CN107850495A - 温度测量用基板以及温度测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供温度测量用基板以及温度测量系统，温度测量用基板具备：基板，其为半导体晶片或者平板显示器用基板的任一个；和至少一根光纤，其敷设于所述基板的表面，具有第一图案部、和比所述第一图案部更密地形成的第二图案部。

Description

温度测量用基板以及温度测量系统
技术领域
本发明涉及温度测量用基板以及温度测量系统。
背景技术
以往公知在基板设置有多个热电偶、铂电阻热探测器等温度检测部的温度测量用基板(例如，参照专利文献1、2)。在这些温度测量用基板中，利用多个温度检测部检测基板的温度，从而测量基板的温度分布。
另外，公知以下结构：通过在被测量物敷设光纤，检测由入射至光纤内的脉冲光的拉曼效应产生的后方散射光，从而测量被测量物的温度分布(例如，参照专利文献3)。
专利文献1:日本特开平11-344386号公报
专利文献2:日本特表2002-544502号公报
专利文献3:日本特开平5-346355号公报
然而，在专利文献1、2记载的构成中，利用多个温度检测部检测基板的温度，从而测量基板的温度分布，因此无法测量连续的温度分布，从而难以以较高的空间分辨率测量温度分布。
另外，在专利文献3记载的构成中，在测量半导体晶片等基板的温度分布的情况下，难以以较高的空间分辨率测量温度分布。这是由于与半导体晶片等基板的大小相比较，入射至光纤内的脉冲光的脉冲长更长。
发明内容
因此，一方面，本发明的目的在于提供能够以较高的空间分辨率进行温度分布的测量的温度测量用基板。
为了实现上述目的，本发明的一个方式的温度测量用基板具备：基板，其为半导体晶片、或者平板显示器用基板的任一个；和至少一根光纤，其敷设于上述基板的表面，具有第一图案部、和比上述第一图案部更密地形成的第二图案部。
根据公开的温度测量用基板，能够以较高的空间分辨率测量温度分布。
附图说明
图1是表示本实施方式的温度测量系统的一个例子的框图。
图2是用于说明第一实施方式的温度测量用晶片的一个例子的图。
图3A是表示图2的温度测量用晶片的密部的一个例子的图。
图3B是表示图2的温度测量用晶片的密部的一个例子的图。
图4A是表示图2的温度测量用晶片的密部的其他例子的图。
图4B是表示图2的温度测量用晶片的密部的其他例子的图。
图5是表示图2的温度测量用晶片的密部的又一其他例子的图。
图6是用于说明第二实施方式的温度测量用晶片的一个例子的图。
图7是用于说明第三实施方式的温度测量用晶片的一个例子的图。
图8A是用于说明第四实施方式的温度测量用晶片的一个例子的图。
图8B是用于说明第四实施方式的温度测量用晶片的一个例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。另外，在本说明书以及附图中，对实际上相同的结构标注相同的附图标记，从而省略重复的说明。
(温度测量系统)
对本实施方式的温度测量系统进行说明。本实施方式的温度测量系统是将敷设于半导体晶片(以下称为“晶片”)的表面的光纤作为传感器使用，利用作为后方散射光之一的拉曼散射光来测量沿着光纤的温度分布的系统。本实施方式的温度测量系统例如用于对半导体晶片等基板实施热处理等规定的处理的基板处理装置。以下，也将利用作为后方散射光之一的拉曼散射光来测量沿着光纤的温度分布的系统称为ROTDR(Raman Optical TimeDomain Reflectometer)系统。
图1是表示本实施方式的温度测量系统的一个例子的简要构成图。
如图1所示，本实施方式的温度测量系统具有：温度测量用晶片10、计算机20以及计测机主体30。
温度测量用晶片10是在晶片的表面敷设有光纤的基板。对于温度测量用晶片10的详细情况详见后述。计算机20是控制计测机主体30的计算机等。
计测机主体30具有光源31、光束分离器32、波长分离部33、光检测器34以及信号处理部35，并与光纤连接使用。
光源31以恒定的周期输出规定的脉冲长的激光(以下也称为“脉冲光”)。激光经过光束分离器32而从光纤的光源31侧的端部(入射端)入射至光纤内。入射至光纤内的光因构成光纤的分子而一边引起散射、一边行进。在光纤内产生的散射光的一部分作为后方散射光而向入射端返回。
作为后方散射光之一的拉曼散射光(斯托克斯光以及反斯托克斯光)具有温度依赖性。针对温度依赖性，反斯托克斯光大于斯托克斯光。另外，斯托克斯光是变换成相比入射光而长波长侧的拉曼散射光，反斯托克斯光是变换成相比入射光而短波长侧的拉曼散射光。
后方散射光在光纤内通过而从光纤的入射端射出，并由光束分离器32反射而入射至波长分离部33。
波长分离部33包括光束分离器、光学滤波器、聚光透镜等，将拉曼散射光分离为斯托克斯光和反斯托克斯光，并将分离的光向光检测器34输入。光检测器34输出与斯托克斯光以及反斯托克斯光的强度对应的电信号。信号处理部35基于从光检测器34输出的电信号来计算光纤的长度方向的温度分布。
这样，在本实施方式的温度测量系统中，将敷设于晶片的表面的光纤作为传感器使用，通过检测作为后方散射光之一的拉曼散射光的温度依赖性，由此计算晶片的温度分布。另外，通过对脉冲光入射至光纤后、到在光纤内产生的后方拉曼散射光返回至入射端的往复时间进行测量，从而计算后方拉曼散射光产生的位置(距离)。
(温度测量用晶片)
对本实施方式的温度测量用晶片10进行说明。本实施方式的温度测量用晶片10，在使脉冲光入射至敷设于晶片表面的光纤内并计算晶片的温度分布时使用。以下，对能够测量晶片的温度分布的第一实施方式～第四实施方式的温度测量用晶片进行说明。
[第一实施方式]
图2是用于说明第一实施方式的温度测量用晶片的一个例子的图。
如图2所示，第一实施方式的温度测量用晶片10A具有晶片11和光纤12。
作为晶片11，能够使用例如硅(Si)晶片。晶片11的直径未特别限定，例如能够为300mm、450mm。
光纤12敷设于晶片11的表面。光纤12是由石英玻璃、塑料等形成的一根细小的纤维状的管。从图1记载的光源31输出的脉冲光入射至光纤12。光纤12在晶片11的外周部具有始端和终端。始端以及终端作为与图1记载的计测机主体30连接的连接部13发挥功能。另外，始端以及终端只要能够供光入射即可，例如也可以配置于晶片11的中心部。
光纤12在始端与终端之间具有：稀疏地形成的部分(以下称为“疏部14”)、和比疏部14更密地形成的部分(以下称为“密部15”)。光纤12的疏部14和密部15交替地配置。疏部14的数量以及密部15的数量未特别限定，但能够根据晶片11的大小等来决定。在光纤12具有多个密部15的情况下，各个密部15可以为同一形状，也可以为不同的形状。图2中示出遍布晶片11的表面的整体而18个疏部14和17个密部15交替地配置的例子。
图3A以及图3B是表示图2的温度测量用晶片的密部的一个例子的图。图3A是密部的简要俯视图，图3B是密部的简要剖视图。另外，图3A以及图3B中示出图2的温度测量用晶片的多个密部中的一个。
如图3A所示，在俯视观察时密部15形成为以密部15的中心为漩涡的中心的漩涡状。密部15的圈数未特别限定，但优选根据入射至光纤12的脉冲光的脉冲长来决定。这是由于在基于ROTDR系统的温度测量中，光纤12的长度方向的空间分辨率取决于测量所使用的激光的光纤12的芯中的脉冲长。具体而言，优选成为入射至光纤12的脉冲光的脉冲长以上的长度那样的圈数。由此，特别是能够以较高的空间分辨率测量温度分布。另外，密部15的圈数优选为入射至光纤12的脉冲光的脉冲长的两倍以下的长度那样的圈数，更优选为入射至光纤12的脉冲光的脉冲长的1.5倍以下的长度那样的圈数。由此，能够在晶片11的表面形成尽可能多的密部15，因此能够增加晶片11的表面的测量数量，从而空间分辨率提高。
另外，脉冲长L(m)是由以下的公式(1)计算的值。
L×c×t/(2×nλ) (1)
在此，t(s)是激光的脉冲宽度，c(m/s)是光速，λ(nm)是芯的激光波长，nλ是激光波长λ(nm)的折射率。另外，在使用一般的ROTDR系统的情况下，脉冲长L(m)为1～2m左右。
另外，在密部15中光纤12的弯曲半径最小的部分的弯曲半径(以下称为“最小弯曲半径”)优选为光纤12的允许弯曲半径以上，更优选为与允许弯曲半径相等。由此，能够不使光纤12破损并且较密地敷设光纤12。因此，能够缩小为了形成相同的圈数所需要的面积。其结果，能够测量比晶片11的表面小的区域的温度。此外，能够在晶片11的表面形成更多的密部15，提高测量温度分布时的空间分辨率。另外，图3A中用Rmin表示最小弯曲半径，用Ra表示允许弯曲半径。
如图3A以及图3B所示，密部15通过设置于密部15的外周部的三个位置的粘接部件16而固定于晶片11的表面。由此，能够维持密部15与晶片11的表面接触的状态。因此，即使在真空中也与大气中同样能够测量晶片11的温度分布。粘接部件16的种类只要能够在晶片11的表面固定密部15，则不特别限定。
图4A以及图4B是表示图2的温度测量用晶片的密部的其他例子的图，且表示温度测量用晶片的密部的截面。
如图4A所示，也可以是密部15由设置于晶片11与密部15之间的粘接部件16而固定于晶片11的结构。在该情况下，作为粘接部件16，优选为热传导性高的材料，例如能够使用热传导性粘接剂、热传导性片材。由此，能够将晶片11的热高效地传递于密部15。因此即使在真空中也与大气中同样，能够测量晶片11的温度分布。
另外，如图4B所示，也可以构成为：密部15配置在形成于晶片11的表面的凹部17内，并被粘接部件16覆盖。由此，由粘接部件16保护密部15，因此可靠性提高。在该情况下，作为粘接部件16，优选为热传导性高的材料，例如能够使用热传导性粘接剂、热传导性片材。由此，能够将晶片11的热量高效地传递于密部15。因此即使在真空中也与大气中同样能够测量晶片11的温度分布。
图5是表示图2的温度测量用晶片的密部的又一其他例子的图，且表示温度测量用晶片的密部的上表面。
如图5所示，在俯视观察时密部15具有两个中心，并以敷设于密部15的区域内的光纤12的全长的中点位于密部15的中心的方式形成为漩涡状。密部15的圈数未特别限定，但优选为成为入射至光纤12的脉冲光的脉冲长以上的长度那样的圈数。由此，特别是能够以较高的空间分辨率测量温度分布。另外，密部15的圈数优选为成为入射至光纤12的脉冲光的脉冲长的两倍以下的长度那样的圈数，更优选为成为入射至光纤12的脉冲光的脉冲长的1.5倍以下的长度那样的圈数。由此，能够在晶片11的表面形成尽可能多的密部15，因此提高空间分辨率。
另外，在密部15中光纤12的最小弯曲半径优选为光纤12的允许弯曲半径以上，更优选为与允许弯曲半径相等。由此，不会使光纤12破损，并且能够较密地敷设光纤12。因此，能够缩小为了形成相同圈数所需要的面积。其结果，能够测量比晶片11的表面小的区域的温度。此外能够在晶片11的表面形成更多的密部15，测量温度分布时的空间分辨率提高。另外，在图5中用Rmin1、Rmin2表示最小弯曲半径，用Ra表示允许弯曲半径。
如以上说明的那样，在第一实施方式的温度测量用晶片10A中，在晶片11的表面敷设具有疏部14、和相比疏部14而较密地形成的密部15的光纤12。由此，即使在测量比入射至光纤12内的脉冲光的脉冲长小的晶片11直径的温度分布的情况下，至少也能够获取密部15的区域的温度，从而能够以较高的空间分辨率测量晶片11的面内温度分布。
另外，在第一实施方式的温度测量用晶片10A中，仅在晶片11的表面设置有光纤12和粘接部件16。因此能够减少用于制造温度测量用晶片10A的成本。另外，不包含电要素，因此例如即使在产生等离子体的基板处理装置的环境下，也能够不受等离子体的电磁噪声的影响而测量温度分布。
特别是在第一实施方式的温度测量用晶片10A中，遍布晶片11的表面的整体而交替地配置有多个密部15和疏部14，因此能够在晶片11的整个表面以较高的空间分辨率详细地测量面内温度分布。另外，作为其他效果，遍布晶片11的表面的整体交替地配置有多个密部15和疏部14，因此密部15的辨认较容易，容易进行温度测量位置的识别，能够测量晶片11的预期位置的温度。
[第二实施方式]
图6是用于说明第二实施方式的温度测量用晶片的一个例子的图。
如图6所示，第二实施方式的温度测量用晶片10B具有晶片11和光纤12。
作为晶片11，能够使用例如硅(Si)晶。晶片11的直径未特别限定，但能够成为例如300mm、450mm。
光纤12敷设于晶片11的表面。光纤12是由石英玻璃、塑料等形成的一根细纤维状的管。从图1记载的光源31输出的脉冲光入射至光纤12。光纤12在晶片11的外周部具有始端和终端。始端以及终端作为与图1记载的计测机主体30连接的连接部13而发挥功能。另外，始端以及终端只要能够供光入射即可，例如也可以配置于晶片11的中心部。
光纤12在始端与终端之间具有配置于晶片11的外周部的密部15、和配置于比密部15靠晶片11的中心侧且相比密部15而稀疏地形成的疏部14。密部15的圈数不特别限定，但优选为成为入射至光纤12的脉冲光的脉冲长以上的长度那样的圈数。由此，特别是能够以较高的空间分辨率测量温度分布。另外，密部15的圈数优选为成为入射至光纤12的脉冲光的脉冲长的两倍以下的长度那样的圈数，更优选成为入射至光纤12的脉冲光的脉冲长的1.5倍以下的长度那样的圈数。由此，能够在晶片11的表面形成尽可能多的密部15，因此提高空间分辨率。
另外，在图6中，示出疏部14和密部15各配置一个的例子，但也可以从晶片11的外周部朝向中心而交替地配置密部15和疏部14。通过从晶片11的外周部朝向中心交替地配置密部15和疏部14，由此能够特别提高晶片11的径向的空间分辨率。另外，在从晶片11的外周部朝向中心交替地配置有密部15和疏部14的情况下，密部15的辨认较容易，容易进行温度测量位置的识别，能够测量晶片11的径向的预期位置的温度。
如以上说明的那样，在第二实施方式的温度测量用晶片10B中，与第一实施方式相同，在晶片11的表面敷设有具有疏部14、和比疏部14更密地配置的密部15的光纤12。由此，即使在测量比入射至光纤12内的脉冲光的脉冲长小的晶片11直径的温度分布的情况下，也至少能够获取密部15的区域的温度，从而能够以较高的空间分辨率测量晶片11的面内温度分布。
另外，在第二实施方式的温度测量用晶片10B中，与第一实施方式同样，仅在晶片11的表面设置有光纤12和粘接部件16。因此能够减少用于制造温度测量用晶片10B的成本。另外，由于不包含电要素，因此即使在例如等离子体产生的基板处理装置的环境下，也能够不受等离子体的电磁噪声的影响而测量温度分布。
特别是在第二实施方式中，在晶片11的外周部配置有密部15，在比密部15靠晶片11的中心侧配置有疏部14，因此能够提高外周部的空间分辨率，并且能够提高晶片11径向的空间分辨率。
[第三实施方式]
图7是用于说明第三实施方式的温度测量用晶片的一个例子的图。
如图7所示，第三实施方式的温度测量用晶片10C具有晶片11和光纤12。
作为晶片11，能够使用例如硅(Si)晶。晶片11的直径不特别限定，但能够成为例如300mm、450mm。
光纤12敷设于晶片11的表面。光纤12是由石英玻璃、塑料等形成的一根细纤维状的管。从图1记载的光源31输出的脉冲光入射至光纤12。光纤12在晶片11的外周部具有始端和终端。始端以及终端作为与图1记载的计测机主体30连接的连接部13发挥功能。另外，始端以及终端只要能够供光入射即可，例如也可以配置于晶片11的中心部。
光纤12在始端与终端之间具有配置于晶片11的外周部的第一密部151、配置于比第一密部151靠晶片11的中心侧的第二密部152以及疏部14。第一密部151能够成为与第二实施方式的密部15相同的结构，疏部14以及第二密部152能够成为与第一实施方式的疏部14以及密部15相同的结构。
如以上说明的那样，在第三实施方式的温度测量用晶片10C中，与第一实施方式同样，在晶片11的表面敷设有光纤12，该光纤12具有疏部14、比疏部14更密地配置的第二密部152、以及与第二实施方式同样地配置于晶片11的外周部的第一密部151。由此，即使在测量比入射至光纤12内的脉冲光的脉冲长小的晶片11直径的温度分布的情况下，至少也能够获取第一密部151以及第二密部152的区域的温度，从而能够以较高的空间分辨率测量晶片11的面内温度分布。
另外，在第三实施方式的温度测量用晶片10C中，仅在晶片11的表面设置有光纤12和粘接部件16。因此能够减少用于制造温度测量用晶片10C的成本。另外，不包含电要素，因此在例如等离子体产生的基板处理装置的环境下，也能够不受等离子体的电磁噪声的影响而测量温度分布。
特别是在第三实施方式的温度测量用晶片10C中，与第一实施方式同样，在晶片11的表面交替地配置有多个第二密部152和疏部14，因此能够在晶片11的整个表面以较高的空间分辨率详细地测量面内温度分布。
另外，在第三实施方式的温度测量用晶片10C中，与第二实施方式同样，在晶片11的外周部配置有第一密部151，在比第一密部151靠晶片11的中心侧配置有疏部14，因此能够提高外周部的空间分辨率，并且能够提高晶片11的径向的空间分辨率。这样，在第三实施方式中，利用一个温度测量用晶片10C能够在晶片11的整个表面以较高的空间分辨率详细地测量面内温度分布，并且能够提高晶片11的外周部以及径向的空间分辨率。因此，不需要使用多个温度测量用晶片而测量晶片11的温度分布，能够缩短测量晶片11的温度分布的时间。
[第四实施方式]
图8A以及图8B是用于说明第四实施方式的温度测量用晶片的一个例子的图。图8A是温度测量用晶片的简要立体图，图8B是图8A的温度测量用晶片的分解立体图。
如图8A所示，第四实施方式的温度测量用晶片10D具有第一晶片111、第二晶片112以及光纤敷设部18。如图8B所示，光纤敷设部18通过使用未图示的粘接部件来接合第二晶片112而形成于第一晶片111的敷设有光纤12侧的表面。即，光纤12被第一晶片111和第二晶片112夹住，在第一晶片111与第二晶片112的间隙填充有粘接部件。
光纤12与第一实施方式同样，在始端与终端之间具有疏部14、和比疏部14更密地形成的密部15，疏部14与密部15交替地配置。另外，光纤12也可以与第二实施方式或者第三实施方式同样地配置。
在第四实施方式的温度测量用晶片10D中，光纤12被第一晶片111和第二晶片112夹住，在第一晶片111与第二晶片112的间隙填充有粘接部件，因而光纤12未露出。因此光纤12不直接与工序环境接触，从而能够抑制由腐蚀性气体、等离子体引起的光纤12表面的劣化。其结果，提高温度测量用晶片10D的耐久性。
另外，在上述的各实施方式中，温度测量用晶片10是温度测量用基板的一个例子。晶片11是基板的一个例子。疏部14是第一图案部的一个例子。密部15是第二图案部的一个例子。
以上，通过上述实施方式对温度测量用基板以及温度测量系统进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，在本发明的范围内能够进行各种变形以及改进。
在上述的各实施方式中，列举在晶片11的表面敷设有一根光纤12的情况为例进行了说明，但也可以在晶片11的表面敷设有多根光纤12。在该情况下，也可以与多根光纤12分别对应地设置计算机20以及计测机主体30。
另外，在上述的各实施方式中，列举在晶片11的一方的表面敷设有光纤12的情况为例进行了说明，但也可以在晶片11的两个表面敷设有光纤12。
另外，上述各实施方式的温度测量用晶片10，例如也可以为了对晶片进行规定的处理、检查而在载置于保持晶片的晶片载置台的状态下使用。在将温度测量用晶片10载置于晶片载置台的状态下使用时，在晶片11的一方的表面敷设有光纤12的情况下，例如也可以将晶片11的一方的表面作为上侧，光纤12在不与晶片载置台接触的状态下载置。另外，例如也可以将晶片11的一方的表面作为下侧，光纤12在与晶片载置台接触的状态下载置。
本发明的温度测量用基板所使用的基板不限定于晶片，例如也可以是用于平板显示器、太阳能电池的基板。
本申请主张2016年4月19日向日本专利局申请的基础申请2016-083933号的优先权，在此通过参照而引用其全部内容。
附图标记说明：10…温度测量用晶片；11…晶片；12…光纤；13…连接部；14…疏部；15…密部；16…粘接部件；17…凹部；18…光纤敷设部；20…计算机；30…计测机主体。

Claims (15)

1.一种温度测量用基板，其特征在于，具备：
基板，其为半导体晶片或者平板显示器用基板的任一个；和
至少一根光纤，其敷设于所述基板的表面，具有第一图案部、和比所述第一图案部更密地形成的第二图案部。
2.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述光纤具有能够供光入射的始端以及终端。
3.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述第一图案部和所述第二图案部交替地配置。
4.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述第二图案部的长度为入射至所述光纤的脉冲光的脉冲长以上。
5.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
在俯视观察时所述第二图案部形成为漩涡状。
6.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述第二图案部的最小弯曲半径为所述光纤的允许弯曲半径以上。
7.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述第二图案部的最小弯曲半径与所述光纤的允许弯曲半径相等。
8.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述光纤具有多个所述第二图案部，
多个所述第二图案部分别为同一形状。
9.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述第二图案部配置于所述基板的外周部，
所述第一图案部配置于比所述第二图案部靠所述基板的中心侧。
10.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述第二图案部具有：在俯视观察时形成为漩涡状的部分、和配置于比所述第一图案部靠外周侧的部分。
11.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述第二图案部通过粘接部件而固定于所述基板的表面。
12.根据权利要求11所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述第二图案部被所述粘接部件覆盖。
13.根据权利要求11所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述粘接部件是热传导性高的材料。
14.根据权利要求1所述的温度测量用基板，其特征在于，
所述基板为半导体晶片。
15.一种温度测量系统，其特征在于，具备：
权利要求1所述的温度测量用基板；和
计测机主体，其使脉冲光入射于所述温度测量用基板的所述光纤。
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