CN101527274A - 基板表面温度测量方法、基板处理设备、半导体器件制造方法 - Google Patents

基板表面温度测量方法、基板处理设备、半导体器件制造方法 Download PDF

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CN101527274A CN200910118232A CN200910118232A CN101527274A CN 101527274 A CN101527274 A CN 101527274A CN 200910118232 A CN200910118232 A CN 200910118232A CN 200910118232 A CN200910118232 A CN 200910118232A CN 101527274 A CN101527274 A CN 101527274A
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Abstract

本发明涉及一种基板表面温度测量方法，使用该方法的基板处理设备，和半导体器件制造方法。使用观测基板(106)的边缘表面的观测器(115a，115b)测量基板(106)的膨胀量。使用基板(106)的膨胀量计算基板(106)的中间平面的温度。使用热通量传感器(110)测量基板(106)中的热通量。从测量的基板(106)的热通量和基板(106)的热阻，计算基板(106)的中间平面与上表面之间的温度差。使用所述温度差和基板(106)的中间平面的温度，获得基板(106)的表面的温度。

Description

基板表面温度测量方法、基板处理设备、半导体器件制造方法
技术领域
本发明涉及在制造电子器件诸如半导体集成电路和显示器件电子源的过程中加热和冷却基板的设备中的一种原地测量基板表面温度的基板表面温度测量方法、一种使用此方法的基板处理设备、和一种半导体器件制造方法。
背景技术
半导体集成电路制造过程包括各种类型的退火过程，诸如光刻中的烘烤、膜形成和灰化。在这样一种退火过程中，常规上使用被布置成与目标基板相对的卤素灯或者被包含到支撑目标基板的支撑体中的加热器，加热该目标基板。
在此情况下，辐射温度计被布置在横跨目标基板与卤素灯相对的一侧上，并且在与目标基板不接触的状态下测量目标基板的温度。基于测量结果调整卤素灯的光量，从而控制目标基板的加热温度。
关于基板表面温度的测量，热通量计和温度传感器被布置在目标基板的下表面附近，并且使用从它们的位置到基板的上表面的热阻来测量表面温度(见日本专利特开第2002-170775号)。
作为替换方案，在用作用于目标基板的真空处理室的室的壁的一部分中形成窗。使用辐射温度计在该室的壁的外部测量目标基板的表面温度(见日本专利特开第60-253939号)。
作为替换方案，使接触式传感器诸如热电偶与基板的表面直接接触，并且测量表面温度。
作为替换方案，在基板的侧面上设置接触式距离传感器。通过测量基板的膨胀量获得基板的平均温度，并且使用获得的平均温度作为表面温度(见日本专利特开第7-27634号)。
用于温度测量的辐射温度计是有利的，因为其可通过使用传感器诸如热电堆测量从对象表面辐射出的具有波长分布的光，在与对象不接触的状态下测量对象的表面温度。
但是，当使用辐射温度计测量基板表面时，辐射率依赖于基板的组分和表面状态而改变。为了精确测量基板的表面温度，必须针对基板的每种组分和每种表面状态校准获得的温度。当用于观测基板的观测窗被膜形成气体污染时，在测量中可能出现误差。另外，由于辐射温度计本身昂贵，因而其增加了基板处理设备本身的成本。
特别地，当在膜形成设备中使用辐射温度计时，必须根据不断变化的膜形成状态的变化而改变校准参数。但是，精确地获得形成期间的膜厚度以及膜组分是非常困难的。因此，难以正确地设定校准参数。
现在将参照图9描述采用辐射温度计的现有技术。
参照图9，标号101指示真空容器；102指示提供作为膜形成材料的气体的源气体供给装置；103指示阀；104指示真空泵；105指示调整源气体的浓度的流量控制器；106指示作为处理目标的基板。标号107指示将基板106固定于预定位置的静电卡盘；108指示抑制静电卡盘107的变形的基板台架；109指示将基板台架108连接到真空容器101的附连构件。标号111指示使用辐射热加热基板106的表面的卤素加热器；112指示将加热器111连接到真空容器101的附连构件；113指示卤素加热器控制器。另外，标号301指示被设置在真空容器101外部的辐射温度计；302指示透射来自基板106的辐射的引出窗。辐射温度计301可测量通过引出窗302透射的辐射。
当这样使用辐射温度计时，一般来说，即使基板106的表面温度保持相同，辐射温度计301测量到的辐射量也根据在基板106的表面上形成的膜的组分的变化而改变。
引出窗302的内侧不断地被源气体污染，并且需要清洁。因此，必须根据引出窗302的透光率校正测量到的辐射量。
通过引出窗302透射的射束包括来自基板106的辐射以及被真空容器101的壁反射的光。另外，来自卤素加热器111的光可被基板106直接反射，以杂散光的形式到达引出窗302，并且透射通过引出窗302。应对此问题的对策也是必需的。
以这种方式，尽管使用辐射温度计的测量由于允许不接触的观测而是有利的，但是精度可能由于各种测量误差而降低，并且辐射温度计本身昂贵。
作为另一种技术，通过从基板的膨胀量进行转换来获得基板温度的方法也是可用的。通过此方法，可计算基板的平均温度。但是，如果基板中存在温度分布，则平均温度与基板的表面温度之间的温度差增大，从而增大误差。
现在将参照图10描述通过从基板的膨胀量进行转换来获得基板温度的常规技术。
参照图10，标号401指示灯；402指示基板；403指示可移动石英销；404指示光学测微器；405指示支撑销。标号406指示处理室；407指示灯功率控制单元；408指示位移/温度转换器；409指示工艺处方(process recipe)。图10为基板表面的平面视图。
在图10的设备中，灯401发出的光加热被置于处理室406中的基板402。当基板402被加热时，基板402膨胀。由于支撑销405限制基板402的一侧，所以基板402的膨胀量表现为被提供给基板402的可移动石英销403的移动量本身。通过使用光学测微器404读取可移动石英销403的移动量来计算基板402的膨胀量。在接收到计算出的膨胀量时，位移/温度转换器408计算基板402的温度，并且将该温度发送给灯功率控制单元407。灯功率控制单元407通过参考接收到的基板温度和工艺处方409来控制灯401。
但是，由于可移动石英销403与基板402接触，所以基板402的热漂移至可移动石英销403并且加热该可移动石英销403，因此，可移动石英销403本身膨胀。结果，面对光学测微器404的可移动石英销403的表面的移动量不同于没有与可移动石英销403接触的基板402的端面的移动量。这导致温度测量中出现误差。
当基板402中存在温度分布时，可从基板的膨胀量计算出的是整个基板的平均温度，而不能总是测量出基板的表面温度。例如，如图10所示，当使用灯从上表面侧加热基板402时，热漂移至基板402的下表面。
作为替换方案，当使用灯从下表面侧加热基板402时，热漂移至基板402的上表面侧。因此，基板402的上表面和下表面之间发生温度差。因而，仅从基板的膨胀量难以精确地测量基板的表面温度。
作为另一种技术，通过使接触式传感器诸如热电偶与基板直接接触来进行测量的方法可被使用。当以种方式使该传感器与基板表面接触时，或者当基板由于基板中的温度变化而膨胀时，难以保持传感器与基板的接触状态。另外，当热电偶本身被加热器加热时，可能出现误差。由于在基板的与传感器接触的部分上没有形成膜，因此基板被部分地浪费了。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可解决上述问题之一的表面温度测量方法，和一种利用此方法的基板处理设备。本发明的另一个目的是改善基板表面温度的测量精度。
根据本发明的一个方面，提供了一种基板表面温度测量方法，包括：
测量步骤，测量基板的膨胀量；以及
表面温度计算步骤，使用基板的膨胀量计算基板的中间平面的温度，从基板的热通量和热阻计算基板的中间平面与上表面之间的温度差，并且使用该温度差和该基板的中间平面的温度获得基板的上表面的温度。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基板处理设备，包括：
加热部件，用于加热基板；
控制部件，用于控制该加热部件；
膨胀量测量部件，用于测量基板的膨胀量；以及
热通量测量部件，用于测量基板中的热通量，
其中该控制部件使用该膨胀量测量部件测量的膨胀量计算基板的中间平面的温度，从该热通量测量部件测量的热通量和热阻计算基板的中间平面与上表面之间的温度差，使用该温度差和该基板的中间平面的温度获得基板的上表面的温度，并且基于该上表面的温度控制该加热部件。
根据本发明的再一个方面，提供了一种基板处理设备，包括：
基板支撑体，支撑基板；
基板加热部件，该基板加热部件被提供给该基板支撑体；
绝热部件，用于覆盖该基板支撑体；
控制部件，用于控制该基板加热部件；以及
膨胀量测量部件，用于测量基板的膨胀量，
其中该控制部件
使用该膨胀量测量部件测量的膨胀量计算基板的中间平面的温度，
从被提供给该加热部件的能量计算基板中的热通量，
从该计算出的热通量和热阻计算基板的中间平面与上表面之间的温度差，使用该温度差和该基板的中间平面的温度获得基板的上表面的温度，并且基于该上表面的温度控制该加热部件。
根据本发明的又一个方面，提供了一种半导体器件制造方法，包括使用根据本发明的一个方面的基板表面温度测量方法测量基板的表面温度的步骤。
根据本发明，可改善基板表面温度的测量精度。
本发明的其它特征将从下文参照附图对示例性实施例的描述中变得清晰。
附图说明
图1是示意性示出根据本发明的第一实施例的设备的布置的视图；
图2是用于说明根据第一实施例如何获得基板的表面温度的视图；
图3是用于说明基板中的温度梯度的曲线图；
图4是示出本发明的设备中使用的热通量传感器的布置的示意图；
图5是示意性示出根据本发明的第二实施例的设备的布置的视图；
图6是示意性示出根据本发明的第三实施例的设备的布置的视图；
图7是用于示意性地说明在第三实施例中通过对准用观测器观测在基板上形成的对准标记时的所述对准标记的视图；
图8是示意性示出根据本发明的第四实施例的设备的布置的视图；
图9是示意性示出背景技术的第一设备的布置的视图；并且
图10是示意性示出背景技术的第二设备的布置的视图。
具体实施方式
在本发明中，使用基板的膨胀量、流过该基板的热通量以及基板的热阻来测量基板的表面温度。在此说明书中，基板的上表面指的是经受诸如膜形成之类的处理的表面，基板的下表面指的是在与该上表面相反的一侧的表面，并且基板的边缘表面指的是基板的除该上表面和下表面外的任何其它表面。
可通过使用非接触式传感器例如使用光的距离测量传感器检测基板的边缘表面，或者通过使用具有标记图像识别功能的对准观测器(scope)检测在基板上形成的标记，来测量基板的膨胀量。
此时，当要在其上放置对准标记的观测器台架的膨胀影响测量精度时，可预先获得观测器台架的线膨胀系数，并且每当必要时可测量温度，从而消除观测器台架的膨胀的影响。
在此情况下，在目标基板的处理期间目标基板的线膨胀系数几乎不改变是重要的。一般来说，基板具有约1mm的厚度，而在基板上形成的层的厚度则小至约几μm。即使当整个基板的线膨胀系数用层以外的基板的线膨胀系数代替时，误差也非常小。
因此，可从基板的膨胀量和线膨胀系数计算基板的平均温度。另外，基板的线膨胀系数由基板的物理特性确定，这在获得绝对温度方面是非常方便的。但是，当基板中存在热通量以形成温度分布时，仅仅这一点并不能够实现基板的表面温度的计算。为此，通过测量形成基板中的温度分布的热通量来计算基板中的温度梯度。当从基板的边缘部分耗散的热量小得可忽略不计时，基板中的温度梯度可被认为是恒定的。因此，基板的平均温度与基板的中间平面的温度一致。本发明旨在通过利用这一事实，通过从基板的膨胀量获得的基板的平均温度(即，基板的中间平面的温度)与从热通量计算的温度梯度(即，基板的中间平面和上表面之间的相对温度差)的相加和相减，确定基板表面的绝对温度。
此时，可使用卤素加热器等从基板的上表面侧加热基板，或者使用加热器从基板的下表面加热基板。由于基板总体上形成薄板，因此从基板的边缘表面的散热可忽略不计。因此，在任何情况下，流过基板的热通量可被近似地看作等于流过支撑基板的台架的或者流过静电卡盘的热通量。
以这种方式，可从被测量的热通量的幅值和基板的热阻计算基板中的温度分布(温度梯度)。可通过该温度梯度与从膨胀量计算出的基板的平均温度的相加或相减，获得基板的表面温度。
应指出，基板的“中间平面”指的是与基板的上表面和下表面相距相等距离的虚拟平面。
现在将参照附图描述本发明的多个实施例。
[第一实施例]
图1示意性示出根据本发明的第一实施例的热CVD设备的布置。
被用作此实施例的热CVD设备的基板处理设备包括真空容器101，并且在该真空容器101中的基板106上形成膜。源气体供给装置102和真空泵104被提供给真空容器101。源气体供给装置102将作为膜的源的气体供给真空容器101。源气体的供给路径具有阀103和流控制器105，该流控制器105调整源气体的浓度。
真空容器101在其内部底部具有静电卡盘107和基板台架108。静电卡盘107将基板106固定在预定位置。基板台架108抑制静电卡盘107的变形。基板台架108通过附连构件109连接到真空容器101。基板台架108由足够刚性的构件形成。因此，即使真空容器101由于热或真空度的改变而变形，该变形将不会影响静电卡盘107。利用弹簧弹性的结构被插置于基板台架108和附连构件109之间。
加热基板106的卤素加热器111位于与基板106的表面相对的、真空容器101的内部顶部的部分处。卤素加热器111通过附连构件112连接到真空容器101。加热器控制器113控制卤素加热器111的温度和将提供的热量。加热器控制器113连接到主控制器114。
静电卡盘107具有热通量传感器110，该热通量传感器110用作检测在垂直于基板表面的方向上在静电卡盘107中漂移的热通量的热通量检测部件。用作距离测量传感器的观测器115a和115b被设置于分别面对基板106的相对边缘表面的部分。观测器115a和115b观测基板106的边缘位置，并且测量到边缘表面的距离。热通量传感器110以及观测器115a和115b都连接到主控制器114，并且将它们的测量信息告知主控制器114。
各个观测器115a和115b固定在观测器台架(支撑体)116上。观测器台架116通过附连构件117连接到真空容器101。观测器台架116由足够刚性的构件形成，从而真空容器101的形状的变形将不会影响该观测器台架116。利用弹簧弹性的结构被插置于观测器台架116和附连构件117之间。
现在将参照图2更详细地描述测量基板106的表面温度的方法。图2包括图1的设备的主要部分以及下文描述中所必需的变量。
Oa、Ob、Lscp、Xa、Xb和Lwaf被如下地定义。即，Oa和Ob代表观测器位置基准；Lscp代表观测器115a和115b的位置基准之间的距离；Xa和Xb代表分别由对应的观测器115a和115b测量的基板106的边缘表面的位移量(相对于作为原点(基准点)的观测器位置基准Oa和Ob从基板向外的方向被确定为正方向)；并且Lwaf代表基板长度。
此时，通过使用观测器位置基准之间的距离Lscp和两个观测器测量值Xa和Xb，基板长度Lwaf可被如下地表示：
Lwaf＝Lscp+Xa+Xb                    ...(1)
并且，变量T0w、Lwaf0、Twaf和ρwaf被如下定义。即，
T0w：测量基板基准长度时的温度
Lwaf0：在温度T0w下的基板长度Lwaf
Twaf：平均基板温度
ρwaf：基板106的线膨胀系数
此时，基板长度Lwaf也可类似地表示为：
Lwaf＝Lwaf0＊(1+ρwaf＊(Twaf-T0w))    ...(2)
因此，由上述等式(1)和(2)，基板平均温度Twaf可被表示为：
Twaf＝((Lscp+Xa+Xb)/Lwaf0-1)/ρwaf+T0w  ...(3)
参照图2和3，应注意，
Jst：流过静电卡盘107的热通量[W/cm2]
Jwaf：流过基板106的热通量[W/cm2](对于Jst和Jwaf两者，从基板的上表面到基板的下表面的方向被定义为正方向)
Tb：基板的下表面(在基板台架108侧的表面)的温度
Tc：基板的中间平面的温度
Tt：基板的上表面的温度
在图2中，加热器111提供的热的一部分从基板106通过静电卡盘107耗散。此时，流过静电卡盘107的热通量Jst可由热通量传感器110测量。由于基板106被静电卡盘107卡夹住，所以流过基板106的热通量Jwaf可由测量的热通量Jst代替。
关于上述的热流动，根据流过基板106的热通量Jwaf在基板106中形成温度梯度。但是，基板106中的热通量可被认为在基板的厚度方向上的所有位置处几乎是恒定的。因此，从基板的上表面到基板的下表面形成线性温度梯度。如图3所示，该温度梯度可被认为是恒定的。然后，基板平均温度Twaf等于基板的中间平面的温度Tc。
因而，
Tc＝Twaf                    ...(4)
另外，基板的中间平面与上表面之间的温度差由以下给出：
Tt-Tc＝Jwaf＊R              ...(5)
其中，R为从基板的中间平面到基板的上表面的热阻[K·cm2/W]。
因此，使用上式(1)、(2)、(3)和(4)，基板上表面温度Tt可被如下地计算：
Tt＝Tc+Jwaf＊R
＝Twaf+Jwaf＊R
＝((Lscp+Xa+Xb)/Lwaf0-1)/ρwaf+T0w+Jst＊R
                                    ...(6)
下文将参照图1的设备对此进行描述。在处理基板的同时，通过观测器115a和115b获得指示基板106的膨胀量的测量值Xa和Xb。主控制器114被告知所述测量值Xa和Xb。基于该膨胀量、被预先测量的基板106的初始长度(基板基准长度Lwaf0)、测量Lwaf0时的温度T0w，和基板106的线膨胀系数ρwaf，主控制器114计算基板106的中间平面的温度Tc(基板平均温度Twaf)(见等式(3)和(4))。由于基板基准长度Lwaf0、温度T0w和线膨胀系数ρwaf为固定参数，因此它们需要在处理基板之前被预先存储在主控制器114中。
与Tc计算步骤同时地，热通量传感器110测量基板106中的热通量Jwaf(由静电卡盘107中的热通量Jst代替)。主控制器114被告知热通量Jst。基于测量的热通量Jst和被预先输入的基板106的热阻R，主控制器114计算基板106的中间平面与上表面之间的温度差(Tt-Tc)(见等式(5))。关于基板106的热阻R，如果基板是晶片产品等，则其热阻值是已知的。此值被预先存储在主控制器114中。
最后，使用计算出的基板106的中间平面的温度Tc以及基板106的中间平面与上表面之间的温度差(Tt-Tc)，主控制器114获得基板的表面温度Tt。根据此测量结果调整卤素加热器111的热量。
这样，借助于此实施例的设备，可使用观测器115a和115b的测量值Xa和Xb以及热通量传感器110的测量值Jst计算出基板表面温度Tt。
图4为示出热通量传感器110的实际示例的示意图。
热通量传感器如下地起作用。热电偶被分别置于具有热阻的热通量传感器的板状体的上表面和下表面上。测量当热通量流过该热电偶时发生的温度差(T1-T2)，从而测量热通量的幅值。由热通量传感器表面上的热电偶测量的温度差(T1-T2)等于热通量(W/cm2)与热阻(K·cm2/W)的乘积。如果热阻被预先获得，则从该测量的温度差获得热通量。作为一种改善灵敏度的方案，如图4所示，热电偶在热通量传感器中串联连接。
[第二实施例]
图5示意性示出根据本发明的第二实施例的热CVD设备的布置。
此实施例的设备是通过在图1的布置中添加观测器台架温度传感器118得到的。观测器台架温度传感器118用作用于检测观测器台架116的温度的支撑体温度检测部件。另外，添加了观测器台架温度控制管119和观测器台架温度控制器120。观测器台架温度控制管119被铺设在观测器台架116中以调整观测器台架116的温度。观测器台架温度控制器120控制在管119中流动的制冷剂的循环。
当制冷剂在观测器台架温度控制管119中循环流动时，观测器台架116中的温度不均匀性的减少可多于不具有观测器台架温度控制管119的观测器台架中的温度不均匀性的减少。因此，可抑制观测器台架温度传感器118的测量误差。
观测器台架温度传感器118连接到主控制器114，并且将观测器台架116的温度告知主控制器114。
在上述布置中，假设观测器台架116的温度由于与环境大气的热交换而改变，并且观测器台架116本身的长度改变。在此情况下，也可精确地计算基板106的长度Lwaf和基板表面温度Tt。下文将对此进行详细描述。
应注意
T0s：测量观测器基准长度时的温度
Tscp：观测器台架温度传感器118测量的观测器台架温度
Lscp0：在温度T0s下，观测器115a和115b各自的位置基准之间的距离Lscp
ρscp：观测器台架116的线膨胀系数
然后，观测器位置基准之间的距离Lscp可被表示为：
Lscp＝Lscp0＊(1+ρscρ＊(Tscp-T0s))    ...(7)
当等式(7)与上述等式(6)相结合时，基板表面温度Tt被如下地计算：
Tt＝(((Lscp0＊(1+ρscp＊(Tscp-T0s)))+Xa+Xb)/Lwaf0
-1)/ρwaf+T0w+Jwaf＊R                  ...(8)
以这种方式，借助于图5的设备，可使用观测器115a和115b各自的测量值Xa和Xb、热通量传感器110的测量值Jst和观测器台架温度(Tscp)，计算基板表面温度Tt。
[第三实施例]
图6示意性示出根据本发明的第三实施例的热CVD设备的布置。在此实施例的描述中，与图1和5中所示的设备相同的构成组件被用相同标号指示，并且将省略重复描述。
在第三实施例中，在基板表面上方没有提供卤素加热器(见图1和2中的标号111)。如图6所示，布置于基板台架108中的加热器121加热基板106。加热器121连接到加热器控制器122。加热器控制器122连接到主控制器114。
基板106的上表面在多个部分具有对准标记126。对准标记126的位置可由位于它们上方的对准观测器123a和123b检测。对准观测器123a和123b附连到观测器台架124上。观测器台架124通过附连构件125连接到真空容器101的顶部。观测器台架温度控制管119铺设在观测器台架124中。观测器台架温度控制器120控制在控制管119中流动的制冷剂的循环。
图7示意性示出在基板106上形成的对准标记126如何被对准观测器123a和123b观测。对准观测器123a和123b可测量对准标记126的位移量。
应注意
Oa，Ob：对准观测器位置基准
Xa，Xb：分别由对准观测器123a和123b测量的对准标记126的位移量(相对于作为原点的对准观测器位置基准Oa和Ob从基板向外的方向被确定为正方向)
Lwaf：对准标记126之间的距离
然后，当获得基板表面温度时，上述等式(1)至(6)可被以相同方式使用。
因此，使用等式(6)，基板表面温度Tt被如下地计算：
Tt＝((Lscp+Xa+Xb)/Lwaf0-1)/ρwaf+T0w+Jst＊R
                                     ...(6)
在此实施例中，在基板106中，热在与第一和第二实施例中的方向相反的方向上漂移。因此，尽管图2中所示的热通量Jst和Jwaf变为负的，等式(1)至(6)仍可被以相同方式使用。
[第四实施例]
图8示意性示出根据本发明的第四实施例的热CVD设备的布置。
在第四实施例中，在图6的布置中添加覆盖静电卡盘107和基板台架108的绝热材料127。基板台架108用作基板支撑体，并且具有加热器121。来自加热器121的热几乎全部流过基板106。
借助于此布置，流过基板106的热通量Jwaf变得足以等于提供给加热器121的能量。
因此，热通量Jwaf可被表示为：
Jwaf＝Pw/S                        ...(9)
其中
Pw：提供给加热器121的能量[J/s]
S：基板106的面积[m2]
因此，使用等式(1)至(6)以及(9)，基板表面温度Tt被如下地计算：
Tt＝((Lscp+Xa+Xb)/Lwaf0-1)/ρwaf
+T0w+(Pw/S)＊R                    ...(10)
从上式(10)中很明显，因为其不需要热通量传感器110，所以此实施例是有利的，热通量传感器110是图6中的设备所必需的。
此外，参照上述多个实施例，例如，当使用玻璃作为基板的基材时，线膨胀系数至少为约3E-6。假设基板的长度为1m，如果可以约1μm的误差测量基板长度，则在此测量下获得的温度的误差可小至约0.3℃。
当基板由玻璃制成时，导热系数为约1W/(m·K)。当基板的厚度为2mm时，其热阻为约20K·cm2/W。如果此时流过1W/cm2的热通量，则在基板的上表面与下表面之间发生20K的温度差，并且在基板的中间平面与上表面之间发生10K的温度差。即使在此情况下，仍可通过测量热通量来计算基板中的温度分布。
使用石英玻璃作为高温多晶硅TFT基板的材料。当基板由石英玻璃制成时，导热系数为约1·4W/(m·K)。当基板的厚度为1mm时，其热阻为7K·cm2/W；当基板的厚度为2mm时，其热阻为14K·cm2/W。如果此时流过1W/cm2的热通量，则当基板厚度为1mm时，在基板的上表面与下表面之间发生7K的温度差，并且在基板的中间平面与上表面之间发生3.5K的温度差。类似地，当基板厚度为2mm时，在基板的上表面与下表面之间发生14K的温度差，并且在基板的中间平面与上表面之间发生7K的温度差。
当基板由预期作为可弯曲TFT的材料的聚醚砜(PES)制成时，导热系数为约0.18W/(m·K)。当基板的厚度为1mm时，其热阻为56K·cm2/W；当基板的厚度为0.3mm时，其热阻为17K·cm2/W。如果此时流过1W/cm2的热通量，则当基板厚度为1mm时，在基板的上表面与下表面之间发生56K的温度差，并且在基板的中间平面与上表面之间出现28K的温度差。类似地，当基板厚度为0.3mm时，在基板的上表面与下表面之间发生17K的温度差，并且在基板的中间平面与上表面之间出现8.5K的温度差。
热阻的值可由被表示为t/C的等式计算，其中C为材料的导热系数(W/cm·K)，t为材料的厚度(cm)。
如上所述，当基于基板的膨胀量计算基板的平均温度，以及基于基板中的热通量计算基板的中间平面与上表面之间的相对温度差时，可精确地获得基板的表面温度。
如上所述，根据本发明，可非常精确地测量基板的表面温度，而不会对工艺诸如本应与基板不接触地执行的膜形成造成不利影响。结果，可改善该工艺的再现性和稳定性。这样有效地改善了形成的膜的品质和产量，从而降低成本。
作为在本发明中被准备的以便以不接触的方式获得表面温度的非接触式传感器，可使用利用普通激光器的距离测量传感器，或具有便宜的图像处理器的对准观测器。因此，与使用辐射温度计的情况相比，该测量系统可以低得多的成本形成。
尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不局限于公开的示例性实施例。下文权利要求的范围应被最宽泛地解释以便包含所有这些变型以及等同结构和功能。

Claims (34)

1.一种基板表面温度测量方法，包括：
测量步骤，测量基板的膨胀量；以及
表面温度计算步骤，使用所述基板的膨胀量计算所述基板的中间平面的温度，从所述基板的热通量和热阻计算所述基板的所述中间平面与一个表面之间的温度差，并且使用所述温度差和所述基板的所述中间平面的温度获得所述基板的所述表面的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述表面温度计算步骤中，基于所述膨胀量、被预先测量的所述基板的初始长度、测量所述初始长度时的温度、以及所述基板的线膨胀系数，计算所述基板的所述中间平面的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述测量步骤中，从所述基板的自其上的多个基准点的位移量测量所述基板的膨胀量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述位移量由多个传感器测量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述传感器包括非接触式传感器。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多个传感器固定在一个支撑体上。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述测量步骤中，通过测量所述支撑体的温度来计算所述支撑体的膨胀量，并且使用所述支撑体的所述膨胀量校正由所述传感器检测的位移量。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，制冷剂在所述支撑体内循环。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述基板的自其上的多个基准点的位移量是通过观测所述基板的边缘表面获得的。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述测量步骤中，所述基板的自其上的多个基准点的位移量是通过观测所述基板上的标记获得的。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述表面温度计算步骤中，所述基板中的热通量是通过测量支撑所述基板的基板支撑体的热通量获得的。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，当支撑所述基板的支撑体具有加热所述基板的加热器时，在所述表面温度计算步骤中，具有所述加热器的所述基板支撑体被绝热材料覆盖，并且从提供给所述加热器的能量计算所述基板中的热通量。
13.一种基板处理设备，包括：
加热部件，用于加热基板；
控制部件，用于控制所述加热部件；
膨胀量测量部件，用于测量基板的膨胀量；以及
热通量测量部件，用于测量基板中的热通量，
其中所述控制部件使用所述膨胀量测量部件测量的膨胀量计算基板的中间平面的温度，从所述热通量测量部件测量的热通量和热阻计算基板的中间平面与上表面之间的温度差，使用所述温度差和基板的中间平面的温度获得基板的上表面的温度，并且基于上表面的温度控制所述加热部件。
14.一种基板处理设备，包括：
基板支撑体，用于支撑基板；
基板加热部件，该基板加热部件被提供给所述基板支撑体；
绝热部件，用于覆盖所述基板支撑体；
控制部件，用于控制所述基板加热部件；以及
膨胀量测量部件，用于测量基板的膨胀量，
其中所述控制部件
使用所述膨胀量测量部件测量的膨胀量计算基板的中间平面的温度，
从被提供给所述加热部件的能量计算基板中的热通量，
从所述计算出的热通量和热阻计算基板的中间平面与上表面之间的温度差，使用所述温度差和基板的中间平面的温度获得基板的上表面的温度，并且基于所述上表面的温度控制所述加热部件。
15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述控制部件基于所述膨胀量、被预先测量的所述基板的初始长度、测量所述初始长度时的温度、以及所述基板的线膨胀系数，计算所述基板的所述中间平面的温度。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述控制部件基于所述膨胀量、被预先测量的所述基板的初始长度、测量所述初始长度时的温度、以及所述基板的线膨胀系数，计算所述基板的所述中间平面的温度。
17.根据权利要求13所述的设备，其中，所述膨胀量测量部件从所述基板的自其上的多个基准点的位移量测量所述基板的膨胀量。
18.根据权利要求14所述的设备，其中，所述膨胀量测量部件从所述基板的自其上的多个基准点的位移量测量所述基板的膨胀量。
19.根据权利要求17所述的设备，其中，所述膨胀量测量部件包括测量所述位移量的多个传感器。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述膨胀量测量部件包括测量所述位移量的多个传感器。
21.根据权利要求19所述的设备，其中，所述传感器包括非接触式传感器。
22.根据权利要求20所述的设备，其中，所述传感器包括非接触式传感器。
23.根据权利要求19所述的设备，其中，所述多个传感器固定在一个支撑体上。
24.根据权利要求20所述的设备，其中，所述多个传感器固定在一个支撑体上。
25.根据权利要求23所述的设备，进一步包括用于测量所述支撑体的温度的支撑体温度检测部件，
其中，所述控制部件使用检测到的所述支撑体的温度计算所述支撑体的膨胀量，以及使用所述支撑体的膨胀量校正所述传感器检测到的位移量。
26.根据权利要求24所述的设备，进一步包括用于测量所述支撑体的温度的支撑体温度检测部件，
其中，所述控制部件使用检测到的所述支撑体的温度计算所述支撑体的膨胀量，以及使用所述支撑体的膨胀量校正所述传感器检测到的位移量。
27.根据权利要求23所述的设备，进一步包括用于使制冷剂在所述支撑体内循环的部件。
28.根据权利要求24所述的设备，进一步包括用于使制冷剂在所述支撑体内循环的部件。
29.根据权利要求19所述的设备，其中，所述膨胀量测量部件通过观测所述基板的边缘表面获得所述基板的自其上的多个基准点的位移量。
30.根据权利要求20所述的设备，其中，所述膨胀量测量部件通过观测所述基板的边缘表面获得所述基板的自其上的多个基准点的位移量。
31.根据权利要求19所述的设备，其中，所述膨胀量测量部件通过观测所述基板上的标记获得所述基板的自其上的多个基准点的位移量。
32.根据权利要求20所述的设备，其中，所述膨胀量测量部件通过观测所述基板上的标记获得所述基板的自其上的多个基准点的位移量。
33.根据权利要求13所述的设备，进一步包括热通量检测部件，所述热通量检测部件用于通过测量支撑所述基板的基板支撑体的热通量，测量所述基板中的热通量。
34.一种半导体器件制造方法，包括使用根据权利要求1所述的基板表面温度测量方法测量基板的表面温度的步骤。
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