TWI506714B - 基板處理裝置之處理室內構成構件及其溫度測定方法 - Google Patents

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Chishio Koshimizu
Tatsuo Matsudo
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Description

基板處理裝置之處理室內構成構件及其溫度測定方法
本發明係關於一種基板處理裝置之處理室內構成構件及其溫度測定方法。
使用於處理室內產生之電漿對作為基板之晶圓施行既定電漿處理的基板處理裝置中，處理室內所配置的構件因電漿而損耗。特別是，被配置為包圍晶圓，且與該晶圓由同樣材料構成之對焦環，因暴露於密度較高之電漿而損耗量大。對焦環損耗則晶圓上之電漿分布產生變化，故監控對焦環之損耗量，若損耗量一超過既定量，則必須替換對焦環。
此外，既往以來，對晶圓施行電漿處理等之各種處理時，自圖求處理確實的觀點來看，進行測定晶圓及處理室內之各構成構件的溫度，並加以控制。而近年提出一種關於使用低同調光干涉溫度計之溫度測定方法之技術，藉由朝向係溫度測定對象物之例如對焦環背面照射低同調光，並測定來自表面及背面之反射光與參考光的干涉，而測定對焦環之溫度(參考例如專利文獻1及專利文獻2)。
[習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-227063號公報
[專利文獻2]日本特開2003-307458號公報
然則，使用低同調光干涉溫度計之溫度測定技術中，測定對象物必須滿足以下的要件：測定光之一部分可透射、測定部位之表面與背面的平行度高、及表面及背面為鏡面加工等。因此，測定對象物若因電漿而磨耗，無法保有表面與背面的平行度，則欠缺作為測定對象物之要件，產生無法測定正確溫度等問題。
此外，在關於習知的使用低同調光干涉溫度計之溫度測定技術的提案上，係以關於低同調光干涉溫度計的改良者為主流，具有缺乏使測定對象物適合於使用低同調光干涉溫度計之溫度測定的研究等問題。
本發明之課題在於提供一種基板處理裝置之處理室內構成構件及其溫度測定方法，即便因磨耗等而破壞表面與背面的平行，仍可使用利用低同調光的干涉之溫度測定裝置，施行正確的溫度測定。
為解決上述問題，請求項1記載之基板處理裝置之處理室內構成構件，為被測定溫度的基板處理裝置之處理室內構成構件，其特徵為具備：損耗面，暴露於損耗氣體環境；非損耗面，未暴露於該損耗氣體環境；溫度測定部，具備互為平行的該損耗面側之面及該非損耗面側之面；溫度測定部，具備互為平行的該損耗面側之面及該非損耗面側之面；以及包覆部，包覆該溫度測定部的該損耗面側之面；其特徵為：該溫度測定部為薄壁部，與該損耗面所設置之凹部對應；該薄壁部的該損耗面側之面與非損耗面側之面，分別施以鏡面加工。
請求項2記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項1記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為： 對該包覆部之與該薄壁部的損耗面側之面對向的面，施以粗面加工。
請求項3記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項1或2記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：於該包覆部與該凹部內面之抵接部，夾設傳熱片或傳熱氣體。
請求項4記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項1至3項中之任1項所記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：該包覆部，由矽(Si)、碳化矽(SiC)、石英、氧化鋁(Al2 O3 )及氮化鋁(AlN)中之任一者所構成。
請求項5記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項1記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：該溫度測定部為溫度測定用構件，嵌合於該基板處理裝置之處理室內構成構件的該非損耗面所設置之凹部；對該溫度測定用構件的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工。
請求項6記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項5記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：對該溫度測定用構件的與該損耗面側之面對向的該凹部內面，施以粗面加工。
請求項7記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項5或6項記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：在該溫度測定用構件與該凹部內面之抵接部，夾設傳熱片或傳熱氣體。
請求項8記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項5至7項中之任1項所記載之基板處理裝置之處理室內構成 構件中，其特徵為：該溫度測定用構件，由矽(Si)、石英或藍寶石所構成。
請求項9記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項1記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：該溫度測定部為，該基板處理裝置之處理室內構成構件的一部分；對該基板處理裝置之處理室內構成構件其一部分的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工；已施加該鏡面加工的損耗面側之面，係以該包覆部覆蓋。
請求項10記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項1記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：該溫度測定部為溫度測定用構件，嵌合於該基板處理裝置之處理室內構成構件的該非損耗面所設置之缺口部；對該溫度測定用構件的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工；該溫度測定用構件的該損耗面側之面，係以構成該基板處理裝置之處理室內構成構件其該缺口部之一部分所覆蓋。
請求項11記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項1記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：該溫度測定部為溫度測定用構件，與該基板處理裝置之處理室內構成構件的該非損耗面接合；對該溫度測定用構件的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工；該溫度測定用構件的該損耗面側之面，係以該基板處理裝置之處理室內構成構件所覆蓋。
請求項12記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項11記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：該溫度測定用構件具有由厚板部與薄板部構成之段差部，該薄板部的該損耗面側之面與該非損耗面側之面互為平行，且分別施以 鏡面加工；該薄板部的該損耗面側之面，係以該基板處理裝置之處理室內構成構件的一部分所覆蓋。
請求項13記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項11記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：該溫度測定用構件具有由厚板部與薄板部構成之段差部，該厚板部的該損耗面側之面與該非損耗面側之面互相平行，且分別施以鏡面加工；該厚板部的該損耗面側之面，係以該基板處理裝置之處理室內構成構件的一部分所覆蓋。
請求項14記載之基板處理裝置之處理室內構成構件為，如請求項第1至13項中之任1項所記載之基板處理裝置之處理室內構成構件中，其特徵為：該基板處理裝置之處理室內構成構件為，對焦環、上部電極、下部電極、電極保護構件、絕緣礙子、絶緣環、觀測用窗、伸縮護蓋、擋板及防沈積遮蔽構件中之任一者。
為解決上述問題，請求項15記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法為，利用低同調光的干涉而測定基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度之方法，其特徵為具備如下步驟：光照射步驟，溫度測定部係設置在具備暴露於損耗氣體環境之損耗面、及未暴露於該損耗氣體環境之非損耗面的該基板處理裝置之處理室內構成構件中，且該損耗面側之面與該非損耗面側之面互為平行，對以包覆部包覆該損耗面側之面的溫度測定部，照射來自該非損耗面側之面的測定光；受光步驟，分別接收以該溫度測定部的非損耗面側之面反射的該測定光的反射光、及以該損耗面側之面反射的該測定光的反射光；光路長差檢測步驟，求出在該受光步驟接收之該2束反射光的光路長差；以及溫度計算步驟，依據在該光路長差檢測步驟檢測出的光路長差、及預先求出之該2束反射光之光路長差與該溫度測定部之溫度的關係，計算該溫度測定部的溫度；其特徵為：該溫度測定部為薄壁部，與 該基板處理裝置之處理室內構成構件的該損耗面所設置之凹部對應；對該薄壁部的該損耗面側之面與非損耗面側之面，分別施以鏡面加工。
請求項16記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法為，如請求項15記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法中，其特徵為：對該包覆部之與該薄壁部的損耗面側之面對向的面，施以粗面加工。
請求項17記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法為，如請求項15或16記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法中，其特徵為：於該包覆部與該凹部內面之抵接部，夾設傳熱片或傳熱氣體。
請求項18記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法為，如請求項15至17項中之任1項所記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法中，其特徵為：該包覆部，由矽(Si)、碳化矽(SiC)、石英、氧化鋁(Al2 O3 )及氮化鋁(AlN)中之任一者所構成。
請求項19記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法為，如請求項15記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法中，其特徵為：該溫度測定部為溫度測定用構件，嵌合於該基板處理裝置之處理室內構成構件的該非損耗面所設置之凹部；對該溫度測定用構件的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工。
請求項20記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法為，如請求項19記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法中，其特徵為：對該溫度測定用構件的與該損耗 面側之面對向的該凹部內面，施以粗面加工。
請求項21記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法為，如請求項19或20記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法中，其特徵為：在該溫度測定用構件與該凹部內面之抵接部，夾設傳熱片或傳熱氣體。
請求項22記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法為，如請求項19至21項中之任1項所記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法中，其特徵為：該溫度測定用構件，由矽(Si)、石英或藍寶石所構成。
請求項23記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法為，如請求項第15至22項中之任1項所記載之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法中，其特徵為：該基板處理裝置之處理室內構成構件為，對焦環、上部電極、下部電極、電極保護構件、絕緣礙子、絶緣環、觀測用窗、伸縮護蓋、擋板及防沈積遮蔽構件中之任一者。
依本發明，對藉由以包覆部包覆而免於損耗之，具備互為平行的損耗面側之面及非損耗面側之面的溫度測定部其非損耗面側之面，照射測定光，並依據以非損耗面側之面及損耗面側之面反射的2束反射光的光路長差，求算溫度測定部的溫度，故即便因磨耗等而破壞處理室內構成構件之表面與背面的平行，仍可使用利用低同調光的干涉之溫度量測裝置，施行正確的溫度測定。
[實施本發明之最佳形態]
以下，參考附圖對本發明之實施形態加以說明。
首先，就本發明之實施形態的處理室內構成構件所應用之基板處理裝置進行說明。
圖1為，示意本發明之實施形態的處理室內構成構件所應用之基板處理裝置其構成之剖面圖。此一基板處理裝置，對作為基板的半導體裝置用之晶圓(以下單以「晶圓」稱之)施行電漿蝕刻處理。
圖1中，基板處理裝置10，具有腔室11，收納例如直徑為300mm的晶圓W，於該腔室11內配置有載置半導體裝置用之晶圓W的圓柱狀基座12。基板處理裝置10中，以腔室11之內側壁與基座12之側面形成側部排氣路13。在此一側部排氣路13之中途配置排氣板14。
排氣板14為具有多數貫通孔之板狀構件，作為將腔室11內部分隔為上部與下部之分隔板而作用。於以排氣板14分隔之腔室11內部的上部(以下以「處理室」稱之)15，產生後述的電漿。此外，腔室11內部的下部(以下以「排氣室(歧管)」稱之)16，與排出腔室11內之氣體的排氣管17相連接。排氣板14捕捉或反射處理室15所產生的電漿，以防止往歧管16的漏洩。
排氣管17與TMP(Turbo Molecular Pump，渦輪分子泵)及DP(Dry Pump，乾式泵浦)(皆省略圖示)相連接，此等泵將腔室11內抽真空而減壓。具體而言，DP將腔室11內自大氣壓減壓至中真空狀態(例如，1.3×10Pa(0.1Torr)以下)，TMP與DP協同將腔室11內減壓至係較中真空狀態更為低壓的高真空狀態(例如，1.3×10-3 Pa(1.0×10-5 Torr)以下)。另，腔室11內之壓力係藉APC閥(省略圖示)控制。
腔室11內之基座12，介由第1匹配器19與第1高頻電源18相連接，且介由第2匹配器21與第2高頻電源20相連接，第1高頻電源18，將比較上較低的頻率例如2MHz之離子導入用的高頻電力，施加於基座12；第2高頻電源20，將比較上較高的頻率例如60MHz之電漿產生用的高頻電力，施加於基座12。藉此，基座12作為電極而作用。此外，第1匹配器19及第2匹配器21，降低來自基座12之高頻電力的反射以使高頻電力對基座12之施加效率最大化。
基座12的上部，呈小徑之圓柱自大徑之圓柱前端起沿著同心軸突出的形狀，該上部以包圍小徑之圓柱的方式形成段差。小徑之圓柱前端，配置有在其內部具有靜電電極板22之由陶瓷構成的靜電吸盤23。靜電電極板22與直流電源24相連接，對靜電電極板22施加正的直流電壓時，於晶圓W中的靜電吸盤23側的面(以下以「背面」稱之)誘發負電荷，藉此在靜電電極板22及晶圓W的背面之間產生電場，並藉起因於該電場之庫侖力或強森．拉貝克力，將晶圓W於靜電吸盤23吸附保持。
此外，基座12的上部，以包圍吸附保持在靜電吸盤23之晶圓W的方式，將對焦環25(處理室內構成構件)載置往基座12上部中的段差。對焦環25，由例如矽(Si)所構成。
對焦環25為圓環狀的構件，具有暴露於處理室15內部之頂面25a(損耗面)、及與基座12的段差對向之底面25b(非損耗面)。此外，對焦環25，具有作為溫度測定部之薄壁部25T(參考後述之圖5)。薄壁部25T的損耗面側之面(以下以「頂面」稱之)25Ta，與非損耗面側之面(以下以「底面」稱之)25Tb互為平行。
腔室11之頂棚部，以與基座12對向的方式配置沖淋頭26。 沖淋頭26具有：上部電極板27；冷卻板28，以可任意裝卸的方式將該上部電極板27以懸吊方式支持；以及蓋體29，覆蓋該冷卻板28。上部電極板27係由具有貫通厚度方向之多數氣體孔30的圓板狀構件所形成，以係半導電體之矽所構成。
冷卻板28內部設有緩衝室31，此一緩衝室31與處理氣體導入管32相連接。
基板處理裝置10，將由處理氣體導入管32供給往緩衝室31之處理氣體介由氣體孔30導入往處理室15內部，該被導入之處理氣體，以自第2高頻電源20介由基座12往處理室15內部施加的電漿產生用之高頻電力激發而成為電漿。該電漿中的離子，以第1高頻電源18對基座12施加的離子導入用之高頻電力而被朝向晶圓W被導入，對該晶圓W施行電漿蝕刻處理。此時，電漿中之離子亦到達對焦環25之頂面25a與上部電極板27之底面，濺鍍此等之面。
此一基板處理裝置10，具備構件溫度測定裝置，用於測定包含對焦環25在內的處理室內構成構件之溫度。圖2為，示意圖1之基板處理裝置所具備的構件溫度測定裝置其構成之方塊圖。另，以下雖使用圖2~圖4，對基板處理裝置10所具備的構件溫度測定裝置及該構件溫度測定裝置的使用低同調光之溫度測定方法進行說明，但此係為一說明例，本發明所應用之構件溫度測定裝置及溫度測定方法，並不限於此。
圖2中，構件溫度測定裝置33具備：低同調光光學系統34，對基板處理裝置10中的例如對焦環25照射低同調光，並接收該低同調光之反射光；以及溫度計算裝置35，依據該低同調光光學系統34接收之反射光，計算對焦環25的溫度。低同調光係指，由1束光源所照射的光線被分割為2束以上的光線時，隨著往遠 方前進而該分割之2束光線其原本的波列變得難以重合(分割之2束光線難以干涉)的光，可干涉距離(同調長度)短的光。
低同調光光學系統34具備：SLD(Super Luminescent Diode；超輻射發光二極體)36，作為低同調光源；光纖熔接耦合器(以下單以「耦合器」稱之)37，作為與該SLD36連接之2×2的分光器而作用；準直器38、39，與該耦合器37相連接；光檢測器(PD：Photo Detector)40，作為與耦合器37相連接之受光元件；以及光纖41a、41b、41c、41d，各自與各構成要素間連接。
SLD36，例如，將中心波長為1.55μm或1.31μm、同調長度為50μm之低同調光以最大輸出1.5mW照射。耦合器37將來自SLD36的低同調光分割為2束，將該分割之2束低同調各自介由光纖41b、41c傳送至準直器38、39。準直器38、39，由將藉由耦合器37分開之低同調光(後述之測定光50及參考光51)各自對於係對焦環25之溫度測定構件的薄壁部25T之底面25Tb垂直地照射之準直器、以及對於後述之參考鏡42之反射面垂直地照射之準直器所構成。此外，PD40，例如由Ge光電二極體所構成。
低同調光光學系統34具備：參考鏡42，配置於準直器39前方；參考鏡驅動平台44，藉伺服馬達43使參考鏡42以沿著來自準直器39的低同調光之照射方向的方式水平移動；馬達驅動器45，驅動該參考鏡驅動平台44之伺服馬達43；以及放大器46，與PD40相連接以將來自該PD40之輸出訊號放大。參考鏡42由具有反射面之角隅稜鏡或平面鏡所構成。
準直器38，以與對焦環25中的薄壁部25T之底面25Tb對向的方式埋入基座12地配置，朝向薄壁部25T之底面25Tb照射以耦合器37分開的低同調光(後述之測定光50)，同時接收來自薄壁部25T之底面25Tb及頂面25Ta的低同調光之反射光(後述之反射 光52b、及反射光52a)並傳送至PD40。
準直器39，朝向參考鏡42照射以耦合器37分開的低同調光(後述之參考光51)，同時接收來自參考鏡42的低同調光之反射光(後述之反射光54)並傳送至PD40。
參考鏡驅動平台44，將參考鏡42於圖2所示之箭頭A方向，亦即，使參考鏡42之反射面對來自準直器39之照射光恆常地呈垂直的方式水平移動。參考鏡42可沿著箭頭A方向來回移動。另，圖2中，雖為了說明方便，以來自準直器39之照射光與來自參考鏡42的反射光互不重疊的方式，描繪為各自具有既定方向角，但此等光線實際上並不具有既定方向角，自然亦互相重疊。關於上述準直器38與後述之雷射干涉儀48a亦相同。
溫度計算裝置35具備：個人電腦(PC：Personal Computer)47，控制溫度計算裝置35整體；馬達控制器48，將移動參考鏡42之伺服馬達43，介由馬達驅動器45進行控制；以及A/D轉換器49，與來自雷射干涉儀48a之控制訊號同步而施行類比數位轉換。此處，A/D轉換器49，在以雷射干涉儀48a與線性標度(省略圖示)正確地測定參考鏡42之距離的情況，與因應雷射干涉儀48a與線性標度所測定之移動距離的控制訊號同步，而將介由低同調光光學系統34之放大器46所輸入的PD40之輸出訊號進行A/D轉換，藉此，可高精度地進行溫度測定。
圖3為，用於說明圖2中之低同調光光學系統的溫度測定動作之圖。
低同調光光學系統34為，利用具有邁克生干涉儀(Michelson interferometer)的構造為基本構造之低同調干涉儀的光學系統，如圖3所示，自SLD36照射之低同調光，藉由作為分光器作用之耦 合器37被分為測定光50與參考光51，測定光50朝向係測定對象物之對焦環25其薄壁部25T而照射，參考光51朝向參考鏡42照射。
照射在對焦環25之薄壁部25T的測定光50，分別於薄壁部25T之底面25Tb及頂面25Ta反射，來自薄壁部25T之底面25Tb的反射光52b及來自薄壁部25T之頂面25Ta的反射光52a以同一光路53入射至耦合器37。此外，照射於參考鏡42的參考光51於反射面中反射，來自該反射面的反射光54亦入射至耦合器37。此處，如同上述，因參考鏡42以沿著參考光51之照射方向的方式水平移動，故低同調光光學系統34可變更參考光51及反射光54的光路長。
藉由變更參考光51及反射光54的光路長，在測定光50及反射光52b的光路長變得與參考光51及反射光54的光路長相同時，反射光52b與反射光54產生干涉。此外，在測定光50及反射光52a的光路長變得與參考光51及反射光54的光路長相同時，反射光52a與反射光54產生干涉。此等干涉係以PD40檢測。PD40一檢測出干涉則輸出訊號
圖4為，顯示以圖3中的PD檢測出之來自對焦環之薄壁部25T(溫度測定部)的反射光與來自參考鏡的反射光之干涉波形的圖表，(A)顯示對焦環溫度變化前獲得之干涉波形，(B)顯示對焦環溫度變化後獲得之干涉波形。另，縱軸表示干涉強度，橫軸表示參考鏡42自既定基點起水平移動之距離(以下單以「參考鏡移動距離」稱之)。
如圖4(A)之圖表所示，來自參考鏡42的反射光54與來自對焦環25之薄壁部25T其底面25Tb的反射光52b產生干涉，則檢測出例如以干涉位置A為中心之干涉波形55。此外，來自參考鏡 42的反射光54與來自對焦環25之薄壁部25T其頂面25Ta的反射光52a產生干涉，則檢測出例如以干涉位置B為中心之干涉波形56。干涉位置A與直至薄壁部25T之底面25Tb的測定光50及反射光52b之光路長對應，干涉位置B與直至薄壁部25T之頂面25Ta的測定光50及反射光52a之光路長對應，故干涉位置A及干涉位置B的差D，與在對焦環25之薄壁部25T內於厚度方向來回的低同調光(測定光50之一部分與反射光52a)之光路長對應。由於在薄壁部25T內於厚度方向來回的低同調光線之光路長與薄壁部25T之厚度對應，故干涉位置A及干涉位置B的差D與薄壁部25T之厚度對應。亦即，藉由檢測反射光54與反射光52b、及反射光54與反射光52a的干涉波形，可測定對焦環25之厚度。
此處，若對焦環25的溫度改變，則對焦環25的厚度亦改變，因而係對焦環25之一部分的薄壁部25T中亦產生厚度變化，直至薄壁部25T之頂面25Ta為止的測定光50及反射光52a之光路長產生變化。亦即，若對焦環25的溫度改變，則薄壁部25T的厚度變化而反射光54與反射光52a的干涉位置B自圖4(A)所示之干涉位置B起改變。具體而言，圖4(A)所示之干涉位置B，移動至圖4(B)所示之干涉位置B’。因此，干涉位置A及干涉位置B的差D之變化量，相當於隨著對焦環25的溫度變化之膨脹量。構件溫度測定裝置33，依據干涉位置A及干涉位置B的差D之變化量，求算由作為對焦環25其預先決定的基準之溫度起的溫度變化，並依據該溫度變化與作為基準之溫度而計算檢測溫度。
其次，對本發明之實施形態的基板處理裝置之處理室內構成構件及其溫度測定方法進行說明。
圖5為，示意本發明之第1實施形態的對焦環其構成之圖，圖5(A)為平面圖，圖5(B)為沿著圖5(A)之對焦環的A-A線之剖面圖，圖5(C)為顯示包覆構件嵌入薄壁部的狀態之剖面圖。
圖5中，對焦環25具備作為溫度測定部之薄壁部25T。薄壁部25T為與凹部25c對應的薄壁部，該凹部25c，設置在對焦環25中在係腔室11之損耗氣體環境的上部空間15露出的頂面25a，形成對焦環25之一部分。薄壁部25T之頂面25Ta與底面25Tb，互為平行，且分別施以鏡面加工。此外，薄壁部25T為對焦環25之一部分，故由對焦環25之構成材料，例如矽(Si)所構成，透射係測定光之低同調光。因此，具備作為使用低同調光之溫度測定部的適性。
薄壁部25T，具備包覆其頂面25Ta之包覆構件25d(參考圖5(C))。藉此，自電漿存在之損耗氣體環境保護頂面25Ta。包覆構件25d，由例如矽(Si)、碳化矽(SiC)、石英、藍寶石、陶瓷、氧化鋁(Al2 O3 )及氮化鋁(AlN)中之任一構成，其厚度並無特別限定，為可在磨耗中保護薄壁部25T之頂面25Ta的厚度者即可。
接著，對此一對焦環25的使用圖2之構件溫度測定裝置33的溫度測定方法加以說明。
本實施形態之溫度測定方法中，自準直器38對於對焦環25的薄壁部25T之底面25Tb垂直地照射低同調光，並接收來自底面25Tb及頂面25Ta的低同調光之反射光(圖5(C))。此外，自準直器39對於參考鏡42垂直地照射低同調光，並接收來自參考鏡42的反射光(參考圖2)。
此時，觀察來自薄壁部25T之2束反射光與來自參考鏡42的反射光54之干涉波形，則如上述圖4所示，檢測出來自參考鏡42的反射光54與來自薄壁部25T之底面25Tb的反射光52b產生干涉之干涉波形55、及來自參考鏡42的反射光54與來自薄壁部25T之頂面25Ta的反射光52a產生干涉之干涉波形56。干涉波形55 之干涉位置A及干涉波形56之干涉位置B的差D之變化量，相當於隨著薄壁部25T的溫度變化的厚度方向之膨脹量。因此，依據此一膨脹量與溫度變化的相關關係，可算出薄壁部25T、及對焦環25的溫度。
依本實施形態，具有暴露於損耗氣體環境之損耗面25a、及未暴露於損耗氣體環境之非損耗面25b的對焦環25，由於具有具備互為平行的頂面25Ta及底面25Tb之薄壁部25T、以及包覆該薄壁部25T之頂面25Ta之包覆構件25d，故藉由以包覆構件25d覆蓋而對未損耗之薄壁部25T照射低同調光，可不受到磨耗影響地，正確地測定薄壁部25T、及對焦環25的溫度。
本實施形態中，宜對包覆構件25d其與薄壁部25T之頂面25Ta對向的面施以粗面加工。藉此，因透射對焦環25而到達包覆構件25d的低同調光於該包覆構件25d中漫射，故構件溫度測定裝置33之PD40不接收來自包覆構件25d的反射光。其結果，可防止接收不要的反射光以提高測定精度。粗面加工，藉由例如噴砂法施行。此時，宜使經粗面加工的包覆構件25d其與薄壁部25T對向的面之表面粗糙度，為例如低同調光之波長的1/4以上，即0.27μm以上(1.05μm的1/4以上)。藉此，可促進低同調光的漫射而防止測定誤差。亦可貼附光反射防止膜以取代粗面加工。
本實施形態中，宜於包覆構件25d與凹部25c之接合面夾設傳熱片。藉此，確保對焦環25中的溫度之連續性，可防止起因於包覆構件25d未與凹部25c之內壁面熱性密接的不良影響，例如測定精度的降低。
本實施形態中，作為溫度測定部之薄壁部25T的徑，即凹部25c的開口徑，為例如1mmψ以上。薄壁部25T的徑為照射光之光點可通過的面積即足夠，此外，包覆構件25d之大小為，可自 電漿存在之損耗氣體環境保護作為溫度測定部之薄壁部25T的大小即可。
本實施形態中，由薄壁部25T之頂面25Ta及底面25Tb所規定之薄壁部25T的厚度宜為50μm以上。藉此，防止依據來自薄壁部25T之頂面25Ta的反射光之干涉波形，與依據來自底面25Tb的反射光之干涉波形重疊，故測定精度提高。由於本實施形態所使用之低同調光的同調長度為50μm，故若頂面25Ta及底面25Tb雙方被鏡面加工之薄壁部25T，其厚度較50μm更薄，則來自薄壁部25T之頂面25Ta的反射光與來自底面25Tb的反射光變得難以區別，有測定精度降低的疑慮。
本實施形態中，雖對應用對焦環作為基板處理裝置之處理室內構成構件的情況進行說明，但作為處理室內構成構件，除了對焦環外，可列舉例如：上部電極、下部電極、電極保護構件、絕緣礙子、絶緣環、觀測用窗、伸縮護蓋、擋板、防沈積遮蔽構件等。
本實施形態中，雖對設置薄壁部25T作為溫度測定部的情況進行說明，但亦可設置覆蓋構件取代薄壁部，該覆蓋構件以對焦環25的損耗面25a之一部分為溫度測定部，使該表面之一部分及其背面互為平行，並施以鏡面加工，且覆蓋該損耗面25a之一部分。
圖6為，示意第1實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。圖6中，溫度測定部25T’為，對焦環25之一部分，以覆蓋構件25d’所覆蓋。
本實施形態之變形例中，亦與圖5之實施形態同樣地，對溫度測定部25T’之底面垂直地照射低同調光，同樣地施行溫度測 定，可獲得相同的效果。另，本實施形態之變形例中，溫度測定部25T’的厚度亦宜為50μm以上。藉此，防止依據來自溫度測定部25T’之頂面的反射光之干涉波形與依據來自底面的反射光之干涉波形的重疊，故可測定正確的溫度。
接著，對本發明之第2實施形態加以說明。
圖7為，示意本發明之第2實施形態的對焦環其構成之剖面圖。此一對焦環，將溫度測定用構件埋入對焦環本體，溫度測定用構件係以對焦環之一部分覆蓋，藉此自電漿存在之損耗氣體環境保護之。
圖7中，對焦環65，例如由SiC形成，在底面設置之凹部埋入溫度測定用構件65T。溫度測定用構件65T，例如由矽(Si)、石英或藍寶石構成，其頂面與底面互為平行且施加鏡面加工。溫度測定用構件65T的厚度，為例如50μm以上。若厚度變得較50μm更薄，則依據來自頂面的反射光之干涉波形，與依據來自底面的反射光之干涉波形產生重疊，有2個干涉波形之干涉位置的差變得不明確、誤差變大的疑慮。在溫度測定用構件65T之頂面與對焦環65之凹部內面的抵接部夾設傳熱片65e，圖求溫度的一體化。
此一構成之對焦環65的溫度測定，與上述實施形態相同，自準直器38對埋入對焦環65T之溫度測定用構件65T垂直地照射低同調光，並接收來自溫度測定用構件65T之頂面及底面的反射光，以下，與上述實施形態同樣地求出溫度測定用構件65T的溫度，以此為對焦環65的溫度。
依本實施形態，將頂面與底面互為平行並施加鏡面加工，且由透光性之Si構成的溫度測定用構件65T，埋入對焦環65作為溫度測定部，故即便是對焦環65被磨耗的情況仍可不受到此一影響 地測定正確的溫度。亦即，溫度測定用構件65T，因埋入對焦環65之底面，故成為其上部被對焦環65本身包覆的狀態。連帶地，不受到磨耗影響地，維持溫度測定用構件65T之頂面與底面的平行度，可測定正確的溫度。
本實施形態中，宜於溫度測定用構件65T與對焦環65之凹部壁面的抵接面整體夾設傳熱片65e。藉此，更提升溫度測定用構件65T與對焦環65之熱性上的一體性，可更正確地測定溫度。
此外，亦可於對焦環65設置氣體通路以取代傳熱片，在對焦環65與溫度測定用構件65T之抵接部，使傳熱氣體例如氦(He)氣流通。藉此，亦可確保溫度測定用構件65T與對焦環65之熱性上的一體性。
接著，對第2實施形態之變形例加以說明。
圖8為，示意第2實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。
圖8中，此一對焦環75，與圖7的對焦環65之相異處在於，對焦環75之構成材料為Si，且於溫度測定用構件75T之頂面與對焦環75之凹部內面的抵接面所夾設之傳熱片75e其一部分，設置光透射用之間隙75f。
此一構成之對焦環75中，溫度測定操作與上述之各實施形態相同，將低同調光朝向光透射用之間隙75f照射。
本實施形態之變形例中，亦可不受到由矽構成之對焦環75的磨耗之影響地，正確測定其溫度。此外，藉由在傳熱片75e設置間隙75f而獲得可監控上述對焦環之損耗等效果。
接著，對本發明之第3實施形態加以說明。
圖9為，示意本發明之第3實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。
圖9中，此一對焦環85，在由碳化矽(SiC)構成的對焦環其底面之約一半處，夾設傳熱片85e而將由矽(Si)構成之溫度測定用構件85T接合。溫度測定用構件85T，沿著對焦環85之外周部，與外周部同心圓狀地設置。
此一構成之對焦環85中，溫度測定操作與上述之各實施形態相同，自準直器38對溫度測定用構件85T照射低同調光藉以施行。
本實施形態中，因亦以對焦環85覆蓋溫度測定用構件85T，故可不受到磨耗之影響正確地測定對焦環85的溫度。
接著，對本實施形態之變形例加以說明。
圖10為，示意第3實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。
圖10中，此一對焦環95，與圖9的對焦環85之相異處在於，將溫度測定用構件95T設置於對焦環95之底面整體。
此一實施形態之變形例中，亦與上述實施形態相同，因以對焦環95覆蓋溫度測定用構件95T，故可不受到磨耗之影響正確地測定對焦環95的溫度。
接著，對本發明之第4實施形態加以說明。
圖11為，示意本發明之第4實施形態的對焦環其構成之剖面圖。
圖11中，此一對焦環105，對易受磨耗之上部外周部，應用電漿耐性高的材料例如碳化矽(SiC)，並應用例如矽(Si)作為其以外之部分的構成材料。亦即，對焦環105，以形成易受磨耗之上部外周部的碳化矽層105g、及形成其以外之部分的矽層105T所構成，並於其接合面夾設傳熱片105e。而將被頂面之碳化矽層105g所包覆的底面之矽層105T，作為溫度測定部。
此一構成之對焦環105中，溫度測定操作與上述之各實施形態相同，自準直器38對溫度測定用構件105T照射低同調光藉以施行。
本實施形態中，亦與上述各實施形態相同，可不受到磨耗之影響正確地測定對焦環105的溫度。
接著，對本實施形態之變形例加以說明。
圖12為，示意第4實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。
圖12中，此一對焦環為，在內周部亦受磨耗之條件下所使用的對焦環，以對焦環115之頂面為主，於內周部配置電漿耐性高的材料，例如碳化矽層115g，並以矽層115T形成其以外的部分。將被頂面之碳化矽層115g所包覆的底面之矽層115T，作為溫度測定部。
本實施形態之變形例中，亦與上述實施形態相同，可不受到 磨耗之影響正確地測定對焦環115的溫度。
以上，雖使用實施形態將本發明詳細地說明，但本發明並不限定為此等實施形態。
10‧‧‧基板處理裝置
11‧‧‧腔室
12‧‧‧基座
13‧‧‧側部排氣路
14‧‧‧排氣板
15‧‧‧處理室
16‧‧‧排氣室(歧管)
17‧‧‧排氣管
18‧‧‧第1高頻電源
19‧‧‧第1匹配器
20‧‧‧第2高頻電源
21‧‧‧第2匹配器
22‧‧‧靜電電極板
23‧‧‧靜電吸盤
24‧‧‧直流電源
25、65、75、85、95、105、115‧‧‧對焦環
25T‧‧‧薄壁部
25T’‧‧‧溫度測定部
25Ta‧‧‧頂面
25Tb‧‧‧底面
25a‧‧‧損耗面
25b‧‧‧非損耗面
25c‧‧‧凹部
25d‧‧‧包覆構件
25d’‧‧‧覆蓋構件
26‧‧‧沖淋頭
27‧‧‧上部電極板
28‧‧‧冷卻板
29‧‧‧蓋體
30‧‧‧氣體孔
31‧‧‧緩衝室
32‧‧‧處理氣體導入管
33‧‧‧構件溫度測定裝置
34‧‧‧低同調光光學系統
35‧‧‧溫度計算裝置
36‧‧‧SLD(Super Luminescent Diode；超輻射發光二極體)
37‧‧‧耦合器
38、39‧‧‧準直器
40‧‧‧光檢測器(PD：Photo Detector)
41a、41b、41c、41d‧‧‧光纖
42‧‧‧參考鏡
43‧‧‧伺服馬達
44‧‧‧參考鏡驅動平台
45‧‧‧馬達驅動器
46‧‧‧放大器
47‧‧‧個人電腦(PC：Personal Computer)
48‧‧‧馬達控制器
48a‧‧‧雷射干涉儀
49‧‧‧A/D轉換器
50‧‧‧測定光
51‧‧‧參考光
52a、52b、54‧‧‧反射光
53‧‧‧光路
55、56‧‧‧干涉波形
65e、75e、85e、95e、105e‧‧‧傳熱片
65T、75T、85T、95T、105T、115T‧‧‧溫度測定構件
75f‧‧‧間隙
105g、115g‧‧‧碳化矽層
W‧‧‧晶圓
圖1係示意本發明之實施形態的處理室內構成構件所應用之基板處理裝置其構成之剖面圖。
圖2係示意圖1之基板處理裝置所具備的構件溫度測定裝置其構成之方塊圖。
圖3係用於說明圖2中之低同調光光學系統的溫度測定動作之圖。
圖4係顯示以圖3中的PD檢測出之來自對焦環之溫度測定部的反射光與來自參考鏡的反射光之干涉波形的圖表，(A)顯示對焦環溫度變化前獲得之干涉波形，(B)顯示對焦環溫度變化後獲得之干涉波形。
圖5係示意本發明之第1實施形態的對焦環其構成之圖，圖5(A)為平面圖，圖5(B)為沿著圖5(A)之對焦環的A-A線之剖面圖，圖5(C)為顯示包覆構件嵌入薄壁部的狀態之剖面圖。
圖6係示意第1實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。
圖7係示意本發明之第2實施形態的對焦環其構成之剖面圖。
圖8係示意第2實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。
圖9係示意本發明之第3實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。
圖10係示意第3實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。
圖11係示意本發明之第4實施形態的對焦環其構成之剖面 圖。
圖12係示意第4實施形態的變形例中之對焦環其構成之剖面圖。
25‧‧‧對焦環
25T‧‧‧薄壁部
25Ta‧‧‧頂面
25Tb‧‧‧底面
25a‧‧‧損耗面
25b‧‧‧非損耗面
25c‧‧‧凹部
25d‧‧‧包覆構件
38‧‧‧準直器

Claims (23)

  1. 一種基板處理裝置之處理室內構成構件，其為被測定溫度的基板處理裝置之處理室內構成構件，其特徵為具備：損耗面，暴露於損耗氣體環境；非損耗面，未暴露於該損耗氣體環境；溫度測定部，具備互為平行的該損耗面側之面及該非損耗面側之面；以及包覆部，包覆該溫度測定部的該損耗面側之面；其中該溫度測定部為與設在該損耗面之凹部相對應的薄壁部，對該薄壁部的該損耗面側之面與非損耗面側之面，分別施以鏡面加工。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，對該包覆部之與該薄壁部的損耗面側之面對向的面，施以粗面加工。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，在該包覆部與該凹部內面之抵接部，夾設傳熱片或傳熱氣體。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，該包覆部係由矽(Si)、碳化矽(SiC)、石英、氧化鋁(Al2 O3 )及氮化鋁(AlN)中之任一者所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，該溫度測定部為溫度測定用構件，嵌合於該基板處理裝置之處理室內構成構件的該非損耗面所設置之凹部；對該溫度測定用構件的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，對該溫度測定用構件的與該損耗面側之面對向的該凹部內 面，施以粗面加工。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，在該溫度測定用構件與該凹部內面之抵接部，夾設傳熱片或傳熱氣體。
  8. 如申請專利範圍第5或6項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，該溫度測定用構件係由矽(Si)、石英或藍寶石所構成。
  9. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，該溫度測定部為該基板處理裝置之處理室內構成構件的一部分；對該基板處理裝置之處理室內構成構件其一部分的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工；已施加該鏡面加工的損耗面側之面，係以該包覆部覆蓋。
  10. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，該溫度測定部為溫度測定用構件，嵌合於該基板處理裝置之處理室內構成構件的該非損耗面所設置之缺口部；對該溫度測定用構件的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工；該溫度測定用構件的該損耗面側之面，係以構成該基板處理裝置之處理室內構成構件的該缺口部之一部分所覆蓋。
  11. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，該溫度測定部為溫度測定用構件，與該基板處理裝置之處理室內構成構件的該非損耗面接合；對該溫度測定用構件的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工；該溫度測定用構件的該損耗面側之面，係以該基板處理裝置之處理室內構成構件所覆蓋。
  12. 如申請專利範圍第11項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中， 該溫度測定用構件具有由厚板部與薄板部構成之段差部，該薄板部的該損耗面側之面與該非損耗面側之面互為平行，且分別施以鏡面加工；該薄板部的該損耗面側之面，係以該基板處理裝置之處理室內構成構件的一部分所覆蓋。
  13. 如申請專利範圍第11項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，該溫度測定用構件具有由厚板部與薄板部構成之段差部，該厚板部的該損耗面側之面與該非損耗面側之面互相平行，且分別施以鏡面加工；該厚板部的該損耗面側之面，係以該基板處理裝置之處理室內構成構件的一部分所覆蓋。
  14. 如申請專利範圍第1、2、5、6、9~13項中任一項之基板處理裝置之處理室內構成構件，其中，該基板處理裝置之處理室內構成構件為下列各構件中之任一者：對焦環、上部電極、下部電極、電極保護構件、絕緣礙子、絶緣環、觀測用窗、伸縮護蓋、擋板及防沈積遮蔽構件。
  15. 一種基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法，利用低同調光的干涉而測定基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度，其特徵為具備如下步驟：光照射步驟，溫度測定部係設置在具備暴露於損耗氣體環境之損耗面、及未暴露於該損耗氣體環境之非損耗面的該基板處理裝置之處理室內構成構件中，且該損耗面側之面與該非損耗面側之面互為平行，於此光照射步驟，對以包覆部包覆該損耗面側之面的溫度測定部，照射來自該非損耗面側之面的測定光；受光步驟，分別接收以該溫度測定部的非損耗面側之面反射的該測定光的反射光、及以該損耗面側之面反射的該測定光的反射光；光路長差檢測步驟，求出在該受光步驟接收之該2束反射光的光路長差；以及溫度計算步驟，依據在該光路長差檢測步驟檢測出的光路長差、及預先求出之該2束反射光之光路長差與該溫度測定部之溫 度的關係，計算該溫度測定部的溫度；其中該溫度測定部為與該基板處理裝置之處理室內構成構件的該損耗面所設置之凹部相對應的薄壁部；對該薄壁部的該損耗面側之面與非損耗面側之面，分別施以鏡面加工。
  16. 如申請專利範圍第15項之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法，其中，對該包覆部之與該薄壁部的損耗面側之面對向的面，施以粗面加工。
  17. 如申請專利範圍第15或16項之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法，其中，於該包覆部與該凹部內面之抵接部，夾設傳熱片或傳熱氣體。
  18. 如申請專利範圍第15或16項之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法，其中，該包覆部係由矽(Si)、碳化矽(SiC)、石英、氧化鋁(Al2 O3 )及氮化鋁(AlN)中之任一者所構成。
  19. 如申請專利範圍第15項之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法，其中，該溫度測定部為溫度測定用構件，嵌合於該基板處理裝置之處理室內構成構件的該非損耗面所設置之凹部；對該溫度測定用構件的該損耗面側之面與該非損耗面側之面，分別施以鏡面加工。
  20. 如申請專利範圍第19項之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法，其中，對該溫度測定用構件的與該損耗面側之面對向的該凹部內面，施以粗面加工。
  21. 如申請專利範圍第19或20項之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法，其中，在該溫度測定用構件與該凹部內面之抵接部，夾設傳熱片或傳熱氣體。
  22. 如申請專利範圍第19或20項之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法，其中， 該溫度測定用構件係由矽(Si)、石英或藍寶石所構成。
  23. 如申請專利範圍第15~16、19、20項中任一項之基板處理裝置之處理室內構成構件的溫度測定方法，其中，該基板處理裝置之處理室內構成構件為下列各構件中之任一者：對焦環、上部電極、下部電極、電極保護構件、絕緣礙子、絶緣環、觀測用窗、伸縮護蓋、擋板及防沈積遮蔽構件。
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