特許 5993207 光干渉システム及び基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5993207

(24)【登録日】2016年8月26日

(45)【発行日】2016年9月14日

(54)【発明の名称】光干渉システム及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20160901BHJP

   G01B 9/02 20060101ALI20160901BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/06 G

   G01B9/02

【請求項の数】3

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2012-116811(P2012-116811)

(22)【出願日】2012年5月22日

(65)【公開番号】特開2013-242267(P2013-242267A)

(43)【公開日】2013年12月5日

【審査請求日】2015年2月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(72)【発明者】

【氏名】永井 健治

【審査官】 中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０６３１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９４６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０３３６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０５５２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ９／００−１１／３０

Ｇ０１Ｋ １／００−１９／００

Ｇ０２Ｂ ６／１２− ６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を有する測定対象物の厚さ又は温度を計測する光干渉システムであって、
前記測定対象物を透過する波長を有する測定光の光源と、
複数の入力端及び該入力端に対応する複数の出力端を備え、前記複数の入力端の少なくとも一つを前記光源からの測定光を入力する第１入力端とするカップラと、
前記カップラの複数の出力端のそれぞれに接続され、測定光を前記測定対象物の前記第１主面へ出射するとともに、前記第１主面及び前記第２主面からの反射光を入射する複数のコリメータと、
前記第１入力端を除く前記複数の入力端側に設けられ、前記複数の出力端からの戻り光を前記複数の出力端へ再度伝送する伝送機構と、
前記第１入力端に接続され、波長に依存した強度分布であって前記第１主面及び前記第２主面からの前記反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する分光器と、
前記分光器に接続され、前記干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する計測部と、
を備え、
前記伝送機構は、前記第１入力端を除く前記複数の入力端から選択された２つの入力端同士を接続する、
光干渉システム。

【請求項2】

前記伝送機構は、前記第１入力端を除く前記複数の入力端の少なくとも一つに設けられたミラーを含む請求項１に記載の光干渉システム。

【請求項3】

第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を有する測定対象物の厚さ又は温度を計測する光干渉システムを備える基板処理装置であって、
真空排気可能に構成され、前記測定対象物を収容する処理室を有し、
該光干渉システムは、
前記測定対象物を透過する波長を有する測定光の光源と、
複数の入力端及び該入力端に対応する複数の出力端を備え、前記複数の入力端の少なくとも一つを前記光源からの測定光を入力する第１入力端とするカップラと、
前記カップラの複数の出力端のそれぞれに接続され、測定光を前記測定対象物の前記第１主面へ出射するとともに、前記第１主面及び前記第２主面からの反射光を入射する複数のコリメータと、
前記第１入力端を除く前記複数の入力端側に設けられ、前記複数の出力端からの戻り光を前記複数の出力端へ再度伝送する伝送機構と、
前記第１入力端に接続され、波長に依存した強度分布であって前記第１主面及び前記第２主面からの前記反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する分光器と、
前記分光器に接続され、前記干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する計測部と、
を備え、
前記伝送機構は、前記第１入力端を除く前記複数の入力端から選択された２つの入力端同士を接続する、
基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の種々の側面及び実施形態は、光干渉システム及び基板処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、一種の光干渉システムが記載されている。特許文献１記載の光干渉システムは、測定対象物へ測定光を出射し、測定対象物の表裏面からの反射光の干渉ピークを測定する。そして、計測された干渉ピークをフーリエ変換して得られたピーク間の光路長に基づいて、測定対象物の温度を計測する。ここで、特許文献１記載の光干渉システムは、カップラを備えている。該カップラを用いることで、１の入力端に導入された測定光（入射スペクトラム）が出力側でＮ本の光伝送路に分岐されＮ個の出力端からＮ個の測定点へ出射されるとともに、Ｎ個の測定点からの反射光（反射スペクトラム）が合波され、１の入力端から検出される。このため、複数の測定ポイントの温度を簡易に測定することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−６３１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１記載の光干渉システムに備わるカップラは、一般的に複数の光ファイバを融着させて形成される。例えば、入力端及び出力端を有するＮ本の光ファイバを融着させるとともに、（Ｎ−１）本の光ファイバの入力端に反射防止処理を施すか、もしくは、反射防止処理が施された光終端器を（Ｎ−１）本の光ファイバの入力端に設けることによって、該カップラが形成される。

【0005】

しかしながら、このように形成されたカップラにあっては、合波された反射スペクトルの強度が１／Ｎに減少してしまうため、計測精度が低下するおそれがある。本技術分野においては、反射スペクトラムの損失を抑えることができる光干渉システム及び基板処理装置が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る光干渉システムは、測定対象物の厚さ又は温度を計測するシステムである。測定対象物は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を有する。この光干渉システムは、光源、カップラ、複数のコリメータ、伝送機構、分光器及び計測部を備える。この光源は、測定対象物を透過する波長を有する測定光の光源である。カップラは、複数の入力端及び該入力端に対応する複数の出力端を備え、複数の入力端の少なくとも一つを光源からの測定光を入力する第１入力端とする。複数のコリメータは、カップラの複数の出力端のそれぞれに接続され、測定光を測定対象物の第１主面へ出射するとともに、第１主面及び第２主面からの反射光を入射する。伝送機構は、第１入力端を除く複数の入力端側に設けられ、複数の出力端からの戻り光を複数の出力端へ再度伝送する。分光器は、第１入力端に接続され、波長に依存した強度分布であって第１主面及び第２主面からの反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する。計測部は、分光器に接続され、干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて測定対象物の厚さ又は温度を計測する。

【0007】

この光干渉システムでは、光源及び分光器に接続される第１入力端を除いた複数の入力端へ複数の出力端から光が戻ってきた場合、伝送機構によって戻り光が複数の出力端へ再度伝送される。このように、測定時に利用していない入力端を反射防止処理等によって終端とするのではなく、戻り光を測定対象物に向けて再度伝送して利用することで、第１入力端への戻り光の光量を増大させることができる。よって、反射スペクトラムの損失を抑えることができる。

【0008】

一実施形態では、伝送機構は、第１入力端を除く複数の入力端の少なくとも一つに設けられたミラーを含んでもよい。ミラーを入力端に設けることで、少ない損失で戻り光を複数の出力端へ伝送することができる。

【0009】

一実施形態では、伝送機構は、第１入力端を除く複数の入力端から選択された２つの入力端同士を接続してもよい。このように構成することで、より少ない損失で戻り光を複数の出力端へ伝送することができる。

【0010】

一実施形態では、伝送機構は、第１入力端を除く複数の入力端にそれぞれ接続された第２コリメータと、第２コリメータに対向して配置されたミラーと、を有してもよい。

【0011】

本発明の他の側面に係る基板処理装置は、測定対象物の厚さ又は温度を計測する光干渉システムを備える基板処理装置である。測定対象物は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を有する。この基板処理装置は、処理室を有する。処理室は、真空排気可能に構成され、測定対象物を収容する。この光干渉システムは、光源、カップラ、複数のコリメータ、伝送機構、分光器及び計測部を備える。この光源は、測定対象物を透過する波長を有する測定光の光源である。カップラは、複数の入力端及び該入力端に対応する複数の出力端を備え、複数の入力端の少なくとも一つを光源からの測定光を入力する第１入力端とする。複数のコリメータは、カップラの複数の出力端のそれぞれに接続され、測定光を測定対象物の第１主面へ出射するとともに、第１主面及び第２主面からの反射光を入射する。伝送機構は、第１入力端を除く複数の入力端側に設けられ、複数の出力端からの戻り光を複数の出力端へ再度伝送する。分光器は、第１入力端に接続され、波長に依存した強度分布であって第１主面及び第２主面からの反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する。計測部は、分光器に接続され、干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて測定対象物の厚さ又は温度を計測する。

【0012】

この基板処理装置は、処理室内に収容された測定対象物の厚さ又は温度を計測する際に、光干渉システムを用いる。この光干渉システムでは、光源及び分光器に接続される第１入力端を除いた複数の入力端へ複数の出力端から光が戻ってきた場合、伝送機構によって戻り光が複数の出力端へ再度伝送される。このように、測定時に利用していない入力端を反射防止処理等によって終端とするのではなく、戻り光を測定対象物に向けて再度伝送して利用することで、第１入力端への戻り光の光量を増大させることができる。したがって、反射スペクトラムの損失を抑えることができる。

【発明の効果】

【0013】

以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、光干渉システムが有する分光器の分解能を変更することなく当該光干渉システムの測定可能な厚さの範囲を拡張することができる光干渉システム及び基板処理装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施形態に係る光干渉システムを概略的に示す図である。

【図2】分光器及び制御部の機能ブロック図である。

【図3】入射光スペクトル及び反射光スペクトルを説明する概要図である。

【図4】反射光スペクトルのフーリエ変換を説明する概要図である。

【図5】最大計測厚さを説明する概要図である。

【図6】最小空間分解能を説明する概要図である。（ａ）は、位置に依存した強度分布を示すスペクトルである。（ｂ）は、波数に依存した強度分布を示すスペクトルである。

【図7】光干渉システムの光損失を説明する概要図である。（ａ）は、従来の光干渉システムの光損失を説明する概要図である。（ｂ）は、図１に示す光干渉システムの光損失を説明する概要図である。

【図8】温度計測動作を示すフローチャートである。

【図9】温度計測動作を説明するためのグラフである。（ａ）が波長に依存した強度分布を示す光源スペクトルである。（ｂ）が波長に依存した強度分布を示す反射光スペクトルである。（ｃ）が（ｂ）の反射光スペクトルを高速フーリエ変換したスペクトルである。

【図10】温度校正データの一例である。

【図11】変形例に係る光干渉システムを概略的に示す図である。

【図12】図１に示すカップラの変形例である。

【図13】図１に示すカップラの変形例である。

【図14】一実施形態に係る基板処理装置の一例である。

【図15】一実施形態に係る基板処理装置の一例である。

【図16】（Ａ）はウエハ温度の時間依存性の計測結果、（Ｂ）は計測した反射光スペクトルを高速フーリエ変換したスペクトルである。

【図17】光強度の波長依存性の測定結果である。

【図18】計測した反射光スペクトルを高速フーリエ変換したスペクトルである。

【図19】安定性を評価したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

【0016】

図１は、一実施形態に係る光干渉システムの一例を示す構成図である。図１に示すように、光干渉システム１は、光干渉を利用して測定対象物１３Ａ，１３Ｂの厚さ又は温度を計測するシステムである。なお、測定対象物１３Ａ，１３Ｂの厚さを計測する場合と、測定対象物１３Ａ，１３Ｂの温度を計測する場合とは、ほぼ同様の動作で実現できるため、以下では、説明理解の容易性を考慮して光干渉システム１が測定対象物１３Ａ，１３Ｂの温度を計測する場合を例に説明する。

【0017】

図１に示す光干渉システム１は、測定対象物１３Ａ，１３Ｂの温度を計測するシステムである。光干渉システム１は、光干渉を利用して温度を計測する。光干渉システム１は、光源１０、光サーキュレータ１１、カップラ４１、ミラー４３、コリメータ１２Ａ，１２Ｂ，コリメータ４２（第２コリメータ）、分光器１４及び演算装置（計測部）１５を備えている。なお、光源１０、光サーキュレータ１１、カップラ４１、コリメータ１２Ａ，１２Ｂ，４２及び分光器１４のそれぞれの接続は、光ファイバーケーブルを用いて行われる。

【0018】

光源１０は、測定対象物１３Ａ，１３Ｂを透過する波長を有する測定光を発生する。光源１０として、例えばＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。なお、測定対象物１３Ａは、例えば板状を呈し、第１主面１３ａ及び第１主面１３ａに対向する第２主面１３ｂを有している。また、測定対象物１３Ｂは、第１主面１３ｃ及び第１主面１３ｃに対向する第２主面１３ｄを有しており、測定対象物１３Ａと厚さが異なる。以下では、必要に応じて、第１主面１３ａ，１３ｃを表面１３ａ，１３ｃ、第２主面１３ｂ，１３ｄを裏面１３ｂ，１３ｄと称して説明する。計測対象とする測定対象物１３Ａ，１３Ｂとしては、例えばＳｉ（シリコン）の他にＳｉＯ_２（石英）又はＡｌ_２Ｏ_３（サファイア）等が用いられる。Ｓｉの屈折率は、波長４μｍにおいて３．４である。ＳｉＯ_２の屈折率は、波長１μｍにおいて１．５である。Ａｌ_２Ｏ_３の屈折率は、波長１μｍにおいて１．８である。

【0019】

光サーキュレータ１１は、光源１０、カップラ４１及び分光器１４に接続されている。光サーキュレータ１１は、光源１０で発生した測定光をカップラ４１へ出射する。カップラ４１は、２つの入力端と２つの出力端を備えている。一方の入力端（第１入力端）は光サーキュレータ１１に接続され、他方の入力端はコリメータ４２に接続されている。また、２つの出力端はそれぞれコリメータ１２Ａ，１２Ｂに接続されている。カップラ４１は、光サーキュレータ１１からの光を一方の入力端から入力するとともに２つの出力端（すなわちカップラ１２Ａ，１２Ｂ）へ出力する。

【0020】

コリメータ１２Ａは、測定光を測定対象物１３Ａの表面１３ａへ出射する。コリメータ１２Ａは、平行光線として調整された測定光を測定対象物１３Ａへ出射する。そして、コリメータ１２Ａは、測定対象物１３Ａからの反射光を入射する。反射光には、表面１３ａの反射光だけでなく裏面１３ｂの反射光が含まれる。コリメータ１２Ａは、反射光をカップラ４１へ出射する。

【0021】

コリメータ１２Ｂは、測定光を測定対象物１３Ｂの表面１３ｃへ出射する。コリメータ１２Ｂは、平行光線として調整された測定光を測定対象物１３Ｂへ出射する。そして、コリメータ１２Ｂは、測定対象物１３Ｂからの反射光を入射する。反射光には、表面１３ｃの反射光だけでなく裏面１３ｄの反射光が含まれる。コリメータ１２Ｂは、反射光をカップラ４１へ出射する。

【0022】

カップラ４１は、コリメータ１２Ａ，１２Ｂによって得られた反射光（戻り光）をカップラ４１及び光サーキュレータ１１へ出射する。コリメータ４２は、カップラ４１に対向して配置されたミラー４３へ戻り光を出射するとともに、ミラー４３からの反射光を入射し、カップラ４１を介してコリメータ１２Ａ，１２Ｂへ光を再度伝送する。すなわち、コリメータ４２及びミラー４３は、戻り光を測定対象物に向けて再度伝送して利用する伝送機構として機能する。この伝送機構は、第１入力端を除く入力端に配置される。

【0023】

光サーキュレータ１１は、反射光を分光器１４へ出射する。分光器１４は、光サーキュレータ１１から得られた反射光のスペクトル（干渉強度分布）を測定する。反射光スペクトルは、反射光の波長又は周波数に依存した強度分布を示す。図２は、分光器１４及び演算装置１５の機能ブロック図である。図２に示すように、分光器１４は、例えば、光分散素子１４１及び受光部１４２を備える。光分散素子１４１は、例えば、回折格子等であり、光を波長ごとに所定の分散角で分散させる素子である。受光部１４２は、光分散素子１４１によって分散された光を取得する。受光部１４２としては、複数の受光素子が格子状に配列されたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられる。受光素子の数がサンプリング数となる。また、光分散素子１４１の分散角及び光分散素子１４１と受光素子との距離に基づいて、波長スパンが規定される。これにより、反射光は波長又は周波数ごとに分散され、波長又は周波数ごとに強度が取得される。分光器１４は、反射光スペクトルを演算装置１５へ出力する。

【0024】

演算装置１５は、反射光スペクトルに基づいて測定対象物１３Ａ，１３Ｂの温度を計測する。演算装置１５は、光路長算出部１６、温度算出部２０及び温度校正データ２１を備えている。光路長算出部１６は、フーリエ変換部１７、データ補間部１８及び重心計算部１９を備えている。フーリエ変換部１７は、反射光スペクトルを高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によりフーリエ変換する。例えば、時間領域におけるフーリエ変換であれば、周波数（単位時間あたりの振動数）に依存した強度分布を示す反射光スペクトルを、時間に依存した強度分布を示す反射光スペクトルへ変換する。また、例えば、空間領域におけるフーリエ変換であれば、空間周波数（単位長さあたりの振動数）に依存した強度分布を示す反射光スペクトルを、位置に依存した強度分布を示す反射光スペクトルへ変換する。データ補間部１８は、フーリエ変換後の反射光スペクトルの所定のピーク値を含む範囲において、データ点を補間する。重心計算部１９は、フーリエ変換後の反射光スペクトルの所定のピーク値の重心位置を計算する。光路長算出部１６は、重心位置に基づいて光路長を算出する。

【0025】

温度算出部２０は、光路長に基づいて、測定対象物１３Ａ，１３Ｂの温度を算出する。温度算出部２０は、温度校正データ２１を参照して測定対象物１３Ａ，１３Ｂの温度を算出する。温度校正データ２１は、予め測定されたデータであり、温度と光路長との関係を示すものである。

【0026】

上記構成を有する光干渉システムによって、測定対象物１３Ａ，１３Ｂの表面１３ａ，１３ｃと裏面１３ｂ，１３ｄとの光干渉を利用して温度を測定する（ＦＦＴ周波数領域法）。以下、光干渉の原理について説明する。なお、測定対象物１３Ａ，１３Ｂの測定原理は同一であるため、以下では測定対象物１３Ａを例に説明する。

【0027】

図３は、入射光スペクトル及び反射光スペクトルを説明する概要図である。図３に示すように、光源１０からの測定光を入射光とする。入射光スペクトルの強度Ｓ（ｋ）は、空間周波数１／λ（単位長さあたりの振動数）に依存する。光源１０の波長をλとすると波数ｋは２π／λである。測定対象物１３Ａの厚さをｄ、屈折率をｎ、反射率をＲとする。反射光Ｅは、複数の反射成分を重ねたものになる。例えば、Ｅ_１は、表面１３ａにおける反射成分である。Ｅ_２は、裏面１３ｂにおける反射成分である。Ｅ_３は、表面１３ａで一回、裏面１３ｂで２回反射された反射成分である。なお、Ｅ_４以降の反射成分は省略している。複数の成分が重なり、反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）が得られる。例えば、成分Ｅ_１，Ｅ_２のみを考慮すると、反射スペクトルの強度Ｉは以下の式で表すことができる。

【数1】

ここで、反射スペクトルの強度Ｉにおける第３項及び第４項が表裏面干渉の項である。このように、表裏面干渉は表面１３ａ及び裏面１３ｂの積となるため、表面１３ａ及び裏面１３ｂからの何れか一方の反射が小さい場合には干渉を観測することが困難となる。なお、多重反射を考慮した場合、反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）は、入射光スペクトルの強度Ｓ（ｋ）と以下の数式で示す関係となる。

【数2】

上記の式（１）において、第２項は表裏面干渉の項である。第３項は表裏面多重干渉の項である。式（１）をフーリエ変換すると、位置に依存した反射光スペクトルを得ることができる。

【0028】

図４は、反射光スペクトルＩ（ｋ）のフーリエ変換を説明する概要図である。図４に示すように、空間領域フーリエ変換により、空間周波数１／λを位置ｘに変換している。位置ｘに変換された反射光スペクトルの強度Ｉ（ｘ）は、式（１）をフーリエ変換することにより、以下の通りとなる。

【数3】

上記の式（２）に示すように、２・ｎ・ｄごとにピーク値が出現する。２・ｎ・ｄは表裏面の光路差である。すなわちｎ・ｄは、表裏面間の光路長である。予め計測された光路長ｎ・ｄと温度との関係から、光路長ｎ・ｄを特定することで温度を算出することができる。なお、上記説明では空間領域フーリエ変換を用いたが、時間領域フーリエ変換を用いてもよい。周波数をｖとすると位置ｘとは以下の関係を満たす。

【数4】

【0029】

ここで、ＦＦＴ周波数領域法を用いて、測定対象物の厚さを測定する場合と、測定対象物の温度を測定する場合との違いを説明する。一般的には、ＦＦＴ周波数領域法により測定される測定対象物の厚さは、数百μｍのオーダーの精度で測定可能である。しかしながら、温度を１℃単位で測定する場合には、数百Åのオーダーの精度が必要となる。すなわち、単純に厚さ測定システムを光干渉システムとすることは困難であり、光源や分光器等、条件を満たす機器を用いて計測する必要がある。以下では各構成機器の条件について説明する。

【0030】

最初に、光干渉システム１の測定可能な最大の厚さ（最大計測厚さ）と反射光スペクトルのフーリエ変換後のデータ間隔について説明する。図５は、反射光について説明する概要図である。図５に示すように、厚さｄ、屈折率ｎの測定対象物１３Ａにおいて、表面の位置を０、裏面の位置をｘとしている。このとき、ＦＦＴにおける時間Δτと角周波数Δωとの関係は、以下のように表される。

【数5】

ここで、角周波数ω，Δωを、光源スペクトルの波長λ、半値半幅Δλで表現すると、以下のようになる。

【数6】

周波数は正の値であるから、

【数7】

従って、

【数8】

である。

【0031】

屈折率ｎ（平均屈折率ｎ_ａｖｅ）の測定対象物１３Ａ中を光が時間Δτで移動する距離をΔｘ’とすると、距離Δｘ’は、上記式（３）及び式（５）を用いて、以下のように表現される。

【数9】

表面を透過し裏面で反射するため、往復距離を考慮してΔｘ’＝２Δｘとする。以上より、ＦＦＴ後の反射スペクトルのデータ間隔Δｘは以下の通りとなる。

【数10】

周波数領域法では、実際のスペクトル強度Ｉ（ｋ）は、波長軸方向のサンプリング数Ｎ_Ｓの離散的な値となる。従って、ＦＦＴ後のデータは、Δｘ間隔のＮ_Ｓ／２個の離散的なデータとなる。従って、最大計測光学厚さｘ_ｍａｘは、以下の式で表すことができる。

【数11】

【0032】

これは実空間の座標に変換したときの値であり、ＦＦＴ後の分光スペクトルのデータはこの値の２ｎ_ａｖｅ倍となる。従って、ＦＦＴ後の空間における最大計測光学厚さＸ_ｍａｘ、及びデータ間隔ΔＸは、以下の式で表すことができる。

【数12】

【数13】

【0033】

これらは媒質の屈折率によらない一般式であり、測定系の条件のみで決定される。実際の測定系においては、ΔλはＦＦＴの最小周期と考えることができるため、ここでは、Δλは分光器の測定波長範囲、または波長スキャンレンジと考えることができる。波長スパンをΔｗ、分光器の中心波長をλ_０とすると、式（１０），（１１）は以下の式で表される。

【数14】

【数15】

従って、分光器の波長範囲Δｗを広くすれば、ＦＦＴ後のデータ間隔ΔＸを小さくすることができる。またサンプリング数Ｎ_Ｓを大きくすれば、より厚い媒質を計測することができる。これにより、データ間隔を小さくすることと、計測可能厚さを厚くすることとは、両立しないことがわかる。以上は、屈折率によらない一般式である。よって、屈折率ｎ_ａｖｅの媒質中においての実スケールに変換する場合は、それぞれ２ｎ_ａｖｅで除すればよい。

【0034】

ここで、最小空間分解能について考察する。図６は、最小空間分解能を説明する概要図である。図６の（ｂ）は、ガウス関数で近似できる光源の波数ｋに依存した強度分布を示すスペクトルである。図６の（ｂ）に示すスペクトルの強度Ｓ（ｋ）は、ピーク値の波数をｋ_０、ピーク値の強度を１／Δｋ・（π）^１／２、半値半幅をΔｋすると、以下の式で表すことができる。

【数16】

なお、

【数17】

である。また、

【数18】

との関係が成立する。式（１５）,（１６）を用いて半値半幅Δｋは以下のように表現できる。

【数19】

【0035】

一方、図６の（ｂ）に示すスペクトルをＦＦＴ変換すると図６の（ａ）に示すスペクトルとなる。図６の（ａ）は、位置ｘに依存した強度分布を示すガウス関数のスペクトルである。図６の（ａ）に示すスペクトルの強度Ｓ（ｘ）は、ピーク値の位置を０、ピークの強度を１とすると、以下の式で表すことができる。

【数20】

なお、波長領域スペクトルの半値半幅Δｋと、空間領域スペクトルのＳ（ｘ）の半値半幅Δｘ_ｇは以下の関係を満たす。

【数21】

半値半幅をｌ_ｃとすると、式（１９）に基づいて、Ｓ（ｘ）の半値半幅Δｘ_ｇは以下の式で表現できる。

【数22】

強度Ｓ（ｘ）のスペクトルの半値半幅ｌ_ｃがコヒーレンス長となる。空間の最小分解能は、ｌ_ｃであり、光源１０のスペクトルの中心波長と半値幅で決定される。

【0036】

次に、上述した最大計測光学厚さｘ_ｍａｘに基づいて、分光器１４に必要なサンプリング数Ｎ_Ｓの条件を導出する。光源１０の中心波長をλ_０、光源スペクトルの半値半幅をΔλ、分光器１４の波長スパンをΔｗ、測定対象物１３Ａの屈折率をｎとすると、式（９）に基づいて、最大計測光学厚さｘ_ｍａｘは以下の式で表される。

【数23】

ここで、最大計測厚さｄと最大計測光学厚さｘ_ｍａｘとは、以下の条件を満たす必要がある。

【数24】

すなわち、以下の関係を満たすサンプリング数Ｎ_Ｓが必要となる。

【数25】

例えば、最大計測厚さｄ＝０．７７５ｍｍ、光源１０の中心波長λ_０＝１５５０ｎｍ、測定対象物１３Ａの屈折率ｎ＝３．７であれば、以下のようになる。

【数26】

なお、波長スパンΔｗ［ｍ］をΔｗ’［ｎｍ］へ変換して表現すると、以下のようになる。

【数27】

光干渉システム１は、式（２５）に示す関係を満たす波長スパンΔｗ’［ｎｍ］とサンプリング数Ｎ_Ｓの分光器１４を備える。例えば、波長スパンΔｗ’［ｎｍ］が４０ｎｍである場合には、サンプリング数Ｎ_Ｓが２００より大きい値を有する。すなわち、波長スパンΔｗ’［ｎｍ］が４０ｎｍである場合には、２００よりも大きな数の受光素子を配列させた受光部１４２が必要となる。

【0037】

次に、本実施形態に係るフォトカプラの強度増強の原理について説明する。図７は、入力端が２つ、出力端が２つのカップラのモデル図である。図７の（ａ）は、従来の光干渉システムのモデル図、図７の（ｂ）は一実施形態に係る光干渉システムのモデル図である。

【0038】

まず、従来の光干渉システムの入力端に戻る反射光の強度（光量）を説明する。図７の（ａ）に示すように、従来の光干渉システムでは、反射防止処理等が施されたキャップ４４によってカップラの一つの入力端（戻り端）が終端化されている。ここで、入力端から入力する光量を１、測定対象物１３Ａの屈折率をｎ、反射率をＲ_ｓとすると、それぞれの入力端に戻る光量は、以下の数式で表現される。

【数28】

例えば、測定対象物１３ＡがＳｉであり、Ｓｉの屈折率ｎを３．７とすると、反射率Ｒ_ｓは、０．３３であり、上記式２６より光量Ｉは０．１６５となる。

【0039】

次に、一実施形態の光干渉システムの入力端に戻る反射光の光量を説明する。図７の（ｂ）に示すように、一実施形態の光干渉システムでは、カップラの一つの入力端（戻り端）にミラー４３が配置されている。なお、図中ではコリメータ等は省略している。ここで、入力端から入力する光量を１、測定対象物１３Ａの反射率をＲ_ｓ、ミラー４３の反射率をＲ_ｍとすると、それぞれの入力端に戻る光量は、以下の数式で表現される。

【数29】

式２７を解くと、

【数30】

となる。例えば、ミラーの反射率を０．９、測定対象物１３ＡがＳｉであり反射率Ｒ_ｓが０．３３であるとすると、上記式２８より光量Ｉは０．１９４となる。従って、戻り光を再利用することで、約１７％の強度増強が見込まれる。

【0040】

上記と同様に、入力端がＮ個、出力端がＮ個のカップラについても説明する。出力端側には、Ｎ個の測定対象物を配置し、（Ｎ−１）個の入力端には、反射率Ｒ_ｍのミラー４３を対向して配置しているものとする。また、測定対象物１３Ａの反射率をＲ_ｓとする。また、入射光の強度を１とする。この場合、それぞれの測定対象物の一次反射の光強度Ｉ^１は、以下の数式で表現される。

【数31】

式２９より、一つのミラー４３に入射する一次反射の光強度Ｉ_ｍ^１の合計は、以下の数式で表現される。

【数32】

式３０にミラー４３の反射率Ｒ_ｓを掛けた値が二次の光として測定対象物へ入射される。このため、それぞれの測定対象物の二次反射の光強度Ｉ^２は、以下の数式で表現される。

【数33】

上記と同様にｎ次反射の光強度Ｉ^ｎは、以下の数式で表現される。

【数34】

式３２より、反射光の光強度の合計Ｉは、以下の数式で表現される。

【数35】

式３５から理解できるように、Ｎが大きいほど反射光の光強度が改善する。

【0041】

次に、光干渉システム１の温度計測動作について説明する。図８は、光干渉システム１の動作を示すフローチャートである。なお、測定対象物１３Ａとして３００μｍのＳｉウエハ、測定対象物１３Ｂとして７７０μｍのＳｉウエハを用いる場合を例に説明する。

【0042】

図８に示すように、反射光スペクトルの入力処理から開始する（Ｓ５０）。光源１０は、測定光を発生する。例えば、図９の（ａ）に示すスペクトルの測定光となる。分光器１４は、測定対象物１３Ａ，１３Ｂの表面１３ａ，１３ｃ及び裏面１３ｂ，１３ｄで反射した反射光のスペクトルを取得する。例えば、図９の（ｂ）に示すスペクトルの反射光となる。光路長算出部１６は、分光器１４から反射光のスペクトルを入力する。Ｓ５０の処理が終了すると、座標変換処理へ移行する（Ｓ５２）。

【0043】

Ｓ５２の処理では、光路長算出部１６が、Ｓ５０の処理で得られたスペクトルの座標軸を、波長λから空間周波数（１／λ）へ変換する。Ｓ５２の処理が終了すると、第１データ補間処理へ移行する（Ｓ５４）。

【0044】

Ｓ５４の処理では、光路長算出部１６が、Ｓ５２の処理で得られたスペクトルのデータ補間を行う。例えば、光路長算出部１６は、データ間を線形補間する。例えば、サンプリング数をＮ_Ｓとし、スペクトルのデータとして、空間周波数の配列を（ｘ_０,ｘ_１,ｘ_２,…,ｘ_Ｎ−１）とし、強度の配列を（ｙ_０,ｙ_１,ｙ_２,…,ｙ_Ｎ−１）とする。まず、光路長算出部１６は、空間周波数の配列を等間隔に再配列する。例えば、再配列後の空間周波数の配列に含まれる空間周波数をＸ_ｉとすると、以下の式を用いて再配列を行う。

【数36】

次に、光路長算出部１６は、再配列後の空間周波数Ｘ_ｉにおける強度を、線形補間で計算する。このときの強度をＹ_ｉとすると、以下の式を用いて算出する。

【数37】

ただし、ｊはＸ_ｉ＞ｘ_ｊとなる最大の整数である。Ｓ５４の処理が終了すると、ＦＦＴ処理へ移行する（Ｓ５６）。

【0045】

Ｓ５６の処理では、フーリエ変換部１７が、Ｓ５４の処理で補間されたスペクトルをフーリエ変換する。これにより、例えば、図９の（ｃ）に示すように、縦軸が振幅、横軸が位相のスペクトルとなる。Ｓ５６の処理が終了すると、フィルタリング処理へ移行する（Ｓ５８）。

【0046】

Ｓ５８の処理では、光路長算出部１６が、Ｓ５６の処理で得られたスペクトルからＸ＝０のピーク値をフィルタリングする。例えば、Ｘ＝０からＸ＝Ｚ（所定値）までの範囲の強度データＹに０を代入する。Ｓ５８の処理が終了すると、抽出処理へ移行する（Ｓ６０）。

【0047】

Ｓ６０の処理では、光路長算出部１６が、Ｓ５８の処理で得られたスペクトルからＸ＝２・ｎ・ｄのピーク値を抽出する。例えば、ピークの最大値をＹ_ｉとした場合、Ｙ_ｉ−１０からデータ点を２０点抽出する。これは、ピークの中心から裾までのデータを抽出するためである。例えば、ピークの最大値を１としたときに、最大値から０．５までの範囲が含まれるように抽出する。なお、測定点が複数ある場合には、予め測定対象物の厚さの目処をつけておき、どの付近にピークが出現するかを求めておくとよい。例えば、測定対象物１３Ａは３００μｍ、測定対象物１３Ｂは７７０μｍであるので、それらのピーク出現位置をおおよその範囲で確定することができる。これによって、複数の測定点がある場合であってもピークを適切に抽出することができる。また、ミラー４３を配置することによってサブピークが出現することとなるが、上述のとおり、必要な情報を持ったピーク信号のおおよその位置は既知とすることができるため、ミラー４３を配置した場合であってもサブピークの影響を受けることなく計測することができる。Ｓ６０の処理が終了すると、第２データ補間処理へ移行する（Ｓ６２）。

【0048】

Ｓ６２の処理では、データ補間部１８が、Ｓ６０の処理で得られた２・ｎ・ｄピークのデータを補間する（データ補間工程）。データ補間部１８は、例えばデータ点間を補間数Ｎ_Ａで等間隔に線形補間する。補間数Ｎ_Ａは、例えば必要な温度精度に基づいて予め設定される。

【0049】

ここで、補間数Ｎ_Ａについて概説する。例えば、測定対象物１３Ａが半径３００ｍｍのＳｉ基板である場合には、ＦＦＴ後のピーク間隔Δ２・ｎ・ｄｄが０．４μｍ／℃となる。したがって、１℃の精度が必要な場合には、データ間隔が０．４μｍとなるように補間数Ｎ_Ａを設定する。システムが有するノイズレベルを考慮して補間数Ｎ_Ａを決定してもよい。ここで、分光器１４が、波長スパンΔｗ＝４２ｎｍ、サンプリング数Ｎ_Ｓ＝６４０であるとする。また、光源１０が、中心波長λ_０＝１５６０ｎｍであるとする。この場合、ＦＦＴ後のデータ間隔は、式８を用いてΔｘ＝５６ｎｍとなる。よって、０．４μｍのデータ間隔となるように、各点の間隔を１４０点補間する必要がある（補間数Ｎ_Ａ＝１４０）。また、ノイズレベルが０．１℃程度の場合には、０．１℃以下の分解能は不要である。なお、Δｘ＝５６ｎｍのまま計算すると、分解能が１４０℃となることからもデータ補間の重要性が理解できる。例えば、以下の数式を用いてデータ補間を行う。

【数38】

ここで、ｊは強度の配列に用いた指標である。データ補間部１８は、上記式３２をｉ＝０〜Ｎ−１の範囲で実行する。すなわち、Ｓ２０の処理で得られた２０点の間隔全てを対象にして算出する。このように、フーリエ変換後のデータ間隔を、必要な分割数（補間数Ｎ）で分割し、分割数に応じたデータ数を線形補間する。Ｓ６２の処理が終了すると、抽出処理へ移行する（Ｓ６４）。

【0050】

Ｓ６４の処理では、重心計算部１９が、Ｓ６２の処理で補間されたデータから重心の計算に利用するデータ範囲のみを抽出する。例えば、重心計算部１９は、重心計算に使用する閾値をＡ％とし、ピークの最大強度Ｙ_ＭＡＸ×Ａ以下の強度データＹに０を代入する。Ｓ６４の処理が終了すると、重心計算処理へ移行する（Ｓ６６）。

【0051】

Ｓ６６の処理では、重心計算部１９が、Ｓ６４の処理で補間されたデータから重み付け重心を計算する。例えば、以下の式を用いる。

【数39】

なお、Ｎは重心範囲抽出後のデータ点数である。これにより、光路長ｎ・ｄを算出することができる。Ｓ６６の処理が終了すると、温度計算処理へ移行する（Ｓ６８）。

【0052】

Ｓ６８の処理では、温度算出部２０が、Ｓ６６の処理で得られた光路長ｎ・ｄを用いて温度を算出する。温度算出部２０は、例えば図１０に示す温度校正データ２１を用いて温度を算出する。図１０は、横軸が光路長ｎ・ｄであり、縦軸が温度である。温度校正データ２１は予め測定対象物１３Ａ，１３Ｂごとに取得される。以下では、温度校正データ２１の事前作成例について説明する。例えば、温度制御に黒体炉を使用して実測する。温度Ｔと、温度Ｔにおける光路長ｎｄ_Ｔを同時に計測する。温度Ｔは、熱電対等の温度計を用いて測定する。また、光路長ｎｄ_Ｔは、上述したＦＦＴを利用した手法で測定する。そして、温度計の測定値が４０℃の時の光路長ｎｄ_４０を１０００として光路長ｎｄ_Ｔを規格化する。そして、温度と規格化された光路長ｎｄ_Ｔを１００℃ごとに区分して、３次式で近似することで、近似曲線の係数を導出する。図１０の左上に示す数式が３次式の数式である。なお、温度Ｔに依存した規格化された光路長ｎｄ_Ｔの関数を以下式で表す。

【数40】

また、ｆ（Ｔ）の逆関数を以下のように示す。

【数41】

光路長ｎｄ_４０は、イニシャル温度Ｔ０とその時の光路長ｎｄ_Ｔ０に基づいて以下の数式により算出される。

【数42】

式３５に基づいて得られた光路長ｎｄ_４０及び光路長ｎｄ_Ｔに基づいて、温度Ｔを上述した式３４の数式を用いて導出する。Ｓ６８の処理が終了すると、図８に示す制御処理を終了する。

【0053】

以上で図８に示す制御処理を終了する。図８に示す制御処理を実行することで、少ないデータ点であっても高精度に温度を測定することができる。また、温度精度に合わせてデータ点を補間することができるので、精度よく安定な温度計測をすることができる。

【0054】

上述したように、一実施形態に係る光干渉システム１によれば、光源１０及び分光器１４に接続される第１入力端を除いた複数の入力端へ複数の出力端から光が戻ってきた場合、伝送機構であるコリメータ４２及びミラー４３によって戻り光が複数の出力端へ再度伝送される。ところで、従来の光干渉システムにあっては、カップラを用いた場合、戻り光の強度が１／Ｎに減少し、（１−Ｎ）／Ｎの光強度が損失している。これに対して、一実施形態に係る光干渉システム１によれば、測定時に利用していない入力端を反射防止処理等によって終端とするのではなく、戻り光を測定対象物に向けて再度伝送して利用することで、第１入力端への戻り光の光量を増大させることができる。よって、計測精度を向上させることができる。

【0055】

なお、上述した実施形態は光干渉システムの一例を示すものであり、実施形態に係る装置及び方法を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

【0056】

例えば、上述した実施形態では、入力端が２つ、出力端が２つのカップラ４１を中心に説明したが、入力端がＮ個、出力端がＮ個のカップラであってもよい。例えば、図１１に示すように、入力端が４つ、出力端が４つのカップラ４１Ａの光干渉システム１であってもよい。この場合、測定対象物１３Ａ〜１３Ｄに対してコリメータ１２Ａ〜１２Ｄから測定光が照射される。ここで、カップラ４１Ａの３つの入力端に伝送機構（コリメータ４２Ａ〜４２Ｃ、ミラー４３Ａ〜４３Ｃ）が設けられている。このため、図１に示す光干渉システム１と同様に、計測精度を向上させることができる。なお、計測点の数は、ＦＦＴ後のピークが重ならない範囲で増加させることができ、光源波長Δλと半値半幅ｌ_ｃで決定することができる。

【0057】

また、伝送機構は、図１，図１１に示すようにコリメータ及びミラーで構成するものに限られず、例えば図１２に示すように、内部がミラーコーティングされたキャップ４３Ａ〜４３Ｃを光ファイバに直接取り付けてもよいし、光ファイバの先端を直接ミラーコーティングしてもよい。又は、図１３に示すように、接続部４５Ａ，４５Ｂにより、入力端同士を光ファイバで接続してもよい。この場合、反射ロスを考慮する必要がなくなるため、光強度をより増大させることができる。さらに、図１３に示すように、構成の異なる伝送機構を混在させてもよい。

【0058】

また、基板処理装置に一実施形態で説明した光干渉システム１を搭載させてもよい。図１４は、一実施形態に係る基板処理装置１００の要部縦断面構成を模式的に示す図である。ここでは、プラズマエッチング装置などの基板処理装置における測定対象物１３Ａ，１３Ｂの例として、ウエハ、フォーカスリング又は対向電極（上部電極）の温度測定に適用する場合を例に挙げて説明する。

【0059】

図１４に示すように、基板処理装置１００は、基板としての半導体ウエハＷを収容してプラズマにより処理するための真空チャンバ２００を具備している。

【0060】

真空チャンバ２００は、その内部に処理室２０２を画成する。処理室２０２は、真空排気可能に構成されている。処理室２０２には、半導体ウエハＷを載置するための載置台３９が設けられている。この載置台３９は、導電性材料から構成され、高周波電力が印加されるＲＦプレート３８と、このＲＦプレート３８上に設けられ、半導体ウエハＷを吸着するための静電チャック機構５０とを具備しており、ＲＦプレート３８の中央部には、高周波電源（不図示）と電気的に接続された給電棒６０が接続されている。

【0061】

載置台３９の周囲には、載置台３９の周囲を囲むように、環状に形成されたバッフル板７０が設けられており、バッフル板７０の下部には、載置台３９の周囲から均一に排気を行うための環状の排気空間８０が形成されている。また、真空チャンバ２００の底部には、ベースプレート９０が設けられており、ＲＦプレート３８とベースプレート９０との間には、空隙１０１が形成されている。この空隙１０１は、ＲＦプレート３８とベースプレート９０を絶縁するための十分な広さとなっている。また、搬送アームから半導体ウエハＷを受け取り載置台３９に載置又は半導体ウエハＷを載置台３９より持ち上げて搬送アームに受け渡すプッシャーピンの駆動機構（不図示）が、この空隙１０１内に設けられている。また、この空隙１０１は、真空雰囲気ではなく大気雰囲気となっている。

【0062】

載置台３９の上方には、載置台３９と間隔を設けて対向するように対向電極１１０が設けられている。この対向電極１１０は、所謂シャワーヘッドによって構成されており、載置台３９上に載置された半導体ウエハＷに対して、シャワー状に所定の処理ガスを供給できるように構成されている。この対向電極１１０は、接地電位とされるか或いは高周波電力が印加されるようになっている。また、載置台３９上の半導体ウエハＷの周囲には、フォーカスリング２９０が設けられている。このフォーカスリング２９０は、半導体ウエハＷのプラズマ処理の面内均一性を向上させるためのものである。

【0063】

上記真空チャンバ２００は、載置台３９の上部の空間である処理室２０２が真空雰囲気となり、載置台３９の下部の空隙１０１が常圧雰囲気となるように構成されている。したがって、載置台３９が真空雰囲気と常圧雰囲気とを仕切る仕切り壁の一部を構成するようになっている。そして、載置台３９には、複数の温度測定用窓１２０，１３０，１４０、１５０及び１５１が形成されている。温度測定用窓１２０，１３０，１４０及び１５０は、載置台３９の上面と下面とを測定光が透過可能なように光学的に連通し、かつ、気密封止された構造となっている。温度測定用窓１５１は、真空チャンバ２００の上方から下方に向けて形成されており、光学的に連通し、かつ、気密封止された構造となっている。

【0064】

なお、一実施形態では、温度測定用窓１２０，１３０，１４０、１５０及び１５１のうち、載置台３９の最も外周側の位置に設けられた温度測定用窓１５０は、フォーカスリング２９０の温度を測定するためのものであり、他の温度測定用窓１２０，１３０、１４０及び１５１は、半導体ウエハＷの温度、又は、対向電極１１０の温度を測定するためのものである。

【0065】

上記温度測定用窓１２０，１３０，１４０及び１５０に対応して、ベースプレート９０には、貫通孔１６０，１７０，１８０及び１９０が設けられており、これらの貫通孔には、夫々温度測定手段からの測定光を導くための光ファイバ２０１，２１０，２２０及び２３０の出口部分に設けられたコリメータ２４０，２５０，２６０及び２７０が固定されている。また、ベースプレート９０と載置台３９（ＲＦプレート３８）との間の空隙１０１には、ベースプレート９０と載置台３９（ＲＦプレート３８）とを連結する連結部材３００が配置されている。また、温度測定用窓１５１に対応して貫通孔が設けられており、該貫通孔には、温度測定手段からの測定光を導くための光ファイバ２３１の出口部分に設けられたコリメータ２７１が固定されている。なお、図１４には、連結部材３００を１つのみ図示してあるが、この連結部材３００は、周方向に沿って複数（例えば４個以上）配置されている。これらの連結部材３００は、載置台３９の変形や振動を抑制するためのものである。

【0066】

上記光ファイバ２０１，２１０，２２０、２３０及び２３１は、図１に示す光干渉システム１に接続されている。すなわち、コリメータ２４０，２５０，２６０、２７０及び２７１が図１に示すコリメータ１２Ａ，１２Ｂに対応する。

【0067】

光源としては、測定光と参照光との干渉が測定できれば、任意の光を使用することが可能である。半導体ウエハＷの温度測定を行う場合には、少なくとも半導体ウエハＷの表面と裏面との間の距離（通常は８００〜１５００μｍ程度）からの反射光が干渉を生じない程度の光が好ましい。具体的には例えば低コヒーレンス光を用いることが好ましい。低コヒーレンス光とは、コヒーレンス長の短い光をいう。低コヒーレンス光の中心波長は例えば０．３〜２０μｍが好ましく、更に０．５〜５μｍがより好ましい。また、コヒーレンス長としては、例えば０．１〜１００μｍが好ましく、更に３μｍ以下がより好ましい。このような低コヒーレンス光を光源として使用することにより、余計な干渉による障害を回避でき、半導体ウエハＷの表面又は内部層からの反射光に基づく参照光との干渉を容易に測定することができる。

【0068】

上記低コヒーレンス光を使用した光源としては、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＬＥＤ、高輝度ランプ（タングステンランプ、キセノンランプなど）、超広帯域波長光源等を使用することができる。これらの低コヒーレンス光源の中でも、輝度の高いＳＬＤ（波長、例えば１３００ｎｍ）を光源として用いることが好ましい。

【0069】

上記光干渉システム１における参照光は、コリメータ２４０，２５０，２６０、２７０及び２７１から出力され、載置台３９から測定対象物であるウエハＷ、フォーカスリング２９０及び対向電極１１０へ出力される。

【0070】

以上、基板処理装置１００に光干渉システム１を搭載することで、ウエハＷ、フォーカスリング２９０及び対向電極１１０の厚さ及び温度を計測できる。なお、処理室内に収容されているフォーカスリング２９０又は対向電極１１０等のチャンバ内パーツを測定対象物とする場合には、測定光に対して透過性を有する材質でチャンバ内パーツを形成する。例えば、チャンバ内パーツの材質として、シリコン、石英又はサファイア等が用いられる。

【0071】

また、上述した実施形態では、測定対象物１３Ａ，１３Ｂを測定する例を説明したが、測定対象物１３Ａ，１３Ｂの温度を介して、最終的に測定したい測定物の温度を計測してもよい。例えば、図１５に示すように、最終的に測定したい測定物５１上に測定対象物１３Ａを熱伝導性に優れた接着剤等で取り付け、測定対象物１３Ａに光を照射して温度計測することで、測定物５１の温度を推定してもよい。

【0072】

また、上述した実施形態では、光サーキュレータ１１を備える例を説明したが、２×１又は２×２のフォトカプラであってもよい。

【0073】

また、上述した実施形態では、基板処理装置が複数のコリメータを備える例を説明したが、コリメータは１つであってもよい。

【0074】

また、上述した実施形態では、光干渉システム１が測定対象物１３Ａ，１３Ｂの温度を測定する場合を例に説明したが、光路長ｎ・ｄから厚さを測定してもよい。

【実施例】

【0075】

以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。

【0076】

（多点同時温度計測におけるピーク変化の確認）
複数の測定点をＦＦＴ周波数領域法にて同時に測定する場合には、干渉スペクトラムの１つのＦＦＴピークの変化が他のＦＦＴピークへ影響を与えないことが重要である。このため、測定対象物１３Ａとして３００μｍの厚さのウエハ、測定対象物１３Ｂとして７７０μｍの厚さのウエハを用意し、図１６の（Ａ）に示すように、７７０μｍの厚さのウエハのみ温度を上昇させ、その後３００μｍの厚さのウエハと同一の温度まで低下させた。光計測システム１で計測した結果を図１６の（Ｂ）に示す。図１６の（Ｂ）に示すように、３００μｍの厚さのウエハに起因するピーク（範囲Ｐ１）においては温度に違いがあっても差異が見られず、７７０μｍの厚さのウエハに起因するピーク（範囲Ｐ２）においては温度の違いによってピークが変動していることが確認された。すなわち、それぞれのピークは独立しており、別個に温度測定が可能であることが示された。

【0077】

（強度増大効果の確認）
（実施例１）
図１に示す光干渉システム１にて反射スペクトラムを計測した。測定対象物１３Ａとして３００μｍの厚さのウエハ、測定対象物１３Ｂとして７７０μｍの厚さのウエハを用いた。
（比較例１）
図１に示す光干渉システム１のコリメータ４２及びミラー４３に替えて、反射防止膜が施されたキャップを取り付けたシステムを用いて、反射スペクトラムを計測した。測定対象物１３Ａとして３００μｍの厚さのウエハ、測定対象物１３Ｂとして７７０μｍの厚さのウエハを用いた。
（比較例２）
比較例１の測定結果の強度を１．１７倍した。

【0078】

実施例１及び比較例１の測定結果及び比較例２の計算結果を図１７に示す。図１７に示すように、実施例１の光強度は、比較例１に比べて大きな光強度となることが確認された。さらに、実施例１の光強度と比較例２の光強度はほぼ同一であり、約１７％増大するという理論を実証することができた。

【0079】

図１８は、図１７の実施例１及び比較例１の計測結果の横軸を１／λ変換し、その後ＦＦＴを行うことで得られたスペクトルである。範囲Ｐ１におけるピークは、３００μｍの厚さのウエハの温度情報を求める時に使用するピークであり、範囲Ｐ２におけるピークは、７７０μｍの厚さのウエハの温度情報を求める時に使用するピークである。図１８に示すように、実施例１は比較例１に比べてΔＩの強度の増加が確認された。ΔＩは約２８％であった。また、範囲ＳＰ１，ＳＰ２におけるピークは、ミラー挿入によるサブピークであるが、温度情報を求める時に使用するピークには影響しないことが確認された。

【0080】

図１９は、実施例１及び比較例１について、ピーク強度の安定性を評価した結果であり、横軸がピーク強度、縦軸が安定性３σ（℃）である。安定性は３σ法にて求めた。実施例１の安定性をＸ_Ａ、比較例１の安定性をＸ_Ｂで示す。図１９に示すように、実施例１は比較例１に比べて安定性が約１５％改善された。

【符号の説明】

【0081】

１…光干渉システム、１０…光源、１１…光サーキュレータ、１２Ａ〜１２Ｄ，４２，４２Ａ〜４２Ｃ…コリメータ、１４…分光器、１５…制御部、１６…光路長算出部、１７…フーリエ変換部、１８…データ補間部、１９…重心計算部、２０…温度算出部、２１…温度校正データ、４１，４１Ａ…カップラ、４３，４３Ａ〜４３Ｃ…ミラー、１００…基板処理装置、１５１…ピーク強度取得部、１５２…調整位置導出部、１５３…信号生成部、２０２…処理室。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】