KR100655250B1

KR100655250B1 - 온도 측정 시스템

Info

Publication number: KR100655250B1
Application number: KR1020017012536A
Authority: KR
Inventors: 스즈키도모히로; 가사이시게루; 시미즈마사히로; 야자와미노루
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2006-12-08
Also published as: AU3455300A; KR20010110481A; JP4339523B2; US6530687B1; WO2000058700A1

Abstract

본 발명은 방사식 온도계를 이용하여 웨이퍼 등의 피처리 물체의 온도 측정을 행하는 경우에, 가열용 램프에 의한 미광의 영향을 배제하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 발명에서는, 램프(22)에 출력 제어부(28)로부터 공급되는 전력(W)과 램프(22)로부터 방사되는 빛 에너지 사이에 성립하는 관계를 이용한다. 램프(22)로부터 방사되는 빛이 포토다이오드(18)의 출력 전압에 미치는 영향을 전력(W)의 함수로서 미리 실험적으로 구하여 연산부(26)에 저장해 둔다. 연산부(26)는 출력 제어부(28)로부터 송신되는 전력(W)의 값에 기초하여 포토다이오드(18)의 출력 전압에 포함되는 램프(22)로부터의 미광의 영향분을 포토다이오드(18)의 출력값에서 감산하여 서셉터(8)의 온도를 산출한다.

Description

온도 측정 시스템{TEMPERATURE MEASURING SYSTEM}

본 발명은 램프 가열원에 의해 가열되는 물체의 온도를 방사 온도계를 이용하여 측정할 때, 램프 가열원 자체가 발생하는 빛으로 인한 미광의 영향을 배제하는 기술에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에서의 성막 공정 등에 있어서, 피처리 물체인 웨이퍼를 소정 온도로 유지하기 위해서 램프 가열원에 의해, 서셉터를 통해 혹은 직접적으로 웨이퍼를 가열하는 것이 행해지고 있다. 성막 공정에 있어서는, 웨이퍼 온도가 성막 속도 및 막의 특성을 크게 좌우하기 때문에 웨이퍼의 온도 관리가 매우 중요하다. 웨이퍼 온도를 검출하는 방법으로서 웨이퍼로부터의 열복사를 방사 온도계로 측정하는 기법이 종래로부터 알려져 있다.

그러나, 이 방법에 있어서는, 방사 온도계의 수광 소자가 웨이퍼 자체로부터의 열복사뿐만 아니라 램프 가열원으로부터의 방사광도 동시에 검출해 버리기 때문에, 온도 측정의 S/N비를 충분히 높일 수 없다고 하는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위한 수단으로서 여러 가지 기술이 제안되어 있지만, 여전히 만족할 수 있는 기법은 발견되지 않았다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 제1 목적은 정확한 온도 측정을 행할 수 있는 온도 측정 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 넓은 온도 범위에 있어서, 상기 제1 목적을 실현하는 데 있다.

또한, 본 발명의 제3 목적은 장치의 구성을 복잡하게 하지 않고 상기 제1 목적을 실현하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 챔버 안에 수용되고, 램프 가열원에 의해 가열되는 측정 대상물의 온도 측정을 행하는 온도 측정 시스템에 있어서, 상기 측정 대상물로부터의 열복사광을 검출하기 위한 광검출기와, 상기 광검출기의 출력값에 기초하여 측정 대상물의 온도를 구하는 연산부를 구비하며, 상기 연산부에는 상기 램프 가열원이 발산하는 광선이 상기 광검출기에 도달함으로써 상기 광검출기의 출력값이 받는 영향이 상기 램프 가열원에 입력되는 입력 전력의 함수로서 기억되어 있고, 상기 연산부는 상기 함수에 기초하여 상기 광검출기의 출력값을 보정하며, 그 보정한 값에 기초하여 측정 대상물의 온도를 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 온도 측정 시스템을 구비한 CVD 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 연산부에 저장되는 보정 함수를 구하는 방법을 설명한 그래프.

도 3은 보정 함수의 일례를 나타내는 그래프.

도 4는 다른 보정 함수를 결정할 때 상정되는 시스템을 도시한 도면.

도 5는 제1 방법에 의해 정한 보정 함수에 의해 온도 제어를 행한 결과를 나타내는 그래프.

도 6은 제2 방법에 의해 정한 보정 함수에 의해 온도 제어를 행한 결과를 도시한 그래프.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 온도 측정 시스템을 구비한 CVD 처리 장치의 구성을 개략적으로 설명한 도면.

도 8은 수산기(水酸基)의 함유량에 대응하는 석영 유리의 광투과율의 파장 의존성을 설명한 그래프.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 온도 측정 시스템을 구비한 CVD 처리 장치의 구성을 개략적으로 설명한 도면.

도 10은 실험에 이용한 수광 소자와 광필터의 다양한 조합에 대한 검출 파장 영역을 도시한 그래프.

도 11은 물체로부터 방사되는 복사광의 여러 온도에 대한 방사 강도 분포를 도시한 도면.

도 12는 본 발명에 따른 온도 측정 시스템을 구비한 CVD 처리 장치의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

[제1 실시예]

우선, 도 1 내지 도 3을 참조하여 제1 실시예에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 온도 측정 시스템을 구비한 CVD 처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, CVD 처리 장치는 챔버(2)를 구비하고 있다. 웨이퍼(1)에 대하여 성막 처리 등의 CVD 처리가 행해지는 경우, 챔버(2) 안의 분위기가 챔버(2) 밖의 분위기로부터 격리된다. 챔버(2)는 벽(4)에 의해 구획되어 있다. 벽(4)의 저부에는 석영 유리에 의해 형성된 광투과성을 갖는 창(6)이 설치되어 있다. 챔버(2)에는 웨이퍼(1)에 처리 가스를 공급하는 가스 샤워(3) 등의 부재가 설치되어 있지만, 본 발명의 요지와는 직접적인 관계가 없기 때문에 여기에서는 상세하게는 설명하지 않는다.

챔버(2)에는 웨이퍼(1), 즉 피처리 물체를 적재하기 위한 서셉터(8)가 설치되어 있다. 서셉터(8)는 흑색의 AlN으로 형성하는 것이 바람직한데, 이에 의해 서셉터(8)의 방사 특성이 흑체와 비슷해진다는 점과 램프광을 투과하기 어렵게 된다는 점에서 유리하다.

서셉터(8)에는 그 측면으로부터 그 중앙을 향하여 연장되어 종결되는 구멍(10)이 형성되어 있다. 구멍(10) 안에는 서셉터(8)로부터의 복사광을 집광하기 위한 광가이드(12), 즉 도광체가 삽입되어 있다. 광가이드(12)는 벽(1)을 관통하여 챔버(2)의 외부로 연장되어 있다. 광가이드(12)를 구멍(10)에 삽입하는 구성은 램프광이 광가이드(12)에 도달하는 양을 최소한으로 억제한다는 점에서 유리하다.

광가이드(12)에는 광섬유(14)를 통해 광검출기(16)가 접속되어 있다. 광검출기(16)는 수광 소자로서 포토다이오드(18)를 구비하고 있다. 포토다이오드(18)는 광가이드(12)로부터 광섬유(14)를 통해 전달된 열복사광 중 특정 파장 영역의 것을 검출하여 그 에너지에 따른 전압을 출력한다. 또, 포토다이오드(18)에 입력되는 광파장의 한정은 특정 파장 영역에 대하여 감도가 높은 수광 소자를 이용하거나 혹은 이에 추가하여 소정 영역의 파장만을 통과시키는 광필터를 포토다이오드(18)의 전방에 삽입함으로써 실현할 수 있다.

챔버(2)의 하방에는 램프실(20)이 설치되어 있다. 램프실(20)에는 램프(22), 즉 램프 가열원이 설치되어 있다. 램프(22)가 방사하는 빛은 석영으로 제조된 창(6)을 투과하고, 서셉터(8)에 도달하여 서셉터(8)를 가열한다.

방사 온도계(16)에는 온도 제어기(24)가 접속되어 있다. 온도 제어기(24)는 플랭크(planck)의 복사 법칙의 원리에 기초하여 서셉터(8)의 온도를 산출하는 연산부(26)와, 연산부(26)에 의해 산출된 서셉터(8)의 온도에 기초하여 램프(22)에 공급되는 전력을 제어하는 출력 제어부(28)를 구비하고 있다.

다음에, 작용에 대해서 설명한다. CVD 처리를 행하는 경우, 램프(22)가 점등되고, 이 램프의 복사열에 의해 서셉터(8)가 가열된다. 서셉터(8)가 가열됨으로써 서셉터(8)상에 적재된 웨이퍼(1)가 가열된다.

이 동안, 연산부(26)에는 포토다이오드(18)로부터의 출력이 입력된다. 출력 제어부(28)는 서셉터(8)의 온도가 소정값이 되도록 램프(22)에 전력을 공급하는 동시에 연산부(26)에 출력 전력값을 송신한다.

램프(22)가 발광하면, 램프(22)로부터의 빛은 서셉터(8)를 투과하여 광가이드(12)에 소량으로 도입된다. 연산부(26)에는 램프(22)가 발산하는 광선이 포토다이오드(18)에 도달함으로써 포토다이오드(18)의 출력 전압이 받는 영향이 램프(22)에 입력되는 입력 전력의 함수로서 기억되어 있다.

[함수를 구하는 방법(제1 방법)]

이 함수를 구하는 방법의 제1 예를 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2의 그래프는 포토다이오드(18)의 출력 전압(Vpd) 및 서셉터(8)의 온도(TS)의 시간에 따른 변화를 나타내고 있다.

이 경우, 시간 범위 tA에 있어서,

(1) 램프(22)에 공급되는 전력(W)이 안정되어 거의 일정한 값(Wi)으로 되어 있고,

(2) 서셉터(8)의 온도(TS)가 안정된 값(Ti)으로 되어 있으며, 또한,

(3) 포토다이오드(18)의 출력 전압(Vpd)이 안정되어 거의 일정한 값(Vi)으로 되어 있는 것으로 한다.

이 상태로부터, 시간 t1의 시점에서, 램프(22)에 공급되는 전력(W)을 0으로 한다. 그렇게 하면 그 순간, 포토다이오드(18)에는 램프(22)로부터의 빛이 입력되지 않게 되기 때문에, 포토다이오드(18)의 출력 전압(Vpd)은 Vi로부터 Vi - ΔVi로 급격히 저하된다. 그 후, 포토다이오드(18)의 출력 전압(Vpd)은 서셉터(8)의 온도(TS) 저하에 부합하여 완만하게 저하되어 간다. 서셉터(8)의 온도(TS)는 램프(22)로의 전력 공급을 정지한 후, 완만하게 저하되어 간다. 따라서, 램프(22)로의 전력 공급을 정지한 순간의 포토다이오드(18)의 출력 전압 저하 ΔVi가 시간 범위 tA에 있어서의 포토다이오드(18)의 출력 전압 Vi에 포함되는 램프광의 기여분에 해당한다.

이러한 시험을 조건을 바꿔 행하고, 램프(22)에 공급되는 W와 전압 저하 ΔV(ΔVi) 사이의 관계를 나타내는 함수 ΔV = F(W)를 구한다. 각 조건에 있어서의 시험 결과를 나타낸 그래프가 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 그래프는 포토다이오드(18)로서 InGaAs(긴 것)를 이용하고, 포토다이오드(18)의 전단부에 필터를 설치하여 포토다이오드(18)의 검출 파장 영역을 약 2.0∼약 2.5 ㎛로 한 경우의 시험 결과를 나타내고 있다[또, 검출 파장 영역을 약 2.0∼약 2.5 ㎛로 하면, 통상적으로 할로겐 램프로 이루어진 램프(22)로부터의 방사광의 방사 강도가 가장 높은 파장 영역으로부터 검출 파장 영역이 벗어나기 때문에, 측정 정밀도를 높이는 데 있어서 유리함(후술하는 제3 실시예의 설명을 참조)]. 또한, 도 3의 그래프의 횡축은 출력 제어부(28)의 최고 출력 전력에 대한, 출력 제어부(28)로부터 램프(22)에 공급되는 전력(W)의 비율을 나타낸다. 함수 ΔV = F(W)는 통상적으로 비교적 간단한 수식으로 표현할 수 있다. 또한, 본 예에서는 ΔV를 W의 일차 함수로 표현할 수 있었다.

상기 함수 ΔV = F(W)가 저장된 연산부(26)는 소정 시점에 있어서의 포토다이오드(18)의 출력 전압(V)과, 연산부(26)에 출력 제어부(28)로부터 제공되는 전력(W)에 관한 데이터에 기초하여 하기 수학식 1에 의해 서셉터(8)의 온도(TS)를 산출할 수 있다.

상기 식에서 함수 G는 포토다이오드(18)에 입사되는 미광이 없는 경우의, 포토다이오드(18)의 출력 전압(V)과 열복사광을 발산하는 물체의 온도 사이의 이미 알고 있는 관계를 나타낸다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 램프광의 특정 파장을 서셉터에 도달하기 전에 필터로 차단하거나 차단하지 않고 서셉터의 온도를 검출할 수 있다. 이 때문에, 광범위한 온도 영역에 걸쳐 정밀도가 양호하게 서셉터의 온도를 검출할 수 있다. 또한 상기 실시예에 있어서는, 시스템에 이러한 필터가 포함되지 않는 구성으로 하였지만 이것에 한정되지 않는다. 측정 정밀도의 향상을 더욱 더 도모하기 위해서 시스템에 필터를 도입하여도 좋다.

[함수를 구하는 방법(제2 방법)]

또한, 상기 함수 ΔV = F(W)는 램프(22)에 공급되는 전력(W)이 정상 상태인 경우에 취득한 데이터에 기초하여 결정되어 있다. 따라서, 램프(22)에 공급되는 전력(W)이 변화하고 있는 경우, 즉 과도 상태인 경우에는, 상기 수학식 TS = G(Vpd-ΔV) = G(Vpd-F(W))에 기초하여 서셉터(8)의 온도(TS)를 산출하는 것만으로는 요구 정밀도를 만족시키지 못하는 것으로 생각될 수 있다. 그래서, 이하에, 측정 정밀도의 향상이 더욱 더 요구될 때 적용할 수 있는 미광의 영향의 산출 방법에 대해서 설명한다.

우선, 도 4에 도시된 바와 같은 시스템 모델을 생각한다. 이 시스템에 있어서, 입력 u_i는 시점 i에서 램프(22)에 공급되는 전력(W)이고, 출력 y_i는 시점 i에서 포토다이오드(18)의 출력 전압 Vr_i에 포함되는 램프광의 기여분(즉, 미광의 영향분)이다.

또한, 각 시점 i에 있어서의 출력 y_i는 이하와 같이 구한다. 서셉터(8)를 램프(22)에 의해 가열하고 있을 때, 서셉터(8)에 접촉하는 열전대에 의해 실측한 서셉터(8)의 실제 온도를 TSr이라 하고, 이 실제 온도 TSr에 대응하는 포토다이오드(18)의 실제 출력 전압을 Vr이라 한다. 한편, 미광의 영향이 없는 경우의 서셉터(8)의 실제 온도 TSr에 대한 포토다이오드(18)의 출력 전압을 Vb라 한다. TSr와 Vb의 관계는 포토다이오드(18)의 제조자로부터 제공되는 사양서에 의해 또는 미광의 영향이 전혀 없는 환경에서 실험을 행함으로써 얻을 수 있다. 그리고 각 시점 i에 있어서의 Vr-Vb가 이 시스템의 출력 y_i가 된다.

여기에서 시스템의 입출력의 관계를 ARX 모델에 의한 차분 방정식에 의해 근사적으로 표현하면, 하기 수학식 2와 같다.

수학식 2에서, i=1은 현시점이고, i가 커질수록 보다 과거의 시점을 나타내고 있다. b_i 및 a_i는 복수의 시점 i에서 y_i 및 u_i를 측정한 결과에 기초하여 정해진 정수이다. N은 2 이상의 자연수이다. 수학식 2에 있어서, 이들 정수를 결정하는 데 있어서는 최소 2승법 등의 수학적 기법을 이용할 수 있다.

따라서 수학식 2로부터, 현시점의 출력 y₁은 하기 수학식 3으로 표현할 수 있다.

이들 정수는 측정 대상 온도 영역 전반에서 실측한 결과에 기초하여 정할 수도 있지만, 가장 측정 정밀도를 높이고 싶은 온도 영역에서 u_i와 y_i를 실측한 결과에 기초하여 정하는 것이 보다 좋다. 예컨대, 온도 영역 200∼300 ℃의 온도 상승시의 측정 정밀도를 높이고 싶은 경우에는, 서셉터(8)의 실제 온도가 200 ℃보다 약간 낮은 상태에서 램프(22)를 이용하여 온도 상승을 개시하고, 서셉터(8)의 실제 온도가 300 ℃보다 약간 높은 상태가 될 때까지 동안 램프(22)에 의한 가열을 계속한다. 그리고, 이 동안에는 소정 시간마다 u_i와 y_i의 데이터를 수집한다. 그리고, 이 동안에 취득한 데이터를 이용하여 정수 b_i 및 a_i를 결정한다.

이상과 같이 정수 b_i, a_i가 결정되면, 전술한 수학식 1, 즉 TS = G(Vpd-F(W))에서의 F(W)를 수학식 2의 y_i로 치환함으로써 서셉터(8)의 온도를 구하는 식을 얻을 수 있다.

다음에, 과도적 특성을 무시하고 램프 미광의 기여분을 산출하는 함수를 구한 경우(제1 방법)와, 과도적 특성을 고려하여 램프 미광의 기여분을 산출하는 함수를 구한 경우(제2 방법)의 비교를 행한 결과에 대해서 설명한다.

도 5 및 도 6은 램프(22) 출력, 서셉터(8)의 실제 온도(열전대에 의해 측정한 것) 및 연산부가 산출한 서셉터(8)의 온도의 관계를 나타내고 있다. 도 5는 제1 방법에 의해 구한 함수에 기초하여 연산부(26)가 서셉터(8)의 온도를 산출한 경우, 도 6은 제2 방법에 의해 구한 함수에 기초하여 연산부(26)가 서셉터(8)의 온도를 산출한 경우를 각각 나타내고 있다. 도 5 및 도 6에 있어서, 실선은 열전대로 측정한 서셉터(8)의 실제 온도, 점선은 포토다이오드(18)의 검출값에 기초하여 연산부(26)가 산출한 서셉터(8)의 온도, 일점 쇄선은 램프 출력(W: 전출력일 때를 100으로 한 백분율로 나타냄)을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 5는 서셉터(8)를 "300 ℃에서 소정 시간 동안 유지 →300 ℃까지 온도를 상승시켜 소정 시간 동안 유지 →400 ℃까지 온도를 상승시켜 소정 시간 동안 유지 →500 ℃까지 온도를 상승시켜 소정 시간 동안 유지 →자연 냉각에 의해 300 ℃까지 온도를 낮추어 300 ℃에서 소정 시간 동안 유지"를 1 사이클로 하여 반복한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 6은 서셉터(8)를 "250 ℃에서 소정 시간 동안 유지 →300 ℃까지 온도를 상승시켜 소정 시간 동안 유지 →500 ℃까지 온도를 상승시켜 소정 시간 동안 유지 →자연 냉각에 의해 250 ℃까지 온도를 낮추어 250 ℃에서 소정 시간 동안 유지"를 1 사이클로 하여 반복한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 5의 경우와 도 6의 경우에서, 다소 조건이 다르지만, 과도한 온도 변동에 적합하고 확실하게 대응할 수 있는지의 여부를 평가하는 데 충분히 의미가 있는 데이터라고 본 발명자는 생각하고 있다.

도 5와 도 6을 비교 대조하면, 우선 500 ℃로부터 300 ℃(250 ℃)로 온도를 낮추어 그 온도에서 소정 시간 동안 유지할 때 양자에 큰 차이가 있다. 즉, 도 5의 경우에는 서셉터(8)의 실제 온도가 250 ℃로 안정되지 않고 램프 전력(W)도 심하게 변동하고 있다. 이에 반해서, 도 6의 경우에는 서셉터(8)의 실제 온도도 안정되어 있고 램프 전력(W)도 안정되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 온도 상승 과정에 있어서도 도 5의 경우보다 도 6의 경우가 열전대에 의해 측정한 서셉터(8)의 실제 온도와, 포토다이오드(18)의 검출값에 기초하여 연산부(26)가 산출한 서셉터(8)의 온도가 비슷하여 측정 오차가 작은 것을 알 수 있다.

[제2 실시예]

다음에, 도 7 및 도 8을 참조하여 제2 실시예에 대해서 설명한다.

제2 실시예는 (1) 창(창 재료: 6)이 수산기(水酸基)를 함유하는 석영 유리로 구성되고, 창(6) 자체가 특정 파장 영역에 대해 필터 기능을 갖고 있다는 점과, (2) 이에 부합하도록 광검출기측의 구성이 일부 변경되어 있다는 점이 제1 실시예와 다르며, 그 나머지는 제1 실시예의 구성과 거의 동일하다. 제2 실시예에 있어서, 제1 실시예와 동일 혹은 유사한 기능을 갖는 부재에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

벽(4)의 저부에 설치된 창, 즉 창 재료(6)는 수산기를 함유하는 석영 유리로 구성되어 있다. 수산기를 함유하는 석영 유리는 O-H의 진동에 의해 2700 nm(2.7 ㎛) 근방에서 흡수 대역이 형성되고, 흡수의 강도는 함유된 수산기의 양에 비례하는 것으로 알려져 있다. 또한, 수산기를 함유하는 석영 유리는 Si-O-H의 진동에 의해 2200 nm 근방에서도 흡수 대역이 생기지만, 이 흡수 대역에서의 흡수 강도는 2700 nm 근방에 있는 흡수 대역에서의 흡수 강도보다 아주 미약하다. 도 8은 두께 1 cm의 석영 유리의 광투과율의 파장 의존성을 수산기의 함유량에 따라 나타낸 그래프이다["석영 유리의 세계", 구즈나마 노부, 공업조사회(1996)에서 인용]. 이 그래프로부터도 이해할 수 있는 바와 같이, 수산기의 함유량이 50 ppm이면 파장 2700 nm의 빛은 90% 이상 흡수될 수 있다(도 8의 점선 참조). 따라서, 본 발명의 실시에 있어서는 창 재료(6)로서 수산기의 함유량이 50 ppm 이상인 석영 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 석영 유리는 용융법에 의한 것이어도 좋고, 합성 석영 유리이어도 좋으며, 또한 VAD법에 의해 제조된 것이어도 좋다.

이와 같이 창 재료(6)로서 적당량의 수산기를 함유하는 석영 유리를 이용함으로써 파장 2700 nm 근방의 빛, 즉 특정 파장 영역의 빛 이외의 파장의 빛을 선택적으로 투과하는 수단을 구성할 수 있다(또, 이것은 "특정 파장 영역"이라는 용어를 파장 2700 nm 근방의 파장 영역 이외의 파장 영역을 의미하는 용어로서 사용하는 경우, "파장 2700 nm 근방의 파장 영역 이외의 파장의 빛, 즉 특정 파장 영역의 빛을 선택적으로 투과하는 수단을 구성할 수 있다"라고 표현할 수도 있음).

또한, 광검출기(16)에는 수광 소자(18)의 전방에 광필터(19)가 설치되어 있다. 적당한 수광 감도 특성(수광 감도의 파장 의존성을 의미함)을 갖는 수광 소자(18)와, 적당한 투과 특성(투과율의 파장 의존성을 의미함)을 갖는 광필터(19)를 적절하게 조합함으로써 2700 nm 근방의 파장 영역의 빛(즉, 특정 파장 영역 근방의 파장의 빛)을 선택적으로 검출하는 광검출 수단이 구성되어 있다(또, 이것은 "특정 파장 영역"이라고 하는 용어를 파장 2700 nm 근방의 파장 영역 이외의 파장 영역을 의미하는 용어로서 사용하는 경우, "파장 2700 nm 근방의 파장 영역의 빛, 즉 특정 파장 영역 이외의 파장의 빛을 선택적으로 투과하는 수단을 구성할 수 있다"라고 표현할 수도 있음).

또한, 본 예에서는, 수광 소자(18)로서 제1 실시예에서 이용하였던 포토다이오드 대신에 Sb, Bi(안티몬, 비스무트)를 사용한 열전대열(熱電對列)을 이용하고 광필터(19)로서 다층막 간섭 필터를 이용함으로써, 2700 nm 근방의 파장 영역의 빛을 선택적으로 검출하는 광검출 수단을 구성하고 있다.

다음에, 작용에 대해서 설명한다. 램프(22)로부터 방사된 빛은 창 재료(6)에 의해 2700 nm 근방의 파장 영역(즉, 특정 파장 영역)이 흡수되고, 그 밖의 파장 영역이 서셉터(8)에 도달한다. 서셉터(8)에 도달한 램프광은 서셉터(8)를 가열하는 동시에 서셉터(8)를 투과하여 광가이드(12)에 소량으로 도입된다.

따라서, 광가이드(12)에 도입되는 빛은 서셉터(8)로부터의 복사광과, 2700 nm 근방의 파장 영역이 차단된 램프광이 된다. 여기서, 수광 소자(18)의 전단에는 광필터(19)가 설치되어 있기 때문에, 광가이드(12)에 도입된 빛 중에서 2700 nm 근방의 파장 영역만이 수광 소자(18)에 도달한다. 즉, 수광 소자(18)에는 램프광은 거의 혹은 전혀 도달하지 않는다. 이 때문에, 램프(22)로부터의 미광이 미치는 영향이 수광 소자(18)의 출력으로부터 배제될 수 있고, 서셉터(8)의 온도를 정확히 측정할 수 있다.

온도 제어기(24)의 연산부(26) 및 출력 제어부는 제1 실시예와 마찬가지로 동작하고 있다. 또한, 연산부(26)에 기억되어 있는 함수는 물론 본 실시예의 구성을 갖는 장치에 있어서 시험을 행함으로써 구해진 것이 이용된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 제1 실시예의 특징 부분에 추가하여 램프광의 영향을 광학적으로 배제하는 수단이 설치되기 때문에 온도 측정의 정밀도를 더욱 높일 수 있다.

또한, 창을 구성하는 재료 자체가 필터 기능을 갖고 있기 때문에 창과 별개로 필터를 설치할 필요가 없다. 이 때문에 장치 전체의 구성을 간략화할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는, 수광 소자(18)와 광필터(19)의 조합에 의해 2700 nm 근방의 파장 영역의 빛을 선택적으로 검출하는 광검출 수단을 구성하고 있지만, 수광 소자(18)의 수광 감도 특성이 특정 파장 영역 근방의 빛을 선택적으로 검출하는 목적을 달성하기에 충분하다면, 광필터(19) 없이 광검출 수단을 구성하는 것도 가능하다. 또한, 수광 소자(18)로서 적당한 것이 있으면, 열전대열 대신에 포토다이오드를 사용하여도 좋다.

[제3 실시예]

다음에, 도 9 내지 도 11을 참조하여 제3 실시예에 대해서 설명한다.

제3 실시예는 제1 실시예와 비교하여, 광검출기(16)에 의해 검출되는 파장이 소정 파장 이상의 것에 제한되어 있다는 점에서 상이하며, 그 이외에는 제1 실시예의 구성과 거의 동일하다. 제3 실시예에 있어서, 제1 실시예와 동일 혹은 유사한 기능을 갖는 부재에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

광검출기(16)에는 수광 소자(18)의 전방에 광필터(19)가 설치되어 있다. 적당한 수광 감도 특성(수광 감도의 파장 의존성을 의미함)을 갖는 수광 소자(18)와, 적당한 투과 특성(투과율의 파장 의존성을 의미함)을 갖는 광필터(19)를 적절하게 조합함으로써 원하는 파장 영역의 빛을 선택적으로 검출하는 광검출 수단을 구성할 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 광검출 수단이 소정 파장 이상의 파장의 빛을 선택적으로 검출하도록 구성되어 있다. 이 광검출 수단에 의한 검출 파장 영역에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다.

다음에, 작용에 대해서 설명한다. 램프(22)로부터 방사된 빛은 서셉터(8)에 도달한다. 서셉터(8)에 도달한 램프광은 서셉터(8)를 가열하는 동시에 서셉터(8)를 투과하여 광가이드(12)에 소량으로 도입된다. 따라서, 광가이드(12)에 도입되는 광은 서셉터(8)로부터의 복사광과 램프광이 된다.

이하에서는, 광검출 수단을 소정 파장 이상의 파장의 빛을 선택적으로 검출하도록 구성한 것에 따른 이점에 대해서 설명한다.

램프광이 광가이드(12)에 도입되는 빛에 포함됨으로써 온도 측정 결과에 미치는 영향은 제1 실시예에서 설명한 방법에 의해 얻을 수 있다(도 2를 다시 참조).

제1 실시예와 같은 방법에 의해 Vi 및 Vi - ΔVi의 값을 검출 파장을 바꿔서 구하고, R = Vi/(Vi-ΔVi)를 서셉터(8)로부터의 복사광에 대한 램프광(22)으로부터의 방사광의 강도비 지수라고 정의하면, 이 강도비 지수(R)는 광검출 수단에 의한 검출 파장 영역의 함수가 된다. 그 관계를 표 1에 나타낸다.

파장(㎛)	램프/서셉터 복사 강도비 지수(R)
0.5∼1.0	100.00
1.0∼1.5	20.00
1.5∼2.0	0.70
2.0∼2.5	0.10
2.5∼3.0	0.05
3.0∼3.5	0.01

표 1에 나타낸 바와 같이 강도비 지수(R)는 검출 파장 영역을 1.5 ㎛ 이상으로 한 경우에 1 이하가 되고, 또한 검출 파장 영역을 2.0 ㎛ 이상으로 한 경우에 0.1 이하가 된다. 즉, 검출 파장 영역이 1.5 ㎛ 미만인 경우에 비하여 크게 개선됨을 알 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 상기 내용에 기초하여 광검출기(16)에 의한 검출 파장이 소정값 이상(바람직하게는 1.5 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 2.0 ㎛ 이상)으로 한정되어 있다.

[예]

다음에, 실험예에 기초하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 수광 소자(18)와 필터(19)를 적절하게 조합하여 검출 파장 영역을 변화시킨 경우의 강도비 지수(R)를 조사하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2의 결과를 얻기 위해서 행한 시험에서 이용한 수광 소자(18)와 필터(19)의 각 조합에서의 검출 파장 영역을 도 10에 나타내었다. 또한, 표 2 및 도 10에 있어서, 필터의 표시가 없는 것은 필터(19)를 설치하지 않고 수광 소자(18)만으로 광검출 수단을 구성한 경우를 나타내고 있다.

램프/서셉터 복사 강도비 지수(R)
서셉터 온도	램프 출력 (%)	IngaAs(L) +필터	IngaAs(S) +필터	IngaAs(S)	Si
150℃	10	R=5.7
200℃	13	2.3
250℃	16	1.2
300℃	15	0.58	R=6.2	R=8.1
350℃	18	0.27	2.5	4.1
400℃	21	0.15	1.5	1.7	R=370
450℃	27	0.10	0.74	1.3	100
500℃	32	0.067	0.45	0.70	56.9
520℃	35	0.058	0.33	0.55	31.8

표 2에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(18)로서 InGaAs(긴 것)와 1.5 ㎛ 이하의 단파장측을 차단하는 필터(19)를 조합한 경우, 측정 오차를 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다. 특히, 서셉터(8)의 온도가 500 ℃ 근방인 경우 측정 오차가 매우 작아진다.

이와 같이, 통상적으로 2000 ℃∼3000 ℃의 색온도를 지닌 할로겐 램프의 방사광(이하, "램프광"이라고 함)의 에너지 분포와 성막 공정시의 서셉터의 온도(통상, 300℃∼600℃)에 기초한 서셉터로부터의 복사광의 에너지 분포의 관계에 착안하여 램프광의 에너지가 가장 강해지는 파장 영역으로부터 검출 파장 영역을 분리함으로써 램프광이 미광으로서 수광 소자에 입사한 경우에도 그 영향을 최소한으로 할 수 있다.

즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 할로겐 램프광의 에너지는 파장 0.5∼1.0 ㎛의 영역에서 가장 강해지기 때문에, 이 파장 영역을 검출 파장 영역으로부터 분리함으로써 미광의 영향을 최소한으로 할 수 있다. 또한, 0.5∼1.0 ㎛의 파장 영역 외에서, 또한 통상적으로 300 ℃∼600 ℃ 범위로 설정되는 서셉터(8)로부터의 복사광의 에너지가 가장 강해지는 파장 1.5∼6 ㎛의 영역을 검출 파장 영역으로 함으로써 미광의 영향을 더욱 억제할 수 있다. 전술한 바와 같이, 검출 파장 영역은 1.5 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 2.0 ㎛ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는 제1 실시예의 특징 부분에 추가하여 광검출 수단에 의한 검출 파장 영역이 최적화되어 있기 때문에, 온도 측정의 정밀도를 더욱 높일 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는 수광 소자(18)와 광필터(19)의 조합에 의해 소정 파장 영역의 빛을 선택적으로 검출하는 광검출 수단을 구성하고 있지만, 수광 소자(18)의 수광 감도 특성이 특정 파장 영역 근방의 빛을 선택적으로 검출하는 목적을 달성하기에 충분하다면, 광필터(19) 없이 광검출 수단을 구성하는 것도 가능하다.

[변형예]

상기 제1 내지 제3 실시예에 있어서는, 온도 측정 대상물이 피처리 물체인 웨이퍼(1)를 적재하는 서셉터(8)였지만, 본 발명의 적용은 이에 한정되지 않는다. 즉, 예컨대 도 9에 도시된 바와 같이, 광가이드(12)가 피처리 물체인 웨이퍼(1)로부터의 복사광을 검출하도록 배치하여도 좋다. 또한, 광가이드(12)를 챔버(2) 안에서 웨이퍼(1)의 위에 또는 위에 비스듬하게 그리고 웨이퍼(1)로부터 간격을 두고서 배치하고, 이 광가이드(12)가 웨이퍼(1)로부터의 복사광을 검출하도록 배치하여도 좋다. 이 경우에도 상기 실시예와 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

챔버 안에 수용되고, 램프 가열원에 의해 가열되는 측정 대상물의 온도 측정을 행하는 온도 측정 시스템에 있어서,

상기 측정 대상물로부터의 열복사광을 검출하기 위한 광검출기와,

상기 광검출기의 출력값에 기초하여 측정 대상물의 온도를 구하는 연산부

를 포함하며,

상기 연산부에는 상기 램프 가열원이 발하는 광선이 상기 광검출기에 도달함으로써 상기 광검출기의 출력값이 받는 영향이 상기 램프 가열원에 입력되는 입력 전력을 변수로 하는 함수로서 기억되어 있고,

상기 연산부는 상기 함수에 상기 램프 가열원에 입력되는 입력 전력값을 대입하여 얻어지는 상기 함수의 출력에 기초하여 상기 광검출기의 출력값을 보정하며, 그 보정한 값에 기초하여 측정 대상물의 온도를 구하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 연산부에 기억되는 상기 함수는 하기 수학식으로 표현되는 것으로서,

여기에서,

y_i는 시점 i에서 상기 램프 가열원이 발하는 광선이 상기 광검출기에 도달함으로써 상기 광검출기의 출력값이 받는 영향이며,

u_i는 시점 i에서 상기 램프 가열원으로 입력되는 입력 전력이고,

a_i 및 b_i는 복수의 시점 i에 있어서 y_i 및 u_i를 측정한 결과에 기초하여 정해지는 정수이며, i=1은 현시점을 의미하고, N은 2 이상의 자연수인 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 연산부에는 상기 램프 가열원이 발하는 광선이 상기 광검출기에 도달함에 따른 상기 광검출기의 출력값의 증가분이 상기 램프 가열원에 입력되는 입력 전력을 변수로 하는 함수로서 기억되어 있고,

상기 연산부는 상기 함수에 상기 램프 가열원에 입력되는 입력 전력값을 대입하여 산출된 상기 광검출기의 출력값의 증가분을 검출된 상기 광검출기의 출력값에서 감산하며, 이 감산의 결과 얻어진 값에 기초하여 측정 대상물의 온도를 구하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 안에 배치되고 측정 대상물로부터의 열복사광을 전송하는 광가이드와,

상기 광가이드에 의해 취득된 빛을 상기 광검출기로 유도하는 광전송 매체

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 램프 가열원과 상기 측정 대상물 사이에 설치되고, 그 자체가 특정 파장 영역 이외의 빛을 선택적으로 투과시키는 성질을 갖는 창 재료를 더 포함하며,

상기 광검출기는 상기 특정 파장 영역 근방의 파장 영역의 빛을 선택적으로 검출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광검출기는 1.5 ㎛ 이상의 파장을 갖는 빛을 선택적으로 검출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템.
제5항에 있어서, 상기 광검출기의 수광 소자에 입사되는 광의 파장 영역을 제한하는 광필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템.
제6항에 있어서, 상기 광검출기의 수광 소자에 입사되는 광의 파장 영역을 제한하는 광필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템.