プラズマ処理装置及び温度測定方法
【課題】プラズマ処理装置の載置台や上部電極に孔を設けることなく、低コヒーレンス干渉計を利用して処理室内の温度測定対象物の温度を測定することができ、より精度良くかつ均一に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を提供する。
【解決手段】光源側窓の外側に光源側コリメータを配置するとともに受光側窓の外側に受光側コリメータを配置し、光源側コリメータから射出された測定光が光源側窓を透過し、温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が受光側窓を透過し、受光側コリメータに入射するようにして処理室内の温度測定対象物の温度を低コヒーレンス干渉計を利用して測定可能とされたプラズマ処理装置。
【解決手段】光源側窓の外側に光源側コリメータを配置するとともに受光側窓の外側に受光側コリメータを配置し、光源側コリメータから射出された測定光が光源側窓を透過し、温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が受光側窓を透過し、受光側コリメータに入射するようにして処理室内の温度測定対象物の温度を低コヒーレンス干渉計を利用して測定可能とされたプラズマ処理装置。
【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を、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。また、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、基板を載置する載置台、上部電極等に光を通す穴を開け、温度測定対象物の表面に垂直に測定光を照射して温度を測定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
なお、真空成膜装置の覗き窓を介してレーザ光を照射し、散乱反射されて生ずるスペックル・パターンをイメージセンサで受像してスペックル・パターンの移動量から基板温度を求める技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、この技術は、低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１２８２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９９５２６号公報
【特許文献３】特開平１０−１９６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術を用いてプラズマ処理中の処理室内の温度測定対象物の温度を測定する場合、基板を載置する載置台や上部電極に光を通す穴を開け、温度測定対象物の表面に垂直に測定光を照射して温度を測定している。しかしながら、このようにプラズマ処理装置の載置台や上部電極に孔を設けると、プラズマ処理の均一性に悪影響を与える虞がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、プラズマ処理装置の載置台や上部電極に孔を設けることなく、低コヒーレンス干渉計を利用して処理室内の温度測定対象物の温度を測定することができ、より精度良くかつ均一に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】
【０００８】
本発明のプラズマ処理装置の一態様は、基板を収容してプラズマにより処理するための処理室と、前記処理室内に設けられ、基板が載置される載置台と、前記処理室内に設けられ、前記載置台と対向する上部電極と、前記処理室内に、前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングと、前記処理室の壁部の対向する位置に設けられ、前記処理室の内外とで光が通過可能な一対の光源側窓及び受光側窓と、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、前記測定光を前記処理室内の温度測定対象物に照射するための光源側光ファイバ及び当該光源側光ファイバの出口部分に設けられた光源側コリメータと、前記温度測定対象物から反射する測定光を受光するための受光側光ファイバ及び当該受光側光ファイバの入口部分に設けられた受光側コリメータと、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、を具備したプラズマ処理装置であって、前記光源側窓の外側に前記光源側コリメータを配置するとともに前記受光側窓の外側に前記受光側コリメータを配置し、前記光源側コリメータから射出された測定光が前記光源側窓を透過し、前記温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が前記受光側窓を透過し、前記受光側コリメータに入射するようにして前記温度測定対象物の温度を測定可能とされたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の温度測定方法の一態様は、基板を収容してプラズマにより処理するための処理室内に設けられた温度測定対象物の温度を測定する温度測定方法であって、前記処理室の対向する壁部に、前記処理室の内外とで光が透過可能な一対の光源側窓及び受光側窓を設け、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、前記測定光を前記処理室内の温度測定対象物に照射するための光源側光ファイバ及び当該光源側光ファイバの出口部分に設けられた光源側コリメータと、前記温度測定対象物から反射する測定光を受光するための受光側光ファイバ及び当該受光側光ファイバの入口部分に設けられた受光側コリメータと、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の前記光源側コリメータを前記光源側窓の外側に配置するとともに、前記受光側コリメータを前記受光側窓の外側に配置し、前記光源側コリメータから射出された測定光が前記光源側窓を透過し、前記温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が前記受光側窓を透過し、前記受光側コリメータに入射するようにして前記温度測定対象物の温度を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、プラズマ処理装置の載置台や上部電極に孔を設けることなく、低コヒーレンス干渉計を利用して処理室内の温度測定対象物の温度を測定することができ、より精度良くかつ均一に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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の温度測定装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の処理室の構成を模式的に示す図。
【図３】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の処理室の構成を模式的に示す図。
【図４】測定光の反射の状態を説明するための図。
【図５】測定光の反射の状態を説明するための図。
【図６】干渉波形の例を説明するための図。
【図７】光路長差及びビームのずれと入射角度との関係を示すグラフ。
【図８】光路長差及びビームのずれと入射角度との関係を示すグラフ。
【図９】光路長差及びビームのずれと入射角度との関係を示すグラフ。
【図１０】シリコンの屈折率と温度との関係を示すグラフ。
【図１１】光路長差及びビームのずれと屈折率との関係を示すグラフ。
【図１２】光路長差及びビームのずれと屈折率との関係を示すグラフ。
【図１３】光路長差及びビームのずれと屈折率との関係を示すグラフ。
【図１４】測定光の反射の状態を説明するための図。
【図１５】干渉波形の例を示すグラフ。
【図１６】干渉波形の例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置の温度測定装置１００の構成を示すものであり、図２，３はプラズマ処理装置１の処理室２の構成を模式的に示すものである。
【００１４】
図２，３に示すように、処理室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の上面には、半導体ウエハＷを吸着するための図示しない静電チャックが設けられている。また、載置台３の上方には、載置台３と対向するように、上部電極４が配設されており、下部電極としての載置台３と上部電極４とによって、一対の対向電極が構成されている。載置台３と上部電極４の少なくともどちらか一方、例えば載置台３には、図示しない高周波電源が接続され、この高周波電源から印加される高周波電力により載置台３と上部電極４の間の空間で処理ガスのプラズマを発生させるようになっている。載置台３の上面には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、シリコン等からなるフォーカスリング５が配設されている。
【００１５】
処理室２の壁部の対向する位置には、光源側窓６と受光側窓７が設けられており、光源側窓６の外側には、図1に示す温度測定装置１００の光源側コリメータ２１が配設されている。また、受光側窓７の外側には、温度測定装置１００の受光側コリメータ２２が配設されている。そして、温度測定対象物、例えば、半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５の表面に、光源側コリメータ２１から斜めに測定光を照射し、この測定光の反射光を受光側コリメータ２２によって受光するようになっている。なお、図２は、半導体ウエハＷに斜めに測定光を照射して半導体ウエハＷの温度を測定する場合を示し、図３は、上部電極４に斜めに測定光を照射して上部電極４の温度を測定する場合を示している。
【００１６】
図１に示すように、温度測定装置１００は、温度測定のための測定光を発生させるための光源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スプリッタ１２０と、スプリッタ１２０によって分けられた測定光を導出するとともに、この測定光の反射光を導入するためのカプラー１３０と、上記スプリッタ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、測定光の反射光及び参照光の反射光を検出しこれらの干渉を測定するための光検出器１６０とを備えている。
【００１７】
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、参照光反射手段１４０の位置を検出するためのレーザ干渉計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、コンピュータ等からなるコントローラ１７０から、モータコントローラ１７３、モータドライバ１７４を介して制御される。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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１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。
【００２０】
スプリッタ１２０としては、例えば光ファイバカプラーを用いることができるが、これに限定されるものではなく、他のスプリッタを用いてもよい。また、カプラー１３０としては、例えば光ファイバカプラーを用いることができるが、これに限定されるものではなく、他のカプラーを用いてもよい。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、スプリッタ１２０からの測定光は、カプラー１３０、光ファイバ２３及び光源側コリメータ２１を介して、光源側窓６（図２，３参照）の外側の温度測定対象物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。そして、図２，３に示すように、光源側窓６の外側から温度測定対象物、例えば、半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５の表面に、斜めに測定光を照射するようになっている。
【００２４】
温度測定対象物からの測定光の反射光は、受光側窓７の外側の受光側コリメータ２２によって受光され、光ファイバ２４、カプラー１３０、スプリッタ１２０を介して光検出器１６０に入射する。これとともに、参照光反射手段１４０で反射した参照光の反射光は、コリメータ２８によって受光され、スプリッタ１２０を介して光検出器１６０に入射する。そして、光検出器１６０にて、入射した測定光の反射光と参照光の反射光との干渉波を検出し、この干渉波によって温度測定対象物の温度を検出する。
【００２５】
このように、本実施形態では、光源側窓６及び受光側窓７を用いて、処理室２の外側から温度測定対象物である半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５等に斜めに測定光を照射し、受光して温度を測定する。したがって、従来の低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術のように、温度測定対象物である半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５等に垂直に測定光を照射するための光導入部を載置台３や上部電極４に配設する必要が無い。これによって、半導体ウエハＷの処理の均一性が低下することを抑制することができる。
【００２６】
上記構成のプラズマ処理装置１では、図４に示すように、温度測定対象物、例えば半導体ウエハ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の表面で反射されるとともに、半導体ウエハＷの裏面側で反射され、これらの反射光と参照光との干渉波が検出される。
【００２７】
上記のように温度測定対象物に入射角度θで斜めに測定光を照射してその反射光を検出する場合、図４に示すように、表面で反射した測定光と裏面側で反射した測定光の光路が距離ｃだけずれる。このため、受光側コリメータ２２は、距離ｃずれているこれらの測定光を検出可能な口径Ｄを必要とする。
【００２８】
また、図５に示すように、温度測定対象物の厚さをｄ、屈折率をｎとした場合、表面での反射光Ａと裏面での反射光Ｂの光路長差Δは、
Δ＝２ｎｂ−ａ
但し、
ａ＝（２ｄＳｉｎ２θ）／（ｎ２−Ｓｉｎ２θ）１／２
ｂ＝ｎｄ／（ｎ２−Ｓｉｎ２θ）１／２
となる。したがって、光路長差Δは、
Δ＝２ｎｂ−ａ＝２ｄ（ｎ２−Ｓｉｎ２θ）１／２
となる。なお、垂直入射方式の場合θ＝０なので、Δ＝２ｎｄとなる。したがって、参照光を反射する参照光反射手段１４０を移動した場合、図６のグラフに示すように、参照光反射手段１４０の移動距離がΔ／２毎に干渉波形が表れる。
【００２９】
また、表面での反射光Ａと裏面での反射光Ｂのずれｃは、
ｃ＝（２ｄＳｉｎθ・Ｃｏｓθ）／（ｎ２−Ｓｉｎ２θ）１／２
で表される。θ＝０ならば、ｃ＝０となり、表面での反射光と裏面での反射光は重なる。
【００３０】
図７〜９は、縦軸を上記した光路長差Δ（ｍｍ）及びビームのずれｃ（ｍｍ）、横軸を入射角度θ（ｄｅｇ）としてこれらの関係を示したものである。図７は、ｎ＝３．６、ｄ＝７５０μｍの場合（Ｓｉウエハ等）、図８は、ｎ＝３．６、ｄ＝４ｍｍの場合（Ｓｉフォーカスリング等）、図９は、ｎ＝３．６、ｄ＝１０ｍｍの場合（Ｓｉ上部電極等）を示している。
【００３１】
一方、Ｓｉの屈折率の変化は、次のように表される。
Ｎ（λ）＝［3.35＋（0.22／λ２）］＋［6.05／λ１／２−1.64］×10−４Ｔ
この式から、光源の波長１．３１μｍの光に対する屈折率の温度依存性を計算すると、縦軸を屈折率、横軸を温度とした図１０のグラフに示すようになる。図１０のグラフに示されるように、室温から５００℃までで、屈折率は５％増加する。
【００３２】
屈折率が５％増加する間の光路長差Δとビームのずれｃの変化は、縦軸を光路長差Δ及びビームのずれｃ、横軸を屈折率ｎとした図１１〜１３のグラフに示すようになる。なお、図１１は、ｄ＝７５０μｍの場合、図１２は、ｄ＝４ｍｍの場合、図１３は、ｄ＝１０ｍｍの場合を示している。図１１〜１３のグラフに示されるように、屈折率増加で光路長差Δは増加するが、ビームのずれｃは減少する。したがって、測定時の最も低い温度におけるビームのずれｃの値で受光側コリメータ２２の口径Ｄを決定すればよい。
【００３３】
図１４に示すように、温度測定対象物に対して測定光を斜めに照射した場合、入射面から入射して裏面側で反射した測定光が、さらに入射面の内側で反射した後裏面側で反射して入射面から導出される光の成分がある。この場合、入射面の外側面で反射した測定光と温度測定対象物の内側で３回反射して導出される光のずれは２ｃとなる。受光側コリメータ２２でこの測定光まで受光するためには、口径Ｄが２ｃ以上必要となる。
【００３４】
温度測定対象物が半導体ウエハＷの場合、ｎ＝３．６、厚さ７５０μｍとすると、ｃの最大値が０．２５ｍｍ、測定光のビーム径が１ｍｍならば、受光側コリメータ２２の口径は、Ｄ＝１．２５ｍｍ以上となる。また、２ｃとする場合は、Ｄ＝１．５０ｍｍ以上となる。
【００３５】
温度測定対象物がフォーカスリングの場合、ｎ＝３．６、厚さ４ｍｍとすると、ｃの最大値が１．２ｍｍ、測定光のビーム径が１ｍｍならば、受光側コリメータ２２の口径は、Ｄ＝２．２ｍｍ以上となる。２ｃの場合は、Ｄ＝３．４ｍｍ以上となる。
【００３６】
温度測定対象物が上部電極の場合、ｎ＝３．６、厚さ１０ｍｍとすると、ｃの最大値が３ｍｍ、測定光のビーム径が１ｍｍならば、受光側コリメータの口径は、Ｄ＝４ｍｍ以上となる。２ｃ必要な場合は、Ｄ＝７ｍｍ以上となる。このような口径のコリメータは市販のもので十分対応することができる。
【００３７】
上記の温度測定装置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６に示したような波形が得られ、図６に示した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６に示したピークの間隔の変化によって検出する。
【００３８】
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。
【００３９】
図１５，１６は、縦軸を振幅、横軸を参照光反射手段移動距離として、測定光を温度測定対象物に斜めに照射して実際に干渉波を検出した際の信号を示している。図１５は、θが３０度の場合であり、図１６は、θが８０度の場合である。
【００４０】
実際の温度測定では、温度測定装置１００の光源側コリメータ２１及び受光側コリメータ２２を、プラズマ処理装置１の光源側窓６及び受光側窓７の外側に組付けた際に、温度測定対象物に対する測定光の入射角度θが決まるので、組付け後に予めその入射角度θに対する光路長の温度較正データを取得し、データベースとして持っておく。そして、そのデータベースを元に、半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５等の温度測定対象物の光路長から温度測定対象物の温度を算出する。
【００４１】
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】
【００４２】
２……処理室、３……載置台、４……上部電極、５…フォーカスリング、６……光源側窓、７……受光側窓、２１……光源側コリメータ、２２……受光側コリメータ、２３，２４……光ファイバ、１００……温度測定装置、１１０……光源、１２０……スプリッタ、１４０……参照光反射手段、１５０……光路長変化手段、１６０……光検出器、Ｗ……半導体ウエハ。
【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を、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。また、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、基板を載置する載置台、上部電極等に光を通す穴を開け、温度測定対象物の表面に垂直に測定光を照射して温度を測定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
なお、真空成膜装置の覗き窓を介してレーザ光を照射し、散乱反射されて生ずるスペックル・パターンをイメージセンサで受像してスペックル・パターンの移動量から基板温度を求める技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、この技術は、低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１２８２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９９５２６号公報
【特許文献３】特開平１０−１９６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術を用いてプラズマ処理中の処理室内の温度測定対象物の温度を測定する場合、基板を載置する載置台や上部電極に光を通す穴を開け、温度測定対象物の表面に垂直に測定光を照射して温度を測定している。しかしながら、このようにプラズマ処理装置の載置台や上部電極に孔を設けると、プラズマ処理の均一性に悪影響を与える虞がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、プラズマ処理装置の載置台や上部電極に孔を設けることなく、低コヒーレンス干渉計を利用して処理室内の温度測定対象物の温度を測定することができ、より精度良くかつ均一に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】
【０００８】
本発明のプラズマ処理装置の一態様は、基板を収容してプラズマにより処理するための処理室と、前記処理室内に設けられ、基板が載置される載置台と、前記処理室内に設けられ、前記載置台と対向する上部電極と、前記処理室内に、前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングと、前記処理室の壁部の対向する位置に設けられ、前記処理室の内外とで光が通過可能な一対の光源側窓及び受光側窓と、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、前記測定光を前記処理室内の温度測定対象物に照射するための光源側光ファイバ及び当該光源側光ファイバの出口部分に設けられた光源側コリメータと、前記温度測定対象物から反射する測定光を受光するための受光側光ファイバ及び当該受光側光ファイバの入口部分に設けられた受光側コリメータと、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、を具備したプラズマ処理装置であって、前記光源側窓の外側に前記光源側コリメータを配置するとともに前記受光側窓の外側に前記受光側コリメータを配置し、前記光源側コリメータから射出された測定光が前記光源側窓を透過し、前記温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が前記受光側窓を透過し、前記受光側コリメータに入射するようにして前記温度測定対象物の温度を測定可能とされたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の温度測定方法の一態様は、基板を収容してプラズマにより処理するための処理室内に設けられた温度測定対象物の温度を測定する温度測定方法であって、前記処理室の対向する壁部に、前記処理室の内外とで光が透過可能な一対の光源側窓及び受光側窓を設け、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、前記測定光を前記処理室内の温度測定対象物に照射するための光源側光ファイバ及び当該光源側光ファイバの出口部分に設けられた光源側コリメータと、前記温度測定対象物から反射する測定光を受光するための受光側光ファイバ及び当該受光側光ファイバの入口部分に設けられた受光側コリメータと、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の前記光源側コリメータを前記光源側窓の外側に配置するとともに、前記受光側コリメータを前記受光側窓の外側に配置し、前記光源側コリメータから射出された測定光が前記光源側窓を透過し、前記温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が前記受光側窓を透過し、前記受光側コリメータに入射するようにして前記温度測定対象物の温度を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、プラズマ処理装置の載置台や上部電極に孔を設けることなく、低コヒーレンス干渉計を利用して処理室内の温度測定対象物の温度を測定することができ、より精度良くかつ均一に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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の温度測定装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の処理室の構成を模式的に示す図。
【図３】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の処理室の構成を模式的に示す図。
【図４】測定光の反射の状態を説明するための図。
【図５】測定光の反射の状態を説明するための図。
【図６】干渉波形の例を説明するための図。
【図７】光路長差及びビームのずれと入射角度との関係を示すグラフ。
【図８】光路長差及びビームのずれと入射角度との関係を示すグラフ。
【図９】光路長差及びビームのずれと入射角度との関係を示すグラフ。
【図１０】シリコンの屈折率と温度との関係を示すグラフ。
【図１１】光路長差及びビームのずれと屈折率との関係を示すグラフ。
【図１２】光路長差及びビームのずれと屈折率との関係を示すグラフ。
【図１３】光路長差及びビームのずれと屈折率との関係を示すグラフ。
【図１４】測定光の反射の状態を説明するための図。
【図１５】干渉波形の例を示すグラフ。
【図１６】干渉波形の例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置の温度測定装置１００の構成を示すものであり、図２，３はプラズマ処理装置１の処理室２の構成を模式的に示すものである。
【００１４】
図２，３に示すように、処理室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の上面には、半導体ウエハＷを吸着するための図示しない静電チャックが設けられている。また、載置台３の上方には、載置台３と対向するように、上部電極４が配設されており、下部電極としての載置台３と上部電極４とによって、一対の対向電極が構成されている。載置台３と上部電極４の少なくともどちらか一方、例えば載置台３には、図示しない高周波電源が接続され、この高周波電源から印加される高周波電力により載置台３と上部電極４の間の空間で処理ガスのプラズマを発生させるようになっている。載置台３の上面には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、シリコン等からなるフォーカスリング５が配設されている。
【００１５】
処理室２の壁部の対向する位置には、光源側窓６と受光側窓７が設けられており、光源側窓６の外側には、図1に示す温度測定装置１００の光源側コリメータ２１が配設されている。また、受光側窓７の外側には、温度測定装置１００の受光側コリメータ２２が配設されている。そして、温度測定対象物、例えば、半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５の表面に、光源側コリメータ２１から斜めに測定光を照射し、この測定光の反射光を受光側コリメータ２２によって受光するようになっている。なお、図２は、半導体ウエハＷに斜めに測定光を照射して半導体ウエハＷの温度を測定する場合を示し、図３は、上部電極４に斜めに測定光を照射して上部電極４の温度を測定する場合を示している。
【００１６】
図１に示すように、温度測定装置１００は、温度測定のための測定光を発生させるための光源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スプリッタ１２０と、スプリッタ１２０によって分けられた測定光を導出するとともに、この測定光の反射光を導入するためのカプラー１３０と、上記スプリッタ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、測定光の反射光及び参照光の反射光を検出しこれらの干渉を測定するための光検出器１６０とを備えている。
【００１７】
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、参照光反射手段１４０の位置を検出するためのレーザ干渉計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、コンピュータ等からなるコントローラ１７０から、モータコントローラ１７３、モータドライバ１７４を介して制御される。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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１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。
【００２０】
スプリッタ１２０としては、例えば光ファイバカプラーを用いることができるが、これに限定されるものではなく、他のスプリッタを用いてもよい。また、カプラー１３０としては、例えば光ファイバカプラーを用いることができるが、これに限定されるものではなく、他のカプラーを用いてもよい。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、スプリッタ１２０からの測定光は、カプラー１３０、光ファイバ２３及び光源側コリメータ２１を介して、光源側窓６（図２，３参照）の外側の温度測定対象物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。そして、図２，３に示すように、光源側窓６の外側から温度測定対象物、例えば、半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５の表面に、斜めに測定光を照射するようになっている。
【００２４】
温度測定対象物からの測定光の反射光は、受光側窓７の外側の受光側コリメータ２２によって受光され、光ファイバ２４、カプラー１３０、スプリッタ１２０を介して光検出器１６０に入射する。これとともに、参照光反射手段１４０で反射した参照光の反射光は、コリメータ２８によって受光され、スプリッタ１２０を介して光検出器１６０に入射する。そして、光検出器１６０にて、入射した測定光の反射光と参照光の反射光との干渉波を検出し、この干渉波によって温度測定対象物の温度を検出する。
【００２５】
このように、本実施形態では、光源側窓６及び受光側窓７を用いて、処理室２の外側から温度測定対象物である半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５等に斜めに測定光を照射し、受光して温度を測定する。したがって、従来の低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術のように、温度測定対象物である半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５等に垂直に測定光を照射するための光導入部を載置台３や上部電極４に配設する必要が無い。これによって、半導体ウエハＷの処理の均一性が低下することを抑制することができる。
【００２６】
上記構成のプラズマ処理装置１では、図４に示すように、温度測定対象物、例えば半導体ウエハ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の表面で反射されるとともに、半導体ウエハＷの裏面側で反射され、これらの反射光と参照光との干渉波が検出される。
【００２７】
上記のように温度測定対象物に入射角度θで斜めに測定光を照射してその反射光を検出する場合、図４に示すように、表面で反射した測定光と裏面側で反射した測定光の光路が距離ｃだけずれる。このため、受光側コリメータ２２は、距離ｃずれているこれらの測定光を検出可能な口径Ｄを必要とする。
【００２８】
また、図５に示すように、温度測定対象物の厚さをｄ、屈折率をｎとした場合、表面での反射光Ａと裏面での反射光Ｂの光路長差Δは、
Δ＝２ｎｂ−ａ
但し、
ａ＝（２ｄＳｉｎ２θ）／（ｎ２−Ｓｉｎ２θ）１／２
ｂ＝ｎｄ／（ｎ２−Ｓｉｎ２θ）１／２
となる。したがって、光路長差Δは、
Δ＝２ｎｂ−ａ＝２ｄ（ｎ２−Ｓｉｎ２θ）１／２
となる。なお、垂直入射方式の場合θ＝０なので、Δ＝２ｎｄとなる。したがって、参照光を反射する参照光反射手段１４０を移動した場合、図６のグラフに示すように、参照光反射手段１４０の移動距離がΔ／２毎に干渉波形が表れる。
【００２９】
また、表面での反射光Ａと裏面での反射光Ｂのずれｃは、
ｃ＝（２ｄＳｉｎθ・Ｃｏｓθ）／（ｎ２−Ｓｉｎ２θ）１／２
で表される。θ＝０ならば、ｃ＝０となり、表面での反射光と裏面での反射光は重なる。
【００３０】
図７〜９は、縦軸を上記した光路長差Δ（ｍｍ）及びビームのずれｃ（ｍｍ）、横軸を入射角度θ（ｄｅｇ）としてこれらの関係を示したものである。図７は、ｎ＝３．６、ｄ＝７５０μｍの場合（Ｓｉウエハ等）、図８は、ｎ＝３．６、ｄ＝４ｍｍの場合（Ｓｉフォーカスリング等）、図９は、ｎ＝３．６、ｄ＝１０ｍｍの場合（Ｓｉ上部電極等）を示している。
【００３１】
一方、Ｓｉの屈折率の変化は、次のように表される。
Ｎ（λ）＝［3.35＋（0.22／λ２）］＋［6.05／λ１／２−1.64］×10−４Ｔ
この式から、光源の波長１．３１μｍの光に対する屈折率の温度依存性を計算すると、縦軸を屈折率、横軸を温度とした図１０のグラフに示すようになる。図１０のグラフに示されるように、室温から５００℃までで、屈折率は５％増加する。
【００３２】
屈折率が５％増加する間の光路長差Δとビームのずれｃの変化は、縦軸を光路長差Δ及びビームのずれｃ、横軸を屈折率ｎとした図１１〜１３のグラフに示すようになる。なお、図１１は、ｄ＝７５０μｍの場合、図１２は、ｄ＝４ｍｍの場合、図１３は、ｄ＝１０ｍｍの場合を示している。図１１〜１３のグラフに示されるように、屈折率増加で光路長差Δは増加するが、ビームのずれｃは減少する。したがって、測定時の最も低い温度におけるビームのずれｃの値で受光側コリメータ２２の口径Ｄを決定すればよい。
【００３３】
図１４に示すように、温度測定対象物に対して測定光を斜めに照射した場合、入射面から入射して裏面側で反射した測定光が、さらに入射面の内側で反射した後裏面側で反射して入射面から導出される光の成分がある。この場合、入射面の外側面で反射した測定光と温度測定対象物の内側で３回反射して導出される光のずれは２ｃとなる。受光側コリメータ２２でこの測定光まで受光するためには、口径Ｄが２ｃ以上必要となる。
【００３４】
温度測定対象物が半導体ウエハＷの場合、ｎ＝３．６、厚さ７５０μｍとすると、ｃの最大値が０．２５ｍｍ、測定光のビーム径が１ｍｍならば、受光側コリメータ２２の口径は、Ｄ＝１．２５ｍｍ以上となる。また、２ｃとする場合は、Ｄ＝１．５０ｍｍ以上となる。
【００３５】
温度測定対象物がフォーカスリングの場合、ｎ＝３．６、厚さ４ｍｍとすると、ｃの最大値が１．２ｍｍ、測定光のビーム径が１ｍｍならば、受光側コリメータ２２の口径は、Ｄ＝２．２ｍｍ以上となる。２ｃの場合は、Ｄ＝３．４ｍｍ以上となる。
【００３６】
温度測定対象物が上部電極の場合、ｎ＝３．６、厚さ１０ｍｍとすると、ｃの最大値が３ｍｍ、測定光のビーム径が１ｍｍならば、受光側コリメータの口径は、Ｄ＝４ｍｍ以上となる。２ｃ必要な場合は、Ｄ＝７ｍｍ以上となる。このような口径のコリメータは市販のもので十分対応することができる。
【００３７】
上記の温度測定装置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６に示したような波形が得られ、図６に示した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６に示したピークの間隔の変化によって検出する。
【００３８】
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。
【００３９】
図１５，１６は、縦軸を振幅、横軸を参照光反射手段移動距離として、測定光を温度測定対象物に斜めに照射して実際に干渉波を検出した際の信号を示している。図１５は、θが３０度の場合であり、図１６は、θが８０度の場合である。
【００４０】
実際の温度測定では、温度測定装置１００の光源側コリメータ２１及び受光側コリメータ２２を、プラズマ処理装置１の光源側窓６及び受光側窓７の外側に組付けた際に、温度測定対象物に対する測定光の入射角度θが決まるので、組付け後に予めその入射角度θに対する光路長の温度較正データを取得し、データベースとして持っておく。そして、そのデータベースを元に、半導体ウエハＷ、上部電極４、フォーカスリング５等の温度測定対象物の光路長から温度測定対象物の温度を算出する。
【００４１】
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】
【００４２】
２……処理室、３……載置台、４……上部電極、５…フォーカスリング、６……光源側窓、７……受光側窓、２１……光源側コリメータ、２２……受光側コリメータ、２３，２４……光ファイバ、１００……温度測定装置、１１０……光源、１２０……スプリッタ、１４０……参照光反射手段、１５０……光路長変化手段、１６０……光検出器、Ｗ……半導体ウエハ。
【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処理室と、
前記処理室内に設けられ、基板が載置される載置台と、
前記処理室内に設けられ、前記載置台と対向する上部電極と、
前記処理室内に、前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングと、
前記処理室の壁部の対向する位置に設けられ、前記処理室の内外とで光が通過可能な一対の光源側窓及び受光側窓と、
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、前記測定光を前記処理室内の温度測定対象物に照射するための光源側光ファイバ及び当該光源側光ファイバの出口部分に設けられた光源側コリメータと、前記温度測定対象物から反射する測定光を受光するための受光側光ファイバ及び当該受光側光ファイバの入口部分に設けられた受光側コリメータと、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、
を具備したプラズマ処理装置であって、
前記光源側窓の外側に前記光源側コリメータを配置するとともに前記受光側窓の外側に前記受光側コリメータを配置し、前記光源側コリメータから射出された測定光が前記光源側窓を透過し、前記温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が前記受光側窓を透過し、前記受光側コリメータに入射するようにして前記温度測定対象物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２】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
前記温度測定対象物が、前記基板、前記上部電極、前記フォーカスリングのいずれかである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、
前記処理室内の前記温度測定対象物に対して、予め前記測定光を照射し、反射された測定光を検出して光路長の温度較正データを得てデータベースに格納し、当該データベースに格納された温度較正データに基づいて前記温度測定対象物の温度を算出する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
基板を収容してプラズマにより処理するための処理室内に設けられた温度測定対象物の温度を測定する温度測定方法であって、
前記処理室の対向する壁部に、前記処理室の内外とで光が透過可能な一対の光源側窓及び受光側窓を設け、
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、前記測定光を前記処理室内の温度測定対象物に照射するための光源側光ファイバ及び当該光源側光ファイバの出口部分に設けられた光源側コリメータと、前記温度測定対象物から反射する測定光を受光するための受光側光ファイバ及び当該受光側光ファイバの入口部分に設けられた受光側コリメータと、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の前記光源側コリメータを前記光源側窓の外側に配置するとともに、
前記受光側コリメータを前記受光側窓の外側に配置し、
前記光源側コリメータから射出された測定光が前記光源側窓を透過し、前記温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が前記受光側窓を透過し、前記受光側コリメータに入射するようにして前記温度測定対象物の温度を測定する
ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項５】
請求項４記載の温度測定方法であって、
前記温度測定対象物が、前記基板、前記処理室内に設けられ前記基板が載置される載置台と対向する上部電極、前記処理室内に前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングのいずれかであることを特徴とする温度測定方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の温度測定方法であって、
前記処理室内の前記温度測定対象物に対して、予め前記測定光を照射し、反射された測定光を検出して光路長の温度較正データを得てデータベースに格納し、当該データベースに格納された温度較正データに基づいて前記温度測定対象物の温度を算出する
ことを特徴とする温度測定方法。
【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処理室と、
前記処理室内に設けられ、基板が載置される載置台と、
前記処理室内に設けられ、前記載置台と対向する上部電極と、
前記処理室内に、前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングと、
前記処理室の壁部の対向する位置に設けられ、前記処理室の内外とで光が通過可能な一対の光源側窓及び受光側窓と、
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、前記測定光を前記処理室内の温度測定対象物に照射するための光源側光ファイバ及び当該光源側光ファイバの出口部分に設けられた光源側コリメータと、前記温度測定対象物から反射する測定光を受光するための受光側光ファイバ及び当該受光側光ファイバの入口部分に設けられた受光側コリメータと、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、
を具備したプラズマ処理装置であって、
前記光源側窓の外側に前記光源側コリメータを配置するとともに前記受光側窓の外側に前記受光側コリメータを配置し、前記光源側コリメータから射出された測定光が前記光源側窓を透過し、前記温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が前記受光側窓を透過し、前記受光側コリメータに入射するようにして前記温度測定対象物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２】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
前記温度測定対象物が、前記基板、前記上部電極、前記フォーカスリングのいずれかである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、
前記処理室内の前記温度測定対象物に対して、予め前記測定光を照射し、反射された測定光を検出して光路長の温度較正データを得てデータベースに格納し、当該データベースに格納された温度較正データに基づいて前記温度測定対象物の温度を算出する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
基板を収容してプラズマにより処理するための処理室内に設けられた温度測定対象物の温度を測定する温度測定方法であって、
前記処理室の対向する壁部に、前記処理室の内外とで光が透過可能な一対の光源側窓及び受光側窓を設け、
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、前記測定光を前記処理室内の温度測定対象物に照射するための光源側光ファイバ及び当該光源側光ファイバの出口部分に設けられた光源側コリメータと、前記温度測定対象物から反射する測定光を受光するための受光側光ファイバ及び当該受光側光ファイバの入口部分に設けられた受光側コリメータと、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の前記光源側コリメータを前記光源側窓の外側に配置するとともに、
前記受光側コリメータを前記受光側窓の外側に配置し、
前記光源側コリメータから射出された測定光が前記光源側窓を透過し、前記温度測定対象物の表面に斜めに照射され、反射された測定光が前記受光側窓を透過し、前記受光側コリメータに入射するようにして前記温度測定対象物の温度を測定する
ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項５】
請求項４記載の温度測定方法であって、
前記温度測定対象物が、前記基板、前記処理室内に設けられ前記基板が載置される載置台と対向する上部電極、前記処理室内に前記基板の周囲を囲むように設けられたフォーカスリングのいずれかであることを特徴とする温度測定方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の温度測定方法であって、
前記処理室内の前記温度測定対象物に対して、予め前記測定光を照射し、反射された測定光を検出して光路長の温度較正データを得てデータベースに格納し、当該データベースに格納された温度較正データに基づいて前記温度測定対象物の温度を算出する
ことを特徴とする温度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２０２６９３（Ｐ２０１２−２０２６９３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４４６３（Ｐ２０１１−６４４６３）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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