JP2007178265A - 温度計測方法および温度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被計測物を透過する透過光があったとしても、この透過光成分を検出して除去するための別置のセンサを不要とした簡易な構成でありながら精度よく被計測物の温度を計測することができる温度計測方法および温度計測装置を提供する。
【解決手段】被計測物の温度を変化させ、この被計測物に光を照射したとき、前記被計測物を透過する光の透過率および／または透過光強度の変化を求める特性測定工程と、この特性測定工程で得られた前記被計測物の透過率および／または透過光強度と前記被計測物の温度との相関関係を求める相関演算工程とを具備し、前記被計測物の温度を計測する際、前記被計測物の透過率および／または透過光強度が所定の値になる光の波長を求め、前記相関演算工程で求めた相関関係から前記被計測物の温度を求める温度演算工程を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は温度計測方法および温度計測装置に係り、特に透過性を有する被計測物の温度を非接触で計測する温度計測方法および温度計測装置に関する。

一般的に物体の温度を非接触で測定する方法として、被計測物から放射される放射強度を測定し、この放射強度から被計測物の温度を計測する放射温度計が知られている。この放射温度計は、黒体に対して測定した出力情報と被計測物からの放射強度および放射率情報とから、被計測物の温度を算出するものとして構成されている。
或いは、放射温度計以外の温度計測方法として、被計測物からの放射強度が最大となる波長から温度を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この方法は、ウィーンの変位則を利用して被計測物からの放射強度が最大となる波長から温度を算出するものである。
特開２００１−２８９７１４号公報

しかしながら、前述した従来の放射温度計は、放射温度計の測定波長域で被計測物が透過性をもつ場合、被計測物を透過した光（透過光）が放射温度計に入射する所謂ノイズ成分が重畳される。このため被計測物の温度を計測するには、別の放射温度計（センサ）を配置してこの透過光成分を計測し、この計測された透過光成分の情報を用いて被計測物の温度を補正する必要がある。しかし、実際には、被計測物を透過するノイズ放射源を特定して検出することが困難であり、またノイズ成分検出用の放射温度計（センサ）の設置が困難である場合もある。

また前記特許文献１に記載の温度計測方法では、被計測物の放射率が測定波長範囲で一定であることが必要である。またこの方法は、被計測物が透過体である場合、背景に熱源が存在すると、そこからの放射光がノイズとなってピークを特定することが困難になり、温度計測が不能になるという問題もある。更に、この温度計測方法は、被計測物が透過体である場合、被計測物を透過する透過光の影響を受けることになるので、上述した補正が必須であり温度計測が煩雑になるという問題があった。

本発明は、上述した従来の問題点を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、被計測物を透過する透過光があったとしても、この透過光成分を検出して除去するための別置のセンサを不要とし、簡易な構成でありながら精度よく被計測物の温度を計測することができる温度計測方法および温度計測装置を提供することにある。

上述した目的を達成すべく本発明の温度計測方法は、分子振動に基づく吸収バンド特性が温度によって変化する被計測物の温度を非接触で求める温度計測方法であって、特に、
前記被計測物の温度を変化させ、この被計測物に光を照射したとき、前記被計測物を透過する透過光の透過率および／または透過光の強度の変化を求める特性測定工程と、この特性測定工程で得られた前記被計測物の透過率および／または透過光の強度と前記被計測物の温度との相関関係を求める相関演算工程とを具備し、
前記被計測物の温度を計測する際、前記被計測物の透過率および／または透過光の強度が所定の値になる光の波長を求め、前記相関演算工程で求めた相関関係から前記被計測物の温度を求める温度演算工程を備えることを特徴としている。

上述の温度計測方法は、温度によって被計測物の分子振動に基づく吸収バンド特性が変化する点に着目し、予め被計測物の温度を変化させて光を照射したとき、被計測物を透過する透過光の割合を示す透過率や、この被計測物を透過する透過光のレベル（透過光強度）を特性測定工程にて予め求めておく。そして相関演算工程は、得られた被計測物の透過率や透過光強度が所定の値になる光の波長と被計測物の温度との相関関係を導いておく。つまり、本発明の温度計測方法は、被計測物が分子振動に基づく吸収バンド特性が温度によって変化し、それによって被計測物の透過率や透過光強度が所定の値になる光の波長が異なる点に着目してなされたものである。したがって被計測物の温度は、相関演算工程で求めた透過率や透過光強度が所定の値になる光の波長との関係を示す相関関係により求めることができる。

また、前述した目的を達成すべく上述した温度計測方法を用いてなされた本発明の温度計測装置は、分子振動に基づく吸収バンド特性が温度によって変化する被計測物の温度を非接触で求める温度計測装置であって、特に、
前記被計測物の温度を変化させ、この被計測物に光を照射したとき、前記被計測物を透過する透過光の透過率および／または透過光の強度の変化を求める特性測定部と、この特性測定部で得られた前記被計測物の透過率および／または透過光の強度と前記被計測物の温度との相関関係を求める相関演算部とを具備し、
前記被計測物の温度を計測する際、前記被計測物の透過率および／または透過光の強度が所定の値になる前記光の波長を検出する波長検出部と、この波長検出部が検出した波長と前記相関演算部が求めた相関関係から前記被計測物の温度を求める温度演算部とを備えることを特徴としている。

上述の温度計測装置は、温度によって被計測物の分子振動に基づく吸収バンド特性が変化する点に着目したものであって、予め被計測物の温度を変化させて光を照射したとき、特性測定部にて被計測物を透過する透過光の割合を示す透過率または被計測物を透過する透過光の強度を予め求めておく。そして得られた被計測物の透過率または透過光の強度が極小になる光の波長と被計測物の温度との相関関係を相関演算部にて求める。つまり、被計測物は、分子振動の吸収バンド特性が温度によって変化し、それによって被計測物の透過率または透過光の強度が所定の値になるときの光の波長が異なる特性を有しているので、被計測物の温度は、相関演算工程で求めた透過率または透過光強度が極小になる光の波長との関係を示す相関関係により求められる。

好ましくは、前記温度測定部は、前記被計測物の透過率および／または透過光の強度がピークとなる透過率の値、透過光の強度、前記光の波長、この波長近傍の透過率または透過光の強度を示す特性曲線から導かれる半値幅の少なくともいずれか一つを用いて前記被計測物の温度を求めるものとして構成される。尚、近傍とは、前記ピークに依存して特性曲線に現れる特徴的な現象を観測し、定量化できる程度の範囲という意味である。

つまり被計測物のこれらの特性は、被計測物の温度が変化するとともに変化する。したがって温度測定部は、相関演算部が求めた相関関係から被計測物の温度を求める。
また前記被計測物は、シリコン基板および／またはこのシリコン基板に形成された膜であって、好ましくは、前記吸収バンド特性は、波長８〜１７μｍに存在する吸収バンドにおける光の透過率とすることが望ましい。

上述の温度計測方法を用いた温度計測装置は、被計測物としてシリコン基板またはシリコン基板に形成された酸化膜、保護膜等の温度を計測するものであって、分子振動に基づく吸収バンドのピークが生じる特に波長８〜１７μｍの赤外線が被計測物を透過する透過光を用いる。
或いは、本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置は、前述した被計測物を透過する光の透過率に代えて、被計測物から反射される反射光の強度、或いは被計測物から反射される光の割合を示す反射率を用いて構成してもよい。つまり被計測物は、光が照射されたとき、被計測物から反射される反射光の強度、或いは反射される光の割合を示す反射率が被計測物の温度によって変化する。本発明の温度計測方法および温度計測装置は、この特性を用いることによって前述したように透過率を用いて被計測物の温度を計測した方法と同様に反射光の強度、或いは反射率を用いても被計測物の温度を求める。

したがって、本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置は、予め被計測物の温度を変化させて、吸収バンドが存在する波長を含む光をこの被計測物に照射したとき、被計測物の透過率および／または透過光強度がピークとなる透過率の値、透過光の強度、前記光の波長、この波長近傍の透過率または透過光強度を示す特性曲線から導かれる半値幅と、被計測物の温度とどのような相関関係にあるのかを導き、この相関関係から被計測物の温度を求めているので、たとえ被計測物を透過してくる放射光（ノイズ成分）があったとしても、非常に狭い波長範囲を測定対象にしているので、被計測物を透過してくる放射光（ノイズ成分）は一様とみなす事ができ、ピーク波長や半値幅に対して予め求めた相関関係から被計測物の温度を求めることができる。

透過率や透過光強度の値を指標にする場合は、被計測物を照射する光を変調するなどして計測すれば、被計測物を透過してくる放射光（ノイズ成分）が混入しても、同様に被計測物の温度を求めることができる。勿論、ピーク波長や半値幅を求める場合にも変調した光源を使用すれば、より精度良く温度算出することができる。
或いは、本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置は、前記透過光および前記透過率に代えて前記被計測物から反射される反射光および反射率を用いて前記被計測物の温度を計測することもできる等の実用上多大なる効果を奏する。

以下、本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置について添付図面を参照しながら説明する。尚、図１〜図６は、本発明の第一の実施形態に係る温度計測装置について説明したものであって、これらの図によって本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る温度測定方法を適用した温度測定装置の要部概略構成を示す図であって、赤外領域の光を透過する被計測物１の温度を非接触で検出する一実施形態を例示している。この温度計測装置は、被計測物１を気密にして収容し、被計測物１を加熱処理するチャンバ１０、赤外領域を含む光を発する光源２０、チャンバ１０内の被計測物１を透過する光のスペクトルを解析する分光検出器３０およびこの分光検出器３０から出力される検出信号を受けて被計測物１の温度を求める計測部４０を備える。

チャンバ１０は、このチャンバ１０内に納められた被計測物１に赤外領域の光を導く導入窓１１ａ、この導入窓１１ａによって導かれた赤外領域の光が、被計測物１を透過した透過光をチャンバ１０外に導く導出窓１１ｂが設けられて、これらの窓１１ａ，１１ｂを介して光源２０が発した赤外領域の光が被計測物１を透過するようになっている。なお、導入窓１１ａおよび導出窓１１ｂは、赤外領域の光を透過する例えばＺｎＳｅが用いられる。

被計測物１を透過して導出窓１１ｂを介してチャンバ１０外に出た透過光は、この透過光のスペクトル分析を行うため分光検出器３０に到達するようになっている。この分光検出器３０は、回折格子３１およびこの回折格子３１によって回折された回折光を検出する複数の受光素子が横並びに設けられたアレイ検出器３２を備える。そして、アレイ検出器３２が検出した回折光は、計測部４０に与えられる。ちなみに導出窓１１ｂを透過した光が回折格子３１に導かれる光路中には、図示しない光学系を備えてもよい。

一方、計測部４０は、詳細は後述するがアレイ検出器３２が検出した回折光から被計測物１を透過した透過光の波長と、この波長における透過率との関係を求める特性測定部４１、この特性測定部４１により得られた透過率スペクトルの中から透過率が極小になるときの透過光の波長と被計測物１の温度との相関関係を表す式を求める相関演算部４２を備える。この相関演算部４２は、予めチャンバ１０内の雰囲気温度を変化させたとき、透過率が極小となるピークの遷移状態を観察して、透過率と雰囲気温度との相関を求める（初期校正）。透過率を求めるために被計測物１が無い状態でのスペクトルも計測することは言うまでもない。このようにして初期校正が完了した計測部４０は、チャンバ１０内に納められた被計測物１の温度を非接触にして計測することができる。

このようにして初期校正が終了した温度計測装置には、チャンバ１０内の被計測物１に、光源２０から放射された赤外領域の光が導入窓１１ａを介して照射される。このとき照射された赤外領域の光は、被計測物１を透過し、チャンバ１０の導出窓１１ｂを介してチャンバ１０外に導かれ、分光検出器３０の回折格子３１によって回折されてアレイ検出器３２に到達する。

アレイ検出器３２が検出した検出信号は、この信号に含まれる透過率が極小になるときの光の波長を求める波長検出部４３に与えられる。この波長検出部４３によって検出された透過率が極小になるときの光の波長データは、相関演算部４２に保持された相関関係を示す式に代入されて被計測物１の温度を求める温度演算部４４に渡される。温度演算部４４は、前述した相関関係を用いて被計測物１の温度を求める。

概略的には上述したように構成された温度計測装置について、被計測物１の温度を計測する具体例をより詳細に説明する。
図２は、本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置による温度計測手順の概要を示したフローチャートである。まず、被計測物１の温度計測に先立って、特性測定部４１は、被計測物１の温度を変えたとき、この被計測物１の透過率がどのように変化する特性を備えているのかを計測する（ステップＳ１）。

例えば被計測物１が図３に示すようにおおむね波長が２μｍ以下の近赤外領域では、ほとんど光が透過せず透過率が０近傍となる一方、波長が２μｍ〜４μｍの中赤外領域および１２μ近傍を除く４μｍ〜１５μｍの遠赤外領域では、ほぼ一定の透過率０.８から０.７程度を示し、特に１２μｍ近傍で透過率が０.３程度まで急激に低下するピーク（極小値）を備えているものとする。被計測物１がこのように特定の波長で透過率が低下するのは、分子振動に基づく吸収バンドを有していることによる。

次いで特性測定部４１は、被計測物１の透過率が急激に低下するピーク近傍の波長（ピーク波長１２μｍ）を透過率の温度変化を測定する測定波長領域として選定する（ステップＳ２）。そして相関演算部４２は、特性測定部４１が測定した透過率のピーク値、すなわち透過率が極小となるピーク値が被計測物１の温度変化によってどのように変化するかという関係情報を用いて、ピーク波長と被計測物１の温度との相関関係を求める（ステップＳ３）。

具体的に特性測定部４１が検出した被計測物１の透過率が極小になる光の波長と、被計測物１の温度との関係が例えば図４に示すようになったとする。この図は、実線が５０℃、破線が１００℃、一点鎖線が１５０℃および二点鎖線が２００℃の場合の透過率が極小になるものを図示したグラフであって、透過率が極小となる光の波長は、順に１２.０５μｍ、１２.０８μｍ、１２．１２μｍ、１２.１５μｍと温度が高くなるにしたがって透過率のピーク（極小値）が長波長側へ移っていくことが読み取れる。

そして相関演算部４２は、被計測物の温度と透過率が極小となるピーク値との相関関係から相関式を求める。ちなみにこの相関関係は、図５に示されるようになり、その相関式は、
被計測物温度（℃）＝−２０３３４＋１６９１.３×ピーク波長（μｍ）
となる。尚、ここでは、線形一次近似としたが、よく知られているように更に高次の次数の近似式を用いても勿論かまわない。

このようにして初期校正（キャリブレーション）が終了した温度計測装置は、被計測物１の温度を計測するべく、回折格子３１およびアレイ検出器３２を有する分光検出器３０によってステップＳ２で選定した測定波長領域における被計測物１を透過する透過光を検出する（ステップＳ４）。そして波長検出部４３は、分光検出器のアレイ検出器３２から出力された検出波形を受けて、被計測物１の透過率が極小になる光の波長を検出する。波長検出部４３は、例えばアレイ検出器３２から出力される検出波形を微分演算する微分演算機能を有し、検出波形の微分スペクトルデータを作成する。この微分スペクトルデータは、例えば図４で得られた温度毎の特性波形を微分すれば、図６に示したように温度毎に微分値が［０］になる点が得られ、これらの点から透過率が極小になる光の波長を求めることができる。

そして、温度演算部４４は、相関演算部４２が求めた透過率が極小になる波長（ピーク波長）と被計測物の温度との関係を示す相関式に波長検出部４３が求めた透過率が極小となる波長を代入して被計測物の温度を求める。例えば、波長検出部４３が検出した透過率が極小となる波長が１２.１μｍであれば、被計測物の温度は、
−２０３３４＋１６９１.３×１２.１＝１３０.７℃
と求まる。

尚、上述した実施形態は、ステップＳ１〜Ｓ３において被計測物１の特性を求めているが、本発明の温度計測装置以外の別の装置で被計測物１の特性を求めてもかまわないし、或いは、被計測物１の製造時に得られた特性データ等を用いて相関関係を導いてもかまわない。
また、上述した実施形態は、被計測物１の透過率が極小になるピーク波長が温度によって変化することを利用した温度計測装置を例示したが、その他、被計測物１の透過率が温度によって変化することを利用する方法や透過率が極小になるピークを示す波形の半値幅が温度依存性を有することを利用して被計測物１の温度を計測してもよい。具体的に特性測定部４１が検出した透過率が極小になったときの被計測物１の温度との関係が例えば図７に示すようになったとする。この図は、実線が５０℃、破線が１００℃、一点鎖線が１５０℃および二点鎖線が２００℃の場合の透過率のピークを図示したグラフであって、温度毎に極小となる透過率は、順に４３.５％、４３.０％、４２.５％、４１.８％と温度が高くなるにつれて透過率の極小値が低下していく。

したがって、特性測定部４１によって被計測物１の温度毎の透過率を測定し、相関演算部４２により被計測物１の温度と透過率との相関関係を導いておけば、その相関関係から温度演算部４４が温度を求めることができる。
また、半値幅を用いて被計測物１の温度を計測する場合、計測部４０は、特性測定部４１が検出した温度によって変化する光の波長毎の透過率特性を求めた特性曲線を用いる。具体的には、特性測定部４１が検出した被計測物１の透過率特性が温度によって変化する透過率変化曲線を求める。次いで特性測定部４１は、透過率が極小になる透過率からこの透過率変化曲線の半値幅を求め、この半値幅が被計測物の温度によって変化することを利用して相関関係を求める。例えば、被計測物１の透過率の特性が図８に示すようになったとする。この図は、実線が５０℃、破線が１００℃、一点鎖線が１５０℃および二点鎖線が２００℃の場合の透過率のピークを図示したグラフであって、温度毎の半値幅は、順に０.３２μｍ、０.３６μｍ、０.４０μｍ、０.４４μｍと温度が高くなるに従って半値幅の値が増加していく。

したがって、特性測定部４１によって温度によって変化する光の波長毎の透過率特性を求めた特性曲線を求め、相関演算部４２が被計測物１の温度と透過率の半値幅との相関関係を導いておけば、その相関関係を用いて温度演算部４４が温度を求めることができる。
尚、特に図示しないが光源２０から被計測物１に照射する光を変調し、計測部４０がこの変調した光を検出するようにすれば、光源２０から放射された光以外の影響を避けることができ、より安定に被計測物１の温度を計測することが可能である。

かくして、本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置によれば、特性測定部４１により被計測物１の温度を変化させて、光を照射したときの被計測物１を透過する光の透過率の変化を求め、相関演算部４２が特性測定部４１で得られた被計測物１の透過率が極小になる光の波長と被計測物の温度との相関関係を求めて予め校正を済ませている。そして、被計測物１の温度を計測する際、波長検出部４３により被計測物１の透過率が極小になる光の波長を検出する一方、温度演算部４４は、波長検出部４３が検出した波長と相関演算部４２が求めた相関関係から被計測物１の温度を求めているので、予め校正されたピーク波長と被計測物１の温度との相関関係を用いて被計測物１の温度を非接触にして求めることができる。

尚、本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置は、上述した実施形態の他、透過率および透過光強度が極小になるときの波長以外に、ある特定波長での透過率および透過光強度の値が被計測物の温度によって変化することを用いて構成することもできる。
次に本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置の別の実施形態（第二の実施形態）について説明する。この実施形態が前述した第一の実施形態と異なるところは、光源２０を用いることなく、被計測物から直接放射される放射光を利用する点にある。

図９は、本発明の温度測定方法を適用した第二の実施形態に係る温度測定装置の要部概略構成を示す図であって、被計測物１の温度を非接触で検出する一例を示している。この温度計測装置は、被計測物１を気密にして収容し、この被計測物１を加熱処理するチャンバ１０、チャンバ１０内の被計測物１から放射される光のスペクトルを解析する分光検出器３０およびこの分光検出器３０から出力される検出信号を受けて被計測物１の温度を求める計測部４０を備える。

ちなみに被計測物１から放射される放射光強度は、前述した第一の実施形態と同じ被計測物１である場合、その放射光強度は、図１０のグラフとなる。したがって、被計測物１の温度を５０℃、１００℃、１５０℃および２００℃と変化させたとき、その被計測物１から放射される放射光強度が最大になる波長は、前述した透過率の変化と同様にそれぞれ図１１に示すように実線、破線、一点鎖線および二点鎖線の順に被計測物１の温度が高くなるにしたがって放射光強度のピーク（極大値）が長波長側へ移っていくことが読み取れる。

また、放射光強度のピーク値についても、図１２に示すように被計測物１の温度を５０℃、１００℃、１５０℃および２００℃と変化させると、それぞれ実線、破線、一点鎖線および二点鎖線の順に被計測物１の温度が高くなるにしたがって放射光強度のピーク（極大値）が大きくなっていく。或いは、この放射光強度がピークになる波長近傍の放射光強度を示す特性曲線から導かれる半値幅についても、図１３に示されるように被計測物１の温度を５０℃、１００℃、１５０℃および２００℃と変化させると、それぞれ実線、破線、一点鎖線および二点鎖線の順に被計測物１の温度が高くなるにしたがって半値幅が大きくなる。

したがって相関演算部４２は、前述した第一の実施形態と同様に予めチャンバ１０内の雰囲気温度を変化させたとき、放射光強度が最大となるピークの遷移状態を観察して、ピーク波長と雰囲気温度との相関関係を求めておけばよい（初期校正）。このようにして初期校正が完了した計測部４０は、チャンバ１０内に納められた被計測物１の温度を上述した実施形態に準じて非接触にして計測することができる。つまり、上述した実施形態において「透過率」を「放射光強度」と、「透過率が極小」を「放射光強度が極大」とそれぞれ読みかえて実施すれば、被計測物１の温度を計測することができる。

かくして、本発明の温度計測方法を適用した第二の実施形態に係る温度計測装置によれば、特性測定部４１により被計測物の温度を変化させたときの被計測物が放射する放射光強度の変化を求め、相関演算部４２が特性測定部４１で得られた被計測物の放射光強度が極大になる光の波長と被計測物の温度との相関関係を求めて予め校正を済ませている。そして、被計測物の温度を計測する際、波長検出部４３により被計測物の放射光強度が極大になる光の波長を検出する一方、温度演算部４４は、波長検出部４３が検出した波長と相関演算部４２が求めた相関関係から被計測物の温度を求めているので、予め校正された放射光強度が極大になるピーク波長と被計測物の温度との相関関係を用いて被計測物の温度を非接触にして求めることができる。

尚、本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置は、上述した実施形態の他、放射光強度が極大になるときの波長以外に、ある特定波長での放射光強度の値が被計測物の温度によって変化することを用いて構成することもできる。ただし、ピーク波長及び半値幅以外の指標を用いて温度算出する場合は、被計測物を透過してくる放射光（ノイズ成分）が無視できるほど小さいか、一定である場合に限られる。ピーク波長及び半値幅を指標にする場合は、被計測物を透過してくる放射光（ノイズ成分）が変動しても、測定波長範囲が非常に狭いことから、各波長に対する影響は一様とみなすことができ、ピーク波長や半値幅の値に与える影響は小さいため、温度算出が可能である。

次に本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置の更に別の実施形態（第三の実施形態）について説明する。この実施形態が前述した各実施形態と異なるところは、透過性を有する平行平板に照射した光が、この平行平板の表面および平行平板内にて多重反射を繰り返した反射光（多重反射光）を検出する点にある。
この多重反射光の特性は、被計測物１の透過特性とほぼと同様となる。そこで、本発明の第三の実施形態に係る温度測定装置の要部概略構成は、図１４に示すとおり被計測物１を気密にして収容し、この被計測物１を加熱処理するチャンバ１０、チャンバ１０内に収容された被計測物１にその内部で多重反射を起こさせる位置に配置した光源２０、チャンバ１０内の被計測物１によって多重反射した光のスペクトルを解析する分光検出器３０およびこの分光検出器３０から出力される検出信号を受けて被計測物１の温度を求める計測部４０を備えて構成される。

そして相関演算部４２は、予めチャンバ１０内の雰囲気温度を変化させたとき、反射率が極小となるピークの遷移状態を観察して、反射率と雰囲気温度との相関を予め求めておく（初期校正）。このようにして初期校正が完了した計測部４０は、チャンバ１０内に納められた被計測物１の温度を上述した実施形態に準じて非接触にして計測することができる。つまり、上述した第一の実施形態において「透過率」を「反射率」とそれぞれ読みかえて実施すればよい。

かくして、本発明の温度計測方法を適用した第三の実施形態に係る温度計測装置によれば、特性測定部４１により被計測物の温度を変化させて、光を照射したときの被計測物が多重反射する光の反射率の変化を求め、相関演算部４２が特性測定部４１で得られた被計測物の反射率が極小になる光の波長と被計測物の温度との相関関係を求めて予め校正を済ませている。そして、被計測物の温度を計測する際、波長検出部４３により被計測物の反射率が極小になる光の波長を検出する一方、温度演算部４４は、波長検出部４３が検出した波長と相関演算部４２が求めた相関関係から被計測物の温度を求めているので、予め校正された反射率が極小になるピーク波長と被計測物の温度との相関関係を用いて被計測物の温度を非接触にして求めることができる。

尚、本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置は、上述した実施形態の他、反射率が極小になるときの波長以外に、ある特定波長での反射率の値が被計測物の温度によって変化することを用いて構成してもかまわない。
次に本発明の温度計測方法を適用した温度計測装置の別の実施形態（第四の実施形態）について説明する。この実施形態が前述した各実施形態と異なるところは、透過性を有する物体に形成された透過性の膜の温度を検出するところにある。

例えば被計測物が透過体の基板２であって、この基板２の表面に形成された膜３であるの場合（図１６(a)）、この膜３に分子振動に伴う吸収バンドが存在し、かつ、この吸収バンド領域に対して基板の吸収バンドが重ならない領域を選定する。具体的には図１５の破線に示すように基板２は、６μｍおよび９μｍ近傍の波長に分子振動に伴う吸収バンドが存在する一方、膜３は、図１５の実線に示すように９μｍ近傍および１２μｍ近傍の波長に吸収バンドが存在する。この場合は、互いの吸収バンドが重ならず、なるべく長い波長の吸収バンドである波長１２μｍ近傍を測定波長領域として設定する。勿論、基板２の透過特性が不均一な領域でも、ピーク波長測定は可能であるが、安定した測定を行うためには、なるべく基板２の透過特性が均一な領域を選定するのが望ましい。

そして、この吸収バンドの波長領域を含む光を光源２０から図１６（ａ）に示すように被計測物に照射したとき、膜３および基板２を透過した透過光を検出し、前述した第一の実施形態で示した方法と同様にして膜３とこの膜３の透過率との相関関係を求めて初期校正すれば、膜３の温度を非接触にて検出することができる。
或いは、被計測物は、図１６（ｂ）に示すように膜３を二枚の基板２に挟み込まれるように配置されても本発明の温度計測装置で測定することが可能である。同様に被計測物は、図１６（ｃ）に示すように基板２の表裏に互いに特性の異なる膜３ａ，３ｂがそれぞれ形成された構造をとってもかまわない。この場合は、２枚の膜３および基板２の分子振動に伴う吸収バンドが重ならなれば温度測定が可能である。

つまり、本発明の第４の実施形態に係る温度測定方法を適用した温度計測装置は、基板２の透過特性が均一な領域を選定して膜３の温度を測定しているので、基板２の透過スペクトルに対しては、均一に影響するだけで、吸収バンドのピーク波長測定には何ら影響しない。したがって、本発明の第四の実施形態に係る温度計測装置は、前述した第一の実施形態に示す温度計測方法に準じた測定方法をとれば、被計測物（膜３）の温度を非接触で計測することができる。

また基板が透過性を有しない場合でも、基板の反対側から光源で照射することにより、前述した第三の実施形態に示す温度計測方法に準じた測定方法をとれば、温度計測することが可能である。勿論、基板が透過性の場合であっても、膜からの多重反射光が測定可能な条件ならば、同様に温度計測することは可能である。
また本発明の温度測定方法を適用した温度計測装置は、基板２の表面に形成された膜３や基板２に挟み込まれた膜３、或いは特に図示しないが複数の吸収バンド特性の異なる複数の膜を積層して形成された多層膜中の１つの膜であっても、複数の膜と基板の吸収バンドが互いに重ならなければ、これらの膜の温度を非接触で計測することができる。

尚、本発明の温度計測方法および温度計測装置は、吸収バンドを有する被計測物であれば上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論可能である。

本発明の第一の実施形態に係る温度計測装置の概略構成を示すブロック図。 図１に示す温度計測装置の温度計測方法を示すフローチャート。 被計測物の赤外領域における透過率を表したグラフ。 図３に示す被計測物の温度変化による透過率の極小値の変化を示すグラフ。 図４に示す被計測物の透過率が極小になる波長と被計測物温度との関係を示すグラフ。 図４に示すグラフを微分して示したグラフ。 図３に示す被計測物の温度変化による透過率の変化を示すグラフ。 図３に示す被計測物の温度変化による透過率の半値幅の変化を示すグラフ。 本発明の第二の実施形態に係る温度計測装置の概略構成を示すブロック図。 図３に示す被計測物の赤外領域における放射光強度を表すグラフ。 図３に示す被計測物の温度変化による放射光強度の極大値の変化を示すグラフ。 図３に示す被計測物の温度変化による放射光強度の変化を示すグラフ。 図３に示す被計測物の温度変化による放射光強度の半値幅の変化を示すグラフ。 本発明の第三の実施形態に係る温度計測装置の概略構成を示すブロック図。 基板とこの基板の表面に塗布された膜のそれぞれの透過率を波長毎に表したグラフ。 本発明の第四の実施形態に係る温度計測装置の概略構成を示すブロック図。

符号の説明

１ 基板
１０ チャンバ
１１ａ 導入窓
１１ｂ 導出窓
２０ 光源
３０ 分光検出器
３１ 回折格子
３２ アレイ検出器
４０ 計測部
４１ 特性測定部
４２ 相関演算部
４３ 波長検出部
４４ 温度演算部

Claims (10)

1. 分子振動に基づく吸収バンド特性が温度によって変化する被計測物の温度を非接触で求める温度計測方法であって、
   前記被計測物の温度を変化させ、この被計測物に光を照射したとき、前記被計測物を透過する透過光の透過率および／または透過光の強度の変化を求める特性測定工程と、
   この特性測定工程で得られた前記被計測物の透過率および／または透過光の強度と前記被計測物の温度との相関関係を求める相関演算工程と
   を具備し、
   前記被計測物の温度を計測する際、前記被計測物の透過率および／または透過光の強度が所定の値になる光の波長を求め、前記相関演算工程で求めた相関関係から前記被計測物の温度を求める温度演算工程を備えることを特徴とする温度計測方法。
2. 前記温度演算工程は、前記被計測物の透過率および／または透過光の強度がピークとなる透過率の値、透過光の強度、前記光の波長、この波長近傍の透過率または透過光の強度を示す特性曲線から導かれる半値幅の少なくともいずれか一つを用いて前記被計測物の温度を求めるものである請求項１に記載の温度計測方法。
3. 前記被計測物は、シリコン基板および／または基板に形成された膜である請求項１または２に記載の温度計測方法。
4. 前記特性測定工程は、波長８〜１７μｍの範囲に存在する吸収バンドにおける前記被計測物の透過率を用いるものである請求項１に記載の温度計測方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の温度計測方法であって、
   前記透過光および前記透過率に代えて前記被計測物から反射される反射光および反射率を用いて前記被計測物の温度を計測する温度計測方法。
6. 分子振動に基づく吸収バンド特性が温度によって変化する被計測物の温度を非接触で求める温度計測装置であって、
   前記被計測物の温度を変化させ、この被計測物に光を照射したとき、前記被計測物を透過する透過光の透過率および／または透過光の強度の変化を求める特性測定部と、
   この特性測定部で得られた前記被計測物の透過率および／または透過光の強度と前記被計測物の温度との相関関係を求める相関演算部と
   を具備し、
   前記被計測物の温度を計測する際、前記被計測物の透過率および／または透過光の強度が所定の値になる前記光の波長を検出する波長検出部と、
   この波長検出部が検出した波長と前記相関演算部が求めた相関関係から前記被計測物の温度を求める温度演算部と
   を備えることを特徴とする温度計測装置。
7. 前記温度測定部は、前記被計測物の透過率および／または透過光の強度がピークとなる透過率の値、透過光の強度、前記光の波長、この波長近傍の透過率または透過光の強度を示す特性曲線から導かれる半値幅の少なくともいずれか一つを用いて前記被計測物の温度を求めるものである請求項６に記載の温度計測装置。
8. 前記被計測物は、シリコン基板および／または基板に形成された膜である請求項６または７に記載の温度計測装置。
9. 前記特性測定部は、波長８〜１７μｍの範囲に存在する吸収バンドにおける前記被検出物の透過率を求めるものである請求項６または７に記載の温度計測装置。
10. 請求項６〜９のいずれかに記載の温度計測装置であって、
    前記透過光および前記透過率に代えて前記被計測物から反射される反射光および反射率を用いて前記被計測物の温度を計測する温度計測装置。

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