(57)【要約】      （修正有） 【課題】基板処理チャンバ中の基板の温度を、正確に測定するための、プローブの較正装置を提供する。【解決手段】本発明に係るプローブ４０は、一方の端部が処理チャンバ中に挿入されている光導体４２を含む。光導体の他の端部は、二またの光ファイバ４６に結合されている。光源５４は、光ファイバの１つの支線に光学的に結合され、高温計５６は他の支線に光学的に結合されている。プローブを自己較正するために、安定した反射率の物体８０、たとえば金メッキされたウェハがチャンバ中に挿入され、光源が起動され、物体から反射した光の強度が高温計によって測定される。 【選択図】図２
2006234828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理システムにおいて物体の訂正温度を測定するための装置であって、
入力端部と出力端部を有し、前記入力端部が物体から反射された光をサンプリングするために配置された第１光学ガイドと、
幹線と第１及び第２支線を有し、前記幹線が前記第１光学ガイドの出力端部と光学的に結合した第１スプリット光ファイバと、
第１スプリット光ファイバの第１支線と光学的に結合した第１光源と、
第１スプリット光ファイバの第２支線と光学的に結合した第１センサと、
入力端部と出力端部を有し、前記入力端部が物体から反射した光をサンプリングするために配置された第２光学ガイドと、
前記第２光学ガイドと光学的に結合した第２センサと、
前記第１光源を起動させ、前記第１光源が起動されたとき前記第１センサ及び前記第２センサから第１温度指示値及び第２温度指示値を受信し、前記第１温度指示値及び前記第２温度指示値から温度訂正ファクタを導くようにプログラムされたコントローラと、
を含む装置。
【請求項２】
幹線と第１及び第２支線を有し、第２光ファイバの幹線が第２光学ガイドの出力端部と光学的に結合した第２スプリット光ファイバと、第２スプリット光ファイバの第１支線と光学的に結合した第２光源とをさらに含む装置であって、第２センサが第２スプリット光ファイバの第２支線と光学的に結合している請求項１に記載の装置。
【請求項３】
光源を起動し、光源が起動されるとき第１と第２センサからの第１と第２温度指示値を受け取り、第１と第２温度指示値から温度訂正係数を引き出すようプログラムされているコントローラをさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
入力端部と出力端部を有し、第３光学ガイドの入力端部が物体から反射した光をサンプリングするために配置された第３光学ガイドと、第３光学ガイドと光学的に結合した第３センサをさらに含む請求項１の装置。
【請求項５】
コントローラが、光源が起動していないとき第１、第２、及び第３センサの１つからの強度指示値を受け取り、強度指示値と温度訂正係数から温度測定値を引き出すようにさらにプログラムされた請求項４に記載の装置。
【請求項６】
コントローラが、物体に関する粗さを計算するために第１と第２温度指示値を使用し、その後温度訂正係数を計算するために粗さを使用することによって、温度訂正係数を引き出すようにプログラムされた請求項５に記載の装置。
【請求項７】
基板処理チャンバ中において物体の特性を測定するための方法であって、
第１スプリット光ファイバの幹線が第１光学ガイドと光学的に結合しており、光源からの光を第１スプリット光ファイバの第１支線中に照射すること、
処理チャンバ中に第１光学ガイドを通じて光を入射すること、
第１光学ガイドを通じて入射され前記第１光学ガイドを用いて前記本体で反射された光をサンプリングすること、
第１スプリット光ファイバの第２支線と光学的に結合した第１センサを用いて第１光学ガイドによってサンプリングされた光の第１強度を測定すること、
第１光学ガイドを通じて入射され前記第２光学ガイドを用いて前記本体で反射された光をサンプリングすること、
前記第２光学ガイドと光学的に結合した第２センサを用いて前記第２光学ガイドによってサンプリングされた光の第２強度を測定すること、
前記第１強度と前記第２強度から特性測定値を引き出すこと、
の各工程を含む方法。
【請求項８】
定められた前記特性が粗さである請求項７の方法。
【請求項９】
光の第１と第２強度を、既知の粗さの基板によって予め得られた光の第３と第４強度と比較することをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
定められた前記特性が放射率である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
光の第１と第２強度を、既知の放射率の基板によって予め得られた光の第３と第４強度と比較することをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
[発明の背景]
本発明は、熱的処理プロセスにおいて使用される自己較正温度プローブ(probe)に関する。
【０００２】
高速熱的処理（ＲＴＰ）において、基板はアニーリング、清浄、化学的気相堆積、酸化、あるいはニトロ化のような加工工程を実施するために、４００℃から１２００℃のような高温まで急速にかつ均一に加熱される。たとえば、「Centura」という商品名でアプライド・マテリアルズから入手できるＲＴＰ設備のような熱的処理システムは、４００℃から５００℃の温度における金属アニーリング、約６５０℃の温度におけるチタニウム珪化物形成、又は約１０００℃の温度における酸化あるいはインプラント(implant)・アニーリングを実施するために使用することができる。
【０００３】
基板の温度は、特に現在のデバイスのサブミクロン・ディメンションに求められる高い収率とプロセスの信頼性を得るためにこれら熱的処理工程の間正確にコントロールされなければならない。たとえば、±２Åの均質性で６０−８０Åの厚さの誘電体層を製作するために（現在のデバイス構造における典型的要求）、連続する処理運転における温度は、目標温度を越えて数℃まで変えることが許されない。この温度コントロールのレベルを達成するために、基板の温度はリアルタイムでかつ現場で測定される。
【０００４】
光高温測定法は、ＲＴＰシステムにおける基板温度を測定するために使用される技術である。光高温測定法において、温度プローブの光導体(light pipe)は基板から放出された発光(radiation)をサンプリングし、高温計はサンプリングされた発光の強度、基板のスペクトル放射率、及び理想的黒体放射(blackbodyradiation)−温度関係に基づいて基板の温度を計算する。
【０００５】
温度プローブが正確な温度読みを示すために最初に較正されることを想定してみると、繰り返し使用はプローブによって検知された温度が時間に対して変化することを引き起こす。たとえば、光導体は汚れたり欠けたりし、高温計における電子部品が「ドリフト(drift)」したり、光導体から高温計への光学距離に沿った連結が緩むことがある。したがって、訂正操作が行えるように、プローブを再較正すること、又は少なくとも起こった変化を検出することが必要となる。
【０００６】
温度プローブが較正されたままであっても、処理チャンバ(processing chamber)は変化して基板の測定される温度にエラーを導入することがある。処理チャンバの１つの共通の構成要素は、基板の真下に配置された反射板であり、その間に反射空洞(reflectingcavity)を形成する。この反射板は、基板からの発光を基板に戻るように反射させることを引き起こす。反射板が理想的な反射材である場合、基板により放出される全発光は基板に戻るように反射され、反射空洞は理想黒体のように働く。すなわち、反射板は、基板の有効放射率に影響する。
【０００７】
処理操作の結果として、反射板は汚れあるいは腐食されるようになり、このため反射が減少する。反射板の反射率が変化すると、基板の有効放射率もまた変化する。基板の有効放射率における変化は、温度プローブによってサンプリングされた発光の強度を変化させ、測定された温度におけるエラーを発生する。反射板における変化を検知する１つの方法は、視覚での検査（人間の目によるものであれ顕微鏡の下でのものであれ）である。反射板の視覚での検査のためのアクセスを与えるため、処理チャンバが開かれる。
【０００８】
基板の温度の正確な測定に対する他の障害は、基板間の粗さにおける相違である。基板の粗さは、温度プローブによってサンプリングされた光の強度に影響を及ぼし得る。基板の粗さの現場での測定は、今までのところ実際的でなかったため、高温計は各基板が同一の粗さを有するものとして基板の温度を計算する。
【０００９】
[発明の要約]
一般的に１つの側面において、本発明は基板処理システムを較正するための装置を特色にする。本発明において、プローブの入力端部は、処理チャンバからの光をサンプリングするように構成される。プローブの出力端部は、スプリットファイバ光学ガイドの幹線に接続される。光源はガイドの１つの支線に光学的に接続され、センサは他の支線に光学的に接続されている。
【００１０】
本発明の実施は、以下のことを特色とする。処理チャンバは反射板を含むことができ、プローブは反射板中の通路を通って拡張することができる。既知の反射率を有する物体は処理チャンバ中に収容するように構成され、反射板の上に設置されているか又は上方に吊されている。
【００１１】
一般に他の側面において、本発明は基板処理システムを較正する方法を特色とする。本発明において、光源からの光がスプリット光学ファイバの第１支線中に照射し、その幹線がプローブに光学的に接続されている。光はプローブを通って処理チャンバ中に入射され、処理チャンバ中で反射物体から反射される。反射光はプローブでサンプリングされ、サンプリングされた光の強度はスプリット光学ファイバの第２支線に光学的に結合されたセンサで測定される。
【００１２】
本発明の利点は、以下の通りである。温度プローブは正確に較正することができる。すなわち、光導体中において、光導体から高温計へのライトパス(light path)中において、及び高温計中において、変化を容易に検出することができる。較正は、埋め込み熱電対をもつウェハを使用することなく、及びチャンバから光導体を取り除くことなく迅速に実行することができる。反射板中の変化は、処理チャンバを開くことなく容易に検出することができ、視覚での検査より正確に検出することができる。基板の放射率及び粗さの両方とも測定することができ、基板温度の計算において使用することができる。
【００１３】
[好適な具体例の記述]
図１によれば、ＲＴＰシステム１０は、８インチ直径のディスク形状のシリコン（珪素）基板１４の処理用の処理チャンバ１２を含む。チャンバ１２の内部で、基板１４は高い温度（たとえば約１０００℃）まで迅速にかつ均質に加熱され、アニーリング、清浄、化学的気相堆積、エッチング、酸化、あるいはニトロ化などのような種々の処理工程に供される。
【００１４】
基板１４は、反射板２０の上方約１／２インチのところで回転支持リング１６によって支持されている。反射板２０は、薄くて高い反射性の層（たとえば金）でコーティングされたアルミニウム物体を含む。反射板２０は、ステンレス・スティール基礎２０上に設置されている。冷却剤液体は、基礎と反射板の温度を制御するために基礎２２中の通路２４を通って循環する。
【００１５】
基板１４は、タングステン−ハロゲン・ランプの水冷アレイ(array)のような加熱要素３０によって加熱される。加熱要素３０の放射エネルギは、基板の約１インチ直接の上方に配置されている石英ウインド３２を通過し、高い温度まで基板を迅速にかつ均質に加熱する。加熱要素は、その全体が本明細書中に参考として組み入れられる米国特許第５，１５５，３３６号中に記述されているように構成することができる。
【００１６】
複数の自己較正温度プローブ４０（図１には３つのみが示されているが、たとえば８個）が基板の下に配置され、処理操作の間異なった基板半径における基板の温度を正確に測定する。各自己較正温度プローブ４０（その１つが図１中の破線によって囲まれている）は、直径約０．０５から０．１２５インチのサファイヤ光導体４２を含み、基礎２２の裏面から反射板２０の頂部までコンジット４４を通って拡張する。サファイヤ光導体は、温度検知システムの入力として働き、またプローブ４０が自己較正を行っているときには光源の出力として働く。光導体４２の一方の端部は、反射板２０の頂部の付近に、たとえば同じ高さに配置され、チャンバ１２からの発光をサンプリングし、又はチャンバ１２へ光を入射する。光導体の他の端部は、スプリット・ファイバ光学ガイド４６に、たとえば密接な接触に保たれ、光学的に結合されている。スプリット・ファイバ光学ガイドは、光源支線５０である「幹線」部分とサンプリング支線５２を有する。スプリット・ファイバ光学ガイド４６の幹線は、ミネソタ州ミネアポリスの３Ｍインクから入手することができる分岐コネクタのようなコネクタ４８によって光導体４２に結合されている。スプリット・ファイバ光学ガイド４６は、個別にコネクタ中に挿入される２つの分離した光ファイバから構成することができる。代わりに、スプリット・ファイバ光学ガイド４６は、２つの支線に分割された商業的に入手可能なファイバ束であってもよい。
【００１７】
極度に安定した強度をもつ光源５４は光源支線５０に結合され、温度検知システム５６はサンプリング支線５２に結合されている。光源５４は、フォトダイオードによってその出力強度を制御させる１００ミリワット・レーザーであってもよい。光源は、温度検知システムによって検出されるスペクトル範囲内で発光を発生する。温度検知システム５６は、ラクストロン・アキュファイバ・モデル(Luxtron Accufiber Model)＃１００のような高温計であってもよい。プログラムされたディジタル・コンピュータのようなコントローラ５８は、光源５４を起動させ、高温計５６による測定値を記憶する。１つの具体例において、全ての光源及びセンサは、単一のコントローラ５８に結合されている（図５参照）。
【００１８】
光源５４が起動されるとき、光は光導体４２により処理チャンバ１２中に入射される。処理チャンバ中に、たとえば水などの反射性物体があると、入射された光の一部は光導体４２中に反射して戻される。反射光の一部はコネクタ４８で光源支線５０を通って戻るが、反射光の残部、たとえば半分は、サンプリング支線５２に入る。高温計５６は、サンプリング支線５２中の反射光の強度を測定し、測定された強度を等価の黒体温度に変換する。
【００１９】
一方、処理チャンバ中にいかなる物体もない場合、入射された光は光導体４２中に直接的に反射して戻されない。それよりも入射された光は、その中の非反射表面によって吸収されるまでチャンバの周りを跳飛する。この跳飛した光の一部は光導体４２によってサンプリングされ得る。したがって、処理チャンバ中にいかなる物体もない場合、高温計５６は光源５４が起動されるとき殆どゼロの光強度を測定する。
【００２０】
ＲＴＰシステム１０は、処理に先立ち支持リング１６上に基板を下げ、処理後に支持リングから基板を引き上げるためのリフト機構を含む。リフト機構は、基礎２２と反射板２０中の垂直リフト・ピン・ホール６２を通過して基板に接触する３又はそれ以上のリフト・ピン６０を含む（断面図のために１つのリフト・ピンのみが図１中に示されている）。リフト・ピン６０は、垂直に移動し支持リング１６をすぎて延び、又は反射板２０と同じ高さに縮む。
【００２１】
典型的な高速熱的処理操作において、基板１４はブレード（図示せず）によってチャンバ１２中に運ばれ、基板はリフト・ピン６０によってブレードから引き上げられ、ブレードは縮み、基板は支持リング１６上にリフト・ピンによって下げられる。基板１４が支持リング１６上に設置されると、基板の下面と反射板２０の頂部は反射空洞６６を形成し、基板をより理想的黒体に類似させる。換言すれば、これにより黒体がエネルギを放射するスペクトル範囲内で基板に関して増大した有効放射率を示す。
【００２２】
ＲＴＰシステムの自己較正温度プローブは、処理操作の間、すなわち加熱要素３０が起動され基板１４が高い温度になっている一方、基板の温度を測定するために使用される。高温基板は、発光たとえば赤外線を発生し、各自己較正温度プローブの光導体によってサンプリングされる。光導体４２によってサンプリングされた一部の光は、スプリット・ファイバ光学ガイド４６を通過して高温計５６中に入る。高温計は、光導体４２によってサンプリングされた発光の強度から基板の温度を計算する。いかにして反射空洞６６が仮想黒体を示すように働くかの説明に加えて、ＲＴＰシステムのさらに完全な説明は、１９９４年１２月１９日に出願された米国特許出願番号第０８／３５９，３０２中に見いだすことができ、本明細書中に参考として組み入れられる。光源５４は、基板の温度を測定するために起動されない。
【００２３】
自己較正温度プローブ４０が正確な温度測定値を示すことを確実にするために、最初の絶対的較正は、１９９５年７月２６日に出願され、本明細書中に参考として組み入れられる米国特許出願番号第０８／５０６，９０２中に記述された様に実行される。簡単に言えば、安定した光源を有する較正計器は、光導体４２中に既知の量の発光を入射し、これによって予め測定した温度の黒体をシミュレートする。光導体４２中に入射された光の一部、たとえば半分は、スプリット・ファイバ光学ガイド４６のサンプリング支線５２を通過して、高温計５６に入る。その後高温計５６は、較正計器の予め測定されシミュレートされた温度に合うよう一致させられる。
【００２４】
自己較正温度プローブはまた、それ自身をも較正する。すなわち、上述した最初の絶対的較正に続いて、たとえば高温計５６、スプリット・ファイバ光学ガイド４６、及び光導体４２のシステム部品における変化を検出する。図２によれば、プローブ４０が自己較正する各時間、たとえば月に１あるいは２回、又は所望であれば更に頻繁に、安定した反射率の反射性物体８０、たとえば金メッキされた(gold plated)ウェハは、チャンバ１２中に設置される。反射性物体８０は、部分的に散乱する、すなわち一部の入射光を拡散する。リフト・ピン６０は、反射物体が反射板上に直接的に載るように、縮む。光源５４が起動され、光が光源支線５０を通過して光導体４２中に入る。しかし、チャンバ１２中に入れる代わりに、光は反射性物体８０から反射されて直接光導体４２中に戻される。その後光の一部は、サンプリング支線５２を通過して高温計５６中に入る。
【００２５】
高温計５６による強度測定値は、コントローラ５８中に記憶されている先の測定値と比較される。反射性物体８０が安定で光源５４が安定であるため、反射光の強度におけるいかなる変化も光導体４２、スプリット・ファイバ光学ガイド４６、あるいは高温計５６中の変化の結果でなければならない。変化が検出されると、訂正操作がとられる。たとえば、光導体が清浄され、光導体とスプリット・ファイバ光学ガイドの間の結合が強化されたり、又は高温計５６が再較正される。較正は手で行われるが、コントローラ５８は、先の測定値を記憶し、変化を検出するために新しい測定値を記憶された測定値と比較するようプログラムされている。
【００２６】
上述のように、自己較正は、反射性物体８０から反射された光の量における変化の検出及び測定を必要とする。無関係の光、すなわち反射性物体８０からの反射以外の光源から高温計５０に入る光は、高温計５６による反射光の量における小さい変化の検出と干渉する。たとえば、無関係な光は、反射光を「消し去る」(wash out)。すなわち、無関係な光は、反射光中の小さい変化の検出を困難にするほど、あるいは不可能にするほど強力であり得る。
【００２７】
無関係な光の１つの光源は、信号カップリングである。光源５４からの光は、コネクタ４８において光源支線５０から直接サンプリング支線５２中に反射され得る。たとえば、スプリット・ファイバ光学ガイド４６と光導体４２との間に小さい空気のギャップがある場合、その後スプリット・ファイバ光学ガイドから通過して出てくる光は空気−ガラス界面においてガイド中に反射されて戻る。空気−ガラス界面において反射された光の一部は、サンプリング支線５２を通過して高温計５６中に入る。信号カップリングは、高温計５６に入る無関係な光を増大させ、このため自己較正温度プローブ４０の較正をより信頼性のないものにする。コネクタ４８における信号カップリングを低減するために、光源支線５０とサンプリング支線の光ファイバは、光導体と平行となるように注意深く位置を調整される必要があり、コネクタ４８における物理的な分離を維持する必要がある。このような、あるいは同様な予防措置で、空気ーガラス界面において反射される光は光源支線５０中に反射されるのみで、サンプリング支線５２中には反射されない。
【００２８】
自己較正温度プローブはまた、反射板を「調べる」こと、すなわちそれからの光を受けることによって、反射板２０を較正する、すなわちその中の変化を検出することができる。図３によれば、自己較正温度プローブ４０が較正された後、リフト・ピンは反射物体８０を、基板が処理の間支持リング１６によって保持される同じ高さまで引き上げられる。光源５４が起動され、光が光導体４２からチャンバ１２中に入射される。反射物体８０が反射板２０の上方に引き上げられるため、光の一部（たとえば光線８２によって示される）は反射され光導体４２に戻され、残りの光（たとえば光線８３によって示される）は光導体を囲む環状領域８４に反射して戻る。前述のように、反射物体は部分的に散乱する、すなわち光を拡散する。反射板の領域８４によって反射された光の一部（たとえば図３中の光線８５によって示される）は、反射物体８０によって拡散されて光導体中に戻る。したがって、高温計５６によって測定される全光強度は、光導体４２を囲む反射板の領域の反射率に依存する。領域８４によって反射され光導体４２中に拡散されて戻る光は、反射板中の変化を検出するために測定される。
【００２９】
反射板２０を較正するために、高温計５６による強度測定値は先の測定値と比較される。光源、反射物体、及び温度プローブは安定であることが知られているため、測定された信号中のいかなる変化も反射板２０中の変化のせいでなければならない。反射板の反射率における変化が検出されると、訂正操作がとられる。すなわち、反射板は清浄され、磨かれ、あるいは取り替えられ得る。
【００３０】
自己及び反射板を較正することに加え、自己較正温度プローブは、処理の間未知の基板の放射率及び粗さを測定するために使用することができる。放射率及び粗さの測定値は、基板と完全な黒体発光源との間の相違によって引き起こされる温度測定値中の間違いを正すために使用することができる。
【００３１】
図４によれば、光源５４ａと５４ｂを休止して、２つの隣接した自己較正温度プローブ４０ａと４０ｂは、十分近接している場合、基板１４の同一領域の温度の独立した測定値をとるために使用される。前述の米国特許出願番号第０８／３５９，３０２号中に記述されているように、光導体４２ａを囲む反射板２０の表面は平坦であり、光導体４２ｂは凹部９０の底部に配置することができる。異なった物理的構造は、光導体４２ａと４２ｂに基板１４からの異なった光の量の受け取りを引き起こす。したがって、光導体４２ａと４２ｂが基板の同一領域からの光を集めるが、自己較正温度プローブ４０ｂの高温計５６ｂは温度測定値Ｔ2を得、自己較正温度プローブ４０ａの高温計５６ａは異なった温度測定値Ｔ1を得る。Ｔ1とＴ2の間の差、すなわち△Ｔprobeは、基板の正確な放射率を計算するために使用され、これによって基板と黒体の間の放射率における差に関して訂正する。特に、訂正された基板の温度Ｔcorrは、以下の式で与えられる。
Ｔcorr＝Ｔ＋Ｋcorr・△Ｔprobe （１）
ここで、Ｔは高温計４０ａと同一の構成を有する任意の高温計によって測定された温度であり、Ｋcorrは米国特許出願番号第０８／３５９，３０２中に記述されたように計算された訂正係数である。訂正係数Ｋcorrの計算に関してその中に記述された手法は、基板間の放射率における差に関して訂正するものであるが、全ての基板が同一の粗さを有すると仮定するものである。
【００３２】
しかし、実際問題として、同一の放射率を有するが異なる粗さを有する基板がある。光導体を囲む反射板２０中の物理的構造によって引き起こされる有効放射率における差は、基板の粗さに依存する。特に、鏡のような、すなわち平滑な基板よりも、拡散する粗い基板から、多くの光が凹部中に配置された光導体たとえば光導体４２ｂに入る。したがって、鏡のような基板に関して測定された△Ｔprobeは、拡散する基板に関して測定された△Ｔprobeより大である。基板の粗さが既知でない場合、僅かの不確実性が△Ｔprobe中に導入され、このため基板の測定された温度中に導入される。しかし、以下に記述するように、ＲＴＰシステム１０中の自己較正温度プローブは、基板の粗さを測定し、この不確実性を除去するために使用することができる。
【００３３】
図５によれば、自己較正温度プローブ４０ｃの光源５４ｃは、放射する光導体４２ｃからの光を反射空洞６６中に入射するために起動される。入射された一部の光（たとえば光線９４によって示される）は、放射する光導体４２ｃ中に反射して戻る。光導体４２ｃによってサンプリングされた光の一部は、サンプリング支線５２ｃを通過して、高温計５６ｃによって測定される。
【００３４】
しかし、一部の入射光（たとえば光線９６によって示される）は、自己較正温度プローブ４０ｄの光導体４２ｄに到達するまで基板と反射板との間を前後して反射される。光導体４２ｄによってサンプリングされた光の一部は、スプリット・ファイバ光学ガイド４６ｄのサンプリング支線５２ｄを通過して、高温計５６ｄに入る。高温計５６ｃと５６ｄは、それぞれ強度の測定値Ｉ1とＩ2をもたらす。自己較正温度プローブ４０ｄの光源５４ｄはオフのままである。光導体４２ａと４２ｂ（図５中に示される）は、基板の同一領域からの発光をサンプリングするため互いに近接して配置される必要があり、光導体４２ｃと４２ｄは分離される。したがって、自己較正温度プローブ４０ｃと４０ｄの内の両方ではなくその１つは、上述したように△Ｔprobeを測定するために自己較正温度プローブ４０ａあるいは４０ｂとして使用することもできる。
【００３５】
基板１４の粗さの測定が高速熱的処理操作の間に起きるため、基板は高い温度であり、エネルギを放射している。したがって、十分に強力な光源５４ｃは、光源から光導体４２ｄに到達する発光が基板からの発光によって消し去られないように選択される。上記のように、光源５４ｃは１００ミリワットのレーザーであってもよい。
【００３６】
コントローラ５８は、高温計５６ｃと５６ｄが採る測定値における時間を光源５４ｃが起動されるときに時間と比較する。光源が起動されているときに採取される測定値は、基板の粗さを計算するために使用され、光源が休止しているときに採取される測定値は基板の温度を計算するために使用される。高温計が基板１４の温度を測定しているときに光源５４ｃが起動されないことは重要なことであり、さもないと高温計は基板と光源からの組み合わされた総計をサンプリングし不正確な温度測定値を生み出すことになる。
【００３７】
基板の放射率と粗さを計算するために光強度測定値Ｉ1とＩ2を使用することは可能である。放射光導体４２ｃによってサンプリングされた光強度Ｉ1は、基板１４の放射率により多く依存し、非放射光導体４２ｄによってサンプリングされた光強度Ｉ2は基板の粗さにより多く依存する。したがって、基板の放射率と粗さの両方を以下の式から決定することが可能である。
放射率（Ｅ）＝ｆ1（Ｉ1，Ｉ2） （２）
粗さ（Ｒ）＝ｆ2（Ｉ1，Ｉ2） （３）
関数ｆ1とｆ2は特定のチャンバ形状と高温計の配置に依存し、実験的に決定しなければならない。
【００３８】
関数ｆ1とｆ2は、いずれも二次元のマトリックスによって表現することができるが、測定された強度Ｉ1とＩ2を放射率Ｅ又は粗さＲに変換する。これらの関数は、既知の放射率Ｅ’と粗さＲ’で基板の強度Ｉ’1とＩ’2を測定することによって実験的に決定される。各基板は、放射率と粗さの異なった組み合わせを有する。各基板に関する値Ｉ’1、Ｉ’2、Ｅ’及びＲ’は、たとえばコンピュータ・メモリ中に記憶される。処理操作の間、未知の値、たとえば粗さＲが補間(interpolation)によって発生する。すなわち、Ｒは、１組の測定された強度Ｉ1とＩ2に最も近接した３あるいは４対のＩ’1とＩ’2におけるＲ’値の加重平均として計算される。
【００３９】
測定された粗さと放射率を使用してマッピング機能を得て△Ｔprobeを訂正し、△Ｔprobeの訂正された値を式１に使用して基板温度の正確な測定値を得ることができる。図６によれば、基板の粗さＲの関数として△Ｔprobeを示すグラフ（実線９８によって示される）がある。このグラフは、同一の放射率を有し異なった粗さを有する３つの基板に関して△Ｔprobeを測定することによって経験的に決定されたもので、△Ｔprobeに関して訂正値を計算するために使用することができる。特に、△Ｔprobeは訂正値Ｖcを掛けられ、「通常の」粗さ、すなわち訂正係数Ｋcorrを計算するときに仮定された粗さの基板であれば得られる△Ｔprobeと合致する。訂正値Ｖcは、「通常の」粗さの基板の経験的に測定された△Ｔprobeを測定された粗さＲを有する基板の経験的に測定された△Ｔprobeで割り算をすることによって得られる。線形スケーリング関数(linearscaling function)は、中間の粗さの基板に関する訂正値Ｖcを近似させるために使用することができる。したがって、基板の訂正された温度Ｔcorrは、以下の式によって与えられる。
Ｔcorr＝Ｔ＋Ｋcorr・△Ｔprobe・Ｖc （４）
【００４０】
たとえば、基板１４が通常より粗い場合、測定された△Ｔprobeは通常より小さいものとなり、このため測定された△Ｔprobeは正確な△Ｔprobeを得るために増大されなければならない。特に、基板１４の粗さが「高い」場合、△Ｔprobeは、訂正された温度Ｔcorrを計算するときに使用する適切な△Ｔprobeを決定するために２５／１７の訂正値Ｖcで掛けられる。
【００４１】
コントローラ５８は、基板の粗さを考慮に入れる基板の温度の正確な測定値を得るために使用される。図５を参照すると、コントローラ５８は中央処理ユニット（ＣＰＵ）７０とメモリ７２をもつ一般目的のプログラム可能なディジタル・コンピュータである。コントローラ５８のプログラムは、図５中に、あるいは特定用途用集積回路(application-specific integrated circuit, ASIC)のようなハードウェア構造中に、あるいはハイブリッド構造中に示されるようなメモリ７２からＣＰＵ７０によって実行されるコンピュータ・プログラムのように実行される。
【００４２】
一般的に、各プローブ４０に関して、コントローラ５８は、光源５６を起動したり休止したり、センサ５６からの温度指示値を受け取り記憶したり、訂正温度測定値を計算することができる。コントローラ５８は、プローブ４０ａと４０ｂからの温度指示値Ｔ１とＴ２を受領することによって開始する。コントローラ５８は△Ｔprobeを計算しメモリ７２中にＴ1、Ｔ2及び△Ｔprobeを記憶する。その後コントローラ５８は、光源５９ｃを起動し、プローブ４０ｃと４０ｄからの強度測定値Ｉ1とＩ2を記憶する。コントローラ５８は、訂正測定値Ｉ1とＩ2かた基板の粗さＲを計算し、基板の粗さＲと予め測定したマッピング関数９８からコントローラ５８は訂正値Ｖcを計算する。その後コントローラ５８は、光源５４ｃを休止し温度測定値Ｔを引き出す。温度測定値Ｔは、プローブ４０ａからの温度指示値Ｔ１であってもよく、他のプローブからの温度指示値であってもよい。最後に、コントローラ５８は、式４に従って訂正温度Ｔcorrを計算するためにＴ、△Ｔprobe、Ｋcorr、及びＶcを使用する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】高速熱的処理システムを示す概略構成図である。
【図２】自己較正温度検出装置を示す概略構成図である。
【図３】高速熱的処理チャンバ中における変化を検出する装置を示す概略構成図である。
【図４】基板の放射率を測定するための装置を示す概略構成図である。
【図５】基板の放射率及び粗さの両方を測定するための装置を示す概略構成図である。
【図６】基板の粗さの機能として２つの温度プローブによる温度測定における相違のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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