JP2020087969A - プラズマ処理装置、及びリング部材の形状測定方法 - Google Patents

プラズマ処理装置、及びリング部材の形状測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】リング部材の形状を適切に測定する。【解決手段】載置台は、複数の治具を順次載置する第１の載置面と、リング部材を載置する第２の載置面とを有する。複数の治具は、各々がリング部材の上面と対向する対向部を有し、リング部材の径方向における対向部の位置が互いに異なる。取得部は、第２の載置面と第１の載置面に載置された複数の治具の各々の対向部との間隔寸法を示す間隔情報を取得する。計測部は、第１の載置面に複数の治具の各々が載置された状態で、リング部材を上昇させ、対向部にリング部材の上面が接触する場合に、第２の載置面からのリング部材の上昇距離を計測する。厚さ算出部は、間隔情報により示される間隔寸法と、リング部材の上昇距離とに基づき、リング部材の径方向の複数の位置の各々での、リング部材の厚さを算出する。【選択図】図３

Description

本開示は、プラズマ処理装置、及びリング部材の形状測定方法に関するものである。
従来から、半導体ウェハ（以下「ウェハ」とも称する）などの被処理体に対してプラズマを用いて、エッチングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置は、プラズマ処理を行っていると、チャンバー内のパーツが消耗する。例えば、プラズマの均一化を目的にウェハの外周部に設置されたフォーカスリングなどのリング部材は、プラズマに近いこともあり、消耗速度が速い。リング部材の消耗度合いは、ウェハ上のプロセス結果に大きく影響する。例えば、リング部材上のプラズマシースとウェハ上のプラズマシースとの高さ位置にズレが生じると、ウェハの外周付近のエッチング特性が低下し、均一性などに影響する。
そこで、プラズマ処理装置では、リング部材がある程度消耗するとリング部材の交換が行われる。また、ウェハとリング部材の高さを一定に保つように、消耗に応じてリング部材を駆動機構により上昇させる技術が提案されている。
特開２００２−１７６０３０号公報 特開２０１６−１４６４７２号公報
本開示は、リング部材の形状を適切に測定することができる技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、被処理体の周囲に配置されるリング部材の形状測定に用いられる複数の治具であって、各々が前記リング部材の上面と対向する対向部を有し、前記リング部材の径方向における前記対向部の位置が互いに異なる前記複数の治具を順次載置する第１の載置面と、前記リング部材を載置する第２の載置面とを有する載置台と、前記第２の載置面に対して前記リング部材を昇降させる昇降機構と、前記第２の載置面と前記第１の載置面に載置された前記複数の治具の各々の前記対向部との間隔寸法を示す間隔情報を取得する取得部と、前記第１の載置面に前記複数の治具の各々が載置された状態で、前記昇降機構により前記リング部材を上昇させ、前記対向部に前記リング部材の上面が接触する場合に、前記第２の載置面からの前記リング部材の上昇距離を計測する計測部と、取得された前記間隔情報により示される前記間隔寸法と、計測された前記リング部材の上昇距離とに基づき、前記リング部材の径方向の複数の位置の各々での、前記リング部材の厚さを算出する厚さ算出部と、を有する。
本開示によれば、リング部材の形状を適切に測定することができるという効果を奏する。
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。 図２は、第１実施形態に係る載置台の要部構成を示す概略断面図である。 図３は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置を制御する制御部の概略的な構成を示すブロック図である。 図４は、消耗したフォーカスリングの形状の一例を示す図である。 図５は、消耗したフォーカスリングの形状の一例を示す図である。 図６は、消耗したフォーカスリングの形状の一例を示す図である。 図７は、消耗したフォーカスリングの形状の一例を示す図である。 図８は、フォーカスリングの形状測定処理の流れの一例を説明するための図である。 図９は、フォーカスリングの厚さ分布を示す情報の出力の一例を示す図である。 図１０は、第１実施形態に係るフォーカスリングの形状測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１１は、フォーカスリングの形状測定処理の流れの他の一例を説明するための図である。
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。
従来から、半導体ウェハ（以下「ウェハ」とも称する）などの被処理体に対してプラズマを用いて、エッチングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置は、プラズマ処理を行っていると、チャンバー内のパーツが消耗する。例えば、プラズマの均一化を目的にウェハの外周部に設置されたフォーカスリングなどのリング部材は、プラズマに近いこともあり、消耗速度が速い。リング部材の消耗度合いは、ウェハ上のプロセス結果に大きく影響する。例えば、リング部材上のプラズマシースとウェハ上のプラズマシースとの高さ位置にズレが生じると、ウェハの外周付近のエッチング特性が低下し、均一性などに影響する。
そこで、プラズマ処理装置では、リング部材がある程度消耗するとリング部材の交換が行われる。また、ウェハとリング部材の高さを一定に保つように、消耗に応じてリング部材を駆動機構により上昇させる技術が提案されている。
ところで、消耗したリング部材の形状は、プラズマ処理のプロセス条件ごとに異なり、プラズマの状態を変化させる。リング部材の形状に起因してプラズマの状態が変化すると、プラズマ処理装置では、ウェハに対して行われるプラズマ処理の特性や均一性が低下する虞がある。このため、リング部材の形状を適切に測定することが期待されている。
（第１実施形態）
［プラズマ処理装置の構成］
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１０は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器１を有している。処理容器１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理容器１は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器１内には、被処理体（work-piece）である半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）Ｗを水平に支持する載置台２が設けられている。載置台２は、ウェハＷを載置するだけでなく、ウェハＷの周囲に配置されるフォーカスリング５の形状測定に用いられる複数の治具５１（図２参照）も順次載置する。複数の治具５１の構造については、後述する。載置台２は、基材（ベース）２ａ及び静電チャック（ＥＳＣ:Electrostatic chuck）６を含んで構成されている。
基材２ａは、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。基材２ａは、支持台４に支持されている。支持台４は、例えば石英等からなる支持部材３に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。基材２ａは、外周部の上面が環状のフォーカスリング５の載置される載置面２ｅとされている。さらに、処理容器１内には、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
基材２ａには、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定の周波数の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるように構成されている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるように構成されている。このように、載置台２は電圧印加可能に構成されている。一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。
静電チャック６は、上面が平坦な円盤状に形成され、当該上面がウェハＷ又は複数の治具５１の載置される載置面６ｃとされている。静電チャック６は、平面視において基材２ａの中央部に設けられている。静電チャック６は、絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウェハＷ又は複数の治具５１の各々が吸着されるよう構成されている。
載置台２の内部には、冷媒流路２ｄが形成されており、冷媒流路２ｄには、冷媒入口配管２ｂ、冷媒出口配管２ｃが接続されている。そして、冷媒流路２ｄの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、載置台２を所定の温度に制御可能に構成されている。また、載置台２等を貫通するように、ウェハＷの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管３０が設けられており、ガス供給管３０は、図示しないガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウェハＷを、所定の温度に制御する。
載置台２の、載置面６ｃに対応する部分には、複数、例えば３つのピン用貫通孔２００が設けられており（図１には１つのみ示す。）、これらのピン用貫通孔２００の内部には、夫々リフターピン６１が配設されている。リフターピン６１は、昇降機構６２に接続されている。昇降機構６２は、リフターピン６１を昇降させて、載置台２の載置面６ｃに対してリフターピン６１を出没自在に動作させる。リフターピン６１を上昇させた状態では、リフターピン６１の先端が載置台２の載置面６ｃから突出し、載置台２の載置面６ｃの上方にウェハＷを保持した状態となる。一方、リフターピン６１を下降させた状態では、リフターピン６１の先端がピン用貫通孔２００内に収容され、ウェハＷが載置台２の載置面６ｃに載置される。このように、昇降機構６２は、リフターピン６１により載置台２の載置面６ｃに対してウェハＷを昇降させる。
載置台２の、載置面２ｅに対応する部分には、複数、例えば３つのピン用貫通孔３００が設けられており（図１には１つのみ示す。）、これらのピン用貫通孔３００の内部には、夫々リフターピン６３が配設されている。リフターピン６３は、昇降機構６４に接続されている。昇降機構６４は、リフターピン６３を昇降させて、載置台２の載置面２ｅに対してリフターピン６３を出没自在に動作させる。リフターピン６３を上昇させた状態では、リフターピン６３の先端が載置台２の載置面２ｅから突出し、載置台２の載置面２ｅの上方にフォーカスリング５を保持した状態となる。一方、リフターピン６３を下降させた状態では、リフターピン６３の先端がピン用貫通孔３００内に収容され、フォーカスリング５が載置台２の載置面２ｅに載置される。このように、昇降機構６４は、リフターピン６３により載置台２の載置面２ｅに対してフォーカスリング５を昇降させる。
上記したシャワーヘッド１６は、処理容器１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持される。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。
本体部１６ａは、内部にガス拡散室１６ｃが設けられている。また、本体部１６ａは、ガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、底部に、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂは、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。
本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇが形成されている。ガス導入口１６ｇには、ガス供給配管１５ａの一端が接続されている。このガス供給配管１５ａの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源（ガス供給部）１５が接続される。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。ガス拡散室１６ｃには、ガス供給配管１５ａを介して、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが供給される。処理容器１内には、ガス拡散室１６ｃからガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して、シャワー状に分散されて処理ガスが供給される。
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が電気的に接続されている。この可変直流電源７２は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源７２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ７３のオン・オフは、後述する制御部１００によって制御される。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部１００によりオン・オフスイッチ７３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。
処理容器１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
処理容器１の底部には、排気口８１が形成されている。排気口８１には、排気管８２を介して第１排気装置８３が接続されている。第１排気装置８３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器１内の側壁には、ウェハＷの搬入出口８４が設けられており、この搬入出口８４には、当該搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８５が設けられている。
処理容器１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。デポシールド８６は、処理容器１にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。このデポシールド８６のウェハＷと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられており、これにより異常放電が防止される。また、デポシールド８６の下端部には、内壁部材３ａに沿って延在するデポシールド８７が設けられている。デポシールド８６，８７は、着脱自在とされている。
上記構成のプラズマ処理装置１０は、制御部１００によって、その動作が統括的に制御される。制御部１００は、例えば、コンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。
［載置台の構成］
次に、図２を参照して、第１実施形態に係る載置台２の要部構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る載置台２の要部構成を示す概略断面図である。
図２に示すように、載置台２は、基材２ａと静電チャック６とを含んでいる。静電チャック６は、円板状を呈し、基材２ａと同軸となるように基材２ａの中央部に設けられている。静電チャック６は、絶縁体６ｂの内部に電極６ａが設けられている。静電チャック６の上面は、複数の治具５１又はウェハＷの載置される載置面６ｃとされている。なお、図２は、載置面６ｃに複数の治具５１のうちのいずれか１つの治具５１が載置された状態を示している。また、基材２ａの外周部の上面は、フォーカスリング５の載置される載置面２ｅとされている。載置面６ｃは、第１の載置面の一例であり、載置面２ｅは、第２の載置面の一例である。
フォーカスリング５は、円環状の部材であって、基材２ａと同軸となるように基材２ａの外周部に設けられている。フォーカスリング５は、本体部５ａと、本体部５ａの内側側面から径方向内側へ突出し、且つ上面が本体部５ａの上面よりも低い突出部５ｂとを有する。すなわち、フォーカスリング５は、径方向の位置に応じて上面の高さが異なる。例えば、本体部５ａの上面の高さは、載置面６ｃの高さよりも高い。一方、突出部５ｂの上面の高さは、載置面６ｃの高さよりも低い。フォーカスリング５は、リング部材の一例である。
複数の治具５１は、フォーカスリング５の形状測定に用いられる複数の治具である。複数の治具５１は、載置面６ｃに順次載置される。複数の治具５１の各々は、フォーカスリング５の上面と対向する対向部５１ａを有する。複数の治具５１は、フォーカスリング５の径方向における対向部５１ａの位置が互いに異なる。すなわち、複数の治具５１は、フォーカスリング５の径方向において、フォーカスリング５の中心軸から対向部５１ａまでの距離Ｄが互いに異なる。以下では、距離Ｄに対応する対向部５１ａの位置を「対向部５１ａの位置Ｄ」と適宜表記する。複数の治具５１は、対向部５１ａの位置Ｄに対応する、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々において、フォーカスリング５の上面と対向する。これにより、昇降機構６４が、リフターピン６３により載置台２の載置面２ｅに対してフォーカスリング５を上昇させる場合に、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々において、治具５１の対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触する。
なお、複数の治具５１の各々は、静電チャック６にクーロン力によって吸着されるため、治具５１の材質は、導電性材料である。若しくは、複数の治具５１の各々は、静電チャック６の載置面６ｃと接する面に導電体層を形成してもよい。また、複数の治具５１の各々の強度は、治具５１の対向部５１ａに本体部５ａの上面が接触した際に、対向部５１ａが変形しないように、設定される。
載置面２ｅには、リフターピン６３を収容するピン用貫通孔３００が形成されている。リフターピン６３は、昇降機構６４に接続されている。昇降機構６４は、駆動モータを内蔵し、駆動モータの駆動力により伸縮ロッドを伸縮させてリフターピン６３を載置面２ｅから出没自在に動作させる。昇降機構６４は、リフターピン６３が収容された際に、リフターピン６３の先端部がフォーカスリング５の裏面に接触するように、リフターピン６３の停止位置の高さ調整を行う。また、昇降機構６４には、リフターピン６３を上昇させる際に駆動モータに発生する駆動トルクを検出するトルクセンサが設けられている。トルクセンサにより検出される駆動トルクのデータは、後述する制御部１００に出力される。また、昇降機構６４には、例えばエンコーダ等の、リフターピン６３の先端部の位置を検出する位置検出器が設けられている。位置検出器により検出される、リフターピン６３の先端部の位置のデータは、後述する制御部１００に出力される。
なお、上述の説明では、リフターピン６３が収容された際に、リフターピン６３の先端部がフォーカスリング５の裏面に接触する場合を例に説明したが、開示技術はこれに限定されるものではない。例えば、フォーカスリング５から離間した位置がリフターピン６３の収納位置とされる場合が想定される。この場合、エンコーダ等の、リフターピン６３の先端部の位置を検出する位置検出器は、リフターピン６３の先端部がフォーカスリング５の裏面に接触する位置を基準点として調整される。
ピン用貫通孔３００、リフターピン６３、及び昇降機構６４は、フォーカスリング５の周方向の複数の位置に設けられている。第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、ピン用貫通孔３００、リフターピン６３、及び昇降機構６４の組が３組設けられている。例えば、載置台２には、ピン用貫通孔３００、リフターピン６３、及び昇降機構６４の組が、載置台２の円周方向に均等な間隔で配置されている。昇降機構６４のトルクセンサは、各昇降機構６４の位置において、駆動モータの駆動トルクを検出し、その検出結果を制御部１００へ出力する。また、昇降機構６４の位置検出器は、各昇降機構６４の位置において、対応するリフターピン６３の先端部の位置を検出し、その検出結果を制御部１００へ出力する。
［制御部の構成］
次に、制御部１００について詳細に説明する。図３は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０を制御する制御部１００の概略的な構成を示すブロック図である。制御部１００は、プロセスコントローラ１１０、ユーザインタフェース１２０及び記憶部１３０を有する。
プロセスコントローラ１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。
ユーザインタフェース１２０は、工程管理者がプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１０の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部１３０には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ１１０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。例えば、記憶部１３０には、間隔情報１３１が格納されている。なお、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用することも可能である。或いは、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用することも可能である。
間隔情報１３１は、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された複数の治具５１の各々の対向部５１ａとの「間隔寸法」が記憶されたデータである。間隔寸法は、載置面２ｅと載置面６ｃとの間の距離と、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された複数の治具５１の各々の対向部５１ａとの間の距離とに基づき、予め決定される。例えば、図２に示す１つの治具５１が載置面６ｃに載置される場合、載置面２ｅと載置面６ｃとの間の距離が「ｔ１」であり、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された治具５１の対向部５１ａとの間の距離が「ｔ２」である。このため、間隔寸法は、載置面２ｅと載置面６ｃとの間の距離と載置面２ｅと載置面６ｃに載置された治具５１の対向部５１ａとの間の距離との和「ｔ１＋ｔ２」として、予め決定される。この場合、間隔寸法「ｔ１＋ｔ２」が間隔情報１３１として記憶部１３０に格納される。
図３の説明に戻る。プロセスコントローラ１１０は、プログラムやデータを格納するための内部メモリを有し、記憶部１３０に記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムの処理を実行する。プロセスコントローラ１１０は、制御プログラムが動作することにより、各種の処理部として機能する。例えば、プロセスコントローラ１１０は、取得部１１１と、計測部１１２と、厚さ算出部１１３と、出力部１１４とを有する。
ところで、プラズマ処理装置１０では、プラズマ処理が行われると、フォーカスリング５が消耗してフォーカスリング５の厚さが薄くなる。フォーカスリング５の厚さが薄くなると、フォーカスリング５上のプラズマシースとウェハＷ上のプラズマシースとの高さ位置にズレが生じ、エッチング特性が変化する。
例えば、フォーカスリング５上のプラズマシースの高さがウェハＷ上のプラズマシースの高さよりも低下した場合、ウェハＷの周辺部でプラズマシースが傾き、ウェハＷの周辺部に対して正のイオンが斜めに入射する。このように正のイオンの入射角が変化することで、エッチング特性が変化する。例えば、エッチングにより形成されるホールがウェハＷの垂直方向に対して斜めに延びる形状異常が発生する。このホールの形状異常は、Tiltingと呼ばれる。
ところで、消耗したフォーカスリング５の形状は、プラズマ処理のプロセス条件ごとに異なり、プラズマの状態を変化させる。例えば、消耗したフォーカスリング５の形状は、図４〜図７に示した４つの形状のうちのいずれかの形状となる。図４〜図７は、消耗したフォーカスリング５の形状の一例を示す図である。図４では、フォーカスリング５の径方向外側に向かうにつれてフォーカスリング５の厚さが増加する形状が示されている。図５では、フォーカスリング５の径方向外側に向かうにつれてフォーカスリング５の厚さが減少する形状が示されている。図６では、フォーカスリング５の径方向の中央部分におけるフォーカスリング５の厚さが最大となる形状が示されている。図７では、フォーカスリング５の径方向の中央部分におけるフォーカスリング５の厚さが最小となる形状が示されている。フォーカスリング５の形状に起因してプラズマの状態が変化すると、プラズマ処理装置１０では、ウェハＷに対して行われるプラズマ処理の特性や均一性が低下する虞がある。このため、フォーカスリング５の形状を適切に測定することが期待されている。
そこで、プラズマ処理装置１０では、載置面６ｃに順次載置される複数の治具５１を用いて、フォーカスリング５の形状の測定を行う。
図３の説明に戻る。取得部１１１は、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された複数の治具５１の各々の対向部５１ａとの間隔寸法を示す間隔情報１３１を取得する。例えば、取得部１１１は、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された複数の治具５１の各々の対向部５１ａとの間隔情報１３１を記憶部１３０から読み出して取得する。なお、本実施形態では、間隔情報１３１が記憶部１３０に予め記憶されているものとしたが、間隔情報１３１が他の装置に記憶されている場合、取得部１１１は、ネットワークを介して他の装置から間隔情報１３１を取得してもよい。
計測部１１２は、載置面６ｃに複数の治具５１の各々が載置された状態で、昇降機構６４によりリフターピン６３を上昇させて、複数の治具５１の各々の対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触するまで、フォーカスリング５を上昇させる。そして、計測部１１２は、対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触する場合に、載置面２ｅからのフォーカスリング５の上昇距離を計測する。例えば、計測部１１２は、フォーカスリング５の周方向の複数の位置にそれぞれ設けられた昇降機構６４によりフォーカスリング５を上昇させる。そして、計測部１１２は、対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触する場合に、フォーカスリング５の周方向の複数の位置の各々について、載置面２ｅからのフォーカスリング５の上昇距離を計測する。対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触したか否かは、各昇降機構６４の位置において各昇降機構６４のトルクセンサにより検出される駆動トルクの値と所定の閾値とを比較することにより、判定される。載置面２ｅからのフォーカスリング５の上昇距離は、各昇降機構６４の位置において各昇降機構６４の位置検出器により検出される、リフターピン６３の先端部の位置を用いて、計測される。
厚さ算出部１１３は、取得部１１１により取得された間隔情報１３１により示される間隔寸法と計測部１１２により計測されたフォーカスリング５の上昇距離とに基づき、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さを算出する。例えば、間隔情報１３１により示される間隔寸法が、図２に示す１つの治具５１に対応する間隔寸法「ｔ１＋ｔ２」である場合を想定する。この場合、厚さ算出部１１３は、間隔寸法「ｔ１＋ｔ２」から、計測されたフォーカスリング５の上昇距離を減算することにより、フォーカスリング５の厚さを算出する。また、厚さ算出部１１３は、複数の治具５１の各々の対向部５１ａの位置に対応する、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さを算出する。また、厚さ算出部１１３は、フォーカスリング５の周方向の複数の位置の各々について、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さを算出する。
これにより、プラズマ処理装置１０では、載置面６ｃに順次載置される複数の治具５１の各々の対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触するまでフォーカスリング５を上昇させるという簡易な構成で、フォーカスリング５の形状を適切に測定できる。
ここで、フォーカスリング５の形状測定の具体的な一例を説明する。図８は、フォーカスリング５の形状測定処理の流れの一例を説明するための図である。図８（Ａ）は、複数の治具５１のうちの１つの治具５１が載置面６ｃに載置された状態を示している。治具５１は、フォーカスリング５の上面と対向する対向部５１ａを有する。載置面２ｅと載置面６ｃとの間の距離が「ｔ１」であり、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された治具５１の対向部５１ａとの間の距離が「ｔ２」である。このため、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された治具５１の対向部５１ａとの間隔寸法は、「ｔ１＋ｔ２」である。プラズマ処理装置１０において、計測部１１２は、昇降機構６４によりリフターピン６３を上昇させて、治具５１の対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触するまで、フォーカスリング５を上昇させる。図８（Ｂ）は、治具５１の対向部５１ａに本体部５ａの上面が接触した状態を示している。図８（Ｂ）の例では、フォーカスリング５が載置面２ｅから「ｓ１」だけ上昇している。計測部１１２は、図８（Ｂ）に示すように、治具５１の対向部５１ａに本体部５ａの上面が接触する場合に、載置面２ｅからのフォーカスリング５の上昇距離「ｓ１」を計測する。そして、プラズマ処理装置１０において、厚さ算出部１１３は、間隔寸法「ｔ１＋ｔ２」から、計測されたフォーカスリング５の上昇距離「ｓ１」を減算することにより、フォーカスリング５の厚さ「ｔｏ」を算出する。また、載置面６ｃに順次される複数の治具５１の各々について、計測部１１２による上昇距離「ｓ１」の計測、及び厚さ算出部１１３によるフォーカスリング５の厚さ「ｔｏ」の算出が繰り返される。これにより、プラズマ処理装置１０は、載置面６ｃに順次載置される複数の治具５１の各々の対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触するまでフォーカスリング５を上昇させるという簡易な構成で、フォーカスリング５の形状を適切に測定できる。
図３の説明に戻る。出力部１１４は、厚さ算出部１１３により算出されたフォーカスリング５の厚さに基づく情報を出力する。例えば、出力部１１４は、厚さ算出部１１３により算出された、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さに基づき、フォーカスリング５の厚さ分布を示す情報をユーザインタフェース１２０に出力する。なお、出力部１１４は、フォーカスリング５の厚さ分布を示す情報を外部装置へデータとして出力してもよい。
図９は、フォーカスリング５の厚さ分布を示す情報の出力の一例を示す図である。図９の例では、フォーカスリング５の径方向の３個の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さに対応する測定点を通過する近似曲線がグラフ４０１で示されている。また、図９の例では、フォーカスリング５の径方向の５個の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さに対応する測定点を通過する近似曲線がグラフ４０２で示されている。また、図９の例では、フォーカスリング５の径方向の１１個の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さに対応する測定点を通過する近似曲線がグラフ４０３で示されている。グラフ４０１〜４０３によって、例えば、フォーカスリング５の径方向の中央部分におけるフォーカスリング５の厚さが最大となることが確認される。すなわち、グラフ４０１〜４０３によって、図６に示される、フォーカスリング５の形状が特定される。
これにより、プラズマ処理装置１０の管理者は、フォーカスリング５の形状を視覚的に把握することができる。
［制御の流れ］
次に、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０を用いたフォーカスリング５の形状測定方法について説明する。図１０は、第１実施形態に係るフォーカスリング５の形状測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。このフォーカスリング５の形状測定処理は、例えば、ウェハＷに対するプラズマ処理が終了したタイミングで実行される。
図１０に示すように、載置面６ｃに順次載置される複数の治具５１をカウントするための変数Ｎが１に初期化され（Ｓ１１）、ウェハＷが処理容器１から搬出される（Ｓ１２）。続いて、載置面６ｃ（第１の載置面）にＮ番目（つまり、１番目）の治具５１が載置され（Ｓ１３）、静電チャック６によりＮ番目の治具５１が吸着される（Ｓ１４）。このとき、静電チャック６による吸着力は、治具５１の対向部５１ａとフォーカスリング５の上面との接触時に治具５１が載置面６ｃから離反しないように、設定される。
取得部１１１は、載置面２ｅと載置面６ｃに載置されたＮ番目の治具５１の対向部５１ａとの間隔寸法を示す間隔情報１３１を取得する（Ｓ１５）。
計測部１１２は、載置面６ｃに載置されたＮ番目の治具５１が静電チャック６により吸着された状態で、昇降機構６４におりリフターピン６３を上昇させて、フォーカスリング５を上昇させる（Ｓ１６）。計測部１１２は、Ｎ番目の治具５１の対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触したか否かを判定する（Ｓ１７）。Ｎ番目の治具５１の対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触していない場合（Ｓ１７Ｎｏ）、計測部１１２は、フォーカスリング５の上昇を継続する（Ｓ１６）。
一方、Ｎ番目の治具５１の対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触した場合（Ｓ１７Ｙｅｓ）、計測部１１２は、載置面２ｅからのフォーカスリング５の上昇距離を計測する（Ｓ１８）。
厚さ算出部１１３は、取得部１１１により取得された間隔情報１３１により示される間隔寸法と計測部１１２により計測されたフォーカスリング５の上昇距離とに基づき、フォーカスリング５の径方向の位置ＤＮでのフォーカスリング５の厚さを算出する（Ｓ１９）。なお、フォーカスリング５の径方向の位置ＤＮは、Ｎ番目の治具５１の対向部５１ａの位置Ｄに対応する位置である。
続いて、Ｎ番目の治具５１が処理容器１から搬出される（Ｓ２０）。厚さ算出部１１３は、変数Ｎが規定数Ｎｍａｘ（ただし、Ｎｍａｘ≧３）に到達したか否かを判定する（Ｓ２１）。変数Ｎが規定数Ｎｍａｘに達していない場合（Ｓ２１Ｎｏ）、厚さ算出部１１３は、変数Ｎの値を１増加させ（Ｓ２２）を、処理をステップＳ１３に戻す。これにより、フォーカスリング５の径方向の複数の位置ＤＮ（Ｎ＝１、２、…、Ｎｍａｘ）の各々での、フォーカスリング５の厚さが算出される。
一方、変数Ｎが規定数Ｎｍａｘに達した場合（Ｓ２１Ｙｅｓ）、厚さ算出部１１３は、処理をステップＳ２３に進める。そして、出力部１１４は、厚さ算出部１１３により算出されたフォーカスリング５の厚さに基づく情報を出力する。例えば、出力部１１４は、フォーカスリング５の径方向の複数の位置ＤＮ（Ｎ＝１、２、…、Ｎｍａｘ）の各々での、フォーカスリング５の厚さに基づき、フォーカスリング５の厚さ分布を示す情報をユーザインタフェース１２０に出力する（Ｓ２３）。
以上のように、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、載置台２と、昇降機構６４と、取得部１１１と、計測部１１２と、厚さ算出部１１３とを有する。載置台２は、複数の治具５１を順次載置する載置面６ｃと、フォーカスリング５を載置する載置面２ｅとを有する。複数の治具５１は、ウェハＷの周囲に配置されるフォーカスリング５の形状測定に用いられる複数の治具であって、各々がフォーカスリング５の上面と対向する対向部５１ａを有し、フォーカスリング５の径方向における対向部５１ａの位置が互いに異なる。昇降機構６４は、載置面２ｅに対してフォーカスリング５を昇降させる。取得部１１１は、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された複数の治具５１の各々の対向部５１ａとの間隔寸法を示す間隔情報を取得する。計測部１１２は、載置面６ｅに複数の治具５１の各々が載置された状態で、昇降機構６４によりフォーカスリング５を上昇させ、対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触する場合に、載置面２ｅからのフォーカスリング５の上昇距離を計測する。厚さ算出部１１３は、取得された間隔情報１３１により示される間隔寸法と、計測されたフォーカスリング５の上昇距離とに基づき、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さを算出する。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の形状を適切に測定することができる。
また、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、出力部１１４を有する。出力部１１４は、算出された、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さに基づき、フォーカスリング５の厚さ分布を示す情報を出力する。これにより、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理装置１０の管理者に、フォーカスリング５の形状を視覚的に把握させることができる。
また、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０において、間隔寸法は、載置面２ｅと載置面６ｃとの間の距離と、載置面２ｅと載置面２ｅに載置された複数の治具５１の各々の対向部５１ａとの間の距離とに基づき、予め決定される。これにより、プラズマ処理装置１０は、載置台２や治具５１ごとに寸法に誤差がある場合でも、フォーカスリング５の形状を高精度に測定することができる。
また、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０において、載置台２には、載置面６ｃに順次載置される複数の治具５１の各々を吸着する静電チャック６が設けられる。計測部１１２は、載置面６ｃに順次載置される複数の治具５１の各々が静電チャック６により吸着された状態で、昇降機構６４によりフォーカスリング５を上昇させる。これにより、プラズマ処理装置１０は、複数の治具５１の各々の対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触する場合に複数の治具５１の各々が載置面６ｃから離反することを防止することができ、フォーカスリング５の形状を高精度に測定することができる。
また、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０において、昇降機構６４は、フォーカスリング５の周方向の複数の位置にそれぞれ設けられている。計測部１１２は、フォーカスリング５の周方向の複数の位置にそれぞれ設けられた昇降機構６４によりフォーカスリング５を上昇させる。計測部１１２は、対向部５１ａにフォーカスリング５の上面が接触する場合に、フォーカスリング５の周方向の複数の位置の各々について、載置面２ｅからのフォーカスリング５の上昇距離を計測する。厚さ算出部１１３は、間隔寸法と計測されたフォーカスリング５の上昇距離とに基づき、フォーカスリング５の周方向の複数の位置の各々について、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さを算出する。これにより、プラズマ処理装置１０は、フォーカスリング５の周方向の複数の位置の各々について、フォーカスリング５の形状を高精度に測定することができる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、開示の技術は、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述したプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置１０であったが、任意のプラズマ処理装置１０に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置１０は、誘導結合型のプラズマ処理装置１０、マイクロ波といった表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置１０のように、任意のタイプのプラズマ処理装置１０であってもよい。
また、上述した実施形態では、ウェハＷの周囲に配置されるフォーカスリング５の形状を測定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、フォーカスリング５の周囲にカバーリングなどの他のリング部材が配置される場合に、上述した実施形態に係る、フォーカスリング５の形状測定処理と同様の手法により、他のリング部材の形状を測定してもよい。
また、上述した実施形態では、載置面６ｃに順次載置される複数の治具５１を用いて、フォーカスリング５の形状の測定を行う場合を例に説明したが、開示技術はこれに限定されない。図１１は、フォーカスリング５の形状測定処理の流れの他の一例を説明するための図である。例えば、図１１に示すように、載置面６ｃに載置される１つの治具５２を用いて、フォーカスリング５の形状を測定してもよい。図１１（Ａ）は、治具５２が載置面６ｃに載置された状態を示している。治具５２は、フォーカスリング５の形状測定に用いられる治具である。治具５２は、フォーカスリング５の上面と対向する対向部５２ａを有する。対向部５２ａには、上下方向に移動可能な複数のプローブ５３がフォーカスリング５の径方向に沿って設けられている。載置面２ｅと載置面６ｃとの間の距離が「ｔ１」であり、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された治具５２の対向部５２ａとの間の距離が「ｔ２」である。このため、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された治具５２の対向部５２ａとの間隔寸法は、「ｔ１＋ｔ２」である。プラズマ処理装置１０において、取得部１１１は、例えば、載置面２ｅと載置面６ｃに載置された治具５２の対向部５２ａとの間隔寸法「ｔ１＋ｔ２」を取得する。計測部１１２は、載置面６ｃに治具５２が載置された状態で、昇降機構６４によりリフターピン６３を上昇させて、フォーカスリング５を上昇させるとともに、上昇中のフォーカスリング５で複数のプローブ５３を押し上げる。
図１１（Ｂ）は、治具５２の対向部５２ａにフォーカスリング５の上面が接触した状態を示している。図１１（Ｂ）の例では、フォーカスリング５が載置面２ｅから「ｓ１」だけ上昇している。計測部１１２は、図１１（Ｂ）に示すように、治具５２の対向部５２ａにフォーカスリング５の上面が接触する場合に、載置面２ｅからのフォーカスリング５の上昇距離「ｓ１」を計測する。そして、プラズマ処理装置１０において、厚さ算出部１１３は、間隔寸法「ｔ１＋ｔ２」と、計測されたフォーカスリング５の上昇距離「ｓ１」とに基づき、フォーカスリング５の形状測定の基準となるフォーカスリング５の厚さである基準厚さを算出する。基準厚さは、フォーカスリング５のうち、最も厚い部分の厚さに相当する。図１１（Ｂ）の例では、厚さ算出部１１３は、間隔寸法「ｔ１＋ｔ２」から、フォーカスリング５の上昇距離「ｓ１」を減算することにより、フォーカスリング５の形状測定の基準となる基準厚さ「ｔｒ」を算出する。厚さ算出部１１３により基準厚さ「ｔｒ」が算出された後、治具５２が回収され、回収された治具５２と算出された基準厚さ「ｔｒ」とに基づき、フォーカスリング５の形状測定が行われる。すなわち、フォーカスリング５の形状測定において、対向部５２ａに対する、複数のプローブ５３の突出量がそれぞれ計測される。複数のプローブ５３の突出量は、例えば、所定の計測器具を用いて計測される。なお、複数のプローブ５３の突出量は、変位量計等を用いて電気的に計測されてもよい。続いて、基準厚さ「ｔｒ」から複数のプローブ５３の突出量が減算されることで、フォーカスリング５の径方向の複数の位置の各々での、フォーカスリング５の厚さが算出される。これにより、載置面６ｃに載置される１つの治具５２を用いて、フォーカスリング５の形状を簡易且つ高精度に測定することができる。
１ 処理容器
２ 載置台
２ａ 基材
２ｅ 載置面
５ フォーカスリング
６ 静電チャック
６ｃ 載置面
１０ プラズマ処理装置
５１、５２ 治具
５１ａ、５２ａ 対向部
５３ プローブ
６３ リフターピン
６４ 昇降機構
１００ 制御部
１１１ 取得部
１１２ 計測部
１１３ 厚さ算出部
１１４ 出力部
１３１ 間隔情報
Ｗ ウェハ

Claims (7)

  1. 被処理体の周囲に配置されるリング部材の形状測定に用いられる複数の治具であって、各々が前記リング部材の上面と対向する対向部を有し、前記リング部材の径方向における前記対向部の位置が互いに異なる前記複数の治具を順次載置する第１の載置面と、前記リング部材を載置する第２の載置面とを有する載置台と、
    前記第２の載置面に対して前記リング部材を昇降させる昇降機構と、
    前記第２の載置面と前記第１の載置面に載置された前記複数の治具の各々の前記対向部との間隔寸法を示す間隔情報を取得する取得部と、
    前記第１の載置面に前記複数の治具の各々が載置された状態で、前記昇降機構により前記リング部材を上昇させ、前記対向部に前記リング部材の上面が接触する場合に、前記第２の載置面からの前記リング部材の上昇距離を計測する計測部と、
    取得された前記間隔情報により示される前記間隔寸法と、計測された前記リング部材の上昇距離とに基づき、前記リング部材の径方向の複数の位置の各々での、前記リング部材の厚さを算出する厚さ算出部と、
    を有する、プラズマ処理装置。
  2. 算出された、前記リング部材の径方向の複数の位置の各々での、前記リング部材の厚さに基づき、前記リング部材の厚さ分布を示す情報を出力する出力部をさらに有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記間隔寸法は、前記第２の載置面と前記第１の載置面との間の距離と、前記第１の載置面と前記第１の載置面に載置された前記複数の治具の各々の前記対向部との間の距離とに基づき、予め決定される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記載置台には、前記第１の載置面に順次載置される前記複数の治具の各々を吸着する静電チャックが設けられ、
    前記計測部は、前記第１の載置面に順次載置される前記複数の治具の各々が前記静電チャックにより吸着された状態で、前記昇降機構により前記リング部材を上昇させる、請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記昇降機構は、前記リング部材の周方向の複数の位置にそれぞれ設けられ、
    前記計測部は、前記リング部材の周方向の複数の位置にそれぞれ設けられた前記昇降機構により前記リング部材を上昇させ、前記対向部に前記リング部材の上面が接触する場合に、前記リング部材の周方向の複数の位置の各々について、前記第２の載置面からの前記リング部材の上昇距離を計測し、
    前記厚さ算出部は、取得された前記間隔情報により示される前記間隔寸法と、計測された前記リング部材の上昇距離とに基づき、前記リング部材の周方向の複数の位置の各々について、前記リング部材の径方向の複数の位置の各々での、前記リング部材の厚さを算出する、請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  6. 被処理体の周囲に配置されるリング部材の形状測定に用いられる治具であって、前記リング部材の上面と対向する対向部を有し、前記対向部に、上下方向に移動可能な複数のプローブが前記リング部材の径方向に沿って設けられた前記治具を載置する第１の載置面と、前記リング部を載置する第２の載置面とを有する載置台と、
    前記第２の載置面に対して前記リング部材を昇降させる昇降機構と、
    前記第２の載置面と前記第１の載置面に載置された前記治具の前記対向部との間隔寸法を示す間隔情報を取得する取得部と、
    前記第１の載置面に前記治具が載置された状態で、前記昇降機構により前記リング部材を上昇させるとともに、上昇中の前記リング部材で前記複数のプローブを押し上げ、前記対向部に前記リング部材の上面が接触する場合に、前記第２の載置面からの前記リング部材の上昇距離を計測する計測部と、
    取得された前記間隔情報により示される前記間隔寸法と、計測された前記リング部材の上昇距離とに基づき、前記リング部材の形状測定の基準となる前記リング部材の厚さである基準厚さを算出する厚さ算出部と、
    を有し、
    前記リング部材の形状測定において、前記対向部に対する、前記複数のプローブの突出量がそれぞれ計測され、前記基準厚さから前記複数のプローブの突出量が減算されることで、前記リング部材の径方向の複数の位置の各々での、前記リング部材の厚さが算出される、プラズマ処理装置。
  7. 被処理体の周囲に配置されるリング部材の形状測定に用いられる複数の治具であって、各々が前記リング部材の上面と対向する対向部を有し、前記リング部材の径方向における前記対向部の位置が互いに異なる前記複数の治具を順次載置する第１の載置面と、前記リング部材を載置する第２の載置面とを有する載置台の前記第１の載置面に前記複数の治具を順次載置し、
    前記第２の載置面と前記第１の載置面に載置された前記複数の治具の各々の前記対向部との間隔寸法を示す間隔情報を取得し、
    前記第１の載置面に前記複数の治具の各々が載置された状態で、前記第２の載置面に対して前記リング部材を昇降させる昇降機構により前記リング部材を上昇させ、前記対向部に前記リング部材の上面が接触する場合に、前記第２の載置面からの前記リング部材の上昇距離を計測し、
    取得された前記間隔情報により示される前記間隔寸法と、計測された前記リング部材の上昇距離とに基づき、前記リング部材の径方向の複数の位置の各々での、前記リング部材の厚さを算出する、
    処理を含む、リング部材の形状測定方法。
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