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JP7418448B2 - Temperature measuring device, temperature measuring method, and program for temperature measuring device - Google Patents
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Temperature measuring device, temperature measuring method, and program for temperature measuring device Download PDF

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Description

本発明は、測定対象空間内に存在するガスの吸光度に基づいて当該測定対象空間内の温度を測定する温度測定装置に関するものである。 The present invention relates to a temperature measuring device that measures the temperature in a measurement target space based on the absorbance of gas existing in the measurement target space.

特許文献1に示すように例えば半導体製造プロセスでは、シリコン基板が収容されたチャンバ内にプロセスガスを所定の濃度で供給するとともに、シリコン基板をヒータによって加熱してチャンバ内にプラズマを発生させることで、成膜やエッチング等の基板処理が行われる。 As shown in Patent Document 1, for example, in a semiconductor manufacturing process, a process gas is supplied at a predetermined concentration into a chamber containing a silicon substrate, and the silicon substrate is heated by a heater to generate plasma in the chamber. , substrate processing such as film formation and etching is performed.

このような基板処理では、チャンバ内のシリコン基板の面板方向に沿った平面内における温度分布(以下、二次元温度分布ともいう)が不均一であると、処理結果も不均一なものになってしまう。 In such substrate processing, if the temperature distribution (hereinafter also referred to as two-dimensional temperature distribution) in the plane along the face plate direction of the silicon substrate in the chamber is non-uniform, the processing results will also be non-uniform. Put it away.

したがって、上述した二次元温度分布を制御するために、レーザ吸光分光法(Tunable diode laser absorption spectroscopy: TDLAS)による温度測定が二次元的に行われる。 Therefore, in order to control the above-mentioned two-dimensional temperature distribution, temperature measurement is performed two-dimensionally by tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS).

具体的には、チャンバ内に存在するプロセスガスが赤外吸収を示す異なる2波長のレーザ光がチャンバ内に射出され、各波長における吸光度が測定される。測定された吸光度から吸光度比が算出された後、この吸光度比に基づいて、予め実験的に求められた吸光度比と温度との関係である温度特性から対応する温度が算出される。 Specifically, laser beams of two different wavelengths in which the process gas present in the chamber exhibits infrared absorption are emitted into the chamber, and the absorbance at each wavelength is measured. After the absorbance ratio is calculated from the measured absorbance, the corresponding temperature is calculated based on the absorbance ratio and from the temperature characteristic, which is the relationship between the absorbance ratio and the temperature, which has been experimentally determined in advance.

ところで、プロセスガスの吸光度に基づいて温度測定を行う場合、温度に対して変化を検出しやすい波長を少なくとも2つ選定する必要がある。 By the way, when temperature is measured based on the absorbance of a process gas, it is necessary to select at least two wavelengths at which changes in temperature can be easily detected.

しかしながら、プロセスガスの種類や濃度によっては測定に適した2波長を見つけることが困難な場合がある。すなわち、プロセスガスによっては吸光度のスペクトルがブロードであり、温度変化に対して吸光度比があまり変化しないことがある。加えて、吸光度はガスの濃度に対しても影響を受けるので、例えばプロセスガスの濃度が低い場合には吸光度比が温度変化に対して十分な感度を示さないこともある。 However, depending on the type and concentration of process gas, it may be difficult to find two wavelengths suitable for measurement. That is, depending on the process gas, the absorbance spectrum may be broad, and the absorbance ratio may not change much with respect to temperature changes. In addition, the absorbance is also affected by the concentration of the gas, so for example, when the concentration of the process gas is low, the absorbance ratio may not exhibit sufficient sensitivity to temperature changes.

仮に温度測定に適した2波長が存在したとしても、プロセスガスの種類や使用する波長ごとに温度特性は異なっている。このため、温度特性が未知のプロセスガスが用いられる場合には、予め実験により温度特性のデータベースを作成しなくてはならず、吸光度に基づいて温度を測定するのは非常に手間がかかる。 Even if two wavelengths suitable for temperature measurement exist, the temperature characteristics will differ depending on the type of process gas and the wavelength used. For this reason, when a process gas with unknown temperature characteristics is used, a database of temperature characteristics must be created in advance through experiments, and it is very time-consuming to measure temperature based on absorbance.

特開2012-204692号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-204692

Meas. Sci. Technol. 9 (1998) 545-562Meas. Sci. Technol. 9 (1998) 545-562 ECS Journal of Solid State Science and Technology, 7 (11) Q211-Q217 (2018)ECS Journal of Solid State Science and Technology, 7 (11) Q211-Q217 (2018) CT半導体レーザ吸収法を用いた高温・高圧域における2次元温度分布計測の特性評価」自動車技術会論文集2015 年 46 巻 6 号 p. 1031-1037Characteristic evaluation of two-dimensional temperature distribution measurement in high temperature and high pressure range using CT semiconductor laser absorption method” Transactions of Society of Automotive Engineers of Japan, 2015, Vol. 46, No. 6, p. 1031-1037

本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、温度特性が未知のプロセスガスが使用される場合でも吸光度に基づいて測定対象空間内の温度を測定することが可能な温度測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a temperature measuring device that can measure the temperature in a measurement target space based on absorbance even when a process gas with unknown temperature characteristics is used. The purpose is to provide

本発明に係る温度測定装置は、プロセスガスが供給されるチャンバ内、又は、プロセスガスが流される流路内を測定対象空間として、当該測定対象空間内の温度を測定する温度測定装置であって、プロセスガスとは別種のガスであり、プロセスに影響を与えない温度測定用ガスの吸収線を含む波長のレーザ光を前記測定空間内に射出するレーザ射出機構と、前記測定空間内を通過したレーザ光を検出するレーザ検出機構と、前記レーザ検出機構の出力に基づいて、前記測定対象空間内の温度を算出する温度算出器と、を備え、前記レーザ検出機構の出力が、温度測定用ガスが存在する前記測定対象空間内を通過したレーザ光によって生じたものであり、温度測定用ガスが、炭化水素を含むガスであり、温度測定用ガスが、プロセスガスとともに前記測定対象空間内に供給される、又は、温度測定用ガスで温度が測定された後、前記測定対象空間内から温度測定用ガスが排気された後にプロセスガスが当該測定対象空間内に供給されることを特徴とする。 The temperature measuring device according to the present invention is a temperature measuring device that measures the temperature in a chamber to which a process gas is supplied or a flow path through which a process gas is passed, and measures the temperature in the target space to be measured. , a laser emission mechanism that emits into the measurement space a laser beam having a wavelength that includes an absorption line of the temperature measurement gas that does not affect the process, and which is a different type of gas from the process gas; A laser detection mechanism that detects laser light; and a temperature calculator that calculates the temperature in the measurement target space based on the output of the laser detection mechanism, and the output of the laser detection mechanism is a temperature measurement gas. The temperature measurement gas is a gas containing hydrocarbon, and the temperature measurement gas is supplied into the measurement target space together with the process gas. Alternatively, after the temperature is measured with the temperature measurement gas and the temperature measurement gas is exhausted from the measurement object space, the process gas is supplied into the measurement object space.

また、本発明に係る温度測定方法は、プロセスガスが供給されるチャンバ内、又は、プロセスガスが流される流路内を測定対象空間として、当該測定対象空間内の温度を測定する温度測定方法あって、プロセスガスとは別種のガスである温度測定用ガスを前記測定対象空間内に供給し、温度測定可能状態を実現するガス供給ステップと、レーザ射出機構によって、温度測定用ガスの吸収線を含む波長のレーザ光を前記測定空間内に射出するレーザ射出ステップと、レーザ検出機構によって、前記測定空間内を通過したレーザ光を検出するレーザ検出ステップと、前記温度測定可能状態における前記レーザ検出機構の出力から算出される吸光度に基づいて、前記測定対象空間内の温度を算出する温度算出ステップと、を備えたことを特徴とする。 Further, the temperature measurement method according to the present invention is a temperature measurement method that measures the temperature in the measurement target space, with the inside of the chamber to which the process gas is supplied or the inside of the flow path through which the process gas flows as the measurement target space. a gas supply step of supplying a temperature measurement gas, which is a different type of gas from the process gas, into the measurement target space to realize a state in which temperature measurement is possible; and a laser injection mechanism to detect the absorption line of the temperature measurement gas. a laser emitting step of emitting a laser beam having a wavelength including the wavelength into the measurement space, a laser detection step of detecting the laser beam passing through the measurement space by a laser detection mechanism, and the laser detection mechanism in the temperature measurable state. The method is characterized by comprising a temperature calculation step of calculating the temperature in the measurement target space based on the absorbance calculated from the output of.

このようなものであれば、プロセスガスについて吸光度と温度との関係である温度特性が未知であったとしても、温度特性が既知の温度測定用ガスを用いることでデータベース等を作成することなく、前記測定対象空間の温度を測定することができる。 If this is the case, even if the temperature characteristics of the process gas, which is the relationship between absorbance and temperature, are unknown, it is possible to use a temperature measurement gas with known temperature characteristics without creating a database, etc. The temperature of the measurement target space can be measured.

また、温度測定用ガスが、炭化水素を含むガスであるので、例えばプロセスガスとともに温度測定用ガスを供給しても、チャンバにおいてプロセスガスを用いて行われる基板処理に対して作用せず、影響を与えない、あるいは、影響を与えたとしてもほとんど無視できる程度にすることができる。言い換えると、温度測定用ガスが、前記チャンバ内でプロセスガスにより行われるプロセスに影響を与えないガスとすることができるので、例えばチャンバ内において基板処理が進行している間でもリアルタイムで温度を測定できるようにしたり、温度測定用ガスがチャンバ内に残存していたとしても基板処理の品質に影響が現れないようにしたりできる。 Furthermore, since the temperature measurement gas is a gas containing hydrocarbons, for example, even if the temperature measurement gas is supplied together with the process gas, it will not affect the substrate processing performed using the process gas in the chamber. It is possible to have no impact, or even if it does have an impact, it can be made to a negligible extent. In other words, the temperature measurement gas can be a gas that does not affect the process carried out by the process gas in the chamber, so that the temperature can be measured in real time even while substrate processing is progressing in the chamber, for example. It is also possible to prevent the quality of substrate processing from being affected even if the temperature measurement gas remains in the chamber.

加えて、上述したような温度測定用ガスを使用すれば、前記測定対象空間内に所定の濃度以上の温度測定用ガスを供給して、測定される吸光度が温度変化に対して十分な感度を示すようにできる。 In addition, if the temperature measurement gas described above is used, the temperature measurement gas with a predetermined concentration or higher is supplied into the measurement target space, and the measured absorbance has sufficient sensitivity to temperature changes. It can be done as shown.

さらに、温度測定用ガスの温度特性を一度データベースとして作成しておけば、様々なプロセスガスが用いられるプロセスにおいて共通して使用できる。したがって、温度測定のために必要となる手間を大幅に低減できる。 Furthermore, once the temperature characteristics of the temperature measurement gas are created as a database, it can be commonly used in processes using various process gases. Therefore, the effort required for temperature measurement can be significantly reduced.

プロセスガスに対して反応しないもので、特に吸光度に基づく温度測定に適したものとしては、温度測定用ガスが、CH4、C2H6、C3H8からなる群から選択される化合物を少なくとも1つ含むものが挙げられる。As a gas that does not react with the process gas and is particularly suitable for absorbance-based temperature measurement, the temperature measurement gas contains a compound selected from the group consisting of CH 4 , C 2 H 6 , and C 3 H 8 . Examples include those containing at least one.

温度測定用ガスが、O2を含み、プロセス間に供給されるものであっても、プロセスに影響を与えることなく、測定対象空間の温度を測定することができる。Even if the temperature measurement gas contains O 2 and is supplied during the process, the temperature of the space to be measured can be measured without affecting the process.

十分な感度で吸光度に基づいた温度測定を可能とするには、温度測定用ガスが、前記測定対象空間内に温度算出可能な所定濃度以上で供給されればよい。 In order to enable temperature measurement based on absorbance with sufficient sensitivity, the temperature measurement gas may be supplied into the measurement target space at a predetermined concentration or higher at which the temperature can be calculated.

例えばパージ中だけでなく、基板処理が行われている間も前記測定対象空間内の温度を測定できるようにするには、温度測定用ガスが、プロセスガスとともに前記測定対象空間内に供給されるものであればよい。 For example, in order to be able to measure the temperature in the measurement target space not only during purging but also while substrate processing is being performed, a temperature measurement gas is supplied into the measurement target space together with the process gas. It is fine as long as it is something.

前記測定対象空間内に温度測定用ガスが存在している状態においてのみ、前記測定対象空間内の温度が算出されるようにして、不正確な温度が算出されないようにするための具体的な構成例としては、前記測定対象空間内へ温度測定用ガスの供給するガス供給機構を制御して、温度測定可能状態を実現するガス制御部をさらに備え、前記レーザ射出機構が、温度測定用ガスの2つの吸収線に対応する第1波長と第2波長のレーザ光を前記測定対象空間内に射出するものであり、前記温度算出器が、前記レーザ検出機構の出力から第1波長と第2波長の吸光度比を算出する吸光度比算出部と、温度測定用ガスについて、前記第1波長と前記第2波長の吸光度比及び温度の間の関係である温度特性を記憶する温度特性記憶部と、算出された吸光度比と、前記温度特性に基づいて前記測定対象空間内の温度を出力する温度出力部と、を具備し、前記温度算出器が、前記温度測定可能状態における前記レーザ検出機構の出力に基づいて、前記測定対象空間内の温度を算出するように構成されたものが挙げられる。 A specific configuration for preventing inaccurate temperature calculation by calculating the temperature in the measurement target space only when a temperature measurement gas is present in the measurement target space. As an example, the gas control unit may further include a gas control unit that controls a gas supply mechanism that supplies temperature measurement gas into the measurement target space to realize a state in which temperature measurement is possible; Laser light having a first wavelength and a second wavelength corresponding to two absorption lines is emitted into the measurement target space, and the temperature calculator detects the first wavelength and the second wavelength from the output of the laser detection mechanism. an absorbance ratio calculation unit that calculates an absorbance ratio of the temperature measuring gas; a temperature characteristic storage unit that stores a temperature characteristic that is a relationship between the absorbance ratio of the first wavelength and the second wavelength and the temperature of the temperature measurement gas; and a temperature output unit that outputs the temperature in the measurement target space based on the absorbance ratio and the temperature characteristic, and the temperature calculator outputs the temperature in the measurement target space based on the temperature measurement possible state. An example is one configured to calculate the temperature in the measurement target space based on the measurement target space.

既存の温度測定装置においてプログラムを更新することにより、本発明に係る温度測定装置とほぼ同様の効果を享受できるようにするには、プロセスガスとは別種のガスである温度測定用ガスの吸収線を含む波長のレーザ光をプロセスガスが供給されるチャンバ内、又は、プロセスガスが流される流路内を測定対象空間に射出するレーザ射出機構と、前記測定空間内を通過したレーザ光を検出するレーザ検出機構と、を備え、前記測定対象空間内の温度を測定する温度測定装置に用いられるプログラムあって、プロセスガスとは別種のガスである温度測定用ガスを前記測定対象空間内に供給するガス供給機構を制御して、温度測定可能状態を実現するガス制御部と、前記温度測定可能状態における前記レーザ検出機構の出力から算出される吸光度に基づいて、前記測定対象空間内の温度を算出する温度算出器と、しての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする温度測定装置用プログラムを用いればよい。 In order to be able to enjoy almost the same effect as the temperature measuring device according to the present invention by updating the program in an existing temperature measuring device, it is necessary to update the absorption line of the temperature measuring gas, which is a different type of gas from the process gas. a laser emitting mechanism that emits a laser beam having a wavelength including a wavelength within a chamber to which a process gas is supplied or a flow path through which the process gas flows into a measurement target space; and a laser beam that has passed through the measurement space is detected. A program for use in a temperature measurement device that measures the temperature in the measurement target space, the program comprising: a laser detection mechanism; A gas control unit that controls a gas supply mechanism to achieve a temperature measurable state, and a temperature in the measurement target space based on the absorbance calculated from the output of the laser detection mechanism in the temperature measurable state. What is necessary is to use a temperature calculator and a program for a temperature measuring device, which is characterized by causing a computer to perform the functions of the temperature calculator.

なお、温度測定装置用プログラムは電子的に配信されるものであってもよいし、CD、DVD、HDD、フラッシュメモリ等の記録媒体に記録されたものであってもよい。 Note that the temperature measuring device program may be distributed electronically, or may be recorded on a recording medium such as a CD, DVD, HDD, or flash memory.

このように本発明に係る温度測定装置によれば、プロセスガスとは別種の炭化水素を含むガスである温度測定用ガスを測定対象空間内に供給し、温度測定用ガスの吸光度に基づいて温度を算出するように構成されているので、プロセスガスの温度特性が不明であっても、実験等により温度特性のデータベースを事前に用意せずに、温度を算出できる。また、温度測定用ガスの濃度についても温度測定に適した値に調整しやすいので、例えば温度変化に対する吸光度の感度を高くし、正確な温度測定を実現できる。 As described above, according to the temperature measuring device according to the present invention, the temperature measuring gas, which is a gas containing a different type of hydrocarbon than the process gas, is supplied into the measurement target space, and the temperature is determined based on the absorbance of the temperature measuring gas. Therefore, even if the temperature characteristics of the process gas are unknown, the temperature can be calculated without preparing a database of temperature characteristics in advance through experiments or the like. Furthermore, since the concentration of the temperature measurement gas can be easily adjusted to a value suitable for temperature measurement, for example, the sensitivity of absorbance to temperature changes can be increased and accurate temperature measurement can be achieved.

本発明の第1実施形態に係る温度測定装置を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing a temperature measuring device according to a first embodiment of the present invention. 第1実施形態に係る温度測定装置の機能ブロック図。FIG. 1 is a functional block diagram of a temperature measuring device according to a first embodiment. 本発明の第2実施形態に係る温度測定装置、及び、基板処理システムを示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a temperature measuring device and a substrate processing system according to a second embodiment of the present invention. に係る温度測定装置のレーザ射出機構及びレーザ検出機構の構成を示す模式的斜視図。FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of a laser emitting mechanism and a laser detection mechanism of the temperature measuring device. 同実施形態に係る温度測定装置のチャンバ周辺の構造を示す模式的断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure around the chamber of the temperature measuring device according to the embodiment. 同実施形態に係る温度測定装置の機能ブロック図。FIG. 3 is a functional block diagram of the temperature measuring device according to the embodiment. 本発明の第2実施形態に係る温度測定装置の変形例。A modification of the temperature measuring device according to the second embodiment of the present invention.

200・・・基板処理システム
100・・・温度測定装置
10 ・・・チャンバ
20 ・・・レーザ射出機構
30 ・・・レーザ検出機構
40 ・・・制御装置
44 ・・・温度算出器
441・・・吸光度比算出部
442・・・温度特性記憶部
443・・・温度出力部
200...Substrate processing system 100...Temperature measurement device 10...Chamber 20...Laser injection mechanism 30...Laser detection mechanism 40...Control device 44...Temperature calculator 441... Absorbance ratio calculation unit 442...Temperature characteristic storage unit 443...Temperature output unit

以下に、本発明の第1実施形態に係る温度測定装置100について説明する。
第1実施形態の温度測定装置100は、半導体製造プロセスにおいて様々なチャンバ10内にプロセスガスを供給するための流路L又はチャンバ10内を測定対象空間として、その温度を吸光度に基づいて測定するものである。
Below, a temperature measuring device 100 according to a first embodiment of the present invention will be described.
The temperature measuring device 100 of the first embodiment takes a flow path L for supplying process gas into various chambers 10 or the inside of the chamber 10 as a measurement target space in a semiconductor manufacturing process, and measures the temperature based on absorbance. It is something.

図1に示すように、温度測定装置100は、チャンバ10に対して接続され、少なくともプロセスガスが流される流路Lに対してレーザ光を射出するレーザ射出機構20と、流路Lを通過したレーザ光を検出するレーザ検出機構30と、レーザ検出機構30により検出されたレーザ光の光強度信号を取得する制御機構40と、を備えている。レーザ射出機構20から射出されたレーザ光は流路Lに設けられた透過窓を介してレーザ検出機構30へと到達するように構成されている。 As shown in FIG. 1, the temperature measuring device 100 includes a laser emitting mechanism 20 that is connected to the chamber 10 and that emits a laser beam to a flow path L through which at least a process gas is passed. It includes a laser detection mechanism 30 that detects laser light, and a control mechanism 40 that acquires a light intensity signal of the laser light detected by the laser detection mechanism 30. The laser beam emitted from the laser emitting mechanism 20 is configured to reach the laser detecting mechanism 30 via a transmission window provided in the flow path L.

チャンバ10内では例えばエッチングプロセスが実施される。シリコンのエッチングが実施される場合には、プロセスガスとしてSF、HBr、及び、CF等の炭化フッ素系ガスが流路Lを介してチャンバ10内に供給される。For example, an etching process is performed within the chamber 10 . When etching silicon, a fluorine carbide gas such as SF 6 , HBr, and CF 4 is supplied into the chamber 10 through the flow path L as a process gas.

さらに、第1実施形態ではプロセスガスとは別種のガスである例えばCH(メタン)も温度測定用ガスとして単独又はプロセスガスと混合された状態で流路Lに流される。ここで、温度測定用ガスはチャンバCHにおいて行われる各種プロセスに影響を与えないガスである。なお、流路Lの上流側に設けられたガス供給機構GSによってプロセスガス又は温度測定用ガスの流路Lへの供給が制御される。そして、第1実施形態では、制御機構40はCHの吸光度に基づいて測定対象空間内の温度を算出するように構成されている。また、温度測定用ガスが測定対象空間である流路L内に単独で流される場合には、この温度測定用ガスの吸光度に基づく温度測定が温度測定装置100によって行われた後、流路L及びチャンバCHから温度測定用ガスが排気された後にガス供給機構GSによってプロセスガスが流路L及びチャンバCH供給される。なお、温度測定用ガスはメタンに限られるものではなく、C2H6、C3H8等のアルカンやその他の炭化水素系ガスであっても構わない。また、温度測定用ガスは近赤外領域に吸収波長帯を有するものであればよく、例えば酸素(O2)であってもよい。Furthermore, in the first embodiment, a gas different from the process gas, such as CH 4 (methane), is also flowed into the flow path L as a temperature measurement gas, either alone or in a mixed state with the process gas. Here, the temperature measurement gas is a gas that does not affect various processes performed in the chamber CH. Note that the supply of the process gas or the temperature measurement gas to the flow path L is controlled by the gas supply mechanism GS provided on the upstream side of the flow path L. In the first embodiment, the control mechanism 40 is configured to calculate the temperature in the measurement target space based on the absorbance of CH 4 . In addition, when the temperature measurement gas is flowed alone into the flow path L, which is the measurement target space, the temperature measurement device 100 performs temperature measurement based on the absorbance of the temperature measurement gas, and then the flow path L After the temperature measurement gas is exhausted from the chamber CH, a process gas is supplied to the flow path L and the chamber CH by the gas supply mechanism GS. Note that the temperature measuring gas is not limited to methane, and may be alkanes such as C 2 H 6 or C 3 H 8 or other hydrocarbon gases. Further, the temperature measuring gas may be any gas having an absorption wavelength band in the near-infrared region, and may be, for example, oxygen (O 2 ).

すなわち、レーザ射出機構20は、温度測定用ガスの異なる2つの吸収ピークに対応する波長のレーザ光を射出し、レーザ検出機構30はそれぞれ波長での光強度信号を出力する。また、温度測定用ガスはチャンバ10においてプロセスの対象となる基板又は基板上に成膜された膜に対してプロセス中においても反応しない、あるいは、プロセスガスによる作用と比較して実質的に無視できるものが選定される。さらに温度測定用ガスは、その温度特性が少なくとも2つの吸収ピークにおいて既知のものが使用される。 That is, the laser emitting mechanism 20 emits laser beams with wavelengths corresponding to two different absorption peaks of the temperature measuring gas, and the laser detecting mechanism 30 outputs light intensity signals at the respective wavelengths. Furthermore, the temperature measurement gas does not react with the substrate to be processed or the film formed on the substrate during the process in the chamber 10, or is substantially negligible compared to the effect of the process gas. things are selected. Furthermore, the temperature measuring gas used is one whose temperature characteristics are known in terms of at least two absorption peaks.

より具体的には、制御機構40は、物理的にはCPU、内部メモリ、入出力インターフェース、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ等を備えた専用乃至汎用のコンピュータであり、前記内部メモリに格納された温度測定装置用プログラムに基づいて、CPU及びその他の構成要素が協働することによって、図2に示すように、ガス制御部41、レーザ制御部42、光強度信号取得部43、温度算出器44などの機能を発揮するように構成されたものである。 More specifically, the control mechanism 40 is physically a dedicated or general-purpose computer equipped with a CPU, an internal memory, an input/output interface, an A/D converter, a D/A converter, etc. As shown in FIG. 2, the CPU and other components work together based on the program for the temperature measuring device, and as shown in FIG. It is configured to perform the functions of the container 44 and the like.

ガス制御部41は、ガス供給機構GSを制御して流路L内に温度測定用ガスであるメタンガスを供給し、メタンガスの濃度が所定濃度以上の温度測定可能状態を実現する。例えばチャンバ10に対してプロセスガスが供給される前にガス制御部41は、ガス供給機構GSを制御して、メタンガスのみを流路L内に供給させる。ここで、メタンガスの濃度は、所定の濃度以上であって、第1波長と第2波長における吸光度比が温度変化に対して十分な感度を有する濃度値に設定される。ここで所定の濃度とは、例えば検出される吸光度が10-4程度もしくは10-4以上となるような値である。The gas control unit 41 controls the gas supply mechanism GS to supply methane gas, which is a temperature measurement gas, into the flow path L, and realizes a state in which temperature measurement is possible in which the concentration of methane gas is equal to or higher than a predetermined concentration. For example, before the process gas is supplied to the chamber 10, the gas control unit 41 controls the gas supply mechanism GS to supply only methane gas into the flow path L. Here, the concentration of methane gas is set to a concentration value that is equal to or higher than a predetermined concentration and has an absorbance ratio at the first wavelength and the second wavelength that is sufficiently sensitive to temperature changes. Here, the predetermined concentration is, for example, a value such that the detected absorbance is about 10 -4 or more than 10 -4 .

レーザ制御部42は、ガス制御部41の制御によってガス供給機構GSから温度測定用ガスが流路Lに供給されている状態においてレーザ射出機構20を制御する。具体的にはレーザ制御部42はレーザ射出機構20に印加される電流又は電圧を制御して、温度測定用ガスの吸収ピークに対応する第1波長と第2波長に対応するレーザ光をレーザ射出機構20から射出させる。 The laser control unit 42 controls the laser injection mechanism 20 in a state where the temperature measurement gas is supplied to the flow path L from the gas supply mechanism GS under the control of the gas control unit 41. Specifically, the laser control unit 42 controls the current or voltage applied to the laser emitting mechanism 20 to emit laser beams corresponding to a first wavelength and a second wavelength corresponding to the absorption peak of the temperature measuring gas. It is ejected from the mechanism 20.

光強度信号取得部43は、流路Lを通過したレーザ光をレーザ検出機構30が検出した場合の出力である光強度信号をその信号が示す光強度の値にデジタル化してコンピュータ内に取り込む。 The light intensity signal acquisition unit 43 digitizes a light intensity signal, which is an output when the laser detection mechanism 30 detects the laser light that has passed through the flow path L, into a light intensity value indicated by the signal, and imports it into the computer.

温度算出器44は、レーザ検出機構30の出力に基づいて、測定対象空間内の温度を算出する。すなわち、温度算出器44は温度測定用ガスであるメタンガスにおいて生じる第1波長と第2波長での吸光度比から対応する温度を算出する。ここで、温度算出器44による第1波長と第2波長の吸光度比に基づく温度算出アルゴリズムについては、例えば非特許文献1に記載されている既知のものである。 The temperature calculator 44 calculates the temperature within the measurement target space based on the output of the laser detection mechanism 30. That is, the temperature calculator 44 calculates the corresponding temperature from the absorbance ratio at the first wavelength and the second wavelength generated in methane gas, which is the temperature measurement gas. Here, the temperature calculation algorithm based on the absorbance ratio of the first wavelength and the second wavelength by the temperature calculator 44 is a known algorithm described in, for example, Non-Patent Document 1.

より具体的には、温度算出器44は、吸光度比算出部441、温度特性記憶部442、温度出力部443からなる。 More specifically, the temperature calculator 44 includes an absorbance ratio calculation section 441, a temperature characteristic storage section 442, and a temperature output section 443.

吸光度比算出部441は、レーザ検出機構30から得られた第1波長と第2波長の光強度信号から吸光度比を算出する。 The absorbance ratio calculation unit 441 calculates the absorbance ratio from the light intensity signals of the first wavelength and the second wavelength obtained from the laser detection mechanism 30.

温度特性記憶部442は、温度測定用ガスについて、第1波長と第2波長の吸光度比及び温度の間の関係である温度特性を記憶する。この温度特性は、予め実験により作成されたデータベースとして記憶されている。ここで第1波長の吸光度は温度と濃度に依存する値であり、第2波長は温度に対しては依存しておらず、濃度に対してのみ依存する値である。したがって、第2波長の吸光度の絶対値からは温度測定用ガスの濃度を算出することができる。また、第1波長と第2波長の吸光度比は濃度が一定に保たれていることを前提とすれば、温度に対して固有の対応関係を有するので、温度を算出できる。 The temperature characteristic storage unit 442 stores the temperature characteristic, which is the relationship between the absorbance ratio of the first wavelength and the second wavelength and the temperature, for the temperature measurement gas. This temperature characteristic is stored in advance as a database created through experiments. Here, the absorbance at the first wavelength is a value that depends on temperature and concentration, and the second wavelength is a value that does not depend on temperature but only on concentration. Therefore, the concentration of the temperature measurement gas can be calculated from the absolute value of the absorbance at the second wavelength. Moreover, the absorbance ratio of the first wavelength and the second wavelength has a unique correspondence with temperature, so that the temperature can be calculated, assuming that the concentration is kept constant.

温度出力部443は、算出された第1波長と第2波長の吸光度比で、前述した温度関係を参照し、対応する温度を出力する。 The temperature output unit 443 refers to the above-described temperature relationship using the calculated absorbance ratio of the first wavelength and the second wavelength, and outputs the corresponding temperature.

このように構成された第1実施形態の温度測定装置によれば、プロセスガスとは別の温度測定用ガスの吸光度比に基づいて、測定対象空間の温度を測定するので、例えば使用されているプロセスガスにおいて温度を算出しやすい吸収波長ピークが少なくとも2つ存在していない場合でも、容易に温度測定を行うことができる。 According to the temperature measurement device of the first embodiment configured in this way, the temperature of the measurement target space is measured based on the absorbance ratio of the temperature measurement gas different from the process gas. Even if there are no at least two absorption wavelength peaks from which the temperature can be easily calculated in the process gas, the temperature can be easily measured.

また、温度測定用ガスの温度特性については既知のものであるので、温度測定を行う前の準備として温度特性のデータベースを作成する必要がない。したがって、プロセスガスが例示したような既知の組成のものではなく、特性が未知のプロセスガスであっても測定対象空間の温度を吸光度に基づいて測定することが可能となる。 Further, since the temperature characteristics of the temperature measurement gas are known, there is no need to create a database of temperature characteristics as a preparation before temperature measurement. Therefore, even if the process gas does not have a known composition as exemplified, but has unknown characteristics, it is possible to measure the temperature of the measurement target space based on the absorbance.

以下に、本発明の第2実施形態に係る温度測定装置100、及び、基板処理システム200について、図3乃至図6を参照して説明する。 Below, a temperature measuring device 100 and a substrate processing system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6.

本実施形態の基板処理システム200は、半導体製造プロセスに用いられるものであり、シリコンウエハ等の基板に対して成膜やエッチング等の基板処理が行われる。この基板処理システム200は、チャンバ10と、チャンバ10内に各種ガスを供給するガス供給機構GSと、チャンバ10内のガスを外部へ排出するガス排出機構と、チャンバ10内を測定対象空間としてその温度を測定する温度測定装置100を少なくとも備える。 The substrate processing system 200 of this embodiment is used in a semiconductor manufacturing process, and performs substrate processing such as film formation and etching on a substrate such as a silicon wafer. This substrate processing system 200 includes a chamber 10, a gas supply mechanism GS that supplies various gases into the chamber 10, a gas exhaust mechanism that exhausts the gas inside the chamber 10 to the outside, and a gas exhaust mechanism that uses the inside of the chamber 10 as a measurement target space. It includes at least a temperature measuring device 100 that measures temperature.

具体的に図3に示すように、基板(不図示)を収容するチャンバ10にはプロセスガスを供給するプロセスガス供給路L1と、チャンバ10に供給されたプロセスガスを排出するプロセスガス排出路L2とが接続されている。なお、第2実施形態ではチャンバ10内のシリコン基板をエッチングするために、プロセスガスとしてはSFがチャンバ10内へと供給される。Specifically, as shown in FIG. 3, the chamber 10 that accommodates a substrate (not shown) has a process gas supply path L1 that supplies process gas, and a process gas discharge path L2 that discharges the process gas supplied to the chamber 10. are connected. Note that in the second embodiment, SF 6 is supplied into the chamber 10 as a process gas in order to etch the silicon substrate inside the chamber 10.

チャンバ10は、基板を収容する内部空間Sが形成されたものであり、この内部空間Sには基板を加熱するためのヒータHが設けられている。そして、ヒータHによって基板を加熱するとともに、チャンバ10にプロセスガスを供給しながら、該チャンバ10の内部空間Sにプラズマを発生させることで、上述した基板処理が行われる。 The chamber 10 is formed with an internal space S for accommodating a substrate, and this internal space S is provided with a heater H for heating the substrate. Then, the substrate processing described above is performed by heating the substrate with the heater H and generating plasma in the internal space S of the chamber 10 while supplying process gas to the chamber 10.

このチャンバ10には、プロセスガスが供給される複数の供給ポートP1と、内部空間Sに供給されたプロセスガスを排出する排出ポートP2とが形成されている。 The chamber 10 is formed with a plurality of supply ports P1 through which process gas is supplied and an exhaust port P2 through which the process gas supplied to the internal space S is discharged.

プロセスガス供給路L1は、一端が上述した供給ポートP1に接続されるとともに、他端がプロセスガスのガス源Z1に接続されている。ここでは、複数の供給ポートP1それぞれにプロセスガス供給路L1が接続されており、これら複数のプロセスガス供給路L1は、互いに並列に設けられている。これにより、各プロセスガス供給路L1を流れるプロセスガスの流量等を独立して制御することができる。 The process gas supply path L1 has one end connected to the above-mentioned supply port P1, and the other end connected to the process gas source Z1. Here, a process gas supply path L1 is connected to each of the plurality of supply ports P1, and these plurality of process gas supply paths L1 are provided in parallel with each other. Thereby, the flow rate and the like of the process gas flowing through each process gas supply path L1 can be independently controlled.

各プロセスガス供給路L1には、複数の流体機器かならなるガス供給機構GSの一部が設けられている。具体的にガス供給機構GSは、各プロセスガス供給路L1に設けられた1又は複数の開閉弁V1と、プロセスガスの流量や圧力等の物理量を制御する第1流体制御機器MFC1と、を備えている。ここでの第1流体制御機器MFC1は、プロセスガス供給路L1に流れるプロセスガスの流量を制御する差圧式又は熱式のマスフローコントローラであり、プロセスガス供給路L1に流れる実流量を算出し、その実流量が予め入力された目標流量に近づくように、流体制御弁(不図示)を制御するものである。 Each process gas supply path L1 is provided with a part of a gas supply mechanism GS made up of a plurality of fluid devices. Specifically, the gas supply mechanism GS includes one or more on-off valves V1 provided in each process gas supply path L1, and a first fluid control device MFC1 that controls physical quantities such as the flow rate and pressure of the process gas. ing. The first fluid control device MFC1 here is a differential pressure type or thermal type mass flow controller that controls the flow rate of the process gas flowing into the process gas supply path L1, calculates the actual flow rate flowing into the process gas supply path L1, and calculates the actual flow rate flowing into the process gas supply path L1. A fluid control valve (not shown) is controlled so that the flow rate approaches a target flow rate input in advance.

また、各プロセスガス供給路L1には、プロセスガスとは別種のメタンガス等の温度測定用ガスが流れる温度測定用ガス供給路L3が接続されており、これら複数の温度測定用ガス供給路L3は、互いに並列に設けられている。これにより、各温度測定用ガス供給路L3を流れる温度測定用ガスの流量等を独立して制御することができる。第2実施形態ではメタンガスの吸収線に対応する波長のレーザ光をチャンバ10内に導入し、その吸光度が測定される。 Further, each process gas supply path L1 is connected to a temperature measurement gas supply path L3 through which a temperature measurement gas such as methane gas, which is different from the process gas, flows. , are provided in parallel with each other. Thereby, the flow rate and the like of the temperature measuring gas flowing through each temperature measuring gas supply path L3 can be independently controlled. In the second embodiment, a laser beam having a wavelength corresponding to the absorption line of methane gas is introduced into the chamber 10, and its absorbance is measured.

各温度測定用ガス供給路L3は、一端がプロセスガス供給路L1に接続されるとともに、他端が温度測定用ガスのガス源Z2に接続されている。また、各温度測定用ガス供給路L3上にはガス供給機構GSの一部が設けられている。具体的にガス供給機構GSは、各温度測定用ガス供給路L3上に設けられた、1又は複数の開閉弁V2と、温度測定用ガスの流量や圧力等の物理量を制御する第2流体制御機器MFC2と、をさらに備えている。ここでの第2流体制御機器MFC2は、上述した第1流体制御機器MFC1と同様、温度測定用ガスの流量を制御する差圧式又は熱式のマスフローコントローラである。 Each temperature measurement gas supply path L3 has one end connected to the process gas supply path L1, and the other end connected to a gas source Z2 of the temperature measurement gas. Moreover, a part of the gas supply mechanism GS is provided on each temperature measurement gas supply path L3. Specifically, the gas supply mechanism GS includes one or more on-off valves V2 provided on each temperature measurement gas supply path L3, and a second fluid control that controls physical quantities such as the flow rate and pressure of the temperature measurement gas. The device further includes a device MFC2. The second fluid control device MFC2 here is, like the first fluid control device MFC1 described above, a differential pressure type or thermal type mass flow controller that controls the flow rate of the temperature measuring gas.

また、各プロセスガス供給路L1には、プロセスガスとは別種のメタンガス等の温度測定用ガスが流れる温度測定用ガス供給路L3が接続されており、これら複数の温度測定用ガス供給路L3は、互いに並列に設けられている。これにより、各温度測定用ガス供給路L3を流れる温度測定用ガスの流量等を独立して制御することができる。第2実施形態ではメタンガスの吸収線に対応する波長のレーザ光をチャンバ10内に導入し、その吸光度が測定される。 Further, each process gas supply path L1 is connected to a temperature measurement gas supply path L3 through which a temperature measurement gas such as methane gas, which is different from the process gas, flows. , are provided in parallel with each other. Thereby, the flow rate and the like of the temperature measuring gas flowing through each temperature measuring gas supply path L3 can be independently controlled. In the second embodiment, a laser beam having a wavelength corresponding to the absorption line of methane gas is introduced into the chamber 10, and its absorbance is measured.

各温度測定用ガス供給路L3は、一端がプロセスガス供給路L1に接続されるとともに、他端が温度測定用ガスのガス源Z2に接続されている。また、各温度測定用ガス供給路L3上にはガス供給機構GSの一部が設けられている。具体的にガス供給機構GSは、各温度測定用ガス供給路L3上に設けられた、1又は複数の開閉弁V2と、温度測定用ガスの流量や圧力等の物理量を制御する第2流体制御機器MFC2と、をさらに備えている。ここでの第2流体制御機器MFC2は、上述した第1流体制御機器MFC1と同様、温度測定用ガスの流量を制御する差圧式又は熱式のマスフローコントローラである。 Each temperature measurement gas supply path L3 has one end connected to the process gas supply path L1, and the other end connected to a gas source Z2 of the temperature measurement gas. Moreover, a part of the gas supply mechanism GS is provided on each temperature measurement gas supply path L3. Specifically, the gas supply mechanism GS includes one or more on-off valves V2 provided on each temperature measurement gas supply path L3, and a second fluid control that controls physical quantities such as the flow rate and pressure of the temperature measurement gas. The device further includes a device MFC2. The second fluid control device MFC2 here is, like the first fluid control device MFC1 described above, a differential pressure type or thermal type mass flow controller that controls the flow rate of the temperature measuring gas.

さらに、各材料ガス供給路L1には、プロセスガスを希釈する例えば窒素ガス等の希釈ガスが流れる希釈ガス供給路L4が接続されており、これら複数の希釈ガス供給路L4は、互いに並列に設けられている。これにより、各希釈ガス供給路L4を流れる希釈ガスの流量等を独立して制御することができる。 Further, each material gas supply path L1 is connected to a dilution gas supply path L4 through which a diluent gas such as nitrogen gas for diluting the process gas flows, and these plurality of dilution gas supply paths L4 are provided in parallel with each other. It is being Thereby, the flow rate and the like of the diluent gas flowing through each diluent gas supply path L4 can be independently controlled.

各希釈ガス供給路L4は、一端がプロセスガス供給路L1に接続されるとともに、他端が希釈ガスのガス源Z3に接続されており、1又は複数の開閉弁V3と、希釈ガスの流量や圧力等の物理量を制御する第3流体制御機器MFC3とが設けられている。ここでの第2流体制御機器MFC3は、上述した第1流体制御機器MFC1と同様、希釈ガスの流量を制御する差圧式又は熱式のマスフローコントローラである。 Each diluent gas supply path L4 has one end connected to the process gas supply path L1 and the other end connected to a dilution gas source Z3, and has one or more on-off valves V3 and a dilution gas flow rate and A third fluid control device MFC3 that controls physical quantities such as pressure is provided. The second fluid control device MFC3 here is, like the first fluid control device MFC1 described above, a differential pressure type or thermal type mass flow controller that controls the flow rate of the diluent gas.

プロセスガス排出路L2は、一端が上述した排出ポートP2に接続されており、他端がチャンバ10の外部に位置する例えば吸引ポンプPに接続されている。このプロセスガス排出路L2には、ガス排出機構を構成する調圧弁等の調圧手段V4や開閉弁V5が設けられている。 The process gas discharge path L2 has one end connected to the above-mentioned discharge port P2, and the other end connected to, for example, a suction pump P located outside the chamber 10. This process gas discharge path L2 is provided with a pressure regulating means V4 such as a pressure regulating valve and an on-off valve V5 which constitute a gas discharge mechanism.

そして、本実施形態の温度測定装置100は、図4に示すように、チャンバ10内を横断するようにチャンバ10内にレーザ光を射出するレーザ射出機構20と、チャンバ10内を通過した各レーザ光を検出するレーザ検出機構30と、レーザ検出機構30により検出された各レーザ光の光強度信号を取得して、各種機器の動作を制御する制御機構40とをさらに具備している。ここで、チャンバ10、レーザ射出機構20、レーザ検出機構30に関する構成については、例えば非特許文献2に記載されている公知のものである。 As shown in FIG. 4, the temperature measuring device 100 of this embodiment includes a laser emitting mechanism 20 that emits a laser beam into the chamber 10 so as to cross the inside of the chamber 10, and each laser beam that passes through the chamber 10. The apparatus further includes a laser detection mechanism 30 that detects light, and a control mechanism 40 that acquires light intensity signals of each laser beam detected by the laser detection mechanism 30 and controls operations of various devices. Here, the configurations of the chamber 10, the laser emitting mechanism 20, and the laser detection mechanism 30 are known, for example, as described in Non-Patent Document 2.

まず、チャンバ10をより詳細について説明すると、本実施形態のチャンバ10は、図5に示すように、上述した内部空間Sを有するチャンバ本体11と、内部空間Sを上方から覆う上側蓋部材12と、上側蓋部材12の下方に設けられて多数の小孔h1が形成された多孔部材13と、多孔部材13の下方に設けられて内部空間Sを下方から覆う下側蓋部材14とを有している。 First, the chamber 10 will be described in more detail. As shown in FIG. 5, the chamber 10 of this embodiment includes a chamber main body 11 having the internal space S described above, and an upper lid member 12 that covers the internal space S from above. , a porous member 13 provided below the upper lid member 12 and having a large number of small holes h1 formed therein, and a lower lid member 14 provided below the porous member 13 to cover the internal space S from below. ing.

チャンバ本体11は、例えば回転体形状の内部空間Sを形成する内周面と、レーザ光を透過させる入射窓W1及び射出窓W2が形成された外周面とを有している。また、チャンバ本体11の底壁には、上述した排出ポートP2が1つ形成されている。なお、排出ポートP2の数や配置は適宜変更して構わない。 The chamber body 11 has, for example, an inner circumferential surface forming an internal space S in the shape of a rotating body, and an outer circumferential surface in which an entrance window W1 and an exit window W2 through which laser light is transmitted are formed. Further, the bottom wall of the chamber body 11 is formed with one discharge port P2 mentioned above. Note that the number and arrangement of the discharge ports P2 may be changed as appropriate.

本実施形態のチャンバ本体11は、外周面が多角形状をなしており、外周面のうちの互いに対向する一対の辺部の一方に入射窓W1が形成され、他方に射出窓W2が形成されている。ここでの外周面は八角形であり、図4に示すようにある1つの辺部に入射窓W1が形成され、当該入射窓W1に対向する辺部に射出窓W2が形成されている。 The chamber body 11 of this embodiment has a polygonal outer peripheral surface, and an entrance window W1 is formed on one side of a pair of opposing sides of the outer peripheral surface, and an exit window W2 is formed on the other side. There is. The outer peripheral surface here is octagonal, and as shown in FIG. 4, an entrance window W1 is formed on one side, and an exit window W2 is formed on the side opposite to the entrance window W1.

さらにチャンバ本体11には、内周面と外周面とを貫通する1本のレーザ光路Xが形成されている。このレーザ光路Xは、内部空間Sの中心軸Cに直交する平面に沿って、言い換えれば内部空間Sに収容された基板に沿って形成されている。 Furthermore, one laser optical path X is formed in the chamber body 11, passing through the inner circumferential surface and the outer circumferential surface. This laser optical path X is formed along a plane perpendicular to the central axis C of the internal space S, in other words, along the substrate accommodated in the internal space S.

上側蓋部材12は、チャンバ10の上壁を構成しており、上述した複数の供給ポートP1が形成された例えば円形平板状のものである。複数の供給ポートP1は、例えば上面視円周上に等間隔に配置されており、ここでは4つの供給ポートP1が内部空間Sの中心軸C周りに等間隔に配置されている。なお、供給ポートP1の数や配置は適宜変更して構わない。 The upper lid member 12 constitutes the upper wall of the chamber 10, and has, for example, a circular flat plate shape in which the plurality of supply ports P1 described above are formed. The plurality of supply ports P1 are arranged, for example, at equal intervals on the circumference in a top view, and here, the four supply ports P1 are arranged at equal intervals around the central axis C of the internal space S. Note that the number and arrangement of the supply ports P1 may be changed as appropriate.

多孔部材13は、上側蓋部材12の下方に隙間を隔てて配置されたものである。これにより、内部空間Sは多孔部材13よりも上方の上部空間S1と、多孔部材13よりも下方の下部空間S2とに仕切られている。この多孔部材13には、厚み方向に貫通する多数の小孔h1が形成されており、供給ポートP1から上部空間S1に供給されたプロセスガスが、これら多数の小孔h1に分散しながら下部空間S2の全体に行き渡るようにしてある。 The porous member 13 is arranged below the upper lid member 12 with a gap in between. Thereby, the internal space S is partitioned into an upper space S1 above the porous member 13 and a lower space S2 below the porous member 13. A large number of small holes h1 penetrating in the thickness direction are formed in this porous member 13, and the process gas supplied from the supply port P1 to the upper space S1 is distributed to the lower space h1 while being dispersed in the lower space. It is made to spread throughout S2.

下側蓋部材14は、内部空間Sに供給されたプロセスガスを排出ポートP2に導く複数の貫通孔h2が形成されており、ここでは基板(不図示)が載置される基板保持部材としても用いられる。この下側蓋部材14は、例えば上述した供給ポートP1に対応する位置に複数の貫通孔h2が形成された例えば円形平板状のものである。また、この下側蓋部材の下面には、例えばカートリッジヒータ等のヒータHが複数設けられている。 The lower lid member 14 is formed with a plurality of through holes h2 that guide the process gas supplied to the internal space S to the exhaust port P2, and here also serves as a substrate holding member on which a substrate (not shown) is placed. used. The lower lid member 14 is, for example, in the shape of a circular flat plate in which a plurality of through holes h2 are formed at positions corresponding to, for example, the above-mentioned supply ports P1. Further, a plurality of heaters H such as cartridge heaters are provided on the lower surface of the lower lid member.

次に、温度測定装置100を構成するレーザ射出機構20、レーザ検出機構30、及び制御機構40について説明する。 Next, the laser injection mechanism 20, laser detection mechanism 30, and control mechanism 40 that constitute the temperature measuring device 100 will be explained.

レーザ射出機構20は、図4に示すように、チャンバ10の周壁に形成された入射窓W1に向かってレーザ光を射出するものである。具体的にこのレーザ射出機構20は、例えば半導体レーザ等のレーザ光源21を備え、レーザ光源21から射出されたレーザ光をファイバにより導光し、入射窓W1に対して対向するように配置された射出端部23から射出する。また、レーザ光源21は、温度測定用ガスであるメタンガスの赤外吸収線の異なる2つに対応する第1波長と第2波長のレーザを射出するように構成されている。レーザ光源21は、例えば2種類の半導体レーザからなるものであってもよいし、印加される電圧を変化させることで射出されるレーザ光の波長を変更可能にしたものであってもよい。ここで、第1波長、及び、第2波長は、温度測定用ガスの吸収線ではあるが、プロセスガスの吸収線ではないものが挙げられる。 The laser emitting mechanism 20, as shown in FIG. 4, emits a laser beam toward an entrance window W1 formed in the peripheral wall of the chamber 10. Specifically, this laser emitting mechanism 20 includes a laser light source 21 such as a semiconductor laser, guides the laser light emitted from the laser light source 21 through a fiber, and is arranged to face the entrance window W1. It is injected from the injection end 23. Further, the laser light source 21 is configured to emit laser beams having a first wavelength and a second wavelength corresponding to two different infrared absorption lines of methane gas, which is a temperature measurement gas. The laser light source 21 may be composed of, for example, two types of semiconductor lasers, or may be capable of changing the wavelength of the emitted laser light by changing the applied voltage. Here, the first wavelength and the second wavelength may be an absorption line of the temperature measuring gas but not an absorption line of the process gas.

レーザ検出機構30は、図4に示すように、チャンバ10内を通過し、チャンバ10の周壁に形成された射出窓W2から射出するレーザ光を検出するものである。具体的にこのレーザ検出機構30は、ファイバから射出されて内部空間Sを通過したレーザ光を検出するためのファイバの端部であるレーザ検出部31を有しており、レーザ検出部31は、内部空間Sを挟むようにファイバの射出端部23に対向配置されている。レーザ検出部31により検出されたレーザ光の強度を示す光強度信号は、アンプA等を介して上述した制御機構40に出力される。 The laser detection mechanism 30 detects laser light that passes through the chamber 10 and exits from an exit window W2 formed in the peripheral wall of the chamber 10, as shown in FIG. Specifically, this laser detection mechanism 30 has a laser detection section 31 which is an end of the fiber for detecting the laser light emitted from the fiber and passed through the internal space S, and the laser detection section 31 includes: They are arranged opposite to the exit end portion 23 of the fiber so as to sandwich the internal space S therebetween. A light intensity signal indicating the intensity of the laser light detected by the laser detection section 31 is outputted to the control mechanism 40 described above via the amplifier A and the like.

制御機構40は、物理的にはCPU、内部メモリ、入出力インターフェース、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ等を備えた専用乃至汎用のコンピュータであり、前記内部メモリに格納された温度測定装置100用プログラムに基づいて、CPU及びその他の構成要素が協働することによって、図6に示すように、ガス制御部41、レーザ制御部42、光強度信号取得部43、温度算出器44、ヒータ制御部45などの機能を発揮するように構成されたものである。 The control mechanism 40 is physically a dedicated or general-purpose computer equipped with a CPU, an internal memory, an input/output interface, an A/D converter, a D/A converter, etc., and the temperature measuring device 100 stored in the internal memory. As shown in FIG. 6, the CPU and other components cooperate based on the program for controlling the gas control unit 41, laser control unit 42, light intensity signal acquisition unit 43, temperature calculator 44, and heater control. It is configured to perform the functions of the section 45 and the like.

ガス制御部41は、ガス供給機構GSを制御してチャンバ10内に温度測定用ガスであるメタンガスを供給し、メタンガスの濃度が所定濃度以上の温度測定可能状態を実現する。例えばチャンバ10に対してプロセスガスが供給される前にガス制御部41は、ガス供給機構GSを制御して、メタンガスのみをチャンバ10内に供給させる。ここで、メタンガスの濃度は、所定の濃度以上であって、第1波長と第2波長における吸光度比が温度変化に対して十分な感度を有する濃度値に設定される。ここで所定の濃度とは、例えば検出される吸光度が10-4程度もしくは10-4以上となるような値である。The gas control unit 41 controls the gas supply mechanism GS to supply methane gas, which is a temperature measurement gas, into the chamber 10, and achieves a temperature measurement-enabled state in which the concentration of methane gas is equal to or higher than a predetermined concentration. For example, before the process gas is supplied to the chamber 10, the gas control unit 41 controls the gas supply mechanism GS to supply only methane gas into the chamber 10. Here, the concentration of methane gas is set to a concentration value that is equal to or higher than a predetermined concentration and has an absorbance ratio at the first wavelength and the second wavelength that is sufficiently sensitive to temperature changes. Here, the predetermined concentration is, for example, a value such that the detected absorbance is about 10 -4 or more than 10 -4 .

レーザ制御部42は、ガス制御部41によってチャンバ10内に温度測定用ガスであるメタンガスが所定の濃度以上となった後にレーザ射出機構からチャンバ10内へレーザ光を射出させる。 The laser control unit 42 causes the laser emission mechanism to emit a laser beam into the chamber 10 after the gas control unit 41 causes the concentration of methane gas, which is a temperature measurement gas, in the chamber 10 to reach a predetermined concentration or higher.

光強度信号取得部43は、チャンバ10内を通過したレーザ光をレーザ検出機構が検出した場合の出力である光強度信号をその信号が示す光強度の値にデジタル化してコンピュータ内に取り込む。 The light intensity signal acquisition unit 43 digitizes a light intensity signal, which is an output when the laser detection mechanism detects the laser light that has passed through the chamber 10, into a light intensity value indicated by the signal, and imports it into the computer.

温度算出器44は、レーザ検出機構30の出力に基づいて、前記測定対象空間内の温度を算出する。すなわち、温度算出器44は温度測定用ガスであるメタンガスにおいて生じる第1波長と第2波長での吸光度比から温度を算出する。ここで、温度算出器44により算出される温度は、チャンバ10内の平均温度である。 The temperature calculator 44 calculates the temperature within the measurement target space based on the output of the laser detection mechanism 30. That is, the temperature calculator 44 calculates the temperature from the absorbance ratio at the first wavelength and the second wavelength generated in methane gas, which is the temperature measurement gas. Here, the temperature calculated by the temperature calculator 44 is the average temperature within the chamber 10.

より具体的には、温度算出器44は、吸光度比算出部441、温度特性記憶部442、温度出力部443からなる。 More specifically, the temperature calculator 44 includes an absorbance ratio calculation section 441, a temperature characteristic storage section 442, and a temperature output section 443.

吸光度比算出部441は、レーザ検出機構30から得られた各光路の第1波長と第2波長の光強度信号のから、それぞれ吸光度比を算出する。 The absorbance ratio calculation unit 441 calculates the absorbance ratio from the light intensity signals of the first wavelength and the second wavelength of each optical path obtained from the laser detection mechanism 30.

温度特性記憶部442は、温度測定用ガスについて、第1波長と第2波長の吸光度比及び温度の間の関係である温度特性を記憶する。この温度特性は、予め実験により作成されたデータベースとして記憶されている。ここで第1波長の吸光度は温度と濃度に依存する値であり、第2波長は温度に対しては依存しておらず、濃度に対してのみ依存する値である。したがって、第2波長の吸光度の絶対値からは温度測定用ガスの濃度を算出することができる。また、第1波長と第2波長の吸光度比は濃度が一定に保たれていることを前提とすれば、温度に対して固有の対応関係を有するので、温度を算出できる。 The temperature characteristic storage unit 442 stores the temperature characteristic, which is the relationship between the absorbance ratio of the first wavelength and the second wavelength and the temperature, for the temperature measurement gas. This temperature characteristic is stored in advance as a database created through experiments. Here, the absorbance at the first wavelength is a value that depends on temperature and concentration, and the second wavelength is a value that does not depend on temperature but only on concentration. Therefore, the concentration of the temperature measurement gas can be calculated from the absolute value of the absorbance at the second wavelength. Moreover, the absorbance ratio of the first wavelength and the second wavelength has a unique correspondence with temperature, so that the temperature can be calculated, assuming that the concentration is kept constant.

温度出力部443は、算出された第1波長と第2波長の吸光度比で、前述した温度関係を参照し、対応する温度をチャンバ10の平均温度として出力する。 The temperature output unit 443 refers to the above-described temperature relationship using the calculated absorbance ratio of the first wavelength and the second wavelength, and outputs the corresponding temperature as the average temperature of the chamber 10.

ヒータ制御部45は、温度出力部443で算出された平均温度に基づいて基板上の温度が目標温度で均一となるように各ヒータHを制御する。 The heater control unit 45 controls each heater H based on the average temperature calculated by the temperature output unit 443 so that the temperature on the substrate becomes uniform at the target temperature.

このように構成された温度測定装置100によれば、プロセスガスではなく、温度測定用ガスの吸光度に基づいて測定対象空間であるチャンバ10内の温度を測定することができる。 According to the temperature measurement device 100 configured in this way, the temperature in the chamber 10, which is the measurement target space, can be measured based on the absorbance of the temperature measurement gas instead of the process gas.

また、温度測定用ガスは温度特性が既知で、かつ、温度測定に使用しやすい波長に赤外領域の吸収線を有しているものが選択されているので、吸光度に基づく温度測定を正確に実施しやすい。また、温度特性が既知であるので、予め実験等によって吸光度比と温度との間の関係を示すデータベースを作成する必要がない。 In addition, the temperature measurement gas is selected to have known temperature characteristics and an absorption line in the infrared region at a wavelength that is easy to use for temperature measurement, making it possible to accurately measure temperature based on absorbance. Easy to implement. Furthermore, since the temperature characteristics are known, there is no need to create a database showing the relationship between the absorbance ratio and temperature in advance through experiments or the like.

したがって、プロセスガスが仮に温度特性が未知のものであったとしても、測定前に手間をかけなくても正確な温度測定を実現することができる。 Therefore, even if the temperature characteristics of the process gas are unknown, accurate temperature measurement can be achieved without requiring any effort before measurement.

加えて、温度測定用ガスは例えばメタンガスを使用しているので、測定対象空間内における濃度を制御しやすく、吸光度に基づく温度測定に適した濃度にすることで、吸光度比に温度変化に対して十分な感度が現れるようにできる。 In addition, since the gas used for temperature measurement is, for example, methane gas, it is easy to control the concentration in the measurement target space, and by adjusting the concentration to the appropriate concentration for temperature measurement based on absorbance, the absorbance ratio can be adjusted against temperature changes. It can be made to exhibit sufficient sensitivity.

また、温度測定用ガスであるメタンガスは、赤外に吸収線を有しており、かつ、プロセスガスと反応しないのでチャンバ10内におけるシリコンエッチングにも実質的に影響を与えない。したがって、温度測定を行っても基板の品質に悪影響が出ることもない。 Furthermore, methane gas, which is a temperature measurement gas, has an absorption line in the infrared region and does not react with the process gas, so it does not substantially affect silicon etching in the chamber 10. Therefore, even if the temperature is measured, the quality of the substrate will not be adversely affected.

また、本実施形態では温度測定用ガスの吸光度によりチャンバCH内の温度を測定した後で、チャンバCH内から温度測定用ガスが排気した後にプロセスガスを測定対象空間内に供給することで、プロセス反応が特に低圧な場合に活用できる。すなわち、温度測定用ガスとプロセスガスをチャンバCH内に同時に導入する場合に比べてチャンバCH内を低圧状態で維持しやすい。 Furthermore, in this embodiment, after the temperature inside the chamber CH is measured based on the absorbance of the temperature measurement gas, the process gas is supplied into the measurement target space after the temperature measurement gas is exhausted from the chamber CH. It can be used when the reaction is performed at particularly low pressure. That is, it is easier to maintain the inside of the chamber CH in a low pressure state than when the temperature measurement gas and the process gas are introduced into the chamber CH at the same time.

次に第2実施形態の変形例について説明する。なお、この変形例におけるチャンバ10、レーザ射出機構20、レーザ検出機構30に関する構成については、例えば非特許文献2に記載されている公知のものである。温度測定装置100は、前述したシングルパスのレーザ光路Xを有するものに限られず、マルチパスのレーザ光路Xを有するものであってもよい。すなわち、図7に示すようにレーザ射出機構20はチャンバ10の周囲の複数箇所からレーザ光を射出し、レーザ検出機構30はそれぞれのレーザ光を検出するように構成してもよい。 Next, a modification of the second embodiment will be described. Note that the configurations of the chamber 10, laser injection mechanism 20, and laser detection mechanism 30 in this modification are known, for example, as described in Non-Patent Document 2. The temperature measuring device 100 is not limited to having the single-pass laser optical path X described above, but may have a multi-pass laser optical path X. That is, as shown in FIG. 7, the laser emitting mechanism 20 may be configured to emit laser beams from a plurality of locations around the chamber 10, and the laser detection mechanism 30 may be configured to detect each laser beam.

具体的には、チャンバ10の連続する半数(4つ)の辺部に入射窓W1が形成され、それ以外の連続する(4つ)の辺部に射出窓W2が形成されている。レーザ検出機構20は、レーザ光を各ファイバに分光するファイバスプリッタ22を具備し、各辺部に対してそれぞれ8本の平行なレーザ光を射出し、チャンバ10内において各辺部から入射したレーザ光が格子状に交差するように構成されている。 Specifically, the entrance windows W1 are formed on half (four) of the continuous sides of the chamber 10, and the exit windows W2 are formed on the other continuous (four) sides. The laser detection mechanism 20 includes a fiber splitter 22 that splits the laser beam into each fiber, and emits eight parallel laser beams to each side, and detects the laser beam incident from each side in the chamber 10. It is structured so that the light intersects in a grid pattern.

また、温度算出器44は各レーザ光路Xで検出される吸光度に基づいてチャンバ10内の2次元温度分布を算出する。また制御機構40は2次元温度分布に基づき、各ヒータHを個別に制御する。具体的には、制御機構40は2次元温度分布において目標温度よりも低い部分については対応するヒータHに印加する電圧を上昇させ、目標温度よりも高い部分については対応するヒータHに印加する電圧を低下させる。 Furthermore, the temperature calculator 44 calculates a two-dimensional temperature distribution within the chamber 10 based on the absorbance detected in each laser optical path X. Further, the control mechanism 40 individually controls each heater H based on the two-dimensional temperature distribution. Specifically, the control mechanism 40 increases the voltage applied to the corresponding heater H for portions of the two-dimensional temperature distribution that are lower than the target temperature, and increases the voltage applied to the corresponding heater H for portions that are higher than the target temperature. decrease.

その他の実施形態について説明する。 Other embodiments will be described.

前述した実施形態では、測定対象空間内に温度測定用ガスのみが存在する状態で測定される吸光度に基づいて温度を算出していたが、プロセスガスと温度測定用ガスが同時に存在する状態で測定される吸光度に基づいて温度を算出するようにしてもよい。このようなものであれば、例えばチャンバにおいて基板処理が行われている間もリアルタイムで温度の変化をモニタリングし、逐次ヒータのフィードバック制御を行うといったことができる。言い換えると、温度測定用ガスがプロセスガスとともに測定対象空間内に供給する場合においては、温度測定用ガスとプロセスガスを別々に測定対象空間内に供給する場合と比較して短時間、かつ、リアルタイムな温度計測が可能となるとともに、温度測定とともにプロセスガスによる反応を同時に実施する事が可能となる。 In the embodiment described above, the temperature was calculated based on the absorbance measured when only the temperature measurement gas was present in the measurement target space, but the temperature was calculated when the process gas and temperature measurement gas were present simultaneously. The temperature may be calculated based on the absorbance. With such a device, for example, changes in temperature can be monitored in real time even while substrate processing is being performed in the chamber, and feedback control of the heater can be performed sequentially. In other words, when the temperature measurement gas is supplied into the measurement target space together with the process gas, it takes a shorter time and in real time compared to when the temperature measurement gas and the process gas are supplied separately into the measurement target space. In addition to making it possible to measure temperature, it also becomes possible to simultaneously perform a reaction using a process gas along with temperature measurement.

測定対象空間についてはプロセスガスが供給されるチャンバ内に限られず、例えばプロセスガスが流れる流路であっても構わない。この場合、流路内にプロセスガスの代わりに温度測定用ガスを流し、レーザ光の吸光度を測定することで温度を測定することができる。 The measurement target space is not limited to the inside of the chamber to which the process gas is supplied, but may be, for example, a flow path through which the process gas flows. In this case, the temperature can be measured by flowing a temperature measuring gas instead of the process gas into the flow path and measuring the absorbance of the laser beam.

本発明は、前述した各実施形態のようにシリコンのエッチングプロセスのみに適用されるものではなく、その他のプロセスであっても適用可能である。例えば、プロセスは、アルミやIII-V族半導体のエッチングや、CVDプロセス等様々な基板処理のためのプロセスであってもよい。 The present invention is not applicable only to the silicon etching process as in each of the embodiments described above, but is also applicable to other processes. For example, the process may be a process for various substrate treatments such as aluminum or III-V semiconductor etching, or a CVD process.

シリコンのエッチングプロセスに用いられるプロセスガスは、SF、HBr、CF4、ハロゲン化合物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含むガスである。また、アルミやIII-V族半導体のエッチングプロセスの場合には、プロセスガスはCl、BCl、SiCl、CHClからなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含むガスである。温度測定用ガスとしてはこれらとは別種のガスを使用すればよい。The process gas used in the silicon etching process is a gas containing at least one compound selected from the group consisting of SF 6 , HBr, CF 4 , and a halogen compound. Furthermore, in the case of an etching process for aluminum or III-V group semiconductors, the process gas is a gas containing at least one compound selected from the group consisting of Cl 2 , BCl 2 , SiCl 4 , and CHCl 3 . A different type of gas may be used as the temperature measuring gas.

また、MOCVDプロセスでは、プロセスガスとしてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム等の有機金属材料が用いられ、温度測定用ガスとしてこれらとは別種のガスを使用すればよい。いずれの場合でもあっても温度測定用ガスとしてはメタンガスを使用することができる。 Furthermore, in the MOCVD process, an organic metal material such as trimethyl gallium, trimethyl aluminum, or trimethyl indium is used as a process gas, and a gas different from these may be used as a temperature measurement gas. In either case, methane gas can be used as the temperature measuring gas.

成膜プロセスに用いられるプロセスガスとしては、絶縁膜形成用ガスであってもよいし、強誘電体形成用ガス又は電極形成用ガスであってもよい。具体的には絶縁膜形成用ガスは、例えばテトラエトキシシラン(TEOS),トリメチルボレート(TMB)、トリエチルボレート(TEB)、トリメチロールプロパン(TMP)、トリメチルホスフェート(TMOP)、トリエチルホスフェート(TEOP)、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム(TEMAZ)、テトラキスジエチルアミノハフニウム(TDMAH)、ターシャリーブチルイミノトリス(エチルメチルアミノ)タンタル(TBTEMT)、トリスジメチルアミノシラン(3DMAS)、塩化ジリコニウム(ZrCl4)、塩化ハフニウム(HfCl4)、六塩化タングステン(WCl6)、塩化アルミニウム(AlCl3)、五塩化モリブデン(MoCl5)からなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含むものである。The process gas used in the film forming process may be an insulating film forming gas, a ferroelectric forming gas, or an electrode forming gas. Specifically, the gas for forming an insulating film includes, for example, tetraethoxysilane (TEOS), trimethylborate (TMB), triethylborate (TEB), trimethylolpropane (TMP), trimethylphosphate (TMOP), triethylphosphate (TEOP), Tetrakisethylmethylaminozirconium (TEMAZ), tetrakisdiethylaminohafnium (TDMAH), tert-butyliminotris(ethylmethylamino)tantalum (TBTEMT), trisdimethylaminosilane (3DMAS), zirconium chloride ( ZrCl4 ), hafnium chloride ( HfCl4 ) ), tungsten hexachloride (WCl 6 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), and molybdenum pentachloride (MoCl 5 ).

また、強誘電体形成用ガス又は電極形成用ガスとして用いられるプロセスガスは、ペンタエトキシタンタル(Ta(OC2H5)5)、テトラ-t-ブトキシハフニウム(Hf(O-t-C4H9)4), トリ-sec-ブトキシアルミニウム(Al(O-sec-C4H9)3), ビス(エチルシクロペンタジエニル)ルテニウム(Ru(C5H4C2H5)2), ビス(ジピバロイルメタナト)鉛(Pb(C11H19O2)2), (イソプロポキシ)トリス(ジピバロイルメタナト)ジルコニウム(Zr(O-i-C3H7)(C11H19O2)3), ジ(イソプロポキシ)ビス(ジピバロイルメタナト)チタン(Ti(O-i-C3H7)2(C11H19O2)2)からなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含むものである。Process gases used as ferroelectric forming gases or electrode forming gases include pentaethoxytantalum (Ta(OC 2 H 5 ) 5 ) and tetra-t-butoxyhafnium (Hf(OtC 4 H 9 ) 4 ). , tri-sec-butoxyaluminum (Al(O-sec-C 4 H 9 ) 3 ), bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium (Ru(C 5 H 4 C 2 H 5 ) 2 ), bis(dipy (isopropoxy)tris(dipivaloylmethanato)zirconium ( Zr( OiC 3 H 7 )(C 11 H 19 O 2 ) 3 ), It contains at least one compound selected from the group consisting of di(isopropoxy)bis(dipivaloylmethanato)titanium (Ti(OiC 3 H 7 ) 2 (C 11 H 19 O 2 ) 2 ).

上記の化合物を含むプロセスガスを使用するエッチングプロセス又は成膜プロセスにおいて測定対象空間内の温度を測定するために好ましい温度測定用ガスの例としては、メタン(CH4)、C2H6、C3H8等のアルカンやその他の炭化水素からなる群から選択される化合物を少なくとも1つ含むガスが挙げられる。このような温度測定用ガスであれば、上述したプロセスガスに対して反応しないので、プロセス中でも測定対象空間の温度を測定できる。また、例えばプロセス間において測定対象空間内の温度を測定するのであれば、温度測定用ガスは、上記のプロセスガスと反応するものであっても構わない。このような場合には、近赤外領域に吸収体を有する酸素(O2)を温度測定用ガスとして用いることができる。Examples of temperature measurement gases that are preferable for measuring the temperature in the measurement target space in an etching process or film formation process that uses a process gas containing the above-mentioned compounds include methane (CH 4 ), C 2 H 6 , and C 2 H 6 . Examples include gases containing at least one compound selected from the group consisting of alkanes such as 3 H 8 and other hydrocarbons. Since such a temperature measurement gas does not react with the process gas described above, the temperature of the measurement target space can be measured even during the process. Further, for example, if the temperature in the measurement target space is to be measured between processes, the temperature measurement gas may react with the above-mentioned process gas. In such a case, oxygen (O 2 ) having an absorber in the near-infrared region can be used as the temperature measurement gas.

なお、温度測定用ガスは上述したものに限られず、その他の温度特性が既知のガスを用いても構わない。吸光度に基づいて温度を測定できるようにするには、温度測定用ガスは赤外に吸収波長帯を有するものが好ましい。 Note that the temperature measurement gas is not limited to those mentioned above, and other gases with known temperature characteristics may be used. In order to be able to measure temperature based on absorbance, the temperature measuring gas preferably has an absorption wavelength band in the infrared.

吸光度から温度を算出する場合、第1波長と第2波長のピークの比を吸光度比として用いていたが、例えばレーザ光の波長を所定帯域で掃引して、第1波長と第2波長のそれぞれのスペクトル面積比を吸光度比として用いても構わない。 When calculating temperature from absorbance, the ratio of the peaks of the first wavelength and the second wavelength was used as the absorbance ratio, but for example, by sweeping the wavelength of the laser light in a predetermined band, The spectral area ratio may be used as the absorbance ratio.

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や、各実施形態の一部同士の組み合わせを行っても構わない。 In addition, various modifications of the embodiments and combinations of parts of each embodiment may be made as long as they do not go against the spirit of the present invention.

本発明であれば、温度特性が未知のプロセスガスが使用される場合でも吸光度に基づいて測定対象空間内の温度を測定することが可能な温度測定装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a temperature measuring device that can measure the temperature in a measurement target space based on absorbance even when a process gas whose temperature characteristics are unknown is used.

Claims (8)

プロセスガスが供給されるチャンバ内、又は、プロセスガスが流される流路内を測定対象空間として、当該測定対象空間内の温度を測定する温度測定装置であって、
プロセスガスとは別種のガスであり、プロセスに影響を与えない温度測定用ガスの吸収線を含む波長のレーザ光を前記測定対象空間内に射出するレーザ射出機構と、
前記測定対象空間内を通過したレーザ光を検出するレーザ検出機構と、
前記レーザ検出機構の出力に基づいて、前記測定対象空間内の温度を算出する温度算出器と、を備え、
前記レーザ検出機構の出力が、温度測定用ガスが存在する前記測定対象空間内を通過したレーザ光によって生じたものであり、
温度測定用ガスが、炭化水素を含むガスであり、
温度測定用ガスが、プロセスガスとともに前記測定対象空間内に供給される、又は、温度測定用ガスで温度が測定された後、前記測定対象空間内から温度測定用ガスが排気された後にプロセスガスが当該測定対象空間内に供給されることを特徴とする温度測定装置。
A temperature measurement device that measures the temperature in a measurement target space, with the inside of a chamber to which a process gas is supplied or the inside of a flow path through which a process gas flows as a measurement target space,
a laser emitting mechanism that ejects into the measurement target space a laser beam having a wavelength that includes an absorption line of a temperature measurement gas that is a different type of gas from the process gas and does not affect the process;
a laser detection mechanism that detects laser light that has passed through the measurement target space;
a temperature calculator that calculates the temperature in the measurement target space based on the output of the laser detection mechanism,
The output of the laser detection mechanism is generated by a laser beam that passes through the measurement target space in which the temperature measurement gas exists,
The temperature measurement gas is a gas containing hydrocarbons,
The temperature measurement gas is supplied into the measurement target space together with the process gas, or the process gas is supplied after the temperature measurement gas is exhausted from the measurement target space after the temperature is measured with the temperature measurement gas. A temperature measuring device characterized in that: is supplied into the measurement target space.
温度測定用ガスが、CH4、C2H6、C3H8からなる群から選択される化合物を少なくとも1つ含む請求項1記載の温度測定装置。 The temperature measuring device according to claim 1, wherein the temperature measuring gas contains at least one compound selected from the group consisting of CH4 , C2H6 , and C3H8 . 温度測定用ガスが、O2を含み、プロセス間に供給される請求項1又は2いずれかに記載の温度測定装置。 3. The temperature measuring device according to claim 1, wherein the temperature measuring gas contains O2 and is supplied during the process. 温度測定用ガスが、前記測定対象空間内に温度算出可能な所定濃度以上で供給される請求項1乃至3いずれかに記載の温度測定装置。 The temperature measurement device according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature measurement gas is supplied into the measurement target space at a predetermined concentration or higher at which the temperature can be calculated. 温度測定用ガスが、プロセスガスとともに前記測定対象空間内に供給される請求項1乃至4いずれかに記載の温度測定装置。 The temperature measurement device according to any one of claims 1 to 4, wherein a temperature measurement gas is supplied into the measurement target space together with a process gas. 前記測定対象空間内へ温度測定用ガスの供給するガス供給機構を制御して、温度測定可能状態を実現するガス制御部をさらに備え、
前記レーザ射出機構が、温度測定用ガスの2つの吸収線に対応する第1波長と第2波長のレーザ光を前記測定対象空間内に射出するものであり、
前記温度算出器が、
前記レーザ検出機構の出力から第1波長と第2波長の吸光度比を算出する吸光度比算出部と、
温度測定用ガスについて、前記第1波長と前記第2波長の吸光度比及び温度の間の関係である温度特性を記憶する温度特性記憶部と、
算出された吸光度比と、前記温度特性に基づいて前記測定対象空間内の温度を出力する温度出力部と、を具備し、
前記温度算出器が、前記温度測定可能状態における前記レーザ検出機構の出力に基づいて、前記測定対象空間内の温度を算出するように構成された請求項1乃至5いずれかに記載の温度測定装置。
further comprising a gas control unit that controls a gas supply mechanism that supplies a temperature measurement gas into the measurement target space to realize a state in which temperature measurement is possible;
The laser emitting mechanism emits laser beams having a first wavelength and a second wavelength corresponding to two absorption lines of the temperature measurement gas into the measurement target space,
The temperature calculator is
an absorbance ratio calculation unit that calculates an absorbance ratio between a first wavelength and a second wavelength from the output of the laser detection mechanism;
a temperature characteristic storage unit that stores a temperature characteristic, which is a relationship between the absorbance ratio of the first wavelength and the second wavelength and temperature, for the temperature measurement gas;
comprising a temperature output unit that outputs the temperature in the measurement target space based on the calculated absorbance ratio and the temperature characteristic,
The temperature measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the temperature calculator is configured to calculate the temperature in the measurement target space based on the output of the laser detection mechanism in the temperature measurable state. .
プロセスガスが供給されるチャンバ内、又は、プロセスガスが流される流路内を測定対象空間として、当該測定対象空間内の温度を測定する温度測定方法あって、
プロセスガスとは別種のガスである温度測定用ガスを前記測定対象空間内に供給し、温度測定可能状態を実現するガス供給ステップと、
レーザ射出機構によって、温度測定用ガスの吸収線を含む波長のレーザ光を前記測定対象空間内に射出するレーザ射出ステップと、
レーザ検出機構によって、前記測定対象空間内を通過したレーザ光を検出するレーザ検出ステップと、
前記温度測定可能状態における前記レーザ検出機構の出力から算出される吸光度に基づいて、前記測定対象空間内の温度を算出する温度算出ステップと、を備えたことを特徴とする温度測定方法。
A temperature measurement method that measures the temperature in a measurement target space, with the inside of a chamber to which a process gas is supplied or the inside of a flow path through which a process gas flows as a measurement target space, the method comprising :
a gas supply step of supplying a temperature measurement gas, which is a different type of gas from the process gas, into the measurement target space to realize a state in which temperature can be measured;
a laser emitting step of emitting a laser beam having a wavelength including an absorption line of the temperature measuring gas into the measurement target space by a laser emitting mechanism;
a laser detection step of detecting laser light passing through the measurement target space by a laser detection mechanism;
A temperature measuring method, comprising: a temperature calculating step of calculating a temperature in the measurement target space based on the absorbance calculated from the output of the laser detection mechanism in the temperature measurable state.
ロセスガスが供給されるチャンバ内、又は、プロセスガスが流される流路内を測定対象空間として、前記プロセスガスとは別種のガスである温度測定用ガスの吸収線を含む波長のレーザ光を前記測定対象空間内に射出するレーザ射出機構と、前記測定対象空間内を通過したレーザ光を検出するレーザ検出機構と、を備え、前記測定対象空間内の温度を測定する温度測定装置に用いられるプログラムあって、
プロセスガスとは別種のガスである温度測定用ガスを前記測定対象空間内に供給するガス供給機構を制御して、温度測定可能状態を実現するガス制御部と、
前記温度測定可能状態における前記レーザ検出機構の出力から算出される吸光度に基づいて、前記測定対象空間内の温度を算出する温度算出器と、しての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする温度測定装置用プログラム。
A laser beam of a wavelength including an absorption line of a temperature measurement gas, which is a different type of gas than the process gas, is applied to the chamber to which the process gas is supplied or the flow path through which the process gas flows. A program used in a temperature measurement device that measures the temperature in the measurement target space , and includes a laser emitting mechanism that emits light into a measurement target space, and a laser detection mechanism that detects laser light that has passed through the measurement target space. And ,
a gas control unit that controls a gas supply mechanism that supplies a temperature measurement gas, which is a different type of gas from the process gas, into the measurement target space to realize a state in which temperature measurement is possible;
The computer is characterized in that the computer functions as a temperature calculator that calculates the temperature in the measurement target space based on the absorbance calculated from the output of the laser detection mechanism in the temperature measurable state. Program for temperature measuring devices.
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