JP2011204813A - 基板載置台 - Google Patents

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Abstract

【課題】チャンバ内を汚染することなく、且つ基板載置台に余分な孔を設けることなく、基板載置台で支持するウエハ温度を正確に測定することができる基板載置台を提供する。
【解決手段】ウエハＷを載置する載置面９０ａと、ウエハＷをリフトピン８４によって載置面９０ａから持ち上げる基板持ち上げユニット８０と、リフトピン８４内部を光路として低コヒーレンス光からなる測定光８８をウエハＷに照射し、ウエハＷの表面及び裏面からの反射光をそれぞれ受光する光照射・受光ユニット８７とを有し、光照射・受光ユニット８７は、基板持ち上げユニット８０のベースプレート８６に固定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板持ち上げユニットを備えた基板載置台に関する。
半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）をはじめとする各種基板にプラズマ処理等の各種処理を施す基板処理装置において、処理の確実を図る観点から、ウエハを保持する静電チャック等の温度ドリフトを校正するために、ウエハの温度を監視することが行われており、例えば、蛍光を利用した蛍光温度計を用いて処理容器（チャンバ）内のウエハの温度を測定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３５８１２１号公報
しかしながら、蛍光温度計のプローブは接触式であるために、低圧又は真空雰囲気下における熱伝達性が悪く、必ずしも正確な温度を測定することができない。また、ウエハに蛍光塗料を塗布し、蛍光の反射光に基づいてウエハの温度を計測する方法では、蛍光塗料がチャンバ内の汚染源となっていた。さらに、蛍光の反射光は等方的に発せられるので、効率よく反射光を受光するために、基板載置台に新たに貫通孔を設けて該貫通孔を介して受光ファイバの先端部をウエハに近づけることが行われており、かかる場合は、基板載置台に新たに設けられた貫通孔の影響で基板載置台の温度均一性が低下するという問題もあった。
本発明の目的は、チャンバ内を汚染することなく、且つ基板載置台に特別な孔を設けることなく、基板載置台で支持するウエハの温度を正確に測定することができる基板載置台を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板載置台は、基板を載置する載置面と、前記基板をリフトピンによって前記載置面から持ち上げる基板持ち上げユニットと、前記リフトピン内部を光路として低コヒーレンス光からなる測定光を前記基板に照射し、前記基板の表面からの反射光及び裏面からの反射光をそれぞれ受光する光照射・受光ユニットと、を有することを特徴とする。
請求項２記載の基板載置台は、請求項１記載の基板載置台において、前記光照射・受光ユニットは、前記基板持ち上げユニットのベースプレートに固定されており、前記測定光は、直線光路を経て前記基板に照射されることを特徴とする。
請求項３記載の基板載置台は、請求項１記載の基板載置台において、前記光照射・受光ユニットは、前記基板持ち上げユニットのリフトアームに固定されており、前記測定光は、直線光路を経て前記基板に照射されることを特徴とする。
請求項４記載の基板載置台は、請求項１記載の基板載置台において、前記光照射・受光ユニットは、前記基板持ち上げユニットのベースプレートに固定されており、前記測定光は、プリズム又はミラーで反射して屈曲する光路を経て前記基板に照射されることを特徴とする。
請求項５記載の基板載置台は、請求項１記載の基板載置台において、前記光照射・受光ユニットは、前記基板持ち上げユニットのリフトアームに固定されており、前記測定光は、プリズム又はミラーで反射して屈曲する光路を経て前記基板に照射されることを特徴とする。
請求項６記載の基板載置台は、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の基板載置台において、前記光照射・受光ユニットは、前記測定光の照射角調整手段を備えていることを特徴とする。
請求項７記載の基板載置台は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板載置台において、前記光照射・受光ユニットは、前記低コヒーレンス光の光学系からなる受光装置を備えた低コヒーレンス光干渉温度測定システムにおける前記受光装置に光学的に接続されていることを特徴とする。
請求項８記載の基板載置台は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板載置台において、前記リフトピンは、ロッドピンであることを特徴とする。
請求項９記載の基板載置台は、請求項８記載の基板載置台において、前記ロッドピンは、低コヒーレンス光を透過することができ、両端面が互いに平行で、且つそれぞれ鏡面研磨されていることを特徴とする。
請求項１０記載の基板載置台は、請求項９記載の基板載置台において、前記ロッドピンの先端面における少なくとも前記測定光を照射する部分が、前記先端面に対向する他端面と平行であることを特徴とする。
請求項１１記載の基板載置台は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板載置台において、前記リフトピンは、中空ピンであることを特徴とする。
本発明によれば、蛍光塗料等を使用しないのでチャンバ内を汚染することがなく、また、リフトピン内部を低コヒーレンス光の光路として使用するので、温度測定のための特別な孔を設ける必要がなく、基板載置台で支持するウエハの温度を正確に測定することができる。
本発明に係る基板載置台が適用される基板処理装置の概略構成を示す断面図である。 図１のチャンバ内に配置される基板持ち上げユニットの概略構成を示す図であり、（Ａ）は同ユニットの図１における矢視Ａの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。 本発明の実施の形態における基板持ち上げユニットの概略構成を示す断面図である。 低コヒーレンス光干渉温度測定システムの概略構成を示すブロック図である。 図４における低コヒーレンス光光学系の温度測定動作を説明するための図である。 図４におけるＰＤによって検出される温度測定対象物からの反射光と参照ミラーからの反射光との干渉波形を示すグラフである。 本実施の形態における基板持ち上げユニットに適用されるリフトピンの一例を示す断面図である。 本実施の形態における基板持ち上げユニットの第１の変形例の概略構成を示す断面図である。 本実施の形態における基板持ち上げユニットの第２の変形例の概略構成を示す断面図である。 本実施の形態における基板持ち上げユニットの第３の変形例の概略構成を示す断面図である。 本実施の形態における基板持ち上げユニットの第４の変形例の概略構成を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態に係る基板載置台が適用される基板処理装置について説明する。
図１は、本発明に係る基板載置台が適用される基板処理装置の概略構成を示す断面図である。この基板処理装置は、ウエハに所定のプラズマエッチング処理を施すものである。
図１において、基板処理装置１０は、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が配置されている。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が形成される。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。
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の内部を上部と下部に仕切る仕切板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５には、後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）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。
排気管１７には、ＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（共に図示省略）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして所定圧力まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示省略）によって制御される。
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続され、且つ第２の高周波電源２０が第２の整合器２１を介して接続されており、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのバイアス用の高周波電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的高い高周波、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。
サセプタ１２の上部には、静電電極板２２を内部に有する静電チャック２３が配置されている。静電チャック２３は段差を有し、セラミックスで構成されている。
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（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２２及びウエハＷの裏面の間に電界が生じ、この電界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。
また、静電チャック２３には、吸着保持されたウエハＷを囲むように、フォーカスリング２５が静電チャック２３の段差における水平部へ載置される。フォーカスリング２５は例えば、シリコン（Ｓｉ）や炭化珪素（ＳｉＣ）によって構成される。
サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒流路２６が設けられている。冷媒流路２６には、チラーユニット（図示省略）から冷媒用配管２７を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。冷媒によって冷却されたサセプタ１２は静電チャック（ＥＳＣ）２３を介してウエハＷ及びフォーカスリング２５を冷却する。
静電チャック２３におけるウエハＷが吸着保持されている部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２８が開口している。伝熱ガス供給孔２８は、伝熱ガス供給ライン２９を介して伝熱ガス供給部（図示省略）に接続され、伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのＨｅ（ヘリウム）ガスを、伝熱ガス供給孔２８を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたＨｅガスはウエハＷの熱を静電チャック２３に効果的に伝達する。
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と処理室１５の処理空間Ｓを介して対向するようにシャワーヘッド３０が配置されている。シャワーヘッド３０は、上部電極板３１と、この上部電極板３１を着脱可能に釣支するクーリングプレート３２と、クーリングプレート３２を覆う蓋体３３とを有する。上部電極板３１は厚さ方向に貫通する多数のガス孔３４を有する円板状部材からなり、半導電体であるＳｉＣによって構成される。また、クーリングプレート３２の内部にはバッファ室３５が設けられ、バッファ室３５にはガス導入管３６が接続されている。
また、シャワーヘッド３０の上部電極板３１には直流電源３７が接続されており、上部電極板３１へ負の直流電圧が印加される。このとき、上部電極板３１は二次電子を放出して処理室１５内部におけるウエハＷ上において電子密度が低下するのを防止する。放出された二次電子は、ウエハＷ上から側方排気路１３においてサセプタ１２の側面を囲うように設けられた半導電体である炭化珪素（ＳｉＣ）や珪素（Ｓｉ）によって構成される接地電極（グランドリング）３８へ流れる。
このような構成の基板処理装置１０では、処理ガス導入管３６からバッファ室３５へ供給された処理ガスが上部電極板３１のガス孔３４を介して処理室１５内部へ導入され、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てプラズマとなる。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に印加するバイアス用の高周波電源によってウエハＷに向けて引き込まれ、ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
基板処理装置１０の各構成部材の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示省略）のＣＰＵがプラズマエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
図２は、図１におけるサセプタが有する基板持ち上げユニットの概略構成を示す図であり、（Ａ）は同ユニットの図１における矢視Ａの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
図２（Ａ）及び（Ｂ）において、基板持ち上げユニット８０は、円環状のピンホルダ８１と、ピンホルダ８１の円周方向に沿って均等に配置される３つのリフトアーム８３と、各リフトアーム８３のリフトピン穴に挿入される、丸棒状部材である３つのリフトピン８４とを有する。
ピンホルダ８１は、図示省略したモータの回転運動がボールねじによって変換されて発生する直線運動に起因して昇降する、すなわち、図２（Ｂ）中の上下方向に移動する。ボールねじ及びモータはチャンバ１１の外側、すなわち、大気側に配置される。また、ボールねじ及びモータが発生する直線運動はピンホルダ８１を支持するベースプレート８６に伝達され、該ベースプレート８６がピンホルダ８１を昇降させる。
リフトアーム８３は腕状部材であり、一端において、ピンホルダ８１と連結し他端において、リフトピン８４の下端を収容し且つ担持するリフトピン穴を有する。該リフトピン穴の直径はリフトピン８４の直径より所定値だけ大きいのでリフトピン穴はリフトピン８４の下端と遊嵌結合する。すなわち、実質的に、リフトアーム８３の他端はリフトピン８４を載置する。リフトアーム８３はピンホルダ８１及びリフトピン８４の間に介在してピンホルダ８１及びリフトピン８４を連動させる。したがって、リフトアーム８３はピンホルダ８１の昇降に伴って昇降すると共に、リフトピン８４を昇降させる。
本発明の実施の形態における基板持ち上げユニットは、基板持ち上げユニット８０のリフトピン８４に、載置面で支持されたウエハＷの温度モニター機能を付加したものである。
図３は、本発明の実施の形態における基板持ち上げユニットの概略構成を示す断面図である。
図３において、基板持ち上げユニット８０のベースプレート８６には、リフトアーム８３に下端が遊嵌結合されたリフトピン８４の下端部に対向する貫通孔８６ａが設けられており、貫通孔８６ａのリフトピン８４に対向する開孔端とは異なるもう１つの開孔端に、温度測定対象物であるウエハＷに低コヒーレンス光からなる測定光を照射して反射光を受光する光照射・受光ユニット８７が固定されている。
光照射・受光ユニット８７は、低コヒーレンス光光学系からなる受光装置を備えた低コヒーレンス光干渉温度測定システムにおける受光装置の一部を構成するものである。
以下に、低コヒーレンス光干渉温度測定システムについて説明する。
図４は、低コヒーレンス光干渉温度測定システムの概略構成を示すブロック図である。
図４において、低コヒーレンス光干渉温度測定システム４６は、温度測定対象物６０に低コヒーレンス光を照射し且つ該低コヒーレンス光の反射光を受光する低コヒーレンス光光学系４７と、該低コヒーレンス光光学系４７が受光した反射光に基づいて温度測定対象物６０の温度を算出する温度算出装置４８とを備える。低コヒーレンス光とは、可干渉距離（コヒーレンス長）が短い光である。
低コヒーレンス光光学系４７は、低コヒーレンス光源としてのＳＬＤ（Super Luminescent Diode）４９と、該ＳＬＤ４９に接続された２×２のスプリッタとして機能する光ファイバ融着カプラ５０（以下、「カプラ」という。）と、該光カプラ５０に接続されたコリメータ５１，５２と、カプラ５０に接続された受光素子としての光検出器（ＰＤ：Photo Detector）５３と、各構成要素間をそれぞれ接続する光ファイバ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄとを備える。
ＳＬＤ４９は、例えば、中心波長が１．５５μｍ又は１．３１μｍであって、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で照射する。カプラ５０はＳＬＤ４９からの低コヒーレンス光を２つに分割し、該分割された２つの低コヒーレンス光をそれぞれ光ファイバ５４ｂ，５４ｃを介してコリメータ５１，５２に伝送する。コリメータ５１，５２は、カプラ５０によって分けられた低コヒーレンス光（後述する測定光６４及び参照光６５）をそれぞれ温度測定対象物６０及び参照ミラー５５に照射する。ＰＤ５３は、例えばＧｅフォトダイオードから成る。
また、低コヒーレンス光光学系４７は、コリメータ５２の前方に配置された参照ミラー５５と、参照ミラー５５をコリメータ５２からの低コヒーレンス光の照射方向に沿うようにサーボモータ５６ａによって水平移動させる参照ミラー駆動ステージ５６と、該参照ミラー駆動ステージ５６のサーボモータ５６ａを駆動するモータドライバ５７と、ＰＤ５３に接続されて該ＰＤ５３からの出力信号を増幅させるアンプ５８とを備える。参照ミラー５５は反射面を有するコーナキューブプリズム又は平面ミラーからなる。
コリメータ５１は、温度測定対象物６０の表面に対向するように配置され、温度測定対象物６０の表面に向けて、カプラ５０によって２つに分けられた低コヒーレンス光の一方を測定光（後述する測定光６４）として照射すると共に、温度測定対象物６０の表面及び裏面からの反射光（後述する反射光６６ａ及び反射光６６ｂ）をそれぞれ受光してＰＤ５３に伝送する。
コリメータ５２は、参照ミラー５５に向けて、光ファイバカプラ５０によって２つに分けられたもう１つの低コヒーレンス光（後述する参照光６５）を照射すると共に、参照ミラー５５からの低コヒーレンス光の反射光（後述する反射光６８）を受光してＰＤ５３に伝送する。
参照ミラー駆動ステージ５６は、参照ミラー５５を図４に示す矢印Ｂ方向、すなわち、参照ミラー５５の反射面がコリメータ５２からの照射光に対して常に垂直となるように水平移動させる。参照ミラー５５は矢印Ｂの方向（コリメータ５２からの低コヒーレンス光の照射方向）に沿って往復移動可能である。
温度算出装置４８は、温度算出装置４８全体を制御するパーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）４８ａと、参照ミラー５５を移動させるサーボモータ５６ａをモータドライバ５７を介して制御するモータコントローラ６１と、低コヒーレンス光光学系４７のアンプ５８を介して入力されたＰＤ５３の出力信号を、モータコントローラ６１からモータドライバ５７へ出力される制御信号（例えば駆動パルス）に同期してアナログデジタル変換するＡ／Ｄ変換器とを備える。Ａ／Ｄ変換器は、コリメータ５２から参照ミラー５５までの距離がレーザー干渉計やリニアスケールによって正確に計測される場合は、レーザー干渉計やリニアスケールからの移動距離に応じた制御信号に同期してＡ／Ｄ変換を行うものであってもよい。これによっても、温度測定対象物６０の厚さを高精度に計測することができる。
図５は、図４における低コヒーレンス光光学系の温度測定動作を説明するための図である。
低コヒーレンス光光学系４７は、マイケルソン干渉計の構造を基本構造として有する低コヒーレンス干渉計を利用した光学系であり、図５に示すように、ＳＬＤ４９から照射された低コヒーレンス光は、スプリッタとして機能するカプラ５０によって測定光６４と参照光６５とに分けられ、測定光６４は温度測定対象物６０に向けて照射され、参照光６５は参照ミラー５５に向けて照射される。
温度測定対象物６０に照射された測定光６４は温度測定対象物６０の表面及び裏面のそれぞれにおいて反射し、温度測定対象物６０の表面からの反射光６６ａ及び温度測定対象物６０の裏面からの反射光６６ｂは同一光路６７でカプラ５０に入射する。また、参照ミラー５５に照射された参照光６５は反射面において反射し、該反射面からの反射光６８もカプラ５０に入射する。ここで、上述したように、参照ミラー５５は参照光６５の照射方向に沿うように水平移動するため、低コヒーレンス光光学系４７は参照光６５及び反射光６８の光路長を変化させることができる。
参照ミラー５５を水平移動させて参照光６５及び反射光６８の光路長を変化させ、測定光６４及び反射光６６ａの光路長が参照光６５及び反射光６８の光路長と一致したときに、反射光６６ａと反射光６８とは干渉を起こす。また、測定光６４及び反射光６６ｂの光路長が参照光６５及び反射光６８の光路長と一致したときに、反射光６６ｂと反射光６８とは干渉を起こす。これらの干渉はＰＤ５３によって検出される。ＰＤ５３は干渉を検出すると出力信号を出力する。
図６は、図４におけるＰＤによって検出される温度測定対象物６０からの反射光と参照ミラーからの反射光との干渉波形を示すグラフであり、（Ａ）は温度測定対象物６０の温度変化前に得られる干渉波形を示し、（Ｂ）は温度測定対象物６０の温度変化後に得られる干渉波形を示す。なお、図６（Ａ）、（Ｂ）では縦軸が干渉強度を示し、横軸が参照ミラー５５が所定の基点から水平移動した距離（以下、単に「参照ミラー移動距離」という。）を示す。
図６（Ａ）のグラフに示すように、参照ミラー５５からの反射光６８が温度測定対象物６０の表面からの反射光６６ａと干渉を起こすと、例えば、干渉位置Ａ（干渉強度のピーク位置：約４２５μｍ）を中心とする幅約８０μｍに亘る干渉波形６９が検出される。また、参照ミラー５５からの反射光６８が温度測定対象物６０の裏面からの反射光６６ｂと干渉を起こすと、例えば、干渉位置Ｂ（干渉強度のピーク位置：約３２８５μｍ）を中心とする幅約８０μｍに亘る干渉波形７０が検出される。干渉位置Ａは測定光６４及び反射光６６ａの光路長に対応し、干渉位置Ｂは測定光６４及び反射光６６ｂの光路長に対応するため、干渉位置Ａ及び干渉位置Ｂの差Ｄは反射光６６ａの光路長と反射光６６ｂの光路長との差（以下、単に「光路長差」という。）に対応する。反射光６６ａの光路長と反射光６６ｂの光路長との差は温度測定対象物６０の光学的厚さに対応するため、干渉位置Ａ及び干渉位置Ｂの差Ｄは温度測定対象物６０の光学的厚さに対応する。すなわち、反射光６８及び反射光６６ａ、並びに反射光６８及び反射光６６ｂの干渉を検出することによって温度測定対象物６０の光学的厚さを計測することができる。
ここで、温度測定対象物６０に温度変化が生じると、温度測定対象物６０の厚さが熱膨張（圧縮）によって変化すると共に屈折率も変化するために、測定光６４及び反射光６６ａの光路長、並びに測定光６４及び反射光６６ｂの光路長も変化する。したがって、温度測定対象物６０の温度変化が生じた後は、熱膨張等によって温度測定対象物６０の光学的厚さが変化し、反射光６８と反射光６６ａの干渉位置Ａ、及び反射光６８と反射光６６ｂの干渉位置Ｂが図６（Ａ）に示す各干渉位置から変化する。具体的には、図６（Ｂ）のグラフに示すように、干渉位置Ａ及び干渉位置Ｂは図６（Ａ）に示す各干渉位置から移動する。干渉位置Ａ及び干渉位置Ｂは温度測定対象物６０の温度に応じて移動するため、干渉位置Ａ及び干渉位置Ｂの差Ｄ、引いては、光路長差を算出し、該光路長差に基づいて温度測定対象物６０の温度を測定することができる。なお、光路長の変化要因としては上述した温度測定対象物６０の光学的厚さの変化の他、低コヒーレンス光光学系４７の各構成要素の位置変化（伸び等）が挙げられる。
低コヒーレンス光干渉温度測定システム４６では、温度測定対象物６０の温度を測定する前に、光路長差と温度測定対象物６０の温度とを関係付けた温度換算用データベース、例えば、温度測定対象物６０の温度及び光路長差を各軸とするテーブル形式のデータベースや、ウエハＷの温度及び光路長差の回帰式を予め準備して温度算出装置４８のＰＣ４８ａが備えるメモリ（図示省略）等に格納しておく。そして、温度測定対象物６０の温度を測定するときには、まず、低コヒーレンス光光学系４７がＰＤ５３の出力信号、すなわち、図６に示す干渉位置Ａ及び干渉位置Ｂを示す信号を温度算出装置４８に入力する。次いで、温度算出装置４８は入力された信号から光路長差を算出し、さらに、光路長差を温度換算用データベースに基づいて温度に換算する。これにより、温度測定対象物６０の温度を求める。
このような低コヒーレンス光干渉温度測定システムにおける低コヒーレンス光光学系４７のコリメータ５１に相当する光照射・受光ユニット８７を備えた図３の基板持ち上げユニットを備えた基板載置台９０において、基板載置面９０ａに載置されたウエハＷの温度測定は以下のように行われる。
すなわち、まず、例えばシリコン（Ｓｉ）で構成されるウエハＷと同種のウエハに対し、反射光の光路長差とウエハＷの温度とを関係づけた温度換算用データベースを作成し、予め低コヒーレンス光干渉温度測定システム４６の温度算出装置４８のメモリに記憶させる。
次いで、光照射・受光ユニット８７から低コヒーレンス光からなる測定光８８を、リフトピン８４を光路としてウエハＷに照射する（図３参照）。次いで、測定光７４がウエハＷの表面で反射した反射光及びウエハＷを透過して裏面で反射した反射光をそれぞれ光照射・受光ユニット８７によって受光する。
次いで、受光した２つの反射光を光ファイバを介して低コヒーレンス光干渉温度測定システム４６のカプラ５０及びＰＤ５３に伝送し、ＰＤ５３の出力信号に基づいて温度算出装置４８によって光路長差を求め、該光路長差に基づいてウエハＷの温度を算出する。
本実施の形態によれば、基板持ち上げユニット８０のリフトピン８４を測定光及び反射光の光路として利用するので、基板載置台９０に、ウエハＷの温度を測定ずるための特別の貫通孔を設ける必要がなく、新たな貫通孔を設けることによる基板載置台の温度均一性の低下を防止することができ、且つウエハＷの温度を正確に測定することができる。
また、本実施の形態によれば、従来技術のように、蛍光塗料等を使用する必要がないのでチャンバ内を汚染することがない。また、リフトピン８４をウエハＷに当接させないで、非接触でウエハＷの温度を測定することができるので、ホットスポットの発生を回避できるだけでなく、温度モニター用の専用のウエハが不要となりプロセスの実行中にウエハＷの温度を測定することもできる。また、非接触測定であることから、接触熱抵抗によって測定精度が低下することもなく、正確な温度測定を行うことができる。
本実施の形態によれば、光照射・受光ユニット８７と、光路であるリフトピン８４が一体となるので、測定光及び反射光のゆらぎがなく、測定精度がより向上する。
本実施の形態においては、ウエハＷの温度測定用の低コヒーレンス光の光路となるリフトピン８４として、複数、例えば３本のリフトピンのうちの少なくとも１本を用いる。
本実施の形態において、測定光及び反射光の光路となるリフトピン８４は、ロッドピンであっても中空ピンであってもよい。
ロッドピンの場合は、低コヒーレンス光を透過することができる材料、例えばサファイア、石英等で構成されており、両端面が互いに平行で、且つそれぞれ鏡面研磨されていることが好ましい。伝送される測定光又は反射光の拡散を防止するためである。また、このとき、ウエハＷに対向する先端面のうち、測定光を照射する部分の少なくとも１ｍｍφ以内の部分が他端面と平行であればよい。これによって、測定光を照射面の当該部分をウエハＷに平行に配置することにより、測定光をウエハＷの表面に対して垂直に入射させることができる。
一方、リフトピン８４が、中空ピンの場合は、測定光及び反射光が中空部分を伝送されるので、リフトピンとして機能する材質であれば、その材質は特に限定されない。中空部分の径は、例えば３ｍｍφ、又はそれ以下であることが好ましい。また中空ピンの場合は、ロッドピンと異なり、その両端部は必ずしも平行である必要はない。リフトピンへの光の入射面又は出射面で光路軸が変更されないからである。中空のリフトピンにおいては、温度測定対象物が置かれた雰囲気が、大気よりも低い減圧雰囲気又は真空雰囲気である場合は、任意の箇所、例えば先端部に対向する他端部に、リフトピンの中空部を塞ぐ隔壁が設けられる。隔壁としては、例えば厚さ０．５〜１．０ｍｍのガラス板が好適に使用される。なお、中空ピンは、その先端部にブルースター窓を有するものであってもよい。
本実施の形態においては、リフトピン８４を光路として使用する低コヒーレンス光干渉温度計によるウエハＷの温度測定結果に基づいて、冷媒流路２６を流通するチラー温度、静電チャック２３の吸着面とウエハＷの裏面との間に供給される伝熱ガスの圧力等を制御してウエハＷの温度を制御する。
図７は、本実施の形態に係る基板載置台に適用されるリフトピンの一例を示す断面図である。
図７において、図７（Ａ）のリフトピンはロッドピンであり、低コヒーレンス光を透過させる材料、例えばサファイヤで構成され、外径が一定の円柱状を呈しており、両端面は互いに平行で、且つそれぞれ鏡面研磨処理が施されている。このリフトピンによれば、両端面が平行で、且つそれぞれ鏡面研磨処理が施されているので、測定光を垂直にウエハＷの表面に照射し、且つ反射光を良好に受光することができる。
図７（Ｂ）のリフトピンもロッドピンであり、低コヒーレンス光を透過させる材料、例えばサファイヤで構成された円柱状を呈している。両端面は互いに平行で、鏡面研磨されているが、ピン先端部がテーパ状に他端部よりも細くなっている。このリフトピンによっても、測定光を垂直にウエハＷの表面に照射し、且つ反射光を良好に受光することができる。
図７（Ｃ）のリフトピンは、中空ピンであり、中空円筒状を呈しており、両端面は互いに平行である。中空ピンの場合は、光が中空部分を透過するので、材質は、特に低コヒーレンス光を透過させるものである必要はない。このリフトピンは、例えば石英、サファイヤ、セラミクス又は樹脂で構成されている。このリフトピンによっても、中空の光路を経て測定光が垂直にウエハＷの表面に照射され、且つ反射光を良好に受光することができる。
図７（Ｄ）のリフトピンも、中空ピンであり、中空円筒状を呈しており、両端面は互いに平行であるが、ピン先端部がテーパ状に他端部よりも細くなっている。このリフトピンも材質は、特に低コヒーレンス光を透過させるものである必要はなく、例えば石英、サファイヤ、セラミクス又は樹脂で構成されている。このリフトピンによっても、測定光を垂直にウエハＷの表面に照射し、且つ反射光を良好に受光することができる。
図７（Ｅ）のリフトピンはロッドピンであり、このリフトピンが、図７（Ａ）のリフトピンと異なるところは、ピン先端部の径に比べて他端部の径が太くなっている点である。このリフトピンによっても、両端面が平行で、且つそれぞれ鏡面研磨処理が施されているので、測定光を垂直にウエハＷの表面に照射し、且つ反射光を良好に受光することができる。
図７（Ｆ）のリフトピンもロッドピンであり、このリフトピンが、図７（Ｅ）のリフトピンと異なるところは、ピン先端部の径がテーパ状に細くなっている点である。このリフトピンによっても、両端面が平行で、且つそれぞれ鏡面研磨処理が施されているので、測定光を垂直にウエハＷの表面に照射し、且つ反射光を良好に受光することができる。また、ピン先端部の傾斜角度に制限がないので加工公差が厳しくなく加工が容易であり、ウエハＷの裏面への接触面積を点にできるので、リフトピンの位置にゴミが付きにくい。
図７（Ｇ）のリフトピンは中空ピンであり、このリフトピンが、図７（Ｃ）のリフトピンと異なるところは、ピン先端部の径に比べて他端部の外径が太くなっている点である。このリフトピンによっても、中空の光路を経て測定光を垂直にウエハＷ表面に照射し、且つ反射光を良好に受光することができる。
図７（Ｈ）のリフトピンも中空ピンであり、このリフトピンが、図７（Ｄ）のリフトピンと異なるところは、ピン先端側の外径に比べて他端側の外径が太くなっている点である。このリフトピンによっても、測定光を垂直にウエハＷ表面に照射し、且つ反射光を良好に受光することができる。
図７（Ｉ）のリフトピンは中空ピンであり、このリフトピンが、図７（Ｃ）のリフトピンと異なるところは、ピン先端面が光路軸に対して傾斜している点である。このリフトピンは、中空ピンであるので、光照射側の面は、必ずしも温度測定対象物に平行でなくてもよい。このリフトピンによっても、測定光を垂直にウエハＷの表面に照射し、且つ反射光を良好に受光することができる。
図７（Ｊ）のリフトピンも中空ピンであり、このリフトピンが、図７（Ｉ）のリフトピンと異なるところは、両端面が光路軸に対して傾斜している点である。このリフトピンは、中空ピンであるので、両端面は、必ずしも温度測定対象物に平行でなくてもよい。このリフトピンによっても、測定光を垂直にウエハＷの表面に照射し、且つ反射光を良好に受光することができる。
次に、本実施の形態における基板持ち上げユニットの変形例について説明する。
図８は、本実施の形態における基板持ち上げユニットの第１の変形例の概略構成を示す断面図である。
図８において、この基板持ち上げユニットの第１の変形例が、図３の基板持ち上げユニット８０と異なるところは、光照射・受光ユニット８７をリフトアーム８３に設けた点である。この第１の変形例によっても、測定光８８は直線光路を経てウエハＷ（図示省略）に照射される。
本実施の形態の第１の変形例によれば、光照射・受光ユニット８７とリフトピン８４との間隔が狭いので、光軸がずれる可能性を十分に低下させて正確な温度測定を行うることができる。
図９は、本実施の形態における基板持ち上げユニットの第２の変形例の概略構成を示す断面図である。
図９において、この基板持ち上げユニットの第２の変形例が、図８の基板持ち上げユニットと異なるところは、光照射・受光ユニット８７をリフトピン８４に対して直角に取り付け、測定光８８が鏡８９で反射して屈曲する光路を経てウエハＷに照射される点である。
本実施の形態に係る第２の変形例によれば、リフトアーム８３に光照射・受光ユニット８７を取り付ける際のレイアウトの自由度が大きくなる。
本実施の形態の第２の変形例において、鏡８９に代えてプリズムを用いても同様の効果が得られる。
図１０は、本実施の形態における基板持ち上げユニットの第３の変形例の概略構成を示す断面図である。
図１０において、この基板持ち上げユニットの第３の変形例が、図９の基板持ち上げユニットと異なるところは、光照射・受光ユニット８７をベースプレート８６に取り付け、測定光８８が、鏡８９で反射して屈曲する光路を経てウエハＷに照射されるようにした点である。
本実施の形態に係る第３の変形例によれば、ベースプレート８６に光照射・受光ユニット８７を取り付ける際のレイアウトの自由度が大きくなる。
本実施の形態の第３の変形例において、鏡８９に代えてプリズムを用いても同様の効果が得られる。
図１１は、本実施の形態における基板持ち上げユニットの第４の変形例の概略構成を示す断面図である。
図１１において、この基板持ち上げユニットの第４の変形例が、図３の基板持ち上げユニット８０と異なるところは、光照射・受光ユニット８７を支持部材１２１を介してベースプレート８６に取り付けた点である。光照射・受光ユニット８７の支持部材１２１との固定部には、光照射・受光ユニット８７から照射される測定光の照射角度の変更手段（図示省略）が設けられている。照射角度の変更手段は、例えば、光照射・受光ユニット８７をあおり角度調整機構のついたホルダーに取り付け角度調整することによって測定光の照射角を自動又は手動で変更するものである。この第４の変形例によっても、測定光８８は直線光路を経てウエハＷに照射される。
本実施の形態に係る第４の変形例によれば、測定光の照射角度を変更することができるので、光路であるリフトピン８４に対して測定光等の光軸がずれた場合には、迅速に微調整して一致させることができる。
以上、本発明について、実施の形態を用いて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
また、上述した各実施の形態において、プラズマ処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を含むＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
Ｗ ウエハ
４６ 低コヒーレンス光干渉温度測定システム
４７ 低コヒーレンス光光学系
４８ 温度算出装置
４９ ＳＬＤ
５０ 光ファイバ融着カプラ
５１、５２ コリメータ
５３ 光検出器（ＰＤ）
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ 光ファイバ
５５ 参照ミラー
６０ 温度測定対象物
６４、８８ 測定光
６６ａ、６６ｂ、６７、６８ 反射光
８１ ピンホルダ
８２ リフトピン突出量アジャスタ
８３ リフトアーム
８４ リフトピン
８６ ベースプレート
８７ 光照射・受光ユニット
９０，１００，１１０，１２０，１３０ 基板持ち上げユニットを備えた基板載置台

Claims (11)

  1. 基板を載置する載置面と、
    前記基板をリフトピンによって前記載置面から持ち上げる基板持ち上げユニットと、
    前記リフトピン内部を光路として低コヒーレンス光からなる測定光を前記基板に照射し、前記基板の表面からの反射光及び裏面からの反射光をそれぞれ受光する光照射・受光ユニットと、
    を有することを特徴とする基板載置台。
  2. 前記光照射・受光ユニットは、前記基板持ち上げユニットのベースプレートに固定されており、前記測定光は、直線光路を経て前記基板に照射されることを特徴とする請求項１記載の基板載置台。
  3. 前記光照射・受光ユニットは、前記基板持ち上げユニットのリフトアームに固定されており、前記測定光は、直線光路を経て前記基板に照射されることを特徴とする請求項１記載の基板載置台。
  4. 前記光照射・受光ユニットは、前記基板持ち上げユニットのベースプレートに固定されており、前記測定光は、プリズム又はミラーで反射して屈曲する光路を経て前記基板に照射されることを特徴とする請求項１記載の基板載置台。
  5. 前記光照射・受光ユニットは、前記基板持ち上げユニットのリフトアームに固定されており、前記測定光は、プリズム又はミラーで反射して屈曲する光路を経て前記基板に照射されることを特徴とする請求項１記載の基板載置台。
  6. 前記光照射・受光ユニットは、前記測定光の照射角調整手段を備えていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の基板載置台。
  7. 前記光照射・受光ユニットは、前記低コヒーレンス光の光学系からなる受光装置を備えた低コヒーレンス光干渉温度測定システムにおける前記受光装置に光学的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板載置台。
  8. 前記リフトピンは、ロッドピンであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板載置台。
  9. 前記ロッドピンは、低コヒーレンス光を透過することができ、両端面が互いに平行で、且つそれぞれ鏡面研磨されていることを特徴とする請求項８記載の基板載置台。
  10. 前記ロッドピンの先端面における少なくとも前記測定光を照射する部分が、前記先端面に対向する他端面と平行であることを特徴とする請求項９記載の基板載置台。
  11. 前記リフトピンは、中空ピンであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板載置台。
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