JP2009094208A - 表面処理用の膜厚測定設備 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチングなどの表面処理における膜厚測定において、照明光などの外乱によって受光部の検出精度が損なわれるのを防止する。
【解決手段】表面処理装置１０に膜厚測定設備２０Ｘを付設する。その発光部２１は、所定波長の測定光Ｌ１を被処理物９０に出射し、受光部２２は、被処理物９０からの光を検出し、膜９２の厚さの測定に供する。さらに照明部２３を設け、処理チャンバー１２内を前記所定波長の光を含まない照明光Ｌ３で照明する。受光部２２は、前記所定波長の光に感応する一方、前記照明光Ｌ３の波長の光に感応しない。処理チャンバー１２を画成する仕切りには、前記所定波長の光をカットする入射フィルタ１１ｆを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば半導体装置の製造分野におけるエッチングや成膜等の表面処理装置に付設され、被処理物の膜厚を測定する設備に関する。

半導体装置のエッチングや成膜等の表面処理では、処理量を解析する手段として、被検膜にレーザ光を照射し、反射光や透過光を受光し、分光反射法やエリプソメトリ法などを用いて膜厚を測定することが、一般的に行なわれている。
特許第３４２７０８５号公報 特許第２６０１２２７号公報 特開２００６−３００８１１号公報

処理チャンバーの照明は、蛍光灯などの白色光を使うのが一般的であった。そのため、膜厚測定装置の測定光の光路の周りには、外乱光を遮断する覆いが必要であった。しかし、そのような覆いは膜厚測定装置の大型化を招くだけでなく、測定光の光路の周りを完全に覆うことは困難であり、多少の外乱は避け得なかった。

本発明は、上記問題点を解決するために提案されたものであり、処理チャンバー内において被処理物の表面処理を行なう装置に付設され、前記被処理物の表面の膜厚を測定する設備であって、
所定波長の測定光を前記被処理物に出射する発光部と、
前記被処理物からの光を検出し、膜厚測定に供する受光部と、
前記所定波長の光を含まない照明光で前記処理チャンバー内を照明する照明部と、
を備え、前記受光部が、前記所定波長の光に感応する一方、前記照明光の波長の光に感応しないことを特徴とする。
この特徴構成によれば、照明光が外乱として受光部によって検出されるのを防止できる。これによって、膜厚測定の精度を高めることができる。また、外乱光を遮蔽するための覆いを設ける必要がなく、膜厚測定装置の小型化を図ることができる。

前記照明光が、単色光であることが好ましい。これによって、受光部による照明光のフィルタリングが容易になる。

前記受光部に、前記照明光の波長の光をカットする受光フィルタを設けるのが好ましい。これによって、照明光が外乱として検出されるのを確実に防止でき、測定精度を確実に向上させることができる。

前記受光部に、前記所定波長の光のみを通す受光フィルタを設けることが好ましい。これによって、被処理物に照射後の測定光のみを受光部で検出するようにでき、外乱光が入るのを確実に防止でき、測定精度を一層高めることができる。

前記処理チャンバーを画成する仕切りのうち少なくとも透明な部分に前記所定波長の光をカットする入射フィルタを設けるのが好ましい。これによって、外部から測定光と同じ波長の光が処理チャンバー内に入るのを防止でき、これが外乱となって測定精度が損なわれるのを防止することができる。

本発明によれば、照明光などの外乱によって受光部の検出精度が損なわれるのを防止でき、膜厚測定の精度を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。
図１は、表面処理装置としてエッチング装置１０を模式的に示したものである。透明なフード１１（仕切り）で画成された処理チャンバー１２の内部にエッチングヘッド１３と、移動ステージ１４と、膜厚測定装置２０とが設けられている。
符号１５は、処理チャンバー１２の外部に設置された照明用の蛍光灯である。

移動ステージ１４上に被処理物９０が配置されている。被処理物９０は、例えばＦＰＤ用のガラス基板を基材９１とし、この基材９１の表面に下地層（図示せず）等を介してエッチングすべきアモルファスシリコンの膜９２が形成されている。図において、基材９１及び膜９２の厚さは誇張されている。

移動ステージ１４の上方にエッチングヘッド１３が設けられている。エッチングヘッド１３は、例えばＨＦやＯ_３を含むエッチャントｇをアモルファスシリコン膜９２に吹き付けるようになっている。ＨＦは、ＣＦ_４にＨ_２Ｏを添加したガスをヘッド１３内の電極（図示省略）間に形成した大気圧放電空間でプラズマ化することにより生成できる。Ｏ_３は、酸素（Ｏ_２）を原料にしてオゾナイザーで生成することができる。エッチャントｇ中のＯ_３によってアモルファスシリコン９２が酸化され、この酸化シリコンがＨＦと反応してＳｉＦ_４等の揮発性物質に変換される。
さらに、移動ステージ１４ひいては被処理物９０をエッチングヘッド１３に対して左右にスキャンさせることにより、被処理物９０全体のアモルファスシリコン膜９２を漸次エッチングしていくことができる。

膜厚測定装置２０は、発光部２１と、受光部２２を備えている、
発光部２１は、被処理物９０の上方に配置され、被処理物９０へ向けて測定光Ｌ１を出射するようになっている。測定光Ｌ１は、所定の単一波長の光になっている。この所定波長は、例えば５３２ｎｍに設定されている。この波長の光は緑色である。測定光Ｌ１は、Ｐ偏光に偏光され、かつ被処理物９０への入射角θがアモルファスシリコンのブリュースター角（約７８°）になっている。したがって、測定光Ｌ１は、アモルファスシリコン層９２の表面ではほとんど反射せず、アモルファスシリコン層９２とその下地層との界面では反射し得る。

受光部２２は、被処理物９０上の測定光Ｌ１の照射スポットより発光部２１側とは反対側に配置され、被処理物９０からの反射光Ｌ２を検出するようになっている。この反射光Ｌ２は、アモルファスシリコン層９２の内部を通過して来たものであるため、アモルファスシリコン層９２が厚いほど吸収により光量が小さく、アモルファスシリコン層９２が薄くなるほど吸収が減って光量が大きくなる。したがって、受光部２２の検出光量に基づいて、図示しない解析部においてアモルファスシリコン９２の膜厚を解析することができる。

受光部２２の受光面には、受光フィルタ２２ｆが設けられている。受光フィルタ２２ｆは、測定光Ｌ１の波長の光を通す一方、測定光Ｌ１の波長以外の或る波長域の光をカットする光学フィルタで構成されている。例えば、フィルタ２２ｆは、緑色半透明のフィルムで構成されている。したがって、受光部２２は、測定光Ｌ１の波長の光に感応する一方、それ以外の波長の光には感応しないようになっている。

処理チャンバー１２には照明部２３が設けられている。照明部２３は、測定光Ｌ１の波長を含まない単色の照明光Ｌ３によって処理チャンバー１２内を照明するようになっている。照明光Ｌ３は、例えば赤色であり、その波長は上記受光フィルタ２２ｆでカットされる波長域に入っている。したがって、受光部２２は、照明光Ｌ３には感応しないようになっている。

処理チャンバー１２を画成する透明フード１１には、入射フィルタ１１ｆが設けられている。入射フィルタ１１ｆは、測定光Ｌ１の波長の光をカットする光学フィルタで構成されている。例えば、フィルタ１１ｆは、照明光Ｌ３の色と同じ赤色半透明のフィルムで構成されている。このフィルム１１ｆは、フード１１の外側面の全体に貼られている。
膜厚測定装置２０とフィルム１１ｆ付きフード１１は、膜厚測定設備２０Ｘを構成している。

上記構成の膜厚測定設備２０Ｘによれば、発光部２１から出射された緑色の測定光Ｌ１のうち被処理物９０からの反射光Ｌ２については受光フィルタ２２ｆでカットされることなく、受光部２２に確実に入射させることができる。これにより、反射光Ｌ２を確実に検出でき、膜厚計測に供することができる。そして、エッチングの終点（移動ステージ１４のスキャン回数）を確実に観測することができる。
一方、赤色の照明光Ｌ３は、受光フィルタ２２ｆによってカットされる。さらに、照明光Ｌ３に限らず、測定光Ｌ１の波長以外の光のほとんど全てが、受光フィルタ２２ｆによってカットされる。したがって、受光部２２の検出精度が、照明光Ｌ３その他の外乱光で損なわれるのを防止できる。これによって、膜厚測定の精度を高めることができる。
処理チャンバー１２の外部の蛍光灯１５などの光のうち赤色以外の光は入射フィルタ１１ｆでカットされ、処理チャンバー１２の内部に入るのが阻止される。したがって、測定光Ｌ１と同じ緑色の光が外部から処理チャンバー１２の内部に入って来ることはない。これによって、受光部２２に入る外乱を一層低減でき、測定精度を一層高めることができる。
測定光Ｌ１の光路の周りには外乱光を遮蔽するための覆いを設ける必要がない。よって、膜厚測定装置２０の小型化を図ることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、本発明は、エッチングだけでなく成膜処理時の膜厚測定にも適用できる。
受光部２２は、被処理物９０からの反射光Ｌ２に限られず、透過光を検知するようになっていてもよく、被処理物９０で散乱又は回折した光を検知するようになっていてもよい。
受光フィルタ２２ｆは、照明光Ｌ３の波長の光だけをカットするようになっていてもよく、測定光Ｌ１の波長の光のみを通してその他の照明光Ｌ３を含む全ての光をカットするようになっていてもよい。
入射フィルタ１１ｆは、処理チャンバー１２を画成する仕切り１１の少なくとも透明な部分に設ければよく、透明でない部分には設けなくてもよい。

本発明は、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や半導体ウェハのエッチングや成膜時における膜厚測定に適用可能である。

本発明の一実施形態を示す解説正面図である。

符号の説明

１０ エッチング装置（表面処理装置）
１１ フード（仕切り）
１１ｆ 入射フィルタ
１２ 処理チャンバー
１３ エッチングヘッド
１４ 移動ステージ
１５ 蛍光灯
２０ 膜厚測定装置
２０Ｘ 膜厚測定設備
２１ 発光部
２２ 受光部
２２ｆ 受光フィルタ
２３ 照明部
９０ 被処理物
９１ 基材
９２ アモルファスシリコン膜（厚さ検出対象膜）
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 反射光
Ｌ３ 照明光
θ 入射角

Claims (5)

1. 処理チャンバー内において被処理物の表面処理を行なう装置に付設され、前記被処理物の表面の膜厚を測定する設備であって、
   所定波長の測定光を前記被処理物に出射する発光部と、
   前記被処理物からの光を検出し、膜厚測定に供する受光部と、
   前記所定波長の光を含まない照明光で前記処理チャンバー内を照明する照明部と、
   を備え、前記受光部が、前記所定波長の光に感応する一方、前記照明光の波長の光に感応しないことを特徴とする表面処理用の膜厚測定設備。
2. 前記照明光が、単色光であることを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定設備。
3. 前記受光部に、前記照明光の波長の光をカットする受光フィルタを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の膜厚測定設備。
4. 前記受光部に、前記所定波長の光のみを通す受光フィルタを設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の膜厚測定設備。
5. 前記処理チャンバーを画成する仕切りのうち少なくとも透明な部分に前記所定波長の光をカットする入射フィルタを設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の膜厚測定設備。

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