JP6808596B2 - センシングシステム - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、センシングシステム、センシングウェハおよびプラズマ処理装置に関する。
プラズマ処理における温度を監視するために、プラズマ処理装置内に熱電対やサーモラベルを設置する方法があった。
米国特許第５９６９６３９号明細書 米国特許第６１９００４０号明細書 特許第４３８６５８４号公報
本発明の一つの実施形態は、プラズマ処理における監視の精度を向上させることが可能なセンシングシステム、センシングウェハおよびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
本発明の一つの実施形態のセンシングシステムによれば、導波路と、光学系と、検出部とを備える。導波路は、ウェハ内で光を導波する。光学系は、前記導波路にて導波される前記光を前記ウェハの裏面から出射させる。検出部は、前記光学系から出射された前記光の検出結果に基づいて、前記ウェハ内または前記ウェハ外の状態を検出する。また、前記ウェハには、入射光に基づいて放射光を放射する励起発光体または前記ウェハと異種の単結晶半導体が設けられる。前記導波路は、前記励起発光体または前記ウェハと異種の単結晶半導体に前記入射光を導波するとともに、前記励起発光体または前記ウェハと異種の単結晶半導体から放射された前記放射光を導波する。前記光学系は、前記導波路にて導波される前記入射光を前記ウェハの裏面から入射させるとともに、前記導波路にて導波される前記放射光を前記ウェハの裏面から出射させる。前記検出部は温度算出部を備える。前記温度算出部は、前記光学系から出射された前記放射光の温度特性に基づいて前記ウェハの温度を算出する。
図１は、第１実施形態に係る温度測定システムが適用される半導体製造装置の概略構成を示す断面図である。 図２（ａ）は、第１実施形態に係る温度測定システムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のセンシングウェハの概略構成を示す断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のセンシングウェハに設けられた光ファイバ中の入射光と放射光の導波状態を示す断面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、図１の温度測定システムの励起発光体として用いられる蛍光体の温度と燐光の減衰時間との関係を示す図である。 図４（ａ）は、センシングウェハへの入射光の入射時の状態を示す断面図、図４（ｂ）は、センシングウェハへの入射光の波形を示す図、図４（ｃ）は、センシングウェハからの放射光の出射時の状態を示す断面図、図４（ｄ）は、センシングウェハからの放射光の波形を示す図である。 図５（ａ）は、図１の温度測定システムに用いられる単結晶半導体の温度と波長との関係を示す図、図５（ｂ）は、図１の温度測定システムの励起発光体として用いられる蛍光体の温度と波長ピーク強度比との関係を示す図、図５（ｃ）は、図１の温度測定システムの励起発光体として用いられる蛍光体の温度と波長と強度との関係を示す図である。 図６（ａ）は、センシングウェハの複数の温度測定点がある場合における入射光の入射経路および放射光の出射経路を示す斜視図、図６（ｂ）は、センシングウェハの複数の温度測定点がある場合における各温度測定点の入射光の波形を示す図、図６（ｃ）は、センシングウェハの複数の温度測定点がある場合における各温度測定点からの放射光の波形を示す図である。 図７（ａ）は、第２実施形態に係る温度測定システムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図７（ｂ）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、図７（ｃ）は、図７（ｂ）のセンシングウェハの中心部の光学系の概略構成を示す平面図、図７（ｄ）は、図７（ｂ）のセンシングウェハの中心部の光学系の概略構成を示す断面図である。 図８（ａ）から図８（ｅ）は、第３実施形態に係るセンシングウェハの製造方法を示す断面図である。 図９（ａ）から図９（ｅ）は、第４実施形態に係るセンシングウェハの製造方法を示す断面図である。 図１０（ａ）は、第５実施形態に係るセンシングシステムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１０（ｂ）は、第５実施形態に係るセンシングシステムの概略構成を示す断面図、図１０（ｃ）は、第５実施形態に係るセンシングシステムの適用例を示す断面図である。 図１１（ａ）は、第６実施形態に係るセンシングシステムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１１（ｂ）は、第６実施形態に係るセンシングシステムの概略構成を示す断面図、図１１（ｃ）は、第６実施形態に係るセンシングシステムの適用例を示す断面図、図１１（ｄ）から図１１（ｆ）は、図１１（ｂ）の光ファイバ距離計に用いられるプローブの構成例を示す平面図である。 図１２（ａ）は、第７実施形態に係るセンシングシステムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１２（ｂ）は、第７実施形態に係るセンシングシステムの概略構成を示す断面図、図１２（ｃ）は、第７実施形態に係るセンシングシステムの適用例を示す断面図である。 図１３（ａ）は、第８実施形態に係るセンシングシステムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１３（ｂ）は、第８実施形態に係るセンシングシステムの概略構成を示す断面図、図１３（ｃ）は、第８実施形態に係るセンシングシステムで測定される応力とラマンシフトとの関係を示す図である。 図１４（ａ）は、第９実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のセンシングウェハがプラズマ処理装置に適用された時の温度測定システムの概略構成を示す断面図、図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）の光導波部を拡大して示す断面図、図１４（ｄ）は、ウェハの昇降時のピンとウェハの接触状態を示す断面図である。 図１５（ａ）は、第１０実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のセンシングウェハがプラズマ処理装置に適用された時の温度測定システムの概略構成を示す断面図、図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）の光導波部を拡大して示す断面図である。 図１６（ａ）は、第１１実施形態に係るプラズマ処理装置に適用される静電チャック上のピンの配置例を示す平面図、図１６（ｂ）は、第１１実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されたセンシングシステムによるフォーカスリングの観察前のピンの位置を示す断面図、図１６（ｃ）は、第１１実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されたセンシングシステムによるフォーカスリングの観察時のピンの位置を示す断面図である。 図１７（ａ）は、第１１実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されたセンシングシステムによるフォーカスリングの観察状態を示す断面図、図１７（ｂ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗前の状態を示す断面図、図１７（ｂ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗前の内周面の状態を示す図、図１７（ｃ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗後の状態を示す断面図、図１７（ｃ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗後の内周面の状態を示す図である。 図１８（ａ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗前の状態を示す断面図、図１８（ａ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗前の内周面の観察時の光強度と高さとの関係を示す図、図１８（ｂ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗がある程度進んだ時の状態を示す断面図、図１８（ｂ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗がある程度進んだ時の内周面の観察時の光強度と高さとの関係を示す図、図１８（ｃ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗がさらに進んだ時の状態を示す断面図、図１８（ｃ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗がさらに進んだ時の内周面の観察時の光強度と高さとの関係を示す図、図１８（ｄ）は、フォーカスリングの消耗度に応じた内周面の観察時の光強度と高さとの関係を示す図である。 図１９（ａ）は、第１２実施形態に係るプラズマ処理装置に適用される静電チャック上のピンの配置例を示す平面図、図１９（ｂ）〜図１９（ｄ）は、第１２実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されたセンシングシステムによるフォーカスリングの観察時の高さの設定方法を示す断面図である。 図２０（ａ）は、第１３実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のセンシングウェハがプラズマ処理装置に適用された時のフォーカスリングとの関係を示す断面図、図２０（ｃ）は、図２０（ｂ）の光導波部を拡大して示す断面図である。 図２１（ａ）は、第１４実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されるセンシングウェハがプラズマ処理装置に適用された時のフォーカスリングとの関係を示す断面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の光導波部を拡大して示す断面図である。
以下に添付図面を参照して、実施形態に係るセンシングシステム、センシングウェハおよびプラズマ処理装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る温度測定システムが適用される半導体製造装置の概略構成を示す断面図である。図１では、半導体製造装置として、容量結合型（平行平板型）プラズマエッチング装置を例にとった。
図１において、プラズマエッチング装置には、ウェハＷまたはセンシングウェハＷＳを収容するチャンバ１が設けられている。ウェハＷには、トランジスタやメモリや集積回路などのデバイスを形成することができる。
以下、センシングウェハＷＳをチャンバ１内のプラズマ処理中の温度測定に用いる方法を説明する。
ウェハＷの基板とセンシングウェハＷＳの基板とは、同一材料を用いることができる。例えば、ウェハＷの基板がＳｉの場合、センシングウェハＷＳの基板としてＳｉを用いることができる。ウェハＷの基板がＧａＡｓの場合、センシングウェハＷＳの基板としてＧａＡｓを用いることができる。ウェハＷの基板が石英の場合、センシングウェハＷＳの基板として石英を用いることができる。
センシングウェハＷＳで温度測定を行う場合、ウェハＷでのデバイスの形成時と同一のプロセス条件に設定することができる。例えば、ウェハＷ上でＳｉＯ２とＳｉＮとの積層構造に対するホール加工時の温度を管理する場合、センシングウェハＷＳでの温度測定時に、ウェハＷ上でのホール加工時と同一のパワーやエッチングガスを与えることができる。
以下、センシングウェハＷＳがチャンバ１内に設置されている場合を説明する。
チャンバ１内には、センシングウェハＷＳを保持する基台２が設けられている。チャンバ１および基台２は、アルミニウム（Ａｌ）などの導電体で構成することができる。チャンバ１は接地することができる。基台２は、支持体５でチャンバ１内に保持されている。基台２の周囲には絶縁リング３が設けられている。基台２と絶縁リング３との境界には、センシングウェハＷＳの外周に沿ってフォーカスリング（エッジリングとも言う）４が埋め込まれている。フォーカスリング４は、センシングウェハＷＳの周縁部での電界の偏向を防止することができる。フォーカスリング４は交換可能である。
チャンバ１内の上方にはシャワーヘッド６が設置されている。シャワーヘッド６は、センシングウェハＷＳ上からウェハ面に向かってガスＧ１を噴出することができる。シャワーヘッド６には、ガスＧ１を噴出する噴出孔７を設けることができる。シャワーヘッド６上には、シャワーヘッド６にガスＧ１を供給する配管８が設けられている。ガスＧ１は、チャンバ１内でのプラズマエッチング処理を進行させることができる。なお、シャワーヘッド６は、プラズマ生成時の上部電極として用いることができる。基台２は、プラズマ生成時の下部電極として用いることができる。チャンバ１の下方には排気管９が設けられている。
基台２上には、センシングウェハＷＳを固定する静電チャック１３が設けられている。静電チャック１３には、チャック電極１５が埋め込まれており、チャック電極１５は、センシングウェハＷＳを引き寄せる静電気力を発生させることができる。すなわち、基台２および静電チャック１３は、プラズマが生成されたチャンバ１内でセンシングウェハＷＳを保持するウェハ保持部として機能する。
静電チャック１３の表面には、凹凸面１４が設けられている。凹凸面１４は、エンボス加工面であってもよい。凹凸面１４は、センシングウェハＷＳの裏面に送られた伝熱剤をセンシングウェハＷＳ裏面全体に行き渡らせることができる。伝熱剤は、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを用いることができる。チャンバ１の側面には、開口部１Ａおよびシャッタ２４が設けられている。シャッタ２４は上下にスライドさせることができる。シャッタ２４を上下にスライドさせることで、開口部１Ａを開放したり、塞いだりすることができる。
基台２および静電チャック１３（ウェハ保持部）には、貫通孔１０、１１が設けられている。貫通孔１０は、基台２の下方から出射された入射光ＬｉをセンシングウェハＷＳの裏面から入射させたり、センシングウェハＷＳの裏面から出射された放射光Ｌｅを基台２の下方に出射させる通路として用いることができる。貫通孔１０は、センシングウェハＷＳの裏面に伝熱剤を送るための通路としても用いることができる。貫通孔１１内には、ピン１２が設けられている。ピン１２は上下に移動可能である。この時、ピン１２が上下に移動することで、センシングウェハＷＳの搬送時にセンシングウェハＷＳを昇降させることができる。
また、プラズマエッチング装置には、高周波ＲＦ電源１９、低周波ＲＦ電源２２および吸着電源２３が設けられている。低周波ＲＦ電源２２は、基台２に第１周波数電圧を連続的またはパルス状に印加することができる。高周波ＲＦ電源１９は、基台２に第２周波数電圧を連続的またはパルス状に印加することができる。第２周波数は第１周波数より高くすることができる。例えば、第１周波数は１３．５６ＭＨｚ以下、第２周波数は４０ＭＨｚ以上に設定することができる。
この時、第２周波数電圧は、チャンバ１内で高密度プラズマを発生させるために用いることができる。第１周波数電圧は、チャンバ１内で発生したイオンエネルギーを制御するために用いることができる。吸着電源２３は、チャック電極１５に吸着電圧を印加することができる。吸着電圧は、センシングウェハＷＳを静電チャック１３に吸着するために用いることができる。
低周波ＲＦ電源２２は、ブロッキングコンデンサ２０および整合器２１を順次介して基台２に接続されている。高周波ＲＦ電源１９は、ブロッキングコンデンサ１７および整合器１８を順次介して基台２に接続されている。吸着電源２３は、チャック電極１５に接続されている。ブロッキングコンデンサ１７、２０は、プラズマ中の電荷の偏りより生成する直流電流を遮断し、自己バイアス電位を生成することができる。整合器１８は、高周波ＲＦ電源１９の負荷とインピーダンス整合をとることができる。整合器２１は、低周波ＲＦ電源２２の負荷とインピーダンス整合をとることができる。
また、チャンバ１の底面には、開口部１Ｂおよびビューポート２５が設けられている。ビューポート２５は、石英などの透明材料を用いることができる。ビューポート２５は、開口部１Ｂの位置に配置することができる。ビューポート２５は、ビューポート２５の外縁を抑える枠材２６を介してネジ２７でチャンバ１に固定することができる。この時、チャンバ１内の気密性を確保するため、ビューポート２５とチャンバ１の底面との間にＯリング２８を装着することができる。
図２（ａ）は、第１実施形態に係る温度測定システムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のセンシングウェハの概略構成を示す断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のセンシングウェハに設けられた光ファイバ中の入射光と放射光の導波状態を示す断面図である。
図２（ｂ）において、センシングウェハＷＳの表面下には通路６１が設けられている。通路６１は、センシングウェハＷＳの中央部から端部に向って配置することができる。センシングウェハＷＳの中央部には、通路６２が設けられている。通路６２は、センシングウェハＷＳの裏面中央部を貫通することができる。通路６２の先端は通路６１の末端と結合することができる。
通路６１の先端には励起発光体６３が配置されている。励起発光体６３は、入射光Ｌｉに基づいて放射光Ｌｅを放射することができる。この時、放射光Ｌｅは温度特性を持つことができる。励起発光体６３は、放射光Ｌｅとして蛍光または燐光を発生する蛍光体であってもよい。蛍光体としては、例えば、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ（Ｅｕｒｏｐｉｕｍ）、Ｍｇ４ＦＧｅＯ６：Ｍｎ（Ｍａｎｇａｎｕｍ）、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）：Ｄｙ（Ｄｙｓｐｒｏｓｉｕｍ）またはＹＡＧ：Ｔｂ（Ｔｅｒｂｉｕｍ）を用いることができる。また、励起発光体６３に代えて、例えば、可視光の照射により格子振動が可能で、かつ格子振動による光吸収波長に温度依存性があるＧａＡｓ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｃｕｍ）などのウェハ基板とは異種の単結晶半導体を用いてもよい。
また、通路６１内には、励起発光体６３から通路６２に至る光ファイバ６４が設置されている。光ファイバ６４には、図２（ｃ）に示すように、コア６４Ａとクラッド６４Ｂが設けられている。光ファイバ６４は、石英系の高耐熱光ファイバを用いることが好ましい。高耐熱光ファイバは、１０００℃以上の高温に耐えることができる。
通路６２の先端には反射鏡６６が配置されている。また、通路６２内には、コリメーションレンズ６５が配置されている。コリメーションレンズ６５の材料は、例えば、石英を用いることができる。コリメーションレンズ６５は反射鏡６６下に配置することができる。
ここで、図２（ａ）に示すように、励起発光体６３をセンシングウェハＷＳの複数個所に設けるようにしてもよい。複数個所に設けられた励起発光体６３にそれぞれ対応して、光ファイバ６４および反射鏡６６をセンシングウェハＷＳに設けることができる。励起発光体６３はセンシングウェハＷＳに略均等間隔で配置することが好ましい。光ファイバ６４は、センシングウェハＷＳの中央部から端部に向って放射状に配置することができる。励起発光体６３の位置に応じて光ファイバ６４の長さを調整することができる。この時、光ファイバ６４の長さは異なっていてもよい。
また、図２（ｂ）に示すように、チャンバ内にはステージＳＴ２が設けられている。ステージＳＴ２上には、センシングウェハＷＳを配置することができる。ステージＳＴ２は、図１の基台２であってもよいし、静電チャック１３であってもよい。ステージＳＴ２は、ウェハＷまたはセンシングウェハＷＳをチャンバ１内で保持するウェハ保持部として用いることができる。
ステージＳＴ２の中央部には、ステージＳＴ２を厚さ方向に貫通する開口部Ｋ２が設けられている。開口部Ｋ２の表面側には、入射光Ｌｉおよび放射光Ｌｅを透過させる透過窓４８が設けられている。透過窓４８として、例えば、ＡｌＮまたはＡｌＯＮなどの透明な熱伝導性材料を用いることができる。
ステージＳＴ２の下方には、光源２９、ハーフミラー３０、光学フィルタ３１、光検出器３２および温度算出部３３が配置されている。光源２９は、励起発光体６３に入射される入射光Ｌｉを発生させる。ハーフミラー３０は、入射光Ｌｉを反射させ、放射光Ｌｅを透過させる。光学フィルタ３１は、放射光Ｌｅの波長成分を透過させ、それ以外の波長成分を減衰させる。例えば、入射光Ｌｉが青色光、放射光Ｌｅが赤色光の場合、光学フィルタ３１として赤色フィルタを用いることができる。光検出器３２は、放射光Ｌｅを検出する。温度算出部３３は、放射光Ｌｅの温度特性に基づいてセンシングウェハＷＳの温度を算出する。
光源２９、ハーフミラー３０、光学フィルタ３１、光検出器３２および温度算出部３３は、図１のチャンバ１外に配置することができる。あるいは、光源２９、ハーフミラー３０、光学フィルタ３１、光検出器３２および温度算出部３３は、図１のチャンバ１内に配置してもよい。この場合、光源２９、ハーフミラー３０、光学フィルタ３１、光検出器３２および温度算出部３３は、図１の基台２下に配置することができる。この時、図１の開口部１Ｂおよびビューポート２５はチャンバ１に設けなくてよい。
次に、センシングウェハＷＳを用いた時のチャンバ内のプラズマ処理中の温度測定方法について説明する。
図１、図２（ａ）および図２（ｂ）において、センシングウェハＷＳがチャンバ１内に搬送される場合、シャッタ２４が開かれ、ピン１２が静電チャック１３上に突出される。そして、センシングウェハＷＳが開口部１Ａを介してピン１２上に搬送される。そして、センシングウェハＷＳがピン１２上に置かれた状態でピン１２が降下し、センシングウェハＷＳが静電チャック１３上に置かれる。そして、静電チャック１３にセンシングウェハＷＳが引き寄せられることでセンシングウェハＷＳが静電チャック１３上に固定される。
さらに、伝熱剤がセンシングウェハＷＳ裏面に送られ、凹凸面１４を介してセンシングウェハＷＳ裏面全体に行き渡ることで、センシングウェハＷＳが温度制御される。そして、排気管９を介してチャンバ１内が排気されながら、シャワーヘッド６からガスＧ１が噴出される。そして、高周波ＲＦ電源１９から基台２に第２周波数電圧が供給されると、ガスＧ１が励起され、センシングウェハＷＳ上でプラズマが発生する。
この時、低周波ＲＦ電源２２から基台２に第１周波数電圧を連続的またはパルス状に印加することで、チャンバ１内で発生したイオンをセンシングウェハＷＳに引き込むエネルギーを制御することができる。そして、センシングウェハＷＳ上で発生したイオンがセンシングウェハＷＳをスパッタリングしたり、センシングウェハＷＳ上でイオンアシスト反応することで、プラズマエッチング処理が行われる。
プラズマエッチング処理中に、光源２９から入射光Ｌｉが出射される。そして、入射光Ｌｉは、ハーフミラー３０で反射された後、透過窓４８およびコリメーションレンズ６５を透過する。さらに、入射光Ｌｉは、反射鏡６６で反射された後、光ファイバ６４に入射し、図２（ｃ）に示すように、光ファイバ６４にて導波されることで、励起発光体６３に入射する。
励起発光体６３において、入射光Ｌｉの入射に伴って放射光Ｌｅが生成され、光ファイバ６４に入射する。放射光Ｌｅは、光ファイバ６４にて導波され、反射鏡６６で反射される。さらに、放射光Ｌｅは、コリメーションレンズ６５にて集光された後、透過窓４８を透過し、ステージＳＴ２の裏側から出射する。ステージＳＴ２の裏側から出射した放射光Ｌｅは、ハーフミラー３０を透過し、光学フィルタ３１にて所望の波長成分が抽出された後、光検出器３２に入射し、放射光Ｌｅが検出される。光検出器３２による検出結果は温度算出部３３に送られる。温度算出部３３において、光検出器３２から検出結果が送られると、放射光Ｌｅの温度特性に基づいてセンシングウェハＷＳの温度が算出される。放射光Ｌｅの温度特性は、放射光Ｌｅの減衰時間の温度依存性であってもよいし、放射光Ｌｅの波長の温度依存性を有していてもよいし、放射光Ｌｅの波長ピーク強度比の温度依存性を有していてもよい。
ここで、複数の励起発光体６３から放射された放射光Ｌｅは、１つの通路６２内に導くことができる。そして、複数の励起発光体６３から放射された放射光Ｌｅを、例えば光検出器３２に一括して入射させることができる。この時、温度算出部３３は、光検出器３２から送られた検出結果に基づいて、センシングウェハＷＳの複数の測定点の温度の平均値を算出することができる。あるいは、複数の励起発光体６３に対して、これら励起発光体６３から放出された放射光Ｌｅをそれぞれ個別に光検出器３２へと導波するような光学系を設け、各励起発光体６３から放射された放射光Ｌｅに基づいてセンシングウェハＷＳの各測定点におけるそれぞれの温度を算出するようにしてもよい。
ここで、放射光Ｌｅの温度特性に基づいて温度測定を行うことにより、温度測定値をチャンバ１外に送る電線をチャンバ１内に通す必要がなくなる。このため、チャンバ１を大気開放することなく、チャンバ１内の温度を測定することができ、プラズマ処理中においてもチャンバ１内の温度管理を行うことができる。
また、放射光Ｌｅの温度特性に基づいて温度測定を行うことにより、サーモラベルを用いる方法に比べて温度分解能を向上させることができ、プラズマ処理中の温度の測定精度を向上させることができる。
さらに、放射光Ｌｅの温度特性に基づいて温度測定を行うことにより、耐熱性および耐電磁ノイズ性を向上させることができ、センシングウェハＷＳの寿命の低下を抑止しつつ、高周波かつ高出力のプラズマ処理の温度測定にも適用することができる。
さらに、励起発光体６３および光ファイバ６４をセンシングウェハＷＳに設けることにより、デバイスが形成されるウェハＷのプロセス条件と同等の条件で温度を測定することができる。このため、デバイスが形成されるウェハＷの加工点の温度と同等の温度をセンシングウェハＷＳで計測することができ、デバイスが形成されるウェハＷの加工精度を向上させることができる。
さらに、励起発光体６３および光ファイバ６４をセンシングウェハＷＳに設けることにより、温度測定点の個数を容易に増加させることができ、コストアップを抑制しつつ、プラズマ処理中のチャンバ１内の温度管理の精度を向上させることができる。
さらに、センシングウェハＷＳに通路６２を設けることにより、センシングウェハＷＳの裏面側から入射光Ｌｉを入射させたり、裏面側に放射光Ｌｅを出射させたりすることができる。このため、プラズマエッチング処理中に入射光Ｌｉおよび放射光Ｌｅがプラズマに曝されるのを防止することができ、プラズマからの放射光による温度測定誤差の発生を防止することができる。
さらに、センシングウェハＷＳの裏面側から入射光Ｌｉを入射させたり、裏面側に放射光Ｌｅを出射させたりすることにより、透過窓４８およびコリメーションレンズ６５がプラズマに曝されるのを防止することができる。このため、プラズマによる透過窓４８およびコリメーションレンズ６５の曇りおよび損傷を防止することができ、温度測定精度の低下を防止することができる。
さらに、センシングウェハＷＳの裏面側から入射光Ｌｉを入射させたり、裏面側に放射光Ｌｅを出射させたりすることにより、チャンバの横方向のサイズに依存することなく、光源２９および光検出器３２をステージＳＴ２に近づけることができる。このため、光源２９からセンシングウェハＷＳまでの入射光Ｌｉの経路長および光検出器３２からセンシングウェハＷＳまでの放射光Ｌｅの経路長を短くすることができ、光源２９および光検出器３２の位置調整を容易化することができる。
なお、上述した実施形態では、半導体製造装置として容量結合型プラズマエッチング装置を例にとったが、誘導結合型プラズマエッチング装置であってもよいし、マイクロ波ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマエッチング装置であってもよい。また、半導体製造装置として、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置であってもよく、さらには、プラズマ処理装置以外にも、エピタキシャル装置、熱ＣＶＤ装置またはアニール装置などに適用するようにしてもよい。
以下、放射光Ｌｅの温度特性に基づく温度測定の原理について具体的に説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、図１の温度測定システムの励起発光体として用いられる蛍光体の温度と燐光の減衰時間との関係を示す図である。この関係は、例えば、Brubach, J.; Dreizler, A.; Janica, J. Gas compositional and pressure effects on thermographic phosphor thermometry. Measurement Science Technology 2007, 18, 767-770に記載されている。なお、図３（ａ）では、蛍光体としてＹ２Ｏ３：Ｅｕ、図３（ｂ）では、蛍光体としてＭｇ４ＦＧｅＯ６：Ｍｎを例にとった。また、図３（ａ）および図３（ｂ）では、蛍光体の周辺の雰囲気を変えた時の蛍光体の温度と燐光の減衰時間との関係を示した。
図３（ａ）および図３（ｂ）において、燐光の減衰時間は温度依存性を持つことが判る。このため、燐光の減衰時間を測定することにより、蛍光体が設けられたセンシングウェハＷＳの温度を算出することができる。
ただし、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕでは、燐光の減衰時間は蛍光体の周辺の雰囲気に依存する。一方、Ｍｇ４ＦＧｅＯ６：Ｍｎでは、燐光の減衰時間は蛍光体の周辺の雰囲気に依存しない。このため、蛍光体としてＹ２Ｏ３：Ｅｕを用いる場合には、蛍光体を密封することが望ましい。一方、蛍光体としてＭｇ４ＦＧｅＯ６：Ｍｎを用いる場合には、蛍光体を密封することなく、温度測定を高精度化することができる。
図４（ａ）は、センシングウェハへの入射光の入射時の状態を示す断面図、図４（ｂ）は、センシングウェハへの入射光の波形を示す図、図４（ｃ）は、センシングウェハからの放射光の出射時の状態を示す断面図、図４（ｄ）は、センシングウェハからの放射光の波形を示す図である。なお、図４（ａ）から図４（ｄ）では、放射光Ｌｅの減衰時間の温度依存性を用いて温度を測定する例を示した。
プラズマエッチング処理中において、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）の光源２９から入射光Ｌｉがパルス状に出射される。そして、図４（ａ）に示すように、入射光Ｌｉは、ハーフミラー３０で反射された後、透過窓４８およびコリメーションレンズ６５を透過する。さらに、入射光Ｌｉは、反射鏡６６で反射された後、光ファイバ６４に入射し、光ファイバ６４にて導波されることで、励起発光体６３に伝搬される。
励起発光体６３において、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、入射光Ｌｉの入射に伴って放射光Ｌｅが生成され、光ファイバ６４に入射する。放射光Ｌｅは、光ファイバ６４にて導波され、反射鏡６６で反射される。さらに、放射光Ｌｅは、コリメーションレンズ６５にて集光された後、透過窓４８を透過し、ステージＳＴ２の裏側から出射する。ステージＳＴ２の裏側から出射した放射光Ｌｅは、ハーフミラー３０および光学フィルタ３１を介して、光検出器３２に入射し、放射光Ｌｅが検出される。光検出器３２による検出結果は温度算出部３３に送られる。温度算出部３３において、例えば、入射光Ｌｉの立ち下がり時刻ｔ０から放射光Ｌｅの強度がＳｅとなるまでの時間が計測される。
この時、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、温度が高くなると、燐光の減衰時間は短くなる。このため、高温では、放射光の波形はＬｅとなり、低温では、放射光の波形はＬｅ´となる。放射光Ｌｅの強度がＳｅとなるまでの減衰時間がｔ１−ｔ０の場合は、センシングウェハＷＳは高温状態にあり、放射光Ｌｅ´の強度がＳｅとなるまでの減衰時間がｔ２−ｔ０の場合は、センシングウェハＷＳは低温状態にあることが判る。高温状態または低温状態にある時のセンシングウェハＷＳの温度の数値は、図３（ａ）または図３（ｂ）を参照することにより求めることができる。
図５（ａ）は、図１の温度測定システムに用いられる単結晶半導体の温度と波長との関係を示す図、図５（ｂ）は、図１の温度測定システムの励起発光体として用いられる蛍光体の温度と波長ピーク強度比との関係を示す図、図５（ｃ）は、図１の温度測定システムの励起発光体として用いられる蛍光体の温度と波長と強度との関係を示す図である。図５（ｂ）および図５（ｃ）の関係は、例えば、M Yu,et.al., “Survivability of thermographic phosphors(YAG:Dy) in a combustion environment”,Meas. Sci. Technol. 21 (2010)に記載されている。
なお、図５（ａ）では、単結晶半導体としてＧａＡｓ、図５（ｂ）および図５（ｃ）では、蛍光体としてＹＡＧ：Ｄｙを例にとった。
図５（ａ）において、例えば、白色光を照射した時の単結晶半導体の透過波長は温度依存性を持つことが判る。このため、単結晶半導体の透過波長を測定することにより、単結晶半導体が測温素子として設けられたセンシングウェハＷＳの温度を測定することができる。
一方、図５（ｃ）において、ＹＡＧ：Ｄｙから放射される燐光は、４５５ｎｍと４９３ｎｍとでピークを持つことが判る。この時、４５５ｎｍの強度と４９３ｎｍの強度との比は、図５（ｂ）に示すように、温度依存性を持つことが判る。このため、蛍光体の波長ピーク強度比を測定することにより、蛍光体が設けられたセンシングウェハＷＳの温度を測定することができる。
なお、センシングウェハＷＳの複数個所に励起発光体６３を設け、各励起発光体６３に対して反射鏡６６をセンシングウェハＷＳの中央部に２次元的に配置し、通路６２において各励起発光体６３の入射光Ｌｉおよび放射光Ｌｅを個別に導波可能とさせて、センシングウェハＷＳの複数個所のそれぞれで温度を測定する場合、互いに隣接する反射鏡６６で反射された放射光Ｌｅが干渉することがある。
以下、センシングウェハＷＳの複数個所に励起発光体６３を設けた場合、反射鏡６６間の間隔が小さい場合においても、反射鏡６６で反射された放射光Ｌｅの干渉を防止する方法を説明する。
図６（ａ）は、センシングウェハの複数の温度測定点がある場合における入射光の入射経路および放射光の出射経路を示す斜視図、図６（ｂ）は、センシングウェハの複数の温度測定点がある場合における各温度測定点の入射光の波形を示す図、図６（ｃ）は、センシングウェハの複数の温度測定点がある場合における各温度測定点からの放射光の波形を示す図である。
図６（ａ）において、例えば、反射鏡６６Ａ〜６６ＣがセンシングウェハＷＳの中央部に隣接して配置されているものとする。反射鏡６６Ａ〜６６Ｃにそれぞれ対応して光ファイバ６４Ａ〜６４ＣがセンシングウェハＷＳに設けられている。光ファイバ６４Ａ〜６４Ｃの先端には、励起発光体６３Ａ〜６３Ｃがそれぞれ設けられている。
センシングウェハＷＳの裏面に垂直に入射した入射光ＬｉＡ〜ＬｉＣは反射鏡６６Ａ〜６６Ｃにて水平方向に反射され、光ファイバ６４Ａ〜６４Ｃにそれぞれ入射される。光ファイバ６４Ａ〜６４Ｃにて水平方向に導波された放射光ＬｅＡ〜ＬｅＣは反射鏡６６Ａ〜６６Ｃにて垂直方向に反射され、センシングウェハＷＳの裏面から出射される。ここで、放射光ＬｅＡ〜ＬｅＣの広がりにより放射光ＬｅＡ〜ＬｅＣが干渉する位置に検出点ＰＡ〜ＰＣが設けられているものとする。
この時、入射光ＬｉＡ〜ＬｉＣのタイミングをずらして入射光ＬｉＡ〜ＬｉＣを光ファイバ６４Ａ〜６４Ｃにそれぞれ入射させることができる。すなわち、図６（ｂ）に示すように、時刻ｔＡに入射光ＬｉＡがパルス状に光ファイバ６４Ａを介して励起発光体６３Ａに入射される。この時、図６（ｃ）に示すように、放射光ＬｅＡが励起発光体６３Ａから放射される。
次に、図６（ｂ）に示すように、励起発光体６３Ａから放射された放射光ＬｅＡが十分に減衰した時刻ｔＢに入射光ＬｉＢがパルス状に光ファイバ６４Ｂを介して励起発光体６３Ｂに入射される。この時、図６（ｃ）に示すように、放射光ＬｅＢが励起発光体６３Ｂから放射される。
次に、図６（ｂ）に示すように、励起発光体６３Ｂから放射された放射光ＬｅＢが十分に減衰した時刻ｔＣに入射光ＬｉＣがパルス状に光ファイバ６４Ｃを介して励起発光体６３Ｃに入射される。この時、図６（ｃ）に示すように、放射光ＬｅＣが励起発光体６３Ｃから放射される。
これにより、放射光ＬｅＡ〜ＬｅＣが干渉する位置に検出点ＰＡ〜ＰＣが設けられている場合においても、放射光ＬｅＡ〜ＬｅＣの干渉を伴うことなく、放射光ＬｅＡ〜ＬｅＣを検出点ＰＡ〜ＰＣで検出することができる。このため、センシングウェハＷＳの複数の温度測定点がある場合においても、ビューポート２５のサイズの拡大を防止しつつ、温度測定精度を向上させることができる。
（第２実施形態）
図７（ａ）は、第２実施形態に係る温度測定システムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図７（ｂ）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、図７（ｃ）は、図７（ｂ）のセンシングウェハの中心部の光学系の概略構成を示す平面図、図７（ｄ）は、図７（ｂ）のセンシングウェハの中心部の光学系の概略構成を示す断面図である。
図７（ｂ）において、センシングウェハＷＳ５の表面下には通路８１が設けられている。通路８１は、センシングウェハＷＳ５の中央部から端部に向って配置することができる。センシングウェハＷＳ５の中央部には、通路８２が設けられている。通路８２は、センシングウェハＷＳ５の裏面中央部を貫通することができる。通路８２の先端は通路８１の末端と結合することができる。
通路８１の先端には励起発光体８３が配置されている。励起発光体８３は、図２（ａ）の励起発光体６３と同様に構成することができる。また、通路８１内には、励起発光体８３から通路８２に至る光ファイバ８４が設置されている。
ここで、図７（ａ）に示すように、励起発光体８３はセンシングウェハＷＳ５の複数個所に設けられている。複数個所に設けられた励起発光体８３にそれぞれ対応して、光ファイバ８４がセンシングウェハＷＳ５に設けられている。この時、光ファイバ８４は、センシングウェハＷＳ５の中央部から端部に向って放射状に配置することができる。
通路８２の先端には反射鏡８６が配置されている。この時、反射鏡８６は、センシングウェハＷＳ５の中央部に配置することができる。図７（ｃ）および図７（ｄ）に示すように、反射鏡８６には、複数の反射面８６Ａが設けられている。ここで、各光ファイバ８４の端面に対して４５度だけ傾いた状態でそれぞれ対向するように各反射面８６Ａの向きを設定することができる。この時、反射鏡８６は、各光ファイバ８４を介して様々の方向から導波された複数の放射光Ｌｅを同一方向に同時に反射させることができる。なお、反射鏡８６の中心には、反射鏡８６を貫通する光ファイバ８８を設けるようにしてもよい。
また、通路８２内には、複数のコリメーションレンズ８５および透過窓８７が配置されている。コリメーションレンズ８５は反射鏡８６下に配置し、透過窓８７はコリメーションレンズ８５下に配置することができる。透過窓８７の材料は、例えば、ＡｌＮまたはＡｌＯＮを用いることができる。
また、図７（ｂ）に示すように、チャンバ内にはステージＳＴ３が設けられている。ステージＳＴ３上には、センシングウェハＷＳ５を配置することができる。ステージＳＴ３は、図１の基台２であってもよいし、静電チャック１３であってもよい。
ステージＳＴ３の中央部には、ステージＳＴ３を厚さ方向に貫通する開口部Ｋ３が設けられている。開口部Ｋ３の表面側には、透過窓６８が設けられている。透過窓６８の材料は、例えば、ＡｌＮまたはＡｌＯＮを用いることができる。
ステージＳＴ３の下方には、筒状体７３が設けられている。筒状体７３の先端はステージＳＴ３の裏面に固定することができる。筒状体７３の側面には透過窓７４が配置されている。筒状体７３内には、ハーフミラー７０、光学フィルタ７１および光検出器７２が配置されている。筒状体７３外には、光源６９および温度算出部７３が配置されている。１個の光源６９および１個の光検出器７２は、複数の放射光Ｌｅに対して共通に用いることができる。
光源６９は、励起発光体８３に入射される入射光Ｌｉを発生させる。ハーフミラー７０は、入射光Ｌｉを反射させ、放射光Ｌｅを透過させる。光学フィルタ７１は、放射光Ｌｅの波長成分を透過させ、それ以外の波長成分を減衰させる。光検出器７２は、放射光Ｌｅを検出する。ここで、光検出器７２は、複数の放射光Ｌｅを同時に検出することができる。複数の放射光Ｌｅを同時に検出できるようにするため、光検出器７２としてＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを用いるようにしてもよい。温度算出部７３は、放射光Ｌｅの温度特性に基づいてセンシングウェハＷＳ５の温度を算出する。
次に、センシングウェハＷＳ５を用いた時のチャンバ内のプラズマ処理中の温度測定方法について説明する。
図７（ｂ）において、センシングウェハＷＳ５がチャンバ内に搬送されると、センシングウェハＷＳ５がステージＳＴ３上に配置される。
そして、プラズマエッチング処理中に、光源６９から入射光Ｌｉが出射される。そして、入射光Ｌｉは、透過窓７４を透過し、ハーフミラー７０で反射された後、透過窓６８、８７およびコリメーションレンズ８５を透過する。さらに、入射光Ｌｉは、反射鏡８６で放射状に反射された後、複数の光ファイバ８４に入射し、複数の光ファイバ８４にて導波されることで、複数の励起発光体８３に入射する。
各励起発光体８３において、入射光Ｌｉの入射に伴って放射光Ｌｅが生成され、光ファイバ８４に入射する。各放射光Ｌｅは、光ファイバ８４にてそれぞれ導波され、反射鏡８６の各反射面８６Ａでそれぞれ反射される。さらに、これら複数の放射光Ｌｅは、複数のコリメーションレンズ８５にてそれぞれ集光された後、透過窓８７、６８を透過し、ステージＳＴ３の裏側から出射する。
ステージＳＴ３の裏側から出射した複数の放射光Ｌｅは、ハーフミラー７０を透過し、光学フィルタ７１にて所望の波長成分が抽出された後、光検出器７２に入射し、複数の放射光Ｌｅが検出される。光検出器７２による検出結果は温度算出部７３に送られる。温度算出部７３において、光検出器７２から検出結果が送られると、複数の放射光Ｌｅの温度特性に基づいてセンシングウェハＷＳ５の複数の測定点の温度が算出される。
ここで、複数の反射面８６Ａが設けられた反射鏡８６をセンシングウェハＷＳ５の中央部に配置することにより、センシングウェハＷＳ５の裏面側から、複数の励起発光体８３に入射光Ｌｉを同時に入射させたり、裏面側に複数の放射光Ｌｅを同時に出射させたりすることができる。このため、複数の励起発光体８３に対して光源６９や光検出器７２などを共通に用いることができ、複数の励起発光体８３に対して光源６９や光検出器７２などを個別に設けた場合に比べて、装置構成をコンパクト化することができる。
（第３実施形態）
図８（ａ）から図８（ｅ）は、第３実施形態に係るセンシングウェハの製造方法を示す断面図である。なお、図８（ａ）から図８（ｅ）では、図７（ｂ）のセンシングウェハＷＳ５の製造方法を例にとった。
図８（ａ）において、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることにより、ロウァウェハＷＬの中央部に通路８２を形成するとともに、中央部から端部方向に伸びる通路８１を形成する。
次に、図８（ｂ）に示すように、通路８１の先端部に励起発光体８３を配置する。さらに、励起発光体８３から通路８２に至る光ファイバ８４を通路８１内に設置する。
次に、図８（ｃ）に示すように、透過窓８７、コリメーションレンズ８５および反射鏡８６を下から順に通路８２内に設置する。
次に、図８（ｄ）に示すように、ロウァウェハＷＬ上にアッパウェハＷＵを貼り合わせる。この結果、図８（ｅ）に示すように、励起発光体８３および光ファイバ８４をセンシングウェハＷＳ５内に設けることができる。ロウァウェハＷＬおよびアッパウェハＷＵは、センシングウェハＷＳ５のウェハ基板として用いることができる。
なお、ロウァウェハＷＬとアッパウェハＷＵを貼り合わせる場合、セラミック系接着剤を用いるようにしてもよいし、ウェハ直接接合を用いるようにしてもよい。セラミック系接着剤またはウェハ直接接合を用いる方法では、１０００℃以上の耐熱性を持たせることができる。ウェハ直接接合を用いる場合、接合前に接合面のプラズマ活性化処理を施すようにしてもよい。ウェハ直接接合の前にプラズマ活性化処理を施すことにより、２００〜３００℃のアニール処理で十分な接合強度を得ることができる。
プラズマ処理中の温度計測によりアッパウェハＷＵが汚染されたり、アッパウェハＷＵが損傷を受けたりした場合、アッパウェハＷＵをロウァウェハＷＬから剥がすことができる。そして、新たなアッパウェハＷＵをロウァウェハＷＬに貼り合わせることができる。この時、ロウァウェハＷＬに設置された励起発光体８３、光ファイバ８４、透過窓８７、コリメーションレンズ８５および反射鏡８６はそのまま使い回すことができる。このため、センシングウェハＷＳ５を用いた温度計測にかかるランニングコストを低減させることができる。
（第４実施形態）
図９（ａ）から図９（ｅ）は、第４実施形態に係るセンシングウェハの製造方法を示す断面図である。なお、図９（ａ）から図９（ｅ）では、図７（ａ）のＡ−Ａ線の切断位置に対応した切断図を示した。
図９（ａ）において、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることにより、中央部から端部方向に伸びるトレンチ９０をウェハ基板ＷＳ６´に形成する。
次に、図９（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法にてトレンチ９０内に埋め込まれるようにウェハ基板ＷＳ６´上にクラッド材を堆積する。そして、クラッド材をエッチバックすることにより、トレンチ９０の下部にクラッド層９１を形成する。
次に、図９（ｃ）に示すように、ＣＶＤなどの方法にてトレンチ９０内に埋め込まれるようにクラッド層９１上にコア材９２Ａを堆積する。そして、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの方法にてコア材９２Ａを平坦化する。
次に、図９（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることによりコア材９２Ａをパターニングし、トレンチ９０の中央部にコア層９２を形成する。
次に、図９（ｅ）に示すように、ＣＶＤなどの方法にてコア層９２が覆われるようにクラッド層９１上にクラッド層９３を堆積する。そして、ＣＭＰなどの方法にてクラッド層９３を平坦化する。この結果、クラッド層９１、９３にてコア層９２が覆われた導波路９４がセンシングウェハＷＳ６に形成される。
ここで、センシングウェハＷＳ６には、複数の励起発光体８３に対応した複数の導波路９４を一括して形成することができる。このため、複数の励起発光体８３をセンシングウェハＷＳ６に設けた場合においても、複数の光ファイバを１本ずつウェハに配置する手間をなくすことができる。
上述した実施形態では、光ファイバおよび光学系が設けられたセンシングウェハを用いて温度を測定する方法について説明した。光ファイバおよび光学系が設けられたセンシングウェハは、温度測定以外の計測にも使用することができる。この時、センシングウェハは、センシングウェハ内またはセンシングウェハ外の状態を検出することができる。センシングウェハ外の状態は、センシングウェハの上方の状態であってもよいし、センシングウェハの側方の状態であってもよい。
以下、光ファイバおよび光学系が設けられたセンシングウェハを、温度測定以外の計測やモニターに使用する方法について説明する。なお、以下の説明では、図７（ｂ）の通路８１、８２、光ファイバ８４、反射鏡８６、コリメーションレンズ８５および透過窓８７をセンシングウェハに設けた構成を例にとる。
（第５実施形態）
図１０（ａ）は、第５実施形態に係るセンシングシステムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１０（ｂ）は、第５実施形態に係るセンシングシステムの概略構成を示す断面図、図１０（ｃ）は、第５実施形態に係るセンシングシステムの適用例を示す断面図である。
図１０（ｂ）において、センシングウェハＷＳ７の表面下には通路８１が設けられている。センシングウェハＷＳ７の中央部には、通路８２が設けられている。
通路８１の先端には、センシングウェハＷＳ７の表面側に開口する開口部１０１が設けられている。通路８２上には、センシングウェハＷＳ７の表面側に開口する開口部１０２が設けられている。通路８１内には、開口部１０１から通路８２に至る光ファイバ８４が設置されている。通路８２内には、反射鏡８６、コリメーションレンズ８５および透過窓８７が配置されている。
開口部１０１の底面には、反射鏡１０４が配置され、反射鏡１０４上には、対物レンズ１０３Ａが配置されている。反射鏡１０４の代わりにプリズムを用いるようにしてもよい。開口部１０２内において、反射鏡８６上には、対物レンズ１０３Ｂが配置されている。
ここで、図１０（ａ）に示すように、対物レンズ１０３ＡはセンシングウェハＷＳ７の複数個所に設けられている。複数個所に設けられた対物レンズ１０３Ａにそれぞれ対応して、光ファイバ８４がセンシングウェハＷＳ７に設けられている。この時、光ファイバ８４は、センシングウェハＷＳ７の中央部から端部に向って放射状に配置することができる。
また、図１０（ｂ）に示すように、チャンバ内にはステージＳＴ３が設けられている。ステージＳＴ３上には、センシングウェハＷＳ７を配置することができる。ステージＳＴ３の中央部には、ステージＳＴ３を厚さ方向に貫通する開口部Ｋ３が設けられている。開口部Ｋ３の表面側には、透過窓６８が設けられている。
ステージＳＴ３の下方には、筒状体７３´が設けられている。筒状体７３´の先端はステージＳＴ３の裏面に固定することができる。筒状体７３´内には、ファイバカメラ１０５が配置されている。ファイバカメラ１０５は、観察対象を照らす光源を含むことができる。筒状体７３´外には、表示部１０６が配置されている。
次に、センシングウェハＷＳ７を用いた時のチャンバ内の上部電極１００の観察方法を説明する。
図１０（ｂ）において、センシングウェハＷＳ７がチャンバ内に搬送されると、センシングウェハＷＳ７がステージＳＴ３上に配置される。図１０（ｃ）に示すように、ステージＳＴ３上には上部電極１００が配置されている。
そして、ファイバカメラ１０５から照明光Ｌ１が出射される。照明光Ｌ１は、透過窓６８、８７およびコリメーションレンズ８５を透過する。さらに、照明光Ｌ１は、反射鏡８６で放射状に反射された後、複数の光ファイバ８４に入射し、複数の光ファイバ８４にて導波される。また、照明光Ｌ１の一部は、図７（ｄ）の光ファイバ８８を介して反射鏡８６上に出射する。そして、複数の照明光Ｌ１は、反射鏡１０４でそれぞれ反射された後、対物レンズ１０３Ａにて集光され、上部電極１００を照射する。反射鏡８６上に出射した照明光Ｌ１は、対物レンズ１０３Ｂにて集光され、上部電極１００の中央部を照射する。
複数の照明光Ｌ１が上部電極１００を照射すると、上部電極１００から複数の反射光Ｌ２が発生し、対物レンズ１０３Ａを透過し、反射鏡１０４で反射される。その後、複数の反射光Ｌ２は、複数の光ファイバ８４に入射し、複数の光ファイバ８４にてそれぞれ導波され、反射鏡８６の各反射面８６Ａでそれぞれ反射される。一方、上部電極１００の中央部から反射された反射光Ｌ２は、対物レンズ１０３Ｂを透過し、光ファイバ８８にて導波される。
さらに、これら複数の反射光Ｌ２は、コリメーションレンズ８５および透過窓８７、６８を透過し、ステージＳＴ３の裏側から出射する。ステージＳＴ３の裏側から出射した複数の反射光Ｌ２は、ファイバカメラ１０５に入射し、反射光Ｌ２に基づいて上部電極１００の表面の画像が生成される。ファイバカメラ１０５で生成された画像は表示部１０６で表示される。
ここで、センシングウェハＷＳ７を用いることにより、ステージＳＴ３と上部電極１００との間隔が小さい場合においても、チャンバから上部電極１００を取り外すことなく、上部電極１００の表面状態を観察することができる。
上部電極１００の表面状態を観察した結果、例えば、上部電極１００の表面に堆積物が付着していることが観察された場合、そのチャンバ内にウェハＷを搬入するのを止めることができる。そして、上部電極１００の表面にプラズマクリーニングを施すことで、上部電極１００の表面に付着した堆積物を除去することができる。この時、堆積物が付着している箇所のガス流量を増やすことで、上部電極１００の表面に付着した堆積物を効率よく除去することができる。
（第６実施形態）
図１１（ａ）は、第６実施形態に係るセンシングシステムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１１（ｂ）は、第６実施形態に係るセンシングシステムの概略構成を示す断面図、図１１（ｃ）は、第６実施形態に係るセンシングシステムの適用例を示す断面図、図１１（ｄ）から図１１（ｆ）は、図１１（ｂ）の光ファイバ距離計に用いられるプローブの構成例を示す平面図である。光ファイバ距離計は、例えば、株式会社東陽テクニカ（米 MTI Instruments Inc.）製の光ファイバ変位センサFotonicを用いることができる。
図１１（ｂ）のシステムでは、図１０（ｂ）のシステムのファイバカメラ１０５の代わりに、例えば、光源、プローブ、検出部、および距離計算部を有する光ファイバ距離計１１５が設けられている。図１１（ｂ）のシステムでは、図１０（ｂ）のシステムと同様のセンシングウェハＷＳ７を用いることができる。
光ファイバ距離計１１５では、例えば、入射光Ｌ３としてハロゲン光を用いることができる。光ファイバ距離計１１５は、入射光Ｌ３を対象物に照射した時の反射光Ｌ４の光量の変化に基づいて、対象物までの距離を求めることができる。光ファイバ距離計１１５には、測定点ごとにプローブを設けることができる。
この時、光ファイバ距離計１１５には、図１１（ｄ）に示すように、発光部Ｅ１と受光部Ｅ２とがランダムに配置されたプローブＰＢ１を用いるようにしてもよいし、図１１（ｅ）に示すように、発光部Ｅ１と受光部Ｅ２とが半円状に配置されたプローブＰＢ２を用いるようにしてもよいし、図１１（ｆ）に示すように、発光部Ｅ１と受光部Ｅ２とが同心円状に配置されたプローブＰＢ３を用いるようにしてもよい。
なお、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、センシングウェハＷＳ７の中央部に配置された反射鏡８６にて入射光Ｌ３および反射光Ｌ４の進路を変える構成では、入射光Ｌ３および反射光Ｌ４をセンシングウェハＷＳ７の中央部に集めることができる。このため、センシングウェハＷＳ７の中心軸上に光ファイバ距離計１１５を配置することにより、１個の光源と１個の検出部を光ファイバ距離計１１５に設けることで、センシングウェハＷＳ７の複数の測定点での距離を一括して求めることができる。
次に、センシングウェハＷＳ７を用いた時のチャンバ内の上部電極１００までの距離の測定方法を説明する。
図１１（ｂ）において、センシングウェハＷＳ７がチャンバ内に搬送されると、センシングウェハＷＳ７がステージＳＴ３上に配置される。図１１（ｃ）に示すように、ステージＳＴ３上には上部電極１００が配置されている。
そして、光ファイバ距離計１１５から入射光Ｌ３が出射される。入射光Ｌ３は、透過窓６８、８７およびコリメーションレンズ８５を透過する。さらに、入射光Ｌ３は、反射鏡８６で放射状に反射された後、複数の光ファイバ８４に入射し、複数の光ファイバ８４にて導波される。また、入射光Ｌ３の一部は、図７（ｄ）の光ファイバ８８を介して反射鏡８６上に出射する。そして、複数の入射光Ｌ３は、反射鏡１０４でそれぞれ反射された後、対物レンズ１０３Ａにて集光され、上部電極１００に入射する。
複数の入射光Ｌ３が上部電極１００に入射すると、上部電極１００から複数の反射光Ｌ４が発生し、対物レンズ１０３Ａを透過し、反射鏡１０４で反射される。その後、複数の反射光Ｌ４は、複数の光ファイバ８４に入射し、複数の光ファイバ８４にてそれぞれ導波され、反射鏡８６の各反射面８６Ａでそれぞれ反射される。一方、上部電極１００の中央部から反射された反射光Ｌ４は、対物レンズ１０３Ｂを透過し、光ファイバ８８にて導波される。
さらに、これら複数の反射光Ｌ４は、コリメーションレンズ８５および透過窓８７、６８を透過し、ステージＳＴ３の裏側から出射する。ステージＳＴ３の裏側から出射した複数の反射光Ｌ４は、光ファイバ距離計１１５に入射し、各測定点の反射光Ｌ４の光量に基づいて、センシングウェハＷＳ７から上部電極１００までの距離が算出される。光ファイバ距離計１１５で算出された上部電極１００までの距離は表示部１０６で表示される。
ここで、センシングウェハＷＳ７を用いることにより、ステージＳＴ３と上部電極１００との間隔が小さい場合においても、上部電極１００を移動させることなく、センシングウェハＷＳ７をステージＳＴ３上に配置することができる。このため、チャンバ内でプラズマ処理が行われている時のウェハＷから上部電極１００までの距離を精度よく見積もることができる。
センシングウェハＷＳ７から上部電極１００までの距離を算出した結果、センシングウェハＷＳ７の各測定点から上部電極１００までの距離が不均一の場合、そのチャンバ内にウェハＷを搬入するのを止めることができる。そして、例えば、上部電極１００の傾きを調整することで、センシングウェハＷＳ７の各測定点から上部電極１００までの距離を均一化することができる。このため、その後にチャンバ内に搬送されたウェハＷに形成されるデバイスの寸法バラツキを低減させることができ、ひいてはウェハＷに形成されるデバイスの品質を向上させることができる。
（第７実施形態）
図１２（ａ）は、第７実施形態に係るセンシングシステムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１２（ｂ）は、第７実施形態に係るセンシングシステムの概略構成を示す断面図、図１２（ｃ）は、第７実施形態に係るセンシングシステムの適用例を示す断面図である。
図１２（ｂ）のシステムでは、図１０（ｂ）のシステムのファイバカメラ１０５の代わりに発光分光計１２５が設けられている。発光分光計１２５は、プラズマＰＺの励起状態を元素固有の輝線スペクトルの波長から定性し、所定波長の発光強度からプラズマＰＺ中に存在する化学種を定量することができる。
図１２（ｂ）のシステムでは、図１０（ｂ）のシステムと同様のセンシングウェハＷＳ７を用いることができる。図１２（ｂ）のシステムでは、図１０（ｂ）のステージＳＴ３の代わりにステージＳＴ４を用いることができる。ステージＳＴ４は、ステージＳＴ３にヒータ１２６を設けた以外は、ステージＳＴ３と同様に構成することができる。ヒータ１２６は、数百個程度設けることができ、ステージＳＴ４に同心円状に配置することができる。これらのヒータ１２６は、個別に温度制御することができる。
次に、センシングウェハＷＳ７を用いた時のチャンバ内のプラズマＰＺの面内発光分布の測定法を説明する。
図１２（ｂ）において、センシングウェハＷＳ７がチャンバ内に搬送されると、センシングウェハＷＳ７がステージＳＴ４上に配置される。図１２（ｃ）に示すように、ステージＳＴ４上には上部電極１００が配置されている。
そして、プラズマエッチング処理中に、プラズマＰＺによってプラズマ光Ｌ５が放射され、対物レンズ１０３Ａを透過し、反射鏡１０４で反射される。プラズマ光Ｌ５は、プラズマＰＺの励起状態に応じて放射される元素固有の輝線スペクトルを含む光である。その後、複数のプラズマ光Ｌ５は、複数の光ファイバ８４に入射し、複数の光ファイバ８４にてそれぞれ導波され、反射鏡８６の各反射面８６Ａでそれぞれ反射される。一方、プラズマＰＺの中央部から放射されたプラズマ光Ｌ５は、対物レンズ１０３Ｂを透過し、図７（ｄ）の光ファイバ８８にて導波される。
さらに、これら複数のプラズマ光Ｌ５は、コリメーションレンズ８５および透過窓８７、６８を透過し、ステージＳＴ４の裏側から出射する。ステージＳＴ４の裏側から出射した複数のプラズマ光Ｌ５は、発光分光計１２５に入射し、プラズマ光Ｌ５の面内強度分布が検出される。発光分光計１２５で検出された面内強度分布は表示部１０６で表示される。
ここで、センシングウェハＷＳ７を用いることにより、プラズマエッチング処理中にプラズマ光Ｌ５の面内強度分布を検出することができる。このため、デバイスが形成されるウェハＷのプラズマ処理がチャンバ内で行われている時と同等の精度でプラズマ光Ｌ５の面内強度分布を算出することができる。
プラズマ光Ｌ５の面内強度分布を算出した結果、プラズマ光Ｌ５の面内強度分布が不均一の場合、この時の条件でのチャンバ内でのウェハＷに対する処理を止めることができる。そして、例えば、ヒータ１２６の温度を制御し、プラズマ光Ｌ５の面内強度分布に応じてステージＳＴ４の温度分布を変化させることで、プラズマ光Ｌ５の面内強度分布の不均一を補正し、加工寸法を均一化することができる。このため、適正化されたプロセス条件でのウェハＷの処理が行われることによって、ウェハＷに形成されるデバイスの寸法バラツキを低減させることができ、ひいてはウェハＷに形成されるデバイスの品質を向上させることができる。
なお、プラズマ光Ｌ５の面内強度分布を均一化するために、プラズマ光Ｌ５の面内強度分布に応じてガスＧ１の流量分布を変化させるようにしてもよい。
（第８実施形態）
図１３（ａ）は、第８実施形態に係るセンシングシステムに適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１３（ｂ）は、第８実施形態に係るセンシングシステムの概略構成を示す断面図である。
図１３（ｂ）において、センシングウェハＷＳ８の表面下には通路８１が設けられている。センシングウェハＷＳ８の中央部には、通路８２が設けられている。通路８１内には、通路８１の先端から通路８２に至る光ファイバ８４が設置されている。通路８１の先端は、センシングウェハＷＳ８のウェハ基板内で終端させることができる。通路８２内には、反射鏡８６、コリメーションレンズ８５および透過窓８７が配置されている。
ここで、図１３（ａ）に示すように、通路８１の先端はセンシングウェハＷＳ８のウェハ基板の複数個所で終端させることができる。複数個所に設けられた通路８１にそれぞれ対応して、光ファイバ８４がセンシングウェハＷＳ８に設けられている。この時、光ファイバ８４は、センシングウェハＷＳ８の中央部から端部に向って放射状に配置することができる。光ファイバ８４の先端は、センシングウェハＷＳ８に略等間隔で配置することが好ましい。
また、図１３（ｂ）に示すように、ステージＳＴ３の下方には、筒状体７３が設けられている。筒状体７３の側面には透過窓７４が配置されている。筒状体７３内には、ハーフミラー１３０、光学フィルタ１３１、分光器１３４および光検出器１３２が配置されている。筒状体７３外には、光源１２９および応力算出部１３３が配置されている。１個の光源１２９および１個の光検出器１３２は、複数のラマン散乱光Ｌ７に対して共通に用いることができる。
光源１２９は、光ファイバ８４に入射される入射光Ｌ６を発生させる。入射光Ｌ６は、レーザ光を用いることができる。ハーフミラー１３０は、入射光Ｌ６を反射させ、ラマン散乱光Ｌ７を透過させる。光学フィルタ１３１は、ラマン散乱光Ｌ７の周波数成分を透過させ、それ以外の周波数成分を減衰させる。分光器１３４は、ラマン散乱光Ｌ７を分光する。光検出器１３２は、ラマン散乱光Ｌ７を検出する。ここで、光検出器１３２は、複数のラマン散乱光Ｌ７を同時に検出することができる。応力算出部１３３は、ラマン散乱光Ｌ７のラマンシフト量に基づいてセンシングウェハＷＳ８の応力を算出する。
次に、センシングウェハＷＳ８を用いた時のチャンバ内のプラズマ処理中の応力測定方法について説明する。
図１３（ｂ）において、センシングウェハＷＳ８がチャンバ内に搬送されると、センシングウェハＷＳ８がステージＳＴ３上に配置される。
そして、プラズマエッチング処理中に、光源１２９から入射光Ｌ６が出射される。そして、入射光Ｌ６は、透過窓７４を透過し、ハーフミラー１３０で反射された後、透過窓６８、８７およびコリメーションレンズ８５を透過する。さらに、入射光Ｌ６は、反射鏡８６で放射状に反射された後、複数の光ファイバ８４に入射し、複数の光ファイバ８４にて導波されることで、センシングウェハＷＳ８のウェハ基板に入射する。また、入射光Ｌ６の一部は、光ファイバ８８を介してセンシングウェハＷＳ８のウェハ基板の中央部に入射する。
センシングウェハＷＳ８のウェハ基板からは、入射光Ｌ６の入射に伴ってラマン散乱光Ｌ７が放射され、光ファイバ８４に入射する。各ラマン散乱光Ｌ７は、光ファイバ８４にてそれぞれ導波され、反射鏡８６の各反射面８６Ａでそれぞれ反射される。一方、センシングウェハＷＳ８のウェハ基板の中央部から放射されたラマン散乱光Ｌ７は、光ファイバ８８にて導波される。
さらに、これら複数のラマン散乱光Ｌ７は、コリメーションレンズ８５にて集光された後、透過窓８７、６８を透過し、ステージＳＴ３の裏側から出射する。ステージＳＴ３の裏側から出射した複数のラマン散乱光Ｌ７は、ハーフミラー１３０を透過し、光学フィルタ１３１にて所望の波長域成分が抽出された後、分光器１３４にて特定波長成分毎に分光される。
特定波長成分毎に分光されたラマン散乱光Ｌ７は、光検出器１３２に入射し、特定波長成分のラマン散乱光Ｌ７が検出される。光検出器１３２による検出結果は応力算出部１３３に送られる。応力算出部１３３において、光検出器１３２から検出結果が送られると、特定波長成分のラマン散乱光Ｌ７のラマンシフトに基づいてセンシングウェハＷＳ８の応力分布が算出される。
図１３（ｃ）は、第９実施形態に係るセンシングシステムで測定される応力とラマンシフトとの関係を示す図である。
図１３（ｃ）において、センシングウェハＷＳ８の基板結晶に振動数νｉの入射光Ｌ６が入射すると、その基板結晶の格子振動との相互作用により、振動数νｉ±νｒのラマン散乱光Ｌ７が放射される。νｒは、格子振動の振動数である。格子振動の振動数νｒは基板結晶の結合力に依存する。
基板結晶に引張応力が作用して基板結晶の格子間隔が広がると、基板結晶の結合力が弱くなり、格子振動の振動数が小さくなる。このため、ラマン散乱光Ｌ７に対してピークが低周波側にシフトしたラマン散乱光Ｌ７´が放射される。
一方、基板結晶に圧縮応力が作用して基板結晶の格子間隔が狭くなると、基板結晶の結合力が強くなり、格子振動の振動数が大きくなる。このため、ラマン散乱光Ｌ７に対してピークが高周波側にシフトしたラマン散乱光Ｌ７´´が放射される。
ここで、センシングウェハＷＳ８を用いることにより、プラズマエッチング処理中にセンシングウェハＷＳ８の応力分布を検出することができる。このため、デバイスが形成されるウェハＷのプラズマ処理がチャンバ内で行われている時と同等の精度で応力分布を算出することができる。
センシングウェハＷＳ８の応力分布を算出した結果、センシングウェハＷＳ８の応力分布が不均一の場合、この時の条件でのチャンバ内でのウェハＷに対する処理を止めることができる。そして、例えば、センシングウェハＷＳ８の応力分布に応じてガスＧ１の流量分布を変化させることで、センシングウェハＷＳ８の応力分布を均一化することができる。このため、適正化されたプロセス条件でのウェハＷの処理が行われることによって、ウェハＷに形成されるデバイスの寸法バラツキを低減させることができ、ひいてはウェハＷに形成されるデバイスの品質を向上させることができる。
（第９実施形態）
図１４（ａ）は、第９実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のセンシングウェハがプラズマ処理装置に適用された時の温度測定システムの概略構成を示す断面図、図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）の光導波部を拡大して示す断面図、図１４（ｄ）は、ウェハの昇降時のピンとウェハの接触状態を示す断面図である。
図１４（ｂ）において、プラズマ処理装置のチャンバ内にはステージＳＴ５が設けられている。ステージＳＴ５には、基台１１２および静電チャック１１３が設けられている。
ステージＳＴ５上には、センシングウェハＷＳ９を配置することができる。ステージＳＴ５には、貫通孔１１１が設けられている。貫通孔１１１は、基台１１２および静電チャック１１３を垂直方向に貫通することができる。貫通孔１１１内には、ピン１１０が設けられている。ピン１１０は上下に移動可能である。この時、ピン１１０が上下に移動することで、センシングウェハＷＳ９の搬送時にセンシングウェハＷＳ９を昇降させることができる。
ピン１１０内には光ファイバ１１４が挿入されている。ピン１１０内には、光ファイバ１１４が挿入される空洞１１０Ａを設けることができる。空洞１１０Ａは、ピン１１０の末端から先端に渡って設けることができる。光ファイバ１１４は、ステージＳＴ５の下方から出射された入射光ＬｉをセンシングウェハＷＳ９の裏面から入射させたり、センシングウェハＷＳ９の裏面から出射された放射光ＬｅをステージＳＴ５の下方に出射させることができる。ピン１１０の先端には、コリメーションレンズ１１６が設けられている。ステージＳＴ５の下方には、光源２９、ハーフミラー３０、光学フィルタ３１および光検出器３２が配置されている。
一方、センシングウェハＷＳ９には、励起発光体１４３が埋め込まれている。励起発光体１４３は、図１４（ａ）に示すように、センシングウェハＷＳ９の中心部Ｅ０および半径の異なる同心円Ｅ１、Ｅ２上に１つずつ配置することができる。プラズマはセンシングウェハＷＳ９上で同心円状に密度変化するため、温度分布もセンシングウェハＷＳ９上で同心円状に変化する。このため、センシングウェハＷＳ９の中心部Ｅ０および半径の異なる同心円Ｅ１、Ｅ２上に１つずつ励起発光体１４３を配置することで、励起発光体１４３の配置数を低減しつつ、センシングウェハＷＳ９上での温度分布の測定精度を向上させることができる。
センシングウェハＷＳ９には、各ピン１１０の配置位置に対応して通路１４２が設けられている。通路１４２は、センシングウェハＷＳ９の裏面側から垂直方向に設けることができる。通路１４２は、センシングウェハＷＳ９の表面側を貫通しないようにすることができる。通路１４２の先端には反射鏡１４６が配置されている。反射鏡１４６は、通路１４２の先端を鏡面加工した構成であってもよいし、通路１４２の先端に反射面を設置した構成であってもよい。反射鏡１４６は、センシングウェハＷＳ９のウェハ基板と同一材料で構成されていてもよいし、センシングウェハＷＳ９のウェハ基板と異なる材料で構成されていてもよい。
センシングウェハＷＳ９の表面下には通路１４１が水平に設けられている。通路１４１は、励起発光体１４３から通路１４２に向って配置することができる。通路１４１内には、励起発光体１４３から通路１４２に至る光ファイバ１４４が設置されている。通路１４２の先端は通路１４１の末端と結合することができる。通路１４１の末端には、コリメーションレンズ１４５が配置されている。コリメーションレンズ１４５は反射鏡１４６の光反射方向に配置することができる。
ここで、図１４（ｃ）に示すように、通路１４２の径Ｄ２は、ピン１１０の径Ｄ１より小さくすることができる。これにより、図１４（ｄ）に示すように、センシングウェハＷＳ９の搬送時にセンシングウェハＷＳ９を上昇させるために、ピン１１０を上昇させた場合においても、コリメーションレンズ１１６の先端部がセンシングウェハＷＳ９に接触しないようにすることができる。このため、センシングウェハＷＳ９の搬送時にコリメーションレンズ１１６の先端部が損傷や汚染するのを防止することができ、コリメーションレンズ１１６の集光特性の劣化を防止することができる。
次に、センシングウェハＷＳ９を用いた時のチャンバ内のプラズマ処理中の温度測定方法について説明する。
図１４（ｄ）において、センシングウェハＷＳ９がチャンバ１内に搬送される場合、ピン１１０が静電チャック１１３上に突出される。そして、センシングウェハＷＳ９がピン１１０上に搬送され、センシングウェハＷＳ９がピン１１０上に置かれる。センシングウェハＷＳ９がピン１１０上に置かれた状態でピン１１０が降下し、センシングウェハＷＳ９が静電チャック１１３上に置かれる。そして、静電チャック１１３にセンシングウェハＷＳ９が引き寄せられることでセンシングウェハＷＳ９が静電チャック１１３上に固定される。
プラズマエッチング処理中にセンシングウェハＷＳ９の温度を測定する場合、ピン１１０の先端はセンシングウェハＷＳ９から離間させることができる。この時、ピン１１０の先端は、図１４（ｃ）に示すように、ステージＳＴ５の貫通孔１１１内に留め置くことができる。
そして、光源２９から入射光Ｌｉが出射される。入射光Ｌｉは、ハーフミラー３０で反射された後、光ファイバ１１４に入射する。入射光Ｌｉは、光ファイバ１１４にて垂直方向に導波された後、コリメーションレンズ１１６にて集光され、反射鏡１４６で反射されることで、入射光Ｌｉの進行方向が水平方向に変えられる。そして、入射光Ｌｉは、コリメーションレンズ１４５にて集光され、光ファイバ１４４に入射する。そして、光ファイバ１４４にて水平方向に導波されることで、励起発光体１４３に入射する。
励起発光体１４３において、入射光Ｌｉの入射に伴って放射光Ｌｅが生成され、光ファイバ１４４に入射する。放射光Ｌｅは、光ファイバ１４４にて水平方向に導波され、コリメーションレンズ１４５を通過した後、反射鏡１４６で反射されることで、放射光Ｌｅの進行方向が垂直方向に変えられる。さらに、放射光Ｌｅは、コリメーションレンズ１１６を通過した後、光ファイバ１１４に入射し、光ファイバ１１４にて垂直方向に導波される。さらに、放射光Ｌｅは、ハーフミラー３０を透過し、光学フィルタ３１にて所望の波長成分が抽出された後、光検出器３２に入射し、放射光Ｌｅが検出される。放射光Ｌｅが検出されると、放射光Ｌｅの温度特性に基づいてセンシングウェハＷＳ９の温度が算出される。
ここで、センシングウェハＷＳ９の裏面から入射光Ｌｉを入射させたり、センシングウェハＷＳ９の裏面から放射光Ｌｅを出射させたりするために、ピン１１０内に光ファイバ１１４を設けることにより、ピン１１０を上下させるための貫通孔１１１を入射光Ｌｉおよび放射光Ｌｅの通路として用いることができる。このため、入射光Ｌｉおよび放射光Ｌｅの通路を形成するために、貫通孔１１１とは別にステージＳＴ５の穴開け加工を行う必要がなくなり、ステージＳＴ５の穴開け加工にかかる工数を減らすことができる。
なお、ステージＳＴ５およびピン１１０は、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）のステージＳＴ３およびセンシングウェハＷＳ７の代わりに用いてもよい。この時、図１４（ｂ）の光源２９、ハーフミラー３０、光学フィルタ３１および光検出器３２の代わりに図１０（ｂ）および図１０（ｃ）のファイバカメラ１０５を用いることができる。そして、図１０（ｃ）の上部電極１００の表面状態の観察時に、センシングウェハＷＳ９がステージＳＴ５上にない状態でステージＳＴ５上にピン１１０を突出させ、照明光Ｌ１を上部電極１００に照射させることができる。これにより、センシングウェハＷＳ７を用いることなく、上部電極１００の表面状態を観察することができる。
（第１０実施形態）
図１５（ａ）は、第１０実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のセンシングウェハがプラズマ処理装置に適用された時の温度測定システムの概略構成を示す断面図、図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）の光導波部を拡大して示す断面図である。
図１５（ｂ）のプラズマ処理装置では、図１４（ｂ）のプラズマ処理装置のピン１１０の代わりに、ピン１１０´が設けられている。図１５（ｂ）のプラズマ処理装置では、図１４（ａ）および図１４（ｂ）のセンシングウェハＷＳ９の代わりに、図１５（ａ）および図１５（ｂ）のセンシングウェハＷＳ１０を用いることができる。
ピン１１０´内には光ファイバ１１４が挿入されている。ピン１１０´内には、光ファイバ１１４が挿入される空洞１１０Ａ´を設けることができる。空洞１１０Ａ´は、ピン１１０の先端を貫通しないようにすることができる。ピン１１０´内において、空洞１１０Ａ´の先端には反射鏡１４６´が設けられている。ピン１１０´の側面にはコリメーションレンズ１１６´が設けられている。コリメーションレンズ１１６´は、反射鏡１４６´と光ファイバ１１４の先端との間に配置することができる。
センシングウェハＷＳ１０には、センシングウェハＷＳ９の通路１４２および反射鏡１４６の代わりに通路１４２´が設けられている。通路１４２´は、センシングウェハＷＳ１０の裏面側から垂直方向に設けることができる。通路１４２´は、センシングウェハＷＳ１０の表面側を貫通しないようにすることができる。通路１４２´には、センシングウェハＷＳ１０の裏面側からピン１１０´を挿入することができる。
次に、センシングウェハＷＳ１０を用いた時のチャンバ内のプラズマ処理中の温度測定方法について説明する。
図１５（ｂ）において、センシングウェハＷＳ１０がチャンバ１内に搬送される場合、ピン１１０´が静電チャック１１３上に突出される。そして、センシングウェハＷＳ１０がピン１１０´上に搬送され、センシングウェハＷＳ１０がピン１１０´上に置かれる。この時、ピン１１０´は、通路１４２´内に挿入することができる。ここで、ピン１１０´の側面にコリメーションレンズ１１６´を設けることにより、センシングウェハＷＳ１０の搬送時にピン１１０´の先端が通路１４２´を介してセンシングウェハＷＳ１０に接触した場合においても、コリメーションレンズ１１６´が損傷や汚染するのを防止することができる。
センシングウェハＷＳ１０がピン１１０´上に置かれると、ピン１１０´が降下し、センシングウェハＷＳ１０が静電チャック１１３上に置かれる。そして、静電チャック１１３にセンシングウェハＷＳ１０が引き寄せられることでセンシングウェハＷＳ１０が静電チャック１１３上に固定される。
プラズマエッチング処理中にセンシングウェハＷＳ１０の温度を測定する場合、ピン１１０´の先端はセンシングウェハＷＳ１０から離間させることができる。この時、ピン１１０´の先端は、図１５（ｃ）に示すように、センシングウェハＷＳ１０の通路１４２´内に留め置くことができる。また、コリメーションレンズ１１６´、１４５は対向させることができる。
そして、光源２９から入射光Ｌｉが出射される。入射光Ｌｉは、ハーフミラー３０で反射された後、光ファイバ１１４に入射する。入射光Ｌｉは、光ファイバ１１４にて垂直方向に導波された後、反射鏡１４６´で反射されることで、入射光Ｌｉの進行方向が水平方向に変えられ、コリメーションレンズ１１６´を通過する。そして、入射光Ｌｉは、コリメーションレンズ１４５にて集光され、光ファイバ１４４に入射する。そして、光ファイバ１４４にて水平方向に導波されることで、励起発光体１４３に入射する。
励起発光体１４３において、入射光Ｌｉの入射に伴って放射光Ｌｅが生成され、光ファイバ１４４に入射する。放射光Ｌｅは、光ファイバ１４４にて水平方向に導波され、コリメーションレンズ１４５を通過した後、コリメーションレンズ１１６´にて集光される。そして、放射光Ｌｅは、反射鏡１４６´で反射されることで、放射光Ｌｅの進行方向が垂直方向に変えられる。さらに、放射光Ｌｅは、光ファイバ１１４に入射し、光ファイバ１１４にて垂直方向に導波された後、ハーフミラー３０を透過する。そして、光学フィルタ３１にて所望の波長成分が抽出された後、光検出器３２に入射し、放射光Ｌｅが検出される。放射光Ｌｅが検出されると、放射光Ｌｅの温度特性に基づいてセンシングウェハＷＳ１０の温度が算出される。
ここで、センシングウェハＷＳ１０の裏面から入射光Ｌｉを入射させたり、センシングウェハＷＳ１０の裏面から放射光Ｌｅを出射させたりするために、ピン１１０´内に光ファイバ１１４を設けることにより、ピン１１０´を上下させるための貫通孔１１１を入射光Ｌｉおよび放射光Ｌｅの通路として用いることができる。このため、入射光Ｌｉおよび放射光Ｌｅの通路を形成するために、貫通孔１１１とは別にステージＳＴ５の穴開け加工を行う必要がなくなり、ステージＳＴ５の穴開け加工にかかる工数を減らすことができる。
（第１１実施形態）
図１６（ａ）は、第１１実施形態に係るプラズマ処理装置に適用される静電チャック上のピンの配置例を示す平面図、図１６（ｂ）は、第１１実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されたセンシングシステムによるフォーカスリングの観察前のピンの位置を示す断面図、図１６（ｃ）は、第１１実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されたセンシングシステムによるフォーカスリングの観察時のピンの位置を示す断面図である。
図１６（ｂ）のプラズマ処理装置では、図１５（ａ）および図１５（ｂ）のプラズマ処理装置のピン１１０´の代わりに、図１６（ａ）および図１６（ｂ）のピン１６２が設けられている。ピン１６２は、ピン１１０´と同様に配置することができる。また、図１６（ｂ）のプラズマ処理装置では、図１５（ｂ）の光源２９、ハーフミラー３０、光学フィルタ３１および光検出器３２の代わりに、照射光Ｌ９の光源を内蔵するファイバカメラ１５３が設けられている。
さらに、図１６（ｂ）のプラズマ処理装置では、静電チャック１１３上のウェハ載置領域の周囲を取り囲むようにフォーカスリング１５２が配置されている。ステージＳＴ５の周囲には、フォーカスリング１５２を支持する絶縁リング１５１が設けられている。
ピン１６２内には光ファイバ１６１が挿入されている。ピン１６２内には、光ファイバ１６１が挿入される空洞１６２Ａを設けることができる。空洞１６２Ａは、ピン１６２の先端を貫通しないようにすることができる。ピン１６２内において、空洞１６２Ａの先端には反射鏡１６３が設けられている。ピン１６２の側面には集光レンズ１６４が設けられている。集光レンズ１６４は、反射鏡１６３と光ファイバ１６１の先端との間に配置することができる。
次に、ピン１６２を用いた時のフォーカスリング１５２の消耗状態の観察方法を説明する。
図１６（ｂ）において、ウェハがチャンバ内にない場合、ピン１６２は下降させた状態で貫通孔１１１内に留め置くことができる。そして、フォーカスリング１５２の消耗状態を観察する場合、図１６（ｃ）に示すように、ピン１６２を上昇させることで、静電チャック１１３上に突出させる。この時、ファイバカメラ１５３から照明光Ｌ９が出射される。照明光Ｌ９は、光ファイバ１６１に入射し、光ファイバ１６１にて垂直方向に導波された後、反射鏡１６３で反射されることで、照明光Ｌ９の進行方向が水平方向に変えられる。そして、照明光Ｌ９は、集光レンズ１６４にて集光され、フォーカスリング１５２の内周面に照射される。
フォーカスリング１５２の内周面に照明光Ｌ９が照射されると、フォーカスリング１５２の内周面から反射光Ｌ１０が発生し、集光レンズ１６４を通過した後、反射鏡１６３で反射されることで、反射光Ｌ１０の進行方向が垂直方向に変えられる。さらに、反射光Ｌ１０は、光ファイバ１６１に入射し、光ファイバ１６１にて垂直方向に導波された後、ファイバカメラ１５３に入射し、反射光Ｌ１０に基づいてフォーカスリング１５２の内周面の画像が生成される。
フォーカスリング１５２の内周面の画像からフォーカスリング１５２の消耗状態を判断することができる。フォーカスリング１５２の消耗が激しいと判断されると、フォーカスリング１５２を交換することができる。
ここで、フォーカスリング１５２の内周面の観察にピン１６２を用いることにより、プラズマ処理装置のチャンバを大気開放することなく、フォーカスリング１５２の消耗状態を判断することができる。
また、フォーカスリング１５２の内周面に照明光Ｌ９を照射するために、ピン１６２内に光ファイバ１６１を設けることにより、ピン１６２を上下させるための貫通孔１１１を照明光Ｌ９および反射光Ｌ１０の通路として用いることができる。このため、照明光Ｌ９および反射光Ｌ１０の通路を形成するために、貫通孔１１１とは別にステージＳＴ５の穴開け加工を行う必要がなくなり、ステージＳＴ５の穴開け加工にかかる工数を減らすことができる。
図１７（ａ）は、第１１実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されたセンシングシステムによるフォーカスリングの観察状態を示す断面図、図１７（ｂ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗前の状態を示す断面図、図１７（ｂ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗前の内周面の状態を示す図、図１７（ｃ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗後の状態を示す断面図、図１７（ｃ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗後の内周面の状態を示す図である。
図１７（ｂ１）において、フォーカスリングの消耗前は、フォーカスリング１５２の内周面は、ほぼ垂直に切り立っている。一方、図１７（ｃ１）に示すように、フォーカスリング１５２が消耗すると、フォーカスリング１５２の内周面の傾きが上部の方から大きくなる。
ここで、フォーカスリング１５２の内周面の傾きが大きくなると、反射光Ｌ１０の光強度が弱くなる。このため、図１７（ｂ２）および図１７（ｃ２）に示すように、フォーカスリング１５２の内周面の傾きに応じてフォーカスリング１５２の内周面の観察時の明るさが変化する。
この結果、フォーカスリング１５２の内周面の観察時の明るさを検出することで、フォーカスリング１５２の高さに応じた消耗度を判断することができる。例えば、フォーカスリング１５２の高さがｈ１であるとする。この時、図１７（ｂ２）に示すように、フォーカスリング１５２の高さｈ１まで観察時の明るさが所定値以上であるとすると、フォーカスリング１５２は消耗してないと判断することができる。
一方、図１７（ｃ２）に示すように、フォーカスリング１５２の高さｈ３まで観察時の明るさが消耗前の明るさと同一であるとすると、フォーカスリング１５２は高さｈ３まで消耗してないと判断することができる。さらに、フォーカスリング１５２の高さｈ２からｈ３まで観察時の明るさが消耗前の明るさより小さく、フォーカスリング１５２の高さｈ１からｈ２まで観察時の明るさが高さｈ２からｈ３までの明るさよりさらに小さいとする。この時、フォーカスリング１５２の高さｈ２からｈ３まで、およびフォーカスリング１５２の高さｈ１からｈ２までに消耗があり、各々の光強度変化量から消耗度を判断することができる。
なお、フォーカスリング１５２の消耗状態の測定精度を向上させるために、ピン１６２を静電チャック１１３上に突出させた状態でピン１６２をある距離だけ上下方向に移動させる工程と、フォーカスリング１５２の内周面を観察する工程とを交互に繰り返すようにしてもよい。例えば、集光レンズ１６４の中心位置が高さｈ１に一致するようにピン１６２を突出させた後、フォーカスリング１５２の内周面を観察することができる。次に、集光レンズ１６４の中心位置が高さｈ２に一致するようにピン１６２を突出させた後、フォーカスリング１５２の内周面を観察する。次に、集光レンズ１６４の中心位置が高さｈ３に一致するようにピン１６２を突出させた後、フォーカスリング１５２の内周面を観察する。そして、これらの観察結果からフォーカスリング１５２の消耗状態を判断するようにしてもよい。
図１８（ａ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリング１５２の消耗前の状態を示す断面図、図１８（ａ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリング１５２の消耗前の内周面の観察時の光強度と高さとの関係を示す図、図１８（ｂ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリング１５２の消耗がある程度進んだ時の状態を示す断面図、図１８（ｂ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリングの消耗がある程度進んだ時の内周面の観察時の光強度と高さとの関係を示す図、図１８（ｃ１）は、図１７（ａ）のフォーカスリング１５２の消耗がさらに進んだ時の状態を示す断面図、図１８（ｃ２）は、図１７（ａ）のフォーカスリング１５２の消耗がさらに進んだ時の内周面の観察時の光強度と高さとの関係を示す図、図１８（ｄ）は、フォーカスリング１５２の消耗度に応じた内周面の観察時の光強度と高さとの関係を示す図である。
図１８（ａ１）において、フォーカスリング１５２の消耗前は、フォーカスリング１５２の内周面は、ほぼ垂直に切り立っている。そして、図１８（ｂ１）および図１８（ｃ１）に示すように、フォーカスリング１５２の消耗が進むに従って、フォーカスリング１５２の内周面の傾きが次第に大きくなる。
この時、図１８（ａ２）から図１８（ｃ２）に示すように、フォーカスリング１５２の内周面を観察することにより、フォーカスリング１５２の高さに対する光強度のプロファイルＰ１〜Ｐ３を得ることができる。
ここで、フォーカスリングの消耗前の高さｈ１の光強度をＬ０とすると、図１８（ｄ）に示すように、図１８（ｂ１）の状態では、フォーカスリング１５２の高さｈ１からｈ２までは光強度がＬ０より小さく、この部分の強度変化からフォーカスリング１５２の消耗状態を予測できる。図１８（ｃ１）の状態では、フォーカスリング１５２の高さｈ１からｈ３までは光強度がＬ０より小さく、図１８（ｂ１）の場合と同様に、この部分の強度変化からフォーカスリング１５２の消耗状態を予測できる。
この結果、フォーカスリング１５２の内周面を観察し、フォーカスリング１５２の高さに応じた光強度を調べることにより、フォーカスリング１５２のどの高さまで消耗が進んだかを判断することができる。そして、フォーカスリング１５２の消耗が進んだ高さが所定値に達したかどうかを判断することでフォーカスリング１５２の交換時期を判断することができる。
（第１２実施形態）
図１９（ａ）は、第１２実施形態に係るプラズマ処理装置に適用される静電チャック上のピンの配置例を示す平面図、図１９（ｂ）〜図１９（ｄ）は、第１２実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されたセンシングシステムによるフォーカスリングの観察時の高さの設定方法を示す断面図である。
図１９（ａ）において、このプラズマ処理装置では、図１６（ａ）のピン１６２の代わりにピン１８２Ａ〜１８２Ｃが設けられている。ここで、ピン１８２Ａ〜１８２Ｃ内には光ファイバ１８１Ａ〜１８１Ｃがそれぞれ挿入されている。ピン１８２Ａ〜１８２Ｃ内には、光ファイバ１８１Ａ〜１８１Ｃが挿入される空洞１８２Ａ´〜１８２Ｃ´をそれぞれ設けることができる。空洞１８２Ａ´〜１８２Ｃ´は、ピン１８２Ａ〜１８２Ｃの先端をそれぞれ貫通しないようにすることができる。ピン１８２Ａ〜１８２Ｃ内において、空洞１８２Ａ´〜１８２Ｃ´の先端には反射鏡１８３Ａ〜１８３Ｃがそれぞれ設けられている。ピン１８２Ａ〜１８２Ｃの側面には集光レンズ１８４Ａ〜１８４Ｃがそれぞれ設けられている。集光レンズ１８４Ａ〜１８４Ｃは、反射鏡１８３Ａ〜１８３Ｃと光ファイバ１８１Ａ〜１８１Ｃの先端との間にそれぞれ配置することができる。
ここで、ピン１８２Ａ〜１８２Ｃの先端から反射鏡１８３Ａ〜１８３Ｃまでの高さ方向の距離が互いに異なるように設定することができる。それに伴って、ピン１８２Ａ〜１８２Ｃの先端から集光レンズ１８４Ａ〜１８４Ｃまでの高さ方向の距離を、互いに異なるように設定することができる。
この時、ピン１８２Ａ〜１８２ＣをステージＳＴ５上に同じ高さまで突出させた時に、フォーカスリング１５２の高さ方向の観察位置をピン１８２Ａ〜１８２Ｃで変えることができる。例えば、ピン１８２Ａではフォーカスリング１５２の上部、ピン１８２Ｂではフォーカスリング１５２の中間部、ピン１８２Ｃではフォーカスリング１５２の下部に観察位置を設定することができる。
これにより、フォーカスリング１５２の観察時の解像度を向上させることができ、フォーカスリング１５２の消耗状態の判定精度を向上させることができる。
（第１３実施形態）
図２０（ａ）は、第１３実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されるセンシングウェハの概略構成を示す平面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のセンシングウェハがプラズマ処理装置に適用された時のフォーカスリングとの関係を示す断面図、図２０（ｃ）は、図２０（ｂ）の光導波部を拡大して示す断面図である。
図２０（ｂ）のプラズマ処理装置では、図１６（ｂ）のピン１６２の代わりに、図１５（ｂ）のピン１１０´が設けられている。図２０（ｂ）のプラズマ処理装置では、フォーカスリング１５２の観察時に、図１５（ａ）および図１５（ｂ）のセンシングウェハＷＳ１０の代わりに、図２０（ａ）および図２０（ｂ）のセンシングウェハＷＳ１１を用いることができる。
センシングウェハＷＳ１１には、センシングウェハＷＳ１０の通路１４１および光ファイバ１４４の代わりに、通路１４１´および光ファイバ１４４´が設けられている。通路１４１´は、ピン１１０´からセンシングウェハＷＳ１１の端部に向って水平方向に配置することができる。通路１４１´は、センシングウェハＷＳ１１の端部で開口することができる。通路１４１´の末端には、コリメーションレンズ１４５が配置されている。通路１４１´内には、コリメーションレンズ１４５からセンシングウェハＷＳ１１の端部に至る光ファイバ１４４´が設置されている。
次に、センシングウェハＷＳ１１を用いた時のフォーカスリング１５２の消耗状態の観察方法を説明する。
図２０（ｂ）において、センシングウェハＷＳ１１がチャンバ１内に搬送される場合、ピン１１０´が静電チャック１１３上に突出される。そして、センシングウェハＷＳ１１がピン１１０´上に搬送され、センシングウェハＷＳ１１がピン１１０´上に置かれる。センシングウェハＷＳ１１がピン１１０´上に置かれた状態でピン１１０´が降下し、センシングウェハＷＳ１１が静電チャック１１３上に置かれる。そして、静電チャック１１３にセンシングウェハＷＳ１１が引き寄せられることでセンシングウェハＷＳ１１が静電チャック１１３上に固定される。
そして、フォーカスリング１５２の消耗状態を観察する場合、ピン１１０´を上昇させることで、静電チャック１１３上に突出させる。この時、ピン１１０´の先端は、図２０（ｃ）に示すように、センシングウェハＷＳ１１の通路１４２´内に留め置くことができる。また、コリメーションレンズ１１６´、１４５は対向させることができる。
そして、ファイバカメラ１５３から照明光Ｌ９が出射される。照明光Ｌ９は、光ファイバ１１４に入射し、光ファイバ１１４にて垂直方向に導波された後、反射鏡１４６´で反射されることで、照明光Ｌ９の進行方向が水平方向に変えられる。そして、照明光Ｌ９は、コリメーションレンズ１１６´、１４５にて集光され、光ファイバ１４４´にて水平方向に導波されることで、フォーカスリング１５２の内周面に照射される。
フォーカスリング１５２の内周面に照明光Ｌ９が照射されると、フォーカスリング１５２の内周面から反射光Ｌ１０が発生する。反射光Ｌ１０は、光ファイバ１４４´にて水平方向に導波された後、コリメーションレンズ１１６´、１４５にて集光され、反射鏡１４６´で反射されることで、反射光Ｌ１０の進行方向が垂直方向に変えられる。さらに、反射光Ｌ１０は、光ファイバ１１４に入射し、光ファイバ１１４にて垂直方向に導波された後、ファイバカメラ１５３に入射し、反射光Ｌ１０に基づいてフォーカスリング１５２の内周面の画像が生成される。
フォーカスリング１５２の内周面の画像からフォーカスリング１５２の消耗状態を判断することができる。フォーカスリング１５２の消耗が激しいと判断されると、フォーカスリング１５２を交換することができる。
ここで、照明光Ｌ９および反射光Ｌ１０を水平方向に進行させるためにセンシングウェハＷＳ１１を用いることにより、外部からの光が照明光Ｌ９および反射光Ｌ１０に混入するのを防止することができる。このため、図１６（ｃ）のピン１６２から出射された照明光Ｌ９をフォーカスリング１５２の内周面に直接照射する方法に比べて、フォーカスリング１５２の内周面の画像を鮮明化することができる。
（第１４実施形態）
図２１（ａ）は、第１４実施形態に係るプラズマ処理装置に適用されるセンシングウェハがプラズマ処理装置に適用された時のフォーカスリングとの関係を示す断面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の光導波部を拡大して示す断面図である。
図２１（ａ）のプラズマ処理装置では、図２０（ｂ）のピン１１０´の代わりに、ピン１１０´´が設けられている。図２１（ａ）のプラズマ処理装置では、フォーカスリング１５２の観察時に、図２０（ｂ）のセンシングウェハＷＳ１１の代わりに、図２１（ａ）のセンシングウェハＷＳ１２を用いることができる。
ピン１１０´´では、ピン１１０´に挿入されている光ファイバ１１４が除去されている。センシングウェハＷＳ１２では、センシングウェハＷＳ１１のコリメーションレンズ１４５が除去されている。通路１４１´内には、通路１４２´からセンシングウェハＷＳ１２の端部に至る光ファイバ１４４´´が設置されている。
次に、センシングウェハＷＳ１２を用いた時のフォーカスリング１５２の消耗状態の観察方法を説明する。
図２１（ｂ）において、センシングウェハＷＳ１２がチャンバ１内に搬送される場合、ピン１１０´´が静電チャック１１３上に突出される。そして、センシングウェハＷＳ１２がピン１１０´´上に搬送され、センシングウェハＷＳ１２がピン１１０´´上に置かれる。センシングウェハＷＳ１２がピン１１０´´上に置かれた状態でピン１１０´´が降下し、センシングウェハＷＳ１２が静電チャック１１３上に置かれる。そして、静電チャック１１３にセンシングウェハＷＳ１２が引き寄せられることでセンシングウェハＷＳ１２が静電チャック１１３上に固定される。
そして、フォーカスリング１５２の消耗状態を観察する場合、ピン１１０´´を上昇させることで、静電チャック１１３上に突出させる。この時、ピン１１０´´の先端は、図２１（ｂ）に示すように、センシングウェハＷＳ１２の通路１４２´内に留め置くことができる。また、コリメーションレンズ１１６´は光ファイバ１４４´´の端部に対向させることができる。
そして、ファイバカメラ１５３から照明光Ｌ９が出射される。照明光Ｌ９は、空洞１１０Ａ´を介して垂直方向に進行することでセンシングウェハＷＳ１２の裏面に入射する。そして、反射鏡１４６´で反射されることで、照明光Ｌ９の進行方向が水平方向に変えられる。さらに、照明光Ｌ９は、コリメーションレンズ１１６´にて集光され、光ファイバ１４４´にて水平方向に導波されることで、フォーカスリング１５２の内周面に照射される。
フォーカスリング１５２の内周面に照明光Ｌ９が照射されると、フォーカスリング１５２の内周面から反射光Ｌ１０が発生する。反射光Ｌ１０は、光ファイバ１４４´にて水平方向に導波された後、コリメーションレンズ１１６´にて平行光に変換され、反射鏡１４６´で反射されることで、反射光Ｌ１０の進行方向が垂直方向に変えられる。そして、反射光Ｌ１０は、空洞１１０Ａ´を介して垂直方向に進行することで、ファイバカメラ１５３に入射し、反射光Ｌ１０に基づいてフォーカスリング１５２の内周面の画像が生成される。
フォーカスリング１５２の内周面の画像からフォーカスリング１５２の消耗状態を判断することができる。フォーカスリング１５２の消耗が激しいと判断されると、フォーカスリング１５２を交換することができる。
ここで、照明光Ｌ９および反射光Ｌ１０を水平方向に進行させるためにセンシングウェハＷＳ１２を用いることにより、外部からの光が照明光Ｌ９および反射光Ｌ１０に混入するのを防止することができる。このため、図１６（ｃ）のピン１６２から出射された照明光Ｌ９をフォーカスリング１５２の内周面に直接照射する方法に比べて、フォーカスリング１５２の内周面の画像を鮮明化することができる。
なお、上記した実施形態では、ファイバカメラから出射された照明光をセンシングウェハの裏面に入射させるために、ピン内の空洞を用いる方法について説明したが、ステージの貫通孔外にピンを退避させるようにしてもよい。この時、たとえば、ステージの貫通孔中に挿入された光ファイバを用いることによって、ファイバカメラから出射された照明光を貫通孔を介して直接にセンシングウェハの裏面に入射させることができる。
また、上述した実施形態では、センシングウェハの裏面に光を入射させるために、ウェハを上下させるピンまたはそのピンが挿入される貫通孔を用いる方法について説明したが、ウェハを上下させるピンが挿入される貫通孔以外の貫通孔に光ファイバを通すようにしてもよい。例えば、伝熱剤をウェハ裏面に供給するために静電チャックに設けられる貫通孔に光ファイバを挿入し、ファイバカメラとフォーカスリングとの間で照明光／反射光を授受させるようにしてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ チャンバ、２５ ビューポート、２９ 光源、３０，７０，１３０ ハーフミラー、３１，７１，１３１ 光学フィルタ、３２，７２ 光検出器、３３，７３ 温度算出部、６３，６３Ａ〜６３Ｃ，８３，１４３ 励起発光体、６４，６４Ａ〜６４Ｃ，８４，８８，１１４，１４４，１６１，１８１Ａ〜１８１Ｃ 光ファイバ、６５，８５，１１６，１４５ コリメーションレンズ、６６，６６Ａ〜６６Ｃ，８６，１０４，１４６，１６３，１８３Ａ〜１８３Ｃ 反射鏡、６９，１２９ 光源、９４ 導波路、１００ 上部電極、１０３Ａ，１０３Ｂ 対物レンズ、１０５，１５３ ファイバカメラ、１０６ 表示部、１１０，１６２，１８２Ａ〜１８２Ｃ ピン、１１５ 光ファイバ距離計、１２５ 発光分光計、１３２ 光検出器、１３３ 応力算出部、１３４ 分光器、１６４，１８４Ａ〜１８４Ｃ 集光レンズ、ＷＳ，ＷＳ５〜ＷＳ１２ センシングウェハ。

Claims (4)

  1. ウェハ内で光を導波する導波路と、
    前記導波路にて導波される前記光を前記ウェハの裏面から出射させる光学系と、
    前記光学系から出射された前記光の検出結果に基づいて、前記ウェハ内または前記ウェハ外の状態を検出する検出部と、
    前記ウェハに設けられ、入射光に基づいて放射光を放射する励起発光体または前記ウェハと異種の単結晶半導体と
    を備え、
    前記導波路は、前記励起発光体または前記ウェハと異種の単結晶半導体に前記入射光を導波するとともに、前記励起発光体または前記ウェハと異種の単結晶半導体から放射された前記放射光を導波し、
    前記光学系は、前記導波路にて導波される前記入射光を前記ウェハの裏面から入射させるとともに、前記導波路にて導波される前記放射光を前記ウェハの裏面から出射させ、
    前記検出部は、前記光学系から出射された前記放射光の温度特性に基づいて前記ウェハの温度を算出する温度算出部を備えるセンシングシステム。
  2. 前記導波路は、前記ウェハの中央から端部に向って放射状に配置されている請求項１に記載のセンシングシステム。
  3. 前記導波路は、前記ウェハに埋め込まれた光ファイバである、請求項１又は２に記載のセンシングシステム。
  4. 前記放射光の温度特性は、前記放射光の減衰時間の温度依存性、前記放射光の波長の温度依存性、または前記放射光の波長ピーク強度比の温度依存性である、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンシングシステム。
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