JP7619732B2 - ホルダー温度検出方法、ホルダー監視方法及び基板処理装置 - Google Patents

ホルダー温度検出方法、ホルダー監視方法及び基板処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、ホルダー温度検出方法、ホルダー監視方法及び基板処理装置に関する。
基板を保持するホルダーが回転可能に構成される基板処理装置が知られている。特許文献１には、真空環境下での処理を可能に構成された処理容器と、前記処理容器内に配置された固定部と、前記固定部に対して移動可能に設けられた可動部と、前記固定部に設けられ、気密封止構造を有する送受信モジュールと、前記可動部に設けられ、気密封止構造を有するセンサモジュールと、を備え、前記送受信モジュールと前記センサモジュールとは非接触で信号の送受信を行う、可動体構造が開示されている。
特開２０１８－１７８１６３号公報
ところで、基板処理装置において、回転可能なホルダーの温度を検出することが求められている。
上記課題に対して、一側面では、回転可能なホルダーの温度を検出するホルダー温度検出方法、ホルダー監視方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板を保持する回転可能なホルダーの温度を測定するホルダー温度検出方法であって、前記ホルダーの前記基板を保持する面と対向する面に熱的に取り付けられた蛍光体と、第１波長の光パルスを照射する光源と、前記蛍光体から発光される第２波長の蛍光を検出する検出器と、一端が前記蛍光体と離間して配置され、他端が前記光源及び前記検出器に接続される光導波路と、を備え、前記蛍光体に前記第１波長の前記光パルスを照射するステップと、前記光パルスに起因して前記蛍光体から発光される前記第２波長の前記蛍光を検出するステップと、検出した前記蛍光に基づいて、前記ホルダーの温度を推定するステップと、を有する、ホルダー温度検出方法が提供される。
一の側面によれば、回転可能なホルダーの温度を検出するホルダー温度検出方法、ホルダー監視方法及び基板処理装置を提供することができる。
本実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図。 本実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図。 ホルダーを監視方法を説明するフローチャートの一例。 ホルダーと基板との熱伝導率が基準値の場合における温度変化を示すグラフの一例。 ホルダーと基板との熱伝導率が基準値の５０％の場合における温度変化を示すグラフの一例。 基板の温度変化を示すグラフの一例。 基板を冷却するのに要する予測時間を示すグラフの一例。 積分値の増加を示すグラフの一例。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
＜基板処理装置＞
本実施形態に係る基板処理装置１００について、図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る基板処理装置１００の一例を示す縦断面図である。また、図１は、冷凍装置３０の接触プレート３７がホルダー２１から離間した状態を示す。図２は、冷凍装置３０の接触プレート３７がホルダー２１と接触した状態を示す。
図１に示す基板処理装置１００は、例えば、超高真空かつ極低温の雰囲気を形成し、処理ガスによる基板処理を実行する処理容器１０の内部において、被処理体である半導体ウエハ等の基板Ｗに対して膜を形成するＰＶＤ（Physical Vaper Deposition）装置である。ここで、超高真空とは、例えば１０－５Ｐａ以下の圧力雰囲気を意味しており、極低温とは、－３０℃以下で、例えば－２００℃程度の温度雰囲気を意味している。
基板処理装置１００は、処理容器１０と、処理容器１０の内部において基板Ｗを保持するホルダー２１と、冷凍装置３０と、ホルダー２１を回転可能に支持する回転支持部４０と、ホルダー２１を昇降させる第１昇降装置５０と、冷凍装置３０を昇降させる第２昇降装置６０と、を備える。なお、図１，２に示す基板処理装置１００は、ホルダー２１を昇降させる第１昇降装置５０と、冷凍装置３０を昇降させる第２昇降装置６０の二つの昇降装置を備えるものとして説明するが、ホルダー２１と冷凍装置３０が共通の昇降装置によって昇降される形態であってもよい。
処理容器１０の内部において、下方にはホルダー２１が配置される。また、ホルダー２１の上方には、複数のターゲットホルダー１２が水平面に対して所定の傾斜角θを有した状態で固定されている。各ターゲットホルダー１２の下面には、ターゲットＴが取り付けられている。なお、図１，２において、ターゲットホルダー１２の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。また、ターゲットの材料は、ターゲットホルダー１２ごとに異なっていてもよく、同じであってもよい。
処理容器１０は、真空ポンプ等の排気装置（図示せず）を作動することにより、その内部が超高真空に減圧されるように構成されている。さらに、処理容器１０には、処理ガス供給装置に連通するガス供給管（いずれも図示せず）を介して、スパッタ成膜に必要な処理ガス（例えばアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）等の希ガスや窒素（Ｎ２）ガス）が供給される。
ターゲットホルダー１２には、プラズマ発生用電源（図示せず）からの交流電圧もしくは直流電圧が印加される。プラズマ発生用電源からターゲットホルダー１２及びターゲットＴに交流電圧が印加されると、処理容器１０の内部においてプラズマが発生し、処理容器１０の内部にある希ガス等がイオン化され、イオン化した希ガス元素等によりターゲットＴがスパッタリングされる。スパッタリングされたターゲットＴの原子もしくは分子は、ターゲットＴに対向してホルダー２１に保持されている基板Ｗの表面に堆積する。
基板Ｗに対してターゲットＴが傾斜していることにより、ターゲットＴからスパッタされたスパッタ粒子が基板Ｗに入射する入射角を調整することができ、基板Ｗに成膜された膜の膜厚の面内均一性を高めることができる。尚、処理容器１０の内部において、各ターゲットホルダー１２が同一の傾斜角θで設置されている場合であっても、ホルダー２１を昇降させてターゲットＴと基板Ｗの間の距離を変化させることにより、基板Ｗに対するスパッタ粒子の入射角を変化させることができる。従って、適用されるターゲットＴごとに、各ターゲットＴに好適な距離となるようにホルダー２１が昇降制御されるようになっている。
ホルダー２１は、熱伝導性の高い材料（例えば、Ｃｕ）で形成され、円板形状に形成されている。
ホルダー２１の上面側には、ＥＳＣプレート２２が設けられる。ＥＳＣプレート２２は、誘電体内に埋設されたチャック電極を有する。チャック電極には、配線を介して所定の電位が与えられるように構成されている。この構成により、基板Ｗを静電チャックにより吸着し、ホルダー２１の上面に基板Ｗを固定することができる。
ホルダー２１の下面側には、円筒状スタンド２３が設けられる。円筒状スタンド２３は、熱伝導性の低い材料（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼など）で形成され、円筒形状に形成されている。円筒状スタンド２３は、ホルダー２１を支持する。また、円筒状スタンド２３は、円筒状スタンド２３より内側の空間１５ａと、円筒状スタンド２３より外側の空間１５ｂとを区画する。また、ホルダー２１、ＥＳＣプレート２２及び円筒状スタンド２３は、回転軸ＣＬで回転する回転体２０を構成する。なお、円筒状スタンド２３は、円筒形状に肉抜きされた空間を有していてもよい。これにより、円筒状スタンド２３の熱伝導性を更に低くすることができる。
冷凍装置３０は、コールドヘッド３１と、コールドリンク３２と、伝熱プレートアセンブリ３３と、を有する。
コールドヘッド３１は、支持部材３８に支持されている。また、コールドヘッド３１は、冷凍機（図示せず）によって冷却される。冷凍機は、冷却能力の観点から、ＧＭ（Gifford-McMahon）サイクルを利用する形態が好ましい。
コールドリンク３２は、コールドヘッド３１からホルダー２１に向かって形成される。コールドリンク３２は、熱伝導性の高い材料（例えば、Ｃｕ）で形成され、コールドヘッド３１と伝熱プレートアセンブリ３３とを熱的に接続する。
伝熱プレートアセンブリ３３は、プレート３４と、同心ベロー３５ａ，３５ｂと、プレート３６と、接触プレート３７と、を有する。プレート３４は、コールドリンク３２と熱的に接続される。同心ベロー３５ａ，３５ｂは、プレート３４とプレート３６とを熱的に接続する。プレート３６の上面には、熱的に接続された接触プレート３７が設けられる。
この様な構成により、コールドヘッド３１は、コールドリンク３２及び伝熱プレートアセンブリ３３を介して、伝熱プレートアセンブリ３３の接触プレート３７を極低温に冷却する。また、支持部材３８を上昇させる、または、ホルダー２１を下降させることにより、ホルダー２１の裏面に接触プレート３７を接触させることができる。また、支持部材３８を下降させる、または、ホルダー２１を上昇させることにより、ホルダー２１と接触プレート３７とを離間させることができる。
回転支持部４０は、内輪部材４１と、ベアリング４２と、ベアリング４３と、外輪部材４４と、を有する。内輪部材４１と円筒状スタンド２３との間にはベアリング４２が配置される。また、外輪部材４４と円筒状スタンド２３との間にはベアリング４３が配置される。このような構成により、円筒状スタンド２３は、回転可能に支持されている。
また、内輪部材４１と支持部材３８との間には、ベローズ４５ａが設けられる。外輪部材４４と底面１１との間には、ベローズ４５ｂが設けられる。ベアリング４２，４３は、円筒状スタンド２３を回転可能に支持するとともに、磁性流体によってシールする。これにより、冷凍装置３０が配置される空間１５ａは、ベアリング４２及びベローズ４５ａによって、気密となっている。また、空間１５ｂは、ベアリング４３及びベローズ４５ｂによって、気密となっている。
また、基板処理装置１００は、円筒状スタンド２３を回転させる回転モータ（図示せず）を備える。これにより、回転モータは、円筒状スタンド２３を回転させるホルダー２１を回転させることができる。
第１昇降装置５０は、円筒状スタンド２３、内輪部材４１、外輪部材４４を昇降させることで、ホルダー２１を昇降させる。
第２昇降装置６０は、支持部材３８を昇降させることで、接触プレート３７を昇降させる。
真空ポンプ７０は、支持部材３８に設けられた開口部（図示せず）を介して、空間１５ａ内を排気する。また、真空ポンプ（図示せず）は、支持部材３８に設けられた開口部（図示せず）を介して、空間１５ａ内を排気する。
また、基板処理装置１００は、回転するホルダー２１の温度を検出する温度検出部を備えている。温度検出部は、蛍光体８０ａ，８０ｂと、検出部（光導波路の一端）８１と、光ファイバ（光導波路）８２と、処理ユニット８３と、を有する。
蛍光体８０ａ，８０ｂは、ホルダー２１の表面に設けられている。例えば、蛍光体８０ａ，８０ｂは、回転するホルダー２１の端部付近の裏面側に熱的に接続して配置されている。なお、蛍光体８０ａのように、ホルダー２１の裏面に配置されていてもよい。また、蛍光体８０ｂのように、ホルダー２１の裏面に堀込部が形成され、その内部に配置されていてもよい。また、蛍光体８０ａ，８０ｂは、Ｃｕ、Ａｌ等の熱伝導性の高い金属ペレット上に形成され、蛍光体を有する金属ペレットがホルダー２１に取り付けられてもよい。また、蛍光体８０ａ，８０ｂは、ホルダー２１の周方向に複数配置されていてもよい。
蛍光体８０ａ，８０ｂは、第１波長の光が照射されると励起し、第１波長とは異なる第２波長の光（蛍光）を放射して基底状態に遷移する。蛍光体８０ａ，８０ｂとしては、例えば、ＹＡＧ等を用いることができる。
処理ユニット８３は、処理容器１０外に設けられ、第１波長のパルス光を照射する光源（図示せず）と、第２波長の光を検出する検出器（図示せず）と、を有する。光ファイバ（光導波路）８２は、一端が処理容器１０内の検出部８１に接続され、処理容器１０の底面１１を貫通するフィッティング８２ａを介し、他端が処理ユニット８３（光源、検出器）に接続される。このような構成により、処理ユニット８３の光源は、光ファイバ８２を介し、検出部８１から光８６ａを照射する。また、検出部８１に入射された光８６ｂは、光ファイバ８２を介し、処理ユニット８３の検出部に導かれる。
また、温度検出部は、検出部８１の位置を調整する位置調整部を備える。図１，２に示す例において、位置調整部は、支持部材８４及び当接部材８５を有する。支持部材８４は、外輪部材４４から立設され、検出部８１を上下方向に移動可能に支持する。具体的には、支持部材８４に設けられた穴部８４ａに検出部８１が挿入され、検出部８１が上下方向に移動可能に支持されている。当接部材８５は、処理容器１０の底面１１から立設されている。これにより、図１に示す状態において、検出部８１の拡径部が穴部８４ａの縁と係止することで、蛍光体８０ａから検出部８１までの距離８７が維持される。一方、図２に示す状態において、検出部８１の底部が当接部材８５と係止することで穴部８４ａから検出部８１が押し上げられ、蛍光体８０ｂから検出部８１までの距離８７が維持される。このように、位置調整部は、検出部８１の位置を調整することで、蛍光体８０ａ，８０ｂから検出部８１までの距離８７が一定となるように維持することができる。なお、距離８７は、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下がより好ましい。
また、基板処理装置１００は、基板処理装置１００全体を制御する制御部９０を備える。制御部９０には、温度検出部（処理ユニット８３）で検出されたホルダー２１の温度が入力される。また、制御部９０は、円筒状スタンド２３を回転させる回転モータ（図示せず）、第１昇降装置５０、第２昇降装置６０等を制御する。
＜ホルダー温度検出方法＞
まず、ホルダー２１の回転時におけるホルダー２１の温度検出について、図１を用いて説明する。スパッタ粒子を基板Ｗに堆積させる堆積プロセスにおいて、図１に示すように、ホルダー２１が接触プレート３７から離間し、ホルダー２１が回転する。ホルダー２１が回転することにより、蛍光体８０ａも回転している。
回転するホルダー２１が所定の角度に到達し、蛍光体８０ａと検出部８１とが位置合わせされたタイミング（換言すれば、検出部８１の照射方向及び検出方向に蛍光体８０ａが到達したタイミング）で、処理ユニット８３は、蛍光体８０ａに第１波長のパルス光を照射する。そして、処理ユニット８３は、蛍光体８０ａの第２波長の蛍光を検出する。そして、処理ユニット８３は、検出した蛍光に基づいて、ホルダー２１の温度を推定する。
ここで、第１波長のパルス光を照射された蛍光体８０ａは、強度を減衰しながら第２波長の蛍光を放射する。蛍光体８０ａが放射する蛍光の強度減衰は、蛍光体８０ａの温度（換言すれば、ホルダー２１の温度）に依存する。処理ユニット８３は、検出した蛍光の強度減衰に基づいて減衰時定数を算出する。また、処理ユニット８３は、減衰時定数とホルダー２１の温度とを対応付けしたテーブルをあらかじめ記憶している。処理ユニット８３は、テーブル及び算出した減衰時定数に基づいて、ホルダー２１の温度を推定（検出）する。
なお、蛍光体８０ａは、極低温において、短い時間（例えば、１～１０ｍｓ）で蛍光の強度が減衰する材料を用いることが好ましい。これにより、検出時間を短縮することができる。また、蛍光体８０ａが移動（ホルダー２１が回転）することによる蛍光体８０ａから検出部８１までの光路長の変化を抑制することができる。なお、蛍光体８０ａと検出部８１との位置および角度の関係に基づいて、検出した蛍光の強度を補正してもよい。
また、蛍光体８０ａを周方向に複数設けることにより、ホルダー２１の回転速度及び蛍光体８０ａの数に応じて、周期的にホルダー２１の温度を検出することができる。
また、検出部８１は、回転軸ＣＬを中心とする円弧状に複数設けられていてもよい。これにより、ホルダー２１の回転速度が速い構成や、蛍光の強度減衰時間が長い蛍光体８０ａを用いる構成であっても、ホルダー２１の温度を好適に検出することができる。
また、処理ユニット８３は、蛍光の強度減衰の温度依存に基づいて、温度を推定するものとして説明したがこれに限られるものではない。蛍光の他の光学特性（例えば、Ｓｉのband edge等）の温度依存に基づいて、ホルダー２１の温度を推定してもよい。
次に、ホルダー２１の冷却時におけるホルダー２１の温度検出について、図２を用いて説明する。冷却プロセスにおいて、ホルダー２１の回転角度が蛍光体８０ｂと検出部８１とが位置合わせされた角度で、ホルダー２１が下降Ｌ１する。これにより、図２に示すように、ホルダー２１が接触プレート３７と接触し、冷却される。
処理ユニット８３は、蛍光体８０ｂに第１波長のパルス光を照射する。そして、処理ユニット８３は、蛍光体８０ｂの第２波長の蛍光を検出する。そして、処理ユニット８３は、検出した蛍光に基づいて、ホルダー２１の温度を推定する。
ここで、蛍光体８０ｂは、ホルダー２１の堀込部の中に配置されている。これにより、基板Ｗにより近い位置でホルダー２１の温度を計測することができる。したがって、ホルダー２１の検出温度に基づいて、基板Ｗの温度を推定する際、推定精度を向上させることができる。
また、位置調整部（支持部材８４、当接部材８５）によって、図２に示す蛍光体８０ｂから検出部８１までの距離８７は、図１に示す蛍光体８０ａから検出部８１までの距離８７に維持されている。これにより、蛍光体８０ａ，８０ｂから検出部８１までの光路長による強度減衰の影響を均一化することができる。よって、図２の状態においても、図１の状態と同様に、ホルダー２１の温度を検出することができる。
以上のように、本実施形態に係る基板処理装置１００によれば、温度検出部（蛍光体８０ａ，８０ｂ、検出部８１、光ファイバ８２、処理ユニット８３）を用いて、ホルダー２１の温度を検出することができる。
ところで、回転体の温度を測定する方法として、回転体内に温度を計測するための素子を設け、導電リング及び摺動接点を有するスリップリングを介し、外部から温度を測定する構成が知られている。しかしながら、本実施形態に係る基板処理装置１００では、回転体２０の径が大きいため、スリップリングの適用は困難である。また、ホルダー２１は極低温まで冷却されるため、パイロメータを用いたホルダー２１の温度計測も困難である。
これに対し、本実施形態の温度検出部は、回転するホルダー２１に設けられた蛍光体８０ａ，８０ｂと、検出部８１とを、非接触として、ホルダー２１の温度を検出することができる。また、本実施形態の温度検出部は、極低温に冷却されるホルダー２１の温度を検出することができる。
＜ホルダー監視＞
次に、ホルダー２１の監視について、図３を用いて説明する。図３は、ホルダー２１を監視方法を説明するフローチャートの一例である。ここでは、制御部９０は、ホルダー２１と基板Ｗとの間の伝熱状態を監視し、成膜処理を行う場合を例に説明する。
ステップＳ１０１において、ホルダー２１を回転角φ０まで回転させる。ここで、基板処理装置１００は、ホルダー２１の回転角を検出するエンコーダ（図示せず）を有する。エンコーダの検出角は、制御部９０に入力される。制御部９０は、回転モータ（図示せず）を制御して、ホルダー２１を回転角φ０まで回転させる。また、回転角φ０とは、蛍光体８０ｂが検出部８１と整列される位置となるホルダー２１の回転角である。
ステップＳ１０２において、ホルダー２１に接触プレート３７を接触させる。ここでは、制御部９０は、第１昇降装置５０を制御して、ホルダー２１を下降させる。これにより、基板処理装置１００の状態は、図２に示す状態となる。
ステップＳ１０３において、ホルダー２１の温度を所定温度Ｔ０まで冷却する。コールドヘッド３１とホルダー２１とがコールドリンク３２及び伝熱プレートアセンブリ３３を介して熱的に接続されることにより、ホルダー２１の冷却が開始される。ここで、処理ユニット８３は、蛍光体８０ｂにパルス光を照射し、検出した蛍光体８０ｂの蛍光に基づいて、ホルダー２１の温度を計測（推定）する。ホルダー２１の温度が所定温度Ｔ０以下となると、制御部９０の処理は、ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４において、基板Ｗを載置し、伝熱ガスを供給する。搬送装置（図示せず）によって、ホルダー２１の載置面に高温の基板Ｗが載置される。制御部９０は、ＥＳＣプレート２２の電極に電力を印加する電源（図示せず）を制御して、基板ＷをＥＳＣプレート２２に吸着させる。また、制御部９０は、伝熱ガス供給部（図示せず）を制御して、基板Ｗの裏面とＥＳＣプレート２２の上面との間に伝熱ガス（例えば、Ｈｅガス）を供給する。ＥＳＣプレート２２の上面は、凹部と、凹部の底面から立接する凸部と、を有する、凸部の上面で基板Ｗの裏面と接する。基板Ｗの裏面と凹部とで形成される空間に伝熱ガスが供給される。
ステップＳ１０５において、基板Ｗを載置してから所定時間までのホルダー２１の温度変化の積分値Ｅを算出する。ここで、処理ユニット８３は、蛍光体８０ｂにパルス光を照射し、検出した蛍光体８０ｂの蛍光に基づいて、ホルダー２１の温度を検出する。また、処理ユニット８３は、所定のサイクルで温度計測を繰り返すことにより、ホルダー２１の温度の時間変化Ｔ（ｔ）を取得する。制御部９０は、ホルダー２１の温度の時間変化Ｔ（ｔ）、初期温度Ｔ０、継続時間Δｔに基づいて、積分値Ｅ（＝（Ｔ（ｔ）－Ｔ０）Δｔ）を算出する。なお、積分値Ｅは、ホルダー２１と基板Ｗとの間の伝熱状態に依存する値である。ホルダー２１と基板Ｗとの間の伝熱状態が悪化すると、積分値Ｅは小さくなる。
ステップＳ１０６において、制御部９０は、積分値Ｅは、閾値Ｅ０以上であるか否かを判定する。積分値Ｅが閾値Ｅ０以上である場合（Ｓ１０６・Ｙｅｓ）、制御部９０の処理は、ステップＳ１０７に進む。積分値Ｅが閾値Ｅ０以上でない場合（Ｓ１０６・Ｎｏ）、制御部９０の処理は、ステップＳ１１１に進む。
ステップＳ１０７において、制御部９０は、成膜処理を行う。制御部９０は、第１昇降装置５０を制御して、ホルダー２１を上昇させる。そして、制御部９０は、回転モータ（図示せず）を制御して、ホルダー２１を回転させる。これにより、基板処理装置１００の状態は、図１に示す状態となる。そして、ターゲットＴからスパッタ粒子を放出させることにより、基板Ｗに成膜する。なお、。処理ユニット８３は、ホルダー２１とともに回転する蛍光体８０ａが検出部８１の上に配置されたタイミングでパルス光を照射し、検出した蛍光体８０ａの蛍光に基づいて、ホルダー２１の温度を計測（推定）する。
ステップＳ１０８において、ホルダー２１を回転角φ０まで回転させる。ここで、基板処理装置１００は、ホルダー２１の回転角を検出するエンコーダ（図示せず）を有する。エンコーダの検出角は、制御部９０に入力される。制御部９０は、回転モータ（図示せず）を制御して、ホルダー２１を回転角φ０まで回転させる。また、回転角φ０とは、蛍光体８０ｂが検出部８１と整列される位置となるホルダー２１の回転角である。
ステップＳ１０９において、ホルダー２１に接触プレート３７を接触させる。ここでは、制御部９０は、第１昇降装置５０を制御して、ホルダー２１を下降させる。これにより、基板処理装置１００の状態は、図２に示す状態となる。
ステップＳ１１０において、基板Ｗを搬出する。制御部９０は、ＥＳＣプレート２２の電極に電力を印加する電源（図示せず）を制御して、ＥＳＣプレート２２による基板Ｗの吸着を解除する。そして。搬送装置（図示せず）によって、ホルダー２１の載置面から基板Ｗが搬出される。
なお、基板処理装置１００に次の基板Ｗが搬入されると、制御部９０の処理は、Ｓ１０４からＳ１１０を繰り返す。
また、ステップＳ１０６において、積分値Ｅが閾値Ｅ０以上でない場合（Ｓ１０６・Ｎｏ）、制御部９０の処理は、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１において、制御部９０は、警告を発報する。
ここで、高温の基板Ｗをホルダー２１に載置した際の温度変化のシミュレーションについて、図４から図８を用いて説明する。
図４は、ホルダー２１と基板Ｗとの熱伝導率が基準値の場合における温度変化を示すグラフの一例である。図５は、ホルダー２１と基板Ｗとの熱伝導率が基準値の５０％の場合における温度変化を示すグラフの一例である。
図４及び図５において、縦軸は温度（Ｋ）を示し、横軸は時間を示す。また、横軸の時間は、基板Ｗをホルダー２１に接触させた時刻を０とする。破線は、コールドヘッド３１の温度を示す。一点鎖線は基板Ｗの温度を示す。実線で示す温度曲線Ｔ１～Ｔ１２は、ホルダー２１を所定の間隔で板厚方向にスライスした各スライスの温度を示す。なお、Ｔ１が表面側のスライスにおける温度曲線、Ｔ１２が裏面側のスライスにおける温度曲線である。また、基板Ｗを載置する前のホルダー２１及びコールドヘッド３１の温度Ｔ０を１００Ｋとする。また、図４の熱伝導率の基準値において、ＥＳＣプレート２２と基板Ｗとの間に充填される伝熱ガス（Ｈｅガス）の圧力を６Ｔｏｒｒとする。
ホルダー２１に高温の基板Ｗが載置されると、基板Ｗに近い側のスライスの温度曲線Ｔ１は、他のスライスの温度よりも、最も高い温度上昇を示す。また、コールドヘッド３１に接触するスライスの温度曲線Ｔ１２は、基板Ｗの熱負荷に応じて１００Ｋ以下に冷却される。
図６は、基板Ｗの温度変化を示すグラフの一例である。
図６において、縦軸は温度（Ｋ）を示し、横軸は時間を示す。また、横軸の時間は、基板Ｗをホルダー２１に接触させた時刻を０とする。なお、接触前の基板Ｗの温度低下は、輻射熱による放熱である。また、ＥＳＣプレート２２と基板Ｗとの間に充填される伝熱ガス（Ｈｅガス）の圧力を、２Ｔｏｒｒ、３Ｔｏｒｒ、４Ｔｏｒｒ、６Ｔｏｒｒの場合を示す。
図６に示すように、基板Ｗの冷却効率は、伝熱ガスの圧力によって改善される。また、基板Ｗの冷却に要する時間は、伝熱ガスの圧力が高くなるほど短くなる。
図７は、基板Ｗを冷却するのに要する予測時間を示すグラフの一例である。
図７において、縦軸は４９８Ｋから１０１Ｋまで基板Ｗを冷却するのに要する予測時間を示し、横軸はホルダー２１と基板Ｗとの熱伝導率を示す。なお、横軸は、基準値における熱伝導率を１として正規化している。
ホルダー２１と基板Ｗとの熱伝導率は、伝熱ガスの圧力（図６参照）、ＥＳＣプレート２２の凸部と基板Ｗの裏面との接触条件に依存する。例えば、基板Ｗの載置位置がズレたり、ＥＳＣプレート２２と基板Ｗとの間に粒子が存在したりすると、冷却効率に影響を及ぼす。この場合、成膜処理（ステップＳ１０７）において、設計温度よりも高い温度でスパッタ粒子の堆積が行われるおそれがある。
ここで、基板Ｗの温度を直接測定することは困難である。制御部９０は、ホルダー２１の温度を検出するとともに、ホルダー２１と基板Ｗとの熱伝導率を推定する。そして、熱伝導率を推定することにより、基板Ｗが適切に位置決めされ、基板Ｗとホルダー２１とが適切に熱的に接触しているか否かを確認することができる。
ここで、図４及び図５を対比して示すように、基板Ｗとの接触面に近接するホルダー２１のスライスの温度は、ガスコンダクタンスに応じて、また、基板Ｗとホルダー２１とのコンダクタンスに応じて、異なる速度で上昇する。
また、ホルダー２１の温度上昇と時間との積の合計（ステップＳ１０５の積分値Ｅ）は、基板Ｗを冷却するのに必要なエネルギに比例する。これは、温度曲線と温度Ｔ０で囲まれる面積に対応する。一例として、図４及び図５において、温度曲線Ｔ３において所定時間（例えば、２０秒）までの温度変化の積分値Ｅを網掛けを付して示す。そして、ホルダの各スライスの温度は、最終的に冷凍装置３０によって１００Ｋに収束する。
図８は、積分値Ｅの増加を示すグラフの一例である。図８において、縦軸は、ΔＴ×Δｔ（＝積分値Ｅ）であり、横軸は時間を示す。また、熱伝導率が、基準値（Ｒｅｆ）、基準値に対して８５％、６５％、５０％の場合を示す。
曲線は、６０秒付近で収束するが、より短い時間で熱伝導率の違いを区別することができる。即ち、ホルダー２１の温度を計時的に記録し、短時間（例えば、２０秒）で積分値Ｅを評価する（ステップＳ１０６参照）。これにより、基板Ｗの温度を直接計測することなく、基板Ｗとホルダー２１との熱伝導率を評価することができる。
また、蛍光体８０ｂは、掘込部に設ける（図４及び図５の例において、例えば温度曲線Ｔ３のスライスに設ける）ことにより、温度の検出位置を基板Ｗの載置面に近づけることができ、好ましい。これにより、ホルダー２１に高温の基板Ｗが載置した後の温度上昇を大きくすることができ、熱伝導率の変化による積分値Ｅの変化も大きくなる。これにより、基板Ｗとホルダー２１との熱伝導率を評価精度を向上させることができる。
また、ステップＳ１０５で算出した積分値Ｅが閾値Ｅ０以上でない場合（Ｓ１０６・Ｎｏ）、基板Ｗとホルダー２１との熱伝導率が不良であるものとして、アラームを発報することができる（ステップＳ１１１参照）。これにより、成膜処理（ステップＳ１０７）において、設計温度よりも高い温度でスパッタ粒子の堆積が行われることを防止することができる。
以上、基板処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明に係る基板処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
Ｗ 基板
１００ 基板処理装置
２１ ホルダー
２２ ＥＳＣプレート
２３ 円筒状スタンド
３０ 冷凍装置
４０ 回転支持部
５０ 第１昇降装置
６０ 第２昇降装置
７０ 真空ポンプ
８０ａ，８０ｂ 蛍光体
８１ 検出部（光導波路の一端）
８２ 光ファイバ（光導波路）
８３ 処理ユニット
８４ 支持部材（位置調整部）
８５ 当接部材（位置調整部）
８６ａ 光（第１波長のパルス光）
８６ｂ 光（第２波長の蛍光）
９０ 制御部

Claims (9)

  1. 基板を保持する回転可能なホルダーの温度を測定するホルダー温度検出方法であって、
    前記ホルダーの前記基板を保持する面と対向する面に熱的に取り付けられた蛍光体と、
    第１波長の光パルスを照射する光源と、
    前記蛍光体から発光される第２波長の蛍光を検出する検出器と、
    一端が前記蛍光体と離間して配置され、他端が前記光源及び前記検出器に接続される光導波路と、を備え、
    前記蛍光体に前記第１波長の前記光パルスを照射するステップと、
    前記光パルスに起因して前記蛍光体から発光される前記第２波長の前記蛍光を検出するステップと、
    検出した前記蛍光に基づいて、前記ホルダーの温度を推定するステップと、を有する、
    ホルダー温度検出方法。
  2. 前記光導波路の一端から前記蛍光体までの離間する距離は、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、
    請求項１に記載のホルダー温度検出方法。
  3. 前記ホルダーは回転され、前記蛍光体と前記光導波路の一端とが位置合わせされたタイミングで、前記光パルスを照射し、前記蛍光を検出する、
    請求項１または請求項２に記載のホルダー温度検出方法。
  4. 前記蛍光体は、前記ホルダーの前記基板を保持する面と対向する面に熱的に第１蛍光体と、前記対向する面よりも前記基板を保持する面に近接した面に取り付けられる第２蛍光体と、を有し、
    前記光導波路の一端から前記第２蛍光体までの距離が前記光導波路の一端から前記第１蛍光体までの距離となるように前記光導波路の一端を移動させる位置調整部を備える、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のホルダー温度検出方法。
  5. 前記ホルダーの温度を推定するステップは、
    前記蛍光の強度減衰に基づいて、前記ホルダーの温度を推定する、
    請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のホルダー温度検出方法。
  6. 前記ホルダーの温度を推定するステップは、
    前記蛍光の強度減衰に基づいて減衰時定数を算出し、
    算出した前記減衰時定数と、前記減衰時定数と前記ホルダーの温度とを対応付けしたテーブルと、に基づいて、前記ホルダーの温度を推定する、
    請求項５に記載のホルダー温度検出方法。
  7. 基板と前記基板を保持するホルダーとの伝熱状態を監視するホルダー監視方法であって、
    前記ホルダーに前記基板を載置し、前記ホルダーと前記基板の間に熱交換ガスを導入するステップと、
    請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のホルダー温度検出方法で前記ホルダーの温度を検出し、所定時間までの前記ホルダーの温度変化の積分値を算出するステップと、
    前記積分値に基づいて、前記ホルダーに前記基板との熱伝導率を評価するステップと、
    を備える、ホルダー監視方法。
  8. 前記評価に基づいて、アラームを発報する、
    請求項７に記載のホルダー監視方法。
  9. 基板を保持する回転可能なホルダーと、
    前記ホルダーの前記基板を保持する面と対向する面に熱的に取り付けられた蛍光体と、
    前記蛍光体に第１波長の光パルスを照射する光源と、
    前記光パルスに起因して前記蛍光体から発光される第２波長の蛍光を検出する検出器と、
    一端が前記蛍光体と離間して配置され、他端が前記光源及び前記検出器に接続される光導波路と、
    検出した前記蛍光に基づいて、前記ホルダーの温度を推定する温度検出部と、を有する、
    基板処理装置。
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