(57)【要約】【課題】フォーカスリングと対象物との位置関係を検出することができる位置検出システム及び処理装置を提供する。【解決手段】位置検出システムは、搬送装置、光源、少なくとも１つの光学素子、反射部材、駆動部及び制御部を備える。搬送装置は、対象物を搬送して載置台上に載置させる。光源は、測定光を発生する。光学素子は、光源で発生した測定光を出射光として出射するとともに反射光を入射する。反射部材は、搬送装置に配置される。反射部材は、出射光を載置台に向けて反射し、載置台に向けて出射された出射光の反射光を光学素子に向けて反射する。駆動部は、直線状の複数の走査範囲を反射部材に走査させるように、搬送装置を駆動させる。制御部は、複数の走査範囲の反射光に基づいて、フォーカスリングと載置台に載置された対象物との位置関係を算出する。【選択図】図３
2018179728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の対象物を載置するための載置台と前記対象物の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングとを有する処理装置に用いられる位置検出システムであって、
前記対象物を搬送して前記載置台上に載置させる搬送装置と、
測定光を発生する光源と、
前記光源で発生した前記測定光を出射光として出射するとともに反射光を入射する少なくとも１つの光学素子と、
前記搬送装置に配置され、前記出射光を前記載置台に向けて反射するとともに前記載置台に向けて出射された出射光の反射光を前記光学素子に向けて反射する反射部材と、
前記フォーカスリングから前記載置台に載置された前記対象物に至るまでの直線状の複数の走査範囲を前記反射部材に走査させるように、前記搬送装置を駆動させる駆動部と、
前記複数の走査範囲の前記反射光に基づいて、前記フォーカスリングと前記載置台に載置された前記対象物との位置関係を算出する制御部と、
を備える位置検出システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記走査範囲ごとに算出された前記位置関係に基づいて、前記対象物が前記載置台上の目標位置に配置されたか否かを判定する、請求項１に記載の位置検出システム。
【請求項３】
前記搬送装置は、前記反射部材を前記光学素子と対応付けて配置するように構成される、請求項１又は２に記載の位置検出システム。
【請求項４】
前記処理装置は、前記載置台及び前記フォーカスリングが内部に配置されたチャンバ本体と、前記フォーカスリングの上方に配置された上部電極とを備え、
前記光源及び前記少なくとも１つの光学素子は、前記チャンバ本体の外側の側方に配置される、請求項１〜３の何れか一項に記載の位置検出システム。
【請求項５】
前記複数の走査範囲のうちの２つは、互いに平行な直線に位置している、請求項１〜４の何れか一項に記載の位置検出システム。
【請求項６】
前記複数の走査範囲のうちの２つは、一本の直線に位置している、請求項１〜５の何れか一項に記載の位置検出システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記走査範囲ごとに、前記反射光に基づいて得られる前記フォーカスリングの高さ情報と、予め取得された前記フォーカスリングの基準高さ情報との差分を算出する、請求項１〜６の何れか一項に記載の位置検出システム。
【請求項８】
円盤状の対象物を処理する処理装置であって、
前記対象物を載置するための載置台と、
前記対象物の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングと、
位置検出システムと、
を備え、
前記位置検出システムは、
前記対象物を搬送して前記載置台上に載置させる搬送装置と、
測定光を発生する光源と、
前記光源で発生した前記測定光を出射光として出射するとともに反射光を入射する少なくとも１つの光学素子と、
前記搬送装置に配置され、前記出射光を前記載置台に向けて反射するとともに前記載置台に向けて出射された出射光の反射光を前記光学素子に向けて反射する反射部材と、
前記フォーカスリングから前記載置台に載置された前記対象物に至るまでの直線状の複数の走査範囲を前記反射部材に走査させるように、前記搬送装置を移動させる駆動部と、
前記複数の走査範囲の前記反射光に基づいて、前記フォーカスリングと前記載置台に載置された前記対象物との位置関係を算出する制御部と、
を有する処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、位置検出システム及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置といった電子デバイスの製造ではプラズマ処理を行う処理装置が用いられている（例えば特許文献１及び２参照。）。特許文献１及び２記載の処理装置は、チャンバ及び載置台を有している。載置台は、チャンバ内に設けられ、その上に載置する対象物を保持する。これらの処理装置では、対象物は、搬送装置により搬送され、載置台上に載置され、チャンバ内において生成される処理ガスのプラズマによって処理される。搬送装置は、対象物と同一形状のセンサデバイスを搬送することにより、搬送状態を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６４６８８１６号明細書
【特許文献２】米国特許第６２４４１２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、処理装置には、対象物の周縁部を囲むように、載置台上にフォーカスリングが設けられることがある。フォーカスリングは対象物の処理の面内均一性を向上させるために設けられる。このため、フォーカスリングに対して対象物を正確に配置させなければ、対象物の処理の面内均一性が低下するおそれがある。しかしながら、特許文献１，２に記載の処理装置及び搬送装置にあっては、フォーカスリングと対象物との位置関係を判断することができない。
【０００５】
本技術分野では、フォーカスリングと対象物との位置関係を検出することができる位置検出システム及び処理装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面に係る位置検出システムは、処理装置に用いられる位置検出システムである。処理装置は、円盤状の対象物を載置するための載置台と対象物の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングとを有する。この位置検出システムは、搬送装置、光源、少なくとも１つの光学素子、反射部材、駆動部及び制御部を備える。搬送装置は、対象物を搬送して載置台上に載置させる。光源は、測定光を発生する。少なくとも１つの光学素子は、光源で発生した測定光を出射光として出射するとともに反射光を入射する。反射部材は、搬送装置に配置される。反射部材は、出射光を載置台に向けて反射し、載置台に向けて出射された出射光の反射光を光学素子に向けて反射する。駆動部は、フォーカスリングから載置台に載置された対象物に至るまでの直線状の複数の走査範囲を反射部材に走査させるように、搬送装置を駆動させる。制御部は、複数の走査範囲の反射光に基づいて、フォーカスリングと載置台に載置された対象物との位置関係を算出する。
【０００７】
この位置検出システムでは、光源で発生した測定光が光学素子により出射光として出射され、反射部材によって反射して載置台に向けて出射される。そして、載置台に向けて出射された出射光の反射光が反射部材によって光学素子に向けて反射される。さらに、反射部材が直線状の複数の走査範囲を走査することで、複数の走査範囲における被測定物の厚さの変化量が検出される。そして、制御部により、複数の走査範囲における被測定物の厚さの変化量に基づいて、フォーカスリングと対象物との位置関係が算出される。このように、この位置検出システムは、反射部材を走査させることで、フォーカスリングと載置台に載置された対象物との位置関係を把握することができる。
【０００８】
一実施形態においては、制御部は、走査範囲ごとに算出された位置関係に基づいて、対象物が載置台上の目標位置に配置されたか否かを判定してもよい。載置台とフォーカスリングとの位置関係は固定されている。この位置検出システムは、フォーカスリングと円盤状の対象物との位置関係を少なくとも２箇所で算出することにより、対象物と載置台との位置関係を算出し、対象物が載置台上の目標位置に配置されたか否かを判定することができる。
【０００９】
一実施形態において、搬送装置は、反射部材を光学素子と対応付けて配置するように構成されてもよい。この場合、この位置検出システムは、反射部材の反射調整を個々の光学素子に合わせて行うことができる。
【００１０】
一実施形態において、処理装置は、載置台及びフォーカスリングが内部に配置されたチャンバ本体と、フォーカスリングの上方に配置された上部電極とを備えてもよい。そして、光源及び少なくとも１つの光学素子は、チャンバ本体の外側の側方に配置されてもよい。この場合、この位置検出システムは、上部電極の構成を変更することが困難な装置であっても、測定を行うことができる。
【００１１】
一実施形態において、複数の走査範囲のうちの２つは、互い平行な直線に位置していてもよい。一実施形態において、複数の走査範囲のうちの２つは、一本の直線に位置していてもよい。これらの場合、この位置検出システムは、２つの走査範囲の幾何学的な関係性に基づいて、載置台又はフォーカスリングなどの処理装置のパーツと対象物との位置関係を検出することができる。
【００１２】
一実施形態においては、制御部は、走査範囲における反射光に基づいて得られるフォーカスリングの高さ情報と、予め取得されたフォーカスリングの基準高さ情報との差分を算出してもよい。この位置検出システムは、上述した差分を算出することで、フォーカスリングの消耗量を把握することができる。
【００１３】
本開示の他の側面に係る処理装置は、円盤状の対象物を載置するための載置台と、対象物の周囲を囲むように配置されるフォーカスリングと、位置検出システムとを備える。この位置検出システムは、搬送装置、光源、少なくとも１つの光学素子、反射部材、駆動部及び制御部を備える。搬送装置は、対象物を搬送して載置台上に載置させる。光源は、測定光を発生する。少なくとも１つの光学素子は、光源で発生した測定光を出射光として出射するとともに反射光を入射する。反射部材は、搬送装置に配置される。反射部材は、出射光を載置台に向けて反射し、載置台に向けて出射された出射光の反射光を光学素子に向けて反射する。駆動部は、フォーカスリングから載置台に載置された対象物に至るまでの直線状の複数の走査範囲を反射部材に走査させるように、搬送装置を駆動させる。制御部は、複数の走査範囲の反射光に基づいて、フォーカスリングと載置台に載置された対象物との位置関係を算出する。
【００１４】
上述した処理装置によれば、上述した位置検出システムと同一の効果を奏する。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本開示の種々の側面及び実施形態によれば、フォーカスリングと対象物との位置関係を検出することができる位置検出システム及び処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】処理システムの一例を示す図である。
【図２】一実施形態に係る処理装置の縦断面構成を示す図である。
【図３】一実施形態に係る位置検出システムの一例を示す説明図である。
【図４】２つのプリズムを用いた走査の例を模式的に示す図である。
【図５】図４の走査範囲の拡大説明図である。
【図６】図５の走査範囲に対応する干渉スペクトルの一例である。
【図７】図６の干渉スペクトルに基づいて算出された走査領域における高さ情報を示す図である。
【図８】各走査位置のパーツ厚さ及び走査距離、即ちフォーカスリングとウエハとの位置関係の一例を示す表である。
【図９】フォーカスリングとウエハとの位置関係を算出する方法の一例を説明する図である。
【図１０】フォーカスリングとウエハとの位置関係を算出する方法の一例を説明する図である。
【図１１】一実施形態に係る処理装置のパーツの消耗検出を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１８】
図１は、処理システムの一例を示す図である。図１に示される処理システム１は、対象物を処理するための処理装置、当該処理装置に対象物を搬送するための搬送装置、及び、対象物と処理装置のパーツとの位置関係を検出することが可能な位置検出システムを備える。対象物とは、処理装置の処理対象となる円盤状の物体であり、例えばウエハである。対象物は、傾斜した周縁部（ベベル）を有してもよい。ウエハは、加工処理又はプラズマ処理が既に施されていてもよいし、されていなくてもよい。
【００１９】
処理システム１は、台２ａ〜２ｄ、容器４ａ〜４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１，ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６、及びトランスファーチャンバＴＣを備えている。
【００２０】
台２ａ〜２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。容器４ａ〜４ｄはそれぞれ、台２ａ〜２ｄ上に搭載されている。容器４ａ〜４ｄはそれぞれ、ウエハＷを収容するように構成されている。
【００２１】
ローダモジュールＬＭは、大気圧状態の搬送空間をその内部に画成するチャンバ壁を有している。ローダモジュールＬＭは、この搬送空間内に搬送装置ＴＵ１を有している。搬送装置ＴＵ１は、容器４ａ〜４ｄとロードロックチャンバＬＬ１〜ＬＬ２の間でウエハＷを搬送するように構成されている。
【００２２】
ロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２の各々は、ローダモジュールＬＭとトランスファーチャンバＴＣとの間に設けられている。ロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２の各々は、予備減圧室を提供している。
【００２３】
トランスファーチャンバＴＣは、ロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２にゲートバルブを介して接続されている。トランスファーチャンバＴＣは、減圧可能な減圧室を提供しており、当該減圧室に搬送装置ＴＵ２を収容している。搬送装置ＴＵ２は、ロードロックチャンバＬＬ１〜ＬＬ２とプロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６との間、及び、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６のうち任意の二つのプロセスモジュール間において、ウエハＷを搬送するように構成されている。
【００２４】
プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６は、トランスファーチャンバＴＣにゲートバルブを介して接続されている。プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６の各々は、ウエハＷに対してプラズマ処理といった専用の処理を行うように構成された処理装置である。
【００２５】
処理システム１においてウエハＷの処理が行われる際の一連の動作は、以下の通り例示される。ローダモジュールＬＭの搬送装置ＴＵ１が、容器４ａ〜４ｄの何れかからウエハＷを取り出し、当該ウエハＷをロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２のうち一方のロードロックチャンバに搬送する。次いで、一方のロードロックチャンバが、予備減圧室の圧力を所定の圧力に減圧する。次いで、トランスファーチャンバＴＣの搬送装置ＴＵ２が、一方のロードロックチャンバからウエハＷを取り出し、当該ウエハＷをプロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６のうち何れかに搬送する。そして、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６のうち一以上のプロセスモジュールがウエハＷを処理する。そして、搬送装置ＴＵ２が、処理後のウエハをプロセスモジュールからロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２のうち一方のロードロックチャンバに搬送する。次いで、搬送装置ＴＵ１がウエハＷを一方のロードロックチャンバから容器４ａ〜４ｄの何れかに搬送する。
【００２６】
処理システム１は、制御装置ＭＣを更に備えている。制御装置ＭＣは、プロセッサ、メモリといった記憶装置、表示装置、入出力装置、通信装置等を備えるコンピュータであり得る。上述した処理システム１の一連の動作は、記憶装置に記憶されたプログラムに従った制御装置ＭＣによる処理システム１の各部の制御により、実現される。
【００２７】
次に、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６の一例である処理装置１０を説明する。図２は、一実施形態に係る処理装置１０の縦断面構成を模式的に示す図である。図２に示すように、処理装置１０は、ウエハＷを収容してプラズマにより処理するためのチャンバ本体１２を具備している。チャンバ本体１２は、その内部空間をチャンバ１２ｃとして提供している。チャンバ本体１２は、接地されている。チャンバ１２ｃは、真空排気可能に構成されている。
【００２８】
チャンバ１２ｃ内、且つ、チャンバ本体１２の底部上には、支持部１４が設けられている。支持部１４は、絶縁材料から構成されている。支持部１４は、略円筒形状を有している。支持部１４は、チャンバ１２ｃ内において、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１４は、その上側部分において載置台１６を支持している。
【００２９】
載置台１６は、下部電極１８及び静電チャック機構２０を含んでいる。下部電極１８は、第１の部材１８ａ及び第２の部材１８ｂを含んでいる。第１の部材１８ａ及び第２の部材１８ｂは、導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。第２の部材１８ｂは、第１の部材１８ａ上に設けられており、第１の部材１８ａに電気的に接続されている。この下部電極１８上には静電チャック機構２０が設けられている。
【００３０】
静電チャック機構２０は、その上に載置されたウエハＷを保持するように構成されている。静電チャック機構２０は、円盤形状の絶縁層、及び、当該絶縁層内に設けられた膜状の電極を有している。静電チャック機構２０の電極には、直流電源２２が電気的に接続されている。静電チャック機構２０は、直流電源２２からの直流電圧により生じた静電力によりウエハＷを吸着する。
【００３１】
下部電極１８の周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャック機構２０の周囲を囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、環状部材である。フォーカスリングＦＲは、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に設けられる。フォーカスリングＦＲは、メンテナンス時に載置台１６上から取り外され、新たなフォーカスリングＦＲに交換され得る。
【００３２】
静電チャック機構２０には、下方から上方に延びる貫通孔が形成されている。リフトピン６１は、貫通孔内に上下動可能に設けられている。リフトピン６１は、リフト駆動機構６０により上下駆動される。リフトピン６１が上昇するとき、リフトピン６１の先端が、ウエハＷを押し上げることによって、ウエハＷが上昇する。リフトピン６１は、リフト駆動機構６０により、搬送装置ＴＵ２の一部を構成する搬送ハンドからウエハＷを受け取り、載置台１６に載置するとともに、ウエハＷを載置台１６より持ち上げて搬送ハンドに受け渡す。
【００３３】
処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック機構２０の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
【００３４】
処理装置１０は、対向電極３０（上部電極の一例）を更に備えている。対向電極３０は、載置台１６の上方において、当該載置台１６と対面するように配置されている。対向電極３０は、所謂シャワーヘッドによって構成されており、載置台１６上に載置されたウエハ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。対向電極３０は、絶縁性の部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。この対向電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４は、チャンバ１２ｃに面している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。
【００３５】
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持するものであり、導体から形成されている。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通する複数の孔３６ｂが下方に延びている。また、支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くポート３６ｃが形成されており、このポート３６ｃには、配管３８が接続されている。
【００３６】
チャンバ本体１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、真空ポンプを有している。排気装置５０は、チャンバ１２ｃの圧力を減圧することができる。また、チャンバ本体１２の側壁には、ウエハＷの搬入又は搬出のための開口１２ｐが設けられている。この開口１２ｐは、ゲートバルブＧＶにより開閉可能となっている。
【００３７】
チャンバ本体１２の側壁において、開口１２ｐと対向する位置には、貫通孔７４及び窓７６が形成されている。貫通孔７４は、チャンバ１２ｃの外側と内側とを連通する貫通孔である。窓７６は、貫通孔７４に対応して設けられ、光を透過可能であり、かつ、気密封止されている。貫通孔７４及び窓７６は、出射光をチャンバ１２ｃへ照射するための光導入路を構成する。
【００３８】
チャンバ本体１２の外側の側方には、後述する位置検出システム１００の構成要素である少なくとも１つのコリメータ７２（光学素子の一例）が配置されている。コリメータ７２は、光ファイバを介して光源と接続されており、貫通孔７４及び窓７６を介して光源の測定光を出射光としてチャンバ１２ｃ内へ照射する。
【００３９】
処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源である。第１の高周波の周波数は、２７〜１００ＭＨｚの周波数であり、一例においては４０ＭＨｚの周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、対向電極３０に接続されていてもよい。
【００４０】
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波を発生する電源である。第２の高周波の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚの周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
【００４１】
処理装置１０は、直流電源部６９を更に備え得る。直流電源部６９は、対向電極３０に接続されている。直流電源部６９は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を対向電極３０に与えることが可能である。
【００４２】
処理装置１０は、制御部ＣＵを更に備え得る。この制御部ＣＵは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータである。制御部ＣＵは、処理装置１０の各部を制御する。この制御部ＣＵでは、入力装置を用いて、オペレータが処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、表示装置により、処理装置１０の稼働状況を表示することができる。さらに、制御部ＣＵの記憶部には、処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラム、及び、レシピデータが格納されている。例えば、制御部ＣＵの記憶部には、方法ＭＴを処理装置１０で実行するための制御プログラム及びレシピデータが記憶されている。
【００４３】
次に、処理装置１０に備わる位置検出システムの構成を説明する。図３は、一実施形態に係る位置検出システムの一例を示す構成図である。位置検出システム１００は、反射光干渉を利用してコリメータからプリズムを介して反射箇所までの距離を計測し、さらにプリズムを走査することにより、処理装置１０のパーツとウエハＷとの位置関係を検出するシステムである。
【００４４】
図３に示されるように、位置検出システム１００は、光源７０、光サーキュレータ７１、光学スイッチ７８、第１コリメータ７２Ａ（光学素子の一例）、第２コリメータ７２Ｂ（光学素子の一例）、第１プリズム１５Ａ（反射部材の一例）、第２プリズム１５Ｂ（反射部材の一例）、及び、分光器７３を備えている。分光器７３は演算装置７５（駆動部及び制御部の一例）と接続されている。演算装置７５は、プロセッサ、メモリといった記憶装置、表示装置、入出力装置、通信装置等を備えるコンピュータであり得る。後述する位置検出システム１００の一連の動作は、記憶装置に記憶されたプログラムに従った演算装置７５による位置検出システム１００の各部の制御により、実現される。演算装置７５は、後述する駆動部８０及び制御部８１として機能する。演算装置７５は、図１に示された制御装置ＭＣや図２に示された制御部ＣＵと一体であってもよい。なお、光源７０、光サーキュレータ７１、光学スイッチ７８、第１コリメータ７２Ａ、第２コリメータ７２Ｂ、及び、分光器７３のそれぞれは、光ファイバを用いて接続されている。
【００４５】
光源７０は、計測対象を透過する波長を有する測定光を発生する。光源７０として、例えばＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。計測対象は、例えば板状を呈し、表面及び表面に対向する裏面を有している。計測対象とする対象物（ウエハＷ）、フォーカスリングＦＲ静電などの処理装置１０のパーツとしては、例えばＳｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（石英）又はＡｌ２Ｏ３（サファイア）などが用いられる。Ｓｉの屈折率は、例えば波長４μｍにおいて３．４である。ＳｉＯ２の屈折率は、例えば波長１μｍにおいて１．５である。Ａｌ２Ｏ３の屈折率は、例えば波長１μｍにおいて１．８である。これらの屈折率は、不純物をドーピングすることにより変化する。例えば、不純物がドーピングされたＳｉの屈折率は、波長１５６０ｎｍにおいて３．６程度である。
【００４６】
光サーキュレータ７１は、光源７０、光学スイッチ７８及び分光器７３に接続されている。光サーキュレータ７１は、光源７０で発生した測定光を光学スイッチ７８へ出射する。光学スイッチ７８は、１つの入力端と例えば２つの出力端を備えている。入力端は光サーキュレータ７１に接続されている。また、２つの出力端は、第１光ファイバ７９Ａを介して第１コリメータ７２Ａに接続され、光ファイバ７９Ｂを介して第２コリメータ７２Ｂに接続されている。光学スイッチ７８は、出力先を切り替え可能に構成されている。光学スイッチ７８は、光サーキュレータ７１からの光を入力端から入力するとともに交互に２つの出力端へ出力する。
【００４７】
第１コリメータ７２Ａ、及び第２コリメータ７２Ｂは、光源７０で発生した測定光を出射光として出射するとともに反射光を入射する。具体的には、第１コリメータ７２Ａは、測定光を第１プリズム１５Ａに向けて水平方向に出射光として出射し、第１プリズム１５Ａから反射光を入射する。第２コリメータ７２Ｂは、測定光を第２プリズム１５Ｂに向けて水平方向に出射光として出射し、第２プリズム１５Ｂから反射光を入射する。
【００４８】
プリズム１５（第１プリズム１５Ａ又は第２プリズム１５Ｂ）は、出射光を載置台１６に向けて反射するとともに、載置台１６に向けて出射された出射光の反射光を第１コリメータ７２Ａ及び第２コリメータ７２Ｂに向けて反射する。具体的には、第１プリズム１５Ａは、出射光をウエハＷに向けて反射することにより、水平光線である出射光をウエハＷに対する垂直光線とする。出射光は、ウエハＷの表面へ出射される。ウエハＷからの反射光は再び第１プリズム１５Ａに戻り、第１コリメータ７２Ａへ出射される。同様に、第２プリズム１５Ｂは、出射光をウエハＷに向けて反射することにより、出射光をウエハＷに対する垂直光線とする。出射光は、ウエハＷの表面へ出射される。ウエハＷからの反射光は再び第２プリズム１５Ｂに戻り、第２コリメータ７２Ｂへ出射される。これらの反射光には、表面の反射光だけでなく裏面の反射光が含まれる。第１コリメータ７２Ａ、及び第２コリメータ７２Ｂは、それぞれ反射光を光学スイッチ７８へ出射する。
【００４９】
プリズム１５は、駆動部８０及び搬送装置ＴＵ２によって水平方向に移動する。プリズム１５は、搬送装置ＴＵ２に配置される。図４は、２つのプリズムを用いた走査の例を模式的に示す図である。図４に示されるように、プリズム１５は、搬送装置ＴＵ２のハンドに設けられている。一例として、プリズム１５は、ハンド先端の下方かつ側方に設けられている。
【００５０】
演算装置７５の駆動部８０は、搬送装置ＴＵ２を駆動させる。具体的には、駆動部８０は、搬送装置ＴＵ２のハンドを直線的に水平方向に移動させる。これにより、駆動部８０は、プリズム１５を水平方向に直線的に走査することができる。つまり、駆動部８０は、所定の直線状の複数の走査範囲をプリズム１５に走査させるように、搬送装置ＴＵ２を駆動させる。走査範囲は、フォーカスリングＦＲからウエハＷに至るまでの直線状の範囲である。駆動部８０は、例えば、２つの走査範囲を第１プリズム１５Ａに走査させてもよいし、１つの走査範囲を第１プリズム１５Ａ及び第２プリズム１５Ｂそれぞれに走査させてもよい。図４に示される例では、２つのプリズム１５に４つの直線状の走査範囲Ｑを走査させている。なお、走査方向は、径方向外側であってもよいし、内側であってもよい。
【００５１】
図３に戻り、第１コリメータ７２Ａ、及び第２コリメータ７２Ｂは、それぞれ反射光を光学スイッチ７８へ出射する。光学スイッチ７８は、第１コリメータ７２Ａ、第２コリメータ７２Ｂによって得られた反射光を光サーキュレータ７１へ交互に出射する。光サーキュレータ７１は、反射光を分光器７３へ出射する。分光器７３は、光サーキュレータ７１から得られた反射光のスペクトル（干渉強度分布）を測定する。反射光スペクトルは、反射光の波長又は周波数に依存した強度分布を示す。分光器７３は、反射光スペクトルを演算装置７５へ出力する。
【００５２】
演算装置７５の制御部８１は、走査範囲ごとに、走査範囲における反射光に基づいてフォーカスリングＦＲと載置台１６に載置されたウエハＷとの位置関係を算出する。図５は、一実施形態に係る位置検出システム１００の測定箇所を説明する図である。図５に示されるように、第１走査範囲Ｑ１を例として説明する。プリズム１５は、コリメータ７２から出射される出射光を載置台へ反射しながら、フォーカスリングＦＲからウエハＷに至るまでの範囲である第１走査範囲Ｑ１内を移動する。
【００５３】
プリズム１５により反射された測定光は、処理装置１０の各パーツ又はウエハＷにより反射される。例えば、出射光は、ウエハＷの表面及び裏面、フォーカスリングＦＲの表面及び裏面において反射される。位置検出システム１００は、それぞれの反射光が干渉することにより得られる干渉スペクトルを走査位置ごとに得ることができる。
【００５４】
図６は、図５の走査位置Ａ、Ｂ、Ｃに対応する干渉スペクトルの一例である。図６に示される干渉スペクトルは、コリメータ７２から波長１５６０±２０ｎｍ、スポット径０．１ｍｍの測定光を照射して得られた。図６では、横軸が干渉距離［ｍｍ］、縦軸が信号強度［ａ．ｕ］である。また、フォーカスリングＦＲ及びウエハＷの材料は不純物がドーピングされたシリコンである。走査位置Ａに対応するピークは、フォーカスリングＦＲの２段部のうち上段部分ＦＲＡの表面及び裏面の反射光が干渉して出現したピークである。走査位置Ｂに対応するピークは、フォーカスリングＦＲの２段部のうち下段部分ＦＲＢの表面及び裏面の反射光が干渉して出現したピークである。走査位置Ｃに対応するピークは、ウエハＷの表面及び裏面の反射光が干渉して出現したピークである。
【００５５】
演算装置７５の制御部８１は、ピークが出現した干渉距離と、フォーカスリングＦＲ及びウエハＷなどの測定対象の材料の屈折率とに基づいて、厚さ又は光照射方向の距離を算出する。干渉距離は、屈折率と実際の厚さ又は距離との積で表現される。例えば、演算装置７５の制御部８１は、フォーカスリングＦＲの上段部分ＦＲＡの干渉距離（１２．５３ｍｍ）をフォーカスリングＦＲの材料である不純物がドーピングされたシリコンの屈折率（３．６）で除算することにより、フォーカスリングＦＲの上段部分ＦＲＡの厚さを３．４８ｍｍと算出する。演算装置７５の制御部８１は、フォーカスリングＦＲの下段部分ＦＲＢの干渉距離（８．９４ｍｍ）をフォーカスリングＦＲの材料である不純物がドーピングされたシリコンの屈折率（３．６）で除算することにより、フォーカスリングＦＲの下段部分ＦＲＢの厚さを２．４８ｍｍと算出する。演算装置７５は、ウエハＷの干渉距離（２．７７ｍｍ）をウエハＷの材料である不純物がドーピングされたシリコンの屈折率（３．６）で除算することにより、ウエハＷの厚さを０．７７ｍｍと算出する。
【００５６】
演算装置７５の制御部８１は、第１走査範囲Ｑ１内の走査位置ごとに得られる干渉スペクトルに基づいて、それぞれの走査位置において上述した演算を行う。演算装置７５は、第１走査範囲Ｑ１で算出した厚さ及び距離の情報を走査方向にプロットすることにより、厚さ及び距離の水平方向の変位も演算することができる。また、演算装置７５は、フォーカスリングＦＲとウエハＷとの位置関係を算出することができる。位置関係は、例えばフォーカスリングＦＲとウエハＷと水平方向の距離Ｄ、それぞれの中心の変位量、表面高さの差異などである。
【００５７】
図７は、図６の干渉スペクトルに基づいて算出された走査領域における高さ情報である。図７において、横軸は走査長さ［ｍｍ］であり、縦軸は干渉距離［ｍｍ］である。演算装置７５により算出された高さとして、ウエハＷが載置台１６に載置されている状態を実線で示し、ウエハＷが載置台１６に載置されていない状態を一点鎖線で示している。図７に示されるように、フォーカスリングＦＲの傾斜面（図５の傾斜面ＦＲＥ）及びウエハＷの周縁部（図５の周縁部ＷＥ）においてノイズが発生しているものの、ウエハＷの平坦な部分、及びフォーカスリングＦＲの平坦な部分（図５の上段部分ＦＲＡ及び下段部分ＦＲＢ）の表面高さは正確に算出された。
【００５８】
演算装置７５の制御部８１は、走査領域における高さ情報のうち、ウエハＷの平坦な部分の高さ情報、及びフォーカスリングＦＲの平坦な部分（図５の上段部分ＦＲＡ及び下段部分ＦＲＢ）の高さ情報を抽出し、線形補間してもよい。このように、演算装置７５の制御部８１は、ノイズを除去した高さ情報を算出することで、フォーカスリングＦＲとウエハＷとの位置関係を算出する。
【００５９】
図８は、図７の結果に基づいた、各走査位置のパーツ厚さ及び走査距離（フォーカスリングＦＲとウエハＷと水平方向の距離Ｄ）、即ちフォーカスリングＦＲとウエハＷとの位置関係の一例を示す表である。図８は、図７の高さ情報に基づいて得られた測定値と想定値（新品のパーツ寸法）との対比も含んでいる。図８の表に示されるように、フォーカスリングＦＲとウエハＷとの水平方向の距離Ｄ、及びフォーカスリングＦＲの消耗程度（厚さ方向）が把握される。  また、演算装置７５の制御部８１は、走査範囲ごとに算出された位置関係に基づいて、ウエハＷが載置台１６上の目標位置に配置されたか否かを判定してもよい。ウエハＷの目標位置とは、例えば載置台１６の中心位置である。演算装置７５は、ウエハＷの中心位置とフォーカスリングＦＲの中心位置とが一致したか否かを判定することで、ウエハＷが載置台１６上の目標位置に配置されたか否かを判定することができる。
【００６０】
図４に示された例を用いて、上記判定の演算方法の一例を説明する。演算装置７５の制御部８１は、フォーカスリングＦＲとウエハＷと水平方向の距離Ｄを、周方向に少なくとも２箇所で計測する。演算装置７５の制御部８１は、２箇所の走査範囲の位置関係及び測定値に基づいて、フォーカスリングＦＲの中心位置とウエハＷの中心位置との変位量（中心間距離と変位方向）を算出する。フォーカスリングＦＲと載置台１６とは位置関係が固定されているため、演算装置７５の制御部８１は、フォーカスリングＦＲの中心位置とウエハＷの中心位置との変位量と、フォーカスリングＦＲと載置台１６との位置関係とに基づいて、載置台１６の中心位置とウエハＷの中心位置との変位量を算出することができる。例えば、フォーカスリングＦＲの中心位置と載置台１６の中心位置とが一致している場合には、フォーカスリングＦＲの中心位置とウエハＷの中心位置との変位量が、そのまま載置台１６の中心位置とウエハＷの中心位置との変位量となる。演算装置７５の制御部８１は、算出された変位量に基づいて、ウエハＷの中心位置と載置台１６の中心位置とが一致したか否かを判定する。
【００６１】
図９はフォーカスリングＦＲとウエハＷとの位置関係を算出する方法の一例を説明する図である。搬送装置ＴＵ２のハンドに配置された２つのプリズム１５は、フォーカスリングＦＲの直径に並行して走査する。プリズム１５の走査線はＳ１，Ｓ２として図示されている。また、図９では、走査線Ｓ１上に２箇所の走査範囲、走査線Ｓ２上に２箇所の走査範囲が存在している。つまり、走査範囲のうちの２つは、互い平行な直線に位置していている。制御部８１は、４箇所の走査範囲のうち、いずれか２箇所の走査範囲の位置関係及び測定値に基づいて、フォーカスリングＦＲの中心位置とウエハＷの中心位置との変位量を算出する。例えば、制御部８１は、図中の右上と左下の略対角線上にある２つの走査範囲を選択する。制御部８１は、それらの走査範囲で測定されたフォーカスリングＦＲとウエハＷとの距離β及び距離γを用いて、フォーカスリングＦＲのＦＲ座標軸の原点と、ウエハのＷ座標軸の原点との変位量ΔＸ及びΔＹを演算する。
【００６２】
演算の前提として、フォーカスリングＦＲの半径Ｒｆ、ウエハＷの半径ＲＷ、プリズム１５の走査線Ｓ１，Ｓ２のフォーカスリングＦＲの中心からの離間距離は既知であるとする。一例として、フォーカスリングＦＲの半径Ｒｆは１５１ｍｍであり、ウエハＷの半径ＲＷは１５０ｍｍであり、プリズム１５の走査線Ｓ１，Ｓ２はフォーカスリングＦＲの中心から左右７５．５ｍｍの距離離間した位置に延在しているとする。
【００６３】
フォーカスリングＦＲのＦＲ座標軸は破線で示され、ウエハのＷ座標軸は一点鎖線で示されている。右上の走査範囲（距離γとなる走査範囲）の上縁とＦＲ座標軸の原点とを接続する線と、ＦＲ座標軸の＋Ｘとの間の角度をθ０とすると、θ０は６０°である。また、右上の走査範囲（距離γとなる走査範囲）の下縁とＷ座標軸の原点とを接続する線と、Ｗ座標軸の＋Ｘとの間の角度をθ１とする。また、左下の走査範囲（距離βとなる走査範囲）の上縁とＷ座標軸の原点とを接続する線と、Ｗ座標軸の−Ｘとの間の角度をθ２とする。このような場合、下記の関係式が得られる。
【数１】
2018179728.tif 000003
この関係式に基づいて以下の関係式が得られる。
【数２】
2018179728.tif 000004
【数３】
2018179728.tif 000005
この２つの関係式を連立させることにより、フォーカスリングＦＲのＦＲ座標軸の原点とウエハのＷ座標軸の原点との変位量ΔＸ及びΔＹを演算することができる。
【００６４】
図１０は、フォーカスリングＦＲとウエハＷとの位置関係を算出する方法の他の一例を説明する図である。この例では、一本の走査線Ｓ１に位置する２箇所の走査範囲における位置関係及び測定値に基づいて、フォーカスリングＦＲの中心位置とウエハＷの中心位置との変位量が算出される。走査線Ｓ１とフォーカスリングＦＲ及びウエハＷとが交差している点を上から下へ順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする。図１０の右下の所定の点を原点として、座標軸を設定する。その上で、Ａ点の座標を（ｘｆ１、ｙｆ１）、Ｂ点の座標を（ｘＷ１、ｙＷ１）、Ｃ点の座標を（ｘＷ２、ｙＷ２）、Ｄ点の座標を（ｘｆ２、ｙｆ２）、フォーカスリングＦＲの中心位置Ｓｆの座標を（ｘｆ０、ｙｆ０）、ウエハの中心位置ＳＷの座標を（ｘＷ０、ｙＷ０）とする。フォーカスリングＦＲの内径は３０１［ｍｍ］であるとする。フォーカスリングＦＲの中心位置Ｓｆから線分ＡＤまでの長さをＸｆとし、線分ＡＤの１／２の長さをＹｆとする。そうすると、下記の関係式が得られる。
【数４】
2018179728.tif 000006
上記関係式からフォーカスリングＦＲの中心位置Ｓｆの座標（ｘｆ０、ｙｆ０）、ウエハの中心位置ＳＷの座標（ｘＷ０、ｙＷ０）を求めることができる。次に、求めた中心位置Ｓｆと中心位置ＳＷの座標から、以下の関係式が得られる。
【数５】
2018179728.tif 000007
【数６】
2018179728.tif 000008
上記関係式からフォーカスリングＦＲのＦＲ座標軸の原点とウエハのＷ座標軸の原点との変位量ΔＸ及びΔＹを算出することができる。
【００６５】
演算装置７５は、中心位置の変位量が検出された場合、制御装置ＭＣへ中心位置の変位量を出力してもよい。この場合、制御装置ＭＣは、中心位置の変位量が０になるように搬送装置ＴＵ２のティーチング値（搬送装置ＴＵ２の動作を制御する制御パラメータ）を調整することができる。
【００６６】
また、演算装置７５は、処理装置１０のパーツの消耗を検出してもよい。処理装置１０のパーツは、走査範囲に含まれていれば何でもよく、例えば、フォーカスリングＦＲ、静電チャック機構２０などである。図１１は、処理装置１０のパーツの消耗検出を説明する図である。図１１において、消耗検出の対象は、フォーカスリングＦＲの上面である。フォーカスリングＦＲの上面は、プラズマに晒され、使用に応じて消耗する。消耗したフォーカスリングＦＲはメンテナンス時に新品のフォーカスリングＦＲに交換される。図１１では、メンテナンス直後の新品のフォーカスリングＦＲの上面を実線、所定回数使用したフォーカスリングＦＲの上面を破線で示している。
【００６７】
演算装置７５は、走査範囲内のパーツの高さの水平方向の変位を算出する。メンテナンス時においてフォーカスリングＦＲの交換を行った場合、演算装置７５は、プラズマ処理の開始前に交換後のフォーカスリングＦＲの表面の水平方向の変位を算出し、基準高さ情報として記憶部に記憶する。演算装置７５は、ウエハＷを所定回数処理した後に、フォーカスリングＦＲの表面の高さの水平方向の変位を算出する。そして、演算装置７５は、算出されたフォーカスリングＦＲの表面の高さの水平方向の変位（高さ情報）と、記憶部に記憶された基準高さ情報とを比較する。具体的には、演算装置７５は、算出した高さ情報と、基準高さ情報との差分を算出する。
【００６８】
演算装置７５は、上述したフォーカスリングＦＲの消耗検出処理と同一の手法で、他のパーツの消耗を検出することができる。例えば、静電チャック機構２０の消耗を検出する場合には、演算装置７５は、これらを走査範囲に含むように走査範囲を設定し、静電チャック機構２０の基準高さ位置を予め取得しておけばよい。なお、静電チャック機構２０は、その内部に電極２０ａを備えているので、静電チャック機構２０の上面から電極２０ａまでの絶縁層の消耗量を算出することができる。
【００６９】
以上、実施形態に係る処理装置１０（位置検出システム１００）によれば、プリズム１５（１５Ａ及び／又は１５Ｂ）（反射部材の一例）を走査させることにより、２箇所以上の走査範囲におけるフォーカスリングＦＲ及びウエハＷの厚さの変化量を検出することができる。この厚さの変化量により、走査範囲ＱにおけるフォーカスリングＦＲとウエハＷとの距離Ｄなどが算出される。このように、位置検出システム１００は、プリズム１５を走査させることで、フォーカスリングＦＲと載置台１６に載置されたウエハＷとの位置関係を把握することができる。
【００７０】
また、実施形態に係る処理装置１０（位置検出システム１００）は、フォーカスリングＦＲと円盤状のウエハＷとの位置関係を少なくとも２箇所で算出することにより、ウエハＷと載置台１６との位置関係を算出し、ウエハＷが載置台１６上の目標位置に配置されたか否かを判定することができる。
【００７１】
また、実施形態に係る処理装置１０（位置検出システム１００）は、プリズム１５の反射調整を個々のコリメータ７２に合わせて行うことができる。
【００７２】
また、実施形態に係る処理装置１０（位置検出システム１００）は、対向電極３０の構成を変更することが困難な装置であっても、測定を行うことができる。
【００７３】
また、実施形態に係る処理装置１０（位置検出システム１００）は、２つの走査範囲の幾何学的な関係性に基づいて、載置台１６又はフォーカスリングＦＲなどの処理装置１０のパーツとウエハＷとの位置関係を検出することができる。
【００７４】
また、実施形態に係る処理装置１０（位置検出システム１００）は、予め取得された基準高さ情報との差分を算出することで、フォーカスリングＦＲ、及び静電チャック機構２０などの処理装置１０のパーツの消耗量を把握することができる。
【００７５】
上述した実施形態は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。例えば、光学素子は、コリメータに限定されるものではない。光学素子は、対象物に光を照射し、対象物からの反射光を取得する機能を有する素子であれば特に限定されるものではなく、フォーカサーなどでもよい。反射部材も、プリズムに限定されるものではなく、ミラーなどでもよい。また、光源７０を演算装置７５により波長が制御される波長可変型光源とし、分光器７３を測定対象の表面及び裏面で反射した反射光のスペクトルを取得する受光素子としてもよい。
【００７６】
また、プリズム１５は少なくとも１つあればよい。例えば、図９を用いて説明された対角線に位置する２つ走査範囲であっても、搬送装置ＴＵ２を左右にも移動させることにより、１つのプリズム１５で対角線に位置する２つ走査範囲を走査することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１…処理システム，Ｗ…ウエハ（対象物の一例），ＴＵ２…搬送装置、１０…処理装置、１２…チャンバ本体、１６…載置台、ＦＲ…フォーカスリング、３０…対向電極（上部電極の一例）、１００…位置検出システム、７２…コリメータ（光学素子の一例）、１５…プリズム（反射部材の一例）、Ｑ…走査範囲。
【図１】
2018179728.tif 000009
【図２】
2018179728.tif 000010
【図３】
2018179728.tif 000011
【図４】
2018179728.tif 000012
【図５】
2018179728.tif 000013
【図６】
2018179728.tif 000014
【図７】
2018179728.tif 000015
【図８】
2018179728.tif 000016
【図９】
2018179728.tif 000017
【図１０】
2018179728.tif 000018
【図１１】
2018179728.tif 000019