專利名稱：溫度測量裝置以及利用它的熱處理裝置、溫度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種使用探測激光來測量溫度的溫度測量裝 置以及利用它的熱處理裝置、溫度測量方法，特別是涉及如同 半導(dǎo)體基板等基板的熱處理那樣在基板內(nèi)產(chǎn)生較高的溫度梯度 并在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行熱處理的情況下的溫度測量中優(yōu)選使用的溫 度測量裝置以及利用它的熱處理裝置、溫度測量方法。
背景技術(shù)：
為了在半導(dǎo)體基板等基板的熱處理中高精確度且有效地 進(jìn)行熱處理，需要非接觸測量基板溫度的方法。以往作為非接 觸型溫度測量裝置而使用放射溫度計(jì)，但是由于放射率隨著基 板表面狀態(tài)變化而發(fā)生變化，放射溫度計(jì)難以測量基板的正確 溫度，因此提出了利用激光器來測量基板溫度的方法。例如，專利文獻(xiàn)l中提出了如下方法從半導(dǎo)體激光器向 被測溫體照射探測激光，并且還向參照用部件照射探測激光， 檢測來自被測溫體的反射光和來自參照用部件的反射光的合成 光，在該合成光的頻譜中，求出對應(yīng)于被測溫體的溫度而異常 地產(chǎn)生了強(qiáng)度變化的光成分的頻率，根據(jù)該頻率來掌握上述被 測溫體的溫度。另外，在專利文獻(xiàn)2中提出了 一種通過對工件的表面溫度 進(jìn)行測量的表面溫度測量裝置來測量溫度的方法，其中，所述 表面溫度測量裝置具備激光照射部，向上述工件的測f:點(diǎn)照 射激光；激光分離部，其將從該激光照射部照射的激光進(jìn)行分 離，并平行地照射到上述工件的測量點(diǎn)以及從該測量點(diǎn)隔著規(guī) 定距離的位置的參照點(diǎn)；脈沖激光照射部，其對上述測量點(diǎn)照射脈沖激光，間歇地加熱上述測量點(diǎn)；千涉儀，其聚集從上述 測量點(diǎn)以及參照點(diǎn)反射的反射光來檢測千涉；以及運(yùn)算部，其 根據(jù)由該干涉儀得到的上述測量點(diǎn)的超聲波振動的頻率來界出 上述測量點(diǎn)的溫度。專利文獻(xiàn)l:曰本特開2000—162048號7>凈艮專利文獻(xiàn)2:日本特開平11-190670號〃>才艮發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的問題但是，這些溫度測量方法是在爐內(nèi)加熱基板并使整個(gè)基板 的溫度保持恒定來進(jìn)行熱處理的情況下的基板溫度的測量方 法，因此不適合利用高功率密度的加熱源從基板表面進(jìn)行快速 加熱來進(jìn)行熱處理這樣的、基板內(nèi)產(chǎn)生高的溫度梯度并在短時(shí) 間內(nèi)進(jìn)行熱處理的情況下的溫度測量。另外，專利文獻(xiàn)l中的方 法利用了由晶格振動引起的探測激光的調(diào)制，因此在基板是玻 璃這樣的非晶體的情況下難以應(yīng)用。并且，由于需要微小噪聲 的頻譜分析，因此存在時(shí)間分解能低、難以對溫度快速變化的 基板進(jìn)行溫度測量的問題。因此，需要能正確測量如這種基板 的熱處理那樣以微秒為單位快速進(jìn)行溫度變化的基板表面、內(nèi) 部溫度的溫度測量裝置或者方法。本發(fā)明鑒于這種要求，其目的在于提供一種如下的溫度測 量裝置以及溫度測量方法能夠容易且高效地測量利用高功率 密度的加熱源從基板表面進(jìn)行快速加熱來進(jìn)行基板熱處理時(shí)的 基板內(nèi)的規(guī)定位置在規(guī)定時(shí)間下的溫度。另外，本發(fā)明的目的 在于提供一種能夠利用這種溫度測量裝置基于正確的溫度控制 進(jìn)行熱處理的熱處理裝置。用于解決問題的方案本發(fā)明人注意到，利用干涉性強(qiáng)的探測激光來測量膜厚并 成膜時(shí)膜厚控制變得不穩(wěn)定的問題的起因在于，成膜過程中伴 隨成膜基板被加熱而受光的探測激光的光量周期變動。并且，根據(jù)以下知識完成了本發(fā)明在利用等離子流進(jìn)行基板的熱處 理時(shí)，如果對基板照射探測激光并測量反射探測激光的強(qiáng)度， 則此時(shí)得到的探測激光反射率的時(shí)間變化狀態(tài)，對應(yīng)于基于基 板表面被快速加熱而在基板內(nèi)產(chǎn)生的溫度分布的折射率的變化 狀態(tài)。與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量方法，具有光強(qiáng)度測量部，其 對溫度和折射率具有唯 一 相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光， 并測量光強(qiáng)度特性X,該光強(qiáng)度特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重 反射的探測激光的干涉結(jié)果所產(chǎn)生的反射光或者透過光的光強(qiáng) 度和時(shí)間之間的關(guān)系；運(yùn)算部，其用于獲取再現(xiàn);故加熱體，當(dāng) 對&有與上述被加熱體相同的形狀、熱以及光學(xué)特性的虛擬被 加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱的條件相同的熱負(fù)荷、 并照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)，求出具冇 從該虛擬被加熱體得到的光強(qiáng)度特性與上述光強(qiáng)度特性X最一 致的光強(qiáng)度特性Z的虛擬#皮加熱體而作為再現(xiàn):帔加熱體；以及 溫度輸出部，其才艮據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體求出上述被加熱體的規(guī) 定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度。在上述發(fā)明中，運(yùn)算部可以具有數(shù)據(jù)輸入部，其輸入規(guī) 定的輸入數(shù)據(jù)；熱傳導(dǎo)解析部，其根據(jù)該輸入數(shù)據(jù)求出虛擬被 加熱體的溫度分布特性；變換部，其將求出的溫度分布特性變 換為對應(yīng)的折射率分布特性；光學(xué)解析部，其求出具有變換后 的折射率分布特性的虛擬被加熱體的規(guī)定的光學(xué)特性Y;判斷 部，其從上述光強(qiáng)度特性X提取規(guī)定的光學(xué)特性X，判別該光學(xué) 特性X和Y之間的差異，將直到使該差異成為最小為止進(jìn)行校正得到的初始值重新輸入到數(shù)據(jù)輸入部來求出與上述光學(xué)特性x最一致的光學(xué)特性Z;以及再現(xiàn)被加熱體輸出部，其將具有與 這種光學(xué)特性Z對應(yīng)的光強(qiáng)度特性Z以及溫度分布特性的虛擬 被加熱體作為再現(xiàn)一皮加熱體而進(jìn)行輸出。另外，在上述發(fā)明中，光學(xué)特性可以是與關(guān)于被加熱體以 及虛擬被加熱體而得到的光強(qiáng)度特性有關(guān)的波形的振動數(shù)、相 位、波峰的峰點(diǎn)和波谷的谷點(diǎn)所相關(guān)的特性，或者是關(guān)于虛擬 被加熱體而得到的光學(xué)厚度特性。判斷部可以具有模式識別部，該模式識別部利用模式匹配 法、特征點(diǎn)法或者頻率解析法來判別光強(qiáng)度特性X和光強(qiáng)度特 性Y之間的差異，另外，可以具有均方誤差計(jì)算部，該均方誤 差計(jì)界部利用均方誤差法來判別光學(xué)厚度特性X和光學(xué)厚度特性Y之間的差異。光強(qiáng)度測量部可以具有探測激光光源、光路分路元件、探 測激光聚光透鏡以及光強(qiáng)度測量儀，關(guān)于激光聚光透鏡，其焦 點(diǎn)距離f相對于被加熱體的厚度d最好具有1>2 d關(guān)系。上述發(fā)明能夠優(yōu)選地用于求出以lps 10s在室溫 3000K范 閨內(nèi)變化的被加熱體溫度的溫度測量裝置中。通過將與上述發(fā)明有關(guān)的溫度測量裝置附設(shè)到等離子流 發(fā)生裝置中，能夠高質(zhì)量地進(jìn)行半導(dǎo)體基板的熱處理等。而且， 在該熱處理裝置中最好設(shè)置根據(jù)來自溫度測量裝置的信號來控 砵'J等離子流發(fā)生裝置的輸出的控制裝置。與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量方法具有以下階段求出光強(qiáng)度 特性X的階段，對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān)系的被加熱體 照射探測激光，求出光強(qiáng)度特性X，該光強(qiáng)度特性X表示在被加 熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié)果所生成的反射光或者 透過光的光強(qiáng)度與時(shí)間之間的關(guān)系；求出虛擬被加熱體的階段，首先，求出對具有與上述被加熱體相同形狀、熱、光學(xué)特性的 虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱的條件相同的熱 負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性，求出與該溫度分布特性對應(yīng)的折射率 分布特性，并且求出對具有這種折射率分布特性的虛擬被加熱 體照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)所得到的光強(qiáng)度特性Y ，判別該光強(qiáng)度特性Y和上述光強(qiáng)度特性X之間的差 異，接著，對提供給上述虛擬被加熱體的熱負(fù)荷條件中的規(guī)定 條件進(jìn)行校正，求出校正后的光強(qiáng)度特性，將具冇與上述光強(qiáng) 度特性X差異最小的被校正的光強(qiáng)度特性Z以及與這種光強(qiáng)度 特性Z對應(yīng)的溫度分布特性的虛擬被加熱體作為再現(xiàn)被加熱體 而求出；以及根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體的溫度分布特性來求出上 述被加熱體的 >見定部位在頭見定時(shí)間下的溫度的階"^殳。在上述溫度測量方法的發(fā)明中，熱負(fù)荷條件中的規(guī)定條件 拔好是設(shè)為功率傳遞效率或/及虛擬被加熱體有效地接受所接 入的功率的區(qū)域大小。另外，與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量程序具有以下程序求出 光強(qiáng)度特性X的程序，當(dāng)對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān)系的 被加熱體照射探測激光時(shí)，求出光強(qiáng)度特性X,該光強(qiáng)度特性X 表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié)果所生成的 反射光或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系；熱傳導(dǎo)解析程 序，求出對具有與上述被加熱體相同形狀、熱、光學(xué)特性的虛 擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱的條件相同的熱負(fù) 荷時(shí)的溫度分布特性；求出與上述溫度分布特性對應(yīng)的折射率 分布特性的程序；光學(xué)解析程序，求出對具有上述折射率分布 特性的虛擬被加熱體照射具有與上述探測激光相同特性的探測 激光時(shí)所得到的光強(qiáng)度特性Y;求出光強(qiáng)度特性Z的程序，判別 上述光強(qiáng)度特性X和上述光強(qiáng)度特性Y之間的差異，直到該J:異成為最小為止校正熱負(fù)荷條件中的規(guī)定條件，并求出與該光強(qiáng)度特性X差異最小的光強(qiáng)度特性Z;將具有上述光強(qiáng)度特性Z并 具有與其對應(yīng)的溫度分布特性的虛擬被加熱體作為再現(xiàn)被加熱體而求出的程序；以及根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體的溫度分布特性 來求出上述被加熱體的失見定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度的程序。另外，與本發(fā)明有關(guān)的計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)記錄有以 下程序求出光強(qiáng)度特性X的程序，當(dāng)對溫度和折射率具有唯 一相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光時(shí)，求出光強(qiáng)度特性X ， 該光強(qiáng)度特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干 涉結(jié)果所生成的反射光或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān) 系；熱傳導(dǎo)解析程序，求出對具有與上述被加熱體相同形狀、 熱、光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱 的條件相同的熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性；求出與上述溫度分布 特性對應(yīng)的折射率分布特性的程序；光學(xué)解析程序，求出對具 有上述折射率分布特性的虛擬被加熱體照射具有與上述探測激 光相同特性的探測激光時(shí)所得到的光強(qiáng)度特性Y;求出光強(qiáng)度 特性Z的程序，判別上述光強(qiáng)度特性X和上述光強(qiáng)度特性Y之間 的差異，直到該差異成為最小為止校正熱負(fù)荷條件中的規(guī)定條 件，并求出與該光強(qiáng)度特性X差異最小的光強(qiáng)度特性Z;將具有 上述光強(qiáng)度特性Z并具有與其對應(yīng)的溫度分布特性的虛擬被加 熱體作為再現(xiàn)被加熱體而求出的程序；以及根據(jù)上述再現(xiàn)被加 熱體的溫度分布特性來求出上述被加熱體的》見定部位在規(guī)定時(shí) 間下的溫度的程序。另外，與本發(fā)明有關(guān)的進(jìn)行溫度測量的LSI實(shí)施如下程序 來進(jìn)行溫度測量求出光強(qiáng)度特性X的程序，當(dāng)對溫度和折射 率具有唯 一 相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光時(shí)，求出光強(qiáng)度 特性X，該光強(qiáng)度特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié)果所生成的反射光或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系；熱傳導(dǎo)解析程序，求出對具有與上述被加熱體相同形 狀、熱、光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行 加熱的條件相同的熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性；求出與上述溫度 分布特性對應(yīng)的折射率分布特性的程序；光學(xué)解析程序，求出 對具有上述折射率分布特性的虛擬被加熱體照射具有與上述探 測激光相同特性的探測激光時(shí)所得到的光強(qiáng)度特性Y;求出光 強(qiáng)度特性Z的程序，判別上述光強(qiáng)度特性X和上述光強(qiáng)度特性Y 之間的差異，直到該差異成為最小為止校正熱負(fù)荷條件中的規(guī) 定條件，并求出與該光強(qiáng)度特性X差異最小的光強(qiáng)度特性Z;將具有上述光強(qiáng)度特性Z并具有與其對應(yīng)的溫度分布特性的虛擬 被加熱體作為再現(xiàn)被加熱體而求出的程序；以及根據(jù)上述再現(xiàn) 被加熱體的溫度分布特性來求出上述被加熱體的規(guī)定部位在規(guī) 定時(shí)間下的溫度的程序。上述溫度測量裝置或者方法在非常短時(shí)間內(nèi)完成了從被 加熱體的光強(qiáng)度特性X的獲取到再現(xiàn)被加熱體的獲取、以及被 加熱體的規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度獲取，因此雖然與通常 的溫度測量方法沒有特別不同，但是通過預(yù)先設(shè)置存儲有光強(qiáng) 度特性X以及與其對應(yīng)的再現(xiàn)被加熱體所相關(guān)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù) 庫，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度測量的高速化、溫度測量裝置的小型化、簡 單化等。即，與本發(fā)明有關(guān)的數(shù)據(jù)庫具有輸入部，其輸入用于選 擇測量對象的數(shù)據(jù)；記錄部，其存儲有與光強(qiáng)度特性有關(guān)的數(shù) 據(jù)群以及與具有對應(yīng)于該數(shù)據(jù)群的溫度分布特性的再現(xiàn)被加熱 體有關(guān)的數(shù)據(jù)群，其中，所述光強(qiáng)度特性是根據(jù)與可輸入到上 述輸入部中的對象有關(guān)的規(guī)定的初始值以及使該初始值中的特定初始值變化的校正值而預(yù)先計(jì)算得到的；以及檢索部，其從與上述光強(qiáng)度特性以及上述再現(xiàn)被加熱體有關(guān)的數(shù)據(jù)群中，檢索與從被加熱體獲取的光強(qiáng)度特性x最一致的光強(qiáng)度特性z以 及與該光強(qiáng)度特性z對應(yīng)的再現(xiàn)被加熱體。利用這種數(shù)據(jù)庫，能夠構(gòu)成小型且結(jié)構(gòu)簡單的溫度測量裝置。即，該溫度測量裝置具有光強(qiáng)度測量部，對溫度和折射 率具有唯一相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光，測量光強(qiáng)度特 性X，該光強(qiáng)度特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光 的干涉結(jié)果所產(chǎn)生的反射光或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的 關(guān)系；數(shù)據(jù)庫；以及溫度輸出部，其根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體來 求出上述^皮加熱體的規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度，其中，上 述數(shù)據(jù)庫具有輸入部，其輸入用于選擇測量對象的數(shù)據(jù)；記 錄部，其存儲有與光強(qiáng)度特性有關(guān)的數(shù)據(jù)群以及與具有對應(yīng)于 該數(shù)椐群的溫度分布特性的再現(xiàn)被加熱體有關(guān)的數(shù)據(jù)群，其中， 所述光強(qiáng)度特性是根據(jù)與可輸入到上述輸入部中的對象有關(guān)的 規(guī)定的初始值以及使該初始值中的特定初始值變化的校正值而 預(yù)先計(jì)算得到的；以及檢索部，其從與上述光強(qiáng)度特性以及上 述再現(xiàn)被加熱體有關(guān)的數(shù)據(jù)群中，檢索與從被加熱體獲取的光 強(qiáng)度特性X最一致的光強(qiáng)度特性Z以及與該光強(qiáng)度特性Z對應(yīng)的 再現(xiàn)纟皮加熱體。另外，與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量裝置也可以是如下結(jié)構(gòu)。 即，具備被加熱體光強(qiáng)度特性獲取部，其求出第l光強(qiáng)度特性， 該第l光強(qiáng)度特性表示對任意部位的溫度和折射率具有唯一相 關(guān)關(guān)系的被加熱體照射規(guī)定的探測激光而得到的、干涉波的光 強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系；虛擬被加熱體溫度特性獲取部，其在 具有與上述被加熱體相同形狀、熱特性和光學(xué)特性的第l虛擬被 加熱體中，求出對該虛擬;故加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行 加熱的條件相同的熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性；虛擬^皮加熱體折射率特性獲取部，其求出上述虛擬被加熱體中的與上述溫度分布特性對應(yīng)的折射率特性；虛擬被加熱體光強(qiáng)度特性獲取部， 其獲取第2光強(qiáng)度特性，該第2光強(qiáng)度特性表示對具有與上述虛 擬被加熱體相同折射率特性的第2虛擬被加熱體照射上述探測 激光而得到的、干涉波的光強(qiáng)度和時(shí)間的關(guān)系；再現(xiàn)被加熱體 確定部，其使用上述第l光強(qiáng)度特性和上述第2光強(qiáng)度特性來確 定再現(xiàn)被加熱體，該再現(xiàn)被加熱體具有與上述第l光強(qiáng)度特性最 一致的第3光強(qiáng)度特性；以及被加熱體溫度獲取部，其根據(jù)上述 再現(xiàn)被加熱體中的溫度分布特性，求出上述被加熱體的特定部 位中的溫度。并且，與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量裝置也可以在上述再現(xiàn)被 加熱體確定部中調(diào)整上述第2虛擬加熱體的光學(xué)厚度特性，使得 從上述第l光強(qiáng)度特性求出的波形的振動數(shù)與從上述第2光強(qiáng)度 特性求出的波形振動數(shù)之差最小，由此來求出上述第3光強(qiáng)度特性。發(fā)明的效果與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量方法或者裝置，能夠容易并且正 確地測量利用高功率密度的加熱源從基板表面進(jìn)行快速加熱來 進(jìn)行熱處理時(shí)的基板內(nèi)的規(guī)定位置的溫度。另外，與本發(fā)明有 關(guān)的熱處理裝置的結(jié)構(gòu)簡單且小型，另外通過測量所用的基板 內(nèi)細(xì)小部分的溫度并根據(jù)該溫度控制熱處理?xiàng)l件，能夠以較高 的處理溫度穩(wěn)定性來進(jìn)行基板的熱處理。


圖1是表示與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量裝置的結(jié)構(gòu)的說明圖。圖2是表示附設(shè)了圖l的溫度測量裝置的熱處理裝置的概要的設(shè)計(jì)圖。圖3是表示照射到被加熱體上的探測激光的多重反射狀態(tài) 的說明圖。圖4是光強(qiáng)度特性X的圖，該光強(qiáng)度特性X表示對被加熱體 照射探測激光時(shí)在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié) 果所產(chǎn)生的反射光的光強(qiáng)度與時(shí)間之間的關(guān)系。圖5是將圖4示出的光強(qiáng)度特性X和關(guān)于虛擬被加熱體而得 到的光強(qiáng)度特性Y進(jìn)行重疊顯示的圖。圖6是表示虛擬被加熱體的光學(xué)厚度特性Y的圖。圖7是繪出了關(guān)于虛擬被加熱體和再現(xiàn)被加熱體所得到的 光學(xué)厚度特性Y,、 Y2、 Z、以及從圖4示出的光強(qiáng)度特性X提取 出的光學(xué)厚度特性的圖。圖8是將圖4示出的光強(qiáng)度特性X和關(guān)于再現(xiàn)被加熱體所得 到的光強(qiáng)度特性Z進(jìn)行重疊顯示的圖。圖9是表示虛擬被加熱體以及再現(xiàn)被加熱體的溫度分布特 性的圖。圖10是表示再現(xiàn)被加熱體的熱處理開始后5ms時(shí)的溫度分 布特性的圖。圖11是表示再現(xiàn)被加熱體的熱處理開始后5ms時(shí)的折射率 分布特性的圖。附圖標(biāo)記i兌明10:被加熱體；20:探測激光；22:反射探測激光；50: 等離子流發(fā)生裝置；51:等離子流；100:光強(qiáng)度測量部；105: 探測激光光源；106:光路分路元件；107:纟冢測激光聚光透鏡； 108:光強(qiáng)度測量儀；109:濾波器；200:運(yùn)算部；210:數(shù)據(jù) 輸入部；220:熱傳導(dǎo)解析部；230:變換部；240:光學(xué)解析部； 250:判斷部；270:再現(xiàn)被加熱體輸出部；300:溫度輸出部。
具體實(shí)施方式
下面說明與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量裝置的實(shí)施方式。如圖l所示，該溫度測量裝置具有光強(qiáng)度測量部100、運(yùn)算部200以及 溫度輸出部300。光強(qiáng)度測量部100具有作為被加熱體光強(qiáng)度特 性獲取部的功能，該功能如下對溫度和折射率具有唯一相關(guān) 關(guān)系的被加熱體照射纟笨測激光，測量光強(qiáng)度特性X，該光強(qiáng)度 特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié)果所 產(chǎn)生的反射光或者透過光的光強(qiáng)度與時(shí)間之間的關(guān)系。運(yùn)算部 200具有如下的用于獲取再現(xiàn);故加熱體的功能向具有與被加熱 體相同形狀、熱以及光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與加熱上述 被加熱體的條件相同的熱負(fù)荷，當(dāng)照射具有與上述探測激光相 同特性的探測激光時(shí)，求出具有從該虛擬被加熱體得到的光強(qiáng) 度特性與上述光強(qiáng)度特性X最一致的光強(qiáng)度特性Z的虛擬被加 熱體而作為再現(xiàn)4支加熱體。溫度輸出部300具有根據(jù)再現(xiàn)被加熱 體來求出上述被加熱體的規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度的功 能。此外，在本發(fā)明中表示各種特性的情況下，記號X、 Y或者 Z分別表示與被加熱體、虛擬被加熱體或者再現(xiàn)被加熱體相關(guān) 的特性。光強(qiáng)度測量部100例如由圖2所示的測量裝置構(gòu)成。本實(shí)施 例是在利用等離子體發(fā)生裝置50的等離子流5l加熱被加熱體來 進(jìn)行熱處理的熱處理裝置中利用了上述溫度測量裝置的情況下 的實(shí)施例，光強(qiáng)度測量部100由探測激光光源105、光路分路元 件106、探測激光聚光透鏡107、濾波器109以及光強(qiáng)度測量儀108 構(gòu)成。在由該熱處理裝置進(jìn)行被加熱體10的熱處理的情況下，當(dāng) 探測激光2 0從纟笨測激光光源10 5通過光路分路元件10 6以及探測 激光聚光透鏡107照射到被加熱體10的里面時(shí)，如圖3所示，所照射的探測激光20在被加熱體10的表面和里面進(jìn)行多重反射， 這些發(fā)生了干涉的探測激光22通過光路分路元件106、濾波器 109入射到光強(qiáng)度測量儀108。通過光強(qiáng)度測量儀108測量并記錄 如圖4所示的表示光強(qiáng)度與時(shí)間之間的關(guān)系的光強(qiáng)度特性X 。此外，在圖4中，在以接入功率1.67kW、掃描速度700m/s 的等離子流對厚度為525pm的石英基板進(jìn)行熱處理時(shí)，從石英 基板里面垂直照射輸出為10mW、波長為633nm的He-Ne探測激 光，測量并求出在該石英基板的表面和里面進(jìn)行反射的反射探 測激光(探測激光22)的光量。圖4的橫軸表示熱處理開始后的時(shí)量比而求出的反射率(相對光強(qiáng)度)。在這種情況下，也可以使 用根據(jù)向石英基4反的表面?zhèn)韧高^的透過光的光量而求出的透過 率，但是考慮到裝置的結(jié)構(gòu)/操作性，在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)選使用反 射率。如圖4所示，反射率隨著熱處理的經(jīng)過時(shí)間而反復(fù)增減， 光強(qiáng)度特性X表示振動波形。本發(fā)明利用這種光強(qiáng)度特性X來測 量被加熱體的溫度分布、溫度的變化狀態(tài)。因而，在本發(fā)明中， 被加熱體10只要是溫度和折射率具有唯一 的相關(guān)關(guān)系的物體即 可，但是必須是入射光和多重反射探測激光發(fā)生干涉、并能夠 干涉到其干涉波產(chǎn)生振動波形程度的物體。因此，被加熱體IO 最好具有大致平行的兩個(gè)以上的反射面，平行度偏差最好在5。 以內(nèi)。另外，被加熱體最好具有50%以上的探測激光透過率。 在這種情況下，能夠確保從被加熱體的里面和表面反射的反射 探測激光相對于入射光的強(qiáng)度比為1/4以上，因此能夠得到振幅 足夠大的反射率的時(shí)間變化曲線數(shù)據(jù)。另外，關(guān)于^皮加熱體10的形狀，最好是被加熱體10的面積 與其厚度相比足夠大。這有如下優(yōu)點(diǎn)平面方向的熱擴(kuò)散長度相對于厚度方向變長，加熱期間的蓄熱效果的影響變小，因此 能夠以比較高的精確度進(jìn)行溫度測量。另外，由于相同的原因， 被加熱體的厚度相對于熱處理層的厚度舉好足夠大。用于本光強(qiáng)度測量部100的探測激光20只要是具有干涉性 的激光并沒有特別限定。例如，可以使用輸出為10mW、波長 為63 3nm的He-Ne探測激光、輸出為5OmW 、波長為532nm的YA G 高次諧波探測激光。為了減小測量溫度誤差，需要使照射探測 激光點(diǎn)與被加熱體10的平面方向溫度分布相比足夠小，因此最 好利用透鏡等集中到一點(diǎn)。但是，當(dāng)使用透鏡的焦點(diǎn)距離f相對 于被加熱體厚度d為f〈2d的透鏡時(shí)，來自被加熱體里面的反射光 強(qiáng)度與來自表面的反射光強(qiáng)度相比變得極弱，會產(chǎn)生反射光的 干涉振幅變小的問題。因而，最好使用焦點(diǎn)距離為f^2d的透鏡。不特別限定對被加熱體10進(jìn)行加熱的加熱源。該溫度測量 裝置可以用于使用任何加熱源進(jìn)行基板等的熱處理的情況。然 而，該溫度測量裝置最好使用于通過等離子流、探測激光或者 Xc閃光燈、卣燈等高功率密度的加熱源以微秒為單位快速加熱 Si02基板、Si制的基板等來進(jìn)行熱處理時(shí)的溫度測量中。這是 因?yàn)槔迷摐囟葴y量裝置能夠容易地測量以往難以測量的以微 秒為單位快速變化的溫度。該溫度測量裝置中的運(yùn)算部200作為實(shí)現(xiàn)用于獲取上述再 現(xiàn)被加熱體的功能的結(jié)構(gòu)，可以為如下的結(jié)構(gòu)。即，如圖l所示， 運(yùn)算部200可以具有數(shù)據(jù)輸入部210、熱傳導(dǎo)解析部220、變換部 230、光學(xué)解析部240、判斷部250、再現(xiàn)被加熱體輸出部260。數(shù)據(jù)輸入部210具有用于輸入用來運(yùn)算的初始值、它們的 校正值等規(guī)定的輸入數(shù)據(jù)的功能。作為初始值，輸入以下條件 與被加熱體有關(guān)的厚度、面積、平行度等形狀條件；初始溫度、 初始反射率、熱傳導(dǎo)率、密度、比熱、折射率的溫度依賴性等熱以及光學(xué)條件；以及與加熱源有關(guān)的種類、接入功率、接入 功率的時(shí)間分布(profile)、功率傳遞效率、虛擬一皮加熱體有效地 接受所接入的功率的區(qū)域尺寸等條件。熱傳導(dǎo)解析部220具有用于根據(jù)輸入數(shù)據(jù)來求出虛擬被加 熱體的溫度分布特性的功能，即具有作為虛擬被加熱體溫度特 性獲取部的功能。熱傳導(dǎo)解析部220可以將應(yīng)用了公知的熱傳導(dǎo) 解析方法的程序或者軟件作為主體而構(gòu)成。變換部230具有將通過熱傳導(dǎo)解析部220求出的溫度分布特性變換為對應(yīng)的折射率分布特性的功能，即具有作為虛擬被 加熱體折射率特性獲取部的功能。虛擬被加熱體的溫度和折射率具有唯一的相關(guān)關(guān)系，在虛擬被加熱體中所產(chǎn)生的溫度分布、 溫度的時(shí)間變化能夠唯一地變換為折射率分布、折射率的時(shí)間 變化。例如，在溫度為T(。C)、探測激光波長為633nm的石英基 板的情況下，其折射率n以n-1.457+1.2xl(TST的關(guān)系式表示，在 Si制的基板的情況下，其折射率n以n=4.04+2.105 x 10_4T的關(guān)系 式表示，根據(jù)這種關(guān)系式能夠?qū)囟确植继匦宰儞Q為折射率分 布特性。光學(xué)解析部240具有用于求出具有通過變換部230求出的 變換后的折射率分布特性的虛擬被加熱體的規(guī)定光學(xué)特性的功 能，即具有用于求出具有上述折射率分布特性的虛擬被加熱體 (光學(xué)結(jié)構(gòu)體)的光學(xué)特性的功能。例如具有作為獲取光強(qiáng)度特 性Y的光學(xué)結(jié)構(gòu)體光強(qiáng)度特性獲取部的功能。在這種情況下， 也可以將光學(xué)特性Y設(shè)為與由照射探測激光的基板厚度d和該 基板折射率n所定義的光學(xué)厚度(nxd)有關(guān)的光學(xué)厚度特性Y?？?以使用應(yīng)用了公知光學(xué)解析方法的程序或者軟件來求出這種光 學(xué)特性。判斷部250具有如下功能從光強(qiáng)度特性X提取規(guī)定的光學(xué)特性X,判別該光學(xué)特性X和通過光學(xué)解析部240求出的光學(xué)特 性Y之間的差異。例如，在設(shè)為對象的光學(xué)特性是光強(qiáng)度特性-的情況下，判別由光強(qiáng)度測量部100求出的光強(qiáng)度特性X和由光 學(xué)解析部240求出的光強(qiáng)度特性Y的差異。在設(shè)為對象的光學(xué)特 性是光學(xué)厚度特性的情況下，判別從由光強(qiáng)度測量部IOO求出的 光強(qiáng)度特性X提取光學(xué)厚度特性而得到的光學(xué)厚度特性X與由 光學(xué)解析部240求出的光學(xué)厚度特性Y之間差異。具體地說，為了判別光強(qiáng)度特性X和光強(qiáng)度特性Y的差異， 利用表示這些特性的波形發(fā)生振動的情形。例如，如圖5所示， 實(shí)際通過光強(qiáng)度測量部100得到的由實(shí)線表示的光強(qiáng)度特性X 的波形、與使用初始值通過光學(xué)解析部240求出的由虛線表示的 光強(qiáng)度特性Y的波形，通常其振動數(shù)和相位不同。關(guān)注這些點(diǎn)， 判別光強(qiáng)度特性X和光強(qiáng)度特性Y之間的差異。即，能夠在判斷部250中設(shè)置利用了模式匹配法、特征點(diǎn) 法或者頻率解析法的模式識別部，提取光強(qiáng)度特性X與光強(qiáng)度 特性Y之間的振動數(shù)及相位的差異，通過由模式識別部進(jìn)行解 析來容易地判斷其差異。通常，被加熱體的上升溫度越高，振 動數(shù)越多，上升溫度越低，振動數(shù)越少。此外，在圖5中橫軸表 示熱處理開始后的時(shí)間，縱軸表示反射率。相對于利用這種光強(qiáng)度特性的方法，在利用光學(xué)厚度特性 的情況下，如以下那樣判別光學(xué)厚度特性X和光學(xué)厚度特性Y 之間的差異。即，通過光學(xué)解析部240得到由如圖6的實(shí)線所示 的光學(xué)厚度特性Y。在圖6中橫軸表示熱處理開始后的時(shí)間，縱 軸表示光學(xué)厚度。另一方面，當(dāng)關(guān)注圖4所示的光強(qiáng)度特性X時(shí)，振動波形的 波峰的峰點(diǎn)和下一個(gè)波谷的谷點(diǎn)、或者波谷的谷點(diǎn)和下一個(gè)波 峰的峰點(diǎn)，表示光學(xué)結(jié)構(gòu)體的光學(xué)厚度發(fā)生了(1/4)入(X是探測激光的波長)變化的時(shí)刻。當(dāng)從表示圖4所示的光強(qiáng)度特性X的波 形中提取該光學(xué)厚度每變化的時(shí)間并標(biāo)繪到圖6上時(shí)，如圖6 的圓圏標(biāo)記所示。在圖6中，a g是在圖4中表示光強(qiáng)度特性X的 波形表示波峰的峰點(diǎn)或者波谷的谷點(diǎn)的時(shí)刻。從圖6可知，通過比較a g時(shí)間中的兩者的光學(xué)厚度而容易 得到光學(xué)厚度特性X和光學(xué)厚度特性Y之間的差異。例如，能夠 通過求出a g中的兩者的光學(xué)厚度的均方誤差的差異來進(jìn)行判 別。重復(fù)這種由判斷部250進(jìn)行的光學(xué)特性差異的判別，直到 其差異成為最小。即，判斷部250判別光學(xué)特性X和Y之間的差 異，將校正到使其差異為最小為止的初始值重新輸入到數(shù)據(jù)輸 入部，求出使光學(xué)特性X和Y的差異為最小的、即與光學(xué)特性X 最一致的光學(xué)特性Z。然后，通過再現(xiàn)被加熱體輸出部260求出 具有與具有由此得到的光學(xué)特性Z的光學(xué)結(jié)構(gòu)體對應(yīng)的光強(qiáng)度 特性Z以及溫度分布特性的虛擬被加熱體，將具有這種特性的 虛擬被加熱體作為再現(xiàn)被加熱體而輸出到溫度輸出部300。該再 現(xiàn)被加熱體將與^皮加熱體的溫度分布以及溫度的時(shí)間變化最近 似的溫度分布以及溫度的時(shí)間變化再現(xiàn)在其內(nèi)部。溫度輸出部300根據(jù)這種再現(xiàn)被加熱體，求出被加熱體的 規(guī)定位置以及時(shí)間(熱處理開始后的時(shí)間)下的溫度，作為被加 熱體的測量溫度而輸出。以上說明了與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量裝置。該溫度測量裝 置能夠最佳地實(shí)施下面的溫度測量方法。即，與本發(fā)明有關(guān)的 溫度測量方法具有如下階段對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān) 系的被加熱體照射探測激光，求出根據(jù)該入射光和反射光之間 的干涉得到的表示光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系的光強(qiáng)度特性X; 首先，求出對具有與上述被加熱體相同的形狀、熱、光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與上述被加熱體被加熱的條件相同的熱負(fù) 荷時(shí)的溫度分布特性，求出與該溫度分布特性對應(yīng)的折射率分 布特性，并且求出對具有這種折射率分布特性的虛擬被加熱體 照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)所得到的光強(qiáng)度特性Y ，判別該光強(qiáng)度特性Y和上述光強(qiáng)度特性X之間的差 異，接著，對提供給上述虛擬被加熱體的熱負(fù)荷條件中的規(guī)定 條件進(jìn)行校正，求出校正后的光強(qiáng)度特性，將具有與上述光強(qiáng) 度特性X差異最小的被校正的光強(qiáng)度特性Z以及與這種光強(qiáng)度 特性Z對應(yīng)的溫度分布特性的虛擬被加熱體作為再現(xiàn)被加熱體 而求出；以及根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體的溫度分布特性，求出上 述被加熱體的規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度。在該溫度測量方法中，為了求出校正為與光強(qiáng)度特性X差 異最小的光強(qiáng)度特性Z、即與光強(qiáng)度特性X最一致的光強(qiáng)度特性 Z而進(jìn)行校正的熱負(fù)荷條件，最好設(shè)為上述初始值中有效地接 受功率傳遞效率或/及接入虛擬被加熱體的功率的區(qū)域(受熱區(qū) 域)大小。例如，將功率傳遞效率s作為s+厶s,作為受熱域的尺 寸而將等離子流的寬度W設(shè)為W+AW而輸入，并重新計(jì)算。由 此能夠有效地減小光強(qiáng)度特性X和Y之間的差異。能夠通過下面的考呈序最佳地實(shí)施這種溫度測量方法。即，與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量程序，具有以下程序求出光強(qiáng)度特 性X的程序，當(dāng)對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān)系的被加熱體 照射探測激光時(shí)，求出根據(jù)該入射光和反射光之間的干涉所得 到的表示光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系的光強(qiáng)度特性X;熱傳導(dǎo)解 析程序，求出對具有與上述被加熱體相同形狀、熱、光學(xué)特性 的虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)4亍加熱的條件相同的 熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性；求出與該溫度分布特性對應(yīng)的折射 率分布特性的程序；光學(xué)解析程序，求出對具有折射率分布特性的虛擬被加熱體照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)所得到的光強(qiáng)度特性Y;求出光強(qiáng)度特性Z的程序，判別上 述光強(qiáng)度特性X和上述光強(qiáng)度特性Y之間的差異，校正熱負(fù)荷條 件中的規(guī)定條件直到該差異為最小，并求出與該光強(qiáng)度特性X 差異最小的光強(qiáng)度特性Z;將具有上述光強(qiáng)度特性Z、并具有與 其對應(yīng)的溫度分布特性的虛擬;故加熱體作為再現(xiàn);陂加熱體而求 出的程序；以及才艮據(jù)上述再現(xiàn)-陂加熱體的溫度分布特性來求出 上述被加熱體的*見定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度的程序。另外，該程序能夠記錄在計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)中。即， 與本發(fā)明有關(guān)的計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)記錄有以下程序求 出光強(qiáng)度特性X的程序，當(dāng)對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān)系 的被加熱體照射4笨測激光時(shí)，求出根據(jù)該入射光和反射光之間 的干涉所得到的表示光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系的光強(qiáng)度特性 X;熱傳導(dǎo)解析程序，求出對具有與上述被加熱體相同形狀、 熱、光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱 的條件相同的熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性；求出與該溫度分布特 性對應(yīng)的折射率分布特性的程序；光學(xué)解析程序，求出對具有折射率分布特性的虛擬被加熱體照射具有與上述探測激光相同 特性的探測激光時(shí)所得到的干涉波的光強(qiáng)度特性Y;求出光強(qiáng) 度特性Z的程序，判別上述光強(qiáng)度特性X和上述光強(qiáng)度特性Y之 間的差異，校正熱負(fù)荷條件中的規(guī)定條件直到該差異為最小， 并求出與該光強(qiáng)度特性X差異最小的光強(qiáng)度特性Z;將具有上述 光強(qiáng)度特性Z、并具有與其對應(yīng)的溫度分布特性的虛擬被加熱 體作為再現(xiàn)被加熱體而求出的程序；以及根椐上述再現(xiàn)被加熱 體的溫度分布特性來求出上述被加熱體的規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間 下的溫度的程序。另外，能夠構(gòu)成進(jìn)行如下的溫度測量的LSI。即，與本發(fā)明有關(guān)的測量溫度的L SI是執(zhí)行以下程序來進(jìn)行溫度測量的LSI:求出光強(qiáng)度特性X的程序，當(dāng)對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光時(shí)，求出根據(jù)該入射光和反射光之間的干涉所得到的表示光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系的光強(qiáng)度特性X;熱傳導(dǎo)解析程序，求出對具有與上述被加熱體相同形狀、熱、光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱的條件相同的熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性；求出與上述溫度分布特性對應(yīng)的折射率分布特性的程序；光學(xué)解析程序，求出 對具有折射率分布特性的虛擬被加熱體照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)所得到的光強(qiáng)度特性Y;求出光強(qiáng)度 特性Z的程序，判別上述光強(qiáng)度特性X和上述光強(qiáng)度特性Y之間 的差異，校正熱負(fù)荷條件中的規(guī)定條件直到該差異為最小，并 求出與該光強(qiáng)度特性X差異最小的光強(qiáng)度特性Z;將具有上述光 強(qiáng)度特性Z、并具有與其對應(yīng)的溫度分布特性的虛擬被加熱體 作為再現(xiàn)被加熱體而求出的程序；以及根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體 的溫度分布特性來求出上述被加熱體的規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間下 的溫度的程序。以上說明了與本發(fā)明有關(guān)的溫度測量裝置以及溫度測量 方法。在這些溫度測量裝置的結(jié)構(gòu)或者溫度測量方法的實(shí)施中， 最好設(shè)置下面說明的數(shù)據(jù)庫。由此，能夠進(jìn)一步縮短從獲取被 加熱體光強(qiáng)度特性到求出該規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度的時(shí) 間，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度測量的高速化。即，該數(shù)據(jù)庫具有輸入部，其輸入用于選擇測量對象的 數(shù)據(jù)；記錄部，其存儲有與光強(qiáng)度特性相關(guān)的數(shù)據(jù)群、以及與 具有對應(yīng)于該數(shù)據(jù)群的溫度分布特性的再現(xiàn)^L加熱體有關(guān)的數(shù) 據(jù)群，其中，所述光強(qiáng)度特性是根據(jù)與可輸入到上述輸入部的對象有關(guān)的規(guī)定的初始值以及使該初始值中的特定初始值變化后的校正值而預(yù)先計(jì)算得到的；以及檢索部，其從與上述光強(qiáng) 度特性以及上述再現(xiàn)被加熱體有關(guān)的數(shù)據(jù)群中檢索與從被加熱 體獲取的光強(qiáng)度特性X最一致的光強(qiáng)度特性Z以及與該光強(qiáng)度 特性Z對應(yīng)的再現(xiàn)凈皮加熱體。在上述數(shù)據(jù)庫中，規(guī)定的初始值是與有關(guān)被加熱體的被 加熱體形狀、初始溫度、初始反射率、熱傳導(dǎo)率、密度、比熱 以及折射率的溫度依賴性相關(guān)的數(shù)據(jù)等；與有關(guān)加熱源的加熱 源的種類、接入功率、接入功率的時(shí)間分布、功率傳遞效率以 及受熱區(qū)域的大小相關(guān)的數(shù)據(jù)等；以及與溫度測量中使用的探 測激光有關(guān)的輸出以及波長所相關(guān)的數(shù)據(jù)等。特定的初始值是 指與功率傳遞效率或/及等離子流的寬度有關(guān)的數(shù)據(jù)。另外，用于選擇測量對象的數(shù)據(jù)，具體是指"石英基板"或"Si制基板"， 或者是"石英基板以及等離子流掃描速度"。用于選擇測量對象 的數(shù)據(jù)內(nèi)容根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要性而被決定，根據(jù)用于選擇該 測量對象的數(shù)據(jù)大小來決定數(shù)據(jù)庫的大小。設(shè)置了這種數(shù)據(jù)庫的溫度測量裝置能夠設(shè)為用該數(shù)據(jù)庫 來置換上述溫度測量裝置的運(yùn)算部200的結(jié)構(gòu)。通過該溫度測量 裝置如下地進(jìn)行溫度測量。即，在快速加熱被加熱體、開始從 光強(qiáng)度測量部10 0獲取與光強(qiáng)度特性X有關(guān)的數(shù)據(jù)時(shí)，檢索部從 數(shù)據(jù)部檢索與所獲取的光強(qiáng)度特性X最一致的光強(qiáng)度特性Z。然 后，檢索具有與該光強(qiáng)度特性Z對應(yīng)的溫度分布特性的再現(xiàn)被 加熱體。幾乎沒有延時(shí)地輸出與該再現(xiàn)^皮加熱體有關(guān)的輸出， 因此通過該溫度測量裝置能夠測量被加熱體加熱后的瞬時(shí)瞬間 的溫度，另外能夠測量被加熱體在任意位置上的溫度變化狀態(tài)。 另外，通過設(shè)置這種數(shù)據(jù)庫，能夠構(gòu)成小型、簡單結(jié)構(gòu)的溫度 測量裝置。如上所述，該溫度測量裝置能夠正確地測量對半導(dǎo)體基板等以高功率密度的加熱源進(jìn)行熱處理這樣的、溫度以微秒為單位快速變化的基寺反表面、內(nèi)部的溫度。因此，通過將該溫度測 量裝置附設(shè)在熱處理裝置上，能夠進(jìn)行高質(zhì)量的熱處理。另夕卜， 根據(jù)設(shè)置了通過來自該溫度測量裝置的信號來控制等離子流發(fā) 生裝置輸出的控制裝置的熱處理裝置，能夠進(jìn)一步進(jìn)行高質(zhì)量 的熱處理。另外，可以在這種熱處理裝置上設(shè)置使等離子流發(fā) 生裝置的等離子流與半導(dǎo)體基板等進(jìn)行相對移動的驅(qū)動裝置。 實(shí)施例l使用圖2所示的溫度測量裝置進(jìn)行了用等離子流對厚度為 525pm的石英基板進(jìn)行熱處理時(shí)的石英基板的溫度測量試驗(yàn)。 等離子流的接入功率為1.67kW,掃描速度為700m/s。在進(jìn)行熱 處理時(shí)，從該石英基板的里面垂直照射輸出為10mW、波長為 633nm的He-Ne探測激光，測量光強(qiáng)度特性，該光強(qiáng)度特性表 示在被加熱體內(nèi)部進(jìn)行多重反射的探測激光的干涉結(jié)果所產(chǎn)生 的反射光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系。再現(xiàn)被加熱體的獲取使 用了利用上述光學(xué)厚度特性的方法。圖7 11表示試驗(yàn)結(jié)果。圖7是表示光學(xué)厚度特性的圖，表 示利用上述光學(xué)厚度特性來求出再現(xiàn)被加熱體的情況的實(shí)施 例。圖7的橫軸表示熱處理開始后的時(shí)間，縱軸表示光學(xué)厚度。 圖8是表示光強(qiáng)度特性的圖，橫軸表示熱處理開始后的時(shí)間，縱 軸表示反射率。圖9是表示石英基板表面溫度的圖，橫軸表示熱 處理開始后的時(shí)間，縱軸表示表面溫度。圖10是表示再現(xiàn)被加 熱體的熱處理開始后5ms的溫度分布特性的圖，橫軸表示再現(xiàn) 被加熱體的位置，縱軸表示距離再現(xiàn)被加熱體表面的深度位置。 圖中的數(shù)字表示溫度，箭頭表示等離子流的照射位置。此外， 等離子流在圖中從左向右方向掃描。圖ll是表示將圖IO示出的 各溫度根據(jù)石英基板的溫度與折射率的關(guān)系式n-1.457+1.2xl(TST變換為折射率的情況下的光學(xué)結(jié)構(gòu)體(再現(xiàn) 被加熱體)的折射率分布特性的圖。圖ll的橫軸表示冉現(xiàn)被加熱 體的位置，縱軸表示距離再現(xiàn)被加熱體表面的深度位置。圖中 的數(shù)值表示折射率，箭頭表示等離子流的照射位置。在圖7至9中，標(biāo)記X表示與被加熱體即石英基板有關(guān)的特 性。標(biāo)記Y(Yb Y2)表示與虛擬被加熱體有關(guān)的特性，標(biāo)記Z表 示與再現(xiàn)被加熱體有關(guān)的特性。另外，圖7所示的圓圈標(biāo)記是分 別標(biāo)繪了從圖8的與被加熱體有關(guān)的光強(qiáng)度特性X提取出的光 學(xué)厚度特性(表示波形的波峰的峰點(diǎn)和波谷的谷點(diǎn)的時(shí)間和此 時(shí)的光學(xué)厚度)的標(biāo)記。在圖7中，光學(xué)厚度特性Y,曲線是將功率傳遞效率作為額 定值的45%而求出的。如圖7所示，圓圍標(biāo)記處于光學(xué)厚度特性 Y,曲線的上部。因此，將功率傳遞效率作為額定值的90%來重新輸入并重新計(jì)算從而得到光學(xué)厚度特性Y2曲線。但是，求出 的光學(xué)厚度特性Y2曲線處于圓圏標(biāo)記的上部，因此將功率傳遞 效率作為額定值的64.5。/。來重新輸入并重新計(jì)算而求出的就是 光學(xué)厚度特性Z。根據(jù)圖7可知，關(guān)于第2至第6個(gè)圓圏標(biāo)記，是分別相鄰的圓圏標(biāo)記之間的光學(xué)厚度差相等的(xy4)。這與在圖8中光強(qiáng)度特性X表示明確的波峰波形或者波谷波形的情況有關(guān)。另外，根 據(jù)圖7還可知，從圖8的光強(qiáng)度特性X提取出的圓圏標(biāo)記在再現(xiàn) 被加熱體所相關(guān)的光學(xué)厚度特性Z曲線上非常一致。根據(jù)圖8可知，與被加熱體有關(guān)的光強(qiáng)度特性X和與再現(xiàn)被 加熱體有關(guān)的光強(qiáng)度特性Z的波形(振動數(shù)、相位)非常一致。根 據(jù)圖9所示溫度分布特性可知，再現(xiàn)被加熱體(石英基板)的表面 溫度在5ms后達(dá)到1300°K。另外，根據(jù)圖10可知，溫度分布是 以等離子流的照射部為中心而形成年輪狀的形狀。而且，從表面到超過20nm的-果度為止都是1000K以上的溫度，可知在本例 的條件下對石英基板充分地進(jìn)行了熱處理。實(shí)際上用光學(xué)顯微 鏡觀察石英基4反的組織時(shí)，可知進(jìn)行了充分的熱處理。將圖IO 和圖11進(jìn)行比較時(shí)，從石英基板的溫度和折射率之間的關(guān)系具 有直線性比例關(guān)系的情形可知，溫度分布形狀和折射率分布形 狀成為相似形狀(相同)。
權(quán)利要求
1.一種溫度測量裝置，具有光強(qiáng)度測量部，其對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光，并測量光強(qiáng)度特性X，該光強(qiáng)度特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié)果所產(chǎn)生的反射光或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系；運(yùn)算部，其用于獲取再現(xiàn)被加熱體，當(dāng)對具有與上述被加熱體相同的形狀、熱以及光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱的條件相同的熱負(fù)荷、并照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)，求出具有從該虛擬被加熱體得到的光強(qiáng)度特性與上述光強(qiáng)度特性X最一致的光強(qiáng)度特性Z的虛擬被加熱體而作為再現(xiàn)被加熱體；以及溫度輸出部，其根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體求出上述被加熱體的規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度測量裝罝，其特征在于， 運(yùn)算部具有數(shù)據(jù)輸入部，其輸入規(guī)定的輸入數(shù)據(jù)；熱傳導(dǎo)解析部，其根據(jù)該輸入數(shù)據(jù)求出虛擬被加熱體的溫度分布特 性；變換部，其將求出的溫度分布特性變換為對應(yīng)的折射率分 布特性；光學(xué)解析部，其求出具有變換后的折射率分布特性的 虛擬被加熱體的規(guī)定的光學(xué)特性Y;判斷部，其從上述光強(qiáng)度 特性X提取規(guī)定的光學(xué)特性X,判別該光學(xué)特性X和Y之間的差 異，將直到使該差異成為最小為止進(jìn)行校正得到的初始值重新 輸入到數(shù)據(jù)輸入部來求出與上述光學(xué)特性X最 一 致的光學(xué)特性 Z;以及再現(xiàn)被加熱體輸出部，其將具有與這種光學(xué)特性Z對應(yīng) 的光強(qiáng)度特性Z以及溫度分布特性的虛擬被加熱體作為再現(xiàn)被加熱體而進(jìn)行輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度測量裝置，其特征在于，光學(xué)特性是與關(guān)于被加熱體以及虛擬被加熱體而得到的光強(qiáng)度特性有關(guān)的波形的振動數(shù)、相位、波峰的峰點(diǎn)和波谷的谷 點(diǎn)所相關(guān)的特性，或者是關(guān)于虛擬被加熱體而得到的光學(xué)厚度 特性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度測量裝置，其特征在于， 判斷部具有才莫式識別部，該模式識別部利用模式匹配法、特征點(diǎn)法或者頻率解析法來判別光強(qiáng)度特性X和光強(qiáng)度特性Y之間的差異。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度測量裝置，其特征在于， 判斷部具有均方誤差計(jì)算部，該均方誤差計(jì)算部利用均方誤差法來判別光學(xué)厚度特性X和光學(xué)厚度特性Y之間的差異。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的溫度測量裝置，其特征在于， 光強(qiáng)度測量部具有探測激光光源、光路分路元件、探測激光聚光透鏡以及光強(qiáng)度測量儀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的溫度測量裝置，其特征在于，關(guān)于激光聚光透鏡，其焦點(diǎn)距離f相對于被加熱體的厚度d 具冇I^2d關(guān)系。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的溫度測量裝置，其特征在于，求出以1(is 10s在室溫 3000K的范圍內(nèi)變化的被加熱體的 溫度。
9. 一種熱處理裝置，其中，在等離子流發(fā)生裝置中附設(shè)有權(quán)利要求1所述的溫度測量 裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱處理裝置，其特征在于， 設(shè)置有控制裝罝，該控制裝置根據(jù)來自溫度測量裝置的信兮來控制等離子流發(fā)生裝置的輸出。
11. 一種溫度測量方法，具有以下階段求出光強(qiáng)度特性X的階段，對溫度和折射率具有唯 一 相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光，求出光強(qiáng)度特性x，該光強(qiáng)度特性x表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié)果所 生成的反射光或者透過光的光強(qiáng)度與時(shí)間之間的關(guān)系；求出虛擬被加熱體的階段，首先，求出對具有與上述被加 熱體相同形狀、熱、光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與對上述被 加熱體進(jìn)行加熱的條件相同的熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性，求出 與該溫度分布特性對應(yīng)的折射率分布特性，并且求出對具有這種折射率分布特性的虛擬被加熱體照射具有與上述探測激光相 同特性的探測激光時(shí)所得到的光強(qiáng)度特性Y ，判別該光強(qiáng)度特 性Y和上述光強(qiáng)度特性X之間的差異，接著，對提供給上述虛擬 被加熱體的熱負(fù)荷條件中的規(guī)定條件進(jìn)行校正，求出校正后的 光強(qiáng)度特性，將具有與上述光強(qiáng)度特性X差異最小的被校正的 光強(qiáng)度特性Z以及與這種光強(qiáng)度特性Z對應(yīng)的溫度分布特性的 虛擬#皮加熱體作為再現(xiàn)#_加熱體而求出；以及根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體的溫度分布特性來求出上述被加熱 體的規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度的階段。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的溫度測量方法，其特征在于，熱體有效地接受所接入的功率的區(qū)域大小。
13. —種溫度測量程序，其特征在于，具有以下程序 求出光強(qiáng)度特性X的程序，當(dāng)對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光時(shí)，求出光強(qiáng)度特性X,該光 強(qiáng)度特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié) 果所生成的反射光或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系；熱傳導(dǎo)解析程序，求出對具有與上述被加熱體相間形狀、 熱、光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱 的條件相同的熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性；求出與上述溫度分布特性對應(yīng)的折射率分布特性的程序；光學(xué)解析程序，求出對具有這種折射率分布特性的虛擬被 加熱體照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)所得到的光強(qiáng)度特性Y;求出光強(qiáng)度特性Z的程序，判別上述光強(qiáng)度特性X和上述光 強(qiáng)度特性Y之間的差異，直到該差異成為最小為止校正熱負(fù)荷 條件中的規(guī)定條件，并求出與該光強(qiáng)度特性X差異最小的光強(qiáng) 度特性Z;將具有上述光強(qiáng)度特性Z并具有與其對應(yīng)的溫度分布特性 的虛擬被加熱體作為再現(xiàn);陂加熱體而求出的程序；以及根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體的溫度分布特性來求出上述被加熱 體的規(guī)定部位在失見定時(shí)間下的溫度的程序。
14. 一種計(jì)算才幾可讀取的記錄介質(zhì)，記錄有以下程序求出光強(qiáng)度特性X的程序，當(dāng)對溫度和折射率具有唯一相 關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光時(shí)，求出光強(qiáng)度特性X,該光 強(qiáng)度特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié) 果所生成的反射光或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系；熱傳導(dǎo)解析程序，求出對具有與上述被加熱體相同形狀、 熱、光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱 的條件相同的熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性；求出與上述溫度分布特性對應(yīng)的折射率分布特性的程序；光學(xué)解析程序，求出對具有這種折射率分布特性的虛擬被 加熱體照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)所得到 的光強(qiáng)度特性Y;求出光強(qiáng)度特性Z的程序，判別上述光強(qiáng)度特性X和上述光 強(qiáng)度特性Y之間的差異，直到該差異成為最小為止校正熱負(fù)荷 條件中的規(guī)定條件，并求出與該光強(qiáng)度特性X差異最小的光強(qiáng)度特性Z;將具有上述光強(qiáng)度特性Z并具有與其對應(yīng)的溫度分布特性 的虛擬5故加熱體作為再現(xiàn);故加熱體而求出的程序；以及根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體的溫度分布特性來求出上述被加熱 體的規(guī)定部位在^L定時(shí)間下的溫度的程序。
15. —種LSI，實(shí)施如下程序來進(jìn)^f亍溫度測量 求出光強(qiáng)度特性X的程序，當(dāng)對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光時(shí)，求出光強(qiáng)度特性X，該光 強(qiáng)度特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié) 果所生成的反射光或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系；熱傳導(dǎo)解析程序，求出對具有與上述被加熱體相同形狀、 熱、光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與對上述被加熱體進(jìn)行加熱的條件相同的熱負(fù)荷時(shí)的溫度分布特性；求出與上述溫度分布特性對應(yīng)的折射率分布特性的程序； 光學(xué)解析程序，求出對具有這種折射率分布特性的虛擬被加熱體照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)所得的光強(qiáng)度特性Y;求出光強(qiáng)度特性Z的程序，判別上述光強(qiáng)度特性X和上述光 強(qiáng)度特性Y之間的差異，直到該差異成為最小為止校正熱負(fù)荷 條件中的規(guī)定條件，并求出與該光強(qiáng)度特性X差異最小的光強(qiáng) 度特性Z;將具有上述光強(qiáng)度特性Z并具有與其對應(yīng)的溫度分布特性 的虛擬;波加熱體4乍為再現(xiàn)被加熱體而求出的程序；以及根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體的溫度分布特性來求出上述被加熱 體的規(guī)定部位在夫見定時(shí)間下的溫度的程序。
16. —種數(shù)據(jù)庫，具有輸入部，其輸入用于選擇測量對象的數(shù)據(jù)；記錄部，其存儲有與光強(qiáng)度特性有關(guān)的數(shù)據(jù)群以及與具有 對應(yīng)于該數(shù)據(jù)群的溫度分布特性的再現(xiàn)被加熱體有關(guān)的數(shù)據(jù) 群，其中，所述光強(qiáng)度特性是根據(jù)與可輸入到上述輸入部中的 對象有關(guān)的規(guī)定的初始值以及使該初始值中的特定初始值變化的校正值而預(yù)先計(jì)算得到的；以及檢索部，其從與上述光強(qiáng)度特性以及上述再現(xiàn)被加熱體冇 關(guān)的數(shù)據(jù)群中，檢索與從被加熱體獲取的光強(qiáng)度特性X最一致 的光強(qiáng)度特性Z以及與該光強(qiáng)度特性Z對應(yīng)的再現(xiàn)被加熱體。
17. —種溫度測量裝置，具有光強(qiáng)度測量部，對溫度和折射率具有唯 一 相關(guān)關(guān)系的被加 熱體照射探測激光，測量光強(qiáng)度特性X,該光強(qiáng)度特性X表示在 被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié)果所產(chǎn)生的反射光 或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系；數(shù)據(jù)庫；以及溫度輸出部，其根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體來求出上述被加熱 體的規(guī)定部位在妙L定時(shí)間下的溫度，其中， 上述數(shù)據(jù)庫具有輸入部，其輸入用于選擇測量對象的數(shù)據(jù)； 記錄部，其存儲有與光強(qiáng)度特性有關(guān)的數(shù)據(jù)群以及與具冇 對應(yīng)于該數(shù)據(jù)群的溫度分布特性的再現(xiàn)被加熱體有關(guān)的數(shù)據(jù) 群，其中，所述光強(qiáng)度特性是根據(jù)與可輸入到上述輸入部中的 對象有關(guān)的^L定的初始值以及使該初始值中的特定初始值變化 的校正值而預(yù)先計(jì)算得到的；以及檢索部，其從與上述光強(qiáng)度特性以及上述再現(xiàn)被加熱體有 關(guān)的數(shù)據(jù)群中，檢索與從被加熱體獲取的光強(qiáng)度特性X最一致 的光強(qiáng)度特性Z以及與該光強(qiáng)度特性Z對應(yīng)的再現(xiàn)被加熱體。
全文摘要
提供一種適合進(jìn)行快速加熱來進(jìn)行熱處理的基板溫度測量等的溫度測量裝置以及方法、熱處理裝置等。該溫度測量裝置具有光強(qiáng)度測量部，其對溫度和折射率具有唯一相關(guān)關(guān)系的被加熱體照射探測激光，并測量光強(qiáng)度特性X，該光強(qiáng)度特性X表示在被加熱體內(nèi)部多重反射的探測激光的干涉結(jié)果所產(chǎn)生的反射光或者透過光的光強(qiáng)度和時(shí)間之間的關(guān)系；運(yùn)算部，其用于獲取再現(xiàn)被加熱體，當(dāng)對具有與上述被加熱體相同的形狀、熱以及光學(xué)特性的虛擬被加熱體提供與上述被加熱體被加熱的條件相同的熱負(fù)荷、并照射具有與上述探測激光相同特性的探測激光時(shí)，求出具有從該虛擬被加熱體得到的光強(qiáng)度特性與上述光強(qiáng)度特性X最一致的光強(qiáng)度特性Z的虛擬被加熱體而作為再現(xiàn)被加熱體；以及溫度輸出部，其根據(jù)上述再現(xiàn)被加熱體求出上述被加熱體的規(guī)定部位在規(guī)定時(shí)間下的溫度。
文檔編號G01K11/12GK101218492SQ200680024509
公開日2008年7月9日 申請日期2006年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者東清一郎 申請人:國立大學(xué)法人廣島大學(xué)