温度計測装置、基板処理装置及び温度計測方法
【課題】光干渉を利用して測定対象物の温度を適切に計測することができる温度計測装置、基板処理装置、及び温度計測方法を提供する。
【解決手段】温度計測装置１は、データ入力部１６と、ピーク間隔算出部１７と、光路長算出部２０と、温度算出部２１とを備える。データ入力部１６は、測定対象物１３の表面１３ａへ測定光が照射され、表面１３ａにおいて反射された測定光と裏面１３ｂにおいて反射された測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力する。ピーク間隔算出部１７は、入力されたスペクトルのピーク間隔を算出する。光路長算出部２０は、ピーク間隔に基づいて光路長を算出する。温度算出部２１は、光路長に基づいて、測定対象物１３の温度を算出する。
【解決手段】温度計測装置１は、データ入力部１６と、ピーク間隔算出部１７と、光路長算出部２０と、温度算出部２１とを備える。データ入力部１６は、測定対象物１３の表面１３ａへ測定光が照射され、表面１３ａにおいて反射された測定光と裏面１３ｂにおいて反射された測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力する。ピーク間隔算出部１７は、入力されたスペクトルのピーク間隔を算出する。光路長算出部２０は、ピーク間隔に基づいて光路長を算出する。温度算出部２１は、光路長に基づいて、測定対象物１３の温度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、温度計測装置、基板処理装置及び温度計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、一種の温度測定システムが記載されている。特許文献１に記載された温度測定システムは、光源、スプリッタ、ミラー、駆動手段及び受光手段を備えている。光源から出射された光は、スプリッタにより測定光と参照光とに分離される。測定光は、測定対象の両端面により、それぞれ反射され、スプリッタを介して受光手段へ到達する。駆動手段によりミラーが移動し、スプリッタからミラーまでの距離がスプリッタから測定対象の一端面までの距離と同一となるとき、干渉ピークが生じる。干渉ピーク間の距離が、測定対象の両端面間の光路長となる。得られた光路長から測定対象の温度が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２０４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光路長から測定対象の温度を計測するためには、高精度な厚さ測定が要求される。このため、反射光のスペクトルをフーリエ変換してピーク値を取得する手法が考えられる。しかし、例えばスペクトルの波形が非対称となる場合には、スペクトルをフーリエ変換した波形からピークの位置を精度よく取得して、光路長を高精度に測定することは困難となる。
【０００５】
このため、当技術分野においては、光干渉を利用して測定対象物の温度を適切に計測することができる温度計測装置、基板処理装置、及び温度計測方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る温度計測装置は、第１の主面及び第１の主面に対向する第２の主面を有する測定対象物の温度を計測する温度計測装置であって、測定対象物の第１の主面へ測定光が照射され、第１の主面において反射された測定光と第２の主面において反射された測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力手段と、スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出手段と、ピーク間隔に基づいて、第１の主面から第２の主面までの光路長を算出する光路長算出手段と、光路長に基づいて、測定対象物の温度を算出する温度算出手段とを備える。
【０００７】
この温度計測装置では、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出して、この光路長に基づいて測定対象物の温度を算出する。すなわち、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出することで、スペクトルの波形によらず光路長を精度よく求めることができる。これにより、測定対象物の温度を適切に計測することができる。
【０００８】
一実施形態においては、ピーク間隔算出手段により算出されるピーク間隔は、互いに隣接するピークの間隔であってもよい。これによれば、ピーク間隔を容易に算出することができるので、測定対象物の温度を簡易に計測することができる。
【０００９】
一実施形態においては、ピーク間隔算出手段は、複数のピーク間隔の平均値に基づいて光路長を算出してもよい。複数のピーク間隔の平均値に基づいて光路長を算出することで、第１の主面から第２の主面までの光路長をより精度良く算出することができる。
【００１０】
一実施形態においては、温度算出手段は、予め取得された測定対象物の温度と光路長との相関関係に基づいて、測定対象物の温度を算出してもよい。また、一実施形態においては、光路長算出手段は、ピーク間隔と光路長との相関関係に基づいて、第１の主面から第２の主面までの光路長を算出してもよい。さらに、一実施形態においては、測定対象物は、シリコン、石英又はサファイアであってもよい。
【００１１】
本発明の他の側面に係る基板処理装置は、第１の主面及び第１の主面に対向する第２の主面を有する基板に対し所定の処理を行うと共に、基板の温度を計測する基板処理装置であって、真空排気可能に構成され、基板を収容する処理室と、基板を透過する波長を有する測定光の光源と、波長又は周波数に依存したスペクトルを測定する分光器と、光源及び分光器に接続され、光源からの測定光を基板の第１の主面へ出射するとともに、第１の主面及び第２の主面からの反射光を分光器へ出射する光伝達機構と、分光器により測定された、第１の主面及び第２の主面からの反射光が干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力手段と、スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出手段と、ピーク間隔に基づいて、第１の主面から第２の主面までの光路長を算出する光路長算出手段と、光路長に基づいて、基板の温度を算出する温度算出手段とを備える。
【００１２】
この基板処理装置では、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出して、この光路長に基づいて測定対象物である基板の温度を算出する。すなわち、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出することで、スペクトルの波形によらず光路長を精度よく求めることができる。これにより、測定対象物である基板の温度を適切に計測することができる。
【００１３】
本発明の他の側面に係る温度計測方法は、第１の主面及び第１の主面に対向する第２の主面を有する測定対象物の温度を計測する温度計測方法であって、測定対象物の第１の主面へ測定光が照射され、第１の主面において反射された測定光と第２の主面において反射された測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力工程と、スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出工程と、ピーク間隔に基づいて、第１の主面から第２の主面までの光路長を算出する光路長算出工程と、光路長に基づいて、測定対象物の温度を算出する温度算出工程とを備える。
【００１４】
この温度計測方法では、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出して、この光路長に基づいて測定対象物の温度を算出する。すなわち、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出することで、スペクトルの波形によらず光路長を精度よく求めることができる。これにより、測定対象物の温度を適切に計測することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、光干渉を利用して測定対象物の温度を適切に計測することができる温度計測装置、基板処理装置、及び温度計測方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る温度計測装置を含む温度計測システムを概略的に示す図である。
【図２】分光器及び温度計測装置の機能ブロック図である。
【図３】温度計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】温度計測装置に入力されるスペクトルの一例である。
【図５】温度校正データの一例である。
【図６】（ａ）はスペクトルの好適な波形の一例であり、（ｂ）は該スペクトルをフーリエ変換した波形である。（ｃ）はスペクトルの波形の一例であり、（ｃ）は該スペクトルをフーリエ変換した波形である。（ｄ）はスペクトルの波形の一例であり、（ｅ）は該スペクトルをフーリエ変換した波形である。
【図７】一実施形態に係る基板処理装置の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１８】
図１は、一実施形態に係る温度計測装置を含む温度計測システムの一例を示す構成図である。図１に示すように、温度計測システム５０は、測定対象物１３の温度を計測するシステムである。温度計測システム５０は、光干渉を利用して測定対象物１３の温度を計測する。温度計測システム５０は、光源１０、光サーキュレータ１１、コリメータ１２、分光器１４及び温度計測装置１を備えている。なお、光源１０、光サーキュレータ１１、コリメータ１２及び分光器１４のそれぞれの接続は、例えば光ファイバケーブルを用いて行われる。
【００１９】
光源１０は、測定対象物１３を透過する波長を有する測定光を発生させる。光源１０として、例えばＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：自然光放出）光源が用いられる。なお、測定対象物１３は、例えば板状を呈し、第１の主面１３ａ及び第１の主面１３ａに対向する第２の主面１３ｂを有している。以下では、必要に応じて、第１の主面１３ａを表面１３ａ、第２主面１３ｂを裏面１３ｂと称して説明する。計測対象とする測定対象物１３としては、例えばＳｉ（シリコン）の他にＳｉＯ（石英）又はＡｌ２Ｏ３（サファイア）等が用いられる。Ｓｉの屈折率は、波長４μｍにおいて３．４である。ＳｉＯ２の屈折率は、波長１μｍにおいて１．５である。Ａｌ２Ｏ３の屈折率は、波長１μｍにおいて１．８である。
【００２０】
光サーキュレータ１１は、光源１０、コリメータ１２及び分光器１４に接続されている。光サーキュレータ１１は、光源１０で発生した測定光をコリメータ１２へ出射する。コリメータ１２は、測定光を測定対象物１３の表面１３ａへ出射する。コリメータ１２は、平行光線として調整された測定光を測定対象物１３へ出射する。そして、コリメータ１２は、測定対象物１３からの反射光を入射する。反射光には、表面１３ａの反射光だけではなく裏面１３ｂの反射光が含まれる。表面１３ａの反射光と裏面１３ｂの反射光とが互いに干渉して干渉光をなす。コリメータ１２は、反射光を分光器１４へ出射する。なお、光サーキュレータ１１及びコリメータ１２を備えて光伝達機構が構成される。
【００２１】
分光器１４は、光サーキュレータ１１から得られた干渉光のスペクトルを測定する。干渉光スペクトルは、干渉光の波長又は周波数に依存した強度分布を示す。図２は、分光器１４及び温度計測装置１の機能ブロック図である。図２に示すように、分光器１４は、例えば、光分散素子１４１及び受光部１４２を備える。光分散素子１４１は、例えば、回折格子等であり、光を波長ごとに所定の分散角で分散させる素子である。受光部１４２は、光分散素子１４１によって分散された光を取得する。受光部１４２としては、複数の受光素子が格子状に配列されたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられる。受光素子の数がサンプリング数となる。また、光分散素子１４１の分散角及び光分散素子１４１は受光素子との距離に基づいて、波長スパンが規定される。これにより、干渉光は波長又は周波数ごとに分散され、波長又は周波数ごとにスペクトルが取得される。分光器１４は、干渉光スペクトルを温度計測装置１へ出力する。
【００２２】
温度計測装置１は、干渉光スペクトルに基づいて測定対象物１３の温度を計測する。温度計測装置１は、データ入力部（データ入力手段）１６、ピーク間隔算出部（ピーク間隔算出手段）１７、光路長算出部（光路長算出手段）２０、温度算出部（温度算出手段）２１及び温度校正データ２２を備えている。ピーク間隔算出部１７は、ピーク周波数検出部１８及び周波数差算出部１９を備えている。光路長算出部２０は、ピーク間隔に基づいて光路長を算出する。
【００２３】
温度算出部２１は、光路長に基づいて、測定対象物１３の温度を算出する。温度算出部２１は、温度校正データ２２を参照して測定対象物１３の温度を算出する。温度校正データ２２は、予め測定されたデータであり、温度と光路長との相関関係を示すものである。
【００２４】
上記構成を有する温度計測システム５０によって、測定対象物１３の表面１３ａと裏面１３ｂとの光干渉を利用して温度を測定する（周波数領域光コヒーレンストモグラフィ）。以下、干渉光スペクトルのピーク間隔に基づいて光路長を得る方法について説明する。光源１０からの測定光を入射光とすると、入射光スペクトルＳ（λ）は波長λに依存する。測定対象物１３の厚さをｄ、屈折率をｎ、反射率をＲとする。反射光スペクトルＩ（λ）は、入射光スペクトルＳ（λ）と下記式（１）で示す関係がある。
【数１】
波長λを周波数ｖに変換すると、上記式（１）は下記式（２）で示される。
【数２】
【００２５】
上記式（２）において、余弦関数の変数が２πの整数倍であるときに、干渉光はピークを有する。従って、ピークとなる周波数は、下記式（３）で示される。
【数３】
ここで、ｖ１，ｖ２，ｖ３，…，ｖＮは、ピークの周波数である。また、ｍＮは１以上の整数である。すなわち、例えばｍ１が１であるとき、ｍ２は２であり、ｍ３は３である。ｃは干渉光の光速である。周波数差は、例えばｖ２−ｖ１，ｖ３−ｖ２、…ｖＮ−ｖＮ−１である。すなわち、下記式（４）で示される。なお、添え字Ｎは２以上の整数である。
【数４】
従って、上記式（４）を変形すると、光路長ｎｄは下記式（５）で示される。
【数５】
上記式（５）により、ピーク間隔と光路長ｎｄとの相関が示される。なお、上記式（５）の右辺に示す一般式において添え字ｉは２以上の整数である。
【００２６】
次に、温度計測装置１を含む温度計測システム５０の温度計測動作について説明する。図３は、温度計測システム５０の動作を示すフローチャートである。図３に示す制御処理は、例えば光源１０及び温度計測装置１の電源がＯＮされたタイミングから所定の間隔で繰り返し実行される。
【００２７】
図３に示すように、干渉光スペクトルの入力処理から開始する（Ｓ１０：データ入力工程）。光源１０は、測定光を発生する。分光器１４は、測定対象物１３の表面１３ａで反射した反射光と裏面１３ｂで反射した反射光とが干渉してなる干渉光のスペクトルを取得する。データ入力部１６は、分光器１４から干渉光のスペクトルを入力する。Ｓ１０の処理が終了すると、ピーク抽出処理（Ｓ１２）へ移行する。
【００２８】
Ｓ１２の処理では、ピーク周波数検出部１８が、Ｓ１０の処理で得られたスペクトルの波形からピークを抽出して、抽出されたピークに対応する周波数を取得する。例えば、図４に示すように、干渉光のスペクトルの波形には、複数のピークが存在する。図４は、横軸が干渉光の周波数であり、縦軸が干渉光の強度である。図４に示された干渉光のスペクトルでは、１．９２×１０１４〜１．９３×１０１４Ｈｚの周波数帯において、１１個のピークＰ１〜Ｐ１１を有する。Ｓ１２の処理では、分光器１４が有する分光波長域の全範囲において、ピークの周波数を抽出する。例えば、上記式（２）を用いて、図４に示す干渉光のスペクトル波形の近似式を求めて、近似式を微分することによりピークの周波数を抽出する。本実施形態では、ピークの周波数は複数抽出される。Ｓ１２の処理が終了すると、周波数差算出処理へ移行する（Ｓ１４）。なお、Ｓ１２の処理及びＳ１４の処理がピーク間隔算出工程となる。
【００２９】
Ｓ１４の処理では、周波数差算出部１９が、Ｓ１２の処理で得られた複数のピークの周波数に基づいて、隣り合うピークの間隔（ｖｉ−ｖｉ−１）を算出する。ピーク間隔は、それぞれのピークを規定する周波数の差として定義される。すなわち、ピーク間隔は、ピーク強度に対応する周波数の差である。Ｓ１２の処理において、３以上のピークの周波数を抽出した場合には、周波数差算出部１９は、ピーク間隔をそれぞれ算出し、算出されたピークの間隔の平均値を算出する。Ｓ１４の処理が終了すると、光路長算出処理へ移行する（Ｓ１６：光路長算出工程）。
【００３０】
Ｓ１６の処理では、光路長算出部２０が、Ｓ１４の処理で得られたピークの間隔に基づいて、光路長ｎｄを算出する。光路長ｎｄは、周波数差及び上記式（５）から算出される。Ｓ１６の処理が終了すると、温度計算処理へ移行する（Ｓ１８）。
【００３１】
Ｓ１８の処理では、温度算出部２１が、Ｓ１６の処理で得られた光路長ｎｄを用いて温度を算出する（温度算出工程）。測定対象物の温度と光路長とは、例えば図５に示す相関関係を有する。温度算出部２１は、例えば図５に示す温度校正データ２２を用いて温度を算出する。図５は、横軸が光路長ｎｄであり、縦軸が温度である。温度校正データ２２は、予め測定対象物１３ごとに取得される。以下では、温度校正データ２２の事前作成例について説明する。例えば、温度制御に黒体炉を使用して実測する。温度Ｔと、温度Ｔにおける光路長ｎｄＴを同時に計測する。温度Ｔは、熱電対等の温度計を用いて測定する。また、光路長ｎｄＴは、上述したスペクトルのピーク間隔を利用した手法で測定する。そして、温度と規格化された光路長ｎｄＴを１００℃ごとに区分して、３次式で近似することで、近似曲線の係数を導出する。図５の左上に示す数式が３次式の数式である。なお、温度Ｔに依存した規格化された光路長ｎｄＴの関数を下記式（６）で表す。
【数６】
また、ｆ（Ｔ）の逆関数を下記式（７）のように示す。
【数７】
光路長ｎｄ４０は、イニシャル温度Ｔ０とその時の光路長ｎｄＴ０に基づいて下記式（８）により算出される。
【数８】
上記式（５）に基づいて得られた光路長ｎｄ４０及び光路長ｎｄＴに基づいて、温度Ｔを上述した上記式（８）を用いて導出する。Ｓ１８の処理が終了すると、図３に示す制御処理を終了する。
【００３２】
以上、一実施形態に係る温度計測システム５０及びその方法によれば、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて表面１３ａから裏面１３ｂまでの光路長ｎｄを算出して、この光路長に基づいて測定対象物１３の温度を算出する。すなわち、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて表面１３ａから裏面１３ｂまでの光路長ｎｄを算出することで、スペクトルの波形によらず光路長ｎｄを精度よく求めることができる。これにより、測定対象物１３の温度を適切に計測することができる。
【００３３】
以下では、一実施形態に係る温度計測システム５０と対比すべく、スペクトルをフーリエ変換してピークの位置を求める場合を説明する。図６（ａ）はスペクトルの波形の一例である。図６（ａ）に示されたスペクトルの波形は、分光器１４の分光波長域が光源１０から出射される光の波長域よりも充分に広く設定され、且つ分光器１４の分光波長の中心周波数と光源１０から出射される光の波長の中心周波数とが一致している場合の波形である。図６（ａ）に示されたスペクトルの波形をフーリエ変換すると、図６（ｂ）に示された波形を得る。図６（ｂ）に示された波形からは、光路長を示すピークの位置を精度良く求めることができる。
【００３４】
一方、図６（ｃ）は、スペクトルの波形の別の例である。図６（ｃ）に示されたスペクトルの波形は、分光器１４の分光波長域が光源１０から出射される光の波長域よりも狭く設定され、且つ分光器１４の分光波長の中心周波数と光源１０から出射される光の波長の中心周波数とが一致している場合の波形である。図６（ｃ）に示されたスペクトルの波形をフーリエ変換すると、図６（ｄ）に示された波形を得る。図６（ｄ）に示すように、ピークが急峻となるため、光路長を示すピークの位置を精度良く求めることが困難である。
【００３５】
また、図６（ｅ）は、スペクトルの波形のさらに別の例である。図６（ｅ）に示されたスペクトルの波形は、分光器１４の分光波長域が光源１０から出射される光の波長域よりも充分に広く設定されているが、分光器１４の分光波長の中心周波数と光源１０から出射される光の波長の中心周波数とが一致していない場合の波形である。図６（ｅ）に示されたスペクトルの波形をフーリエ変換すると、図６（ｆ）に示された波形を得る。図６（ｆ）に示すように、波形が崩れるため、光路長を示すピークの位置を精度良く求めることが困難である。
【００３６】
このように、フーリエ変換を用いて光路長を示すピークを精度良く求めるためには分光器１４の分光波長域が光源１０から出射される光の波長域よりも広く設定され、且つ分光器１４の分光波長の中心周波数と光源１０から出射される光の波長の中心周波数とが一致させる必要があることがわかる。
【００３７】
これに対して、一実施形態に係る温度計測装置１及びその方法によれば、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて表面１３ａから裏面１３ｂまでの光路長ｎｄを算出することで、スペクトルの波形によらず光路長ｎｄを精度よく求めることができる。従って、光源１０から出射される光の波長域と、分光器１４において分光される光の波長域との関係を厳密に設定することなく、光路長ｎｄを精度良く求めることができる。
【００３８】
なお、上述した実施形態は温度計測装置１及び温度計測方法の一例を示すものであり、実施形態に係る装置及び方法を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００３９】
例えば、基板処理装置に一実施形態で説明した温度計測装置１を搭載させてもよい。図７は、基板処理装置の一例である。ここでは、例えばプラズマエッチング装置などの基板処理装置における測定対象物１３の例としてウエハ（基板）Ｔｗの温度測定に適用する場合を例に挙げて説明する。
【００４０】
測定光の元になる光源１０としては、測定対象物であるウエハＴｗの両端面Ｓ１，Ｓ２を透過し反射する光を照射可能なものを使用する。例えばウエハＴｗはシリコンで形成されるので、シリコンやシリコン酸化膜などのシリコン材を透過可能な１．０〜２．５μｍの波長を有する光を照射可能なものを光源１０として使用する。
【００４１】
基板処理装置３００には、図７に示すように、例えばウエハＴｗに対してエッチング処理や成膜処理などの所定の処理を施す処理室３１０を備える。すなわちウエハＴｗは、処理室３１０に収容される。処理室３１０は図示しない排気ポンプに接続され、真空排気可能に構成されている。処理室３１０の内部には、上部電極３５０と、上部電極３５０に対向する下部電極３４０とが配設されている。下部電極３４０は、ウエハＴｗを載置する載置台を兼ねている。下部電極３４０の上部には、例えばウエハＴｗを静電吸着する静電チャック（図示しない）が設けられている。また、下部電極３４０には、冷却手段が設けられている。この冷却手段は、例えば、下部電極３４０の温度を制御する。これにより、ウエハＴｗの温度を制御する。ウエハＴｗは、例えば処理室３１０の側面に設けられたゲートバルブ（図示しない）から処理室３１０内に搬入される。これら下部電極３４０、上部電極３５０にはそれぞれ所定の高周波電力を印加する高周波電源３２０，３３０が接続されている。
【００４２】
上部電極３５０は、最下部に位置する電極板３５１を電極支持体３５２で支持するように構成されている。電極板３５１は例えばシリコン材（シリコン、シリコン酸化物など）で形成され、電極支持体３５２は例えばアルミ材で形成される。上部電極３５０の上部には、所定の処理ガスが導入される導入管（図示しない）が設けられている。この導入管から導入された処理ガスが下部電極３４０に載置されたウエハＴｗに向けて均一に吐出するように、電極板３５１には多数の吐出孔（図示しない）が穿設されている。
【００４３】
上部電極３５０は、冷却手段が設けられている。この冷却手段は、例えば上部電極３５０の電極支持体３５２内に形成される冷媒流路に冷媒を循環させることにより、上部電極３５０の温度を制御するものである。冷媒流路は略環状に形成されており、例えば上部電極３５０の面内のうち外側を冷却するための外側冷媒流路３５３と、内側を冷却するための内側冷媒流路３５４の２系統に分けて形成される。これら外側冷媒流路３５３及び内側冷媒流路３５４はそれぞれ、図７に示す矢印で示すように冷媒が供給管から供給され、各冷媒流路３５３，３５４を流通して排出管から排出されて、外部の冷凍機（図示せず）へと戻り、循環するように構成されている。これら２系統の冷媒流路には同じ冷媒を循環させてもよく、図７に示す２系統の冷媒流路を備えるものに限られず、例えば１系統のみの冷媒流路を備えるものであってもよく、また１系統で２分岐する冷媒流路を備えるものであってもよい。
【００４４】
電極支持体３５２は、外側冷媒流路３５３が設けられる外側部位と、内側冷媒流路３５４が設けられる内側部位との間に、低熱伝達層３５６が設けられている。これにより、電極支持体３５２の外側部位と内側部位との間は低熱伝達層３５６の作用により熱が伝わり難いため、外側冷媒流路３５３と内側冷媒流路３５４との冷媒制御によって、外側部位と内側部位とが異なる温度になるように制御することも可能である。こうして、上部電極３５０の面内温度を効率よく的確に制御することが可能となる。
【００４５】
このような基板処理装置３００では、ウエハＴｗは例えば搬送アームなどによりゲートバルブを介して搬入される。処理室３１０に搬入されたウエハＴｗは、下部電極３４０上に載置され、上部電極３５０と下部電極３４０には高周波電力が印加されるとともに、上部電極３５０から処理室３１０内へ所定の処理ガスが導入される。これにより、上部電極３５０から導入された処理ガスはプラズマ化され、ウエハＴｗの表面に例えばエッチング処理などが施される。
【００４６】
上記温度計測装置１における測定光は、コリメータ１２に設けられた光ファイバＦを介して、下部電極３４０から測定対象物であるウエハＴｗへ向けて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。具体的には、光ファイバＦは下部電極３４０に例えば中央部に形成された貫通孔３４４を介して、測定光がウエハＴｗへ向けて照射されるように配設される。なお、光ファイバＦを配設するウエハＴｗの面内方向の位置としては、測定光がウエハＴｗへ照射される位置であれば。図７に示すようなウエハＴｗの中央部でなくてもよい。例えば測定光がウエハＴｗの端部へ照射されるように光ファイバＦを配設してもよい。
【００４７】
以上、基板処理装置３００に温度計測装置１を含む温度計測システム５０を搭載することで、エッチング処理中の測定対象物であるウエハＴｗの温度を計測することができる。なお、上述したイニシャル温度Ｔ０は、ウエハＴｗを下部電極３４０に静電吸着させ、所定の処理ガスの圧力が安定したときに測定する。例えば、下部電極３４０に熱電対を装着し、下部電極３４０の温度をウエハＴｗの温度とし、この時の光路長ｎｄをイニシャル長さとしてもよい。また、下部電極３４０に接触式の温度計を備え、ウエハ搬送時に測定してもよい。なお、ここではウエハの温度を計測する例を説明したが、上部電極やフォーカスリング等のチャンバー内パーツが測定光に対して透過性を有する材質の場合は、該チャンバー内パーツの温度を計測してもよい。この場合、チャンバー内パーツの材質として、シリコン、石英又はサファイア等が用いられる。
【００４８】
また、上述した実施形態では、光サーキュレータ１１を備える例を説明したが、２×１又は２×２のフォトカプラであってもよい。２×２のフォトカプラを採用する場合、参照ミラーは備えなくてもよい。
【００４９】
また、上述した実施形態では、分光器１４を備える例を説明した。上述した実施形態では、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて光路長ｎｄを算出している。このため、例えばＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）モニタのようにピークの値とピークの周波数を出力する光伝達装置を分光器１４の代わりに用いてもよい。また、上述した実施形態では、ピーク間隔は、一のピークに対応する周波数と、一のピークに隣接する別のピークに対応する周波数との差とした。しかし、ピーク間隔はこれに限定されることはない。例えば、図４に示すスペクトルにおいて、偶数番号のピークＰ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８，Ｐ１０を抽出して、それらのピークの間隔を算出してもよい。すなわち、ピーク間隔は、ｖ２ｉ−ｖ２（ｉ―１）（ｉは２以上の整数）により示される。また、奇数番号のピークＰ１，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１１を抽出して、それらのピークの間隔を算出してもよい。すなわち、ピーク間隔は、ｖ２ｉ−１−ｖ（２（ｉ−１）−１）（ｉは２以上の整数）により示される。
【符号の説明】
【００５０】
１…温度計測装置、１０…光源、１１…光サーキュレータ（光伝達機構）、１２…コリメータ（光伝達機構）、１３…測定対象物、１４…分光器、１６…データ入力部、１７…ピーク間隔算出部、１８…ピーク周波数検出部、１９…周波数差算出部、２０…光路長算出部、２１…温度算出部、２２…温度校正データ、１４１…光分散素子、１４２…受光部、３００…基板処理装置、３１０…処理室。
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、温度計測装置、基板処理装置及び温度計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、一種の温度測定システムが記載されている。特許文献１に記載された温度測定システムは、光源、スプリッタ、ミラー、駆動手段及び受光手段を備えている。光源から出射された光は、スプリッタにより測定光と参照光とに分離される。測定光は、測定対象の両端面により、それぞれ反射され、スプリッタを介して受光手段へ到達する。駆動手段によりミラーが移動し、スプリッタからミラーまでの距離がスプリッタから測定対象の一端面までの距離と同一となるとき、干渉ピークが生じる。干渉ピーク間の距離が、測定対象の両端面間の光路長となる。得られた光路長から測定対象の温度が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２０４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光路長から測定対象の温度を計測するためには、高精度な厚さ測定が要求される。このため、反射光のスペクトルをフーリエ変換してピーク値を取得する手法が考えられる。しかし、例えばスペクトルの波形が非対称となる場合には、スペクトルをフーリエ変換した波形からピークの位置を精度よく取得して、光路長を高精度に測定することは困難となる。
【０００５】
このため、当技術分野においては、光干渉を利用して測定対象物の温度を適切に計測することができる温度計測装置、基板処理装置、及び温度計測方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る温度計測装置は、第１の主面及び第１の主面に対向する第２の主面を有する測定対象物の温度を計測する温度計測装置であって、測定対象物の第１の主面へ測定光が照射され、第１の主面において反射された測定光と第２の主面において反射された測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力手段と、スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出手段と、ピーク間隔に基づいて、第１の主面から第２の主面までの光路長を算出する光路長算出手段と、光路長に基づいて、測定対象物の温度を算出する温度算出手段とを備える。
【０００７】
この温度計測装置では、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出して、この光路長に基づいて測定対象物の温度を算出する。すなわち、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出することで、スペクトルの波形によらず光路長を精度よく求めることができる。これにより、測定対象物の温度を適切に計測することができる。
【０００８】
一実施形態においては、ピーク間隔算出手段により算出されるピーク間隔は、互いに隣接するピークの間隔であってもよい。これによれば、ピーク間隔を容易に算出することができるので、測定対象物の温度を簡易に計測することができる。
【０００９】
一実施形態においては、ピーク間隔算出手段は、複数のピーク間隔の平均値に基づいて光路長を算出してもよい。複数のピーク間隔の平均値に基づいて光路長を算出することで、第１の主面から第２の主面までの光路長をより精度良く算出することができる。
【００１０】
一実施形態においては、温度算出手段は、予め取得された測定対象物の温度と光路長との相関関係に基づいて、測定対象物の温度を算出してもよい。また、一実施形態においては、光路長算出手段は、ピーク間隔と光路長との相関関係に基づいて、第１の主面から第２の主面までの光路長を算出してもよい。さらに、一実施形態においては、測定対象物は、シリコン、石英又はサファイアであってもよい。
【００１１】
本発明の他の側面に係る基板処理装置は、第１の主面及び第１の主面に対向する第２の主面を有する基板に対し所定の処理を行うと共に、基板の温度を計測する基板処理装置であって、真空排気可能に構成され、基板を収容する処理室と、基板を透過する波長を有する測定光の光源と、波長又は周波数に依存したスペクトルを測定する分光器と、光源及び分光器に接続され、光源からの測定光を基板の第１の主面へ出射するとともに、第１の主面及び第２の主面からの反射光を分光器へ出射する光伝達機構と、分光器により測定された、第１の主面及び第２の主面からの反射光が干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力手段と、スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出手段と、ピーク間隔に基づいて、第１の主面から第２の主面までの光路長を算出する光路長算出手段と、光路長に基づいて、基板の温度を算出する温度算出手段とを備える。
【００１２】
この基板処理装置では、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出して、この光路長に基づいて測定対象物である基板の温度を算出する。すなわち、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出することで、スペクトルの波形によらず光路長を精度よく求めることができる。これにより、測定対象物である基板の温度を適切に計測することができる。
【００１３】
本発明の他の側面に係る温度計測方法は、第１の主面及び第１の主面に対向する第２の主面を有する測定対象物の温度を計測する温度計測方法であって、測定対象物の第１の主面へ測定光が照射され、第１の主面において反射された測定光と第２の主面において反射された測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力工程と、スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出工程と、ピーク間隔に基づいて、第１の主面から第２の主面までの光路長を算出する光路長算出工程と、光路長に基づいて、測定対象物の温度を算出する温度算出工程とを備える。
【００１４】
この温度計測方法では、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出して、この光路長に基づいて測定対象物の温度を算出する。すなわち、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて第１の主面から第２の主面までの光路長を算出することで、スペクトルの波形によらず光路長を精度よく求めることができる。これにより、測定対象物の温度を適切に計測することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、光干渉を利用して測定対象物の温度を適切に計測することができる温度計測装置、基板処理装置、及び温度計測方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る温度計測装置を含む温度計測システムを概略的に示す図である。
【図２】分光器及び温度計測装置の機能ブロック図である。
【図３】温度計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】温度計測装置に入力されるスペクトルの一例である。
【図５】温度校正データの一例である。
【図６】（ａ）はスペクトルの好適な波形の一例であり、（ｂ）は該スペクトルをフーリエ変換した波形である。（ｃ）はスペクトルの波形の一例であり、（ｃ）は該スペクトルをフーリエ変換した波形である。（ｄ）はスペクトルの波形の一例であり、（ｅ）は該スペクトルをフーリエ変換した波形である。
【図７】一実施形態に係る基板処理装置の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１８】
図１は、一実施形態に係る温度計測装置を含む温度計測システムの一例を示す構成図である。図１に示すように、温度計測システム５０は、測定対象物１３の温度を計測するシステムである。温度計測システム５０は、光干渉を利用して測定対象物１３の温度を計測する。温度計測システム５０は、光源１０、光サーキュレータ１１、コリメータ１２、分光器１４及び温度計測装置１を備えている。なお、光源１０、光サーキュレータ１１、コリメータ１２及び分光器１４のそれぞれの接続は、例えば光ファイバケーブルを用いて行われる。
【００１９】
光源１０は、測定対象物１３を透過する波長を有する測定光を発生させる。光源１０として、例えばＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：自然光放出）光源が用いられる。なお、測定対象物１３は、例えば板状を呈し、第１の主面１３ａ及び第１の主面１３ａに対向する第２の主面１３ｂを有している。以下では、必要に応じて、第１の主面１３ａを表面１３ａ、第２主面１３ｂを裏面１３ｂと称して説明する。計測対象とする測定対象物１３としては、例えばＳｉ（シリコン）の他にＳｉＯ（石英）又はＡｌ２Ｏ３（サファイア）等が用いられる。Ｓｉの屈折率は、波長４μｍにおいて３．４である。ＳｉＯ２の屈折率は、波長１μｍにおいて１．５である。Ａｌ２Ｏ３の屈折率は、波長１μｍにおいて１．８である。
【００２０】
光サーキュレータ１１は、光源１０、コリメータ１２及び分光器１４に接続されている。光サーキュレータ１１は、光源１０で発生した測定光をコリメータ１２へ出射する。コリメータ１２は、測定光を測定対象物１３の表面１３ａへ出射する。コリメータ１２は、平行光線として調整された測定光を測定対象物１３へ出射する。そして、コリメータ１２は、測定対象物１３からの反射光を入射する。反射光には、表面１３ａの反射光だけではなく裏面１３ｂの反射光が含まれる。表面１３ａの反射光と裏面１３ｂの反射光とが互いに干渉して干渉光をなす。コリメータ１２は、反射光を分光器１４へ出射する。なお、光サーキュレータ１１及びコリメータ１２を備えて光伝達機構が構成される。
【００２１】
分光器１４は、光サーキュレータ１１から得られた干渉光のスペクトルを測定する。干渉光スペクトルは、干渉光の波長又は周波数に依存した強度分布を示す。図２は、分光器１４及び温度計測装置１の機能ブロック図である。図２に示すように、分光器１４は、例えば、光分散素子１４１及び受光部１４２を備える。光分散素子１４１は、例えば、回折格子等であり、光を波長ごとに所定の分散角で分散させる素子である。受光部１４２は、光分散素子１４１によって分散された光を取得する。受光部１４２としては、複数の受光素子が格子状に配列されたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられる。受光素子の数がサンプリング数となる。また、光分散素子１４１の分散角及び光分散素子１４１は受光素子との距離に基づいて、波長スパンが規定される。これにより、干渉光は波長又は周波数ごとに分散され、波長又は周波数ごとにスペクトルが取得される。分光器１４は、干渉光スペクトルを温度計測装置１へ出力する。
【００２２】
温度計測装置１は、干渉光スペクトルに基づいて測定対象物１３の温度を計測する。温度計測装置１は、データ入力部（データ入力手段）１６、ピーク間隔算出部（ピーク間隔算出手段）１７、光路長算出部（光路長算出手段）２０、温度算出部（温度算出手段）２１及び温度校正データ２２を備えている。ピーク間隔算出部１７は、ピーク周波数検出部１８及び周波数差算出部１９を備えている。光路長算出部２０は、ピーク間隔に基づいて光路長を算出する。
【００２３】
温度算出部２１は、光路長に基づいて、測定対象物１３の温度を算出する。温度算出部２１は、温度校正データ２２を参照して測定対象物１３の温度を算出する。温度校正データ２２は、予め測定されたデータであり、温度と光路長との相関関係を示すものである。
【００２４】
上記構成を有する温度計測システム５０によって、測定対象物１３の表面１３ａと裏面１３ｂとの光干渉を利用して温度を測定する（周波数領域光コヒーレンストモグラフィ）。以下、干渉光スペクトルのピーク間隔に基づいて光路長を得る方法について説明する。光源１０からの測定光を入射光とすると、入射光スペクトルＳ（λ）は波長λに依存する。測定対象物１３の厚さをｄ、屈折率をｎ、反射率をＲとする。反射光スペクトルＩ（λ）は、入射光スペクトルＳ（λ）と下記式（１）で示す関係がある。
【数１】
波長λを周波数ｖに変換すると、上記式（１）は下記式（２）で示される。
【数２】
【００２５】
上記式（２）において、余弦関数の変数が２πの整数倍であるときに、干渉光はピークを有する。従って、ピークとなる周波数は、下記式（３）で示される。
【数３】
ここで、ｖ１，ｖ２，ｖ３，…，ｖＮは、ピークの周波数である。また、ｍＮは１以上の整数である。すなわち、例えばｍ１が１であるとき、ｍ２は２であり、ｍ３は３である。ｃは干渉光の光速である。周波数差は、例えばｖ２−ｖ１，ｖ３−ｖ２、…ｖＮ−ｖＮ−１である。すなわち、下記式（４）で示される。なお、添え字Ｎは２以上の整数である。
【数４】
従って、上記式（４）を変形すると、光路長ｎｄは下記式（５）で示される。
【数５】
上記式（５）により、ピーク間隔と光路長ｎｄとの相関が示される。なお、上記式（５）の右辺に示す一般式において添え字ｉは２以上の整数である。
【００２６】
次に、温度計測装置１を含む温度計測システム５０の温度計測動作について説明する。図３は、温度計測システム５０の動作を示すフローチャートである。図３に示す制御処理は、例えば光源１０及び温度計測装置１の電源がＯＮされたタイミングから所定の間隔で繰り返し実行される。
【００２７】
図３に示すように、干渉光スペクトルの入力処理から開始する（Ｓ１０：データ入力工程）。光源１０は、測定光を発生する。分光器１４は、測定対象物１３の表面１３ａで反射した反射光と裏面１３ｂで反射した反射光とが干渉してなる干渉光のスペクトルを取得する。データ入力部１６は、分光器１４から干渉光のスペクトルを入力する。Ｓ１０の処理が終了すると、ピーク抽出処理（Ｓ１２）へ移行する。
【００２８】
Ｓ１２の処理では、ピーク周波数検出部１８が、Ｓ１０の処理で得られたスペクトルの波形からピークを抽出して、抽出されたピークに対応する周波数を取得する。例えば、図４に示すように、干渉光のスペクトルの波形には、複数のピークが存在する。図４は、横軸が干渉光の周波数であり、縦軸が干渉光の強度である。図４に示された干渉光のスペクトルでは、１．９２×１０１４〜１．９３×１０１４Ｈｚの周波数帯において、１１個のピークＰ１〜Ｐ１１を有する。Ｓ１２の処理では、分光器１４が有する分光波長域の全範囲において、ピークの周波数を抽出する。例えば、上記式（２）を用いて、図４に示す干渉光のスペクトル波形の近似式を求めて、近似式を微分することによりピークの周波数を抽出する。本実施形態では、ピークの周波数は複数抽出される。Ｓ１２の処理が終了すると、周波数差算出処理へ移行する（Ｓ１４）。なお、Ｓ１２の処理及びＳ１４の処理がピーク間隔算出工程となる。
【００２９】
Ｓ１４の処理では、周波数差算出部１９が、Ｓ１２の処理で得られた複数のピークの周波数に基づいて、隣り合うピークの間隔（ｖｉ−ｖｉ−１）を算出する。ピーク間隔は、それぞれのピークを規定する周波数の差として定義される。すなわち、ピーク間隔は、ピーク強度に対応する周波数の差である。Ｓ１２の処理において、３以上のピークの周波数を抽出した場合には、周波数差算出部１９は、ピーク間隔をそれぞれ算出し、算出されたピークの間隔の平均値を算出する。Ｓ１４の処理が終了すると、光路長算出処理へ移行する（Ｓ１６：光路長算出工程）。
【００３０】
Ｓ１６の処理では、光路長算出部２０が、Ｓ１４の処理で得られたピークの間隔に基づいて、光路長ｎｄを算出する。光路長ｎｄは、周波数差及び上記式（５）から算出される。Ｓ１６の処理が終了すると、温度計算処理へ移行する（Ｓ１８）。
【００３１】
Ｓ１８の処理では、温度算出部２１が、Ｓ１６の処理で得られた光路長ｎｄを用いて温度を算出する（温度算出工程）。測定対象物の温度と光路長とは、例えば図５に示す相関関係を有する。温度算出部２１は、例えば図５に示す温度校正データ２２を用いて温度を算出する。図５は、横軸が光路長ｎｄであり、縦軸が温度である。温度校正データ２２は、予め測定対象物１３ごとに取得される。以下では、温度校正データ２２の事前作成例について説明する。例えば、温度制御に黒体炉を使用して実測する。温度Ｔと、温度Ｔにおける光路長ｎｄＴを同時に計測する。温度Ｔは、熱電対等の温度計を用いて測定する。また、光路長ｎｄＴは、上述したスペクトルのピーク間隔を利用した手法で測定する。そして、温度と規格化された光路長ｎｄＴを１００℃ごとに区分して、３次式で近似することで、近似曲線の係数を導出する。図５の左上に示す数式が３次式の数式である。なお、温度Ｔに依存した規格化された光路長ｎｄＴの関数を下記式（６）で表す。
【数６】
また、ｆ（Ｔ）の逆関数を下記式（７）のように示す。
【数７】
光路長ｎｄ４０は、イニシャル温度Ｔ０とその時の光路長ｎｄＴ０に基づいて下記式（８）により算出される。
【数８】
上記式（５）に基づいて得られた光路長ｎｄ４０及び光路長ｎｄＴに基づいて、温度Ｔを上述した上記式（８）を用いて導出する。Ｓ１８の処理が終了すると、図３に示す制御処理を終了する。
【００３２】
以上、一実施形態に係る温度計測システム５０及びその方法によれば、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて表面１３ａから裏面１３ｂまでの光路長ｎｄを算出して、この光路長に基づいて測定対象物１３の温度を算出する。すなわち、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて表面１３ａから裏面１３ｂまでの光路長ｎｄを算出することで、スペクトルの波形によらず光路長ｎｄを精度よく求めることができる。これにより、測定対象物１３の温度を適切に計測することができる。
【００３３】
以下では、一実施形態に係る温度計測システム５０と対比すべく、スペクトルをフーリエ変換してピークの位置を求める場合を説明する。図６（ａ）はスペクトルの波形の一例である。図６（ａ）に示されたスペクトルの波形は、分光器１４の分光波長域が光源１０から出射される光の波長域よりも充分に広く設定され、且つ分光器１４の分光波長の中心周波数と光源１０から出射される光の波長の中心周波数とが一致している場合の波形である。図６（ａ）に示されたスペクトルの波形をフーリエ変換すると、図６（ｂ）に示された波形を得る。図６（ｂ）に示された波形からは、光路長を示すピークの位置を精度良く求めることができる。
【００３４】
一方、図６（ｃ）は、スペクトルの波形の別の例である。図６（ｃ）に示されたスペクトルの波形は、分光器１４の分光波長域が光源１０から出射される光の波長域よりも狭く設定され、且つ分光器１４の分光波長の中心周波数と光源１０から出射される光の波長の中心周波数とが一致している場合の波形である。図６（ｃ）に示されたスペクトルの波形をフーリエ変換すると、図６（ｄ）に示された波形を得る。図６（ｄ）に示すように、ピークが急峻となるため、光路長を示すピークの位置を精度良く求めることが困難である。
【００３５】
また、図６（ｅ）は、スペクトルの波形のさらに別の例である。図６（ｅ）に示されたスペクトルの波形は、分光器１４の分光波長域が光源１０から出射される光の波長域よりも充分に広く設定されているが、分光器１４の分光波長の中心周波数と光源１０から出射される光の波長の中心周波数とが一致していない場合の波形である。図６（ｅ）に示されたスペクトルの波形をフーリエ変換すると、図６（ｆ）に示された波形を得る。図６（ｆ）に示すように、波形が崩れるため、光路長を示すピークの位置を精度良く求めることが困難である。
【００３６】
このように、フーリエ変換を用いて光路長を示すピークを精度良く求めるためには分光器１４の分光波長域が光源１０から出射される光の波長域よりも広く設定され、且つ分光器１４の分光波長の中心周波数と光源１０から出射される光の波長の中心周波数とが一致させる必要があることがわかる。
【００３７】
これに対して、一実施形態に係る温度計測装置１及びその方法によれば、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて表面１３ａから裏面１３ｂまでの光路長ｎｄを算出することで、スペクトルの波形によらず光路長ｎｄを精度よく求めることができる。従って、光源１０から出射される光の波長域と、分光器１４において分光される光の波長域との関係を厳密に設定することなく、光路長ｎｄを精度良く求めることができる。
【００３８】
なお、上述した実施形態は温度計測装置１及び温度計測方法の一例を示すものであり、実施形態に係る装置及び方法を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００３９】
例えば、基板処理装置に一実施形態で説明した温度計測装置１を搭載させてもよい。図７は、基板処理装置の一例である。ここでは、例えばプラズマエッチング装置などの基板処理装置における測定対象物１３の例としてウエハ（基板）Ｔｗの温度測定に適用する場合を例に挙げて説明する。
【００４０】
測定光の元になる光源１０としては、測定対象物であるウエハＴｗの両端面Ｓ１，Ｓ２を透過し反射する光を照射可能なものを使用する。例えばウエハＴｗはシリコンで形成されるので、シリコンやシリコン酸化膜などのシリコン材を透過可能な１．０〜２．５μｍの波長を有する光を照射可能なものを光源１０として使用する。
【００４１】
基板処理装置３００には、図７に示すように、例えばウエハＴｗに対してエッチング処理や成膜処理などの所定の処理を施す処理室３１０を備える。すなわちウエハＴｗは、処理室３１０に収容される。処理室３１０は図示しない排気ポンプに接続され、真空排気可能に構成されている。処理室３１０の内部には、上部電極３５０と、上部電極３５０に対向する下部電極３４０とが配設されている。下部電極３４０は、ウエハＴｗを載置する載置台を兼ねている。下部電極３４０の上部には、例えばウエハＴｗを静電吸着する静電チャック（図示しない）が設けられている。また、下部電極３４０には、冷却手段が設けられている。この冷却手段は、例えば、下部電極３４０の温度を制御する。これにより、ウエハＴｗの温度を制御する。ウエハＴｗは、例えば処理室３１０の側面に設けられたゲートバルブ（図示しない）から処理室３１０内に搬入される。これら下部電極３４０、上部電極３５０にはそれぞれ所定の高周波電力を印加する高周波電源３２０，３３０が接続されている。
【００４２】
上部電極３５０は、最下部に位置する電極板３５１を電極支持体３５２で支持するように構成されている。電極板３５１は例えばシリコン材（シリコン、シリコン酸化物など）で形成され、電極支持体３５２は例えばアルミ材で形成される。上部電極３５０の上部には、所定の処理ガスが導入される導入管（図示しない）が設けられている。この導入管から導入された処理ガスが下部電極３４０に載置されたウエハＴｗに向けて均一に吐出するように、電極板３５１には多数の吐出孔（図示しない）が穿設されている。
【００４３】
上部電極３５０は、冷却手段が設けられている。この冷却手段は、例えば上部電極３５０の電極支持体３５２内に形成される冷媒流路に冷媒を循環させることにより、上部電極３５０の温度を制御するものである。冷媒流路は略環状に形成されており、例えば上部電極３５０の面内のうち外側を冷却するための外側冷媒流路３５３と、内側を冷却するための内側冷媒流路３５４の２系統に分けて形成される。これら外側冷媒流路３５３及び内側冷媒流路３５４はそれぞれ、図７に示す矢印で示すように冷媒が供給管から供給され、各冷媒流路３５３，３５４を流通して排出管から排出されて、外部の冷凍機（図示せず）へと戻り、循環するように構成されている。これら２系統の冷媒流路には同じ冷媒を循環させてもよく、図７に示す２系統の冷媒流路を備えるものに限られず、例えば１系統のみの冷媒流路を備えるものであってもよく、また１系統で２分岐する冷媒流路を備えるものであってもよい。
【００４４】
電極支持体３５２は、外側冷媒流路３５３が設けられる外側部位と、内側冷媒流路３５４が設けられる内側部位との間に、低熱伝達層３５６が設けられている。これにより、電極支持体３５２の外側部位と内側部位との間は低熱伝達層３５６の作用により熱が伝わり難いため、外側冷媒流路３５３と内側冷媒流路３５４との冷媒制御によって、外側部位と内側部位とが異なる温度になるように制御することも可能である。こうして、上部電極３５０の面内温度を効率よく的確に制御することが可能となる。
【００４５】
このような基板処理装置３００では、ウエハＴｗは例えば搬送アームなどによりゲートバルブを介して搬入される。処理室３１０に搬入されたウエハＴｗは、下部電極３４０上に載置され、上部電極３５０と下部電極３４０には高周波電力が印加されるとともに、上部電極３５０から処理室３１０内へ所定の処理ガスが導入される。これにより、上部電極３５０から導入された処理ガスはプラズマ化され、ウエハＴｗの表面に例えばエッチング処理などが施される。
【００４６】
上記温度計測装置１における測定光は、コリメータ１２に設けられた光ファイバＦを介して、下部電極３４０から測定対象物であるウエハＴｗへ向けて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。具体的には、光ファイバＦは下部電極３４０に例えば中央部に形成された貫通孔３４４を介して、測定光がウエハＴｗへ向けて照射されるように配設される。なお、光ファイバＦを配設するウエハＴｗの面内方向の位置としては、測定光がウエハＴｗへ照射される位置であれば。図７に示すようなウエハＴｗの中央部でなくてもよい。例えば測定光がウエハＴｗの端部へ照射されるように光ファイバＦを配設してもよい。
【００４７】
以上、基板処理装置３００に温度計測装置１を含む温度計測システム５０を搭載することで、エッチング処理中の測定対象物であるウエハＴｗの温度を計測することができる。なお、上述したイニシャル温度Ｔ０は、ウエハＴｗを下部電極３４０に静電吸着させ、所定の処理ガスの圧力が安定したときに測定する。例えば、下部電極３４０に熱電対を装着し、下部電極３４０の温度をウエハＴｗの温度とし、この時の光路長ｎｄをイニシャル長さとしてもよい。また、下部電極３４０に接触式の温度計を備え、ウエハ搬送時に測定してもよい。なお、ここではウエハの温度を計測する例を説明したが、上部電極やフォーカスリング等のチャンバー内パーツが測定光に対して透過性を有する材質の場合は、該チャンバー内パーツの温度を計測してもよい。この場合、チャンバー内パーツの材質として、シリコン、石英又はサファイア等が用いられる。
【００４８】
また、上述した実施形態では、光サーキュレータ１１を備える例を説明したが、２×１又は２×２のフォトカプラであってもよい。２×２のフォトカプラを採用する場合、参照ミラーは備えなくてもよい。
【００４９】
また、上述した実施形態では、分光器１４を備える例を説明した。上述した実施形態では、干渉光のスペクトルのピーク間隔に基づいて光路長ｎｄを算出している。このため、例えばＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）モニタのようにピークの値とピークの周波数を出力する光伝達装置を分光器１４の代わりに用いてもよい。また、上述した実施形態では、ピーク間隔は、一のピークに対応する周波数と、一のピークに隣接する別のピークに対応する周波数との差とした。しかし、ピーク間隔はこれに限定されることはない。例えば、図４に示すスペクトルにおいて、偶数番号のピークＰ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８，Ｐ１０を抽出して、それらのピークの間隔を算出してもよい。すなわち、ピーク間隔は、ｖ２ｉ−ｖ２（ｉ―１）（ｉは２以上の整数）により示される。また、奇数番号のピークＰ１，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１１を抽出して、それらのピークの間隔を算出してもよい。すなわち、ピーク間隔は、ｖ２ｉ−１−ｖ（２（ｉ−１）−１）（ｉは２以上の整数）により示される。
【符号の説明】
【００５０】
１…温度計測装置、１０…光源、１１…光サーキュレータ（光伝達機構）、１２…コリメータ（光伝達機構）、１３…測定対象物、１４…分光器、１６…データ入力部、１７…ピーク間隔算出部、１８…ピーク周波数検出部、１９…周波数差算出部、２０…光路長算出部、２１…温度算出部、２２…温度校正データ、１４１…光分散素子、１４２…受光部、３００…基板処理装置、３１０…処理室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面及び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する測定対象物の温度を計測する温度計測装置であって、
前記測定対象物の前記第１の主面へ測定光が照射され、前記第１の主面において反射された前記測定光と前記第２の主面において反射された前記測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力手段と、
前記スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出手段と、
前記ピーク間隔に基づいて、前記第１の主面から前記第２の主面までの光路長を算出する光路長算出手段と、
前記光路長に基づいて、前記測定対象物の温度を算出する温度算出手段と、
を備える温度計測装置。
【請求項２】
前記ピーク間隔算出手段により算出される前記ピーク間隔は、互いに隣接するピークの間隔である請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
前記ピーク間隔算出手段は、複数の前記ピーク間隔の平均値に基づいて前記光路長を算出する請求項１又は２に記載の温度計測装置。
【請求項４】
前記温度算出手段は、予め取得された前記測定対象物の温度と前記光路長との相関関係に基づいて、前記測定対象物の温度を算出する請求項１〜３の何れか一項に記載の温度計測装置。
【請求項５】
前記光路長算出手段は、前記ピーク間隔と前記光路長との相関関係に基づいて、前記第１の主面から前記第２の主面までの前記光路長を算出する請求項１〜４の何れか一項に記載の温度計測装置。
【請求項６】
前記測定対象物は、シリコン、石英又はサファイアからなる請求項１〜５の何れか一項に記載の温度計測装置。
【請求項７】
第１の主面及び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する基板に対し所定の処理を行うと共に、前記基板の温度を計測する基板処理装置であって、
真空排気可能に構成され、前記基板を収容する処理室と、
前記基板を透過する波長を有する測定光の光源と、
波長又は周波数に依存したスペクトルを測定する分光器と、
前記光源及び前記分光器に接続され、前記光源からの測定光を前記基板の前記第１の主面へ出射するとともに、前記第１の主面及び前記第２の主面からの反射光を前記分光器へ出射する光伝達機構と、
前記分光器により測定された、前記第１の主面及び前記第２の主面からの反射光が干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力手段と、
前記スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出手段と、
前記ピーク間隔に基づいて、前記第１の主面から前記第２の主面までの光路長を算出する光路長算出手段と、
前記光路長に基づいて、前記基板の温度を算出する温度算出手段と、
を備える基板処理装置。
【請求項８】
第１の主面及び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する測定対象物の温度を計測する温度計測方法であって、
前記測定対象物の前記第１の主面へ測定光が照射され、前記第１の主面において反射された前記測定光と前記第２の主面において反射された前記測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力工程と、
前記スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出工程と、
前記ピーク間隔に基づいて、前記第１の主面から前記第２の主面までの光路長を算出する光路長算出工程と、
前記光路長に基づいて、前記測定対象物の温度を算出する温度算出工程と、
を備える温度計測方法。
【請求項１】
第１の主面及び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する測定対象物の温度を計測する温度計測装置であって、
前記測定対象物の前記第１の主面へ測定光が照射され、前記第１の主面において反射された前記測定光と前記第２の主面において反射された前記測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力手段と、
前記スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出手段と、
前記ピーク間隔に基づいて、前記第１の主面から前記第２の主面までの光路長を算出する光路長算出手段と、
前記光路長に基づいて、前記測定対象物の温度を算出する温度算出手段と、
を備える温度計測装置。
【請求項２】
前記ピーク間隔算出手段により算出される前記ピーク間隔は、互いに隣接するピークの間隔である請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
前記ピーク間隔算出手段は、複数の前記ピーク間隔の平均値に基づいて前記光路長を算出する請求項１又は２に記載の温度計測装置。
【請求項４】
前記温度算出手段は、予め取得された前記測定対象物の温度と前記光路長との相関関係に基づいて、前記測定対象物の温度を算出する請求項１〜３の何れか一項に記載の温度計測装置。
【請求項５】
前記光路長算出手段は、前記ピーク間隔と前記光路長との相関関係に基づいて、前記第１の主面から前記第２の主面までの前記光路長を算出する請求項１〜４の何れか一項に記載の温度計測装置。
【請求項６】
前記測定対象物は、シリコン、石英又はサファイアからなる請求項１〜５の何れか一項に記載の温度計測装置。
【請求項７】
第１の主面及び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する基板に対し所定の処理を行うと共に、前記基板の温度を計測する基板処理装置であって、
真空排気可能に構成され、前記基板を収容する処理室と、
前記基板を透過する波長を有する測定光の光源と、
波長又は周波数に依存したスペクトルを測定する分光器と、
前記光源及び前記分光器に接続され、前記光源からの測定光を前記基板の前記第１の主面へ出射するとともに、前記第１の主面及び前記第２の主面からの反射光を前記分光器へ出射する光伝達機構と、
前記分光器により測定された、前記第１の主面及び前記第２の主面からの反射光が干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力手段と、
前記スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出手段と、
前記ピーク間隔に基づいて、前記第１の主面から前記第２の主面までの光路長を算出する光路長算出手段と、
前記光路長に基づいて、前記基板の温度を算出する温度算出手段と、
を備える基板処理装置。
【請求項８】
第１の主面及び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する測定対象物の温度を計測する温度計測方法であって、
前記測定対象物の前記第１の主面へ測定光が照射され、前記第１の主面において反射された前記測定光と前記第２の主面において反射された前記測定光とが干渉して得られる干渉光のスペクトルを入力するデータ入力工程と、
前記スペクトルのピーク間隔を算出するピーク間隔算出工程と、
前記ピーク間隔に基づいて、前記第１の主面から前記第２の主面までの光路長を算出する光路長算出工程と、
前記光路長に基づいて、前記測定対象物の温度を算出する温度算出工程と、
を備える温度計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７６６５（Ｐ２０１３−７６６５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０８９０（Ｐ２０１１−１４０８９０）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【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２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【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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