▶ アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-04
(54)【発明の名称】プラズマ環境のためのエタロン温度計
(51)【国際特許分類】
G01K 1/02 20210101AFI20240927BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01K1/02 L
H01L21/66 T
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024518846
(86)(22)【出願日】2022-09-06
(85)【翻訳文提出日】2024-05-22
(86)【国際出願番号】 US2022042598
(87)【国際公開番号】W WO2023055537
(87)【国際公開日】2023-04-06
(31)【優先権主張番号】17/487,993
(32)【優先日】2021-09-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】アダムス， ブルース イー．
(72)【発明者】
【氏名】ハウエルズ， サミュエル シー．
(72)【発明者】
【氏名】ガルシア， アルヴァロ
(72)【発明者】
【氏名】クレバー， バリー ピー．
(72)【発明者】
【氏名】グナナプラカサ， トニー ジェファーソン
(72)【発明者】
【氏名】リアン， レイ
【テーマコード（参考）】
4M106
【Ｆターム（参考）】
4M106AA01
4M106BA04
4M106CA22
4M106CA31
4M106DH12
4M106DH14
4M106DH44
4M106DH46
(57)【要約】
本明細書では、処理チャンバ内の基板の温度を決定する方法と装置について説明する。本明細書で説明する方法と装置は、エタロンアセンブリとヘテロダイン効果を利用して、基板の第１の温度を決定する。基板の第１の温度は、基板に物理的に接触することなく決定される。別個の温度センサもまた、類似の場所で基板及び／又は基板支持体の第２の温度を測定する。基板支持体内に配置された温度センサ、処理チャンバ内で実行されるプロセスのモデルの１つを較正するため、又は処理チャンバ内で実行されるプロセスのプロセスパラメータを調整するために、第１の温度及び第２の温度が利用される。
【選択図】図７
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体処理チャンバ内での使用に適した温度を検知する方法であって、前記方法が、第１のエタロンに第１の光線を通すことと、
第２のエタロンを提供する、前記処理チャンバ内に配置された基板に、前記第１の光線を通すことと、
前記第１の光線から、反射された第２のビームと透過された第２のビームとを生成することであって、前記反射された第２のビームを前記第１のエタロンと前記第２のエタロンの両方に通した後に実行される、反射された第２のビームと透過された第２のビームとを生成することと、
前記反射された第２のビーム又は前記透過された第２のビームの一方の干渉縞からフリンジ間隔を決定することと、
前記フリンジ間隔に基づいて前記基板の温度を決定することと
を含む、方法。
【請求項2】
前記フリンジ間隔が、前記第１のエタロン又は前記第２のエタロンの一方の経験的に導出された熱光学係数値に相関する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の光線を、前記第１のエタロン及び前記処理チャンバ内に配置された前記基板を通して方向付けることが、更に、前記第１の光線を、前記処理チャンバのリッドと反対側を向く前記基板の表面に、かつ前記リッドに向かう方向に方向付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１の光線を、前記第１のエタロン及び前記処理チャンバ内に配置された前記基板を通して方向付けることが、更に、前記第１の光線を、前記処理チャンバのリッドに面する前記基板の表面に、かつ前記リッドと反対方向に方向付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
更に、前記干渉縞の前記フリンジ間隔を使用して決定された前記温度を使用して、前記処理チャンバの基板温度センサを較正すること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記第１の光線を前記第１のエタロンから前記基板に方向付けることが、更に、前記処理チャンバ内に配置された前記基板上でプラズマプロセスが実行される間に、前記第１の光線をプラズマを通して方向付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記フリンジ間隔を決定することの前に、前記処理チャンバ及び前記基板が定常状態の温度にされ、初期基板温度測定値を使用して前記基板の厚さが計算され、前記第１の光線の経路から前記第１のエタロンを外し、かつ前記第１の光線の前記経路内に代替の第１のエタロンを載置することによって、前記第１のエタロンの第１の厚さが前記基板の第２の厚さの１０μｍの範囲内になるように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記第１の光線の前記経路内に前記代替の第１のエタロンを載置することが、更に、前記基板の前記厚さに基づいて、前記第１の光線と、複数の基準エタロンのうちの第１の基準エタロンと、の少なくとも１つを自動的に移動させて位置合わせすること
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
更に、少なくとも前記第１の光線と第３の光線とを、前記処理チャンバ内に配置された前記基板の異なる場所に方向付けること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記第１の光線と前記第３の光線とを方向付けることが、更に、前記第１の光線を前記基板の中心領域に方向付けること、及び前記第３の光線を前記基板のエッジ領域に方向付けること
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
方向付けることが、更に、少なくとも１つの光線を、前記処理チャンバ内で前記基板を支持する基板支持体の温度制御ゾーンに関連する前記基板の各領域に方向付けること
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
更に、前記温度を使用して、前記処理チャンバ内の温度センサを較正すること、
前記温度センサの１つ以上の測定値に温度オフセットを適用すること、
前記処理チャンバ内で実行されるプロセスのモデルを調整すること、及び
前記処理チャンバ内で実行される前記プロセスのプロセスパラメータを調整すること
のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
半導体処理チャンバ内での使用に適した温度を検知する方法であって、前記方法が、第１のエタロンに第１の光線を通すことと、
第２のエタロンを提供する、前記処理チャンバ内に配置された基板に、前記第１の光線を通すことであって、前記第１のエタロンと前記第２のエタロンとがエタロンアセンブリを形成し、かつ前記第１のエタロン又は前記第２のエタロンの一方が、前記第１の光線から、反射された第２のビームと透過された第２のビームとを生成する、前記第１の光線を通すことと、
前記エタロンアセンブリの前記反射された第２のビーム又は前記透過された第２のビームの一方の内部に生成された干渉縞からフリンジ間隔を決定することと、
前記フリンジ間隔に基づいて前記基板の温度を決定することと、
前記処理チャンバのコントローラに前記温度を提供することであって、
前記温度を使用して、前記処理チャンバ内の温度センサを較正すること、
前記温度センサの１つ以上の測定値に温度オフセットを適用すること、
前記処理チャンバ内で実行されるプロセスのモデルを調整すること、及び
前記処理チャンバ内で実行される前記プロセスのプロセスパラメータを調整すること
のうちの１つ以上を実行する前に実行される、前記処理チャンバのコントローラに前記温度を提供することと
を含む、方法。
【請求項14】
更に、少なくとも前記第１の光線と第３の光線とを、前記処理チャンバ内に配置された前記基板の異なる場所に方向付けること
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記第１の光線を前記第１のエタロンから前記基板に方向付けることが、更に、前記処理チャンバ内に配置された前記基板上でプラズマプロセスが実行される間に、前記第１の光線をプラズマに通して方向付けることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項16】
前記温度を決定することの前に、前記処理チャンバ及び前記基板が定常状態の温度にされ、初期基板温度測定値を使用して前記基板の厚さが計算され、前記第１の光線の経路から前記第１のエタロンを外し、かつ前記第１の光線の前記経路内に代替の第１のエタロンを載置することによって、前記第１のエタロンの第１の厚さが前記基板の第２の厚さの１０μｍの範囲内になるように調整される、請求項１３に記載の方法。
【請求項17】
処理チャンバ内の温度測定を較正する方法であって、前記処理チャンバ内で基準基板に対してプロセス工程を実行することと、
前記プロセス工程を実行しつつ、第１のエタロンアセンブリを使用して、前記処理チャンバ内に配置された基板の第１の温度を測定することであって、
第１のエタロン及び基板に第１の光線を通すこと、
第２のエタロンを提供する前記基板を前記第１の光線と交差させること、
前記第１のエタロン又は前記第２のエタロンの一方を使用して、前記第１の光線を、反射された第２のビームと透過された第２のビームとに分割すること、
放射線測定デバイスを使用して、前記反射された第２のビーム又は前記透過された第２のビームの一方を収集すること、及び
前記基板の前記第１の温度を決定するために、前記反射された第２のビーム又は前記透過された第２のビームを分析すること
を含む、基板の第１の温度を測定することと、
第１の温度センサを使用して、前記基板、又は前記基板が配置される基板支持体の一方の第２の温度を測定することと、
前記第１の温度と前記第２の温度とをコントローラに送信することと、
前記第１の温度と前記第２の温度とを使用して、前記コントローラ内のモデルを較正することと
を含む、方法。
【請求項18】
前記プロセス工程がプラズマエッチングプロセスである、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記基板の屈折率が約２～約６である、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記第１の温度と前記第２の温度とが、前記基板の第１の環状部分に沿って測定され、更に、前記基板の第２の環状部分において第２のエタロンアセンブリを使用して第３の温度を測定することを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本開示の実施形態は、概して、半導体処理チャンバ内の温度測定に関し、特に、処理チャンバ内又は処理チャンバに関連する２つのエタロン対象物（ｅｔａｌｏｎ－ｏｂｊｅｃｔ）間のコヒーレント放射にヘテロダイン効果を生み出すこと（ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｉｎｇ）による非接触温度測定に関する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］半導体の処理にとって、温度は重要なパラメータである。処理チャンバ内の様々な場所、様々な処理段階における選択された対象物の温度測定は、困難な場合がある。例えば、インシトゥ（その場）半導体基板の温度測定は、従来の測定技術に大きな課題となっている。
【0003】
［０００３］現在の高温計は、熱放射を検出することによって温度を推定している。しかし、現在の高温計は表面接触のリスクを回避しうるが、高温計は高温（例えば３８０℃以上）に制限されうる。現在の高温計の精度は、放射率のばらつき（例えば、表面パターンの放射率のばらつき）のために制限されうる。複雑な膜積層体による多くの新しい低温プロセスは、正確で再現性のある放射高温計の限界を凌駕する。
【0004】
［０００４］プラズマエッチング又はプラズマ堆積のようなプラズマを含むプロセスで利用される場合、高温計は更に制限される。プラズマは、ノイズ、及び高温計測定値から容易にフィルタリングされない追加的な光を導入することによって、高温計の温度測定に干渉する。コンタクト温度センサ（Ｃｏｎｔａｃｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ）は、処理チャンバ内の放射源からの放射率やノイズによるばらつきのない、より直接的な温度測定を得るために利用される。しかし、コンタクト温度センサは応答時間と精度に限界があり、基板そのものではなく、基板に隣接する基板支持体の温度を測定することが多い。
【0005】
［０００５］したがって、当技術分野では、温度測定のための改良された方法及びシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【0006】
［０００６］本開示は、概して、処理チャンバ内の温度を測定するための装置及び方法に関する。１つの実施形態では、半導体処理チャンバ内での使用に適した温度を検知する方法が記載される。この方法は、第１のエタロンに第１の光線を通すことと、処理チャンバ内に配置された基板に第１の光線を通すこととを含む。基板は、第２のエタロンを提供する。第１の光線から、反射された第２のビームと透過された第２のビームとが生成され、このことは、反射された第２のビームを、第１のエタロンと第２のエタロンとの両方に通した後に実行される。反射された第２のビーム又は透過された第２のビームの一方の干渉縞から、フリンジ間隔が決定される。フリンジ間隔に基づいて、基板の温度が決定される。
【0007】
［０００７］別の実施形態では、半導体処理チャンバ内での使用に適した温度を検知する方法が記載される。この方法は、第１のエタロンに第１の光線を通すことと、処理チャンバ内に配置された基板に第１の光線を通すこととを含む。基板は、第２のエタロンを提供する。第１のエタロン又は第２のエタロンの一方は、第１の光線から、反射された第２のビームと透過された第２のビームとを生成する。第１のエタロンと第２のエタロンは、エタロンアセンブリを形成する。エタロンアセンブリの反射された第２のビーム又は透過された第２のビームの一方の内部に生成される干渉縞から、フリンジ間隔が決定される。フリンジ間隔に基づいて、基板の温度が決定される。温度を使用して、処理チャンバ内の温度センサを較正すること、温度センサの１つ以上の測定値に温度オフセットを適用すること、処理チャンバ内で実行されるプロセスのモデルを調整すること、及び処理チャンバ内で実行されるプロセスのプロセスパラメータを調整することのうちの１つ以上を実行する前に、温度が処理チャンバのコントローラに提供される。
【0008】
［０００８］更に別の実施形態では、処理チャンバ内の温度測定値を較正する方法が記載される。この方法は、処理チャンバ内で基準基板に対してプロセス工程を実行することを含む。プロセス工程を実行しつつ、第１のエタロンアセンブリを使用して、処理チャンバ内に配置された基板の第１の温度が測定される。基板の第１の温度を測定することは、第１のエタロン、及び第２のエタロンを形成する基板に、第１の光線を通すことと、基板を第１の光線と交差させることと、第１のエタロン又は第２のエタロンの一方を使用して、第１の光線を反射された第２のビームと透過された第２のビームとに分割することと、放射線測定デバイスを使用して、反射された第２のビーム又は透過された第２のビームの一方を収集することと、基板の第１の温度を決定するために、反射された第２のビーム又は透過された第２のビームを分析することとを含む。この方法は更に、第１の温度センサを使用して、基板、又は基板が配置される基板支持体の第２の温度を測定することと、第１の温度と第２の温度とをコントローラに送信することと、第１の温度と第２の温度とを使用して、コントローラ内のモデルを較正することとを含む。
【0009】
［０００９］本開示の上述の特徴が詳細に理解できるように、上記で概説した本開示のより具体的な説明が実施形態を参照することにより得られ、それら実施形態のいくつかが添付図面に示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】［００１０］エタロンとエタロンに関連する概念を示す。
【図2】［００１１］標準的な厚さのシリコン半導体基板の透過率対波長のグラフを示す。
【図3】［００１２］光軸に沿って位置合わせされた一対のエタロン対象物（ｅｔａｌｏｎ－ｏｂｊｅｃｔ）を示す。
【図4】［００１３］一対の標準的な厚さのシリコン半導体基板の透過率対波長の別のグラフを示す。
【図5】［００１４］一対の標準的な厚さのシリコン半導体基板の透過率対波長の別のグラフを示す。
【図6】［００１５］室温から約３００℃までのシリコン半導体基板の熱光学係数対温度のグラフを示す。
【図7】［００１６］本開示の実施形態による、第１の処理チャンバの概略図を示す。
【図8A】［００１７］本開示の実施形態による、第２の処理チャンバの概略図を示す。
【図8B】［００１８］本開示の実施形態による、第３の処理チャンバの概略図を示す。
【図9A】［００１９］本開示の実施形態による、第４の処理チャンバの概略図を示す。
【図9B】［００２０］本開示の実施形態による、第５の処理チャンバの概略図を示す。
【図9C】［００２１］本開示の実施形態による、第６の処理チャンバの概略図を示す。
【図10】［００２２］本開示の実施形態による、基板の温度を決定する方法を示す。
【図11】［００２３］本開示の実施形態による、基板の厚さを決定する方法を示す。
【図12】［００２４］本開示の実施形態による、処理チャンバ内の温度を較正する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
［００２５］理解を容易にするため、可能な場合、図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号が使用された。１つの実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。
【0012】
［００２６］本発明の実施形態は、概して、半導体処理チャンバにおける温度測定及び較正に関し、特に、処理チャンバ内又は処理チャンバに関連する２つのエタロン対象物間の放射にヘテロダイン効果を生み出すことによる（ｂｙ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｉｎｇ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）非接触温度測定に関する。いくつかの実施形態では、２つのエタロン対象物の一方又は両方が半導体基板（例えば、シリコン基板）である。他の例では、基板の一方又は両方が他の材料から製造されてもよい。いくつかの実施形態では、２つのエタロン対象物は、基準基板とサンプル基板とを含む。いくつかの実施形態では、２つのエタロン対象物は、約４００ｎｍと約２０００ｎｍとの間、例えば約１０００ｎｍ～約１７００ｎｍなどの波長を有する放射線を少なくとも部分的に透過する。いくつかの実施形態では、２つのエタロン対象物の各々は、実質的に均一な物理的厚さ（すなわち、約１０％以下の偏差）を有している。いくつかの実施形態では、２つのエタロン対象物は、物理的厚さ、光学的厚さ、屈折率、及び／又は相対的配向においてほぼ一致している（約１％と約１０％との間の差）。
【0013】
［００２７］本開示の実施形態の多くの潜在的利点の１つは、インシトゥ（その場）エタロン対象物（例えば、半導体ウエハなどの基板）の温度測定が、高い分解能で広い温度範囲（例えば、約－２００℃から約７００℃まで）にわたって実行されうることである。別の利点は、基板近接法から発生しうる放射率又は熱伝導の問題に依存することなく、直接温度測定が可能になることである。本明細書に開示される温度測定は、バックグラウンド又は迷光放射による影響が最小限に抑えられうるか、又は影響されえない。別の利点は、チャンバの設計、試験、及び／又はメンテナンスのためのより正確な温度データを許容することを含む。より正確な試験は、高いバックグラウンド放射を有するシステム、及びその内部でプラズマを生成するために備えられたシステムにおいて、特に顕著になりうる。別の利点は、処理中の基板にわたって温度均一性を高めることができることを含む。例えば、本明細書で開示される温度測定は、サンプル基板の放射率のばらつきによる影響を最小限又は完全に抑えることができ、迅速かつ正確な局所温度フィードバックを提供することで、プロセスノブを回転させ、温度とプロセスの均一性を向上させることができる。もう１つの利点は、チャンバマッチング（ｃｈａｍｂｅｒ ｍａｔｃｈｉｎｇ）の改善、及び／又は処理中の温度制御の改善である。これにより、本開示の実施形態は、プロセス温度の制御を厳しくすることで、高度な（すなわち、より小さなノードの）デバイスの製造及び／又は大量生産を可能にする材料処理の分野で有用でありうる。
【0014】
［００２８］本明細書に記載の技法に関連して、半導体処理に使用されるウエハのような基板は、一般的にシリコン製である。上述したように、他の材料から製造された基板が利用されてもよい。基板は、概して、平らなディスクの形状でありうる。ディスクの２つの平ら面（「表」と「裏」、「上部」と「底部」、又は「第１」と「第２」と時には称される）は、実質的に平行でありうる。言い換えれば、基板の２つの表面は、エタロンを形成しうる。図１に示されるように、エタロン１００は、入射放射線Ｉ（例えば、赤外線）が２つの表面Ｓ１とＳ２との間を往復する光学素子である。入射放射線Ｉは、入射角αで第１の表面Ｓ１に当たりうる。放射線は、透過放射線Ｔ及び／又は反射放射線Ｒとしてエタロン１００を退出しうる。シリコン半導体基板の屈折率が高いため、２つの表面の間で大きな反射が発生する。反射のたびに、透過（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）によるわずかなエネルギー損失が発生する。特定の波長におけるコヒーレント放射の場合、透過放射の総透過パワーＴと反射放射の総反射パワーＲは、エタロン１００の光学的厚さ（屈折率と物理的厚さとの積）の敏感な関数である。例えば、透過パワーは、入射波長の整数倍に相当する光学的厚さでは高く、入射波長の半整数倍では低くなりうる。
【0015】
［００２９］ヘテロダイニング技法は、様々なエタロン対象物及び材料を用いた半導体処理において使用できることを理解されたい。エタロン対象物がシリコン半導体基板である場合、放射線源は、約４００ｎｍから約２０００ｎｍ、例えば約１１００ｎｍから約１７００ｎｍの広い波長スペクトルにわたってコヒーレント放射線を生成するように選択されうる。ヒ化ガリウム、ゲルマニウム、サファイアなどの他の材料も、半導体処理環境内のエタロン対象物として使用されうる。このような場合、波長範囲は特定の対象物及び材料の透明な窓（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ ｗｉｎｄｏｗ）に応じて調整可能であろう。
【0016】
［００３０］図２は、吸収のない室温での標準的な厚さ（すなわち、０．７７５ｍｍ）のシリコン基板の透過率対波長のグラフ１１０を示す。反射と透過は、波長と基板の光学的厚さに応じて、互いに建設的又は破壊的に干渉することがわかる。図示されているように、０．２７ｎｍのフリンジ間隔１１５（例えば、ピーク又はトラフなどの隣接する干渉縞間の距離）は、一般的に半導体ツールに組み込まれる分光計で分解するには狭すぎる傾向がある。例えば、ある一般的な分光計の分解能はわずか１．９ｎｍである。
【0017】
［００３１］図３は、光軸２０６に沿って位置合わせされた一対のエタロン対象物２０２及び２０４を示している。エタロン対象物２０２、２０４は、シリコン又は他の適切な基板でありうる。図示されているように、入射放射線Ｉ（例えば、赤外放射線）は、エタロン対象物２０２に当たり、その２つの表面間で跳ね返り、透過放射線ｔとして出現する。透過放射線ｔは、第２のエタロン対象物２０４の入射放射線となり、その２つの表面間で跳ね返り、透過放射線Ｔ又は反射放射線ｒとして出現する。エタロンがほぼ一致している場合（約１％と約１０％との間の差）、放射線は２つのエタロン間でヘテロダイン効果を生み出す（共に鼓動する）。２つのエタロンは、屈折率、物理的な厚さ、光学的な厚さ、相対的な配向、及び／又は入射角のうちの１つ以上を制御することにより、ほぼ一致するようになる。本明細書で説明するように、両方のエタロンの光学的厚さが互いに約１０％の範囲内にあるように、２つのエタロンは一致するようになる。光学的厚さＴＯｐｔｉｃは、屈折率ＲＩ、物理的厚さＴｐｈｙｓｉｃａｌ、エタロン内の伝搬角度θの組み合わせから、ＴＯｐｔｉｃ＝ＲＩ＊Ｔｐｈｙｓｉｃａｌ
＊ｃｏｓ（θ）のように導かれる。したがって、屈折率、物理的厚さ、及び／又は伝搬角のうちの任意の１つを変化させて、各エタロンの光学的厚さを約１０％の範囲内の差で一致させることができる。
【0018】
［００３２］図４は、図３に示したような一対の標準的な厚さ（すなわち、０．７７５ｍｍ）のシリコン基板の透過率対波長のグラフ２１０を示す。図４では、基準基板が２５℃に維持される一方で、サンプルは１００℃である。基準基板は、図３の第２のエタロン対象物２０４でありうる。グラフ２１０は、透過放射線Ｔのヘテロダイン効果が生じたスペクトル（ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を示している。ヘテロダイン効果が生じたスペクトルは、グラフ１１０のフリンジ間隔よりも概して幅広いフリンジ間隔を有している。例えば、選択された隣接干渉ピーク（近接波長＝１５００ｎｍ）間のフリンジ間隔２１５は、約８０ｎｍである。グラフ１１０とは異なり、グラフ２１０のフリンジ間隔は波長によって変化することに注意されたい。透過放射線Ｔを使用して、同様のヘテロダイン効果が生じたスペクトルが得られうる。ヘテロダイン効果が生じたクスペクトルは、モアレパターン（Ｍｏｉｒe ｐａｔｔｅｒｎ）に類似しうる。ヘテロダイン効果が生じた２つのエタロン対象物は、モアレ干渉計によって生成される強度パターンに似た、重なり合った強度パターンを形成する。モアレ干渉計の強度パターンと同様に、エタロンアセンブリを使用して生成される強度パターンは、エタロンアセンブリ内のエタロンの一方又は両方の屈折率などの１つ以上の特性が変化するにつれて、変化する。
【0019】
［００３３］図５は、一対の基準厚さシリコン基板の透過率対波長の別のグラフ３１０を示す。図５では、基準基板が２５℃に維持される一方で、サンプルは２４０℃である。グラフ３１０は、概してグラフ１１０のフリンジ間隔よりはるかに広いが、グラフ２１０のフリンジ間隔より明らかに狭いフリンジ間隔を有しているヘテロダイン効果が生じたスペクトルを示している。例えば、選択された隣接する干渉谷（近接波長＝１５００ｎｍ）間のフリンジ間隔３１５は約２０ｎｍである。図５のヘテロダイン効果が生じたスペクトルは同様に、透過放射線Ｔ又は反射放射線ｒの一方を使用して決定されうる。
【0020】
［００３４］フリンジ間隔に関する概念及び技法は、干渉縞周期のカウントにも同様に適用可能でありうることを理解されたい。例えば、図４では、１３００ｎｍと１５００ｎｍとの間の波長範囲において、干渉縞は約３．２５周期を示す。図５ではフリンジ間隔が狭いため、同じ波長範囲では干渉縞は約１０周期を示す。そのため、周期カウントがフリンジ間隔の代わりに使用されうる。周期カウントは、様々な動作条件（例えば、高いサンプル温度）で有益でありうる。
【0021】
［００３５］同様に、フリンジ間隔に関する概念及び技法は、干渉縞の位相変化にも同様に適用可能でありうることを理解されたい。例えば、図４では、干渉縞は約１４００ｎｍの波長で約π／２（ｐｉ／２）の位相を示す。図５では、同じ波長で干渉縞は約－π／２の位相を示す。基準基板の温度を、図４のように１００℃から、図５のように２４０℃まで徐々に変化させることにより、選択された波長における干渉縞の位相が漸進的に変化することが確認されうる。したがって、温度変化に対する位相変化は、フリンジ間隔の代わりに使用されうる。位相変化をモニタすることは、様々な動作条件（例えば、サンプル温度の高低）において有益でありうる。例えば、基板温度は、フリンジパターンの位相に実質的に直線的に関連しうる。この関係は、熱光学係数を通して確立されうる。多くの場合、位相変化は、フリンジ間隔よりも正確かつ／又は効率的に測定されうる。
【0022】
［００３６］いくつかの実施形態では、干渉縞の位相は、選択された波長でモニタされうる。選択される波長は、基板の材料に対して透過性のある波長である。例えば、シリコン基板に対して選択される波長の１つは、１４００ｎｍでありうる。選択された波長における位相の変化は、温度の変化を推測するために使用されうる。温度が急激に変化する条件では、位相変化をモニタすることで、温度測定の精度が向上しうる。位相変化のモニタリングは、フリンジ間隔及び／又は位相変化の測定に加えて又は測定に代えて、実行されうる。
【0023】
［００３７］前述のように、ヘテロダイン効果は、エタロンがほぼ一致している場合に発生する。実質的に平行なエタロンが実質的に同じ物理的厚さ（約１０％未満の差）を有している場合、エタロンの屈折率がほぼ一致する（約１０％未満の差）ときにヘテロダイン効果が発生する。処理チャンバに関連する典型的なエタロン対象物（シリコン基板など）の屈折率は、温度とともに変化する。その結果、実質的に平行なエタロン対象物が実質的に同じ物理的厚さを有する場合、ヘテロダイン効果の程度（フリンジ間隔によって示される）は、温度とともに変化する。「基準」エタロン対象物と称されるエタロン対象物の１つは、基準温度に維持されうる。他のエタロン対象物は、「サンプル」エタロン対象物と称されうる。したがって、基準エタロン対象物とサンプルエタロン対象物との間の屈折率の差を計算するために、フリンジ間隔を使用することができる。次に、サンプルエタロン対象物の温度を推測するために、屈折率を使用することができる。基準エタロン対象物とサンプルエタロン対象物との間の相対入射角及び／又は物理的厚さの既知のばらつきは、サンプルエタロン対象物の屈折率及び／又は推定温度の計算に組み込まれうることを理解されたい。
【0024】
［００３８］いくつかの実施形態では、基準エタロンは、サンプルエタロン対象物とは異なる材料で作られうる。いくつかの実施形態では、基準エタロン対象物は、温度によって大きく変化しない屈折率を有する材料で作られうる。このような実施形態では、基準エタロン対象物の屈折率は、特に基準温度を維持することなく、知られうる及び／又は推定されうる。
【0025】
［００３９］いくつかの実施形態では、屈折率と温度との間の関係は、推定又はモデル化されうる。いくつかの実施形態では、屈折率と温度との間の関係は、較正を通して得られうる。いくつかの実施形態では、所与の温度範囲についての屈折率を推定するために、熱光学係数（すなわち、屈折率対温度の変化、ｄｎ／ｄＴ）のグラフが使用されうる。図６は、熱光学係数対室温から約３００℃までのシリコン半導体基板の温度のグラフを示す。図６の垂直軸の屈折率は、水平軸に沿った大きな温度変化に伴って徐々に変化することに注意されたい。熱光学係数の同様のグラフが、極低温から約６００℃まで（例えば約－２００℃から約６００℃まで）のような他の温度範囲についても作成されうる。
【0026】
［００４０］熱光学係数は、シリコン半導体基板の熱膨張も考慮しうる。シリコン半導体基板の熱膨張は、光学的厚さ値が熱膨張係数と熱光学係数の両方に依存するように、単一の光学的厚さ値に組み込まれうる。特定の温度値に相関する光学的厚さ値は、材料の屈折率の変化と熱膨張により引き起こされた基板の厚さの変化を考慮するように決定される。基板／エタロンの温度が変化すると、屈折率と基板／エタロンの物理的厚さの両方が変化する。これは相関温度に対するフリンジ間隔に影響する。しかしながら、本明細書に記載される実施形態では、本明細書に記載される光学的厚さ値の変化は、物理的厚さの変化よりも屈折率の変化により大きな影響を受ける。材料の屈折率は、基板材料の熱光学係数と相関している。熱光学係数は、材料の屈折率の変化を温度変化に関連付ける。熱光学係数は、所望の温度範囲について経験的に決定されうる。
【0027】
［００４１］図７は、第１の処理チャンバ７００の概略図を示す。第１の処理チャンバ７００は、半導体基板などの基板を処理するように構成されている。第１の処理チャンバ７００は、チャンバ本体７０２と、チャンバ本体７０２の上部に配置されたチャンバリッド７０４と、チャンバリッド７０４の上部に配置されたエタロンアセンブリ７０８と、チャンバ本体７０２内に配置された基板支持体７１０とを含む。チャンバ本体７０２とチャンバリッド７０４は、その内部に処理空間７２８を形成する。半導体基板などの基板７２５は、処理空間７２８内の基板支持体７１０の上部に配置され、エタロンアセンブリ７０８は、基板７２５の温度を測定するように構成される。
【0028】
［００４２］第１の処理チャンバ７００は、処理空間７２８内に配置された基板７２５上で、プラズマエッチング、イオン注入、プラズマ堆積プロセス又は他のプラズマプロセスなどのプラズマプロセスを実行するように構成される。プラズマ７２６は、基板支持体７１０とチャンバリッド７０４との間の処理空間７２８内に形成されうる。チャンバリッド７０４の上方に、１つ以上の誘導コイル７０６が配置されうる。１つ以上の誘導コイル７０６は、電源７５２に接続される。電源７５２は、交流（ＡＣ）電源であってもよいし、高周波（ＲＦ）電源であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の処理チャンバ７００は、誘導結合プラズマ源（ＩＣＰ）、容量結合プラズマ源（ＣＣＰ）、及び／又は１つ以上の他の遠隔プラズマ源を含む。
【0029】
［００４３］１つ以上のガス入口７３６によって、１つ以上のプロセスガス源７３４が処理空間７２８に流体連通される。プロセスガス源７３４は、１つ以上のプロセスガスを処理空間７２８に供給しうる。プロセスガスは、堆積前駆体、不活性ガス、キャリアガス、洗浄ガス、エッチャントガス、又はこれらの組み合わせを含みうる。プロセスガス源７３４によって導入される１つ以上のプロセスガスは、排気ポンプ７４０を使用して除去されうる。排気ポンプ７４０は、排気口７３８を介して、処理空間７２８と流体連結している。排気口７３８は、チャンバ本体７０２の一部を通って形成される。
【0030】
［００４４］１つの実施例では、基板支持体７１０は、基板ペデスタル７１２、シャフト７１６、アクチュエータ７１８、及び電源７２０を含む。基板ペデスタル７１２は、支持面７１４を含む。支持面７１４は、基板７２５を支持体するように構成される。オプションでは、１つ以上の温度センサ７２２、７２４が、第１の温度センサ７２２及び第２の温度センサ７２４のように、基板ペデスタル７１２内に配置される。第１の温度センサ７２２は、基板７２５の中心部分及び／又は基板７２５に隣接する基板支持体７１０の中心部分の温度を測定するために、支持面７１４の中心部分に配置される。第２の温度センサ７２４は、支持面７１４上で、第１の温度センサ７２２から半径方向外側に配置される。第２の温度センサ７２４は、基板７２５のエッジ温度及び／又は基板７２５のエッジに隣接する基板支持体７１０の温度を測定するように構成される。
【0031】
［００４５］シャフト７１６は、基板ペデスタル７１２に結合され、チャンバ本体７０２を通って延びる。シャフト７１６は、１つ以上のアクチュエータ７１８に結合される。アクチュエータ７１８は、基板支持体７１０を回転させる及び／又は基板支持体７１０を上昇／下降させるように構成される。電源７２０は、基板ペデスタル７１２内に配置された１つ以上の抵抗加熱器（図示せず）に接続される。抵抗加熱器は、基板ペデスタル７１２及びその上に配置された基板７２５の温度を制御するために利用される。電源７２０はまた、支持面７１４に電圧差を印加しうる。温度センサ７２２、７２４は、電源７２０又はマルチメータ（図示せず）に接続されうる。
【0032】
［００４６］エタロンアセンブリ７０８は、基準エタロン７６２、光源７４４、光源７４４と基準エタロン７６２との間に配置されたコリメータ７５６、放射線測定デバイス７４６、及びスペクトルアナライザ７４８を含む。基準エタロン７６２とコリメータ７５６は、アセンブリ本体７５８内に配置される。アセンブリ本体７５８は、外光や放射線がエタロンアセンブリ７０８に進入するのを防ぎ、エタロンアセンブリ７０８のためのケーシングである。アセンブリ本体７５８は更に、エタロンアセンブリ７０８の使用中、基準エタロン７６２及びコリメータ７５６を所定の位置に保持する役割を果たす。
【0033】
［００４７］第１の光線７３２が光源７４４によって生成され、１つ以上の導波管７５０を通過する。導波管７５０は、光ファイバ又はライトパイプでありうる。第１の光線７３２が次に基準エタロン７６２に伝送される前に、導波管７５０は、第１の光線７３２を光源７４４からコリメータ７５６に伝送するように構成される。第１の光線７３２は広帯域光線であり、約４００ｎｍ～約２０００ｎｍ、例えば約４００ｎｍ～約１４００ｎｍ、例えば約４００ｎｍ～約８００ｎｍの波長範囲など、大きな波長範囲にわたる光スペクトルを生成しうる。広帯域スペクトル光線は白色光線であり、広帯域波長スペクトルからの光を含むように構成される。第１の光線７３２は、コリメータ７５６及び基準エタロン７６２を通過するように構成される。基準エタロン７６２を通過した後に、第１の光線７３２は分割導波管７５１に進入する。分割導波管７５１は、基準エタロン７６２からの第１の光線７３２を、チャンバリッド７０４又はチャンバ本体７０２内の開口部７３０を通して処理空間７２８に伝達するように構成される。第２のコリメータ７５７のような第２のコリメータは、開口部７３０内に配置され、分割導波管７５１に光学的に接続されうる。第２のコリメータ７５７は、光が処理空間７２８内を通過する際に光をコリメートするように構成される。開口部７３０は、プロセスガスが処理空間７２８に導入されうるよう更に構成されうる。プロセスガスは、第２のプロセスガス源７４２によってエタロンアセンブリ７０８の内部空間に導入されうる。第２のプロセスガス源７４２は、１つ以上のプロセスガス又は不活性ガスをエタロンアセンブリ７０８のアセンブリ本体７５８に導入しうる。次いで、１つ以上のプロセスガスは、開口部７３０を介して処理空間７２８に流入されうる。
【0034】
［００４８］いくつかの実施形態では、開口部７３０の少なくとも一部は、第２のコリメータ７５７で覆われている。いくつかの実施形態では、開口部７３０は、窓又は第２のコリメータ７５７を使用して完全にブロックされる。窓は、処理空間７２８をアセンブリ本体７５８の内部の空間から分離し、基準エタロン７６２の一定温度を維持するのを支援しうる。
【0035】
［００４９］基準エタロン７６２は、エタロンハウジング７６０を使用して所定の位置に保持される。エタロンハウジング７６０は、１つ以上の基準エタロンを所定の位置に保持するように構成される。図７の例では、基準エタロン７６２、第２の基準エタロン７６４、及び第３の基準エタロン７６６が示される。この実施形態では、基準エタロン７６２は、第１の基準エタロンと称されうる。基準エタロン７６２、第２の基準エタロン７６４、及び第３の基準エタロン７６６の各々は、エタロンハウジング７６０内に配置される。エタロンハウジング７６０は、基準エタロン７６２、７６４、７６６のうちの選択された１つが第１の光線７３２の経路内に移動されうるように、ビームに対してエタロンを再配置するように構成される。図７に示すように、基準エタロン７６２は、第１の光線７３２の経路内に配置される。いくつかの実施形態では、第２の基準エタロン７６４及び第３の基準エタロン７６６は、代替の基準エタロン又は代替の第１のエタロンでありうる。エタロンハウジング７６０は、基準エタロン７６２、７６４、７６６のどれに第１の光線７３２が入射するかを切り替えるために、軸を中心に回転するように構成されうる。例えば、エタロンハウジング７６０は、ハウジング７６０を回転させてエタロンの１つをビーム経路に選択的に移動させるステッピングモータ又はサーボモータに接続されうる。エタロンハウジング７６０は、代替的には、第１の基準エタロン７６２のみ、又は第１の基準エタロン７６２及び第２の基準エタロン７６４のみ、又は４つ以上の基準エタロンなど、より多くの又はより少ない基準エタロンを含みうる。
【0036】
［００５０］基準エタロン７６２、７６４、７６６の各々は、異なる厚さ及び／又は異なる屈折率を有している。異なる厚さ及び／又は異なる屈折率により、基準エタロン７６２、７６４、７６６を、屈折率及び／又は基板７２５の厚さの少なくとも一方に一致するように選択することができる。第１の光線７３２が入射する基準エタロンの厚さは、所望の厚さを有する基準エタロン７６２、７６４、７６６のうちの１つを選択することによって変更される。いくつかの実施形態では、第１の光線７３２内の基準エタロン７６２、７６４、７６６の厚さは、基板７２５の厚さが互いに約１０％の範囲内の差（例えば約１５μｍ未満の差、例えば約１０μｍ未満の差）で一致するように選択される。基準エタロン７６２、７６４、７６６の厚さ及び／又は屈折率を基板７２５の厚さにほぼ一致させることにより、第１の光線７３２のヘテロダイン効果が生じうる。いくつかの実施形態では、基準エタロン７６２、７６４、７６６は、エタロンハウジング７６０からの１つの基準エタロンを、基板７２５と厚さ及び／又は屈折率が一致する別の基準エタロンと交換することによって、手動で選択されうる。
【0037】
［００５１］各基準エタロン７６２、７６４、７６６は、温度制御ユニット７６１を使用して予め決定された温度に維持される。温度制御ユニット７６１は、アセンブリ本体７５８の周囲に配置されるなどして、エタロンアセンブリ７０８に接続される。温度制御ユニット７６１は、少なくとも光線が入射するエタロンに対して予め決定された温度を維持するように構成される。例えば、温度制御ユニット７６１は、基準エタロンを冷却及び／又は加熱する。温度制御ユニット７６１は、１つ以上の冷却剤通路、ファン、１つ以上の抵抗加熱器、又はこれらの組み合わせを使用して、基準エタロンの温度を制御しうる。基準エタロン７６２、７６４、７６６の制御された温度を維持することにより、エタロンアセンブリ７０８は、基準エタロン７６２、７６４、７６６の温度を一定に保持できるようになり、誤差をもたらす可能性のある変数としての基準エタロン温度を除去することによって、基板７２５の温度を正確に測定することができる。
【0038】
［００５２］第１の光線７３２をアセンブリ本体７５８に導入するように構成されている導波管７５０の端部は、導波管ジャケット７５４によって所定の位置に保持される。導波管ジャケット７５４は、導波管７５０の端部をコリメータ７５６及び基準エタロン７６２に隣接する所定の位置に保持するように構成された金属又は熱可塑性ジャケットなどの硬いジャケットである。導波管ジャケット７５４は、導波管７５０の曲げ半径を約１５ｍｍ以上、例えば約１８ｍｍ以上、例えば約２０ｍｍ以上に制限する剛性を有している。剛性の高い導波管ジャケット７５４を使用することで、エタロンアセンブリ７０８の光学測定の一貫性が向上することが示されている。
【0039】
［００５３］放射線測定デバイス７４６は、１つ以上の第２の光線７３１を測定するように構成される。第２の光線７３１は、反射された第２のビームであってもよく、透過された第２のビームであってもよい。第１の光線７３２が基板７２５を通過し／基板７２５から反射された後に、第２の光線７３１が第１の光線７３２から生成される。基板７２５は、第２のエタロンとして機能する。いくつかの実施形態では、基板７２５は、サンプルエタロン又はサンプル基板と称されうる。第１の光線７３２が基板７２５と交差すると、第１の光線７３２は、透過された第２のビームと反射された第２のビームとに分割される。第１の光線７３２は、温度センサ７２２、７２４のうちの１つの半径方向位置に類似する半径方向位置で基板７２５と交差しうる。図７に示すように、第１の光線７３２は、第１の温度センサ７２２に類似する半径方向位置で基板７２５と交差する。
【0040】
［００５４］図７で説明した第２の光線７３１は、反射された第２のビームであり、処理空間７２８を通過してアセンブリ本体７５８に戻る。次に、第２の光線７３１は、分割導波管７５１内に集められ、放射線測定デバイス７４６に供給される。分割導波管７５１は、少なくとも３つの開口部を含む。分割導波管７５１の第１の開口部は、基準エタロン７６２を通過した後の第１の光線７３２を集光する。分割導波管７５１の第２の開口部は、第２のコリメータを通過して戻った後の第２の光線７３１を集光する。分割導波管７５１の第３の開口部は、放射線測定デバイス７４６に光学的に接続される。分割導波管７５１の第３の開口部は、第１の光線７３２及び第２の光線７３１の一方又は組み合わせを放射線測定デバイス７４６に供給するように構成される。
【0041】
［００５５］放射線測定デバイス７４６に供給される第２の光線７３１は、放射線測定デバイス７４６に供給される光の強度及び波長が決定されるように、測定及び分析される。放射線測定デバイス７４６は、分光計又は分光計のアレイでありうる。放射線測定デバイス７４６は、放射線のヘテロダイン効果が生じた周期を測定可能である。本明細書に記載の方法により、より大きな解像度を有する放射線測定デバイス７４６を利用することが可能になる。より大きな解像度を有する放射線測定デバイス７４６を使用することにより、本明細書に記載するようなフリンジ間隔の測定コストが削減されうる。放射線測定デバイス７４６は、１つ以上の光導波管７５０からの放射線を個別に検出、識別、及び／又は測定可能でありうる。例えば、放射線測定デバイス７４６は、光導波管７５０間で選択可能な１つ以上の選択デバイス（例えば、スイッチ、光チッパ、又はマルチビームスプリッタ）を含みうる。放射線測定デバイス７４６は、測定のために光導波管７５０の１つ以上を順次選択しうる。
【0042】
［００５６］放射線測定デバイス７４６によって収集されたデータは、スペクトルアナライザ７４８に供給される。スペクトルアナライザ７４８は、放射線測定デバイス７４６からデータを受信可能でありうる。いくつかの実施形態では、スペクトルアナライザ７４８は、１つ以上の光導波管７５０からのスペクトルデータを個別に識別及び／又は分析可能でありうる。スペクトルアナライザ７４８は、図４のフリンジ間隔２１５及び／又は図５のフリンジ間隔３１５などのスペクトル干渉フリンジ間隔を識別するため、基板７２５の１つ以上の光学的厚さを算出するため、及び／又は基板７２５の１つ以上の温度測定値を推測するために、エタロンアセンブリ７０８の１つ以上の要素からデータを受信、処理、記憶、及び／又は分析しうる。
【0043】
［００５７］本開示の利点から理解されるように、上記の構成は、送信モードで動作するように再構成することができよう。送信モードには、反射された第２のビームの代わりに送信された第２のビームを使用することが含まれよう。この実施形態は、反射しないか、又は反射された放射線へのアクセスが困難になるように配向されている基板の温度を測定するのに有利でありうる。例示的な送信モードが、図９Ｂ及び図９Ｃに提供される。
【0044】
［００５８］また、基板７２５が第１のエタロンとして機能し、基準エタロン７６２が第２のエタロンとして機能するように、光線が逆の順序でエタロンを通過してもよい。この実施形態では、第１の光線７３２は、基準エタロン７６２を通過する前に、まず基板７２５を通過する。基板７２５を透過する透過光又は反射光のいずれか一方は、基準エタロン７６２に透過されうる。
【0045】
［００５９］コントローラ７７０が第１の処理チャンバ７００に接続される。コントローラ７７０は、本明細書に記載の方法の制御及び自動化を容易にするように構成される。コントローラ７７０は、光源７４４、放射線測定デバイス７４６、スペクトルアナライザ７４８、プロセスガス源７３４、７４２、排気ポンプ７４０、電源７５２、７２０、及びアクチュエータ７１８に接続されうるか、又はこれらと通信されうる。コントローラ７７０は、ＣＰＵ７７２（すなわち、コンピされうるステム）と通信されうるか、又はＣＰＵ７７２に接続されうる。ＣＰＵ７７２は、ソフトウェアアプリケーションを実行し、データを処理することができるハードウェアユニット又はハードウェアユニットの組み合わせでありうる。いくつかの構成では、ＣＰＵ７７２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、及び／又はそのようなユニットの組み合わせを含む。ＣＰＵ７７２は、概して、１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行し、記憶されたメディアデータを処理するように構成される。コントローラ７７０は、メモリ７７４を含みうる。メモリは、本明細書に記載の基板の温度を決定する命令を記憶するための非一時的コンピュータ可読媒体である。ＣＰＵ７７２は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するために、プログラム可能な論理制御装置（ＰＬＣ）などの産業用設定で使用することができる汎用コンピュータープロセッサの任意の形態の１つでありうる。メモリ７７４は、ＣＰＵ７７２に接続されており、メモリ７７４は、非一時的であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、又は任意の他の形態のローカル若しくは遠隔のデジタルストレージなど、容易に利用可能なメモリのうちの１つ又は複数でありうる。支持回路７７６は、従来の態様でプロセッサを支持するためにＣＰＵ７７２に接続される。温度測定及びその他のプロセスは、概して、典型的にはソフトウェアルーチンとして、メモリ７７４に格納される。また、ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ７７２によって制御されるハードウェアから遠隔に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶及び／又は実行されてもよい。
【0046】
［００６０］メモリ７７４は、命令を含むコンピュータ可読記憶媒体の形態をとっており、ＣＰＵ７７２によって実行されると、第１の処理チャンバ７００の動作を容易にする。メモリ７７４内の命令は、本開示の方法を実施するプログラムなどのプログラム製品の形態をとっている。プログラムコードは、数々の異なるプログラミング言語のうちの任意の１つに適合しうる。１つの例として、本開示は、コンピュータシステムで使用するためにコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム製品として実装されうる。プログラム製品の１つ以上のプログラムは、実施形態の機能（本明細書に記載の方法を含む）を規定する。
【0047】
［００６１］特定の実施形態では、１つ以上のプログラムは、機械学習機能を具現化する。様々なデータ特徴は、処理時間、温度、圧力、電圧、極性、電力、ガス種、前駆体流量などのプロセスパラメータを含む。特徴間の関係は、機械学習アルゴリズムによる分析を可能にするために識別及び定義され、データを取り込み、第１の処理チャンバ７００によって実行されているプロセスを適応させる。機械学習アルゴリズムは、教師あり学習技法又は教師なし学習技法を採用しうる。プログラムによって具体化される機械学習アルゴリズムの例は、線形回帰、ロジスティック回帰、決定木、状態ベクトルマシン、ニューラルネットワーク、ナイーブベイズ、ｋ最近傍法、Ｋ－Ｍｅａｎｓ、ランダムフォレスト、次元削減アルゴリズム、及び勾配ブースティングアルゴリズムなどを含むが、これらに限定されない。１つの例では、機械学習アルゴリズムは、基板の温度測定値を調整するために利用される。
【0048】
［００６２］例示的なコンピュータ可読記憶媒体は、（ｉ）情報が永続的に記憶される書込み不能な記憶媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブ、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、又は任意の種類のソリッドステート不揮発性半導体メモリによって読み出し可能なＣＤ－ＲＯＭディスクなどのコンピュータ内の読出し専用メモリデバイス）、及び（ｉｉ）変更可能な情報が記憶される書き込み可能な記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ若しくはハードディスクドライブ内のフロッピーディスク又は任意の種類のソリッドステートランダムアクセス半導体メモリ）を含むが、これらに限定されない。このようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書に記載の方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を搬送する場合、本開示の実施形態である。
【0049】
［００６３］エタロンアセンブリ７０８は、第１の処理チャンバ７００の上面に機械的に接続されるものとして示されているが、エタロンアセンブリ７０８は、分割導波管７５１及び第２のコリメータ７５７のみが第１の処理チャンバ７００の上部に／第１の処理チャンバ７００を貫通して配置されるような、遠隔エタロンアセンブリであってもよい。
【0050】
［００６４］図８Ａは、第２の処理チャンバ８００の概略図を示す。第２の処理チャンバ８００は、第１の処理チャンバ７００に類似しているが、追加の第２のエタロンアセンブリ８０２を含む。第２のエタロンアセンブリ８０２は、第１のエタロンアセンブリと称されるエタロンアセンブリ７０８に類似している。第２のエタロンアセンブリ８０２は、基板７２５のエッジ付近の温度を測定するように構成され、一方、第１のエタロンアセンブリ７０８は、基板７２５の中心付近の温度を測定する。
【0051】
［００６５］第２のエタロンアセンブリ８０２は、第２のアセンブリ基準エタロン８２０、第２の光源８０８、第２の光源８０８と第２のアセンブリ基準エタロン８２０との間に配置された第３のコリメータ８１６、第２の放射線測定デバイス８１０、及びスペクトルアナライザ７４８を含む。第２のアセンブリ基準エタロン８２０及び第３コリメータ８１６は、第２のアセンブリ本体８０６内に配置される。第２のアセンブリ本体８０６は、外光及び放射線が第２のエタロンアセンブリ８０２に進入するのを防ぎ、第２のエタロンアセンブリ８０２のためのケーシングとなる。第２のアセンブリ本体８０６は更に、第２のエタロンアセンブリ８０２の使用中、第２のアセンブリ基準エタロン８２０及び第３のコリメータ８１６を所定の位置に保持する役割を果たす。
【0052】
［００６６］第３の光線８２４は、第２の光源８０８によって生成され、１つ以上の導波管８１２を通過する。導波管８１２は、光ファイバ又はライトパイプでありうる。次いで第３の光線８２４が第２のアセンブリ基準エタロン８２０に伝送される前に、導波管８１２は、第３の光線８２４を第２の光源８０８から第３のコリメータ８１６に伝送するように構成される。第３の光線８２４は、第１の光線７３２に類似する。
【0053】
［００６７］第３の光線８２４は、分割導波管８１３内を通過するように構成される。分割導波管８１３は、分割導波管７５１に類似し、第３の光線８２４を第２のアセンブリ基準エタロン８２０から第３のコリメータ８１６に伝送するように構成される。第２のアセンブリ基準エタロン８２０を通過した後、第３の光線８２４は、チャンバリッド７０４又はチャンバ本体７０２内の開口部８０４を通って処理空間７２８内に進入する。開口部８０４は、第４のコリメータ８２１を更に含みうる。第４のコリメータ８２１は、光が処理空間７２８内を通過する際にその光をコリメートするように構成される。第３の光線８２４が第２のアセンブリ基準エタロン８２０から分割導波管８１３内に進入し、第４のコリメータ８２１に到達するように、第４のコリメータ８２１が分割導波管８１３に接続される。開口部８０４は、プロセスガスが処理空間７２８に導入されうるよう更に構成されうる。プロセスガスは、第２のプロセスガス源７４２又は第３のプロセスガス源（図示せず）によって、第２のエタロンアセンブリ８０２の内部空間に導入されうる。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガス源は、第２のプロセスガス源７４２と同一である。
【0054】
［００６８］いくつかの実施形態では、開口部８０４の少なくとも一部が、第４のコリメータ８２１で覆われている。いくつかの実施形態では、開口部８０４は、窓又は第４のコリメータ８２１を使用して完全にブロックされる。窓は、処理空間７２８を第２のアセンブリ本体８０６の内部の空間から分離し、第２のアセンブリ基準エタロン８２０の温度を一定に維持するのを支援しうる。
【0055】
［００６９］第２のアセンブリ基準エタロン８２０は、第２のエタロンハウジング８１８を使用して所定の位置に保持される。第１の光線８２４は、第２のアセンブリ基準エタロン８２０を通過するように構成される。第２のエタロンハウジング８１８は、第２のアセンブリ基準エタロン８２０及び代替の第２のアセンブリ基準エタロン８２２などの１つ以上の基準エタロンを所定の位置に保持するように構成される。第２のアセンブリ基準エタロン８２０及び代替の第２のアセンブリ基準エタロンの各々は、第２のエタロンハウジング８１８内に配置される。第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２のうちの選択された１つが第３の光線８２４の経路内に移動されうるように、第２のエタロンハウジング８１８は、第３の光線８２４に対して第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２の各々を再配置するように構成される。図８Ａに示すように、第２のアセンブリ基準エタロン８２０は、第３の光線８２４の経路内に配置される。第２のエタロンハウジング８１８は、第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２のどちらに第３の光線８２４が入射するかを切り替えるために、軸を中心に回転するように構成されうる。例えば、第２のエタロンハウジング８１８は、第２のエタロンハウジング８１８を回転させて、第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２のうちの１つを選択的にビーム経路内に移動させるステッピングモータ又はサーボモータに接続されうる。第２のエタロンハウジング８１８は、代替的には、第２のアセンブリ基準エタロン８２０のみ、又は３つ以上の基準エタロンなど、より多くの又はより少ない基準エタロンを含みうる。
【0056】
［００７０］基準エタロン７６２、７６４、７６６と同様に、第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２の各々は、異なる厚さ及び／又は異なる屈折率を有している。異なる厚さ又は異なる屈折率により、第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２を、屈折率及び／又は基板７２５の厚さの少なくとも一方に一致するように選択することができるようになる。いくつかの実施形態では、第３の光線８２４の経路内の第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２の厚さは、基板７２５の厚さが互いに約１０％の範囲内の差、例えば約１５μｍ未満の差、例えば約１０μｍ未満の差になるよう一致するように選択される。第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２の厚さ及び／又は屈折率を基板７２５の厚さにほぼ一致させることにより、第３の光線８２４のヘテロダイン効果が発生可能になる。いくつかの実施形態では、エタロンハウジング８１８からの１つの基準エタロンを、基板７２５と厚さ及び／又は屈折率が一致する別の基準エタロンと交換することによって、第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２は手動で選択されうる。本明細書に記載の実施形態では、第３の光線８２４は、第２の温度センサ７２４の半径方向位置に類似する半径方向位置で基板７２５と交差する。
【0057】
［００７１］第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２の各々は、１つ以上の第２の温度制御ユニット８１９を使用して、予め決定された温度に維持される。第２の温度制御ユニット８１９は、温度制御ユニット７６１に類似しており、第２のエタロンアセンブリ８０２の第２のアセンブリ基準エタロン８２０、８２２の加熱／冷却を制御するように構成される。
【0058】
［００７２］第３の光線８２４を第２のアセンブリ本体８０６に導入するように構成されている導波管８１２の端部は、導波管ジャケット８１４によって所定の位置に保持される。導波管ジャケット８１４は、導波管ジャケット７５４に類似しており、導波管８１２の端部を第２のコリメータ８１６に隣接する所定の位置に保持するように構成される。
【0059】
［００７３］第２の放射線測定デバイス８１０は、１つ以上の第４の光線８２５を測定するように構成される。第４の光線８２５は、反射された第４のビームであっても、透過された第４のビームであってもよい。第３の光線８２４が基板７２５を通過した後に、第４の光線８２５が、第３の光線８２４から生成される。基板７２５は、第２のエタロンとして機能する。いくつかの実施形態では、基板７２５は、サンプルエタロンと称されうる。第３の光線８２４が基板７２５と交差すると、第３の光線８２４は、透過された第４のビームと反射された第４のビームとに分割される。図８Ａで説明した第４の光線８２５は反射された第４のビームであり、処理空間７２８を通過して第２のアセンブリ本体８０６内に戻る。次いで、第４の光線８２５は、１つ以上の導波管８１２に集められ、第２の放射線測定デバイス８１０に送られる。
【0060】
［００７４］第２の放射線測定デバイス８１０に送られる光の強度及び波長が決定されるように、第２の放射線測定デバイス８１０に送られる第４の光線８２５が測定及び分析される。第２の放射線測定デバイス８１０は、放射線測定デバイス７４６に類似している。
【0061】
［００７５］第２の放射線測定デバイス８１０によって収集されたデータは、スペクトルアナライザ７４８に送られる。スペクトルアナライザ７４８は、第２の放射線測定デバイス８１０からデータを受信可能でありうる。
【0062】
［００７６］分割導波管８１３は、少なくとも３つの開口部を含む。分割導波管８１３の第１の開口部は、基準エタロン８１３を通過した後の第３の光線８２４を集光する。分割導波管８１３の第２の開口部は、第４のコリメータ８２１を通過して戻った後の第４の光線８２５を集光する。分割導波管８１３の第３の開口部は、第２の放射線測定デバイス８１０に光学的に接続される。分割導波管８１３の第３の開口部は、第３の光線８２４及び第４の光線８２５の一方又は組み合わせを第２の放射線測定デバイス８１０に供給するように構成される。
【0063】
［００７７］いくつかの実施形態では、追加のエタロンアセンブリが、基板７２５の半径に沿って追加の温度測定値を収集するために利用される。いくつかの実施形態では、第１のエタロンアセンブリ７０８は、追加の基準エタロンを含みうるが、光源７４４は１つだけである。光源７４４が１つしかない実施形態では、第１の光線７３２は、基準エタロン７６２を通過する前又は通過した後のいずれかで、複数の光線に分割されうる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光線は、基板を支持する基板支持体の加熱ゾーン又は冷却ゾーンなどの温度制御ゾーンに関連する基板の各領域に方向付けられる。温度制御ゾーンの各々は、１つ以上の加熱素子又は冷却素子を使用して個別に制御される。１つ以上の加熱素子は、ランプ、抵抗加熱器、又は加熱された導管を含みうる。１つ以上の冷却素子は、冷却導管を含みうる。複数の光線は、複数のエタロンアセンブリ、又は処理空間に進入する前に光線が分割される単一のエタロンアセンブリのいずれかから方向付けられる。
【0064】
［００７８］図８Ｂは、第３の処理チャンバ８５０の概略図を示す。第３の処理チャンバ８５０は第２の処理チャンバ８００と類似しているが、単一の光源７４４と単一の放射線測定デバイス７４６がある。第３の処理チャンバ８５０内では、光スプリッタ８５２が、光源７４４と、第１のエタロンアセンブリ７０８及び第２のエタロンアセンブリ８０２につながる導波管７５０、８１２の各々との間に接続されている。光スプリッタ８５２は、１つ以上の光学装置を含み、光源７４４からの一次光線を第１の光線７３２と第２の光線８２４とに分割するように構成される。一次光線は、光源７４４から導波管８５４に沿って光スプリッタ８５２に送られる。同様に、分割導波管７５１、８１１の両方が、放射線測定デバイス７４６に接続されている。第３の光線７３１及び第４の光線８２５は、放射線測定デバイス７４６に向かって方向付けられるように構成される。したがって、放射線測定デバイス７４６は、光線７３１、８２５を同時に分析しうる。
【0065】
［００７９］いくつかの実施形態では、第１のエタロンアセンブリ７０８のように、１つのエタロンアセンブリのみが利用されるが、第１の光線は、処理空間に進入する前に、第１の出射光線と第２の出射光線とに分割される。第１の出射光線が基板の中心と交差する一方で、第２の出射光線が基板のエッジと交差するように、第１の出射光線と第２の出射光線は、異なる角度で方向付けられうる。
【0066】
［００８０］図９Ａは、第４の処理チャンバ９００の概略図を示す。第４の処理チャンバ９００は、図７の第１の処理チャンバ７００に類似する。第１の光線９１２が基準エタロン７６２、７６４、又は７６６の前に基板７２５に入射するように構成されている点で、第４の処理チャンバ９００は第１の処理チャンバ７００とは異なる。図９Ａの実施形態では、光源９０４は、エタロンアセンブリ９０２とは別々に配置されている。エタロンアセンブリ９０２は、図７のエタロンアセンブリ７０８と類似しているが、光源７４４を含まない。光源７４４は、別々に配置された光源９０４に置き換えられる。
【0067】
［００８１］光源９０４は、光源７４４に類似する。光源９０４は、導波管９０６、導波管ジャケット９０８、及び第１の光線コリメータ９１０に別々に結合される。導波管９０６は、導波管７５０に類似している。導波管ジャケット９０８は、導波管ジャケット７５４に類似している。第１の光線９１０は、コリメータ７５６に類似している。導波管９０６は、光源９０４からの第１の光線９１２をコリメータ７５６に送るように構成される。チャンバリッド７０４及び／又はチャンバ本体７０２と交差する導波管９０６の遠位端は、導波管ジャケット９０８によって所定の位置に保持される。処理空間７２８に進入する前に、第１の光線９１２は、第１の光線９１０を透過する。第１の光線９１２は、処理空間７２８を透過し、基板７２５と交差する。本明細書に示す第１の光線９１２は、基板７２５と斜めに交差する。
【0068】
［００８２］第１の光線９１２が基板７２５と交差すると、第１の光線９１２は、第２の光線９１４に変換される。第２の光線９１４は、第２の光線７３１に類似する。第２の光線９１４は、透過された第２のビーム又は反射された第２のビームのいずれかである。図９Ａの実施形態では、第２の光線９１４は、反射された第２のビームである。第２の光線９１４は、第２の光線９１４が基準エタロン７６２、７６４、７６６のうちの１つと交差する前に、反射されて開口部７３０を通ってエタロンアセンブリ９０２に戻る。次に、第２の光線９１４には、基準エタロン７６２などの基準エタロンでヘテロダイン効果が生じる。基準エタロン７６２を通過した後に、第２の光線９１４は、コリメータ７５６を通過し、放射線測定デバイス７４６に進入する。
【0069】
［００８３］図９Ｂは、第５の処理チャンバ９２５の概略図を示す。第５の処理チャンバ９２５は、第４の処理チャンバ９００に類似するが、光源９０４は、第１の光線９１２を、基板ペデスタル７１２を通って上方に、基板７２５を通り、エタロンアセンブリ９０２内に方向付けるように構成される。第５の処理チャンバ９２５において、第２の光線９１４は、基板７２５を通る透過光である。導波管ジャケット９０８及び光線コリメータ９１０が、基板ペデスタル７１２及び基板７２５の下方に配置されるように、少なくとも導波管ジャケット９０８及び光線コリメータ９１０は、基板ペデスタル７１２及び／又はシャフト７１６の下方又は内部に配置される。
【0070】
［００８４］第１の光線９１２は、基板ペデスタル７１２及びシャフト７１６内の開口部９２６を通過するように構成される。開口部９２６は、オプションで、光学的に透明な材料、光ファイバ、又は導波管で充填されうる。第１の温度センサ７２２は、第１の光線９１２が基板７２５を通過する位置に類似する半径方向の位置に位置決めされうる。第１の光線９１２と基板７２５との交点の半径方向の位置と、第１の温度センサ７２２の半径方向の位置とは、第５の処理チャンバ９２５の中心からずれている。開口部９２６は、基板ペデスタル７１２を貫通する正孔又はスリットであってもよく、そこを光が通過できるようにする。
【0071】
［００８５］図９Ｃは、第６の処理チャンバ９５０の概略図を示す。第６の処理チャンバ９５０は、第５の処理チャンバ９２５と類似しているが、エタロンアセンブリ９０２が、エタロンアセンブリ９６０に置き換えられている。エタロンアセンブリ９６０は、第２の光線９１４が基板ペデスタル７１２及び／又はシャフト７１４の少なくとも一部を通過した後に、第２の光線９１４を受光するように構成される。光源９０４は、第１の光線９１２をチャンバリッド７０４から基板７２５に向かって方向付けるように構成される。第１の光線９１２は、エタロンアセンブリ９６０の基準エタロン７６２、７６４、７６６のうちの１つを通過する前に、基板７２５を透過し、基板ペデスタル７１２及びシャフト７１４内の開口部９２６を通過する。エタロンアセンブリ９６０は、導波管９６２を介してチャンバ本体７０２の底部に光学的に接続され、一方で、導波管ジャケット９０８及び／又は光ビームコリメータ９１０は、チャンバリッド７０４を通して配置される。第２のコリメータ７５７は、第２のコリメータ７６４に置き換えられる。第２のコリメータ７６４は、開口部９２６から最も遠い導波管９６２の遠位端に結合接続され、導波管９６２を通過した光／放射線がエタロンアセンブリ９６０に進入できるようにサイズ決定される。第６の処理チャンバ９５０は、第２の光線９１４が基板７２５を透過する点で、第５の処理チャンバ９２５に類似している。
【0072】
［００８６］図１０は、基板の温度を決定する方法１０００を示している。方法１０００は、第１の処理チャンバ７００、第２の処理チャンバ８００、第３の処理チャンバ８５０、第４の処理チャンバ９００、第５の処理チャンバ９２５、第６の処理チャンバ９５０、又は正確な温度制御が望まれる別の処理チャンバ又は他の場所のいずれか１つに利用されうる。１つの例では、方法１０００は、コントローラ７７０のメモリにソフトウェアルーチンとして記憶される。方法１０００がコントローラ７７０によって実行されると、コントローラ７７０は、本明細書に開示される装置を使用して基板７２５の温度を決定させる。方法１０００は、第１のエタロンと第２のエタロンを使用して、第２のエタロンの１つの温度を決定する。第１のエタロンが基準エタロンでありうる一方、第２のエタロンは、サンプルエタロン（すなわち基板）である。干渉縞を形成するために、第１のエタロンと第２のエタロンにはヘテロダイン効果を発生させる。基板の温度を決定するために、干渉縞からフリンジ間隔が測定されうる。
【0073】
［００８７］方法１０００の工程１００２において、第１のエタロン及び基板に第１の光線を通し、基板が第２のエタロンを提供する（ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｆｏｒｍｓ ａ ｓｅｃｏｎｄ ｅｔａｌｏｎ）。１つの例では、第１のエタロンは基準エタロンであり、基板はサンプルエタロンである。基板は、図７、図８Ａ～８Ｂ、及び９Ａ～９Ｃの基板７２５のような半導体基板でありうる。本明細書に記載の基板は、サンプル基板であり、あらかじめ決められた材料で形成されている。サンプル基板は、較正プロセスのために処理チャンバに投入される追加基板である。サンプル基板は、光学的に透明なであるなど、所望の光学的フィーチャを有するように構成される。サンプル基板は、約１０００ｎｍから約１８００ｎｍ、例えば約１１００ｎｍから約１７００ｎｍの波長の間で光学的に透明でありうる。本明細書で説明するサンプル基板は、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、シリコンゲルマニウム材料のうちの１つでありうる。いくつかの実施形態では、サンプル基板の屈折率は、波長約１０００ｎｍ～約１８００ｎｍで約２～約６、例えば約３～約５である。
【0074】
［００８８］第１のエタロンは、図７、図８Ａ～８Ｂ、及び図９Ａ～９Ｃの基準エタロン７６２、７６４、７６６、８２０、８２２の任意の１つでありうる。第１のエタロンと基板は、類似する厚さ及び屈折率を有しており、第１のエタロンと基板の各々の厚さは、約１０％の範囲内の差で一致している。第１の光線は、図７、図８Ａ～８Ｂ、及び図９Ａ～９Ｃの光線７３２、８２４、９１２に類似しうる。第１の光線は、広帯域スペクトル光線である。第１の光線は、第１のエタロン又は基板のいずれかを最初に通過しうる。図７、図８Ａ、及び図８Ｂに類似する装置を使用する実施形態では、第１の光線は、まず第１のエタロンを通過する。図９Ａ～９Ｃに類似する装置を使用する実施形態では、第１の光線は、まず基板を通過する。
【0075】
［００８９］第１の光線が第１のエタロンと最初に交差する実施形態では、第１の光線は、その後、処理空間内を通過し、基板と交差して、工程１００４の間に、第１の光線から、反射された第２のビーム及び透過された第２のビームを形成する。反射された第２のビームは、基板によって反射される第１の光線の一部である。透過された第２のビームは、基板を透過する第１の光線の一部である。反射された第２のビームと透過された第２のビームのいずれか一方又は両方が、第２の光線を形成する。図７、図８Ａ、図８Ｂの実施形態では、第２の光線は反射された第２のビームである。
【0076】
［００９０］別の実施形態では、第１の光線は、最初に基板と交差する前に処理空間内を通過する。基板と交差した後に、第１の光線は、工程１００４の間、反射された第２のビームと透過された第２のビームとに分割される。反射された第２のビームは、基板によって反射される第１の光線の一部である。透過された第２のビームは、基板を透過する第１の光線の一部である。反射された第２のビームと透過された第２のビームのいずれか一方又は両方が、第２の光線を形成する。図９Ａの実施形態では、第２の光線は、反射された第２のビームである。次いで、第２の光線は第１のエタロンと交差するように構成され、ここで、第２の光線は第１のエタロンによって透過されるか反射されるかのどちらかである。図９Ａの実施形態では、第１のエタロンを通過する第２の光線の一部は、放射線測定デバイス７４６などの放射線測定デバイスに伝送される。図９Ａ及び図９Ｂの実施形態では、第２の光線は透過される第２のビームである。次に、第２の光線は、第１のエタロンと交差するように構成され、第２の光線は、図９Ａと同様に、第１のエタロンによって透過されるか反射されるかのどちらかである。
【0077】
［００９１］工程１００４中の第２の光線の形成後、第２の光線は、工程１００６中に導波管７５０、８１２などの１つ以上の導波管を使用して放射線測定デバイスによって収集される。第２の光線が第１のエタロンと基板によってヘテロダイン効果を受けているため、第２の光線は、第１のエタロンと基板との両方に交差した後に、放射線測定デバイスによって収集される。第２の光線を収集することにより、第２の光線は、放射線測定デバイスとスペクトルアナライザによって分析可能となる。本明細書で説明するように、放射線測定デバイスは、１つの分光計であっても又は複数の分光計であってもよい。
【0078】
［００９２］工程１００６の間に第２の光線が放射線測定デバイスに送信された後、工程１００８の間に、第２の光線のフリンジ間隔が干渉縞から決定される。干渉縞は、収集され反射された第２のビーム又は透過された第２のビームによって生成され、図４及び図５の干渉縞に類似しうる。フリンジ間隔は、スペクトルアナライザ７４８のようなスペクトルアナライザを使用して決定されうる。スペクトルアナライザは、放射線測定デバイスにより提供されたデータを受信、処理、保存、及び分析する。スペクトルアナライザは、図４のフリンジ間隔２１５及び／又は図５のフリンジ間隔３１５のようなスペクトル干渉フリンジ間隔を識別し、基板の１つ以上の温度測定値を推測する。
【0079】
［００９３］工程１００８の間に決定されたフリンジ間隔は、基板の温度に相関する。したがって、基板の温度は、工程１０１０中のフリンジ間隔に基づいて決定される。温度は、測定されたフリンジ間隔を、特定の温度で類似の材料に予想されるフリンジ間隔と一致させることによって、決定される。本明細書で説明する実施形態では、スペクトルアナライザ及び／又はコントローラは、特定の材料及び厚さについて温度に相関するフリンジ間隔を有する参照テーブルを含む。いくつかの実施形態では、データは、フリンジ間隔、第１のエタロン（基準エタロン）の温度、基板の材料、及び基板の物理的厚さを知ることによって、第１の光線が基板と交差する点における基板の温度が決定されうるように、グラフ、方程式、又はスクリプトに関連付けられる。
【0080】
［００９４］方法１０００の工程１０１０の間に基板の温度を決定する場合、第１のエタロンの温度、基板の材料、及び基板の物理的厚さが定数として利用される一方で、フリンジ間隔は基板の温度とともに変化する。したがって、第１のエタロンの温度、基板の材料、基板の物理的厚さ、及び基板のフリンジ間隔の各々が既知になると、スペクトルアナライザ及び／又はコントローラによって温度が決定される。フリンジ間隔を温度に相関させるために利用されるルックアップテーブル、参照テーブル、又はグラフは、所望の温度範囲にわたって経験的に決定されうる。経験的に導き出されたデータは、特定の厚さと温度範囲における特定の材料について得られうる。いくつかの実施形態では、経験的データは、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、及びシリコンゲルマニウムについて得られる。サンプル基板の屈折率は、波長約１０００ｎｍ～約１８００ｎｍで約２～約６、例えば約３～約５である。経験的データは、極低温及び／又は約－２００℃から約７００℃、例えば約－１９６℃から約７００℃、例えば約－１９６℃から約５００℃の温度に相関している。フリンジ間隔と温度との相関を示す経験的データは、基板の熱光学係数と、基板の昇温又は降温に伴う基板の任意の熱膨張の両方を考慮している。熱膨張は、温度範囲にわたって基板の全光学厚さを決定する実験を行うことによって、経験的データに受動的に考慮されうる。全光学的厚さには、基板の屈折率と基板の厚さの両方が含まれる。
【0081】
［００９５］基板の１つ以上の温度測定値が決定される図１０の方法１０００では、方法１０００を実行する前に、基板の物理的厚さが既知である。基板の物理的厚さは、別の厚さ較正プロセスを使用して決定されうる。厚さ較正プロセスは、キャリパ（ｃａｌｉｐｅｒ）、マイクロメータ、又はデジタル測定ツールを使用して基板の温度を手動で測定することを含みうる。厚さ較正プロセスは、代替的には、図１１の方法１１００のようなエタロン厚さ較正方法を含みうる。図１１の方法１１００は、図１０の方法１０００と類似の原理と装置を利用しうる。
【0082】
［００９６］図１１は、図７、図８Ａ～８Ｂ、図９Ａ～９Ｃのエタロンアセンブリ７０８、８０２、９０２、９６０、又は他の適切なエタロンアセンブリなどのエタロンアセンブリを使用して、基板の厚さを決定する方法１１００を示す。方法１１００は、基板の厚さを決定するために、既知の温度で第１のエタロンと基板を利用する。方法１１００の間、基板と処理チャンバは、工程１１０２の間に第１の温度にされる。第１の温度は、任意の適切なプロセス温度でありうる。いくつかの実施形態では、第１の温度は室温程度である。基板と処理チャンバが定常状態になりうる期間、基板と処理チャンバは、第１の温度に維持される。温度センサ７２２、７２４などの１つ以上の温度センサは、基板の温度を測定するために利用される。温度センサの温度測定値があらかじめ決められた期間、定常であった場合、基板全体、基板支持体、及び処理チャンバは、定常状態であると決定されうる。温度センサの温度測定値は、基板の温度として利用されうる。
【0083】
［００９７］第１の温度である間に、図１０の方法１０００の工程１００２、１００４、１００６、１００８が実行される。方法１０００の工程１００２、１００４、１００６、１００８は、基板により生じるフリンジ間隔を決定するために、エタロンアセンブリを利用する。フリンジ間隔を決定することは、図１０のフリンジ間隔を決定する方法１０００と同様の方法で行われる。工程１００２、１００４、１００６、及び１００８の後、工程１１１２の間に基板の厚さが決定される。決定されたフリンジ間隔と、基板／処理チャンバの温度とを利用して、基板の厚さが決定される。
【0084】
［００９８］方法１１００で説明した基板は、サンプル基板であり、予め決められた材料で形成されている。サンプル基板は、光学的に透明なであるなど、所望の光学的フィーチャを有するように構成される。サンプル基板は、約１０００ｎｍから約１８００ｎｍ、例えば約１１００ｎｍから約１７００ｎｍの波長の間で光学的に透明でありうる。本明細書で説明するサンプル基板は、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、シリコンゲルマニウム材料のうちの１つでありうる。サンプル基板の屈折率は、波長約１０００ｎｍ～約１８００ｎｍで約２～約６、例えば約３～約５である。
【0085】
［００９９］方法１０００に関して説明したものと類似の関係を使用して、フリンジ間隔、第１のエタロン（基準エタロン）の温度、基板の材料、及び基板の温度を知ることによって、第１の光線が基板と交差する点において基板の厚さが決定されうるように、ルックアップテーブル及び／又はグラフを使用して、基板の厚さが決定されうる。方法１１００の工程１１１２の間に基板の厚さを決定する際、第１のエタロンの温度、基板の材料、及び基板の温度が定数として利用される一方で、フリンジ間隔は基板の厚さとともに変化する。したがって、第１のエタロンの温度、基板の材料、基板の温度、及び基板のフリンジ間隔の各々が既知になると、基板の厚さがスペクトルアナライザ及び／又はコントローラによって決定される。
【0086】
［０１００］図１２は、図７、図８Ａ～８Ｂ、図９Ａ～９Ｃの処理チャンバ７００、８００、８５０、９００、９２５、９５０の１つ、又は他の適切な処理チャンバなどの処理チャンバ内の温度を較正する方法１２００を示す。方法１２００の間、温度又は設定温度は、エタロンアセンブリ７０８、８０２、９０２、９６０のうちの１つなど、１つ以上のエタロンアセンブリを使用して決定される。温度を較正することは、決定された温度を使用して処理チャンバ内の温度センサを較正すること、温度センサの１つ以上の測定値に温度オフセットを適用すること、処理チャンバ内で実行されるプロセスのモデルを調整すること、及び／又は処理チャンバ内で実行されるプロセスのプロセスパラメータを調整することのいずれか１つ又は組み合わせを含みうる。
【0087】
［０１０１］方法１２００の間、エタロンアセンブリは、オプションで、工程１２０２の間に、処理チャンバ内の特定の基板に対して較正される。エタロンアセンブリの較正は、処理チャンバ内に配置された基板の厚さを決定し、処理チャンバ内の基板の厚さを、後のプロセス工程に利用される第１のエタロンの厚さに一致させるために実行される。工程１２０２は、方法１１００と、工程１１０２、１００２、１００４、１００６、１００８、１１１２のすべてを含む。方法１１００を使用して基板の厚さが決定されると、第１のエタロン（すなわち基準エタロン）は、基板の厚さにほぼ一致するように調整又は交換されうる。本明細書に記載の実施形態では、基板の厚さと第１のエタロンの厚さは、約１０％の差の範囲内にある。
【0088】
［０１０２］本明細書に記載される実施形態を使用する場合、第１の基準エタロン７６２のような第１の基準エタロンは、第１の光線の経路から除去され、第２の基準エタロン７６４及び第３の基準エタロン７６６のような、第２の基準エタロン又は第３の基準エタロンにより置換されうる。基準エタロンは、元の基準エタロンの厚さが、基板に対してあらかじめ決められた割合差（例えば１０％を上回る）の範囲外である場合にのみ変更される。例えば、基板のバッチ内又は基板のバッチ間にある基板は、厚さが異なることがあり、そのため、適切な異なる基準エタロンがエタロンアセンブリの位置に切り替えられるだろう。いくつかの実施形態では、基準エタロンは、基板に対して８％未満、例えば基板に対して５％未満の割合差を有する基準エタロンに変更される。基準エタロンは、複数の基準エタロンを含むカルーセル（例えば、エタロンハウジング７６０）を作動させることにより、又は前の基準エタロンを除去した後に新しい基準エタロンを手動で挿入することにより、変更されうる。
【0089】
［０１０３］いくつかの実施形態では、方法１１００は、方法１２００内で複数回実行され、方法１１００が最初に実行され、基板の厚さが基準エタロンに対して所定の閾値よりも大きい割合差を有するように決定される。基準エタロンが第２の基準エタロンに変更され、方法１１００が２回繰り返される。基板の厚さが基準エタロンに対して所定の閾値より小さい割合差を有すると決定される場合、工程１２０２は終了する。基板の厚さが依然として第２のエタロンに対して閾値の範囲外の割合差を有すると決定される場合、第２の基準エタロンは第３の基準エタロンと交換され、方法１１００が３回繰り返される。これは、基板と基準エタロンとの間の割合差が閾値を下回るまで行われる。
【0090】
［０１０４］工程１２０２の後、プラズマ含有プロセスが、工程１２０５の間に、処理チャンバ内及び基板上で実行されうる。プラズマ含有プロセスは、プラズマエッチングプロセス又はプラズマ堆積プロセスのいずれか１つでありうる。プラズマエッチングは、導体エッチング及び／又は誘電体エッチングの両方を含む。堆積プロセスは、化学気相堆積、スパッタリング堆積、原子層堆積のうちの１つ以上を含む。本明細書に記載のプロセスは、処理チャンバ内に、プラズマ７２６のようなプラズマを含むプロセスに特に適している。プロセスは、プラズマが処理空間内に形成される間、処理チャンバ内の基板温度を正確に測定することができる。
【0091】
［０１０５］工程１２０５が実行されている間、工程１２０４の間にエタロンアセンブリを使用して基板の第１の温度が決定され、工程１２０６の間に第１の温度センサ７２２又は第２の温度センサ７２４などの１つ以上の温度センサを使用して、基板の第２の温度、及び／又は基板に隣接する基板支持体の第２の温度が決定される。方法１０００の工程１０１０の間にフリンジ間隔に基づいて決定された温度が第１の温度となるように、基板の第１の温度は、図１０の方法１０００を使用して決定される。方法１０００の工程１０１０の間、基板の厚さは、工程１２０２を使用して決定された厚さとして入力されうる。第１の温度は、単一の第１の温度値、又は、単一の温度値のアレイなどの第１の温度データセットでありうる。
【0092】
［０１０６］工程１２０６の間、１つ以上の温度センサは、基板の底面に隣接して配置される。１つ以上の温度センサは、基板の底面の温度を測定し、単一の第２の温度値、又は単一の温度値のアレイなどの第２の温度データセットを生成する。第１の温度測定値と第２の温度測定値が後で比較できるように、第１の温度測定値と第２の温度測定値は同時に取得される。
【0093】
［０１０７］工程１２０４と工程１２０６の両方の間に、処理チャンバ内の基板上でプロセスが実行される。本明細書に記載の実施形態では、基板上で実行されるプロセスは、半導体形成プロセスであり、処理空間内に形成されるプラズマを含む。工程１２０５の間に実行されるプロセスは、通常の工程中に処理空間内で実行されることになるプロセスに類似する。通常の工程の間と類似するプロセスを使用することで、工程１２０４及び１２０６の間に、エタロンアセンブリと１つ以上の温度センサとの両方によって測定された温度間の直接的な比較が可能になる。両方法でプロセス工程を比較できることで、温度センサ、プロセスモデル、及び／又はプロセスパラメータのうちの１つをより正確に較正又は補正することができる。
【0094】
［０１０８］第１の温度及び第２の温度が工程１２０４及び１２０６の間に決定された後、工程１２０８の間に第１の温度及び第２の温度がコントローラに送信される。いくつかの実施形態では、第１の温度及び／又は第２の温度は、コントローラ内で既に決定されており、第１の温度及び／又は第２の温度を決定するために利用されるデータは、工程１２０４及び１２０６の間にコントローラに送られる。コントローラは、温度測定値間の比較ができるように、第１の温度測定値と第２の温度測定値の両方を収集する。
【0095】
［０１０９］工程１２１０の間、第１の温度と第２の温度は、処理チャンバを較正するために利用される。処理チャンバを較正することは、決定された温度を使用して処理チャンバ内の温度センサ７２２、７２４などの温度センサを較正すること、温度センサの１つ以上の測定値に温度オフセットを適用すること、処理チャンバ内で実行されるプロセスのモデルを調整すること、及び／又は処理チャンバ内で実行されるプロセスのプロセスパラメータを調整することのいずれか１つ又は組み合わせを含みうる。
【0096】
［０１１０］温度センサを較正することは、エタロンアセンブリの第１の温度測定値と整合するように温度センサを調整することを含む。いくつかの実施形態では、第１の温度とより密接に相関させるために、単一の温度オフセットが、測定された第２の温度に適用されうる。いくつかの実施形態では、処理チャンバ内で実行されるプロセスのモデルは、不正確又はドリフトする第２の温度測定値を考慮して調整される。いくつかの実施形態では，プロセスの結果が改善されるように、プロセスチャンバ内で実行されるプロセスのプロセスパラメータの１つ以上が変更される。プロセスのパラメータ調整は、反復間で類似の結果及び入力が予想される反復プロセスに利用されうる。
【0097】
［０１１１］工程１２１０の間、処理チャンバを較正するために第１の温度及び第２の温度が利用されると、基板が処理空間から除去され、エタロンアセンブリがオプションで処理チャンバから除去されうる。その後、処理チャンバは、その中に配置されたプロセス基板に対して正常に運転されうる。本明細書に記載される装置及び方法は、保守手順の間、定期的にシステムを再較正するために利用されうる。本明細書に記載されるエタロンを利用する温度測定方法は、放射線測定デバイスによって測定されるフリンジ間隔がプラズマにより著しく影響を受けないため、プラズマを含むプロセスにおいて有用であることが示されている。いくつかの実施形態では、追加のコリメータ及び／又はフィルタが、本明細書に記載されるシステム内で利用される。
【0098】
［０１１２］以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11】
【図12】
【国際調査報告】