(57)【要約】  プロセス中の温度を測定するための方法及び装置が提供される。一実施形態において、チャンバ本体と、チャンバ本体を取り囲むチャンバ蓋と、基板サポートアセンブリを含む、エッチングプロセス中の基板温度を測定するための装置が提供される。基板サポートアセンブリの基板サポート面には、複数の窓が形成される。基板サポートアセンブリを介して信号発生器が窓に光学的に結合される。センサが基板サポートの上方に位置し、少なくとも１つの窓を通して信号発生器から伝播されたエネルギーを受信するために配置されており、センサは透過率の計量値を検出するために構成される。
2011525632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングプロセス中の基板温度を測定する装置であって、
チャンバ蓋を有するチャンバ本体を含み、前記チャンバ蓋は前記チャンバ本体を閉じ込めており、
前記装置は、前記チャンバ本体内に配置され、基板サポート面を有する基板サポートアセンブリと、
前記基板サポート面に形成された複数の窓と、
前記基板サポートアセンブリを介して前記窓に光学的に結合した信号発生器と、
前記基板サポートの上方に位置し、前記信号発生器から前記窓プラグのうちの少なくとも１つを通して伝播されたエネルギーを受信するために整列されたセンサを更に含み、前記センサは透過率の計量値を検出するために構成される装置。
【請求項２】
前記チャンバ蓋内に形成された複数の蓋窓を更に含み、前記蓋窓のうちの少なくとも１つが前記センサを前記チャンバ本体の内部から隔離して前記チャンバ蓋内に形成されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記信号発生器は、約１０００ｎｍと約１４００ｎｍの間の波長の赤外光を供給するために構成されている請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記窓は、石英、サファイア、又は約１０００ｎｍと約１４００ｎｍの間の波長の赤外光を透過する他のセラミック材料で作られている請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記基板サポート面の下方に向けて信号を生成するために配置された第２信号発生器と、
前記基板サポートアセンブリの前記窓を通過した前記第２信号発生器の前記信号の一部を修正するために配置された第２センサを更に含む請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記チャンバ蓋内に形成された複数の蓋窓を更に含み、前記チャンバ蓋内に形成された前記蓋窓のうちの少なくとも１つが前記第２信号発生器を前記チャンバ本体の内部から隔離している請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記センサへ向かう前記信号をフィルタリングするために位置するフィルタを更に含む請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記窓は前記基板サポート面全域に亘って配置されている請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記窓は、前記基板サポートアセンブリの中心線近くに位置する内側窓と、前記内側窓の位置に対して前記中心線からより大きな半径位置に位置する複数の外側窓を少なくとも含む請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記外側窓のうちの前記少なくとも１つは、前記内側窓から約７５ｍｍと約１５０ｍｍの間に位置する請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記チャンバ蓋内に形成された複数の蓋窓を更に含み、前記蓋窓は前記基板サポート内に形成される前記窓と整列している請求項９記載の装置。
【請求項１２】
ワークピースに実行されるプロセス中の温度を測定する方法であって、
ワークピースにプロセスを実行するステップを含み、前記プロセスは前記ワークピースの温度を変化させ、
前記方法は、前記プロセスを実行している間に赤外光を前記ワークピースに通過させ、
前記ワークピースの透過率の伝播された赤外光計量値を検出し、
前記検出された計量値に基づいてワークピースの温度を計算するステップを更に含む方法。
【請求項１３】
前記ワークピースは半導体ウェハであり、
検出は、約１０００ｎｍと約１４００ｎｍの間の波長を有する赤外光を前記ワークピースを通るように指向させるステップを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
検出は、前記ワークピースの異なる領域を通って伝播された赤外光の計量値を検出するステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記伝播された赤外光の前記計量値の検出は、
前記ワークピースの中心部を通過する第１信号を分析し、
前記中心部の前記ワークピース外方を通過する第２信号を分析するステップを更に含む請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
（分野）
本発明の態様は、概して、半導体基板温度を測定するための方法及び装置に関する。より明確には、本発明の態様は、基板の赤外線伝播によるエッチングプロセス内の半導体基板温度を測定するための方法及び装置に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路は、シリコン（Ｓｉ）基板などの半導体基板上に形成される１０億個以上の電子デバイス（例えば、トランジスタ）を含み、装置内で様々な機能を実行するために協調するかもしれない。処理の間、時折多くの熱処理工程が基板表面上で実行される。熱処理は通常、工程管理のための正確な基板温度測定を必要とする。不正確な基板温度制御は、デバイス性能に悪影響を及ぼすかもしれない悪いプロセス結果をもたらし、及び／又は基板フィルム材料の損傷をもたらすかもしれない。
【０００３】
処理の間、異なるタイプの温度計測ツールが、基板温度を測定するのに使用されてもよい。例えば、熱電対は基板表面上の所定の位置で物理的に基板に接触することによって基板温度を測定するのにしばしば使用される。しかしながら、より大きな直径の基板において、基板表面全域に亘る全体の温度ばらつきは、測定地点間の距離が大きいので決定するのは困難である。更に、基板表面への熱電対の熱的物理的接触の信頼性は、制御が困難であり、コンタミネーションの問題を抱えている。
【０００４】
あるいは、光高温測定が基板温度を測定するのに時々使用される。処理の間に基板表面から放出される放射が、光高温測定センサによって測定され、基板温度が決定される。しかしながら、基板表面からの光放射の測定は、加熱要素からの強力な照明又はプラズマ源からの熱、チャンバ壁からの光放射及び／又は窓からの迷光のような背景ノイズから分離するのが困難である。基板表面からの光放射が正確に測定されず、背景ノイズが温度測定に更に誤差を与えるかもしれないので、実際の基板表面温度を正確に測定するのは困難である。これは、誤った基板温度の決定と、その結果悪い処理結果をもたらすかもしれない。
【０００５】
従って、基板温度測定のための改良された方法及び装置に対する必要性がある。
【概要】
【０００６】
プロセス中の温度を測定するための方法及び装置が提供される。一実施形態において、チャンバ本体と、チャンバ本体を閉じ込めるチャンバ蓋と、基板サポートアセンブリを含む、エッチングプロセス中の基板温度を測定するための装置が提供される。基板サポートアセンブリの基板サポート面には、複数の窓が提供される。基板サポートアセンブリを介して信号発生器は窓に光学的に結合される。センサが基板サポートの上方に位置し、少なくとも１つの窓を通して信号発生器から伝播されたエネルギーを受信するために配置されており、センサは透過率の計量値を検出するために構成される。
【０００７】
別の実施形態において、プロセスチャンバ内に基板を提供し、基板にエッチングプロセスを実行し、エッチング中に基板の透過率の変化を検出し、透過率の変化に基づいて基板の温度を決定するステップを含む、エッチングプロセス中の基板温度を測定する方法が提供される。
【０００８】
更に別の実施形態においては、ワークピースの温度を変えるプロセスをワークピースに実行し、プロセスを実行している間、赤外光をワークピースに通過させ、ワークピースの透過率を示す伝播された赤外光の計量値を検出し、検出された計量値に基づいてワークピース温度を計算するステップを含む、処理中にワークピースに実行される間の温度を測定する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単にまとめた本発明のより特定の説明を実施形態を参照して行う。いくつかの実施形態は添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、従って、その範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
【００１０】
【図１Ａ】〜
【図１Ｃ】本発明を実施するために適した例示的処理装置の簡素化された概略図を示す。
【図２】異なる基板温度におけるシリコン基板透過率とＩＲ光波長の関係を示したグラフを示す。
【図３】あるＩＲ光波長におけるシリコン基板透過率と基板温度の関係を示したグラフを示す。
【図４】伝播されたエネルギーと時間の関係を示したグラフを示す。
【図５Ａ】本発明を実施するために構成された例示的処理装置の概略図を示す。
【図５Ｂ】〜
【図５Ｃ】図５Ａの処理装置内に配置された基板サポートアセンブリの異なる実施形態の上面図を示す。
【図６】本発明を実施するためにそれに組み込まれた図５Ａの装置の少なくとも１つを有する例示的処理システムの概略図を示す。
【図７】図５Ａ〜図５Ｃの装置を利用して基板温度を検出するフローチャートを示す。
【００１１】
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び構成は更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
【００１２】
しかしながら、添付図面は本発明の例示的な実施形態を示しているに過ぎず、従って、その範囲を制限していると解釈されず、本発明は他の均しく有効な実施形態を含みえることに留意すべきである。
【詳細な説明】
【００１３】
本発明の実施形態は、エッチングプロセス中の基板温度を測定するための方法及び装置を提供する。一実施形態において、基板温度は基板を通過するエネルギーの透過率における変化をモニターすることによって決定されてもよい。例示的なプラズマプロセスには特に、エッチング、堆積、アニーリング、プラズマ表面処理、イオン注入が含まれる。
【００１４】
図１Ａ〜１Ｃは、本発明を実施するために適した簡略化された処理装置の概略図を示している。簡略化された処理装置１００は、真空下で動作される。装置１００は、装置１００に配置された基板１０２に熱エネルギーを提供するために適応した発熱体１０８を含んでいる。一実施形態において、発熱体１０８は基板１０２に隣接して発生するプラズマから提供される。別の実施形態において、発熱体１０８はその代わりに加熱された基板ホルダー、加熱されたサポート台、抵抗ヒーター、又は基板の温度を上げるのに適当な他の発熱体によって提供されてもよい。
【００１５】
図１Ａに示される一実施形態において、信号発生器１０４及びセンサ１０６は、基板１０２の上側の上方に配置される。信号発生器１０４は、基板１０２の上方に配置され、基板１０２を通して伝播される信号１１０を発生させる。信号発生器１０４は、基板１０２を透過できる少なくとも１つの波長を有するエネルギーを提供するエネルギー源であってもよく、レーザ及び広帯域光源を含んでもよい。信号１１０が基板１０２に当たると、信号１１０の一部１１２が基板の上面から直接反射する。信号１１０の別の一部１１４は、基板１０２を通過し、少なくとも部分的に基板１０２によって吸収される。信号１１０の一部１１４は、基板１０２を通過し、基板１０２の下面で反射する。センサ１０６は、基板１０２の下面で反射した信号１１４を受信するのに利用される。基板１０２を通過しないでセンサ１０６に反射した信号１１２をスクリーニングするのに、フィルタ（図示せず）を使用してもよい。
【００１６】
コントローラ１２０は、受信した信号を分析するためにセンサ１０６に接続されている。コントローラ１２０は、概して、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３８、メモリ１４０、サポート回路１４２を含む。ＣＰＵ１３８は工業環境で使用可能な汎用コンピュータプロセッサのどんな形態のうちの１つであってもよい。サポート回路１４２は、慣習的にＣＰＵ１３８と結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源等を含んでいてもよい。ソフトウェアルーチンがＣＰＵ１３８によって実行されると、ＣＰＵ１３８は特定の目的のコンピュータ（コントローラ）１４４に変わる。また、ソフトウェアルーチンは、システム１００から離れて位置する第２のコントローラ（図示せず）によって格納され、及び／又は実行されてもよい。
【００１７】
図１Ａの構成と同様に、図１Ｂは、信号発生器１０４及びセンサ１０６が基板１０２の下面の下方に配置される別の実施形態を示している。
【００１８】
図１Ｃは、信号発生器１０４及びセンサ１０６が基板１０２の反対側に配置されている更に別の実施形態を示している。信号発生器１０４は、基板１０２の上方に配置され、信号１１０を生成する。センサ１０６は、基板１０２を通過する信号１１０の一部１１４を受信するために信号発生器１０４と反対側の位置に配置される。二次反射した信号１２２がセンサ１０６から反射し、信号１２２の一部１２４が基板１０２の上側へ更に戻って基板１０２を通過してもよい。従って、信号発生器１０４とセンサ１０６の１組以上が、プロセス中に信号１１４、１２４をどんな方向へも発生させて受信するように、基板１０２の異なる側に配置されて利用されてもよい。
【００１９】
異なる基板材料は、異なる温度及び異なる波長で異なる光透過率を持っているかもしれない。発熱体１０８が熱エネルギーを基板表面に提供すると、基板温度は変化する。信号１１０の一部１１４は基板１０２を通過し、別の一部は吸収される。基板１０２を通過した信号の量は基板１０２の温度に依存している。従って、基板１０２が加熱されると、基板１０２を通過してセンサ１０６へ伝播される信号１１４の量は変化する。センサ１０６は基板１０２の温度を示す信号１１４の変化を検出する。検出された信号１１４の変化に基づいて、それに従って基板温度を決定してもよい。
【００２０】
一実施形態において、信号発生器１０４は異なる波長を有する光発生器であってもよい。例えば、信号発生器１０４は約１０００ｎｍと約１４００ｎｍの間の範囲に中心をもつ狭い波長帯域を有するレーザ光線を提供してもよい。別の実施形態において、信号発生器１０４は約１１００ｎｍと約１３００ｎｍの間の波長を有する光エネルギーを提供してもよい。
【００２１】
図２は、異なる基板温度で異なる波長で基板の材料としてシリコンを使用した基板の光スペクトルトレースを示している。スペクトルトレース２０２、２０４、２０６は、異なる温度での波長の関数としてシリコン半導体材料の透過率を示している。一実施形態において、測定されたような透過率は、例えば摂氏約２５度のような室温におけるシリコンの非透過性をベースラインとして基準化するために正規化され、点線２１０によって示されるように１．００の値を示している。基板透過率のその後の測定は、基板温度の上昇に伴う、正規化されたベースラインに対する測定対象への相対的で断片的な光伝播である。なお、正規化及び断片的で相対的な基板光伝播測定によって、異なる基板ドーパント又は異なる材料を基板上に配置した基板のように、基板の無感度を除去することができ、その結果、基板温度測定プロセスを標準化する。
【００２２】
トレースは、透過率が特定の波長範囲で基板温度に関連するかもしれないことを示している。例えば、第１ゾーン２３０内の約１０００ｎｍ未満の第１波長においては、基板温度の変化にもかかわらず、基板は実質的にＩＲ光を透過しない状態を維持している。第２ゾーン２３４内の約１２５０ｎｍより大きい第２波長においては、基板温度の変化にもかかわらず、基板は実質的にＩＲ光を透過する状態を維持している。対照的に、約１０００ｎｍと約１２５０ｎｍの間の波長においては、第３ゾーン２３２に示されるように、基板の透過率は急速に変化する。従って、第３ゾーン２３２の波長範囲に対して、基板温度が増加すると、それぞれの透過率のトレースライン２０２、２０４、２０６の傾きは変化する。従って、良好な測定分解能を得るのに十分な傾きを有する波長を選択することにより、基板温度の変化は強度における変化を検出することによって決定されてもよい。更に、第３ゾーン２３２内の異なる波長は異なる基板温度挙動を有しているので、興味のある温度に対して透過率の変化が急速な波長を選択してもよい。興味のある温度を決定する際に良好な分解能を確保するために、興味のある温度を含む温度範囲において基板の透過率が急速に変化する波長を慎重に選択する必要がある。例えば、約１１００ｎｍの光の波長２１２において、基板温度の上昇によって、シリコン基板の透過率は、トレースライン２０２上の第１ポイント２１６から第２ポイント２１８へ向かって第３ポイント２２０へと急速に変化する。これらのポイント２１６、２１８、２２０の信号強度値の変化は、コントローラによって高い信頼性で検出可能な範囲内、（例えば、信号強度が０．２より大きい）範囲内にあり、その結果、コントローラは検出された信号強度値を正確に読み、測定された信号強度に基づいて基板温度を正確に決定することができる。一実施形態においては、コントローラは、約１１００ｎｍの波長における基板の温度変化が摂氏約２５度から摂氏約３５０度まで及ぶことを決定するために構成される。対照的に、約１２００ｎｍを超える光の波長２４０において、摂氏約３００度を超える基板温度は、信号強度の変化が摂氏２５０度未満の基板温度と比べて相対的に低いので、検出可能な範囲を逸脱するかもしれない。従って、約１２００ｎｍの波長範囲において高い信頼性で検出可能な基板の温度変化は、摂氏約２５度から摂氏約２００度まで決定できる。従って、慎重に選択された波長で基板透過率における変化を測定することによって、基板温度は高い信頼性で正確に測定されるかもしれない。
【００２３】
図３は基板温度が上昇した際の約１２００ｎｍの波長で測定された基板の光の透過率を示している。トレース３０２は摂氏約６０度と摂氏約３００度の間の温度関数としてシリコン半導体材料の透過率を示している。基板が摂氏６０度未満の温度であるときは、第１温度ゾーン３０４に示されるように、基板の光透過性は一定に保たれており、それに続くデータ点の測定対象に対するベースラインとして正規化されている。基板温度が、例えば摂氏６０度を超えるように、ある値を超えて上昇すると、基板の透過率における変化は急速となる。従って、トレースライン３０２の傾き３６０は、より急速に変化を始める。基板温度が増加するのにつれて、トレースライン３０２の傾きは変化し、基板はその透過性を失う。従って、基板温度は測定されたエネルギー強度に基づいて決定されてもよい。
【００２４】
図４は、コントローラ１２０によって検出されるように、基板１０２を通して伝播されたＩＲ光エネルギーのトレース４０２を基板温度の関数として示している。エネルギートレース４０２は、基板温度が増加した際の、基板１０２を通して伝播された光エネルギー強度の変化を表している。装置１００に入る基板は、高い透過率と低い温度Ｔ１を有していてもよい。従って、発熱体１０８及び／又は信号発生器１０４からかなりの量の光エネルギーが基板１０２を通ってセンサ１０６に伝播される。トレース４０２のポイント４０４に示されるように、センサ１０６は、低い温度Ｔ１で初期検出時間ｔ１において高いエネルギー透過率を示している。ＩＲ光が基板１０２に一定のレベルで供給されると、基板の温度は上昇する。基板温度がより高い温度Ｔ２に上昇すると、より熱い基板はより多くのＩＲ光を吸収し、伝播されるＩＲエネルギーの減少をもたらすので、シリコン基板に対する透過率の変化は減少する。時間ｔ２のポイント４０６に示されるように、高い基板温度Ｔ２で多くの吸収が起こるので、センサ１０６によって検出された光エネルギーは低い。  
【００２５】
図５Ａは、図１Ａ〜Ｃの基板１０２などのような基板上でエッチング又は他のプラズマプロセスを実行するために使用可能なプロセスチャンバ５００の一実施形態を示している。例示的なプロセスチャンバ５００は本発明を実施するのに実例として使用されるかもしれない基板台アセンブリ５０２及びチャンバ蓋５３２の一実施形態を含んでいる。ここに示されるプロセスチャンバ５００の特定の実施形態は説明の目的のために提供され、本発明の範囲を制限するために使用されるべきではない。一実施形態において、プロセスチャンバはアプライドマテリアルズ社から入手可能なＨＡＲＴ（商標名）チャンバであってもよい。その代わりに、他のメーカー製のものを含む他のプロセスチャンバが、本発明の恩恵を得るために適用されてもよい。
【００２６】
エッチングプロセスチャンバ５００は概して、プロセスチャンバ本体５５０と、ガスパネル５７４と、コントローラ５８０を含んでいる。チャンバ本体５００は、プロセスボリューム５３６を閉じ込める導電性のある本体（壁）５３０及びチャンバ蓋５３２を含んでいる。プロセスガスはガスパネル５７４からチャンバ５００のプロセスボリューム５３６へ提供される。
【００２７】
コントローラ５８０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）５８４と、メモリ５８２と、サポート回路５８６を含んでいる。コントローラ５８０は、製作された集積回路のデータベースと任意のデータ交換を促進するのみならず、プロセスチャンバ５００の部品及びプロセスチャンバ５００内で実行されるプロセスと結合し制御する。
【００２８】
一実施形態において、少なくとも１つの信号発生器５０８は、基板温度測定のためのプロセスチャンバ信号に対して配置され、台アセンブリ５０２上にサポートされる基板の少なくとも一部とぶつかるだろう。少なくとも１つのセンサ５１０が、信号発生器５０８から発生し基板を通して伝播される信号の一部を受信するために配置される。ある実施形態では、信号源５１２及びセンサ５１４の１組以上が、基板の異なる領域で基板温度を検出するために利用されてもよい。信号発生器及びセンサの構成と配置は、図１Ａ〜Ｃを参照した上述の信号発生器１０４及びセンサ１０６の構成と同様であってもよい。
【００２９】
一実施形態において、信号発生器５０８は、例えば約１０５０ｎｍと約１３００ｎｍの間や、約１１００ｎｍと約１２００ｎｍの間のような、約１０００ｎｍと約１４００ｎｍの間の波長を有する赤外線放射が提供可能なレーザ又は他の光源である。信号発生器５０８の波長は、例えばエッチングプロセス中の基板温度のような、測定が求められる温度範囲で処理される材料及び／又はフィルムを通して透過率に大きな変化をもつように選択される。
【００３０】
一実施形態において、センサ５１０はＩｎＧａＡｓダイオードセンサである。センサ５１０は、基板１０２を通過して収集されたエネルギーを検出する。収集された信号をフィルタリングするために、そして所望の波長内のＩＲ光のみがセンサ５１０に到達するのを許容するために、フィルタ（図示せず）をセンサ５１０に隣接して配置してもよい。センサ５１０は基板１０２の温度を計算するためにコントローラ５８０によってその後更に分析されるセンサ５１０に到達する光エネルギーの計量値を提供する。
【００３１】
示された実施形態において、チャンバ蓋５３２は実質的に平坦な誘電部材である。プロセスチャンバ５００の他の実施形態には、他のタイプの天井、例えばドーム型の天井を有していてもよい。チャンバ蓋５３２の上方には、１以上の誘導コイル要素（２つの同軸コイル要素５７２Ａ及び５７２Ｂが実例として示されている）を含むアンテナ５７２が配置されている。アンテナ５７２は、第１マッチングネットワーク５７０を介して、高周波（ＲＦ）プラズマ電源５６８に結合されている。
【００３２】
一実施形態において、チャンバ蓋５３２は、その中に形成される複数の窓プラグ５２０を有していてもよい。プラグ５２０はプラグ５２０の交換を容易にするために取り外し可能であってもよい。一実施形態において、プラグ５２０は信号発生器５０８からの光が窓を通過してセンサ５１０へ到達可能な光アクセス窓である。なお、信号発生器５０８及びセンサ５１０の構成、配置、機能は、図１Ａ〜Ｃを参照して上述した信号発生器１０４及びセンサ１０６と同様である。
【００３３】
一実施形態において、基板台アセンブリ５０２はベースプレート５０６上に配置された静電チャック５０４を含んでいる。基板サポートアセンブリ５０２を構成するために必要とされる他の基板サポートアセンブリ部品の関連説明は、ここでは簡潔にするために割愛される。ここで使用される基板サポートアセンブリ５０２の一実施形態は、ホーランド（Ｈｏｌｌａｎｄ）による公開された米国特許出願第２００６／００７６１０８号を参照してもよく、本明細書に参照によって組み込まれる。
【００３４】
一実施形態において、基板サポートアセンブリ５０２は、基板サポートアセンブリ５０２に加熱又は冷却液を供給するのを促進する少なくとも１つの任意の埋設されたヒーター５２２又は複数の任意のコンジット（図示せず）を更に含んでいる。ヒーター５２２及びコンジットは、基板サポートアセンブリ５０２の温度を制御するのに利用され、その結果、エッチング処理中にその上に配置された基板１０２の温度を制御する。
【００３５】
一実施形態において、複数の窓プラグ５２４が、信号発生器５０８からの信号の伝播を促進するために、静電チャック５０４の本体内に形成されている。また、ベースプレート５０６は、静電チャック５０４内に形成された窓５２４と整列してその中に形成された複数の開口及び／又は窓５２６を有していてもよい。ベースプレート５０６及び静電チャック５０４内の整列した窓５２６、５２４によって、信号発生器５０８からの信号５２８は、最小限の屈折でそれを通過できる。図５Ａ及び図１Ｃで示されるようにセンサ及び信号源が基板１０２の反対側にある実施形態では、基板サポートアセンブリ５０２内に形成された整列した窓５２６、５２４は、それを通してチャンバ蓋５３２の上方に配置されたセンサ５１０へ光伝播を促進するためにチャンバ蓋５３２内に形成された窓５２０と更に整列される。更にまた、整列した窓５２６、５２４は、チャンバ蓋５３２の上方に配置された第２信号源５１２からの信号も、それを通過して基板サポートアセンブリ５０２の下方に配置された第２センサ５１４へ到達するのを促進する。
【００３６】
一実施形態において、基板サポートアセンブリ５０２及びチャンバ蓋５３２に形成される窓５２４、５２６、５２０の数と配置は、全基板表面に亘って温度の均一性の検出を可能にするように、例えば少なくとも縁と中心位置に構成される。窓５２４、５２６、５２０の異なる構成と配置は、基板表面全域に亘る異なる領域とゾーンに位置する各ピンポイントの温度を検出するために、信号が基板の異なる領域とゾーンに伝播するのを促進する。各ピンポイントの基板温度が一旦決定されると、基板１０２の温度均一性及び温度プロファイルを入手することができる。従って、測定温度プロファイルに応じて、基板サポートアセンブリ５０２の温度を制御するために供給される加熱又は冷却液が、全体の基板温度均一性を制御し維持するように調整されてもよい。
【００３７】
一実施形態において、窓５２４、５２６、５２０は、石英、サファイア、及び検出信号に透過性をもち、基板サポートアセンブリ５０２及びチャンバ蓋５３２を作るために選択された材料と互換性のある他のセラミック材料で作られてもよい。窓５２４、５２６、５２０は、基板サポートアセンブリ５０２及びチャンバ蓋５３２から容易に取り外し、取り替えることができるプラグ形状であってもよい。窓５２４、５２６、５２０のプラグは、基板サポートアセンブリ５０２及びチャンバ蓋５３２に他の適当な方法によって焼結され、固定され、又は取り付けられてもよい。
【００３８】
なお、窓プラグ５２４、５２６は、図１Ｂに記述された構成と同様に、基板サポートアセンブリ５０２内だけに形成されてもよく、又は窓プラグ５２０は、図１Ａに記述された構成と同様に、チャンバ蓋５３２内だけに形成されてもよい。あるいは、窓プラグ５２４、５２６、５２０は、図１Ｃ及び図５Ａに記述された構成と同様に、チャンバ蓋５３２及び基板サポートアセンブリ５０２の両方の中に形成されてもよい。
【００３９】
図５Ｂは、内部に焼結され取り付けられた窓５２４を有する静電チャック５０４の上面図を示している。窓５２４は、それを通過した信号が、基板温度を検出できる静電チャック５０４の表面全域に亘って一様に配置されてもよい。その中に形成された各窓５２４は、互いに実質的に等しい距離にあってもよく、基板温度の異なる領域とゾーンを測定するために適用されてもよい。同様に、チャンバ蓋５３２内に形成された窓５２０の配置及び構成は、それを通過した信号が、透過率の変化によって基板の異なる領域の温度を検出できるように同様に構成されてもよい。
【００４０】
図５Ｃは、内部に焼結され取り付けられた窓５２４の異なる数及び構成を有する静電チャック５０４の別の実施形態の上面図を示している。静電チャック５０４は、第１半径Ｒ１を有する中心ゾーン５９８及び第２半径Ｒ２を有する周辺ゾーン５９６を有していてもよい。第１半径Ｒ１は、約０ｍｍと約７５ｍｍの間の長さを有していてもよく、第２半径Ｒ２は、約７５ｍｍと約１５０ｍｍの間の長さを有していてもよい。あるいは、第２半径Ｒ２は、第１半径Ｒ１の長さの約２倍又は３倍の長さに制御されてもよい。窓５２４は、実質的に中心ゾーン５９８内に形成されていてもよく、及び／又は静電チャック５０４内に構成される周辺ゾーン５９６内に形成されていてもよい。あるいは、窓５２４は、必要に応じてどんな構成又は配置で形成されていてもよい。
【００４１】
稼働中においては、基板１０２はエッチングプロセスを実行するためにプロセスチャンバ５００内に搬送される。チャンバ５００は、堆積プロセス、アニールプロセス、又は基板温度測定から恩恵を得る他のいかなるプロセスなどの他のプロセスを実行するために構成されてもよいことが想到される。一実施形態において、基板１０２は、エッチングプロセス又は他のプロセスが実行され得るどんな基板又は材料であってもよい。一実施形態において、基板はゲート構造のような構造を形成するために使用され、その上に一層又は多層を形成するシリコン半導体基板であってもよい。あるいは、基板は構成又は構造を基板に転写するのを促進するために、基板上に配置されたエッチングマスク及び／又はエッチングストップ層のようなマスク層を利用してもよい。別の実施形態において、基板は、例えばデュアルダマシン構造等のように異なるパターン及び／又は構成を形成するために使用される、例えばフィルムスタックのような多層を有するシリコン半導体基板であってもよい。基板は結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、ストレインド・シリコンや、シリコンゲルマニウム、ドープされた又は非ドープのポリシリコン、ドープされた又は非ドープのシリコンウェハ及びパターニングされた又はパターニングされていないウェハのシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、炭素をドープした酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイア、シリコン上に配置された金属層等のような材料であってもよい。基板は、長方形又は正方形のパネルであるのみならず、直径２００ｍｍ又は３００ｍｍのウェハのように、様々な寸法を有していてもよい。一実施形態において、基板はシリコン半導体基板である。
【００４２】
一実施形態において、処理チャンバ５００に搬送された基板は、少なくともハロゲンを含有するガスのガス混合物を供給することによってエッチングされる。ハロゲン含有ガスの適当な例は、臭化水素（ＨＢｒ）、塩素（Ｃｌ２）、四フッ化炭素（ＣＦ４）等を含むが、これらに限定されない。エッチングの間、ＩＲ放射を基板表面に提供するために、信号発生器５０８などの光源は点けられる。一実施形態において、信号発生器５０８は１２００ｎｍの測定波長に非常に高い強度をもつ約１０００ｎｍと約１４００ｎｍの間の波長の赤外光を発生させる。一実施形態において、強度は約５０ミリワットと約１０００ミリワットの間である。信号発生器５０８が定常状態出力に達してベースラインの透過率の読み込みを確立した後に、基板１０２を通して伝播される信号発生器５０８からのＩＲ光を検出するためにセンサ５１０からの情報が継続して利用される。センサ５１０は、信号発生器５０８からの出力が安定化した後で点けられる。一実施形態において、出力は約２秒から約５秒の間の後で安定化する。
【００４３】
上述したように、異なる基板温度における基板の透過率は、基板１０２を通過し更にセンサ５１０に到達する光エネルギーの量に大きく影響を及ぼす。基板温度が上がるにつれて、基板１０２を通過する光エネルギーの量は変化し、その結果、センサ５１０に伝播される光エネルギーの量の変化を引き起こす。従って、センサ５１０は基板温度を決定するために利用できる透過率における変化の計量値を提供する。透過率における変化の計量値に基づいて、基板温度はそれに従って決定されてもよい。どのようにして透過率における変化の計量値を取得できるかに関する詳細はＤａｖｉｓによって出願された米国特許出願第１１／６７６，０９２号に記載されており、参照によって組み込まれる。
【００４４】
図６は、エッチングプロセスの間、基板温度測定を実行するために図５に示されているような装置５００をそれぞれ含むように構成された少なくとも１つの領域を含んでいる例示的な処理システム６００の概略上面図である。一実施形態において、処理システム６００は、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社から購入可能な適切に適用されたＣＥＮＴＵＲＡ（商標名）統合処理システムであってもよい。本発明から恩恵を得るために、他の処理システム（他のメーカー製のシステムを含む）が適用されてもよいことが想到される。
【００４５】
システム６００は、耐真空処理プラットホーム６０４と、ファクトリーインタフェース６０２と、システムコントローラ６４４を含んでいる。プラットホーム６０４は複数の処理チャンバ５００、６１２、６３２、６２８、６２０及び真空基板搬送チャンバ６３６と結合される少なくとも１つのロードロックチャンバ６２２を含んでいる。図６には、２つのロードロックチャンバ６２２が示されている。ファクトリーインタフェース６０２はロードロックチャンバ６２２によって搬送チャンバ６３６と結合されている。
【００４６】
一実施形態において、ファクトリーインタフェース６０２は、基板の搬送を容易にするために少なくとも１つのドッキングステーション６０８及び少なくとも１つのファクトリーインタフェースロボット６１４を含んでいる。ドッキングステーション６０８は、１以上のフープ（ＦＯＵＰ）を受け入れるために構成されている。２つのフープ６０６Ａ〜Ｂが、図６の実施形態に示されている。ロボット６１４の一端に配置されたブレード６１６を有するファクトリーインタフェースロボット６１４は、ファクトリーインタフェース６０２から処理プラットホーム６０４のロードロックチャンバ６２２まで基板を搬送するために構成されている。任意に、１以上の計測ステーション６１８が、ファクトリーインタフェース６０２内における基板の測定を容易にするために、ファクトリーインタフェース６０２の末端６２６に接続されてもよい。
【００４７】
各ロードロックチャンバ６２２は、ファクトリーインタフェース６０２に結合した第１ポート及び搬送チャンバ７３６に結合した第２ポートを有している。ロードロックチャンバ６２２は、基板が搬送チャンバ６３６の真空環境とファクトリーインタフェース６０２の実質的に周囲（例えば大気）の環境との間を通過するのを容易にするために、ロードロックチャンバ６２２を減圧し排気する圧力コントロールシステム（図示せず）と結合されている。
【００４８】
搬送チャンバ６３６は、その中に真空ロボット６３０を配置している。真空ロボット６３０は、基板６２４をロードロックチャンバ６２２と処理チャンバ５００、６１２、６３２、６２８、６２０の間に搬送可能なブレード６３４を有している。
【００４９】
一実施形態において、少なくとも１つのプロセスチャンバ５００、６１２、６３２、６２８、６２０はエッチングチャンバである。例えば、エッチングチャンバは、アプライドマテリアルズ社から入手可能なＨＡＲＴ（商標名）チャンバがであってもよい。例えばチャンバ５００などのエッチングチャンバは、その中に配置された基板１０２をエッチングするのにハロゲンを含むガスを使用してもよい。ハロゲンを含むガスの例としては、臭化水素（ＨＢｒ）、塩素（Ｃｌ２）、四フッ化炭素（ＣＦ４）等が含まれる。エッチングプロセスの間、プロセスチャンバ５００、６１２、６３２、６２８、６２０のいずれかにおいて、例えば図５のセンサ５１０、５１４などのセンサが、基板温度と関連のあるエッチングプロセス中に基板を通過した信号強度をモニターするのに使用される。
【００５０】
システムコントローラ６４４は処理システム６００と結合されている。システムコントローラ６４４は、システム６００のプロセスチャンバ５００、６１２、６３２、６２８、６２０の直接制御を利用することによって、又はその代わりにプロセスチャンバ５００、６１２、６３２、６２８、６２０及びシステム６００と関連するコンピュータ（又はコントローラ）を制御することによって、システム６００の動作を制御する。稼働中には、システムコントローラ６４４によって、各チャンバ及びシステムコントローラ６４４からのデータ収集及びフィードバックが、システム６００の性能を最適化するのを可能にする。
【００５１】
一般に、システムコントローラ６４４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）６３８と、メモリ６４０と、サポート回路６４２を含んでいる。ＣＰＵ６３８は工業環境で使用可能な汎用コンピュータプロセッサのどんな形態のうちの１つであってもよい。サポート回路６４２は、慣習的にＣＰＵ６３８と結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源等を含んでいてもよい。ソフトウェアルーチンがＣＰＵ６３８によって実行されると、ＣＰＵ６３８は特定の目的のコンピュータ（コントローラ）６４４に変わる。また、ソフトウェアルーチンは、システム６００から離れて配置された第２のコントローラ（図示せず）によって格納され、及び／又は実行されてもよい。
【００５２】
図７は、図５Ａ〜Ｃの装置を利用して基板温度を検出するプロセス７００のフローチャートを示している。プロセスは、ブロック７０２で図５Ａの装置５００などの処理装置内に基板を供給することによって始まる。ブロック７０４では、エッチングプロセスが、基板上に構造を形成するために基板上で実行される。ブロック７０６では、エッチング中における基板の透過率の変化を検出するために、処理チャンバ５００内に配置された光発生器５０８、５１２からの光源が基板に伝播される。次にブロック７０８では、検出された透過率が分析される。異なる基板温度における基板の透過率は、基板の光透過率の変化に基づいて基板を通過する光エネルギーの量に大きく影響を及ぼすので、透過率における変化の計量値に基づいて基板温度を決定してもよい。
【００５３】
従って、本発明は、エッチングプロセス中の基板温度を測定するための方法及び装置を提供する。この方法及び装置は、基板を通して伝播されたＩＲ透過率を測定することによって、センサによってエッチングプロセス中の実際の基板温度を有利にモニターする。異なる温度における基板の非伝導性によって、異なるＩＲ透過量が基板を通過する。その結果、センサが実際の基板温度を決定するのを助ける。有利なことに、本発明の実施形態は、非接触、非侵襲、リアルタイムの手法を用いることで、処理中の基板の温度プロファイル及び温度勾配を決定するのを促進する複数の窓を提供する。
【００５４】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１Ａ】
2011525632.tif 000003
【図１Ｂ】
2011525632.tif 000004
【図１Ｃ】
2011525632.tif 000005
【図２】
2011525632.tif 000006
【図３】
2011525632.tif 000007
【図４】
2011525632.tif 000008
【図５Ａ】
2011525632.tif 000009
【図５Ｂ】
2011525632.tif 000010
【図５Ｃ】
2011525632.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2011525632.tif 000014
2011525632.tif 000015