(57)【要約】【課題】基板等の温度を精度良く測定することができ、より精度良くかつ効率良く基板のプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供する。【解決手段】真空チャンバ２と、載置台３と、載置台３の下方に、載置台３と間隙を設けて配設されたベースプレート９と、温度測定手段とを具備し、載置台３の上方が真空雰囲気とされ、載置台３とベースプレート９との間の間隙が常圧雰囲気とされるプラズマ処理装置である。載置台３の上面と下面とを温度測定手段の測定光が透過可能なように光学的に連通し、かつ、気密封止された温度測定用窓１２〜１５を設けるとともに、載置台３とベースプレート９との間に、これらを連結する連結部材３０が設けられている。【選択図】図１
2010199526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容してプラズマにより処理するための真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、基板が載置される載置台と、
前記載置台の下方に、前記載置台と間隙を設けて配設されたベースプレートと、
光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記基板に照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記基板から反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段と
を具備し、前記載置台の上方が真空雰囲気とされ、前記載置台と前記ベースプレートとの間の間隙が常圧雰囲気とされるプラズマ処理装置であって、
前記載置台の上面と下面とを前記測定光が透過可能なように光学的に連通し、かつ、気密封止された温度測定用窓を設けるとともに、
前記載置台と前記ベースプレートとの間の間隙に、前記載置台と前記ベースプレートとを連結する部材を設け、かつ、
前記コリメータを前記ベースプレートの前記温度測定用窓に対応する位置に固定し、
前記温度測定用窓から前記温度測定手段によって前記基板の温度を測定可能とした
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
前記載置台と前記ベースプレートとの間の、前記測定光の光路に、内部を前記測定光が通過可能なロッド又は中空の筒状体を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプラズマ処理装置であって、
前記載置台に、前記測定光の光路を側方及び上下方向に向けて屈曲させるミラー又はプリズムを設け、前記載置台と前記ベースプレートとの間に構造物が存在する部位の上方の部位の温度を測定可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記載置台が、高周波電力が印加される導電性材料からなるＲＦプレートと、
前記ＲＦプレート上に設けられ、前記基板を吸着するための静電チャック機構と
を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマ処理装置であって、
前記ＲＦプレートと、前記静電チャック機構とを、周辺部及び中央部の双方で固定するよう構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記載置台は、高周波電力が印加される導電性材料からなるＲＦプレートと前記基板を吸着するための静電チャック機構とが一体となる構成としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
基板を収容してプラズマにより処理するための真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、基板が載置される載置台と、
前記載置台の下方に、前記載置台と間隙を設けて配設されたベースプレートと、
光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記基板に照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記基板から反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段と
を具備し、前記載置台の上方が真空雰囲気とされ、前記載置台と前記ベースプレートとの間の間隙が常圧雰囲気とされるプラズマ処理装置であって、
前記載置台の上面と下面とを前記測定光が透過可能なように光学的に連通し、かつ、気密封止された温度測定用窓を設けるとともに、
前記コリメータを前記載置台の前記温度測定用窓に対応する位置に固定し、
前記温度測定用窓から前記温度測定手段によって前記基板の温度を測定可能とした
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７記載のプラズマ処理装置であって、
前記載置台が、高周波電力が印加される導電性材料からなるＲＦプレートと、
前記ＲＦプレート上に設けられ、前記基板を吸着するための静電チャック機構と
を具備し、前記コリメータを前記ＲＦプレート又は前記静電チャック機構に固定した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項７記載のプラズマ処理装置であって、
前記載置台は、高周波電力が印加される導電性材料からなるＲＦプレートと前記基板を吸着するための静電チャック機構とが一体となる構成とし、
前記コリメータを前記ＲＦプレートに固定した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記温度測定手段が、前記スプリッタからの測定光を、さらにｎ個の第１〜第ｎ測定光に分けるための第２スプリッタを具備し、当該第２スプリッタからの複数の測定光によって複数の部位の温度を測定可能とされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項１〜９いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記真空チャンバ内に、前記載置台と対向するように対向電極が設けられ、前記温度測定手段が、前記温度測定用窓及び前記載置台上の前記基板を介して前記対向電極の部位の温度を測定可能とされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
基板を収容してプラズマにより処理するための真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設置されたフォーカスリングと、
前記真空チャンバの壁部に設けられ、前記真空チャンバの内外とで光が透過可能な窓部と、
光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記フォーカスリングに照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記フォーカスリングから反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段と、
を具備したプラズマ処理装置であって、
前記窓部の外側に前記コリメータを配置し、前記コリメータから射出された測定光が、前記窓部を透過し前記フォーカスリング上に設けられた光路変更手段により光路変更されて前記フォーカスリングに照射され、前記フォーカスリングで反射された測定光が、前記光路変更手段により光路変更されて前記窓部に戻り、前記コリメータに入射するようにして前記フォーカスリングの温度を測定可能とされたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のプラズマ処理装置であって、
前記光路変更手段が、プリズムであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載のプラズマ処理装置であって、
前記光路変更手段は、前記フォーカスリング上に設けられた枠部に固定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】
基板を収容してプラズマにより処理するための真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設置されたフォーカスリングとを具備したプラズマ処理装置の前記フォーカスリングの温度を測定する温度測定方法であって、
前記真空チャンバの壁部に前記真空チャンバの内外とで光が透過可能な窓部を形成するとともに、
光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記フォーカスリングに照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記フォーカスリングから反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段の前記コリメータを前記窓部の外側に配置し、
前記コリメータから射出された測定光が、前記窓部を透過し前記フォーカスリング上に設けられた光路変更手段により光路変更されて前記フォーカスリングに照射され、前記フォーカスリングで反射された測定光が、前記光路変更手段により光路変更されて前記窓部に戻り、前記コリメータに入射するようにして前記フォーカスリングの温度を測定することを特徴とする温度測定方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の温度測定方法であって、
前記光路変更手段が、プリズムであることを特徴とする温度測定方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６記載の温度測定方法であって、
前記光路変更手段は、前記フォーカスリング上に設けられた枠部に固定されていることを特徴とする温度測定方法。
【請求項１８】
真空チャンバ内に設置されたフォーカスリングの温度を測定する温度測定装置であって、
光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記フォーカスリングに照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記フォーカスリングから反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段と、
前記真空チャンバの壁部に形成された窓部の外側に配置された前記コリメータから射出され前記窓部を透過した測定光を、光路変更して前記フォーカスリングに照射し、前記フォーカスリングで反射した測定光を、光路変更して前記窓部に戻し前記コリメータに入射させるための光路変換手段と
を具備したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の温度測定装置であって、
前記光路変更手段が、プリズムであることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２０】
請求項１８又は１９記載の温度測定装置であって、
前記光路変更手段は、前記フォーカスリング上に設けられた枠部に固定されていることを特徴とする温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板例えば半導体ウエハや液晶表示装置用基板等プラズマを用いて処理するプラズマ処理装置及び温度測定方法並びに温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置により処理される基板、例えば半導体ウエハや液晶表示装置用基板の温度を正確に測定することは、成膜やエッチングなど種々の処理の結果により半導体ウエハや液晶表示装置用基板上に形成される膜やホールなどの形状、物性等を正確にコントロールする点からも極めて重要である。このため、例えば抵抗温度計や、基板裏面の温度を測定する蛍光式温度計等を利用した計測法等の様々な方法によって半導体ウエハや液晶表示装置用基板の温度を計測することが従来から行われている。
【０００３】
近年では、上述したような従来の温度計測方法では困難だった基板の温度を直接計測することができる低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術が知られている。さらに、上記の低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術において、第１スプリッタによって光源からの光を温度測定用の測定光と参照光とに分け、さらに、分けられた測定光を第２スプリッタによってｎ個の測定光に分けてｎ個の測定光をｎ個の測定ポイントへ照射し、これらのｎ個の測定光の反射光と、参照光反射手段で反射された参照光の反射光との干渉を測定し、複数の測定ポイントの温度を同時に測定できるようにした技術も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような技術によれば、簡単な構成で複数の測定ポイントの温度を一度に測定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１２８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した低コヒーレンス干渉計を利用した温度測定装置を用いてプラズマ処理装置によって処理されている処理中の基板の温度を測定する場合、基板は載置台に載置され、真空雰囲気とされた真空チャンバ内に配置されている。一方、測定用の光を導くための光ファイバの出口に設けられたコリメータは、光軸合わせ等のメンテナンス性を考慮して、通常は常圧雰囲気とされた真空処理チャンバのベースプレートの外側等に固定される。
【０００６】
ここで、上記した基板が載置される載置台は、基板を吸着するための静電チャック機構及び高周波電力を印加するためのＲＦプレート等から構成され、これらの構成部材が実質的に真空雰囲気と常圧雰囲気とを仕切る構造となっている。また、載置台の下部には、ＲＦプレートと、ベースプレートを絶縁するための十分な空間や、搬送アームから半導体ウエハを受け取り載置台に載置又は半導体ウエハを載置台より持ち上げて搬送アームに受け渡すプッシャーピンの駆動機構を設けるための空間が必要となることから、載置台とベースプレートとの間には、ある程度空間が形成された構造となっている場合がある。
【０００７】
このような構成の場合、真空と常圧との圧力差によって載置台に撓みが発生したり、載置台内部を流れる冷却用の温度調整用媒体等の影響によって載置台に振動が発生することがある。このため、コリメータと載置台上に載置された基板との間隔が変動し、精度良い温度測定が行えないという問題があることが判明した。また、ＲＦプレートとベースプレートとの間の空間が大気なので、空気ゆらぎが光路に影響を与え、計測精度が悪化するという問題もあることが判明した。
【０００８】
また、上記の空気ゆらぎが光路に影響を与え、計測精度が悪化するという問題は、プラズマ処理装置内に設けられたフォーカスリングの温度を測定する際にも、同様に問題となる。
【０００９】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、基板等の温度を精度良く測定することができ、より精度良くかつ効率良く基板のプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１のプラズマ処理装置は、基板を収容してプラズマにより処理するための真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、基板が載置される載置台と、前記載置台の下方に、前記載置台と間隙を設けて配設されたベースプレートと、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記基板に照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記基板から反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段とを具備し、前記載置台の上方が真空雰囲気とされ、前記載置台と前記ベースプレートとの間の間隙が常圧雰囲気とされるプラズマ処理装置であって、前記載置台の上面と下面とを前記測定光が透過可能なように光学的に連通し、かつ、気密封止された温度測定用窓を設けるとともに、前記載置台と前記ベースプレートとの間の間隙に、前記載置台と前記ベースプレートとを連結する部材を設け、かつ、前記コリメータを前記ベースプレートの前記温度測定用窓に対応する位置に固定し、前記温度測定用窓から前記温度測定手段によって前記基板の温度を測定可能としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２のプラズマ処理装置は、請求項１項記載のプラズマ処理装置であって、前記載置台と前記ベースプレートとの間の、前記測定光の光路に、内部を前記測定光が通過可能なロッド又は中空の筒状体を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置であって、前記載置台に、前記測定光の光路を側方及び上下方向に向けて屈曲させるミラー又はプリズムを設け、前記載置台と前記ベースプレートとの間に構造物が存在する部位の上方の部位の温度を測定可能としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４のプラズマ処理は、請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、前記載置台が、高周波電力が印加される導電性材料からなるＲＦプレートと、前記ＲＦプレート上に設けられ、前記基板を吸着するための静電チャック機構とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
請求項５のプラズマ処理は、請求項４記載のプラズマ処理装置であって、前記ＲＦプレートと、前記静電チャック機構とを、周辺部及び中央部の双方で固定するよう構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項６プラズマ処理装置は、請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、前記載置台は、高周波電力が印加される導電性材料からなるＲＦプレートと前記基板を吸着するための静電チャック機構とが一体となる構成としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７のプラズマ処理装置は、基板を収容してプラズマにより処理するための真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、基板が載置される載置台と、前記載置台の下方に、前記載置台と間隙を設けて配設されたベースプレートと、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記基板に照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記温度測定対象物から反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段とを具備し、前記載置台の上方が真空雰囲気とされ、前記載置台と前記ベースプレートとの間の間隙が常圧雰囲気とされるプラズマ処理装置であって、前記載置台の上面と下面とを前記測定光が透過可能なように光学的に連通し、かつ、気密封止された温度測定用窓を設けるとともに、前記コリメータを前記載置台の前記温度測定用窓に対応する位置に固定し、前記温度測定用窓から前記温度測定手段によって前記基板の温度を測定可能としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８のプラズマ処理装置は、請求項７記載のプラズマ処理装置であって、前記載置台が、高周波電力が印加される導電性材料からなるＲＦプレートと、前記ＲＦプレート上に設けられ、前記基板を吸着するための静電チャック機構とを具備し、前記コリメータを前記ＲＦプレート又は前記静電チャック機構に固定したことを特徴とする。
【００１８】
請求項９のプラズマ処理装置は、請求項７記載のプラズマ処理装置であって、前記載置台は、高周波電力が印加される導電性材料からなるＲＦプレートと前記基板を吸着するための静電チャック機構とが一体となる構成とし、前記コリメータを前記ＲＦプレートに固定したことを特徴とする。
【００１９】
請求項１０のプラズマ処理装置は、請求項１〜９いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、前記温度測定手段が、前記スプリッタからの測定光を、さらにｎ個の第１〜第ｎ測定光に分けるための第２スプリッタを具備し、当該第２スプリッタからの複数の測定光によって複数の部位の温度を測定可能とされていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１のプラズマ処理装置は、請求項１〜１０いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、前記真空チャンバ内に、前記載置台と対向するように対向電極が設けられ、前記温度測定手段が、前記温度測定用窓及び前記載置台上の前記基板を介して前記対向電極の部位の温度を測定可能とされていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２のプラズマ処理装置は、基板を収容してプラズマにより処理するための真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設置されたフォーカスリングと、前記真空チャンバの壁部に設けられ、前記真空チャンバの内外とで光が透過可能な窓部と、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記フォーカスリングに照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記フォーカスリングから反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段と、を具備したプラズマ処理装置であって、前記窓部の外側に前記コリメータを配置し、前記コリメータから射出された測定光が、前記窓部を透過し前記フォーカスリング上に設けられた光路変更手段により光路変更されて前記フォーカスリングに照射され、前記フォーカスリングで反射された測定光が、前記光路変更手段により光路変更されて前記窓部に戻り、前記コリメータに入射するようにして前記フォーカスリングの温度を測定可能とされたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１３のプラズマ処理装置は、請求項１２記載のプラズマ処理装置であって、前記光路変更手段が、プリズムであることを特徴とする。
【００２３】
請求項１４のプラズマ処理装置は、請求項１２又は１３記載のプラズマ処理装置であって、前記光路変更手段は、前記フォーカスリング上に設けられた枠部に固定されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１５の温度測定方法は、基板を収容してプラズマにより処理するための真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設置されたフォーカスリングとを具備したプラズマ処理装置の前記フォーカスリングの温度を測定する温度測定方法であって、前記真空チャンバの壁部に前記真空チャンバの内外とで光が透過可能な窓部を形成するとともに、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記フォーカスリングに照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記フォーカスリングから反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段の前記コリメータを前記窓部の外側に配置し、前記コリメータから射出された測定光が、前記窓部を透過し前記フォーカスリング上に設けられた光路変更手段により光路変更されて前記フォーカスリングに照射され、前記フォーカスリングで反射された測定光が、前記光路変更手段により光路変更されて前記窓部に戻り、前記コリメータに入射するようにして前記フォーカスリングの温度を測定することを特徴とする。
【００２５】
請求項１６の温度測定方法は、請求項１５記載の温度測定方法であって、前記光路変更手段が、プリズムであることを特徴とする。
【００２６】
請求項１７の温度測定方法は、請求項１５又は１６記載の温度測定方法であって、前記光路変更手段は、前記フォーカスリング上に設けられた枠部に固定されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項１８の温度測定装置は、真空チャンバ内に設置されたフォーカスリングの温度を測定する温度測定装置であって、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光を前記フォーカスリングに照射するための光ファイバ及び当該光ファイバの出口部分に設けられたコリメータと、前記フォーカスリングから反射する測定光と前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器と、を有する温度測定手段と、前記真空チャンバの壁部に形成された窓部の外側に配置された前記コリメータから射出され前記窓部を透過した測定光を、光路変更して前記フォーカスリングに照射し、前記フォーカスリングで反射した測定光を、光路変更して前記窓部に戻し前記コリメータに入射させるための光路変換手段とを具備したことを特徴とする。
【００２８】
請求項１９の温度測定装置は、請求項１８記載の温度測定装置であって、前記光路変更手段が、プリズムであることを特徴とする。
【００２９】
請求項２０の温度測定装置は、請求項１８又は１９記載の温度測定装置であって、前記光路変更手段は、前記フォーカスリング上に設けられた枠部に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、基板等の温度を精度良く測定することができ、より精度良くかつ効率良く基板のプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の要部構成を拡大して示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の温度測定手段の概略構成を示すブロック図。
【図４】測定光の反射の状態を説明するための図。
【図５】干渉波形の例を説明するための図。
【図６】図１のプラズマ処理装置における温度測定結果の一例を示す図。
【図７】本発明の他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図８】本発明の他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図９】本発明の他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図１０】本発明の他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図１１】本発明の他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図１２】本発明の他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図１３】本発明の他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図１４】セルからの測定光の反射の状態を説明するための図。
【図１５】セルからの測定光の反射の状態を説明するための図。
【図１６】干渉波形の例を説明するための図。
【図１７】セルの温度測定を行う場合の手順を示すフローチャート。
【図１８】セル及びフォーカスリングの温度測定結果の一例を示す図。
【図１９】温度測定用窓の変形例の構成を示す図。
【図２０】温度測定用窓の変形例の構成を示す図。
【図２１】本発明の他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図２２】本発明の他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面概略構成を示す図。
【図２３】本発明の変形例にかかるプラズマ処理装置の側方から見た要部概略構成を示す図。
【図２４】図２３のプラズマ処理装置の上方から見た要部概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明を実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３３】
図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１の要部縦断面構成を模式的に示す図である。図１に示すようにプラズマ処理装置１は、基板としての半導体ウエハＷを収容してプラズマにより処理するための真空チャンバ２を具備している。
【００３４】
真空チャンバ２内には、半導体ウエハＷを載置するための載置台３が設けられている。この載置台３は、導電性材料から構成され、高周波電力が印加されるＲＦプレート４と、このＲＦプレート４上に設けられ、半導体ウエハＷを吸着するための静電チャック機構５とを具備しており、ＲＦプレート４の中央部には、高周波電源（図示せず。）と電気的に接続された給電棒６が接続されている。
【００３５】
載置台３の周囲には、載置台３の周囲を囲むように、環状に形成されたバッフル板７が設けられており、バッフル板７の下部には、載置台３の周囲から均一に排気を行うための環状の排気空間８が形成されている。また、真空チャンバ２の底部には、ベースプレート９が設けられており、ＲＦプレート４とベースプレート９との間には。空隙１０が形成されている。この空隙１０は、ＲＦプレート４とベースプレート９を絶縁するための十分な広さとなっている。また、搬送アームから半導体ウエハＷを受け取り載置台３に載置又は半導体ウエハＷを載置台３より持ち上げて搬送アームに受け渡すプッシャーピンの駆動機構（不図示）が、この空隙１０内に設けられている。また、この空隙１０は、真空雰囲気ではなく大気雰囲気となっている。
【００３６】
載置台３の上方には、載置台３と間隔を設けて対向するように対向電極１１が設けられている。この対向電極１１は、所謂シャワーヘッドによって構成されており、載置台３上に載置された半導体ウエハＷに対して、シャワー状に所定の処理ガスを供給できるように構成されている。この対向電極１１は、接地電位とされるか或いは高周波電力が印加されるようになっている。また、載置台３上の半導体ウエハＷの周囲には、フォーカスリング２９が設けられている。このフォーカスリング２９は、半導体ウエハＷのプラズマ処理の面内均一性を向上させるためのものである。
【００３７】
上記真空チャンバ２は、載置台３の上部の空間が真空雰囲気となり、載置台３の下部の空隙１０が常圧雰囲気となるように構成されている。したがって、載置台３が真空雰囲気と常圧雰囲気とを仕切る仕切り壁の一部を構成するようになっている。そして、載置台３には、複数（図１に示す例では４つ）の温度測定用窓１２〜１５が形成されている。これらの温度測定用窓１２〜１５は、載置台３の上面と下面とを測定光が透過可能なように光学的に連通し、かつ、気密封止された構造となっている。
【００３８】
なお、本実施形態では、温度測定用窓１２〜１５のうち、載置台３の最も外周側の位置に設けられた温度測定用窓１５は、フォーカスリング２９の温度を測定するためのものであり、他の温度測定用窓１２〜１４は、半導体ウエハＷの温度を測定するためのものである。
【００３９】
図２は、上記温度測定用窓１２〜１５の構成を拡大して示すものである。図２に示すように、載置台３には、ＲＦプレート４を貫通する貫通孔５０及び静電チャック機構５を貫通する貫通孔５１が設けられている。この静電チャック機構５の貫通孔５１の下端には、孔の内径が拡大された大径部５１ａが設けられており、ＲＦプレート４の貫通孔５０の上端には、上側に向かって拡径する傾斜面５０ａが形成されている。
【００４０】
上記静電チャック機構５の貫通孔５１内には、略円筒状に形成され、下端部に外側に向かって突出する鍔部５２ａが形成されたスリーブ５２が固定されている。このスリーブ５２は、セラミック、樹脂、アルマイト等から構成されている。このスリーブ５２内には、温度測定用の測定光（赤外線）を透過可能な材料、例えばクォーツやサファイヤ等からなり、略円柱状に形成された窓材５３が挿入されている。この窓材５３は、下端側に大径部５３ａを有しており、この大径部５３ａの上側面がスリーブ５２の下側面に当接されて位置決めされるようになっている。
【００４１】
上記窓材５３の大径部５３ａには、真空シール用Ｏリング５４が設けられており、この真空シール用Ｏリング５４は、大径部５３ａと、スリーブ５２の下側面と、ＲＦプレート４側の傾斜面５０ａとの間で押圧され、気密を保持するようになっている。なお、スリーブ５２と窓材５３との間には、窓材５３のずり落ち防止用のＯリング５５が設けられている。また、貫通孔５０内には、窓材５３の大径部５３ａと当接されるように緩衝材５６が設けられている。
【００４２】
また、静電チャック機構５の上面には、セラミック板、ポリイミドフィルム、溶射膜、アルマイト、サファイヤ等からなる保護膜５７が形成されており、保護膜５７には、温度測定用窓１２〜１５が形成されている部位に、直径が例えば１〜３ｍｍ程度の開口５８が形成されている。
【００４３】
図１に示すように、上記温度測定用窓１２〜１５に対応して、ベースプレート９には、貫通孔１６〜１９が設けられており、これらの貫通孔には、夫々温度測定手段からの測定光を導くための光ファイバ２０〜２３の出口部分に設けられたコリメータ２４〜２７が固定されている。また、ベースプレート９と載置台３（ＲＦプレート４）との間の空隙１０には、ベースプレート９と載置台３（ＲＦプレート４）とを連結する連結部材３０が配置されている。なお、図１には、連結部材３０を１つのみ図示してあるが、この連結部材３０は、周方向に沿って複数（例えば４個以上）配置されている。これらの連結部材３０は、載置台３の変形や振動を抑制するためのものである。
【００４４】
上記光ファイバ２０〜２３は、図３に示すように構成された温度測定手段１００に接続されている。図３に示すように、温度測定手段１００は、光源１１０と、この光源１１０からの光を温度測定用の測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタ１２０と、この第１スプリッタ１２０からの測定光を、さらにｎ個の第１〜第ｎ測定光（本実施形態ではｎ＝４）に分けるための第２スプリッタ１３０と、上記第１スプリッタ１２０からの参照光を反射するための参照光反射手段１４０と、参照光反射手段１４０から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段１５０とを備えている。
【００４５】
光路長変化手段１５０は、例えば参照ミラーなどで構成される参照光反射手段１４０を参照光の入射方向に平行な一方向へ移動させるためのリニアステージ１５１、サーボモータ１５２、レーザ干渉計１５３等から構成されている。このように、参照ミラー等の参照光反射手段１４０を一方向へ駆動させることにより、参照ミラー等の参照光反射手段１４０から反射する参照光の光路長を変化させることができる。サーボモータ１５２は、コントローラ１７０により制御される。また、レーザ干渉計１５３からの信号は、Ａ／Ｄ変換器１７２でデジタル信号に変換されてコントローラ１７０に入力される。
【００４６】
また、温度測定装置１００は、上記第１〜第４測定光を半導体ウエハＷ及びフォーカスリング２９等の第１〜第４測定ポイントに照射したときに、半導体ウエハＷ及びフォーカスリング２９等から反射する第１〜第４測定光と、上記参照光を参照光反射手段１４０に照射したときに参照光反射手段１４０から反射する参照光との干渉を測定するための光検出器１６０を備えている。
【００４７】
光源１１０としては、測定光と参照光との干渉が測定できれば、任意の光を使用することが可能である。半導体ウエハＷの温度測定を行う場合には、少なくとも半導体ウエハＷの表面と裏面との間の距離（通常は８００〜１５００μｍ程度）からの反射光が干渉を生じない程度の光が好ましい。具体的には例えば低コヒーレンス光を用いることが好ましい。低コヒーレンス光とは、コヒーレンス長の短い光をいう。低コヒーレンス光の中心波長は例えば０．３〜２０μｍが好ましく、更に０．５〜５μｍがより好ましい。また、コヒーレンス長としては、例えば０．１〜１００μｍが好ましく、更に３μｍ以下がより好ましい。このような低コヒーレンス光を光源１１０として使用することにより、余計な干渉による障害を回避でき、半導体ウエハＷの表面又は内部層からの反射光に基づく参照光との干渉を容易に測定することができる。
【００４８】
上記低コヒーレンス光を使用した光源としては、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＬＥＤ、高輝度ランプ（タングステンランプ、キセノンランプなど）、超広帯域波長光源等を使用することができる。これらの低コヒーレンス光源の中でも、図３に示した輝度の高いＳＬＤ（波長、例えば１３００ｎｍ）を光源１１０として用いることが好ましい。
【００４９】
第１のスプリッタ１２０としては、例えば光ファイバカプラを用いる。但し、これに限定されるものではなく、参照光と測定光とに分けることが可能なものであればよい。また、第２のスプリッタ１３０についても、例えば光ファイバカプラを用いる。但し、これに限定されるものではなく、第１〜第４の測定光に分けることが可能なものであればよい。第１のスプリッタ１２０、第２のスプリッタ１３０としては、例えば光導波路型分波器、半透鏡などを用いてもよい。
【００５０】
参照光反射手段１４０は、例えば参照ミラーにより構成される。参照ミラーとしては例えばコーナーキューブプリズム、平面ミラー等などが適用可能である。これらの中でも、反射光の入射光との平行性の観点からは、コーナーキューブプリズムを用いることが好ましい。但し、参照光を反射できれば、上記のものに限られず、例えばディレーラインなどで構成してもよい。
【００５１】
光検出器１６０としては、低価格性、コンパクト性を考慮すれば、例えばフォトダイオードを用いて構成することが好ましい。具体的には例えばＳｉフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、Ｇｅフォトダイオードなどを用いたＰＤ（Photo Detector）により構成する。但し、温度測定対象物からの測定光と参照光反射手段１４０からの参照光との干渉を測定できれば、上記のものに限られず、例えばアバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などを用いて光検出器１６０を構成してもよい。光検出器１６０の検出信号は、増幅器１７１を介してＡ／Ｄ変換器１７２に入力され、デジタル信号に変換されてコントローラ１７０によって処理される。
【００５２】
第１スプリッタ１２０からの参照光は、光ファイバ及びコリメータ２８を介して、参照光反射手段１４０へ照射する参照光照射位置まで伝送されるようになっている。また、第２スプリッタ１３０からの第１〜第４測定光は夫々、光ファイバ２０〜２３及びコリメータ２４〜２７を介して、半導体ウエハＷ及びフォーカスリング２９へ照射する測定光照射位置まで伝送されるようになっている。
【００５３】
上記温度測定手段１００では、第１〜第４測定光における第２スプリッタ１３０から温度測定対象物までの各光路長が夫々互いに異なるように構成されている。具体的には例えば光ファイバ２０〜２３の長さが夫々同一の場合は、例えばコリメータ２４〜２７の先端面、すなわち測定光照射位置が、温度測定対象物から照射方向に略平行な方向に夫々ずれるように配置される。また、コリメータ２４〜２７の先端面をずらすことなく、光ファイバ２０〜２３の長さを変えることにより、上記第１〜第４測定光における第２スプリッタ１３０から温度測定対象物までの各光路長が異なるようにしてもよい。
【００５４】
なお、第１〜第４測定光における第２スプリッタ１３０から温度測定対象物までの各光路長の差は、少なくとも各測定ポイント毎に測定される第１〜第４測定光と参照光との干渉波が夫々重ならないようにする必要がある。例えば光源１１０として低コヒーレンス光源を使用する場合には、少なくとも干渉波のコヒーレンス長以上各光路長の差があれば、干渉波の重なりを防止することができる。また、このような各光路長の差は、温度測定対象物の厚さや厚さの変化率、測定する温度範囲、参照ミラーの移動距離などを考慮して決定することが好ましい。具体的には例えば０．７ｍｍ程度の厚みがあるシリコンウエハでは、常温から２００℃くらいまでの温度範囲での参照ミラーの移動距離は０．０４ｍｍ程度であるため、第１〜第４測定光における光路長の差が夫々０．１ｍｍ程度設ければ、各測定ポイント毎の干渉波が重ならないようにすることができる。
【００５５】
これにより、参照光反射手段１４０を一度走査するだけで各第１〜第４測定光が照射された測定ポイントの干渉波を一度に検出することができる。このため、温度計測にかかる時間を極力短くすることができる。
【００５６】
上記構成のプラズマ処理装置１では、図４に示すように、温度測定用窓１２〜１４から半導体ウエハＷに向けて照射された温度測定用の測定光は、半導体ウエハＷの裏面で反射されるとともに、半導体ウエハＷの表面側で反射され、これらの反射光と参照光との干渉波が検出される。
【００５７】
すなわち、図５（ａ）に示すように、半導体ウエハＷの屈折率をｎ、半導体ウエハＷの厚さをｄとした時に、ｎｄに相当する距離だけ離れた位置に、半導体ウエハＷの裏面で反射された測定光の干渉波（図中に示す下）と、半導体ウエハＷの表面側で反射された測定光の干渉波（図中に示す上）が検出される。そして、各測定ポイントまでの光路長が異なるように設定されていることから、図５（ａ）に示すように、光路長の差に相当する距離だけ離れた位置に夫々の測定ポイントの干渉波のピークが検出される。なお、図５（ａ）において、縦軸は光検出器の出力、横軸は参照光反射手段としてのミラーの移動距離である。また、図５（ａ）において、各測定ポイントの干渉波の波形を、実線、点線、一点鎖線、ニ点鎖線で、線種を変えて示してある。
【００５８】
上記の温度測定手段１００によって半導体ウエハＷ等の温度測定を行う際は、温度測定に先立って、温度測定対象物である半導体ウエハＷ等の初期厚さ測定を行う。この時、図５（ａ）に示したような波形が得られ、図５に示した「下」と「上」のピークの間隔として、半導体ウエハＷ等の初期厚さが得られる。そして、半導体ウエハＷ等の温度は、この初期厚さに対する厚さの変化、つまり、図５に示した「下」と「上」のピークの間隔の変化によって検出する。
【００５９】
上記の温度測定手段１００においては、光源１１０からの光は、第１スプリッタ１２０に入射され、第１スプリッタ１２０により測定光と参照光とに分けられる。このうち、測定光は、第２スプリッタ１３０により第１〜第ｎ測定光に分けられて、夫々の測定ポイントにおいて半導体ウエハ等の温度測定対象物に照射され、各層の表面、境界面や裏面によって反射される。
【００６０】
一方、参照光は、参照光反射手段１４０によって反射される。そして、第１〜第ｎ測定光の各反射光は第２スプリッタ１３０を介して第１スプリッタ１２０へ入射し、参照光の反射光とともに、光検出器１６０で検出される。
【００６１】
そして、参照光反射手段１４０を走査することによって、縦軸を光検出器１６０の出力、横軸を参照光反射手段１４０の移動距離とした図５（ａ）に示したような干渉波形が得られる。ここで、光源１１０としては、上述したような低コヒーレンス光源を用いている。低コヒーレンス光源によれば、光源１１０からの光のコヒーレンス長が短いため、通常は測定光の光路長と参照光の光路長とが一致した場所で強く干渉が起こり、それ以外の場所では干渉は実質的に低減するという特質がある。このため、参照光反射手段１４０を移動させ、参照光の光路長を変化させることにより、温度測定対象物の表面及び裏面の他、内部にさらに層があればその各層についても、これらの屈折率差によって反射した測定光と参照光が干渉する。
【００６２】
次に、測定光と参照光との干渉波に基づいて温度を測定する方法についてさらに詳細に設明する。干渉波に基づく温度測定方法としては、例えば温度変化に基づく光路長変化を用いる温度換算方法がある。ここでは、上記干渉波形の位置ズレを利用した温度換算方法について説明する。
【００６３】
半導体ウエハＷ等の温度測定対象物がプラズマ等の作用によって温められると、半導体ウエハＷ等は膨張して屈折率が変化するため、温度変化前と温度変化後では、干渉波形の位置がずれて、干渉波形のピーク間幅が変化する。このとき、各測定ポイントごとに温度変化があれば、測定ポイントごとに干渉波形の位置がずれて、干渉波形のピーク間幅が変化する。このような測定ポイントごとに干渉波形のピーク間幅を測定することにより温度変化を検出することができる。例えば図３に示すような温度測定手段１００であれば、干渉波形のピーク間幅は、参照光反射手段１４０の移動距離に対応しているため、干渉波形のピーク間幅における参照光反射手段１４０の移動距離を測定することにより、温度変化を検出することができる。
【００６４】
半導体ウエハＷの厚さをｄとし、屈折率をｎとした場合、干渉波形についてのピーク位置のずれは、厚さｄについては各層固有の線膨張係数αに依存し、また屈折率ｎの変化については主として各層固有の屈折率変化の温度係数βに依存する。なお、屈折率変化の温度係数βについては波長にも依存することが知られている。
【００６５】
従って、ある測定ポイントＰにおける温度変化後の半導体ウエハＷの厚さｄ′を数式で表すと下記数式（１）に示すようになる。なお、数式（１）において、ΔＴは測定ポイントの温度変化を示し、αは線膨張率、βは屈折率変化の温度係数を示している。また、ｄ、ｎは、夫々温度変化前の測定ポイントＰにおける厚さ、屈折率を示している。
【００６６】
ｄ′＝ｄ・（１＋αΔＴ）、ｎ′＝ｎ・（１＋βΔＴ） …（１）
上記数式（１）に示すように、温度変化によって測定ポイントＰを透過する測定光の光路長が変化する。光路長は一般に、厚さｄと屈折率ｎとの積で表される。従って、温度変化前の測定ポイントＰを透過する測定光の光路長をＬとし、測定ポイントにおける温度が夫々ΔＴだけ変化した後の光路長をＬ′とすると、Ｌ、Ｌ′は夫々下記の数式（２）に示すようになる。
【００６７】
Ｌ＝ｄ・ｎ 、 Ｌ′＝ｄ′・ｎ′ …（２）
従って、測定ポイントにおける測定光の光路長の温度変化前後の差（Ｌ′−Ｌ）は、上記数式（１）、（２）により計算して整理すると、下記数式（３）に示すようになる。なお、下記数式（３）では、α・β≪α、α・β≪βを考慮して微小項を省略している。
【００６８】
Ｌ′−Ｌ＝ｄ′・ｎ′−ｄ・ｎ＝ｄ・ｎ・（α＋β）・ΔＴ
＝Ｌ・（α＋β）・ΔＴ１ …（３）
【００６９】
ここで、各測定ポイントにおける測定光の光路長は、参照光との干渉波形のピーク間幅に相当する。従って、線膨張率α、屈折率変化の温度係数βを予め調べておけば、各測定ポイントにおける参照光との干渉波形のピーク間幅を計測することによって、上記数式（３）を用いて、各測定ポイントの温度に換算することができる。
【００７０】
このように、干渉波から温度への換算する場合、上述したように干渉波形のピーク間で表される光路長が線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βによって変わるため、これら線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βを予め調べておく必要がある。半導体ウエハＷを含めた物質の線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βは一般に、温度帯によっては、温度に依存する場合もある。例えば線膨張率αについては一般に、物質の温度が０〜１００℃くらいの温度範囲ではそれほど変化しないので、一定とみなしても差支えないが、１００℃以上の温度範囲では物質によっては温度が高くなるほど変化率が大きくなる場合もあるので、そのような場合には温度依存性が無視できなくなる。屈折率変化の温度係数βについても同様に温度範囲によっては、温度依存性が無視できなくなる場合がある。
【００７１】
例えば半導体ウエハＷを構成するシリコン（Ｓｉ）の場合は、０〜５００℃の温度範囲において線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βは例えば二次曲線で近似することができることが知られている。このように、線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βは温度に依存するので、例えば温度に応じた線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βを予め調べておき、その値を考慮して温度換算すれば、より正確な温度に換算することができる。
【００７２】
なお、測定光と参照光との干渉波に基づく温度測定方法としては上述したような方法に限られることはなく、例えば温度変化に基づく吸収強度変化を用いる方法であってもよく、上記温度変化に基づく光路長変化と温度変化に基づく吸収強度変化とを組み合わせた方法であってもよい。
【００７３】
上記のように、温度測定手段１００においては、原理的に測定光の光路長に基づいて温度を測定するようになっており、温度測定対象の温度変化以外の原因で光路長が変化するとノイズの原因となり、精度良く温度測定対象の温度を測定することが困難になる。一方、図１に示したプラズマ処理装置１では、載置台３に温度測定用窓１２〜１５が設けられており、載置台３の上側は高真空雰囲気とされ、載置台３の下側は常圧雰囲気とされている。このため、載置台３は、圧力差によって撓んだり、静電チャック機構５内を流れる冷却用の温度調節媒体の流れ等に起因して振動等を生じ易くなっている。そして、このように載置台３に撓みや振動が生じると、載置台３とベースプレート９との間の距離が変動し、コリメータ２４〜２７と半導体ウエハＷ等との間の距離が変動して、温度測定手段１００における光路長が変化してしまう。
【００７４】
このため、本実施形態では、ベースプレート９と載置台３（ＲＦプレート４）とを連結する連結部材３０を設け、載置台３の変形や振動を抑制できるようになっている。これによって、温度測定手段１００における光路長の変化が生じることを抑制することができ、ノイズの発生を抑制して、精度良く半導体ウエハＷ等の温度を測定することができるようになっている。そして、プラズマ処理中の半導体ウエハＷ等の温度を精度よく測定することができるので、この温度測定結果をフィードバックしてプラズマ処理の状態を制御することにより、精度の高いプラズマ処理を行うことができる。
【００７５】
図６は、上記構成のプラズマ処理装置１において、実際にプラズマを発生させ半導体ウエハＷの中心から７５ｍｍの位置、１２８ｍｍの位置、１４３ｍｍの位置、１５８ｍｍの位置（フォーカスリング）の温度を測定した結果を示すものである。図６（ａ）は、載置台３と半導体ウエハＷの裏面との間に供給する冷却用のヘリウムガスの圧力を２０００Ｐａ（１５Torr）／５３２０Ｐａ（４０Torr）（前者は中心部と周辺部とで圧力を変化させた際の中心部の圧力、後者は周辺部の圧力）とした場合を示しており、この場合、プラズマを着火することにより、半導体ウエハＷの温度は、２０℃から６５℃〜７５℃に上昇した。一方、図６（ｂ）は、ヘリウムガスの圧力を０Ｐａとして、その供給を行わない場合を示している。この場合、ウエハＷの中心から７５ｍｍの位置及び１４３ｍｍの位置では、半導体ウエハＷの温度が１１０℃を超えた。フォーカスリングの温度は、ヘリウムガスの有無によっては変化しなかった。
【００７６】
上記のように、ベースプレート９と載置台３（ＲＦプレート４）とを連結する連結部材としては、図１に示した形状のものに限らず、どのような形状のものを使用してもよい。また、図７に示すように、中空円筒状等の筒状に形成された筒状部材３０ａを各測定光の光路を囲むように配置してもよい。このような構成とすれば、筒状部材３０ａ内の空気の流れ等を抑制することができ、測定光の光路の状態を良好な状態に維持することができ、空気の流れ等に起因するノイズの発生を抑制することができる。すなわち、前述したように、ＲＦプレート４とベースプレート９との間の空隙１０が大気なので、空気ゆらぎが光路に影響を与え、計測精度が悪化することも抑制することができる。
【００７７】
また、上記の筒状部材３０ａに換えて、図８に示すように、内部を測定光が透過可能な材質、例えば、クォーツやサファイヤ等からなる柱状のロッド３０ｂ等を用いることもできる。
【００７８】
ところで、載置台３を構成するＲＦプレート４と、静電チャック機構５とは、通常の場合、周縁部のみで締結されている。このため、ＲＦプレート４とベースプレート９とを連結部材で連結しても、ＲＦプレート４と、静電チャック機構５とが離間するように変形したり、振動したりする可能性がある。このため、図９に示すように、ねじ３０ｃ等によって、給電棒６の部分等の中心付近で、ＲＦプレート４と静電チャック機構５とを締結した構成とすることが好ましい。なお、給電棒６とＲＦプレート４とは、図示しない締結機構で締結されている。
【００７９】
ここで、上記のように、ＲＦプレート４の下部に給電棒６が設けられた中央部等のＲＦプレート４とベースプレート９との間に構造物が存在する部位では、図１に示した構成の温度測定用窓１２〜１５等を設けることは困難であり、半導体ウエハＷの中心付近等の温度を測定することが困難である。このため、図１０に示すように、２枚のミラー４０等によって、測定光の光路を一旦水平方向に屈曲させ、給電棒６の上部に位置するように配置された温度測定用窓１２ａ等から半導体ウエハＷの中央付近の温度を計測するよう構成することもできる。
【００８０】
また、図１１に示すように、２つのプリズム４１を用いたり、図１２に示すように一体型のプリズム４２を用いて、測定光の光路を一旦水平方向に屈曲させて、給電棒６の上部に位置するように配置された温度測定用窓１２ａ等から半導体ウエハＷの中央付近の温度を計測するよう構成することもできる。このような構成は、例えば、フォーカスリング２９が配置された載置台３の周辺部の温度を計測する場合についても、同様にして適用することができる。また、対向電極１１側から半導体ウエハＷの温度を計測する場合についても、同様にして適用することができる。
【００８１】
上記した各実施形態では、コリメータ２４〜２７をベースプレート９に固定した場合について説明したが、図１３に示す実施形態のように、コリメータ２４〜２７を、載置台３（図１３ではＲＦプレート４）に固定した構成とすることもできる。このような構成とすれば、コリメータ２４〜２７と、温度測定対象である半導体ウエハＷ等とをより近接させることができ、載置台３の変形や振動に起因する測定光の光路長の変動を、より抑制することができる。また、この場合、ＲＦプレート４とベースプレート９との間の空隙１０内の空気ゆらぎが光路に影響を与えて計測精度が悪化することもない。
【００８２】
なお、図１３では、コリメータ２４〜２７をＲＦプレート４に固定した場合を示してあるが、静電チャック機構５にコリメータ２４〜２７を固定した構成とすることもできる。このような構成とすれば、より一層載置台３の変形や振動に起因する測定光の光路長の変動を抑制することができる。但し、この場合、コリメータ２４〜２７による光路の調整等のメンテナンス性が損なわれる。
【００８３】
図１に示したように、真空チャンバ２内には、載置台３の上方に、載置台３と対向するように上部電極１１が設けられている。そして、この上部電極１１の載置台３との対抗面には、シリコン等の赤外線を透過可能な材料からなるセルが配置された構成となっている場合がある。このような場合、図１４に示すように、温度測定用窓１２〜１４（及び温度測定用窓１５）から、半導体ウエハＷ（及びフォーカスリング２９）を介してセル１１ａに測定光を照射し、セル１１ａの下側面及び上側面からの反射光を測定することによって、セル１１ａの温度を測定することができる。
【００８４】
この場合、半導体ウエハＷの厚さをｄ、屈折率をｎ、半導体ウエハＷからセル１１ａまでの距離をＬ、セル１１ａの厚さをＤ、屈折率をＮとした時に、各測定チャンネルにおいて、図５（ｂ）に示すように、半導体ウエハＷの下側面からの干渉信号が検出された後、Ｌ＋ｎｄに相当する距離離れた位置にセル１１ａの下側面からの干渉信号が検出される。また、このセル１１ａの下側面からの干渉信号が検出された後、ＮＤに相当する距離離れた位置にセル１１ａの上側面からの干渉信号が検出される。そして、セル１１ａの下側面からの干渉信号と上側面からの干渉信号との距離の変化から、セル１１ａの温度を測定することができる。
【００８５】
また、図１５に示すように、載置台３上から半導体ウエハＷを取り除いた場合、図１６に示すように、半導体ウエハＷなしの場合（ａ）と、半導体ウエハＷありの場合（ｂ）とで、セル１１ａからの反射光の干渉位置が（ｎ−１）ｄ０だけずれるので、初期位置を変更する必要がある。
【００８６】
図１７は、上記セル１１ａの温度を測定する際の手順を示すフローチャートである。同図に示すように、まず、載置台とセルの温度の設定を行い（ステップ１７０）、半導体ウエハＷが入っていない状態でセル１１ａの表面の初期位置Ｘ０と初期厚さＤ０を計測する（ステップ１７１）。
【００８７】
次に、セル１１ａの表面の初期位置をＸ１とする工程を行う（ステップ１７２）。
【００８８】
次に、半導体ウエハＷを搬入して載置台３上に配置し（ステップ１７３）、半導体ウエハＷの下側面の初期位置ｘ０と初期厚さｄ０を計測する（ステップ１７４）。
【００８９】
この後、セル１１ａの表面の初期位置をＸ１、初期厚さをＤ０、半導体ウエハＷの下側面の初期位置ｘ０、初期厚さｄ０として、温度計測を開始する（ステップ１７５）。
【００９０】
図１８は、上記した工程により、プラズマ処理中のセル１１ａの温度（ａ）及びフォーカスリング２９の温度（ｂ）を測定した結果の一例を示している。同図に示すように、セル１１ａの温度は、２２０℃以上に上昇する。また、フォーカスリング２９の温度は、８０〜９０℃程度である。
【００９１】
上記のように、半導体ウエハＷの温度だけでなく、セル１１ａやフォーカスリング２９の温度を測定することもできるので、より精緻にプラズマ処理のプロセスを制御することが可能となり、より高精度なプラズマ処理を行うことができる。また、セル１１ａやフォーカスリング２９の消耗度も同時にモニターすることができるので、セル１１ａやフォーカスリング２９の交換時期を知ることができ、また、セル１１ａやフォーカスリング２９の消耗度に合わせてプラズマ処理のプロセスを制御することもできる。この場合、セル１１ａやフォーカスリング２９をより長期に亘って使用することが可能となり、その寿命の長期化によるランニングコストの低減、装置の稼働率の向上による生産性の向上等を図ることができる。
【００９２】
図１９は、温度測定用窓１２〜１５の変形例の構成を示すものである。図１９（ａ）に示す温度測定用窓では、スリーブ５２の上側端部に内側に向けて突出する突出部５２ｂが設けられており、窓材５３をこの突出部５２ｂで支持するようになっている。また、スリーブ５２の上側まで保護膜５７が設けられている構成となっている。
【００９３】
図１９（ｂ）に示す温度測定用窓は、スリーブ５２が上記した突出部５２ｂを具備せず、窓材５３の上端の周縁部が、保護膜５７に当接する構造となっている。また、図１９（ｃ）に示す温度測定用窓は、スリーブ５２が上記した突出部５２ｂを具備せず、かつ、保護膜５７が窓材５３の上端の周縁部と当接しておらず、窓材５３の上端が静電チャック機構５の表面まで延在した構造となっている。
【００９４】
図１９（ｄ）に示す温度測定用窓は、図１９（ａ）の場合と同様に突出部５２ｂが設けられたスリーブ５２の上端が、静電チャック機構５の表面まで延在した構造となっている。また、図１９（ｅ）に示す温度測定用窓は、図１９（ｂ）の場合と同様に突出部５２ｂの無いスリーブ５２を用い、その上端が、静電チャック機構５の表面まで延在した構造となっている。
【００９５】
図１９（ｆ）に示す温度測定用窓は、図１９（ａ）の場合と同様に突出部５２ｂが設けられたスリーブ５２の表面を、保護膜５７で覆った構造となっている。また、図１９（ｇ）に示す温度測定用窓は、図１９（ｂ）の場合と同様に突出部５２ｂの無いスリーブ５２スリーブ５２を用い、その表面を、保護膜５７で覆った構造となっている。
【００９６】
さらに、図１９（ｈ）に示す温度測定用窓は、図１９（ｇ）の場合と同様に突出部５２ｂの無いスリーブ５２を用い、その表面を、保護膜５７で覆い、かつ、スリーブ５２内に窓材５３を設けていない構造となっている。この場合、表面に設けられた保護膜５７で真空切りが行われており、保護膜５７を圧力差に耐え得る強度を有する材質とすることが必要となる。
【００９７】
なお、温度測定用窓１２〜１５については、上記の構成のものに限らず、各種の変形が可能である。例えば、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、スリーブ５２の上端部に、外側に向けて拡径する段部５２ｃを設け、上端部に外側に向けて突出するフランジ部５３ｂを有する窓材５３を、段部５２ｃにフランジ部５３ｂを当接させることによって支持した構成とすることもできる。この場合、図２０（ｂ）に示すように、窓材５３を、静電チャック機構５の表面側から脱着することができ、例えば、窓材５３に汚れ、破損、消耗等が生じた場合に容易に交換することができる。なお、図２０において、５４は、真空シール用Ｏリングである。
【００９８】
上記の各実施形態では、図１等に示したとおり、載置台３が、導電性材料から構成され、高周波電力が印加されるＲＦプレート４と、このＲＦプレート４上に設けられ、半導体ウエハＷを吸着するための静電チャック機構５とを具備した構成の場合について説明した。しかし、例えば図２１に示すように、載置台３ａが、ＲＦプレート４ａと静電チャック機構５ａとが一体となる構成とされているプラズマ処理装置１についても同様にして適用することができる。また、この場合、図２２に示すように、ＲＦプレート４ａと静電チャック機構５ａとが一体となる構成とされた載置台３ａの下部に、絶縁材３ｂが設けられているプラズマ処理装置１についても同様にして適用することができる。なお、図２１、２２において、図１と対応する部分には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
【００９９】
次に、図２３、２４を参照して、本発明の変形例の構成について説明する。図２３は、変形例の構成を側方から見た概略構成を示す図であり、図２４は、上方から見た概略構成を示す図である。この変形例においても、図３に示した温度測定手段１００と同様に構成され、光源１１０からの光を利用して温度測定を行う温度測定手段を用いることは、前述した実施形態と同様である。
【０１００】
図２３、２４に示すように、この変形例では、真空チャンバ２の側壁部に、真空チャンバ２の内外とで光が透過可能な窓部（温度測定用窓）２１０を形成する。また、フォーカスリング２９の上に光路変更手段としてのプリズム２２０を設ける。このプリズム２２０は、石英製の枠２２１によってフォーカスリング２９に固定されている。このプリズム２２０の設置位置は、窓部２１０に近接した位置とすることが好ましく、窓部２１０に最も近接したフォーカスリング２９上とすることが最も好ましい。なお、光路変換手段としては、プリズム２２０に限られるものでなく、効率良く測定光の光路を変更できるものであればどのような光路変更手段を用いてもよい。
【０１０１】
そして、窓部２１０の外側に、光ファイバ２３が接続されたコリメータ２７を設け、図示しない光源からの測定光を光ファイバ２３を通して、コリメータ２７から射出させ、窓部２１０を透過させて真空チャンバ２内に入射させる。この入射させた測定光を、図２３中に矢印で示すようにプリズム２２０によって略直角に下側に向けて光路変更してフォーカスリング２９に照射し、フォーカスリング２９で反射された測定光を、プリズム２２０によって略直角に水平方向に向けて光路変更して窓部２１０に戻し、コリメータ２７に入射させる。そして、この測定光を、コリメータ２７から光ファイバ２３を通じて温度検出手段の図示しない光検出器に送り、前述した実施形態と同様にして温度を測定する。このような構成によれば、測定光が大気雰囲気内を通過しないので、空気ゆらぎが光路に影響を与え、計測精度が悪化することはない。また、前述した実施形態のような載置台３の大幅な加工が不要であり、また、エッチングの終点検出用の窓等を共用すれば新たに真空チャンバ２に窓部２１０を設ける必要もなく、簡易にフォーカスリング２９の温度を測定することができる。
【０１０２】
なお、上記のプリズム２２０等を複数設けて、フォーカスリング２９の複数個所の温度を測定するようにしてもよい。この場合、１つの窓部２１０の外側に、複数の光ファイバ２３とコリメータ２７との組を設け、角度を変え、別のプリズム２２０に向けて測定光を照射するようにしてもよい。また、窓部２１０を例えば１８０°間隔で２箇所設け、これらの窓部２１０から、フォーカスリング２９の１８０°離れた箇所の温度を測定するようにしてもよい。
【０１０３】
また、前述した図１等に示した実施形態では、半導体ウエハＷの温度を３箇所、フォーカスリング２９の温度を１箇所測定するようにしたが、このうち、フォーカスリング２９の温度の測定のみを、上記の変形例のようにして測定することもできる。なお、この変形例では、フォーカスリング２９上にプリズム２２０等の光路変換手段を設けなければならないため、製品製造を行っている通常のプラズマ処理中の温度測定に適用するよりも、例えば、製品製造以前の評価段階等で使用することが、主な使用目的となる。
【０１０４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１０５】
１……プラズマ処理装置、２……真空チャンバ、３……載置台、４……ＲＦプレート、５……静電チャック機構、６……給電棒、７……バッフル板、８……排気空間、９……ベースプレート、１０……空隙、１１……対向電極、１２〜１５……温度測定用窓、２０〜２３……光ファイバ、２４〜２７……コリメータ、２９……フォーカスリング、３０……連結部材、Ｗ……半導体ウエハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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