JP4339523B2

JP4339523B2 - 温度測定システム

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Publication number: JP4339523B2
Application number: JP2000608148A
Authority: JP
Inventors: 木智博鈴; 西繁河; 水正裕清; 沢実矢
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: AU3455300A; KR20010110481A; US6530687B1; WO2000058700A1; KR100655250B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ランプ加熱源により加熱される物体の温度を放射温度計を用いて測定する際に、ランプ加熱源自体が発生する光に起因する迷光の影響を排除する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおける成膜工程等においては、被処理体であるウエハを所定温度に維持するため、ランプ加熱源により、サセプタを介して若しくは直接的に、ウエハを加熱することが行われている。成膜工程においては、ウエハ温度が成膜速度および膜の特性を大きく左右するため、ウエハ温度管理が非常に重要である。ウエハ温度を検出する方法として、ウエハからの熱輻射を放射温度計で測定する手法が従来から知られている。
【０００３】
但し、この方法においては、放射温度計の受光素子がウエハ自体からの熱輻射のみならずランプ加熱源からの放射光も同時に検出してしまうため、温度測定のＳ／Ｎ比を十分に高めることができないという問題がある。この問題を解決するための手段として、さまざまな技術が提案されているが、依然として満足できる手法は見いだされていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実状に鑑みなされたものであり、その第１の目的は、正確な温度測定を行うことができる温度測定システムを提供することにある。
【０００５】
また、本発明の第２の目的は、広い温度範囲において、上記第１の目的を実現することにある。
【０００６】
更に、本発明の第３の目的は、装置の構成を複雑化することなく、上記第１の目的を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、チャンバ内に収容され、ランプ加熱源により加熱される測定対象物の温度測定を行う温度測定システムにおいて、前記測定対象物からの熱輻射光を検出するための光検出器と、前記光検出器の出力値に基づいて測定対象物の温度を求める演算部と、を備え、前記演算部には、前記ランプ加熱源が発する光線が前記光検出器に到達することによって前記光検出器の出力値が受ける影響が、前記ランプ加熱源への入力電力の関数として記憶されており、前記演算部は、前記関数に基づいて前記光検出器の出力値を補正し、その補正した値に基づいて測定対象物の温度を求めるように構成されており、
前記演算部に記憶される前記関数は、下式で表現されるものであり、
【数２】

ここで、
ｙ _ｉは時点ｉにおいて前記ランプ加熱源が発する光線が前記光検出器に到達することによって前記光検出器の出力値が受ける影響、
ｕ _ｉは時点ｉにおける前記ランプ加熱源への入力電力、
ａ _ｉおよびｂ _ｉは複数の時点ｉにおいてｙ _ｉおよびｕ _ｉを測定した結果に基づいて定められた定数、ｉ＝１は現時点を意味し、そしてＮは２以上の自然数である、
ことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
［第１の実施形態］
まず、図１乃至図３を参照して第１の実施形態について説明する。図１は、本発明による温度測定システムを備えたＣＶＤ処理装置を概略的に示す図である。
【００１０】
図１に示すように、ＣＶＤ処理装置はチャンバ２を有している。ウエハ１に対して成膜処理等のＣＶＤ処理が行われる場合、チャンバ２内の雰囲気がチャンバ２外の雰囲気から隔離される。チャンバ２は壁体４により区画されている。壁体４の底部には、石英ガラスにより形成された光透過性を有する窓６が設けられている。チャンバ２には、ウエハ１に処理ガスを供給するガスシャワー３等の部材が設けられているが、本発明の要旨とは直接関係ないためここでは詳細には説明しない。
【００１１】
チャンバ２には、ウエハ１すなわち被処理体を載置するためのサセプタ８が設けられている。サセプタ８は、黒色のＡｌＮにより形成することが好ましく、これにより、サセプタ８の放射特性が黒体のそれに近くなる点と、ランプ光を透過しにくくなる点において有利となる。
【００１２】
サセプタ８には、その側面からその中央方向に延びて終端する孔１０が形成されている。孔１０内には、サセプタ８からの輻射光を集光するための光ガイド１２すなわち導光体が挿入されている。光ガイド１２は、壁体１を貫通してチャンバ２の外部に延びている。光ガイド１２を、孔１０に挿入する構成は、ランプ光の光ガイド１２への到達量を最小限に抑制する点で有利である。
【００１３】
光ガイド１２には、光ファイバ１４を介して光検出器１６が接続されている。光検出器１６は、受光素子としてフォトダイオード１８を有している。フォトダイオード１８は、光ガイド１２から光ファイバ１４を介して伝達された熱輻射光のうち特定波長領域内のものを検出して、そのエネルギに応じた電圧を出力する。なお、フォトダイオード１８に入力される光の波長の限定は、特定波長領域に対して感度の高い受光素子を用いるか、若しくはこれに加えて所定領域の波長のみを通過させる光フィルタをフォトダイオード１８の前段に挿入することにより実現することができる。
【００１４】
チャンバ２の下方には、ランプ室２０が設けられている。ランプ室２０には、ランプ２２すなわちランプ加熱源が設けられている。ランプ２２が放射する光は、石英製の窓６を透過して、サセプタ８に達し、サセプタ８を加熱する。
【００１５】
放射温度計１６には、温度コントローラ２４が接続されている。温度コントローラ２４は、プランクの放射則の原理に基づいてサセプタ８の温度を算出する演算部２６と、演算部２６により算出されたサセプタ８の温度に基づいてランプ２２に供給する電力を制御する出力制御部２８と、を有している。
【００１６】
次に、作用について説明する。ＣＶＤ処理を行う場合、ランプ２２が点灯され、このランプの輻射熱によりサセプタ８が加熱される。サセプタ８が加熱されることにより、サセプタ８上に載置されたウエハ１が加熱される。
【００１７】
この間、演算部２６には、フォトダイオード１８からの出力が入力される。出力制御部２８は、サセプタ８の温度が所定値となるようにランプ２２に電力を供給するとともに、演算部２６に出力電力値を送信する。
【００１８】
ランプ２２が発光すると、ランプ２２からの光は、サセプタ８を透過して光ガイド１２に少量ではあるが導入される。演算部２６には、ランプ２２が発する光線がフォトダイオード１８に到達することによってフォトダイオード１８の出力電圧が受ける影響が、ランプ２２への入力電力の関数として記憶されている。
【００１９】
［関数の求め方（第１の方法）］
この関数の求め方の第１の例を図２を参照して説明する。図２のグラフは、フォトダイオード１８の出力電圧Ｖpdおよびサセプタ８の温度ＴSの経時変化を示している。
【００２０】
今、時間範囲ｔAにおいて、
（１）ランプ２２に供給される電力Ｗが安定し、略一定の値Ｗiとなっており、
（２）サセプタ８の温度ＴSが安定した値Ｔiとなっており、かつ、
（３）フォトダイオード１８の出力電圧Ｖpdが安定し、略一定の値Ｖiとなっているものとする。
【００２１】
この状態から、時間ｔ1の時点で、ランプ２２に供給する電力Ｗを０にする。するとその瞬間、フォトダイオード１８にはランプ２２からの光が入力されなくなるため、フォトダイオード１８の出力電圧ＶpdはＶiからＶi−ΔＶiまで急激に低下する。その後、フォトダイオード１８の出力電圧Ｖpdは、サセプタ８の温度ＴSの低下に合わせて緩やかに低下してゆく。サセプタ８の温度ＴSは、ランプ２２への電力供給を停止した後、緩やかに低下してゆく。従って、ランプ２２への電力供給を停止した瞬間のフォトダイオード１８の出力電圧低下ΔＶiが、時間範囲ｔAにおけるフォトダイオード１８の出力電圧Ｖiに含まれるランプ光の寄与分に相当する。
【００２２】
このような試験を条件を変えて行い、ランプ２２に供給されるＷと電圧低下ΔＶ（ΔＶi）との関係を表す関数ΔＶ＝Ｆ（Ｗ）を求める。各条件における試験結果をプロットしたグラフが図３に示される。図３のグラフは、フォトダイオード１８としてＩｎＧａＡｓ（long）を用い、フォトダイオード１８の前段にフィルタを設け、フォトダイオード１８の検出波長領域を約２．０〜約２．５μｍとした場合の試験結果を示している。（なお、検出波長領域を約２．０〜約２．５μｍとすると、通常ハロゲンランプからなるランプ２２からの放射光の放射強度が最も高い波長領域から検出波長領域が外れるため、測定精度を高める上で有利である（後述する第３の実施形態の説明を参照））。なお、図３のグラフの横軸は、出力制御部２８からランプ２２に供給される電力Ｗの、出力制御部２８の最高出力電力に対する比率を示す。関数ΔＶ＝Ｆ（Ｗ）は、通常、比較的簡単な数式で表現することができる。なお、本例では、ΔＶをＷの一次関数で表現することができた。
【００２３】
上記の関数ΔＶ＝Ｆ（Ｗ）が格納された演算部２６は、ある時点におけるフォトダイオード１８の出力電圧Ｖと、演算部２６に出力制御部２８から提供される電力Ｗに関するデータに基づいて、下式１によりサセプタ８の温度ＴSを算出することができる。
ＴS＝Ｇ（Ｖpd−ΔＶ）
＝Ｇ（Ｖpd−Ｆ（Ｗ））…式（１）
（関数Ｇはフォトダイオード１８に入射する迷光が無い場合の、フォトダイオード１８の出力電圧Ｖと熱輻射光を発する物体の温度との既知の関係を示す。）
【００２４】
以上説明したように、本実施形態によれば、ランプ光の特定波長をサセプタに到達する前にフィルタでカットしたりすることなく、サセプタの温度を検出することができる。このため、広範な温度領域にわたって精度よくサセプタの温度を検出することができる。なお、上記実施形態においては、システムにこのようなフィルタが含まれない構成としたが、これに限定されるものではない。更なる測定精度の向上を図るため、システムにフィルタを導入してもよい。
【００２５】
［関数の求め方（第２の方法）］
なお、上記の関数ΔＶ＝Ｆ（Ｗ）は、ランプ２２に供給される電力Ｗが定常状態にある場合に取得したデータに基づいて決定されている。従って、ランプ２２に供給される電力Ｗが変化している場合、すなわち過渡状態にある場合には、前記式ＴS＝Ｇ（Ｖpd−ΔＶ）＝Ｇ（Ｖpd−Ｆ（Ｗ））に基づいてサセプタ８の温度ＴSを算出したのでは、要求精度を満足しないことも考えられる。そこで、以下に、さらなる測定精度の向上が望まれる際に適用可能な、迷光の影響の算出方法について説明する。
【００２６】
まず、図４に示すようなシステムモデルを考える。このシステムにおいて、入力ｕ_ｉは時点ｉにおけるランプ２２に供給される電力Ｗ、出力ｙ_ｉは時点ｉにおけるフォトダイオード１８の出力電圧Ｖｒ_ｉに含まれるランプ光の寄与分（すなわち迷光の影響分）である。
【００２７】
なお、各時点ｉにおける出力ｙ_ｉは、以下のようにして求める。サセプタ８をランプ２２により加熱している際に、サセプタ８に接触する熱電対により実測したサセプタ８の実温度をＴSｒとし、この実温度ＴSｒに対応するフォトダイオード１８の実際の出力電圧をＶｒとする。一方、迷光の影響が無い場合のサセプタ８の実温度ＴSｒに対するフォトダイオード１８の出力電圧をＶｂとする。ＴSｒとＶｂとの関係は、フォトダイオード１８の製造者から提供される仕様書により、または迷光の影響が全く無い環境にて実験を行うことにより得ることができる。そして各時点ｉにおけるＶｒ−Ｖｂがこのシステムの出力ｙ_ｉとなる。
【００２８】
ここでシステムの入出力の関係をＡＲＸモデルによる差分方程式で近似的に表現すると、
【数３】

となる。
【００２９】
ここで式（２）において、ｉ＝１は現時点、ｉが大きくなるほどより過去の時点を表している。ｂ_ｉおよびａ_ｉは複数の時点ｉにおいてｙ_ｉおよびｕ_ｉを測定した結果に基づいて定められた定数である。Ｎは２以上の自然数である。式（２）において、これら定数を決定するにあたっては最小２乗法等の数学的手法を用いることができる。
【００３０】
従って式（２）より、現時点の出力ｙ_１は、
【数４】

【００３１】
これら定数は、測定対象温度領域全般において実測を行った結果に基づいて定めることもできるが、最も測定精度を高めたい温度領域においてｕ_ｉとｙ_ｉを実測した結果に基づいて定めることがより好適である。例えば、温度領域２００〜３００℃の昇温時の測定精度を高めたい場合には、サセプタ８の実温が２００℃よりやや低い状態からランプ２２を用いて昇温を開始し、サセプタ８の実温が３００℃よりやや高い状態となるまでの間ランプ２２による加熱を継続する。そしてこの間、所定時間毎にｕ_ｉとｙ_ｉのデータを収集する。そしてこの間に取得したデータを用いて定数ｂ_ｉおよびａ_ｉを決定する。
【００３２】
以上のように定数ｂ_ｉ、ａ_ｉが決定されれば、前述した式（１）すなわちＴS＝Ｇ（Ｖpd−Ｆ（Ｗ））のＦ（Ｗ）を式（２）のｙ_ｉで置換することによりサセプタ８の温度を求める式を得ることができる。
【００３３】
次に、過渡特性を無視してランプ迷光の寄与分を算出する関数を求めた場合（第１の方法）と、過渡特性を考慮してランプ迷光の寄与分を算出する関数を求めた場合（第２の方法）との比較を行った結果について説明する。
【００３４】
図５及び図６は、ランプ２２出力、サセプタ８の実温度（熱電対により測定したもの）および演算部が算出したサセプタ８の温度との関係を示している。図５は、第１の方法により求めた関数に基づいて演算部２６がサセプタ８の温度を算出した場合、図６は、第２の方法により求めた関数に基づいて演算部２６がサセプタ８の温度を算出した場合をそれぞれ示している。図５及び図６において、実線は熱電対にて測定したサセプタ８の実温度、破線はフォトダイオード１８の検出値に基づいて演算部２６が算出したサセプタ８の温度、一点鎖線はランプ出力Ｗ（フルパワー時を１００としたパーセンテージで示す）をそれぞれ示している。なお、図５は、サセプタ８を「３００℃で所定時間保持→３００℃まで昇温して所定時間保持→４００℃まで昇温して所定時間保持→５００まで昇温して所定時間保持→自然冷却により３００℃まで降温し３００℃で所定時間保持」を１サイクルとして繰り返した場合を示している。また、図６は、サセプタ８を「２５０℃で所定時間保持→３００℃まで昇温して所定時間保持→５００℃まで昇温して所定時間保持→自然冷却により２５０℃まで降温し２５０℃で所定時間保持」を１サイクルとして繰り返した場合を示している。なお、図５の場合と図６の場合とで、多少条件が異なっているが、過渡的な温度変動に的確に対応できるか否かを評価する上では、十分に意味のあるデータと本件発明者は考えている。
【００３５】
図５と図６を比較対照すると、まず、５００℃から３００℃（２５０℃）まで降温しその温度で所定時間保持する際に、両者に大きな差がある。すなわち、図５の場合は、サセプタ８の実温度が２５０℃で安定せず、ランプ電力Ｗも激しく変動している。これに対して、図６の場合はサセプタ８の実温度も安定しており、ランプ電力Ｗも安定していることがわかる。
【００３６】
また、昇温過程においても、図５よりも図６の方が、熱電対により測定したサセプタ８の実温度と、フォトダイオード１８の検出値に基づいて演算部２６が算出したサセプタ８の温度とが近くなっており、測定誤差が小さいことがわかる。
【００３７】
［第２の実施形態］
次に、図７および図８を参照して第２の実施形態について説明する。
【００３８】
第２の実施形態は、（１）窓（窓材）６が水酸基を含む石英ガラスにより構成され、窓（窓材）６自体が特定波長領域に対するフィルタ機能を有している点と、（２）これにあわせて光検出器側の構成が一部変更されている点と、が第１の実施形態に対して異なり、他は第１の実施形態の構成と略同一である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同一若しくは類似の機能を有する部材に対しては同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３９】
壁体４の底部に設けられた窓すなわち窓材６は、水酸基を含む石英ガラスから構成されている。水酸基を含む石英ガラスは、Ｏ−Ｈの振動により２７００ｎｍ（２．７μｍ）付近に吸収帯が生じ、吸収の強さは含まれる水酸基の量に比例することが知られている。なお、水酸基を含む石英ガラスは、Ｓｉ−Ｏ−Ｈの振動により２２００ｎｍ付近にも吸収帯が生じるが、この吸収帯における吸収の強さは２７００ｎｍ付近にある吸収帯における吸収の強さより十分に弱い。図８は、厚さ１ｃｍの石英ガラスの光透過率の波長依存性を水酸基の含有量ごとに示すグラフである（「石英ガラスの世界」、葛生伸、工業調査会（１９９６）より引用）。このグラフからも理解できるように水酸基の含有量が５０ｐｐｍあれば、波長２７００ｎｍの光は、９０％以上吸収することができる（図８の破線参照）。従って、本発明の実施にあたっては、窓材６として、水酸基の含有量が５０ｐｐｍ以上の石英ガラスを使用することが好ましい。なお、石英ガラスは、溶融法によるものであってもよいし、合成石英ガラスであってもよいし、またＶＡＤ法により製造されたものであってもよい。
【００４０】
このように窓材６として適当量の水酸基を含有する石英ガラスを用いることにより、波長２７００ｎｍ近傍の光、すなわち特定波長領域の光以外の波長の光を選択的に透過する手段を構成することができる。（なお、このことは、「特定波長領域」という用語を波長２７００ｎｍ近傍の波長領域以外の波長領域を意味する用語として用いた場合、「波長２７００ｎｍ近傍の波長領域以外の波長の光、すなわち特定波長領域の光を選択的に透過する手段を構成することができる」と表現することもできる。）
【００４１】
また、光検出器１６には、受光素子１８の手前側に、光フィルタ１９が設けられている。適当な受光感度特性（受光感度の波長依存性を意味する）を有する受光素子１８と、適当な透過特性（透過率の波長依存性を意味する）を有する光フィルタ１９を適宜組み合わせることにより、２７００ｎｍ近傍の波長領域の光（すなわち特定波長領域近傍の波長の光）を選択的に検出する光検出手段が構成されている。（なお、このことは、「特定波長領域」という用語を波長２７００ｎｍ近傍の波長領域以外の波長領域を意味する用語として用いた場合、「波長２７００ｎｍ近傍の波長領域の光、すなわち特定波長領域の以外の波長の光を選択的に透過する手段を構成されている。」と表現することもできる。）
【００４２】
なお、本例では、受光素子１８として、第１の実施形態で用いていたフォトダイオードに代えて、Ｓｂ，Ｂｉ（アンチモン，ビスマス）を使用したサーモパイルを用い、光フィルタ１９として多層膜干渉フィルターを用いることにより、２７００ｎｍ近傍の波長領域の光を選択的に検出する光検出手段を構成している。
【００４３】
次に、作用について説明する。ランプ２２から放射された光は、窓材６に２７００ｎｍ近傍の波長領域（すなわち特定波長領域）が吸収され、その他の波長領域がサセプタ８に到達する。サセプタ８に到達したランプ光は、サセプタ８を加熱するとともに、サセプタ８を透過して光ガイド１２に少量ではあるが導入される。
【００４４】
従って、光ガイド１２に導入される光は、サセプタ８からの輻射光と、２７００ｎｍ近傍の波長領域がカットされたランプ光とになる。ここで、受光素子１８の前段には光フィルタ１９が設けられているため、光ガイド１２に導入された光のうち２７００ｎｍ近傍の波長領域のみが受光素子１８に到達する。すなわち、受光素子１８には、ランプ光は殆ど若しくは全く到達しない。このため、受光素子１８の出力からランプ２２からの迷光の影響を排除することができ、サセプタ８の温度を正確に測定することができる。
【００４５】
温度コントローラ２４の演算部２６および出力制御部は、第１の実施形態と同様に動作している。なお、言うまでもなく、演算部２６に記憶されている関数は、本実施形態の構成を有する装置において試験を行うことにより求められたものが用いられる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態においては、第１の実施形態の特徴部分に加えて、ランプ光の影響を光学的に排除する手段が設けられているため、更に温度測定の精度を高めることができる。
【００４７】
また、窓を構成する材料自体がフィルタ機能を有しているため、窓と別個にフィルタを設ける必要がない。このため、装置全体の構成を簡略化することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態においては、受光素子１８と光フィルタ１９との組み合わせにより２７００ｎｍ近傍の波長領域の光を選択的に検出する光検出手段を構成しているが、受光素子１８の受光感度特性が特定波長領域近傍の光を選択的に検出する目的を達成するに十分であれば、光フィルタ１９無しで光検出手段を構成することも可能である。また、受光素子１８として、適当なものがあれば、サーモパイルに代えてフォトダイオードを使用してもよい。
【００４９】
［第３の実施形態］
次に、図９乃至図１１を参照して第３の実施形態について説明する。
【００５０】
第３の実施形態は、第１の実施形態に対して、光検出器１６により検出される波長が所定波長以上のものに制限されている点が異なり、他は第１の実施形態の構成と略同一である。第３の実施形態において、第１の実施形態と同一若しくは類似の機能を有する部材に対しては同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
光検出器１６には、受光素子１８の手前側に、光フィルタ１９が設けられている。適当な受光感度特性（受光感度の波長依存性を意味する）を有する受光素子１８と、適当な透過特性（透過率の波長依存性を意味する）を有する光フィルタ１９を適宜組み合わせることにより、所望の波長領域の光を選択的に検出する光検出手段を構成することができる。本実施形態においては、光検出手段が所定波長以上の波長の光を選択的に検出するように構成されている。この光検出手段による検出波長領域については、後に詳述する。
【００５２】
次に、作用について説明する。ランプ２２から放射された光は、サセプタ８に到達する。サセプタ８に到達したランプ光は、サセプタ８を加熱するとともに、サセプタ８を透過して光ガイド１２に少量ではあるが導入される。従って、光ガイド１２に導入される光は、サセプタ８からの輻射光と、ランプ光とになる。
【００５３】
温度コントローラ２４の演算部２６および出力制御部は、第１の実施形態と同様に動作している。なお、言うまでもなく、演算部２６に記憶されている関数は、本実施形態の構成を有する装置において試験を行うことにより求められたものが用いられる。
【００５４】
以下に、光検出手段を所定波長以上の波長の光を選択的に検出するように構成したことによる利点について説明する。
【００５５】
ランプ光が、光ガイド１２に導入される光に含まれることにより温度測定結果に及ぼす影響は、第１の実施形態にて説明した手法により求めることができる（図２を再度参照）。
【００５６】
第１の実施形態と同様の手法により、ＶiおよびＶi−ΔＶiの値を、検出波長を変えて求め、Ｒ＝Ｖi／（Ｖi−ΔＶi）をサセプタ８からの輻射光に対するランプ光２２からの放射光の強度比指数と定義すると、この強度比指数Ｒは、光検出手段による検出波長領域の関数となる。その関係を表１に示す。
【００５７】
【表１】

【００５８】
表１に示すように、強度比指数Ｒは、検出波長領域を１．５μｍ以上とした場合に、１以下となり、更に、検出波長領域を２．０μｍ以上とした場合に０．１以下となる。すなわち検出波長領域が１．５μｍ未満である場合に比べて大幅な改善が認められる。
【００５９】
本実施形態においては、上記の知見に基づいて光検出器１６による検出波長が所定値以上（好ましくは１．５μｍ以上、更に好ましくは２．０μｍ以上に）に限定されている。
【００６０】
［実施例］
次に、実験例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。受光素子１８とフィルタ１９とを適宜組み合わせて検出波長領域を変化させた場合の強度比指数Ｒを調べた。その結果を表２に示す。また、表２の結果を得るために行った試験において用いた受光素子１８とフィルタ１９の組み合わせごとの検出波長領域を図１０に示す。なお、表２および図１０において、Filterの表示がないものはフィルタ１９を設けることなく受光素子１８のみで光検出手段を構成した場合を示している。
【００６１】
【表２】

【００６２】
表２に示すように、受光素子１８としてＩｎＧａＡｓ（long）と１．５μｍ以下の短波長側をカットするフィルタ１９とを組み合わせた場合、測定誤差を少なくすることができることがわかる。特にサセプタ８の温度が５００℃付近の場合、測定誤差が非常に小さくなっている。
【００６３】
このように、通常２０００℃〜３０００℃の色温度を持つハロゲンランプの放射光（以下、「ランプ光」ともいう）のエネルギー分布と、成膜工程の際のサセプタの温度（通常３００℃〜６００℃）に基づくサセプタからの輻射光のエネルギー分布との関係に着目し、ランプ光のエネルギーが最も強くなる波長領域から検出波長領域を外すことにより、ランプ光が迷光として受光素子に入射した場合でも、その影響を最小限とすることができる。
【００６４】
すなわち、図１１に示すように、ハロゲンランプ光のエネルギーは波長０．５〜１．０μｍの領域で最も強くなるため、この波長領域を検出波長領域から外すことにより迷光の影響を最小限とすることができる。更に、０．５〜１．０μｍの波長領域外であって、かつ通常３００℃〜６００℃の範囲に設定されるサセプタ８からの輻射光のエネルギーが最も強くなる波長１．５〜６μｍの領域を検出波長領域とすることにより、迷光の影響を更に抑えることができる。前述したように、検出波長領域は１．５μｍ以上とすることが好ましく、２．０μｍ以上とすることが更に好ましい。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態においては第１の実施形態の特徴部分に加えて、光検出手段による検出波長領域が最適化されているため、更に温度測定の精度を高めることができる。
【００６６】
なお、上記実施形態においては、受光素子１８と光フィルタ１９との組み合わせにより所定の波長領域の光を選択的に検出する光検出手段を構成しているが、受光素子１８の受光感度特性が特定波長領域近傍の光を選択的に検出する目的を達成するに十分であれば、光フィルタ１９無しで光検出手段を構成することも可能である。
【００６７】
［変形例］
上記の第１乃至第３の実施形態においては、温度測定対象物が被処理体であるウエハ１を載置するサセプタ８であったが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、図９に示すように、光ガイド１２が、被処理体であるウエハ１からの輻射光を検出するような配置としてもよい。更に、光ガイド１２を、チャンバ２内においてウエハ１の上方若しくは斜め上方にウエハ１から離して配置して、この光ガイド１２がウエハ１からの輻射光を検出するような配置としてもよい。この場合も、上記実施形態と略同一の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る温度測定システムを具備したＣＶＤ処理装置の構成を概略的に示す図。
【図２】演算部に格納される補正関数を求める方法を説明するグラフ。
【図３】補正関数の一例を示すグラフ。
【図４】他の補正関数を決定する際に想定したシステムを示す図。
【図５】第１の方法により定めた補正関数により温度制御を行った結果を示すグラフ。
【図６】第２の方法により定めた補正関数により温度制御を行った結果を示すグラフ。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る温度測定システムを具備したＣＶＤ処理装置の構成を概略的に説明する図。
【図８】水酸基の含有量に対応する石英ガラスの光透過率の波長依存性を説明するグラフ。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る温度測定システムを具備したＣＶＤ処理装置の構成を概略的に説明する図。
【図１０】実験に用いた受光素子と光フィルタとの組み合わせごとの検出波長領域を示すグラフ。
【図１１】物体から放射される輻射光の温度ごとの放射強度分布を示す図。
【図１２】本発明による温度測定システムを具備したＣＶＤ処理装置の他の例を概略的に示す図。
【符号の説明】
２チャンバ
８サセプタ（測定対象物）
１８フォトダイオード（光検出器）
２２ランプ（ランプ加熱源）
２６演算部

Claims

チャンバ内に収容され、ランプ加熱源により加熱される測定対象物の温度測定を行う温度測定システムにおいて、
前記測定対象物からの熱輻射光を検出するための光検出器と、
前記光検出器の出力値に基づいて測定対象物の温度を求める演算部と、を備え、
前記演算部には、前記ランプ加熱源が発する光線が前記光検出器に到達することによって前記光検出器の出力値が受ける影響が、前記ランプ加熱源への入力電力の関数として記憶されており、
前記演算部は、前記関数に基づいて前記光検出器の出力値を補正し、その補正した値に基づいて測定対象物の温度を求めるように構成されており、
前記演算部に記憶される前記関数は、下式で表現されるものであり、

ここで、
ｙ _ｉは時点ｉにおいて前記ランプ加熱源が発する光線が前記光検出器に到達することによって前記光検出器の出力値が受ける影響、
ｕ _ｉは時点ｉにおける前記ランプ加熱源への入力電力、
ａ _ｉおよびｂ _ｉは複数の時点ｉにおいてｙ _ｉおよびｕ _ｉを測定した結果に基づいて定められた定数、ｉ＝１は現時点を意味し、そしてＮは２以上の自然数である、
温度測定システム。
前記演算部には、前記ランプ加熱源が発する光線が前記光検出器に到達することによる前記光検出器の出力値の増分が、前記ランプ加熱源への入力電力の関数として記憶されており、
前記演算部は、前記関数に基づいて算出された前記光検出器の出力値の増分を、
検出された前記光検出器の出力値から減算し、この減算の結果得られた値に基づいて測定対象物の温度を求めることを特徴とする、請求項１に記載の温度測定システム。
前記チャンバ内に配置され、測定対象物からの熱輻射光を伝送する光ガイドと、
前記光ガイドにより取得された光を前記光検出器に導く光伝送媒体と、
を更に備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の温度測定システム。
前記ランプ加熱源と前記測定対象物との間に設けられ、それ自体が特定波長領域以外の光を選択的に透過させる性質を有する窓材を、更に備え、
前記光検出器は、前記特定波長領域近傍の波長領域の光を選択的に検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の温度測定システム。
前記光検出器は、１．５μｍ以上の波長を有する光を選択的に検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の温度測定システム。
前記光検出器の受光素子に入射する光の波長領域を制限する光フィルタを、更に備えたことを特徴とする、請求項４または５に記載の温度測定システム。