温度測定装置及び温度測定方法
【課題】従来に比べてより精度良く温度を測定することができ、より精度良くかつ効率良く基板処理等を行うことのできる温度測定装置及び温度測定方法を提供する。
【解決手段】光源１１０からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタ１２０と、参照光を反射するための参照光反射手段１４０と、参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段１５０と、参照光反射手段１４０からの反射参照光を分けるための第２スプリッタ１２１と、温度測定対象物１０からの反射測定光と反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器１６０と、反射参照光のみの強度を測定するための第２光検出器１６１と、第１光検出器１６０の出力から第２光検出器１６１の出力を減算した後、干渉位置を算出し温度を算出するコンとローラ１７０とを具備した温度測定装置。
【解決手段】光源１１０からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタ１２０と、参照光を反射するための参照光反射手段１４０と、参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段１５０と、参照光反射手段１４０からの反射参照光を分けるための第２スプリッタ１２１と、温度測定対象物１０からの反射測定光と反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器１６０と、反射参照光のみの強度を測定するための第２光検出器１６１と、第１光検出器１６０の出力から第２光検出器１６１の出力を減算した後、干渉位置を算出し温度を算出するコンとローラ１７０とを具備した温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物例えば半導体ウエハや液晶基板等の表面、裏面、内部層などの温度を正確に測定可能な温度測定装置及び温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、基板処理装置により処理される被処理基板、例えば半導体ウエハの温度を正確に測定することは、成膜やエッチングなど種々の処理の結果により半導体ウエハ上に形成される膜やホールなどの形状、物性等を正確にコントロールする点からも極めて重要である。このため、例えば抵抗温度計や、基材裏面の温度を測定する蛍光式温度計等を利用した計測法など様々な方法によって半導体ウエハの温度を計測することが従来から行われている。
【０００３】
近年では、上述した従来の温度計測方法では困難だったウエハの温度を直接計測することができる低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術が知られている。上記の低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術では、スプリッタによって光源からの光を温度測定用の測定光と参照光とに分け、測定光の反射光と、光路長を変化させる駆動機構を具備した参照光反射手段で反射された参照光の反射光との干渉を測定し、温度を測定する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１１２８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の技術では、簡単な構成でウエハの温度を直接計測することができる。しかしながら、本発明者等が詳査したところ、上記した従来の技術では、光路長を変化させる駆動機構を具備した参照光反射手段からの参照信号に、何種類かのノイズが含まれており、これによって干渉波形の重心位置の検出に誤差が含まれる可能性があり、光学的厚さ測定の精度が悪化し、温度測定精度の低下を招く虞があることが判明した。
【０００５】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べてより精度良く温度を測定することができ、より精度良くかつ効率良く基板処理等を行うことのできる温度測定装置及び温度測定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の温度測定装置は、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタと、前記参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記反射参照光を、第１反射参照光と第２反射参照光とに分けるための第２スプリッタと、前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記第１反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器と、前記第２反射参照光の強度を測定するための第２光検出器と、前記第１光検出器の出力信号から前記第２光検出器の出力信号を減算した結果から、干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の温度測定装置は、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタと、前記参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記反射参照光を、第１反射参照光と第２反射参照光とに分けるための第２スプリッタと、前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記第１反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器と、前記第２反射参照光の強度を測定するための第２光検出器と、前記第１光検出器の出力信号から前記第２光検出器の出力信号を減算する減算手段と、前記減算手段によって減算した信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の温度測定装置は、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記反射参照光との干渉を測定するための光検出器と、前記光検出器への前記反射測定光の入射の有無を選択可能とするシャッタ機構と、前記シャッタ機構を閉じて前記光検出器への前記反射測定光の入射が無い時の前記反射参照光の強度変化を参照信号として記憶し、前記シャッタ機構を開いて前記光検出器への前記反射測定光の入射が有る時の前記光検出器の出力信号から前記参照信号を減算した信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の温度測定装置は、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記反射参照光との干渉を測定するための光検出器と、前記光検出器の出力信号を周波数によりフィルタリングするフィルタと、前記フィルタによってフィルタリングされた信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の温度測定装置は、請求項４記載の温度測定装置であって、前記フィルタは、アナログフィルタ又はデジタルフィルタであることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の温度測定装置は、請求項５記載の温度測定装置であって、前記フィルタは、前記光路長変化手段の作動によって生じるノイズの周波数以下の周波数成分をカットすることを特徴とする。
【００１２】
請求項７の温度測定装置は、請求項５記載の温度測定装置であって、前記フィルタは、前記反射測定光と、前記反射参照光との干渉波の周波数以上の周波数成分を通過させることを特徴とする。
【００１３】
請求項８の温度測定装置は、請求項５記載の温度測定装置であって、前記フィルタは、前記反射測定光と、前記反射参照光との干渉波の周波数の周波数帯域の成分みを通過させることを特徴とする。
【００１４】
請求項９の温度測定方法は、測定光を温度測定対象物へ照射するとともに、参照光を参照光反射手段に照射する工程と、前記参照光反射手段を一方向へ移動することによって、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるとともに、前記参照光反射手段から反射する反射参照光と前記温度測定対象物から反射する反射測定光との干渉を測定する干渉測定工程と、前記干渉測定工程で得られた信号から、前記反射参照光の光路長を変化させつつ前記反射参照光のみを検出した際の信号を減算し、この減算結果に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する工程とを具備することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０の温度測定方法は、測定光を温度測定対象物へ照射するとともに、参照光を参照光反射手段に照射する工程と、前記参照光反射手段を一方向へ移動することによって、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるとともに、前記参照光反射手段から反射する反射参照光と前記温度測定対象物から反射する反射測定光との干渉を測定する干渉測定工程と、前記干渉測定工程で得られた信号を周波数によりフィルタリングした信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来に比べてより精度良く温度を測定することができ、より精度良くかつ効率良く基板処理等を行うことのできる温度測定装置及び温度測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明を実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、第１実施形態にかかる温度測定装置１００の概略構成を示すものである。図１に示すように、温度測定装置１００は、光源１１０と、この光源１１０からの光を温度測定用の測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタ１２０と、上記第１スプリッタ１２０からの参照光を反射するための参照光反射手段１４０と、参照光反射手段１４０から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段１５０と、参照光反射手段１４０からの反射参照光を２つに分けるための第２スプリッタ１２１とを備えている。
【００１９】
光路長変化手段１５０は、例えば参照ミラーなどで構成される参照光反射手段１４０を参照光の入射方向に平行な一方向へ移動させるためのリニアステージ１５１、モータ１５２、Ｈｅ−Ｎｅレーザエンコーダ１５３等から構成されている。このように、参照ミラーを一方向へ駆動させることにより、参照ミラーから反射する反射参照光の光路長を変化させることができる。モータ１５２は、モータコントローラ１５５、モータドライバ１５４を介して、コントローラ１７０により制御される。また、Ｈｅ−Ｎｅレーザエンコーダ１５３からの信号は、Ａ／Ｄ変換器１７２でデジタル信号に変換されてコントローラ１７０に入力される。
【００２０】
また、温度測定装置１００は、上記測定光を例えば半導体ウエハ等の温度測定対象物１０に照射したときに温度測定対象物１０から反射する反射測定光と、上記参照光を参照光反射手段１４０に照射したときに参照光反射手段１４０から反射し第２スプリッタ１２１によって２つに分けられた内の一方の反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器１６０を備えている。さらに、温度測定装置１００は、第２スプリッタ１２１によって２つに分けられた内の他方の反射参照光の強度を測定するための第２光検出器１６１を備えている。
【００２１】
光源１１０としては、測定光と参照光との干渉が測定できれば、任意の光を使用することが可能である。温度測定対象物１０として例えば半導体ウエハの温度測定を行う場合には、少なくとも半導体ウエハの表面と裏面との間の距離（通常は８００〜１５００μｍ程度）からの反射光が干渉を生じない程度の光が好ましい。具体的には例えば低コヒーレンス光を用いることが好ましい。低コヒーレンス光とは、コヒーレンス長の短い光をいう。低コヒーレンス光の中心波長は例えば０．３〜２０μｍが好ましく、更に０．５〜５μｍがより好ましい。また、コヒーレンス長としては、例えば０．１〜１００μｍが好ましく、更に３μｍ以下がより好ましい。このような低コヒーレンス光を光源１１０として使用することにより、余計な干渉による障害を回避でき、半導体ウエハの表面又は内部層からの反射光に基づく参照光との干渉を容易に測定することができる。
【００２２】
上記低コヒーレンス光を使用した光源としては、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＬＥＤ、高輝度ランプ（タングステンランプ、キセノンランプなど）、超広帯域波長光源等を使用することができる。これらの低コヒーレンス光源の中でも、輝度の高いＳＬＤ（波長、例えば１３００ｎｍ）を光源１１０として用いることが好ましい。
【００２３】
第１スプリッタ１２０としては、例えば２×２光ファイバカプラを用いる。但し、これに限定されるものではなく、参照光と測定光とに分けることが可能なものであればよい。また、第２スプリッタ１２１についても、例えば２×１光ファイバカプラを用いる。但し、これに限定されるものではなく、反射参照光を２つに分けることが可能なものであればよい。第１スプリッタ１２０、第２スプリッタ１２１としては、例えば光導波路型分波器、半透鏡などを用いてもよい。
【００２４】
参照光反射手段１４０は、例えば参照ミラーにより構成される。参照ミラーとしては例えばコーナーキューブプリズム、平面ミラー等などが適用可能である。これらの中でも、反射光の入射光との平行性の観点からは、コーナーキューブプリズムを用いることが好ましい。但し、参照光を反射できれば、上記のものに限られず、例えばディレーラインなどで構成してもよい。
【００２５】
第１光検出器１６０、第２光検出器１６１としては、低価格性、コンパクト性を考慮すれば、例えばフォトダイオードを用いて構成することが好ましい。具体的には例えばＳｉフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、Ｇｅフォトダイオードなどを用いたＰＤ（Photo Detector）により構成する。但し、上記のものに限られず、例えばアバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などを用いて第１光検出器１６０、第２光検出器１６１を構成してもよい。第１光検出器１６０の検出信号は、増幅器１７１を介してＡ／Ｄ変換器１７２に入力され、デジタル信号に変換されてコントローラ１７０によって処理される。第２光検出器１６１の検出信号は、増幅器１７３を介してＡ／Ｄ変換器１７２に入力され、デジタル信号に変換されてコントローラ１７０によって処理される。
【００２６】
第１スプリッタ１２０からの測定光は、測定光伝送手段例えばコリメートファイバ１８０を介して、温度測定対象物１０へ照射する測定光照射位置まで伝送されるようになっている。また、第１スプリッタ１２０からの参照光は、第２スプリッタ１２１を通り参照光伝送手段例えばコリメートファイバ１９０を介して参照光反射手段１４０へ照射する参照光照射位置まで伝送されるようになっている。なお、測定光伝送手段及び参照光伝送手段としては、上記コリメートファイバに限られるものではなく、例えば光ファイバの先端にコリメータを取り付けたコリメータ付光ファイバであってもよい。
【００２７】
上記の温度測定装置１００においては、光源１１０からの光は、第１スプリッタ１２０に入射され、第１スプリッタ１２０により測定光と参照光とに分けられる。このうち、測定光は、半導体ウエハなどの温度測定対象物１０等に照射され、各層の表面、境界面や裏面によって反射される。
【００２８】
一方、参照光は、参照光反射手段１４０によって反射され、この反射参照光は、第２スプリッタ１２１に入射されて２つの反射参照光に分けられる。そして、この内の一方の反射参照光は、第１スプリッタ１２０へ入射し、反射測定光とともに、第１光検出器１６０で検出される。他方の反射参照光は、第２光検出器１６１で検出される。
【００２９】
そして、参照光反射手段１４０を光路長変化手段１５０で走査することによって、第１光検出器１６０では、縦軸を出力（Ｖ）（光の強度）、横軸を参照光反射手段１４０の計測距離（μｍ）とした図２（ａ）に示したような干渉波形が得られる。ここで、光源１１０としては、上述したような低コヒーレンス光源を用いている。低コヒーレンス光源によれば、光源１１０からの光のコヒーレンス長が短いため、通常は測定光の光路長と参照光の光路長とが一致した場所で強く干渉が起こり、それ以外の場所では干渉は実質的に低減するという特質がある。このため、参照光反射手段１４０を移動させ、参照光の光路長を変化させることにより、温度測定対象物１０の表面及び裏面の他、内部にさらに層があればその各層についても、これらの屈折率差によって反射した測定光と参照光が干渉する。
【００３０】
図２（ａ）の例では、参照光反射手段１４０を走査していくと、先ず温度測定対象物１０の一方の面（表面或いは裏面）からの反射光と参照光の反射光との干渉波が現れ、次に中間層の界面からの反射光と参照光の反射光との干渉波が現れ、最後に、他方の面（裏面又は表面）からの反射光と参照光の反射光との干渉波が現れる。
【００３１】
ここで、図２（ａ）に示すように、第１光検出器１６０で検出される検出信号波形には、周波数が高く大きなピークを示す干渉波の他に、この干渉波より周波数の低い成分が含まれており、干渉波とは関係なくベースラインが大きく波打っているような波形となっている。図３は、検出信号波形をさらに拡大して示すものであり、図３に示される２つの波形のうち、上部に示された波形が第１光検出器１６０で検出される検出信号波形である。この図３に示されるとおり、上記した干渉波より周波数の低い成分は、１つのみではなく、図２（ａ）で視認できるものより周波数の高い他の成分も含まれている。検出信号波形に上記のような干渉波以外の成分が含まれていると、干渉波の重心から干渉位置を求める際に誤差が生じてしまう。
【００３２】
図３に示される２つの波形のうち、下部に示された波形は、第２光検出器１６１で検出される反射参照光のみの検出信号波形である。この検出信号波形を見れば、上記した第１光検出器１６０で検出される検出信号波形に含まれる干渉波以外の成分が、反射参照光に由来するものであることが分かる。これは、参照光反射手段１４０を光路長変化手段１５０のリニアステージ１５１等によって走査する際の微少な機械的な歪みやクリアランス等に起因するものと考えられる。
【００３３】
このため、本実施形態では、コントローラ１７０には、第１光検出器１６０からの検出信号の他に、第２スプリッタ１２１で分けられた内の１つの反射参照光のみを第２光検出器１６１で検出した検出信号を増幅器１７３、Ａ／Ｄ変換器１７２を介して入力する。そして、コントローラ１７０は、第１光検出器１６０の検出信号から第２光検出器１６１の検出信号を減算する。この減算した後の検出信号波形が図２（ｂ）に示すものである。図２（ｂ）に示されるように、第１光検出器１６０の検出信号から第２光検出器１６１の検出信号を減算した後の検出信号波形は、参照光反射手段１４０を光路長変化手段１５０によって走査する際に発生するノイズ成分が除去されている。したがって、この検出信号波形に基づいて、干渉波の重心等から誤差の少ない正確な干渉位置を求めることがてき、この干渉位置に基づいて正確な温度測定を行うことができる。
【００３４】
次に、測定光と参照光との干渉波に基づいて温度を測定する方法について説明する。干渉波に基づく温度測定方法としては、例えば温度変化に基づく光路長変化を用いる温度換算方法がある。ここでは、上記干渉波形の位置ズレを利用した温度換算方法について説明する。
【００３５】
半導体ウエハなどの温度測定対象物１０がヒータ等によって温められると、温度測定対象物１０は膨張して屈折率が変化するため、温度変化前と温度変化後では、干渉波形の位置がずれて、干渉波形のピーク間幅が変化する。このような干渉波形のピーク間幅を測定することにより温度変化を検出することができる。例えば図１に示すような温度測定装置１００であれば、干渉波形のピーク間幅は、参照光反射手段１４０の移動距離に対応しているため、干渉波形のピーク間幅における参照ミラーの移動距離を測定することにより、温度変化を検出することができる。
【００３６】
温度測定対象物１０の厚さをｄとし、屈折率をｎとした場合、干渉波形についてのピーク位置のずれは、厚さｄについては各層固有の線膨張係数αに依存し、また屈折率ｎの変化については主として各層固有の屈折率変化の温度係数βに依存する。なお、屈折率変化の温度係数βについては波長にも依存することが知られている。
【００３７】
従って、ある測定ポイントにおける温度変化後のウエハの厚さｄ′を数式で表すと下記数式（１）に示すようになる。なお、数式（１）において、ΔＴは測定ポイントの温度変化を示し、αは線膨張率、βは屈折率変化の温度係数を示している。また、ｄ、ｎは、夫々温度変化前の測定ポイントにおける厚さ、屈折率を示している。
【００３８】
ｄ′＝ｄ・（１＋αΔＴ）、ｎ′＝ｎ・（１＋βΔＴ） …（１）
上記数式（１）に示すように、温度変化によって測定ポイントを透過する測定光の光路長が変化する。光路長は一般に、厚さｄと屈折率ｎとの積で表される。従って、温度変化前の測定ポイントを透過する測定光の光路長をＬとし、測定ポイントにおける温度が夫々ΔＴだけ変化した後の光路長をＬ′とすると、Ｌ、Ｌ′は夫々下記の数式（２）に示すようになる。
【００３９】
Ｌ＝ｄ・ｎ 、 Ｌ′＝ｄ′・ｎ′ …（２）
従って、測定ポイントにおける測定光の光路長の温度変化前後の差（Ｌ′−Ｌ）は、上記数式（１）、（２）により計算して整理すると、下記数式（３）に示すようになる。なお、下記数式（３）では、α・β≪α、α・β≪βを考慮して微小項を省略している。
【００４０】
Ｌ′−Ｌ＝ｄ′・ｎ′−ｄ・ｎ＝ｄ・ｎ・（α＋β）・ΔＴ
＝Ｌ・（α＋β）・ΔＴ１ …（３）
【００４１】
ここで、測定ポイントにおける測定光の光路長は、参照光との干渉波形のピーク間幅に相当する。従って、線膨張率α、屈折率変化の温度係数βを予め調べておけば、測定ポイントにおける参照光との干渉波形のピーク間幅を計測することによって、上記数式（３）を用いて、測定ポイントの温度に換算することができる。
【００４２】
このように、干渉波から温度への換算する場合、上述したように干渉波形のピーク間で表される光路長が線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βによって変るため、これら線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βを予め調べておく必要がある。半導体ウエハを含めた物質の線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βは一般に、温度帯によっては、温度に依存する場合もある。例えば線膨張率αについては一般に、物質の温度が０〜１００℃くらいの温度範囲ではそれほど変化しないので、一定とみなしても差支えないが、１００℃以上の温度範囲では物質によっては温度が高くなるほど変化率が大きくなる場合もあるので、そのような場合には温度依存性が無視できなくなる。屈折率変化の温度係数βについても同様に温度範囲によっては、温度依存性が無視できなくなる場合がある。
【００４３】
例えば半導体ウエハを構成するシリコン（Ｓｉ）の場合は、０〜５００℃の温度範囲において線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βは例えば二次曲線で近似することができることが知られている。このように、線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βは温度に依存するので、例えば温度に応じた線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βを予め調べておき、その値を考慮して温度換算すれば、より正確な温度に換算することができる。
【００４４】
なお、測定光と参照光との干渉波に基づく温度測定方法としては上述したような方法に限られることはなく、例えば温度変化に基づく吸収強度変化を用いる方法であってもよく、上記温度変化に基づく光路長変化と温度変化に基づく吸収強度変化とを組み合わせた方法であってもよい。
【００４５】
図４は、本発明の第２実施形態に係る温度測定装置１００ａの構成を示すものである。この温度測定装置１００ａでは、第１光検出器１６０の出力と、第２光検出器１６１の出力とを、差動回路１７４に入力して差をとり（減算し）、差動回路１７４の出力をＡ／Ｄ変換器１７２を介してコントローラ１７０に入力するようになっている。この温度測定装置１００ａのように、差動回路１７４を用いてアナログ信号の差をとるようにしても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００４６】
図５は、本発明の第３実施形態に係る温度測定装置１００ｂの構成を示すものである。この温度測定装置１００ｂでは、上記した各実施形態における第２スプリッタ１２１、第２光検出器１６１を設ける替わりに、第１光検出器１６０への反射測定光の入射の有無を選択可能とするシャッタ機構１８１を、例えばコリメートファイバ１８０の端部と温度測定対象物１０の間等に設けている。そして、このシャッタ機構１８１を閉じることによって、第１光検出器１６０において、参照光反射手段１４０からの反射参照光のみを検出できるようになっている。この温度測定装置１００ｂでは、予めシャッタ機構１８１を閉じた状態で、参照光反射手段１４０を走査して反射参照光のみを検出し、このデータ（図３の下部に示したような波形データ）を参照信号データとしてコントローラ１７０で記憶しておく。そして、シャッタ機構１８１を開いて第１光検出器１６０の出力信号から反射測定光と反射参照光の干渉を検出する際に、コントローラ１７０は、第１光検出器１６０の出力信号から記憶された参照信号データ分を減算する。このような構成の温度測定装置１００ｂでは、図１に示した温度測定装置１００のように、第２スプリッタ１２１、第２光検出器１６１等を設けることなく、比較的簡易な構成で安価に装置を構成することができ、かつ、光路長変化手段１５０の作動によって生じるノイズ成分を除去することによって、精度良く温度を測定することができる。
【００４７】
図６は、本発明の第４実施形態に係る温度測定装置１００ｃの構成を示すものである。この温度測定装置１００ｃでは、第１光検出器１６０の出力信号を、フィルタ１７５を介して増幅器１７１に入力し、Ａ／Ｄ変換器１７２を介してコントローラ１７０に入力するようになっている。このフィルタ１７５は、干渉波より周波数の低い前述したノイズ成分を除去するためのアナログフィルタであり、光路長変化手段１５０の作動によって生じるノイズの周波数以下の周波数成分をカットするように設定するか、反射測定光と反射参照光との干渉波の周波数以上の周波数成分を通過させるように設定するか、反射測定光と反射参照光との干渉波の周波数の周波数帯域のみを通過させるように設定するか、のいずれかとすることができる。このような構成の温度測定装置１００ｃでは、図１に示した温度測定装置１００のように、第２スプリッタ１２１、第２光検出器１６１等を設けることなく、比較的簡易な構成で安価に装置を構成することができ、かつ、光路長変化手段１５０の作動によって生じるノイズ成分を除去することによって、精度良く温度を測定することができる。
【００４８】
図７は、本発明の第５実施形態に係る温度測定装置１００ｄの構成を示すものである。この温度測定装置１００ｄでは、図６に示したアナログフィルタからなるフィルタ１７５を設ける替わりに、コントローラ１７０にデジタルフィルタの機能を持たせたものである。このようにデジタルフィルタを用いても、アナログフィルタを用いた第４実施形態に係る温度測定装置１００ｃと同様な効果を得ることができる。
【００４９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】反射測定光と反射参照光の干渉波形を示す写真。
【図３】反射測定光と反射参照光の干渉波形及び反射参照光の波形を拡大して示す写真。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第５実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５１】
１０……、１００……温度測定装置、１１０……光源、１２０……第１スプリッタ、１２１……第２スプリッタ、１４０……参照光反射手段、１５０……光路長変化手段、１５１……リニアステージ、１５２……モータ、１５３……Ｈｅ−Ｎｅレーザエンコーダ、１５４……モータドライバ、１５５……モータコントローラ、１６０……第１光検出器、１６１……第２光検出器、１７０……コントローラ、１７１，１７３……増幅器、１７２……Ａ／Ｄ変換器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物例えば半導体ウエハや液晶基板等の表面、裏面、内部層などの温度を正確に測定可能な温度測定装置及び温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、基板処理装置により処理される被処理基板、例えば半導体ウエハの温度を正確に測定することは、成膜やエッチングなど種々の処理の結果により半導体ウエハ上に形成される膜やホールなどの形状、物性等を正確にコントロールする点からも極めて重要である。このため、例えば抵抗温度計や、基材裏面の温度を測定する蛍光式温度計等を利用した計測法など様々な方法によって半導体ウエハの温度を計測することが従来から行われている。
【０００３】
近年では、上述した従来の温度計測方法では困難だったウエハの温度を直接計測することができる低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術が知られている。上記の低コヒーレンス干渉計を利用した温度計測技術では、スプリッタによって光源からの光を温度測定用の測定光と参照光とに分け、測定光の反射光と、光路長を変化させる駆動機構を具備した参照光反射手段で反射された参照光の反射光との干渉を測定し、温度を測定する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１１２８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の技術では、簡単な構成でウエハの温度を直接計測することができる。しかしながら、本発明者等が詳査したところ、上記した従来の技術では、光路長を変化させる駆動機構を具備した参照光反射手段からの参照信号に、何種類かのノイズが含まれており、これによって干渉波形の重心位置の検出に誤差が含まれる可能性があり、光学的厚さ測定の精度が悪化し、温度測定精度の低下を招く虞があることが判明した。
【０００５】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べてより精度良く温度を測定することができ、より精度良くかつ効率良く基板処理等を行うことのできる温度測定装置及び温度測定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の温度測定装置は、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタと、前記参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記反射参照光を、第１反射参照光と第２反射参照光とに分けるための第２スプリッタと、前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記第１反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器と、前記第２反射参照光の強度を測定するための第２光検出器と、前記第１光検出器の出力信号から前記第２光検出器の出力信号を減算した結果から、干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の温度測定装置は、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタと、前記参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記反射参照光を、第１反射参照光と第２反射参照光とに分けるための第２スプリッタと、前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記第１反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器と、前記第２反射参照光の強度を測定するための第２光検出器と、前記第１光検出器の出力信号から前記第２光検出器の出力信号を減算する減算手段と、前記減算手段によって減算した信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の温度測定装置は、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記反射参照光との干渉を測定するための光検出器と、前記光検出器への前記反射測定光の入射の有無を選択可能とするシャッタ機構と、前記シャッタ機構を閉じて前記光検出器への前記反射測定光の入射が無い時の前記反射参照光の強度変化を参照信号として記憶し、前記シャッタ機構を開いて前記光検出器への前記反射測定光の入射が有る時の前記光検出器の出力信号から前記参照信号を減算した信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の温度測定装置は、光源と、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、前記参照光を反射するための参照光反射手段と、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記反射参照光との干渉を測定するための光検出器と、前記光検出器の出力信号を周波数によりフィルタリングするフィルタと、前記フィルタによってフィルタリングされた信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の温度測定装置は、請求項４記載の温度測定装置であって、前記フィルタは、アナログフィルタ又はデジタルフィルタであることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の温度測定装置は、請求項５記載の温度測定装置であって、前記フィルタは、前記光路長変化手段の作動によって生じるノイズの周波数以下の周波数成分をカットすることを特徴とする。
【００１２】
請求項７の温度測定装置は、請求項５記載の温度測定装置であって、前記フィルタは、前記反射測定光と、前記反射参照光との干渉波の周波数以上の周波数成分を通過させることを特徴とする。
【００１３】
請求項８の温度測定装置は、請求項５記載の温度測定装置であって、前記フィルタは、前記反射測定光と、前記反射参照光との干渉波の周波数の周波数帯域の成分みを通過させることを特徴とする。
【００１４】
請求項９の温度測定方法は、測定光を温度測定対象物へ照射するとともに、参照光を参照光反射手段に照射する工程と、前記参照光反射手段を一方向へ移動することによって、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるとともに、前記参照光反射手段から反射する反射参照光と前記温度測定対象物から反射する反射測定光との干渉を測定する干渉測定工程と、前記干渉測定工程で得られた信号から、前記反射参照光の光路長を変化させつつ前記反射参照光のみを検出した際の信号を減算し、この減算結果に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する工程とを具備することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０の温度測定方法は、測定光を温度測定対象物へ照射するとともに、参照光を参照光反射手段に照射する工程と、前記参照光反射手段を一方向へ移動することによって、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるとともに、前記参照光反射手段から反射する反射参照光と前記温度測定対象物から反射する反射測定光との干渉を測定する干渉測定工程と、前記干渉測定工程で得られた信号を周波数によりフィルタリングした信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来に比べてより精度良く温度を測定することができ、より精度良くかつ効率良く基板処理等を行うことのできる温度測定装置及び温度測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明を実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、第１実施形態にかかる温度測定装置１００の概略構成を示すものである。図１に示すように、温度測定装置１００は、光源１１０と、この光源１１０からの光を温度測定用の測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタ１２０と、上記第１スプリッタ１２０からの参照光を反射するための参照光反射手段１４０と、参照光反射手段１４０から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段１５０と、参照光反射手段１４０からの反射参照光を２つに分けるための第２スプリッタ１２１とを備えている。
【００１９】
光路長変化手段１５０は、例えば参照ミラーなどで構成される参照光反射手段１４０を参照光の入射方向に平行な一方向へ移動させるためのリニアステージ１５１、モータ１５２、Ｈｅ−Ｎｅレーザエンコーダ１５３等から構成されている。このように、参照ミラーを一方向へ駆動させることにより、参照ミラーから反射する反射参照光の光路長を変化させることができる。モータ１５２は、モータコントローラ１５５、モータドライバ１５４を介して、コントローラ１７０により制御される。また、Ｈｅ−Ｎｅレーザエンコーダ１５３からの信号は、Ａ／Ｄ変換器１７２でデジタル信号に変換されてコントローラ１７０に入力される。
【００２０】
また、温度測定装置１００は、上記測定光を例えば半導体ウエハ等の温度測定対象物１０に照射したときに温度測定対象物１０から反射する反射測定光と、上記参照光を参照光反射手段１４０に照射したときに参照光反射手段１４０から反射し第２スプリッタ１２１によって２つに分けられた内の一方の反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器１６０を備えている。さらに、温度測定装置１００は、第２スプリッタ１２１によって２つに分けられた内の他方の反射参照光の強度を測定するための第２光検出器１６１を備えている。
【００２１】
光源１１０としては、測定光と参照光との干渉が測定できれば、任意の光を使用することが可能である。温度測定対象物１０として例えば半導体ウエハの温度測定を行う場合には、少なくとも半導体ウエハの表面と裏面との間の距離（通常は８００〜１５００μｍ程度）からの反射光が干渉を生じない程度の光が好ましい。具体的には例えば低コヒーレンス光を用いることが好ましい。低コヒーレンス光とは、コヒーレンス長の短い光をいう。低コヒーレンス光の中心波長は例えば０．３〜２０μｍが好ましく、更に０．５〜５μｍがより好ましい。また、コヒーレンス長としては、例えば０．１〜１００μｍが好ましく、更に３μｍ以下がより好ましい。このような低コヒーレンス光を光源１１０として使用することにより、余計な干渉による障害を回避でき、半導体ウエハの表面又は内部層からの反射光に基づく参照光との干渉を容易に測定することができる。
【００２２】
上記低コヒーレンス光を使用した光源としては、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＬＥＤ、高輝度ランプ（タングステンランプ、キセノンランプなど）、超広帯域波長光源等を使用することができる。これらの低コヒーレンス光源の中でも、輝度の高いＳＬＤ（波長、例えば１３００ｎｍ）を光源１１０として用いることが好ましい。
【００２３】
第１スプリッタ１２０としては、例えば２×２光ファイバカプラを用いる。但し、これに限定されるものではなく、参照光と測定光とに分けることが可能なものであればよい。また、第２スプリッタ１２１についても、例えば２×１光ファイバカプラを用いる。但し、これに限定されるものではなく、反射参照光を２つに分けることが可能なものであればよい。第１スプリッタ１２０、第２スプリッタ１２１としては、例えば光導波路型分波器、半透鏡などを用いてもよい。
【００２４】
参照光反射手段１４０は、例えば参照ミラーにより構成される。参照ミラーとしては例えばコーナーキューブプリズム、平面ミラー等などが適用可能である。これらの中でも、反射光の入射光との平行性の観点からは、コーナーキューブプリズムを用いることが好ましい。但し、参照光を反射できれば、上記のものに限られず、例えばディレーラインなどで構成してもよい。
【００２５】
第１光検出器１６０、第２光検出器１６１としては、低価格性、コンパクト性を考慮すれば、例えばフォトダイオードを用いて構成することが好ましい。具体的には例えばＳｉフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、Ｇｅフォトダイオードなどを用いたＰＤ（Photo Detector）により構成する。但し、上記のものに限られず、例えばアバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などを用いて第１光検出器１６０、第２光検出器１６１を構成してもよい。第１光検出器１６０の検出信号は、増幅器１７１を介してＡ／Ｄ変換器１７２に入力され、デジタル信号に変換されてコントローラ１７０によって処理される。第２光検出器１６１の検出信号は、増幅器１７３を介してＡ／Ｄ変換器１７２に入力され、デジタル信号に変換されてコントローラ１７０によって処理される。
【００２６】
第１スプリッタ１２０からの測定光は、測定光伝送手段例えばコリメートファイバ１８０を介して、温度測定対象物１０へ照射する測定光照射位置まで伝送されるようになっている。また、第１スプリッタ１２０からの参照光は、第２スプリッタ１２１を通り参照光伝送手段例えばコリメートファイバ１９０を介して参照光反射手段１４０へ照射する参照光照射位置まで伝送されるようになっている。なお、測定光伝送手段及び参照光伝送手段としては、上記コリメートファイバに限られるものではなく、例えば光ファイバの先端にコリメータを取り付けたコリメータ付光ファイバであってもよい。
【００２７】
上記の温度測定装置１００においては、光源１１０からの光は、第１スプリッタ１２０に入射され、第１スプリッタ１２０により測定光と参照光とに分けられる。このうち、測定光は、半導体ウエハなどの温度測定対象物１０等に照射され、各層の表面、境界面や裏面によって反射される。
【００２８】
一方、参照光は、参照光反射手段１４０によって反射され、この反射参照光は、第２スプリッタ１２１に入射されて２つの反射参照光に分けられる。そして、この内の一方の反射参照光は、第１スプリッタ１２０へ入射し、反射測定光とともに、第１光検出器１６０で検出される。他方の反射参照光は、第２光検出器１６１で検出される。
【００２９】
そして、参照光反射手段１４０を光路長変化手段１５０で走査することによって、第１光検出器１６０では、縦軸を出力（Ｖ）（光の強度）、横軸を参照光反射手段１４０の計測距離（μｍ）とした図２（ａ）に示したような干渉波形が得られる。ここで、光源１１０としては、上述したような低コヒーレンス光源を用いている。低コヒーレンス光源によれば、光源１１０からの光のコヒーレンス長が短いため、通常は測定光の光路長と参照光の光路長とが一致した場所で強く干渉が起こり、それ以外の場所では干渉は実質的に低減するという特質がある。このため、参照光反射手段１４０を移動させ、参照光の光路長を変化させることにより、温度測定対象物１０の表面及び裏面の他、内部にさらに層があればその各層についても、これらの屈折率差によって反射した測定光と参照光が干渉する。
【００３０】
図２（ａ）の例では、参照光反射手段１４０を走査していくと、先ず温度測定対象物１０の一方の面（表面或いは裏面）からの反射光と参照光の反射光との干渉波が現れ、次に中間層の界面からの反射光と参照光の反射光との干渉波が現れ、最後に、他方の面（裏面又は表面）からの反射光と参照光の反射光との干渉波が現れる。
【００３１】
ここで、図２（ａ）に示すように、第１光検出器１６０で検出される検出信号波形には、周波数が高く大きなピークを示す干渉波の他に、この干渉波より周波数の低い成分が含まれており、干渉波とは関係なくベースラインが大きく波打っているような波形となっている。図３は、検出信号波形をさらに拡大して示すものであり、図３に示される２つの波形のうち、上部に示された波形が第１光検出器１６０で検出される検出信号波形である。この図３に示されるとおり、上記した干渉波より周波数の低い成分は、１つのみではなく、図２（ａ）で視認できるものより周波数の高い他の成分も含まれている。検出信号波形に上記のような干渉波以外の成分が含まれていると、干渉波の重心から干渉位置を求める際に誤差が生じてしまう。
【００３２】
図３に示される２つの波形のうち、下部に示された波形は、第２光検出器１６１で検出される反射参照光のみの検出信号波形である。この検出信号波形を見れば、上記した第１光検出器１６０で検出される検出信号波形に含まれる干渉波以外の成分が、反射参照光に由来するものであることが分かる。これは、参照光反射手段１４０を光路長変化手段１５０のリニアステージ１５１等によって走査する際の微少な機械的な歪みやクリアランス等に起因するものと考えられる。
【００３３】
このため、本実施形態では、コントローラ１７０には、第１光検出器１６０からの検出信号の他に、第２スプリッタ１２１で分けられた内の１つの反射参照光のみを第２光検出器１６１で検出した検出信号を増幅器１７３、Ａ／Ｄ変換器１７２を介して入力する。そして、コントローラ１７０は、第１光検出器１６０の検出信号から第２光検出器１６１の検出信号を減算する。この減算した後の検出信号波形が図２（ｂ）に示すものである。図２（ｂ）に示されるように、第１光検出器１６０の検出信号から第２光検出器１６１の検出信号を減算した後の検出信号波形は、参照光反射手段１４０を光路長変化手段１５０によって走査する際に発生するノイズ成分が除去されている。したがって、この検出信号波形に基づいて、干渉波の重心等から誤差の少ない正確な干渉位置を求めることがてき、この干渉位置に基づいて正確な温度測定を行うことができる。
【００３４】
次に、測定光と参照光との干渉波に基づいて温度を測定する方法について説明する。干渉波に基づく温度測定方法としては、例えば温度変化に基づく光路長変化を用いる温度換算方法がある。ここでは、上記干渉波形の位置ズレを利用した温度換算方法について説明する。
【００３５】
半導体ウエハなどの温度測定対象物１０がヒータ等によって温められると、温度測定対象物１０は膨張して屈折率が変化するため、温度変化前と温度変化後では、干渉波形の位置がずれて、干渉波形のピーク間幅が変化する。このような干渉波形のピーク間幅を測定することにより温度変化を検出することができる。例えば図１に示すような温度測定装置１００であれば、干渉波形のピーク間幅は、参照光反射手段１４０の移動距離に対応しているため、干渉波形のピーク間幅における参照ミラーの移動距離を測定することにより、温度変化を検出することができる。
【００３６】
温度測定対象物１０の厚さをｄとし、屈折率をｎとした場合、干渉波形についてのピーク位置のずれは、厚さｄについては各層固有の線膨張係数αに依存し、また屈折率ｎの変化については主として各層固有の屈折率変化の温度係数βに依存する。なお、屈折率変化の温度係数βについては波長にも依存することが知られている。
【００３７】
従って、ある測定ポイントにおける温度変化後のウエハの厚さｄ′を数式で表すと下記数式（１）に示すようになる。なお、数式（１）において、ΔＴは測定ポイントの温度変化を示し、αは線膨張率、βは屈折率変化の温度係数を示している。また、ｄ、ｎは、夫々温度変化前の測定ポイントにおける厚さ、屈折率を示している。
【００３８】
ｄ′＝ｄ・（１＋αΔＴ）、ｎ′＝ｎ・（１＋βΔＴ） …（１）
上記数式（１）に示すように、温度変化によって測定ポイントを透過する測定光の光路長が変化する。光路長は一般に、厚さｄと屈折率ｎとの積で表される。従って、温度変化前の測定ポイントを透過する測定光の光路長をＬとし、測定ポイントにおける温度が夫々ΔＴだけ変化した後の光路長をＬ′とすると、Ｌ、Ｌ′は夫々下記の数式（２）に示すようになる。
【００３９】
Ｌ＝ｄ・ｎ 、 Ｌ′＝ｄ′・ｎ′ …（２）
従って、測定ポイントにおける測定光の光路長の温度変化前後の差（Ｌ′−Ｌ）は、上記数式（１）、（２）により計算して整理すると、下記数式（３）に示すようになる。なお、下記数式（３）では、α・β≪α、α・β≪βを考慮して微小項を省略している。
【００４０】
Ｌ′−Ｌ＝ｄ′・ｎ′−ｄ・ｎ＝ｄ・ｎ・（α＋β）・ΔＴ
＝Ｌ・（α＋β）・ΔＴ１ …（３）
【００４１】
ここで、測定ポイントにおける測定光の光路長は、参照光との干渉波形のピーク間幅に相当する。従って、線膨張率α、屈折率変化の温度係数βを予め調べておけば、測定ポイントにおける参照光との干渉波形のピーク間幅を計測することによって、上記数式（３）を用いて、測定ポイントの温度に換算することができる。
【００４２】
このように、干渉波から温度への換算する場合、上述したように干渉波形のピーク間で表される光路長が線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βによって変るため、これら線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βを予め調べておく必要がある。半導体ウエハを含めた物質の線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βは一般に、温度帯によっては、温度に依存する場合もある。例えば線膨張率αについては一般に、物質の温度が０〜１００℃くらいの温度範囲ではそれほど変化しないので、一定とみなしても差支えないが、１００℃以上の温度範囲では物質によっては温度が高くなるほど変化率が大きくなる場合もあるので、そのような場合には温度依存性が無視できなくなる。屈折率変化の温度係数βについても同様に温度範囲によっては、温度依存性が無視できなくなる場合がある。
【００４３】
例えば半導体ウエハを構成するシリコン（Ｓｉ）の場合は、０〜５００℃の温度範囲において線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βは例えば二次曲線で近似することができることが知られている。このように、線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βは温度に依存するので、例えば温度に応じた線膨張率α及び屈折率変化の温度係数βを予め調べておき、その値を考慮して温度換算すれば、より正確な温度に換算することができる。
【００４４】
なお、測定光と参照光との干渉波に基づく温度測定方法としては上述したような方法に限られることはなく、例えば温度変化に基づく吸収強度変化を用いる方法であってもよく、上記温度変化に基づく光路長変化と温度変化に基づく吸収強度変化とを組み合わせた方法であってもよい。
【００４５】
図４は、本発明の第２実施形態に係る温度測定装置１００ａの構成を示すものである。この温度測定装置１００ａでは、第１光検出器１６０の出力と、第２光検出器１６１の出力とを、差動回路１７４に入力して差をとり（減算し）、差動回路１７４の出力をＡ／Ｄ変換器１７２を介してコントローラ１７０に入力するようになっている。この温度測定装置１００ａのように、差動回路１７４を用いてアナログ信号の差をとるようにしても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００４６】
図５は、本発明の第３実施形態に係る温度測定装置１００ｂの構成を示すものである。この温度測定装置１００ｂでは、上記した各実施形態における第２スプリッタ１２１、第２光検出器１６１を設ける替わりに、第１光検出器１６０への反射測定光の入射の有無を選択可能とするシャッタ機構１８１を、例えばコリメートファイバ１８０の端部と温度測定対象物１０の間等に設けている。そして、このシャッタ機構１８１を閉じることによって、第１光検出器１６０において、参照光反射手段１４０からの反射参照光のみを検出できるようになっている。この温度測定装置１００ｂでは、予めシャッタ機構１８１を閉じた状態で、参照光反射手段１４０を走査して反射参照光のみを検出し、このデータ（図３の下部に示したような波形データ）を参照信号データとしてコントローラ１７０で記憶しておく。そして、シャッタ機構１８１を開いて第１光検出器１６０の出力信号から反射測定光と反射参照光の干渉を検出する際に、コントローラ１７０は、第１光検出器１６０の出力信号から記憶された参照信号データ分を減算する。このような構成の温度測定装置１００ｂでは、図１に示した温度測定装置１００のように、第２スプリッタ１２１、第２光検出器１６１等を設けることなく、比較的簡易な構成で安価に装置を構成することができ、かつ、光路長変化手段１５０の作動によって生じるノイズ成分を除去することによって、精度良く温度を測定することができる。
【００４７】
図６は、本発明の第４実施形態に係る温度測定装置１００ｃの構成を示すものである。この温度測定装置１００ｃでは、第１光検出器１６０の出力信号を、フィルタ１７５を介して増幅器１７１に入力し、Ａ／Ｄ変換器１７２を介してコントローラ１７０に入力するようになっている。このフィルタ１７５は、干渉波より周波数の低い前述したノイズ成分を除去するためのアナログフィルタであり、光路長変化手段１５０の作動によって生じるノイズの周波数以下の周波数成分をカットするように設定するか、反射測定光と反射参照光との干渉波の周波数以上の周波数成分を通過させるように設定するか、反射測定光と反射参照光との干渉波の周波数の周波数帯域のみを通過させるように設定するか、のいずれかとすることができる。このような構成の温度測定装置１００ｃでは、図１に示した温度測定装置１００のように、第２スプリッタ１２１、第２光検出器１６１等を設けることなく、比較的簡易な構成で安価に装置を構成することができ、かつ、光路長変化手段１５０の作動によって生じるノイズ成分を除去することによって、精度良く温度を測定することができる。
【００４８】
図７は、本発明の第５実施形態に係る温度測定装置１００ｄの構成を示すものである。この温度測定装置１００ｄでは、図６に示したアナログフィルタからなるフィルタ１７５を設ける替わりに、コントローラ１７０にデジタルフィルタの機能を持たせたものである。このようにデジタルフィルタを用いても、アナログフィルタを用いた第４実施形態に係る温度測定装置１００ｃと同様な効果を得ることができる。
【００４９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】反射測定光と反射参照光の干渉波形を示す写真。
【図３】反射測定光と反射参照光の干渉波形及び反射参照光の波形を拡大して示す写真。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第５実施形態にかかる温度測定装置の概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５１】
１０……、１００……温度測定装置、１１０……光源、１２０……第１スプリッタ、１２１……第２スプリッタ、１４０……参照光反射手段、１５０……光路長変化手段、１５１……リニアステージ、１５２……モータ、１５３……Ｈｅ−Ｎｅレーザエンコーダ、１５４……モータドライバ、１５５……モータコントローラ、１６０……第１光検出器、１６１……第２光検出器、１７０……コントローラ、１７１，１７３……増幅器、１７２……Ａ／Ｄ変換器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタと、
前記参照光を反射するための参照光反射手段と、
前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、
前記反射参照光を、第１反射参照光と第２反射参照光とに分けるための第２スプリッタと、
前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記第１反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器と、
前記第２反射参照光の強度を測定するための第２光検出器と、
前記第１光検出器の出力信号から前記第２光検出器の出力信号を減算した結果から、干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタと、
前記参照光を反射するための参照光反射手段と、
前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、
前記反射参照光を、第１反射参照光と第２反射参照光とに分けるための第２スプリッタと、
前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記第１反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器と、
前記第２反射参照光の強度を測定するための第２光検出器と、
前記第１光検出器の出力信号から前記第２光検出器の出力信号を減算する減算手段と、
前記減算手段によって減算した信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項３】
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、
前記参照光を反射するための参照光反射手段と、
前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、
前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記反射参照光との干渉を測定するための光検出器と、
前記光検出器への前記反射測定光の入射の有無を選択可能とするシャッタ機構と、
前記シャッタ機構を閉じて前記光検出器への前記反射測定光の入射が無い時の前記反射参照光の強度変化を参照信号として記憶し、前記シャッタ機構を開いて前記光検出器への前記反射測定光の入射が有る時の前記光検出器の出力信号から前記参照信号を減算した信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項４】
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、
前記参照光を反射するための参照光反射手段と、
前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、
前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記反射参照光との干渉を測定するための光検出器と、
前記光検出器の出力信号を周波数によりフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタによってフィルタリングされた信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の温度測定装置であって、
前記フィルタは、アナログフィルタ又はデジタルフィルタであることを特徴とする温度測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の温度測定装置であって、
前記フィルタは、前記光路長変化手段の作動によって生じるノイズの周波数以下の周波数成分をカットすることを特徴とする温度測定装置。
【請求項７】
請求項５記載の温度測定装置であって、
前記フィルタは、前記反射測定光と、前記反射参照光との干渉波の周波数以上の周波数成分を通過させることを特徴とする温度測定装置。
【請求項８】
請求項５記載の温度測定装置であって、
前記フィルタは、前記反射測定光と、前記反射参照光との干渉波の周波数の周波数帯域の成分みを通過させることを特徴とする温度測定装置。
【請求項９】
測定光を温度測定対象物へ照射するとともに、参照光を参照光反射手段に照射する工程と、
前記参照光反射手段を一方向へ移動することによって、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるとともに、前記参照光反射手段から反射する反射参照光と前記温度測定対象物から反射する反射測定光との干渉を測定する干渉測定工程と、
前記干渉測定工程で得られた信号から、前記反射参照光の光路長を変化させつつ前記反射参照光のみを検出した際の信号を減算し、この減算結果に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する工程と
を具備することを特徴とする温度測定方法。
【請求項１０】
測定光を温度測定対象物へ照射するとともに、参照光を参照光反射手段に照射する工程と、
前記参照光反射手段を一方向へ移動することによって、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるとともに、前記参照光反射手段から反射する反射参照光と前記温度測定対象物から反射する反射測定光との干渉を測定する干渉測定工程と、
前記干渉測定工程で得られた信号を周波数によりフィルタリングした信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する工程と
を具備することを特徴とする温度測定方法。
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタと、
前記参照光を反射するための参照光反射手段と、
前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、
前記反射参照光を、第１反射参照光と第２反射参照光とに分けるための第２スプリッタと、
前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記第１反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器と、
前記第２反射参照光の強度を測定するための第２光検出器と、
前記第１光検出器の出力信号から前記第２光検出器の出力信号を減算した結果から、干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるための第１スプリッタと、
前記参照光を反射するための参照光反射手段と、
前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、
前記反射参照光を、第１反射参照光と第２反射参照光とに分けるための第２スプリッタと、
前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記第１反射参照光との干渉を測定するための第１光検出器と、
前記第２反射参照光の強度を測定するための第２光検出器と、
前記第１光検出器の出力信号から前記第２光検出器の出力信号を減算する減算手段と、
前記減算手段によって減算した信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項３】
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、
前記参照光を反射するための参照光反射手段と、
前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、
前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記反射参照光との干渉を測定するための光検出器と、
前記光検出器への前記反射測定光の入射の有無を選択可能とするシャッタ機構と、
前記シャッタ機構を閉じて前記光検出器への前記反射測定光の入射が無い時の前記反射参照光の強度変化を参照信号として記憶し、前記シャッタ機構を開いて前記光検出器への前記反射測定光の入射が有る時の前記光検出器の出力信号から前記参照信号を減算した信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項４】
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるためのスプリッタと、
前記参照光を反射するための参照光反射手段と、
前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるための光路長変化手段と、
前記測定光が温度測定対象物によって反射された反射測定光と、前記反射参照光との干渉を測定するための光検出器と、
前記光検出器の出力信号を周波数によりフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタによってフィルタリングされた信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する温度算出手段と
を具備したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の温度測定装置であって、
前記フィルタは、アナログフィルタ又はデジタルフィルタであることを特徴とする温度測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の温度測定装置であって、
前記フィルタは、前記光路長変化手段の作動によって生じるノイズの周波数以下の周波数成分をカットすることを特徴とする温度測定装置。
【請求項７】
請求項５記載の温度測定装置であって、
前記フィルタは、前記反射測定光と、前記反射参照光との干渉波の周波数以上の周波数成分を通過させることを特徴とする温度測定装置。
【請求項８】
請求項５記載の温度測定装置であって、
前記フィルタは、前記反射測定光と、前記反射参照光との干渉波の周波数の周波数帯域の成分みを通過させることを特徴とする温度測定装置。
【請求項９】
測定光を温度測定対象物へ照射するとともに、参照光を参照光反射手段に照射する工程と、
前記参照光反射手段を一方向へ移動することによって、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるとともに、前記参照光反射手段から反射する反射参照光と前記温度測定対象物から反射する反射測定光との干渉を測定する干渉測定工程と、
前記干渉測定工程で得られた信号から、前記反射参照光の光路長を変化させつつ前記反射参照光のみを検出した際の信号を減算し、この減算結果に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する工程と
を具備することを特徴とする温度測定方法。
【請求項１０】
測定光を温度測定対象物へ照射するとともに、参照光を参照光反射手段に照射する工程と、
前記参照光反射手段を一方向へ移動することによって、前記参照光反射手段から反射する反射参照光の光路長を変化させるとともに、前記参照光反射手段から反射する反射参照光と前記温度測定対象物から反射する反射測定光との干渉を測定する干渉測定工程と、
前記干渉測定工程で得られた信号を周波数によりフィルタリングした信号に基づいて干渉位置を算出し当該干渉位置から前記温度測定対象物の温度を算出する工程と
を具備することを特徴とする温度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２１６４８１（Ｐ２００９−２１６４８１Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５９０２７（Ｐ２００８−５９０２７）
【出願日】平成２０年３月１０日（２００８．３．１０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１０日（２００８．３．１０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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