Rapid measurement of substrate temperatures by frequency-domain low-coherence interferometry

Abstract

Rapid high-precision temperature monitoring systems for silicon wafers applicable even during plasma processing have been developed using frequency-domain low-coherence interferometry without a reference mirror. It was found to have a precision of 0.04 °C, a response time of 1 ms, and a large tolerance to mechanical vibrations and fiber vending when monitoring the temperature of commercial Si wafers. The performance is a substantial improvement over the previous precision of 0.11 °C measured in a few seconds using a time-domain method. It is, therefore, a powerful real-time technique to monitor rapidly varying wafer temperatures with high precision.

Noncontact measurement of substrate temperature by optical low-coherence interferometry in high-power pulsed magnetron sputtering

“…To solve this problem, we have developed a noncontact temperature measurement method based on optical low-coherence interferometry (LCI) and reported the accurate substrate temperature measurement in the plasma etching process. [16][17][18][19][20][21] It is necessary to evaluate the repeatability of the temperature measurement by replacing the plasma-treated substrate with new one. In addition, there are no reports on the application of LCI to the measurement of the substrate temperature in deposition processes.…”

Fotónica de microondas aplicada a la interferometría de baja coherencia

“…Como se puede observar, uno de los interferómetros se denomina "interferómetro de referencia" o "interferómetro de procesado", cuya misión es generar diferentes OPD de referencia para comparar con el OPD medido en un sensor y obtener un máximo en el patrón de interferencia. La existencia del escaneo del OPD denota que en estos sistemas se emplea, generalmente, un esquema basado en TD-LCI [87,89,90], aunque también existen propuestas basadas en FD-LCI [91,92]. Mediante la medida de la diferencia entre el OPD de referencia y el que provoca el máximo en el patrón de interferencia, es posible obtener la variación de la magnitud física en cuestión.…”

“…Por otra parte, también suelen ser comunes los sistemas de sensado destinados a medir cambios de temperatura siendo el método empleado ligeramente diferente a los casos comentados previamente [89,92,93]. En primer lugar, se encuentra la diferencia de fase entre la señal de referencia y la señal del sensor cuando se produce el máximo del patrón de interferencia.…”

“…Sin embargo, en aplicaciones de sensado, una sensibilidad baja puede ser suficiente para determinar el cambio de fase asociado a cierta magnitud. En concreto, la sensibilidad que caracteriza a estos sistemas suele tener unos valores típicos que se sitúan en los 40-60 dB [89,90,92].…”

“…También es importante aclarar que estos parámetros como la profundidad de penetración o rango de operación, son altamente dependientes de la aplicación concreta que se desarrolle, ya que, por ejemplo, un mismo sistema de medida de temperatura no puede ser usado en un ambiente de diseño o control de procesos, donde se necesita una gran precisión, y en el control de estructuras como puentes o edificios, donde el rango de medida debe ser lo más relevante. Sin embargo, como tendencia general, las fuentes empleadas suelen trabajar en el rango de 1300-1600 nm, ya que las posibilidades comerciales son mejores [89,90,92,93,94].…”