KR101927877B1 - Temperature measuring system, substrate processing apparatus and temperature measuring method - Google Patents

Temperature measuring system, substrate processing apparatus and temperature measuring method Download PDF

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KR101927877B1
KR101927877B1 KR1020120067411A KR20120067411A KR101927877B1 KR 101927877 B1 KR101927877 B1 KR 101927877B1 KR 1020120067411 A KR1020120067411 A KR 1020120067411A KR 20120067411 A KR20120067411 A KR 20120067411A KR 101927877 B1 KR101927877 B1 KR 101927877B1
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타츠오 마츠도
켄지 나가이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 광간섭을 이용하여 온도를 적절히 측정할 수 있는 온도 계측 시스템, 기판 처리 장치 및 온도 계측 방법을 제공한다.
(해결 수단) 온도 계측 시스템(1)은, 광원(10), 분광기(14), 광전달 기구(11, 12), 광로 길이 산출부(16) 및 온도 산출부(20)를 구비한다. 광원(10)은, 측정광을 발생시킨다. 광전달 기구(11, 12)는, 측정 대상물(13)의 표면(13a) 및 이면(13b)으로부터의 반사광을 분광기(14)로 출사한다. 분광기(14)는, 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 측정한다. 광로 길이 산출부(16)는, 푸리에 변환하여 광로 길이를 산출한다. 온도 산출부(20)는, 광로 길이와 온도와의 관계에 기초하여 측정 대상물(13)의 온도를 산출한다. 광원(10)은, 분광기(14)의 파장 스팬(Δw)에 기초한 조건을 충족시키는 반값 반폭 Δλ의 광원 스펙트럼을 갖는다. 분광기(14)는, 파장 스팬(Δw)과 계측 최대 두께(d)에 기초한 조건을 충족시키는 샘플링수(Nc)로 강도 분포를 측정한다.A temperature measuring system, a substrate processing apparatus, and a temperature measuring method capable of appropriately measuring temperature using optical interference are provided.
A temperature measuring system 1 includes a light source 10, a spectroscope 14, light transmission mechanisms 11 and 12, an optical path length calculating section 16 and a temperature calculating section 20. The light source 10 generates measurement light. The light transmission mechanisms 11 and 12 emit the reflected light from the front surface 13a and the back surface 13b of the measurement object 13 to the spectroscope 14. The spectroscope 14 measures the interference intensity distribution, which is the intensity distribution of the reflected light. The optical path length calculating section 16 performs Fourier transform to calculate the optical path length. The temperature calculating unit 20 calculates the temperature of the measurement object 13 based on the relationship between the optical path length and the temperature. The light source 10 has a light source spectrum of a half-width half-width DELTA lambda which satisfies a condition based on the wavelength span DELTA w of the spectroscope 14. [ The spectroscope 14 measures the intensity distribution with a sampling number N c that satisfies the condition based on the wavelength span? W and the maximum measurement thickness d.

Figure R1020120067411
Figure R1020120067411

Description

온도 계측 시스템, 기판 처리 장치 및 온도 계측 방법{TEMPERATURE MEASURING SYSTEM, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND TEMPERATURE MEASURING METHOD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a temperature measuring system, a substrate processing apparatus, and a temperature measuring method.

본 발명의 여러 가지의 측면 및 실시 형태는, 온도 계측 시스템, 기판 처리 장치 및 온도 계측 방법에 관한 것이다.　Various aspects and embodiments of the present invention relate to a temperature measurement system, a substrate processing apparatus, and a temperature measurement method.

특허문헌 1에는, 일종의 온도 계측 시스템이 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 온도 계측 시스템은, 광원, 스플리터, 미러, 구동 수단 및 수광 수단을 구비하고 있다. 광원으로부터 출사된 광은, 스플리터에 의해 측정광과 참조광으로 분리된다. 측정광은, 측정 대상의 양 단면(端面)에 의해, 각각 반사되고, 스플리터를 개재하여 수광 수단에 도달한다. 한편, 참조광은, 미러에 의해 반사되고, 스플리터를 개재하여 수광 수단에 도달한다. 구동 수단에 의해 미러가 이동하고, 스플리터에서 미러까지의 거리가 스플리터에서 측정 대상의 일단면까지의 거리와 동일해질 때, 간섭 피크가 발생한다. 간섭 피크간의 거리가, 측정 대상의 양 단면 간의 광로 길이가 된다. 얻어진 광로 길이로부터 측정 대상의 온도가 측정된다.Patent Document 1 discloses a kind of temperature measuring system. The temperature measuring system disclosed in Patent Document 1 includes a light source, a splitter, a mirror, a driving means, and a light receiving means. The light emitted from the light source is separated into the measurement light and the reference light by the splitter. The measurement light is reflected by both end faces of the measurement object, and reaches the light receiving means via the splitter. On the other hand, the reference light is reflected by the mirror and reaches the light receiving means via the splitter. When the mirror moves by the driving means and the distance from the splitter to the mirror becomes equal to the distance from the splitter to the one end face of the object to be measured, an interference peak occurs. The distance between the interference peaks becomes the optical path length between both ends of the object to be measured. The temperature of the measurement object is measured from the obtained optical path length.

일본공개특허공보 2006-220461호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-220461

온도를 측정하는 경우에는, 높은 샘플링 레이트로 측정할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 전술한 바와 같은 장치는, 미러의 구동 시간과 샘플링 레이트가 의존하기 때문에, 높은 샘플링 레이트를 실현하기 위해서는 미러의 구동 수단을 고속화할 필요가 있다. 한편, 높은 샘플링 레이트를 실현하기 위해, 피처리체의 표면 및 이면의 반사광의 강도에 기초하여 두께를 특정하는 수법을 생각할 수 있다. 그러나, 이 수법으로 온도 변화를 적절히 검출하기 위해서는 고정밀도의 두께 측정이 요구된다.In the case of measuring the temperature, it is desirable to be able to measure at a high sampling rate. However, since the apparatus described above depends on the driving time of the mirror and the sampling rate, it is necessary to speed up the mirror driving means in order to realize a high sampling rate. On the other hand, in order to realize a high sampling rate, a method of specifying the thickness based on the intensity of the reflected light on the front and back surfaces of the object to be processed can be considered. However, in order to properly detect the temperature change by this method, it is necessary to measure the thickness with high precision.

이 때문에, 당해 기술 분야에 있어서는, 광간섭을 이용하여 온도를 적절히 측정할 수 있는 온도 계측 시스템, 기판 처리 장치 및 온도 계측 방법이 요망되고 있다.Therefore, in the related art, there is a demand for a temperature measuring system, a substrate processing apparatus, and a temperature measuring method capable of appropriately measuring temperature using optical interference.

본 발명의 일측면에 따른 온도 계측 시스템은, 광간섭을 이용한 온도 계측 시스템이다. 이 온도 계측 시스템은, 광원, 분광기, 광전달 기구, 광로 길이 산출부 및 온도 산출부를 구비한다. 광원은, 측정 대상물을 투과하는 파장을 갖는 측정광을 발생시킨다. 광전달 기구는, 광원으로부터의 측정광을 측정 대상물의 제1 주면(主面)으로 출사한다. 또한, 광전달 기구는, 측정 대상물의 제1 주면 및 제2 주면으로부터의 반사광을 분광기로 출사한다. 분광기는, 파장 또는 주파수에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 측정한다. 광로 길이 산출부는, 제1 주면 및 제2 주면으로부터의 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 푸리에 변환하여 광로 길이를 산출한다. 온도 산출부는, 산출된 광로 길이와, 미리 측정된 측정 대상물의 광로 길이와 온도와의 관계에 기초하여, 측정 대상물의 온도를 산출한다. 광원은, 분광기의 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 반값 반폭의 광원 스펙트럼을 갖는다. 분광기는, 당해 분광기의 파장 스팬과 당해 온도 계측 시스템이 계측 대상으로 하는 측정 대상물의 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정한다.A temperature measuring system according to an aspect of the present invention is a temperature measuring system using optical interference. The temperature measuring system includes a light source, a spectroscope, a light transmission mechanism, an optical path length calculating unit, and a temperature calculating unit. The light source generates measurement light having a wavelength that transmits the measurement object. The light transmission mechanism emits the measurement light from the light source to the first main surface of the measurement object. Further, the light transmission mechanism emits the reflected light from the first main surface and the second main surface of the measurement object to the spectroscope. The spectroscope measures the interference intensity distribution, which is the intensity distribution of the reflected light, which indicates the intensity distribution depending on the wavelength or the frequency. The optical path length calculating section calculates the optical path length by Fourier transforming the interference intensity distribution which is the intensity distribution of the reflected light from the first main surface and the second main surface. The temperature calculation unit calculates the temperature of the measurement object based on the relationship between the calculated optical path length and the optical path length and temperature of the measurement object measured in advance. The light source has a half-width light source spectrum that meets the conditions based on the wavelength span of the spectroscope. The spectroscope measures the intensity distribution with a sampling number satisfying the condition based on the wavelength span of the spectroscope and the maximum thickness of the object to be measured by the temperature measurement system.

고정밀도의 두께 측정을 하기 위해서는, 구성 기기의 스펙을 적절히 정할 필요가 있다. 이 온도 계측 시스템에서는, 분광기의 파장 스팬을 무한으로서 취급하는 것이 아니라 유한으로서, 푸리에 변환 후의 데이터 간격 및, 계측 가능한 최대의 두께를 정함으로써, 요구되는 정밀도의 온도 측정에 필요한 스펙을 갖는 광원 및 분광기를 구비하고 있다. 즉, 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 광원, 그리고, 파장 스팬 및 계측 가능한 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 분광기를 가짐으로써, 광간섭을 이용하여 온도를 적절히 측정할 수 있다.In order to measure the thickness with high accuracy, it is necessary to set the specifications of the component devices appropriately. In this temperature measurement system, the wavelength span of the spectroscope is not treated as an infinite but finite, and the data interval after the Fourier transform and the maximum measurable thickness are determined to obtain a light source having a specification required for temperature measurement of a required accuracy and a spectroscope . That is, by having a light source that meets the conditions based on the wavelength span, and a spectroscope that meets the conditions based on the wavelength span and the maximum measurable thickness, the temperature can be appropriately measured using optical interference.

일 실시 형태에 있어서는, 파장 스팬이 광분산 소자의 분산각 및 광분산 소자와 수광 소자와의 거리에 기초하여 규정되어도 좋다. 또한, 일 실시 형태에 있어서는, 샘플링수가 수광 소자의 수에 기초하여 규정되어도 좋다. 이와 같이, 파장 스팬 및 샘플링수는 분광기의 기기 구성으로부터 특정할 수 있다.In one embodiment, the wavelength span may be defined based on the dispersion angle of the optical dispersion element and the distance between the optical dispersion element and the light reception element. In one embodiment, the sampling number may be defined based on the number of light receiving elements. As such, the wavelength span and the number of samples can be specified from the apparatus configuration of the spectroscope.

일 실시 형태에 있어서는, 광원은, 파장 스팬을 Δw, 측정 대상물의 굴절률을 n, 광원 스펙트럼의 반값 반폭을 Δλ로 하면,In one embodiment, when the wavelength span is Δw, the refractive index of the measurement object is n, and the half-value half width of the light source spectrum is Δλ,

Figure 112012049919414-pat00001
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을 충족시키는 광원 스펙트럼을 가져도 좋다.Of the light source spectrum.

일 실시 형태에 있어서는, 분광기는, 광원의 중심 파장을 λ0, 분광기의 파장 스팬을 Δw, 측정 대상물의 굴절률을 n, 당해 온도 계측 시스템이 계측 대상으로 하는 상기 측정 대상물의 최대의 두께를 d, 샘플링수를 Ns로 하면,In one embodiment, the spectroscope is configured such that the central wavelength of the light source is? 0 , the wavelength span of the spectroscope is? W, the refractive index of the measurement object is n, the maximum thickness of the measurement object to be measured by the temperature measurement system is d, If the sampling number is N s ,

Figure 112012049919414-pat00002
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를 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정해도 좋다.The intensity distribution may be measured with a sampling number that satisfies the following equation.

일 실시 형태에 있어서는, 측정 대상물은, 실리콘, 석영 또는 사파이어라도 좋다.In one embodiment, the object to be measured may be silicon, quartz, or sapphire.

일 실시 형태에 있어서는, 광로 길이 산출부는, 푸리에 변환부, 데이터 보간부 및 중심(重心) 계산부를 구비해도 좋다. 푸리에 변환부는, 간섭 강도 분포를 푸리에 변환하여 광로 길이에 의존한 강도 분포를 산출한다. 데이터 보간부는, 푸리에 변환 후의 데이터 간격을, 소정의 온도 정밀도로 정해지는 분할수로 분할하고, 분할수에 따른 데이터수를 선형 보간으로 보간한다. 중심 계산부는, 데이터 보간부에 의해 보간된 후의 데이터를 이용하여 가중치 부여 중심 계산을 행함으로써 광로 길이를 산출한다. 이와 같이, 소정의 온도 정밀도에 맞추어 데이터점을 보간함으로써, 정밀도 좋게 안정된 온도 계측을 할 수 있다.In one embodiment, the optical-path-length calculating section may include a Fourier transform section, a data interpolating section, and a center-of-gravity calculating section. The Fourier transform unit Fourier transforms the interference intensity distribution to calculate an intensity distribution depending on the optical path length. The data interpolator divides the data interval after the Fourier transform into the number of divisions determined by a predetermined temperature accuracy, and interpolates the number of data according to the number of divisions by linear interpolation. The center calculation unit calculates the optical path length by performing weighted center calculation using the data interpolated by the data interpolation unit. By interpolating data points in accordance with a predetermined temperature accuracy in this manner, stable temperature measurement can be performed with high accuracy.

본 발명의 다른 측면에 따른 기판 처리 장치는, 온도 계측 시스템을 구비하는 기판 처리 장치이다. 기판 처리 장치는, 처리실, 광원, 분광기, 광전달 기구, 광로 길이 산출부, 온도 산출부 및 광원 스펙트럼을 구비하고 있다. 처리실은, 진공 배기 가능하게 구성되어, 기판을 수용한다. 광원은, 기판을 투과하는 파장을 갖는 측정광을 발생시킨다. 광전달 기구는, 광원으로부터의 측정광을 기판의 제1 주면으로 출사한다. 또한, 광전달 기구는, 기판의 제1 주면 및 제2 주면으로부터의 반사광을 분광기로 출사한다. 분광기는, 파장 또는 주파수에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 측정한다. 광로 길이 산출부는, 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 푸리에 변환하여 광로 길이를 산출한다. 온도 산출부는, 산출된 광로 길이와, 미리 측정된 기판의 광로 길이와 온도와의 관계에 기초하여, 기판의 온도를 산출한다. 광원은, 분광기의 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 반값 반폭의 광원 스펙트럼을 갖는다. 분광기는, 당해 분광기의 파장 스팬과 계측 대상으로 하는 기판의 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정한다.A substrate processing apparatus according to another aspect of the present invention is a substrate processing apparatus having a temperature measurement system. The substrate processing apparatus includes a processing chamber, a light source, a spectroscope, a light transmission mechanism, an optical path length calculating section, a temperature calculating section, and a light source spectrum. The process chamber is configured to be vacuum evacuated to accommodate the substrate. The light source generates measurement light having a wavelength that transmits the substrate. The light transmission mechanism emits measurement light from the light source to the first main surface of the substrate. Further, the light transmission mechanism emits the reflected light from the first major surface and the second major surface of the substrate to the spectroscope. The spectroscope measures the interference intensity distribution, which is the intensity distribution of the reflected light, which indicates the intensity distribution depending on the wavelength or the frequency. The optical path length calculating section calculates the optical path length by Fourier transforming the interference intensity distribution which is the intensity distribution of the reflected light. The temperature calculator calculates the temperature of the substrate based on the calculated optical path length and the relationship between the optical path length and temperature of the substrate measured in advance. The light source has a half-width light source spectrum that meets the conditions based on the wavelength span of the spectroscope. The spectroscope measures the intensity distribution at a sampling number satisfying the condition based on the wavelength span of the spectroscope and the maximum thickness of the substrate to be measured.

고정밀도의 두께 측정을 하기 위해서는, 구성 기기의 스펙을 적절히 정할 필요가 있다. 이 기판 처리 장치에서는, 분광기의 파장 스팬을 무한으로서 취급하는 것이 아니라 유한으로서, 푸리에 변환 후의 데이터 간격 및, 계측 가능한 최대의 두께를 정함으로써, 요구되는 정밀도의 온도 측정에 필요한 스펙을 갖는 광원 및 분광기를 구비하고 있다. 즉, 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 광원, 그리고, 파장 스팬 및 계측 가능한 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 분광기를 가짐으로써, 광간섭을 이용하여 온도를 적절히 측정할 수 있다. 또한, 진공 중에 배치된 기판의 온도도 계측할 수 있다.In order to measure the thickness with high accuracy, it is necessary to set the specifications of the component devices appropriately. In this substrate processing apparatus, the wavelength span of the spectroscope is not treated as an infinite but finite, and the data interval after the Fourier transform and the maximum measurable thickness are determined so that a light source having a specification required for temperature measurement of a required accuracy and a spectroscope . That is, by having a light source that meets the conditions based on the wavelength span, and a spectroscope that meets the conditions based on the wavelength span and the maximum measurable thickness, the temperature can be appropriately measured using optical interference. In addition, the temperature of the substrate placed in vacuum can be measured.

본 발명의 다른 측면에 따른 온도 계측 방법은, 온도 계측 시스템을 이용한 온도 계측 방법이다. 온도 계측 시스템은, 광원, 분광기, 광전달 기구를 구비한다. 광원은, 측정 대상물을 투과하는 파장을 갖는 측정광을 발생시킨다. 광전달 기구는, 광원으로부터의 측정광을 측정 대상물의 제1 주면으로 출사한다. 또한, 광전달 기구는, 측정 대상물의 제1 주면 및 제2 주면으로부터의 반사광을 분광기로 출사한다. 분광기는, 파장 또는 주파수에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 측정한다. 광원은, 분광기의 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 반값 반폭의 광원 스펙트럼을 갖는다. 분광기는, 분광기의 파장 스팬과 당해 온도 계측 시스템이 계측 대상으로 하는 측정 대상물의 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정한다. 온도 계측 방법은, 푸리에 변환 공정, 데이터 보간 공정, 중심 계산 공정 및 온도 산출 공정을 구비한다. 푸리에 변환 공정에서는, 제1 주면 및 제2 주면으로부터의 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 푸리에 변환하여 광로 길이에 의존한 강도 분포를 산출한다. 데이터 보간 공정에서는, 푸리에 변환 후의 데이터 간격을, 소정의 온도 정밀도로 정해지는 분할수로 분할하고, 분할수에 따른 데이터수를 선형 보간으로 보간한다. 중심 계산 공정에서는, 데이터 보간 공정에서 보간된 후의 데이터를 이용하여 가중치 부여 중심 계산을 행함으로써 광로 길이를 산출한다. 온도 산출 공정에서는, 중심 계산 공정에서 산출된 광로 길이 및 미리 측정된 측정 대상물의 광로 길이와 온도와의 관계에 기초하여, 측정 대상물의 온도를 산출한다.A temperature measuring method according to another aspect of the present invention is a temperature measuring method using a temperature measuring system. The temperature measurement system includes a light source, a spectroscope, and a light transmission mechanism. The light source generates measurement light having a wavelength that transmits the measurement object. The light transmission mechanism emits the measurement light from the light source to the first main surface of the measurement object. Further, the light transmission mechanism emits the reflected light from the first main surface and the second main surface of the measurement object to the spectroscope. The spectroscope measures the interference intensity distribution, which is the intensity distribution of the reflected light, which indicates the intensity distribution depending on the wavelength or the frequency. The light source has a half-width light source spectrum that meets the conditions based on the wavelength span of the spectroscope. The spectroscope measures the intensity distribution at a sampling number satisfying the conditions based on the wavelength span of the spectroscope and the maximum thickness of the object to be measured by the temperature measurement system. The temperature measurement method includes a Fourier transform process, a data interpolation process, a center calculation process, and a temperature calculation process. In the Fourier transforming step, the interference intensity distribution, which is the intensity distribution of the reflected light from the first main surface and the second main surface, is subjected to Fourier transform to calculate the intensity distribution depending on the optical path length. In the data interpolation step, the data interval after the Fourier transform is divided by the number of divisions determined by the predetermined temperature accuracy, and the number of data according to the number of divisions is interpolated by the linear interpolation. In the central calculation step, an optical path length is calculated by performing weighted center calculation using data after interpolation in the data interpolation step. In the temperature calculation step, the temperature of the measurement object is calculated based on the optical path length calculated in the center calculation step and the relationship between the optical path length and the temperature of the measurement object measured in advance.

고정밀도의 두께 측정을 하기 위해서는, 구성 기기의 스펙을 적절히 정할 필요가 있다. 이 온도 계측 시스템에서는, 분광기의 파장 스팬을 무한으로서 취급하는 것이 아니라 유한으로서, 푸리에 변환 후의 데이터 간격 및, 계측 가능한 최대의 두께를 정함으로써, 요구되는 정밀도의 온도 측정에 필요한 스펙을 갖는 광원 및 분광기를 구비하고 있다. 즉, 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 광원, 그리고, 파장 스팬 및 계측 가능한 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 분광기를 가짐으로써, 광간섭을 이용하여 온도를 적절히 측정할 수 있다. 그리고, 이 온도 계측 방법에 의하면, 소정의 온도 정밀도에 맞추어 데이터점을 보간함으로써, 정밀도 좋게 안정된 온도 계측을 할 수 있다.In order to measure the thickness with high accuracy, it is necessary to set the specifications of the component devices appropriately. In this temperature measurement system, the wavelength span of the spectroscope is not treated as an infinite but finite, and the data interval after the Fourier transform and the maximum measurable thickness are determined to obtain a light source having a specification required for temperature measurement of a required accuracy and a spectroscope . That is, by having a light source that meets the conditions based on the wavelength span, and a spectroscope that meets the conditions based on the wavelength span and the maximum measurable thickness, the temperature can be appropriately measured using optical interference. According to this temperature measurement method, stable temperature measurement can be performed with high accuracy by interpolating data points in accordance with a predetermined temperature accuracy.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 가지의 측면 및 실시 형태에 의하면, 광간섭을 이용하여 온도를 적절히 측정할 수 있는 온도 계측 시스템, 기판 처리 장치 및 온도 계측 방법이 제공된다.As described above, according to various aspects and embodiments of the present invention, a temperature measuring system, a substrate processing apparatus, and a temperature measuring method capable of appropriately measuring temperature using optical interference are provided.

도 1은 일 실시 형태에 따른 온도 계측 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 분광기 및 연산 장치의 기능 블록도이다.
도 3은 입사광 스펙트럼 및 반사광 스펙트럼을 설명하는 개요도이다.
도 4는 반사광 스펙트럼의 푸리에 변환을 설명하는 개요도이다.
도 5는 최대 계측 두께를 설명하는 개요도이다.
도 6은 최소 공간 분해능을 설명하는 개요도로, 도6(a)는, 위치에 의존한 강도 분포를 나타내는 스펙트럼이고, 도 6(b)는, 파수(波數)에 의존한 강도 분포를 나타내는 스펙트럼이다.
도 7은 코히어런스 길이를 설명하는 개요도로, 도 7(a)는, 파수에 의존한 강도 분포를 나타내는 스펙트럼이고, 도 7(b)는, 위치에 의존한 강도 분포를 나타내는 스펙트럼이다.
도 8은 위치에 의존한 강도 분포를 나타내는 스펙트럼에 있어서 데이터 간격을 설명하는 개요도로, 도 8(a)는, 코히어런스 길이의 범위에 3점의 데이터점을 갖는 스펙트럼이고, 도 8(b)는, 코히어런스 길이의 범위에 2점의 데이터점을 갖는 스펙트럼이다.
도 9는 코히어런스 길이 내의 데이터수와 스펙트럼 반값 반폭과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 연산 장치의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 11은 연산 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프로, 도 11(a)는 파장에 의존한 강도 분포를 나타내는 광원 스펙트럼이고, 도 11(b)는 파장에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광 스펙트럼이고, 도 11(c)는 파장의 역수에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광 스펙트럼이다.
도 12는 연산 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프로, 도 12(a)는 파장의 역수에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광 스펙트럼을 선형 보간한 스펙트럼이고, 도 12(b)는 도 12(a)의 반사광 스펙트럼을 고속 푸리에 변환한 스펙트럼이고, 도 12(c)는 도 12(b)의 일부 확대도면이다.
도 13은 온도 교정 데이터의 일 예이다.
도 14는 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일 예이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic representation of a temperature measurement system according to one embodiment.
2 is a functional block diagram of a spectrometer and a computing device.
3 is a schematic diagram for explaining an incident light spectrum and a reflected light spectrum.
4 is a schematic diagram for explaining the Fourier transform of the reflected light spectrum.
5 is a schematic diagram for explaining the maximum measurement thickness.
6 (a) is a spectrum showing intensity distribution depending on a position, and Fig. 6 (b) is a spectrum showing intensity distribution depending on a wave number. Fig. to be.
Fig. 7 is a schematic diagram for explaining coherence length, Fig. 7 (a) is a spectrum showing intensity distribution depending on the wave number, and Fig. 7 (b) is spectrum showing intensity distribution depending on position.
8 (a) is a spectrum having three points of data points in the range of the coherence length, and Fig. 8 (b) is a schematic diagram illustrating a data interval in a spectrum indicating a position- ) Is a spectrum having two data points in the range of the coherence length.
9 is a graph showing the relationship between the number of data in the coherence length and the half-width half-value of the spectrum.
10 is a flowchart showing the operation of the computing device.
Fig. 11 is a graph for explaining the operation of the computing device. Fig. 11 (a) is a light source spectrum showing intensity distribution depending on wavelength, Fig. 11 (b) is reflected light spectrum showing intensity distribution depending on wavelength, 11 (c) is a reflected light spectrum showing an intensity distribution depending on the reciprocal of the wavelength.
12 (a) is a spectrum obtained by linearly interpolating the reflected light spectrum showing the intensity distribution depending on the reciprocal of the wavelength, FIG. 12 (b) is a spectrum obtained by linearly interpolating the reflected light spectrum, FIG. 12C is a partially enlarged view of FIG. 12B. FIG. 12B is a partially enlarged view of FIG.
13 is an example of temperature correction data.
14 is an example of a substrate processing apparatus according to an embodiment.

(발명을 실시하기 위한 형태)(Mode for carrying out the invention)

이하, 도면을 참조하여 여러 가지의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기 한다.Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

도 1은, 일 실시 형태에 따른 온도 계측 시스템의 일 예를 나타내는 구성도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 온도 계측 시스템(1)은, 측정 대상물(13)의 온도를 계측하는 시스템이다. 온도 계측 시스템(1)은, 광간섭을 이용하여 온도를 계측한다. 온도 계측 시스템(1)은, 광원(10), 광서큘레이터(11), 콜리메이터(12), 분광기(14) 및 연산 장치(15)를 구비하고 있다. 또한, 광원(10), 광서큘레이터(11), 콜리메이터(12) 및 분광기(14)의 각각의 접속은, 광파이버 케이블을 이용하여 행해진다.1 is a configuration diagram showing an example of a temperature measuring system according to an embodiment. As shown in Fig. 1, the temperature measuring system 1 is a system for measuring the temperature of the measurement object 13. Fig. The temperature measuring system (1) measures the temperature using optical interference. The temperature measuring system 1 is provided with a light source 10, an optical circulator 11, a collimator 12, a spectroscope 14 and a calculating device 15. The connection of each of the light source 10, the optical circulator 11, the collimator 12 and the spectroscope 14 is performed by using an optical fiber cable.

광원(10)은, 측정 대상물(13)을 투과하는 파장을 갖는 측정광을 발생시킨다. 광원(10)으로서, 예를 들면 SLD(Super　Luminescent　Diode)가 이용된다. 또한, 측정 대상물(13)은, 예를 들면 판 형상을 나타내고, 제1 주면(13a) 및 제1 주면(13a)에 대향하는 제2 주면(13b)을 갖고 있다. 이하에서는, 필요에 따라서, 제1 주면(13a)을 표면(13a), 제2 주면(13b)를 이면(13b)이라고 칭하여 설명한다. 계측 대상으로 하는 측정 대상물(13)로서는, 예를 들면 Si(실리콘) 외에 SiO2(석영) 또는 Al2O3(사파이어) 등이 이용된다. Si의 굴절률은, 파장 4㎛에 있어서 3.4이다. SiO2의 굴절률은, 파장 1㎛에 있어서 1.5이다. Al2O3의 굴절률은, 파장 1㎛에 있어서 1.8이다.The light source 10 generates measurement light having a wavelength that is transmitted through the measurement object 13. As the light source 10, for example, SLD (Super Luminescent Diode) is used. The measurement object 13 has a plate shape and has a first main surface 13a and a second main surface 13b opposed to the first main surface 13a. Hereinafter, the first main surface 13a will be referred to as the front surface 13a and the second major surface 13b will be referred to as the back surface 13b as necessary. As the measurement object 13 to be measured, for example, SiO 2 (quartz) or Al 2 O 3 (sapphire) or the like is used in addition to Si (silicon). The refractive index of Si is 3.4 at a wavelength of 4 占 퐉. The refractive index of SiO 2 is 1.5 at a wavelength of 1 μm. The refractive index of Al 2 O 3 is 1.8 at a wavelength of 1 μm.

광서큘레이터(11)는, 광원(10), 콜리메이터(12) 및 분광기(14)에 접속되어 있다. 광서큘레이터(11)는, 광원(10)에서 발생한 측정광을 콜리메이터(12)로 출사한다. 콜리메이터(12)는, 측정광을 측정 대상물(13)의 표면(13a)으로 출사한다. 콜리메이터(12)는, 평행 광선으로서 조정된 측정광을 측정 대상물(13)로 출사한다. 그리고, 콜리메이터(12)는, 측정 대상물(13)로부터의 반사광을 입사한다. 반사광에는, 표면(13a)의 반사광뿐만 아니라 이면(13b)의 반사광이 포함된다. 콜리메이터(12)는, 반사광을 광서큘레이터(11)로 출사한다. 광서큘레이터(11)는, 반사광을 분광기(14)로 출사한다. 또한, 광서큘레이터(11) 및 콜리메이터(12)를 구비하여 광전달 기구가 구성된다.The optical circulator 11 is connected to the light source 10, the collimator 12, and the spectroscope 14. The optical circulator 11 emits the measurement light generated in the light source 10 to the collimator 12. The collimator 12 emits the measurement light to the surface 13a of the measurement target 13. The collimator 12 emits measurement light adjusted as a parallel light beam to the measurement object 13. Then, the collimator 12 enters the reflected light from the measurement object 13. The reflected light includes not only the reflected light of the surface 13a but also the reflected light of the back surface 13b. The collimator 12 outputs the reflected light to the optical circulator 11. The optical circulator (11) emits the reflected light to the spectroscope (14). Further, a light transmitting mechanism is constituted by including the optical circulator 11 and the collimator 12.

분광기(14)는, 광서큘레이터(11)로부터 얻어진 반사광의 스펙트럼(간섭 강도 분포)을 측정한다. 반사광 스펙트럼은, 반사광의 파장 또는 주파수에 의존한 강도 분포를 나타낸다. 도 2는, 분광기(14) 및 연산 장치(15)의 기능 블록도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 분광기(14)는, 예를 들면, 광분산 소자(141) 및 수광부(142)를 구비한다. 광분산 소자(141)는, 예를 들면, 회절 격자 등이고, 광을 파장마다 소정의 분산각으로 분산시키는 소자이다. 수광부(142)는, 광분산 소자(141)에 의해 분산된 광을 취득한다. 수광부(142)로서는, 복수의 수광 소자가 격자 형상으로 배열된 CCD(Charge　Coupled　Device)가 이용된다. 수광 소자의 수가 샘플링수가 된다. 또한, 광분산 소자(141)의 분산각 및 광분산 소자(141)와 수광 소자와의 거리에 기초하여, 파장 스팬이 규정된다. 이에 따라, 반사광은 파장 또는 주파수마다 분산되고, 파장 또는 주파수마다 강도가 취득된다. 분광기(14)는, 반사광 스펙트럼을 연산 장치(15)로 출력한다.The spectroscope 14 measures the spectrum (interference intensity distribution) of the reflected light obtained from the optical circulator 11. The reflected light spectrum shows the intensity distribution depending on the wavelength or the frequency of the reflected light. Fig. 2 is a functional block diagram of the spectroscope 14 and the arithmetic unit 15. Fig. As shown in Fig. 2, the spectroscope 14 includes, for example, a light dispersing element 141 and a light receiving unit 142. [ The optical dispersing element 141 is, for example, a diffraction grating or the like, and is an element for dispersing light at a predetermined dispersion angle for each wavelength. The light receiving section 142 acquires light dispersed by the optical dispersing element 141. [ As the light receiving section 142, a CCD (Charge Coupled Device) in which a plurality of light receiving elements are arranged in a lattice form is used. The number of light receiving elements is sampled. The wavelength span is defined based on the dispersion angle of the optical dispersing element 141 and the distance between the optical dispersing element 141 and the light receiving element. Accordingly, the reflected light is dispersed for each wavelength or frequency, and the intensity is acquired for each wavelength or frequency. The spectroscope 14 outputs the reflected light spectrum to the arithmetic unit 15.

연산 장치(15)는, 반사광 스펙트럼에 기초하여 측정 대상물(13)의 온도를 계측한다. 연산 장치(15)는, 광로 길이 산출부(16), 온도 산출부(20) 및 온도 교정 데이터(21)를 구비하고 있다. 광로 길이 산출부(16)는, 푸리에 변환부(17), 데이터 보간부(18) 및 중심 계산부(19)를 구비하고 있다. 푸리에 변환부(17)는, 반사광 스펙트럼을 고속 푸리에 변환(FFT: Fast　Fourier　Transform)에 의해 푸리에 변환한다. 예를 들면, 시간 영역에 있어서의 푸리에 변환이면, 주파수(단위 시간당의 진동수)에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광 스펙트럼을, 시간에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광 스펙트럼으로 변환한다. 또한, 예를 들면, 공간 영역에 있어서의 푸리에 변환이면, 공간 주파수(단위 길이당의 진동수)에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광 스펙트럼을, 위치에 의존한 강도 분포를 나타내는 반사광 스펙트럼으로 변환한다. 데이터 보간부(18)는, 푸리에 변환 후의 반사광 스펙트럼의 소정의 피크값을 포함하는 범위에 있어서, 데이터점을 보간한다. 중심 계산부(19)는, 푸리에 변환 후의 반사광 스펙트럼의 소정의 피크값의 중심 위치를 계산한다. 광로 길이 산출부(16)는, 중심 위치에 기초하여 광로 길이를 산출한다.The computing device 15 measures the temperature of the measurement object 13 based on the reflected light spectrum. The computing device 15 is provided with an optical path length calculating section 16, a temperature calculating section 20 and temperature correction data 21. The optical path length calculating section 16 is provided with a Fourier transform section 17, a data interpolation section 18 and a center calculation section 19. The Fourier transform section 17 performs Fourier transform on the reflected light spectrum by Fast Fourier Transform (FFT). For example, in the case of the Fourier transform in the time domain, the reflected light spectrum showing the intensity distribution depending on the frequency (the frequency per unit time) is converted into the reflected light spectrum showing the intensity distribution depending on the time. Further, for example, in the case of Fourier transform in the spatial domain, the reflected light spectrum showing the intensity distribution depending on the spatial frequency (frequency per unit length) is converted into the reflected light spectrum showing the intensity distribution depending on the position. The data interpolating unit 18 interpolates data points in a range including a predetermined peak value of the reflected light spectrum after the Fourier transform. The center calculation unit 19 calculates the center position of a predetermined peak value of the reflected light spectrum after the Fourier transform. The optical path length calculating section 16 calculates the optical path length based on the center position.

온도 산출부(20)는, 광로 길이에 기초하여, 측정 대상물(13)의 온도를 산출한다. 온도 산출부(20)는, 온도 교정 데이터(21)를 참조하여 측정 대상물(13)의 온도를 산출한다. 온도 교정 데이터(21)는, 미리 측정된 데이터이고, 온도와 광로 길이와의 관계를 나타내는 것이다.The temperature calculating unit 20 calculates the temperature of the measurement object 13 based on the optical path length. The temperature calculating unit 20 calculates the temperature of the measurement object 13 with reference to the temperature correction data 21. [ The temperature correction data 21 is previously measured data, and shows the relationship between the temperature and the optical path length.

상기 구성을 갖는 온도 계측 시스템에 의해, 측정 대상물(13)의 표면(13a)과 이면(13b)과의 광간섭을 이용하여 온도를 측정한다(FFT 주파수 영역법). 이하, 광간섭의 원리에 대해서 설명한다. 도 3은, 입사광 스펙트럼 및 반사광 스펙트럼을 설명하는 개요도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 광원(10)으로부터의 측정광을 입사광으로 한다. 입사광 스펙트럼의 강도 S(k)는, 공간 주파수 1/λ(단위 길이당의 진동수)에 의존한다. 광원(10)의 파장을 λ로 하면 파수 k는 2π／λ이다. 측정 대상물(13)의 두께를 d, 굴절률을 n, 반사율을 R로 한다. 반사광 E는, 복수의 반사 성분을 겹친 것이 된다. 예를 들면, E1은, 표면(13a)에 있어서의 반사 성분이다. E2는, 이면(13b)에 있어서의 반사 성분이다. E3은, 표면(13a)에서 1회, 이면(13b)에서 2회 반사된 반사 성분이다. 또한, E4 이후의 반사 성분은 생략하고 있다. 복수의 성분이 겹쳐, 반사광 스펙트럼의 강도 I(k)가 얻어진다. 반사광 스펙트럼의 강도 I(k)는, 입사광 스펙트럼의 강도 S(k)와 이하의 수식으로 나타내는 관계가 있다.The temperature measurement system having the above-described configuration measures the temperature using the optical interference between the surface 13a and the back surface 13b of the measurement object 13 (FFT frequency domain method). Hereinafter, the principle of optical interference will be described. 3 is a schematic diagram for explaining an incident light spectrum and a reflected light spectrum. As shown in Fig. 3, measurement light from the light source 10 is used as incident light. The intensity S (k) of the incident light spectrum depends on the spatial frequency 1 /? (Frequency per unit length). Assuming that the wavelength of the light source 10 is?, The wave number k is 2? / ?. The thickness of the measurement object 13 is d, the refractive index is n, and the reflectance is R. [ The reflected light E becomes a plurality of reflection components superimposed. For example, E 1 is a reflection component on the surface 13a. E 2 is a reflection component on the back surface 13b. E 3 is a reflection component reflected twice on the front surface 13a and on the back surface 13b. The reflection component after E 4 is omitted. A plurality of components are superimposed to obtain the intensity I (k) of the reflected light spectrum. The intensity I (k) of the reflected light spectrum has a relationship with the intensity S (k) of the incident light spectrum expressed by the following equation.

Figure 112012049919414-pat00003
Figure 112012049919414-pat00003

상기의 식 (1)에 있어서, 제2항은 표리면 간섭의 항이다. 제3항은 표리면 다중 간섭의 항이다. 식 (1)을 푸리에 변환하면, 위치에 의존한 반사광 스펙트럼을 얻을 수 있다.In the above equation (1), the second term is a term of front and rear surface interference. Paragraph 3 is a term of front and rear multiple interference. When the equation (1) is Fourier transformed, a reflected light spectrum depending on the position can be obtained.

도 4는, 반사광 스펙트럼 I(k)의 푸리에 변환을 설명하는 개요도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 공간 영역 푸리에 변환에 의해, 공간 주파수 1/λ를 위치 x로 변환하고 있다. 위치 x로 변환된 반사광 스펙트럼의 강도 I(x)는, 식 (1)을 푸리에 변환함으로써, 이하와 같이 된다.Fig. 4 is a schematic diagram for explaining the Fourier transform of the reflected light spectrum I (k). As shown in Fig. 4, spatial frequency 1 /? Is converted into position x by spatial domain Fourier transform. The intensity I (x) of the reflected light spectrum converted into the position x can be obtained as follows by Fourier transforming the equation (1).

Figure 112012049919414-pat00004
Figure 112012049919414-pat00004

상기의 식 (2)에 나타내는 바와 같이, 2nd마다 피크값이 출현한다. 2nd는 표리면의 광로차이다. 즉 nd는, 표리면 간의 광로 길이이다. 전술한 바와 같이, 미리 계측된 광로 길이(nd)와 온도와의 관계로부터, 광로 길이(nd)를 특정함으로써 온도를 산출할 수 있다. 또한, 상기 설명에서는 공간 영역 푸리에 변환을 이용했지만, 시간 영역 푸리에 변환을 이용해도 좋다. 주파수를 ｖ로 하면 위치 x는 이하의 관계를 충족시킨다.As shown in the above equation (2), a peak value appears every 2nd. 2nd is the optical path difference between the front and rear surfaces. That is, nd is the optical path length between the front and back surfaces. As described above, the temperature can be calculated by specifying the optical path length nd from the relationship between the optical path length nd measured in advance and the temperature. In the above description, the spatial domain Fourier transform is used, but the time domain Fourier transform may be used. When the frequency is v, the position x satisfies the following relationship.

Figure 112012049919414-pat00005
Figure 112012049919414-pat00005

여기에서, FFT 주파수 영역법을 이용하여, 측정 대상물의 두께를 측정하는 경우와, 측정 대상물의 온도를 측정하는 경우와의 차이를 설명한다. 일반적으로는, FFT 주파수 영역법에 의해 측정되는 측정 대상물의 두께는, 수백 ㎛의 오더의 정밀도로 측정 가능하다. 그러나, 온도를 1℃ 단위로 측정하는 경우에는, 수백 Å의 오더의 정밀도가 필요하다. 즉, 단순하게 두께 측정 시스템을 온도 계측 시스템으로 하는 것은 곤란하고, 광원이나 분광기 등, 조건을 충족시키는 기기를 이용하여 계측할 필요가 있다. 이하에서는 각 구성 기기의 조건에 대해서 설명한다.The difference between the case of measuring the thickness of the object to be measured and the case of measuring the temperature of the object to be measured will now be described using the FFT frequency domain method. In general, the thickness of the measurement object measured by the FFT frequency domain method can be measured with an accuracy of order of several hundreds of micrometers. However, when the temperature is measured in units of 1 DEG C, accuracy of order of several hundred angstroms is required. That is, it is difficult to simply use a thickness measurement system as a temperature measurement system, and it is necessary to measure by using a device that meets the conditions such as a light source and a spectroscope. Hereinafter, the conditions of each constituent device will be described.

맨 처음에, 온도 계측 시스템(1)의 측정 가능한 최대의 두께(최대 계측 두께)와 반사광 스펙트럼의 푸리에 변환 후의 데이터 간격에 대해서 설명한다. 도 5는, 반사광에 대해서 설명하는 개요도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 두께(d), 굴절률(n)의 측정 대상물(13)에 있어서, 표면의 위치를 0, 이면의 위치를 x로 하고 있다. 이때, FFT에 있어서의 시간(Δτ)과 각주파수(Δω)와의 관계는, 이하와 같이 나타난다.First, the maximum measurable thickness (maximum thickness) of the temperature measuring system 1 and the data interval after the Fourier transform of the reflected light spectrum will be described. 5 is a schematic diagram for explaining reflected light. As shown in Fig. 5, the position of the surface of the measurement object 13 having the thickness d and the refractive index n is 0, and the position of the back surface is x. At this time, the relationship between the time DELTA tau in the FFT and the angular frequency DELTA omega is expressed as follows.

Figure 112012049919414-pat00006
Figure 112012049919414-pat00006

여기에서, 각주파수(ω, Δω)를, 광원 스펙트럼의 파장(λ), 반값 반폭(Δλ)으로 표현하면, 이하와 같이 된다.Here, the respective frequencies (?,?) Are expressed by the wavelength? Of the light source spectrum and the half-value half-width??, As follows.

주파수는 정(正)의 값이기 때문에,Since the frequency is a positive value,

Figure 112012049919414-pat00008
Figure 112012049919414-pat00008

따라서, therefore,

Figure 112012049919414-pat00009
Figure 112012049919414-pat00009

이다.to be.

굴절률(n)(평균 굴절률(nave))의 측정 대상물(13) 안을 광이 시간(Δτ)으로 이동하는 거리를 Δx'로 하면, 거리 Δx'는, 상기 식 (3) 및 식 (5)를 이용하여, 이하와 같이 표현된다.The distance Δx 'is calculated by the following expression (3) and formula (5), where Δx' is the distance by which the light travels to the time Δτ in the measurement object 13 of the refractive index n (average refractive index n ave ) Is expressed as follows.

Figure 112012049919414-pat00010
Figure 112012049919414-pat00010

표면을 투과하여 이면에서 반사하기 때문에, 왕복 거리를 고려하여 Δx'＝2Δx로 한다. 이상으로부터, FFT 후의 반사 스펙트럼의 데이터 간격(Δx)은 이하와 같이 된다.Is transmitted through the surface and is reflected on the back surface. Therefore, in consideration of the reciprocating distance,? X '= 2? X. From the above, the data interval? X of the reflection spectrum after the FFT is as follows.

Figure 112012049919414-pat00011
Figure 112012049919414-pat00011

주파수 영역법에서는, 실제의 스펙트럼 강도 I(k)는, 파장축 방향의 샘플링수(Ns)의 이산적인 값이 된다. 따라서, FFT 후의 데이터는, Δx 간격의 Ns/2개의 이산적인 데이터가 된다. 따라서, 최대 계측 광학 두께(xmax)는, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.In the frequency domain method, the actual spectrum intensity I (k) is a discrete value of the number of samples N s in the wavelength axis direction. Therefore, the data after the FFT becomes N s / 2 discrete data of? X intervals. Therefore, the maximum measurement optical thickness (x max ) can be expressed by the following equation.

Figure 112012049919414-pat00012
Figure 112012049919414-pat00012

이것은 실(實)공간의 좌표로 변환했을 때의 값이고, FFT 후의 분광 스펙트럼의 데이터는 이값의 2nave배가 된다. 따라서, FFT 후의 공간에 있어서의 최대 계측 광학 두께(Xmax) 및, 데이터 간격(ΔX)은, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.This is the value when converted to the coordinates of the real space, and the data of the spectral spectrum after the FFT is 2n ave and twice of this value. Therefore, the maximum measurement optical thickness ( Xmax ) and the data interval (X) in the space after the FFT can be expressed by the following equations.

Figure 112012049919414-pat00013
Figure 112012049919414-pat00013

Figure 112012049919414-pat00014
Figure 112012049919414-pat00014

이들은 매질의 굴절률에 의하지 않는 일반식이고, 측정계의 조건만으로 결정된다. 실제의 측정계에 있어서는, Δλ는 FFT의 최소 주기로 생각할 수 있기 때문에, 여기에서는, Δλ는 분광기의 측정 파장 범위, 또는 파장 스캔 레인지로 생각할 수 있다. 파장 스팬을 Δw, 분광기의 중심 파장을 λ0으로 하면, 식 (10), (11)은 이하의 식으로 나타난다.These are general formulas that do not depend on the refractive index of the medium and are determined solely by the conditions of the measuring system. In an actual measurement system, since DELTA lambda can be regarded as the minimum period of the FFT, DELTA lambda can be regarded as a measurement wavelength range of the spectroscope or a wavelength scan range. Assuming that the wavelength span is Δw and the center wavelength of the spectroscope is λ 0 , the following equations (10) and (11) are obtained.

Figure 112012049919414-pat00015
Figure 112012049919414-pat00015

Figure 112012049919414-pat00016
Figure 112012049919414-pat00016

따라서, 분광기의 파장 범위 Δw를 넓게 하면, FFT 후의 데이터 간격(ΔX)을 작게 할 수 있다. 또한 샘플링수(Ns)를 크게 하면, 보다 두꺼운 매질을 계측할 수 있다. 이에 따라, 데이터 간격을 작게 하는 것과, 계측 가능 두께를 두껍게 하는 것은, 양립되지 않는 것을 알 수 있다. 이상은, 굴절률에 의하지 않는 일반식이다. 따라서, 굴절률(nave)의 매질 중에 있어서의 실스케일로 변환하는 경우는, 각각 2nave로 제거하면 좋다.Therefore, if the wavelength range? W of the spectroscope is widened, the data interval? X after FFT can be made small. Also, if the sampling number (N s ) is increased, a thicker medium can be measured. As a result, it can be seen that reducing the data interval and increasing the measurable thickness are incompatible. The above is a general formula that does not depend on the refractive index. Therefore, in the case of conversion to the real scale in the medium of the refractive index (n ave ), it may be removed by 2n ave .

여기에서, 최소 공간 분해능에 대해서 고찰한다. 도 6은, 최소 공간 분해능을 설명하는 개요도이다. 도 6의 (b)는, 가우스 함수로 근사할 수 있는 광원의 파수(k)에 의존한 강도 분포를 나타내는 스펙트럼이다. 도 6의 (b)에 나타내는 스펙트럼의 강도 S(k)는, 피크값의 파수를 k0, 피크값의 강도를 1/k·(π)1/2, 반값 반폭을 Δk로 하면, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.Here, the minimum spatial resolution is considered. 6 is a schematic diagram illustrating the minimum spatial resolution. 6 (b) is a spectrum showing an intensity distribution depending on the number of waves (k) of a light source which can be approximated by a Gaussian function. The intensity S (k) of the spectrum shown in FIG. 6 (b) can be obtained by the following equation (1), where k 0 is the wave number of the peak value, 1 / k · (π) 1/2 is the intensity of the peak value, .

Figure 112012049919414-pat00017
Figure 112012049919414-pat00017

또한,Also,

Figure 112012049919414-pat00018
Figure 112012049919414-pat00018

이다. 또한,to be. Also,

Figure 112012049919414-pat00019
Figure 112012049919414-pat00019

과의 관계가 성립된다. 식 (15), (16)을 이용하여 반값 반폭(Δk)은 이하와 같이 표현할 수 있다.Is established. Using the equations (15) and (16), the half-value half-width Δk can be expressed as follows.

Figure 112012049919414-pat00020
Figure 112012049919414-pat00020

한편, 도 6의 (b)에 나타내는 스펙트럼을 FFT 변환하면 도 6의 (a)에 나타내는 스펙트럼이 된다. 도 6의 (a)는, 위치 x에 의존한 강도 분포를 나타내는 가우스 함수의 스펙트럼이다. 도 6의 (a)에 나타내는 스펙트럼의 강도 S(x)는, 피크값의 위치를 0, 피크의 강도를 1로 하면, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.On the other hand, when the spectrum shown in FIG. 6B is FFT-transformed, the spectrum shown in FIG. 6A is obtained. 6 (a) is a spectrum of the Gaussian function showing the intensity distribution depending on the position x. The intensity S (x) of the spectrum shown in FIG. 6 (a) can be expressed by the following equation when the position of the peak value is 0 and the intensity of the peak is 1:

Figure 112012049919414-pat00021
Figure 112012049919414-pat00021

또한, 반값 반폭(Δk)과, S(x)의 반값 반폭(Δxg)은 이하의 관계를 충족시킨다.In addition, half band half-width (Δx g) of the half half-width (Δk) and, S (x) satisfies the following relationship.

Figure 112012049919414-pat00022
Figure 112012049919414-pat00022

반값 반폭을 lc로 하면, 식 (19)에 기초하여, S(x)의 반값 반폭(Δxg)은 이하의 식으로 표현할 수 있다.When the half-width half as l c, based on equation (19), the half half-width (Δx g) of S (x) can be expressed by the following equation.

Figure 112012049919414-pat00023
Figure 112012049919414-pat00023

강도 S(x)의 스펙트럼의 반값 반폭(lc)이 코히어런스 길이가 된다. 공간의 최소 분해능은, lc이고, 광원(10)의 스펙트럼의 중심 파장과 반값폭으로 결정된다.The half band half-width (l c) of the spectrum of the intensity S (x) is the coherence length. Minimum resolution of the space, and l c, is determined by the center wavelength and the half width of the spectrum of the light source 10.

다음으로, 전술한 최대 계측 광학 두께(xmax)에 기초하여, 분광기(14)에 필요한 샘플링수(Ns)의 조건을 도출한다. 광원(10)의 중심 파장을 λ0, 광원 스펙트럼의 반값 반폭을 Δλ, 분광기(14)의 파장 스팬을 Δw, 측정 대상물(13)의 굴절률을 n으로 하면, 식 (9)에 기초하여, 최대 계측 광학 두께(xmax)는 이하의 식으로 나타난다.Next, the condition of the sampling number N s required for the spectroscope 14 is derived based on the above-mentioned maximum measurement optical thickness x max . If the center wavelength of the light source 10 is? 0 , the half-width half-width of the light source spectrum is? ?, the wavelength span of the spectroscope 14 is? W, and the refractive index of the measurement object 13 is n, The measurement optical thickness (x max ) is given by the following equation.

Figure 112012049919414-pat00024
Figure 112012049919414-pat00024

여기에서, 최대 계측 두께(d)와 최대 계측 광학 두께(xmax)는, 이하의 조건을 충족시킬 필요가 있다.Here, the maximum measurement thickness d and the maximum measurement optical thickness x max need to satisfy the following conditions.

Figure 112012049919414-pat00025
Figure 112012049919414-pat00025

즉, 이하의 관계를 충족시키는 샘플링수(Ns)가 필요해진다.That is, a sampling number N s that satisfies the following relationship is required.

Figure 112012049919414-pat00026
Figure 112012049919414-pat00026

예를 들면, 최대 계측 두께(d)＝0.775㎜, 광원(10)의 중심 파장(λ0)＝1550㎚, 측정 대상물(13)의 굴절률(n)＝3.7이면, 이하와 같이 된다.For example, when the maximum measurement thickness d = 0.775 mm, the center wavelength? 0 of the light source 10 = 1550 nm, and the refractive index n of the measurement object 13 = 3.7,

Figure 112012049919414-pat00027
Figure 112012049919414-pat00027

또한, 파장 스팬 Δw[m]를 Δw'[㎚]로 변환하여 표현하면, 이하와 같이 된다.Further, the wavelength span? W [m] is converted into? W '[nm] and expressed as follows.

Figure 112012049919414-pat00028
Figure 112012049919414-pat00028

온도 계측 시스템(1)은, 식 (25)에 나타내는 관계를 충족시키는 파장 스팬(Δw'[㎚])과 샘플링수(Ns)의 분광기(14)를 구비한다. 예를 들면, 파장 스팬(Δw'[㎚])이 40㎚인 경우에는, 샘플링수(Ns)가 200보다 큰 값을 갖는다. 즉, 파장 스팬(Δw'[㎚])이 40㎚인 경우에는, 200보다도 큰 수의 수광 소자를 배열시킨 수광부(142)가 필요해진다.Temperature measuring system 1 is provided with a wavelength span (Δw '[㎚]) and the spectrometer (14) of the sampling number (N s) to meet the relationship shown in equation (25). For example, when the wavelength span (? W '[nm]) is 40 nm, the sampling number (N s ) has a value larger than 200. That is, when the wavelength span (? W '[nm]) is 40 nm, the light receiving section 142 in which more than 200 light receiving elements are arranged is required.

다음으로, 전술한 데이터 간격(Δx)에 기초하여, 광원(10)에 필요한 광원 스펙트럼의 반값 반폭(Δλ)의 조건을 도출한다. 도 7은, 코히어런스 길이를 설명하는 개요도이다. 도 7의 (a)는, 파수에 의존한 강도 분포를 나타내는 스펙트럼이다. 파수(k)＝1/e2의 피크값의 반값 반폭을 Δk로 하고 있다. 도 7의 (b)는, 위치에 의존한 강도 분포를 나타내는 스펙트럼이다. 도 7의 (b)는, 도 7의 (a)에 나타내는 스펙트럼을 푸리에 변환함으로써 얻어진다. 반값 전폭(全幅)인 코히어런스 길이(Lc)는, 광원(10)의 중심 파장을 λ0, 광원 스펙트럼의 반값 반폭을 Δλ로 하면, 이하의 식으로 표현된다.Next, the condition of the half-value half-width (DELTA lambda) of the light source spectrum necessary for the light source 10 is derived based on the above-described data interval DELTA x. 7 is a schematic diagram for explaining the coherence length. Fig. 7 (a) is a spectrum showing the intensity distribution depending on the wave number. And the half-value half-width of the peak value of the wave number (k) = 1 / e 2 is? K. Fig. 7 (b) is a spectrum showing a position-dependent intensity distribution. FIG. 7B is obtained by Fourier transforming the spectrum shown in FIG. 7A. The coherence length (L c ) at half full width (full width) is expressed by the following equation when the center wavelength of the light source 10 is? 0 and the half value half width of the light source spectrum is?

Figure 112012049919414-pat00029
Figure 112012049919414-pat00029

여기에서, 상기의 코히어런스 길이(Lc)를 이용하여, 중심 피크를 적절히 구하기 위해 필요한 데이터 간격(Δx)을 고찰한다. 또한, 반값 전폭(Lc)은 FFT 후의 공간이기 때문에, 실스케일과는 상위하다. 마찬가지로, Δx는 실공간 스케일이기 때문에, FFT 후의 공간에 적합시키기 위해 ΔX를 이용하여 계산한다. 여기에서, ΔX＝2nΔx로 한다. FFT 후의 신호는, 광원(10)의 반값 반폭(Δλ)과 분광기(14)의 파장 스팬(Δw)으로 결정된다. 중심 피크를 정확하게 구하기 위해서는, FFT 후의 신호의 반값 전폭 내에 최저 3점의 데이터점이 포함될 필요가 있다. 예를 들면, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 데이터점이 3점 포함될 필요가 있다. 또한, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반값 전폭 Lc＞2ΔX라는 조건에서는, 피크 위치와 데이터점이 어긋났을 때에, 반값 전폭에는 데이터점이 2점밖에 포함되지 않는다. 이 때문에, 최저 4점의 데이터점이 포함되는 것으로 하고, 반값 전폭 Lc＞3ΔX라는 조건을 충족시키도록 해야만 한다. 식 (26)을 이용하여, 반값 전폭(Lc)과 데이터 간격(ΔX)과의 사이에 이하의 부등식이 성립된다.Here, the coherence length (L c ) is used to consider the data interval (? X) required to obtain the center peak appropriately. In addition, since the full width at half maximum (L c ) is a space after FFT, it is different from the real scale. Similarly, since? X is a real space scale, it is calculated using? X to fit into the space after the FFT. Here,? X = 2n? X. The signal after the FFT is determined by the half-value half-width DELTA lambda of the light source 10 and the wavelength span DELTA w of the spectroscope 14. [ In order to obtain the center peak accurately, it is necessary to include at least three data points within the half full width of the signal after the FFT. For example, as shown in Fig. 8A, it is necessary to include three data points. As shown in Fig. 8 (b), when the peak position and the data point are shifted, only two data points are included in the full width at half maximum under the condition of the full width half maximum L c > 2ΔX. For this reason, it is necessary to satisfy the condition of the full width at half maximum L c > 3 DELTAX, assuming that data points of at least four points are included. Using the equation (26), the following inequality is established between the full width at half maximum (L c ) and the data interval (X).

Figure 112012049919414-pat00030
Figure 112012049919414-pat00030

광원(10)의 반값 반폭(Δλ)에 대해서 식 (27)을 풀면, 이하와 같이 된다.The equation (27) is solved for the half-value half-width ?? of the light source 10, as follows.

Figure 112012049919414-pat00031
Figure 112012049919414-pat00031

또한, 파장 스팬(Δw)과 광원(10)의 스펙트럼의 반값 반폭(Δλ)이 결정되면, 이하의 식으로부터 코히어런스 길이(Lc) 내의 데이터점수(Nc)를 알 수 있다.Further, when the wavelength span? W and the half-value half width? Lambda of the spectrum of the light source 10 are determined, the data point N c in the coherence length L c can be found from the following expression.

Figure 112012049919414-pat00032
Figure 112012049919414-pat00032

도 9는, 코히어런스 길이 내의 데이터수와 스펙트럼 반값 반폭과의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축이 광원(10)의 스펙트럼의 반값 반폭(Δλ), 종축이 코히어런스 길이(Lc) 내의 데이터점수(Nc)이다. 광원(10)의 파장 스팬(Δw)＝42㎚로 하면, 식 (29)로부터, m＞3을 충족시키기 위해서는, Δλ＜6.18㎚가 될 필요가 있다. 온도 계측 시스템(1)은, 식 (28)에 나타내는 관계를 충족시키는 반값 반폭 Δλ의 광원(10)을 구비한다.9 is a graph showing the relationship between the number of data in the coherence length and the half-width half-width of the spectrum. The abscissa represents the half-value half-width DELTA lambda of the spectrum of the light source 10, and the ordinate represents the data point N c within the coherence length L c . Assuming that the wavelength span? W of the light source 10 is 42 nm, it is necessary to satisfy?? <6.18 nm in order to satisfy m> 3 from the equation (29). The temperature measuring system 1 is provided with a light source 10 having a half-width half width DELTA lambda that satisfies the relationship shown in the equation (28).

다음으로, 온도 계측 시스템(1)의 온도 계측 동작에 대해서 설명한다. 도 10은, 온도 계측 시스템(1)의 동작을 나타내는 플로우 차트이다. 도 10에 나타내는 제어 처리는, 예를 들면 광원(10) 및 연산 장치(15)의 전원이 ON이 된 타이밍으로부터 소정의 간격으로 반복하여 실행된다.Next, the temperature measuring operation of the temperature measuring system 1 will be described. 10 is a flow chart showing the operation of the temperature measuring system 1. In Fig. The control processing shown in Fig. 10 is repeatedly executed at a predetermined interval from the timing at which the power source of the light source 10 and the calculation device 15 is turned on, for example.

도 10에 나타내는 바와 같이, 반사광 스펙트럼의 입력 처리로부터 개시한다(S10). 광원(10)은, 측정광을 발생한다. 예를 들면, 도 11의 (a)에 나타내는 스펙트럼의 측정광이 된다. 분광기(14)는, 측정 대상물(13)의 표면(13a) 및 이면(13b)에서 반사한 반사광의 스펙트럼을 취득한다. 예를 들면, 도 11의 (b)에 나타내는 스펙트럼의 반사광이 된다. 광로 길이 산출부(16)는, 분광기(14)로부터 반사광의 스펙트럼을 입력한다. S10의 처리가 종료되면, 좌표 변화 처리로 이행한다(S12).As shown in Fig. 10, the process starts with input processing of the reflected light spectrum (S10). The light source 10 generates measurement light. For example, the measurement light of the spectrum shown in Fig. 11 (a). The spectroscope 14 acquires the spectrum of the reflected light reflected by the front surface 13a and the back surface 13b of the measurement target 13. For example, the reflected light of the spectrum shown in Fig. 11 (b). The optical path length calculating section 16 inputs the spectrum of the reflected light from the spectroscope 14. When the process of S10 is completed, the process shifts to coordinate change processing (S12).

S12의 처리에서는, 광로 길이 산출부(16)가, S10의 처리에서 얻어진 스펙트럼의 좌표축을, 파장(λ)으로부터 공간 주파수(1/λ)로 변환한다. 예를 들면, 도 11의 (c)에 나타내는 스펙트럼이 된다. S12의 처리가 종료되면, 제1 데이터 보간 처리로 이행한다(S14).In the process of S12, the optical-path-length calculating unit 16 converts the coordinate axes of the spectrum obtained in the process of S10 from the wavelength? To the spatial frequency (1 /?). For example, the spectrum shown in Fig. 11C is obtained. When the process of S12 ends, the process proceeds to the first data interpolation process (S14).

S14의 처리에서는, 광로 길이 산출부(16)가, S12의 처리에서 얻어진 스펙트럼의 데이터 보간을 행한다. 예를 들면, 샘플링수를 Ns로 하고, 스펙트럼의 데이터로 하고, 공간 주파수의 배열을 (x0, x1, x2, …, xN －1)로 하고, 강도의 배열을 (y0, y1, y2, …, yN －1)로 한다. 우선, 광로 길이 산출부(16)는, 공간 주파수의 배열을 등간격으로 재배열한다. 예를 들면, 재배열 후의 공간 주파수의 배열에 포함되는 공간 주파수를 Xi로 하면, 이하의 식을 이용하여 재배열을 행한다.In the process of S14, the optical-path-length calculating unit 16 interpolates the spectrum data obtained in the process of S12. For example, the number of samples N s, and a, and with the data of the spectrum, an array of spatial frequency (x 0, x 1, x 2, ..., x N -1) to, and an array of the intensity (y 0 , y 1 , y 2 , ..., y N -1 ). First, the optical-path-length calculating section 16 rearranges the array of spatial frequencies at regular intervals. For example, assuming that the spatial frequency included in the arrangement of the spatial frequencies after rearrangement is Xi, rearrangement is performed using the following equations.

Figure 112012049919414-pat00033
Figure 112012049919414-pat00033

다음으로, 광로 길이 산출부(16)는, 재배열 후의 공간 주파수(Xi)에 있어서의 강도를, 선형 보간으로 계산한다. 이때의 강도를 Yi로 하면, 이하의 식을 이용하여 산출한다.Next, the optical-path-length calculating section 16 calculates the intensity at the spatial frequency (X i ) after rearrangement by linear interpolation. When the intensity at this time is Y i , it is calculated using the following equation.

Figure 112012049919414-pat00034
Figure 112012049919414-pat00034

단, j는 Xi＞xj가 되는 최대의 정수이다. 이에 따라, 예를 들면 도 12의 (a)에 나타내는 스펙트럼이 된다. S14의 처리가 종료되면, FFT 처리로 이행한다(S16).However, j is the largest integer with X i > x j . Thus, for example, the spectrum shown in Fig. 12A is obtained. When the process of S14 ends, the process shifts to the FFT process (S16).

S16의 처리에서는, 푸리에 변환부(17)가, S14의 처리에서 보간된 스펙트럼을 푸리에 변환한다(푸리에 변환 공정). 이에 따라, 예를 들면, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 종축이 진폭, 횡축이 위상의 스펙트럼이 된다. S16의 처리가 종료되면, 필터링 처리로 이행한다(S18).In the process of S16, the Fourier transform unit 17 performs Fourier transform on the spectrum interpolated in the process of S14 (Fourier transform process). Accordingly, for example, as shown in Fig. 12 (b), the vertical axis represents the amplitude and the horizontal axis represents the phase spectrum. When the process of S16 is finished, the process shifts to the filtering process (S18).

S18의 처리에서는, 광로 길이 산출부(16)가, S16의 처리에서 얻어진 스펙트럼으로부터 X＝0의 피크값을 필터링한다. 예를 들면, X＝0에서 X＝Z(소정값)까지의 범위의 강도 데이터 Y에 0을 대입한다. S18의 처리가 종료되면, 추출 처리로 이행한다(S20).In the process of S18, the optical path length calculating section 16 filters the peak value of X = 0 from the spectrum obtained in the process of S16. For example, 0 is substituted into the intensity data Y in the range from X = 0 to X = Z (predetermined value). When the processing of S18 is ended, the process proceeds to extraction processing (S20).

S20의 처리에서는, 광로 길이 산출부(16)가, S18의 처리에서 얻어진 스펙트럼으로부터 X＝2nd의 피크값을 추출한다. 예를 들면, 피크의 최대값을 Yi로 한 경우, Yi －10으로부터 데이터점을 20점 추출한다. 이것은, 피크의 중심으로부터 끝까지의 데이터를 추출하기 위해서이다. 예를 들면, 피크의 최대값을 1로 했을 때에, 최대값에서 0.5까지의 범위가 포함되도록 추출한다. 예를 들면, 도 12의 (c)에 나타내는 스펙트럼이 추출된다. S20의 처리가 종료되면, 제2 데이터 보간 처리로 이행한다(S22).In the process of S20, the optical path length calculating section 16 extracts a peak value of X = 2nd from the spectrum obtained in the process of S18. For example, if the maximum value of the peak is Y i , 20 data points are extracted from Y i -10 . This is to extract the data from the center of the peak to the end. For example, when the maximum value of the peak is 1, extraction is performed so that the range from the maximum value to 0.5 is included. For example, the spectrum shown in Fig. 12C is extracted. When the process of S20 is completed, the process proceeds to the second data interpolation process (S22).

S22의 처리에서는, 데이터 보간부(18)가, S20의 처리에서 얻어진 2nd 피크의 데이터를 보간한다(데이터 보간 공정). 데이터 보간부(18)는, 예를 들면 데이터점간을 보간수(N)로 등간격으로 선형 보간한다. 보간수(NA)는, 예를 들면 필요한 온도 정밀도에 기초하여 미리 설정된다.In the process of S22, the data interpolation section 18 interpolates the data of the second peak obtained in the process of S20 (data interpolation step). The data interpolation section 18 linearly interpolates, for example, data points between the interpolation points N at equal intervals. The interpolation number N A is set in advance based on, for example, a necessary temperature accuracy.

여기에서, 보간수(NA)에 대해서 개설(槪說)한다. 예를 들면, 측정 대상물(13)이 반경 300㎜의 Si 기판인 경우에는, FFT 후의 피크 간격 Δ2nd가 0.4㎛/℃가 된다. 따라서, 1℃의 정밀도가 필요한 경우에는, 데이터 간격이 0.4㎛가 되도록 보간수(NA)를 설정한다. 시스템이 갖는 노이즈 레벨을 고려하여 보간수(NA)를 결정해도 좋다. 여기에서, 분광기(14)가, 파장 스팬(Δw)＝42㎚, 샘플링수(Ns)＝640이라고 한다. 또한, 광원(10)이, 중심 파장(λ0)＝1560㎚라고 한다. 이 경우, FFT 후의 데이터 간격은, 식 (8)을 이용하여 Δx＝56㎚가 된다. 따라서, 0.4㎛의 데이터 간격이 되도록, 각 점의 간격을 140점 보간할 필요가 있다(보간수 NA＝140). 또한, 노이즈 레벨이 0.1℃ 정도인 경우에는, 0.1℃ 이하의 분해능은 불필요하다. 또한, Δx＝56㎚인 채 계산하면, 분해능이 140℃가 되는 점에서도 데이터 보간의 중요성을 이해할 수 있다. 예를 들면, 이하의 수식을 이용하여 데이터 보간을 행한다.Here, the interpolation number N A is set. For example, when the measurement object 13 is a Si substrate with a radius of 300 mm, the peak interval? 2nd after FFT is 0.4 占 퐉 / 占 폚. Thus, if necessary, the precision of 1 ℃ is, and sets the interpolation number (N A) the data interval such that the 0.4㎛. The interpolation number N A may be determined in consideration of the noise level of the system. Here, it is assumed that the spectrometer 14 has a wavelength span (? W) = 42 nm and a sampling number (N s ) = 640. It is also assumed that the light source 10 has a center wavelength (? 0 ) = 1560 nm. In this case, the data interval after the FFT becomes? X = 56 nm using equation (8). Therefore, it is necessary to interpolate the interval of each point by 140 points (interpolation number N A = 140) so as to have a data interval of 0.4 탆. Further, when the noise level is about 0.1 占 폚, a resolution of 0.1 占 폚 or less is unnecessary. In addition, if Δx = 56 nm is calculated, the importance of data interpolation can be understood even in the point that the resolution becomes 140 ° C. For example, data interpolation is performed using the following formula.

Figure 112012049919414-pat00035
Figure 112012049919414-pat00035

여기에서, j는 강도의 배열에 이용한 지표이다. 데이터 보간부(18)는, 상기식 32를 i＝0∼N－1의 범위에서 실행한다. 즉, S20의 처리에서 얻어진 20점의 간격 모두를 대상으로 하여 산출한다. 이와 같이, 푸리에 변환 후의 데이터 간격을, 필요한 분할수(보간수(N))로 분할하여, 분할수에 따른 데이터수를 선형 보간한다. S22의 처리가 종료되면, 추출 처리로 이행한다(S24).Here, j is an index used for the arrangement of intensity. The data interpolating section 18 executes the above Expression 32 in the range of i = 0 to N-1. That is, the calculation is performed for all the intervals of 20 points obtained in the process of S20. In this way, the data interval after Fourier transform is divided by the required number of divisions (interpolation number N), and the number of data according to the number of divisions is linearly interpolated. When the processing of S22 is ended, the process proceeds to extraction processing (S24).

S24의 처리에서는, 중심 계산부(19)가, S22의 처리에서 보간된 데이터로부터 중심의 계산에 이용하는 데이터 범위만을 추출한다. 예를 들면, 중심 계산부(19)는, 중심 계산에 사용하는 문턱값을 A％로 하고, 피크의 최대 강도(YMAX×A) 이하의 강도 데이터(Y)에 0을 대입한다. S24의 처리가 종료되면, 중심 계산 처리로 이행한다(S26).In the process of S24, the center calculation section 19 extracts only the data range used for calculating the center from the data interpolated in the process of S22. For example, the center calculation unit 19 assigns 0 to the intensity data (Y) having a maximum intensity (Y MAX x A) or less of the peak, with the threshold value used for the center calculation being A%. When the process of S24 ends, the process shifts to the center calculation process (S26).

S26의 처리에서는, 중심 계산부(19)가, S24의 처리에서 보간된 데이터로부터 가중치 부여 중심을 계산한다(가중치 부여 중심 계산 공정). 예를 들면, 이하의 식을 이용한다.In the process of S26, the center calculation section 19 calculates a weighting center from the data interpolated in the process of S24 (weighting center calculation process). For example, the following equation is used.

Figure 112012049919414-pat00036
Figure 112012049919414-pat00036

또한, N은 중심 범위 추출 후의 데이터점수이다. 식 (33)을 이용함으로써 광로 길이(nd)를 산출할 수 있다. S26의 처리가 종료되면, 온도 계산 처리로 이행한다(S28).Further, N is the data score after extracting the center range. By using the equation (33), the optical path length nd can be calculated. When the process of S26 is finished, the process proceeds to the temperature calculation process (S28).

S28의 처리에서는, 온도 산출부(20)가, S26의 처리에서 얻어진 광로 길이(nd)를 이용하여 온도를 산출한다(온도 산출 공정). 온도 산출부(20)는, 예를 들면 도 13에 나타내는 온도 교정 데이터(21)를 이용하여 온도를 산출한다. 도 13은, 횡축이 광로 길이(nd)이고, 종축이 온도이다. 온도 교정 데이터(21)는 미리 측정 대상물(13)마다 취득된다. 이하에서는, 온도 교정 데이터(21)의 사전 작성예에 대해서 설명한다. 예를 들면, 온도 제어에 흑체로(黑體爐)를 사용하여 실측(實測)한다. 온도(T)와 온도(T)에 있어서의 광로 길이(n·dT)를 동시에 계측한다. 온도(T)는, 열전대 등의 온도계를 이용하여 측정한다. 또한, 광로 길이(n·dT)는, 전술한 FFT를 이용한 수법으로 측정한다. 그리고, 온도계의 측정값이 40℃일 때의 광로 길이(n·d40)를 1000으로 하여 광로 길이(n·dT)를 규격화한다. 그리고, 온도와 규격화된 광로 길이(n·dT)를 100℃마다 구분하여, 3차식으로 근사함으로써, 근사 곡선의 계수를 도출한다. 도 13의 좌상에 나타내는 수식이 3차식의 수식이다. 또한, 온도(T)에 의존한 규격화된 광로 길이(n·dT)의 함수를 이하식으로 나타낸다.In S28, the temperature calculating unit 20 calculates the temperature using the optical path length (nd) obtained in S26 (temperature calculating step). The temperature calculating section 20 calculates the temperature using the temperature correction data 21 shown in FIG. 13, for example. 13, the abscissa is the optical path length (nd), and the ordinate is the temperature. The temperature correction data 21 is acquired in advance for each measurement object 13. [ Hereinafter, a description will be given in advance of the temperature correction data 21. For example, a blackbody furnace is used for temperature control. The optical path length (n · d T ) at the temperature T and the temperature T is simultaneously measured. The temperature (T) is measured using a thermometer such as a thermocouple. Further, the optical path length (n · d T ) is measured by the above-described technique using the FFT. Then, the optical path length (n · d T ) is normalized by setting the optical path length (n · d 40 ) when the measured value of the thermometer is 40 ° C. to 1000. Then, the coefficients of the approximate curve are derived by dividing the temperature and the normalized optical path length (n · d T ) for each 100 ° C. and approximating it by a cubic equation. 13 is a formula of a cubic equation. The function of the normalized optical path length (n · d T ) depending on the temperature T is expressed by the following equation.

Figure 112012049919414-pat00037
Figure 112012049919414-pat00037

또한, f(T)의 역함수를 이하와 같이 나타낸다.The inverse function of f (T) is expressed as follows.

Figure 112012049919414-pat00038
Figure 112012049919414-pat00038

광로 길이(n·d40)는, 이니셜 온도(T0)와 그때의 광로 길이(n·dT0)에 기초하여 이하의 수식에 의해 산출된다.The optical path length (n · d 40 ) is calculated by the following equation based on the initial temperature T 0 and the optical path length n · d T 0 at that time.

Figure 112012049919414-pat00039
Figure 112012049919414-pat00039

식 36에 기초하여 얻어진 광로 길이(n·d40) 및 광로 길이(n·dT)에 기초하여, 온도(T)를 전술한 식 (35)의 수식을 이용하여 도출한다. S28의 처리가 종료되면, 도 10에 나타내는 제어 처리를 종료한다.The temperature T is derived based on the equation (35) described above based on the optical path length (n · d 40 ) and the optical path length (n · d T ) obtained based on the equation (36). When the process of S28 ends, the control process shown in Fig. 10 is terminated.

이상에서 도 10에 나타내는 제어 처리를 종료한다. 도 10에 나타내는 제어 처리를 실행함으로써, 적은 데이터점이라도 고정밀도로 온도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 2nd의 피크값의 근사 곡선을 구하여 위치 x를 구하는 수법도 생각할 수 있다. 그러나, 이 수법에서는, 광원(10)의 스펙트럼의 형상이나, 분광기(14)의 파장 스팬(Δw)과 광원(10)과의 관계로부터, FFT 후의 신호의 형태가 피크 중심에 대하여 좌우 비대칭이 될 우려가 있다. 예를 들면, 광원(10)이 대칭적인 가우스 함수가 되는 경우는 적고, FFT 후의 신호도 대칭적인 가우스 함수가 되는 경우는 적다. 이 때문에, 근사 곡선을 이용한 수법에서는, 정확하게 피크 위치를 구하는 것이 곤란하다. 이에 대하여, 도 10에 나타내는 데이터 보간 공정에서 직선 보간을 함으로써, FFT 후의 신호 프로파일에 의존하는 일 없이, 중심 위치를 결정할 수 있다. 또한, 온도 정밀도에 맞추어 데이터점을 보간할 수 있기 때문에, 정밀도 좋게 안정된 온도 계측을 할 수 있다.The control process shown in Fig. 10 is thus terminated. By executing the control process shown in Fig. 10, the temperature can be measured with high accuracy even at a small data point. For example, a method of finding an approximate curve of the peak value of 2nd and obtaining the position x can be considered. However, in this method, the shape of the spectrum of the light source 10, and the relationship between the wavelength span (? W) of the spectroscope 14 and the light source 10, the shape of the signal after FFT becomes asymmetrical with respect to the center of the peak There is a concern. For example, the case where the light source 10 is a symmetric Gaussian function is small, and the signal after the FFT is also a symmetric Gaussian function. Therefore, it is difficult to accurately obtain the peak position in the method using the approximate curve. On the other hand, by performing linear interpolation in the data interpolation step shown in Fig. 10, the center position can be determined without depending on the signal profile after the FFT. In addition, since the data points can be interpolated according to the temperature accuracy, stable temperature measurement can be performed with high precision.

이상, 일 실시 형태에 따른 온도 계측 시스템(1) 및 그 방법에 의하면, 푸리에 변환 후의 데이터 간격(ΔX) 및, 계측 가능한 최대의 두께(d)를 정함으로써, 요구되는 정밀도의 온도 측정에 필요한 스펙을 갖는 광원(10) 및 분광기(14)를 구비하고 있다. 즉, 파장 스팬(Δw)에 기초한 조건을 충족시키는 광원(10), 그리고, 파장 스팬(Δw) 및 계측 가능한 최대의 두께(d)에 기초한 조건을 충족시키는 분광기(14)를 가짐으로써, 광간섭을 이용하여 온도를 적절히 측정할 수 있다.As described above, according to the temperature measuring system 1 and the method thereof according to the embodiment, by specifying the data interval? X after the Fourier transform and the maximum measurable thickness d, And a light source 10 and a spectroscope 14 having the same. That is, by having the light source 10 that satisfies the condition based on the wavelength span? W and the spectroscope 14 that satisfies the condition based on the wavelength span? W and the maximum measurable thickness d, The temperature can be measured appropriately.

또한, 전술한 실시 형태는 온도 계측 시스템 및 온도 계측 방법의 일 예를 나타내는 것이고, 실시 형태에 따른 장치 및 방법을 변형하여, 또는 다른 것에 적용한 것이라도 좋다.The above-described embodiment shows an example of the temperature measuring system and the temperature measuring method, and the apparatus and method according to the embodiments may be modified or applied to other ones.

예를 들면, 기판 처리 장치에 일 실시 형태로 설명한 온도 계측 시스템(1)을 탑재시켜도 좋다. 도 14는, 기판 처리 장치의 일 예이다. 여기에서는, 예를 들면 플라즈마 에칭 장치 등의 기판 처리 장치에 있어서의 측정 대상물(13)의 예로서 웨이퍼(Tw)의 온도 측정에 적용하는 경우를 예로 들어 설명한다.For example, the temperature measuring system 1 described in one embodiment may be mounted on the substrate processing apparatus. 14 is an example of a substrate processing apparatus. Here, the case of applying to the temperature measurement of the wafer Tw as an example of the measurement object 13 in a substrate processing apparatus such as a plasma etching apparatus will be described as an example.

측정광의 기초가 되는 광원(10)으로서는, 측정 대상물인 웨이퍼(Tw)의 양 단면(S1, S2)을 투과하여 반사하는 광으로서, 웨이퍼(Tw)의 양 단면(S1, S2)에서 적어도 2회 이상 왕복 반사 가능한 광을 조사 가능한 것을 사용한다. 예를 들면 웨이퍼(Tw)는 실리콘으로 형성되기 때문에, 실리콘이나 실리콘 산화막 등의 실리콘재를 투과 가능한 1.0∼2.5㎛의 파장을 갖는 광을 조사 가능한 것을 광원(10)으로서 사용한다.The light source 10 serving as the basis of the measurement light is a light source 10 having both ends S 1 and S 2 of the wafer Tw as light that is transmitted and reflected through both end faces S 1 and S 2 of the wafer Tw, Which is capable of irradiating light that can be reciprocally reflected at least twice. For example, since the wafer Tw is formed of silicon, a light source 10 capable of irradiating light having a wavelength of 1.0 to 2.5 占 퐉 through which a silicon material such as silicon or a silicon oxide film can be transmitted is used.

기판 처리 장치(300)는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 웨이퍼(Tw)에 대하여 에칭 처리나 성막 처리 등의 소정의 처리를 시행하는 처리실(310)을 구비한다. 즉 웨이퍼(Tw)는, 처리실(310)에 수용된다. 처리실(310)은 도시하지 않는 배기 펌프에 접속되어, 진공 배기 가능하게 구성되어 있다. 처리실(310)의 내부에는, 상부 전극(350)과, 상부 전극(350)에 대향하는 하부 전극(340)이 배설되어 있다. 하부 전극(340)은, 웨이퍼(Tw)를 올려놓는 재치대를 겸하고 있다. 하부 전극(340)의 상부에는, 예를 들면 웨이퍼(Tw)를 정전 흡착하는 정전척(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 또한, 하부 전극(340)에는, 냉각 수단이 설치되어 있다. 이 냉각 수단은, 예를 들면, 하부 전극(340)에 냉매 유로는 대략 환상으로 형성되는 냉매 유로(342)에 냉매를 순환시켜 하부 전극(340)의 온도를 제어한다. 이에 따라, 웨이퍼(Tw)의 온도를 제어한다. 웨이퍼(Tw)는, 예를 들면 처리실(310)의 측면에 설치된 게이트 밸브(도시하지 않음)로부터 처리실(310) 내에 반입된다. 이들 하부 전극(340), 상부 전극(350)에는 각각 소정의 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원(320, 330)이 접속되어 있다.As shown in Fig. 14, the substrate processing apparatus 300 includes, for example, a processing chamber 310 for performing predetermined processing such as etching processing and film forming processing on the wafer Tw. In other words, the wafer Tw is accommodated in the processing chamber 310. The treatment chamber 310 is connected to an exhaust pump (not shown), and is configured to be evacuated. An upper electrode 350 and a lower electrode 340 facing the upper electrode 350 are disposed in the processing chamber 310. The lower electrode 340 also serves as a mount for placing the wafer Tw. On the upper portion of the lower electrode 340, for example, an electrostatic chuck (not shown) for electrostatically attracting the wafer Tw is provided. The lower electrode 340 is provided with a cooling means. This cooling means controls the temperature of the lower electrode 340 by, for example, circulating the refrigerant in the refrigerant passage 342 formed in a substantially annular shape in the refrigerant passage on the lower electrode 340. Thus, the temperature of the wafer Tw is controlled. The wafer Tw is carried into the process chamber 310 from a gate valve (not shown) provided on the side surface of the process chamber 310, for example. The lower electrode 340 and the upper electrode 350 are respectively connected to high-frequency power supplies 320 and 330 that apply a predetermined high-frequency power.

상부 전극(350)은, 최하부에 위치하는 전극판(351)을 전극 지지체(352)로 지지하도록 구성되어 있다. 전극판(351)은 예를 들면 실리콘재(실리콘, 실리콘 산화물 등)로 형성되고, 전극 지지체(352)는 예를 들면 알루미늄재로 형성된다. 상부 전극(350)의 상부에는, 소정의 처리 가스가 도입되는 도입관(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 이 도입관으로부터 도입된 처리 가스가 하부 전극(340)에 올려놓여진 웨이퍼(Tw)를 향하여 균일하게 토출되도록, 전극판(351)에는 다수의 토출공(도시하지 않음)이 뚫려 설치되어 있다.The upper electrode 350 is configured to support the electrode plate 351 located at the lowermost part with the electrode support 352. The electrode plate 351 is formed of, for example, a silicon material (silicon, silicon oxide, or the like), and the electrode support 352 is formed of, for example, aluminum. On an upper portion of the upper electrode 350, an introduction pipe (not shown) through which a predetermined process gas is introduced is provided. A plurality of discharge holes (not shown) are provided in the electrode plate 351 so that the process gas introduced from the introduction pipe is uniformly discharged toward the wafer Tw placed on the lower electrode 340.

상부 전극(350)은, 냉각 수단이 설치되어 있다. 이 냉각 수단은, 예를 들면 상부 전극(350)의 전극 지지체(352) 내에 형성되는 냉매 유로에 냉매를 순환시킴으로써, 상부 전극(350)의 온도를 제어하는 것이다. 냉매 유로는 대략 환상으로 형성되어 있고, 예를 들면 상부 전극(350)의 면내 중 외측을 냉각하기 위한 외측 냉매 유로(353)와, 내측을 냉각하기 위한 내측 냉매 유로(354)의 2계통으로 나누어 형성된다. 이들 외측 냉매 유로(353) 및 내측 냉매 유로(354)는 각각, 도 5에 나타내는 화살표로 나타내는 바와 같이 냉매가 공급관으로부터 공급되고, 각 냉매 유로(353, 354)를 유통하여 배출관으로부터 배출되어, 외부의 냉동기(도시하지 않음)로 되돌아 와, 순환하도록 구성되어 있다. 이들 2계통의 냉매 유로에는 동일한 냉매를 순환시켜도 좋고, 또한 상이한 냉매를 순환시켜도 좋다. 또한, 상부 전극(350)의 냉각 수단으로서는, 도 5에 나타내는 2계통의 냉매 유로를 구비하는 것에 한정되지 않고, 예를 들면 1계통만의 냉매 유로를 구비하는 것이라도 좋고, 또한 1계통으로 2분기하는 냉매 유로를 구비하는 것이라도 좋다.The upper electrode 350 is provided with a cooling means. This cooling means controls the temperature of the upper electrode 350 by circulating the refrigerant in a refrigerant passage formed in the electrode support 352 of the upper electrode 350, for example. The refrigerant passage is formed in a substantially annular shape and is divided into two systems, for example, an outer refrigerant passage 353 for cooling the inner side of the inner surface of the upper electrode 350 and an inner side refrigerant passage 354 for cooling the inside . As shown by the arrows in FIG. 5, the outer refrigerant passage 353 and the inner refrigerant passage 354 are supplied with refrigerant from the supply pipe, respectively, and the refrigerant passages 353 and 354 are discharged from the discharge pipe, And returns to the refrigerator (not shown) of the refrigerator. The same refrigerant may be circulated in these two system refrigerant channels, or different refrigerant may be circulated. The cooling means for the upper electrode 350 is not limited to the two systems shown in Fig. 5. For example, the upper electrode 350 may be provided with only one system of refrigerant flow paths, It may be provided with a refrigerant flow path that branches off.

전극 지지체(352)는, 외측 냉매 유로(353)가 형성되는 외측 부위와, 내측 냉매 유로(354)가 형성되는 내측 부위와의 사이에, 저(低)열전달층(356)이 형성되어 있다. 이에 따라, 전극 지지체(352)의 외측 부위와 내측 부위와의 사이는 저열전달층(356)의 작용에 의해 열이 전해지기 어렵기 때문에, 외측 냉매 유로(353)와 내측 냉매 유로(354)와의 냉매 제어에 의해, 외측 부위와 내측 부위가 상이한 온도가 되도록 제어하는 것도 가능하다. 이렇게 하여, 상부 전극(350)의 면내 온도를 효율 좋고 적확(的確)하게 제어하는 것이 가능해진다.The electrode support 352 has a low heat transfer layer 356 formed between an outer portion where the outer coolant passage 353 is formed and an inner portion where the inner coolant passage 354 is formed. Accordingly, heat is not easily transmitted between the outer side portion and the inner side portion of the electrode support 352 due to the action of the low heat transfer layer 356, so that the outer side refrigerant flow path 353 and the inner side refrigerant flow path 354 By controlling the refrigerant, it is also possible to perform control so that the outside portion and the inside portion are at different temperatures. In this way, it becomes possible to control the in-plane temperature of the upper electrode 350 efficiently and precisely.

이러한 기판 처리 장치(300)에서는, 웨이퍼(Tw)는 예를 들면 반송 아암 등에 의해 게이트 밸브를 개재하여 반입된다. 처리실(310)에 반입된 웨이퍼(Tw)는, 하부 전극(340) 상에 올려놓여지고, 상부 전극(350)과 하부 전극(340)에는 고주파 전력이 인가됨과 함께, 상부 전극(350)으로부터 처리실(310) 내에 소정의 처리 가스가 도입된다. 이에 따라, 상부 전극(350)으로부터 도입된 처리 가스는 플라즈마화 되고, 웨이퍼(Tw)의 표면에 예를 들면 에칭 처리 등이 시행된다.In this substrate processing apparatus 300, the wafer Tw is carried by a transfer arm or the like through a gate valve. The wafer Tw carried into the process chamber 310 is placed on the lower electrode 340 and the high frequency power is applied to the upper electrode 350 and the lower electrode 340, A predetermined process gas is introduced into the process chamber 310. Thus, the process gas introduced from the upper electrode 350 is converted into plasma, and the surface of the wafer Tw is etched, for example.

상기 온도 계측 시스템(1)에 있어서의 참조광은, 콜리메이터(12)에 형성된 광파이버(F)를 개재하여, 하부 전극(340)으로부터 측정 대상물인 웨이퍼(Tw)를 향하여 조사하는 측정광 조사 위치까지 전송되도록 되어 있다. 구체적으로는, 광파이버(F)는 하부 전극(340)의 예를 들면 중앙부에 형성된 관통공(344)을 개재하여, 측정광이 웨이퍼(Tw)를 향하여 조사되도록 배설된다. 또한, 광파이버(F)를 배설하는 웨이퍼(Tw)의 면내 방향의 위치로서는, 측정광이 웨이퍼(Tw)로 조사되는 위치라면, 도 5에 나타내는 바와 같은 웨이퍼(Tw)의 중앙부가 아니라도 좋다. 예를 들면 측정광이 웨이퍼(Tw)의 단부로 조사되도록 광파이버(F)를 배설해도 좋다.The reference light in the temperature measurement system 1 is transmitted from the lower electrode 340 to the measurement light irradiation position for irradiating the wafer Tw from the lower electrode 340 via the optical fiber F formed in the collimator 12 . Specifically, the optical fiber F is disposed so as to be irradiated with the measurement light toward the wafer Tw via the through hole 344 formed in the center of the lower electrode 340, for example. The position in the in-plane direction of the wafer Tw on which the optical fiber F is disposed may not be the central portion of the wafer Tw as shown in Fig. 5 as long as the measurement light is irradiated on the wafer Tw. For example, the optical fiber F may be disposed so that the measurement light is irradiated to the end portion of the wafer Tw.

이상, 기판 처리 장치(300)에 온도 계측 시스템(1)을 탑재함으로써, 에칭 처리 중의 측정 대상물인 웨이퍼(Tw)의 온도를 계측할 수 있다. 또한, 전술한 이니셜 온도(T0)는, 웨이퍼(Tw)를 하부 전극(340)에 정전 흡착시켜, 소정의 처리 가스의 압력이 안정되었을 때에 측정한다. 예를 들면, 하부 전극(340)에 열전대를 장착하고, 하부 전극(340)의 온도를 웨이퍼(Tw)의 온도로 하여, 이때의 광로 길이(nd)를 이니셜 두께로 해도 좋다. 또한, 하부 전극(340)에 접촉식의 온도계를 구비하여, 웨이퍼 반송시에 측정해도 좋다. 또한, 여기에서는 웨이퍼의 온도를 계측하는 예를 설명했지만, 처리실 내에 수용되어 있는 상부 전극이나 포커스 링 등의 챔버 내 파트가 측정광에 대하여 투과성을 갖는 재질의 경우는, 당해 챔버 내 파트의 온도를 계측해도 좋다. 이 경우, 챔버 내 파트의 재질로서, 실리콘, 석영 또는 사파이어 등이 이용된다.As described above, by mounting the temperature measuring system 1 on the substrate processing apparatus 300, the temperature of the wafer Tw to be measured during the etching process can be measured. The aforementioned initial temperature T0 is measured when the wafer Tw is electrostatically attracted to the lower electrode 340 and the pressure of the predetermined process gas is stabilized. For example, a thermocouple may be mounted on the lower electrode 340, the temperature of the lower electrode 340 may be the temperature of the wafer Tw, and the optical path length nd at this time may be an initial thickness. Further, the lower electrode 340 may be provided with a contact-type thermometer and measured at the time of wafer transfer. In the above example, the temperature of the wafer is measured. However, in the case where the upper electrode accommodated in the treatment chamber and the in-chamber part such as the focus ring have a permeability to the measurement light, Measurement may be performed. In this case, silicon, quartz, sapphire, or the like is used as the material of the part in the chamber.

또한, 전술한 실시 형태에서는, 샘플링수를 CCD의 수광 소자의 수로서 설명했지만, 분광기(14)의 종류에 따라서는 별도의 것으로 규정되어도 좋다. 예를 들면, 분광기(14)가, 1개의 수광 소자와 파장 선택 필터인 튜너블 필터를 구비하고, 피크값의 중심 파장을 포함하는 범위를 스캔함으로써 반사광의 스펙트럼을 얻는 구성으로 되어 있는 경우도 있다. 이 경우에는, 샘플링수가 파장 선택 필터 및 수광 소자에 의해 행해지는 계측 스텝의 수에 기초하여 규정되어도 좋다.In the above-described embodiment, the number of samplings is described as the number of light-receiving elements of the CCD. However, the number of the light-receiving elements of the CCD may be different depending on the type of the spectroscope 14. For example, the spectroscope 14 may include a single light receiving element and a tunable filter that is a wavelength selection filter, and may be configured to obtain a spectrum of reflected light by scanning a range including the center wavelength of the peak value . In this case, the sampling number may be defined based on the number of measurement steps performed by the wavelength selection filter and the light receiving element.

또한, 전술한 실시 형태에서는, 광서큘레이터(11)을 구비하는 예를 설명했지만, 2×1 또는 2×2의 포토 커플러라도 좋다. 2×2의 포토 커플러를 채용하는 경우, 참조 미러는 구비하지 않아도 좋다.In the above-described embodiment, the example in which the optical circulator 11 is provided is described, but a 2x1 or 2x2 photocoupler may also be used. When a 2 × 2 photocoupler is employed, a reference mirror may not be provided.

1 : 온도 계측 시스템
10 : 광원
11 : 광서큘레이터(광전달 기구)
12 : 콜리메이터(광전달 기구)
14 : 분광기
15 : 연산 장치
16 : 광로 길이 산출부
17 : 푸리에 변환부
18 : 데이터 보간부
19 : 중심 계산부
20 : 온도 산출부
21 : 온도 교정 데이터
141 : 광분산 소자
142 : 수광부
300 : 기판 처리 장치
310 : 처리실1: Temperature measurement system
10: Light source
11: Optical circulator (optical transmission mechanism)
12: Collimator (light transmission mechanism)
14: spectroscope
15:
16: Optical path length calculating section
17: Fourier transform unit
18: Data interpreter
19:
20: Temperature calculation unit
21: Temperature calibration data
141: Optical dispersion element
142:
300: substrate processing apparatus
310: Treatment room

Claims (9)

제1 주면(主面) 및 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면을 갖는 측정 대상물의 온도를 계측하는 온도 계측 시스템으로서,
상기 측정 대상물을 투과하는 파장을 갖는 측정광의 광원과,
파장 또는 주파수에 의존한 강도 분포를 측정하는 분광기와,
상기 광원 및 상기 분광기에 접속되고, 상기 광원으로부터의 측정광을 상기 측정 대상물의 상기 제1 주면으로 출사함과 함께, 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면으로부터의 반사광을 상기 분광기로 출사하는 광전달 기구와,
상기 분광기에 의해 측정된 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면으로부터의 상기 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 푸리에 변환하여 광로 길이를 산출하는 광로 길이 산출부와,
상기 광로 길이 산출부에 의해 산출된 광로 길이 및 미리 측정된 상기 측정 대상물의 광로 길이와 온도와의 관계에 기초하여, 상기 측정 대상물의 온도를 산출하는 온도 산출부를 구비하고,
상기 광원은, 상기 분광기의 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 반값 반폭의 광원 스펙트럼을 갖고,
상기 분광기는, 상기 분광기의 파장 스팬과 당해 온도 계측 시스템이 계측 대상으로 하는 상기 측정 대상물의 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정하며,
상기 광원은,
상기 파장 스팬을 Δw, 상기 측정 대상물의 굴절률을 n, 광원 스펙트럼의 반값 반폭을 Δλ로 하면, 다음 수학식
Figure 112018050909253-pat00056

을 충족시키는 광원 스펙트럼을 갖는 온도 계측 시스템.A temperature measuring system for measuring a temperature of a measurement object having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface,
A light source of measurement light having a wavelength that transmits the measurement object,
A spectroscope for measuring intensity distribution depending on wavelength or frequency,
An optical transmission line connected to the light source and the spectroscope for emitting measurement light from the light source to the first main surface of the measurement object and for outputting the reflected light from the first main surface and the second main surface to the spectroscope; The apparatus,
An optical path length calculating unit for calculating an optical path length by Fourier transforming the interference intensity distribution which is the intensity distribution of the reflected light from the first main surface and the second main surface measured by the spectroscope,
And a temperature calculation section for calculating the temperature of the measurement object based on the optical path length calculated by the optical path length calculation section and the relationship between the optical path length and the temperature measured in advance of the measurement object,
Wherein the light source has a half-width half-width light source spectrum that satisfies a condition based on a wavelength span of the spectroscope,
The spectroscope measures an intensity distribution with a sampling number satisfying a condition based on a wavelength span of the spectroscope and a maximum thickness of the object to be measured by the temperature measurement system,
The light source includes:
Assuming that the wavelength span is? W, the refractive index of the measurement object is n, and the half-width half-width of the light source spectrum is?
Figure 112018050909253-pat00056

Of the light source spectrum. 제1 주면 및 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면을 갖는 측정 대상물의 온도를 계측하는 온도 계측 시스템으로서,
상기 측정 대상물을 투과하는 파장을 갖는 측정광의 광원과,
파장 또는 주파수에 의존한 강도 분포를 측정하는 분광기와,
상기 광원 및 상기 분광기에 접속되고, 상기 광원으로부터의 측정광을 상기 측정 대상물의 상기 제1 주면으로 출사함과 함께, 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면으로부터의 반사광을 상기 분광기로 출사하는 광전달 기구와,
상기 분광기에 의해 측정된 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면으로부터의 상기 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 푸리에 변환하여 광로 길이를 산출하는 광로 길이 산출부와,
상기 광로 길이 산출부에 의해 산출된 광로 길이 및 미리 측정된 상기 측정 대상물의 광로 길이와 온도와의 관계에 기초하여, 상기 측정 대상물의 온도를 산출하는 온도 산출부를 구비하고,
상기 광원은, 상기 분광기의 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 반값 반폭의 광원 스펙트럼을 갖고,
상기 분광기는, 상기 분광기의 파장 스팬과 당해 온도 계측 시스템이 계측 대상으로 하는 상기 측정 대상물의 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정하며,
상기 분광기는,
상기 광원의 중심 파장을 λ0, 상기 파장 스팬을 Δw, 상기 측정 대상물의 굴절률을 n, 당해 온도 계측 시스템이 계측 대상으로 하는 상기 측정 대상물의 최대의 두께를 d, 샘플링수를 N으로 하면, 다음 수학식
Figure 112018050909253-pat00057

를 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정하는 온도 계측 시스템.A temperature measuring system for measuring a temperature of a measurement object having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface,
A light source of measurement light having a wavelength that transmits the measurement object,
A spectroscope for measuring intensity distribution depending on wavelength or frequency,
An optical transmission line connected to the light source and the spectroscope for emitting measurement light from the light source to the first main surface of the measurement object and for outputting the reflected light from the first main surface and the second main surface to the spectroscope; The apparatus,
An optical path length calculating unit for calculating an optical path length by Fourier transforming the interference intensity distribution which is the intensity distribution of the reflected light from the first main surface and the second main surface measured by the spectroscope,
And a temperature calculation section for calculating the temperature of the measurement object based on the optical path length calculated by the optical path length calculation section and the relationship between the optical path length and the temperature measured in advance of the measurement object,
Wherein the light source has a half-width half-width light source spectrum that satisfies a condition based on a wavelength span of the spectroscope,
The spectroscope measures an intensity distribution with a sampling number satisfying a condition based on a wavelength span of the spectroscope and a maximum thickness of the object to be measured by the temperature measurement system,
Wherein the spectroscope comprises:
If the central wavelength of the light source is? 0 , the wavelength span is? W, the refractive index of the measurement object is n, the maximum thickness of the measurement object to be measured by the temperature measurement system is d, Equation
Figure 112018050909253-pat00057

To measure the intensity distribution. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분광기는,
상기 반사광을 파장마다 분산시키는 광분산 소자와,
상기 광분산 소자에 의해 분산된 광을 검출하는 수광 소자를 갖고,
상기 파장 스팬은, 상기 광분산 소자의 분산각 및, 상기 광분산 소자와 상기 수광 소자의 거리에 기초하여 정해지는 온도 계측 시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the spectroscope comprises:
An optical dispersion element for dispersing the reflected light for each wavelength,
And a light receiving element for detecting light scattered by the optical dispersing element,
Wherein the wavelength span is determined based on a dispersion angle of the optical dispersion element and a distance between the optical dispersion element and the light reception element. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분광기는, 복수의 수광 소자를 배열시킨 수광부를 갖고,
상기 샘플링수는, 상기 수광 소자의 수에 기초하여 정해지는 온도 계측 시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
The spectroscope has a light-receiving portion in which a plurality of light-receiving elements are arranged,
Wherein the sampling number is determined based on the number of the light receiving elements. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 측정 대상물은, 실리콘, 석영 또는 사파이어로 이루어지는 온도 계측 시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the measurement object is made of silicon, quartz or sapphire. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광로 길이 산출부는,
상기 간섭 강도 분포를 푸리에 변환하여 광로 길이에 의존한 강도 분포를 산출하는 푸리에 변환부와,
푸리에 변환 후의 데이터 간격을, 소정의 온도 정밀도로 정해지는 분할수로 분할하고, 분할수에 따른 데이터수를 선형 보간으로 보간하는 데이터 보간부와,
상기 데이터 보간부에 의해 보간된 후의 데이터를 이용하여 가중치 부여 중심(重心) 계산을 행함으로써 광로 길이를 산출하는 중심 계산부를 구비하는 온도 계측 시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
The optical path length calculation unit calculates,
A Fourier transform unit for Fourier transforming the interference intensity distribution to calculate an intensity distribution depending on the optical path length,
A data interpolating section for dividing the data interval after the Fourier transform into a number of divisions determined by a predetermined temperature accuracy and interpolating the number of data according to the number of divisions by linear interpolation,
And a center calculating section for calculating an optical path length by performing a weighting center-of-gravity calculation using the data interpolated by the data interpolating section. 제1 주면 및 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면을 갖는 기판에 대하여 소정의 처리를 행함과 함께, 상기 기판의 온도를 계측하는 기판 처리 장치로서,
진공 배기 가능하게 구성되고, 상기 기판을 수용하는 처리실과,
상기 기판을 투과하는 파장을 갖는 측정광의 광원과,
파장 또는 주파수에 의존한 강도 분포를 측정하는 분광기와,
상기 광원 및 상기 분광기에 접속되고, 상기 광원으로부터의 측정광을 상기 기판의 상기 제1 주면으로 출사함과 함께, 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면으로부터의 반사광을 상기 분광기로 출사하는 광전달 기구와,
상기 분광기에 의해 측정된 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면으로부터의 상기 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 푸리에 변환하여 광로 길이를 산출하는 광로 길이 산출부와,
상기 광로 길이 산출부에 의해 산출된 광로 길이 및 미리 측정된 상기 기판의 광로 길이와 온도와의 관계에 기초하여, 상기 기판의 온도를 산출하는 온도 산출부를 구비하고,
상기 광원은, 상기 분광기의 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 반값 반폭의 광원 스펙트럼을 갖고,
상기 분광기는, 상기 분광기의 파장 스팬과 계측 대상으로 하는 상기 기판의 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정하며,
(i) 상기 광원은,
상기 파장 스팬을 Δw, 상기 기판의 굴절률을 n, 광원 스펙트럼의 반값 반폭을 Δλ로 하면, 다음 수학식
Figure 112019500574218-pat00058

을 충족시키는 광원 스펙트럼을 갖거나, 또는
(ii) 상기 분광기는,
상기 광원의 중심 파장을 λ0, 상기 파장 스팬을 Δw, 상기 기판의 굴절률을 n, 당해 온도 계측 시스템이 계측 대상으로 하는 상기 기판의 최대의 두께를 d, 샘플링수를 N으로 하면, 다음 수학식
Figure 112019500574218-pat00059

를 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정하는 기판 처리 장치.A substrate processing apparatus for performing a predetermined process on a substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and measuring the temperature of the substrate,
A processing chamber configured to be vacuum evacuable and accommodating the substrate,
A light source of measurement light having a wavelength that transmits the substrate;
A spectroscope for measuring intensity distribution depending on wavelength or frequency,
And a light transmission mechanism connected to the light source and the spectroscope for emitting measurement light from the light source to the first main surface of the substrate and for outputting the reflected light from the first main surface and the second main surface to the spectroscope, Wow,
An optical path length calculating unit for calculating an optical path length by Fourier transforming the interference intensity distribution which is the intensity distribution of the reflected light from the first main surface and the second main surface measured by the spectroscope,
And a temperature calculating section for calculating the temperature of the substrate based on the optical path length calculated by the optical path length calculating section and the relationship between the optical path length of the substrate and the temperature measured in advance,
Wherein the light source has a half-width half-width light source spectrum that satisfies a condition based on a wavelength span of the spectroscope,
Wherein the spectroscope measures an intensity distribution with a sampling number satisfying a condition based on a wavelength span of the spectroscope and a maximum thickness of the substrate to be measured,
(i)
Assuming that the wavelength span is Δw, the refractive index of the substrate is n, and the half-width half-width of the light source spectrum is Δλ,
Figure 112019500574218-pat00058

Or a light source spectrum that satisfies
(ii)
The central wavelength of the light source is λ 0 , the wavelength span is Δw, the refractive index of the substrate is n, the maximum thickness of the substrate to be measured by the temperature measurement system is d, and the sampling number is N,
Figure 112019500574218-pat00059

And the intensity distribution is measured with a sampling number that satisfies the following equation. 온도 계측 시스템을 이용하여, 제1 주면 및 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면을 갖는 측정 대상물의 온도를 계측하는 온도 계측 방법으로서,
당해 온도 계측 시스템은,
상기 측정 대상물을 투과하는 파장을 갖는 측정광의 광원과,
파장 또는 주파수에 의존한 강도 분포를 측정하는 분광기와,
상기 광원 및 상기 분광기에 접속되고, 상기 광원으로부터의 측정광을 상기 측정 대상물의 상기 제1 주면으로 출사함과 함께, 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면으로부터의 반사광을 상기 분광기로 출사하는 광전달 기구를 구비하고,
상기 광원은, 상기 분광기의 파장 스팬에 기초한 조건을 충족시키는 반값 반폭의 광원 스펙트럼을 갖고,
상기 분광기는, 상기 분광기의 파장 스팬과 당해 온도 계측 시스템이 계측 대상으로 하는 상기 측정 대상물의 최대의 두께에 기초한 조건을 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정하며,
(i) 상기 광원은,
상기 파장 스팬을 Δw, 상기 측정 대상물의 굴절률을 n, 광원 스펙트럼의 반값 반폭을 Δλ로 하면, 다음 수학식
Figure 112018050909253-pat00060

을 충족시키는 광원 스펙트럼을 갖거나, 또는
(ii) 상기 분광기는,
상기 광원의 중심 파장을 λ0, 상기 파장 스팬을 Δw, 상기 측정 대상물의 굴절률을 n, 당해 온도 계측 시스템이 계측 대상으로 하는 상기 측정 대상물의 최대의 두께를 d, 샘플링수를 N으로 하면, 다음 수학식
Figure 112018050909253-pat00061

를 충족시키는 샘플링수로 강도 분포를 측정하는, 온도 계측 시스템이며,
당해 온도 계측 방법은,
상기 제1 주면 및 상기 제2 주면으로부터의 상기 반사광의 강도 분포인 간섭 강도 분포를 푸리에 변환하여 광로 길이에 의존한 강도 분포를 산출하는 푸리에 변환 공정과,
푸리에 변환 후의 데이터 간격을, 소정의 온도 정밀도로 정해지는 분할수로 분할하고, 분할수에 따른 데이터수를 선형 보간으로 보간하는 데이터 보간 공정과,
상기 데이터 보간 공정에서 보간된 후의 데이터를 이용하여 가중치 부여 중심 계산을 행함으로써 광로 길이를 산출하는 중심 계산 공정과,
상기 중심 계산 공정에서 산출된 광로 길이 및 미리 측정된 상기 측정 대상물의 광로 길이와 온도와의 관계에 기초하여, 상기 측정 대상물의 온도를 산출하는 온도 산출 공정을 구비하는 온도 계측 방법.A temperature measuring method for measuring a temperature of a measurement object having a first main surface and a second main surface facing the first main surface using a temperature measurement system,
In the temperature measurement system,
A light source of measurement light having a wavelength that transmits the measurement object,
A spectroscope for measuring intensity distribution depending on wavelength or frequency,
An optical transmission line connected to the light source and the spectroscope for emitting measurement light from the light source to the first main surface of the measurement object and for outputting the reflected light from the first main surface and the second main surface to the spectroscope; A mechanism,
Wherein the light source has a half-width half-width light source spectrum that satisfies a condition based on a wavelength span of the spectroscope,
The spectroscope measures an intensity distribution with a sampling number satisfying a condition based on a wavelength span of the spectroscope and a maximum thickness of the object to be measured by the temperature measurement system,
(i)
Assuming that the wavelength span is? W, the refractive index of the measurement object is n, and the half-width half-width of the light source spectrum is?
Figure 112018050909253-pat00060

Or a light source spectrum that satisfies
(ii)
If the central wavelength of the light source is? 0 , the wavelength span is? W, the refractive index of the measurement object is n, the maximum thickness of the measurement object to be measured by the temperature measurement system is d, Equation
Figure 112018050909253-pat00061

And the intensity distribution is measured with a sampling number that satisfies the following equation
In the temperature measurement method,
A Fourier transforming step of calculating an intensity distribution depending on an optical path length by Fourier transforming the interference intensity distribution as the intensity distribution of the reflected light from the first main surface and the second main surface,
A data interpolation step of dividing the data interval after the Fourier transform into a number of divisions determined by a predetermined temperature accuracy and interpolating the number of data according to the number of divisions by linear interpolation,
A center calculation step of calculating an optical path length by performing weighted center calculation using data after interpolation in the data interpolation step;
And a temperature calculating step of calculating the temperature of the object to be measured based on the optical path length calculated in the center calculating step and the relationship between the optical path length and the temperature measured in advance of the object to be measured.
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