JP5551420B2

JP5551420B2 - 基板処理装置及びその電極間距離の測定方法並びにプログラムを記憶する記憶媒体

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Publication number: JP5551420B2
Application number: JP2009276239A
Authority: JP
Inventors: 宏辻本; 真小林; 純田村; 暢弘和田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: US20110132873A1; US8383000B2; JP2011119499A

Description

本発明は，対向配置された電極間にプラズマを生成して基板に対してプラズマ処理を行う基板処理装置及びその電極間距離の測定方法並びにプログラムを記憶する記憶媒体に関する。

半導体デバイスを製造するプラズマ処理装置などの基板処理装置としては，その処理室内に例えば半導体ウエハや液晶基板などの基板を載置する下部電極とこれに対向して配置した上部電極を備える，所謂平行平板型のものが多く用いられている。このようなプラズマ処理装置では，下部電極上に基板を載置して処理室内に所定の処理ガスを導入し，電極間にプラズマを発生させることで，基板に対してエッチングや成膜などのプラズマ処理を施すようになっている。

このような平行平板型のプラズマ処理装置では，電極間にプラズマを生成するので，上部電極の電極板の表面がプラズマに晒されて消耗して電極間距離が変動する（例えば特許文献１参照）。電極間距離が変動が大きくなると，基板の処理特性に影響を与えるため，一定のタイミングで上部電極の電極板を交換する必要がある。

このため，従来はプラズマ処理装置の使用状況の累積値や多変量解析によって電極板などの消耗部品の消耗量を予測していた（例えば特許文献２参照）。例えばプラズマ処理装置の使用状況から予測する場合には，電極板に印加する高周波電力の放電時間（ＲＦ放電時間）を測定することによって消耗部品の消耗量を予測し，このＲＦ放電時間が所定の閾値を超えると，自動的にアラームを発生させたり，消耗部品の交換指示を出したりすることにより消耗部品を管理するようにしていた。

特開２００３−３３２３１４号公報特開２００４−３３５８４１号公報

しかしながら，近年ではプラズマ処理を実行する際の処理条件の多様化が進み，処理室内の使用環境も複雑に変化するようになってきているので，上部電極の電極板の消耗量を正確に予測するのは難しくなってきている。また，基板上に形成される素子の微細化の要求も益々厳しくなっており，電極間距離の僅かな変動も無視できなくなってきている。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，電極間距離を正確に測定することができる基板処理装置等を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置における電極間距離測定方法であって，前記基板処理装置は，前記下部電極から突没自在に設けられ，前記下部電極から前記基板を持ち上げて脱離させるリフトピンと，前記リフトピンを昇降させるリフタとを備え，前記下部電極に前記基板が載置されていない状態で，前記リフタを駆動して前記リフトピンを上昇させて，前記上部電極に接触させることで前記リフタの移動距離から前記上部電極と前記下部電極との電極間距離を測定することを特徴とする電極間隔測定方法が提供される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって，前記下部電極から突没自在に設けられ，前記下部電極上に載置された前記基板を持ち上げて脱離させるリフトピンと，前記リフトピンを昇降させるリフタと，前記下部電極に前記基板が載置されていない状態で，前記リフタを駆動して前記リフトピンを上昇させて，前記上部電極に接触させることで前記リフタの移動距離から前記上部電極と前記下部電極との電極間距離を測定する制御部と，を備えることを特徴とする基板処理装置が提供される。

このような本発明によれば，上部電極までリフトピンを上昇させることで電極間距離を直接測定することができるので，電極間距離を正確に測定できる。また，電極間距離を測定する機構を別途設ける必要がないので，装置構造を複雑化することなく，コストも低減できる。上部電極の電極板の消耗量も確実に検出できるので，より適切な交換時期を知らせることができる。

また，上記基板処理装置は，前記上部電極を昇降させる駆動機構を備え，前記電極間距離の測定値に基づいて，前記電極間隔が予め記憶部に記憶された設定値になるように前記駆動機構を制御して前記上部電極の位置を補正するようにしてもよい。この場合，前記電極間距離を測定する際，前記上部電極を所定位置まで下降させてから前記リフトピンを上昇させて前記電極間距離を測定し，その後，前記上部電極を元の位置まで戻して前記上部電極の位置を補正するようにしてもよい。

また，上記電極間距離の測定値から前記電極間距離の設定値に対する変動量を求め，その変動量が許容値以内であるか否かを判断し，前記電極間距離の変動量が前記許容値以内の場合にのみ前記上部電極の位置を補正するようにしてもよい。さらに，上記電極間距離の測定値から前記電極間距離の設定値に対する変動量を求め，その変動量が許容値以内であるか否かを判断し，前記電極間距離の変動量が前記許容値を超える場合には報知処理を行うようにしてもよい。これによれば，電極間距離の変動量が許容値以内に収まるうちは上部電極位置を補正し，許容値を超えるほど電極板が消耗した場合には交換を促すことができる。

また，上記基板処理装置は，前記リフタの状態を検出するリフタセンサを設け，前記電極間距離の測定の際に，前記リフトピンの上昇開始から前記リフタセンサの出力を監視し，前記リフタセンサの出力の変化に基づいて前記リフトピンが前記上部電極に接触時点を判定する工程を有し，前記リフトピンの上昇開始から判定された接触時点までの時間に基づいて前記リフタの移動距離を測定するようにしてもよい。これによれば，基板が上部電極に接触するとリフタが動かなくなることを利用することで，容易に接触時点を判定できる。

この場合，前記リフタは，前記リフトピンを支持するベースと，前記ベースを昇降させるモータとを備え，前記リフタセンサは，前記モータの負荷トルクを検出するトルクセンサで構成することができる。これによれば，前記判定工程では，前記リフトピンの上昇開始から前記トルクセンサの出力を監視し，前記リフトピンが上昇してから前記モータのトルクが急上昇した時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定できる。

上記リフタセンサは，前記モータの駆動振動を検出する振動センサで構成してもよい。これによれば，前記判定工程は，前記リフトピンの上昇開始から前記振動センサの出力を監視し，前記モータの駆動振動が検出された時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定することができる。

また，上記リフタセンサは，前記モータの駆動音を検出する音センサで構成してもよい。これによれば，前記判定工程は，前記リフトピンの上昇開始から前記音センサの出力を監視し，前記モータの駆動音が検出された時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定することができる。

また，上記リフタセンサは，前記モータの温度を検出する温度センサで構成してもよい。これによれば，前記判定工程は，前記リフトピンの上昇開始から前記温度センサの出力を監視し，前記モータの温度に所定以上の温度上昇があった時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定することができる。

また，上記リフタセンサは，前記ベースの位置を検出する位置センサで構成してもよい。これによれば，前記判定工程は，前記リフトピンの上昇開始から前記位置センサの出力を監視し，前記ベースの位置が所定の上昇位置まで到達した時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定することができる。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，上記電極間距離測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供される。

本発明によれば，リフタを利用して電極間距離を直接測定することで，複雑な構成を追加することなく，電極間距離を従来以上に正確に測定できる。

本発明の実施形態にかかる基板処理装置の構成例を示す断面図である。同実施形態における電極間距離の測定原理を説明するための図であって，電極板消耗前の場合である。同実施形態における電極間距離の測定原理を説明するための図であって，電極板消耗後の場合である。図１に示すリフタセンサをトルクセンサで構成した場合の具体例を示す図である。電極間距離を測定する際におけるトルクの変化を示す図である。図１に示すリフタセンサをモータセンサで構成した場合の具体例を示す図である。図１に示すリフタセンサを位置センサで構成した場合の具体例を示す図である。同実施形態における電極間距離の測定処理の具体例を示すフローチャートである。同実施形態における電極間距離の測定処理での作用説明図である。図８Ａに続く作用説明図である。図８Ｂに続く作用説明図である。同実施形態における電極間距離の測定処理の具体例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の実施形態にかかる基板処理装置の一例として，平行平板型の基板処理装置１００の概略構成を図１に示す。基板処理装置１００は，例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形された処理室（チャンバ）１０２を有しており，この処理室１０２は接地されている。

処理室１０２内には，処理ガスやパージガスなどを導入するシャワーヘッドを構成する上部電極１２０と，この上部電極１２０に対向して配設され，ウエハＷを載置する載置台３００を構成する下部電極（サセプタ）３１０とを備える。

本実施形態にかかる上部電極１２０は上部電極駆動機構２００によって一方向例えば上下方向に駆動可能に構成されている。これにより，下部電極３１０と上部電極１２０との間隔は，調節可能となる。なお，上部電極駆動機構２００についての詳細は後述する。

上部電極１２０は，処理室１０２の上部内壁にベローズ１２２を介して支持されている。ベローズ１２２は処理室１０２の上部内壁に環状の上部フランジ１２２ａを介してボルトなどの固定手段により取付けられるとともに，上部電極１２０の上面に環状の上部フランジ１２２ｂを介してボルトなどの固定手段により取付けられる。

上部電極１２０は，下部電極３１０との対向面を構成し多数の吐出孔１２３を有する電極板１２４と，この電極板１２４を支持する電極支持体１２５とによって構成されている。電極板１２４は例えば石英から成り，電極支持体１２５は例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの導電性材料から成る。

上部電極１２０における電極支持体１２５には，ガス導入口１２６が設けられている。このガス導入口１２６には，ガス供給管１２７が接続されている。さらにこのガス供給管１２７には，バルブ１２８およびマスフローコントローラ１２９を介して，処理ガス供給部１３０が接続されている。

この処理ガス供給部１３０から，例えばプラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお，図１には，ガス供給管１２７，バルブ１２８，マスフローコントローラ１２９，および処理ガス供給部１３０等から成る処理ガス供給系を１つのみ示しているが，基板処理装置１００は，複数の処理ガス供給系を備えている。例えば，ＣＨＦ_３，Ａｒ，Ｈｅ等の処理ガスが，それぞれ独立に流量制御され，処理室１０２内に供給される。

次に，上部電極駆動機構２００の詳細について説明する。この上部電極駆動機構２００は，上部電極１２０を処理室１０２に対して摺動自在に支持する略円筒状の摺動支持部材２０４を有する。摺動支持部材２０４は上部電極１２０の上部略中央にボルトなどで取付けられている。

摺動支持部材２０４は，処理室１０２の上壁の略中央に形成された孔１０２ａを出入自在に配設される。具体的には摺動支持部材２０４の外周面はスライド機構２１０を介して処理室１０２の孔１０２ａの縁部に摺動自在に支持されている。

スライド機構２１０は例えば処理室１０２の上部に断面Ｌ字状の固定部材２１４を介して固定部材２１４の鉛直部に固定された案内部材２１６と，この案内部材２１６に摺動自在に支持され，摺動支持部材２０４の外周面に一方向（本実施形態では上下方向）に形成されたレール部２１２とを有する。

スライド機構２１０の案内部材２１６を固定する固定部材２１４は，その水平部が環状の水平調整板２１８を介して処理室１０２の上部に固定される。この水平調整板２１８は上部電極１２０を水平位置を調整するためのものである。水平調整板２１８は例えば水平調整板２１８を周方向に等間隔で配置した複数のボルトなどにより処理室１０２に固定し，これらのボルトの突出量により水平調整板２１８の水平方向に対する傾き量を変えられるように構成するようにしてもよい。この水平調整板２１８が水平方向に対する傾きを調整することにより，上記スライド機構２１０の案内部材２１６が鉛直方向に対する傾きが調整されるので，案内部材２１６を介して支持される上部電極１２０の水平方向の傾きを調整することができる。これにより，上部電極１２０を簡単な操作で常に水平位置に保つことができる。

処理室１０２の上側には，上部電極１２０を駆動するための空気圧シリンダ２２０が筒体２０１を介して取付けられている。すなわち，筒体２０１の下端は処理室１０２の孔１０２ａを覆うようにボルトなどで気密に取付けられており，筒体２０１の上端は空気圧シリンダ２２０の下端に気密に取付けられている。

上記空気圧シリンダ２２０は一方向に駆動可能なロッド２０２を有しており，このロッド２０２の下端は，摺動支持部材２０４の上部略中央にボルトなどで連設されている。これにより，空気圧シリンダ２２０のロッド２０２が駆動されることにより，上部電極１２０は摺動支持部材２０４によりスライド機構に沿って一方向に駆動する。ロッド２０２は円筒状に構成し，ロッド２０２の内部空間が摺動支持部材２０４の略中央に形成された中央孔と連通して大気開放されるようになっている。これにより，例えば接地配線などの各配線（図１では省略）は，ロッド２０２の内部空間から摺動支持部材２０４の中央孔を介して上部電極１２０に接続することができる。

また，空気圧シリンダ２２０の側部には上部電極１２０の位置を検出する位置検出手段として例えばリニアエンコーダ２０５が設けられている。一方，空気圧シリンダ２２０のロッド２０２の上端にはロッド２０２から側方に延出する延出部２０７ａを有する上端部材２０７が設けられており，この上端部材２０７の延出部２０７ａにリニアエンコーダ２０５の検出部２０５ａが当接している。上端部材２０７は上部電極１２０の動きに連動するため，リニアエンコーダ２０５により上部電極１２０の位置を検出することができる。

空気圧シリンダ２２０は，筒状のシリンダ本体２２２を上部支持板２２４と下部支持板２２６とで挟んで構成されている。ロッド２０２の外周面には空気圧シリンダ２２０内を上部空間２３２と下部空間２３４に区画する環状の区画部材２０８が設けられている。

空気圧シリンダ２２０の上部空間２３２には図示しない上部ポートから圧縮空気が導入されるようになっている。また空気圧シリンダ２２０の下部空間２３４には図示しない下部ポートから圧縮空気が導入されるようになっている。上部空間２３２，下部空間２３４へそれぞれ導入する空気量を制御することにより，ロッド２０２を一方向（ここでは上下方向）へ駆動制御することができる。この空気圧シリンダ２２０へ導入する空気量は空気圧シリンダ２２０の近傍に設けられた空気圧回路２４０により制御される。

下部電極３１０は，例えばアルミニウムからなり，絶縁性の筒状保持部３２０を介して処理室１０２の底部に設けられる。なお，下部電極３１０は，ウエハＷの外径に合わせて円柱状に形成される。

下部電極３１０の上面には，直流電圧を印加して発生した静電吸着力で下部電極３１０に載置されたウエハを保持する静電チャック３１２が設けられている。具体的には静電チャック３１２は，例えば２枚の高分子ポリイミドフィルム間やセラミック間に銅箔などの導電膜からなる静電チャック電極３１４を絶縁状態で挟み込んで構成される。

静電チャック電極３１４には電圧の出力を正電圧，負電圧，グランド（接地）に切換え可能な直流電源回路３１６が接続されている。直流電源回路３１６はさらに，正電圧，負電圧の電圧レベルを調整可能に構成されている。このような直流電源回路３１６から静電チャック電極３１４に高電圧を印加することによって，静電チャック３１２の上面にウエハＷをクーロン力により吸着保持することができる。

下部電極３１０には，ウエハＷをリフトピン（リフタピン，支持ピン）３３２で持ち上げて静電チャック３１２の上面から脱離させるリフタ３３０を備える。リフタ３３０は，複数（例えば３本）のリフトピン３３２を起立した状態で支持するベース３３４と，ベース３３４に取り付けたボールネジなどのロッド３３６を昇降させるモータ３３８とで構成される。このようなモータ３３８としては例えばＤＣモータやステッピングモータを用いることができる。また，なお，リフタ３３０の昇降機構はこれに限られるものではなく，リフタ３３０を例えばリニアモータで昇降させるように構成してもよい。

リフトピン３３２は，下部電極３１０の下方から鉛直上方に延びて静電チャック３１２の上面から突没自在に設けられる。具体的には各リフトピン３３２は，下部電極３１０と静電チャック３１２とを貫通して形成される孔部にそれぞれ挿入され，ベース３３４の昇降動作に応じて静電チャック３１２の上面から突没するようになっている。ベース３３４は例えば円板状又は環状に形成され，その上部にリフトピン３３２が等間隔に並ぶように取り付けられる。なお，これらリフトピン３３２の数は３本に限られるものではない。

このように構成されたリフタ３３０によれば，リフトピン３３２をベース３３４で一斉に上昇させることでウエハＷを静電チャック３１２から平行に持ち上げて静電チャック３１２から脱離させることができる。このようなリフタ３３０の動作についての詳細は後述する。

なお，図示はしないが，載置台３００には，ヒータや冷媒流路などの温度調整機構，静電チャック３１２の上面とウエハＷの裏面との間に熱伝達促進用の伝達ガス（Ｈｅガスなど）を供給する伝熱ガス供給機構等，必要に応じて様々な機能を設けることができる。また，筒状保持部３２０の上面には，ウエハＷを環状に囲む例えば石英やシリコンからなる図示しないフォーカスリングを配置してもよい。

下部電極３１０には，２周波重畳電力を供給する電力供給装置３４０が接続されている。電力供給装置３４０は，第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）を供給する第１高周波電力供給機構３４２と，第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電力供給機構３５２から構成されている。

第１高周波電力供給機構３４２は，下部電極３１０側から順次接続される第１フィルタ３４４，第１整合器３４６，第１電源３４８を有している。第１フィルタ３４４は，第２周波数の電力成分が第１整合器３４６側に侵入することを防止する。第１整合器３４６は，第１高周波電力成分をマッチングさせる。

第２高周波電力供給機構３５２は，下部電極３１０側から順次接続される第２フィルタ３５４，第２整合器３５６，第２電源３５８を有している。第２フィルタ３５４は，第１周波数の電力成分が第２整合器３５６側に侵入することを防止する。第２整合器３５６は，第２高周波電力成分をマッチングさせる。

処理室１０２の側壁には基板搬入出口１０４を開閉するためのゲートバルブ１０６が設けられている。また，処理室１０２の側壁の下方には排気口が設けられ，排気口には排気管１０８を介して真空ポンプ（図示せず）を含む排気部１０９が接続される。この排気部１０９により処理室１０２の室内を排気することによって，プラズマ処理中に処理室１０２内を所定の真空雰囲気に維持することができる。

基板処理装置１００には，制御部（全体制御装置）４００が接続されており，この制御部４００によって基板処理装置１００の各部が制御されるようになっている。また，制御部４００には，オペレータが基板処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや，基板処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部４１０が接続されている。

さらに，制御部４００には，基板処理装置１００で実行される各種処理（ウエハＷの処理，後述する電極間距離の測定処理を含む）を制御部４００の制御にて実現するためのプログラムや，プログラムを実行するために必要な処理条件（レシピ）などが記憶された記憶部４２０が接続されている。

なお，これらのプログラムや処理条件はハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく，またＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部４２０の所定位置にセットするようになっていてもよい。

制御部４００は，操作部４１０からの指示等に基づいて所望のプログラム，処理条件を記憶部４２０から読み出して各部を制御することで，基板処理装置１００での所望の処理を実行する。また，操作部４１０からの操作により処理条件を編集できるようになっている。

このような構成の基板処理装置１００では，ウエハ処理として例えばエッチング処理を実行する場合，図示しない搬送アームなどによりウエハＷを処理室１０２内へ搬入し，載置台を兼ねる下部電極３１０上に載置させて，静電チャック３１２によりウエハＷを静電吸着する。そして，処理ガス供給部１３０により処理室１０２内に所定の処理ガスを導入し，排気部１０９により処理室１０２内を排気することにより，処理室１０２内を所定の真空圧力に減圧する。

この状態で，下部電極３１０に，第１電源３４８から第１高周波として１０ＭＨｚ以上，例えば１００ＭＨｚを供給し，第２電源３５８から第２高周波として２ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ未満，例えば３ＭＨｚの第２の高周波電力を供給する。これにより，第１高周波の働きで下部電極３１０と上部電極１２０との間に処理ガスのプラズマが発生する。また第２高周波の働きで下部電極３１０にセルフバイアス電位が発生する。これにより，ウエハＷに対して例えば反応性イオンエッチング等のプラズマ処理を実行できる。このように，下部電極３１０に第１高周波および第２高周波を供給してこれらを重畳させることにより，プラズマを適切に制御して良好なプラズマ処理を行うことができる。

プラズマ処理が終了すると，静電チャック３１２の印加電圧をオフにして，リフタ３３０を駆動してリフトピン３３２でウエハＷを押し上げて静電チャック３１２から脱離する。そして，図示しない搬送アームなどでウエハＷを処理室１０２から搬出する。

本実施形態では，このようなウエハＷのプラズマ処理を行う前に，上部電極１２０を予め設定された位置に調整することで，処理条件（レシピ）によって予め設定された電極間距離を調整するようになっている。

ところが，ウエハＷの処理の繰り返しによって上部電極１２０の電極板１２４が消耗して厚みが薄くなるので，その分だけ電極間距離が変動してしまう。電極間距離の変動の大きさによっては，ウエハＷの処理に無視できない影響を与える虞がある。この点，ウエハＷの処理時間の積算値などに基づいて上部電極１２０の電極板１２４の消耗を予測するものもあるが，近年ではウエハＷの処理が複雑化していて消耗予測も難しくなっている。

そこで，本実施形態では，リフタ３３０を利用して電極間距離の変動を測定する。これによれば，電極間距離を直接測定できるので，正確に測定できる。また，電極間距離を測定する機構を別途設ける必要がないので，装置構造を複雑化することなく，コストも低減できる。

ここで，リフタ３３０を利用した電極間距離の測定原理を図面を参照しながら説明する。図２Ａ，図２Ｂは電極間距離の測定原理を説明するための図である。なお，図２Ａ，図２Ｂは，図１に示す構成の一部を取り出して簡略化して示したものである。

図２Ａに示すように，下部電極３１０上にウエハＷがないときに，リフトピン３３２を上部電極１２０に接触するまで上昇させる。これにより，リフトピン３３２の先端が静電チャック３１２の表面から上部電極１２０に接触するまでの移動距離が電極間距離Ｌとなる。このように，リフトピン３３２の移動距離（リフタ３３０の移動距離）を求めることで，電極間距離Ｌを直接測定することができる。そして，図２Ｂに示すように，上部電極１２０の電極板１２４の下面がプラズマに晒されて削れて消耗すると，リフトピン３３２の先端が上部電極１２０に接触する位置もずれて電極間距離がＬ’に変化する。これによって，下記（１）式により上部電極１２０の電極板１２４の消耗量ΔＬを容易に算出できる。

ΔＬ＝Ｌ’−Ｌ・・・（１）

上述したリフトピン３３２の移動距離（リフタ３３０の移動距離）は，例えばリフトピン３３２の上昇開始からその先端が上部電極１２０に接触するまでの時間に基づいて求めることができる。具体的にはリフタ３３０の駆動時間とその移動距離との関係を予め求めておけば，リフタ３３０の駆動時間をその移動距離に容易に変換できる。

この場合のリフタ３３０の移動距離は，リフトピン３３２の位置情報（ベース３３４の位置情報）から求めることができ，この位置情報は例えばモータ３３８がエンコーダ付のＤＣモータであればそのエンコーダ出力によって求めることができる。またモータ３３８がステッピングモータであればそのステップ数によって求めることができる。

なお，リフタ３３０の上昇速度を一定にすれば，リフタ３３０の上昇時間はその移動距離に比例するので計算も簡単になる。但し，リフタ３３０の上昇速度は必ずしも一定に限られるものではない。例えば，リフトピン３３２の上昇開始から速度を上げて，上部電極１２０に近づくと減速させて，上部電極１２０に接触する直前から接触するまでは速度を一定にさせるようにしてもよい。

ここで，リフトピン３３２の上昇開始から上部電極１２０に接触した時点を検出する方法について詳細に説明する。リフトピン３３２の先端が上部電極１２０の電極板１２４の下面に接触するとそれ以上に上昇できないため，リフタ３３０はそのまま動かなくなる。

そこで，本実施形態では図１に示すように，リフタ３３０の状態（モータの負荷（トルクなど），モータの駆動振動，モータの駆動音，モータの温度など）を検出するリフタセンサ３６０を設ける。そして，このリフタセンサ３６０の出力に基づいて，リフタ３３０の駆動開始後にリフタ３３０が動かなくなったことを検出することで，リフトピン３３２の先端が上部電極１２０に接触したことを検出する。

ここで，このようなリフタセンサ３６０の具体例について図面を参照しながら説明する。先ず，リフタセンサ３６０をトルクセンサ３６２で構成した場合を図３に示す。ここではトルクセンサ３６２によってリフタ３３０を昇降するモータ３３８のトルク（負荷）を検出する。このようなトルクセンサ３６２としては力センサなどを用いることができる。

電極間距離を測定する際にリフタ３３０の上昇を開始すると，トルクセンサ３６２からの出力は図４に示すようになる。すなわち，ウエハＷが載置されていない状態でリフタ３３０を上昇させると，リフトピン３３２が上部電極１２０に接触するまではトルクは一定になる。

その後，リフトピン３３２が上部電極１２０に接触すると，それ以上に上昇できないため，その接触時点からトルクが急上昇する。従って，トルクが急上昇した時点を検出することでリフトピン３３２が上部電極１２０に接触したことを検出できる。具体的には制御部４００は，リフトピン３３２の上昇を開始した時点ｔ_０からトルクセンサ３６２の出力を監視し，トルクが閾値を超えた時点ｔ_１をリフトピン３３２が上部電極１２０に接触した時点と判断する。そして，ｔ_０からｔ_１までの時間ΔＴをリフトピン３３２の移動時間（リフタ３３０の移動時間）として測定し，この時間ΔＴをリフタ３３０の移動距離に変換してそれを電極間距離Ｌとする。

なお，上述したリフタ３３０の状態の検出は，図３に示すようなモータ３３８のトルクを検出するものに限られるものではない。例えば図５に示すようにモータ３３８の状態（駆動振動，駆動音，温度など）をモータセンサ３６４で検出することでも，リフトピン３３２が上部電極１２０に接触したことを検知できる。すなわち，リフトピン３３２が上部電極１２０に接触してリフタ３３０が動かなくなればモータ３３８も動かなくなるので，モータ３３８には駆動振動や駆動音は発生しなくなり，また所定以上の温度上昇が発生する。これに対して，リフタ３３０が動いているときはモータ３３８も動いているので，モータ３３８には駆動振動や駆動音が発生し，所定以上の温度上昇は発生しない。

このため，モータセンサ３６４として例えば振動センサ，音センサ，温度センサなどを用いて，モータ３３８が動いているか否かを検知することで，リフトピン３３２が上部電極１２０に接触したと判断できる。例えばモータセンサ３６４を振動センサで構成した場合，制御部４００はリフトピン３３２の上昇開始から振動センサの出力を監視し，モータ３３８の駆動振動を検出しなくなったときにリフトピン３３２が上部電極１２０に接触したと判断できる。

また，モータセンサ３６４を音センサで構成した場合，制御部４００はリフトピン３３２の上昇開始から音センサの出力を監視し，モータ３３８の駆動音を検出しなくなったときにリフトピン３３２が上部電極１２０に接触したと判断できる。

また，モータセンサ３６４を温度センサで構成した場合，制御部４００はリフトピン３３２の上昇開始から温度センサの出力を監視し，モータ３３８の温度に所定以上の温度上昇があったときにリフトピン３３２が上部電極１２０に接触したと判断できる。

このように，モータセンサ３６４の出力を監視することで，リフトピン３３２の上昇開始から上部電極１２０に接触するまでの時間を測定できるので，これをリフタ３３０の移動距離に変換することで電極間距離を測定できる。

なお，リフタ３３０の状態は，リフトピン３３２が上部電極１２０に接触したときのベース３３４の位置を光センサなどで直接検出するようにしてもよい。例えば図６に示すように，筒状保持部３２０内にベース３３４の位置を検出する位置センサ３６６を設ける。このような位置センサ３６６として例えば光センサや磁気センサを用いることができる。位置センサ３６６はリフトピン３３２が上部電極１２０に接触する所定の位置まで上昇したときにオンするように配置する。

制御部４００は，リフトピン３３２の上昇開始から位置センサ３６６の出力を監視し，位置センサ３６６がオンになればリフトピン３３２が上部電極１２０に接触したと判断する。上述した図６ではベース３３４の上昇位置を検出する場合を例に挙げて説明したが，これに限られるものではない。例えばリフトピン３３２の位置，ロッド３３６の位置などを検出してもよい。

なお，上記実施形態では，リフトピン３３２の上昇開始から上部電極１２０に接触するまでの時間に基づいて電極間距離を求める場合について説明したが，電極間距離の求め方は必ずしもこれに限られるものではない。例えばリフトピン３３２が上部電極１２０に接触した時点のリフタ３３０の位置（上部電極１２０に接触した位置）を検出することで，電極間距離を求めるようにしてもよい。

また，リフトピン３３２が上部電極１２０に接触したときのリフタ３３０の位置を求める他の方法としては，リフトピン３３２の上昇開始からモータ３３８のエンコーダ出力やステップ数を監視して所定時間経過してもエンコーダ出力やステップ数が変化しなくなった時点を上部電極１２０に接触したと判断し，そのときのリフタ３３０の位置を検出するようにしてもよい。

このように，本実施形態によれば，リフトピンを利用することで電極間距離を直接求めることがきる。これにより，電極間距離の変化に応じて上部電極１２０の位置を調整できるので，電極板１２４が消耗しても常に電極間距離を設定値に保持することができる。また，上部電極１２０の電極板１２４の消耗量も確実に検出できるので，電極板１２４のより適切な交換時期を知らせることができる。

（電極間距離測定処理の具体例）
次に，このようにリフタ３３０を利用した電極間距離の測定処理の具体例について図面を参照しながら説明する。図７は本実施形態における電極間距離の測定処理の概略を示すメインルーチンのフローチャートである。図８Ａ〜図８Ｃは，電極間距離の測定処理での作用説明図である。電極間距離の測定処理は，制御部４００によって記憶部４２０に記憶されたプログラムに基づいて，処理済のウエハＷを処理室１０２内から搬出した後に実行される。

図７に示すように電極間距離の測定処理では，先ずステップＳ１１０にて上部電極１２０を最下位置まで下降させる（図８Ａ）。このように，測定前に最下位置まで下降させることで，測定時のリフタ３３０の移動距離を最小限にすることができる。また，測定処理を実行するごとに常に同じ位置まで下降させていれば，上部電極１２０の電極板１２４の消耗量を正確に測定できるので，必ずしも最下位置まで下降させなくてもよい。

次に，ステップＳ１２０にてリフタ３３０のモータ３３８を駆動してリフトピン３３２を上昇させて（図８Ｂ），上述したリフタセンサ３６０によってリフタ３３０の状態を監視する。そして，ステップＳ１３０にてそのリフタ３３０の状態に基づいてリフトピン３３２が上部電極１２０に接触したか否かを判断する。

ステップＳ１３０にてリフトピン３３２が上部電極１２０に接触したと判断した場合は，ステップＳ１４０にて電極間距離Ｌ’を求める（図８Ｃ）。例えばトルクセンサ３６２によってリフタ３３０の状態を監視する場合は，リフタ３３０の基準位置から図４に示すようにトルクが閾値を超えた時点までのリフタ３３０の移動距離を電極間距離として求める。こうして測定された電極間距離Ｌ’は，記憶部４２０に記憶して履歴を残しておいてもよい。

次に，ステップＳ１５０にて電極間距離の変動量（図２Ｂに示すΔＬ）が許容値以内か否かを判断する。例えば電極間距離の測定値Ｌ’と設定値（図２Ｂに示すＬ）とを比較して，その差異である変動量が予め設定された許容値以内か否かで判断する。ステップＳ１５０にて電極間距離の変動量が許容値以内であると判断した場合は，ステップＳ１７０にてリフトピン３３２を下降させて，ステップＳ１８０にて上部電極１２０を元の位置に戻して電極間距離の変動量だけ上部電極１２０の位置を補正して一連の測定処理を終了する。これにより，電極板１２４が消耗していても電極間距離が常に設定値になるように補正できる。

これに対して，ステップＳ１５０にて電極間距離の変動量が許容値を超えていると判断した場合は電極板１２４の交換が必要なほど消耗しているので，ステップＳ１６０にてエラー処理を行って一連の電極間距離の測定処理を終了する。ここでのエラー処理としては，電極板１２４の交換を促す旨の表示処理やアラームなどの報知処理を行う。

このように，本実施形態によれば，リフタ３３０を利用することで電極間距離を直接求めることがきる。これにより，電極間距離の変化に応じて上部電極１２０の位置を調整できるので，電極板１２４が消耗しても常に電極間距離を設定値に保持することができる。また，上部電極１２０の電極板１２４の消耗量も確実に検出できるので，電極板１２４のより適切な交換時期を知らせることができる。

なお，電極間距離の測定処理の実施時期は，ウエハＷの１枚分の処理が終了するごとであってもよく，またウエハＷの所定枚数の処理（例えば１ロット２５枚分の処理）が終了するごとであってもよい。また高周波電力を印加した積算時間を記憶部４２０に記憶しておき，所定の積算時間ごとに実行するようにしてもよい。

また，複数種類の処理条件でウエハＷの処理を実行する場合には，電極間距離の測定処理の実行間隔を処理条件に応じて変更してもよい。さらに電極間距離の測定処理の実施時期は，処理室１０２内のクリーニング終了後であることが好ましい。これによれば，上部電極１２０などに付着した反応生成物などのパーティクルがクリーニングによって除去されるので，リフトピン３３２を上部電極１２０に接触したときにそのパーティクルが付着することを防止できる。

ところで，図７に示す電極間距離の測定処理では，測定前に上部電極１２０を下降させる場合を例に挙げて説明したが，これに限られるものではなく，上部電極１２０を下降させずにそのまま電極間距離を測定してもよい。

ここで，上部電極１２０を下降させない電極間距離の測定処理の具体例を図９に示す。図９に示す測定処理では，ウエハＷが処理室１０２から搬出された後に上部電極１２０の位置はそのままで，先ずステップＳ２１０にてリフタ３３０のモータ３３８を駆動してリフトピン３３２を上昇させる。そして，上述したリフタセンサ３６０によってリフタ３３０の状態を監視し，ステップＳ２２０にてそのリフタ３３０の状態に基づいてリフトピン３３２が上部電極１２０に接触したか否かを判断する。

ステップＳ２２０にてリフトピン３３２が上部電極１２０に接触したと判断した場合は，図７に示すステップＳ１４０，Ｓ１５０と同様に，ステップＳ２３０にて電極間距離を求め，ステップＳ２４０にて電極間距離の変動量が許容値以内か否かを判断する。ステップＳ２４０にて電極間距離の変動量が許容値以内であると判断した場合はステップＳ２６０にてリフトピン３３２を下降させて，ステップＳ２７０にて電極間距離の変動量だけ上部電極１２０の位置を補正して一連の測定処理を終了する。

これに対して，ステップＳ２４０にて電極間距離の変動量が許容値を超えていると判断した場合は電極板１２４の交換が必要なほど消耗しているので，ステップＳ１６０と同様にステップＳ２５０にてエラー処理を行って一連の電極間距離の測定処理を終了する。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば本実施形態では，上部電極の位置を調整できる基板処理装置に本発明を適用した場合の例を挙げて説明したが，これに限定されるものではなく，上部電極が固定されている基板処理装置にも本発明にかかる電極間距離の測定処理を適用可能である。この場合は，電極間距離を補正できないので，図９に示すステップＳ２７０（電極間距離を補正）を省略して適用することができる。また，下部電極を上下に移動可能な基板処理装置に本発明にかかる電極間距離の測定処理を適用可能である。この場合は，図９に示すステップＳ２７０は，下部電極の位置を補正することで電極間距離を補正するようにしてもよい。

また，上記実施形態では基板処理装置として，下部電極のみに２種類の高周波電力を重畳して印加してプラズマを生起させるタイプのプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが，これに限定されるものではなく，別のタイプ例えば下部電極のみに１種類の高周波電力を印加するタイプや２種類の高周波電力を上部電極と下部電極にそれぞれ印加するタイプのプラズマ処理装置に適用してもよい。さらに，本発明を適用可能な基板処理装置としては，プラズマ処理装置に限定されることはなく，平行平板型の電極間にプラズマを形成して成膜処理を行う熱処理装置に適用してもよい。

本発明は，対向配置された電極間にプラズマを生成して基板に対してプラズマ処理を行う基板処理装置及びその電極間距離の測定方法並びにプログラムを記憶する記憶媒体に適用可能である。

１００基板処理装置
１０２処理室
１０２ａ孔
１０４基板搬入出口
１０６ゲートバルブ
１０８排気管
１０９排気部
１２０上部電極
１２２ベローズ
１２２ａ上部フランジ
１２２ｂ上部フランジ
１２３吐出孔
１２４電極板
１２５電極支持体
１２６ガス導入口
１２７ガス供給管
１２８バルブ
１２９マスフローコントローラ
１３０処理ガス供給部
２００上部電極駆動機構
２０１筒体
２０２ロッド
２０４摺動支持部材
２０５リニアエンコーダ
２０５ａ検出部
２０７上端部材
２０７ａ延出部
２０８区画部材
２１０スライド機構
２１２レール部
２１４固定部材
２１６案内部材
２１８水平調整板
２２０空気圧シリンダ
２２２シリンダ本体
２２４上部支持板
２２６下部支持板
２３２上部空間
２３４下部空間
２４０空気圧回路
３００載置台
３１０下部電極
３１２静電チャック
３１４静電チャック電極
３１６直流電源回路
３２０筒状保持部
３３０リフタ
３３２リフトピン
３３４ベース
３３６ロッド
３３８モータ
３４０電力供給装置
３４２第１高周波電力供給機構
３４４第１フィルタ
３４６第１整合器
３４８第１電源
３５２第２高周波電力供給機構
３５４第２フィルタ
３５６第２整合器
３５８第２電源
３６０リフタセンサ
３６２トルクセンサ
３６４モータセンサ
３６６位置センサ
４００制御部
４１０操作部
４２０記憶部
Ｗウエハ

Claims

上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置における電極間距離測定方法であって，
前記基板処理装置は，
前記下部電極から突没自在に設けられ，前記下部電極から前記基板を持ち上げて脱離させるリフトピンと，
前記リフトピンを支持するベースと，前記ベースを昇降させるモータとを有し，前記リフトピンを昇降させるリフタと，
前記リフタの状態として前記モータの駆動振動を検出する振動センサからなるリフタセンサと，
を備え，
前記下部電極に前記基板が載置されていない状態で，前記リフタを駆動して前記リフトピンを上昇させて，前記上部電極に接触させることで前記リフタの移動距離から前記上部電極と前記下部電極との電極間距離を測定し，前記所定の処理を施す間に，プラズマに対する前記上部電極の露出により消耗して減少した厚みの分だけ前記上部電極を下降させることによって，前記上部電極の位置を調整し，
前記電極間距離の測定の際に，前記リフトピンの上昇開始から前記振動センサの出力を監視し，前記モータの駆動振動が検出された時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定し，前記リフトピンの上昇開始から判定された接触時点までの時間に基づいて前記リフタの移動距離を測定することを特徴とする電極間距離測定方法。
上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置における電極間距離測定方法であって，
前記基板処理装置は，
前記下部電極から突没自在に設けられ，前記下部電極から前記基板を持ち上げて脱離させるリフトピンと，
前記リフトピンを支持するベースと，前記ベースを昇降させるモータとを有し，前記リフトピンを昇降させるリフタと，
前記リフタの状態として前記モータの駆動音を検出する音センサからなるリフタセンサと，
を備え，
前記下部電極に前記基板が載置されていない状態で，前記リフタを駆動して前記リフトピンを上昇させて，前記上部電極に接触させることで前記リフタの移動距離から前記上部電極と前記下部電極との電極間距離を測定し，前記所定の処理を施す間に，プラズマに対する前記上部電極の露出により消耗して減少した厚みの分だけ前記上部電極を下降させることによって，前記上部電極の位置を調整し，
前記電極間距離の測定の際に，前記リフトピンの上昇開始から前記音センサの出力を監視し，前記モータの駆動音が検出された時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定し，前記リフトピンの上昇開始から判定された接触時点までの時間に基づいて前記リフタの移動距離を測定することを特徴とする電極間距離測定方法。
上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置における電極間距離測定方法であって，
前記基板処理装置は，
前記下部電極から突没自在に設けられ，前記下部電極から前記基板を持ち上げて脱離させるリフトピンと，
前記リフトピンを支持するベースと，前記ベースを昇降させるモータとを有し，前記リフトピンを昇降させるリフタと，
前記リフタの状態として前記モータの温度を検出する温度センサからなるリフタセンサと，
を備え，
前記下部電極に前記基板が載置されていない状態で，前記リフタを駆動して前記リフトピンを上昇させて，前記上部電極に接触させることで前記リフタの移動距離から前記上部電極と前記下部電極との電極間距離を測定し，前記所定の処理を施す間に，プラズマに対する前記上部電極の露出により消耗して減少した厚みの分だけ前記上部電極を下降させることによって，前記上部電極の位置を調整し，
前記電極間距離の測定の際には，前記リフトピンの上昇開始から前記温度センサの出力を監視し，前記モータの温度に所定以上の温度上昇があった時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定し，前記リフトピンの上昇開始から判定された接触時点までの時間に基づいて前記リフタの移動距離を測定することを特徴とする電極間距離測定方法。
上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって，
前記下部電極から突没自在に設けられ，前記下部電極上に載置された前記基板を持ち上げて脱離させるリフトピンと，
前記リフトピンを支持するベースと，前記ベースを昇降させるモータとを有し，前記リフトピンを昇降させるリフタと，
前記リフタの状態として前記モータの駆動振動を検出する振動センサからなるリフタセンサと，
前記下部電極に前記基板が載置されていない状態で，前記リフタを駆動して前記リフトピンを上昇させて，前記上部電極に接触させることで前記リフタの移動距離から前記上部電極と前記下部電極との電極間距離を測定し，前記所定の処理を施す間に，プラズマに対する前記上部電極の露出により消耗して減少した厚みの分だけ前記上部電極を下降させることによって，前記上部電極の位置を調整し，前記電極間距離の測定の際に，前記リフトピンの上昇開始から前記振動センサの出力を監視し，前記モータの駆動振動が検出された時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定し，前記リフトピンの上昇開始から判定された接触時点までの時間に基づいて前記リフタの移動距離を測定する制御部と，
を備えることを特徴とする基板処理装置。
上部電極と下部電極が対向して配置された処理室内において，前記電極間に高周波電力を印加して所定のガスのプラズマを生起することで前記下部電極上に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって，
前記下部電極から突没自在に設けられ，前記下部電極上に載置された前記基板を持ち上げて脱離させるリフトピンと，
前記リフトピンを支持するベースと，前記ベースを昇降させるモータとを有し，前記リフトピンを昇降させるリフタと，
前記リフタの状態として前記モータの駆動音を検出する音センサからなるリフタセンサと，
前記下部電極に前記基板が載置されていない状態で，前記リフタを駆動して前記リフトピンを上昇させて，前記上部電極に接触させることで前記リフタの移動距離から前記上部電極と前記下部電極との電極間距離を測定し，前記所定の処理を施す間に，プラズマに対する前記上部電極の露出により消耗して減少した厚みの分だけ前記上部電極を下降させることによって，前記上部電極の位置を調整し，前記電極間距離の測定の際に，前記リフトピンの上昇開始から前記音センサの出力を監視し，前記モータの駆動音が検出された時点を前記リフトピンが前記上部電極に接触時点と判定し，前記リフトピンの上昇開始から判定された接触時点までの時間に基づいて前記リフタの移動距離を測定する制御部と，
を備えることを特徴とする基板処理装置。