JP2020008523A - 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
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Abstract
【課題】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。【解決手段】例示的実施形態に係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。【選択図】図2
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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