CN113834453A - 测量器和求取鞘层的厚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供测量器和求取鞘层的厚度的方法，能够在等离子体处理装置中不安装专用的测量装置，而求取鞘层的厚度。一种公开的测量器包括基片以及设置于基片中或者基片上的发送电路、发送天线、接收天线、接收解调电路和运算器。发送电路生成微波。发送天线将由发送电路生成的微波作为发送波发送。接收天线至少将被基片支承器的上方的等离子体反射的发送波的反射波作为接收波接收。接收解调电路根据接收波生成反映基片与等离子体之间的鞘层的厚度的信号。运算器根据由接收解调电路生成的信号求取鞘层的厚度。

Description

测量器和求取鞘层的厚度的方法

技术领域

本发明的例示的实施方式涉及测量器和求取鞘层的厚度的方法。

背景技术

等离子体处理装置用于在电子器件的制造中。等离子体处理装置具有腔室和基片支承器。基片支承器在腔室内支承基片。在腔室内生成等离子体时，在基片支承器上的基片与等离子体之间形成鞘层(等离子体鞘层)。鞘层的厚度会影响对基片的等离子体处理。

下述的专利文献1记载了一种能够求取鞘层的厚度的等离子体处理装置。该等离子体处理装置具有用于测量鞘层的厚度的激光测长单元。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-353199号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明提供一种在等离子体处理装置中不安装专用的测量装置，而求取鞘层的厚度的技术。

用于解决技术问题的技术方案

在一个例示的实施方式中，提供一种测量器。测量器包括基片、发送电路、发送天线、至少一个接收天线、接收解调电路和运算器。基片能够载置在等离子体处理装置的基片支承器上。发送电路、发送天线、至少一个接收天线、接收解调电路和运算器设置于基片内或者基片上。发送电路能够生成微波。发送天线能够将由发送电路生成的微波作为发送波发送。至少一个接收天线能够将被基片支承器的上方的等离子体反射的发送波的反射波作为至少一个接收波接收。接收解调电路能够根据至少一个接收波生成反映基片与等离子体之间的鞘层的厚度的至少一个信号。运算器能够根据至少一个信号求取鞘层的厚度。

发明效果

依照一个例示的实施方式，能够在等离子体处理装置中不安装专用的测量装置，而求取鞘层的厚度。

附图说明

图1是一个例示的实施方式的测量器的平面图。

图2是概要地表示一例的等离子体处理装置的图。

图3是表示一个例示的实施方式的测量器的一个测量部的平面图。

图4是表示一个例示的实施方式的测量器的一个测量部的结构的图。

图5是表示一个例示的实施方式的测量器的发送天线与接收天线之间的微波的传递的图。

图6的(a)和图6的(b)是表示一个例示的实施方式的测量器中的发送波的发送方向的图。

图7是表示一个例示的实施方式的测量器中能够采用的一例的发送天线的平面图。

图8是表示一个例示的实施方式的测量器中能够采用的另一例的发送天线的平面图。

图9是表示一个例示的实施方式的测量部的图。

图10是表示另一个例示的实施方式的测量部的图。

图11是表示又一个例示的实施方式的测量部的图。

图12是表示又一个例示的实施方式的测量部的图。

图13是表示又一个例示的实施方式的测量部的图。

附图标记说明

1……测量器

2……基片

3……测量部

4……发送电路

5……发送天线

6……接收天线

7……接收解调电路

8……运算器。

具体实施方式

以下，说明各种例示的实施方式。

在一个例示的实施方式中，提供一种测量器。测量器包括基片、发送电路、发送天线、至少一个接收天线、接收解调电路和运算器。基片能够载置在等离子体处理装置的基片支承器上。发送电路、发送天线、至少一个接收天线、接收解调电路和运算器设置于基片内或者基片上。发送电路能够生成微波。发送天线能够将由发送电路生成的微波作为发送波发送。至少一个接收天线能够将被基片支承器的上方的等离子体反射的发送波的反射波作为至少一个接收波接收。接收解调电路能够根据至少一个接收波生成反映基片与等离子体之间的鞘层的厚度的至少一个信号。运算器能够根据至少一个信号求取鞘层的厚度。

在上述实施方式的测量器中，用于求取鞘层的厚度的要素，即发送电路、发送天线、至少一个接收天线、接收解调电路和运算器设置于能够载置在等离子体处理装置的基片支承器上的基片内或者基片上。因此，通过在将测量器载置于基片支承器上的状态下生成等离子体，能够在等离子体处理装置中不安装专用的测量装置，而求取鞘层的厚度。

在一个例示的实施方式中，也可以为，基片支承器上的来自发送天线的发送波的发送方向为斜上方向。也可以为，测量器具有多个接收天线作为至少一个接收天线。也可以为，多个接收天线沿发送波的发送方向的与基片平行的方向成分排列。也可以为，接收解调电路能够生成表示由多个接收天线分别接收的多个接收波的强度的多个信号。也可以为，运算器能够根据多个信号求取鞘层的厚度。

在一个例示的实施方式中，也可以为，发送天线将从发送电路输出的微波的脉冲作为发送波发送。也可以为，接收解调电路能够生成表示至少一个接收波的强度的至少一个信号。也可以为，运算器能够根据至少一个信号可以求取至少一个接收波相对于发送波的延迟时间，根据延迟时间求取鞘层的厚度。

在一个例示的实施方式中，也可以为，测量器具有多个接收天线作为至少一个接收天线。也可以为，多个接收天线沿发送波的发送方向的与基片平行的方向成分排列。也可以为，接收解调电路能够生成表示由多个接收天线分别接收的多个接收波的强度的多个信号。也可以为，运算器能够根据多个信号求取多个接收波分别相对于发送波的多个延迟时间，根据多个延迟时间求取鞘层的厚度。

在一个例示的实施方式中，也可以为，接收解调电路能够生成表示发送波与至少一个接收波之间的相位差的至少一个信号。

在一个例示的实施方式中，也可以为，发送电路能够使发送波的频率交替地单调增大和单调减小。也可以为，接收解调电路能够将发送波与至少一个接收波的混频，来生成具有反映鞘层的厚度的拍频的中间频率信号作为至少一个信号。

在一个例示的实施方式中，也可以为，发送电路能够以与基准信号同步地使发送波的发送方向与基片所成的角度进行增减的方式，扫描发送波的发送方向，其中，该基准信号具有比发送波的频率低的规定频率。也可以为，接收解调电路能够生成至少一个接收波中包含的规定频率的成分的信号作为至少一个信号。也可以为，运算器能够根据基准信号与至少一个信号之间的相位差求取鞘层的厚度。

在一个例示的实施方式中，也可以为，发送波是毫米波。

在另一各例示的实施方式中，提供一种求取鞘层的厚度的方法。方法包括a)在等离子体处理装置的腔室内在基片支承器上载置测量器的步骤。测量器包括基片、发送电路、发送天线、至少一个接收天线、接收解调电路和运算器。基片能够载置在等离子体处理装置的基片支承器上。发送电路、发送天线、至少一个接收天线、接收解调电路和运算器设置于基片内或者基片上。发送电路能够生成微波。发送天线能够将由发送电路生成的微波作为发送波发送。至少一个接收天线能够将被基片支承器的上方的等离子体反射的发送波的反射波作为至少一个接收波接收。接收解调电路能够根据至少一个接收波生成反映基片与等离子体之间的鞘层的厚度的至少一个信号。运算器能够根据至少一个信号求取鞘层的厚度。方法还包括b)在等离子体处理装置的腔室内生成等离子体的步骤。方法还包括c)在腔室内生成等离子体时，在载置于基片支承器上的测量器的运算器中根据至少一个信号求取鞘层的厚度的步骤。

以下，参照附图，对各种例示的实施方式详细地进行说明。此外，在各附图中对相同或相应的部分标注相同的附图标记。

图1是一个例示的实施方式的测量器的平面图。图1所示的测量器1构成为能够在等离子体处理装置的腔室内设置的基片支承器上，测量等离子体与测量器1之间的鞘层的厚度。测量器1包括基片2。基片2能够载置在等离子体处理装置的基片支承器上。基片2可以具有如晶片那样的圆盘形状。基片2例如能够由硅形成。

图2是概要地表示一例的等离子体处理装置的图。测量器1能够在图2所示的等离子体处理装置100的基片支承器104上测量鞘层的厚度。此外，测量器1也可以用于在其他等离子体处理装置中测量鞘层的厚度。

如图2所示，等离子体处理装置100具有腔室102。腔室102在其侧壁提供有通路102p。在等离子体处理装置100中进行处理的基片W和测量器1，在腔室102的内侧与外侧之间被运送时，通过通路102p。通路102p能够由闸门(gate valve)102v开闭。

等离子体处理装置100还具有基片支承器104。基片支承器104设置于腔室102中。基片支承器104构成为能够支承载置在其上的基片W。基片支承器104也能够支承载置在其上的测量器1。

基片支承器104可以包含下部电极106和静电吸盘108。下部电极106由如铝这样的导体形成，具有大致圆盘形状。静电吸盘108设置于下部电极106上。静电吸盘108构成为能够通过静电引力保持载置在其上的基片W或者测量器1。

基片支承器104也可以支承搭载在其上的边缘环ER。边缘环ER具有环形形状。边缘环ER例如由含硅材料形成。基片W或者测量器1载置在由边缘环ER包围的区域内且静电吸盘108上。

等离子体处理装置还可以具有上部电极109。上部电极109由腔室102的顶部102c支承。上部电极109可以接地。

等离子体处理装置100还可以具有气体供给部110和排气装置112。气体供给部110构成为能够对腔室102内供给气体。在图2中，气体供给部110经由腔室102的顶部102c从上部电极109对腔室102内供给气体，但是也可以从其他部位对腔室102内供给气体。排气装置112包括如自动压力控制阀这样的压力控制器以及如涡轮分子泵、干式泵这样的减压泵。排气装置112构成为能够将腔室102内的气体的压力调节为指定的压力。

等离子体处理装置100还可以包括高频电源114。高频电源114经由匹配器116连接到下部电极106。高频电源114对下部电极106供给高频电功率以在腔室102内从气体生成等离子体。匹配器116包含用于使高频电源114的负载的阻抗与高频电源114的输出阻抗相匹配的匹配电路。

在等离子体处理装置100中生成等离子体时，气体从气体供给部110被供给到腔室102内。此外，腔室102内的气体的压力由排气装置112调节。此外，高频电功率从高频电源114供给到下部电极106。其结果，在腔室102内生成等离子体PL。在等离子体PL与基片支承器104上的基片W或者测量器1之间形成鞘层S。

测量器1还具有一个以上的测量部3以在基片支承器104上测量鞘层S的厚度。在图1中，测量器1具有五个测量部3，不过测量器1中的测量部3的数量可以为一个，也可以为多个。此外，在图1中，多个测量部3中的一个测量部设置于基片2的中心，多个测量部3中的其他测量部在绕基片2的中心的圆上等间隔地排列。但是，也可以为，一个以上的测量部3配置在基片2上任何位置。此外，也可以为，一个以上的测量部3各自形成为芯片(chip)，搭载在基片2上。或者，也可以为，一个以上的测量部3各自形成在基片2内或者基片2上。

以下，参照图1以及图3和图4。图3是表示一个例示的实施方式的测量器的一个测量部的平面图。图4是表示一个例示的实施方式的测量器的一个测量部的结构的图。以下，对一个测量部3进行说明。此外，在测量器1具有多个测量部3的情况下，多个测量部3可以具有相同的结构。

测量部3具有发送电路4、发送天线5、至少一个接收天线6、接收解调电路7和运算器8。测量部3中的接收天线6的个数可以为一个，也可以为多个。测量部3还可以具有电池9和存储器10。电池9例如为全固体电池。电池9是测量部3的各部(例如运算器8)的工作电源。存储器10为程序和数据的保存部，与运算器8连接。测量部3的要素即发送电路4、发送天线5、至少一个接收天线6、接收解调电路7、运算器8、电池9和存储器10设置于基片2内或者基片2上。

发送电路4构成为能够生成微波。在发送电路4中生成的微波的频率可以为微波频段内的任何频率。在发送电路4中生成的微波的频率可以为毫米波频段内的频率。毫米波频段为30GHz以上、300GHz以下的频段。或者，在发送电路4中生成的微波的频率可以为次毫米波频段内的频率。次毫米波频段为300GHz以上的频段。

发送天线5连接到发送电路4。发送天线5构成为能够将由发送电路4生成的微波作为发送波发送。图5是表示一个例示的实施方式的测量器的发送天线与接收天线之间的微波的传递的图。如图5所示，从发送天线5发送的发送波具有能够在等离子体PL与鞘层S的界面被等离子体PL反射而由至少一个接收天线6作为接收波被接收的指向性。从发送天线5发送的发送波的发送方向为发送波的主轴方向。

图6的(a)和图6的(b)是表示一个例示的实施方式的测量器中的发送波的发送方向的图。在图6的(a)和图6的(b)中表示发送波的主瓣(mainrobe)和旁瓣(subrobe)。在图6的(a)和图6的(b)中，X方向是与基片2平行的方向。发送天线5和接收天线6沿X方向排列。Y方向是与基片2平行的方向，并且是与X方向垂直的方向。Z方向是与基片2、X方向和Y方向正交的方向，在基片支承器104上载置有测量器1的状态下是铅垂方向。如图6的(a)和图6的(b)所示，发送波的发送方向在基片支承器104上为斜上方向。发送波的发送方向的与基片2平行的方向成分是X方向。

发送天线5可以包含一个以上的天线元件。一个以上的天线元件包含辐射导体。图7是表示在一个例示的实施方式的测量器中能够采用的一例的发送天线的平面图。图7所示的发送天线5包含多个天线元件，即天线元件5a～5e。天线元件5a～5e各自包含辐射导体。天线元件5a～5e各自的辐射导体可以具有矩形的平面形状。天线元件5a～5e沿Y方向排列。天线元件5a～5e与发送电路4连接。在图7所示的例子中，发送电路4包含微波的振荡器4g和放大器4a。振荡器4g经由放大器4a连接到天线元件5a～5e。利用图7所示的发送天线5，能够发送其发送方向的与基片2平行的方向成分为X方向的发送波。此外，在发送天线5中沿Y方向排列的多个天线元件的个数可以为任意个数。

图8是表示在一个例示的实施方式的测量器中能够采用的其他例子的发送天线的平面图。图8所示的发送天线5包含多个天线元件组51～53。发送天线5中的天线元件组的数量可以为二个以上的任意个数。多个天线元件组51～53沿X方向排列。

多个天线元件组51～53各自具有多个天线元件。天线元件组51具有天线元件511～514。天线元件组52具有天线元件521～524。天线元件组53具有天线元件531～534。此外，多个天线元件组51～53各自所具有的天线元件的个数可以为二个以上的任意个数。上述的天线元件各自包含辐射导体。辐射导体可以具有矩形的平面形状。在多个天线元件组51～53的每一者中，多个天线元件沿Y方向排列。

图8所示的发送天线5的多个天线元件与发送电路4连接。发送电路4包含微波的振荡器4g、放大器4a和移相器组4p。振荡器4g经由放大器4a和移相器组4p连接到发送天线5。移相器组4p包含移相器41p、移相器42p和移相器43p。移相器41p连接在放大器4a与天线元件组51之间。移相器42p连接在放大器4a与天线元件组52之间。移相器43p连接在放大器4a与天线元件组53之间。从放大器4a输出的微波作为多个微波被分配到移相器41p、移相器42p和移相器43p。多个微波由移相器41p、移相器42p和移相器43p分别施加单独的相位后，分别被施加到多个天线元件组51～53。来自发送天线5的发送波是从多个天线元件组51～53发射的微波的合成波。来自发送天线5的发送波的发送方向与基片2所成的角度θ由在移相器41p、移相器42p、和移相器43p中对多个微波中分别设定的相位来调整。

再次参照图1、图3、和图4。至少一个接收天线6构成为能够将由等离子体PL反射的发送波的反射波作为接收波接收。如图3所示，测量部3包含多个接收天线61～66作为至少一个接收天线6。多个接收天线61～66沿X方向排列。测量部3中的接收天线的个数为一个以上即可，可以为任意个数。至少一个接收天线6连接到接收解调电路7。

接收解调电路7接收由至少一个接收天线6接收到的至少一个接收波。接收解调电路7构成为能够从至少一个接收波生成至少一个信号。由接收解调电路7生成的至少一个信号反映基片2与等离子体PL之间的鞘层S的厚度。接收解调电路7连接到运算器8。

运算器8接收来自接收解调电路7的至少一个信号。运算器8构成为能够根据从接收解调电路7接收到的至少一个信号，求取鞘层S的厚度。也可以为，运算器8执行保存于存储器10的程序，执行求取鞘层S的厚度的运算。也可以为，运算器8执行收保存于存储器10的程序，控制测量部3的发送电路4。运算器8能够由如CPU那样的处理器构成。

在测量器1中，为求取鞘层S的厚度所使用的要素，即发送电路4、发送天线5、至少一个接收天线6、接收解调电路7和运算器8设置在可在等离子体处理装置的基片支承器上载置的基片2内或者基片2上。因此，通过在将测量器1载置于基片支承器104上的状态下生成等离子体PL，能够在等离子体处理装置中不安装专用的测量装置，而求取鞘层S的厚度。此外，利用测量器1，能够在与在等离子体处理装置中基片W被处理的状态大致相同的状态下，求取鞘层S的厚度。此外，测量器1在具有在其上能够载置基片2的基片支承器的任意等离子体处理装置中，能够用于测量鞘层的厚度。此外，测量器1即使发生故障，也能够容易地更换。

以下，说明一个例示的实施方式的求取鞘层的厚度的方法。在该方法中，使用测量器1。以下的说明中，以将求取鞘层的厚度的方法应用于等离子体处理装置100的情况为例，对该方法进行说明。

在该方法中，首先，测量器1在等离子体处理装置100的腔室102内被载置在基片支承器104上。测量器1从包含等离子体处理装置100的基片处理系统的端阜内，经由运送系统被运送到腔室102内，而被载置在基片支承器104上。然后，用静电吸盘108保持测量器1。然后，测量器1的电路工作开始。

接着，在等离子体处理装置100的腔室内生成等离子体PL。为了生成等离子体PL，将气体从气体供给部110供给到腔室102内。此外，腔室102内的气体的压力由排气装置112调节。然后，来自高频电源114的高频电功率被供给到下部电极106。其结果，在腔室102内且测量器1的上方生成等离子体PL。

在该方法中，生成等离子体PL时，使用来自接收解调电路7的上述的至少一个信号，在测量器1的运算器8中求取鞘层S的厚度。然后，停止由气体供给部110供给气体，测量器1的电路工作停止，停止由静电吸盘108保持测量器1。然后，测量器1由运送系统从腔室102被输送到端阜。

以下，说明作为测量器1的一个以上的测量部3的每一者，能够采用的测量部的若干例示的实施方式。

图9是表示一个例示的实施方式的测量部的图。图9所示的测量部3A能够作为测量器1的一个以上的测量部3的每一者采用。在测量部3A中，发送电路4包括微波的振荡器4g和放大器4a。在测量部3A中，发送电路4将作为连续波的微波输出到发送天线5。

测量部3A包含接收天线61～66作为至少一个接收天线6。发送天线5和接收天线61～66沿X方向排列。此外，测量部3A中的接收天线的个数为二个以上即可，可以为任何个数。

在测量部3A中，接收解调电路7包含第一放大器711～716、带通滤波器721～726、检波二极管731～736、第二放大器741～746和A/D转换器751～756。在测量部3A的接收解调电路7中，第一放大器、带通滤波器、检波二极管、第二放大器、A/D转换器各自的个数为与测量部3A的接收天线的个数相同。

第一放大器711～716的输入端与接收天线61～66分别连接。第一放大器711～716分别通过将由接收天线61～66接收到的多个接收波放大，来生成多个放大信号。第一放大器711～716分别从它们的输出端输出所生成的多个放大信号。

带通滤波器721～726的输入端与第一放大器711～716的输出端分别连接。带通滤波器721～726各自的通带是使具有与发送波的频率相同的频率的信号选择性地通过的频带。带通滤波器721～726分别通过对来自第一放大器711～716的多个放大信号进行滤波，来生成多个滤波信号。带通滤波器721～726从它们的输出端输出所生成的多个滤波信号。

检波二极管731～736的输入端与带通滤波器721～726的输出端分别连接。检波二极管731～736分别通过对来自带通滤波器721～726的多个滤波信号进行检波，来生成多个检波信号。检波二极管731～736分别从它们的输出端输出所生成的多个检波信号。

第二放大器741～746的输入端与检波二极管731～736的输出端分别连接。第二放大器741～746分别通过将来自检波二极管731～736的多个检波信号放大，来生成多个放大信号。第二放大器741～746分别从它们的输出端输出所生成的多个放大信号。

A/D转换器751～756的输入端与第二放大器741～746的输出端分别连接。A/D转换器751～756分别通过对来自第二放大器741～746的多个放大信号进行A/D转换处理，来生成多个数字信号。A/D转换器751～756分别从它们的输出端输出所生成的多个数字信号。由A/D转换器751～756生成的多个数字信号，表示各接收天线61～66的接收波的强度。由A/D转换器751～756生成的多个数字信号，作为反映鞘层S的厚度的信号被输入到运算器8。

运算器8接收来自A/D转换器751～756的多个数字信号。运算器8确定与根据上述的数字信号确定的各接收天线61～66的接收波的强度的组合对应的鞘层S的厚度。也可以为，运算器8将各接收天线61～66的接收波的强度的组合与鞘层S的厚度的关系预先保持为表格或者函数。也可以为，运算器8使用这样的表格或者函数来求取鞘层S的厚度。

各接收天线61～66的接收波的强度取决于鞘层S的厚度。因此，利用测量部3A，能够根据各接收天线61～66的接收波的强度的组合来求取鞘层S的厚度。

以下，参照图10。图10是表示另一例示的实施方式的测量部的图。图10所示的测量部3B能够作为测量器1的一个以上的测量部3的每一者采用。在测量部3B中，发送电路4包含微波的振荡器4g、脉冲振荡器4pg、脉冲调制器4pm和放大器4a。在测量部3B中，发送电路4输出微波的脉冲。脉冲振荡器4pg产生脉冲信号。脉冲调制器4pm通过使用脉冲信号对来自振荡器4g的微波的振幅进行调制，来生成微波的脉冲。放大器4a将由脉冲调制器4pm生成的微波的脉冲放大，并输出到发送天线5。发送天线5将已放大的微波的脉冲作为发送波发射。

测量部3B包含接收天线61～66作为至少一个接收天线6。发送天线5和接收天线61～66沿X方向排列。此外，测量部3B中的接收天线的个数为一个以上即可，可以为任何个数。

测量部3B的接收解调电路7具有与测量部3A的接收解调电路7相同的结构。即，在测量部3B中，接收解调电路7包含第一放大器711～716、带通滤波器721～726、检波二极管731～736、第二放大器741～746和A/D转换器751～756。在测量部3B的接收解调电路7中，第一放大器、带通滤波器、检波二极管、第二放大器、A/D转换器各自的个数与测量部3B的接收天线的个数相同。

在测量部3B中，发送波为微波的脉冲。因此，各接收天线61～66的接收波也为微波的脉冲。所以，由A/D转换器751～756生成的各数字信号也包含脉冲。由A/D转换器751～756生成的多个数字信号各自中的脉冲，相对于发送波(微波的脉冲)的发送时刻具有延迟时间。

延迟时间取决于鞘层S的厚度。

在测量部3B中，运算器8接收来自A/D转换器751～756的多个数字信号。运算器8根据上述的数字信号，确定与发送波(微波的脉冲)的发送时刻对应的各接收天线61～66的多个接收波(即，微波的脉冲)的接收时刻的延迟时间。运算器8根据上述延迟时间求取鞘层S的厚度。也可以为，运算器8求取与上述延迟时间对应的多个厚度，求取多个厚度的平均值作为鞘层S的厚度。此外，根据各数字信号确定的鞘层S的厚度Sth，依照下述的式(1)来求取。在式(1)中，c为光速，t为延迟时间，L为接收了具有该延迟时间的接收波的接收天线与发送天线之间的X方向上的距离。

利用测量部3B，能够使用微波的脉冲作为发送波，来根据接收波的延迟时间求取鞘层S的厚度。此外，也可以为，发送波不进行使用来自脉冲振荡器4pg的脉冲信号的调制，而通过TDMA方式进行调制。

以下，参照图11。图11是表示又一例示的实施方式的测量部的图。图11所示的测量部3C能够作为测量器1的一个以上的测量部3每一者采用。在测量部3C中，发送电路4包含微波的振荡器4g和放大器4a。在测量部3C中，发送电路4将作为连续波的微波输出到发送天线5。

测量部3C包含一个接收天线6。发送天线5和接收天线6沿X方向排列。此外，测量部3C中的接收天线的个数可以为二个以上。

在测量部3C中，接收解调电路7包括放大器C1、混频器C2和C3、局部振荡器C4、放大器C5和C6、相位检测器C7以及A/D转换器C8。在测量部3C中，来自振荡器4g的微波除了被输出到放大器4a之外，还被输出到混频器C2。混频器C2与局部振荡器C4连接。混频器C2通过将来自振荡器4g的微波和来自局部振荡器C4的信号混频，来生成第一中间频率信号。混频器C2的输出端与放大器C5的输入端连接。放大器C5通过将第一中间频率信号放大，来生成第一放大信号。放大器C5从其输出端输出第一放大信号。放大器C5的输出端与相位检测器C7的第一输入端连接。

放大器C1的输入端与接收天线6连接。放大器C1将来自接收天线6的接收波放大，生成放大信号。放大器C1从其输出端输出所生成的放大信号。放大器C1的输出端与混频器C3连接。混频器C3与局部振荡器C4连接。混频器C3通过将来自放大器C1的放大信号和来自局部振荡器C4的信号混频，来生成第二中间频率信号。混频器C3的输出端与放大器C6的输入端连接。放大器C6通过将第二中间频率信号放大，来生成第二放大信号。放大器C6从其输出端输出第二放大信号。放大器C6的输出端与相位检测器C7的第二输入端连接。

相位检测器C7将具有与第一放大信号和第二放大信号之间的相位差、即发送波和接收波之间的相位差相应的水平的电压，从其输出端输出。相位检测器C7的输出端与A/D转换器C8的输入端连接。A/D转换器C8通过对该输入端接收到的信号进行A/D转换处理，来生成数字信号。A/D转换器C8从其输出端输出所生成的数字信号。由A/D转换器C8生成的数字信号作为反映鞘层S的厚度的信号被输入运算器8。

运算器8接收来自A/D转换器C8的数字信号。运算器8根据数字信号来确定发送波与接收波之间的相位差

相位差

依照

求取。V是根据数字信号确定的相位检测器C7的输出电压的水平。K为相位灵敏度常数，是预先确定的。运算器8依照

的运算来求取鞘层S的厚度Sth。此处，c为光速，f为发送波的频率。

此外，在测量部3C具有多个接收天线的情况下，接收解调电路7包括多组的放大器C1、混频器C2和C3、局部振荡器C4、放大器C5和C6、相位检测器C7以及A/D转换器C8。在该情况下，运算器8也可以求取多个厚度的平均值作为鞘层S的厚度，其中多个厚度的平均值是根据由多组中每组的A/D转换器C8生成的数字信号来求取的。

以下，参照图12。图12是表示又一例示的实施方式的测量部的图。图12所示的测量部3D能够作为测量器1的一个以上的测量部3的每一者采用。在测量部3D中，发送电路4包括微波的振荡器4g、信号发生器4fg、调制器4fm和放大器4a。在测量部3D中，发送电路4输出其频率交替地单调增大和单调减小的微波。调制器4fm通过使用来自信号发生器4fg的信号对来自振荡器4g的微波的频率进行调制，来生成调制微波。放大器4a将由调制器4fm生成的调制微波放大，输出到发送天线5。发送天线5将已放大的调制微波作为发送波发射。

测量部3D包含一个接收天线6。发送天线5和接收天线6沿X方向排列。此外，测量部3D中的接收天线的个数可以为二个以上。

在测量部3D中，接收解调电路7具有放大器D1、混频器D2、检波二极管D3、带通滤波器D4、放大器D5和A/D转换器D6。放大器D1的输入端与接收天线6连接。放大器D1将来自接收天线6的接收波放大，生成放大信号。放大器D1从其输出端输出所生成的放大信号。放大器D1的输出端与混频器D2连接。混频器D2与振荡器4g连接。混频器D2通过将来自放大器D1的放大信号和来自振荡器4g的微波混频，来生成具有拍频(beat frequency)的信号。

在发送了发送波的时刻与作为该发送波被等离子体PL反射的反射波的接收波由接收天线6接收为止的时刻之间，具有时间差。即，接收波具有延迟时间。延迟时间取决于鞘层S的厚度。通过将同一时刻的发送波和接收波混频而得到的信号，成为具有与接收波的延迟时间相应的拍频的信号。因此，由混频器D2生成的信号具有反映鞘层S的厚度的拍频。

检波二极管D3根据由混频器D2生成的信号生成检波信号。检波二极管D3从其输出端输出检波信号。检波二极管D3的输出端与带通滤波器D4的输入端连接。带通滤波器D4的通带是使具有拍频的信号选择性地通过的频带。带通滤波器D4通过对来自检波二极管D3的检波信号进行滤波，来生成滤波信号。带通滤波器D4从其输出端输出所生成的滤波信号。

放大器D5的输入端与带通滤波器D4的输出端连接。放大器D5通过将滤波信号放大，来生成放大信号。放大器D5从其输出端输出所生成的放大信号。A/D转换器D6的输入端与放大器D5的输出连接。A/D转换器D6通过对来自放大器D5的放大信号进行A/D转换处理，来生成数字信号。所生成的数字信号具有反映鞘层S的厚度的拍频。

运算器8接收来自A/D转换器D6的数字信号。运算器8根据对数字信号应用例如高速傅里叶变换(FFT)而得到的频谱，来确定拍频。运算器8求取与所确定的拍频对应的鞘层S的厚度。也可以为，运算器8将拍频与鞘层S的厚度的关系预先保持为表格或者函数。也可以为，运算器8使用这样的表格或者函数来求取鞘层S的厚度。

此外，在测量部3D具有多个接收天线的情况下，接收解调电路7具有多组的放大器D1、混频器D2、检波二极管D3、带通滤波器D4、放大器D5和A/D转换器D6。在该情况下，运算器8也可以求取多个厚度的平均值作为鞘层S的厚度，其中多个厚度的平均值是根据由多组中每组的A/D转换器D6生成的数字信号来求取的。

以下参照图13。图13是表示又一例示的实施方式的测量部的图。图13所示的测量部3E能够作为测量器1的一个以上的测量部3的每一者采用。测量部3E构成为能够以使从发送天线5发送的发送波的发送方向与基片2所成的角度θ增减的方式，扫描发送波的发送方向。在测量部3E中，发送天线5可以具有图8所示的结构。

在测量部3E中，发送电路4具有微波的振荡器4g、放大器4a、移相器组4p、信号发生器4d、放大器4b和A/D转换器4c。在发送电路4中，振荡器4g产生作为连续波的微波。放大器4a将来自振荡器4g的微波放大，并输出到移相器组4p。

移相器组4p如参照图8所说明的那样，包含多个移相器。从放大器4a对多个相位器分别施加多个微波。多个微波在由移相器组4p的多个相位器的每一者施加了单独的相位后，分别被施加到发送天线5的多个天线元件组。移相器组4p的多个相位器与来自信号发生器4d的基准信号同步地使对发送天线5的多个发送天线组分别施加的微波的相位变化。其结果，从发送天线5的多个发送天线组发送的发送波的发送方向，以发送波的角度θ按根据基准信号的频率(规定频率)确定的周期进行增减的方式被扫描。基准信号具有比微波的频率低的频率。基准信号的频率例如为1Hz以上、1kHz以下。

信号发生器4d的输出经由放大器4b连接到A/D转换器4c的输入端。基准信号由放大器4b放大并被输入A/D转换器4c。A/D转换器4c通过对已放大的基准信号仅A/D转换处理来生成数字信号(以下，称为“基准数字信号”)。由A/D转换器4c生成的基准数字信号，被施加到运算器8。

测量部3E包含接收天线61～66作为至少一个接收天线6。发送天线5和接收天线61～66沿X方向排列。此外，测量部3E中的接收天线的个数为一个以上时，可以为任何个数。

测量部3E的接收解调电路7具有与测量部3A的接收解调电路7相同的结构。即，在测量部3E中，接收解调电路7包含第一放大器711～716、带通滤波器721～726、检波二极管731～736、第二放大器741～746和A/D转换器751～756。但是，在测量部3E中，带通滤波器721～726各自具有使具有与基准信号的频率相同频率的成分选择性地通过的频带。在测量部3E的接收解调电路7中，第一放大器、带通滤波器、检波二极管、第二放大器、A/D转换器各自的个数与测量部3E的接收天线的个数相同。

在测量部3E中，从各A/D转换器751～756输出的数字信号，相对于基准数字信号具有相位差。相位差取决于鞘层S的厚度。

在测量部3E中，运算器8接收来自A/D转换器751～756的多个数字信号。运算器8确定来自A/D转换器751～756的多个数字信号分别相对于基准数字信号的相位差。运算器8根据上述的相位差求取鞘层S的厚度。也可以为，运算器8求取与上述的相位差对应的多个厚度，求取多个厚度的平均值作为鞘层S的厚度。此外，根据来自各A/D转换器751～756的数字信号确定的鞘层S的厚度Sth，依照上述的式(1)求取。在测量部3E的运算器8所使用的式(1)中，c为光速，t为相位差(延迟时间)，L为接收到具有该相位差的数字信号所对应的接收波的接收天线与发送天线之间的距离。

以上，对各种例示的实施方式进行了说明，但是，不限于上述的例示的实施方式，可以进行各种追加、省略、替换和改变。此外，能够将不同的实施方式中的要素组合而形成其他实施方式。

根据以上的说明，为进行说明，在本说明书中说明了本发明的各种实施方式，应当理解只要不脱离本发明的范围和主旨就能够进行各种改变。因此，本说明书公开的各种实施方式并非限定性的，真实的范围和主旨由所附的权利要求的范围给出。

Claims (9)

1.一种测量器，其特征在于，包括：

基片，其能够载置在等离子体处理装置的基片支承器上；

发送电路，其设置于所述基片内或者该基片上，能够生成微波；

发送天线，其设置于所述基片内或者该基片上，能够将由所述发送电路生成的微波作为发送波发送；

至少一个接收天线，其设置于所述基片内或者该基片上，能够将被所述基片支承器的上方的等离子体反射的所述发送波的反射波作为至少一个接收波接收；

接收解调电路，其设置于所述基片内或者该基片上，能够根据所述至少一个接收波生成反映所述基片与所述等离子体之间的鞘层的厚度的至少一个信号；和

运算器，其设置于所述基片内或者该基片上，能够根据所述至少一个信号求取所述厚度。

2.如权利要求1所述的测量器，其特征在于：

作为所述至少一个接收天线，具有多个接收天线，

所述多个接收天线沿所述发送波的发送方向的与所述基片平行的方向成分排列，

所述接收解调电路能够生成表示由所述多个接收天线分别接收的多个接收波的强度的多个信号，

所述运算器能够根据所述多个信号求取所述厚度。

3.如权利要求1所述的测量器，其特征在于：

所述发送天线将从所述发送电路输出的所述微波的脉冲作为所述发送波发送，

所述接收解调电路能够生成表示所述至少一个接收波的强度的所述至少一个信号，

所述运算器能够根据所述至少一个信号求取所述至少一个接收波相对于所述发送波的延迟时间，根据该延迟时间求取所述厚度。

4.如权利要求3所述的测量器，其特征在于：

作为所述至少一个接收天线，具有多个接收天线，

所述多个接收天线沿所述发送波的发送方向的与所述基片平行的方向成分排列，

所述接收解调电路能够生成表示由所述多个接收天线分别接收的多个接收波的强度的多个信号，

所述运算器能够根据所述多个信号求取所述多个接收波分别相对于所述发送波的多个延迟时间，根据该多个延迟时间求取所述厚度。

5.如权利要求1所述的测量器，其特征在于：

所述接收解调电路能够生成表示所述发送波与所述至少一个接收波之间的相位差的所述至少一个信号。

6.如权利要求1所述的测量器，其特征在于：

所述发送电路能够使所述发送波的频率交替地单调增大和单调减小，

所述接收解调电路能够将所述发送波和所述至少一个接收波混频，来生成具有反映所述鞘层的厚度的拍频的中间频率信号作为所述至少一个信号。

7.如权利要求1所述的测量器，其特征在于：

所述发送电路能够以与基准信号同步地使所述发送波的发送方向与所述基片所成的角度进行增减的方式，来扫描所述发送波的发送方向，其中，所述基准信号具有比所述发送波的频率低的规定频率，

所述接收解调电路能够生成所述至少一个接收波中包含的所述规定频率的成分的信号作为所述至少一个信号，

所述运算器能够根据所述基准信号与所述至少一个信号之间的相位差求取所述厚度。

8.如权利要求1～7中任一项所述的测量器，其特征在于：

所述发送波是毫米波。

9.一种求取鞘层的厚度的方法，其特征在于，包括：

a)在等离子体处理装置的腔室内在基片支承器上载置测量器的步骤，该测量器包括：

基片，其能够载置在所述等离子体处理装置的所述基片支承器上；

发送电路，其设置于所述基片内或者该基片上，能够生成微波；

发送天线，其设置于所述基片内或者该基片上，能够将由所述发送电路生成的微波作为发送波发送；

至少一个接收天线，其设置于所述基片内或者该基片上，能够将被所述基片支承器的上方的等离子体反射的所述发送波的反射波作为至少一个接收波接收；

接收解调电路，其设置于所述基片内或者该基片上，能够根据所述至少一个接收波生成反映所述基片与所述等离子体之间的鞘层的厚度的至少一个信号；和

运算器，其设置于所述基片内或者该基片上，能够根据所述至少一个信号求取所述厚度；

b)在所述等离子体处理装置的腔室内生成等离子体的步骤；以及

c)在所述腔室内生成所述等离子体时，在载置于所述基片支承器上的所述测量器的所述运算器中根据所述至少一个信号求取所述厚度的步骤。

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