特許 6231370 消耗量測定装置、温度測定装置、消耗量測定方法、温度測定方法及び基板処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6231370

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】消耗量測定装置、温度測定装置、消耗量測定方法、温度測定方法及び基板処理システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20171106BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20171106BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   H01L21/302 103

   H05H1/46 M

【請求項の数】12

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-259228(P2013-259228)

(22)【出願日】2013年12月16日

(65)【公開番号】特開2015-115591(P2015-115591A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2016年9月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125254

【弁理士】

【氏名又は名称】別役 重尚

(74)【代理人】

【識別番号】100118278

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 聡

(72)【発明者】

【氏名】松土 龍夫

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０２９４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１０８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８４５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１７６４９０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、前記表面は経時的に消耗せず、前記裏面の一部又は全部が経時的に消耗する環境に配置された部材の前記裏面の消耗量を測定する消耗量測定装置であって、
前記低コヒーレンス光を出力する光源と、
前記低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの反射光の強度分布を検出する分光器と、
前記部材の第１の測定点に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に、照射した低コヒーレンス光の前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第１の照射部と、
前記部材の第２の測定点に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に、照射した低コヒーレンス光の前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第２の照射部と、
前記光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させて前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれへ伝送すると共に、前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれが受光した反射光を前記分光器へ伝送する光伝送部と、
前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することにより前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さとの差分を算出する解析部とを備えることを特徴とする消耗量測定装置。

【請求項2】

前記解析部は、
前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することにより前記部材内での前記第１の測定点での光路長と前記第２の測定点での光路長との差である光路差を算出する光路差算出部と、
前記光路差算出部が算出した光路差と前記部材の屈折率とから前記差分を算出する差分算出部とを備えることを特徴とする請求項１記載の消耗量測定装置。

【請求項3】

前記分光器は、
前記反射光を波長毎に所定の分散角で分散させる光分散素子と、
前記光分散素子により分散された反射光を受光することにより前記反射光の波数に依存する強度分布を検出する受光素子とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の消耗量測定装置。

【請求項4】

前記第１の測定点と前記第２の測定点はそれぞれ前記部材において消耗レートの異なる部位に設定され、
前記解析部は、前記部材における前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さの差分として前記第１の測定点と前記第２の測定点での相対的な消耗量差を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の消耗量測定装置。

【請求項5】

前記第１の測定点は前記部材において経時的に消耗しない部位に設定され、且つ、前記第２の測定点は前記部材において経時的に消耗する部位に設定され、
前記解析部は、前記部材における前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さの差分として、前記第２の測定点での消耗量の絶対値を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の消耗量測定装置。

【請求項6】

低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、その一部に前記表面と前記裏面の間の厚さが異なるように段差部が設けられた部材の温度を測定する温度測定装置であって、
前記低コヒーレンス光を出力する光源と、
前記低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの反射光の強度分布を検出する分光器と、
前記部材の前記段差部における厚さの厚い部分に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第１の照射部と、
前記部材の前記段差部における厚さの薄い部分に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第２の照射部と、
前記光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させて前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれへ伝送すると共に前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれが受光した反射光を前記分光器へ伝送する光伝送部と、
前記段差部の段差と前記部材の温度との関係を示すデータを記憶した記憶部と、
前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することによって前記段差に対応する光路長を求め、求めた光路長と前記記憶部に記憶された前記段差と前記部材の温度との関係とに基づき前記部材の温度を算出する解析部とを備えることを特徴とする温度測定装置。

【請求項7】

前記分光器は、
前記反射光を波長毎に所定の分散角で分散させる光分散素子と、
前記光分散素子により分散された反射光を受光することにより前記反射光の波数に依存する強度分布を検出する受光素子とを有することを特徴とする請求項６記載の温度測定装置。

【請求項8】

低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、前記表面は経時的に消耗せず、前記裏面の一部又は全部が経時的に消耗する環境に配置された部材の前記裏面の消耗量を測定する消耗量測定方法であって、
光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させ、前記２つの経路の一方の経路を伝送される低コヒーレンス光を前記部材の第１の測定点に照射したときの前記部材の前記第１の測定点における表面及び裏面からの反射光を受光すると共に、前記２つの経路の他方の経路を伝送される低コヒーレンス光を前記部材の第２の測定点に照射したときの前記部材の前記第２の測定点における表面及び裏面からの反射光を受光するステップと、
前記第１の測定点での反射光と前記第２の測定点での反射光とを合わせた反射光について波数に依存する強度分布を検出するステップと、
前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することによって、前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さとの差分を算出するステップとを有することを特徴とする消耗量測定方法。

【請求項9】

低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、その一部に前記表面と前記裏面の間の厚さが異なるように段差部が設けられた部材の温度を測定する温度測定方法であって、
前記段差部の段差に対応する低コヒーレンス光の光路差と前記部材の温度との関係を示すデータを取得するステップと、
光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させ、前記２つの経路の一方の経路を伝送される低コヒーレンス光を前記段差部における厚さの薄い部分に照射したときの前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光すると共に、前記２つの経路の他方の経路を伝送される低コヒーレンス光を前記段差部における厚さの厚い部分に照射したときの前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光するステップと、
前記段差部における厚さの薄い部分での反射光と厚さの厚い部分からの反射光とを合わせた反射光について波数に依存する強度分布を検出するステップと、
前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換して前記光路差を求めるステップと、
前記光路差と前記部材の温度との関係を示す前記データから前記部材の温度を算出するステップとを有することを特徴とする温度測定方法。

【請求項10】

内部に基板を載置する載置台が配置され、前記載置台に載置された基板に対して所定の処理を施すチャンバと、
低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、前記表面は経時的に消耗せず、前記裏面の一部又は全部が経時的に消耗する前記チャンバ内環境に配置された部材とを備える基板処理装置と、
前記部材の消耗量を測定する消耗量測定装置とを備える基板処理システムであって、
前記消耗量測定装置は、
前記低コヒーレンス光を出力する光源と、
前記低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの反射光の強度分布を検出する分光器と、
前記部材の第１の測定点に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に、照射した低コヒーレンス光の前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第１の照射部と、
前記部材の第２の測定点に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に、照射した低コヒーレンス光の前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第２の照射部と、
前記光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させて前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれへ伝送すると共に、前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれが受光した反射光を前記分光器へ伝送する光伝送部と、
前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することにより前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さとの差分を算出する解析部とを備えることを特徴とする基板処理システム。

【請求項11】

前記基板処理装置は、前記載置台に載置された基板に対してプラズマエッチング処理を施す装置であり、
前記部材は、前記載置台に載置された基板と所定の空間を隔てて対向するように配置される電極板であることを特徴とする請求項１０記載の基板処理システム。

【請求項12】

内部に基板を載置する載置台が配置され、前記載置台に載置された基板に対して所定の処理を施すチャンバと、
低コヒーレンス光を透過する材料で形成されて前記チャンバ内に配置され、互いに平行な表面及び裏面を有し、その一部に前記表面と前記裏面の間の厚さが異なるように段差部が形成された部材とを備える基板処理装置と、
前記部材の温度を測定する温度測定装置とを備える基板処理システムであって、
前記温度測定装置は、
前記低コヒーレンス光を出力する光源と、
前記低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの反射光の波数に依存する強度分布を検出する分光器と、
前記部材の前記段差部における厚さの厚い部分に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第１の照射部と、
前記部材の前記段差部における厚さの薄い部分に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第２の照射部と、
前記光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させて前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれへ伝送すると共に前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれが受光した反射光を前記分光器へ伝送する光伝送部と、
前記段差部の段差と前記部材の温度との関係を示すデータを記憶した記憶部と、
前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することによって前記段差に対応する光路長を求め、求めた光路長と前記記憶部に記憶された前記段差と前記部材の温度との関係とに基づき前記部材の温度を算出する解析部とを備えることを特徴とする基板処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光干渉を利用して部材の消耗量や消耗量差を測定する消耗量測定装置及び消耗量測定方法、光干渉を利用して部材の温度を測定する温度測定装置及び温度測定方法、消耗量測定装置又は温度測定装置を基板処理装置に適用してなる基板処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハに対してプラズマエッチング等の処理を施す基板処理装置では、半導体ウエハが収容される処理室（チャンバ）の内部には様々な材質からなる部材が配置されており、その中には、フォーカスリングやシャワーヘッドを構成する電極板のようにプラズマによって消耗するものがある。そのため、消耗した部材の交換時期等を知ること等を目的として、部材の消耗量を測定するための技術が種々提案されている。

【0003】

例えば、未使用で厚さが既知のフォーカスリングに対して厚さが既知の基準片をプラズマによって消耗しない構造で熱的に結合させ、フォーカスリングを基板処理装置に装着する。フォーカスリングにおいて消耗量を測定したい位置（以下「測定位置」という）の裏面側から低コヒーレンス光をフォーカスリングに照射すると共に、低コヒーレンス光を参照ミラーと基準片のそれぞれに照射する。そして、参照ミラーを低コヒーレンス光の入射方向と平行な方向に移動させたときの参照ミラーからの反射光と、フォーカスリングの裏面及び消耗面である表面からの反射光と、参照ミラーからの反射光と、基準片の表面及び裏面からの反射光との干渉波形とを測定する。

【0004】

これにより、基準片からの反射光と参照ミラーからの反射光との干渉波形と参照ミラーの移動距離とから基準片の厚さを求めることができ、フォーカスリングからの反射光と参照ミラーからの反射光との干渉波形と参照ミラーの移動距離とからフォーカスリングの測定位置での厚さを求めることができ、こうして測定された厚さの比と基準片の既知の厚さとからフォーカスリングの厚さを求めることができる（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に記載された方法では、フォーカスリングへの基準片の組み込みが必要になるために、フォーカスリングのコストが高くなってしまうという問題や、参照ミラーを移動させるために測定時間が長くかかってしまうという問題がある。

【0006】

これに対して、分光方式周波数領域光干渉計を用いて、部材の温度を測定するために部材の厚さを測定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載された技術では、部材の所定位置に低コヒーレンス光を照射したときの部材の表面からの反射光と裏面からの反射光とを分光してスペクトル分布を求めてフーリエ変換を施すことにより照射位置での部材の厚さを求めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１−２１０８５３号公報

【特許文献2】特開２０１３−０２９４８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献２に記載された技術は、部材の消耗量を測定するものではなく、事前に求めておいた部材の厚さと温度との関係を示すデータを用いて部材の温度を測定するものであるが、上記特許文献２に記載された技術により部材の厚さを測定する場合、測定可能な厚さは、反射光を検出する分光器の分解能で決定される。例えば、中心波長をλ_０、波長帯域をΔｗ、分光器の検出素子数（ＣＣＤ素子数）をＮとしたとき、これらのパラメータと最大測定厚さｘとの関係は下記式１で表される。

【0009】

【数1】

【0010】

例えば、λ_０＝１５５０ｎｍ、Δｗ＝４０ｎｍ、Ｎ＝５１２の場合、ｘ＝１５．３８ｍｍとなる。部材がシリコン（Ｓｉ）からなる場合には、測定可能な能な最大厚さｘ_０は、ｘを２ｎ（ｎは屈折率で約３．６５）で除算すればよいので、ｘ_０＝ｘ／２ｎ＝２．１（ｍｍ）となる。つまり、Ｓｉからなる２．１ｍｍよりも厚い部材に対しては、上記特許文献２に記載された技術では厚さを測定することはできず、そのため消耗量を測定することもできない。

【0011】

本発明の目的は、分光方式周波数領域光干渉計を用いて、部材の厚さを直接測定することができない場合でも、部材における消耗量を簡易な構成で測定することが可能な消耗量測定装置及び消耗量測定方法を提供することにある。また、本発明の目的は、消耗量測定装置及び消耗量測定方法を既知の段差部を有する部材の温度の測定に応用した温度測定装置及び温度測定方法を提供することにある。更に、本発明の目的は、消耗量測定装置又は温度測定装置を基板処理装置に適用した基板処理システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するために、請求項１記載の消耗量測定装置は、低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、前記表面は経時的に消耗せず、前記裏面の一部又は全部が経時的に消耗する環境に配置された部材の前記裏面の消耗量を測定する消耗量測定装置であって、前記低コヒーレンス光を出力する光源と、前記低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの反射光の強度分布を検出する分光器と、前記部材の第１の測定点に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に、照射した低コヒーレンス光の前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第１の照射部と、前記部材の第２の測定点に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に、照射した低コヒーレンス光の前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第２の照射部と、前記光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させて前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれへ伝送すると共に、前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれが受光した反射光を前記分光器へ伝送する光伝送部と、前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することにより前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さとの差分を算出する解析部とを備えることを特徴とする。

【0013】

請求項２記載の消耗量測定装置は、請求項１記載の消耗量測定装置において、前記解析部は、前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することにより前記部材内での前記第１の測定点での光路長と前記第２の測定点での光路長との差である光路差を算出する光路差算出部と、前記光路差算出部が算出した光路差と前記部材の屈折率とから前記差分を算出する差分算出部とを備えることを特徴とする。

【0014】

請求項３記載の消耗量測定装置は、請求項１又は２記載の消耗量測定装置において、前記分光器は、前記反射光を波長毎に所定の分散角で分散させる光分散素子と、前記光分散素子により分散された反射光を受光することにより前記反射光の波数に依存する強度分布を検出する受光素子とを有することを特徴とする。

【0015】

請求項４記載の消耗量測定装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の消耗量測定装置において、前記第１の測定点と前記第２の測定点はそれぞれ前記部材において消耗レートの異なる部位に設定され、前記解析部は、前記部材における前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さの差分として前記第１の測定点と前記第２の測定点での相対的な消耗量差を算出することを特徴とする。

【0016】

請求項５記載の消耗量測定装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の消耗量測定装置において、前記第１の測定点は前記部材において経時的に消耗しない部位に設定され、且つ、前記第２の測定点は前記部材において経時的に消耗する部位に設定され、前記解析部は、前記部材における前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さの差分として、前記第２の測定点での消耗量の絶対値を算出することを特徴とする。

【0017】

上記目的を達成するために、請求項６記載の温度測定装置は、低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、その一部に前記表面と前記裏面の間の厚さが異なるように段差部が設けられた部材の温度を測定する温度測定装置であって、前記低コヒーレンス光を出力する光源と、前記低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの反射光の強度分布を検出する分光器と、前記部材の前記段差部における厚さの厚い部分に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第１の照射部と、前記部材の前記段差部における厚さの薄い部分に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第２の照射部と、前記光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させて前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれへ伝送すると共に前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれが受光した反射光を前記分光器へ伝送する光伝送部と、前記段差部の段差と前記部材の温度との関係を示すデータを記憶した記憶部と、前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することによって前記段差に対応する光路長を求め、求めた光路長と前記記憶部に記憶された前記段差と前記部材の温度との関係とに基づき前記部材の温度を算出する解析部とを備えることを特徴とする。

【0018】

請求項７記載の温度測定装置は、請求項６記載の温度測定装置において、前記分光器は、前記反射光を波長毎に所定の分散角で分散させる光分散素子と、前記光分散素子により分散された反射光を受光することにより前記反射光の波数に依存する強度分布を検出する受光素子とを有することを特徴とする。

【0019】

上記目的を達成するために、請求項８記載の消耗量測定方法は、低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、前記表面は経時的に消耗せず、前記裏面の一部又は全部が経時的に消耗する環境に配置された部材の前記裏面の消耗量を測定する消耗量測定方法であって、光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させ、前記２つの経路の一方の経路を伝送される低コヒーレンス光を前記部材の第１の測定点に照射したときの前記部材の前記第１の測定点における表面及び裏面からの反射光を受光すると共に、前記２つの経路の他方の経路を伝送される低コヒーレンス光を前記部材の第２の測定点に照射したときの前記部材の前記第２の測定点における表面及び裏面からの反射光を受光するステップと、前記第１の測定点での反射光と前記第２の測定点での反射光とを合わせた反射光について波数に依存する強度分布を検出するステップと、前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することによって、前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さとの差分を算出するステップとを有することを特徴とする。

【0020】

上記目的を達成するために、請求項９記載の温度測定方法は、低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、その一部に前記表面と前記裏面の間の厚さが異なるように段差部が設けられた部材の温度を測定する温度測定方法であって、前記段差部の段差に対応する低コヒーレンス光の光路差と前記部材の温度との関係を示すデータを取得するステップと、光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させ、前記２つの経路の一方の経路を伝送される低コヒーレンス光を前記段差部における厚さの薄い部分に照射したときの前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光すると共に、前記２つの経路の他方の経路を伝送される低コヒーレンス光を前記段差部における厚さの厚い部分に照射したときの前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光するステップと、前記段差部における厚さの薄い部分での反射光と厚さの厚い部分からの反射光とを合わせた反射光について波数に依存する強度分布を検出するステップと、前記強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換して前記光路差を求めるステップと、前記光路差と前記部材の温度との関係を示す前記データから前記部材の温度を算出するステップとを有することを特徴とする。

【0021】

上記目的を達成するために、請求項１０記載の基板処理システムは、内部に基板を載置する載置台が配置され、前記載置台に載置された基板に対して所定の処理を施すチャンバと、低コヒーレンス光を透過する材料で構成され、互いに平行な表面及び裏面を有し、前記表面は経時的に消耗せず、前記裏面の一部又は全部が経時的に消耗する前記チャンバ内環境に配置された部材とを備える基板処理装置と、前記部材の消耗量を測定する消耗量測定装置とを備える基板処理システムであって、前記消耗量測定装置は、前記低コヒーレンス光を出力する光源と、前記低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの反射光の強度分布を検出する分光器と、前記部材の第１の測定点に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に、照射した低コヒーレンス光の前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第１の照射部と、前記部材の第２の測定点に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に、照射した低コヒーレンス光の前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第２の照射部と、前記光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させて前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれへ伝送すると共に、前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれが受光した反射光を前記分光器へ伝送する光伝送部と、前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することにより前記第１の測定点の厚さと前記第２の測定点の厚さとの差分を算出する解析部とを備えることを特徴とする。

【0022】

請求項１１記載の基板処理システムは、請求項１０記載の基板処理システムにおいて、前記基板処理装置は、前記載置台に載置された基板に対してプラズマエッチング処理を施す装置であり、前記部材は、前記載置台に載置された基板と所定の空間を隔てて対向するように配置される電極板であることを特徴とする。

【0023】

上記目的を達成するために、請求項１２記載の基板処理システムは、内部に基板を載置する載置台が配置され、前記載置台に載置された基板に対して所定の処理を施すチャンバと、低コヒーレンス光を透過する材料で形成されて前記チャンバ内に配置され、互いに平行な表面及び裏面を有し、その一部に前記表面と前記裏面の間の厚さが異なるように段差部が形成された部材とを備える基板処理装置と、前記部材の温度を測定する温度測定装置とを備える基板処理システムであって、前記温度測定装置は、前記低コヒーレンス光を出力する光源と、前記低コヒーレンス光を前記部材に照射したときの反射光の波数に依存する強度分布を検出する分光器と、前記部材の前記段差部における厚さの厚い部分に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第１の照射部と、前記部材の前記段差部における厚さの薄い部分に対して前記低コヒーレンス光を照射すると共に前記部材の表面及び裏面からの反射光を受光する第２の照射部と、前記光源から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させて前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれへ伝送すると共に前記第１の照射部と前記第２の照射部のそれぞれが受光した反射光を前記分光器へ伝送する光伝送部と、前記段差部の段差と前記部材の温度との関係を示すデータを記憶した記憶部と、前記分光器が検出した反射光の強度分布を示すスペクトルをフーリエ変換することによって前記段差に対応する光路長を求め、求めた光路長と前記記憶部に記憶された前記段差と前記部材の温度との関係とに基づき前記部材の温度を算出する解析部とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

本発明に係る消耗量測定装置では、部材に設定した２点の測定点に低コヒーレンス光を照射し、照射位置での部材からの反射光を用いて２点の測定点での部材内での光路差を求めることにより、２点の測定点での厚さの差分（消耗量差）を求める。このとき、２点の測定点のうちの一方を厚さが変化しない位置に設定し、他方の測定点を厚さが経時的に薄くなる位置に設定することにより、他方の測定点の消耗量の絶対値を知ることができる。

【0025】

このような消耗量の測定方法によれば、２点の測定点の少なくとも一方で実際の厚さを測定することができない部材に対して、消耗管理をモニタすることができるようになる。これにより、消耗量の絶対値又は絶対値に応じてプロセス条件を微調整し、プロセスを安定化させることができ、ひいては、基板に対する処理精度を高く維持して、製品品質を高く維持することができるようになる。

【0026】

また、本発明に係る消耗量測定装置は、部材に事前に光路差として測定可能な範囲の段差を有する段差部を設けて事前に部材の温度と段差との関係を示す校正データを求めておき、段差部に２点の測定点を設けて低コヒーレンス光を照射し、段差を光路差として測定して校正データに照らし合わせることにより、部材の温度を測定する温度測定装置として用いることができる。こうして、部材の温度をモニタすることによりプロセス管理を行うことができるため、例えば、部材温度に応じてプロセス条件を微調整する等してプロセスを安定化させることができ、ひいては、基板に対する処理精度を高く維持して、製品品質を高く維持することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の実施の形態に係る消耗量測定装置が適用可能な基板処理装置の概略構成を示す断面図である。

【図2】図１の基板処理装置に設けられる消耗量測定装置の概略構成を示すブロック図である。

【図3】図２の消耗量測定装置で部材（上部電極板）の消耗量を求める計算に用いられる各種の光学パラメータを説明する図である。

【図4】図２の消耗量測定装置が備える分光器が受光した反射光スペクトルをフーリエ変換することによって得られるピーク位置を模式的に示す図である。

【図5】図５（ａ）は、図２の消耗量測定装置による消耗量（絶対値）の測定対象となる部材の形状を模式的に示す図であり、図５（ｂ）は、消耗量測定装置を温度測定装置として用いる場合に測定対象となる部材の形状を模式的に示す図であり、図５（ｃ）は、部材の温度と部材に設けられた段差との関係を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る消耗量測定装置を、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と記す）に対してプラズマエッチング処理を施す基板処理装置に適用した基板処理システムを取り上げることとする。

【0029】

図１は、本発明の実施の形態に係る消耗量測定装置が適用可能な基板処理装置１０の概略構成を示す断面図である。図１に示す基板処理装置１０は、例えば、直径がφ３００ｍｍの半導体デバイス用のウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２（載置台）が配置されている。基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成され、側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置されている。

【0030】

排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１内を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られることによってチャンバ１１内の上部に形成される処理室１５において、後述するようにプラズマを発生させる。排気プレート１４によってチャンバ１１内の下部に形成される排気室（マニホールド）１６には、チャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続されている。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉し又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。

【0031】

排気管１７には、不図示のＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰは、チャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。そして、ＴＭＰは、ＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０^−３Ｐａ（１．０×１０^−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力は、不図示のＡＰＣバルブによって制御される。

【0032】

チャンバ１１内のサセプタ１２には、第１の整合器１９を介して第１の高周波電源１８が接続されると共に、第２の整合器２１を介して第２の高周波電源２０が接続されている。第１の高周波電源１８は、比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。一方、第２の高周波電源２０は、比較的高い周波数、例えば、６０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また、第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。

【0033】

サセプタ１２の上部には、大径の円柱の先端から小径の円柱が同心軸に沿って突出した形状となるように、小径の円柱を囲うように段差が形成されている。小径の円柱の先端には、静電電極板２２を内部に有するセラミックスからなる静電チャック２３が配置されている。静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２３側の面（裏面）に負電位が発生し、静電電極板２２とウエハＷの裏面との間に電位差が生じる。こうして生じた電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２３に吸着保持される。

【0034】

また、サセプタ１２の上部には、静電チャック２３に吸着保持されたウエハＷを囲うように、円環状の部材であるフォーカスリング２５が、サセプタ１２の上部における段差部へ載置されている。フォーカスリング２５は、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる。よって、フォーカスリング２５は半導電体からなるため、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなくフォーカスリング２５上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度をウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるプラズマエッチング処理の均一性を確保する。

【0035】

チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２６が配置される。シャワーヘッド２６は、上部電極板２７と、上部電極板２７を着脱可能に釣支するクーリングプレート２８と、クーリングプレート２８を覆う蓋体２９とを有する。上部電極板２７は厚み方向に貫通する多数のガス孔３０を有する円板状部材からなり、半導電体であるシリコンで構成される。

【0036】

クーリングプレート２８の内部にはバッファ室３１が設けられ、バッファ室３１には処理ガス導入管３２が接続されている。基板処理装置１０では、処理ガス導入管３２からバッファ室３１へ供給された処理ガスがガス孔３０を介して処理室１５内部へ導入される。処理室１５内部へ導入された処理ガスは、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理室１５内部へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力によって励起され、プラズマとなる。プラズマ中のイオンは、第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引きこまれ、ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。

【0037】

このとき、プラズマ中のイオンはフォーカスリング２５の上面や上部電極板２７の下面に到達し、これらの面をスパッタし、その結果、フォーカスリング２５や上部電極板２７が消耗する。このとき、例えば、上部電極板２７の場合には、下面が均一に消耗すればプラズマを均一に発生させることができるが、下面の中心部と外周部とで消耗レートが異なるために消耗量に偏りが生じてしまった場合には、プラズマが均一に生成されずに、ウエハＷに対して不均一な処理が施されてしまうおそれがある。

【0038】

そこで、基板処理装置１０には、上部電極板２７の消耗量を測定するために消耗量測定装置が配置されており、これにより基板処理システムが構成されている。図２は、基板処理装置１０に設けられる消耗量測定装置の概略構成を示すブロック図である。図２では、上部電極板２７の消耗量を測定するための構成を例示している。なお、図２では、上部電極板２７に形成されているガス孔３０の図示を省略している。

【0039】

消耗量測定装置４０は、低コヒーレンス光源４１、分光器４２、２×２カプラ４３、解析装置４４、第１のコリメータ４５及び第２のコリメータ４６（図１参照）を備える。低コヒーレンス光源４１と２×２カプラ４３との間は第１の光ファイバ５１によって接続されており、２×２カプラ４３と第１のコリメータ４５との間は第２の光ファイバ５２によって接続されている。２×２カプラ４３と第２のコリメータ４６との間は第３の光ファイバ５３によって接続されており、分光器４２と２×２カプラ４３との間は第４の光ファイバ５４によって接続されている。

【0040】

低コヒーレンス光源４１としては、例えば、中心波長λ_０が１．５５μｍ又は１．３１μｍ、コヒーレンス長が約５０μｍの低コヒーレンス光を最大出力１．５ｍＷで出力するＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等を用いることができる。

【0041】

２×２カプラ４３と第１〜第４の光ファイバ５１〜５４は、消耗量測定装置４０における光伝送部を構成する。即ち、２×２カプラ４３は、例えば、低コヒーレンス光源４１から出力される低コヒーレンス光を２つの経路に分岐させて、一方を第２の光ファイバ５２を介して第１のコリメータ４５へ伝送すると共に、他方を第３の光ファイバ５３を介して第２のコリメータ４６へ伝送する。

【0042】

また、２×２カプラ４３は、第１のコリメータ４５から上部電極板２７へ照射された低コヒーレンス光の上部電極板２７からの反射光を第２の光ファイバ５２を介して受光すると共に、第２のコリメータ４６から上部電極板２７へ照射された低コヒーレンス光の上部電極板２７からの反射光を第３の光ファイバ５３を介して受光し、受光したこれらの反射光を第４の光ファイバ５４を通して分光器４２へ伝送する。

【0043】

上部電極板２７の上面（表面）に対して低コヒーレンス光を照射する照射部としての第１のコリメータ４５と第２のコリメータ４６は同じ構成を有する。ここでは、第１のコリメータ４５と第２のコリメータ４６をそれぞれ、上部電極板２７の下面（裏面）において消耗レートの異なる部位に対応する位置に配置している。なお、第１のコリメータ４５と第２のコリメータ４６の配設位置は図１の位置に限定されるものではなく、例えば、蓋体２９の上部（外側）から蓋体２９に設けた窓を通して、第１のコリメータ４５と第２のコリメータ４６とから上部電極板２７へ低コヒーレンス光を照射することができる構成としてもよい。

【0044】

第１のコリメータ４５は、上部電極板２７のほぼ中央部の測定点Ｂ１において上部電極板２７の上面に対向するように配置されており、上部電極板２７の上面に向けて平行光線として調整された低コヒーレンス光を照射すると共に、上部電極板２７からの反射光を受光し、受光した反射光を第２の光ファイバ５２を介して２×２カプラ４３へ伝送する。

【0045】

第２のコリメータ４６は、上部電極板２７の外周近傍の測定点Ｂ２において上面に対向するように配置されており、上部電極板２７の上面に向けて平行光線として調整された低コヒーレンス光を照射すると共に、上部電極板２７からの反射光を受光し、受光した反射光を第３の光ファイバ５３を介して２×２カプラ４３へ伝送する。

【0046】

分光器４２は、大略的に、光分散素子と受光素子とで構成される。光分散素子は、第４の光ファイバ５４を通して伝送された反射光を波長（波数）毎に所定の分散角で分散させる。光分散素子には、例えば、回折格子を用いることができる。また、受光素子は、光分散素子により分散された反射光を受光することにより、受光した反射光のスペクトル分布（強度ｖｓ波数）を検出する。受光素子としては、具体的には、複数のＣＣＤ素子が格子状に配置されたものが用いられ、ＣＣＤ素子数がサンプリング数となる。

【0047】

受光素子は、前述の通り、ＣＣＤ素子等の光電変換素子からなるため、分光器４２から解析装置４４へ出力される信号はアナログ電気信号である。そのため、解析装置４４は、分光器４２から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器から受信したスペクトル分布を示すデジタル信号に対してフーリエ変換を行い、後述する光路差を算出し、更に消耗量差Δｔを算出するパーソナルコンピュータ等の演算装置を有する。なお、演算装置は、ＣＰＵが、ＲＯＭやＲＡＭ或いはハードディスクドライブ等に格納された所定のソフトウエア（プログラム）を実行することにより、フーリエ変換等の各種の演算処理を行う。ここでのフーリエ変換とは、波数（又は周波数又は波長）が変数の関数を距離が変数の関数に変換する処理である。

【0048】

図２に示すように、上部電極板２７においてウエハＷと対向する下面は、プラズマによる消耗レートの違いにより、中心部が外周部よりも多く消耗している。このとき、上部電極板２７の下面において第１のコリメータ４５から低コヒーレンス光が照射される測定点Ｂ１では、上部電極板２７の上面と実質的に平行になっているものとみなし、同様に、上部電極板２７の下面において第２のコリメータ４６から低コヒーレンス光が照射される測定点Ｂ２でも、上部電極板２７の上面と実質的に平行になっているものとみなす。

【0049】

上部電極板２７の測定点Ｂ１での厚さｔ_１と測定点Ｂ２の厚さｔ_２との差が消耗量差Δｔであり、この消耗量差Δｔを求めるパラメータとしては、
Ｌ_１：２×２カプラ４３から第１のコリメータ４５の先端までの距離、
Ｌ_２：２×２カプラ４３から第２のコリメータ４６の先端までの距離、
ｄ_１：第１のコリメータ４５の先端から上部電極板２７の測定点Ｂ１での上面（第１の測定対象表面）までの距離、
ｄ_２：第２のコリメータ４６の先端から上部電極板２７の測定点Ｂ２での上面（第２の測定対象表面）までの距離、
ｔ_１：上部電極板２７の測定点Ｂ１での厚さ、
ｔ_２：上部電極板２７の測定点Ｂ２での厚さ、が挙げられる。

【0050】

図３は、消耗量測定装置４０で上部電極板２７の消耗量差Δｔを求める計算に用いられる各種の光学パラメータを説明する図である。図３に示す光学パラメータは、
ｎ_ｓ：波長λにおける上部電極板２７の屈折率（Ｓｉの屈折率）、
ｎ_ｆ：波長λにおける第２，第３の光ファイバ５２，５３のコアの屈折率、
ｔ_ｆ：雰囲気から第２，第３の光ファイバ５２，５３への振幅透過率、
ｔ_ｆ’：第２，第３の光ファイバ５２，５３から雰囲気への振幅透過率、
ｔ_ｓ：雰囲気から上部電極板２７への振幅透過率、
ｔ_ｓ’：上部電極板２７から雰囲気への振幅透過率、
ｒ_ｓ：雰囲気から上部電極板２７へ光が入射したときの振幅反射率、
ｒ_ｓ’：上部電極板２７から雰囲気へ光が入射したときの振幅反射率、であり、ここでの雰囲気とは、第１，第２のコリメータ４５，４６が配置されているガス雰囲気や真空雰囲気を指す。

【0051】

２×２カプラ４３において低コヒーレンス光を２分岐／合成するため、上部電極板２７で反射されて戻ってきた反射光の２×２カプラ４３での干渉を考える。２×２カプラ４３から第１のコリメータ４５へ至る光路での低コヒーレンス光の電界Ｅ_１、２×２カプラ４３から第２のコリメータ４６へ至る光路での低コヒーレンス光の電界Ｅ_２はそれぞれ、下記式２，３で表される。なお、下記式２，３の“Ａ_１”，“Ａ_２”はそれぞれ、２×２カプラ４３で分岐された時点での各低コヒーレンス光の電界の振幅であり、“ｋ_０”は、低コヒーレンス光の波数（＝２π／λ_０）である。

【0052】

【数2】

【0053】

光の干渉は、下記式４で表される。そして、下記式４に示される各項は下記式５乃至７で表される。

【0054】

【数3】

【0055】

上記式４で示される信号に対してフーリエ変換を施すと、下記式８乃至１４が得られる。なお、下記式８乃至１４の後ろに示すＰ１〜Ｐ７は、図４に示す各ピークに対応している。図４は、下記式８乃至１４のピーク位置を模式的に示す図であり、分光器４２での測定可能な厚さの範囲が「検出可能範囲」として示されている。即ち、従来技術として既に説明した通り、中心波長をλ_０、波長帯域をΔｗ、検出素子数（ＣＣＤ素子数）をＮとしたとき、これらのパラメータと最大測定厚さｘとの関係は上記式１で表され、低コヒーレンス光源４１及び分光器４２の上記仕様では、シリコンからなる部材では厚さが約２ｍｍを超えるものの厚さを直接測定することはできない。したがって、上部電極板２７の初期厚さが、例えば１０ｍｍである場合には、上部電極板２７の厚さを直接求めることはできない。

【0056】

【数4】

【0057】

しかしながら、上部電極板２７の消耗分布がプラズマエッチングプロセスに影響を与えるために、上部電極板２７の交換時期を知りたいような場合には、上部電極板２７の厚さを直接測定しなくとも、２点の測定点Ｂ１，Ｂ２の消耗量差を示す上記式１１，１４（ピークＰ４，Ｐ７）の動きにのみ着目すればよい。

【0058】

上記式１１，１４に示されるように、上記式１４は、上記式１１に２点の測定点Ｂ１，Ｂ２の厚さの差分、つまり、消耗量差Δｔを示す“ｔ_１−ｔ_２（＝Δｔ）”の項を加えた式となっている。２点の測定点Ｂ１，Ｂ２の厚さに差がない（ｔ_１−ｔ_２＝Δｔ＝０）場合には、上記式１４は上記式１１と同じとなって、ピークＰ４，Ｐ７が重なって現れることとなる。“ｔ_１−ｔ_２＞０”の場合には、ピークＰ７はピークＰ４の右側（ｘが大きい側）に現れ、“ｔ_１−ｔ_２＜０”の場合には、ピークＰ７はピークＰ４の左側（ｘが小さい側）に現れることとなる。

【0059】

よって、ピークＰ４，Ｐ７が分光器４２の検出可能範囲内に収まるように消耗量測定装置４０の光学系を設定することにより、測定点Ｂ１，Ｂ２間の消耗量差Δｔを測定することができる。なお、上記式１４に示される通り、測定点Ｂ１，Ｂ２間の消耗量差Δｔは、ピークＰ４，Ｐ７間の距離“２ｎ_ｓ（ｔ_１−ｔ_２）”を２ｎ_ｓで除算した値となる。

【0060】

特に、２×２カプラ４３から第１，第２のコリメータ４５，４６までのそれぞれの長さの差（Ｌ_１−Ｌ_２）と、第１，第２のコリメータ４５，４６から上部電極板２７の上面までの距離の差（ｄ１−ｄ２）とがゼロ（０）となるように調整しておけば、上記式１４はｘ＝０からのシフト量を示すこととなる。よって、このシフト量が予め定められた値に達したときに、上部電極板２７を交換するようにすればよい。

【0061】

図５（ａ）は、消耗量測定装置４０による消耗量（絶対値）の測定対象となる部材の形状を模式的に示す図である。低コヒーレンス光を照射する一方の測定点Ｂ１１を部材６１において経時的に消耗する部位に設定し、他方の測定点Ｂ１２を部材６１において経時的に消耗しない部位に設定する。

【0062】

部材６１は、元々は、厚さがｔ_２で一定（表裏の各面が平行）である板状の部材である。部材６１の測定点Ｂ１１で消耗が進み、厚さがｔ_１となっても、測定点Ｂ１２での厚さはｔ_２のままである。このとき、上記式１１，１４（ピークＰ４，Ｐ７の相対位置）により求められる“２ｎ_ｓ（ｔ_１−ｔ_２）”は、測定点Ｂ１１と測定点Ｂ１２における部材６１内の低コヒーレンス光の光路差を示す。このとき、測定点Ｂ１２では消耗は生じていないため、消耗量差Δｔ（＝ｔ_１−ｔ_２）の絶対値は、測定点Ｂ１１での消耗量の絶対値を示すものとなる。

【0063】

よって、例えば、プラズマプロセスにおいて、２点の消耗量差よりも特定の部位の消耗量（絶対値）がプロセス上の問題となる場合等には、このような測定方法を用い、消耗量（絶対値）が予め定められた値に達したときに、部材６１を交換するようにすればよい。

【0064】

図５（ｂ）は、消耗量測定装置４０を温度測定装置として用いる場合に測定対象となる部材の形状を模式的に示す図である。部材７１は、例えば、元々は厚さがｔ_１で一定（表裏の各面が平行）である板状の部材であるが、部材７１の温度を測定するために、一部に厚さがｔ_２となる段差部が形成されている。

【0065】

部材７１に形成された段差部は、経時的に消耗しないことを前提とする。そして、低コヒーレンス光を照射する測定点Ｂ２１，Ｂ２２を、部材７１の段差部の厚さの異なる位置に設定する。この場合に、上記式１４のパラメータと対応させるために、部材７１における測定点Ｂ２１での厚さをｔ_１、測定点Ｂ２２での厚さをｔ_２とする。

【0066】

一方、部材７１の段差部における段差Δｔ（＝ｔ_１−ｔ_２）は、部材７１を形成する材料の熱膨張率に依存して温度によって変化する。そこで、黒体炉等を用いて事前に部材７１の温度と段差Δｔに対応する光路差２ｎ_ｓΔｔとの関係（校正データ）を求めておいて、解析装置４４が備えるＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ或いはハードディスクドライブ等の記憶媒体に記憶させておく。図５（ｃ）は、部材７１の温度と段差Δｔに対応する光路差２ｎ_ｓΔｔとの関係を模式的に示す図である。

【0067】

すると、消耗量測定装置４０を用いて測定点Ｂ２１，Ｂ２２において、上記式１１，１４（ピークＰ４，Ｐ７の相対位置）により求められる光路差“２ｎ_ｓ（ｔ_１−ｔ_２）”は、段差Δｔ（＝ｔ_１−ｔ_２）に対応する光路長の差を求めていることになる。よって、求めた光路差２ｎ_ｓ（ｔ_１−ｔ_２）＝２ｎ_ｓΔｔを記憶媒体に記憶されている図５（ｃ）の校正データと照合することにより、部材７１の温度を求めることができる。なお、黒体炉等を用いて事前に作成した部材７１の温度と段差Δｔとの関係を示す校正データと、消耗量測定装置４０を用いて測定した光路差２ｎ_ｓ（ｔ_１−ｔ_２）と部材７１の屈折率ｎ_ｓの値とから算出した段差Δｔとから、部材７１の温度を求めるようにしてもよい。

【0068】

上記説明の通り、消耗量測定装置４０によれば、チャンバ１１内の部材に対して設定された２点の測定点に低コヒーレンス光を照射し、照射位置での部材からの反射光を用いて２点の測定点での部材内での光路差を求める。これにより、２点の測定点での厚さの差分（消耗量差）を求めることができる。また、このとき、部材に対して設定する２点の測定点のうちの一方を厚さが変化しない位置に設定し、他方の測定点を厚さが消耗等により薄くなる位置に設定することにより、他方の測定点の消耗量の絶対値を知ることができる。

【0069】

このような消耗量測定方法を用いれば、２点の測定点での実際の厚さを測定することができない厚さを有する部材に対する消耗管理をモニタすることができるため、消耗量の絶対値又は絶対値に応じてプロセス条件を微調整し、プロセスを安定化させることができ、ひいては、ウエハＷに対する処理精度を高く維持して、製品品質を高く維持することができるようになる。また、適切なタイミングで部材の交換を行うことができるため、従来のように定期的にチャンバ１１から部材を取り出して消耗量を測定する作業が不要になるため、作業負荷を軽減することができ、基板処理装置１０の稼働率を高めることもできる。

【0070】

更に、消耗量測定装置４０は、測定対象となる部材に事前に光路差として測定可能な範囲の段差を有する段差部を設けておくと共に、別途、部材の温度と段差との関係を求めておき、この段差部に２点の測定点を設けて段差を光路差として測定することにより、部材の温度を測定する温度測定装置として用いることができる。これにより、部材の温度をモニタすることによりプロセス管理を行い、部材温度に応じてプロセス条件を微調整し、プロセスを安定化させることができ、ひいては、ウエハＷに対する処理精度を高く維持して、製品品質を高く維持することができるようになる。

【0071】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、消耗量測定装置４０を用いて上部電極板２７における消耗量差を測定したが、測定対象物は、上部電極板２７に限定されるものではなく、低コヒーレンス光を透過する材料で構成された部材であれば，本発明を適用することができ、例えば、フォーカスリング２５における内周側と外周側との消耗量差を検出することもできる。

【0072】

また、上述した本発明の実施の形態に係る消耗量測定装置や温度測定装置は、プラズマエッチングを行う基板処理装置に限定されず、その他の真空プロセスを行う基板処理装置に適用することができる。また、基板処理装置で処理される基板もウエハＷに限定されるものではなく、例えば、ＦＰＤ（Flat Panel Display）用ガラス基板やフォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等のウエハＷ以外の基板であってもよい。

【符号の説明】

【0073】

１０ 基板処理装置
２５ フォーカスリング
２７ 上部電極板
４０ 消耗量測定装置
４１ 低コヒーレンス光源
４２ 分光器
４３ ２×２カプラ
４４ 解析装置
４５ 第１のコリメータ
４６ 第２のコリメータ
５２ 第２の光ファイバ
５３ 第３の光ファイバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】