(57)【要約】【課題】温度測定対象物に消耗や異物の堆積等が生じても、低コヒーレンス光の干渉を利用して正確な温度測定を行うことができる温度測定方法を提供する。【解決手段】フォーカスリング２５の温度と所定の経路の光路長との関係を示す校正データを作成し、実際に低コヒーレンス光を基板処理装置１０に配置されたフォーカスリング２５に照射したときの反射光の光干渉を利用してフォーカスリング２５内で低コヒーレンス光が前記所定の経路を進んだときの光路長を求め、校正データに照らし合わせてフォーカスリング２５の温度を求める。所定の経路を、低コヒーレンス光が、フォーカスリング２５において経時的に変化しない裏面からフォーカスリング２５内に進入し、フォーカスリング２５において経時的に変化しない壁面２５ｂに進むように斜面２５ａで進路変更させ、壁面２５ｂで反射された後に進んできた軌跡を戻るように設定する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理室内に配置され、使用により経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する部材の温度測定方法であって、
前記部材の温度と所定の経路の光路長との関係を示す校正データを作成するデータ作成ステップと、
前記部材の所定位置に低コヒーレンス光を照射したときの前記部材からの反射光の光干渉を利用して、前記部材内で前記低コヒーレンス光が前記所定の経路を進んだときの光路長を求める光路長測定ステップと、
前記光路長測定ステップで求めた光路長を前記データ作成ステップで作成した前記校正データに照らし合わせて前記部材の温度を求める温度測定ステップとを有し、
前記所定の経路は、前記部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面から前記部材内に進入した前記低コヒーレンス光が、前記部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第２の面に進むように前記部材に設けられた反射面で進路変更され、前記第２の面で反射された後に進んできた軌跡を戻る経路に設定されていることを特徴とする温度測定方法。
【請求項２】
前記部材は、板状形状を有し、前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は厚さ方向と４５°の角度をなすように形成され、前記第２の面は厚さ方向と平行な面であることを特徴とする請求項１記載の温度測定方法。
【請求項３】
前記部材は、板状形状を有し、厚さ方向と４５°の角度をなす第１のスリットと、厚さ方向と平行な第２のスリットとを有し、
前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は前記第１のスリットの面であり、前記第２の面は前記第２のスリットの面であることを特徴とする請求項１記載の温度測定方法。
【請求項４】
基板処理室内に配置され、使用により経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する部材の温度測定方法であって、
前記部材の温度と所定の経路の光路長との関係を示す校正データを作成するデータ作成ステップと、
前記部材の所定位置に低コヒーレンス光を照射したときの前記部材からの反射光の光干渉を利用して、前記部材内で前記低コヒーレンス光が前記所定の経路を進んだときの光路長を求める光路長測定ステップと、
前記光路長測定ステップで求めた光路長を前記データ作成ステップで作成した前記校正データに照らし合わせて前記部材の温度を求める温度測定ステップとを有し、
前記所定の経路は、前記部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面から前記部材内に進入した前記低コヒーレンス光が、前記第１の面と平行に形成されたスリットで反射した後に進んできた軌跡を戻る経路に設定されていることを特徴とする温度測定方法。
【請求項５】
前記低コヒーレンス光を、前記部材に隣接して設けられる別の部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない面に照射して反射させることにより前記第１の面に照射することを特徴とする請求項４記載の温度測定方法。
【請求項６】
前記部材は、前記基板処理室に配置されるシャワーヘッドを構成する電極板又は前記基板を囲むように配置されるフォーカスリングであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度測定方法。
【請求項７】
前記光路長測定ステップは、前記低コヒーレンス光を前記部材の前記第１の面に照射したときの前記第１の面からの反射光と前記部材内に進入した後に前記部材内の前記所定の経路を進んだ反射光との干渉光をフーリエ変換することによって、前記所定の経路の光路長を求めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度測定方法。
【請求項８】
前記光路長測定ステップは、光源から出力される低コヒーレンス光を２つの光路に分け、前記２つの光路の一方を進む低コヒーレンス光を前記部材の前記第１の面に照射したときの前記第１の面からの反射光及び前記部材内に進入した後に前記部材内の前記所定の経路を進んだ反射光と前記２つの光路の他方を進む低コヒーレンス光を参照ミラーに照射すると共に前記参照ミラーを低コヒーレンス光の入射方向と平行な方向に移動させたときの前記参照ミラーからの反射光との干渉光と、前記参照ミラーの移動距離とから、前記所定の経路の光路長を求めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度測定方法。
【請求項９】
収容した基板に対して所定の処理を施す基板処理室と、
前記基板処理室内に配置され、前記所定の処理の実行により経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する部材と、
前記部材の温度を測定する温度測定装置とを備える基板処理システムであって、
前記温度測定装置は、
前記部材に低コヒーレンス光を照射し、その反射光を取得する光学系と、
前記部材からの反射光の光干渉を利用して前記部材内で前記低コヒーレンス光が進む所定の経路の光路長を求め、求めた光路長を事前に作成された前記部材の温度と前記所定の経路の光路長との関係を示す校正データに照らし合わせることで前記部材の温度を求める解析装置とを有し、
前記部材は、
前記光学系から出力された低コヒーレンス光が照射される、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、
使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第２の面と、
前記第１の面から前記部材内に進入した低コヒーレンス光を前記第２の面に向かって進むように反射する反射面とを有し、
前記所定の経路は、前記第１の面から前記部材内に進入した前記低コヒーレンス光が、前記反射面で反射し、更に前記第２の面で反射した後に進んできた軌跡を戻る経路に設定されていることを特徴とする基板処理システム。
【請求項１０】
前記部材において、前記第２の面及び前記反射面は鏡面であることを特徴とする請求項９記載の基板処理システム。
【請求項１１】
前記部材は、板状形状を有し、前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は厚さ方向と４５°の角度をなすように形成され、前記第２の面は厚さ方向と平行な面であることを特徴とする請求項９又は１０記載の基板処理システム。
【請求項１２】
前記部材は、板状形状を有し、厚さ方向と４５°の角度をなす第１のスリットと、厚さ方向と平行な第２のスリットとを有し、
前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は前記第１のスリットの面であり、前記第２の面は前記第２のスリットの面であることを特徴とする請求項９又は１０記載の基板処理システム。
【請求項１３】
収容した基板に対して所定の処理を施す基板処理室と、
前記基板処理室内に配置され、前記所定の処理の実行により経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する部材と、
前記部材の温度を測定する温度測定装置とを備える基板処理システムであって、
前記温度測定装置は、
前記部材に低コヒーレンス光を照射し、その反射光を取得する光学系と、
前記部材からの反射光の光干渉を利用して前記部材内で前記低コヒーレンス光が進む所定の経路の光路長を求め、求めた光路長を事前に作成された前記部材の温度と前記部材内における前記所定の経路の光路長との関係を示す校正データに照らし合わせることで前記部材の温度を求める解析装置とを有し、
前記部材は、
前記光学系から出力された低コヒーレンス光が照射される、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、
前記第１の面と平行に形成されたスリットとを有し、
前記所定の経路は、前記第１の面から前記部材内に進入した前記低コヒーレンス光が、前記スリットで反射した後に進んできた軌跡を戻る経路に設定されていることを特徴とする基板処理システム。
【請求項１４】
前記スリットにおいて前記低コヒーレンス光を反射させる面は鏡面であることを特徴とする請求項１３記載の基板処理システム。
【請求項１５】
前記部材に隣接するように前記基板処理室内に配置される別の部材を備え、
前記低コヒーレンス光を前記別の部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない面に照射して反射させることにより前記第１の面に照射することを特徴とする請求項１３又は１４記載の基板処理システム。
【請求項１６】
前記部材は、前記基板処理室に配置されるシャワーヘッドを構成する電極板又は前記基板を囲むように配置されるフォーカスリングであることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の基板処理システム。
【請求項１７】
前記解析装置は、前記光学系から出力される低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの照射面からの反射光と、前記部材内の前記所定の経路を進んだ反射光との干渉光をフーリエ変換することによって、前記部材内の前記所定の経路の光路長を求めることを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の基板処理システム。
【請求項１８】
前記光学系は、光源から出力される低コヒーレンス光を２つの光路に分け、前記２つの光路の一方を進む低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの照射面からの反射光と、前記部材内に進入した後に前記部材内の前記所定の経路を進んだ反射光と、前記２つの光路の他方を進む低コヒーレンス光を参照ミラーに照射すると共に前記参照ミラーを低コヒーレンス光の入射方向と平行な方向に移動させたときの前記参照ミラーからの反射光との干渉光を取得し、
前記解析装置は、前記光学系が取得した干渉光と前記参照ミラーの移動距離とから、前記部材内の前記所定の経路の光路長を求めることを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の基板処理システム。
【請求項１９】
基板処理装置内に配置され、使用によって経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する温度測定用部材であって、
低コヒーレンス光が照射される、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、
使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第２の面と、
前記第１の面から前記温度測定用部材内に進入した低コヒーレンス光を前記第２の面に向かって進むように反射する反射面とを有し、
前記反射面及び前記第２の面は、前記第２の反射面で反射した低コヒーレンス光が前記温度測定用部材内を進んできた軌跡を戻るように設けられていることを特徴とする温度測定用部材。
【請求項２０】
前記第２の面及び前記反射面は鏡面であることを特徴とする請求項１９記載の温度測定用部材。
【請求項２１】
前記温度測定用部材は、板状形状を有し、前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は厚さ方向と４５°の角度をなすように形成され、前記第２の面は厚さ方向と平行な面であることを特徴とする請求項１９又は２０記載の温度測定用部材。
【請求項２２】
前記温度測定用部材は、板状形状を有し、厚さ方向と４５°の角度をなす第１のスリットと、厚さ方向と平行な第２のスリットとが形成され、
前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は前記第１のスリットの面であり、前記第２の面は前記第２のスリットの面であることを特徴とする請求項１９又は２０記載の温度測定用部材。
【請求項２３】
基板処理装置内に配置され、使用によって経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する温度測定用部材であって、
低コヒーレンス光が照射される、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、
前記第１の面と平行に形成され、前記第１の面と直交するように前記第１の面から前記温度測定用部材内に進入させた低コヒーレンス光を進んできた軌跡を戻るように反射させるスリットとを有することを特徴とする温度測定用部材。
【請求項２４】
前記スリットにおいて前記低コヒーレンス光を反射させる面は鏡面であることを特徴とする請求項２３記載の温度測定用部材。
【請求項２５】
基板に対してプラズマ処理を行う基板処理装置に配置されるシャワーヘッドを構成する電極板又は前記基板を囲むように配置されるフォーカスリングであることを特徴とする請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の温度測定用部材。
【請求項２６】
基板処理装置内に配置され、使用によって経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する第１の部材と、前記第１の部材に隣接する第２の部材とからなる温度測定用部材であって、
前記第１の部材は、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、前記第１の面と平行に形成され、前記第１の面と直交するように前記第１の面から前記温度測定用部材内に進入させた低コヒーレンス光を進んできた軌跡を戻るように反射させるスリットとを有し、
前記第２の部材は、照射される低コヒーレンス光を前記第１の部材の前記第１の面と直交する方向に反射させる反射面を有することを特徴とする温度測定用部材。
【請求項２７】
前記第１の部材に設けられた前記スリットにおいて前記第１の面から進入した低コヒーレンス光を反射させる面及び前記第２の部材の前記反射面はそれぞれ鏡面であることを特徴とする請求項２６記載の温度測定用部材。
【請求項２８】
前記第１の部材は、基板に対してプラズマ処理を行う基板処理装置に配置されるシャワーヘッドを構成する電極であり、
前記第２の部材は前記電極を支持する支持部材であることを特徴とする請求項２６又は２７記載の温度測定用部材。
【請求項２９】
前記第１の部材は、基板に対してプラズマ処理を行う基板処理装置に前記基板を囲むように配置されるフォーカスリングであり、
前記第２の部材は、前記フォーカスリングを囲むカバーリングであることを特徴とする請求項２６又は２７記載の温度測定用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置の基板処理室に配置される温度測定用部材、基板処理装置の基板処理室に配置される基板や温度測定用部材の温度を測定する温度測定方法、温度測定用部材の温度を測定する温度測定装置を備える基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、処理室内に生じさせたプラズマを用いて半導体ウエハにプラズマエッチング等の処理を施す基板処理装置では、処理精度を確保するために、半導体ウエハ及び処理室内に配置された各種部材の温度を測定し、プラズマ生成条件等の処理条件を制御することが行われている。
【０００３】
例えば、半導体ウエハ上のプラズマの分布に大きな影響を与えるフォーカスリングについて、フォーカスリングの厚さ方向に低コヒーレンス光を照射したときのフォーカスリングの表面及び裏面からの反射光の強度分布をフーリエ変換することによってフォーカスリングの温度を測定する温度測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、フォーカスリングの裏面側に薄肉部を設け、薄肉部との間に一定の空間を隔てて被覆部材を配置し、薄肉部の厚さ方向に低コヒーレンス光を照射したときの薄肉部の表面及び裏面からの反射光と参照ミラーへ低コヒーレンス光を照射して得られる反射光との干渉光からフォーカスリングの温度を測定する温度測定方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
これら特許文献１，２に記載された技術のいずれもが、フォーカスリングの厚さが熱膨張率の影響により温度によって変化することを利用している。即ち、フォーカスリングの厚さと温度との相関関係を事前に測定しておき、その上で、低コヒーレンス光を用いてフォーカスリングの厚さを求め、求めた厚さを事前に測定しておいた厚さと温度との関係に照らし合わせることで、フォーカスリングの温度を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０２９４８７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０４７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、低コヒーレンス光を照射する温度測定対象物の表面又は裏面に消耗や異物の堆積が生じた場合には、正確な厚さを測定することができなくなり、これにより正確な温度を測定することができなくなるおそれがある。これに対して、上記特許文献２に記載された技術では、薄肉部の表面と裏面の状態には変化がないため、正確な温度測定が可能になるが、部品点数の増加によるコストアップと、組立精度が低いと温度を正しく計測することができないという懸念が残る。
【０００８】
本発明の目的は、温度測定対象物に消耗や異物の堆積等が生じても、低コヒーレンス光の干渉を利用して正確な温度測定を行うことができる温度測定方法を提供することにある。また、本発明の目的は、前記温度測定方法を実行可能とするために基板処理装置の基板処理室に配置される温度測定用部材と、温度測定用部材の温度を測定する温度測定装置を備える基板処理システムを提供することをにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の温度測定方法は、基板処理室内に配置され、使用により経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する部材の温度測定方法であって、前記部材の温度と所定の経路の光路長との関係を示す校正データを作成するデータ作成ステップと、前記部材の所定位置に低コヒーレンス光を照射したときの前記部材からの反射光の光干渉を利用して、前記部材内で前記低コヒーレンス光が前記所定の経路を進んだときの光路長を求める光路長測定ステップと、前記光路長測定ステップで求めた光路長を前記データ作成ステップで作成した前記校正データに照らし合わせて前記部材の温度を求める温度測定ステップとを有し、前記所定の経路は、前記部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面から前記部材内に進入した前記低コヒーレンス光が、前記部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第２の面に進むように前記部材に設けられた反射面で進路変更され、前記第２の面で反射された後に進んできた軌跡を戻る経路に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の温度測定方法は、請求項１記載の温度測定方法において、前記部材は、板状形状を有し、前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は厚さ方向と４５°の角度をなすように形成され、前記第２の面は厚さ方向と平行な面であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の温度測定方法は、請求項１記載の温度測定方法において、前記部材は、板状形状を有し、厚さ方向と４５°の角度をなす第１のスリットと、厚さ方向と平行な第２のスリットとを有し、前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は前記第１のスリットの面であり、前記第２の面は前記第２のスリットの面であることを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４記載の温度測定方法は、基板処理室内に配置され、使用により経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する部材の温度測定方法であって、前記部材の温度と所定の経路の光路長との関係を示す校正データを作成するデータ作成ステップと、前記部材の所定位置に低コヒーレンス光を照射したときの前記部材からの反射光の光干渉を利用して、前記部材内で前記低コヒーレンス光が前記所定の経路を進んだときの光路長を求める光路長測定ステップと、前記光路長測定ステップで求めた光路長を前記データ作成ステップで作成した前記校正データに照らし合わせて前記部材の温度を求める温度測定ステップとを有し、前記所定の経路は、前記部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面から前記部材内に進入した前記低コヒーレンス光が、前記第１の面と平行に形成されたスリットで反射した後に進んできた軌跡を戻る経路に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の温度測定方法は、請求項４記載の温度測定方法において、前記低コヒーレンス光を、前記部材に隣接して設けられる別の部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない面に照射して反射させることにより前記第１の面に照射することを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の温度測定方法は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度測定方法において、前記部材は、前記基板処理室に配置されるシャワーヘッドを構成する電極板又は前記基板を囲むように配置されるフォーカスリングであることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の温度測定方法は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度測定方法において、前記光路長測定ステップは、前記低コヒーレンス光を前記部材の前記第１の面に照射したときの前記第１の面からの反射光と前記部材内に進入した後に前記部材内の前記所定の経路を進んだ反射光との干渉光をフーリエ変換することによって、前記所定の経路の光路長を求めることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の温度測定方法は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度測定方法において、前記光路長測定ステップは、光源から出力される低コヒーレンス光を２つの光路に分け、前記２つの光路の一方を進む低コヒーレンス光を前記部材の前記第１の面に照射したときの前記第１の面からの反射光及び前記部材内に進入した後に前記部材内の前記所定の経路を進んだ反射光と前記２つの光路の他方を進む低コヒーレンス光を参照ミラーに照射すると共に前記参照ミラーを低コヒーレンス光の入射方向と平行な方向に移動させたときの前記参照ミラーからの反射光との干渉光と、前記参照ミラーの移動距離とから、前記所定の経路の光路長を求めることを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項９記載の基板処理システムは、収容した基板に対して所定の処理を施す基板処理室と、前記基板処理室内に配置され、前記所定の処理の実行により経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する部材と、前記部材の温度を測定する温度測定装置とを備える基板処理システムであって、前記温度測定装置は、前記部材に低コヒーレンス光を照射し、その反射光を取得する光学系と、前記部材からの反射光の光干渉を利用して前記部材内で前記低コヒーレンス光が進む所定の経路の光路長を求め、求めた光路長を事前に作成された前記部材の温度と前記所定の経路の光路長との関係を示す校正データに照らし合わせることで前記部材の温度を求める解析装置とを有し、前記部材は、前記光学系から出力された低コヒーレンス光が照射される、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第２の面と、前記第１の面から前記部材内に進入した低コヒーレンス光を前記第２の面に向かって進むように反射する反射面とを有し、前記所定の経路は、前記第１の面から前記部材内に進入した前記低コヒーレンス光が、前記反射面で反射し、更に前記第２の面で反射した後に進んできた軌跡を戻る経路に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の基板処理システムは、請求項９記載の基板処理システムにおいて、前記部材において、前記第２の面及び前記反射面は鏡面であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載の基板処理システムは、請求項９又は１０記載の基板処理システムにおいて、前記部材は、板状形状を有し、前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は厚さ方向と４５°の角度をなすように形成され、前記第２の面は厚さ方向と平行な面であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２記載の基板処理システムは、請求項９又は１０記載の基板処理システムにおいて、前記部材は、板状形状を有し、厚さ方向と４５°の角度をなす第１のスリットと、厚さ方向と平行な第２のスリットとを有し、前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は前記第１のスリットの面であり、前記第２の面は前記第２のスリットの面であることを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項１３記載の基板処理システムは、収容した基板に対して所定の処理を施す基板処理室と、前記基板処理室内に配置され、前記所定の処理の実行により経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する部材と、前記部材の温度を測定する温度測定装置とを備える基板処理システムであって、前記温度測定装置は、前記部材に低コヒーレンス光を照射し、その反射光を取得する光学系と、前記部材からの反射光の光干渉を利用して前記部材内で前記低コヒーレンス光が進む所定の経路の光路長を求め、求めた光路長を事前に作成された前記部材の温度と前記部材内における前記所定の経路の光路長との関係を示す校正データに照らし合わせることで前記部材の温度を求める解析装置とを有し、前記部材は、前記光学系から出力された低コヒーレンス光が照射される、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、前記第１の面と平行に形成されたスリットとを有し、前記所定の経路は、前記第１の面から前記部材内に進入した前記低コヒーレンス光が、前記スリットで反射した後に進んできた軌跡を戻る経路に設定されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４記載の基板処理システムは、請求項１３記載の基板処理システムにおいて、前記スリットにおいて前記低コヒーレンス光を反射させる面は鏡面であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１５記載の基板処理システムは、請求項１３又は１４記載の基板処理システムにおいて、前記部材に隣接するように前記基板処理室内に配置される別の部材を備え、前記低コヒーレンス光を前記別の部材において経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない面に照射して反射させることにより前記第１の面に照射することを特徴とする。
【００２４】
請求項１６記載の基板処理システムは、請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の基板処理システムにおいて、前記部材は、前記基板処理室に配置されるシャワーヘッドを構成する電極板又は前記基板を囲むように配置されるフォーカスリングであることを特徴とする。
【００２５】
請求項１７記載の基板処理システムは、請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の基板処理システムにおいて、前記解析装置は、前記光学系から出力される低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの照射面からの反射光と、前記部材内の前記所定の経路を進んだ反射光との干渉光をフーリエ変換することによって、前記部材内の前記所定の経路の光路長を求めることを特徴とする。
【００２６】
請求項１８記載の基板処理システムは、請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の基板処理システムにおいて、前記光学系は、光源から出力される低コヒーレンス光を２つの光路に分け、前記２つの光路の一方を進む低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの照射面からの反射光と、前記部材内に進入した後に前記部材内の前記所定の経路を進んだ反射光と、前記２つの光路の他方を進む低コヒーレンス光を参照ミラーに照射すると共に前記参照ミラーを低コヒーレンス光の入射方向と平行な方向に移動させたときの前記参照ミラーからの反射光との干渉光を取得し、前記解析装置は、前記光学系が取得した干渉光と前記参照ミラーの移動距離とから、前記部材内の前記所定の経路の光路長を求めることを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成するために、請求項１９記載の温度測定用部材は、基板処理装置内に配置され、使用によって経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する温度測定用部材であって、低コヒーレンス光が照射される、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第２の面と、前記第１の面から前記温度測定用部材内に進入した低コヒーレンス光を前記第２の面に向かって進むように反射する反射面とを有し、前記反射面及び前記第２の面は、前記第２の反射面で反射した低コヒーレンス光が前記温度測定用部材内を進んできた軌跡を戻るように設けられていることを特徴とする。
【００２８】
請求項２０記載の温度測定用部材は、請求項１９記載の温度測定用部材において、前記第２の面及び前記反射面は鏡面であることを特徴とする。
【００２９】
請求項２１記載の温度測定用部材は、請求項１９又は２０記載の温度測定用部材において、前記温度測定用部材は、板状形状を有し、前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は厚さ方向と４５°の角度をなすように形成され、前記第２の面は厚さ方向と平行な面であることを特徴とする。
【００３０】
請求項２２記載の温度測定用部材は、請求項１９又は２０記載の温度測定用部材において、前記温度測定用部材は、板状形状を有し、厚さ方向と４５°の角度をなす第１のスリットと、厚さ方向と平行な第２のスリットとが形成され、前記第１の面は表面又は裏面であり、前記反射面は前記第１のスリットの面であり、前記第２の面は前記第２のスリットの面であることを特徴とする。
【００３１】
上記目的を達成するために、請求項２３記載の温度測定用部材は、基板処理装置内に配置され、使用によって経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する温度測定用部材であって、低コヒーレンス光が照射される、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、前記第１の面と平行に形成され、前記第１の面と直交するように前記第１の面から前記温度測定用部材内に進入させた低コヒーレンス光を進んできた軌跡を戻るように反射させるスリットとを有することを特徴とする。
【００３２】
請求項２４記載の温度測定用部材は、請求項２３記載の温度測定用部材において、前記スリットにおいて前記低コヒーレンス光を反射させる面は鏡面であることを特徴とする。
【００３３】
請求項２５記載の温度測定用部材は、請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の温度測定用部材において、基板に対してプラズマ処理を行う基板処理装置に配置されるシャワーヘッドを構成する電極板又は前記基板を囲むように配置されるフォーカスリングであることを特徴とする。
【００３４】
上記目的を達成するために、請求項２６記載の温度測定用部材は、基板処理装置内に配置され、使用によって経時的に消耗し又は異物が堆積する少なくとも１つの面を有する第１の部材と、前記第１の部材に隣接する第２の部材とからなる温度測定用部材であって、前記第１の部材は、使用によって経時的に消耗せず且つ異物が堆積しない第１の面と、前記第１の面と平行に形成され、前記第１の面と直交するように前記第１の面から前記温度測定用部材内に進入させた低コヒーレンス光を進んできた軌跡を戻るように反射させるスリットとを有し、前記第２の部材は、照射される低コヒーレンス光を前記第１の部材の前記第１の面と直交する方向に反射させる反射面を有することを特徴とする。
【００３５】
請求項２７記載の温度測定用部材は、請求項２６記載の温度測定用部材において、前記第１の部材に設けられた前記スリットにおいて前記第１の面から進入した低コヒーレンス光を反射させる面及び前記第２の部材の前記反射面はそれぞれ鏡面であることを特徴とする。
【００３６】
請求項２８記載の温度測定用部材は、請求項２６又は２７記載の温度測定用部材において、前記第１の部材は、基板に対してプラズマ処理を行う基板処理装置に配置されるシャワーヘッドを構成する電極であり、前記第２の部材は前記電極を支持する支持部材であることを特徴とする。
【００３７】
請求項２９記載の温度測定用部材は、請求項２６又は２７記載の温度測定用部材において、前記第１の部材は、基板に対してプラズマ処理を行う基板処理装置に前記基板を囲むように配置されるフォーカスリングであり、前記第２の部材は、前記フォーカスリングを囲むカバーリングであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明では、低コヒーレンス光の光干渉を利用して基板処理室内に配置されたフォーカスリングや上部電極板等の経時的に消耗する部材の温度を測定するために部材内の光路長を求める際に、反射光を得るための反射面に部材において消耗し或いは異物が堆積する面を用いずに、部材内で低コヒーレンス光が進む経路を設定する。これにより部材に消耗や異物の堆積が生じても、部材内での低コヒーレンス光の光路長が変化することがないため、常に、温度の変化に依存する光路長を測定することができ、これにより部材の正確な温度を測定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係る温度測定装置が適用可能な基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の基板処理装置に適用される第１の温度測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２の温度測定装置による低コヒーレンス光を用いたフォーカスリング内の光路長の測定原理を模式的に説明する図である。
【図４】図１の基板処理装置に適用される第２の温度測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４の温度測定装置による低コヒーレンス光を用いたフォーカスリング内の光路長の測定原理を模式的に説明する図である。
【図６】図１の基板処理装置が備えるフォーカスリング内での低コヒーレンス光の光路長と温度との関係を模式的に示す図である。
【図７】図１の基板処理装置が備えるフォーカスリング及びカバーリングの構造と、フォーカスリング内で低コヒーレンス光が進む経路を模式的に示す図である。
【図８】図１の基板処理装置が備える上部電極板及びチャンバ構造と、上部電極板内で低コヒーレンス光が進む経路を模式的に示す図である。
【図９】フォーカスリングを例に、進入光の光路長が短くなるように変形した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る温度測定方法を実行する温度測定装置を、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と記す）に対してプラズマエッチング処理を施す基板処理装置に適用した基板処理システムを取り上げることとする。
【００４１】
図１は、本発明の実施の形態に係る温度測定装置が適用可能な基板処理装置１０の概略構成を示す断面図である。図１に示す基板処理装置１０は、例えば、直径がφ３００ｍｍの半導体デバイス用のウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２（載置台）が配置されている。基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成され、側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置されている。
【００４２】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部品であり、チャンバ１１内を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られることによってチャンバ１１内の上部に形成される基板処理室１５において、後述するようにプラズマを発生させる。排気プレート１４によってチャンバ１１内の下部に形成される排気室（マニホールド）１６には、チャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続されている。排気プレート１４は基板処理室１５に発生するプラズマを捕捉し又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
【００４３】
排気管１７には、不図示のＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰは、チャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。そして、ＴＭＰは、ＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力は、不図示のＡＰＣバルブによって制御される。
【００４４】
チャンバ１１内のサセプタ１２には、第１の整合器１９を介して第１の高周波電源１８が接続されると共に、第２の整合器２１を介して第２の高周波電源２０が接続されている。第１の高周波電源１８は、比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。一方、第２の高周波電源２０は、比較的高い周波数、例えば、６０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また、第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
【００４５】
サセプタ１２の上部には、大径の円柱の先端から小径の円柱が同心軸に沿って突出した形状となるように、小径の円柱を囲うように段差が形成されている。小径の円柱の先端には、静電電極板２２を内部に有するセラミックスからなる静電チャック２３が配置されている。静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２３側の面（裏面）に負電位が発生し、静電電極板２２とウエハＷの裏面との間に電位差が生じる。こうして生じた電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２３に吸着保持される。
【００４６】
また、サセプタ１２の上部には、静電チャック２３に吸着保持されたウエハＷを囲うように、円環状の部品であるフォーカスリング２５が、サセプタ１２の上部における段差部へ載置されている。フォーカスリング２５は、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる。よって、フォーカスリング２５は半導電体からなるため、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなくフォーカスリング２５上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度をウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるプラズマエッチング処理の均一性を確保する。
【００４７】
また、フォーカスリング２５の外周を囲むように、絶縁材料（イットリア（Ｙ２Ｏ３）等）からなるカバーリング３３が設けられており、カバーリング３３は、サセプタ１２や静電チャック２３、フォーカスリング２５をプラズマから保護する。
【００４８】
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２６が配置される。シャワーヘッド２６は、上部電極板２７と、上部電極板２７を着脱可能に釣支するクーリングプレート２８と、クーリングプレート２８を覆う蓋体２９とを有する。上部電極板２７は厚み方向に貫通する多数のガス孔３０を有する円板状部品からなり、半導電体であるシリコン（Ｓｉ）で構成される。
【００４９】
クーリングプレート２８の内部にはバッファ室３１が設けられ、バッファ室３１には処理ガス導入管３２が接続されている。基板処理装置１０では、処理ガス導入管３２からバッファ室３１へ供給された処理ガスがガス孔３０を介して基板処理室１５内部へ導入される。基板処理室１５内部へ導入された処理ガスは、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して基板処理室１５内部へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力によって励起され、プラズマとなる。プラズマ中のイオンは、第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引きこまれ、ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
【００５０】
このとき、例えば、フォーカスリング２５や上部電極板２７が所定の温度に保持されていないと、ウエハＷ毎に生成するプラズマの状態が異なってしまい、ウエハＷ毎に処理品質が異なってしまうおそれがある。そこで、基板処理装置１０には、一例として、フォーカスリング２５の温度を測定するための温度測定装置が配置されており、基板処理システムが構成されている。
【００５１】
図２は、基板処理装置１０に適用される第１の温度測定装置の概略構成を示すブロック図である。第１の温度測定装置４０は、低コヒーレンス光源４１、分光器４２、光サーキュレータ４３、コリメータ４４（適宜、図１参照）及び解析装置４５を備える。低コヒーレンス光源４１と光サーキュレータ４３との間の接続、分光器４２と光サーキュレータ４３との間、光サーキュレータ４３とコリメータ４４との間の接続はそれぞれ、光ファイバケーブルを用いて行われている。
【００５２】
低コヒーレンス光源４１は、フォーカスリング２５を透過する波長を有する低コヒーレンス光を出力する。前述の通り、フォーカスリング２５はシリコン（Ｓｉ）からなるため、低コヒーレンス光源４１としては、例えば、中心波長λ０が１．５５μｍ又は１．３１μｍ、コヒーレンス長が約５０μｍの低コヒーレンス光を最大出力１．５ｍＷで出力するＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等を用いることができる。なお、このような波長の低コヒーレンス光が透過可能な材料としては、シリコン（Ｓｉ）以外に、ＳｉＯ２（石英）やＡｌ２Ｏ３（サファイア）等が挙げられる。
【００５３】
光サーキュレータ４３は、低コヒーレンス光源４１から出力された低コヒーレンス光をコリメータ４４へ伝送する。コリメータ４４は、平行光線として調整された低コヒーレンス光をフォーカスリング２５の所定位置へ出射すると共にその反射光を受光し、受光した反射光を光サーキュレータ４３へ伝送する。フォーカスリング２５からの反射光は、フォーカスリング２５の表面での反射光と、フォーカスリング２５内の所定の経路を経由した反射光とを含む。なお、フォーカスリング２５において低コヒーレンス光が照射される所定位置とフォーカスリング２５内での低コヒーレンス光の所定の経路については、図７を参照して後述する。
【００５４】
分光器４２は、大略的に、光分散素子と受光素子とで構成される。光分散素子は、光ファイバケーブルを通して伝送された反射光を波長毎に所定の分散角で分散させる。光分散素子には、例えば、回折格子を用いることができる。また、受光素子は、光分散素子により分散された反射光を受光することにより、受光した反射光スペクトル（強度ｖｓ波数）を検出する。受光素子としては、具体的には、複数のＣＣＤ素子が格子状に配置されたものが用いられる。
【００５５】
受光素子は、前述の通り、ＣＣＤ素子等の光電変換素子からなるため、分光器４２から解析装置４５へ出力される反射光スペクトルの信号はアナログ電気信号である。そのため、解析装置４５は、分光器４２から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器から受信した反射光スペクトルを示すデジタル信号に対してフーリエ変換を行って光路長を算出し、算出した光路長から温度を算出するパーソナルコンピュータ等の演算装置とを有する。演算装置（パーソナルコンピュータ）は、ＣＰＵが、ＲＯＭやＲＡＭ或いはハードディスクドライブ等に格納された所定のソフトウエア（プログラム）を実行することにより、フーリエ変換等の演算処理を行う。なお、ここでのフーリエ変換とは、波数（又は周波数又は波長）が変数の関数を距離が変数の関数に変換する処理である。
【００５６】
図３は、第１の温度測定装置４０による低コヒーレンス光を用いたフォーカスリング２５内の光路長の測定原理を説明する図である。図３（ａ）は、フォーカスリング２５の裏面から表面に向けて低コヒーレンス光を照射したときに得られる反射光を簡略化して模式的に示す図である。フォーカスリング２５内での低コヒーレンス光の経路は、後述する図７に示す通りであって図３（ａ）に示すように簡単なものではない。しかし、フォーカスリング２５の裏面での反射光と内部を透過して表面で反射した反射光とを分光器４２へ入射させ、フーリエ変換を行うことに変わりはないため、ここでは、図３（ａ）に示すように、フォーカスリング２５内での経路を厚さ方向を往復する経路に代替させて説明を行うこととする。
【００５７】
フォーカスリング２５の屈折率を“ｎ”、厚さを“ｄ”とする。なお、厚さｄは、図７に示すフォーカスリング２５内で低コヒーレンス光が進む経路（Ｐ点→Ｑ点→Ｒ点→Ｑ点→Ｐ点）の長さの１／２（Ｐ点〜Ｑ点〜Ｒ点）に対応することとなる。
【００５８】
フォーカスリング２５に照射された低コヒーレンス光の一部は、フォーカスリング２５の裏面で反射し（反射光Ｅ１）、また、フォーカスリング２５に入射した光の一部はフォーカスリング２５の表面で反射する（反射光Ｅ２）。反射光Ｅ１，Ｅ２間には２ｎｄ（２×ｎ×ｄ）の光路差があり、屈折率ｎは既知であるから、光路差２ｎｄを求めることにより、厚さｄを求めることができる。なお、より高次の反射光も生じるが、ここでは説明を省略することとする。
【００５９】
図３（ｂ）は、分光器４２へ入射する反射光のスペクトル分布（波数ｖｓ強度）を模式的に示す図である。フォーカスリング２５の表面及び裏面での反射率を“Ｒ”、低コヒーレンス光の波長を“λ”、波数を“ｋ（＝２π／λ）”、フォーカスリング２５への入射波スペクトルを“Ｓ（ｋ）”とすると、分光器４２へ入射する反射光のスペクトル分布Ｉ（ｋ）は、下記式１で示される。下記式１に示される“cos(2nkd)”が反射光Ｅ１と反射光Ｅ２による表裏面干渉を示している。
【００６０】
図３（ｃ）は、図３（ｂ）のスペクトル分布をフーリエ変換した結果を示すスペクトルを簡略的に示す図である。解析装置４５を構成するパーソナルコンピュータにより、下記式１がフーリエ変換されることにより下記２式が得られ、図３（ｃ）に示されるような、２つの反射光Ｅ１，Ｅ２の光路差２ｎｄ、つまり、フォーカスリング２５内での光路長を反映したスペクトルが得られる。得られた図３（ｃ）のスペクトルからフォーカスリング２５内での光路長（光路差２ｎｄ）を求めることができ、屈折率ｎは既知であるから、厚さｄを求めることができる。なお、反射光スペクトルをフーリエ変換することによって光路長を算出する計算方法の詳細は、例えば、上記特許文献１等に記載されており、ここでの詳細な説明を省略する。
【００６１】
【数１】
2015114313.tif 000003
図４は、基板処理装置１０に設けられる第２の温度測定装置の概略構成を示すブロック図である。第２の温度測定装置５０は、所謂、マイケルソン干渉計として構成されており、低コヒーレンス光源５１、光検出器５２、２×２カプラ５３、第１のコリメータ５４、第２のコリメータ５５、参照ミラー５６及び解析装置５７を備える。低コヒーレンス光源５１と２×２カプラ５３との間の接続、光検出器５２と２×２カプラ５３の間の接続、２×２カプラ５３と第１のコリメータ５４及び第２のコリメータ５５との間の接続はそれぞれ、光ファイバケーブルを用いて行われている。
【００６２】
低コヒーレンス光源５１は、第１の温度測定装置４０を構成する低コヒーレンス光源４１と同じである。また、第１のコリメータ５４及び第２のコリメータ５５は共に、第１の温度測定装置４０を構成するコリメータ４４と同じ機能を有する。第１のコリメータ５４はフォーカスリング２５へ低コヒーレンス光を照射してその反射光を受光し、第２のコリメータ５５は参照ミラー５６へ低コヒーレンス光を照射してその反射光を受光する。
【００６３】
２×２カプラ５３は、低コヒーレンス光源５１から出力される低コヒーレンス光を２つの光路に分岐させて、一方を第１のコリメータ５４へ伝送すると共に他方を第２のコリメータ５５へ伝送する。また、２×２カプラ５３は、第１のコリメータ５４からフォーカスリング２５へ照射された低コヒーレンス光のフォーカスリング２５からの反射光と、第２のコリメータ５５から参照ミラー５６へ照射された低コヒーレンス光の参照ミラー５６からの反射光とを受光して、光検出器５２へ伝送する。
【００６４】
参照ミラー５６は、第２のコリメータ５５から照射される低コヒーレンス光の照射方向と平行な方向に不図示の駆動装置によって移動可能となっており、参照ミラー５６の移動は解析装置５７により制御される。
【００６５】
光検出器５２は、例えば、Ｇｅフォトダイオードであり、受光した反射光の干渉波形を解析装置５７へ出力する。光検出器５２から解析装置５７へ出力される干渉波形の信号はアナログ電気信号である。そのため、解析装置５７は、光検出器５２から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器から受信した干渉波形データから光路長を算出し、算出した光路長から温度を算出するパーソナルコンピュータ等の演算装置とを有する。
【００６６】
フォーカスリング２５からの反射光は、フォーカスリング２５の裏面での反射光と、フォーカスリング２５内の経路を経由した反射光とを含み、これら２つの反射光はそれぞれ、参照ミラー５６が特定の位置にあるときに参照ミラー５６からの反射光と強い干渉を示す。よって、参照ミラー５６を移動させたときの移動距離と強い干渉波形が現れる位置との関係を求めることにより、フォーカスリング２５内の低コヒーレンス光の光路長を測定することができる。
【００６７】
図５は、第２の温度測定装置５０による低コヒーレンス光を用いたフォーカスリング２５内の光路長の測定原理を説明する図である。図５（ａ）は、フォーカスリング２５における低コヒーレンス光の反射の様子を模式的に示す図であり、図３（ａ）と同じであるため、ここでの説明を省略する。反射光Ｅ１，Ｅ２の光路長はそれぞれ一定である。一方、参照ミラー５６の位置を低コヒーレンス光の入射方向と平行な方向で移動させることによって参照ミラー５６からの反射光Ｅ３（図４参照）の光路長を変化させることができ、反射光Ｅ１の光路長と反射光Ｅ３（図４参照）の光路長とが一致したとき及び反射光Ｅ２の光路長と反射光Ｅ３の光路長とが一致したときに、強い干渉が生じる。
【００６８】
図５（ｂ）は、参照ミラー５６の移動距離と光検出器５２に入射する干渉波形との関係を示す図である。参照ミラー５６がＡ点にあるときとＢ点にあるときとで強い干渉が生じたことを示す干渉波形Ｉ１，Ｉ２が現れており、干渉波形Ｉ１，Ｉ２間の距離が２つの反射光Ｅ１，Ｅ２間の光路差２ｎｄの半分（ｎｄ）に相当する。屈折率ｎは既知であるから、図５（ｂ）から、光路差２ｎｄ、つまり、フォーカスリング２５内での光路長を求めることができる。なお、干渉波形から光路長を算出する方法の詳細は、例えば、上記特許文献２等に記載されており、ここでの詳細な説明を省略する。
【００６９】
ところで、フォーカスリング２５内での低コヒーレンス光の光路長は、フォーカスリング２５を形成する材料の熱膨張率に依存して温度によって変化する。そこで、事前に黒体炉等を用いて、フォーカスリング２５内での低コヒーレンス光の光路長とフォーカスリング２５の温度との関係を測定することによって校正データを作成し、解析装置４５，５７が備えるＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ或いはハードディスクドライブ等の記憶媒体に記憶させておく。
【００７０】
図６は、フォーカスリング２５内での低コヒーレンス光の光路長と温度との関係を模式的に示す図である。この校正データは、第１の温度測定装置４０と第２の温度測定装置５０に共通して用いられる。そこで次に、フォーカスリング２５内で低コヒーレンス光が進む経路について説明する。
【００７１】
図７は、フォーカスリング２５及びカバーリング３３の構造と、フォーカスリング２５内で低コヒーレンス光が進む経路を模式的に示す図である。コリメータ４４（又は第１のコリメータ５４）からフォーカスリング２５において使用によって経時的に消耗することのない裏面に向けて照射された低コヒーレンス光は、一部は入射位置であるＰ点で反射してコリメータ４４（又は第１のコリメータ５４）に戻り（反射光Ｅ１に相当する）、また、一部はＰ点からフォーカスリング２５内に進入する。以下、Ｐ点からフォーカスリング２５内に進入した低コヒーレンス光を「進入光」と称呼する。
【００７２】
フォーカスリング２５の一部には、進入光を反射する反射面としての斜面２５ａが形成されており、進入光はフォーカスリング２５に形成された斜面２５ａのＱ点に到達する。なお、カバーリング３３が斜面２５ａを消耗から保護している。進入光の入射方向と斜面２５ａとがなす角θは４５°に設定されている。よって、進入光は、Ｑ点において水平方向（フォーカスリング２５の径方向）に進むように進路変更され、フォーカスリング２５の内径側の壁面２５ｂ（第２の反射面）のＲ点に到達する経路を進む。なお、斜面２５ａは、好ましくは鏡面とされる。
【００７３】
壁面２５ｂは厚さ方向（鉛直方向）と平行な面であり、好ましくは鏡面となっている。よって、Ｒ点に到達した進入光はＲ点で反射してＱ点に戻る経路を進む。すると、進入光は、Ｑ点において鉛直方向（フォーカスリング２５の厚さ方向）に向かうように進路変更され、Ｐ点を経由して、反射光（反射光Ｅ２に相当する）としてコリメータ４４（又は第１のコリメータ５４）に入射する。
【００７４】
よって、進入光のフォーカスリング２５内での光路長は、Ｐ点→Ｑ点→Ｒ点→Ｑ点→Ｐ点に至る実際の距離にフォーカスリング２５を形成する材料の屈折率を乗算することによって求められる。そして、フォーカスリング２５の温度が変化すると、熱膨張によってフォーカスリング２５内での光路長が変化する。したがって、図６に示した校正データを取得する際には、図６の縦軸に取られている光路長として、図７に示すＰ点→Ｑ点→Ｒ点→Ｑ点→Ｐ点に至る光路長を測定しておけばよい。
【００７５】
図２の温度測定装置４０及び図４の温度測定装置５０のいずれを用いても、図３及び図５を参照して説明した反射光Ｅ１，Ｅ２間の光路差として、図７に示すＰ点→Ｑ点→Ｒ点→Ｑ点→Ｐ点に至る光路長を、基板処理装置１０の稼働中に測定することができる。よって、温度測定装置４０，５０により測定した光路長と図６に示した校正データとから、例えば、プラズマエッチング処理中のフォーカスリング２５の温度や温度変化を知ることができる。
【００７６】
図８は、上部電極板２７及びチャンバ１１において上部電極板２７を支持する部分の構造と、上部電極板２７内で低コヒーレンス光が進む経路を模式的に示す図である。上部電極板２７は、例えば、フォーカスリング２５と同じシリコンで形成されているため、フォーカスリング２５の温度を測定した場合と同様にして、例えば、プラズマ発生中の上部電極板２７の温度を測定することができる。
【００７７】
即ち、上部電極板２７の場合には、経時的に消耗しない面は上面となるため、図８に示すように、低コヒーレンス光は、上部電極板２７の上面へ向けて、上面と直交する方向から照射される。上部電極板２７にも、低コヒーレンス光（進入光）の入射方向と４５°で交差する斜面が設けられており、上部電極板２７内での進入光の経路は、Ｐ点→Ｑ点→Ｒ点→Ｑ点→Ｐ点に至る経路となる。よって、この経路の距離（実際の距離）に上部電極板２７を形成する材料の屈折率を乗算することによって、進入光の光路長を求めることができる。
【００７８】
なお、Ｒ点は、図８の例では、上部電極板２７においてＰ点と径方向において対向する点である。上部電極板２７には多数のガス孔３０が設けられるが、Ｑ点とＲ点とを結ぶ線上にはガス孔３０が形成されないようにする必要がある。
【００７９】
図９は、フォーカスリング２５を例にして、進入光の光路長が短くなるように変形した例を示す図である。進入光の光路長を短くすることによって、進入光の減衰を抑制することができ、第１の温度測定装置４０では強い反射光スペクトルを得ることができ、第２の温度測定装置５０では強い干渉波形を得ることができる。
【００８０】
ここで、第１の温度測定装置４０では、進入光の光路長の測定限界が分光器４２の分解能に依存する。そのため、進入光の光路長を短くすることによって、第１の温度測定装置４０の適用範囲を広げることができる。また、第２の温度測定装置５０では、参照ミラー５６のスキャン時間を短縮して、効率のよい温度測定を行うことができるようになる。
【００８１】
図９についての説明では、フォーカスリング６１〜６３の構造とフォーカスリング６１〜６３内で進入光が進む経路についてのみ説明することとする。
【００８２】
図９（ａ）に示すフォーカスリング６１は、図７に示すフォーカスリング２５の外周側に径方向（水平方向）と角度θ＝４５°で交差する第１のスリット７１を設けると共に、第１のスリット７１の内側に厚さ方向（鉛直方向）と平行な第２のスリット７２を設けた構造を有する。進入光の入射方向と第１のスリット７１とのなす角は４５°となるように設定され、フォーカスリング６１内では、進入光は、Ｐ点→Ｑ点→Ｒ点→Ｑ点→Ｐ点の経路を進む。Ｑ点がある第１のスリット７１の内径側の面７１ａとＲ点がある第２のスリット７２の外径側の面７２ａは、好ましくは、反射効率を高めるために鏡面とされる。
【００８３】
なお、フォーカスリング６１では、外側に第１のスリット７１を設け、内側に第２のスリットを設けているが、これらの位置は逆であってもよい。その場合、第１のスリット７１を、水平方向となす角は４５°のままで、傾斜方向を逆（水平方向で対称）にすればよい。
【００８４】
図９（ｂ）に示すフォーカスリング６２は、図７に示すフォーカスリング２５の外周側に水平方向と平行なスリット７３を設けた構造を有する。フォーカスリング６２内では、進入光は、Ｐ点→Ｑ点→Ｐ点の経路を進む。なお、Ｑ点があるスリット７３の下側（コリメータ４４側）の面７３ａは、好ましくは、反射効率を高めるために鏡面とされる。なお、フォーカスリング６２の外周にはカバーリング６４が配置されている。カバーリング６４は、スリット７３の下面へのデポの堆積等を防止する。図９（ｂ）では、スリット７３をカバーリング６４にまで延設しているが、カバーリング６４には必ずしもスリットは必要ではない。
【００８５】
図９（ｃ）に示すフォーカスリング６３は、厚さ方向と平行な外周壁を有し、その内側にスリット７４が厚さ方向と平行となるように形成された構造を有する。フォーカスリング６３の外周にカバーリング６５が配置されており、カバーリング６５の内周面には、低コヒーレンス光をフォーカスリング６３の外周壁に入射させるための斜面６５ａが設けられている。
【００８６】
低コヒーレンス光は、コリメータ４４（又は第１のコリメータ５４）からカバーリング６５の斜面６５ａに向けて照射され、斜面６５ａのＳ点でフォーカスリング６３の外周壁に向かうように進路変更され、Ｐ点からフォーカスリング６３に入射する。進入光は、フォーカスリング６３内でＰ点→Ｑ点→Ｐ点の経路を進み、その後、フォーカスリング６３への入射経路を逆に進んで、コリメータ４４（又は第１のコリメータ５４）へ入射する。なお、Ｑ点があるスリット７４の外径側の面７４ａとカバーリング６５の斜面６５ａは共に、好ましくは、反射効率を高めるために鏡面とされる。
【００８７】
図９（ａ）〜（ｃ）に示すような、低コヒーレンス光が進む経路の変更は、上部電極板２７についても同様に適用することができる。
【００８８】
以上の説明の通り、本発明の実施の形態によれば、低コヒーレンス光の光干渉を利用してチャンバ１１内に配置されたフォーカスリング２５や上部電極板２７のように使用によって経時的に消耗する部材の温度を測定するために部材内での低コヒーレンス光の光路長を求める際に、部材において消耗する面を反射光を得るための反射面として用いないように部材内に低コヒーレンス光が進む経路を設定する。これにより部材の消耗によって部材内での光路長が変化することがないため、常に、温度の変化に依存する光路長を測定することができ、これにより部材の正確な温度を測定することができるようになる。
【００８９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、温度測定対象物は、フォーカスリング２５と上部電極板２７に限定されるものではなく、低コヒーレンス光を透過する材料で構成された部材であれば、本発明を適用することができ、例えば、ウエハＷの温度を測定することも可能である。その場合、フォーカスリング２５の内周面に、図９（ｃ）のカバーリング６５が有する斜面６５ａと同様の斜面を設け、ウエハＷの側面から低コヒーレンス光をウエハＷへ入射させればよい。
【００９０】
また、上記の実施形態では、部材に対する低コヒーレンス光の入射方向に対して４５°で交差する斜面を設けることによって、低コヒーレンス光を部材内へ導く構成としたが、これに限定されることなく、低コヒーレンス光の入射方向に対して設ける斜面の角度は、部材の形状に応じて、適宜、好適な角度に設定することができる。
【００９１】
上述した本発明の実施の形態に係る温度測定方法は、プラズマエッチング或いプラズマアッシングのようにチャンバ１１内に配置された部材を消耗させる基板処理装置に限定されず、使用により経時的に部材に異物が堆積するような処理を行う基板処理装置、例えば、プラズマＣＶＤ成膜等を行う基板処理装置にも適用することができる。この場合、異物が堆積する部材において異物が堆積する面での低コヒーレンス光を反射させることのないように、低コヒーレンス光を照射し、反射させる面を設定すればよい。
【００９２】
更に、基板処理装置で処理される基板もウエハＷに限定されるものではない。例えば、本発明に係る基板処理装置は、ウエハＷ以外の基板であるＦＰＤ（Flat Panel Display）用ガラス基板やフォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等を処理する基板処理装置であってもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１０    基板処理装置
２５    フォーカスリング
２５ａ，６５ａ    斜面（反射面）
２７    上部電極板
３３，６５    カバーリング
４０    第１の温度測定装置
４１，５１    低コヒーレンス光源
４２    分光器
４３    光サーキュレータ
４４    コリメータ
４５，５７    解析装置
５０    第２の温度測定装置
５２    光検出器
５３    ２×２カプラ
５４    第１のコリメータ
５５    第２のコリメータ
５６    参照ミラー
６１，６２，６３    フォーカスリング
７１    第１のスリット
７２    第２のスリット
７３，７４    スリット
【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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