反射并且使上述反射的參照光的光路長度發生變化的單
元;以及光檢測器,其對晶圓照射測量光,對在晶圓上反射的
測量光以及上述參照光的干涉狀態進行檢測,根據測量光和參
照光的干涉狀態來測量晶圓的溫度。

另一方面,如果使用將CCD(Charge?Coupled?Device:電荷
耦合元件)陣列、光電二極管陣列使用于檢測器的分光器,則使
用陣列狀地排列的光檢測元件能夠即時獲取到分光數據。分光
數據表示入射到分光器的光的特性,因此能夠利用該分光數據
來測量晶圓的溫度。

專利文獻1:日本特開2010-199526號公報

發明內容

發明要解決的問題

然而,在使用了CCD陣列、光電二極管陣列的分光器中,
根據元件數來決定波長分辨率或者波長軸的采樣數,將波長分
辨率提高到元件數以上在物理上是無法實現的。另外,波長分
辨率在可見光區域內被限定為3648個而在紅外線區域內被限定
為512個~1024個,無法進一步提高波長分辨率。因此,特別是,
當使用紅外光時,與可見光相比無法進行高分辨率的分光。

另一方面,波長分辨率與可測量的被檢體的厚度具有相關
關系,波長分辨率越低則可測量的被檢體的厚度越受限制,其
結果,現在能夠使用通常的CCD陣列、光電二極管陣列進行測
量的被檢體的厚度被限定為相當薄的厚度。例如在等離子體處
理裝置中,如果為晶圓的厚度程度則能夠測量,但是無法測量
聚焦環等具有一定厚度的部件。

針對上述問題,本發明的目的在于,提供一種能夠提高波
長分辨率、使可測量的被檢體的范圍擴大的測量裝置以及等離
子體處理裝置。

用于解決問題的方案

為了解決上述問題,根據本發明的一個方面,提供一種測
量裝置,其特征在于,具備:波長分散元件,其將在厚度D的
被檢體的表面反射的光和在上述被檢體的內面反射的光作為入
射光來進行分光;檢測器,將多個光檢測元件陣列狀地設置來
得到該檢測器,所述光檢測元件接收由上述波長分散元件分光
得到的光并檢測接收到的光的功率;以及壓電元件,其安裝于
上述檢測器,將所輸入的電壓變換為力,其中,在由于上述壓
電元件變換得到的力而使上述檢測器沿陣列方向發生位移d/m
時,上述檢測器檢測上述接收到的光的功率,其中m是2以上的
整數,d是各上述光檢測元件沿陣列方向的寬度。

也可以是,在上述檢測器的位移小于d的情況下,在上述位
移等于0時以及每當發生位移d/m時,上述檢測器檢測上述接收
到的光的功率,其中,m是2以上的整數。

還可以是,還具備測量部,該測量部根據由上述光檢測元
件檢測出的光的功率的頻率分析來測量上述被檢體的溫度。

也可以是,上述壓電元件安裝于陣列狀地設置的上述多個
光檢測元件的端部。

也可以是,上述檢測器是CCD陣列或者光電二極管陣列。

也可以是,上述測量裝置是車爾尼-特納(Czerny-Turner)型
分光器。

在上述被檢體的厚度處于由下式表示的最大值Xmax以內
的情況下,上述測量部能夠測量上述被檢體的溫度,

[式1]

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

其中,λ02是光源的中心波長,nave是被檢體的折射率,Δw
是測量裝置的波長跨度,N是光檢測元件的個數(采樣數)。

另外,為了解決上述問題,根據本發明的其它方面,提供
一種等離子體處理裝置,其特征在于,具備:腔室,在該腔室
的內部對被處理體實施等離子體處理;基座,其設置在上述腔
室內,用于載置被處理體;以及測量裝置,其測量載置在上述
基座上的被處理體的溫度,上述測量裝置具備:波長分散元件,
其將在厚度D的被處理體的表面反射的光和在上述被處理體的
內面反射的光作為入射光來進行分光;檢測器,將多個光檢測
元件陣列狀地設置來得到該檢測器,所述光檢測元件接收由上
述波長分散元件分光得到的光并檢測接收到的光的功率;以及
壓電元件,其安裝于上述檢測器,將所輸入的電壓變換為力,
其中,在由于上述壓電元件變換得到的力而使上述檢測器沿陣
列方向發生位移d/m時,上述檢測器檢測上述接收到的光的功
率,其中m是2以上的整數,d是各上述光檢測元件沿陣列方向
的寬度。

還可以是,上述測量裝置還具備測量部,該測量部根據由
上述光檢測元件檢測出的光的功率的頻率分析來測量上述被處
理體的溫度。

發明的效果

根據以上說明的本發明,能夠提供一種能夠提高波長分辨
率的測量裝置以及等離子體處理裝置。

附圖說明

圖1是本發明的一個實施方式所涉及的測量系統的整體結
構圖。

圖2是一個實施方式所涉及的測量裝置的概要結構圖。

圖3是用于說明一個實施方式所涉及的光電二極管陣列的
位移的圖。

圖4是用于說明一個實施方式所涉及的測量裝置的溫度測
量方法的圖。

圖5是一個實施方式所涉及的安裝測量裝置的等離子體處
理裝置的縱截面圖。

圖6是比較例所涉及的使用可移動鏡的測量系統。

圖7是用于說明比較例所涉及的干涉波形的示例的圖。

附圖標記說明

10:測量系統;100:分光器;101:入射狹縫;102、106:
反射鏡;104:衍射光柵;105:光源;108:光電二極管陣列;
108a:光電二極管;109:多路轉接器;110:半透半反鏡;120:
控制器;121:同步器;122:驅動器;124:驅動部;126:測
量部;128:存儲部;150:測量裝置;540a~540b:溫度測量用
窗;550a~550b:光纖;555a~555b:準直器。

具體實施方式

以下,參照附圖詳細說明本發明的實施方式。此外,在本
說明書以及附圖中,對實質上具有相同功能結構的結構要素附
加相同附圖標記而省略重復說明。

(首先)

首先,參照圖6說明使用了可移動鏡的測量系統作為與后述
的本實施方式所涉及的測量系統之間的比較例。在比較例所涉
及的測量系統99中,提供關注時域的溫度測量方法。

首先,從光源92輸出的光在分束器94中被分為測量光Ls和
參照光Lr。參照光Lr在可移動鏡96反射。測量光Ls照射到晶圓
W,在晶圓W反射,進而在分束器94反射。光電二極管90(光電
檢測器)接收晶圓W反射的測量光Ls以及可移動鏡96反射的參
照光Lr作為入射光。可移動鏡96一邊進行上下移動一邊使上述
反射的參照光Lr的光路長度變化。當從分束器94至可移動鏡96
的距離與從分束器94至晶圓W的距離相等時引起干涉。使可移
動鏡96移動,監視對于移動量而由光電二極管90得到的光強度
變化。圖7示出對于測量光Ls長度的光電二極管90(光電檢測器)
的輸出作為監視結果。在圖7中示出按照每個nD得到干涉波形
的情形。在此,使可移動鏡96移動,使參照光Lr的光路長度變
化,由此在晶圓W的表面和背面反射的測量光Ls與參照光Lr干
涉。這樣,利用在測量光Ls與參照光Lr的光路長度一致的情況
下引起強干涉而在除此以外的情況下實質上干涉減少這種特
質,對晶圓W的表面上的干涉與背面上的干涉的間隔nD進行檢
測,根據檢測結果來測量晶圓W的溫度。

然而,在上述比較例中,可移動鏡96為了將由移動引起的
振動抑制為較小而只能慢慢地移動。其結果,存在測量時間內
的采樣數變少而測量的間隔變長這種問題。并且,在該測量裝
置中,需要使光路長度與10-1mm等級配合,因此還存在系統變
大這種問題。

與此相對,如圖1所示,在本實施方式所涉及的測量系統中
不存在可移動鏡。于是,不產生與可移動鏡有關的問題。另外,
在圖1的下側以放大圖示出那樣,在本實施方式所涉及的測量系
統中,對晶圓W表面反射的光L1以及背面反射的光L2的干涉進
行測量,并非比較例那樣的光路長度的干涉的測量。于是,在
本實施方式所涉及的測量裝置中,不產生由可移動鏡引起的光
路長度的偏差,因此也不產生溫度測量精度降低這種問題。另
外,由此能夠使制作的測量裝置小型化,能夠降低制造成本。

另一方面,在本實施方式所涉及的測量裝置中,需要具有
陣列狀的檢測器的分光器。例如,如果使用將CCD陣列、光電
二極管陣列使用于檢測器的分光器,則使用陣列狀地排列的光
檢測元件能夠即時獲取分光數據。

然而,在使用了CCD陣列、光電二極管陣列的分光器中,
根據光檢測元件的數來決定波長分辨率或者波長軸的采樣數,
將波長分辨率提高到元件數以上在物理上是無法實現的。

另一方面,波長分辨率與可測量的被檢體的厚度具有相關
關系,波長分辨率越低則可測量的被檢體的厚度越受限制。其
結果,現狀是能夠使用通常的CCD陣列、光電二極管陣列進行
測量的被檢體的厚度被限定為相當薄的厚度。例如在等離子體
處理裝置中,如果為晶圓的厚度程度則能夠測量,但是無法測
量聚焦環等具有一定厚度的部件。

[測量系統的結構]

與此相對,在本實施方式所涉及的測量系統中,提高陣列
狀的檢測器的波長分辨率,能夠對具有一定厚度的部件進行測
量。以下,說明本實施方式所涉及的測量系統以及設置于測量
系統內的測量裝置。

在本實施方式所涉及的測量系統中,提供關注頻域的溫度
測量方法。圖1是本實施方式所涉及的測量系統10的整體結構,
圖2是本實施方式所涉及的測量裝置150的結構。

測量系統10具有光源105、半透半反鏡110以及測量裝置
150。測量裝置150具有分光器100和控制器120。在此,測量裝
置150使用于對被檢體的溫度進行測量的非接觸式溫度計,但是
測量裝置150的用途并不限定于此,還能夠使用于根據測量出的
光的特性來測量被檢體的狀態。

從光源105輸出的光透過半透半反鏡110而照射到作為被檢
體的晶圓W,在晶圓W反射。反射光包括晶圓W表面反射的反
射光L1以及晶圓W背面反射的反射光L2。反射光L1與反射光L2
僅偏移晶圓W的厚度D的往復長度2D。反射光L1、L2在半透半
反鏡110反射而入射到分光器100。

如圖2所示,分光器100是車爾尼-特納(Czerny-Turner)型分
光器,分光器100具有以下功能:使用波長分散元件按照每個波
長來對測量光進行分光,求出存在任意的波長寬度的光的功率,
根據求出的光的功率來測量測量光的特性。

分光器100具有入射狹縫101、反射鏡102、衍射光柵104、
反射鏡106以及光電二極管陣列108。將反射鏡102和反射鏡106
設置成在期望的方向上反射入射光。反射鏡106反射的光入射到
光電二極管陣列108。

從入射狹縫101入射的光在凹面狀的反射鏡102上反射,照
射到衍射光柵104。衍射光柵104將厚度D的晶圓W的表面反射
的光以及晶圓W的背面反射的光作為入射光而進行分光。反射
光或者衍射光中的、特定波長的光被平面狀的反射鏡106反射而
入射到光電二極管陣列108。光電二極管陣列108檢測該光的功
率。

衍射光柵104是將厚度D的晶圓W的表面反射的光以及晶
圓W的背面反射的光作為入射光而進行分光的波長分散元件的
一例。作為波長分散元件的其它例可舉出三棱鏡。

光電二極管陣列108是陣列狀地設置多個光檢測元件(光電
二極管)而得到的檢測器的一例,其中,該光檢測元件(光電二
極管)接收分光得到的光并檢測接收到的光的功率。光電二極管
陣列108例如由使用了陣列狀的Si光電二極管、InGaAs光電二極
管、Ge光電二極管等的PD(Photo?Detector:光電檢測器)構成。
在圖3的光電二極管陣列108中,在陣列方向上排列12個矩形條
狀的光電二極管108a,但是也可以在陣列方向上排列多個點狀
的光電二極管108a。作為檢測器的其它例可舉出CCD陣列,但
是并不限定于此,如果是具有陣列狀的光檢測元件的檢測器則
能夠使用任一個。

光電二極管陣列108的各光檢測元件產生與接收到的光的
功率相應的電流(光電流),將該光電流作為分光器的檢測結果
而輸出。在各元件中預先分配特定的波長。分配至各元件的特
定的波長被衍射光柵104按照每個波長來進行分光,而與收斂于
光電二極管陣列108的位置對應。于是,各元件產生與分配至各
元件的特定的波長的光的功率相應的電流(光電流)。

在光電二極管陣列108的端部安裝有壓電元件200。壓電元
件200是用兩個電極夾持壓電體而成的元件,壓電元件200具有
以下功能,即通過對電極施加期望的電壓來將該電壓變換為力。
壓電元件200在規定的時刻使光電二極管陣列108振動規定量。

控制器120對分光器100的各部進行驅動,并且根據由分光
器100檢測出的各波長的光的功率來測量被檢體的溫度。控制器
120具有同步部121、驅動器122、驅動部124、測量部126以及存
儲部128。同步部121輸出同步信號。驅動器122按照同步信號對
壓電元件200施加期望的電壓。

圖3是示意性地示出對壓電元件200施加期望的電壓時的光
電二極管陣列108的狀態的圖。將光電二極管108a陣列狀地排列
的方向(在圖3中紙面的左右方向)設為陣列方向。在此,用d表
示光電二極管108a的陣列方向的寬度。壓電元件200將施加的電
壓變換為力,在陣列方向上移動光電二極管陣列108。例如,在
圖3中示出光電二極管陣列108由于壓電元件200施加的力而從
位移0的狀態沿陣列方向移動至位移d/2的狀態的情形。

驅動器124根據從同步部121輸出的同步信號,按照各光電
二極管108a的順序來切換光電二極管陣列108的連接,將由各光
電二極管108a檢測出的光能量的檢測信號(光電流)變換為期望
的電信號而輸出。

測量部126根據檢測出的光的功率來測量入射光的特性。在
本實施方式中,測量部126根據檢測出的光的功率的FFT(FFT:
Fast?Fourier?Transform:快速傅里葉變換)方式的頻率分析來測
量作為被檢體的晶圓W的溫度。將測量結果存儲到存儲部128。
以下,說明具體的溫度測量方法。

如圖4的(a)所示,將光能量(光強度)作為波長λ的函數來進
行繪圖,由此得到光電二極管陣列108的檢測結果作為光譜(光
的能量)。

在圖4的(a)中以簡化的方式示出在圖3的上側的光電二極
管陣列108的位置(位移0)處使用各元件檢測出的分光數據以及
在圖3的下側的光電二極管陣列108的位置(位移d/2)處使用各光
電二極管108a檢測出的分光數據的圖。

在圖4的(a)中僅示出使用四個光電二極管108a檢測出的光
能量。在位移0處,四個光電二極管108a檢測波長λ1、λ2、λ3、λ4
的光的能量。

在圖3的下側的光電二極管陣列108的位置(位移d/2)處,四
個光電二極管108a檢測波長λ1-Δλ/2、λ2-Δλ/2、λ3-Δλ/2、
λ4-Δλ/2的光的能量。也就是說,可知當將光電二極管陣列108
偏移d/2時,能夠使用N個元件數的光電二極管陣列108對2N個
分光數據進行采樣。這相當于波長分辨率成為元件數的兩倍的
情形。

如圖4的(b)所示,當使用FFT方式對波長分辨率成為兩倍的
分光數據進行頻率分析時,厚度D的晶圓W的表面反射的反射
光L1以及晶圓W的背面反射的反射光L2的硅中的往復光路長
度2D的整數倍n(n=1以上整數)的位置處,輸出光振幅的光譜。

如圖4的(c)所示,預先算出晶圓W的厚度D的整倍數n與溫
度Ts之間的關系。在此,當晶圓W被加熱時,由于熱膨脹而晶
圓W的厚度D增加,折射率增加。于是,當溫度上升時硅中的
單程光路長度D的整數倍n的長度nD偏移。根據該值nD的偏移
量C來檢測溫度Ts。這樣,能夠從通過分光數據的頻率分析求
出的各光譜中測量晶圓W的溫度。

此外,例如CPU(Central?Processing?Unit:中央處理器)按照
存儲在存儲部128中的程序來進行動作,由此能夠實現前端部
124和測量部126的功能。該程序是存儲到存儲介質中來提供的,
可以讀入到存儲部128,也可以從未圖示的網絡下載而存儲到存
儲部128。另外,代替CPU,也可以使用DSP(Digital?Signal?
Processor:數字信號處理器)來實現上述各部的功能。存儲部128
例如能夠作為使用半導體存儲器、磁盤或者光盤等的
RAM(Random?Access?Memory:隨機存取存儲器)或者
ROM(Read?Only?Memory:只讀存儲器)來實現。另外,驅動部
124和處理部126的功能可以通過使用軟件來進行動作而實現,
也可以通過使用硬件來進行動作而實現。

[可測量的厚度]

說明能夠使用以上說明的測量裝置150來進行測量的被檢
體的厚度。能夠使用以下方式算出通過FFT方式的頻率分析來
實現的被檢體的厚度的最大值Xmax。

首先,根據FFT中的時間與頻率的關系來得到以下式。

Δτ=2π/Δw

在此,當使用波長λ來表示w時,

w=2πv=2πc/λ

Δw=-2πc(Δλ/λ2)

在折射率nave的樣品中在時間Δτ內移動的距離Δx’為,

Δx’=(c/nave)×Δτ=λ2/(naveΔλ)

考慮到樣品中的背面反射的光在樣品中移動的距離為往復
距離,設為Δx’=2Δx。

如上所述,FFT后的間隔Δx為,

Δx=λ2/(2naveΔλ)

另外,根據奈奎斯特定理,被檢體的厚度的最大值Xmax

Xmax=(N/2)×Δx=(λ2/4naveΔλ)×N

接著,根據實際測量結果,考慮陣列狀的檢測器可測量的
波長域有限的情況下的Xmax和Δx取多大的值。在使用
Gaussian的計算系統的情況下,將Gaussian成為1/e的寬度作為
基準。在清楚地測量至Gaussian的拖尾(裾)為止的情況下,例如
光源光譜的Gaussian的1/e半寬度為在此,將3×1/e寬
度設為要檢測的寬度(6×1/e半寬度)。

在要檢測的波長域為Δw、采樣數為N的情況下,用Δw/N
來表示波長分辨率。

在Δw=6×1/e=6σ’半寬度時,如果滿足Xmax的式,則以下
式成立。

Δw=N=6σ’/N’

N’=6σn/Δw

當將N’代入到上述Xmax的式時,

[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是光源的中心波長,nave是被檢體的折射率,Δw
是測量裝置的波長跨度,N是光檢測元件的個數(采樣數)。

[式7]

Δx = 3 λ 0 2 ln 2 · n ave · 1 Δw ]]>

根據通過以上結構導出的Xmax的式中的以Δw/N表示的
波長分辨率可知,波長分辨率高則能夠測量厚的被檢體。更詳
細地說,研究以下情況。

1.測量跨度Δw越大則求出的Δx越小,因此能夠提高峰
值位置精度。

2.測量跨度Δw內的采樣數越大則能夠測量越厚的樣品。

但是,CCD陣列、光電二極管陣列的元件數在
1300nm~1500nm的頻帶被限制為1024。于是,當求出的Δw過
大時,元件數少因此波長分辨率差,結果是在FFT分析后的信
號中進入很多噪聲。

因而,為了滿足上述1、2,優選使用光譜分析或者使用波
長掃描方式。在FFT方式的頻率分析中,光源不一定為低相干
光源。

如上所述,波長分辨率與可測量的被檢體的厚度具有相關
關系,波長分辨率越低則可測量的被檢體的厚度越受限制。其
結果,目前,能夠使用通常的CCD陣列、光電二極管陣列進行
測量的被檢體的厚度被限定為相當薄的厚度。例如在等離子體
處理裝置中,如果為晶圓的厚度程度則能夠測量,但是無法測
量聚焦環等具有一定厚度的部件。

與此相對,在本實施方式所涉及的測量裝置150中,通過使
光電二極管陣列108位移,能夠提高波長分辨率。于是,根據本
實施方式所涉及的測量裝置150,不僅能夠測量后述的設置于等
離子體處理裝置的晶圓,還能夠測量聚焦環、上部電極(硅電極)
等具有一定厚度的部件。

[安裝了測量系統的等離子體處理裝置]

最后,參照圖5說明本實施方式所涉及的安裝了測量系統10
的等離子體處理裝置的一例。

圖5是安裝了測量裝置10的等離子體處理裝置500的左縱截
面圖。等離子體處理裝置500具備用于收容晶圓W并使用等離子
體進行處理的真空腔室505。在真空腔室505內設置有用于載置
晶圓W的基座510。基座510由導電性材料構成,基座510具備被
施加高頻電力的RF板510a以及設置于RF板510a上來用于吸附
晶圓W的靜電卡盤機構510b,其中,RF板510a的中央部與供電
棒515相連接,該供電棒515與未圖示的高頻電源電連接。

在基座510周圍設置有形成環狀的隔板520包圍基座510周
圍。另外,在真空腔室505的底部設置有底板525,在RF板510a
與底板525之間形成有空隙。

在基座510上方設置有對向電極530,該對向電極530與基座
510隔著間隔相對置。對向電極530由簇射頭構成,對載置在基
座510上的晶圓W噴射狀地提供規定的處理氣體。對向電極530
被施加接地電位或高頻電力。在基座510上的晶圓W周圍設置有
聚焦環535。聚焦環535提高晶圓W的等離子體處理的面內均勻
性。

在基座510上形成有四個溫度測量用窗540a~540d。溫度測
量用窗540a~540d構成為以能夠讓測量光透過基座510的上表面
與下表面的方式進行光學連通并且進行氣密密封。

在本實施方式所涉及的等離子體處理裝置500中,溫度測量
用窗540a~540d中的、設置于基座510的最外周側的位置處的溫
度測量用窗540d用于測量聚焦環535的溫度,其它溫度測量用窗
540a~540c用于測量晶圓W的溫度。

在底板525中與溫度測量用窗540a~540d對應地設置有貫通
孔545a~545d,在這些貫通孔中固定準直器555a~555d,該準直
器555a~555d被設置于用于從測量系統引導測量光的光纖
550a~550d的出口部分中。

光纖550a~550d與測量系統10相連接。測量系統10具備:光
源105;半透半反鏡110,其使來自光源105的光透過或者反射;
以及多路轉接器109,其將透過半透半反鏡110的光分別轉接到
四個光纖550a~550d。

測量裝置150具有分光器100和控制器120。在將四個測量光
照射到晶圓W和聚焦環535等四個測量點時,分光器100對在晶
圓W和聚焦環535的表面側和背面側分別反射的反射光L1、L2
的干涉進行測量。控制器120根據測量結果來測量晶圓W的溫度
和聚焦環535的溫度。如上所述,在測量過程中,分光器100的
光電二極管陣列108由于壓電元件200而在陣列方向上位移。由
此,根據本實施方式所涉及的測量系統10,能夠得到元件數的
兩倍以上的波長分辨率的分光數據。其結果,不僅能夠高精度
地測量晶圓W的溫度,還能夠高精度地測量比較厚的聚焦環535
的溫度。由此,通過安裝本實施方式所涉及的測量系統10,即
使是比較厚的部件,也能夠測量等離子體處理裝置500內部部件
的溫度。

在上述一個實施方式及其變形例中,各部的動作相互關聯,
在考慮相互關聯的同時也能夠替換為系列動作以及系列處理。
由此,能夠將測量裝置的實施方式設為溫度測量方法的實施方
式。

以上,參照附圖詳細說明了本發明的優選實施方式,但是
本發明并不限定于上述示例。對于具有本發明所屬的技術領域
內的一般知識的技術人員來說,在權利要求范圍內所記載的技
術思想的范疇內能夠想得到各種變更例或者修改例是顯而易見
的,這些也當然屬于本發明的技術范圍內。

例如,本發明所涉及的等離子體處理裝置并不限定于上述
實施方式示出的蝕刻裝置,也可以是成膜裝置、微波等離子體
處理裝置等所有等離子體處理裝置。另外,本發明所涉及的測
量裝置不僅使用于等離子體處理裝置,還能夠使用于內部輸入
熱的裝置。

另外,本發明所涉及的測量裝置使用頻域光學相干斷層成
像術而特別有用。在通過分光器對測量樣品的反射光進行分光
的情況下,根據波長軸的采樣數N以及分光器的波長跨度Δw來
決定測量厚度的邊界,因此采樣數越多則能夠測量越厚的被檢
體。

本發明所涉及的等離子體處理裝置并不限定于上述實施方
式示出的平行平板型等離子體處理裝置,還能夠使用于
ICP(Inductively?Coupled?Plasma:感應耦合等離子體)等離子體
處理裝置、微波等離子體處理裝置等中的任一個等離子體處理
裝置的氣體系統中。

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測量 裝置 以及 等離子體 處理
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