JP7038621B2 - 位置測定装置および位置測定方法 - Google Patents

Description

本開示は、位置測定装置および位置測定方法に関する。

半導体基板がプラズマ処理されるチャンバの内部に配置される対象物の位置を検出する位置測定装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１８－５４５００号公報

本開示は、チャンバの内部空間に配置される対象の位置を容易に測定する位置測定装置および位置測定方法を提供する。

本開示の一態様による位置測定装置は、内部空間が形成されるチャンバに形成される窓を介してチャンバの外部から内部空間に出射光を出射するチャンバ外装置と、内部空間に配置される載置台に載置されるベースウェハと、光回路とを備えている。光回路は、ベースウェハに固定され、出射光が沿う第１直線と平行でない第２直線に沿う入射光に出射光を変換し、入射光が入射された対象を反射した反射光を、第１直線に沿う測定光に変換する。チャンバ外装置は、窓を介して測定光を受光する。

本開示によれば、チャンバの内部空間に配置される対象の位置を容易に測定することができる。

図１は、実施形態の位置測定装置の一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態の位置測定装置の垂直フォーカサの一例を示す断面図である。 図３は、実施形態の位置測定装置の測定器の一例を示すブロック図である。 図４は、実施形態の位置測定装置が利用される基板処理装置の一例を示す断面図である。 図５は、実施形態の位置測定装置のチャンバ内装置が基板処理装置の内部空間に搬入されるときのチャンバの一例を示す断面図である。 図６は、実施形態の位置測定装置のチャンバ内装置が載置台に適切に載置されたときのチャンバの一例を示す断面図である。 図７は、垂直フォーカサに伝送された光の光路の一例を示す断面図である。 図８は、プリズムのプリズム上面と上部電極の載置台対向面と裏面とを反射して測定器に伝送された光における波長に対する強度の分布の一例を示すグラフである。 図９は、波長掃引型光源から出力される光における波長に対する強度の分布の一例を示すグラフである。 図１０は、測定器５に伝送された光を解析して得られた１／２光路長に対する強度の分布の一例を示すグラフである。 図１１は、距離測定試験における測定長と上部電極駆動距離との関係の一例を示すグラフである。

以下に、開示する位置測定装置および位置測定方法の実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。

［位置測定装置１の構成］
図１は、実施形態の位置測定装置１の一例を示す斜視図である。位置測定装置１は、図１に示されているように、チャンバ外装置２とチャンバ内装置３とを備えている。チャンバ外装置２は、測定器５と複数のコリメータ６－１～６－３と複数の光ファイバ７－１～７－３とを備えている。複数のコリメータ６－１～６－３のうちのコリメータ６－１は、複数の光ファイバ７－１～７－３のうちの光ファイバ７－１を介して測定器５に接続されている。

コリメータ６－１は、出射受光口８－１が形成されている。コリメータ６－１は、光ファイバ７－１を介して測定器５から伝送される光を平行光線に変換し、その変換された平行光線を出射受光口８－１から出射する。コリメータ６－１は、さらに、出射受光口８－１に入射する光を、光ファイバ７－１を介して測定器５に伝送する。

複数のコリメータ６－１～６－３のうちのコリメータ６－２は、複数の光ファイバ７－１～７－３のうちの光ファイバ７－２を介して測定器５に接続されている。コリメータ６－２は、出射受光口８－２が形成され、光ファイバ７－２を介して測定器５から伝送される光を平行光線に変換し、その変換された平行光線を出射受光口８－２から出射する。コリメータ６－２は、さらに、出射受光口８－２に入射する光を、光ファイバ７－２を介して測定器５に伝送する。コリメータ６－２は、出射受光口８－２から出射される平行光線が沿う直線１０－２が、出射受光口８－１から出射される平行光線が沿う直線１０－１に平行になるように、配置され、コリメータ６－１に固定されている。

複数のコリメータ６－１～６－３のうちのコリメータ６－３は、複数の光ファイバ７－１～７－３のうちの光ファイバ７－３を介して測定器５に接続されている。コリメータ６－３は、出射受光口８－３が形成され、光ファイバ７－３を介して測定器５から伝送される光を平行光線に変換し、その変換された平行光線を出射受光口８－３から出射する。コリメータ６－３は、さらに、出射受光口８－３に入射する光を、光ファイバ７－３を介して測定器５に伝送する。コリメータ６－３は、出射受光口８－３から出射される平行光線が沿う直線１０－３が直線１０－１に平行になるように、かつ、直線１０－２が直線１０－１と直線１０－３との間に配置されるように、配置されている。コリメータ６－３は、さらに、コリメータ６－１とコリメータ６－２とに固定されている。

チャンバ内装置３は、ベースウェハ１１と複数の光回路１２－１～１２－３とを備えている。ベースウェハ１１は、単結晶シリコンから形成され、円板状に形成されている。ベースウェハ１１は、その円板の周縁にノッチ１４が形成されている。複数の光回路１２－１～１２－３のうちの１つの光回路１２－１は、コリメータ１５－１と垂直フォーカサ１６－１と光ファイバ１７－１とを備えている。コリメータ１５－１は、受光出射口１８－１が形成されている。コリメータ１５－１は、受光出射口１８－１に入射した光を、光ファイバ１７－１を介して垂直フォーカサ１６－１に伝送する。コリメータ１５－１は、さらに、光ファイバ１７－１を介して垂直フォーカサ１６－１から伝送された光を平行光線に変換し、その変換された平行光線を受光出射口１８－１から出射する。コリメータ１５－１は、受光出射口１８－１から出射された平行光線に沿う直線が、ベースウェハ１１が沿う平面に平行である直線に沿うように、ベースウェハ１１のうちの一方の面上に配置され、ベースウェハ１１に固定されている。

垂直フォーカサ１６－１は、出射受光口２２－１が形成されている。垂直フォーカサ１６－１は、出射受光口２２－１が直線２４－１に交差するように、ベースウェハ１１のうちのコリメータ１５－１が配置される面上に配置されている。直線２４－１は、ベースウェハ１１に沿う平面に垂直であり、ベースウェハ１１の中心２３から直線２４－１までの距離が所定値に等しくなるように、配置されている。

複数の光回路１２－１～１２－３のうちの光回路１２－２は、コリメータ１５－２と垂直フォーカサ１６－２と光ファイバ１７－２とを備えている。コリメータ１５－２は、受光出射口１８－２が形成されている。コリメータ１５－２は、受光出射口１８－２に入射した光を、光ファイバ１７－２を介して垂直フォーカサ１６－２に伝送する。コリメータ１５－２は、さらに、光ファイバ１７－２を介して垂直フォーカサ１６－２から伝送された光を平行光線に変換し、その変換された平行光線を受光出射口１８－２から出射する。コリメータ１５－２は、受光出射口１８－２から出射された平行光線に沿う直線が、コリメータ１５－１から出射された平行光線に沿う直線に平行であるように、ベースウェハ１１のうちのコリメータ１５－１が配置される面上に配置されている。コリメータ１５－２は、さらに、受光出射口１８－１から出射する平行光線が直線１０－１に沿うときに、受光出射口１８－２から出射する平行光線が直線１０－２に沿うように、配置されている。コリメータ１５－２は、ベースウェハ１１に固定されている。

垂直フォーカサ１６－２は、出射受光口２２－２が形成されている。垂直フォーカサ１６－２は、出射受光口２２－２が直線２４－２に交差するように、ベースウェハ１１のうちのコリメータ１５－２が配置される面上に配置されている。直線２４－２は、直線２４－１に平行であり、中心２３から直線２４－２までの距離が中心２３から直線２４－１までの距離と等しくなるように、配置されている。直線２４－２は、さらに、ベースウェハ１１のうちの直線２４－２に交差する点と中心２３とを結ぶ直線２５－２がベースウェハ１１のうちの直線２４－１に交差する点と中心２３とを結ぶ直線２５－１と１２０度で交差するように配置されている。

複数の光回路１２－１～１２－３のうちの光回路１２－３は、コリメータ１５－３と垂直フォーカサ１６－３と光ファイバ１７－３とを備えている。コリメータ１５－３は、受光出射口１８－３が形成されている。コリメータ１５－３は、受光出射口１８－３に入射した光を、光ファイバ１７－３を介して垂直フォーカサ１６－３に伝送する。コリメータ１５－３は、さらに、光ファイバ１７－３を介して垂直フォーカサ１６－３から伝送された光を平行光線に変換し、その変換された平行光線を受光出射口１８－３から出射する。コリメータ１５－３は、受光出射口１８－３から出射された平行光線に沿う直線が、コリメータ１５－１から出射された平行光線に沿う直線に平行であるように、ベースウェハ１１のうちのコリメータ１５－１が配置される面上に配置されている。コリメータ１５－３は、さらに、コリメータ１５－１から出射する光が直線１０－１に沿い、かつ、コリメータ１５－２から出射する光が直線１０－２に沿うときに、受光出射口１８－３から出射する光が直線１０－３に沿うように、配置されている。コリメータ１５－３は、ベースウェハ１１に固定されている。

垂直フォーカサ１６－３は、出射受光口２２－３が形成されている。垂直フォーカサ１６－３は、出射受光口２２－３が直線２４－３に交差するように、ベースウェハ１１のうちのコリメータ１５－３が配置される面上に配置されている。直線２４－３は、直線２４－１に平行であり、中心２３から直線２４－３までの距離が中心２３から直線２４－１までの距離と等しくなるように、配置されている。直線２４－３は、さらに、ベースウェハ１１のうちの直線２４－３に交差する点と中心２３とを結ぶ直線２５－３が直線２５－１と１２０度で交差するように、かつ、直線２５－３が直線２５－２と１２０度で交差するように、配置されている。

図２は、実施形態の位置測定装置１の垂直フォーカサ１６－１の一例を示す断面図である。垂直フォーカサ１６－１は、ケース６１とフェルール６２とプリズム６３と集光レンズ６４とを備えている。ケース６１は、出射受光口２２－１が形成されている。フェルール６２は、ケース６１の内部に配置され、ケース６１に固定されている。フェルール６２は、光ファイバ１７－１のうちの垂直フォーカサ１６－１の側の一端の端面６５がケース６１の内部のうちの所定の位置に配置されるように、光ファイバ１７－１の一端を固定している。

プリズム６３は、プリズム側面６６とプリズム上面６７と全反射面６８とが形成されている。プリズム６３は、プリズム側面６６から入射して全反射面６８を全反射した光がプリズム上面６７から出射するように、かつ、プリズム上面６７から入射して全反射面６８を全反射した光がプリズム側面６６から出射するように、形成されている。プリズム６３は、プリズム側面６６が光ファイバ１７－１の端面６５に対向するように、かつ、プリズム上面６７が出射受光口２２－１に対向するように、ケース６１の内部に配置され、ケース６１に固定されている。このため、プリズム６３のプリズム上面６７から出射した光は、出射受光口２２－１を介してケース６１の外部に出射する。このとき、ケース６１は、出射受光口２２－１から出射した光が直線２４－１に沿うように、配置され、ベースウェハ１１に固定されている。

集光レンズ６４は、ケース６１の内部のうちの光ファイバ１７－１の端面６５とプリズム６３のプリズム側面６６との間に配置され、ケース６１に固定されている。集光レンズ６４は、光ファイバ１７－１の端面６５から出射された光を集光し、その集光された光をプリズム６３のプリズム側面６６に入射する。集光レンズ６４は、さらに、プリズム６３のプリズム側面６６から出射された光を集光し、その集光された光を光ファイバ１７－１の端面６５に入射する。

垂直フォーカサ１６－２は、垂直フォーカサ１６－１と同様に形成されている。すなわち、垂直フォーカサ１６－２は、光ファイバ１７－２を介してコリメータ１５－２から伝送された光を出射受光口２２－２から出射し、出射受光口２２－２に入射した光を、光ファイバ１７－２を介してコリメータ１５－２に伝送する。垂直フォーカサ１６－２は、さらに、出射受光口２２－２から出射した光が直線２４－２に沿うように、配置され、ベースウェハ１１に固定されている。

垂直フォーカサ１６－３は、垂直フォーカサ１６－１と同様に形成されている。すなわち、垂直フォーカサ１６－３は、光ファイバ１７－３を介してコリメータ１５－３から伝送された光を出射受光口２２－３から出射し、出射受光口２２－３に入射した光を、光ファイバ１７－３を介してコリメータ１５－３に伝送する。垂直フォーカサ１６－３は、さらに、出射受光口２２－３から出射した光が直線２４－３に沿うように、配置され、ベースウェハ１１に固定されている。

図３は、実施形態の位置測定装置１の測定器５の一例を示すブロック図である。測定器５は、図３に示されているように、波長掃引型光源２６とサーキュレータ２７と光スイッチ２８と受光器２９と演算装置３０とを備えている。波長掃引型光源２６は、波長が時間とともに変化する光をサーキュレータ２７に出力する。その光は、ケイ素Ｓｉ、石英ガラスを透過する赤外線である。波長掃引型光源２６は、さらに、クロック信号を演算装置３０に出力する。サーキュレータ２７は、波長掃引型光源２６からサーキュレータ２７に出力される光を光スイッチ２８に出力する。サーキュレータ２７は、さらに、光スイッチ２８からサーキュレータ２７に出力される光を受光器２９に出力する。

光スイッチ２８は、複数のモードのうちの１つのモードに切り替えられる。光スイッチ２８は、第１モードに切り替えられたときに、サーキュレータ２７から光スイッチ２８に出力された光を、光ファイバ７－１を介してコリメータ６－１に伝送する。光スイッチ２８は、第１モードに切り替えられたときに、さらに、光ファイバ７－１を介してコリメータ６－１から伝送された光をサーキュレータ２７に出力する。光スイッチ２８は、第２モードに切り替えられたときに、サーキュレータ２７から光スイッチ２８に出力された光を、光ファイバ７－２を介してコリメータ６－２に伝送する。光スイッチ２８は、第２モードに切り替えられたときに、さらに、光ファイバ７－２を介してコリメータ６－２から伝送された光をサーキュレータ２７に出力する。光スイッチ２８は、第３モードに切り替えられたときに、サーキュレータ２７から光スイッチ２８に出力された光を、光ファイバ７－３を介してコリメータ６－３に伝送する。光スイッチ２８は、第３モードに切り替えられたときに、さらに、光ファイバ７－３を介してコリメータ６－３から伝送された光をサーキュレータ２７に出力する。

受光器２９は、サーキュレータ２７から受光器２９に出力された光を受光し、光強度データを作成し、光強度データを演算装置３０に出力する。光強度データは、複数の波長に対応する複数の強度を示している。複数の強度のうちのある波長に対応する強度は、受光器２９が受光した光のうちのその波長の光の強度を示している。

演算装置３０は、波長掃引型光源２６から出力されたクロック信号と受光器２９から出力された光強度データとに基づいて、光の干渉状態を算出し、光の信号強度の分布を算出する。光の信号強度の分布は、複数の光路長に対応する複数の信号強度を示している。複数の信号強度のうちのある光路長に対応する信号強度は、その光路長の光の強度を示している。演算装置３０は、さらに、光の信号強度の分布に基づいて複数の対象の相互距離を算出する。

位置測定装置１は、図４に示されているように、基板処理装置３１とともに利用される。図４は、実施形態の位置測定装置１が利用される基板処理装置３１の一例を示す断面図である。基板処理装置３１は、チャンバ３２と載置台３３と上部電極３４と上部電極駆動部４４とを備えている。チャンバ３２の内部には、内部空間３５が形成されている。チャンバ３２は、内部空間３５をチャンバ３２の外部の雰囲気から隔離している。チャンバ３２には、搬出入口３６が形成されている。搬出入口３６は、チャンバ３２の側壁に形成されている。内部空間３５は、搬出入口３６を介して、図示されていないロードロックチャンバに接続されている。搬出入口３６は、図示されていないゲートバルブを介して開放されたり、閉鎖されたりする。チャンバ３２は、このようなロードロックチャンバが設けられることにより、チャンバ３２の内部空間３５が大気解放されることなく、内部空間３５にウェハが搬入されたり、内部空間３５からウェハが搬出されたりされることができる。チャンバ３２は、窓３７を備えている。窓３７は、石英ガラスから形成され、チャンバ３２の側壁に配置されている。ユーザは、窓３７を介して内部空間３５の様子を確認することができる。なお、窓３７を形成する材料は、石英ガラスと異なる他の材料に置換されることができる。その材料は、赤外光を透過する材料であり、その材料としては、サファイヤ、単結晶シリコンが例示される。

載置台３３は、内部空間３５の下部に配置され、チャンバ３２の底部に設置されている。載置台３３は、支持台３８と静電チャック３９と基台４０とを備えている。支持台３８は、絶縁体から形成され、チャンバ３２に支持されている。基台４０は、導体から形成され、支持台３８の上側に配置され、チャンバ３２から電気的に絶縁されるように、支持台３８を介してチャンバ３２に支持されている。静電チャック３９は、基台４０が支持台３８と静電チャック３９との間に配置されるように、基台４０の上側に配置され、支持台３８と基台４０とを介してチャンバ３２に支持されている。静電チャック３９は、載置台３３に適切に載置されるウェハをクーロン力により保持する。このとき、窓３７は、載置台３３のうちのウェハが載置される面に沿う平面に重なるように、配置されている。

上部電極３４は、シリコンに例示される導電性部材により形成され、円板状に形成されている。上部電極３４は、載置台対向面４１と裏面４２とが形成されている。上部電極３４は、載置台対向面４１が載置台３３に対向するように、内部空間３５の上部に配置されている。上部電極３４は、チャンバ３２から電気的に絶縁されるように、上部電極駆動部４４を介して、チャンバ３２に支持されている。上部電極駆動部４４は、上部電極３４が載置台３３に接近したり、上部電極３４が載置台３３から遠ざかったりするように、チャンバ３２に対して上部電極３４を上下方向に移動させる。このとき、基台４０は、上部電極３４に対する下部電極として利用される。

基板処理装置３１は、プラズマエッチング処理に例示される基板処理に利用される。たとえば、被処理体となるウェハは、搬出入口３６が開放されているときに、搬出入口３６を介してロードロックチャンバからチャンバ３２の内部空間３５に搬入され、載置台３３に載置され、クーロン力により静電チャック３９に保持される。ウェハが静電チャック３９に保持された後に、搬出入口３６は、閉鎖され、内部空間３５は、所定の雰囲気になるように調整される。内部空間３５が所定の雰囲気に調整された後に、載置台３３の支持台３８と上部電極３４との間には、高周波が供給される。内部空間３５には、支持台３８と上部電極３４との間に高周波が供給されることにより、プラズマが発生する。載置台３３に載置されているウェハは、内部空間３５に発生したプラズマによりエッチングされる。窓３７は、たとえば、内部空間３５で処理されるウェハの状態をチャンバ３２の外部から確認することに利用される。ウェハがエッチングされた後に、搬出入口３６が開放され、搬出入口３６を介してウェハが内部空間３５からロードロックチャンバに搬出される。

［位置測定方法］
実施形態の位置測定方法は、既述の位置測定装置１を用いて実行される。位置測定方法では、まず、搬出入口３６が開放されているときに、図５に示されているように、ロードロックチャンバに設けられるロボットハンド５１により、ロードロックチャンバからチャンバ３２の内部空間３５にチャンバ内装置３が搬入される。図５は、実施形態の位置測定装置１のチャンバ内装置３が基板処理装置３１の内部空間３５に搬入されるときのチャンバ３２の一例を示す断面図である。ロボットハンド５１は、基板処理装置３１により基板処理されるウェハをロードロックチャンバから内部空間３５に搬出入することにも利用される。

チャンバ内装置３は、内部空間３５に搬入された後に、図６に示されているように、載置台３３に載置される。図６は、実施形態の位置測定装置１のチャンバ内装置３が載置台３３に適切に載置されたときのチャンバ３２の一例を示す断面図である。このとき、チャンバ内装置３は、ベースウェハ１１のノッチ１４が所定の位置に配置されるように、載置台３３に適切に載置される。複数のコリメータ１５－１～１５－３は、チャンバ内装置３が載置台３３に適切に載置されることにより、窓３７を介して、複数の受光出射口１８－１～１８－３からそれぞれ出射する複数の光をチャンバ３２の外部に出射することができる。チャンバ内装置３は、載置台３３に適切に載置された状態で、静電チャック３９に保持される。

さらに、チャンバ外装置２の複数のコリメータ６－１～６－３は、適切に配置され、チャンバ３２に固定される。複数のコリメータ６－１～６－３が適切に配置されるときに、コリメータ６－１から出射される光は、窓３７を介して、コリメータ１５－１の受光出射口１８－１に入射することができる。このとき、さらに、コリメータ６－２から出射される光は、窓３７を介して、コリメータ１５－２の受光出射口１８－２に入射することができる。さらに、コリメータ６－３から出射される光は、窓３７を介して、コリメータ１５－３の受光出射口１８－３に入射することができる。

複数のコリメータ６－１～６－３とチャンバ内装置３とが適切に配置された後に、測定器５は、光ファイバ７－１を介してコリメータ６－１に光を出力する。測定器５からコリメータ６－１に出力された光は、コリメータ６－１により、平行光線に変換され、出射受光口８－１から出射される。コリメータ６－１から出射された光は、窓３７を透過し、コリメータ１５－１の受光出射口１８－１に入射する。受光出射口１８－１に入射した光は、光ファイバ１７－１を介して垂直フォーカサ１６－１に伝送される。

図７は、垂直フォーカサ１６－１に伝送された光の光路の一例を示す断面図である。光ファイバ１７－１を介して垂直フォーカサ１６－１に伝送された光は、集光レンズ６４により集光され、プリズム６３のプリズム側面６６に入射する。プリズム６３のプリズム側面６６に入射した光は、全反射面６８を全反射し、全反射面６８からプリズム上面６７に入射する。全反射面６８からプリズム上面６７に入射した光の一部は、プリズム上面６７を反射して、測定器５からプリズム上面６７までの経路を遡って、測定器５に伝送される。全反射面６８からプリズム上面６７に入射した光のうちの他の一部は、プリズム上面６７から垂直フォーカサ１６－１の出射受光口２２－１に出射され、出射受光口２２－１から直線２４－１に沿って上部電極３４に向かって出射される。

出射受光口２２－１から出射した光は、上部電極３４の載置台対向面４１のうちの直線２４－１と交差する領域に入射する。上部電極３４の載置台対向面４１に入射した光の一部は、載置台対向面４１で反射して、測定器５から載置台対向面４１までの経路を遡って、測定器５に伝送される。載置台対向面４１に入射した光のうちの他の一部は、上部電極３４を透過して、上部電極３４の裏面４２に入射する。上部電極３４の裏面４２に入射した光の一部は、裏面４２で反射して、測定器５から裏面４２までの経路を遡って、測定器５に伝送される。上部電極３４の裏面４２に入射した光のうちの他の一部は、裏面４２からさらに上部に向かって出射する。

測定器５の受光器２９は、プリズム６３のプリズム上面６７と上部電極３４の載置台対向面４１と裏面４２とを反射した光が測定器５に伝送されると、その光における波長に対する強度の分布を測定する。図８は、プリズム６３のプリズム上面６７と上部電極３４の載置台対向面４１と裏面４２とを反射して測定器５に伝送された光における波長に対する強度の分布の一例を示すグラフである。測定器５の演算装置は、所定の部位を反射して測定器５に伝送された光の強度の分布と、波長掃引型光源２６から出力される光の強度の分布とに基づいて、１／２光路長に対する信号強度の分布を算出する。図９は、波長掃引型光源２６から出力される光における波長に対する強度の分布の一例を示すグラフである。図１０は、測定器５に伝送された光を解析して得られた１／２光路長に対する信号強度の分布の一例を示すグラフである。図１０のグラフは、信号強度の分布に複数のピークが形成されていることを示している。複数のピークは、複数の測定対象に対応している。複数の測定対象の各々は、２つの反射面に挟まれた部分を示している。測定対象としては、プリズム６３のプリズム上面６７と上部電極３４の載置台対向面４１との間の距離、上部電極３４のうちの載置台対向面４１と裏面４２との間の距離が例示される。測定器５の演算装置３０は、信号強度の分布に形成される複数のピークに対応する複数の１／２光路長を算出する。

演算装置３０は、さらに、複数の１／２光路長に複数の測定対象を対応付ける。複数の１／２光路長のうちのある測定対象に対応付けられた１／２光路長は、その測定対象を往復する光の光路長の半分を示している。測定器５の演算装置３０は、さらに、ある測定対象に対応付けられた１／２光路長と、その測定対象の屈折率とに基づいて、その測定対象の距離（厚さ）を算出する。その測定対象の距離は、その測定対象に対応する１／２光路長を、その測定対象の屈折率で除算した値に等しい。たとえば、上部電極３４の厚さｄ１は、上部電極３４のうちの載置台対向面４１と裏面４２との間に対応付けられた１／２光路長ｄ１ｎ１を、上部電極３４の屈折率ｎ１で除算することにより算出される。プリズム６３のプリズム上面６７と上部電極３４の載置台対向面４１との間の距離ｄ２は、その間に対応付けられた１／２光路長を、その間に充填される気体の屈折率（≒１）で除算することにより算出される。演算装置３０は、このようにして、プリズム６３のプリズム上面６７と上部電極３４の載置台対向面４１との間の距離を算出する。演算装置３０は、さらに、上部電極３４のうちの載置台対向面４１と裏面４２との間の距離、すなわち、上部電極３４のうちの直線２４－１に交差する部分の厚さを算出する。

次いで、測定器５は、出射受光口８－２から平行光線を出射し、出射受光口８－２に入射した光に基づいて複数の測定対象の距離を算出する。その複数の測定対象は、垂直フォーカサ１６－２のプリズム６３のプリズム上面６７と上部電極３４の載置台対向面４１のうちの直線２４－２に交差する部分との間の距離と、上部電極３４のうちの直線２４－２に交差する部分の厚さとを含んでいる。次いで、測定器５は、出射受光口８－３から平行光線を出射し、出射受光口８－３に入射した光に基づいて複数の測定対象の距離を算出する。その複数の測定対象は、垂直フォーカサ１６－３のプリズム６３のプリズム上面６７と上部電極３４の載置台対向面４１のうちの直線２４－３に交差する部分との間の距離と、上部電極３４のうちの直線２４－３に交差する部分の厚さとを含んでいる。

チャンバ内装置３は、これらの測定対象の距離が測定された後に、搬出入口３６を介してロボットハンド５１によりチャンバ３２の内部空間３５からロードロックチャンバにチャンバ内装置３が搬出される。チャンバ外装置２は、これらの距離が測定された後に、複数のコリメータ６－１～６－３がチャンバ３２から取り外される。

このような位置測定方法によれば、チャンバ３２の内部空間３５を大気解放することなく、上部電極３４のうちの複数の所定の部位の位置を容易に測定することができる。ユーザは、その測定された複数の距離に基づいて載置台３３と上部電極３４との間の距離を算出することができる。ユーザは、その測定された複数の距離に基づいて、さらに、載置台３３のうちのチャンバ内装置３が載置される載置面が沿う平面と上部電極３４の載置台対向面４１または裏面４２が沿う平面との平行度を算出することができる。ユーザは、その測定された複数の距離に基づいて、さらに、上部電極３４のうちの複数の部位の厚さを算出することができる。ユーザは、このような位置測定方法を間欠的に実行することにより、上部電極３４の厚さの経時変化を算出することができ、上部電極３４の摩耗量を算出することができる。

図１１は、距離測定試験における測定長と上部電極駆動距離との関係の一例を示すグラフである。距離測定試験では、上部電極駆動部４４を用いて上部電極３４が複数の位置に配置される毎に、既述の位置測定方法により、垂直フォーカサ１６－１のプリズム上面６７から、載置台対向面４１のうちの直線２４－１に交差する部分までの距離が測定される。図１１のグラフは、複数の上部電極駆動距離を複数の測定長に対応付けている。複数の上部電極駆動距離の各々は、上部電極駆動部４４により上部電極３４が所定の基準位置から上下方向に移動した距離を示し、上部電極３４と載置台３３との間の距離に対応している。複数の測定長のうちのある上部電極駆動距離に対応する測定長は、上部電極３４がその上部電極駆動距離に対応する位置に配置されたときに、プリズム上面６７から載置台対向面４１までの距離について既述の位置測定方法により測定された測定値を示している。

図１１のグラフは、上部電極駆動距離に対する測定長を近似する回帰式を示す直線の傾きが１に概ね等しいことを示し、既述の位置測定方法により測定された測定長が、概ね確からしいことを示している。さらに、位置測定方法により測定された複数の測定長の標準偏差σを用いて算出される測定長の安定性３σは、３５μｍ以下であり、このことは、位置測定方法が安定して測定長を測定することができることを示している。

［位置測定装置の効果］
実施形態の位置測定装置１は、チャンバ外装置２とベースウェハ１１と光回路１２－１とを備えている。チャンバ外装置２は、内部空間３５が形成されるチャンバ３２に形成される窓３７を介してチャンバ３２の外部から内部空間３５に出射光を出射する。ベースウェハ１１は、内部空間３５に配置される載置台３３に載置される。光回路１２－１は、ベースウェハ１１に固定され、出射光が沿う直線１０－１と平行でない直線２４－１に沿う入射光にその出射光を変換し、その入射光が入射された対象を反射した反射光を、直線１０－１に沿う測定光に変換する。直線１０－１は、「第１直線」の一例であり、直線２４－１は、「第２直線」の一例である。チャンバ外装置２は、窓３７を介してその測定光を受光する。このような位置測定装置１は、チャンバ３２の内部空間３５を大気解放することなく、上部電極３４に例示される対象の位置を容易に測定することができる。

また、実施形態の位置測定装置１の光回路１２－１は、その出射光を第１伝送光に集光するコリメータ１５－１と、その第１伝送光を垂直フォーカサ１６－１に伝送する光ファイバ１７－１とを備えている。コリメータ１５－１は、「第１光学機器」の一例であり、垂直フォーカサ１６－１は、「第２光学機器」の一例である。垂直フォーカサ１６－１は、その第１伝送光をその出射光に変換し、その反射光を第２伝送光に変換する。光ファイバ１７－１は、さらに、その第２伝送光をコリメータ１５－１に伝送する。コリメータ１５－１は、その第２伝送光をその測定光に変換する。このような位置測定装置１は、コリメータ１５－１と垂直フォーカサ１６－１とをベースウェハ１１のうちの互いに異なる２つの位置にそれぞれ配置することができる。

また、実施形態の位置測定装置１は、ベースウェハ１１に固定される光回路１２－２と、ベースウェハ１１に固定される光回路１２－３とをさらに備えている。光回路１２－２は、「第１光回路」の一例であり、光回路１２－３は、「第２光回路」の一例である。光回路１２－２は、チャンバ外装置２から出射されて直線１０－２に沿う出射光を、直線２４－２に沿う入射光に変換し、上部電極３４を反射した反射光を、直線１０－２に沿う測定光に変換する。直線１０－２は、「第３直線」の一例であり、直線２４－２は、「第４直線」の一例である。光回路１２－３は、チャンバ外装置２から出射されて直線１０－３に沿う出射光を、直線２４－３に沿う入射光に変換し、上部電極３４を反射した反射光を、直線１０－３に沿う測定光に変換する。直線１０－３は、「第５直線」の一例であり、直線２４－３は、「第６直線」の一例である。このような位置測定装置１は、チャンバ内装置３が載置台３３に載置された状態で、上部電極３４のうちの複数の部位の位置を測定することができる。

また、実施形態の位置測定装置１のチャンバ外装置２は、複数のコリメータ６－１～６－３を備えている。コリメータ６－１は、「第１出射受光部」の一例であり、コリメータ６－２は、「第２出射受光部」の一例であり、コリメータ６－３は、「第３出射受光部」の一例である。このとき、コリメータ６－２とコリメータ６－３とは、コリメータ６－１に固定されている。このような位置測定装置１は、コリメータ６－１とコリメータ６－２とコリメータ６－３とを容易に位置合わせすることができる。

ところで、既述の複数の垂直フォーカサ１６－１～１６－３は、１つの直線に重ならないように配置されているが、１つの直線に重なるように配置されてもよい。このとき、位置測定装置１は、上部電極３４の平行度を適切に測定することができないことがあるが、上部電極３４の載置台対向面４１または裏面４２が屈曲している程度を示す歪み量（平坦度）を測定することができる。

ところで、既述のチャンバ内装置３は、複数の光回路１２－１～１２－３を備えているが、他の複数の光回路をさらに備えてもよい。その複数の光回路の各々は、光回路１２－１と同様に、コリメータと垂直フォーカサと光ファイバとを備えている。コリメータは、複数のコリメータ１５－１～１５－３がチャンバ外装置２の光を受光できる状態から回転することにより、チャンバ外装置２の光を受光できるように配置されている。その複数の垂直フォーカサは、たとえば、ベースウェハ１１の中心２３との間の距離が、複数の垂直フォーカサ１６－１～１６－３と中心２３との間の距離と異なっている。このとき、位置測定装置１は、載置台３３に載置されたチャンバ内装置３を回転させることにより、上部電極３４のうちのさらに多くの部位の位置を測定することができる。

ところで、既述のチャンバ外装置２は、複数のコリメータ６－１～６－３を備えているが、１つのコリメータ６－１以外のコリメータ６－２、６－３が省略されてもよい。この場合でも、位置測定装置１は、チャンバ３２の内部空間３５を大気解放することなく、上部電極３４に例示される対象の位置を容易に測定することができる。

なお、コリメータ６－１は、コリメータと異なる他の光学機器から形成されてもよい。その光学機器としては、フォーカサが例示される。このとき、フォーカサは、光ファイバ７－１を介して測定器５から伝送される光を集光し、その集光された集光光線を出射受光口８－１から出射する。フォーカサは、さらに、出射受光口８－１に入射する光を集光し、光ファイバ７－１を介して、その集光された集光交線を測定器５に伝送する。コリメータ６－２とコリメータ６－３も、コリメータ６－１と同様に、他の光学機器から形成されてもよい。位置測定装置は、複数のコリメータ６－１～６－３が他の光学機器に置換された場合でも、同様に、対象の位置を容易に測定することができる。

また、コリメータ１５－１は、コリメータと異なる他の光学機器から形成されてもよい。その光学機器としては、フォーカサが例示される。このとき、フォーカサは、受光出射口１８－１に入射する光を集光し、光ファイバ１７－１を介して、その集光された集光交線を垂直フォーカサ１６－１に伝送する。フォーカサは、さらに、光ファイバ１７－１を介して垂直フォーカサ１６－１から伝送される光を集光し、その集光された集光光線を受光出射口１８－１から出射する。コリメータ１５－２とコリメータ１５－３も、コリメータ１５－１と同様に、他の光学機器から形成されてもよい。位置測定装置は、複数のコリメータ１５－１～１５－３が他の光学機器に置換された場合でも、同様に、対象の位置を容易に測定することができる。

また、光ファイバ１７－１は、光ファイバと異なる他の光伝送部から形成されてもよい。その光伝送部としては、光導波路、ミラーを用いた光学系が例示される。光ファイバ１７－２と光ファイバ１７－１も、光ファイバ１７－１と同様に、他の光伝送部から形成されてもよい。位置測定装置は、複数の光ファイバ１７－１～１７－３が他の光伝送部に置換された場合でも、同様に、対象の位置を容易に測定することができる。

ところで、既述のベースウェハ１１は、単結晶シリコンから形成されているが、内部空間３５に配置されても基板処理に悪影響を及ぼさない他の材料から形成されてもよい。その材料としては、ＳｉＣ、石英、セラミックスが例示される。また、ベースウェハ１１は、ノッチ１４が形成されているが、オリエンテーションフラットが形成されてもよい。この場合も、チャンバ内装置３は、複数の受光出射口１８－１～１８－３からそれぞれ出射する複数の光が窓３７を介してチャンバ３２の外部に出射されるように、オリエンテーションフラットを用いて、載置台３３に適切に載置されることができる。

今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、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、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。

１ ：位置測定装置
２ ：チャンバ外装置
３ ：チャンバ内装置
５ ：測定器
６－１～６－３：複数のコリメータ
７－１～７－３：複数の光ファイバ
１１ ：ベースウェハ
１２－１～１２－３：複数の光回路
１４ ：ノッチ
１５－１～１５－３：複数のコリメータ
１６－１～１６－３：複数の垂直フォーカサ
１７－１～１７－３：複数の光ファイバ
３１ ：基板処理装置
３２ ：チャンバ
３３ ：載置台
３７ ：窓

Claims (7)

1. 内部空間が形成されるチャンバに形成される窓を介して前記チャンバの外部から前記内部空間に出射光を出射するチャンバ外装置と、
   前記内部空間に配置される載置台に載置されるベースウェハと、
   前記ベースウェハに固定される光回路とを備え、
   前記光回路は、
   前記出射光が沿う第１直線と平行でない第２直線に沿う入射光に前記出射光を変換し、
   前記入射光を対象に入射させ、
   前記入射光が前記対象で反射した反射光を、前記第１直線に沿う測定光に変換し、
   前記チャンバ外装置は、前記窓を介して前記測定光を受光する
   位置測定装置。
2. 前記光回路は、
   前記出射光を第１伝送光に変換する第１光学機器と、
   前記第１伝送光を第２光学機器に伝送する光伝送部とを備え、
   前記第２光学機器は、前記第１伝送光を前記入射光に変換し、前記反射光を第２伝送光に変換し、
   前記光伝送部は、さらに、前記第２伝送光を前記第１光学機器に伝送し、
   前記第１光学機器は、前記第２伝送光を前記測定光に変換する
   請求項１に記載の位置測定装置。
3. 前記ベースウェハに固定される第１光回路と、
   前記ベースウェハに固定される第２光回路とをさらに備え、
   前記第１光回路は、
   前記チャンバ外装置から出射される第１出射光が沿う第３直線と平行でない第４直線に沿う第１入射光に前記第１出射光を変換し、
   前記第１入射光を前記対象に入射させ、
   前記第１入射光が前記対象で反射した第１反射光を、前記第３直線に沿う第１測定光に変換し、
   前記第２光回路は、
   前記チャンバ外装置から出射される第２出射光が沿う第５直線と平行でない第６直線に沿う第２入射光に前記第２出射光を変換し、
   前記第２入射光を前記対象に入射させ、
   前記第２入射光が前記対象で反射した第２反射光を、前記第５直線に沿う第２測定光に変換する
   請求項２に記載の位置測定装置。
4. 前記対象のうちの前記入射光と前記第１入射光と前記第２入射光とがそれぞれ反射する３つの領域は、１つの直線上に配置される
   請求項３に記載の位置測定装置。
5. 前記チャンバ外装置は、
   前記出射光を出射し、前記測定光を受光する第１出射受光部と、
   前記第１出射光を出射し、前記第１測定光を受光する第２出射受光部と、
   前記第２出射光を出射し、前記第２測定光を受光する第３出射受光部とを有し、
   前記第２出射受光部と前記第３出射受光部とは、前記第１出射受光部に固定される
   請求項３または請求項４に記載の位置測定装置。
6. 前記ベースウェハは、周縁にノッチまたはオリエンテーションフラットが形成される
   請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の位置測定装置。
7. 請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の位置測定装置を用いて実行される位置測定方法であり、
   前記ベースウェハが前記載置台に載置されるように前記ベースウェハを前記外部から前記内部空間に搬入することと、
   前記ベースウェハが前記載置台に載置された状態で、前記チャンバ外装置から前記光回路に前記出射光を出射することと、
   前記測定光に基づいて前記対象の位置を算出すること
   とを備える位置測定方法。

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