JP4756845B2 - 温度測定装置,温度測定方法,温度測定システム,制御システム,制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態にかかる温度測定装置について図面を参照しながら説明する。図1は,本実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態にかかる温度測定装置100は,上述した図7に示すような原理を基本としつつ,簡単な構成で複数の測定ポイントを一度の参照光反射手段例えば参照ミラーの走査で温度測定することができるようにしたものである。このような温度測定装置100の具体的な構成は以下の通りである。
図1に示す温度測定装置100では,上記第1〜第n測定光における第2スプリッタ130から温度測定対象物Tまでの各光路長がそれぞれ互いに異なるように構成する。具体的には例えばコリメートファイバF1〜Fnの長さがそれぞれ同一の場合は,図1に示すように第1〜第n測定光伝送手段例えばコリメートファイバF1〜Fnの先端面,すなわち測定光照射位置が,温度測定対象物Tから照射方向に略平行な方向にそれぞれずれるように配置する。また,第1〜第n測定光伝送手段としてコリメータ付光ファイバF1〜Fnを用いる場合には,各コリメータの先端面が,温度測定対象物Tから照射方向に略平行な方向にそれぞれずれるように配置する。なお,コリメートファイバF1〜Fnの先端面又はコリメータ付光ファイバF1〜Fnのコリメータ先端面をずらすことなく,それぞれ例えばコリメートファイバF1〜Fnの長さ又は光ファイバの長さを変えることにより,上記第1〜第n測定光における第2スプリッタ130から温度測定対象物Tまでの各光路長が異なるようにしてもよい。
このような構成の温度測定装置100においては,光源110からの光は,第1のスプリッタ120の端子aに入射され,第1のスプリッタ120により端子bと端子cへと2分波される。このうち,端子bからの光(測定用の光)は,第2のスプリッタ130に入射され,第2のスプリッタ130により端子e1〜enへとn分波される。これらの端子e1〜enからの第1〜第n測定光はそれぞれ第1〜第n測定光伝送手段例えばコリメートファイバを介して層構造体からなるウエハなどの温度測定対象物Tに照射され,各層の表面,境界面や裏面によって反射される。
ここで,温度測定装置100により得られる干渉波形の具体例を図3に示す。図3は,第2スプリッタ130により2分波された第1及び第2測定光が,温度測定対象物例えばウエハの面内における測定ポイントP1,P2にそれぞれ照射されるようにした場合における第1及び第2測定光と参照光との干渉波形を示したものである。図3(a)は温度変化前の干渉波形を示したものであり,図3(b)は温度変化後の干渉波形を示したものである。図3において横軸は干渉強度,縦軸は参照ミラーの移動距離をとっている。
次に,測定光と参照光との干渉波に基づいて温度を測定する方法について説明する。干渉波に基づく温度測定方法としては,例えば温度変化に基づく光路長変化を用いる温度換算方法がある。ここでは,上記干渉波形の位置ズレを利用した温度換算方法について説明する。
=L1・(α+β)・ΔT1 …(1−5)
=L2・(α+β)・ΔT2 …(1−6)
"Temperature dependence of the near-infrared refractive index of
silicon,gallium arsenide,and indium phosphide"Phy.Rev.B49,7408,1994)などにも記載されている。
以上のような原理に基づいて,温度測定対象物として例えばウエハの温度測定を行う場合について,干渉波から温度への換算する際の具体例について説明する。先ず,ウエハの温度測定に先立って,複数の温度帯についてのウエハの線膨張率α,屈折率変化の温度係数βを調べて,これら線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βを温度帯と関連づけて温度換算用基準データとしてメモリなどに記憶しておく。
=dm+1・nm+1−dm・nm
=dm・nm・(α+β)m・(Tm+1−Tm)
…(1−7)
=(dm+1・nm+1−dm・nm)/(dm・nm・(Tm+1−Tm))
=(Lm+1−Lm)/Lm・(Tm+1−Tm)
…(1−8)
…(1−9)
=Lx−Lf/Lf・(α+β)f +Tf
…(1−10)
次に,本実施形態にかかる温度測定装置を利用した基板処理装置の温度測定システムの具体例について図面を参照しながら説明する。図4は,温度測定システムの概略構成を示す図である。ここでは,本実施形態にかかる温度測定装置を,例えばエッチング装置などの基板処理装置における被処理基板例えばウエハTwの温度測定に適用する場合を説明する。
次に,本発明にかかる温度測定装置を基板処理装置の制御システムに利用した場合の具体例を図面を参照しながら説明する。図5は,基板処理装置の制御システムの具体例についての概略構成を示す図である。
chuck:静電チャック)系コントローラ472,FR(フォーカスリング)系コントローラ474を備える。ESC系コントローラ472は,静電チャック(ESC)へ印加する電圧,静電チャックを介してウエハTwへ供給されるバックサイドガスのガス流量やガス圧力,下部電極340内に形成される冷媒流路に循環させる冷媒の温度などを制御するものである。
次に,本発明にかかる温度測定装置を基板処理装置の制御システムに適用した場合の他の具体例について図面を参照しながら説明する。図6は,基板処理装置の制御システムの他の具体例についての概略構成を示す図である。ここでは,温度測定対象物Tとして処理室内に設けられる上部電極の温度を測定可能な制御システムについて説明する。これに伴い,図6では上部電極350についての構成をより詳細に示し,搬送室320や処理室310内の下部電極340の構成などは簡略化してある。
102 温度測定装置
110 光源
120 第1スプリッタ
130 第2スプリッタ
132 光通信用マルチプレクサ
140 参照光反射手段
142 駆動手段
150 受光手段
200 温度測定装置
220 光ファイバカプラ
230 光ファイバカプラ
240 参照ミラー
242 モータ
300 基板処理装置
310 処理室
320 搬送室
330 ゲートバルブ
340 下部電極
342 貫通孔
344 貫通孔
346 貫通孔
348 高周波電源
349 高周波電源
350 上部電極
351 電極支持体
352 外側冷媒流路
354 内側冷媒流路
356 低熱伝達層
358 貫通孔
359 貫通孔
360 フォーカスリング
400 制御装置
410 CPU
420 モータドライバ
430 モータコントローラ
450 バッファ
460 A/D変換器
470 各種コントローラ
472 ESC系コントローラ
474 FR系コントローラ
510 内側冷媒コントローラ
520 外側冷媒コントローラ
Claims (20)
- 被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置に適用される温度測定装置であって,
光源と,
前記光源からの光を温度測定用の光と参照光とにスプリットするための第1スプリッタと,
前記第1スプリッタからの温度測定用の光を,さらにn個の第1〜第n測定光にスプリットするための第2スプリッタと,
前記第1スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と,
前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と,
前記第1スプリッタからの参照光を,前記参照光反射手段へ照射する参照光照射位置まで伝送する反射光伝送手段と,
前記第2スプリッタからの第1〜第n測定光をそれぞれ,温度測定対象物の各測定ポイントへ照射する測定光照射位置まで伝送する第1〜第n測定光伝送手段と,
前記温度測定対象物から反射する前記第1〜第n測定光と,前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための受光手段と,を備え,
前記第1〜第n測定光における前記第2スプリッタから前記温度測定対象物までの各光路長は,前記第1〜第n測定光伝送手段における各第1〜第n測定光の測定光照射位置と前記温度測定対象物との距離を調整することによって前記受光手段で検出される干渉波を少なくともコヒーレンス長以上ずつずらして前記各干渉波が互いに重ならないようにし,前記受光手段にて前記測定ポイントごとにそれぞれ検出された複数の干渉波のピーク間幅に基づいて前記温度測定対象物の各測定ポイントの温度を測定することを特徴とする温度測定装置。 - 前記第1スプリッタによりスプリットされた温度測定用の光と参照光との強度比は,n:1であり,
前記第2スプリッタによりスプリットされた第1〜第n測定光の強度はそれぞれ,前記温度測定用の光の強度の1/nであることを特徴とする請求項1に記載の温度測定装置。 - 前記第1〜第n測定光の各測定光照射位置と前記温度測定対象物との間に,前記温度測定対象物に対する前記第1〜第n測定光の照射をオンオフ可能なシャッタ手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の温度測定装置。
- 前記温度測定対象物は,前記基板処理装置によって処理される前記被処理基板であり,
前記第1〜第n測定光伝送手段は,前記被処理基板の面内における複数の測定ポイントへそれぞれ前記第1〜第n測定光が照射されるように前記基板処理装置に配設されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載された温度測定装置。 - 前記基板処理装置は,前記被処理基板に対して所定の処理を施す処理室と,前記処理室に接続され,前記処理室との間で前記被処理基板を搬出入する搬送室とを備え,
前記第1〜第n測定光伝送手段のうちの少なくとも1つは前記搬送室に配設され,前記搬送室にある前記被処理基板に対しても測定光が照射されるようにしたことを特徴とする請求項4に記載の温度測定装置。 - 前記温度測定対象物は,前記基板処理装置によって処理される被処理基板と前記被処理基板の周りに配設されるフォーカスリングであり,
前記第1〜第n測定光伝送手段のうちの少なくとも1つは,前記フォーカスリングに対しても測定光が照射されるように配設されることを特徴とする請求項5に記載の温度測定装置。 - 前記温度測定対象物は,前記基板処理装置の処理室内に配設される上部電極であり,
前記第1〜第n測定光伝送手段のうちの少なくとも1つは,前記上部電極に対しても測定光が照射されるように配設されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の温度測定装置。 - 被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置に適用される温度測定方法であって,
それぞれ光路長の異なるn個の第1〜第n測定光を温度測定対象物の各測定ポイントへ照射するとともに,参照光を参照光反射手段へ照射する工程と,
前記参照光反射手段を一方向へ可動することによって前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させながら,前記温度測定対象物から反射する第1〜第n測定光と,前記参照光反射手段から反射する参照光とを受光手段にて受光して検出されるこれらの光の干渉波を測定する工程と,
前記受光手段にて前記測定ポイントごとにそれぞれ検出された複数の干渉波のピーク間幅に基づいて前記温度測定対象物の各測定ポイントの温度を測定する工程と,を有し,
前記第1〜第n測定光における前記第2スプリッタから前記温度測定対象物までの各光路長は,前記第1〜第n測定光伝送手段における各第1〜第n測定光の測定光照射位置と前記温度測定対象物との距離を調整することによって前記受光手段で検出される干渉波を少なくともコヒーレンス長以上ずつずらして前記各干渉波が互いに重ならないようにしたことを特徴とする温度測定方法。 - 前記第1〜第n測定光を合わせた光の強度と,前記参照光との強度比は,n:1であり,
前記第1〜第n測定光の強度はそれぞれ,前記第1〜第n測定光を合わせた光の強度の1/nであることを特徴とする請求項8に記載の温度測定方法。 - 前記第1〜第n測定光のうち測定しようとする測定光の照射をシャッタ手段によりオンオフすることにより,その測定光の反射光と,前記参照光の反射光との干渉を特定することを特徴とする請求項8又は9に記載の温度測定方法。
- 前記温度測定対象物の温度を測定する工程は,少なくとも干渉波に基づいて第1〜第n測定光の光路長を測定した測定結果と,温度測定対象物固有の初期値の光路長とに基づいて前記温度測定対象物の温度を算出することを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の温度測定方法。
- 前記温度測定対象物は,前記基板処理装置によって処理される前記被処理基板であり,
前記第1〜第n測定光は,前記被処理基板の面内における複数の測定ポイントへそれぞれ照射されることを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載された温度測定方法。 - 前記基板処理装置は,前記被処理基板に対して所定の処理を施す処理室と,前記処理室に接続され,前記処理室との間で前記被処理基板を搬出入する搬送室とを備え,
前記第1〜第n測定光のうちの少なくとも1つは前記搬送室にある前記被処理基板に対しても照射されることを特徴とする請求項12に記載の温度測定方法。 - 前記温度測定対象物は,前記基板処理装置によって処理される被処理基板と前記被処理基板の周りに配設されるフォーカスリングであり,
前記第1〜第n測定光のうちの少なくとも1つは,前記フォーカスリングに対しても照射されることを特徴とする請求項13に記載の温度測定方法。 - 前記温度測定対象物は,前記基板処理装置の処理室内に配設される上部電極であり,
前記第1〜第n測定光のうちの少なくとも1つは,前記上部電極に対しても照射されることを特徴とする請求項8〜14のいずれかに記載の温度測定方法。 - 基板処理装置と,温度測定装置とを備える温度測定システムであって,
前記基板処理装置は,少なくとも前記被処理基板に対して所定の処理を施す処理室を備え,
前記温度測定装置は,光源と,前記光源からの光を温度測定用の光と参照光とにスプリットするための第1スプリッタと,前記第1スプリッタからの温度測定用の光を,さらにn個の第1〜第n測定光にスプリットするための第2スプリッタと,前記第1スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と,前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と,前記第1スプリッタからの参照光を,前記参照光反射手段へ照射する参照光照射位置まで伝送する反射光伝送手段と,前記第2スプリッタからの第1〜第n測定光をそれぞれ,前記被処理基板の各測定ポイントへ照射する測定光照射位置まで伝送する第1〜第n測定光伝送手段と,前記被処理基板から反射する前記第1〜第n測定光と,前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための受光手段と,を備え,前記第1〜第n測定光における前記第2スプリッタから前記被処理基板までの各光路長は,前記第1〜第n測定光伝送手段における各第1〜第n測定光の測定光照射位置と前記被処理基板との距離を調整することによって前記受光手段で検出される干渉波を少なくともコヒーレンス長以上ずつずらして前記各干渉波が互いに重ならないようにし,前記受光手段にて前記測定ポイントごとにそれぞれ検出された複数の干渉波のピーク間幅に基づいて前記被処理基板の各測定ポイントの温度を測定することを特徴とする温度測定システム。 - 基板処理装置と,温度測定装置と,制御装置とを備える制御システムであって,
前記基板処理装置は,少なくとも前記被処理基板に対して所定の処理を施す処理室を備え,
前記温度測定装置は,光源と,前記光源からの光を温度測定用の光と参照光とにスプリットするための第1スプリッタと,前記第1スプリッタからの温度測定用の光を,さらにn個の第1〜第n測定光にスプリットするための第2スプリッタと,前記第1スプリッタからの参照光を反射するための参照光反射手段と,前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と,前記第1スプリッタからの参照光を,前記参照光反射手段へ照射する参照光照射位置まで伝送する反射光伝送手段と,前記第2スプリッタからの第1〜第n測定光をそれぞれ,前記被処理基板の各測定ポイントへ照射する測定光照射位置まで伝送する第1〜第n測定光伝送手段と,前記被処理基板から反射する前記第1〜第n測定光と,前記参照光反射手段から反射する参照光との干渉を測定するための受光手段と,を備え,前記第1〜第n測定光における前記第2スプリッタから前記被処理基板までの各光路長は,前記第1〜第n測定光伝送手段における各第1〜第n測定光の測定光照射位置と前記被処理基板との距離を調整することによって前記受光手段で検出される干渉波を少なくともコヒーレンス長以上ずつずらして前記各干渉波が互いに重ならないようにし,
前記制御装置は,前記受光手段にて前記測定ポイントごとにそれぞれ検出された複数の干渉波のピーク間幅に基づいて前記被処理基板の各測定ポイントの温度を測定し,これらの温度に基づいて前記基板処理装置の処理室内にある前記被処理基板の温度制御とプロセス制御のうち少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする制御システム。 - 前記基板処理装置は,その処理室内に配置される前記被処理基板の周りに配設されるフォーカスリングを備え,
前記第1〜第n測定光伝送手段のうちの少なくとも1つは,前記フォーカスリングに対しても測定光が照射されるように配設され,
前記制御装置は,前記受光手段からの干渉波に基づいて前記フォーカスリングの温度も測定し,このフォーカスリングの温度も考慮しつつ,前記基板処理装置の処理室内にある前記被処理基板の温度制御とプロセス制御のうち少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする請求項17に記載の制御システム。 - 前記基板処理装置は,その処理室内に配設される上部電極を備え,
前記第1〜第n測定光伝送手段のうちの少なくとも1つは,前記上部電極に対しても測定光が照射されるように配設され,
前記制御装置は,前記上部電極の温度も測定し,この上部電極の温度も考慮しつつ,前記基板処理装置の処理室内にある前記被処理基板の温度制御とプロセス制御のうち少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする請求項17又は18に記載の制御システム。 - 被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置の制御システムについての制御方法であって,
それぞれ光路長の異なるn個の第1〜第n測定光を被処理基板の各測定ポイントへ照射するとともに,参照光を参照光反射手段へ照射する工程と,
前記参照光反射手段を一方向へ可動することによって前記参照光反射手段から反射する参照光の光路長を変化させながら,前記被処理基板から反射する第1〜第n測定光と,前記参照光反射手段から反射する参照光とを受光手段にて受光して検出されるこれらの光の干渉波を検出する工程と,
前記受光手段にて前記測定ポイントごとにそれぞれ検出された複数の干渉波のピーク間幅に基づいて前記被処理基板の各測定ポイントの温度を測定する工程と,
測定した前記被処理基板の各測定ポイントの温度に基づいて,前記基板処理装置における前記被処理基板の温度制御とプロセス制御のうち少なくとも一方の制御を行う工程と,を有し,
前記第1〜第n測定光における前記第2スプリッタから前記被処理基板までの各光路長は,前記第1〜第n測定光伝送手段における各第1〜第n測定光の測定光照射位置と前記被処理基板との距離を調整することによって前記受光手段で検出される干渉波を少なくともコヒーレンス長以上ずつずらして,前記各干渉波が互いに重ならないようにしたことを特徴とする制御方法。
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