(57)【要約】【課題】処理室内に配置されたセラミックス部材の厚さを所望の機会に測定可能とする。【解決手段】真空雰囲気に保持されるチャンバ１１の内部に配置されたセラミックス部材３５の厚さを測定する厚さ・温度測定装置５０は、テラヘルツ波を出力するテラヘルツ波発生ユニット５１と、入力されたテラヘルツ波を解析するテラヘルツ波解析ユニット５３と、テラヘルツ波発生ユニット５１から出力されるテラヘルツ波をセラミックス部材３５へ導くと共に、セラミックス部材３５からの反射波をテラヘルツ波解析ユニット５３へ導くハーフミラー５２を有する光学系とを備える。テラヘルツ波解析ユニット５３は、セラミックス部材３５からの反射波スペクトルをフーリエ変換することにより、セラミックス部材３５の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求め、求めた光路差からセラミックス部材３５の厚さｄを求める。【選択図】図２
2015122354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気に保持されるチャンバの内部に配置されたセラミックス部材の少なくとも厚さを測定する厚さ・温度測定装置であって、
テラヘルツ波を出力するテラヘルツ波発生ユニットと、
入力されたテラヘルツ波を解析するテラヘルツ波解析ユニットと、
前記テラヘルツ波発生ユニットから出力されるテラヘルツ波を前記セラミックス部材へ導くと共に、前記セラミックス部材からの反射波を前記テラヘルツ波解析ユニットへ導く光学系とを備え、
前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求め、前記光路差に基づいて前記セラミックス部材の厚さを測定することを特徴とする厚さ・温度測定装置。
【請求項２】
前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材からの反射波スペクトルをフーリエ変換して前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求めることを特徴とする請求項１記載の厚さ・温度測定装置。
【請求項３】
テラヘルツ波を反射する参照ミラーと、
前記参照ミラーを前記テラヘルツ波の入射方向と平行な方向に移動させる駆動装置とを備え、
前記光学系は更に、前記テラヘルツ波発生ユニットから出力されるテラヘルツ波を前記参照ミラーへ導くと共に前記参照ミラーからの反射波を前記テラヘルツ波解析ユニットへ導き、
前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記参照ミラーを移動させたときの前記参照ミラーの移動距離と、前記セラミックス部材の表面からの反射波及び裏面からの反射波と前記参照ミラーからの反射波との干渉により得られる干渉波形とに基づいて、前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求めることを特徴とする請求項１記載の厚さ・温度測定装置。
【請求項４】
前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の厚さと温度との相関関係を示すデータを保持する記憶デバイスを備え、測定した前記セラミックス部材の厚さと前記データとから前記セラミックス部材の温度を測定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の厚さ・温度測定装置。
【請求項５】
前記光学系は、前記テラヘルツ波発生ユニットから出力されるテラヘルツ波を光路長の等しい２つの経路に分岐させて、前記２つの経路を進む各テラヘルツ波を前記セラミックス部材の異なる部位に導くと共に前記異なる部位からの各反射波を前記テラヘルツ波解析ユニットへ導き、
前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の前記異なる部位からの反射波スペクトルをフーリエ変換して、前記セラミックス部材の前記異なる部位の各裏面からの反射波の光路差を求め、前記光路差に基づいて前記異なる部位の厚さの差を測定することを特徴とする請求項１記載の厚さ・温度測定装置。
【請求項６】
真空雰囲気に保持されるチャンバの内部に配置されたセラミックス部材の少なくとも厚さを測定する厚さ・温度測定方法であって、
テラヘルツ波を前記セラミックス部材へ入射させるステップと、
前記セラミックス部材に入射したテラヘルツ波の前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求めるステップと、
前記光路差から前記セラミックス部材の厚さを測定することを特徴とする厚さ・温度測定方法。
【請求項７】
前記光路差は、前記セラミックス部材からの反射波スペクトルをフーリエ変換することにより求められることを特徴とする請求項６記載の厚さ・温度測定方法。
【請求項８】
テラヘルツ波を反射する参照ミラーに対してテラヘルツ波を入射させ、
前記参照ミラーを前記テラヘルツ波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の移動距離と、前記参照ミラーからの前記テラヘルツ波の反射波と前記セラミックス部材の表面からの反射波及び裏面からの反射波との干渉波形とに基づいて、前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求めることを特徴とする請求項６記載の厚さ・温度測定方法。
【請求項９】
前記セラミックス部材の厚さと温度との相関関係を示す予め求められたデータと前記セラミックス部材の厚さとから、前記セラミックス部材の温度を測定することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の厚さ・温度測定方法。
【請求項１０】
内部に基板を載置する載置台が配置され、前記載置台に載置された基板に対して真空雰囲気において所定の処理を施すチャンバと、前記チャンバの内部に配置されたセラミックス部材と、テラヘルツ波を前記チャンバの内部へ導入するためにテラヘルツ波を透過する材料で構成されて前記チャンバに設けられた窓部とを備える基板処理装置と、
前記セラミックス部材の少なくとも厚さを測定する厚さ・温度測定装置とを備える基板処理システムであって、
前記厚さ・温度測定装置は、
テラヘルツ波を出力するテラヘルツ波発生ユニットと、
入力されたテラヘルツ波を解析するテラヘルツ波解析ユニットと、
前記テラヘルツ波発生ユニットから出力されるテラヘルツ波を前記窓部を通して前記チャンバの内部の前記セラミックス部材へ導くと共に、前記セラミックス部材からの反射波を前記窓部を通して前記テラヘルツ波解析ユニットへ導く光学系とを有し、
前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求め、前記光路差に基づいて前記セラミックス部材の厚さを測定することを特徴とする基板処理システム。
【請求項１１】
前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の厚さと温度との相関関係を示すデータを保持する記憶デバイスを備え、測定した前記セラミックス部材の厚さと前記データとから前記セラミックス部材の温度を測定することを特徴とする請求項１０記載の基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材の厚さや消耗量、温度を測定する厚さ・温度測定装置、厚さ・温度測定方法、及び、厚さ・温度測定装置を基板処理装置に適用してなる基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハに対してプラズマエッチング処理等を施す基板処理装置では、半導体ウエハが収容される処理室（チャンバ）の内部には様々な材質からなる部材が配置されており、その中にはプラズマによって消耗するものがある。そのため、消耗した部材の交換時期等を知ること等を目的として、部材の消耗量を測定するための技術が、種々、提案されている。
【０００３】
例えば、処理室内の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、表面からの反射光と参照光との干渉及び裏面からの反射光と参照光との干渉を利用してフォーカスリングの厚さを測定し、測定された厚さから消耗量を算出する消耗量測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された技術は、低コヒーレンス光が照射される部材の表面からの反射光と裏面からの反射光との光路差が、部材の温度に応じた熱膨張によって変化することを利用しており、この原理を利用して、低コヒーレンス光を用いて部材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）。
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載された消耗量測定方法や上記特許文献２に記載された温度測定方法は、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる部材のように、低コヒーレンス光の波長に対して透過性を有する材料からなる部材に対して適用することはできるが、低コヒーレンス光に対して不透明なセラミックス等の材料からなる部材の厚さや消耗量、温度の測定には用いることができない。
【０００５】
そのため、セラミックス部材については、処理室から測定対象部材を取り出して、三次元測定器を用いて厚さや消耗量を測定することが一般的である。また、セラミックス基材の表面にセラミックス膜が形成された部材におけるセラミックス膜厚の測定に、超音波回折法を用いることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２７０６３号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０４６１号公報
【特許文献３】特開２００４−３３３３６６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、上記の三次元測定器による厚さ測定や超音波回折法を用いる厚さ測定は、接触式の測定方法であるため、処理室内にセラミックス部材が組み込まれた状態では行うことができないという問題がある。この場合、処理室内を大気圧に開放し、処理室内からセラミックス部材を取り出し、処理室外でセラミックス部材の厚さ測定を行い、厚さ測定後にセラミックス部材を処理室内に戻した後、処理室内の真空雰囲気に戻す必要があるため、基板処理装置の稼働率が大幅に低下することになる。また、三次元測定器や超音波回折法では、処理室内に組み込まれた状態にあるセラミックス部材の温度を測定することができない。
【０００８】
本発明の目的は、処理室内に配置されたセラミックス部材等の厚さや消耗量、温度を所望の機会に測定することができる厚さ・温度測定装置及び厚さ・温度測定方法と、厚さ・温度測定装置を基板処理装置に適用してなる基板処理システムを提供することにある。
【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記載の厚さ・温度測定装置は、真空雰囲気に保持されるチャンバの内部に配置されたセラミックス部材の少なくとも厚さを測定する厚さ・温度測定装置であって、テラヘルツ波を出力するテラヘルツ波発生ユニットと、入力されたテラヘルツ波を解析するテラヘルツ波解析ユニットと、前記テラヘルツ波発生ユニットから出力されるテラヘルツ波を前記セラミックス部材へ導くと共に、前記セラミックス部材からの反射波を前記テラヘルツ波解析ユニットへ導く光学系とを備え、前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求め、前記光路差に基づいて前記セラミックス部材の厚さを測定することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の厚さ・温度測定装置は、請求項１記載の厚さ・温度測定装置において、前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材からの反射波スペクトルをフーリエ変換して前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求めることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の厚さ・温度測定装置は、請求項１記載の厚さ・温度測定装置において、テラヘルツ波を反射する参照ミラーと、前記参照ミラーを前記テラヘルツ波の入射方向と平行な方向に移動させる駆動装置とを備え、前記光学系は更に、前記テラヘルツ波発生ユニットから出力されるテラヘルツ波を前記参照ミラーへ導くと共に前記参照ミラーからの反射波を前記テラヘルツ波解析ユニットへ導き、前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記参照ミラーを移動させたときの前記参照ミラーの移動距離と、前記セラミックス部材の表面からの反射波及び裏面からの反射波と前記参照ミラーからの反射波との干渉により得られる干渉波形とに基づいて、前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の厚さ・温度測定装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の厚さ・温度測定装置において、前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の厚さと温度との相関関係を示すデータを保持する記憶デバイスを備え、測定した前記セラミックス部材の厚さと前記データとから前記セラミックス部材の温度を測定することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の厚さ・温度測定装置は、請求項１記載の厚さ・温度測定装置において、前記光学系は、前記テラヘルツ波発生ユニットから出力されるテラヘルツ波を光路長の等しい２つの経路に分岐させて、前記２つの経路を進む各テラヘルツ波を前記セラミックス部材の異なる部位に導くと共に前記異なる部位からの各反射波を前記テラヘルツ波解析ユニットへ導き、前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の前記異なる部位からの反射波スペクトルをフーリエ変換して、前記セラミックス部材の前記異なる部位の各裏面からの反射波の光路差を求め、前記光路差に基づいて前記異なる部位の厚さの差を測定することを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項６記載の厚さ・温度測定方法は、真空雰囲気に保持されるチャンバの内部に配置されたセラミックス部材の少なくとも厚さを測定する厚さ・温度測定方法であって、テラヘルツ波を前記セラミックス部材へ入射させるステップと、前記セラミックス部材に入射したテラヘルツ波の前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求めるステップと、前記光路差から前記セラミックス部材の厚さを測定することを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の厚さ・温度測定方法は、請求項６記載の厚さ・温度測定方法において、前記光路差は、前記セラミックス部材からの反射波スペクトルをフーリエ変換することにより求められることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の厚さ・温度測定方法は、請求項６記載の厚さ・温度測定方法において、テラヘルツ波を反射する参照ミラーに対してテラヘルツ波を入射させ、前記参照ミラーを前記テラヘルツ波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の移動距離と、前記参照ミラーからの前記テラヘルツ波の反射波と前記セラミックス部材の表面からの反射波及び裏面からの反射波との干渉波形とに基づいて、前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求めることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の厚さ・温度測定方法は、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の厚さ・温度測定方法において、前記セラミックス部材の厚さと温度との相関関係を示す予め求められたデータと前記セラミックス部材の厚さとから、前記セラミックス部材の温度を測定することを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項１０記載の基板処理システムは、内部に基板を載置する載置台が配置され、前記載置台に載置された基板に対して真空雰囲気において所定の処理を施すチャンバと、前記チャンバの内部に配置されたセラミックス部材と、テラヘルツ波を前記チャンバの内部へ導入するためにテラヘルツ波を透過する材料で構成されて前記チャンバに設けられた窓部とを備える基板処理装置と、前記セラミックス部材の少なくとも厚さを測定する厚さ・温度測定装置とを備える基板処理システムであって、前記厚さ・温度測定装置は、テラヘルツ波を出力するテラヘルツ波発生ユニットと、入力されたテラヘルツ波を解析するテラヘルツ波解析ユニットと、前記テラヘルツ波発生ユニットから出力されるテラヘルツ波を前記窓部を通して前記チャンバの内部の前記セラミックス部材へ導くと共に、前記セラミックス部材からの反射波を前記窓部を通して前記テラヘルツ波解析ユニットへ導く光学系とを有し、前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の表面からの反射波と裏面からの反射波との間の光路差を求め、前記光路差に基づいて前記セラミックス部材の厚さを測定す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１０記載の基板処理システムにおいて、前記テラヘルツ波解析ユニットは、前記セラミックス部材の厚さと温度との相関関係を示すデータを保持する記憶デバイスを備え、測定した前記セラミックス部材の厚さと前記データとから前記セラミックス部材の温度を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る厚さ・温度測定装置は、テラヘルツ波を用いることにより、チャンバ内に配置されたセラミックス部材等の厚さや消耗量、温度を測定することが可能になるため、測定されたセラミックス部材の厚さや消耗量から、セラミックス部材の交換時期等を知ることができる。よって、従来のように、セラミックス部材を定期的に基板処理装置の内部から取り出して厚さを測定する等の作業が不要になるため、基板処理装置の稼働率を高めて、生産性を向上させることができる。
【００２１】
また、各セラミックス部材がチャンバ（処理室）内で目的とする温度となっているか否か等を確認することができるため、温度情報を、例えば、基板処理装置における処理条件の調整に用いることにより、より適切な条件での処理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る厚さ・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の基板処理装置に取り付けられる第１の厚さ・温度測定装置の概略構成を示す図である。
【図３】図２の厚さ・温度測定装置によるテラヘルツ波を用いた厚さ・温度測定の原理を説明する図である。
【図４】図１の基板処理装置に取り付けられる第２の厚さ・温度測定装置の概略構成を示す図である。
【図５】図４の第２の厚さ・温度測定装置よるテラヘルツ波を用いた厚さ・温度測定の原理を説明する図である。
【図６】図１の基板処理装置に取り付けられる消耗量測定装置の概略構成を示す図である。
【図７】図６の消耗量測定装置における、テラヘルツ波を用いた消耗量測定の原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、本発明に係る厚さ・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てなる基板処理システムを取り上げることとする。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係る厚さ・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。
【００２５】
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。
【００２６】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、円環状の部材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。
【００３１】
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）等のセラミックス）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。
【００３２】
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を有する円板状部材からなり、半導電体であるシリコンで構成される。
【００３３】
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を介して処理室１５内部へ導入される。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。
【００３４】
上記の通りに構成された基板処理装置１０では、チャンバ１１内に配置されたセラミックス部材、例えば、カバーリング３３や、チャンバ１１の内壁材として用いられる不図示のイットリア溶射膜等のセラミックス部材の厚さや消耗量、温度を測定するために、チャンバ１１の側壁の一部に、テラヘルツ波をチャンバ１１内に導入するための窓部３４が設けられている。窓部３４は、テラヘルツ波を透過する材料、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる。
【００３５】
次に、チャンバ１１内に配置されたセラミックス部材の厚さや消耗量、温度を測定するために基板処理装置１０に取り付けられる厚さ・温度測定装置について説明する。
【００３６】
本実施の形態では、テラヘルツ波を用いて、セラミックス部材の厚さや消耗量、温度を測定する。テラヘルツ波は、周波数が概ね１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ、波長にして概ね数百ミクロンの電磁波であり、より波長の短い赤外線や可視光が透過することのできないセラミックス等の物質を透過することができる性質を有する。一方で、テラヘルツ波は、赤外光や可視光等のような光と同様の性質を有するため、赤外光や可視光等を用いる従来の光干渉計と同様の構成で干渉計を構成することができる。
【００３７】
以下に、図２及び図３を参照して第１の厚さ・温度測定装置について、図４及び図５を参照して第２の厚さ・温度測定装置について、それぞれ説明する。
【００３８】
図２は、基板処理装置１０に取り付けられる第１の厚さ・温度測定装置の概略構成を示す図である。第１の厚さ・温度測定装置５０は、テラヘルツ波発生ユニット５１、ハーフミラー５２及びテラヘルツ波解析ユニット５３を備える。テラヘルツ波発生ユニット５１、ハーフミラー５２及びテラヘルツ波解析ユニット５３は、チャンバ１１外に配置される。
【００３９】
テラヘルツ波発生ユニット５１は、テラヘルツ波の発生に必要な各種要素を含む。テラヘルツ波発生ユニット５１の各種要素としては、テラヘルツ波発生素子（例えば、低温成長ＧａＡｓ上に作成されたテラヘルツ波発生用光伝導素子）、テラヘルツ波発生素子にバイアス電圧を印加するバイアス電源、テラヘルツ波の励起光としてテラヘルツ波発生素子に入力されるレーザ光の光源であるフェムト秒レーザ光源、フェムト秒レーザ光源から出力されたレーザ光をテラヘルツ波発生素子へ入力する前段で集光する集光レンズ、テラヘルツ波発生素子から出力されたテラヘルツ波の投光用レンズ等が挙げられる。
【００４０】
ハーフミラー５２は、テラヘルツ波発生ユニット５１から出力されるテラヘルツ波を、チャンバ１１の側壁に設けられた窓部３４を通じてチャンバ１１内に配置されたセラミックス部材３５に導き、セラミックス部材３５の表面及び裏面からの反射波をテラヘルツ波解析ユニット５３へと導く光学系を構成する部材である。
【００４１】
なお、テラヘルツ波は、光ファイバによる伝送を行うことができないため、窓部３４を通じてチャンバ１１内に導く構成としている。図１には不図示であるが、チャンバ１１内に導入されたテラヘルツ波を測定対象のセラミックス部材３５へ導くために、処理室１５内で生成するプラズマに悪影響を与えない範囲内で、処理室１５内には必要に応じて、楕円面ミラーや放物面ミラー等の各種光学部材が配置される。これらの光学部材は、チャンバ１１内で使用（測定）位置と待避位置との間で移動可能に構成されていてもよい。
【００４２】
テラヘルツ波解析ユニット５３は、入力されたテラヘルツ波であるセラミックス部材３５からの反射波の分光（検出）と解析に必要な各種要素を含む。テラヘルツ波解析ユニット５３の各種要素としては、セラミックス部材３５からの反射波を集光する集光レンズ、集光レンズを通して受光したテラヘルツ波（反射波）を分光するテラヘルツ波検出素子（例えば、低温成長ＧａＡｓ上に作成されたテラヘルツ波検出用光伝導素子）、テラヘルツ波検出素子からの出力信号を解析するコンピュータ等が挙げられる。
【００４３】
図３は、第１の厚さ・温度測定装置５０における、テラヘルツ波を用いた厚さ・温度測定の原理を説明する図である。図３（ａ）は、セラミックス部材３５におけるテラヘルツ波の反射の様子を模式的に示す図である。セラミックス部材３５の屈折率を“ｎ”、厚さを“ｄ”とする。ここで、セラミックス部材３５においてテラヘルツ波が照射される部分では、表面と裏面とが平行であることが必要である。
【００４４】
セラミックス部材３５に照射されたテラヘルツ波の一部は、セラミックス部材３５の表面で反射し（反射波Ｅ１）、テラヘルツ波解析ユニット５３へ入射する。また、セラミックス部材３５を透過した光の一部は、セラミックス部材３５の裏面で反射し（反射波Ｅ２）、テラヘルツ波解析ユニット５３へ入射する。よって、反射波Ｅ１と反射波Ｅ２との間には２ｎｄ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、より高次の反射波も生じるが、ここでは説明を省略することとする。
【００４５】
図３（ｂ）は、テラヘルツ波解析ユニット５３（のテラヘルツ波検出素子）へ入射する反射波のスペクトル分布（波数ｖｓ強度）を模式的に示す図である。セラミックス部材３５の表面及び裏面での反射率を“Ｒ”、テラヘルツ波の波長を“λ”、波数を“ｋ（＝２π／λ）”、セラミックス部材３５へのテラヘルツ波の入射波スペクトルを“Ｓ（ｋ）”とすると、テラヘルツ波解析ユニット５３へ入射する反射波のスペクトル分布Ｉ（ｋ）は、下記式１で示される。下記式１に示される“cos(2nkd)”が反射波Ｅ１と反射波Ｅ２による表裏面干渉を示している。
【００４６】
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。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。テラヘルツ波解析ユニット５３を構成する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）に示されるような光路差２ｎｄを反映したスペクトルが得られる。得られた図３（ｃ）のスペクトルから光路差２ｎｄを求めることができ、また、屈折率ｎは既知であるから、セラミックス部材３５の厚さｄを求めることができる。
【００４７】
ここで、セラミックス部材３５について、図３（ｄ）に示すようなセラミックス部材３５の光路差２ｎｄ（又は厚さｄ）と温度との相関関係を示すデータ（グラフ又はテーブル）を予め黒体炉等を用いて求めて、テラヘルツ波解析ユニット５３を構成するコンピュータが備える半導体メモリ或いはハードディスクドライブ等の記憶デバイスに保持させておく。セラミックス部材３５の厚さは熱膨張係数に依存して温度によって変化するため、セラミックス部材３５の温度が変化すると厚さｄが変化し、光路差２ｎｄも変化する。よって、光路差２ｎｄを測定することにより、求めた光路差２ｎｄ（又は厚さｄ）と図３（ｄ）のグラフとから、セラミックス部材３５の温度を知ることができる。
【００４８】
【数１】
2015122354.tif 000003
【００４９】
次に、第２の厚さ・温度測定装置について説明する。図４は、基板処理装置１０に取り付けられる第２の厚さ・温度測定装置の概略構成を示す図である。上述した第１の厚さ・温度測定装置５０は、反射波スペクトルをフーリエ変換することによって光路差２ｎｄを求めたが、図４の第２の厚さ・温度測定装置６０は、所謂、マイケルソン干渉計を構成することにより光路差２ｎｄ（又はその半分（ｎｄ））を求めるものである。
【００５０】
第２の厚さ・温度測定装置６０は、テラヘルツ波発生ユニット６１、ハーフミラー６２、テラヘルツ波解析ユニット６３及び参照ミラー６４を備える。テラヘルツ波発生ユニット６１は、第１の厚さ・温度測定装置５０が備えるテラヘルツ波発生ユニット５１と同じである。
【００５１】
ハーフミラー６２は、テラヘルツ波発生ユニット６１から出力されるテラヘルツ波の一部を、チャンバ１１の側壁に設けられた窓部３４を通じてチャンバ１１内に配置されたセラミックス部材３５へ導くと共に、セラミックス部材３５の表面及び裏面からの反射波を、テラヘルツ波解析ユニット６３へ導く。また、ハーフミラー６２は、テラヘルツ波発生ユニット６１から出力されるテラヘルツ波の一部を参照ミラー６４へ導き、参照ミラー６４からの反射波をテラヘルツ波解析ユニット６３へ導く。
【００５２】
参照ミラー６４は、駆動装置６５により、テラヘルツ波の入射方向と平行な方向に移動自在となっている。テラヘルツ波解析ユニット６３は、コンピュータによる解析方法が、第１の厚さ・温度測定装置５０が備えるテラヘルツ波解析ユニット５３と異なることを除いて、テラヘルツ波解析ユニット５３と同等の構成を有する。なお、参照ミラー６４を進退させる駆動装置６５は、テラヘルツ波解析ユニット６３を構成するコンピュータにより駆動制御される。
【００５３】
図５は、第２の厚さ・温度測定装置６０における、テラヘルツ波を用いた厚さ・温度測定の原理を説明する図である。図５（ａ）は、セラミックス部材３５におけるテラヘルツ波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。
【００５４】
第２の厚さ・温度測定装置６０では、参照ミラー６４の位置をテラヘルツ波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６４からの反射波Ｅ３（図４参照）の光路長を変化させることができる。第２の厚さ・温度測定装置６０では、ハーフミラー６２からセラミックス部材３５に照射され、セラミックス部材３５の表面で反射してハーフミラー６２に戻るまでの反射波Ｅ１の光路長と、ハーフミラー６２から参照ミラー６４に照射され、参照ミラー６４の表面で反射してハーフミラー６２に戻るまでの反射波Ｅ３の光路長とが一致したとき、及び、ハーフミラー６２からセラミックス部材３５に照射され、セラミックス部材３５に入射した後にその裏面で反射してハーフミラー６２に戻るまでの反射波Ｅ２の光路長と、ハーフミラー６２から参照ミラー６４に照射され、参照ミラー６４の表面で反射してハーフミラー６２に戻るまでの反射波Ｅ３の光路長とが一致したときのそれぞれで、強い干渉が生じる。
【００５５】
図５（ｂ）は、参照ミラー６４の移動距離とテラヘルツ波解析ユニット６３に入射するテラヘルツ波の干渉波形との関係を示す図である。参照ミラー６４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ている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（又はその半分（ｎｄ））を求めることにより、セラミックス部材３５の厚さｄを求めることができる。
【００５６】
なお、第１の厚さ・温度測定装置５０と同様に、テラヘルツ波解析ユニット６３を構成するコンピュータに、セラミックス部材３５について予め測定した図３（ｄ）に示す光路長と温度との相関関係を示すグラフ（又はテーブル）を保持させておき、光路差２ｎｄ（又はその半分（ｎｄ））を測定することにより、セラミックス部材３５の温度を測定することができる。
【００５７】
上記の説明の通り、第１の厚さ・温度測定装置５０及び第２の厚さ・温度測定装置６０によれば、チャンバ１１内に配置されたセラミックス部材３５の厚さや温度を、チャンバ１１内からセラミックス部材３５を取り出すことなく非接触で測定することができるため、測定されたセラミックス部材３５の厚さから、セラミックス部材３５の交換時期等を知ることができる。よって、従来のように、セラミックス部材３５を定期的にチャンバ１１内から取り出して厚さを測定する等の作業が不要になるため、基板処理装置１０の稼働率を高めて、生産性を向上させることができる。また、セラミックス部材３５が目的とする温度となっているか否か等を確認することができるため、取得した温度情報に基づいて、例えば、基板処理装置１０における処理条件を調整することにより、より適切な条件でのプラズマエッチング処理を行い、品質を高めることができる。
【００５８】
次に、第１の厚さ・温度測定装置５０の変形例である消耗量測定装置について説明する。図６は、基板処理装置１０に取り付けられる消耗量測定装置の概略構成を示す図である。消耗量測定装置７０は、テラヘルツ波発生ユニット７１、第１のハーフミラー７２ａ、第２のハーフミラー７２ｂ、テラヘルツ波解析ユニット７３、ミラー群７４ａ及びミラー７４ｂを備える。
【００５９】
テラヘルツ波発生ユニット７１は、第１の厚さ・温度測定装置５０が備えるテラヘルツ波発生ユニット５１と同じである。テラヘルツ波解析ユニット７３は、第１の厚さ・温度測定装置５０が備えるテラヘルツ波解析ユニット５３と同等である。
【００６０】
第１のハーフミラー７２ａ、第２のハーフミラー７２ｂ、ミラー群７４ａ及びミラー７４ｂは、テラヘルツ波発生ユニット７１から出力されるテラヘルツ波を光路長の等しい２つの経路に分岐させてセラミックス部材３５ａの異なる部位へ導くと共に、各部位からの反射波をテラヘルツ波解析ユニット７３へ導く光学系を構成する。
【００６１】
具体的には、第１のハーフミラー７２ａは、テラヘルツ波発生ユニット７１から出力されるテラヘルツ波を２つの経路に分岐させる。ミラー群７４ａは、第１のハーフミラー７２ａで分岐した２つの各経路を進むテラヘルツ波のセラミックス部材３５ａの表面までの光路長を等しくする役割を果たす。第２のハーフミラー７２ｂは、第１のハーフミラー７２ａで分岐した２つの各経路を進むテラヘルツ波をセラミックス部材３５ａへ導くと共に、セラミックス部材３５ａからの各反射波をテラヘルツ波解析ユニット７３へ導くために、各反射波の進路を変更する。ミラー７４ｂは、セラミックス部材３５ａの表面で反射した各反射波がテラヘルツ波解析ユニット７３に入射するまでの光路長を等しくする。
【００６２】
図７は、消耗量測定装置７０における、テラヘルツ波を用いた消耗量測定の原理を説明する図である。図７（ａ）は、セラミックス部材３５ａに対するテラヘルツ波の入射と反射を模式的に示す図である。セラミックス部材３５ａは、例えば、プラズマにより裏面の一部が消耗しており、厚さが当初厚さｄから消耗量Δｄだけ薄くなっている。２つの経路でセラミックス部材３５ａに入射するテラヘルツ波は、一方は消耗しない領域へ入射するようにし、他方は消耗する領域へ入射するようにする。
【００６３】
これにより、セラミックス部材３５ａの裏面で反射する２つの反射波Ｅ２，Ｅ４間に２ｎΔｄだけの光路差が生じる。但し、セラミックス部材３５ａにおける裏面においてテラヘルツ波が反射する領域は、セラミックス部材３５ａの表面と平行になっているとみなすことができることを前提とする。
【００６４】
図７（ｂ）は、テラヘルツ波解析ユニット７３に入射する反射波をフーリエ変換することによって得られるスペクトルを模式的に示す図であり、図３（ｃ）に相当する。ｘ＝０に現れるピークは、セラミックス部材３５ａの表面からの反射波に起因するものであり、次に現れるｘ＝ｘ１のピークが消耗量２ｎΔｄを示す。つまり、“２ｎΔｄ＝ｘ１”であり、屈折率ｎは既知であるから、距離ｘ１を測定することにより、消耗量Δｄを求めることができる。よって、消耗量Δｄを定期的に測定することにより、セラミックス部材３５ａの交換が必要か否かを判断することができる。
【００６５】
なお、図７（ａ）では、分岐したテラヘルツ波の一方がセラミックス部材３５ａにおいて消耗しない領域へ入射するようにしたが、分岐した２つのテラヘルツ波をセラミックス部材３５ａの任意の２点に入射させてもよい。この場合に求められる消耗量Δｄは、２点間の厚さの差、つまり、消耗量の差を示す。よって、例えば、セラミックス部材３５ａにおける任意の２点での消耗量の差が大きくなることによってウエハＷに対する処理の均一性が低下する等の不都合が生じる場合には、この消耗量の差を測定することによって、セラミックス部材３５ａの交換が必要か否かを判断することができる。
【００６６】
上記説明の通り、消耗量測定装置７０によれば、チャンバ１１内に配置されたセラミックス部材３５ａの消耗量や消耗量の差を、チャンバ１１内からセラミックス部材３５ａを取り出すことなく非接触で測定することができるため、基板処理装置１０の稼働率を低下させることなく、セラミックス部材３５ａの交換時期等を知ることができる。
【００６７】
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、上述した本発明の実施の形態に係る厚さ・温度測定装置や消耗量測定装置は、プラズマエッチングを行う基板処理装置に限定されず、その他の真空プロセスを行う基板処理装置に適用が可能である。また、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システムは、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システムであってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０    基板処理装置
３４    窓部
３５    セラミックス部材
５０    第１の厚さ・温度測定装置
５１，６１，７１    テラヘルツ波発生ユニット
５２，６２    ハーフミラー
５３，６３，７３    テラヘルツ波解析ユニット
６０    第２の厚さ・温度測定装置
７０    消耗量測定装置
７２ａ    第１のハーフミラー
７２ｂ    第２のハーフミラー
７４ａ    ミラー群
７４ｂ    ミラー
【図１】
2015122354.tif 000004
【図２】
2015122354.tif 000005
【図３】
2015122354.tif 000006
【図４】
2015122354.tif 000007
【図５】
2015122354.tif 000008
【図６】
2015122354.tif 000009
【図７】
2015122354.tif 000010