TWI651019B - 熱通量測定方法、基板處理系統及熱通量測定用構件 - Google Patents

熱通量測定方法、基板處理系統及熱通量測定用構件 Download PDF

Info

Publication number
TWI651019B
TWI651019B TW103145388A TW103145388A TWI651019B TW I651019 B TWI651019 B TW I651019B TW 103145388 A TW103145388 A TW 103145388A TW 103145388 A TW103145388 A TW 103145388A TW I651019 B TWI651019 B TW I651019B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
heat flux
low
coherence light
light
Prior art date
Application number
TW103145388A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201540136A (zh
Inventor
輿水地鹽
松土龍夫
Original Assignee
日商東京威力科創股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商東京威力科創股份有限公司 filed Critical 日商東京威力科創股份有限公司
Publication of TW201540136A publication Critical patent/TW201540136A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI651019B publication Critical patent/TWI651019B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00—Measuring quantity of heat
    • G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
    • G01K17/08—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature
    • G01K17/20—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature across a radiating surface, combined with ascertainment of the heat transmission coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
    • H05H1/0012—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry
    • H05H1/0043—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry by using infrared or ultraviolet radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/58—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using absorption; using extinction effect
    • G01J2005/583—Interferences, i.e. fringe variation with temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)

Abstract

本發明旨在提供一種熱通量測定方法，測定電漿的離子通量，以作為熱通量測定用構件中的熱通量。 其中，以依下列順序堆疊有第1層41、第2層42及第3層43的第1熱通量測定用構件S曝露於電漿的狀態，自沿堆疊方向照射低相干性光而得到的反射光，測定第1層41內沿厚度方向往返的低相干性光在第1層41內的光程長度，與第3層43內沿厚度方向往返的低相干性光在第3層43內的光程長度。於事前作成顯示第1熱通量測定用構件S的溫度與第1層41內及第3層43內各低相干性光的光程長度之關係的校正資料，求取第1層41與第3層43的溫度，自求得的第1層41與第3層43的溫度，與第2層42的厚度及熱傳導率，計算第1熱通量測定用構件S中流過的熱通量q。

Description

熱通量測定方法、基板處理系統及熱通量測定用構件
本發明係關於：為測定電漿處理裝置的基板處理室內所產生的電漿的離子通量而配置於基板處理室內的「熱通量測定用構件」；測定電漿的離子通量，作為熱通量的「熱通量測定方法」；及具有熱通量測定裝置(藉由測定曝露於電漿的熱通量測定用構件的溫度，而測定電漿的離子通量，作為熱通量)的「基板處理系統」。
對半導體晶圓進行電漿蝕刻或電漿CVD等各種電漿處理的電漿處理裝置中，為提高產品生產時製程的穩定性，或是，研發產品製造程序，知悉作為表示電漿的狀態的參數之一的離子通量相當重要。
作為測定離子通量之方法，有人提案下列方法：設置使與電漿源電源及射頻偏壓電源不同的振盪頻率在電漿處理室內振盪之探針射頻振盪部，及將自探針射頻振盪機構振盪之射頻以與電漿相接之面接收的射頻接收部，測定每一以探針射頻振盪部與接收部構成的電氣電路內的振盪頻率的阻抗、反射率及透射率、高次諧波分量的變動(參照例如專利文獻1)。且有人提案下列技術：在真空處理空間內配置被處理體的區域，配置包含全能量通量的測定部與殘留離子的測定部之晶片狀基材，測定伴隨著離子入射，在測定部產生的電流，藉而測定離子通量(參照例如專利文獻2)。 【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2011-014579號公報 【專利文獻2】日本特開2010-232527號公報
【發明所欲解決之課題】
如上述，雖有人提案各種測定離子通量的技術，但入射於半導體晶圓的離子通量係一種能量，入射於半導體晶圓的離子通量會變為熱，故可想像：可藉由求取半導體晶圓內的熱通量，而求取離子通量。
本發明之目的在於提供一種熱通量測定方法，其測定電漿的離子通量，作為於熱通量測定用構件流過的熱通量。且本發明之目的在於提供一種基板處理系統，包含熱通量測定裝置，該熱通量測定裝置測定曝露於電漿的熱通量測定用構件的溫度，藉而測定電漿的離子通量，作為熱通量。此外，本發明之目的在於：為測定基板處理室內產生的電漿的離子通量，於基板處理室內代替基板配置，提供一種熱通量測定用構件。 【解決課題之手段】
為達成上述目的，申請專利範圍第1項的熱通量測定方法，測定基板處理室內產生的電漿的離子通量，作為熱通量，該熱通量測定方法包含： 光程長度測定步驟，以呈依下列順序堆疊有第1層、第2層及第3層的構造，至少該第2層以不同於該第1層及該第3層的材料所構成的熱通量測定用構件曝露於電漿的狀態，利用對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射低相干性光時，來自該熱通量測定用構件的反射光之光干渉，測定：該第1層內沿厚度方向往返的低相干性光於該第1層內的光程長度；及該第3層內沿厚度方向往返的低相干性光於該第3層內的光程長度； 資料作成步驟，作成就該第1層及該第3層，顯示「該第1層及該第3層的溫度，分別與該第1層內該低相干性光的光程長度，及與該第3層內該低相干性光的光程長度之關係」的校正資料； 溫度測定步驟，將於該光程長度測定步驟測定的該第1層內該低相干性光的光程長度與該第3層內該低相干性光的光程長度，與於該資料作成步驟作成的該校正資料對照，求取該部第1層及該第3層各溫度；及 熱通量計算步驟，自於該溫度測定步驟求得的該部第1層及該第3層各溫度，與該第2層的厚度及熱傳導率，計算該熱通量測定用構件中流過的熱通量。
申請專利範圍第2項的熱通量測定方法，如申請專利範圍第1項的熱通量測定方法，其中：該熱通量測定用構件的該第1層內該低相干性光的光程長度與該第3層內該低相干性光的光程長度之差，大於該低相干性光的光源之相干長度。
申請專利範圍第3項的熱通量測定方法，如申請專利範圍第1或2項的熱通量測定方法，其中：該熱通量測定用構件中，該第1層及該第3層的厚度較該第2層的厚度薄。
申請專利範圍第4項的熱通量測定方法，如申請專利範圍第1或2項的熱通量測定方法，其中：該熱通量測定用構件中，形成該第1層及該第3層的材料之熱傳導率，大於形成該第2層的材料之熱傳導率。
申請專利範圍第5項的熱通量測定方法，如申請專利範圍第1或2項的熱通量測定方法，其中：該光程長度測定步驟中，根據：「將自光源輸出的低相干性光分為2個光程，於該2個光程之一方前進的低相干性光對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射時，來自該熱通量測定用構件的反射光，與於該2個光程之另一方前進的低相干性光對參考鏡照射，且將該參考鏡沿平行於低相干性光的入射方向移動時，來自該參考鏡的反射光，兩者的干渉光」；及該參考鏡的移動距離，測定該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度。
申請專利範圍第6項的熱通量測定方法，如申請專利範圍第5項的熱通量測定方法，其中：該熱通量測定用構件的該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成；該光程長度測定步驟中，將於該2個光程之一方前進的低相干性光更分支為於2個光程前進，將於更分支之一方前進的低相干性光自該第1層側朝該第1層照射，且將於更分支之另一方前進的低相干性光自該第3層側朝該第3層照射。
申請專利範圍第7項的熱通量測定方法，如申請專利範圍第1或2項的熱通量測定方法，其中：該光程長度測定步驟中，對於「將該低相干性光對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射時，來自該熱通量測定用構件的反射光之頻譜」進行傅立葉轉換，藉而測定該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度。
申請專利範圍第8項的熱通量測定方法，如申請專利範圍第7項的熱通量測定方法，其中：該熱通量測定用構件的該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成；該光程長度測定步驟中，將自光源輸出的該低相干性光分為2個光程，將於該2個光程之一方前進的低相干性光自該第1層側對該第1層照射，且將於該2個光程之另一方前進的低相干性光自該第3層側對該第3層照射。
申請專利範圍第9項的熱通量測定方法，如申請專利範圍第5項的熱通量測定方法，其中：於該熱通量測定用構件的該第2層設置孔部；該光程長度測定步驟中，對該熱通量測定用構件照射該低相干性光，俾通過該孔部。
為達成上述目的，申請專利範圍第10項的基板處理系統，包含：基板處理室，對收納的基板進行既定電漿處理；熱通量測定用構件，呈依下列順序堆疊有第1層、第2層及第3層的構造，至少該第2層以不同於該第1層及該第3層的材料所構成，配置於該基板處理室內，俾該第1層的表面或該第3層的表面曝露於該基板處理室內產生的電漿；及熱通量測定裝置，測定該基板處理室內產生的電漿的離子通量，作為熱通量；該基板處理系統之特徵在於：該熱通量測定裝置，包含：光學系，對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射低相干性光，取得其反射光；及分析裝置，利用來自該熱通量測定用構件的反射光之光干渉，計算該熱通量測定用構件中流過的熱通量；且該分析裝置測定：該第1層內沿厚度方向往返的低相干性光於該第1層內的光程長度；及該第3層內沿厚度方向往返的低相干性光於該第3層內的光程長度，將「測定的該第1層內該低相干性光的光程長度與該第3層內該低相干性光的光程長度」，與事前作成之顯示「該第1層及該第3層的溫度，分別與該第1層內該低相干性光的光程長度，及與該第3層內該低相干性光的光程長度之關係」的校正資料對照，藉而求取該部第1層及該第3層各溫度，自求得的該部第1層及該第3層各溫度，與該第2層的厚度及熱傳導率，計算該熱通量測定用構件中流過的熱通量。
申請專利範圍第11項的基板處理系統，如申請專利範圍第10項的基板處理系統，其中：該熱通量測定用構件的該第1層內該低相干性光的光程長度與該第3層內該低相干性光的光程長度之差，大於該低相干性光的光源之相干長度。
申請專利範圍第12項的基板處理系統，如申請專利範圍第10或11項的基板處理系統，其中：該熱通量測定用構件中，該第1層及該第3層的厚度較該第2層的厚度薄。
申請專利範圍第13項的基板處理系統，如申請專利範圍第10或11項的基板處理系統，其中：該熱通量測定用構件中，形成該第1層及該第3層的材料之熱傳導率，大於形成該第2層的材料之熱傳導率。
申請專利範圍第14項的基板處理系統，如申請專利範圍第10或11項的基板處理系統，其中：該光學系，將自光源輸出的該低相干性光分支為於2個光程前進，取得：於該2個光程之一方前進的低相干性光對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射時，來自該熱通量測定用構件的反射光，與於該2個光程之另一方前進的低相干性光對參考鏡照射，且將該參考鏡沿平行於低相干性光的入射方向移動時，來自該參考鏡的反射光，兩者的干渉光；該分析裝置，根據該光學系取得的干渉光與該參考鏡的移動距離，測定該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度。
申請專利範圍第15項的基板處理系統，如申請專利範圍第14項的基板處理系統，其中：該熱通量測定用構件的該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成；該光學系，將於該2個光程之一方前進的低相干性光更分支為於2個光程前進，將於更分支之一方前進的低相干性光自該第1層側朝該第1層照射，且將於更分支之另一方前進的低相干性光自該第3層側朝該第3層照射。
申請專利範圍第16項的基板處理系統，如申請專利範圍第10或11項的基板處理系統，其中：該分析裝置，對於「將自該光學系輸出的低相干性光對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射時，來自該熱通量測定用構件的反射光之頻譜」進行傅立葉轉換，藉而測定該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度。
申請專利範圍第17項的基板處理系統，如申請專利範圍第16項的基板處理系統，其中：該熱通量測定用構件的該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成；該光學系，將自光源輸出的該低相干性光分為2個光程，將於該2個光程之一方前進的低相干性光自該第1層側對該第1層照射，且將於該2個光程之另一方前進的低相干性光自該第3層側對該第3層照射。
申請專利範圍第18項的基板處理系統，如申請專利範圍第14項的基板處理系統，其中：於該熱通量測定用構件的該第2層設置孔部；該光學系，對該熱通量測定用構件照射該低相干性光，俾通過該孔部。
為達成上述目的，申請專利範圍第19項的熱通量測定用構件，配置於產生電漿的基板處理裝置內，該熱通量測定用構件包含：第1層，低相干性光可透射；第2層，堆疊在該第1層上；及第3層，堆疊在該第2層上，該低相干性光可透射；且，至少該第2層以不同於該第1層及該第3層的材料所構成；於該基板處理室內配置該第1層的表面或該第3層的表面，俾曝露於該電漿。
申請專利範圍第20項的熱通量測定用構件，如申請專利範圍第19項的熱通量測定用構件，其中：於該第2層設置用來使該低相干性光透射的孔部，俾沿該第1層、該第2層及該第3層的堆疊方向貫通。
申請專利範圍第21項的熱通量測定用構件，如申請專利範圍第19或20項的熱通量測定用構件，其中：該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成。
申請專利範圍第22項的熱通量測定用構件，如申請專利範圍第19或20項的熱通量測定用構件，其中：該第2層，以該低相干性光透射的材料所構成。
申請專利範圍第23項的熱通量測定用構件，如申請專利範圍第19或20項的熱通量測定用構件，其中：該第1層及該第3層以矽構成。
申請專利範圍第24項的熱通量測定用構件，如申請專利範圍第19或20項的熱通量測定用構件，其中：該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度之差，大於該低相干性光的光源之相干長度。
申請專利範圍第25項的熱通量測定用構件，如申請專利範圍第19或20項的熱通量測定用構件，其中：該第1層及該第3層的厚度較該第2層的厚度薄。
申請專利範圍第26項的熱通量測定用構件，如申請專利範圍第19或20項的熱通量測定用構件，其中：形成該第1層及該第3層的材料之熱傳導率，大於形成該第2層的材料之熱傳導率。 【發明之效果】
依本發明，將呈3層構造的熱通量測定用構件的表面側與背面側的第1層及第3層各溫度，在該熱通量測定用構件曝露於電漿的狀態下測定，藉此，可作為熱通量測定用構件中流過的熱通量，求取入射於熱通量測定用構件的離子通量。特別是，依本發明，可在製程中最重要的電漿處於穩定狀態時測定熱通量，使用如此得到的離子通量資訊，管理以基板處理生產產品時的製程，提高製程的穩定性，維持產品的高品質。且得到的離子通量資訊，於電漿製程的製程研發時亦有用。且按照依本發明的熱通量測定方法，可以簡單的構成正確地測定熱通量。
以下，參照附圖，詳細說明關於本發明之實施形態。在此，舉出一種基板處理系統，其中，依本發明的「熱通量測定用構件」，及測定熱通量測定用構件的溫度、以測定熱通量測定用構件中流過的熱通量的「熱通量測定裝置」，適用於對作為基板的半導體晶圓(以下稱「晶圓」)進行電漿蝕刻處理的基板處理裝置。
圖1，係顯示適用依本發明之實施形態的熱通量測定用構件，及熱通量測定裝置的基板處理裝置之概略構成的剖面圖。圖1所示的基板處理裝置10，包含：收納例如直徑為φ300mm的半導體元件用晶圓W的腔室11，腔室11內，配置：載置晶圓W或參照圖2後述的第1熱通量測定用構件S的圓柱狀基座12(載置台)。基板處理裝置10中，以腔室11的內側壁與基座12的側面形成側邊排氣道13，側邊排氣道13的途中配置排氣板14。
排氣板14係具有複數貫通孔的板狀零件，作為將腔室11內分隔為上部與下部的分隔板。以排氣板14分隔，藉而形成於腔室11內上部的基板處理室15中，如後述產生電漿。因排氣板14形成於腔室11內下部的排氣室(岐管)16，連接排出腔室11內之氣體的排氣管17。排氣板14捕捉或反射產生於基板處理室15的電漿，防止朝岐管16漏洩。
排氣管17，連接未圖示的TMP(Turbo Molecular Pump，渦輪分子幫浦)及DP(Dry Pump，乾式幫浦)，此等幫浦對腔室11內抽氣而使其減壓。具體而言，DP，使腔室11內自大氣壓減壓至中真空狀態(例如，1.3×10Pa(0.1Torr)以下)。又，TMP，與DP協同，使腔室11內減壓至低於中真空狀態壓力的高真空狀態(例如，1.3×10-3 Pa(1.0×10-5 Torr)以下)。又，腔室11內的壓力，由未圖示的APC閥控制。
腔室11內的基座12，隔著第1匹配器19連接第1射頻電源18，且隔著第2匹配器21連接第2射頻電源20。第1射頻電源18，對基座12施加較低的頻率，例如，2MHz的離子引進用射頻電力。另一方面，第2射頻電源20，對基座12施加較高的頻率，例如，60MHz的電漿產生用射頻電力。藉此，基座12用作為電極。且第1匹配器19及第2匹配器21，減少來自基座12的射頻電力之反射，使射頻電力對基座12的施加效率最大化。
於基座12上部形成包圍小口徑圓柱的段差，俾呈小口徑圓柱自大口徑圓柱的前端沿同心軸突出的形狀。於小口徑圓柱的前端，配置於內部具有靜電電極板22的陶瓷所構成的靜電吸盤23。靜電電極板22連接於直流電源24，對靜電電極板22施加正的直流電壓後，於晶圓W中靜電吸盤23側的面(背面)即產生負電位，在靜電電極板22與晶圓W的背面之間產生電位差。藉由如此產生的電位差引起的庫侖力或強森．拉貝克力(Johnson-Rahbeck force)，晶圓W由靜電吸盤23所吸附固持。
於基座12上部，將作為圓環狀零件的聚焦環25，載置於基座12上部中的段差部，俾包圍由靜電吸盤23吸附固持的晶圓W。聚焦環25，例如以矽(Si)構成。藉此，聚焦環25以半導電物體構成，故使電漿的分佈區域不只在晶圓W上，更放大至聚焦環25上，使晶圓W周緣部上電漿的密度維持於與晶圓W中央部上電漿的密度大約相同。藉此，確保對晶圓W全面進行的電漿蝕刻處理的均勻性。
設置孔部33，俾沿鉛直方向貫通基座12及靜電吸盤23。於孔部33，配置參照圖3後述的第1準直器54或是參照圖7後述的準直器64，可自此等準直器對載置在靜電吸盤23上的晶圓W或第1熱通量測定用構件S照射低相干性光。
於腔室11頂部配置噴淋頭26，俾與基座12對向。噴淋頭26，包含上部電極板27、以可裝卸而懸吊的方式支持上部電極板27的冷卻板28、及包覆冷卻板28的蓋體29。上部電極板27以具有沿厚度方向貫通的複數氣體孔30的圓板狀零件構成，以作為半導電物體的矽(Si)所構成。
於冷卻板28內部設置緩衝室31，緩衝室31連接於處理氣體導入管32。基板處理裝置10中，將自處理氣體導入管32對緩衝室31供給的處理氣體經由氣體孔30導入基板處理室15內部。導入基板處理室15內部的處理氣體，由自第2射頻電源20經由基座12對基板處理室15內部施加的電漿產生用射頻電力激發，成為電漿。將電漿中的離子，以第1射頻電源18對基座12施加的離子引進用射頻電力拉往晶圓W，對晶圓W進行電漿蝕刻處理。
為提高晶圓W處理時製程的穩定性，或是研發製程，知悉對晶圓W進行電漿蝕刻處理時電漿的離子通量相當重要。特別是，電漿處於穩定狀態時的蝕刻速率，對處理品質造成的影響大，故知悉電漿處於穩定狀態時的離子通量相當有益。在此，導入晶圓W的離子通量會變化為熱，故藉由測定由電漿對晶圓W供給的熱量，可推定離子通量。
然而，熱自晶圓W經由靜電吸盤23流出，故單純地測定晶圓W的溫度，並不能測定於晶圓W流過的熱通量。在此，本實施形態中，不使用晶圓W，代之以第1熱通量測定用構件S，作為第1熱通量測定用構件S中流過的熱通量，而求取離子通量。
圖2(a)，係顯示第1熱通量測定用構件S之概略構造的剖面圖。第1熱通量測定用構件S，代替晶圓W載置在靜電吸盤23上，曝露於電漿。第1熱通量測定用構件S，呈板狀，圖2(a)，顯示與其表面背面正交的剖面。第1熱通量測定用構件S的大小(表面的形狀與面積)，宜與晶圓W相同，俾以與晶圓W相同的條件曝露於電漿。
將第1熱通量測定用構件S載置於靜電吸盤23，產生電漿的狀態下，測定第1層41與第3層43的溫度，藉而求取第1熱通量測定用構件S中流過的熱通量。又，第1層41與第3層43的溫度，可利用對第1熱通量測定用構件S照射的低相干性光的反射光之光干渉而求取，而關於其方法的詳細內容，參照圖3至圖7，於後詳述。
第1熱通量測定用構件S，呈依下列順序堆疊有第1層41、第2層42及第3層43之3層構造。至少第1層41及第3層43，具有使自第1準直器54或是準直器64照射的低相干性光透射的特性。於第2層42，設置沿厚度方向貫通的孔部42a，如參照圖4後述，自第1準直器54或是準直器64沿第1熱通量測定用構件S的厚度方向(第1層41、第2層42及第3層43的堆疊方向)照射低相干性光，俾透射孔部42a。因此，第2層42，可具有使低相干性光透射的特性，亦可具有不透射的特性。又，例如，自第1準直器54或準直器64低相干性光的照射口徑若為φ1mm，孔部42a的直徑則可為φ1.5mm~φ3.0mm。
第1層41與第3層43，宜以熱傳導性優異的材料所構成，例如，使用矽(Si)。此因，如後述，測定第1熱通量測定用構件S中流過的熱通量時，係以第1層41及第3層43中沿厚度方向不產生溫度梯度為前提，故在第1層41內及第3層43內宜盡量不產生溫度梯度。為使第1層41內及第3層43內盡量不產生溫度梯度，在可測定後述的光程差(2n1 d1 、2n3 d3 )的條件下，第1層41內及第3層43的厚度宜薄。
且第2層42，以與第1層41及第3層43不同的材料所構成。第2層42，為在第1層41與第3層43之間不產生溫度差，宜以熱傳導性較構成第1層41及第3層43的材料差(熱傳導率小)的材料所構成，例如，可使用各種玻璃或陶瓷。第2層42的厚度，亦取決於構成第2層42的材料之熱傳導率，而熱傳導率愈小愈可減薄其厚度，但藉由增加厚度可增大第1層41與第3層43之間的溫度差，提高測定精度。
圖2(b)，係示意顯示測定第1熱通量測定用構件S中流過的熱通量的原理。配置第1熱通量測定用構件S，俾第3層43為電漿側，第1層41為靜電吸盤23側。電漿的離子通量入射於第3層43，離子通量會變為熱，自第3層43朝第1層41流動時，熱通量q可以下述式1表示。式1中，“Q”，係自第3層43朝第1層41流動的熱量。“A”，係熱量Q流過的面之傳熱面積，係第1熱通量測定用構件S的表面之面積，為已知值。
假定第3層43的溫度為T2，第1層41的溫度為T1，第3層43內無溫度差，第1層41內亦無溫度差。構成第2層42的材料之熱傳導率為“k”，第2層42的厚度為“dx”，則第2層42中的溫度梯度dt/dx為“(T1-T2)/dx”，故下述式1可轉換為下述式2。藉此，可求取第1層41及第3層43各溫度T1、T2，進而求取熱通量q。
【數1】 q＝Q/A　　…式1 q＝Q/A＝−k×dt/dx＝−k×(T1−T2)/dx　　…式2
其次，說明關於測定第1熱通量測定用構件S中第1層41及第3層43各溫度T1、T2之方法。
又，運算裝置(個人電腦)中，CPU執行儲存於ROM或RAM或是硬碟裝置等的既定軟體(程式)，藉此進行各種運算處理。
圖3，係顯示為測定第1熱通量測定用構件S中流過的熱通量，可適用於基板處理裝置10的第1熱通量測定裝置之概略構成的方塊圖。第1熱通量測定裝置50，以邁克生干涉儀(Michelson interferometer)構成，包含：低相干性光源51；光偵測器52；2×2耦合器53；第1準直器54；第2準直器55；參考鏡56；及分析裝置57。低相干性光源51與2×2耦合器53之間的連接、光偵測器52與2×2耦合器53之間的連接、2×2耦合器53與第1準直器54及第2準直器55之間的連接，分別使用光纖纜線進行。
低相干性光源51，將具有透射第1熱通量測定用構件S的第1層41及第3層43之波長的低相干性光輸出。如前述，第1層41及第3層43以矽構成，故作為低相干性光源51，可使用例如，將中心波長λ0 為1.55μm或1.31μm，相干長度為約50μm的低相干性光以最大輸出1.5mW輸出的SLD(Super Luminescent Diode，超發光二極體)等。
第1準直器54及第2準直器55，分別輸出調整為平行光線的低相干性光。第1準直器54對第1熱通量測定用構件S照射低相干性光，接收其反射光，第2準直器55對參考鏡56照射低相干性光，接收其反射光。將第1準直器54及第2準直器55分別接收的反射光對2×2耦合器53傳送。
2×2耦合器53，將自低相干性光源51輸出的低相干性光分支為2個光程，一方對第1準直器54傳送，另一方對第2準直器55傳送。2×2耦合器53，接收：自第1準直器54對第1熱通量測定用構件S照射的低相干性光之來自第1熱通量測定用構件S的反射光；及自第2準直器55對參考鏡56照射的低相干性光之來自參考鏡56的反射光，對光偵測器52傳送。
參考鏡56，可沿與自第2準直器55照射的低相干性光的照射方向平行的方向，由未圖示的驅動裝置移動，參考鏡56的移動由分析裝置57控制。
光偵測器52，係例如，Ge光二極體，將接收的反射光之干渉波形對分析裝置57輸出。自光偵測器52對分析裝置57輸出的干渉波形信號係類比電氣信號。因此，分析裝置57，包含：A/D轉換器，將自光偵測器52輸出的類比信號轉換為數位信號；及個人電腦等運算裝置，依自A/D轉換器接收的干渉波形資料計算光程長度，由算出的光程長度計算溫度。
圖4，係說明自第1準直器54對第1熱通量測定用構件S照射低相干性光時，得到的反射光。自第1準直器54對第1熱通量測定用構件S的第1層41沿第1熱通量測定用構件S的厚度方向照射低相干性光後，照射的低相干性光的一部分，即由第1層41的外側表面反射，成為反射光A，對第1準直器54入射，朝2×2耦合器53前進。對第1層41入射的低相干性光的一部分，由第1層41的第2層42側之面(以下稱「內側表面」，第3層43的第2層42側之面亦同樣地稱呼)反射，成為反射光B，對第1準直器54入射，朝2×2耦合器53前進。由第1層41的內側表面反射的低相干性光的一部分，由第1層41的外側表面反射後，再度由第1層41的內側表面反射，成為反射光C，對第1準直器54入射，朝2×2耦合器53前進。
對形成於第2層42的孔部42a入射的低相干性光的一部分，由第3層43的內側表面反射，成為反射光D，對第1準直器54入射，朝2×2耦合器53前進。由第3層43的內側表面反射的低相干性光的一部分，由第1層41的外側表面反射後，再度，由第1層41的內側表面反射，成為反射光E，對第1準直器54入射，朝2×2耦合器53前進。
對第3層43入射的低相干性光的一部分，由第3層43的外側表面反射，成為反射光F，對第1準直器54入射，朝2×2耦合器53前進。又，於上述的反射光A~F以外雖亦會產生反射光，但測定第1層41及第3層43各溫度T1、T2時，只要有反射光A~F(最少要有3種反射光D~F)就夠了，故省略說明。
第1層41的厚度與折射率分別為“d1 ”、“n1 ”，第3層的厚度與折射率分別為“d3 ”、“n3 ”，則例如，反射光A、B間的光程差、反射光B、C間的光程差、反射光D、E間的光程差分別為“2×n1 ×d1 (以下稱「2n1 d1 」)”，反射光D、F間的光程差為“2×n3 ×d3 (以下稱「2n3 d3 」)”。換言之，光程差2n1 d1 ，係於第1層41內沿其厚度方向往返的低相干性光在第1層41內的光程長度，光程差2n3 d3 ，係於第3層43內沿其厚度方向往返的低相干性光在第3層43內的光程長度。在此，使用第1熱通量測定裝置50測定光程差2n1 d1 、2n3 d3 。
圖5，係顯示使用第1熱通量測定裝置50取得圖4所示的反射光時，干渉波形之例。反射光A~F與來自參考鏡56的反射光，在參考鏡56位於特定位置時，亦即，反射光A~F各光程長度與來自參考鏡56的反射光之光程長度一致時，顯示強烈的干渉。圖5中「A」顯示因反射光A與來自參考鏡56的反射光之干渉發生的劇烈干渉波形，「B」~「F」亦相同。又，圖5中，例如，反射光D、E各峰間的距離，為光程差2n1 d1 一半的值之n1 d1 。藉此，可求取接收來自第1熱通量測定用構件S的反射光，同時移動參考鏡56時，相對於參考鏡56的移動距離發生劇烈干渉波形的位置，以測定光程差2n1 d1 、2n3 d3 一半的值之n1 d1 、n3 d3 。
又，第1層41與第3層43各厚度，取決於分別形成第1層41與第3層43的材料之熱膨脹率，隨溫度而變化。藉此，光程差2n1 d1 、2n3 d3 亦隨溫度而變化。在此，事前使用黑體爐等，測定第1熱通量測定用構件S中低相干性光的反射光之光程差2n1 d1 、2n3 d3 (或n1 d1 、n3 d3 )與第1熱通量測定用構件S的溫度之關係，藉而作成校正資料，由分析裝置57具有的ROM、非揮發性RAM或是硬碟裝置等記憶媒體儲存。
圖6，係顯示作成的校正資料之一例。在此，顯示第1層41與第3層43由相同材料構成，且第1層41的厚度d1 與第3層43的厚度d3 相同。第1層41與第3層43由不同材料構成、或厚度不同時，分別就第1層41與第3層43作成校正資料即可。又，此校正資料，亦可用於後述的第2熱通量測定裝置60、第3熱通量測定裝置70及第4熱通量測定裝置80。
將第1熱通量測定用構件S載置在靜電吸盤23上，以實際對晶圓W進行電漿處理的條件產生電漿的狀態下，取得反射光A~F，同時移動參考鏡56，藉此，取得圖5之干渉波形。又，根據取得的干渉波形，求取電漿處理中第1熱通量測定用構件S的第1層41及第3層43各光程差2n1 d1 、2n3 d3 ，自求得的光程差2n1 d1 、2n3 d3 與圖6的校正資料，求取第1層41及第3層43各溫度T1、T2。自如此求得的溫度T1、T2、上述式2、與第2層42的厚度dx(室溫下的厚度)，求取第1熱通量測定用構件S中流過的熱通量q，作為離子通量。並且，傳熱面積A已知，故亦可以上述式1求取熱量Q。
又，第2層42的厚度dx，亦因形成第2層42的材料之熱膨脹率，隨溫度而變化。藉此，為更正確地求取熱通量q，亦可不使用第2層42之室溫下的厚度，以第2層42的孔部42a之折射率(亦即，空氣之折射率)為“n2 ”，求取圖5所示的反射光B、D間的光程差(2×n2 ×dx)，自此光程差求取第2層42的厚度dx。此時，可假定折射率n2 非取決於溫度而為固定。對於此，亦可由「室溫下第2層42的厚度與形成第2層42的材料之熱膨脹率」，經計算求取「第1層41及第3層43分別為溫度T1、T2時，第2層42的厚度」，適用於上述式2。
圖7，係顯示為測定第1熱通量測定用構件S中流過的熱通量，可適用於基板處理裝置10的第2熱通量測定裝置之概略構成的方塊圖。第2熱通量測定裝置60包含：低相干性光源61；分光器62；光循環器63；準直器64；及分析裝置65。低相干性光源61與光循環器63之間的連接、分光器62與光循環器63之間的連接、光循環器63與準直器64之間的連接，分別使用光纖纜線進行。
低相干性光源61，與構成第1熱通量測定裝置50的低相干性光源51相同。光循環器63，將自低相干性光源61輸出的低相干性光對準直器64傳送，且將自準直器64傳送之來自第1熱通量測定用構件S的反射光對分析裝置65傳送。準直器64，具有與構成第1熱通量測定裝置50的第1準直器54相同的功能。準直器64接收之來自第1熱通量測定用構件S的反射光，參照圖4如已說明者。
分光器62，大致以光分散元件與受光元件構成。光分散元件，將通過光纖纜線傳送的反射光依每一波長以既定分散角分散。光分散元件中，例如，可使用繞射光柵。且受光元件，接收由光分散元件分散的反射光，藉此，偵測接收的反射光頻譜(強度vs波數)。作為受光元件，具體而言，可使用複數CCD元件呈格子狀配置者。
受光元件，如前述，以CCD元件等光電轉換元件構成，故自分光器62對分析裝置65輸出的反射光頻譜信號係類比電氣信號。因此，分析裝置65包含：A/D轉換器，將自分光器62輸出的類比信號轉換為數位信號；及個人電腦等運算裝置，對自A/D轉換器接收的顯示反射光頻譜之數位信號進行傅立葉轉換處理，計算光程長度，由算出的光程長度計算溫度。
使用第2熱通量測定裝置60自準直器64對第1熱通量測定用構件S照射低相干性光時，亦可獲得圖4所示的反射光A~F。第2熱通量測定裝置60中，將反射光A~F以分光器62，分光為例如，取決於波數的反射數頻譜，對得到的反射數頻譜進行傅立葉轉換。在此所謂傅立葉轉換，係將波數(或頻率或波長)為變數的函數，轉換為距離為變數的函數之處理。藉此，沿距離軸出現表示反射光A~F的各峰值，此時，反射光D、E各峰間的距離為光程差2n1 d1 ，反射光D、F各峰間的距離為光程差2n3 d3 ，自此等光程差2n1 d1 、2n3 d3 與圖6的校正資料，可求取第1層41及第3層43各溫度T1、T2。
又，使用第2熱通量測定裝置60時，作為第1層41內低相干性光的光程長度的光程差2n1 d1 、與作為第3層43內低相干性光的光程長度的光程差2n3 d3 之差，需大於低相干性光源61的相干長度。此因，此等光程長度相同時，第1層41相關的反射光與第3層43相關的反射光之波形重疊，無法分開。
其次，參照圖8至圖10，說明關於第1熱通量測定用構件S之變形例的第2熱通量測定用構件S1，及用來測定第2熱通量測定用構件S1中流過的熱通量q的第3熱通量測定裝置70及第4熱通量測定裝置80。
圖8(a)，係顯示第2熱通量測定用構件S1之概略構造的剖面圖。第2熱通量測定用構件S1，呈依下列順序堆疊有第1層41、第2層45及第3層43之3層構造。第1層41及第3層43，與構成第1熱通量測定用構件S的第1層41及第3層43相同，故在此省略詳細說明。
第2層45，以具有對第2熱通量測定用構件S1照射的低相干性光不透射特性的材料所構成，例如，可使用氧化鋁燒結體等各種陶瓷燒結體。
圖8(b)，係說明對第2熱通量測定用構件S1照射低相干性光時，得到的反射光。低相干性光不透射第2層45，故對於第2熱通量測定用構件S1，配置：自第1層41側照射低相干性光，且接收其反射光的第1準直器54；並配置：自第3層43側照射低相干性光，且接收其反射光的第3準直器71。第3準直器71，係參照圖9(a)，係後述的第3熱通量測定裝置70具有的準直器之一，與第1準直器54相同。
自第1準直器54對第2熱通量測定用構件S1的第1層41沿第2熱通量測定用構件S1的厚度方向照射低相干性光後，照射的低相干性光的一部分，由第1層41的外側表面反射，成為反射光A´，對第1準直器54入射。對第1層41入射的低相干性光的一部分，由第1層41與第2層45之界面反射，成為反射光B´，對第1準直器54入射。且由第1層41與第2層45之界面反射的低相干性光的一部分，由第1層41的外側表面反射後，再度，由第1層41與第2層45之界面反射，成為反射光C´，對第1準直器54入射。
同樣地，自第3準直器71對第2熱通量測定用構件S1的第3層43沿第2熱通量測定用構件S1的厚度方向照射低相干性光後，照射的低相干性光的一部分，由第3層43的外側表面反射，成為反射光G，對第3準直器71入射。對第3層43入射的低相干性光的一部分，由第3層43與第2層45之界面反射，成為反射光H，對第3準直器71入射。由第3層43與第2層45之界面反射的低相干性光的一部分，由第3層43的外側表面反射後，再度，由第3層43與第2層45之界面反射，成為反射光J，對第3準直器71入射。
圖9(a)，係顯示為測定第2熱通量測定用構件S1中流過的熱通量，可適用於基板處理裝置10的第3熱通量測定裝置70之概略構成的方塊圖。第3熱通量測定裝置70，呈將第1熱通量測定裝置50變形為可對第2熱通量測定用構件S1照射低相干性光的構成，因此，就與第1熱通量測定裝置50共通之構成要素(低相干性光源51、光偵測器52、2×2耦合器53、第1準直器54、第2準直器55、參考鏡56、分析裝置57)，賦予相同符號，在此省略說明。
第3熱通量測定裝置70中，自2×2耦合器53，作為1個輸出對象連接分光器72，於分光器72將低相干性光分為兩個路徑，分別朝第1準直器54與第3準直器71傳送。第1準直器54及第3準直器71，分別如參照圖8(b)所說明，對第2熱通量測定用構件S1照射低相干性光，並接收其反射光。將第1準直器54及第3準直器71分別接收的反射光，經由分光器72及2×2耦合器53對光偵測器52傳送。
又，第3準直器71，需配置在未曝露於電漿的位置。在此，例如，基板處理裝置10中，於上部電極板27設置孔部，於此孔部收納第3準直器71，對載置在靜電吸盤23上的第2熱通量測定用構件S1的第3層43照射低相干性光。
圖9(b)，係示意顯示使用第3熱通量測定裝置70取得圖8(b)所示的反射光時，干渉波形之例。又，第3熱通量測定裝置70中反射光的分析方法，與第1熱通量測定裝置50中反射光的分析方法相同，故在此省略說明。
圖9(b)，顯示第1層41及第3層43以相同材料構成，但厚度d3 ＞厚度d1 之例。反射光A´、B´各峰間的距離與反射光B´、C´各峰間的距離，皆為光程差2n1 d1 一半的值之n1 d1 。同樣地，反射光G、H各峰間的距離與反射光H、J各峰間的距離，皆為光程差2n3 d3 一半的值之n3 d3 。藉此，根據以第3熱通量測定裝置70求得的光程差2n1 d1 、2n3 d3 ，及與圖6相同的校正資料(在此，第1層41與第3層43各厚度d1 、d3 不同，故分別就光程差2n1 d1 、2n3 d3 進行準備)，求取第1層41及第3層43各溫度T1、T2，根據求得的溫度T1、T2、上述式2、及第2層45的厚度dx，求取第2熱通量測定用構件S1中流過的熱通量q，作為離子通量。
圖10(a)，係顯示為測定第2熱通量測定用構件S1中流過的熱通量，可適用於基板處理裝置10的第4熱通量測定裝置80之概略構成的方塊圖。第4熱通量測定裝置80，呈將第2熱通量測定裝置60變形為可對第2熱通量測定用構件S1照射低相干性光之構成，因此，就與第2熱通量測定裝置60共通之構成要素(低相干性光源61、分光器62、分析裝置65)賦予相同符號，在此省略說明。
第4熱通量測定裝置80中，將自低相干性光源61輸出的低相干性光輸入於2× 2耦合器53(與第1熱通量測定裝置50具有者相同)，自2×2耦合器53對第1準直器64´，與第2準直器73輸出。又，第1準直器64´與第2熱通量測定裝置60具有的準直器64相同，第2準直器73與第3熱通量測定裝置70具有的第3準直器71相同。
第1準直器64´及第2準直器73，分別如參照圖8(b)所說明，對第2熱通量測定用構件S1照射低相干性光，並接收其反射光。將第1準直器64´及第2準直器73分別接收的反射光，經由2×2耦合器53對分光器62傳送。
圖10(b)，係示意顯示使用第4熱通量測定裝置80取得圖8(b)所示的反射光，藉由進行傅立葉轉換得到的頻譜之例。又，第4熱通量測定裝置80中反射光的分析方法，與第2熱通量測定裝置60中反射光的分析方法相同，故在此省略說明。
藉由傅立葉轉換，顯現相對於距離x分別對應反射光A´、B´、C´、G、H、J之峰。反射光A´、B´各峰間的距離與反射光B´、C´各峰間的距離，皆顯示光程差2n1 d1 。同樣地，反射光G、H各峰間的距離與反射光H、J各峰間的距離，皆顯示光程差2n3 d3 。藉此，根據以第4熱通量測定裝置80求得的光程差2n1 d1 、2n3 d3 ，及與圖6相同的校正資料(第1層41與第3層43各厚度d1 、d3 不同，故依每一光程差2n1 d1 、2n3 d3 準備)，求取第1層41及第3層43各溫度T1、T2，根據求得的溫度T1、T2、上述式2、與第2層45的厚度dx，求取第2熱通量測定用構件S1中流過的熱通量q，作為離子通量。
其次，參照圖11，說明關於第1熱通量測定用構件S之變形例的第3熱通量測定用構件S2。圖11，係顯示第3熱通量測定用構件S2之概略構造的剖面圖。第3熱通量測定用構件S2，呈依下列順序堆疊有第1層41、第2層46及第3層43之3層構造。第1層41及第3層43，與構成第1熱通量測定用構件S的第1層41及第3層43相同，故在此省略詳細說明。
第2層46，具有對第3熱通量測定用構件S2照射的低相干性光透射的特性，且以與第1層41及第3層43不同的材料所構成，例如，可使用SiO2 類玻璃或藍寶石(單結晶)等。
第3熱通量測定用構件S2，係與第1熱通量測定用構件S同樣地被使用，測定第3熱通量測定用構件S2中流過的熱通量q時，使用第1熱通量測定裝置50或第2熱通量測定裝置60。亦即，第3熱通量測定用構件S2中，低相干性光透射第2層46，藉由沿第3熱通量測定用構件S2的厚度方向照射低相干性光，可獲得與參照圖4說明的反射光相同的反射光，藉由分析得到的反射光，可測定光程差2n1 d1 、2n3 d3 。藉此，根據測定的光程差2n1 d1 、2n3 d3 與圖6的校正資料，求取第1層41及第3層43各溫度T1、T2，根據求得的溫度T1、T2、上述式2、及第2層46的厚度dx，求取第2熱通量測定用構件S1中流過的熱通量q，作為離子通量。
以上，雖已說明關於本發明之實施形態，但本發明不由上述之實施形態限定。上述實施形態中，雖已以例如，第1熱通量測定用構件S之第3層43的表面曝露於電漿之形態說明，但第1熱通量測定用構件S，亦可載置在靜電吸盤23上，俾第1層41的表面曝露於電漿。
且上述實施形態中，雖在靜電吸盤23上載置第1熱通量測定用構件S，但不限於此，亦可將第1熱通量測定用構件S重疊載置於載置在靜電吸盤23上的晶圓W上，產生電漿，測定第1熱通量測定用構件S中流過的熱通量q。此時，加入了來自晶圓W背面與表面的反射光，故測定的干渉波形更複雜，但自干渉波形就第1層41及第3層43取出顯示光程差2n1 d1 、2n3 d3 (或其一半之n1 d1 、n3 d3 )的波形，藉此，可測定第1層41及第3層43各溫度T1、T2的情形不變。此時，需導入改善第1熱通量測定用構件S與晶圓W之間的界面中之熱傳遞的手法。
依本發明之實施形態的熱通量測定方法，不限於電漿蝕刻，可適用於對晶圓W以電漿CVD進行成膜等使用電漿進行各種處理的基板處理裝置。且基板處理裝置，不由對晶圓W進行電漿處理者限定，例如，亦可係處理FPD(Flat Panel Display，平板顯示器)用玻璃基板或光罩、CD基板、印刷基板等晶圓W以外的基板的基板處理裝置。
10‧‧‧基板處理裝置
41‧‧‧第1層
42‧‧‧第2層
42a‧‧‧孔部
43‧‧‧第3層
50‧‧‧第1熱通量測定裝置
51、61‧‧‧低相干性光源
52‧‧‧光偵測器
53‧‧‧2×2耦合器
54‧‧‧第1準直器
55‧‧‧第2準直器
56‧‧‧參考鏡
57、65‧‧‧分析裝置
60‧‧‧第2熱通量測定裝置
62‧‧‧分光器
63‧‧‧光循環器
64‧‧‧準直器
64´‧‧‧第1準直器
70‧‧‧第3熱通量測定裝置
71‧‧‧第3準直器
72‧‧‧分光器
73‧‧‧第2準直器
80‧‧‧第4熱通量測定裝置
A~H、J、A´~C´‧‧‧反射光
dx‧‧‧厚度
q‧‧‧熱通量
S‧‧‧第1熱通量測定用構件
S1‧‧‧第2熱通量測定用構件
S2‧‧‧第3熱通量測定用構件
T1、T2‧‧‧溫度
W‧‧‧晶圓
【圖1】係顯示適用依本發明之實施形態的熱通量測定用構件與熱通量測定裝置的基板處理裝置之概略構成的剖面圖。 【圖2】(a)、(b)係顯示圖1的基板處理裝置的腔室內所收納的第1熱通量測定用構件之概略構造的剖面圖，及示意說明測定第1熱通量測定用構件中流過的熱通量的原理。 【圖3】係顯示可適用於圖1的基板處理裝置的第1熱通量測定裝置之概略構成的方塊圖。 【圖4】係說明對圖2的第1熱通量測定用構件照射低相干性光時，得到的反射光。 【圖5】係顯示使用圖3的第1熱通量測定裝置取得圖4所示的反射光時，干渉波形之例。 【圖6】係表示：顯示有「圖4所示的既定反射光的光程差與第1熱通量測定用構件的溫度之關係」的校正資料之例。 【圖7】係顯示可適用於圖1的基板處理裝置的第2熱通量測定裝置之概略構成的方塊圖。 【圖8】(a)、(b)係顯示圖1的基板處理裝置的腔室內所收納的第2熱通量測定用構件之概略構造的剖面圖，及說明對第2熱通量測定用構件照射低相干性光時，得到的反射光。 【圖9】(a)、(b)係顯示為測定圖8(a)的第2熱通量測定用構件中流過的熱通量，可適用於基板處理裝置的第3熱通量測定裝置之概略構成的方塊圖，及示意顯示使用第3熱通量測定裝置取得圖8(b)所示的反射光時，干渉波形之例。 【圖10】(a)、(b)係顯示為測定圖8(a)的第2熱通量測定用構件中流過的熱通量，可適用於基板處理裝置的第4熱通量測定裝置之概略構成的方塊圖，及示意顯示使用第4熱通量測定裝置取得圖8(b)所示的反射光，進行傅立葉轉換而得到的頻譜之例。 【圖11】係顯示圖1的基板處理裝置的腔室內所收納的第3熱通量測定用構件之概略構造的剖面圖。

Claims (26)

  1. 一種熱通量測定方法，測定基板處理室內產生的電漿的離子通量，作為熱通量，該熱通量測定方法包含：光程長度測定步驟，以呈依下列順序堆疊有第1層、第2層及第3層的構造，至少該第2層以不同於該第1層及該第3層的材料所構成的熱通量測定用構件曝露於電漿的狀態，利用對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射低相干性光時，來自該熱通量測定用構件的反射光之光干渉，測定：該第1層內沿厚度方向往返的低相干性光於該第1層內的光程長度；及該第3層內沿厚度方向往返的低相干性光於該第3層內的光程長度；資料作成步驟，作成就該第1層及該第3層，顯示「該第1層及該第3層的溫度，分別與該第1層內該低相干性光的光程長度，及與該第3層內該低相干性光的光程長度之關係」的校正資料；溫度測定步驟，將於該光程長度測定步驟測定的該第1層內該低相干性光的光程長度與該第3層內該低相干性光的光程長度，與於該資料作成步驟作成的該校正資料對照，求取該部第1層及該第3層各溫度；及熱通量計算步驟，自於該溫度測定步驟求得的該部第1層及該第3層各溫度，與該第2層的厚度及熱傳導率，計算該熱通量測定用構件中流過的熱通量。
  2. 如申請專利範圍第1項的熱通量測定方法，其中，該熱通量測定用構件的該第1層內該低相干性光的光程長度與該第3層內該低相干性光的光程長度之差，大於該低相干性光的光源之相干長度。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的熱通量測定方法，其中，該熱通量測定用構件中，該第1層及該第3層的厚度較該第2層的厚度薄。
  4. 如申請專利範圍第1或2項的熱通量測定方法，其中，該熱通量測定用構件中，形成該第1層及該第3層的材料之熱傳導率，大於形成該第2層的材料之熱傳導率。
  5. 如申請專利範圍第1或2項的熱通量測定方法，其中，該光程長度測定步驟中，根據：「將自光源輸出的低相干性光分為2個光程，於該2個光程之一方前進的低相干性光對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射時，來自該熱通量測定用構件的反射光，與於該2個光程之另一方前進的低相干性光對參考鏡照射，且將該參考鏡沿平行於低相干性光的入射方向移動時，來自該參考鏡的反射光，兩者的干渉光」；及該參考鏡的移動距離，測定該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度。
  6. 如申請專利範圍第5項的熱通量測定方法，其中，該熱通量測定用構件的該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成，該光程長度測定步驟中，將於該2個光程之一方前進的低相干性光更分支為於2個光程前進，將於更分支之一方前進的低相干性光自該第1層側朝該第1層照射，且將於更分支之另一方前進的低相干性光自該第3層側朝該第3層照射。
  7. 如申請專利範圍第1或2項的熱通量測定方法，其中，該光程長度測定步驟中，對於「將該低相干性光對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射時，來自該熱通量測定用構件的反射光之頻譜」進行傅立葉轉換，藉而測定該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度。
  8. 如申請專利範圍第7項的熱通量測定方法，其中，該熱通量測定用構件的該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成，該光程長度測定步驟中，將自光源輸出的該低相干性光分為2個光程，將於該2個光程之一方前進的低相干性光自該第1層側對該第1層照射，且將於該2個光程之另一方前進的低相干性光自該第3層側對該第3層照射。
  9. 如申請專利範圍第5項的熱通量測定方法，其中，於該熱通量測定用構件的該第2層設置孔部，該光程長度測定步驟中，對該熱通量測定用構件照射該低相干性光，俾通過該孔部。
  10. 一種基板處理系統，包含：基板處理室，對收納的基板進行既定電漿處理；熱通量測定用構件，呈依下列順序堆疊有第1層、第2層及第3層的構造，至少該第2層以不同於該第1層及該第3層的材料所構成，配置於該基板處理室內，俾該第1層的表面或該第3層的表面曝露於該基板處理室內產生的電漿；及熱通量測定裝置，測定該基板處理室內產生的電漿的離子通量，作為熱通量；其中，該熱通量測定裝置包含：光學系，對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射低相干性光，取得其反射光；及分析裝置，利用來自該熱通量測定用構件的反射光之光干渉，計算該熱通量測定用構件中流過的熱通量；且該分析裝置，測定：該第1層內沿厚度方向往返的低相干性光於該第1層內的光程長度；及該第3層內沿厚度方向往返的低相干性光於該第3層內的光程長度，將「測定的該第1層內該低相干性光的光程長度與該第3層內該低相干性光的光程長度」，與「事前作成之顯示「該第1層及該第3層的溫度，分別與該第1層內該低相干性光的光程長度，及與該第3層內該低相干性光的光程長度之關係」的校正資料」對照，藉而求取該部第1層及該第3層各溫度，自求得的該部第1層及該第3層各溫度，與該第2層的厚度及熱傳導率，計算該熱通量測定用構件中流過的熱通量。
  11. 如申請專利範圍第10項的基板處理系統，其中，該熱通量測定用構件的該第1層內該低相干性光的光程長度與該第3層內該低相干性光的光程長度之差，大於該低相干性光的光源之相干長度。
  12. 如申請專利範圍第10或11項的基板處理系統，其中，該熱通量測定用構件中，該第1層及該第3層的厚度較該第2層的厚度薄。
  13. 如申請專利範圍第10或11項的基板處理系統，其中，該熱通量測定用構件中，形成該第1層及該第3層的材料之熱傳導率，大於形成該第2層的材料之熱傳導率。
  14. 如申請專利範圍第10或11項的基板處理系統，其中，該光學系，將自光源輸出的該低相干性光分支為於2個光程前進，取得：於該2個光程之一方前進的低相干性光對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射時，來自該熱通量測定用構件的反射光，與於該2個光程之另一方前進的低相干性光對參考鏡照射，且將該參考鏡沿平行於低相干性光的入射方向移動時，來自該參考鏡的反射光，兩者的干渉光，該分析裝置，根據該光學系取得的干渉光與該參考鏡的移動距離，測定該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度。
  15. 如申請專利範圍第14項的基板處理系統，其中，該熱通量測定用構件的該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成，該光學系，將於該2個光程之一方前進的低相干性光更分支為於2個光程前進，將於更分支之一方前進的低相干性光自該第1層側朝該第1層照射，且將於更分支之另一方前進的低相干性光自該第3層側朝該第3層照射。
  16. 如申請專利範圍第10或11項的基板處理系統，其中，該分析裝置，對於「將自該光學系輸出的低相干性光對該熱通量測定用構件沿該第1層至該第3層的堆疊方向照射時，來自該熱通量測定用構件的反射光之頻譜」進行傅立葉轉換，藉而測定該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度。
  17. 如申請專利範圍第16項的基板處理系統，其中，該熱通量測定用構件的該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成，該光學系，將自光源輸出的該低相干性光分為2個光程，將於該2個光程之一方前進的低相干性光自該第1層側對該第1層照射，且將於該2個光程之另一方前進的低相干性光自該第3層側對該第3層照射。
  18. 如申請專利範圍第14項的基板處理系統，其中，於該熱通量測定用構件的該第2層設置孔部，該光學系，對該熱通量測定用構件照射該低相干性光，俾通過該孔部。
  19. 一種熱通量測定用構件，配置於產生電漿的基板處理裝置內，該熱通量測定用構件包含：第1層，低相干性光可透射；第2層，堆疊在該第1層上；及第3層，堆疊在該第2層上，該低相干性光可透射；且至少該第2層以不同於該第1層及該第3層的材料所構成，於該基板處理室內配置該第1層的表面或該第3層的表面，俾曝露於該電漿，其中，該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度之差，大於該低相干性光的光源之相干長度。
  20. 一種熱通量測定用構件，配置於產生電漿的基板處理裝置內，該熱通量測定用構件包含：第1層，低相干性光可透射；第2層，堆疊在該第1層上；及第3層，堆疊在該第2層上，該低相干性光可透射；且至少該第2層以不同於該第1層及該第3層的材料所構成，於該基板處理室內配置該第1層的表面或該第3層的表面，俾曝露於該電漿，其中，於該第2層設置用來使該低相干性光透射的孔部，俾沿該第1層、該第2層及該第3層的堆疊方向貫通。
  21. 如申請專利範圍第20項的熱通量測定用構件，其中，該第2層，以該低相干性光不透射的材料所構成。
  22. 如申請專利範圍第20項的熱通量測定用構件，其中，該第2層，以該低相干性光透射的材料所構成。
  23. 如申請專利範圍第20項的熱通量測定用構件，其中，該第1層及該第3層以矽構成。
  24. 如申請專利範圍第20項的熱通量測定用構件，其中，該第1層內該低相干性光的光程長度，與該第3層內該低相干性光的光程長度之差，大於該低相干性光的光源之相干長度。
  25. 如申請專利範圍第20項的熱通量測定用構件，其中，該第1層及該第3層的厚度較該第2層的厚度薄。
  26. 如申請專利範圍第20項的熱通量測定用構件，其中，形成該第1層及該第3層的材料之熱傳導率，大於形成該第2層的材料之熱傳導率。
TW103145388A 2013-12-26 2014-12-25 熱通量測定方法、基板處理系統及熱通量測定用構件 TWI651019B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013268968A JP6180924B2 (ja) 2013-12-26 2013-12-26 熱流束測定方法、基板処理システム及び熱流束測定用部材
JP2013-268968 2013-12-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201540136A TW201540136A (zh) 2015-10-16
TWI651019B true TWI651019B (zh) 2019-02-11

Family

ID=53481356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103145388A TWI651019B (zh) 2013-12-26 2014-12-25 熱通量測定方法、基板處理系統及熱通量測定用構件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9459159B2 (zh)
JP (1) JP6180924B2 (zh)
KR (1) KR102336091B1 (zh)
TW (1) TWI651019B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017187450A (ja) * 2016-04-08 2017-10-12 株式会社デンソー 熱流束計および異常診断装置
JP7175239B2 (ja) * 2018-06-22 2022-11-18 東京エレクトロン株式会社 制御方法、プラズマ処理装置、プログラム及び記憶媒体
KR20230048459A (ko) * 2018-06-22 2023-04-11 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치
WO2020212823A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-22 Onpoint Technologies, Llc Optical flame-sensor
JP7277334B2 (ja) * 2019-10-07 2023-05-18 東京エレクトロン株式会社 温度計測システム及び温度計測方法
CN111256845B (zh) * 2020-02-10 2021-02-05 绵阳天和机械制造有限公司 一种高光率激光功率计
JP2023001619A (ja) * 2021-06-21 2023-01-06 東京エレクトロン株式会社 測定方法および測定装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57168128A (en) * 1981-04-10 1982-10-16 Japan Atom Energy Res Inst Large heat flux detector for nuclear fusion device
US7869184B2 (en) * 2005-11-30 2011-01-11 Lam Research Corporation Method of determining a target mesa configuration of an electrostatic chuck
TW201240003A (en) * 2011-02-03 2012-10-01 Kla Tencor Corp Process condition measuring device (PCMD) and method for measuring process conditions in a workpiece processing tool configured to process production workpieces

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE462408B (sv) * 1988-11-10 1990-06-18 Pharmacia Ab Optiskt biosensorsystem utnyttjande ytplasmonresonans foer detektering av en specific biomolekyl, saett att kalibrera sensoranordningen samt saett att korrigera foer baslinjedrift i systemet
US5192393A (en) * 1989-05-24 1993-03-09 Hitachi, Ltd. Method for growing thin film by beam deposition and apparatus for practicing the same
US5450205A (en) * 1993-05-28 1995-09-12 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus and method for real-time measurement of thin film layer thickness and changes thereof
JPH0850064A (ja) * 1994-08-08 1996-02-20 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 熱管理装置
US5748317A (en) * 1997-01-21 1998-05-05 Brown University Research Foundation Apparatus and method for characterizing thin film and interfaces using an optical heat generator and detector
JPH11264772A (ja) * 1998-03-17 1999-09-28 Toshiba Corp 物理量の分布を測定する方法および当該方法を実施するための構造物
US6671055B1 (en) * 2000-04-13 2003-12-30 Luna Innovations, Inc. Interferometric sensors utilizing bulk sensing mediums extrinsic to the input/output optical fiber
US6818894B2 (en) * 2001-04-30 2004-11-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Method and apparatus for characterization of ultrathin silicon oxide films using mirror-enhanced polarized reflectance fourier transform infrared spectroscopy
AU2003233788A1 (en) * 2002-06-04 2003-12-19 Nkt Integration A/S Integrated splitter with reduced losses
JP2005340291A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Komatsu Ltd 基板熱状態測定装置及び基板熱状態分析制御方法
JP4761774B2 (ja) * 2005-01-12 2011-08-31 東京エレクトロン株式会社 温度／厚さ測定装置，温度／厚さ測定方法，温度／厚さ測定システム，制御システム，制御方法
JP2009048855A (ja) * 2007-08-20 2009-03-05 Fujitsu Microelectronics Ltd イオンビーム計測方法、半導体装置の製造方法、及びイオン注入装置
US20090074027A1 (en) * 2007-09-18 2009-03-19 Vatell Corporation Heat flux sensor incorporating light conveyance
JP5454132B2 (ja) * 2008-12-26 2014-03-26 新日鐵住金株式会社 表層溶融処理方法および表層改質鋼鋳片、加工製品
KR101514098B1 (ko) * 2009-02-02 2015-04-21 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치와 온도 측정 방법 및 장치
JP2010232527A (ja) 2009-03-27 2010-10-14 Fujikura Ltd 測定ユニット、中性粒子ビームの測定装置および中性粒子ビームの測定システム
JP5574145B2 (ja) 2009-06-30 2014-08-20 日立化成株式会社 多層配線板の製造方法及び圧力調整用治具
JP2011014579A (ja) 2009-06-30 2011-01-20 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
WO2011040588A1 (ja) * 2009-09-30 2011-04-07 イマジニアリング株式会社 温度感応体、光学式温度センサ、温度計測装置及び熱流束計測装置
JP5730638B2 (ja) * 2011-03-28 2015-06-10 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置の処理室内構成部材及びその温度測定方法
JP5805498B2 (ja) * 2011-06-24 2015-11-04 東京エレクトロン株式会社 温度計測システム、基板処理装置及び温度計測方法
GB2500255B (en) * 2012-03-16 2020-04-15 Oxsensis Ltd Optical sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57168128A (en) * 1981-04-10 1982-10-16 Japan Atom Energy Res Inst Large heat flux detector for nuclear fusion device
US7869184B2 (en) * 2005-11-30 2011-01-11 Lam Research Corporation Method of determining a target mesa configuration of an electrostatic chuck
TW201240003A (en) * 2011-02-03 2012-10-01 Kla Tencor Corp Process condition measuring device (PCMD) and method for measuring process conditions in a workpiece processing tool configured to process production workpieces

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150076121A (ko) 2015-07-06
JP6180924B2 (ja) 2017-08-16
JP2015125866A (ja) 2015-07-06
TW201540136A (zh) 2015-10-16
US20150185092A1 (en) 2015-07-02
KR102336091B1 (ko) 2021-12-06
US9459159B2 (en) 2016-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI651019B (zh) 熱通量測定方法、基板處理系統及熱通量測定用構件
US10746531B2 (en) Wear amount measuring apparatus and method, temperature measuring apparatus and method and substrate processing system
TWI645170B (zh) 溫度測定方法、基板處理系統及溫度測定用構件
TWI635253B (zh) 厚度或溫度測定裝置、厚度或溫度測定方法及基板處理系統
JP5730638B2 (ja) 基板処理装置の処理室内構成部材及びその温度測定方法
KR101798607B1 (ko) 기판 재치대
TWI497030B (zh) Consumption method
KR101927877B1 (ko) 온도 계측 시스템, 기판 처리 장치 및 온도 계측 방법
JP2021529313A (ja) 温度を測定するための方法及び装置
JP5022708B2 (ja) 現場基板温度モニター法及び装置
KR20210041512A (ko) 온도 계측 시스템 및 온도 계측 방법
JP4166400B2 (ja) 放射温度測定方法
KR20130007447A (ko) 온도 계측 장치, 기판 처리 장치 및 온도 계측 방법
Badine et al. Measurement of Thermal Properties and Interface Thermal Resistance of Thin Films by Thermoreflectance