JP6230437B2 - 温度測定方法及びプラズマ処理システム - Google Patents

Description

本発明は、温度測定方法及びプラズマ処理システムに関する。

エッチング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、チャンバの内部に設けられた部材の温度の変動は、基板に対するプラズマ処理の結果に変動を及ぼす要因となる。このため、チャンバの内部の部材の温度をモニタリングし、部材の温度を所定の温度に制御することが行われている(たとえば、特許文献１を参照。)。

チャンバの内部に設けられた部材の温度は、各種温度計により接触又は非接触に測定可能である。例えば、各部材の温度を非接触に測定する場合、放射温度計を用いることがある。放射温度計は、チャンバに取り付けられた測定窓を通してチャンバの内部の測定対象の部材が放射する放射光（たとえば、赤外線）を測定し、測定された放射光の量を温度に換算する。

国際公開２０１３／０９９０６３号パンフレット

放射温度計によって測定される放射光の量は、測定窓の温度や測定窓の透過性によって変動する。このため、測定窓が十分な透過性を有しない場合、測定窓の温度がプラズマからの入熱により変動すると、その影響により放射温度計の測定温度に含まれる誤差が無視できなくなり、測定対象の部材の温度を正確に測定することが困難になる場合がある。

他方、測定窓はプラズマに暴露されるため、プラズマに対して耐性がある材料を選定する必要がある。よって、測定窓の部材は、プラズマ耐性と透過性との両立の観点から選定できる材料に制限があり、プラズマ耐性を考慮せずに十分な透過性を有する材料を測定窓の材料として選定することは難しい。

上記課題に対して、一側面では、プラズマ処理装置内に設けられた測定対象の部材の温度を測定窓を介して精度よく測定することが可能な、温度測定方法及びプラズマ処理システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた測定対象の部材の温度測定方法であって、前記測定対象の部材の温度を変化させ、前記チャンバに取り付けられた測定窓を介して測定された測定対象の部材の温度である補正対象温度Ｔ_measと、前記測定窓を介さずに測定された測定対象の部材の温度である基準温度Ｔ_objと、前記測定対象の部材とは独立して前記測定窓の温度を変化させ、測定された前記測定窓の温度Ｔ_ｗとから算出された、前記測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて補正対象温度Ｔ_measを補正するための関数ｆを取得する工程と、前記測定対象の部材の補正対象温度Ｔ_measおよび前記測定窓の温度Ｔ_ｗを測定する工程と、前記取得した関数ｆに基づき、前記測定された測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて前記補正対象温度Ｔ_measを補正する工程と、を含み、前記測定対象の部材はフォーカスリング、天井部の部材及びライナーの少なくともいずれかである、 温度測定方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、他の態様によれば、プラズマ処理装置と、該プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた測定対象の部材の温度を測定する温度測定装置とを有するプラズマ処理システムであって、前記プラズマ処理装置は、前記測定対象の部材の温度を変化させる第１の温調機構と、前記第１の温調機構とは独立して測定窓の温度を変化させる第２の温調機構と、を有し、前記温度測定装置は、前記第１の温調機構により温度を変化させ、前記チャンバに取り付けられた前記測定窓を介して測定された測定対象の部材の温度である補正対象温度Ｔ_measと、前記測定窓を介さずに測定された測定対象の部材の温度である基準温度Ｔ_objと、前記第２の温調機構により温度を変化させ、測定された前記測定窓の温度Ｔ_ｗとから算出された、前記測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて補正対象温度Ｔ_measを補正するための関数ｆを取得する手段と、前記補正対象温度Ｔ_meas を測定する手段と、前記測定窓の温度Ｔ _ｗ を測定する手段と、前記取得した関数ｆに基づき、前記測定された測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて前記補正対象温度Ｔ_measを補正する手段と、を有し、前記測定対象の部材はフォーカスリング、天井部の部材及びライナーの少なくともいずれかである、プラズマ処理システムが提供される。

一の態様によれば、プラズマ処理装置内に設けられた測定対象の部材の温度を測定窓を介して精度よく測定することができる。

一実施形態に係るプラズマ処理システムの全体構成の一例を示す図。 一実施形態に係る測定対象の部材の温度測定を説明するための図。 一実施形態に係る放射温度計による温度測定時の窓温度の影響を説明するための図。 一実施形態に係るモデル作成時とプロセス時の温度測定例を説明するための図。 一実施形態に係るモデル作成の回帰式算出に使用するデータ例を示す図。 一実施形態に係るモデル作成の回帰式算出に使用する具体的データ例を示す図。 一実施形態に係る温度測定方法の効果の一例を示す図。 一実施形態に係るモデル作成のためのテスト装置の一例を示す図。 一実施形態に係る温度測定方法を加熱処理の終点検出に適用した例を示す図。 本実施形態にかかる測定対象の部材の一例を示す図。

以下、本発明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。

［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理システムの全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理システムの全体構成の一例を示す。

本実施形態では、プラズマ処理装置１の一例として容量結合型プラズマエッチング装置の構成を挙げて説明する。また、本実施形態では、放射温度計１００が測定窓１０２を介してフォーカスリング１８の温度を測定する例を挙げて説明する。

また、本実施形態にかかるプラズマ処理システム２は、プラズマ処理装置１及び計算機１５０を含む温度測定装置を有する。プラズマ処理装置１及び温度測定装置は、無線又は有線のネットワークを介して接続されている。

プラズマ処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形の真空のチャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は、接地されている。

チャンバ１０の内部には載置台１２が設けられている。載置台１２は、たとえばアルミニウムＡｌやチタンＴｉ、炭化ケイ素ＳｉＣ等の材質からなり、絶縁性の筒状保持部１４を介してチャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に支持されている。

チャンバ１０の側壁と筒状支持部１６との間には排気路２０が形成されている。排気路２０には環状のバッフル板２２が取り付けられている。排気路２０の底部には排気口２４を形成する排気管２６が設けられ、排気管２６は排気装置２８に接続されている。排気装置２８はターボ分子ポンプやドライポンプ等の真空ポンプから構成され、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。チャンバ１０の側壁には、半導体ウェハ（以下、ウェハＷという。）の搬入出口を開閉する搬送用のゲートバルブ３０が取り付けられている。

載置台１２には、プラズマを励起するための第１高周波電源３１が整合器３３を介して接続され、イオンをウェハＷ側に引き込むための第２高周波電源３２が整合器３４を介して接続されている。例えば、第１高周波電源３１は、チャンバ１０内にてプラズマを生成するために適した周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を載置台１２に印加する。第２高周波電源３２は、載置台１２上のウェハＷにプラズマ中のイオンを引き込むのに適した低めの周波数、例えば０．８ＭＨｚの高周波電力を載置台１２に印加する。このようにして載置台１２は、ウェハＷを載置するとともに下部電極としての機能を有する。

載置台１２の上面にはウェハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられている。静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁層４０ｂ（又は絶縁シート）の間に挟み込んだものであり、電極４０ａには直流電圧源４２がスイッチ４３を介して接続されている。静電チャック４０は、直流電圧源４２からの電圧により、クーロン力でウェハＷを静電チャック上に吸着保持する。静電チャック４０の周縁部には、エッチングの面内均一性を高めるために、例えばシリコンや石英から構成されたフォーカスリング１８が配置されている。

チャンバ１０の天井部には、シャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。これにより、第１高周波電源３１からの高周波電力が載置台１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。

天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する電極板５６と、電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。ガス供給源６２は、ガス供給配管６４を介してガス導入口６０ａからシャワーヘッド３８内にガスを供給する。ガスは、多数のガス通気孔５６ａからチャンバ１０内に導入される。チャンバ１０の周囲には、環状または同心円状に延在する磁石６６が配置され、磁力により上部電極及び下部電極間のプラズマ生成空間に生成されるプラズマを制御する。

載置台１２の内部には冷媒管７０が設けられている。この冷媒管７０には、チラーユニット７１から配管７２，７３を介して所定温度の冷媒が循環供給される。また、静電チャック４０にはヒータ７５が埋め込まれている。ヒータ７５は、静電チャック４０内に埋め込む替わりに静電チャック４０の裏面に貼り付けてもよい。ヒータ７５には交流電源４４から所望の交流電圧が印加される。伝熱ガス供給源５２は、Ｈｅガス等の伝熱ガスをガス供給ライン５４に通して静電チャック４０の表面とウェハＷの裏面との間に供給する。

かかる構成によれば、チラーユニット７１から冷媒管７０に冷媒を循環させることによる冷却及びヒータ７５による加熱によってウェハＷを所望の温度に調整することができる。また、これらの温度制御は、制御部８０からの指令に基づき行われる。

制御部８０は、プラズマ処理装置１に取り付けられた各部、たとえば排気装置２８、交流電源４４、直流電圧源４２、静電チャック用のスイッチ４３、第１及び第２高周波電源３１，３２、整合器３３，３４、伝熱ガス供給源５２、ガス供給源６２及びチラーユニット７１を制御する。

プラズマ処理装置１において、チャンバの内部に設けられた各部材の温度の変動は、ウェハＷに対するプラズマ処理の結果に変動を及ぼす要因となる。このため、チャンバの内部の各部材の温度をモニタリングし、各部材の温度を所定の温度に制御することは重要である。以下に説明する実施形態では、温度測定の対象部材の一例としてフォーカスリング１８を挙げて説明する。

放射温度計１００は、チャンバ１０に取り付けられた測定窓１０２（窓部材の一例）を通してフォーカスリング１８が放射する赤外光（放射光の一例）を測定する。計算機１５０は、測定された赤外光の量を取り込み、赤外光の量を温度に換算する。これにより、フォーカスリング１８の温度が算出される。

また、図１では、熱電対１２０を用いて測定窓１０２の温度が測定される。計算機１５０は、測定窓１０２に取り付けられた熱電対１２０により測定された測定窓１０２の温度を取得する。ＡＤ変換器１４０は、測定された測定窓１０２の温度を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。計算機１５０は、変換後の測定窓１０２の温度のデジタル信号を取得する。

後述されるように、計算機１５０は、放射温度計１００により測定されたフォーカスリング１８の温度を測定窓１０２の温度に応じて補正する。なお、計算機１５０、放射温度計１００、熱電対１２０、ＡＤ変換器１４０は、本実施形態にかかる温度測定装置の一例である。例えば、本実施形態にかかる温度測定装置は、放射温度計や熱電対以外の温度計を含んでもよい。計算機１５０は、パーソナルコンピュータやその他の情報処理機器であってもよい。

制御部８０は、計算機１５０にて補正されたフォーカスリング１８の温度を取得し、チャンバ内の温度制御を行う。制御部８０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と，ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶領域とを有する。ＣＰＵは、プロセスの手順やプロセスの条件が設定された各種レシピに従ってウェハＷのプラズマ処理やチャンバ１０の内部の対象部材の温度制御処理を実行する。

レシピが格納される記憶領域は、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどを用いてＲＡＭ、ＲＯＭとして実現されうる。レシピは、記憶媒体に格納して提供され、図示しないドライバを介して記憶領域に読み込まれるものであってもよく、また、図示しないネットワークからダウンロードされて記憶領域に格納されるものであってもよい。また、上記各部の機能を実現するために、ＣＰＵに代えてＤＳＰ（Digital Signal Processor）が用いられてもよい。なお、制御部８０の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されてもよく、ハードウエアを用いて動作することにより実現されてもよい。以上、本実施形態に係るプラズマ処理システム２の全体構成について説明した。

[温度測定方法]
次に、本実施形態にかかる温度測定方法について、図２を参照しながら説明する。プラズマ処理装置１において、チャンバ１０の内部に設けられた部材の温度の変動は、ウェハＷに対するプラズマ処理の結果に変動を及ぼす要因となる。つまり、チャンバ１０内のフォーカスリング１８、電極板５６、載置台１２等の部材とプラズマの界面での反応は、部材の表面温度によって変化する。これにより、プラズマの組成が変化し、ウェハＷに対するプラズマ処理の結果が変化する。このため、チャンバ１０の内部の部材の温度をモニタリングし、部材の温度を所定の温度に制御することが行われている。

例えば、図２の放射温度計１００は、測定窓１０２を通してチャンバ１０の内部の測定対象の部材（たとえば、フォーカスリング１８や天井部の部材（電極板５６等））から放射される放射光を測定する。放射温度計１００によって測定される放射光の量は、測定窓１０２の温度や測定窓１０２の透過性によって変動する。

図３を参照しながら具体的に説明する。測定対象の部材からの放射光の強度は、ε_obj×Ｒ_obj（Ｔ_obj）により示される。ここで、ε_objは測定対象の部材の放射率であり、Ｒ_objは測定対象の部材の温度Ｔ_objにおける黒体放射の強度である。温度Ｔ_objにおける黒体放射の強度Ｒ_objは、測定対象の部材の温度Ｔ_objの関数であり、Ｒ_obj（Ｔ_obj）として示される。

測定対象の部材からの放射光の強度は、測定窓１０２を通るときに測定窓１０２に吸収されて減衰する。減衰後の放射光の強度は、τ_ｗε_obj×Ｒ_obj（Ｔ_obj）により示される。ここで、τ_ｗは窓の透過率である。

また、上記放射光の強度とは別に測定窓１０２からの放射光の強度が発生し、その放射光の強度は、ε_ｗ×Ｒ_ｗ（Ｔ_ｗ）により示される。ここで、ε_ｗは測定窓の放射率であり、Ｒ_ｗは測定窓の温度Ｔ_ｗにおける黒体放射の強度である。温度Ｔ_ｗにおける黒体放射の強度Ｒ_ｗは、測定窓の温度Ｔ_ｗの関数であり、Ｒ_ｗ（Ｔ_ｗ）として示される。

図３に示されるように、放射温度計１００が測定する放射光の強度は、測定対象からの放射光が減衰した後の放射光の強度と測定窓１０２からの放射光の強度との和である。測定窓１０２の透過率が十分に高い場合、測定窓の透過率τ_ｗ≒１、測定窓の放射率ε_ｗ≒０となるため、放射温度計１００が測定する放射光の強度は測定対象の部材からの放射光の強度にほぼ等しくなる。つまり、測定窓１０２の透過率が十分に高い場合、放射温度計１００は、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗの変動を受けずに測定対象の部材の温度を精度よく測定できる。

しかし、プラズマ処理装置１においては、測定窓１０２はプラズマに暴露される。このため、測定窓１０２はプラズマに対して耐性がある材料を選定する必要がある。かかる理由から測定窓１０２の材料の選定には制限があり、十分な透過性を有する材料を測定窓１０２の材料として選定することは難しい。よって、本実施形態にかかる温度測定方法では、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗの変動に応じて正確に測定対象の部材の温度を測定する方法を提案する。その際、本実施形態にかかる計算機１５０は、放射温度計１００により測定されたフォーカスリング１８の温度を測定窓１０２の温度に応じて補正する。その前提として、計算機１５０は、補正を行うためのモデルを作成し、補正のための関数ｆを定義づける。ここでは、温度測定の対象部材としてフォーカスリング１８を例に挙げて説明する。

（モデル作成時）
図４（ａ）に示したように、モデルの作成段階では、チャンバ１０を大気に開放した状態で三つの温度が測定される。一つ目の温度は、測定窓１０２を介さずに測定される測定対象の部材の温度である。以下では、測定窓１０２を介さずに測定される測定対象の部材の温度を「基準温度Ｔ_obj」とも表記する。ここでは、基準温度Ｔ_objは、放射温度計１１０を使用して測定されるフォーカスリング１８の温度であり、測定窓１０２を介さずに直接的に測定される。基準温度Ｔ_objを測定する温度計としては、放射温度計や蛍光温度計が挙げられる。温度計のタイプは、接触型でもよいし非接触型でもよい。

二つ目の温度は、測定窓１０２を介して測定される測定対象の部材の温度である。以下では、測定窓１０２を介して測定される測定対象の部材の温度を「補正対象温度Ｔ_meas」とも表記する。ここでは、補正対象温度Ｔ_measは、放射温度計１００を使用して測定されるフォーカスリング１８の温度であり、測定窓１０２を介して間接的に測定される。補正対象温度Ｔ_measを測定する温度計は、非接触型である。

三つ目の温度は、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗである。ここでは、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗは、熱電対１２０を使用して測定される。測定窓１０２を測定する温度計としては、放射温度計や蛍光温度計が挙げられる。温度計のタイプは、接触型でもよいし、非接触型でもよい。

計算機１５０は、次の順番で測定データの収集と、測定データを補正するための関数ｆの算出（モデル化）を行う。
１．チャンバ１０を大気に開放した状態で、放射温度計１１０が、フォーカスリング１８の基準温度Ｔ_objを測定する。基準温度Ｔ_objは、計算機１５０に送信される。
２．上記１の測定と同時又は並行して、放射温度計１００が、フォーカスリング１８の補正対象温度Ｔ_measを測定する。補正対象温度Ｔ_measは、計算機１５０に送信される。
３．フォーカスリング１８の温度と測定窓１０２の温度とを、チャンバ１０の外壁及びフォーカスリング１８のそれぞれに設けられた温調機構を用いて独立に変化させる。フォーカスリング１８の温度と測定窓１０２の温度とは、別々の温調機構を用いて変化させる。放射温度計１００，１１０及び熱電対１２０は、その際の基準温度Ｔ_obj、補正対象温度Ｔ_meas及び測定窓１０２の温度Ｔ_ｗを繰り返し測定する。測定窓１０２の温度Ｔ_ｗは、ＡＤ変換器１４０によりアナログ信号からデジタル信号に変換された後、計算機１５０に送信される。
４．計算機１５０は、測定された基準温度Ｔ_obj、補正対象温度Ｔ_meas、及び測定窓１０２の温度Ｔ_ｗをＲＡＭ等の記憶領域に蓄積する。
５．計算機１５０は、蓄積された複数の（基準温度Ｔ_obj、補正対象温度Ｔ_meas、測定窓の温度Ｔ_ｗ）の測定データに基づき、Ｔ_obj＝ｆ（Ｔ_meas、Ｔ_ｗ）としたときの関数ｆを回帰的に決定する。関数ｆは、測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて補正対象温度Ｔ_measを基準温度Ｔ_objと同一又は基準温度Ｔ_objに近づけるように、補正対象温度Ｔ_meas、測定窓の温度Ｔ_ｗ、基準温度Ｔ_objの測定データに基づき決定されるモデル式である。以下では、モデル化された関数ｆを用いて補正対象温度Ｔ_measを補正した結果得られる補正後の対象温度を「Ｔ_meas'」で示す。つまり、補正対象温度Ｔ_meas（放射温度計１００の出力）に対して補正後の対象温度Ｔ_meas'は、
Ｔ_meas'＝ｆ（Ｔ_meas、Ｔ_ｗ）
の関係にある。

次に、関数ｆを回帰的に算出する方法として最小自乗法による重回帰分析をの例を挙げてに述べる。ただし、関数ｆを回帰的に算出する方法は、これに限られず、以下のモデルにその一例を示したように公知の回帰的算出方法を用いることができる。
・多項式近似モデル
ｙ＝ｃ＋ａ１×ｘ１＋ｂ１×ｘ２＋ａ２×ｘ１^２＋ｂ２×ｘ２^２＋・・・
・指数関数近似モデル、対数関数近似モデル
ｙ＝ｃ＋ａ×ｅｘｐ（ａ'×ｘ１）＋ｂ×ｅｘｐ（ｂ'×ｘ２）＋・・・
ｙ＝ｃ＋ａ×ｌｏｇ（ｘ１）＋ｂ×ｌｏｇ（ｘ２）＋・・・
・ニューラルネットモデル
図５（ａ）に示したように、基準温度Ｔ_objを目標変数ｙとし、補正対象温度Ｔ_measを説明変数ｘ_１とし、測定窓の温度Ｔ_ｗを説明変数ｘ_２とする。計算機１５０は、三つの温度の測定データから次式（１）の回帰式を算出する。

このとき、最小自乗法により、β_０、β_１、β_２は次式（２）〜（５）から算出される。ここでは、図５（ｂ）に示した三つの温度のｎ個ずつの測定データが重回帰分析に使用されるとする。

以上により算出された係数β_０、β_１、β_２を式（１）に代入することで、関数ｆを算出できる。

（具体例）
図６を参照しながら、関数ｆを回帰的に決定する具体例について説明する。ここでは、図６に示される９個の測定データが重回帰分析に使用されるとする。計算機１５０は、これを式（２）〜（５）のそれぞれの変数に代入して、式（１）の係数β_０、β_１、β_２を算出する。図６に示される三つの温度の９個の測定データを使用した場合、算出した回帰式は以下のようになる。
ｙ＝３．９３＋０．１２ｘ_１＋０．７２ｘ_２
これを変形すると、
ｘ_１＝８．３０ｙ−６．０１ｘ_２−３２．６
これにより、算出された係数β_０、β_１、β_２を式（１）に代入することで、関数ｆを算出できる。

つまり、関数ｆは以下で示される。
ｆ（Ｔ_meas，Ｔ_ｗ）＝−３２．６＋８．３０Ｔ_meas−６．０１Ｔ_ｗ・・・（６）
Ｔ_meas：補正対象温度、Ｔ_ｗ：測定窓の温度
（プロセス時）
プロセス時に、放射温度計１００が測定窓１０２を介してフォーカスリング１８の温度を測定する際、計算機１５０は、上記関数ｆを用いて、測定されたフォーカスリング１８の補正対象温度Ｔ_measを、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗに応じて補正する。その場合、上記モデル化で算出された関数ｆの以下の式に、測定した補正対象温度Ｔ_measと測定窓の温度Ｔ_ｗとを代入することで補正後の対象温度Ｔ_meas'を算出する。ここで、補正後の対象温度Ｔ_meas'は、測定した補正対象温度Ｔ_measを基準温度Ｔ_objと同一又は基準温度Ｔ_objに近づけるように補正した測定対象の温度である。補正後の対象温度Ｔ_meas'は、上式（６）から、
Ｔ_meas'＝ｆ（Ｔ_meas，Ｔ_ｗ）
として算出可能である。

プロセス時において、基準温度Ｔ_objは、例えばレシピで設定されたプロセス時のフォーカスリング１８の温度に設定されてもよい。その場合、関数ｆを用いて補正対象温度Ｔ_measを補正した後の対象温度Ｔ_meas'は、レシピで設定されたプロセス時のフォーカスリング１８の温度（基準温度Ｔ_obj）と同一又は近似する値となる。このとき、フォーカスリング１８には温調機構が設けられており、補正した後の対象温度Ｔ_meas'に基づき、補正対象温度Ｔ_measがレシピで指定したフォーカスリング１８の温度になるように温調機構によって加熱及び冷却が行われ、温度が調整される。

計算機１５０は、次の順番で補正対象温度Ｔ_measの測定と補正後の対象温度Ｔ_meas'の算出を行う。
１．図４（ｂ）に示したように、前提として、プロセス前に放射温度計１１０は外され、チャンバ１０は真空状態にされる。
２．計算機１５０は、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗをモニタリングする。同時又は並行して、計算機１５０は、放射温度計１００が測定窓１０２を介して測定したフォーカスリング１８の補正対象温度Ｔ_measをモニタリングする。
３．計算機１５０は、取得した測定窓１０２の温度Ｔ_ｗと放射温度計１００が測定した補正対象温度Ｔ_measとを関数ｆに代入し、補正後の対象温度Ｔ_meas'を算出する。これにより、放射温度計１００により測定される部材の温度の精度を向上させることができる。

[測定窓の部材例]
測定窓１０２の部材としては、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を使用することができる。その際、測定窓１０２にはイットリア層が含まれていればよい。すなわち、測定窓１０２は、バルクのイットリアで形成されてもよいし、赤外光（放射光）透過材料にイットリアの薄膜をコーティングして形成されてもよい。その他、測定窓１０２には、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、サファイア、石英、シリコン、ゲルマニウム又はこれらの材料のいずれか２つ以上の組み合わせを使用することができる。

[効果の例]
このように測定窓１０２には、プラズマ耐性を考慮した部材が選定される。このため、測定窓１０２に十分な透過性が得られない状況において、放射温度計１００の測定値は、測定窓１０２の温度変動の影響を受けて変動する。特に、プラズマ処理装置１の内部に配置される部材の温度測定では、プラズマからの入熱による影響でウェハの処理枚数（プロセス時間）に従い測定窓１０２の温度が変動してしまう。このため、特に、プラズマ処理中において、放射温度計１００により測定窓１０２を介してチャンバ１０内の部材の温度を正確に測定できない場合が生じる。

そこで、本実施形態にかかる温度測定方法では、測定窓１０２の温度は常時測定される。そして、放射温度計１００が測定窓１０２を介して補正対象温度Ｔ_measを測定した場合、計算機１５０は、取得した測定窓１０２の温度Ｔ_ｗと、補正対象温度Ｔ_measとを関数ｆに代入することにより、補正対象温度Ｔ_measを補正した後の対象温度Ｔ_meas'を算出することができる。これにより、補正対象温度Ｔ_measを基準温度Ｔ_objと同一値又は近似値に補正することが可能になり、測定された温度の精度を向上させることができる。

図７に、本実施形態に係る温度測定方法による効果の一例を模式的に示す。図７の上側のグラフに示した「補正対象温度Ｔ_meas（放射温度計１００の出力）」の曲線は、測定窓１０２を介して測定された測定対象の部材の温度の一例である。補正対象温度Ｔ_measは、ウェハの処理枚数に応じて変動する。図７の上側のグラフに示した「補正後の対象温度Ｔ_meas'」の曲線は、予め決定された関数ｆに基づき、測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて補正対象温度Ｔ_measを補正した後の対象部材の温度である。図７の下側のグラフは、測定窓の温度Ｔ_ｗの一例を示したものである。

補正対象温度Ｔ_measは、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗの変動による影響を取り除くように補正される。図７の上側のグラフに示した補正後の対象温度（Ｔ_meas'）の曲線は、補正対象温度（Ｔ_meas）の曲線を単に所定量シフトして得られた曲線ではない。つまり、放射温度計１００が測定した補正対象温度Ｔ_measには、放射温度計１００が固有に有する測定の際に生じる誤差だけでなく、プラズマからの入熱による測定窓１０２の温度変化による誤差が含まれる。そして、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗはウェハの処理枚数によって変動する。これは、補正対象温度Ｔ_measに含まれる誤差には、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗの変動に基づく誤差が含まれ、その測定窓１０２の温度Ｔ_ｗの変動に基づく誤差分が経時的に変化していることを意味する。

したがって、補正対象温度Ｔ_measの変動と、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗの変動とは、異なる変動である。このため、本実施形態にかかる温度測定方法では、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗにより変化する補正対象温度Ｔ_measに含まれる測定誤差を関数ｆに基づき補正する。これにより、測定窓１０２の温度Ｔ_ｗが時々刻々と変動したとしても、プラズマ処理装置１内に設けられた測定対象の部材の温度を測定窓１０２の温度Ｔ_ｗに応じて精度よく測定することができる。

なお、例えば、一ロットに含まれるウェハのプラズマ処理が終わると、チャンバ１０内は再度加熱される。このように測定窓１０２の温度Ｔ_ｗは常時変動する。このため、プロセス中だけでなくプロセス前後や搬送中にも、補正対象温度Ｔ_meas及び測定窓１０２の温度Ｔ_ｗを随時測定し、関数ｆによって補正対象温度Ｔ_measを補正することが好ましい。

（モデル作成時：変形例）
以上では、プラズマ処理装置１のチャンバ１０内のフォーカスリング１８を測定対象の部材として、実際のプラズマ処理装置１を用いてフォーカスリング１８の温度が測定された。しかしながら、実際のプラズマ処理装置１を使用しなくても、モデル作成用のテスト装置を構築し、そのテスト装置を使用して測定対象の部材の温度測定をモデル化してもよい。

例えば、図８のテスト装置３００は、放射温度計１００、イットリアで形成された簡易窓２０２、窓２０２に接続された熱電対１２０、ステージ上の測定対象の材料サンプル１１８、材料サンプル１１８に接続された熱電対２１０、及び窓２０２を温度調整するヒートガン２００を有する。ヒートガン２００は、窓２０２の温度を変動させる温調機構の一例である。熱電対１２０及び熱電対２１０は、それぞれ窓２０２の温度及び材料サンプル１１８の温度を測定する。

本変形例では、このような簡易的なテスト装置３００を使用して、基準温度ｙ（＝Ｔ_obj）、補正対象温度ｘ_１（＝Ｔ_meas（放射温度計１００の出力））、窓温度ｘ_２（＝Ｔ_ｗ）が測定される。計算機１５０は、測定された複数の測定データに基づき、Ｔ_obj＝ｆ（Ｔ_meas、Ｔ_ｗ）にて定められる関数ｆを回帰的に算出する。

このような簡易的なテスト装置３００を使用することで、測定対象の部材が設けられた実際のプラズマ処理装置１に測定窓１０２や測定対象の部材の温度を制御する温調機構がない場合にも上記モデル化が可能になる。

[適用例]
次に、本実施形態にかかる温度測定方法の適用例について、図９を参照しながら説明する。図９に示したように、測定対象の部材の温度は、プラズマからの入熱によりウェハの処理枚数に従い徐々に変化する。そこで、ウェハ処理前にプラズマ処理装置１内にプラズマを生成し、測定対象の部材をプラズマによって予め加熱し、プロセス中はなるべく測定対象の部材の温度変化が生じないように制御することが好ましい。

このとき、測定対象の部材の温度が正確に計測できないと、プラズマによりどれくらいの時間（加熱時間ｔ）だけチャンバ１０内を加熱したら、測定対象の部材の温度が実際に変化しなくなるかを正しく算出することができない。

これに対して、本実施形態にかかる温度測定方法では、測定対象の部材の温度をリアルタイムに補正できる。このため、ウェハＷのプラズマ処理前の加熱時間ｔを正確に算出することができる。つまり、本実施形態にかかる温度測定方法では、測定対象の部材の加熱の終点の検出に使用することができる。

具体的には、測定対象の部材の温度が概ね変動しない飽和温度が目標温度として予め定められている。飽和温度は、プラズマ処理装置１により処理された前回のロットにおいて定められた目標温度に設定されてもよい。飽和温度は、プラズマ処理装置１による前回のロットのプロセス前後又はプロセス中の温度であってもよい。

例えば、制御部８０は、関数ｆにより補正対象温度Ｔ_measから補正された補正後の対象温度Ｔ_meas'が、プラズマ処理装置１により処理された前回のロットの最終ウェハのプロセス前後又はプロセス中の温度に達した場合、飽和温度に達したと判定し、プラズマ処理装置１による今回のロットのプロセスを開始するように制御してもよい。

以上のように、本実施形態にかかる温度測定方法は、プラズマ処理前においてプラズマによるチャンバ１０内の加熱時間ｔを決定するために使用することができる。ただし、本実施形態にかかる温度測定方法の適用例は、これに限られず、プラズマ処理装置１内の部材の温度を測定窓１０２を介して測定する際の温度補正の全般において使用可能である。

[測定対象の部材例]
最後に、本実施形態にかかる温度測定方法により測定される測定対象の部材の一例について説明する。上記実施形態では、測定対象の部材の一例にフォーカスリング１８を挙げて説明した。フォーカスリング１８の温度調整は、ウェハＷの周縁部のプロセスの結果がフォーカスリング１８の温度変化によって大きく影響されるため重要である。よって、本実施形態にかかる温度測定方法によりフォーカスリング１８の温度を常に一定にすることがウェハＷの良好なプラズマ処理の結果につながる。

ただし、本実施形態にかかる温度測定方法により測定される測定対象の部材は、これに限られない。例えば、測定対象の部材は、図１０（ａ）に示したチャンバ１０の天井部に配置される電極板５６であってもよい。また、測定対象の部材は、図１０（ｂ）に示したチャンバ１０の内壁の腐食防止のためにチャンバ１０の内壁近傍に設けられるライナーであってもよい。また、測定対象の部材は、載置台１２（静電チャック）、その他の部材であってもよい。

図１０（ｃ）に示したように、測定窓１０２は、チャンバ１０の天井側に設けられてもよい。この場合、放射温度計１００は、電極板５６の天井側の温度を計測することができる。この場合にも、放射温度計１００により測定された電極板５６の温度は、上記関数ｆにより補正される。

図１０（ｄ）に示したように、測定窓１０２は、チャンバ１０の底部側にチャンバ１０及び載置台１２を貫通するように設けられてもよい。この場合、放射温度計１００は、フォーカスリング１８のの底部側の温度を計測することができる。この場合にも、放射温度計１００により測定されたフォーカスリング１８の温度は、上記関数ｆにより補正される。

以上、上記実施形態にかかる温度測定方法及びプラズマ処理システム２によれば、プラズマ処理装置１内に設けられた測定対象の部材の温度を測定窓１０２を介して精度よく測定することができる。そして、プラズマ処理中にチャンバ１０内の測定対象の部材の温度及び測定窓１０２の温度を常時監視し、測定された対象部材の温度を補正することで、繰り返しウェハ処理を実行するときの温度変動を管理することができる。これにより、ウェハに対するプラズマ処理を良好に行うことができる。

以上、温度測定方法及びプラズマ処理システムを上記実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。また、上記実施形態及び変形例を矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

たとえば、上記実施形態では、補正後の対象温度Ｔ_meas'は、上式（６）から、Ｔ_meas'＝ｆ（Ｔ_meas，Ｔ_ｗ）として算出された。つまり、上記実施形態では、関数ｆは、補正対象温度Ｔ_meas及び測定窓の温度Ｔ_ｗを変数に持つ例を示した。しかしながら、上記補正後の対象温度Ｔ_meas'の算出方法は一例であり、関数ｆは少なくとも補正対象温度Ｔ_meas及び測定窓の温度Ｔ_ｗを変数に持つことが条件となる。例えば、環境温度Ｔ_envを考慮して、関数ｆを、補正対象温度Ｔ_meas、測定窓の温度Ｔ_ｗ及び環境温度Ｔ_envを変数に持つｆ（Ｔ_meas，Ｔ_ｗ，Ｔ_env）として回帰的に定義することも可能である。

本発明に係る温度測定方法を使用するプラズマ処理装置は、エッチング処理、成膜処理アッシング処理、クリーニング処理等をプラズマの作用を用いて行う装置であればよい。その際、プラズマ処理装置にてプラズマを発生させる手段としては、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma）発生手段、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)発生手段、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）発生手段、ラジアルラインスロットアンテナから生成したマイクロ波プラズマやＳＰＡ（Slot Plane Antenna）プラズマを含むマイクロ波励起表面波プラズマ発生手段、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）発生手段、上記発生手段を用いたリモートプラズマ発生手段等を用いることができる。

特に、上記各種のプラズマ処理装置では、チャンバの内部に温度計を設置すると、温度計が高周波やマイクロ波の影響を受け、プラズマにも暴露される。このため、温度計が故障したり、チャンバ内が温度計により汚染されたりすることがある。これに対して、本発明に係る温度測定方法では、チャンバの外部から測定窓を介して測定対象の部材の温度が測定される。よって、温度計の故障やチャンバ内の汚染等は生じない。製造コストも比較的安価である。

また、上記実施形態では、モデル化及び温度補正は、計算機１５０により実行された。しかしながら、本発明にかかる温度測定方法は、これに限らず、モデル化及び温度補正の処理の一部又は全部を制御部８０により実行してもよい。計算機１５０と制御部８０とは、別体として構成されているが、一体として構成されてもよい。

なお、本発明において処理を施される基板は、上記実施形態にて説明に使用したウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。

１：プラズマ処理装置
２：プラズマ処理システム
１０：チャンバ
１２：載置台
１８：フォーカスリング
５６:電極板
８０：制御部
１００，１１０：放射温度計
１０２：測定窓
１０３：ライナー
１２０：熱電対
１４０：ＡＤ変換器
１５０：計算機
２００：ヒートガン
２０２：窓
２１０：熱電対
３００：テスト装置
Ｔ_meas：補正対象温度
Ｔ_ｗ：測定窓の温度
Ｔ_obj：基準温度
Ｔ_meas'：補正後の対象温度

Claims (6)

1. プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた測定対象の部材の温度測定方法であって、
   前記測定対象の部材の温度を変化させ、前記チャンバに取り付けられた測定窓を介して測定された測定対象の部材の温度である補正対象温度Ｔ_measと、前記測定窓を介さずに測定された測定対象の部材の温度である基準温度Ｔ_objと、前記測定対象の部材とは独立して前記測定窓の温度を変化させ、測定された前記測定窓の温度Ｔ_ｗとから算出された、前記測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて補正対象温度Ｔ_measを補正するための関数ｆを取得する工程と、
   前記測定対象の部材の補正対象温度Ｔ_measおよび前記測定窓の温度Ｔ_ｗを測定する工程と、
   前記取得した関数ｆに基づき、前記測定された測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて前記補正対象温度Ｔ_measを補正する工程と、を含み、
   前記測定対象の部材はフォーカスリング、天井部の部材及びライナーの少なくともいずれかである、
   温度測定方法。
2. 前記補正した後の測定対象の部材の温度である補正後の対象温度Ｔ_meas'が前記プラズマ処理装置による前回のロットのプロセス前後又はプロセス中の温度である目標温度になるまで、前記補正対象温度Ｔ_measと前記測定窓の温度Ｔ_ｗとを繰り返し測定し、前記関数ｆと前記測定された測定窓の温度Ｔ_ｗとを用いて前記測定された補正対象温度Ｔ_measを繰り返し補正する、
   請求項１に記載の温度測定方法。
3. 前記測定窓は、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）サファイア又は石英、シリコン、ゲルマニウム又はこれらの材料のいずれか２つ以上の組み合わせにより構成される、
   請求項１または２に記載の温度測定方法。
4. 前記測定窓はシリコンで形成され、
   前記測定対象の部材は石英から構成される、
   請求項３に記載の温度測定方法。
5. プラズマ処理装置と、該プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた測定対象の部材の温度を測定する温度測定装置とを有するプラズマ処理システムであって、
   前記プラズマ処理装置は、
   前記測定対象の部材の温度を変化させる第１の温調機構と、
   前記第１の温調機構とは独立して測定窓の温度を変化させる第２の温調機構と、を有し、
   前記温度測定装置は、
   前記第１の温調機構により温度を変化させ、前記チャンバに取り付けられた前記測定窓を介して測定された測定対象の部材の温度である補正対象温度Ｔ_measと、前記測定窓を介さずに測定された測定対象の部材の温度である基準温度Ｔ_objと、前記第２の温調機構により温度を変化させ、測定された前記測定窓の温度Ｔ_ｗとから算出された、前記測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて補正対象温度Ｔ_measを補正するための関数ｆを取得する手段と、
   前記補正対象温度Ｔ_meas を測定する手段と、
   前記測定窓の温度Ｔ _ｗ を測定する手段と、
   前記取得した関数ｆに基づき、前記測定された測定窓の温度Ｔ_ｗに応じて前記補正対象温度Ｔ_measを補正する手段と、を有し、
   前記測定対象の部材はフォーカスリング、天井部の部材及びライナーの少なくともいずれかである、プラズマ処理システム。
6. 前記温度測定装置は、
   前記補正した後の測定対象の部材の温度である補正後の対象温度Ｔ_meas'が前記プラズマ処理装置による前回のロットのプロセス前後又はプロセス中の温度である目標温度になるまで、前記補正対象温度Ｔ_measと前記測定窓の温度Ｔ_ｗとを繰り返し測定し、前記関数ｆと前記測定された測定窓の温度Ｔ_ｗとを用いて前記測定された補正対象温度Ｔ_measを繰り返し補正し、
   前記プラズマ処理装置は、
   前記補正後の対象温度Ｔ_meas'が前記目標温度に達した場合、今回のロットのプラズマ処理を開始する、
   請求項５に記載のプラズマ処理システム。

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