JP2022092798A - 温度測定システム、基板支持部アセンブリ、基板処理装置及び温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、基板処理装置を動作させた状態で、チャンバ内の温度分布を測定する技術を提供する。【解決手段】チャンバの内部に基板を支持する基板支持面を有する基板支持部と、第１端面と第２端面とを有し、前記基板支持部を貫通して設けられ、前記基板支持面から前記第１端面が露出されるバンドルファイバと、前記チャンバの内部の測定対象からの赤外光を前記第１端面に結像する結像光学系と、前記第１端面から入射し、前記バンドルファイバを伝搬して前記第２端面から出射する前記赤外光を検出する検出部と、を備える温度測定システム。【選択図】図５

Description

本開示は、温度測定システム、基板支持部アセンブリ、基板処理装置及び温度測定方法に関する。

例えば、特許文献１には、静電チャックの上面に載置された基板の温度を計測する温度計測方法が開示されている。

例えば、特許文献２には、狭隘部における熱分布画像や通常画像を広範囲にわたって即時に測定できると共に、実装基板の電子機器が通電状態であっても熱分布を計測できる熱分布計測装置が開示されている。

特開２０２０－００８５２３号公報 特開２００５－３３７７３９号公報

本開示は、基板処理装置を動作させた状態で、チャンバ内の温度分布を測定する技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、チャンバの内部に基板を支持する基板支持面を有する基板支持部と、第１端面と第２端面とを有し、前記基板支持部を貫通して設けられ、前記基板支持面から前記第１端面が露出されるバンドルファイバと、前記チャンバの内部の測定対象からの赤外光を前記第１端面に結像する結像光学系と、前記第１端面から入射し、前記バンドルファイバを伝搬して前記第２端面から出射する前記赤外光を検出する検出部と、を備える温度測定システムが提供される。

本開示は、基板処理装置を動作させた状態で、チャンバ内の温度分布を測定する技術を提供する。

図１は、本実施形態に係る温度測定システムに用いられるプラズマ処理システムの構成例を説明する図である。 図２は、本実施形態に係る温度測定システムに用いられるプラズマ処理チャンバの概略構成を示す断面図である。 図３は、本実施形態に係る温度測定システムに用いられるプラズマ処理チャンバの概略構成を示す断面図である。 図４は、本実施形態に係る温度測定システムの概略を示す図である。 図５は、第１実施形態に係る温度測定システムの概略構成を示す断面図である。 図６は、第１実施形態に係る温度測定システムの概略構成を示す断面図である。 図７は、第２実施形態に係る温度測定システムの概略構成を示す断面図である。 図８は、第２実施形態に係る温度測定システムの概略構成を示す断面図である。 図９は、第３実施形態に係る温度測定システムの概略構成を示す断面図である。 図１０は、第３実施形態に係る温度測定システムの概略構成を示す断面図である。

以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。なお、理解の容易のため、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。

＜プラズマ処理システム＞
以下に、本実施形態に係る温度測定システムに用いられるプラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、本実施形態に係る温度測定システムに用いられるプラズマ処理装置１の構成例を説明する図である。

プラズマ処理システムは、容量結合プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。本実施形態に係るリングアセンブリ１１２は、エッジリング１１２ａ及びカバーリング１１２ｂを含む。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

プラズマ処理装置１は、更に、バンドルファイバ５０と、赤外光検出器６０と、を含む。なお、後述するように、プラズマ処理装置１は、複数のバンドルファイバを備えるが、図１では、複数のバンドルファイバを総称してバンドルファイバ５０として示す。

バンドルファイバ５０は、プラズマ処理空間１０ｓの内部からプラズマ処理チャンバ１０の外部に、赤外光を伝送する。バンドルファイバ５０は、複数の赤外光ファイバを備える。バンドルファイバ５０の複数の赤外光ファイバは、長手方向に断面における配列を変えることなく束ねられる。したがって、バンドルファイバ５０は、一方の端面に入力された赤外光画像を他方の端面に伝送できる。バンドルファイバ５０は、本体部１１１及びプラズマ処理チャンバ１０筐体の底壁１０ｂを貫通する。バンドルファイバ５０は、赤外光検出器６０に接続される。

赤外光検出器６０は、バンドルファイバ５０からの赤外光を画像情報として検出する。赤外光検出器６０は、バンドルファイバ５０が接続される。赤外光検出器６０は、赤外光画像検出器を備える。赤外光検出器６０の赤外光画像検出器は、バンドルファイバ５０の端面と結像関係で接続される。赤外光検出器６０は、バンドルファイバ５０の端面から出力される赤外光画像を検出する。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

［プラズマ処理チャンバ１０］
最初に、本実施形態に用いられるプラズマ処理チャンバ１０について詳細を説明する。図２及び図３は、本実施形態に係る温度測定システムに用いられるプラズマ処理チャンバ１０の概略構成を示す断面図である。具体的には、図２は、図３におけるＩＩ－ＩＩ断面図である。図３は、図２におけるＩ－Ｉ断面図である。なお、プラズマ処理チャンバ１０の一部の構成については省略して示す。

なお、図５、図７及び図９のそれぞれは、図２と同じ位置で切断した断面図である。また、図６、図８及び図１０のそれぞれは、図３と同じ位置で切断した断面図である。図５から図１０においては、切断線は省略する。

なお、図には、説明の便宜のためＸＹＺ直交座標系が設定されている。図面の紙面に対して垂直な座標軸については、座標軸の丸の中にバツ印は紙面に対して奥の方向が正、丸の中に黒丸印は紙面に対して手前側が正であることを表している。ただし、当該座標系は、説明のために定めるものであって、本実施形態のプラズマ処理装置１の姿勢について限定するものではない。

本開示では、特に説明しない限り、Ｘ軸とＹ軸は中央領域（基板支持面）１１１ａに平行な方向である。Ｚ軸は中央領域（基板支持面）１１１ａに垂直な方向である。また、＋Ｚ側から見る場合を上面視という場合がある。上面視において、＋Ｘ側を左側、＋Ｙ側を上側、－Ｘ側を左側、－Ｙ側を下側という場合がある。

本実施形態に係るプラズマ処理チャンバ１０は、バンドルファイバ５１、５２、５３、５４及び５５を備える。バンドルファイバ５１、５２、５３、５４及び５５のそれぞれは、基板支持部１１の本体部１１１及びプラズマ処理チャンバ１０筐体の底壁１０ｂを貫通する。なお、基板支持部１１と、バンドルファイバ５１、５２、５３、５４及び５５との組み合わせを基板支持部アセンブリ１１５という場合がある。

バンドルファイバ５１は、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａの上面視で中央に位置する。バンドルファイバ５１は、端面５１Ａ及び端面５１Ｂを有する。端面５１Ａは、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａから露出される。端面５１Ｂは、赤外光検出器６０に接続される。

バンドルファイバ５２は、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａの上面視でバンドルファイバ５１の右側に位置する。バンドルファイバ５２は、端面５２Ａ及び端面５２Ｂを有する。端面５２Ａは、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａから露出される。端面５２Ｂは、赤外光検出器６０に接続される。

バンドルファイバ５３は、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａの上面視でバンドルファイバ５１の上側に位置する。バンドルファイバ５３は、端面５３Ａ及び端面５３Ａの反対側の端面を有する。端面５３Ａは、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａから露出される。バンドルファイバ５３の端面５３Ａの反対側の端面は、赤外光検出器６０に接続される。

バンドルファイバ５４は、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａの上面視でバンドルファイバ５１の左側に位置する。バンドルファイバ５４は、端面５４Ａ及び端面５４Ｂを有する。端面５４Ａは、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａから露出される。端面５４Ｂは、赤外光検出器６０に接続される。

バンドルファイバ５５は、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａの上面視でバンドルファイバ５１の下側に位置する。バンドルファイバ５５は、端面５５Ａ及び端面５５Ａの反対側の端面を有する。端面５５Ａは、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａから露出される。バンドルファイバ５５の端面５５Ａの反対側の端面は、赤外光検出器６０に接続される。

本実施形態に係るプラズマ処理チャンバ１０は、更に、リフトピン７１、７２及び７３を備える。リフトピン７１、７２及び７３は、本体部１１１の中央領域（基板支持面）１１１ａに載置される基板等を持ち上げる。リフトピン７１、７２及び７３のそれぞれは、基板支持部１１の本体部１１１を貫通する。リフトピン７１、７２及び７３のそれぞれは、基板支持面１１１ａに対して法線方向に移動する。

バンドルファイバ５１、５２、５３、５４及び５５のそれぞれは、リフトピン７１、７２及び７３のいずれにも干渉しない位置に設けられている。

なお、端面５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ、５４Ａ及び５５Ａのそれぞれは、第１端面の一例である。端面５１Ｂ、５２Ｂ、端面５３Ａの反対側の端面、５４Ｂ及び端面５５Ａの反対側の端面のそれぞれは、第２端面の一例である。赤外光検出器６０は、検出部の一例である。

≪温度測定システムの概略≫
本実施形態に係る温度測定システムの概要について説明する。図４は、本実施形態に係る温度測定システム１５０の概略を示す図である。

本実施形態に係る温度測定システム１５０は、バンドルファイバ５０と、赤外光検出器６０と、結像光学系７０と、を備える。なお、温度測定システム１５０の説明では、バンドルファイバとして、バンドルファイバ５０を使って説明する。

バンドルファイバ５０は、図４に端面５０Ａの端面を示しているように、ファイバの内部が複数の光導波路５０ａに分割されている。バンドルファイバ５０は、複数の光導波路５０ａに分割されることにより、端面５０Ａに入力した画像情報を赤外光検出器６０に画像情報を保持しながら伝送できる。バンドルファイバ５０は、例えば、２５０画素程度の画像を伝送できる。光導波路５０ａの断面は、略六角形状である。なお、バンドルファイバ５０の直径は、例えば、３ｍｍである。なお、光導波路５０ａの断面は、略六角形状に限らず、例えば、円形又は矩形等の多角形でもよい。

結像光学系７０は、測定対象８０における温度測定を行いたい観察領域Ａ８０を、バンドルファイバ５０の端面５０Ａに結像させる。結像光学系７０によりバンドルファイバ５０の端面５０Ａに結像され、バンドルファイバ５０の端面５０Ａに入射した赤外光（画像）は、バンドルファイバ５０の端面５０Ａと反対側の端面５０Ｂから出射されることにより赤外光検出器６０まで伝送される。すなわち、バンドルファイバ５０の端面５０Ａに入射した赤外光は、バンドルファイバ５０を伝搬して端面５０Ｂから出射する。

そして、伝送された赤外光（画像）は、赤外光検出器６０で赤外光画像として検出される。赤外光検出器６０は、例えば、端面５０Ｂから出力された赤外光画像を画像検出器６１により検出する。検出された赤外光画像により、測定対象８０の観察領域Ａ８０の温度分布を測定することができる。

本実施形態に係る温度測定システム１５０は、プラズマ処理チャンバ１０の内部の温度分布を測定する。プラズマ処理チャンバ１０の内部は、プラズマ処理の内容によって、プラズマ処理中に温度が低温（例えば、－１００℃）になったり、高温（例えば、３００℃）になったりする場合ある。したがって、温度を測定する機器をプラズマ処理チャンバ１０の内部に入れて測定することは困難である。

本実施形態に係る温度測定システム１５０は、室温程度の温度に保たれる空間Ａに、赤外光検出器６０を配置する。また、本実施形態に係る温度測定システム１５０は、プラズマ処理チャンバ１０の内部の空間Ｂには、温度に対して耐性のある受動部品であるバンドルファイバ５０の一部と結像光学系７０のみを配置する。したがって、プラズマ処理チャンバ１０の内部の温度を処理中に測定できる。

なお、バンドルファイバ５０と赤外光検出器６０は直接接続されているが、例えば、バンドルファイバ５０の端面５０Ｂからの赤外光を別のファイババンドル（複数の光ファイバを束ねた光学部材）に入力できるように変換して、当該ファイババンドルを介して赤外光検出器６０と接続してもよい。

≪第１実施形態≫
＜温度測定システム２００＞
ウェハ型交換レンズ２０１を用いる温度測定システム２００について説明する。図５及び図６は、第１実施形態に係る温度測定システム２００の概略構成を示す断面図である。

ウェハ型交換レンズ２０１は、基板２０２と、結像レンズ２１１、２２１、２３１、２４１及び２５１と、を備える。結像レンズ２１１、２２１、２３１、２４１及び２５１は、基板２０２に取り付けられる。基板２０２には、結像レンズ２１１、２２１、２３１、２４１及び２５１のそれぞれに対応する位置に、貫通穴が形成されている。

結像レンズ２１１は、上面視でウェハ型交換レンズ２０１の中央に位置する。結像レンズ２１１は、ウェハ型交換レンズ２０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５１に対応する位置に配置される。結像レンズ２１１は、シャワーヘッド１３の天井面１３Ａにおける観察領域Ａ２１０をバンドルファイバ５１の端面５１Ａに結像する。結像レンズ２１１は、固定部材２１５により基板２０２に取り付けられる。

結像レンズ２２１は、上面視でウェハ型交換レンズ２０１における結像レンズ２１１の右側に位置する。結像レンズ２２１は、ウェハ型交換レンズ２０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５２に対応する位置に配置される。結像レンズ２２１は、シャワーヘッド１３の天井面１３Ａにおける観察領域Ａ２２０をバンドルファイバ５２の端面５２Ａに結像する。結像レンズ２２１は、固定部材２２５により基板２０２に取り付けられる。

結像レンズ２３１は、上面視でウェハ型交換レンズ２０１における結像レンズ２１１の上側に位置する。結像レンズ２３１は、ウェハ型交換レンズ２０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５３に対応する位置に配置される。結像レンズ２３１は、シャワーヘッド１３の天井面１３Ａにおける観察領域をバンドルファイバ５３の端面５３Ａに結像する。結像レンズ２３１は、固定部材により基板２０２に取り付けられる。

結像レンズ２４１は、上面視でウェハ型交換レンズ２０１における結像レンズ２１１の左側に位置する。結像レンズ２４１は、ウェハ型交換レンズ２０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５４に対応する位置に配置される。結像レンズ２４１は、シャワーヘッド１３の天井面１３Ａにおける観察領域Ａ２４０をバンドルファイバ５４の端面５４Ａに結像する。結像レンズ２４１は、固定部材２４５により基板２０２に取り付けられる。

結像レンズ２５１は、上面視でウェハ型交換レンズ２０１における結像レンズ２１１の下側に位置する。結像レンズ２５１は、ウェハ型交換レンズ２０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５５に対応する位置に配置される。結像レンズ２５１は、シャワーヘッド１３の天井面１３Ａにおける観察領域をバンドルファイバ５５の端面５５Ａに結像する。結像レンズ２５１は、固定部材により基板２０２に取り付けられる。

結像レンズ２１１、２２１、２３１、２４１及び２５１は、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）により形成される。基板２０２は、例えば、シリコンにより形成される。また、固定部材２１５等の固定部材は、酸化アルミ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなるセラミックにより形成される。

＜温度測定方法＞
温度測定システム２００における温度測定方法について説明する。測定対象が、例えば、観察領域Ａ２１０の場合について説明する。観察領域Ａ２１０から発せられた赤外光は、結像光学系である結像レンズ２２１により、バンドルファイバ５１の端面５１Ａに結像される（チャンバの内部の測定対象からの赤外光を第１端面に結像させる工程）。そして、端面５１Ａに結像された赤外光は、バンドルファイバ５１を伝搬して、バンドルファイバ５１の端面５１Ｂから、赤外光検出器６０に出射する。そして、赤外光検出器６０は、端面５１Ｂから出射した赤外光を検出する（第２端面から出射する赤外光を検出する工程）。赤外光検出器６０で検出した赤外光により、測定対象の温度分布を測定する。

＜作用・効果＞
本実施形態に係るウェハ型交換レンズ２０１を用いる温度測定システム２００は、プラズマ処理システムを動作させた状態で、プラズマ処理チャンバ１０内部のシャワーヘッド１３の天井面１３Ａにおける温度分布を測定することができる。特に、シャワーヘッド１３のガス導入口付近の温度分布を測定することができる。

≪第２実施形態≫
＜温度測定システム３００＞
ウェハ型交換レンズ３０１を用いる温度測定システム３００について説明する。図７及び図８は、第２実施形態に係る温度測定システム３００の概略構成を示す断面図である。

ウェハ型交換レンズ３０１は、基板３０２と、結像レンズ３２１、３３１、３４１及び３５１と、を備える。また、ウェハ型交換レンズ３０１は、光線の方向、すなわち、光路を変更するプリズム３２２、３３２、３４２及び３５２を備える。プリズム３２２、３３２、３４２及び３５２は、基板３０２に取り付けられる。結像レンズ３２１、３３１、３４１及び３５１のそれぞれは、それぞれプリズム３２２、３３２、３４２及び３５２に取り付けられる。基板３０２には、プリズム３２２、３３２、３４２及び３５２のそれぞれに対応する位置に、貫通穴が形成されている。

プリズム３２２は、上面視でウェハ型交換レンズ３０１の中央に対して右側に位置する。プリズム３２２は、ウェハ型交換レンズ３０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５２に対応する位置に配置される。プリズム３２２は、固定部材３２６により基板３０２に取り付けられる。プリズム３２２は、結像レンズ３２１から入射する光をバンドルファイバ５２に向けて反射する。

結像レンズ３２１は、上面視でプリズム３２２の右側に位置する。結像レンズ３２１は、固定部材３２５によりプリズム３２２に取り付けられる。結像レンズ３２１は、側壁１０ａの側面１０Ａにおける観察領域Ａ３２０をバンドルファイバ５２の端面５２Ａに結像する。

プリズム３３２は、上面視でウェハ型交換レンズ３０１の中央に対して上側に位置する。プリズム３３２は、ウェハ型交換レンズ３０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５３に対応する位置に配置される。プリズム３３２は、固定部材３３６により基板３０２に取り付けられる。プリズム３３２は、結像レンズ３３１から入射する光をバンドルファイバ５３に向けて反射する。

結像レンズ３３１は、上面視でプリズム３３２の上側に位置する。結像レンズ３３１は、固定部材３３５によりプリズム３３２に取り付けられる。結像レンズ３３１は、側壁１０ａの側面１０Ａにおける観察領域Ａ３３０をバンドルファイバ５３の端面５３Ａに結像する。

プリズム３４２は、上面視でウェハ型交換レンズ３０１の中央に対して左側に位置する。プリズム３４２は、ウェハ型交換レンズ３０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５４に対応する位置に配置される。プリズム３４２は、固定部材３４６により基板３０２に取り付けられる。プリズム３４２は、結像レンズ３４１から入射する光をバンドルファイバ５４に向けて反射する。

結像レンズ３４１は、上面視でプリズム３４２の左側に位置する。結像レンズ３４１は、固定部材３４５によりプリズム３４２に取り付けられる。結像レンズ３４１は、側壁１０ａの側面１０Ａにおける観察領域Ａ３４０をバンドルファイバ５４の端面５４Ａに結像する。

プリズム３５２は、上面視でウェハ型交換レンズ３０１の中央に対して下側に位置する。プリズム３５２は、ウェハ型交換レンズ３０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５５に対応する位置に配置される。プリズム３５２は、固定部材により基板３０２に取り付けられる。プリズム３５２は、結像レンズ３５１から入射する光をバンドルファイバ５５に向けて反射する。

結像レンズ３５１は、上面視でプリズム３５２の下側に位置する。結像レンズ３５１は、固定部材３５５によりプリズム３５２に取り付けられる。結像レンズ３５１は、側壁１０ａの側面１０Ａにおける観察領域Ａ３５０をバンドルファイバ５５の端面５５Ａに結像する。

結像レンズ３２１、３３１、３４１及び３５１は、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）により形成される。また、プリズム３２２、３３２、３４２及び３５２は、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）により形成される。基板３０２は、例えば、シリコンにより形成される。また、固定部材３２５等の固定部材は、酸化アルミ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなるセラミックにより形成される。

＜作用・効果＞
本実施形態に係るウェハ型交換レンズ３０１を用いる温度測定システム３００は、プラズマ処理システムを動作させた状態で、プラズマ処理チャンバ１０内部の側壁１０ａの側面１０Ａにおける温度分布を測定することができる。

さらに、本実施形態に係るウェハ型交換レンズ３０１を用いる温度測定システム３００は、プリズム３２２、３３２、３４２及び３５２を用いることにより、基板支持面１１１ａの法線方向とは異なる方向に存在する測定対象の温度分布を測定できる。

なお、プリズム３２２、３３２、３４２及び３５２は、光路変更素子の一例である。ウェハ型交換レンズ３０１は、光路変更素子としてプリズムを用いているが、ミラーにより光路を変更してもよい。

≪第３実施形態≫
＜温度測定システム４００＞
ウェハ型交換レンズ４０１を用いる温度測定システム４００について説明する。図９及び図１０は、第３実施形態に係る温度測定システム４００の概略構成を示す断面図である。

ウェハ型交換レンズ４０１は、基板４０２と、結像レンズ４２１、４３１、４４１及び４５１と、を備える。また、ウェハ型交換レンズ４０１は、光線の方向、すなわち、光路を変更するプリズム４２２、４２３、４３２、４３３、４４２、４４３、４５２及び４５３を備える。プリズム４２２、４３２、４４２及び４５２は、基板３０２に取り付けられる。

結像レンズ４２１、４３１、４４１及び４５１のそれぞれは、それぞれプリズム４２２、４３２、４４２及び４５２に取り付けられる。また、プリズム４２３、４３３、４４３及び４５３のそれぞれは、それぞれ結像レンズ４２１、４３１、４４１及び４５１に取り付けられる。基板４０２には、プリズム４２２、４３２、４４２及び４５２のそれぞれに対応する位置に、貫通穴が形成されている。

プリズム４２２は、上面視でウェハ型交換レンズ４０１の中央に対して右側に位置する。プリズム４２２は、ウェハ型交換レンズ４０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５２に対応する位置に配置される。プリズム４２２は、固定部材４２６により基板４０２に取り付けられる。プリズム４２２は、結像レンズ４２１から入射する光をバンドルファイバ５２に向けて反射する。

結像レンズ４２１は、上面視でプリズム４２２の右側に位置する。結像レンズ４２１は、固定部材４２５によりプリズム４２２に取り付けられる。また、プリズム４２３は、固定部材４２５により結像レンズ４２１に取り付けられる。プリズム４２３は、リングアセンブリ１１２から入射する光を結像レンズ４２１に向けて反射する。結像レンズ４２１は、リングアセンブリ１１２の上面における観察領域Ａ４２０をバンドルファイバ５２の端面５２Ａに結像する。

プリズム４３２は、上面視でウェハ型交換レンズ４０１の中央に対して上側に位置する。プリズム４３２は、ウェハ型交換レンズ４０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５３に対応する位置に配置される。プリズム４３２は、固定部材４３６により基板４０２に取り付けられる。プリズム４３２は、結像レンズ４３１から入射する光をバンドルファイバ５３に向けて反射する。

結像レンズ４３１は、上面視でプリズム４３２の上側に位置する。結像レンズ４３１は、固定部材４３５によりプリズム４３２に取り付けられる。また、プリズム４３３は、固定部材４３５により結像レンズ４３１に取り付けられる。プリズム４３３は、リングアセンブリ１１２から入射する光を結像レンズ４３１に向けて反射する。結像レンズ４３１は、リングアセンブリ１１２の上面における観察領域をバンドルファイバ５３の端面５３Ａに結像する。

プリズム４４２は、上面視でウェハ型交換レンズ４０１の中央に対して左側に位置する。プリズム４４２は、ウェハ型交換レンズ４０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５４に対応する位置に配置される。プリズム４４２は、固定部材４４６により基板４０２に取り付けられる。プリズム４４２は、結像レンズ４４１から入射する光をバンドルファイバ５４に向けて反射する。

結像レンズ４４１は、上面視でプリズム４４２の左側に位置する。結像レンズ４４１は、固定部材４４５によりプリズム４４２に取り付けられる。また、プリズム４４３は、固定部材４４５により結像レンズ４４１に取り付けられる。プリズム４４３は、リングアセンブリ１１２から入射する光を結像レンズ４４１に向けて反射する。結像レンズ４４１は、リングアセンブリ１１２の上面における観察領域Ａ４４０をバンドルファイバ５４の端面５４Ａに結像する。

プリズム４５２は、上面視でウェハ型交換レンズ４０１の中央に対して下側に位置する。プリズム４５２は、ウェハ型交換レンズ４０１が中央領域（基板支持面）１１１ａに載置されると、バンドルファイバ５５に対応する位置に配置される。プリズム４５２は、固定部材により基板４０２に取り付けられる。プリズム４５２は、結像レンズ４５１から入射する光をバンドルファイバ５５に向けて反射する。

結像レンズ４５１は、上面視でプリズム４５２の下側に位置する。結像レンズ４５１は、固定部材４５５によりプリズム４５２に取り付けられる。また、プリズム４５３は、固定部材４５５により結像レンズ４５１に取り付けられる。プリズム４５３は、リングアセンブリ１１２から入射する光を結像レンズ４５１に向けて反射する。結像レンズ４５１は、リングアセンブリ１１２の上面における観察領域をバンドルファイバ５５の端面５５Ａに結像する。

結像レンズ４２１、４３１、４４１及び４５１は、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）により形成される。また、プリズム４２２、４２３、４３２、４３３、４４２、４４３、４５２及び４５３は、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）により形成される。基板４０２は、例えば、シリコンにより形成される。また、固定部材４２５等の固定部材は、酸化アルミ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなるセラミックにより形成される。

なお、結像レンズ４２１、４３１、４４１及び４５１と、プリズム４２２、４２３、４３２、４３３、４４２、４４３、４５２及び４５３と、固定部材４２５等の固定部材と、を保護するために、それらをセラミックにより形成されたカバーで覆ってもよい。

＜作用・効果＞
本実施形態に係るウェハ型交換レンズ４０１を用いる温度測定システム４００は、プラズマ処理システムを動作させた状態で、プラズマ処理チャンバ１０内部のリングアセンブリ１１２における温度分布を測定することができる。

さらに、本実施形態に係るウェハ型交換レンズ４０１を用いる温度測定システム４００は、プリズム４２２、４２３、４３２、４３３、４４２、４４３、４５２及び４５３を用いることにより、基板支持面１１１ａの法線方向とは異なる方向に存在する測定対象の温度分布を測定できる。

なお、プリズム４２２、４２３、４３２、４３３、４４２、４４３、４５２及び４５３は、光路変更素子の一例である。ウェハ型交換レンズ４０１は、光路変更素子としてプリズムを用いているが、ミラーにより光路を変更してもよい。

≪変型例≫
ウェハ型交換レンズ３０１及びウェハ型交換レンズ４０１において、それぞれの基板の中央部分（バンドルファイバ５１に対応する位置）には、結像光学系は設けられていないが、例えば、結像レンズを備えて、シャワーヘッド１３の天井面１３Ａの温度分布を測定してもよい。

また、ウェハ型交換レンズ２０１、ウェハ型交換レンズ３０１及びウェハ型交換レンズ４０１のそれぞれは、同じ種類の結像光学系を備えているが、場所によって結像光学系の種類を変えてもよい。

本実施形態に係る基板支持部アセンブリ１１５は、５個のバンドルファイバを備えているが、バンドルファイバの数は温度分布を測定したい場所の数に応じて定めてもよい。また、バンドルファイバの位置も、基板支持部アセンブリ１１５のバンドルファイバの位置に限らず、温度分布を測定したい場所に応じて定めてもよい。

今回開示された本実施形態に係る温度測定システム、基板支持部アセンブリ、基板処理装置及び温度測定方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ａ 側壁
１０Ａ 側面
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
１３Ａ 天井面
５０、５１、５２、５３、５４、５５ バンドルファイバ
５０Ａ、５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ、５４Ａ、５５Ａ 端面
５０Ｂ、５１Ｂ、５２Ｂ、５４Ｂ 端面
６０ 赤外光検出器
７０ 結像光学系
１１１ 本体部
１１１ａ 基板支持面
１１１ａ 中央領域（基板支持面）
１１１ｂ 環状領域（リング支持面）
１１２ リングアセンブリ
１１２ａ エッジリング
１１２ｂ カバーリング
１１５ 基板支持部アセンブリ
１５０、２００、３００、４００ 温度測定システム
２０１、３０１、４０１ ウェハ型交換レンズ
２１１、２２１、２３１、２４１、２５１ 結像レンズ
３２１、３３１、３４１、３５１ 結像レンズ
３２２、３３２、３４２、３５２ プリズム
４２１、４３１、４４１、４５１ 結像レンズ
４２２、４２３、４３２、４３３、４４２、４４３、４５２、４５３ プリズム

Claims (7)

1. チャンバの内部に基板を支持する基板支持面を有する基板支持部と、
   第１端面と第２端面とを有し、前記基板支持部を貫通して設けられ、前記基板支持面から前記第１端面が露出されるバンドルファイバと、
   前記チャンバの内部の測定対象からの赤外光を前記第１端面に結像する結像光学系と、
   前記第１端面から入射し、前記バンドルファイバを伝搬して前記第２端面から出射する前記赤外光を検出する検出部と、を備える、
   温度測定システム。
2. 前記結像光学系は、前記赤外光を前記第１端面に結像するレンズと、
   前記測定対象と前記レンズとの間又は前記レンズと前記第１端面との間に前記赤外光の光路を変更する光路変更素子と、を備える、
   請求項１に記載の温度測定システム。
3. 前記光路変更素子は、プリズムである、
   請求項２に記載の温度測定システム。
4. 基板に前記結像光学系が設けられたウェハ型交換レンズを備え、
   前記基板支持面は、前記ウェハ型交換レンズを支持する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温度測定システム。
5. チャンバの内部に基板を支持する基板支持面を有する基板支持部と、
   第１端面と第２端面とを有し、前記基板支持部を貫通して設けられ、前記基板支持面から前記第１端面が露出されるバンドルファイバと、を備え、
   前記バンドルファイバは、前記第１端面から入射し、前記バンドルファイバを伝搬する赤外光を、前記第２端面から赤外光を検出する検出部に出射し、
   前記基板支持面に、前記チャンバの内部の測定対象からの赤外光を前記第１端面に結像する結像光学系が設けられたウェハ型交換レンズが支持される、
   基板支持部アセンブリ。
6. 請求項５に記載の基板支持部アセンブリを備える、
   基板処理装置。
7. チャンバの内部に基板を支持する基板支持面を有する基板支持部と、
   第１端面と第２端面とを有し、前記基板支持部を貫通して設けられ、前記基板支持面から前記第１端面が露出されるバンドルファイバと、を備える基板処理装置の前記チャンバ内の温度を測定する温度測定方法であって、
   前記チャンバの内部の測定対象からの赤外光を前記第１端面に結像させる工程と、
   前記第１端面から入射し、前記バンドルファイバを伝搬して前記第２端面から出射する前記赤外光を検出する工程と、を備える、
   温度測定方法。

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