[发明专利]温度测量装置以及利用它的热处理装置、温度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用探测激光来测量温度的温度测量装置以及利用它的热处理装置、温度测量方法，特别是涉及如同半导体基板等基板的热处理那样在基板内产生较高的温度梯度并在短时间内进行热处理的情况下的温度测量中优选使用的温度测量装置以及利用它的热处理装置、温度测量方法。

背景技术

为了在半导体基板等基板的热处理中高精确度且有效地进行热处理，需要非接触测量基板温度的方法。以往作为非接触型温度测量装置而使用放射温度计，但是由于放射率随着基板表面状态变化而发生变化，放射温度计难以测量基板的正确温度，因此提出了利用激光器来测量基板温度的方法。

例如，专利文献1中提出了如下方法：从半导体激光器向被测温体照射探测激光，并且还向参照用部件照射探测激光，检测来自被测温体的反射光和来自参照用部件的反射光的合成光，在该合成光的频谱中，求出对应于被测温体的温度而异常地产生了强度变化的光成分的频率，根据该频率来掌握上述被测温体的温度。

另外，在专利文献2中提出了一种通过对工件的表面温度进行测量的表面温度测量装置来测量温度的方法，其中，所述表面温度测量装置具备：激光照射部，向上述工件的测量点照射激光；激光分离部，其将从该激光照射部照射的激光进行分离，并平行地照射到上述工件的测量点以及从该测量点隔着规定距离的位置的参照点；脉冲激光照射部，其对上述测量点照射脉冲激光，间歇地加热上述测量点；干涉仪，其聚集从上述测量点以及参照点反射的反射光来检测干涉；以及运算部，其根据由该干涉仪得到的上述测量点的超声波振动的频率来算出上述测量点的温度。

专利文献1：日本特开2000-162048号公报

专利文献2：日本特开平11-190670号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，这些温度测量方法是在炉内加热基板并使整个基板的温度保持恒定来进行热处理的情况下的基板温度的测量方法，因此不适合利用高功率密度的加热源从基板表面进行快速加热来进行热处理这样的、基板内产生高的温度梯度并在短时间内进行热处理的情况下的温度测量。另外，专利文献1中的方法利用了由晶格振动引起的探测激光的调制，因此在基板是玻璃这样的非晶体的情况下难以应用。并且，由于需要微小噪声的频谱分析，因此存在时间分解能低、难以对温度快速变化的基板进行温度测量的问题。因此，需要能正确测量如这种基板的热处理那样以微秒为单位快速进行温度变化的基板表面、内部温度的温度测量装置或者方法。

本发明鉴于这种要求，其目的在于提供一种如下的温度测量装置以及温度测量方法：能够容易且高效地测量利用高功率密度的加热源从基板表面进行快速加热来进行基板热处理时的基板内的规定位置在规定时间下的温度。另外，本发明的目的在于提供一种能够利用这种温度测量装置基于正确的温度控制进行热处理的热处理装置。

用于解决问题的方案

本发明人注意到，利用干涉性强的探测激光来测量膜厚并成膜时膜厚控制变得不稳定的问题的起因在于，成膜过程中伴随成膜基板被加热而受光的探测激光的光量周期变动。并且，根据以下知识完成了本发明：在利用等离子流进行基板的热处理时，如果对基板照射探测激光并测量反射探测激光的强度，则此时得到的探测激光反射率的时间变化状态，对应于基于基板表面被快速加热而在基板内产生的温度分布的折射率的变化状态。

与本发明有关的温度测量方法，具有：光强度测量部，其对温度和折射率具有唯一相关关系的被加热体照射探测激光，并测量光强度特性X，该光强度特性X表示在被加热体内部多重反射的探测激光的干涉结果所产生的反射光或者透过光的光强度和时间之间的关系；运算部，其用于获取再现被加热体，当对具有与上述被加热体相同的形状、热以及光学特性的虚拟被加热体提供与对上述被加热体进行加热的条件相同的热负荷、并照射具有与上述探测激光相同特性的探测激光时，求出具有从该虚拟被加热体得到的光强度特性与上述光强度特性X最一致的光强度特性Z的虚拟被加热体而作为再现被加热体；以及温度输出部，其根据上述再现被加热体求出上述被加热体的规定部位在规定时间下的温度。