JP2007183207A - 放射温度センサおよび放射温度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でありながらしかも高精度に透過性を有する被計測物の温度を非接触で計測することができる放射温度センサおよび放射温度計測装置を提供する。
【解決手段】被計測物から放射される放射光および前記被計測物の背景にある熱源からの透過光（ノイズ成分）の強さを計測して補正することにより、前記被計測物の温度を計測する放射温度センサであって、前記放射光に対する前記被計測物の放射率が所定の値未満となる第１の波長領域の前記透過光の受光レベルを検出する第１のセンサと、前記放射光に対する前記被計測物の放射率が前記第１の波長領域の放射率を上回る所定の値となる第２の波長領域における前記透過光および前記放射光の受光レベルを検出する第２のセンサとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は放射温度センサおよび放射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に好適な放射温度センサおよび放射温度計測装置に関する。

従来から被計測物の温度を非接触で測定する方法として、この被計測物から放射される熱放射量を赤外線センサで測定し、この赤外線センサの受光レベルから被計測物の温度を求める放射温度計が知られている。
この種の放射温度計として例えば、点灯中の高輝度放電ランプにおける管壁の温度を計測する表面温度測定方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この表面温度測定方法は、高輝度放電ランプの点灯時の輝度と消灯時の輝度とを比較して、正しい温度を示すように較正された測定用放射温度計にて予め選択された特定の波長の光を計測し、ランプの表面温度を計測しようとするものである。
特開平５−４５２２６号公報

しかしながら、前述の放射温度計は、不透明体に対して有効な温度計測方法であるものの、被計測物が透過体の場合で背景に熱源（背景熱源）が存在すると、この背景熱源からの放射が被計測物を透過し、センサに入射してノイズとなり正確な温度を計測することができないという問題があった。そこで放射温度計で透過性を有する被計測物の温度を計測する場合は、背景熱源の温度だけを計測するセンサを別に設けたり、または、背景熱源からの放射を予めセンサで計測したりして背景熱源の量を求めておき、ノイズ成分を除去して計測された被計測物の温度を補正しなければならなかった。

しかしノイズ源となる対象に熱電対などの接触式温度計を設置し、その表面温度からノイズ成分となる放射量を算出して背景熱源によるノイズ成分を除去する場合、半導体製造装置などでは不純物の混入や頻繁な温度センサの交換、誘導ノイズなどの問題があり、また一般には、接触式温度計の設置が困難な場合が多く実用的ではない。
或いは、別の方法としてノイズとなる背景熱源だけを測定する放射温度計を別置した場合は、この放射温度計を用いて背景熱源からの放射量だけを測定し、その測定した温度からこの背景熱源の成分を除去すればよいものの、放射温度計の設置場所が増えるほか、場合によっては放射温度計の設置が困難なこともある。

本発明は、このような従来の事情を考慮してなされたものであって、その目的とするところは、簡易な構成でありながらしかも高精度に透過性を有する被計測物の温度を計測することができる放射温度センサおよび放射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放射温度センサは、被計測物から放射される放射光および前記被計測物を透過した透過光の強さから前記被計測物の温度を計測する放射温度センサであって、
前記放射光に対する前記被計測物の放射率が所定の値未満となる第１の波長領域の前記透過光の受光レベルを検出する第１のセンサと、前記放射光に対する前記被計測物の放射率が前記第１の波長領域の放射率を上回る所定の値となる第２の波長領域における前記透過光および前記放射光の受光レベルを検出する第２のセンサとを備えることを特徴としている。

好ましくは前記第１の光の波長領域は、前記被計測物の放射率が０近傍の値をとる波長領域であることが望ましい。また前記第１および第２のセンサは、赤外領域における波長の光のレベルを検出する赤外線受光素子から構成される。
より好ましくは前記被計測物は、シリコン基板であり、また前記第１および第２の波長領域は、それぞれ１μｍ以上とすることが望ましい。

上述の放射温度センサは、例えば被計測物を透過してセンサに到達する放射光を発する熱源（背景熱源）により被計測物を透過する透過光と、被計測物から放射される放射光のそれぞれの受光レベルを二つのセンサ（赤外線受光素子）で計測する。一方のセンサ（第１のセンサ）は、被計測物の放射率が０に近い領域の波長の透過光および放射光の受光レベルを検出し、他方のセンサ（第２のセンサ）は、被計測物の放射率が所定の値以上（例えば０.３以上）である領域の波長の透過光および放射光の受光レベルを検出する。

つまり、第１のセンサは、被計測物から放射される放射光がほぼ０になる波長領域の透過光を検出する。一方、第２のセンサには、透過性を有する被計測物を挟んで対峙する背景熱源からの放射光が被計測物を透過する透過光と、被計測物から放射される放射光とが到達する。
詳しくは、透過性を有する被計測物の背面に位置する熱源（背景熱源）によるノイズは、被計測物とノイズ源になる背景熱源との光学的特性（放射率／透過率）が異なり、かつ透過体の放射率が波長により異なる性質をもつ場合、被計測物体の放射率が０に近い波長領域に感度をもつ第１のセンサにより計測される。

一方、第２のセンサは、背景熱源からの放射光が被計測物を透過する透過光と、被計測物から放射される放射光とを合成した受光レベルを計測する。そして、この第１のセンサと第２のセンサがそれぞれ検出した受光レベルを用いて、背景熱源によるノイズ成分を除去し、透過性を有する被計測物の温度を非接触に計測する。
このような特徴を備える放射温度センサを用いた本発明の放射温度計測装置は、被計測物からの放射光および背景熱源から放射される光が前記被計測物を透過する透過光の強さから前記被計測物の温度を計測する放射温度計測装置であって、
前記放射光に対する前記被計測物の放射率が所定の値未満となる第１の波長領域の前記透過光の受光レベルを検出する第１のセンサと、前記放射光に対する前記被計測物の放射率が前記第１の波長領域の放射率を上回る所定の値となる第２の波長領域における前記透過光および前記放射光の受光レベルを検出する第２のセンサと、前記被計測物の前記第１の波長領域における第１の透過率および前記第２の波長領域における第２の透過率にかかる定数をそれぞれ保持する透過率記憶部と、前記熱源から放射される放射光を前記第１のセンサおよび前記第２のセンサがそれぞれ検出した受光レベルにおける相関関係を保持すると共に、前記第１のセンサが検出した受光レベルを前記透過率記憶部が保持する前記第１の透過率で除した値を用いて前記相関関係から前記第２の波長領域における前記熱源からの放射レベルを求めるセンサ相関演算部と、前記被計測物の温度と前記第２のセンサが前記被計測物から放射される放射光を検出した受光レベルとの相関関係を保持する温度相関情報記憶部と、前記センサ相関演算部が求めた前記第２の波長領域における前記熱源からの放射レベルと前記透過率記憶部に保持された被計測物の透過率定数と前記第２のセンサが検出した受光レベルを用いて、前記被計測物の温度を前記温度相関情報記憶部が保持する所定の相関関係式から求める温度演算部とを備えることを特徴としている。

好ましくは前記第１の光の波長領域は、前記被計測物の放射率が０近傍の値をとる波長領域が望ましい。また前記第１および第２のセンサは、赤外領域における波長の光のレベルを検出する赤外線受光素子から構成される。
より好ましくは、前記被計測物は、シリコン基板であって、前記第１および第２の波長領域は、それぞれ１μｍ以上とすることが望ましい。

本発明の放射温度センサおよびこれを用いた放射温度計測装置によれば、被計測物を透過した透過光を放射光に対する被計測物の放射率が所定の値未満となる第１の波長領域の透過光の受光レベルを検出する第１のセンサ（透過光センサ）と、放射光に対する前記被計測物の放射率が所定の値以上となる第２の波長領域の透過光の受光レベルを検出する第２のセンサ（透過光および放射光センサ）とを備えているので、第１のセンサとこの第２のセンサとを組み合わせることで、測定物を透過して到来する背景熱源の成分を除去して透過性を有する被計測物の温度を計測することが可能となる。また、第１のセンサと第２のセンサとを一体化して設置することができるので、半導体製造装置などの基板温度計測のような限られたセンサの設置場所しかない装置へも適用が可能であるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の放射温度センサを用いた放射温度計測装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、図１〜図４は発明を実施する形態の一例であって、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、本発明の放射温度センサを用いた放射温度計測装置の要部概略構成を示す図であって、例えば赤外領域の光を透過するシリコンウエハのような被計測物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。この放射温度計測装置は、被計測物１を気密にして収容し、被計測物１を加熱するチャンバ１０、赤外領域の光を発する光源２０および放射温度センサ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３０からなっている。

チャンバ１０には、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窓１１が設けられて、この窓１１を介して被計測物１に光源２０が発する光が照射されて被計測物１を加熱するようになっている。この窓１１には、光源２０が発する光を透過する例えば石英ガラスが用いられる。
ちなみにこの窓１１は、光源２０が発する赤外領域の光を透過しない波長帯がある。それ故、この窓１１は、この透過しない波長帯を吸収して加熱し、チャンバ内１０の被計測物１に対して熱（ノイズ）を与える背景熱源となる。

またチャンバ１０の内部には、被計測物１を挟んで窓１１と対峙するように第１のセンサ１２および第２のセンサ１３が横並びに設けられる。第１のセンサ１２は、被計測物１から放射される放射光の放射率が所定の値未満となる第１の波長領域の前記透過光の受光レベルを検出する。一方、第２のセンサ１３は、被計測物１の放射率が前記第１の波長領域の放射率を上回る所定の値となる第２の波長領域において、被計測物１を透過する透過光および被計測物１から放射される放射光の受光レベルを検出する。

尚、これらのセンサ１２，１３が検出する波長領域の光は、光源２０から放射される放射光が窓１１を透過しない波長領域に設定することが望ましい。
また光源２０は、被計測物１をチャンバ１０外から加熱するものであって、例えばハロゲンランプ等のランプ２１、このランプ２１に電源を供給する電源装置２２を備える。この電源装置２２は、ランプ２１に供給する電圧を調整することが可能であり、ランプ２１が放射する光の強さ（光量）を調整することができるようになっている。

一方、計測部３０は、予め求めた被計測物１の放射率が所定の値未満となる波長領域（第１の波長領域）および第１の波長領域における放射率を上回る所定の値となる波長領域（第２の波長領域）における被計測物１のそれぞれの第１の透過率τ_ｘ１および第２の透過率τ_ｘ２をそれぞれ保持する透過率記憶部３１を備える。また、計測部３０には、被計測物１がチャンバ１０内に無い状態で窓１１から放射される放射光（背景熱源）のレベルを第１のセンサ１２および第２のセンサ１３がそれぞれ検出した受光レベルについての相関関係を保持すると共に、第１のセンサ１２が検出した受光レベルを透過率記憶部３１が保持する前記第１の透過率で除した値を用いて予め求めた相関関係から第２の波長領域における背景熱源からの放射レベルを求めるセンサ相関演算部３２が設けられている。

また計測部３０は、求めるべき被計測物１の温度と被計測物１から放射される放射光を第２のセンサ１３が検出した受光レベルとの関係を示す相関関係を保持する温度相関情報記憶部３３を備えている。
そして、計測部３０は、センサ相関演算部３２が求めた第２の波長領域における背景熱源からの放射レベルと透過率記憶部３１に保持された被計測物１の透過率定数と第２のセンサ１３が検出した受光レベルを用いて、被計測物１の温度を温度相関情報記憶部３３が保持する所定の相関関係式から求める温度演算部３４を設けて構成される。

尚、前述したセンサ相関演算部３２が保持するべき相関関係は、例えば、あらかじめ被測定物１を除去した状態で窓１１の温度を変えたときに、第１のセンサ１２および第２のセンサ１３がそれぞれ検出する受光レベル、すなわちこの場合は放射レベルＥ_ｙ１、Ｅ_ｙ２に相当するもの、により求めておくものである。そしてセンサ１２，１３がそれぞれ検出した放射レベルは、窓１１の温度、すなわち背景熱源の温度によって変化する。この変化は、例えば図３に示すように、窓１１の温度が１００℃のとき、第１のセンサ１２が検出する放射レベル（出力：Ｅ_ｙ１）が［７］、第２のセンサ１３が検出する放射レベル（出力：Ｅ_ｙ２）が［１.２］、２００℃のとき、それぞれ［１９］，［２.２］、２５０℃のとき、それぞれ［３０］，［３.２］、３００℃のとき、それぞれ［４８］，［４.３］、３５０℃のとき、それぞれ［７８］，［５.８］のように求まる。

そうして、この結果からよく知られている線形近似法等を用いて第１のセンサ１２が検出する放射レベル（出力：Ｅ_ｙ１）と第２のセンサ１３が検出する放射レベル（出力：Ｅ_ｙ２）との関係を示す相関式［Ｅ_ｙ２＝f（Ｅ_ｙ１）］をセンサ相関演算部３２が予め求める。
尚、上記した相関関係を求める方法は、実施の形態に限定されるものではなく、背景熱源となる窓１１と同じ物あるいは同等の特性を有する物を別の装置を使って、加熱しながらセンサ出力との相関関係を求めても差し支えない。

また、温度相関情報記憶部３３が保持する被測定物１の温度と、第２のセンサ１３が検出した受光レベルとの相関関係は、背景熱源が無い状態で被測定物１を加熱し、所定の方法で被測定物１の温度を計測して求めておく。
具体的には特に図示しないが、別の装置を用いて例えばシートヒータ等のヒータを被測定物１に接触させて直接、被計測物１を加熱し、背景に熱源が無い状態で、かつ加熱用ヒータからの放射もセンサに入らないように、被計測物１の温度と第２のセンサ１３が検出した受光レベルを測定する。すると、例えば図４に示すように被測定物１の温度Ｔ_ｘと、第２のセンサ１３が検出する受光レベル（出力：Ｅ_ｘ２）との関係を示す相関式［Ｅ_ｘ２＝ａＴｘ＋ｂ］（ただし、ａおよびｂは、定数）を得ることができる。このようにして得られた定数ａおよびｂを予め温度相関情報記憶部３３に保持しておく。

以下で、上述したように構成される本発明の放射温度センサを用いた放射温度計測装置についてより詳細に説明する。ここでは、被計測物１としてシリコン基板（シリコンウエハ）を用いた場合を例示する。
被計測物１であるシリコン基板の温度が６００℃程度までの場合、シリコン基板から放射される１μｍ以下の赤外線放射量は、極めて少ない。このため温度計測には、専ら１μｍ以上の赤外領域の放射光を用いることが望ましい。ちなみに図２は、背景熱源１１の赤外領域の放射率特性と、ある温度におけるシリコン基板の放射率および透過率を表すグラフである。

この図に示すようにシリコン基板は、赤外領域において、おおむね波長１μｍ以下で透過率がほぼ［０］となる一方、放射率が０.６程度となる。波長２〜６μｍになると放射率がほぼ［０］となる一方、透過率が０.６程度となる。そして波長が７μｍ以上になると、放射率が徐々に増加する一方、透過率は徐々に減少する。また波長１４〜１５μｍでシリコン基板は、反射率が０.３５程度、透過率が０.５程度となる。

シリコン基板は、このような特性を備えているので、第１のセンサ１２が検出する赤外領域の波長（第１の波長領域）をシリコン基板の放射率が０に近い波長領域、すなわち透過率が高い波長領域である３μｍ近傍に設定する。一方、シリコン基板から放射される放射光を測定するための第２のセンサ１３の検出波長（第２の波長領域）は、長波長側で放射率の高い１４〜１５μｍを選定する。もちろん第２のセンサ１３が検出する波長領域を短波長側の１μｍ以下の領域に設定してもかまわない。

しかし第２のセンサ１３が検出する赤外領域の波長を短波長側にした場合、シリコン基板がおおむね３００℃以下の温度になるとシリコン基板から放射される赤外線放射量がほとんど［０］になる。このため第２のセンサ１３から出力される検出信号のレベルは、極めて小さくなる。それゆえ測定が不能となるという懸念がある。換言すれば、第２のセンサ１３が検出する波長領域を短波長側に設定した場合は、３００℃を超える温度領域での測定に限定される。したがって、より広範囲の温度を計測する場合、第２のセンサ１３が検出する波長領域は、より長波長側で放射率の高い１４〜１５μｍを選定することが望ましい。

なお、上記の第１および第２の波長領域の光のレベルは、第１のセンサ１２および第２のセンサ１３の受光面に上記波長を通過させる図示しないフィルタを設けて検出するか、あるいはセンサ自体に上記波長成分のみを検出するセンサを用いる等して検出する。
さて、上述した放射温度センサを用いた放射温度計測装置は、測定に先立って予め前述したようにして被計測物１の第１の透過率τ_ｘ１および第２の透過率τ_ｘ２を透過率記憶部３１に保持すると共に、センサ相関演算部３２に保持する第１のセンサ１２の出力Ｅ_ｙ１と第１のセンサ１２の出力Ｅ_ｙ１との関係を示す相関式［Ｅ_ｙ２＝f（Ｅ_ｙ１）］、並びに温度相関情報記憶部３３に保持する被測定物１の温度Ｔ_ｘと、第２のセンサ１３が検出する検出レベル（出力：Ｅ_ｘ２）との関係を示す相関式［Ｅ_ｘ２＝ａＴｘ＋ｂ］における定数ａ，ｂをそれぞれ求めておく。
（１）実施例１
まず、ここでは、第１のセンサ１２が検出する第１の波長領域におけるシリコン基板の透過率τ_ｘ１が変化せず一定の値（τ_ｘ１＝ｇ_１）であり、また第２のセンサ１３が検出する第２の波長領域においてもシリコン基板の透過率τ_ｘ２が変化せず一定の値（τ_ｘ２＝ｈ_２）をとる場合を挙げる。これらの定数ｇ_１、ｈ_２は透過率記憶部３１に保持される。

光源２０から放射された光をシリコン基板に照射して加熱したとき、光源２０からの放射レベルをＥ_ｙ１、シリコン基板からの放射レベルをＥ_ｘ１とすれば、第１のセンサ１２から出力される検出信号Ｅ_ｓ１は、［Ｅ_ｓ１＝Ｅ_ｘ１＋τ_ｘ１・Ｅ_ｙ１］である。第１のセンサ１２は、シリコン基板からの放射レベルＥ_ｘ１が、シリコン基板を透過する透過光［τ_ｘ１・Ｅ_ｙ１］に比べて十分小さい波長領域（第１の波長領域）を検出する。したがって、シリコン基板からの放射レベルＥ_ｘ１は、無視することができ、第１のセンサ１２から出力される検出信号Ｅ_ｓ１は、［Ｅ_ｓ１＝τ_ｘ１・Ｅ_ｙ１］となる。この第１のセンサ１２から出力される受光レベル信号Ｅ_ｓ１は、透過率記憶部３１が保持する第１の波長領域におけるシリコン基板の透過率定数（τ_ｘ１＝ｇ_１）を用いて、センサ相関演算部３２にて、［Ｅ_ｙ１＝Ｅ_ｓ１／ｇ_１］なる演算がなされ、背景熱源の放射レベルＥ_ｙ１を求める。そして、センサ相関演算部３２は、求めた第１の波長領域における背景熱源の放射レベルＥ_ｙ１をセンサ相関演算部３２が保持する第１のセンサ１２の出力Ｅ_ｙ１と第２のセンサ１３の出力Ｅ_ｙ２との関係を示す相関式［Ｅ_ｙ２＝f（Ｅ_ｙ１）］に代入して第２の波長領域における背景熱源の放射レベルＥ_ｙ２を導く。

次いで温度演算部３４は、透過率記憶部３１が保持する第２の波長領域におけるシリコン基板の透過率定数（τ_ｘ２＝ｈ_２）、および温度相関情報記憶部３３が保持する定数（ａ，ｂ）を用いて被計測物の温度Ｔ_ｘを求める。
具体的には、第２のセンサ１３が検出する光源２０による放射レベルＥ_ｙ２は、シリコン基板の透過率を一定の値（τ_ｘ２＝ｈ_２）としているので、［Ｅ_ｓ２＝Ｅ_ｘ２＋ｈ_２・Ｅ_ｙ２＝（ａＴ_ｘ＋ｂ）＋ｈ_２・Ｅ_ｙ２］である。この式の定数ａ，ｂは、前述したように予め較正を行って温度相関情報記憶部３３が保持しているので、これらの値を用いればシリコン基板の温度Ｔ_ｘは、上式を変形して得られる相関関係式である下記式（１）から求める。
Ｔ_ｘ＝（Ｅ_ｓ２−ｂ−ｈ_２・Ｅ_ｙ２）／ａ・・・（１）
温度演算部３４は、この式に示される演算を行い被計測物１の温度を非接触に求める。

（２）実施例２
次に第２のセンサ１３が検出する第２の波長領域において、シリコン基板の透過率τ_ｘ２が温度によって変化する場合のシリコン基板の温度を非接触で求める場合について説明する。なお、ここでは理解を容易にするため、第２のセンサ１３が検出する波長領域におけるシリコン基板の透過率τ_ｘ２を、［τ_ｘ２＝ｃＴ_ｘ＋ｄ］なる一次式（ただし、ｃおよびｄは定数）で示されるのものとする。そして、この透過率τ_ｘ２を与える定数ｃおよびｄは、予め求めておき透過率記憶部３１に保持しておく。

さて、この場合の第２のセンサ１３から出力される受光レベルＥ_ｓ２は、シリコン基板の透過率τ_ｘ２が温度依存性を有しているため、［Ｅ_ｓ２＝Ｅ_ｘ２＋τ_ｘ２・Ｅ_ｙ２＝（ａＴ_ｘ＋ｂ）＋（ｃＴ_ｘ＋ｄ）・Ｅ_ｙ２］である。したがって、温度演算部３４は、透過率記憶部３１に保持されたシリコン基板の透過率τ_ｘ２を導く定数（ｃ，ｄ）、センサ相関演算部３２が求めたＥ_ｙ２および温度相関記憶部３３が保持する定数（ａ，ｂ）を用いて、相関関係式である下記式（２）
Ｔ_ｘ＝（Ｅ_ｓ２−ｂ−ｄ・Ｅ_ｙ２）／（ａ＋ｃ・Ｅ_ｙ２）・・・（２）
なる演算を施せば、シリコン基板の温度を非接触で計測することができる。

尚、特に述べないが、この透過率τ_ｘ２は、定数または一次式で表された場合を例示したが、それ以外の高次式で与えられたとしても、前述した方法によって同様にシリコン基板の温度を計測することができることは言うまでもない。
かくして、本発明の放射温度センサを適用した放射温度計測装置は、第１のセンサ１２および第２のセンサ１３がそれぞれ計測する第１の波長領域および第２の波長領域のそれぞれの波長領域における被計測物１の透過率定数を予め求め透過率記憶部３１に保持させると共に、センサ相関演算部３２には、第１のセンサ１２および第２のセンサ１３が被計測物１を透過する背景熱源からの放射レベルに関する相関関係を保持させている。またセンサ相関演算部３２は、第１のセンサ１２が検出した受光レベルを透過率記憶部３１が保持する第１の透過率で除した値を用いて第２の波長領域における前記熱源からの放射レベルを相関関係から求めている。

そして温度演算部３４は、センサ相関演算部３２が求めた第２の波長領域における背景熱源からの放射レベル、透過率記憶部３１に保持された被計測物１の透過率定数および温度相関情報記憶部３３が保持する記被計測物の温度と前記第２のセンサが前記被計測物から放射される放射光を検出した受光レベルとの所定の相関関係情報を用いて被計測物の温度を求めているので、背景熱源からの放射の影響を受けることなく被計測物１の温度を非接触にして高精度に求めることができる。

尚、本発明の放射温度センサおよび放射温度計測装置は、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。
例えば、図５に示すように前述した実施形態が備える窓１１および光源２０を排し、別置した加熱送風機４０にてチャンバ１０内の被計測物１を熱処理するような装置に適用してもかまわない。この場合の背景熱源は、チャンバ１０を構成する壁部１０ａであって、この壁部１０ａが加熱送風機４０によって加熱されることによってノイズ成分となる赤外領域の光を発する。

したがって、本発明の放射温度センサおよび放射温度計測装置は、前述した実施形態と同様にして壁部１０ａから放射される赤外領域の放射光（背景熱源）によるノイズ成分を除去して被計測物１の温度を非接触にして高精度に求めることができる。
ちなみに加熱送風機４０は、例えば電気ヒータ等の加熱装置である。
尚、上記の実施形態は、シリコン基板を被計測物としたものだが、シリコン基板以外の被計測物や可視領域あるいは紫外領域などの光源に適用してもかまわない。要は、本発明の放射温度センサおよび放射温度計測装置は、照射する波長によって透過率と反射率が異なる特性を備えた被計測物であれば適用することが可能である。

本発明の放射温度センサを用いた放射温度計測装置の一実施形態に係る要部概略構成を示す図である。 図１に示す放射温度計測装置における被計測物の一例として用いたシリコン基板の放射率と透過率および背景熱源の放射率を示したグラフである。 背景熱源に対する第１のセンサおよび第２のセンサのそれぞれの出力レベルの相関関係を示すグラフである。 被計測物の温度と第２のセンサが出力した出力レベルとの相関関係を示すグラフである。 図１に示す放射温度計測装置を一部変形した実施形態の要部概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 被計測物
１０ チャンバ
１１ 窓
１２ 第１のセンサ
１３ 第２のセンサ
２０ 光源
２１ ランプ
２２ 電源装置
３０ 計測部
３１ 透過率記憶部
３２ センサ相関演算部
３３ 温度相関情報記憶部
３４ 温度演算部

Claims (10)

1. 被計測物から放射される放射光および前記被計測物を透過した透過光の強さから前記被計測物の温度を計測する放射温度センサであって、
   前記放射光に対する前記被計測物の放射率が所定の値未満となる第１の波長領域の前記透過光の受光レベルを検出する第１のセンサと、
   前記放射光に対する前記被計測物の放射率が前記第１の波長領域の放射率を上回る所定の値となる第２の波長領域における前記透過光および前記放射光の受光レベルを検出する第２のセンサと
   を備えることを特徴とする放射温度センサ。
2. 前記第１の光の波長領域は、前記被計測物の放射率が０近傍の値をとる波長領域である請求項１に記載の放射温度センサ。
3. 前記第１および第２のセンサは、赤外領域における波長の光のレベルを検出する赤外線受光素子からなる請求項１または２に記載の放射温度センサ。
4. 前記被計測物は、シリコン基板である請求項１または２に記載の放射温度センサ。
5. 前記第１および第２の波長領域は、それぞれ１μｍ以上である請求項１または２に記載の放射温度センサ。
6. 被計測物から放射される放射光および熱源から放射される光が前記被計測物を透過する透過光の強さから前記被計測物の温度を計測する放射温度計測装置であって、
   前記放射光に対する前記被計測物の放射率が所定の値未満となる第１の波長領域の前記透過光の受光レベルを検出する第１のセンサと、
   前記放射光に対する前記被計測物の放射率が前記第１の波長領域の放射率を上回る所定の値となる第２の波長領域における前記透過光および前記放射光の受光レベルを検出する第２のセンサと、
   前記被計測物の前記第１の波長領域における第１の透過率および前記第２の波長領域における第２の透過率にかかる定数をそれぞれ保持する透過率記憶部と、
   前記熱源から放射される放射光を前記第１のセンサおよび前記第２のセンサがそれぞれ受光したレベルにおける相関関係を保持すると共に、前記第１のセンサが検出した受光したレベルを前記透過率記憶部が保持する前記第１の透過率で除した値を用いて前記相関関係から前記第２の波長領域における前記熱源からの放射レベルを求めるセンサ相関演算部と、
   前記被計測物の温度と前記第２のセンサが前記被計測物から放射される放射光を検出した受光レベルとの相関関係を保持する温度相関情報記憶部と、
   前記センサ相関演算部が求めた前記第２の波長領域における前記熱源からの放射レベルと前記透過率記憶部に保持された被計測物の透過率定数と前記第２のセンサが検出した受光レベルを用いて、前記被計測物の温度を前記温度相関情報記憶部が保持する所定の相関関係式から求める温度演算部と
   を備えることを特徴とする放射温度計測装置。
7. 前記第１の光の波長領域は、前記被計測物の放射率が０近傍の値をとる波長領域である請求項６に記載の放射温度計測装置。
8. 前記第１および第２のセンサは、赤外領域における波長の光のレベルを検出する赤外線受光素子からなる請求項６または７に記載の放射温度計測装置。
9. 前記被計測物は、シリコン基板である請求項６または７に記載の放射温度計測装置。
10. 前記第１および第２の波長領域は、それぞれ１μｍ以上である請求項６または７に記載の放射温度計測装置。

Images