專利名稱：基板表面溫度測量方法、基板處理設(shè)備、半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在制造電子器件諸如半導(dǎo)體集成電路和顯示器件電 子源的過程中加熱和冷卻基板的設(shè)備中的一種原地測量基板表面溫度 的基板表面溫度測量方法、 一種使用此方法的基板處理設(shè)備、和一種 半導(dǎo)體器件制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路制造過程包括各種類型的退火過程，諸如光刻中 的烘烤、膜形成和灰化。在這樣一種退火過程中，常規(guī)上使用被布置 成與目標(biāo)基板相對的卣素?zé)艋蛘弑话街文繕?biāo)基板的支撐體中的 加熱器，加熱該目標(biāo)基板。
在此情況下，輻射溫度計被布置在橫跨目標(biāo)基板與卣素?zé)粝鄬Φ?一側(cè)上，并且在與目標(biāo)基板不接觸的狀態(tài)下測量目標(biāo)基板的溫度?；?于測量結(jié)果調(diào)整卣素?zé)舻墓饬?，從而控制目?biāo)基板的加熱溫度。
關(guān)于基板表面溫度的測量，熱通量計和溫度傳感器被布置在目標(biāo) 基板的下表面附近，并且使用從它們的位置到基板的上表面的熱阻來
測量表面溫度(見日本專利特開第2002-170775號)。
作為替換方案，在用作用于目標(biāo)基板的真空處理室的室的壁的一
部分中形成窗。使用輻射溫度計在該室的壁的外部測量目標(biāo)基板的表
面溫度(見曰本專利特開第60-253939號)。
作為替換方案，使接觸式傳感器諸如熱電偶與基板的表面直接接
觸，并且測量表面溫度。
作為替換方案，在基板的側(cè)面上設(shè)置接觸式距離傳感器。通過測
量基板的膨脹量獲得基板的平均溫度，并且使用獲得的平均溫度作為表面溫度(見日本專利特開第7-27634號)。
用于溫度測量的輻射溫度計是有利的，因為其可通過使用傳感器 諸如熱電堆測量從對象表面輻射出的具有波長分布的光，在與對象不 接觸的狀態(tài)下測量對象的表面溫度。
但是，當(dāng)使用輻射溫度計測量基板表面時，輻射率依賴于基板的 組分和表面狀態(tài)而改變。為了精確測量基板的表面溫度，必須針對基 板的每種組分和每種表面狀態(tài)校準(zhǔn)獲得的溫度。當(dāng)用于觀測基板的觀 測窗被膜形成氣體污染時，在測量中可能出現(xiàn)誤差。另外，由于輻射 溫度計本身昂貴，因而其增加了基板處理設(shè)備本身的成本。
特別地，當(dāng)在膜形成設(shè)備中使用輻射溫度計時，必須根據(jù)不斷變 化的膜形成狀態(tài)的變化而改變校準(zhǔn)參數(shù)。但是，精確地獲得形成期間 的膜厚度以及膜組分是非常困難的。因此，難以正確地設(shè)定校準(zhǔn)參數(shù)。
現(xiàn)在將參照圖9描述采用輻射溫度計的現(xiàn)有技術(shù)。
參照圖9，標(biāo)號101指示真空容器；102指示提供作為膜形成材 料的氣體的源氣體供給裝置；103指示閥；104指示真空泵；105指示 調(diào)整源氣體的濃度的流量控制器；106指示作為處理目標(biāo)的基板。標(biāo) 號107指示將基板106固定于預(yù)定位置的靜電卡盤；108指示抑制靜 電卡盤107的變形的基板臺架；109指示將基板臺架108連接到真空 容器101的附連構(gòu)件。標(biāo)號111指示使用輻射熱加熱基板106的表面 的卣素加熱器；112指示將加熱器111連接到真空容器101的附連構(gòu) 件；113指示卣素加熱器控制器。另外，標(biāo)號301指示被設(shè)置在真空 容器101外部的輻射溫度計；302指示透射來自基板106的輻射的引 出窗。輻射溫度計301可測量通過引出窗302透射的輻射。
當(dāng)這樣使用輻射溫度計時， 一般來說，即使基板106的表面溫度 保持相同，輻射溫度計301測量到的輻射量也根據(jù)在基板106的表面 上形成的膜的組分的變化而改變。
引出窗302的內(nèi)側(cè)不斷地被源氣體污染，并且需要清潔。因此， 必須根據(jù)引出窗302的透光率校正測量到的輻射量。
通過引出窗302透射的射束包括來自基板106的輻射以及被真空容器101的壁反射的光。另外，來自卣素加熱器111的光可被基板106 直接反射，以雜散光的形式到達引出窗302，并且透射通過引出窗302。 應(yīng)對此問題的對策也是必需的。
以這種方式，盡管使用輻射溫度計的測量由于允許不接觸的觀測
而是有利的，但是精度可能由于各種測量誤差而降低，并且輻射溫度 計本身昂貴。
作為另一種技術(shù)，通過從基板的膨脹量進行轉(zhuǎn)換來獲得基板溫度 的方法也是可用的。通過此方法，可計算基板的平均溫度。但是，如 果基板中存在溫度分布，則平均溫度與基板的表面溫度之間的溫度差 增大，從而增大誤差。
現(xiàn)在將參照圖10描述通過從基板的膨脹量進行轉(zhuǎn)換來獲得基板 溫度的常規(guī)技術(shù)。
參照圖10，標(biāo)號401指示燈；402指示基板；403指示可移動石 英銷；404指示光學(xué)測微器；405指示支撐銷。標(biāo)號406指示處理室； 407指示燈功率控制單元；408指示位移/溫度轉(zhuǎn)換器；409指示工藝處 方(process recipe )。圖10為基4反表面的平面^見圖。
在圖10的設(shè)備中，燈401發(fā)出的光加熱被置于處理室406中的 基板402。當(dāng)基板402被加熱時，基板402膨脹。由于支撐銷405限 制基板402的一側(cè)，所以基板402的膨脹量表現(xiàn)為被提供給基板402 的可移動石英銷403的移動量本身。通過使用光學(xué)測微器404讀取可 移動石英銷403的移動量來計算基板402的膨脹量。在接收到計算出 的膨脹量時，位移/溫度轉(zhuǎn)換器408計算基板402的溫度，并且將該溫 度發(fā)送給燈功率控制單元407。燈功率控制單元407通過參考接收到 的基板溫度和工藝處方409來控制燈401。
但是，由于可移動石英銷403與基板402接觸，所以基板402的 熱漂移至可移動石英銷403并且加熱該可移動石英銷403,因此，可 移動石英銷403本身膨脹。結(jié)果，面對光學(xué)測微器404的可移動石英 銷403的表面的移動量不同于沒有與可移動石英銷403接觸的基板 402的端面的移動量。這導(dǎo)致溫度測量中出現(xiàn)誤差。當(dāng)基板402中存在溫度分布時，可從基板的膨脹量計算出的是整 個基板的平均溫度，而不能總是測量出基板的表面溫度。例如，如圖 IO所示，當(dāng)使用燈從上表面?zhèn)燃訜峄?02時，熱漂移至基板402的 下表面。
作為替換方案，當(dāng)使用燈從下表面?zhèn)燃訜峄?02時，熱漂移至 基板402的上表面?zhèn)?。因此，基?02的上表面和下表面之間發(fā)生溫 度差。因而，僅從基板的膨脹量難以精確地測量基板的表面溫度。
作為另一種技術(shù)，通過使接觸式傳感器諸如熱電偶與基板直接接 觸來進行測量的方法可被使用。當(dāng)以種方式使該傳感器與基板表面接 觸時，或者當(dāng)基板由于基板中的溫度變化而膨脹時，難以保持傳感器 與基板的接觸狀態(tài)。另外，當(dāng)熱電偶本身被加熱器加熱時，可能出現(xiàn) 誤差。由于在基板的與傳感器接觸的部分上沒有形成膜，因此基板被 部分地浪費了。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種可解決上述問題之一的表面溫度 測量方法，和一種利用此方法的基板處理設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的 是改善基板表面溫度的測量精度。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基板表面溫度測量方法，包
括
測量步驟，測量基板的膨脹量；以及
表面溫度計算步驟，使用基板的膨脹量計算基板的中間平面的溫 度，從基板的熱通量和熱阻計算基板的中間平面與上表面之間的溫度 差，并且使用該溫度差和該基板的中間平面的溫度獲得基板的上表面 的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種基板處理設(shè)備，包括 加熱部件，用于加熱基板；
控制部件，用于控制該加熱部件； 膨脹量測量部件，用于測量基板的膨脹量；以及
9熱通量測量部件，用于測量基板中的熱通量，
其中該控制部件使用該膨脹量測量部件測量的膨脹量計算基板 的中間平面的溫度，從該熱通量測量部件測量的熱通量和熱阻計算基 板的中間平面與上表面之間的溫度差，使用該溫度差和該基板的中間 平面的溫度獲得基板的上表面的溫度，并且基于該上表面的溫度控制 該加熱部件。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種基板處理設(shè)備，包括 基板支撐體，支撐基板；
基板加熱部件，該基板加熱部件被提供給該基板支撐體； 絕熱部件，用于覆蓋該基板支撐體； 控制部件，用于控制該基板加熱部件；以及 膨脹量測量部件，用于測量基板的膨脹量， 其中該控制部件
使用該膨脹量測量部件觀'J量的膨脹量計算基板的中間平面的溫
度，
從被提供給該加熱部件的能量計算基板中的熱通量，
從該計算出的熱通量和熱阻計算基板的中間平面與上表面之間
的溫度差，使用該溫度差和該基板的中間平面的溫度獲得基板的上表
面的溫度，并且基于該上表面的溫度控制該加熱部件。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種半導(dǎo)體器件制造方法，包
括使用根據(jù)本發(fā)明的 一 個方面的基板表面溫度測量方法測量基板的表
面溫度的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，可改善基板表面溫度的測量精度。
本發(fā)明的其它特征將從下文參照附圖對示例性實施例的描述中
變得清晰。
圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的設(shè)備的布置的視
10圖2是用于說明根據(jù)第一實施例如何獲得基板的表面溫度的視
圖3是用于說明基板中的溫度梯度的曲線圖4是示出本發(fā)明的設(shè)備中使用的熱通量傳感器的布置的示意
圖5是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的設(shè)備的布置的視
圖6是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的設(shè)備的布置的視
圖7是用于示意性地說明在第三實施例中通過對準(zhǔn)用觀測器觀測 在基板上形成的對準(zhǔn)標(biāo)記時的所述對準(zhǔn)標(biāo)記的視圖8是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的設(shè)備的布置的視
圖9是示意性示出背景技術(shù)的第一設(shè)備的布置的視圖；并且 圖IO是示意性示出背景技術(shù)的第二設(shè)備的布置的視圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，使用基板的膨脹量、流過該基板的熱通量以及基板 的熱阻來測量基板的表面溫度。在此說明書中，基板的上表面指的是 經(jīng)受諸如膜形成之類的處理的表面，基板的下表面指的是在與該上表 面相反的一側(cè)的表面，并且基板的邊緣表面指的是基板的除該上表面 和下表面外的任何其它表面。
可通過使用非接觸式傳感器例如使用光的距離測量傳感器檢測 基板的邊緣表面，或者通過使用具有標(biāo)記圖像識別功能的對準(zhǔn)觀測器 (scope)檢測在基板上形成的標(biāo)記，來測量基板的膨脹量。
此時，當(dāng)要在其上放置對準(zhǔn)標(biāo)記的觀測器臺架的膨脹影響測量精 度時，可預(yù)先獲得觀測器臺架的線膨脹系數(shù)，并且每當(dāng)必要時可測量 溫度，從而消除觀測器臺架的膨脹的影響。
在此情況下，在目標(biāo)基板的處理期間目標(biāo)基板的線膨脹系數(shù)幾乎不改變是重要的。 一般來說，基板具有約lmm的厚度，而在基板上 形成的層的厚度則小至約幾fim。即使當(dāng)整個基板的線膨脹系數(shù)用層 以外的基板的線膨脹系數(shù)代替時，誤差也非常小。
因此，可從基板的膨脹量和線膨脹系數(shù)計算基板的平均溫度。另 外，基板的線膨脹系數(shù)由基板的物理特性確定，這在獲得絕對溫度方 面是非常方便的。但是，當(dāng)基板中存在熱通量以形成溫度分布時，僅 僅這一點并不能夠?qū)崿F(xiàn)基板的表面溫度的計算。為此，通過測量形成 基板中的溫度分布的熱通量來計算基板中的溫度梯度。當(dāng)從基板的邊 緣部分耗散的熱量小得可忽略不計時，基板中的溫度梯度可被認為是 恒定的。因此，基板的平均溫度與基板的中間平面的溫度一致。本發(fā) 明旨在通過利用這一事實，通過從基板的膨脹量獲得的基板的平均溫 度(即，基板的中間平面的溫度)與從熱通量計算的溫度梯度(即， 基板的中間平面和上表面之間的相對溫度差)的相加和相減，確定基 板表面的絕對溫度。
此時，可使用卣素加熱器等從基板的上表面?zhèn)燃訜峄?，或者?用加熱器從基板的下表面加熱基板。由于基板總體上形成薄板，因此 從基板的邊緣表面的散熱可忽略不計。因此，在任何情況下，流過基 板的熱通量可被近似地看作等于流過支撐基板的臺架的或者流過靜電 卡盤的熱通量。
以這種方式，可從被測量的熱通量的幅值和基板的熱阻計算基板 中的溫度分布(溫度梯度)?？赏ㄟ^該溫度梯度與從膨脹量計算出的 基板的平均溫度的相加或相減，獲得基板的表面溫度。
應(yīng)指出，基板的"中間平面"指的是與基板的上表面和下表面相 距相等距離的虛擬平面。
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的多個實施例。
圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第 一 實施例的熱C VD設(shè)備的布置。 被用作此實施例的熱CVD設(shè)備的基板處理設(shè)備包括真空容器 101，并且在該真空容器101中的基板106上形成膜。源氣體供給裝置102和真空泵104被提供給真空容器101。源氣體供給裝置102將作為 膜的源的氣體供給真空容器101。源氣體的供給路徑具有閥103和流 控制器105，該流控制器105調(diào)整源氣體的濃度。
真空容器IOI在其內(nèi)部底部具有靜電卡盤107和基板臺架108。 靜電卡盤107將基板106固定在預(yù)定位置?；迮_架108抑制靜電卡 盤107的變形。基板臺架108通過附連構(gòu)件109連接到真空容器101。 基板臺架108由足夠剛性的構(gòu)件形成。因此，即使真空容器101由于 熱或真空度的改變而變形，該變形將不會影響靜電卡盤107。利用彈 簧彈性的結(jié)構(gòu)被插置于基板臺架108和附連構(gòu)件109之間。
加熱基板106的卣素加熱器lll位于與基板106的表面相對的、 真空容器101的內(nèi)部頂部的部分處。卣素加熱器lll通過附連構(gòu)件112 連接到真空容器101。加熱器控制器113控制鹵素加熱器111的溫度 和將提供的熱量。加熱器控制器113連接到主控制器114。
靜電卡盤107具有熱通量傳感器110，該熱通量傳感器110用作 檢測在垂直于基板表面的方向上在靜電卡盤107中漂移的熱通量的熱 通量檢測部件。用作距離測量傳感器的觀測器115a和115b被設(shè)置于 分別面對基板106的相對邊緣表面的部分。觀測器115a和115b觀測 基板106的邊緣位置，并且測量到邊緣表面的距離。熱通量傳感器110 以及觀測器115a和115b都連接到主控制器114,并且將它們的測量 信息告知主控制器114。
各個觀測器115a和115b固定在觀測器臺架(支撐體)116上。 觀測器臺架116通過附連構(gòu)件117連接到真空容器101。觀測器臺架 116由足夠剛性的構(gòu)件形成，從而真空容器101的形狀的變形將不會 影響該觀測器臺架116。利用彈簧彈性的結(jié)構(gòu)被插置于觀測器臺架116 和附連構(gòu)件117之間。
現(xiàn)在將參照圖2更詳細地描述測量基^反106的表面溫度的方法。 圖2包括圖1的設(shè)備的主要部分以及下文描述中所必需的變量。
Oa、 Ob、 Lscp、 Xa、 Xb和Lwaf 4皮如下地定義。即，Oa和Ob 代表觀測器位置基準(zhǔn)；Lscp代表觀測器115a和U5b的位置基準(zhǔn)之間
13的距離；Xa和Xb代表分別由對應(yīng)的觀測器115a和115b測量的基板 106的邊緣表面的位移量(相對于作為原點(基準(zhǔn)點)的觀測器位置 基準(zhǔn)Oa和Ob從基板向外的方向被確定為正方向)；并且Lwaf代表 基板長度。
此時，通過使用觀測器位置基準(zhǔn)之間的距離Lscp和兩個觀測器 測量值Xa和Xb，基板長度Lwaf可被如下地表示
Lwaf = Lscp + Xa + Xb …(1)
并且，變量T0w、 Lwaf0、 Twaf和pwaM皮如下定義。即，
TOw:測量基板基準(zhǔn)長度時的溫度
Lwaf0:在溫度TOw下的基板長度Lwaf
Twaf:平均基板溫度
pwaf:基板106的線膨脹系數(shù)
此時，基板長度Lwaf也可類似地表示為
Lwaf=LwafO* ( 1 + pwaf* (Twaf-TOw) ) ... (2)
因此，由上述等式(1)和(2)，基板平均溫度Twaf可被表示
為
Twaf = ( ( Lscp + Xa + Xb ) /LwafO - 1) /pwaf + TOw ... ( 3 )
參照圖2和3，應(yīng)注意，
Jst:流過靜電卡盤107的熱通量[W/cm2
Jwaf:流過基才反106的熱通量[W/cm2(對于Jst和Jwaf兩者， 從基板的上表面到基板的下表面的方向被定義為正方向)
Tb:基板的下表面(在基板臺架108側(cè)的表面)的溫度 Tc:基板的中間平面的溫度 Tt:基板的上表面的溫度
在圖2中，加熱器111提供的熱的一部分從基板106通過靜電卡 盤107耗散。此時，流過靜電卡盤107的熱通量Jst可由熱通量傳感 器110測量。由于基板106被靜電卡盤107卡夾住，所以流過基板106 的熱通量Jwaf可由測量的熱通量Jst代替。
關(guān)于上述的熱流動，根據(jù)流過基板106的熱通量Jwaf在基板106中形成溫度梯度。但是，基板106中的熱通量可被認為在基板的厚度 方向上的所有位置處幾乎是恒定的。因此，從基板的上表面到基板的 下表面形成線性溫度梯度。如圖3所示，該溫度梯度可被認為是恒定 的。然后，基板平均溫度Twaf等于基板的中間平面的溫度Tc。 因而，
Tc-Twaf …(4)
另外，基板的中間平面與上表面之間的溫度差由以下給出
Tt-Tc-Jwaf*R …(5)
其中，R為從基板的中間平面到基板的上表面的熱阻[K.cm2/W]。 因此，使用上式(l)、 (2)、 (3)和(4)，基板上表面溫度 Tt可被如下地計算 Tt = Tc + Jwaf*R =Twaf + Jwaf*R
=((Lscp + Xa + Xb ) /LwafO - 1) /pwaf + TOw + Jst*R
...(6)
下文將參照圖l的設(shè)備對此進行描述。在處理基板的同時，通過 觀測器115a和115b獲得指示基板106的膨脹量的測量值Xa和Xb。 主控制器114被告知所述測量值Xa和Xb?；谠撆蛎浟?、被預(yù)先測 量的基板106的初始長度(基板基準(zhǔn)長度LwafO )、測量LwafO時的 溫度TOw，和基板106的線膨脹系數(shù)pwaf，主控制器114計算基板 106的中間平面的溫度Tc(基板平均溫度Twaf)(見等式(3 )和(4 ))。 由于基板基準(zhǔn)長度LwafO、溫度TOw和線膨脹系數(shù)pwaf為固定參數(shù)， 因此它們需要在處理基板之前被預(yù)先存儲在主控制器114中。
與Tc計算步驟同時地，熱通量傳感器110測量基板106中的熱 通量Jwaf (由靜電卡盤107中的熱通量Jst代替)。主控制器114被 告知熱通量Jst?；跍y量的熱通量Jst和被預(yù)先輸入的基纟反106的熱 阻R，主控制器114計算基板106的中間平面與上表面之間的溫度差 (Tt-Tc)(見等式(5))。關(guān)于基板106的熱阻R，如果基板是 晶片產(chǎn)品等，則其熱阻值是已知的。此值被預(yù)先存儲在主控制器114中。
最后，使用計算出的基板106的中間平面的溫度Tc以及基板106 的中間平面與上表面之間的溫度差(Tt-Tc)，主控制器114獲得基 板的表面溫度Tt。根據(jù)此測量結(jié)果調(diào)整囟素加熱器111的熱量。
這樣，借助于此實施例的設(shè)備，可使用觀測器115a和115b的測 量值Xa和Xb以及熱通量傳感器110的測量值Jst計算出基板表面溫 度Tt。
圖4為示出熱通量傳感器110的實際示例的示意圖。 熱通量傳感器如下地起作用。熱電偶被分別置于具有熱阻的熱通 量傳感器的板狀體的上表面和下表面上。測量當(dāng)熱通量流過該熱電偶 時發(fā)生的溫度差(Tl-T2)，從而測量熱通量的幅值。由熱通量傳感 器表面上的熱電偶測量的溫度差(Tl-T2)等于熱通量(W/cm2)與 熱阻(K.cmVW)的乘積。如果熱阻被預(yù)先獲得，則從該測量的溫度 差獲得熱通量。作為一種改善靈敏度的方案，如圖4所示，熱電偶在 熱通量傳感器中串聯(lián)連接。 [笫二實施例]
圖5示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的熱CVD設(shè)備的布置。
此實施例的設(shè)備是通過在圖1的布置中添加觀測器臺架溫度傳感 器U8得到的。觀測器臺架溫度傳感器118用作用于檢測觀測器臺架 116的溫度的支撐體溫度檢測部件。另外，添加了觀測器臺架溫度控 制管119和觀測器臺架溫度控制器120。觀測器臺架溫度控制管119 被鋪設(shè)在觀測器臺架116中以調(diào)整觀測器臺架116的溫度。觀測器臺 架溫度控制器120控制在管119中流動的制冷劑的循環(huán)。
當(dāng)制冷劑在觀測器臺架溫度控制管119中循環(huán)流動時，觀測器臺 架116中的溫度不均勻性的減少可多于不具有觀測器臺架溫度控制管 119的觀測器臺架中的溫度不均勻性的減少。因此，可抑制觀測器臺 架溫度傳感器118的測量誤差。
觀測器臺架溫度傳感器118連接到主控制器114，并且將觀測器 臺架116的溫度告知主控制器114。在上述布置中，假設(shè)觀測器臺架116的溫度由于與環(huán)境大氣的熱 交換而改變，并且觀測器臺架116本身的長度改變。在此情況下，也 可精確地計算基板106的長度Lwaf和基板表面溫度Tt。下文將對此 進行詳細描述。
應(yīng)注意
T0s:測量觀測器基準(zhǔn)長度時的溫度
Tscp:觀測器臺架溫度傳感器118測量的觀測器臺架溫度 Lscp0:在溫度T0s下，觀測器115a和U5b各自的位置基準(zhǔn)之
間的3巨離Lscp
pscp:觀測器臺架116的線膨脹系數(shù)
然后，觀測器位置基準(zhǔn)之間的距離Lscp可被表示為
Lscp - LscpO* ( 1 + pscp* ( Tscp - T0s )) …(7 )
當(dāng)?shù)仁?7)與上述等式(6)相結(jié)合時，基板表面溫度Tt被如
下地計算
Tt = ( ( ( LscpO* ( 1 + pscp* ( Tscp - TOs ) ) ) + Xa + Xb ) /LwafO - 1 ) /pwaf + TOw + JwaPR …(8 )
以這種方式，借助于圖5的設(shè)備，可使用觀測器115a和115b各 自的測量值Xa和Xb、熱通量傳感器110的測量值Jst和觀測器臺架 溫度(Tscp),計算基板表面溫度Tt。 S:基板106的面積[m21
因此，使用等式(1)至(6)以及(9)，基板表面溫度Tt被如 下地計算
Tt = ( ( Lscp + Xa + Xb ) /Lwaf0 - 1) /pwaf
+ TOw+ (Pw/S) *R … (10)
從上式(10)中很明顯，因為其不需要熱通量傳感器110，所以 此實施例是有利的，熱通量傳感器IIO是圖6中的設(shè)備所必需的。
此外，參照上述多個實施例，例如，當(dāng)使用玻璃作為基板的基材 時，線膨脹系數(shù)至少為約3E-6。假設(shè)基板的長度為1m，如果可以約 ljim的誤差測量基板長度，則在此測量下獲得的溫度的誤差可小至約 0.3 。C。
當(dāng)基板由玻璃制成時，導(dǎo)熱系數(shù)為約lW/(nrK)。當(dāng)基板的厚度 為2mm時，其熱阻為約20K.cm2/W。如果此時流過1W/cm2的熱通量， 則在基板的上表面與下表面之間發(fā)生20K的溫度差，并且在基板的中 間平面與上表面之間發(fā)生IOK的溫度差。即使在此情況下，仍可通過 測量熱通量來計算基板中的溫度分布。
使用石英玻璃作為高溫多晶硅TFT基板的材料。當(dāng)基板由石英 玻璃制成時，導(dǎo)熱系數(shù)為約1.4W/(nrK)。當(dāng)基板的厚度為lmm時， 其熱阻為7K'cm2AV;當(dāng)基板的厚度為2mm時，其熱阻為14K*cm2/W。 如果此時流過1W/cm2的熱通量，則當(dāng)基板厚度為lmm時，在基板的 上表面與下表面之間發(fā)生7K的溫度差，并且在基板的中間平面與上 表面之間發(fā)生3.5K的溫度差。類似地，當(dāng)基板厚度為2mm時，在基 板的上表面與下表面之間發(fā)生14K的溫度差，并且在基板的中間平面 與上表面之間發(fā)生7K的溫度差。
當(dāng)基板由預(yù)期作為可彎曲TFT的材料的聚醚砜(PES)制成時， 導(dǎo)熱系數(shù)為約0.18W/(m.K)。當(dāng)基板的厚度為lmm時，其熱阻為56K.cm2/W;當(dāng)基板的厚度為0.3mm時，其熱阻為17K.cmVW。如果 此時流過1\￥/ 112的熱通量，則當(dāng)基板厚度為lmm時，在基板的上表 面與下表面之間發(fā)生56K的溫度差，并且在基板的中間平面與上表面 之間出現(xiàn)28K的溫度差。類似地，當(dāng)基板厚度為0.3mm時，在基板 的上表面與下表面之間發(fā)生17K的溫度差，并且在基板的中間平面與 上表面之間出現(xiàn)8.5K的溫度差。
熱阻的值可由被表示為t/C的等式計算，其中C為材料的導(dǎo)熱系 數(shù)(W/cm'K) ， t為材料的厚度(cm)。
如上所述，當(dāng)基于基板的膨脹量計算基板的平均溫度，以及基于 基板中的熱通量計算基板的中間平面與上表面之間的相對溫度差時， 可精確地獲得基板的表面溫度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可非常精確地測量基板的表面溫度，而 不會對工藝諸如本應(yīng)與基板不接觸地執(zhí)行的膜形成造成不利影響。結(jié) 果，可改善該工藝的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性。這樣有效地改善了形成的膜的 品質(zhì)和產(chǎn)量，從而降低成本。
作為在本發(fā)明中被準(zhǔn)備的以便以不接觸的方式獲得表面溫度的 非接觸式傳感器，可使用利用普通激光器的距離測量傳感器，或具有 便宜的圖像處理器的對準(zhǔn)觀測器。因此，與使用輻射溫度計的情況相 比，該測量系統(tǒng)可以低得多的成本形成。
盡管已經(jīng)參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本發(fā)明 并不局限于公開的示例性實施例。下文權(quán)利要求的范圍應(yīng)被最寬泛地 解釋以便包含所有這些變型以及等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種基板表面溫度測量方法，包括測量步驟，測量基板的膨脹量；以及表面溫度計算步驟，使用所述基板的膨脹量計算所述基板的中間平面的溫度，從所述基板的熱通量和熱阻計算所述基板的所述中間平面與一個表面之間的溫度差，并且使用所述溫度差和所述基板的所述中間平面的溫度獲得所述基板的所述表面的溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述表面溫度計算步 驟中，基于所述膨脹量、被預(yù)先測量的所述基板的初始長度、測量所 述初始長度時的溫度、以及所述基板的線膨脹系數(shù)，計算所述基板的 所述中間平面的溫度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述測量步驟中，從 所述基板的自其上的多個基準(zhǔn)點的位移量測量所述基板的膨脹量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述位移量由多個傳感 器測量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述傳感器包括非接觸 式傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述多個傳感器固定在 一個支撐體上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在所述測量步驟中，通 過測量所述支撐體的溫度來計算所述支撐體的膨脹量，并且使用所述 支撐體的所述膨脹量校正由所述傳感器檢測的位移量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，制冷劑在所述支撐體內(nèi)循環(huán)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述基板的自其上的多 個基準(zhǔn)點的位移量是通過觀測所述基板的邊緣表面獲得的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述測量步驟中，所 述基板的自其上的多個基準(zhǔn)點的位移量是通過觀測所述基板上的標(biāo)記獲得的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述表面溫度計算步 驟中，所述基板中的熱通量是通過測量支撐所述基板的基板支撐體的 熱通量獲得的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，當(dāng)支撐所述基板的支撐 體具有加熱所述基板的加熱器時，在所述表面溫度計算步驟中，具有 所述加熱器的所述基板支撐體被絕熱材料覆蓋，并且從提供給所述加 熱器的能量計算所述基板中的熱通量。
13. —種基板處理設(shè)備，包括 加熱部件，用于加熱基板； 控制部件，用于控制所述加熱部件； 膨脹量測量部件，用于測量基板的膨脹量；以及 熱通量測量部件，用于測量基板中的熱通量，其中所述控制部件使用所述膨脹量測量部件測量的膨脹量計算 基板的中間平面的溫度，從所述熱通量測量部件測量的熱通量和熱阻 計算基板的中間平面與上表面之間的溫度差，使用所述溫度差和基板 的中間平面的溫度獲得基板的上表面的溫度，并且基于上表面的溫度 控制所述加熱部件。
14. 一種基板處理設(shè)備，包括 基板支撐體，用于支撐基板；基板加熱部件，該基板加熱部件被提供給所述基板支撐體； 絕熱部件，用于覆蓋所述基板支撐體； 控制部件，用于控制所述基^1加熱部件；以及 膨脹量測量部件，用于測量基板的膨脹量， 其中所述控制部件使用所述膨脹量測量部件測量的膨脹量計算基板的中間平面的溫度，從被提供給所述加熱部件的能量計算基板中的熱通量，從所述計算出的熱通量和熱阻計算基板的中間平面與上表面之間的溫度差，使用所述溫度差和基板的中間平面的溫度獲得基板的上 表面的溫度，并且基于所述上表面的溫度控制所述加熱部件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述控制部件基于所 述膨脹量、被預(yù)先測量的所述基板的初始長度、測量所述初始長度時 的溫度、以及所述基板的線膨脹系數(shù)，計算所述基板的所述中間干面 的溫度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述控制部件基于所 述膨脹量、被預(yù)先測量的所述基板的初始長度、測量所述初始長度時 的溫度、以及所述基板的線膨脹系數(shù)，計算所述基板的所述中間平面 的溫度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述膨脹量測量部件 從所述基板的自其上的多個基準(zhǔn)點的位移量測量所述基板的膨脹量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述膨脹量測量部件 從所述基板的自其上的多個基準(zhǔn)點的位移量測量所述基板的膨脹量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述膨脹量測量部件 包括測量所述位移量的多個傳感器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述膨脹量測量部件 包括測量所述位移量的多個傳感器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述傳感器包括非接 觸式傳感器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述傳感器包括非接 觸式傳感器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述多個傳感器固定 在一個支撐體上。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述多個傳感器固定 在一個支撐體上。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，進一步包括用于測量所述支 撐體的溫度的支撐體溫度檢測部件，其中，所迷控制部件使用檢測到的所述支撐體的溫度計算所述支撐體的膨脹量，以及使用所述支撐體的膨脹量校正所述傳感器檢測到 的位移量。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，進一步包括用于測量所述支 撐體的溫度的支撐體溫度檢測部件，其中，所述控制部件使用檢測到的所述支撐體的溫度計算所述支 撐體的膨脹量，以及使用所述支撐體的膨脹量校正所述傳感器檢測到 的位移量。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，進一步包括用于使制冷劑在 所述支撐體內(nèi)循環(huán)的部件。
28，根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，進一步包括用于使制冷劑在 所述支撐體內(nèi)循環(huán)的部件。
29. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述膨脹量測量部件 通過觀測所述基板的邊緣表面獲得所述基板的自其上的多個基準(zhǔn)點的 位移量。
30. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述膨脹量測量部件
31.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述膨脹量測量部件
32. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述膨脹量測量部件 通過觀測所述基板上的標(biāo)記獲得所述基板的自其上的多個基準(zhǔn)點的位 移量。
33. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，進一步包括熱通量檢測部件， 所述熱通量檢測部件用于通過測量支撐所述基板的基板支撐體的熱通 量，測量所述基板中的熱通量。
34. —種半導(dǎo)體器件制造方法，包括使用根據(jù)權(quán)利要求l所述的 基板表面溫度測量方法測量基板的表面溫度的步驟。準(zhǔn)點的位移量。準(zhǔn)點的位
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基板表面溫度測量方法，使用該方法的基板處理設(shè)備，和半導(dǎo)體器件制造方法。使用觀測基板(106)的邊緣表面的觀測器(115a，115b)測量基板(106)的膨脹量。使用基板(106)的膨脹量計算基板(106)的中間平面的溫度。使用熱通量傳感器(110)測量基板(106)中的熱通量。從測量的基板(106)的熱通量和基板(106)的熱阻，計算基板(106)的中間平面與上表面之間的溫度差。使用所述溫度差和基板(106)的中間平面的溫度，獲得基板(106)的表面的溫度。
文檔編號H01L21/02GK101527274SQ20091011823
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者山本武 申請人:佳能安內(nèi)華股份有限公司