JP7066557B2 - 温度測定センサ、温度測定システム、および、温度測定方法 - Google Patents

Description

本開示の例示的実施形態は、温度測定センサ、温度測定システム、および、温度測定方法に関する。

特許文献１に開示されているセンサー装置は、センサーで処理の特性を計測し、計測されたデータを情報プロセッサーで処理する。この処理によって、センサー装置は、対応モデルを発生させ、発生した対応モデルを内部コミュニケイターで、外部コミュニケイターに送信する。

特許文献２に開示されている温度測定用基板は、少なくとも１本の光ファイバと基板とを備える。基板は、半導体ウエハ、又はフラットパネルディスプレイ用基板のいずれかである。光ファイバは、基板の表面に敷設され、第１のパターン部と第１のパターン部よりも密に形成された第２のパターン部とを有する。

特表２００４－５０７８８９号公報 国際公開第２０１７／１８３４７１号パンフレット

本開示は、温度の測定に用いられる装置の設置を容易にする技術を提供する。

一つの例示的実施形態において、温度測定センサが提供される。温度測定センサは、基板と、基板の上面に設けられており上面に沿って延びている光ファイバと、を備える。温度測定センサは、更に、上面の上の空間と基板の下面の下の空間とを連通する空間の光導入路と、上面に設けられ光導入路に配置された光結合部と、を備える。光結合部は、光ファイバの端面と光学的に接続される。光ファイバは、第１のパターン形状および第２のパターン形状を構成する。第１のパターン形状は、第２のパターン形状よりも光ファイバを密に含む。光導入路を介して下面の側から光結合部に入射する光は、光結合部を介して端面に至る。

一つの例示的実施形態に係る温度測定センサおよび温度測定システムによれば、温度の測定に用いられる装置の設置が容易となる。

一つの例示的実施形態に係る温度測定システムの構成を示す図である。 図１に示す光端子、および、温度測定センサの構成をより詳細に示す図である。 図１および図２に示す基板および光ファイバの構成の一例をより詳細に示す図である。 図１および図２に示す基板および光ファイバの構成の他の一例をより詳細に示す図である。 一つの例示的実施形態に係る温度測定方法を示すフローチャートである。 図１に示す光端子、および、温度測定センサの他の構成をより詳細に示す図である。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、温度測定センサが提供される。温度測定センサは、基板と、基板の上面に設けられており上面に沿って延びている光ファイバと、を備える。温度測定センサは、更に、上面の上の空間と基板の下面の下の空間とを連通する空間の光導入路と、上面に設けられ光導入路に配置された光結合部と、を備える。光結合部は、光ファイバの端面と光学的に接続される。光ファイバは、第１のパターン形状および第２のパターン形状を構成する。第１のパターン形状は、第２のパターン形状よりも光ファイバを密に含む。光導入路を介して下面の側から光結合部に入射する光は、光結合部を介して端面に至る。

光ファイバに光学的に接続される光結合部は、光導入路に配置される。光導入路を介して入射される光は、光結合部に至ると、光結合部を介して光ファイバに至る。このため、光を出射する上面上に光ファイバが設けられた基板を載置することによって、光ファイバを用いた温度測定が可能となる。従って、温度測定センサ、特に温度測定に用いる光ファイバの設置が容易に行える。また、温度測定センサが搬入されるプロセスチャンバが大気解放されることなく、温度測定センサをプロセスチャンバ内に容易に搬入できるので、温度の測定時間を短縮できる。温度測定に用いられる温度測定センサ（基板上の構成）は電力を必要としないので、電力の供給に用いるバッテリが不要となる。バッテリが不要となることによって、バッテリ作動温度範囲に限定されず、測温レンジが広くなる。

一の態様において、光導入路は、例えば、基板に設けられた貫通孔または切り欠き、であり得る。このため、光導入路を介して光を光結合部に導入する際に、光の損失が十分に抑制され得る。

一の態様において、光結合部は、例えば、光リフレクタとコリメートレンズとを備える。光リフレクタは、光導入路の上に配置され得る。コリメートレンズは、光リフレクタと、端面との間に配置され得る。下面の側から光導入路を介して光結合部に入射する光は、光リフレクタ、コリメートレンズを順に介して端面に至ることができる。光結合部に光リフレクタとコリメートレンズとが含まれるので、光導入路を介して光結合部に入射した光は、光ファイバの端面に良好に至り得る。

一の態様において、光リフレクタは、例えば、プリズムまたはミラーであり得る。光リフレクタがプリズムまたはミラーであるので、光リフレクタの構成が簡略なものとなり、光リフレクタの製造が容易となり得る。

一つの例示的実施形態において、温度測定システムが提供される。温度測定システムは、上記の温度測定センサと、温度測定センサの基板の温度を計測する計測装置と、を備える。計測装置は、温度測定センサが有しており基板の上面に設けられた光ファイバに光を入射し、この光に応じて光ファイバから出射される後方散乱光を受光し、受光した後方散乱光に基づいて基板の温度を計測する。

光ファイバに光学的に接続される光結合部は、光導入路に配置される。光導入路を介して計測装置から入射される光は、光結合部に至ると、光結合部を介して光ファイバに至る。このため、光を出射する上面上に光ファイバが設けられた基板を載置することによって、光ファイバを用いた温度測定が可能となる。従って、温度測定センサ、特に温度測定に用いる光ファイバの設置が容易に行える。また、温度測定に用いられる温度測定センサ（基板上の構成）は電力を必要としないので、電力の供給に用いるバッテリが不要となる。

一の態様において、計測装置は、例えば、プッシャーピンを備え得る。プッシャーピンは、例えば、光導波部を備え得る。計測装置は、光導波部の端部を介して光ファイバに光を入射し得る。光ファイバに入射された光に応じて光ファイバから出射される後方散乱光は、端部に入射し得る。温度測定センサにプッシャーピンを介して光を入射させることができるので、装置を大幅改造することなく、既存の通路を利用し光を導入できる。

一の態様において、端部は、例えば、凸レンズを含み得る。端部の凸レンズと光結合部とによって、コリメート光学系が構成され得る。従って、このようなコリメート光学系によって、光の位置ずれが低減され得る。

一の態様において、光導波部の材料は、例えば、サファイアであり得る。光導波部がサファイアを含むので、温度変化、機械的応力等の影響が抑制され、光導波部の形状は正確に維持され得る。このため、温度測定センサへの光の導入が正確に行われ得る。

一態様において、計測装置は、第２のコリメートレンズを備え、計測装置は、第２のコリメートレンズを介して光ファイバに光を入射し、光ファイバに入射された光に応じて光ファイバから出射される後方散乱光は、第２のコリメートレンズに入射する。温度測定センサに第２のコリメートレンズを介して光を入射させることができるので、光学系構成が簡単となり製造が容易となる。

一つの例示的実施形態において、温度測定方法が提供される。温度測定方法は、第１工程、第２工程、および、第３工程を備える。第１工程は、基板の上面に沿って延びる光ファイバに光を入射する。第２工程は、第１工程において光ファイバに入射された光に応じて光ファイバから出射される後方散乱光を受光する。第３工程は、第２工程において受光された後方散乱光に基づいて、基板の温度を計測する。第１工程は、基板の上面の上の空間と基板の下面の下の空間とを連通する空間の光導入路を介して、上面に設けられた光結合部に下面の側から光を入射する。光結合部は、光ファイバの端面と光学的に接続される。光ファイバは、第１のパターン形状、第２のパターン形状を構成する。第１のパターン形状は、第２のパターン形状よりも光ファイバを密に含む。

光ファイバに光学的に接続される光結合部は、光導入路に配置される。第１工程において光導入路を介して入射される光は、光結合部に至ると、光結合部を介して光ファイバに至る。第２工程では、第１工程において光ファイバに入射された光に応じて光ファイバから出射される後方散乱光が受光される。第３工程では、後方散乱光に基づいて基板の温度が測定される。このため、光を出射する上面上に光ファイバが設けられた基板を載置することによって光ファイバを用いた温度測定が可能となる。従って、温度測定に用いる光ファイバの設置が容易に行える。また、温度測定センサが搬入されるプロセスチャンバが大気解放されることなく、温度測定センサをプロセスチャンバ内に容易に搬入できるので、温度の測定時間を短縮できる。温度測定に用いられる基板上の構成は電力を必要としないので、電力の供給に用いるバッテリが不要となる。バッテリが不要となることによって、バッテリ作動温度範囲に限定されず、測温レンジが広くなる。

一の態様において、第１工程、第２工程および第３工程を含む一連の処理は、光ファイバの二つの端面に対して交互に行われ得る。このように、光ファイバの二つの端面のそれぞれから出射される後方散乱光を用いて温度測定が行われるので、温度の測定誤差が低減され、また、温度測定システムの作動温度範囲がより広くされ得る。

以下、図面を参照して種々の例示的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。

図１および図２を参照して、位置の例示的実施形態に係る温度測定システム１について説明する。温度測定システム１は、温度測定センサＳＥ、制御部２０、計測装置３０を有する。

温度測定システム１では、基板Ｗの上面ＳＦａに敷設した光ファイバＦＢが温度検出器として用いられる。温度測定システム１は、光ファイバＦＢへの光の入射に応じて光ファイバＦＢから出射される後方散乱光に含まれるラマン散乱光を利用することによって、光ファイバＦＢに沿った温度分布を測定する。温度測定システム１は、例えば半導体ウエハ等の基板に対し、熱処理等の所定の処理を施す基板処理装置（例えばプラズマ処理装置）に用いられ得る。

温度測定センサＳＥは、基板Ｗ、光ファイバＦＢ、光結合部ＯＣ１、光結合部ＯＣ２を備える。基板Ｗは、上面ＳＦａ、下面ＳＦｂを備える。基板Ｗは、光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２を備える。

光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２は、何れも、上面ＳＦａの上の空間と下面ＳＦｂの下の空間とを連通する空間である。光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２は、何れも、基板Ｗに設けられた貫通孔または切り欠き、であり得る。

光ファイバＦＢは、上面ＳＦａに敷設されている。光ファイバＦＢは、上面ＳＦａに設けられており上面ＳＦａに沿って延びている。

光結合部ＯＣ１は、基板Ｗの上面ＳＦａに設けられ、光導入路ＯＧ１に配置されている。光結合部ＯＣ１は、光リフレクタＰＭ１、コリメートレンズＣＬ１（第１のコリメートレンズ）を備える。光リフレクタＰＭ１は、光導入路ＯＧ１の上に配置される。コリメートレンズＣＬ１は、光リフレクタＰＭ１と、光ファイバＦＢの端面ＥＳ１との間に配置される。

光ファイバＦＢの端面ＥＳ１は、コリメートレンズＣＬ１と光学的に接続されている。光導入路ＯＧ１を介して下面ＳＦｂの側から光結合部ＯＣ１に入射する光は、光結合部ＯＣ１を介して（より具体的に、光リフレクタＰＭ１、コリメートレンズＣＬ１を順に介して）、光ファイバＦＢの端面ＥＳ１に至る。

光結合部ＯＣ２は、基板Ｗの上面ＳＦａに設けられ、光導入路ＯＧ２に配置されている。光結合部ＯＣ２は、光リフレクタＰＭ２、コリメートレンズＣＬ２（第１のコリメートレンズ）を備える。光リフレクタＰＭ２は、光導入路ＯＧ２の上に配置される。コリメートレンズＣＬ２は、光リフレクタＰＭ２と、光ファイバＦＢの端面ＥＳ２との間に配置される。

光リフレクタＰＭ１、光リフレクタＰＭ２は、何れも、プリズムまたはミラーであり得る。

光ファイバＦＢの端面ＥＳ２は、コリメートレンズＣＬ２と光学的に接続されている。光導入路ＯＧ２を介して下面ＳＦｂの側から光結合部ＯＣ２に入射する光は、光結合部ＯＣ２を介して（より具体的に、光リフレクタＰＭ２、コリメートレンズＣＬ２を順に介して）、光ファイバＦＢの端面ＥＳ２に至る。

光導入路ＯＧ１、光結合部ＯＣ１、端面ＥＳ１の各構成と、光導入路ＯＧ２、光結合部ＯＣ２、端面ＥＳ２の各構成とは、互いに同様である。

本開示において、温度測定センサＳＥは、半導体基板を処理する処理装置に配置されており、特に、半導体基板を保持する静電チャックＳＣの上面ＳＦｃに載置されている。基板Ｗの下面ＳＦｂと静電チャックＳＣの上面ＳＦｃとは、接触している。

静電チャックＳＣは、上面ＳＦｃ、下面ＳＦｄを備える。静電チャックＳＣは、貫通孔ＨＬ１、貫通孔ＨＬ２が設けられている。貫通孔ＨＬ１、貫通孔ＨＬ２は、何れも、上面ＳＦｃの上の空間と下面ＳＦｄの下の空間とを連通する空間である。

基板Ｗの光導入路ＯＧ１は、静電チャックＳＣの貫通孔ＨＬ１の上に配置され、光導入路ＯＧ１と貫通孔ＨＬ１とは互いに連通する。基板Ｗの光導入路ＯＧ２は、静電チャックＳＣの貫通孔ＨＬ２の上に配置され、光導入路ＯＧ２と貫通孔ＨＬ２とは互いに連通する。貫通孔ＨＬ１と貫通孔ＨＬ２とは、同様の構成を有する。

光結合部ＯＣ１は、光ファイバＦＢの端面ＥＳ１と光学的に接続される。光結合部ＯＣ２は、光ファイバＦＢの端面ＥＳ２と光学的に接続される。

制御部２０は、計測装置３０の各部を制御するコンピュータ等である。制御部２０は、特に、光源３１ａ、光源３１ｂの光の出射の制御、および、信号処理部３５の動作の制御、等を行い得る。

計測装置３０は、温度測定センサＳＥの基板Ｗの温度を計測する。計測装置３０は、温度測定センサＳＥが有しており基板Ｗの上面ＳＦａに設けられた光ファイバＦＢに、光結合部ＯＣ１および光結合部ＯＣ２のそれぞれを介して光を入射する。光結合部ＯＣ１を介した計測装置３０から光ファイバＦＢへの光の入射と、光結合部ＯＣ２を介した計測装置３０から光ファイバＦＢへの光の入射とは、例えば、互いに異なるタイミングで交互に実行され得る。

計測装置３０は、光結合部ＯＣ１を介して入射した光に応じて光ファイバＦＢから出射される後方散乱光を、光結合部ＯＣ１を介して受光する。計測装置３０は、光結合部ＯＣ１を介して受光した後方散乱光に基づいて、基板Ｗの温度を計測する。計測装置３０は、光結合部ＯＣ２を介して入射した光に応じて光ファイバＦＢから出射される後方散乱光を、光結合部ＯＣ２を介して受光する。計測装置３０は、光結合部ＯＣ２を介して受光した後方散乱光に基づいて、基板Ｗの温度を計測する。

計測装置３０は、光送受部ＯＰａ、光送受部ＯＰｂ、信号処理部３５を備える。光送受部ＯＰａ、光送受部ＯＰｂは、信号処理部３５に接続される。

光送受部ＯＰａは、光端子ＴＳａ、光源３１ａ、ビームスプリッタ３２ａ、波長分離部３３ａ、光検出部３４ａを備える。光端子ＴＳａは、光導波部ＰＮ１、光結合部ＣＮ１を備える。光結合部ＣＮ１は、コリメートレンズＣＬａ１、コリメートレンズＣＬｂ１を備える。

光端子ＴＳａの光導波部ＰＮ１は、静電チャックＳＣの貫通孔ＨＬ１に挿抜自在に配置されている。計測装置３０は、光導波部ＰＮ１の端部ＥＧ１から、光結合部ＯＣ１、端面ＥＳ１を介して光ファイバＦＢに光を入射する。光ファイバＦＢに入射された光に応じて光ファイバＦＢから端面ＥＳ１を介して出射される後方散乱光は、端部ＥＧ１を介して光導波部ＰＮ１に入射する。

光導波部ＰＮ１の端部ＥＧ１は、例えば、凸レンズを含み得る。光導波部ＰＮ１の材料は、例えば、サファイアであり得る。

コリメートレンズＣＬａ１、コリメートレンズＣＬｂ１は、コリメート光学系を構成し得る。本体部３０１の光源３１ａから出射された光は、コリメートレンズＣＬａ１、コリメートレンズＣＬｂ１を順に介して光導波部ＰＮ１に至り、光導波部ＰＮ１内を進行して、端部ＥＧ１から光結合部ＯＣ１に向けて出射される。

光送受部ＯＰｂは、光端子ＴＳｂ、光源３１ｂ、ビームスプリッタ３２ｂ、波長分離部３３ｂ、光検出部３４ｂを備える。光端子ＴＳｂは、光導波部ＰＮ２、光結合部ＣＮ２を備える。光結合部ＣＮ２は、コリメートレンズＣＬａ２、コリメートレンズＣＬｂ２を備える。

光端子ＴＳｂの光導波部ＰＮ２は、静電チャックＳＣの貫通孔ＨＬ２に挿抜自在に配置されている。計測装置３０は、光導波部ＰＮ２の端部ＥＧ２から、光結合部ＯＣ２、端面ＥＳ２を介して光ファイバＦＢに光を入射する。光ファイバＦＢに入射された光に応じて光ファイバＦＢから端面ＥＳ２を介して出射される後方散乱光は、端部ＥＧ２を介して光導波部ＰＮ２に入射する。

光導波部ＰＮ２の端部ＥＧ２は、例えば、凸レンズを含み得る。光導波部ＰＮ２の材料は、例えば、サファイアであり得る。

コリメートレンズＣＬａ２、コリメートレンズＣＬｂ２は、コリメート光学系を構成し得る。本体部３０１の光源３１ｂから出射される光は、コリメートレンズＣＬａ２、コリメートレンズＣＬｂ２を順に介して光導波部ＰＮ２に至り、光導波部ＰＮ２内を進行して、端部ＥＧ２から光結合部ＯＣ２に向けて出射される。

計測装置３０は、本体部３０１を備える。計測装置３０の複数の構成要素のうち、光端子ＴＳａ、光端子ＴＳｂを除く構成は、本体部３０１に含まれる。計測装置３０のうち光端子ＴＳａ、光端子ＴＳｂを除く当該構成は、光源３１ａ、ビームスプリッタ３２ａ、波長分離部３３ａ、光検出部３４ａ、光源３１ｂ、ビームスプリッタ３２ｂ、波長分離部３３ｂ、光検出部３４ｂ、および、信号処理部３５である。

光送受部ＯＰａの構成と、光送受部ＯＰｂの構成とは、互いに同様である。本開示における計測装置３０は、光送受部ＯＰａ、光送受部ＯＰｂを共に備えるが、光送受部ＯＰａ、光送受部ＯＰｂのうち何れか一方のみを備えることができる。

計測装置３０が光送受部ＯＰａ、光送受部ＯＰｂのうち何れか一方のみを備える構成は、シングルエンド方式と称される場合がある。計測装置３０が光送受部ＯＰａ、光送受部ＯＰｂを共に備える構成は、ダブルエンド方式と称される場合がある。本開示では、特に光送受部ＯＰａの構成について詳細に説明されているが、光送受部ＯＰｂの構成は光送受部ＯＰａの構成と同様であるため、光送受部ＯＰｂの構成については説明が省略されている。

光源３１ａは、予め設定されたパルス長のレーザ光（パルス光）を、予め設定された周期で出力する。光源３１ａから出力されたパルス光は、ビームスプリッタ３２ａ、光端子ＴＳａを順に介して光端子ＴＳａ（より具体的に、光端子ＴＳａの端部ＥＧ１）から出射され、温度測定センサＳＥの光結合部ＯＣ１を介して光ファイバＦＢの端面に至る。端面ＥＳ１から光ファイバＦＢ内に入射した光は、光ファイバＦＢを構成する分子によって散乱を起しながら、光ファイバＦＢ内を進行する。光ファイバＦＢ内で発生した散乱光の一部は、後方散乱光として入射端（端面ＥＳ１）に戻る。

また、計測装置３０は、複数のプッシャーピンを備え得る。この場合、複数のプッシャーピンのうち二本のプッシャーピンのそれぞれは、例えば、光導波部ＰＮ１、光導波部ＰＮ２のそれぞれを備え得る。

後方散乱光の一つであるラマン散乱光（ストークス光およびアンチストークス光）には温度依存性がある。温度依存性は、アンチストークス光の方がストークス光よりも大きい。なお、ストークス光は入射光よりも長波長側にシフトしたラマン散乱光であり、アンチストークス光は入射光よりも短波長側にシフトしたラマン散乱光である。

後方散乱光は、光ファイバＦＢ内を通って光ファイバＦＢの入射端（端面ＥＳ１）から出射し、光結合部ＯＣ１、光端子ＴＳａを順に介してビームスプリッタ３２ａに至り、ビームスプリッタ３２ａによって反射されて、波長分離部３３ａに入射する。

波長分離部３３ａは、ビームスプリッタ、光学フィルタ、集光レンズ等を含み、ラマン散乱光をストークス光とアンチストークス光とに分離し、分離した光を光検出部３４ａに入力する。光検出部３４ａは、ストークス光およびアンチストークス光の強度に応じた電気信号を信号処理部３５に出力する。信号処理部３５は、光検出器３４から出力される電気信号に基づいて、光ファイバＦＢの長さ方向の温度分布を算出する。

このように、温度測定システム１は、基板Ｗの上面ＳＦａに敷設した光ファイバＦＢを温度検出器として用い、後方散乱光の一つであるラマン散乱光の温度依存性を検出することにより、基板Ｗの温度分布を算出する。また、光ファイバＦＢにパルス光が入射端（端面ＥＳ１）から入射してから、光ファイバＦＢ内で発生した後方ラマン散乱光が入射端（端面ＥＳ１）に戻ってくるまでの往復時間を測定することによって、後方ラマン散乱光が発生した位置（距離）が算出される。

図３および図４を参照して、一の例示的実施形態に係る温度測定センサＳＥの構成を更に説明する。図３および図４には、上面ＳＦａの上から見た基板Ｗおよび光ファイバＦＢの構成が示されている。図３に示す温度測定センサＳＥと図４に示す温度測定センサＳＥとは、基板Ｗに設けられた光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２の設置場所が、互いに異なっている。

図３に示す温度測定センサＳＥの場合、光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２のそれぞれは、基板Ｗに設けられた貫通孔である。この場合、光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２のそれぞれは、例えば、プッシャーピンが当接する位置に配置されており、光端子ＴＳａの光導波部ＰＮ１は、特に、プッシャーピンである。

図４に示す温度測定センサＳＥの場合、光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２のそれぞれは、基板Ｗに設けられた切り欠きである。この場合、光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２のそれぞれは、例えば、基板Ｗのノッチであり得る。

基板Ｗの材料は、例えばシリコン（Ｓｉ）であり得る。基板Ｗの直径は、特に限定されないが、例えば３００，４５０［ｍｍ］の程度であり得る。

光ファイバＦＢは、例えば石英ガラス、プラスチック等で形成された１本の細い繊維状の管であり得る。光ファイバＦＢは、二つの端面（端面ＥＳ１、端面ＥＳ２）を備える。端面ＥＳ１は、光導入路ＯＧ１の上に設けられた光結合部ＯＣ１に接続される。端面ＥＳ２は、光導入路ＯＧ２の上に設けられた光結合部ＯＣ２に接続される。

光ファイバＦＢには、光源３１ａから出力されるパルス光が端面ＥＳ１を介して入射する。光ファイバＦＢには、光源３１ｂから出力されるパルス光が端面ＥＳ２を介して入射する。

光ファイバＦＢは、端面ＥＳ１と端面ＥＳ２との間において、第１のパターン形状１４および第２のパターン形状１５を構成する。第１のパターン形状１４は、第２のパターン形状１５よりも光ファイバＦＢを密に含む。光ファイバＦＢの第１のパターン形状１４と第２のパターン形状１５とは、上面ＳＦａ上において、交互に配置されている。

第１のパターン形状１４の数、および、第２のパターン形状１５の数は、特に限定されないが、基板Ｗの大きさ等に応じて定められ得る。光ファイバＦＢが複数の第２のパターン形状１５を有する場合、それぞれの第２のパターン形状１５は同一の形状であってもよく、異なる形状であってもよい。

図５を参照して、一の例示的実施形態に係る温度測定方法ＭＴについて説明する。温度測定方法ＭＴは、工程ＳＴ１（第１工程）、工程ＳＴ２（第２工程）、工程ＳＴ３（第３工程）を備える。温度測定方法ＭＴは、制御部２０によって、温度測定システム１の各構成部を動作させて実行され得る。温度測定システム１がダブルエンド方式の場合には、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２および工程ＳＴ３を含む一連の処理は、光ファイバＦＢの二つの端面（端面ＥＳ１、端面ＥＳ２）に対して交互に行われ得る。

まず、工程ＳＴ１において、計測装置３０から光ファイバＦＢに光を入射する。特に、温度測定システム１がダブルエンド方式の場合には、光源３１ａからの光の出射と、光源３１ｂからの光の出射とが、異なるタイミングで、交互に行われる。

工程ＳＴ１に引き続く工程ＳＴ２では、工程ＳＴ１において光ファイバＦＢに入射された光に応じて光ファイバＦＢから出射される後方散乱光を、受光する。特に、温度測定システム１がダブルエンド方式の場合には、端面ＥＳ１から入射された光に応じて生じた後方散乱光は端面ＥＳ１から出射され、端面ＥＳ２から入射された光に応じて生じた後方散乱光は端面ＥＳ２から出射される。

工程ＳＴ２に引き続く工程ＳＴ３では、工程ＳＴ２において受光された後方散乱光に基づいて、基板Ｗの温度を計測する。特に、温度測定システム１がダブルエンド方式の場合には、光ファイバＦＢの両端面（端面ＥＳ１、端面ＥＳ２）から出力される後方散乱光が用いられるので、温度の測定誤差が低減され、また、温度測定システム１の作動温度範囲がより広くされ得る。

上記したように、光ファイバＦＢに光学的に接続される光結合部ＯＣ１、光結合部ＯＣ２のそれぞれは、光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２のそれぞれに配置される。光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２のそれぞれを介して入射される光は、光結合部ＯＣ１、光結合部ＯＣ２のそれぞれに至ると、光結合部ＯＣ１、光結合部ＯＣ２のそれぞれを介して光ファイバＦＢに至る。このため、光を出射する静電チャックＳＣの上面ＳＦｃ上に、光ファイバＦＢが設けられた基板Ｗを載置することによって、光ファイバＦＢを用いた温度測定が可能となる。従って、温度測定センサＳＥ、特に温度測定に用いる光ファイバＦＢの設置が容易に行える。また、温度測定センサＳＥが搬入されるプロセスチャンバが大気解放されることなく、温度測定センサＳＥをプロセスチャンバ内に容易に搬入できるので、温度の測定時間を短縮できる。温度測定に用いられる温度測定センサＳＥ（基板Ｗ上の構成）は電力を必要としないので、電力の供給に用いるバッテリが不要となる。バッテリが不要となることによって、バッテリ作動温度範囲に限定されず、測温レンジが広くなる。

光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２が基板Ｗに設けられた貫通孔または切り欠きの場合、光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２のそれぞれを介して、光結合部ＯＣ１、光結合部ＯＣ２のそれぞれに光を導入する際に、光の損失が十分に抑制され得る。

光結合部ＯＣ１に光リフレクタＰＭ１とコリメートレンズＣＬ１とが含まれるので、光導入路ＯＧ１を介して光結合部ＯＣ１に入射した光は、光ファイバＦＢの端面ＥＳ１に良好に至り得る。光結合部ＯＣ２に光リフレクタＰＭ２とコリメートレンズＣＬ２とが含まれるので、光導入路ＯＧ２を介して光結合部ＯＣ２に入射した光は、光ファイバＦＢの端面ＥＳ２に良好に至り得る。

光リフレクタＰＭ１、光リフレクタＰＭ２のそれぞれがプリズムまたはミラーであるので、光リフレクタＰＭ１、光リフレクタＰＭ２のそれぞれの構成が簡略なものとなり、光リフレクタＰＭ１、光リフレクタＰＭ２のそれぞれの製造が容易となり得る。

計測装置３０は、例えば、複数のプッシャーピンを備え得る。複数のプッシャーピンのうち二つのプッシャーピンのそれぞれが光導波部ＰＮ１、光導波部ＰＮ２のそれぞれを備え得る。この場合、温度測定センサＳＥにプッシャーピンを介して光を入射させることができるので、装置を大幅改造することなく、既存の通路を利用し光を導入できる。

光導波部ＰＮ１の端部ＥＧ１、光導波部ＰＮ２の端部ＥＧ２のそれぞれは、例えば、凸レンズを含み得る。この場合、端部ＥＧ１の凸レンズと光結合部ＯＣ１とによって一のコリメート光学系が構成され、端部ＥＧ２の凸レンズと光結合部ＯＣ２とによって一のコリメート光学系が構成され得る。従って、このようなコリメート光学系によって、光の位置ずれが低減され得る。

光導波部ＰＮ１、光導波部ＰＮ２のそれぞれの材料は、例えば、サファイアであり得る。この場合、光導波部ＰＮ１、光導波部ＰＮ２のそれぞれがサファイアを含むので、温度変化、機械的応力等の影響が抑制され、光導波部ＰＮ１、光導波部ＰＮ２のそれぞれの形状は正確に維持され得る。このため、温度測定センサＳＥへの光の導入が正確に行われ得る。

また、光ファイバＦＢに光学的に接続される光結合部ＯＣ１、光結合部ＯＣ２のそれぞれは光導入路ＯＧ１、光導入路ＯＧ２のそれぞれに配置される。温度測定方法ＭＴの工程ＳＴ１において光導入路ＯＧ１を介して入射される光は、光結合部ＯＣ１に至ると、光結合部ＯＣ１を介して光ファイバに至る。温度測定方法ＭＴの工程ＳＴ１において光導入路ＯＧ２を介して入射される光は、光結合部ＯＣ２に至ると、光結合部ＯＣ２を介して光ファイバに至る。工程ＳＴ２では、工程ＳＴ１において光ファイバＦＢに入射された光に応じて光ファイバＦＢから出射される後方散乱光が受光される。工程ＳＴ３では、後方散乱光に基づいて基板Ｗの温度が測定される。このため、光を出射する静電チャックＳＣの上面ＳＦｃ上に、光ファイバＦＢが設けられた基板Ｗを載置することによって、光ファイバＦＢを用いた温度測定が可能となる。従って、温度測定に用いる光ファイバＦＢの設置が容易に行える。また、温度測定センサＳＥが搬入されるプロセスチャンバが大気解放されることなく、温度測定センサＳＥをプロセスチャンバ内に容易に搬入できるので、温度の測定時間を短縮できる。温度測定に用いられる温度測定センサＳＥ（基板Ｗ上の構成）は電力を必要としないので、電力の供給に用いるバッテリが不要となる。バッテリが不要となることによって、バッテリ作動温度範囲に限定されず、測温レンジが広くなる。

光ファイバＦＢの二つの端面（端面ＥＳ１、端面ＥＳ２）のそれぞれから出射される後方散乱光を用いて温度測定が行われるので、温度の測定誤差が低減され、また、温度測定システム１の作動温度範囲がより広くされ得る。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態にける要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

例えば、計測装置３０は、図６に示すように、光端子ＴＳａ１、光端子ＴＳｂ１を備えてもよい。図６に示す光端子ＴＳａ１、光端子ＴＳｂ１の機能は、図２に示す光端子ＴＳａ、光端子ＴＳｂの機能に対応する。

図６に示す静電チャックＳＣは、貫通孔ＨＬ３、貫通孔ＨＬ４を備える。貫通孔ＨＬ３、貫通孔ＨＬ４のそれぞれは、光導波部ＰＮ１（プッシャーピン）が通る貫通孔ＨＬ１、光導波部ＰＮ２（プッシャーピン）が通る貫通孔ＨＬ２のそれぞれとは別に設けられる。貫通孔ＨＬ３と貫通孔ＨＬ４とは、互いに同様の構成を有する。貫通孔ＨＬ３、貫通孔ＨＬ４は、何れも、上面ＳＦｃの上の空間と下面ＳＦｄの下の空間とを連通する空間である。基板Ｗの光導入路ＯＧ１は、静電チャックＳＣの貫通孔ＨＬ３の上に配置され、光導入路ＯＧ１と貫通孔ＨＬ３とは互いに連通する。基板Ｗの光導入路ＯＧ２は、静電チャックＳＣの貫通孔ＨＬ４の上に配置され、光導入路ＯＧ２と貫通孔ＨＬ４とは互いに連通する。

光端子ＴＳａ１は、本体部３０１のビームスプリッタ３２ａに光ファイバを介して接続される。光端子ＴＳａ１は、コリメートレンズＣＬｃ１（第２のコリメートレンズ）を備える。光端子ＴＳａ１は、静電チャックＳＣの貫通孔ＨＬ３に配置される。貫通孔ＨＬ３に配置された光端子ＴＳａ１の上には、光結合部ＯＣ１が配置されている。光端子ＴＳａ１は、貫通孔ＨＬ３に対し、着脱自在に設けられ得る。

計測装置３０は、光端子ＴＳａ１のコリメートレンズＣＬｃ１から、光結合部ＯＣ１、端面ＥＳ１を介して光ファイバＦＢに光を入射する。より具体的に、本体部３０１の光源３１ａから出射された光は、光端子ＴＳａ１のコリメートレンズＣＬｃ１に至り、コリメートレンズＣＬｃ１から光結合部ＯＣ１に向けて出射される。

光ファイバＦＢに端面ＥＳ１を介して入射された光に応じて光ファイバＦＢから端面ＥＳ１を介して出射される後方散乱光は、光端子ＴＳａ１のコリメートレンズＣＬｃ１に至る。より具体的に、端面ＥＳ１から出射された後方散乱光は、光結合部ＯＣ１を介して光端子ＴＳａ１のコリメートレンズＣＬｃ１に至り、コリメートレンズＣＬｃ１からビームスプリッタ３２ａに至る。

光端子ＴＳｂ１は、本体部３０１のビームスプリッタ３２ｂに光ファイバを介して接続される。光端子ＴＳｂ１は、コリメートレンズＣＬｃ２（第２のコリメートレンズ）を備える。光端子ＴＳｂ１は、静電チャックＳＣの貫通孔ＨＬ４に配置される。貫通孔ＨＬ４に配置された光端子ＴＳｂ１の上には、光結合部ＯＣ２が配置されている。光端子ＴＳｂ１は、貫通孔ＨＬ４に対し、着脱自在に設けられ得る。

計測装置３０は、光端子ＴＳｂ１のコリメートレンズＣＬｃ２から、光結合部ＯＣ２、端面ＥＳ２を介して光ファイバＦＢに光を入射する。より具体的に、本体部３０１の光源３１ｂから出射された光は、光端子ＴＳｂ１のコリメートレンズＣＬｃ２に至り、コリメートレンズＣＬｃ２から光結合部ＯＣ２に向けて出射される。

光ファイバＦＢに端面ＥＳ２を介して入射された光に応じて光ファイバＦＢから端面ＥＳ２を介して出射される後方散乱光は、光端子ＴＳｂ１のコリメートレンズＣＬｃ２に至る。より具体的に、端面ＥＳ２から出射された後方散乱光は、光結合部ＯＣ２を介して光端子ＴＳｂ１のコリメートレンズＣＬｃ２に至り、コリメートレンズＣＬｃ２からビームスプリッタ３２ｂに至る。

温度測定センサＳＥにコリメートレンズＣＬｃ１、コリメートレンズＣＬｃ２を介して光を入射させることができるので、光学系構成が簡単となり製造が容易となる。

以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的の範囲内において本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

１…温度測定システム、１４…第１のパターン形状、１５…第２のパターン形状、２０…制御部、３０…計測装置、３０１…本体部、３１ａ…光源、３１ｂ…光源、３２ａ…ビームスプリッタ、３２ｂ…ビームスプリッタ、３３ａ…波長分離部、３３ｂ…波長分離部、３４ａ…光検出部、３４ｂ…光検出部、３５…信号処理部、ＣＬ１…コリメートレンズ、ＣＬ２…コリメートレンズ、ＣＬａ１…コリメートレンズ、ＣＬａ２…コリメートレンズ、ＣＬｂ１…コリメートレンズ、ＣＬｂ２…コリメートレンズ、ＣＬｃ１…コリメートレンズ、ＣＬｃ２…コリメートレンズ、ＣＮ１…光結合部、ＣＮ２…光結合部、ＥＧ１…端部、ＥＧ２…端部、ＥＳ１…端面、ＥＳ２…端面、ＦＢ…光ファイバ、ＨＬ１…貫通孔、ＨＬ２…貫通孔、ＨＬ３…貫通孔、ＨＬ４…貫通孔、ＭＴ…温度測定方法、ＯＣ１…光結合部、ＯＣ２…光結合部、ＯＧ１…光導入路、ＯＧ２…光導入路、ＯＰａ…光送受部、ＯＰｂ…光送受部、ＰＭ１…光リフレクタ、ＰＭ２…光リフレクタ、ＰＮ１…光導波部、ＰＮ２…光導波部、ＳＣ…静電チャック、ＳＥ…温度測定センサ、ＳＦａ…上面、ＳＦｂ…下面、ＳＦｃ…上面、ＳＦｄ…下面、ＴＳａ…光端子、ＴＳａ１…光端子、ＴＳｂ…光端子、ＴＳｂ１…光端子、Ｗ…基板。

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板の上面に設けられており該上面に沿って延びている光ファイバと、
   前記上面の上の空間と前記基板の下面の下の空間とを連通する空間の光導入路と、
   前記上面に設けられ前記光導入路に配置された光結合部と、
   を備え、
   前記光結合部は、前記光ファイバの端面と光学的に接続され、
   前記光ファイバは、第１のパターン形状および第２のパターン形状を構成し、
   前記第１のパターン形状は、前記第２のパターン形状よりも前記光ファイバを密に含み、
   前記光導入路を介して前記下面の側から前記光結合部に入射する光は、該光結合部を介して前記端面に至る、
   温度測定センサ。
2. 前記光導入路は、前記基板に設けられた貫通孔または切り欠き、である、
   請求項１に記載の温度測定センサ。
3. 前記光結合部は、光リフレクタと第１のコリメートレンズとを備え、
   前記光リフレクタは、前記光導入路の上に配置され、
   前記第１のコリメートレンズは、前記光リフレクタと、前記端面との間に配置され、
   前記下面の側から前記光導入路を介して前記光結合部に入射する光は、前記光リフレクタ、前記第１のコリメートレンズを順に介して前記端面に至る、
   請求項１または請求項２に記載の温度測定センサ。
4. 前記光リフレクタは、プリズムまたはミラーである、
   請求項３に記載の温度測定センサ。
5. 請求項１～４の何れか一項に記載の温度測定センサと、
   前記温度測定センサの基板の温度を計測する計測装置と、
   を備え、
   前記計測装置は、前記温度測定センサが有しており前記基板の上面に設けられた光ファイバに光を入射し、この光に応じて該光ファイバから出射される後方散乱光を受光し、受光した後方散乱光に基づいて前記基板の温度を計測する、
   温度測定システム。
6. 前記計測装置は、プッシャーピンを備え、
   前記プッシャーピンは、光導波部を備え、
   前記計測装置は、前記光導波部の端部を介して前記光ファイバに光を入射し、
   前記光ファイバに入射された光に応じて該光ファイバから出射される後方散乱光は、前記端部に入射する、
   請求項５に記載の温度測定システム。
7. 前記端部は、凸レンズを含む、
   請求項６に記載の温度測定システム。
8. 前記光導波部の材料は、サファイアである、
   請求項６または請求項７に記載の温度測定システム。
9. 前記計測装置は、第２のコリメートレンズを備え、
   前記計測装置は、前記第２のコリメートレンズを介して前記光ファイバに光を入射し、
   前記光ファイバに入射された光に応じて該光ファイバから出射される後方散乱光は、前記第２のコリメートレンズに入射する、
   請求項５に記載の温度測定システム。
10. 基板の上面に沿って延びる光ファイバに光を入射する第１工程と、
    前記第１工程において前記光ファイバに入射された光に応じて該光ファイバから出射される後方散乱光を受光する第２工程と、
    前記第２工程において受光された後方散乱光に基づいて、前記基板の温度を計測する第３工程と、
    を備え、
    前記第１工程は、前記基板の上面の上の空間と該基板の下面の下の空間とを連通する空間の光導入路を介して、該上面に設けられた光結合部に該下面の側から光を入射し、
    前記光結合部は、前記光ファイバの端面と光学的に接続され、
    前記光ファイバは、第１のパターン形状、第２のパターン形状を構成し、
    前記第１のパターン形状は、前記第２のパターン形状よりも前記光ファイバを密に含む、
    温度測定方法。
11. 前記第１工程、前記第２工程および前記第３工程を含む一連の処理は、前記光ファイバの二つの端面に対して交互に行われる、
    請求項１０に記載の温度測定方法。

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