專(zhuān)利名稱(chēng)：溫度測(cè)量裝置和溫度測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠準(zhǔn)確對(duì)測(cè)量對(duì)象物例如半導(dǎo)體晶片、液晶基板等 的表面、背面、內(nèi)部層等的溫度進(jìn)行測(cè)量的溫度測(cè)量裝置和溫度測(cè)量 方法。
背景技術(shù)：
例如，準(zhǔn)確測(cè)量通過(guò)基板處理裝置處理的被處理基板例如半導(dǎo)體 晶片的溫度，從根據(jù)成膜或蝕刻等各種處理的結(jié)果來(lái)準(zhǔn)確控制形成在 半導(dǎo)體晶片上的膜和孔等的形狀和物性等的方面來(lái)看是極為重要的。 因此， 一直以來(lái)就進(jìn)行例如通過(guò)利用例如電阻溫度計(jì)、和測(cè)量基材背 面的溫度的熒光式溫度計(jì)等的測(cè)量法等各種方法測(cè)量半導(dǎo)體晶片的溫 度。
近年來(lái)，已知利用能夠直接測(cè)量以上述現(xiàn)有的溫度測(cè)量方法困難
的晶片的溫度的低相干(coherence)干涉計(jì)的溫度測(cè)量技術(shù)。在上述 利用低相干干涉計(jì)的溫度測(cè)量技術(shù)中，通過(guò)分離器(splitter)將來(lái)自光 源的光分為溫度測(cè)量用的測(cè)量光和參照光，對(duì)測(cè)量光的反射光和由具 有使光路長(zhǎng)變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的參照光反射單元反射的參照光的反射光 之間的干涉進(jìn)行測(cè)量，并測(cè)量溫度(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)l)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)l:日本特開(kāi)2006—112826號(hào)公報(bào)
在上述現(xiàn)有的技術(shù)中，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)直接測(cè)量晶片的溫度。 但是，本發(fā)明人等進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中， 來(lái)自具有使光路長(zhǎng)變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的參照光反射單元的參照信號(hào)中含 有某種噪音，由此干涉波形的重心位置的檢測(cè)會(huì)存在誤差，光學(xué)厚度 的測(cè)量的精度惡化，導(dǎo)致溫度測(cè)量精度的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠精度良好地測(cè)量溫度，能夠更加精度良好地且效率良好地 進(jìn)行基板處理等的溫度測(cè)量裝置和溫度測(cè)量方法。
第一方面的溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括光源；用于將來(lái) 自上述光源的光分解為測(cè)量光和參照光的第一分離器；用于反射上述 參照光的參照光反射單元；用于使從上述參照光反射單元反射的反射 參照光的光路長(zhǎng)變化的光路長(zhǎng)變化單元；用于將上述反射參照光分解 為第一反射參照光和第二反射參照光的第二分離器；用于測(cè)量上述測(cè) 量光由溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反射測(cè)量光和上述第一反射參照光的干 涉的第一光檢測(cè)器；用于測(cè)量上述第二反射參照光的強(qiáng)度的第二光檢 測(cè)器；和根據(jù)從上述第一光檢測(cè)器的輸出信號(hào)減去上述第二光檢測(cè)器 的輸出信號(hào)所得的結(jié)果計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算上述溫度 測(cè)量對(duì)象物的溫度的溫度計(jì)算單元。
第二方面的溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括光源；用于將來(lái) 自上述光源的光分解為測(cè)量光和參照光的第一分離器；用于反射上述 參照光的參照光反射單元；用于使從上述參照光反射單元反射的反射 參照光的光路長(zhǎng)變化的光路長(zhǎng)變化單元；用于將上述反射參照光分解 為第一反射參照光和第二反射參照光的第二分離器；用于測(cè)量上述測(cè) 量光由溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反射測(cè)量光和上述第一反射參照光的干 涉的第一光檢測(cè)器；用于測(cè)量上述第二反射參照光的強(qiáng)度的第二光檢 測(cè)器；從上述第一光檢測(cè)器的輸出信號(hào)減去上述第二光檢測(cè)器的輸出 信號(hào)的減法機(jī)構(gòu)；根據(jù)上述減法機(jī)構(gòu)進(jìn)行減法而得的信號(hào)計(jì)算干涉位 置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算上述溫度測(cè)量對(duì)象物的溫度的溫度計(jì)算單元。
第三方面的溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括光源；用于將來(lái) 自上述光源的光分解為測(cè)量光和參照光的分離器；用于反射上述參照 光的參照光反射單元；用于使從上述參照光反射單元反射的反射參照 光的光路長(zhǎng)變化的光路長(zhǎng)變化單元；用于測(cè)量上述測(cè)量光由溫度測(cè)量 對(duì)象物反射的反射測(cè)量光和上述反射參照光的干涉的光檢測(cè)器；能夠 選擇是否使上述反射測(cè)量光向上述光檢測(cè)器射入的光閘機(jī)構(gòu)；溫度計(jì) 算單元，其存儲(chǔ)關(guān)閉上述光閘機(jī)構(gòu)、上述反射測(cè)量光不向上述光檢測(cè)
器射入時(shí)的上述反射參照光的強(qiáng)度變化作為參照信號(hào)，根據(jù)從打開(kāi)上 述光閘機(jī)構(gòu)、使上述反射測(cè)量光向上述光檢測(cè)器射入時(shí)的上述光檢測(cè)器的輸出信號(hào)減去上述參照信號(hào)而得的信號(hào)計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干 涉位置計(jì)算上述溫度測(cè)量對(duì)象物的溫度。
第四方面的溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括光源；用于將來(lái) 自上述光源的光分解為測(cè)量光和參照光的分離器；用于反射上述參照 光的參照光反射單元；用于使從上述參照光反射單元反射的反射參照 光的光路長(zhǎng)變化的光路長(zhǎng)變化單元；用于測(cè)量上述測(cè)量光由溫度測(cè)量 對(duì)象物反射的反射測(cè)量光和上述反射參照光的干涉的光檢測(cè)器；通過(guò) 對(duì)上述光檢測(cè)器的輸出信號(hào)進(jìn)行頻率過(guò)濾的過(guò)濾器；根據(jù)由上述過(guò)濾 器過(guò)濾的信號(hào)計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算上述溫度測(cè)量對(duì)象 物的溫度的溫度計(jì)算單元。
第五方面的溫度測(cè)量裝置是第四方面記載的溫度測(cè)量裝置，其特 征在于上述過(guò)濾器為模擬過(guò)濾器或數(shù)字過(guò)濾器。
第六方面的溫度測(cè)量裝置是第五方面記載的溫度測(cè)量裝置，其特 征在于上述過(guò)濾器切除由上述光路長(zhǎng)變化單元的動(dòng)作產(chǎn)生的噪音的 頻率以下的頻率成分。
第七方面的溫度測(cè)量裝置是第五方面記載的溫度測(cè)量裝置，其特 征在于上述過(guò)濾器使上述反射測(cè)量光和上述反射參照光的干涉波的 頻率以上的頻率成分通過(guò)。
第八方面的溫度測(cè)量裝置是第五方面記載的溫度測(cè)量裝置，其特 征在于上述過(guò)濾器僅使上述反射測(cè)量光和上述反射參照光的干涉波 的頻率的頻帶成分通過(guò)。
第九方面的溫度測(cè)量方法，其特征在于，包括照射步驟，使測(cè) 量光向溫度測(cè)量對(duì)象物照射，并且使參照光照射在參照光反射單元上； 干涉測(cè)量步驟，使上述參照光反射單元向一個(gè)方向移動(dòng)，使從上述參 照光反射單元反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化，并且測(cè)量從上述參照 光反射單元反射的反射參照光和從上述溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反射測(cè) 量光的干涉；和計(jì)算步驟，從上述干涉測(cè)量步驟所得的信號(hào)減去在使 上述反射參照光的光路長(zhǎng)變化的同時(shí)僅檢測(cè)上述反射參照光時(shí)的信 號(hào)，根據(jù)該減法結(jié)果計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算上述溫度測(cè) 量對(duì)象物的溫度。
第十方面的溫度測(cè)量方法，其特征在于，包括照射步驟，使測(cè)量光向溫度測(cè)量對(duì)象物照射，并且使參照光照射在參照光反射單元上; 干涉測(cè)量步驟，使上述參照光反射單元向一個(gè)方向移動(dòng)，使從上述參 照光反射單元反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化，并且測(cè)量從上述參照 光反射單元反射的反射參照光和從上述溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反射測(cè) 量光的干涉；計(jì)算步驟，根據(jù)通過(guò)對(duì)上述干涉測(cè)量步驟所得的信號(hào)進(jìn) 行頻率過(guò)濾而得的信號(hào)計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算上述溫度 測(cè)量對(duì)象物的溫度。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠精度良好地測(cè)量 溫度，能夠更加精度良好地且效率良好地進(jìn)行基板處理等的溫度測(cè)量 裝置和溫度測(cè)量方法。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置的概略結(jié)構(gòu)的 方塊圖。
圖2是表示反射測(cè)量光和反射參照光的干涉波形的照片。
圖3是放大表示反射測(cè)量光和反射參照光的干涉波形以及反射參
照光的波形的照片。
圖4是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置的概略結(jié)構(gòu)的
方塊圖。
圖5是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置的概略結(jié)構(gòu)的 方塊圖。
圖6是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置的概略結(jié)構(gòu)的 方塊圖。
圖7是表示本發(fā)明的第五實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置的概略結(jié)構(gòu)的 方塊圖。
符號(hào)說(shuō)明
10、 100溫度測(cè)量裝置 110 光源
120第一分離器 121第二分離器 140參照光反射單元150光路長(zhǎng)變化單元
151線性平臺(tái)(linear stage)
152電機(jī)
153He-Ne激光編碼器
154電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
155電機(jī)控制器
160第一光檢測(cè)器
161第二光檢測(cè)器
170控制器
171、173放大器
172A/D轉(zhuǎn)換器
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，在本說(shuō)明書(shū)和 附圖中，對(duì)實(shí)質(zhì)上具有相同的功能結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的符號(hào)， 并省略重復(fù)說(shuō)明。
圖1是表示第一實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置100的概略結(jié)構(gòu)的附圖。 如圖1所示，溫度測(cè)量裝置100具有光源110、用于將來(lái)自該光源110 的光分解為溫度測(cè)量用的測(cè)量光和參照光的第一分離器120、用于反射 來(lái)自上述第一分離器120的參照光的參照光反射單元140、用于使從參 照光反射單元140反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化的光路長(zhǎng)變化單元
150、 用于將來(lái)自參照光反射單元140的反射參照光分解為二的第二分 離器121。
光路長(zhǎng)變化單元150由用于使例如由參照鏡等構(gòu)成的參照光反射 單元140在與參照光的射入方向平行的一個(gè)方向上移動(dòng)的線性平臺(tái)
151、 電機(jī)152、 He-Ne激光編碼器153等構(gòu)成。這樣，通過(guò)向一個(gè)方 向驅(qū)動(dòng)參照鏡，從而能夠使從參照鏡反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化。 電機(jī)152通過(guò)電機(jī)控制器155、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器154由控制器170控制。另 外，來(lái)自He-Ne激光編碼器153的信號(hào)用A/D轉(zhuǎn)換器172轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號(hào)，輸入控制器170。
另外，溫度測(cè)量裝置100具有用于測(cè)量當(dāng)將上述測(cè)量光向例如半導(dǎo)體晶片等溫度測(cè)量對(duì)象物10照射時(shí)從溫度測(cè)量對(duì)象物10反射的反 射測(cè)量光、與上述參照光照射在參照光反射單元140上時(shí)從參照光反 射單元140反射并由第二分離器121分解為二中的一方的反射參照光 之間的干涉的第一光檢測(cè)器160。另外，溫度測(cè)量裝置100具有用于測(cè) 量由第二分離器121分解為二中的另一方的反射參照光的強(qiáng)度的第二 光檢測(cè)器161。
作為光源H0，只要是能夠測(cè)量測(cè)量光和參照光之間的干涉，就可 以使用任意的光。在作為溫度測(cè)量對(duì)象物IO進(jìn)行例如半導(dǎo)體晶片的溫 度測(cè)量的情況下，優(yōu)選至少來(lái)自半導(dǎo)體晶片的表面和背面之間的距離 (通常800 1500ym程度)的反射光不產(chǎn)生干涉的程度的光。具體地 例如優(yōu)選使用低相干光。所謂低相干光指的是相干長(zhǎng)度短的光。低相 干光的中心波長(zhǎng)例如優(yōu)選0.3 20nm，更優(yōu)選0.5 5um。另外作為 相干長(zhǎng)度例如優(yōu)選0.1 100pm，更優(yōu)選3ym以下。這樣的低相干光 作為光源110使用，從而能夠避免由多余的干涉所引起的障礙，能夠 容易測(cè)定基于半導(dǎo)體晶片的表面或來(lái)自?xún)?nèi)部層的反射光與參照光的干 涉。
作為使用上述低相干光的光源，例如能夠使用SLD (Super Luminescent Diode:超發(fā)光二極管)、LED、高亮度燈(鴇燈、氤燈等)、 超寬頻帶波長(zhǎng)光源等。在這些低相干光源中，優(yōu)選使用亮度高的SLD (波長(zhǎng)例如1300nm)作為光源110。
作為第一分離器120使用例如2X2光纖耦合器(fiber coupler)。 但是并不限定于此，只要能夠分解為參照光和測(cè)量光即可。另外，關(guān) 于第二分離器121也使用例如2X1光纖耦合器。但是并不限定于此， 只要能夠?qū)⒎瓷鋮⒄展夥纸鉃槎纯伞Ｗ鳛榈谝环蛛x器120、第二分離 器121例如可以使用導(dǎo)光波路型分波器、半透鏡等。
參照光反射單元140例如由參照鏡構(gòu)成。作為參照鏡例如能夠適 用角形棱鏡、平面鏡等。其中，從反射光的與射入光的平行性的觀點(diǎn) 出發(fā)，優(yōu)選使用角形棱鏡。但只要是能夠反射參照光即可，不限于上 述棱鏡，例如也可以由延遲線等構(gòu)成。
作為第一光檢測(cè)器160、第二光檢測(cè)器161，如果考慮到低價(jià)格性、 緊湊性，則例如優(yōu)選使用光電二極管構(gòu)成。具體地例如通過(guò)使用Si光電二極管、InGaAs光電二極管、Ge光電二極管等的PD(Photo Detector: 光電檢測(cè)器)構(gòu)成。但是并不限定于此，例如也可以使用雪崩二極管、 光電子倍增管等構(gòu)成第一光檢測(cè)器160、第二光檢測(cè)器161。第一光檢 測(cè)器160的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)由放大器171輸入到A/D轉(zhuǎn)換器172，轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號(hào)，由控制器170處理。第二光檢測(cè)器161的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)由放 大器173輸入到A/D轉(zhuǎn)換器172，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由控制器170處 理。
來(lái)自第一分離器120的測(cè)量光經(jīng)由測(cè)量光傳送機(jī)構(gòu)例如準(zhǔn)直光纖 (collimate fibre) 180被傳送至向溫度測(cè)量對(duì)象物10照射的測(cè)量光照 射位置。來(lái)自第一分離器120的測(cè)量光通過(guò)第二分離器121經(jīng)由參照 光傳送機(jī)構(gòu)例如準(zhǔn)直光纖190被傳送至向參照光反射單元140照射的 參照光照射位置。另外，作為測(cè)量光傳送機(jī)構(gòu)和參照光傳送機(jī)構(gòu)不限 于上述的準(zhǔn)直光纖，例如也可以是在光纖的前端安裝有準(zhǔn)直器的帶準(zhǔn) 直器的光纖。
在上述的溫度測(cè)量裝置100中，來(lái)自光源110的光射入第一分離 器120，由第一分離器120分為測(cè)量光和參照光。這其中，測(cè)量光照射 在半導(dǎo)體晶片等的溫度測(cè)量對(duì)象物10等上，由各層的表面、邊界面或 背面反射。
另一方面，參照光由參照光反射單元140反射，該反射參照光射 入第二分離器121而被分解為兩個(gè)反射參照光。并且，其中的一方的 反射參照光向第一分離器120射入，與反射測(cè)量光一起由第一光檢測(cè) 器160檢測(cè)。另一方的反射參照光由第二光檢測(cè)器161檢測(cè)。
并且，通過(guò)由光路長(zhǎng)變化單元150掃描參照光反射單元140，從而 在第一光檢測(cè)器160中，得到縱軸為輸出(V)(光的強(qiáng)度)、橫軸為參 照光反射單元140的測(cè)量距離(ym)的圖2 (a)所示的干涉波形。 在此，作為光源110,使用上述那樣的低相干光源。根據(jù)低相干光源， 具有這樣的特征由于來(lái)自光源110的光的相干長(zhǎng)度短，所以通常測(cè) 量光的光路長(zhǎng)和參照光的光路長(zhǎng)一致的情況下引起較強(qiáng)干涉，在除此 之外的情況下，干涉被實(shí)質(zhì)性降低。因此，通過(guò)使參照光反射單元140 移動(dòng)，使參照光的光路長(zhǎng)變化，從而除了溫度測(cè)量對(duì)象物10的表面和 背面外，在內(nèi)部若也形成層，則關(guān)于各層，由這些折射率差異而引起反射的測(cè)量光和參照光干涉。
在圖2 (a)的例子中，如果掃描參照光反射單元140，則首先來(lái) 自溫度測(cè)量對(duì)象物10的一方的面(表面或背面)的反射光和參照光的 反射光之間的干涉波出現(xiàn)，接著來(lái)自中間層的界面的反射光和參照光 的反射光之間的干涉波出現(xiàn)，最后來(lái)自另一方的面(背面或表面)的 反射光和參照光的反射光之間的干涉波出現(xiàn)。
在此，如圖2 (a)所示，在由第一光檢測(cè)器160檢測(cè)出的檢測(cè)信 號(hào)波形上，除了表示頻率高且大的峰值的干涉波以外，還包含比該干 涉波頻率低的成分，形成底線與干涉波無(wú)關(guān)地大幅度起伏的波形。圖3 還放大表示檢測(cè)信號(hào)波形，在圖3所示的兩個(gè)波形之中，上部所述的 波形為由第一光檢測(cè)器160檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)波形。如該圖3所示， 頻率比上述干涉波低的成分不僅為一個(gè)，而且也包含與圖2 (a)可視 的頻率相比高的其它成分。如果檢測(cè)信號(hào)波形中含有上述那樣的干涉 波以外的成分，則從干涉波的重心求算干涉位置時(shí)產(chǎn)生誤差。
在圖3所示的兩個(gè)波形中下部所示的波形僅為由第二光檢測(cè)器 161檢測(cè)出的反射參照光的檢測(cè)信號(hào)波形。觀察該檢測(cè)信號(hào)波形可知， 由上述第一光檢測(cè)器160檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)波形所包含的干涉波以外 的成分來(lái)源于反射參照光。這認(rèn)為是起因于參照光反射單元140由光 路長(zhǎng)變化單元150的線性平臺(tái)151等掃描時(shí)的微小的機(jī)械變形或余隙 (clearance)等。
因此，在本實(shí)施方式中，在控制器170中，除了來(lái)自第一光檢測(cè) 器160的檢測(cè)信號(hào)外，還經(jīng)由放大器173、 A/D轉(zhuǎn)換器172僅輸入由第 二光檢測(cè)器161檢測(cè)出的由第二分離器121分解的其中一個(gè)反射參照 光的檢測(cè)信號(hào)。并且，控制器170從第一光檢測(cè)器160的檢測(cè)信號(hào)減 去第二光檢測(cè)器161的檢測(cè)信號(hào)。該減法后的檢測(cè)信號(hào)波形示于圖2 (b)。如圖2 (b)所示，從第一光檢測(cè)器160的檢測(cè)信號(hào)減去第二光 檢測(cè)器161的檢測(cè)信號(hào)后的檢測(cè)信號(hào)波形除去了在由光路長(zhǎng)變化單元 150掃描參照光反射單元140時(shí)產(chǎn)生的噪音成分。因此，基于該檢測(cè)信 號(hào)波形，根據(jù)干涉波的重心等能夠求得誤差少的準(zhǔn)確干涉位置，根據(jù) 該干涉位置能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測(cè)量。
接著，說(shuō)明根據(jù)測(cè)量光和參照光的干涉波測(cè)量溫度的方法。作為基于干涉波的溫度測(cè)量方法例如有使用基于溫度變化的光路長(zhǎng)變化的 溫度換算方法。在此，說(shuō)明利用上述干涉波形的位置偏差的溫度換算 方法。
如果半導(dǎo)體晶片等的溫度測(cè)量對(duì)象物io被加熱器等加溫，則溫度 測(cè)量對(duì)象物io膨脹而使得折射率變化，所以在溫度變化前和溫度變化
后，干涉波形的位置偏離，干涉波形的峰值間隔變化。通過(guò)測(cè)量這樣 的干涉波形的峰值間隔而能夠檢測(cè)出溫度變化。例如若為圖1所示的
溫度測(cè)量裝置100，則干涉波形的峰值間隔與參照光反射單元140的移 動(dòng)距離對(duì)應(yīng)，所以通過(guò)測(cè)量干涉波形的峰值間隔的參照鏡的移動(dòng)距離， 而能夠檢測(cè)出溫度變化。
在以溫度測(cè)量對(duì)象物10的厚度為d，折射率為n的情況下，關(guān)于 干涉波形的峰值位置的偏離中，關(guān)于厚度d依賴(lài)于各層固有的線膨脹 系數(shù)a ，另外關(guān)于折射率n的變化主要依賴(lài)于各層固有的折射率變化 的溫度系數(shù)P。另外，已知關(guān)于折射率變化的溫度系數(shù)P也依賴(lài)于波 長(zhǎng)。
因此，某測(cè)量點(diǎn)的溫度變化后的晶片的厚度d'由數(shù)學(xué)式表示，則 如下述數(shù)學(xué)式(1)所示。另外，在數(shù)學(xué)式(1)中，AT表示測(cè)量點(diǎn)的 溫度變化，a表示線膨脹率，P表示折射率變化的溫度系數(shù)。另外，d、 n分別表示溫度變化前的測(cè)量點(diǎn)的厚度、折射率。
d' =d*(l+aAT)、 n' =n，(l+PAT) ……(1)
如上述數(shù)學(xué)式(1)所示，因溫度變化而使通過(guò)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量光的 光路長(zhǎng)變化。光路長(zhǎng)一般由厚度d和折射率n的乘積表示。因此，溫 度變化前的通過(guò)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量光的光路長(zhǎng)為L(zhǎng)，測(cè)量點(diǎn)的溫度分別變化 AT后的光路長(zhǎng)為L(zhǎng)'，則L、 L'分別如下面的樹(shù)脂(2)所示。
L = d-n、 L' =d' n' ...... (2)
因此，測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量光的光路長(zhǎng)的溫度變化前后的差值(L' 一L)， 通過(guò)上述數(shù)學(xué)式(1)、 (2)計(jì)算整理，則如下面數(shù)學(xué)式(3)。另外， 在下面數(shù)學(xué)式(3)中，考慮a P<<a ， a P<<P，省略微小項(xiàng)。
L' —L = d' 'n' —d n=d n ( a + P ) AT 4，(a+P)'AT, ……(3)在此，測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量光的光路長(zhǎng)相對(duì)于與參照光干涉的干涉波形
的峰值間隔。因此，若預(yù)先調(diào)查線膨脹率a、折射率變化的溫度系數(shù) P，則通過(guò)測(cè)量測(cè)量點(diǎn)的與參照光的干涉波形的峰值間隔，從而能夠 使用上述數(shù)學(xué)式(3)換算為測(cè)量點(diǎn)的溫度。
這樣，在根據(jù)干涉波換算溫度的情況下，如上所述在干涉波形的 峰值間表示的光路長(zhǎng)根據(jù)線膨脹率a和折射率變化的溫度系數(shù)P而變 化，所以需要預(yù)先調(diào)查線膨脹率a和折射率變化的溫度系數(shù)e。含有 半導(dǎo)體晶片的物質(zhì)的線膨脹率a和折射率變化的溫度系數(shù)P—般根據(jù) 溫度帶也存在依賴(lài)于溫度的情況。例如關(guān)于線膨脹率a —般在物質(zhì)的 溫度為0 100。C程度的溫度范圍中幾乎不變化，所以可以看成是恒定， 但是在10(TC以上的溫度范圍中，根據(jù)物質(zhì)的不同，也存在溫度越高， 變化率越大的情況，所以在這樣的情況下，不能無(wú)視溫度依賴(lài)性。關(guān) 于折射率變化的溫度系數(shù)P同樣地根據(jù)溫度范圍而存在不能無(wú)視溫度 依賴(lài)性的情況。
例如己知在構(gòu)成半導(dǎo)體晶片的硅(Si)的情況下，在0 50(TC的 溫度范圍中線膨脹率a和折射率變化的溫度系數(shù)P例如能夠以二次曲 線近似。這樣，線膨脹率a和折射率變化的溫度系數(shù)e由于依賴(lài)于溫 度，所以能夠預(yù)先調(diào)査例如與溫度對(duì)應(yīng)的線膨脹率a和折射率變化的 溫度系數(shù)e，若考慮該值進(jìn)行溫度換算，則能夠換算為更準(zhǔn)確的溫度。
另外，作為基于測(cè)量光和參照光的干涉波的溫度測(cè)量方法不限于 上述那樣的方法，例如也可以是使用基于溫度變化的吸收強(qiáng)度變化的 方法，也可以是組合基于上述溫度變化的光路長(zhǎng)變化和基于溫度變化 的吸入強(qiáng)度變化的方法。
圖4是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置100a的結(jié)構(gòu)的 附圖。在該溫度測(cè)量裝置100a中，將第一光檢測(cè)器160的輸出和第二 光檢測(cè)器161的輸出輸入差動(dòng)電路174而求差(減法)，差動(dòng)電路174 的輸出經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器172而輸入控制器170。如該溫度測(cè)量裝置100a 所示，即使使用差動(dòng)電路174求得模擬信號(hào)的差，也能夠得到與前述 的第一實(shí)施方式相同的效果。
圖5是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置100b的結(jié)構(gòu)的 附圖。在該溫度測(cè)量裝置100b中，代替設(shè)置上述的各實(shí)施方式的第二分離器121、第二光檢測(cè)器161，而在例如準(zhǔn)直光纖的端部和溫度測(cè)量 對(duì)象物IO之間等設(shè)置能夠選擇有無(wú)反射測(cè)量光向第一光檢測(cè)器160射 入的光閘(shutter)機(jī)構(gòu)181。并且，通過(guò)關(guān)閉該光閘機(jī)構(gòu)181而在第 一光檢測(cè)器160中僅能夠檢測(cè)出來(lái)自參照光反射單元140的反射參照 光。在該溫度測(cè)量裝置100b中，在預(yù)先關(guān)閉光閘機(jī)構(gòu)181的狀態(tài)下， 掃描參照光反射單元140而檢測(cè)出反射參照光，以該數(shù)據(jù)(圖3的下 部所示的那樣的波形數(shù)據(jù))為參照信號(hào)數(shù)據(jù)，事先存儲(chǔ)于控制器170。 并且，當(dāng)打開(kāi)光閘機(jī)構(gòu)181而從第一光檢測(cè)器160的輸出信號(hào)檢測(cè)出 反射測(cè)量光和反射參照光的干涉時(shí)，控制器170從第一光檢測(cè)器160 的輸出信號(hào)減去存儲(chǔ)的參照信號(hào)數(shù)據(jù)量。在這樣結(jié)構(gòu)的溫度測(cè)量裝置 100b中，如圖1所示的溫度測(cè)量裝置100那樣，不設(shè)置第二分離器121、 第二光檢測(cè)器161等，而能夠以比較簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)廉價(jià)地構(gòu)成裝置，并 且能夠除去光路長(zhǎng)變化單元150的動(dòng)作產(chǎn)生的噪音成分，由此能夠精 度良好地測(cè)量溫度。
圖6為表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置100c的結(jié)構(gòu)。 在該溫度測(cè)量裝置100c中，將第一光檢測(cè)器160的輸出信號(hào)經(jīng)由過(guò)濾 器175輸入放大器171，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器172輸入控制器170。該過(guò)濾 器175為用于除去頻率比干涉波低的前述的噪音成分的模擬過(guò)濾器， 能夠進(jìn)行如下任一種設(shè)定，即、設(shè)定為切除光路長(zhǎng)變化單元150的動(dòng) 作產(chǎn)生的噪音的頻率以下的頻率成分，或設(shè)定為使反射測(cè)量光和反射 參照光的干涉波的頻率以上的頻率成分通過(guò)，或僅使反射測(cè)量光和反 射參照光的干涉波的頻率以上的頻率成分通過(guò)。在這樣的結(jié)構(gòu)的溫度 測(cè)量裝置100c中，如圖1所示的溫度測(cè)量裝置100所示，不設(shè)置第二 分離器121、第二光檢測(cè)器161等，而能夠以比較簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)廉價(jià)地構(gòu) 成裝置，并且能夠除去光路長(zhǎng)變化單元150的動(dòng)作產(chǎn)生的噪音成分， 能夠精度良好地測(cè)量溫度。
圖7是表示本發(fā)明的第五實(shí)施方式的溫度測(cè)量裝置100d的結(jié)構(gòu)的 附圖。在該溫度測(cè)量裝置100d中，代替圖6所示的設(shè)置由模擬過(guò)濾器 構(gòu)成的過(guò)濾器175，而使控制器170具有數(shù)字過(guò)濾器的功能。像這樣使 用數(shù)字過(guò)濾器，也能夠得到與使用模擬過(guò)濾器的第四實(shí)施方式的溫度 測(cè)量裝置100c同樣的效果。以上，參照

了本發(fā)明的合適的實(shí)施方式，但是本發(fā)明不 限于上述的例子。本領(lǐng)域技術(shù)人員自然能夠在權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍 內(nèi)想到各種變更例或修正例，這些當(dāng)然也屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括光源；用于將來(lái)自所述光源的光分解為測(cè)量光和參照光的第一分離器；用于反射所述參照光的參照光反射單元；用于使從所述參照光反射單元反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化的光路長(zhǎng)變化單元；用于將所述反射參照光分解為第一反射參照光和第二反射參照光的第二分離器；用于測(cè)量所述測(cè)量光由溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反射測(cè)量光，和所述第一反射參照光的干涉的第一光檢測(cè)器；用于測(cè)量所述第二反射參照光的強(qiáng)度的第二光檢測(cè)器；和根據(jù)從所述第一光檢測(cè)器的輸出信號(hào)減去所述第二光檢測(cè)器的輸出信號(hào)所得的結(jié)果計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算所述溫度測(cè)量對(duì)象物的溫度的溫度計(jì)算單元。
2. —種溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括 光源；用于將來(lái)自所述光源的光分解為測(cè)量光和參照光的第一分離器； 用于反射所述參照光的參照光反射單元；用于使從所述參照光反射單元反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化的 光路長(zhǎng)變化單元；用于將所述反射參照光分解為第一反射參照光和第二反射參照光 的第二分離器；用于測(cè)量所述測(cè)量光由溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反射測(cè)量光，和所述第一反射參照光的干涉的第一光檢測(cè)器；用于測(cè)量所述第二反射參照光的強(qiáng)度的第二光檢測(cè)器； 從所述第一光檢測(cè)器的輸出信號(hào)減去所述第二光檢測(cè)器的輸出信號(hào)的減法機(jī)構(gòu)；基于由所述減法機(jī)構(gòu)進(jìn)行減法而得的信號(hào)計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算所述溫度測(cè)量對(duì)象物的溫度的溫度計(jì)算單元。
3. —種溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括 光源；用于將來(lái)自所述光源的光分解為測(cè)量光和參照光的分離器； 用于反射所述參照光的參照光反射單元；用于使從所述參照光反射單元反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化的 光路長(zhǎng)變化單元；用于測(cè)量所述測(cè)量光由溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反射測(cè)量光和所述 反射參照光的干涉的光檢測(cè)器；能夠選擇是否使所述反射測(cè)量光向所述光檢測(cè)器射入的光閘機(jī)構(gòu)；溫度計(jì)算單元，其存儲(chǔ)關(guān)閉所述光閘機(jī)構(gòu)、所述反射測(cè)量光不向 所述光檢測(cè)器射入時(shí)的所述反射參照光的強(qiáng)度變化作為參照信號(hào)，根 據(jù)從打開(kāi)所述光間機(jī)構(gòu)、使所述反射測(cè)量光向所述光檢測(cè)器射入時(shí)的 所述光檢測(cè)器的輸出信號(hào)減去所述參照信號(hào)而得的信號(hào)計(jì)算干涉位 置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算所述溫度測(cè)量對(duì)象物的溫度。
4. 一種溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括 光源；用于將來(lái)自所述光源的光分解為測(cè)量光和參照光的分離器； 用于反射所述參照光的參照光反射單元；用于使從所述參照光反射單元反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化的 光路長(zhǎng)變化單元；用于測(cè)量所述測(cè)量光由溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反射測(cè)量光和所述 反射參照光的干涉的光檢測(cè)器；通過(guò)對(duì)所述光檢測(cè)器的輸出信號(hào)進(jìn)行頻率過(guò)濾的過(guò)濾器；根據(jù)由所述過(guò)濾器過(guò)濾的信號(hào)計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干涉位置計(jì) 算所述溫度測(cè)量對(duì)象物的溫度的溫度計(jì)算單元。
5. 如權(quán)利要求4所述的溫度測(cè)量裝置，其特征在于-所述過(guò)濾器為模擬過(guò)濾器或數(shù)字過(guò)濾器。
6. 如權(quán)利要求5所述的溫度測(cè)量裝置，其特征在于 所述過(guò)濾器切除由所述光路長(zhǎng)變化單元的動(dòng)作產(chǎn)生的噪音的頻率以下的頻率成分。
7. 如權(quán)利要求5所述的溫度測(cè)量裝置，其特征在于 所述過(guò)濾器使所述反射測(cè)量光和所述反射參照光的干涉波的頻率以上的頻率成分通過(guò)。
8. 如權(quán)利要求5所述的溫度測(cè)量裝置，其特征在于 所述過(guò)濾器僅使所述反射測(cè)量光和所述反射參照光的干涉波的頻率的頻帶成分通過(guò)。
9. 一種溫度測(cè)量方法，其特征在于，包括照射步驟，使測(cè)量光向溫度測(cè)量對(duì)象物照射，并且使參照光照射 在參照光反射單元上；干涉測(cè)量步驟，使所述參照光反射單元向一個(gè)方向移動(dòng)，使從所 述參照光反射單元反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化，并且測(cè)量從所述 參照光反射單元反射的反射參照光和從所述溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反 射測(cè)量光的干涉；和計(jì)算步驟，從所述干涉測(cè)量步驟所得的信號(hào)減去在使所述反射參 照光的光路長(zhǎng)變化的同時(shí)僅檢測(cè)所述反射參照光時(shí)的信號(hào)，根據(jù)該減 法結(jié)果計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算所述溫度測(cè)量對(duì)象物的溫 度。
10. —種溫度測(cè)量方法，其特征在于，包括照射步驟，使測(cè)量光向溫度測(cè)量對(duì)象物照射，并且使參照光照射 在參照光反射單元上；干涉測(cè)量步驟，使所述參照光反射單元向一個(gè)方向移動(dòng)，使從所 述參照光反射單元反射的反射參照光的光路長(zhǎng)變化，并且測(cè)量從所述參照光反射單元反射的反射參照光和從所述溫度測(cè)量對(duì)象物反射的反 射測(cè)量光的干涉；和計(jì)算步驟，根據(jù)通過(guò)對(duì)所述干涉測(cè)量步驟所得的信號(hào)進(jìn)行頻率過(guò) 濾而得的信號(hào)計(jì)算干涉位置，根據(jù)該干涉位置計(jì)算所述溫度測(cè)量對(duì)象 物的溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種溫度測(cè)量裝置和溫度測(cè)量方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠精度良好地測(cè)量溫度，能夠更加精度良好地且效率良好地進(jìn)行基板處理等。該溫度測(cè)量裝置具有將來(lái)自光源(110)的光分解為測(cè)量光和參照光的第一分離器(120)；用于反射參照光的參照光反射單元(140)；用于使參照光的光路長(zhǎng)度變化的光路長(zhǎng)變化單元(150)；用于分解來(lái)自參照光反射單元(140)的反射參照光的第二分離器(121)；用于測(cè)量來(lái)自溫度測(cè)定對(duì)象物(10)的反射測(cè)量光與反射參照光的干涉的第一光檢測(cè)器(160)；用于僅測(cè)量反射參照光的強(qiáng)度的第二光檢測(cè)器(161)；從第一光檢測(cè)器(160)的輸出減去第二光檢測(cè)器(161)的輸出后計(jì)算干涉位置，計(jì)算溫度的控制器(170)。
文檔編號(hào)G01K11/00GK101532885SQ20091012638
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者松土龍夫, 輿水地鹽, 阿部淳 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社