JPH05142052A - プロセス材料の物性値・表面温度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プロセス材料の表面物性とその表面温度を同
時に測定する。 【構成】 プロセス材料Ｐを測定２波長λ1 、λ2 の２
色温度計１０で測定し、輝度温度Ｓ1 、Ｓ2 から演算ブ
ロック１２で累乗比ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 を求め、演算ブ
ロック１４で累乗比をオフライン測定による関数f で第
１放射率比ε1 ／ε2 に変換し、ブロック１６で第１放
射率比を用いて温度Ｔを算出し出力する。ブロック１８
で酸化膜厚d を仮定し、ブロック２０でλ1 、λ2 、d
を用いて放射率ε1 ^＊、ε2 ^＊を算出し、ブロック２２
で第２放射率比ε1 ^＊／ε2 ^＊を算出する。判定ブロッ
ク２４で、第１放射率比と第２放射率比をの差をとり、
Ｈ≠０のときはブロック２６で補正量を求め、ブロック
２８でd を補正し、そのd を用いて演算を繰返し、Ｈが
ほぼ０になった時のd を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロセス材料の物性値
・表面温度測定装置、特に、半導体材料、金属材料等の
製造プロセスにおいてプロセス材料表面に形成される酸
化表面、合金化表面、蒸着表面等に関する種々の物性値
と表面温度を同時に又は物性値をオンラインで計測する
ことができるプロセス材料の物性値・表面温度測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体材料、金属材料等のプロセス材料
では、製造プロセスにおいてその表面に酸化、合金化、
蒸着等の種々の反応が人工的あるいは自然発生的に起こ
り、これらの反応に伴ってプロセス材料の表面物性は著
しく変化する。

【０００３】従って、製造プロセスをコントロールする
立場からは、上記表面物性の変化をオンラインでモニタ
（センシング）し、その情報に基づいてフィードバック
的にプロセス制御することが重要となる。

【０００４】材料の表面物性としては、直接的なものと
して表面粗度、表面反射率（放射率）、表面吸収率、屈
折率等があるが、これら表面物性は間接的に酸化膜、合
金化膜又は蒸着膜の厚み、組成、導電率、境界（膜間）
屈折率等の内部物性に強く影響される。

【０００５】即ち、表面物性は、表面近傍における反応
形成物のバルクとしての物性と、その形成物と素材との
界面に関する物性とで決定される。又、プロセス材料の
状態、即ち表面温度、内部温度又はこれらの分布にも強
く影響されることはいうまでもない。

【０００６】従って、実際の表面物性は、表面だけの直
接的な物性値だけでは推定できないと言っても過言では
なく、オンラインプロセス進行中の表面物性を正確に捕
えるためには、表面物性はもとより内部物性の変化、状
態の変化もセンシングしなければならない。

【０００７】しかしながら、材料内部のセンシングは不
可能であり、又、多くのセンサを設置してデータを取り
込むことは実用上望ましくない。

【０００８】そこで、実際には上記物性値、状態値の中
で最も影響の大きなものをパラメータに選定し、それを
オンラインセンシングで求めるか、又は理論計算により
状態変化の予測値として求めて制御に利用している。

【０００９】実際に通常用いられる状態パラメータは、
ほとんどの場合が表面温度であり、物性値はセンシング
不可能であるため、理論、計算機シミュレーション、実
験データによる回帰（間接的推定）等の方法でオンライ
ンセンシングすることなく制御されているのが実状であ
る。

【００１０】例えば、シリコンウェハの酸化膜形成プロ
セスでは、酸化プロセス炉のヒートパターンと、酸化膜
物性の関係について多くのデータを予めオフラインで測
定しておき、このデータを基にして、プロセス炉の温度
制御を行っているだけである。従って、酸化膜物性の実
態に関してはオンラインセンサがないため、盲目的な制
御を行っているに過ぎない。即ち、この場合は表面温度
さえもオンラインセンシングが困難であるため、炉温で
間接的に制御しているに過ぎない。

【００１１】従って、当然、統計的なプロセスミスが発
生することになるが、それにも拘らずセンシングの難し
さから上記のような盲目的制御が半導体プロセス全体で
行われており、半導体歩留りが低い本質的な原因となっ
ている。

【００１２】このような状況は半導体のみならず、セラ
ミックス、超伝導材料等のハイテク材料の製造プロセス
でも同様であり、盲目的制御を改善し、プロセス歩留り
を向上させることが切に望まれているにも拘らず、オン
ラインによる材料物性センシングに有効な技術は未開発
の状態にあり、実用技術として挙げられるものは存在し
ない。

【００１３】一方、オンラインで材料状態をセンシング
する技術としては、材料表面の温度センシングを熱電
対、サーミスタ等で行う接触式の温度センシング技術が
あるが、測定できる温度に限界がある上に、センシング
点の温度しか測定できず、接触によるコンタミネーショ
ン（不純物混入）が発生する等の多くの問題があるた
め、接触式の温度センシング技術を実用的に用いること
ができるプロセスは極めて限定されている。

【００１４】上記問題が生じない温度センシング技術と
しては、非接触で温度計測を行う放射測温技術が有望で
あり、この技術は鉄鋼、アルミニウム等のメタル材料の
プロセスラインで実用化されており、放射温度計が製品
として市販されている。なお、放射測温技術について
は、後に詳細に説明する。

【００１５】上記のようにメタル材料のプロセスライン
では、表面温度を非接触で測定する技術が既に開発され
ているが、半導体、新素材を製造するプロセスでは、研
究段階で種々の表面温度測定技術の開発が試みられてい
るものの、未だ有効な技術が開発されていない状況にあ
る。

【００１６】例えば、渡辺等は、「放射温度計による半
導体熱処理装置内のウェハ温度測定」計測自動制御学界
論文集，vol ．２５，no．９，p ９２５−９３１（１９
８９）において、従来は炉温制御を行っていた製造プロ
セスを、光ファイバ、プリズムを用いることにより漸く
放射測温できるようにしたと報告している。研究発表が
この程度の状況にあることから、半導体プロセス分野に
おけるオンライン放射測温については未だ有効な技術が
開発されていないのが実状である。

【００１７】次に、プロセス材料の表面物性を制御する
ためにその表面温度を測定する場合に有望な放射測温技
術について説明する。

【００１８】初めに、以下の説明で使用する記号の原則
的意味を明らかにしておく。

【００１９】 温度測定波長 ：λ₁ 、λ₂ 、... λ_i ［μm ］ 上記各波長の近接波長 ：λ_1x、λ_2x、... λ_ix ［μm ］ 上記波長の大小関係 λ₁ ＜λ_1x＜λ₂ ＜λ_2x＜... ＜λ_i ＜λ_ix 温度測定波長λ_i における分光放射率 ：ε_i ［μm ］ 近接波長λ_ixにおける近接分光放射率 ：ε_ix ［μm ］ 熱物体表面 真温度 ：Ｔ ［Ｋ］ 熱物体表面 波長λ_i における輝度温度：Ｓi ［Ｋ］ 熱物体表面 波長λ_ixにおける輝度温度：Ｓix ［Ｋ］ 放射（Ｐlank）第２定数 Ｃ2 ：1.4388×10⁴ ［μm ・Ｋ］

【００２０】放射測温技術を応用して熱物体の表面温度
を測定する放射温度計が広く用いられており、この放射
温度計には測定に使用する波長が１つの単色温度計と２
つの２色温度計がある。単色温度計ではもとより、２波
長を使用する２色温度計でも測定対象の放射率が変化す
る場合には大きな測定誤差が生じる。

【００２１】２色温度計では、測定する２波長での分光
放射率がほぼ等しいか又は一定の比例関係が成立する場
合には温度測定精度に問題はないが、熱物体の表面状態
が酸化反応などで急変し、分光放射率が上記関係から外
れるときには測定精度が著しく悪くなる（単色式放射温
度計はこれよりもさらに誤差は大きい）。

【００２２】そのため、分光放射率の変化に対応して熱
物体の表面温度を測定することができる２色温度計が望
まれていた。

【００２３】この測定精度問題を解決した放射温度計と
して放射率を補正して使用する改良形２色温度計が、特
公平３−４８５５に開示されている。又、上記改良形２
色温度計と実質的に同一の放射測温技術に、田中、D.P.
Dewittによる「Theory of aNew Radiation Thermometry
Method and an Experimental Study Using Galvanneal
ed Steel Specimens 」（計測自動制御学会論文集 第
２５巻第１０号１０３１／１０３７頁１９８９年１０
月）に開示されているＴＲＡＣＥ（ThermometryRe-esta
blished by Automatic Compensation of Emissivity）
法がある。

【００２４】上記改良放射温度計とＴＲＡＣＥ法は基本
的に同一の計算法を採用しているので前者を中心に説明
する。

【００２５】特公平３−４８５５では、Ｗien （ウィー
ン）の近似則をもちいて得られる下記（１）、（２）式
で表わされる分光放射率の式からＴを消去して下記
（３）式を求めている。この（３）式の左辺である分光
放射率の波長のべき乗の比（Ｋuramasu 数）を説明の便
宜上放射率累乗比と呼ぶ。

【００２６】なお、下記式は簡単のために離隔２波長λ
₁ 、λ₂の場合を表記したものであるが、近接２波長λ
₁ 、λ_1xでも同様に成立つ。

【００２７】 ε₁ ＝exp ｛（Ｃ2 ／λ₁ ）（１／Ｔ−１／Ｓ1 ）｝ …（１） ε₂ ＝exp ｛（Ｃ2 ／λ₂ ）（１／Ｔ−１／Ｓ2 ）｝ …（２） ε₁ ^λ1 ／ε₂ ^λ2 ＝exp ｛Ｃ2 （１／Ｓ2 −１／Ｓ1 ）｝ …（３） （左辺：放射率累乗比）

【００２８】上記式において、輝度温度Ｓ1 、Ｓ2 は２
波長検出器の出力として得られるので、上記放射率累乗
比の値は（３）式の右辺を計算することによりもとめる
ことができる。

【００２９】又、（１）式、（２）式から熱物体表面の
真温度Ｔを表わす（４）式が得られ、この（４）式に分
光放射率の比を適用することによりＴを求めるることが
できる。

【００３０】 Ｔ＝（λ₂ −λ₁ ）／｛（λ₁ λ₂ ／Ｃ2 ） ln （ε₁ ／ε₂ ） ＋λ₂ ／Ｓ1 −λ₁ ／Ｓ2 ｝ …（４）

【００３１】一方、（５）式に示すような分光放射率比
と放射率累乗比の相関関数ｆをあらかじめオフライン測
定によって決定しておく。オフライン測定は熱電対によ
る真温度測定と同時に放射測温すれば分光放射率が求め
られ、これを用いて分光放射率比、放射率累乗比を求め
ることができる。これらから相関関数fを決定すること
ができる。

【００３２】実際のオンライン温度測定に際しては前記
（３）式で計算した放射率累乗比から相関関数ｆによっ
て分光放射率比をもとめ、その分光放射率比を用いて上
記（４）式から真温度Ｔを計算する。なお、前述の如
く、旧式の２色放射温度計は分光放射率比を１、又は一
定値として計算しており、分光放射率変化に対応してい
ない。

【００３３】 ε₁ ／ε₂ ＝f （ε₁ ^λ1 ／ε₂ ^λ2 ） …（５）

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】以上、詳述した如く、
半導体材料、金属材料等の製造プロセスでは、プロセス
材料の表面物性を測定し、オンライン制御することが切
望されていたにも拘らず、ほとんど制御されていないの
が実状である。又、表面物性は経時的に変化すると共に
その温度に密接に関係しているため、測定点における表
面物性と表面温度とを同時にオンラインで測定すること
が重要となるが、同一位置における表面物性と表面温度
とを同時に測定することは従来不可能であった。

【００３５】又、前記（１）〜（５）の式を用いる２色
温度計による測定方法は、表面状態が酸化反応などで変
化する熱物体に適用する場合には、表面変化に対して
「鈍い」測定波長を選択すればよい精度で温度測定が可
能であるが、選択する波長の分光放射率が表面状態の変
化に対して敏感に変化する場合には測定精度が著しく悪
くなるという問題もある。

【００３６】以下、この問題点について詳細に説明す
る。

【００３７】熱物体の表面状態の変化により選択波長の
分光放射率が敏感に変化する具体例としては、表面が酸
化され、その表面に半透明（測定波長で）の酸化膜が形
成される場合がある。この場合は、表面に形成された半
透明膜で光干渉がおこり分光放射率が激減することが起
こる。

【００３８】このような放射率の急変現象は、牧野らに
よって、例えば、“Ｈeat Ｔransfer １９８６”、vol.
２、Ｈemishere、（１９８６）、ＰＰ．５７７−５８２
において実験及び光干渉理論のモデル計算から、表面酸
化が発生すると波長の短い領域に分光放射率（反射率）
スペクトルの落ち込み（以下、谷という）が現われ、こ
の谷が酸化の進行とともに波長の長い方向に移動する特
徴的変化として確認されている。

【００３９】図１１〜図１５は、上記分光放射率スペク
トルの特徴的変化の一例を模式的に示した線図である。

【００４０】図中、横軸は分光波長λ、縦軸は放射率ε
であり、valleyと示した部分が分光放射率スペクトルの
谷である。

【００４１】図１１〜図１５には、ステンレススチール
等の金属表面に酸化膜が生成するに従ってその表面の分
光放射率スペクトルが変化していく様子が示されてい
る。

【００４２】図１１は酸化膜が生成する前の低温状態、
図１２は中程度の温度に加熱されているが酸化膜が未生
成段階、図１３は中程度温度に加熱され酸化膜が生成し
始めた段階、図１４は同温度で酸化膜が成長中の段階、
図１５は高温度に加熱され厚い酸化膜が形成された段階
の各スペクトルである。

【００４３】上記谷が発生する理由は主として、酸化膜
による光干渉に起因すると考えられており、前記牧野ら
は、干渉理論に基づくモデル計算によって分光放射率ス
ペクトルを求め、計算結果と実験値と比較するとよく一
致する、と報告している。

【００４４】従って、上記分光放射率スペクトルが変化
する現象は、酸化膜の厚み以下のオーダの分光波長帯の
輻射エネルギーが選択的に酸化膜でトラップされるため
に現われると説明される。即ち、特異的に選択された波
長帯の輻射が酸化膜で干渉乃至は多重反射をおこすため
に、顕著なエネルギー減衰が生じ、酸化膜厚が厚くなる
に従ってその特異的選択波長帯が移動するため谷が短波
長→長波長へと移動すると考えられる。

【００４５】このような分光放射率スペクトルに時間変
化が生じる場合には、放射率比が変化するため旧式の２
色放射温度計では測定誤差がでることはいうまでもな
く、前記改良型２色温度計でも使用する式の計算が困難
であるため、同様に測定誤差が生じる。

【００４６】その理由は、近接２波長λ₁ 、λ_1xを使用
する改良型２色温度計の計算ではオフラインで２つの分
光放射率ε₁ とε_1xとの相関関係を実験データから回帰
関数として決定しておかねばならないのに、その回帰が
困難という事態に陥るためである。これを次に簡単に説
明する。

【００４７】分光放射率ε₁ とε_1xの実測データが、前
述の分光放射率スペクトルの如く、短波長→長波長へ谷
の移動が起こっている最中のデータとすると、放射率ε
₁ とε_1xの相関は「正相関」→「負の相関」→「正相
関」と変わる。

【００４８】これは、前記図１１〜図１５において接近
２波長λ₁ 、λ_1xに対応する放射率ε₁ とε_1xの値の変
化を追っていけば容易に理解される。即ち、図中「vall
ey」部分の短波長側（スペクトル勾配が負である部分）
が波長λ₁ 、λ_1xの間にきた場合に放射率ε₁ とε_1xの
大小関係が逆転し、相関の正負が逆転する。

【００４９】この様子を図１６、図１７に具体的に示
す。谷の通過前（図１６）と通過後（図１７）とでは全
く逆の相関関係となることが理解される。

【００５０】田中等による「製鉄研究第３３９号」（１
９９０）６３〜６７でも、図１７に模式的に示したよう
なε₁ −ε₂ グラフが一価でなく、ループができている
ものが示されているが、このループも酸化膜輻射干渉に
よるものと推定される。

【００５１】以上説明した如く、放射率ε₁ とε_1xの相
関回帰グラフは単純には決められないため、改良型２色
温度計の場合でも測定誤差が生じることが避けられない
という問題点がある。

【００５２】実際に、表面酸化が進行中のステンレス鋼
板（ＳＵＳ３０４）について上記改良型２色温度計で温
度測定したところ、６００℃程度の合金化温度域で測定
誤差の最大値が１５℃程度、標準偏差が５℃程度であっ
た。

【００５３】上述の様な表面酸化、表面合金化が進行
し、その表面物性が変化していく途中の温度は、例えば
鉄鋼プロセス制御においては重要なプロセスパラメータ
である。従って、放射測温値に誤差があるのは大問題で
あり、更に精度のよい温度計の出現が望まれており、温
度測定誤差が±５℃（誤差最大値が５℃以内）であるの
が要求測定精度である。

【００５４】なお、従来の放射測温技術としては、ＵＳ
ＰＡＴ ４４１７８２２に、レーザを併用し、被測定
物の表面からのレーザ光の反射率を用いて放射率を補正
するものが開示されているが、この技術には、レーザ応
用のために装置が複雑で且つ高価となる上に、レーザに
よる反射率測定に関してオフラインデータをとる必要が
ある。ところが、このデータには表面の光散乱現象がか
らんだ複雑な現象が反映しているため、このオフライン
データをオンラインで利用できるかどうか疑問である。
又、反射率のオンライン測定値に誤差が生じるため、温
度測定誤差大がきいという問題もある。

【００５５】又、ＵＳ ＰＡＴ ４５６１７８６には、
図１９に示す装置を用いる放射測温技術が開示されてい
る。

【００５６】この技術は、レンズ２１３で放射波を集光
し、回転フィルタ２１５で分光した２色観測波長のディ
テクタ２１１の出力についてそれぞれの「比率」と
「差」を求める２次的演算を実行し、これら計算値を利
用して温度計算方法を実用化したものである。

【００５７】図中、２５１は、保持回路２４５、２４７
の出力Ｗ1 、Ｗ2 の間で割算を実行する割算計算ブロッ
クであり、その出力が「比率」である。又、２５９は、
保持回路２５５、２５７の出力間で減算を実行する差動
アンプであり、その出力が「差」である。なお、Ｓ1 〜
Ｓ4 は、回転フィルタ２１５の回転位置と制御系を同期
させるためのタイミング信号、２１７は第１波長の分光
フィルタ、２１９は第２波長の分光フィルタであり、２
４１、２４３は増幅器である。

【００５８】上記割算ブロック２５１及び差動アンプ２
５９からの各出力値を、リニアライズ回路２５３、２６
１、及び抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を測定対象毎に
調整設定して、メータ２７５に温度計算値を表示するも
のである。

【００５９】この方式には、上記のリニアライザ２５
３、２６１、抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 の調節が被測定材料によっ
て試行錯誤的に決定されており、従って計算方法は試行
錯誤の結果生み出された理論ベースがないものであり、
事実理論面の記載は全くなされてない。

【００６０】この方式によれば、表面変化進行中のアル
ミニウムについて温度測定が高精度（±５℃）で可能で
あるとされているが、このような高い測定精度を出すた
めには試行錯誤にかなりの年月を要したものと推定され
る（設定データは開示されていない）。

【００６１】従って、上記方式の装置には、理論ベース
がないことから、アルミニウム以外の材料の温度を測定
する場合には長い年月の試行錯誤を要し、それ故に汎用
性がないという問題がある。

【００６２】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、プロセス材料の同一測定位置におけ
る物性値と表面温度とを同時に測定することができ、
又、プロセス材料の表面物性が変化し放射率が著しく変
動する場合でも、その表面温度を高精度で測定できると
同時に、その物性値をも測定することができ、又、物性
値のみをも測定することができるプロセス材料の物性値
・表面温度測定装置を提供することを課題とする。

【００６３】

【課題を達成するための手段】本発明は、プロセス材料
の物性値・表面温度測定装置において、プロセス材料の
任意の表面位置を共通の視野とする１以上の２色温度計
と、上記２色温度計からオンラインで得られる２波長λ
1 、λ2の輝度温度Ｓ1 、Ｓ2 から、次式で放射率累乗
比ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 を演算する累乗比演算手段と、 ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 ＝exp ｛Ｃ2 （１／Ｓ2 −１／Ｓ1 ）｝ （Ｃ2 ：Ｐlankの第２定数） 上記放射率累乗比ε2 ^λ1 ／ε2 ^λ2 を、予め予測し記
憶された次式の相関関数f により第１分光放射率比ε₁
／ε₂ に変換する第１放射率比演算手段と、 ε1 ／ε2 ＝f （ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 ） 放射線率変動に大きな影響を与える１以上の物性値を変
数とする理論式又は実験式を用いて、上記２波長λ1 、
λ2 の分光放射率ε1 ^＊、ε2 ^＊を別個に算出し、第２
分光放射率比ε1 ^＊／ε2 ^＊を演算する第２放射率比演
算手段と、上記物性値に初期値を与え、該物性値を用い
て算出される第２分光放射率比ε1 ^＊／ε2 ^＊と、上記
第１分光放射率比ε1 ／ε2 とが実質的に一致する物性
値を探索計算する探索計算手段と、第１分光放射率比ε
1 ／ε2 、又は探索計算終了後の第２分光放射率比ε1
^＊／ε2 ^＊を用いて２色温度計算を行う温度計算手段と
を備えた構成とすることにより、前記課題を達成したも
のである。

【００６４】本発明は、又、前記プロセス材料の物性値
・表面温度測定装置において、プロセス材料の任意の表
面位置を共通の視野とする１以上の２色温度計と、上記
２色温度計からオンラインで得られる２波長λ1 、λ2
の輝度温度Ｓ1 、Ｓ2 から、次式で第１放射率累乗比ε
1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 を演算する第１累乗比演算手段と、 ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 ＝exp ｛Ｃ2 （１／Ｓ2 −１／Ｓ1 ）｝ （Ｃ2 ：Ｐlankの第２定数） 放射率変動に大きな影響を与える１以上の物性値を変数
とする理論式又は実験式を用いて、上記２波長λ1 、λ
2 の分光放射率ε1 ^＊、ε2 ^＊を別個に算出し、その結
果から第２放射率累乗比ε1 ^＊λ1 ／ε2 ^＊λ2 を演算
する第２累乗比演算手段と、上記物性値に初期値を与
え、該物性値を用いて算出される第２放射率累乗比ε1
^＊λ1 ／ε2 ^＊λ2 と、上記第１放射率累乗比ε1 ^λ1
／ε2 ^λ2 とが実質的に一致する物性値を探索計算する
探索計算手段とを備えた構成とすることにより、前記課
題を達成したものである。

【００６５】本発明は、又、前記プロセス材料の物性値
・表面温度測定装置において、２以上の２色温度計を有
し、各２色温度計における分光放射率比又は放射率累乗
比の時間変動に基づいて１又は２以上の２色温度計を選
択する温度計セレクタ手段を有することにより、前記課
題を達成したものである。

【００６６】本発明は、更に、物性値の少なくとも１つ
が酸化膜厚d であり、論理式又は実験式が εi ＝１−｛ρ_a ＋ρ_b ＋２（ρ_a ρ_b cos γi ）^0.5 ｝ ÷｛１＋ρ_a ρ_b ＋２（ρ_a ρ_b cos γi ）^0.5 ｝ γi ＝（２π／λi ）２nd cosθ ρ_a ： 酸化膜と空気の境界での反射率 ρ_b ： 酸化膜と非酸化部の境界での反射率 θ ： 測定装置と測定表面法線との角度 n ： 酸化膜の屈折率 であることにより、前記課題を達成したものである。

【００６７】

【作用】本発明においては、２色温度計から得られる輝
度温度Ｓ1 、Ｓ2 から放射率累乗比ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2
を求め、該累乗比から第１分光放射率比ε1 ／ε2 を求
めると共と、物性値から第２分光放射率比ε1 ^＊／ε2
^＊を求め、この第２分光放射率比が第１分光放射率比に
実質的に等しくなる物性値を探索計算するようにしたの
で、測定段階のプロセス材料の物性値を求めることが可
能であると同時に、第１放射率比又は確定した第２分光
放射率比を、前記（４）式に対応する２色温度計算式に
適用することにより、該プロセス材料の表面温度をも算
出することができる。従って、プロセス材料の表面温度
と物性値とを同時に測定することが可能となる。その
際、２色温度計の数を増やすことより、その数に応じた
物性値を測定することが可能となる。

【００６８】又、本発明においては、物性値から第２放
射率累乗比ε1 ^＊λ1 ／ε2 ^＊λ2 を求め、該第２放射
率累乗比が輝度温度Ｓ1 、Ｓ2 から得られる第１放射率
累乗比に実質的に等しくなる物性値を探索計算するよう
にしたので、プロセス材料の物性値を測定することがで
き、又、その表面温度を測定することもできる。

【００６９】又、本発明は、更に、分光放射率比又は放
射率累乗比の時間変動を監視し、その時間変動から放射
率が変化していない測定バンドの放射率比を用いて温度
計算することが可能となるため、表面温度を高精度で測
定することが可能となる。

【００７０】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００７１】図１は、本発明に係る第１実施例の構成の
概要を示すブロック図である。

【００７２】本実施例の測定装置は、プロセス材料の表
面温度Ｔの測定と、表面に形成された酸化膜の厚さd の
測定とを実質的に同時に測定することができるもので、
１つの２色温度計を備え、物性値として上記酸化膜厚d
を測定するものである。

【００７３】上記測定装置は、プロセス材料Ｐの表面温
度を測定する２色温度計１０、該２色温度計１０から入
力される輝度温度Ｓ1 、Ｓ2 を用い、前記（３）式から
放射率累乗比ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 を算出する放射率累乗
比の演算ブロック１２、該演算ブロック１２から入力さ
れる上記累乗比を用いて、前記（５）式から第１放射率
比ε1 ／ε2 を算出する第１放射率比演算ブロック１４
と、該演算ブロック１４から入力される第１放射率比ε
1 ／ε2 を用いて、前記（４）式から表面温度Ｔを算出
する温度計算ブロック１６とを有している。

【００７４】又、上記測定装置は、酸化膜厚d を任意の
値に仮定して設定する仮定ブロック１８と、該仮定ブロ
ック１８からの膜厚d の仮定値と共に、２色温度計の測
定２波長λ1 、λ2 とが入力されると放射率ε1 ^＊、ε
2 ^＊を算出する放射率演算ブロック２０と、該演算ブロ
ック２０からの放射率を用いて第２放射率比ε1 ^＊／ε
2 ^＊を算出する割算ブロック２２とを有している。

【００７５】上記放射率比演算ブロック２０では、次の
（６）式及び（７）式を用いて、上記２つの放射率が算
出されるようになっている。

【００７６】ここで、ρ_a は酸化膜と空気の境界におけ
る反射率、ρ_b は酸化膜と非酸化部の境界での反射率、
θは測定装置と測定表面法線との成す角度、n は酸化膜
の屈折率、d は酸化膜厚である。

【００７７】 εi ＝１−｛ρ_a ＋ρ_b ＋２（ρ_a ρ_b cos γi ）^0.5 ｝ ÷｛１＋ρ_a ρ_b ＋２（ρ_a ρ_b cos γi ）^0.5 ｝ …（６） γi ＝（２π／λi ）２nd cosθ …（７） （i ＝１、２）

【００７８】更に、上記測定装置は、上記第１放射率比
演算ブロック１４及び割算ブロック２２から、それぞれ
入力される第１放射率比ε1 ／ε2 と、第２放射率比ε
1 ^＊／ε2 ^＊を用いて、その時の膜厚d を出力するか否
かの判定を行う判定ブロック２４を有しており、該判定
ブロック２４では次の最小２乗法での評価関数式（８）
を用いて判定が行われる。

【００７９】 Ｈ＝（ε1 ／ε2 −ε1 ^＊／ε2 ^＊）² …（８）

【００８０】即ち、上記判定ブロック２４ではＨがほぼ
０であれば、そのときの第２分光放射率ε1 ^＊／ε2 ^＊
の算出に用いた膜厚d をプロセス材料Ｐの膜厚としてd
を出力し、Ｈが０でないときは、補正量計算ブロック２
６で補正量Δd を算出し、補正ブロック２８でd＋Δd
の補正を行い、補正後のd を前記仮定ブロック１８に出
力し、補正後のd を設定する。

【００８１】本実施例では、プロセス材料Ｐの輻射エネ
ルギを２色温度計１０で測定すると、そのときの輝度温
度Ｓ1 、Ｓ2 が累乗比演算ブロック１２に入力され、
（３）式の演算が行われ、その演算結果が第１放射率比
演算ブロック１４に入力されて（５）式の演算が実行さ
れ、更にその演算結果が温度計算ブロック１６に入力さ
れると（４）式の演算が実行され、上記２色温度計１０
で測定したプロセス材料Ｐの表面温度Ｔが出力される。

【００８２】一方、図中右側の膜厚測定計算部分では、
まず、任意のd を仮定値（初期値）として設定すると、
そのd がλ1 、λ2 と共に放射率演算ブロック２０に取
り込まれ、（６）式、（７）式の演算が実行され、その
出力が割算ブロック２２に入力されると割算が実行さ
れ、第２放射率比ε1 ^＊／ε2 ^＊が判定ブロック２４に
出力される。

【００８３】この判定ブロック２４には、上記第２放射
率比と共に、前記第１放射率比演算ブロック１４から第
１放射率比が入力され、それぞれ（８）式に代入されて
判定の演算が実行される。

【００８４】判定結果がＮＯであれば、補正量計算ブロ
ック２６で補正量Δdが算出され、補正ブロック２８で
そのΔd を用いた膜厚d の補正が行われ、補正後の膜厚
d が仮定ブロック１８に設定される。

【００８５】以上の手順で演算を繰返し、判定ブロック
２４でＨがほぼ０となるまで、上記手順の演算を実行す
る探索計算が行われる。Ｈがほぼ０となった時点で、最
終の演算に使用した膜厚d を出力する。

【００８６】従って、本実施例によれば、プロセス材料
Ｐの表面温度Ｔと、該プロセス材料の表面に形成されて
いる酸化膜厚d を実質的に同時に測定することが可能と
なる。

【００８７】図２は、本発明に係る第２実施例の測定装
置を示すブロック図である。

【００８８】本実施例の測定装置は、輝度温度Ｓ1 、Ｓ
2 を入力して第１放射率累乗比ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 を算
出する第１累乗比演算ブロック１２Ａ（図１の累乗比演
算ブロック１２と同一である）を備え、放射率演算ブロ
ック２０から入力される放射率ε1 ^＊、ε2 ^＊及び対応
する２波長λ1 、λ2 を用いて、２つの放射率累乗項を
算出する放射率累乗項演算ブロック３０と、該演算ブロ
ック３０で算出された放射率累乗項を用いて、第２放射
率累乗比ε1 ^＊λ1 ／ε2 ^＊λ2 を算出する割算ブロッ
ク２２Ａとを備え、上記第１累乗比と第２累乗比とを判
定ブロック２４に入力し、該判定ブロック２４で判定式
（８Ａ）を用いて判定を行うようにした以外は、前記第
１実施例と実質的に同一である。

【００８９】 Ｈ＝（ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 −ε1 ^＊λ1 ／ε2 ^＊λ2 ）² …（８Ａ）

【００９０】なお、本実施例の場合は、第１放射率比演
算ブロック１４及び温度計算ブロック１６は必ずしも設
けなくてもよい。

【００９１】本実施例によれば、第１及び第２放射率累
乗比を用いて膜厚d を判定し、正しい膜厚値として出力
することができるため、前記第１実施例の場合と同様に
プロセス材料Ｐの表面温度Ｔと、その酸化膜厚d を実質
的に同時に測定することができる。又、第１放射率比演
算ブロック１４及び温度計算ブロック１６を設けずに、
酸化膜厚d のみを測定するようにすることもできる。

【００９２】図３は、本発明に係る第３実施例の測定装
置の概要を示すブロック図である。

【００９３】本実施例は、３つの２色温度計１０Ａ、１
０Ｂ、１０Ｃを備えて多波長化を図ったものである。従
って、３つの２色温度計を除き、基本的機能は実質的に
同一であるため、以下の説明では第１実施例との相違点
を中心に説明する。

【００９４】２色温度計１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、そ
れぞれ近接２波長λ1，λ1x、λ2，λ2x及びλ3 ，λ3x
からなる異なる測定バンドで測定を行うものであり、そ
れぞれ対応する輝度温度Ｓ1 ，Ｓ1x、Ｓ2 ，Ｓ2x及びＳ
3 ，Ｓ3xが測定されるようになっている。

【００９５】累乗比演算ブロック１２は、上記３つの近
接２波長について、前記（３）式を用い、それぞれ放射
率累乗比ε1 ^λ1 ／ε1x^λ1x、ε2 ^λ2 ／ε2x^λ2x及び
ε3 ^λ3 ／ε3x^λ3xを算出し、第１放射率比演算ブロッ
ク１４では、上記３つの累乗比より放射率比ε1 ／ε1
x、ε2 ／ε2x及びε3 ／ε3xを算出するようにしてい
る。従って、この演算ブロック１４は、各測定バンド毎
に前記（４）式の関数fを備えている。

【００９６】温度演算ブロック１６は、上記演算ブロッ
ク１４で算出した上記３つの放射率比から２色温度計１
０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにより測定される表面温度Ｔ1 、
Ｔ2及びＴ3 をそれぞれ算出し、これら表面温度Ｔ1〜Ｔ
3 は温度セレクタブロック３２に出力され、該セレクタ
ブロック３２で上記３つの表面温度について平均をとる
か、又は多数決で近接している方の温度を選択し、これ
をプロセス材料Ｐの表面温度Ｔとして出力するようにな
っている。

【００９７】又、仮定ブロック１８では、酸化膜厚d 、
反射率ρ_a 、ρ_b の各仮定値（初期値）がそれぞれ設定
され、放射率演算ブロック２０ではこれら３つの仮定値
と上記３つの近接２波長λi 、λix（i ＝１、２、３）
が入力され、前記（６）式、（７）式により、放射率ε
i ^＊、εix^＊が算出され、次いで割算ブロック２２では
これら３組の放射率から放射率比εi ^＊／εix^＊が算出
され、更にこれら３つの放射率比が判定ブロック２４に
入力され、該判定ブロック２４では次の（８Ｂ）の判定
式を用いて判定が行われる。

【００９８】 Ｈ＝（ε1 ／ε1x−ε1 ^＊／ε1x^＊）² ＋（ε2 ／ε2x−ε2 ^＊／ε2x^＊）² ＋（ε3 ／ε3x−ε3 ^＊／ε3x^＊）² …（８Ｂ）

【００９９】補正量計算ブロック２６では、d 、ρ_a 、
ρ_b を微少変化させたときのＨの変化値からヤコビアン
の近似値を求め、これを用いた公知のＮewton 法、Ｍar
quardt法等の非線形関数の最小２乗法での補正量計算式
に基づいて d、ρ_a 、ρ_b を補正し、補正後のこれらの
値を仮定ブロック１８に設定するようにされている。

【０１００】本実施例によれば、プロセス材料Ｐの表面
温度Ｔと共に、３つの物性値：酸化膜厚d 、反射率
ρ_a 、ρ_b を測定することが可能となる。

【０１０１】図４は、本発明に係る第４実施例の測定装
置の概要を示すブロック図である。

【０１０２】本実施例の測定装置は、２色温度計１０
を、プロセス材料Ｐの法線に対してそれぞれθ1 、θ2
及びθ3 の各角度に傾斜させて、該プロセス材料の測定
を行うようにしたものである。

【０１０３】本実施例の装置も、前記第１実施例の装置
と実質的に同一の構成を備えているので、その相違点を
中心に説明する。

【０１０４】累乗比演算ブロック１２は、角度θi （i
＝１、２、３）の信号と共に、輝度温度Ｓ1 ，Ｓ1xが入
力され、放射率累乗比ε_{1 θi} ^λ1 ／ε_1xθi ^λ1xが算
出され、第１放射率比演算ブロック１４では、上記各累
乗比から３つの放射率比ε_1θi ／ε_1xθi が算出さ
れ、これら３つの放射率は判定ブロック２４へ入力され
ると共に、温度計算ブロック１６にも入力される。な
お、上記演算ブロック１４は各傾斜角度毎の関数fを備
えている。

【０１０５】上記温度計算ブロック１６では、各傾斜角
度毎に温度計算が実行され、温度計セレクタブロック３
２では、上記３つの傾斜角度毎に求められた温度の平均
値、又は多数決により選択される接近した温度をプロセ
ス材料Ｐの表面温度として出力する。

【０１０６】仮定ブロック１８では、前記第３実施例と
同様に、酸化膜厚d 、反射率ρ_a 、ρ_b を仮定値で設定
し、放射率演算ブロック２０では、これら仮定値と近接
２波長λ1 、λ1x及び傾斜角θi をそれぞれ用いて前記
（６）式、（７）式から、放射率ε_{1 θi} ^＊、ε_1xθi
^＊を算出し、割算ブロック２２で上記放射率から放射率
比ε_{1 θi} ^＊／ε_1xθi ^＊を算出し、各傾斜角度毎の放
射率比を判定ブロック２４に出力するようになってい
る。

【０１０７】この判定ブロック２４では、次の（８Ｃ）
式で判定が行われ、Ｈがほぼ０に等しくなった時点で酸
化膜厚d 、反射率ρ_a 、ρ_b を出力する。Ｈが０でない
ときには、第３実施例の場合と同様に、この（８Ｃ）式
を補正量計算ブロック２６で補正値Δd 、Δρ_a 、Δρ
_b を算出し、補正ブロック２８で設定値の補正を行う。

【０１０８】 Ｈ＝（ε_{1 θ1} ／ε_1xθ1 −ε_{1 θ1} ^＊／ε_1xθ1 ^＊）² ＋（ε_{1 θ2} ／ε_1xθ2 −ε_{1 θ2} ^＊／ε_1xθ2 ^＊）² ＋（ε_{1 θ3} ／ε_1xθ3 −ε_{1 θ3} ^＊／ε_1xθ3 ^＊）² …（８Ｃ）

【０１０９】本実施例によれば、同一種の２色温度計１
０で、前記第３実施例の場合と同様に、プロセス材料Ｐ
の表面温度Ｔと、酸化膜厚d 、反射率ρ_a 、ρ_b を同時
に測定することができる。

【０１１０】なお、本発明は、図５に示すように、２色
温度計１０は４つ以上の測定バンドがλi 、λix（i は
１〜４以上の整数）で測定できるようにして、多波長化
することもできる。

【０１１１】このように、多波長化を行う場合には、図
６の線図に示すように、各バンドの２波長を選択するこ
とができ、このように多波長化を行うことにより、更に
多くの物性値をも同時測定することが可能となる。

【０１１２】図７は、２色温度計１０について多角度化
を行った場合の測定時における２色温度計１０の配置を
示したものである。

【０１１３】図８は、図７のような多角度化を行った場
合の測定２波長λ1 、λ1xと傾斜角度との関係を示した
線図である。

【０１１４】又、前記実施例に示した温度計セレクタブ
ロック３２では、２つ以上の２色温度計を使用する場合
には、各２色温度計についての分光放射率比又は放射率
累乗比の時間変動に基づいて１又は２以上の２色温度計
を選択するようにすることができる。以下、便宜上、温
度計が第１及び第２の２つの測定バンドの場合について
この選択方法を詳細に説明する。

【０１１５】放射率累乗比ε₁ ^λ1 ／ε_1x ^λ1x及びε₂
^λ2 ／ε_2x ^λ2xがそれぞれ波長帯域選定ブロック３２に
入力されると、これら放射率累乗比の時間変動に基づい
て特定の波長帯域、即ち測定バンドを選択し、放射率累
乗比の時間変動が小さい方の測定バンドについて算出さ
れた温度Ｔが出力されるようにする。

【０１１６】上記波長帯域選定ブロック３２は、以下に
説明する図９（Ａ）又は図９（Ｂ）に示す構成にするこ
とができる。なお、本実施例ではこれら両方を使用して
も、又、いずれか一方を使用してもよい。

【０１１７】図９（Ａ）の温度計セレクタブロック３２
は、放射率累乗比の時間変化率を用いて選択信号を出力
するもので、ε₁ ^λ1 ／ε_1x ^λ1xを微分する演算ブロッ
ク３２Ａと、ε₂ ^λ2 ／ε_2x ^λ2xを微分する演算ブロッ
ク３２Ｂと、これら両ブロック３２Ａ、３２Ｂの演算結
果を比較して変化率の小さい方の測定ブロックを選択す
る信号を出力する比較器３２Ｃとで構成されている。

【０１１８】図９（Ｂ）の温度計セレクタブロック３２
は、ε₁ ^λ1 ／ε_1x ^λ1xの絶対値を算出する演算ブロッ
ク３２Ｄと、ε₂ ^λ2 ／ε_2x ^λ2xの絶対値を算出する演
算ブロック３２Ｅと、これら両ブロック３２Ｄ、３２Ｅ
の演算結果を比較し、その小さい方の測定バンドを選択
する信号を出力する比較器３２Ｆとで構成されている。

【０１１９】上述した温度計セレクタブロック３２の機
能を、図１０を用いて以下に説明する。

【０１２０】輻射光干渉に起因する放射率低下部分であ
る谷は、波長の大小関係からε₁ →ε_1x→ε₂ →ε_2xの
順に発生する。この放射率低下は、従来の２色放射温度
計では知ることができない。

【０１２１】図１０から類推されるように酸化膜形成に
よって分光放射率が急変するタイミングゾーンは、上記
２つの放射率比の時間的変化を観測することで十分な確
度で検知可能であり、具体的には、前記図９（Ａ）に示
したように放射率比の時間微分から、又は同図（Ｂ）に
示したように放射率比の絶対値の大きさから検知可能で
ある。

【０１２２】従って、被測定対象の表面状態が図１０の
タイミングゾーンＺ1又はＺ10に対応している場合には
第２測定バンドの放射率ε₂ 、ε_2xを用い、逆にタイミ
ングゾーンＺ2 又はＺ20に対応している場合には第１測
定バンドの放射率ε₁ 、ε_1xを用いて算出した温度計算
結果を選択し、出力するようにすることができる。

【０１２３】以上詳述した如く、第１測定バンドの近接
２波長λ₁ 、λ_1x及び第２測定バンドの近接２波長
λ₂ 、λ_2xについてそれぞれ独立に温度計算を行うこと
ができると共に、各２波長の放射率累乗比の時間変動が
小さい測定バンドについて算出した温度を選択的に出力
することができることから、表面に酸化膜が生成し、そ
れが経時的に生長して膜厚が増大していく場合でも適切
な測定バンドを選択して温度計算を実行し、出力するこ
とができるため常に高精度な温度測定が可能となる。

【０１２４】又、表面物性値と放射率εi との関係を表
わす論理式又は実験式としては前記（６）、（７）式に
限られるものでなく、任意の関係式を利用可能であるこ
とはいうまでもない。

【０１２５】例えば、Ｒを表面粗度、他の任意の物性値
をＸi とする場合、次式の関数を用いることもできる。

【０１２６】εi ＝f ′（Ｒ、Ｘi ） …（９）

【０１２７】上記（９）式が適用される具体例として
は、合金化亜鉛鍍金鋼板等における合金化度を挙げるこ
とができる。

【０１２８】合金化亜鉛鍍金鋼板の合金化プロセスにお
いては、合金化が進行するに従って表面粗度Ｒが変化す
ると共に、放射率も変化するため、Ｘ1 を合金化度とす
ると次の（９Ａ）式が成立つ。

【０１２９】εi ＝f ′（Ｒ、Ｘ1 ） …（９Ａ）

【０１３０】従って、２以上の２色温度計を用いるか、
又は２以上の傾斜角度の２色温度計を用いると共に、上
記（９Ａ）を適用することにより、表面温度Ｔと同時に
表面粗度Ｒ及び合金化度Ｘ1 の２つの物性値を測定する
ことも可能となる。

【０１３１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、プ
ロセス材料の物性値と表面温度とを同時に測定すること
ができ、又、表面物性が変化し、プロセス材料の表面が
変化し、放射率が著しく変動する場合でも、その表面温
度を高精度で測定できると同時に、該プロセス材料の物
性値をも測定することができる。又、物性値のみを測定
することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る第１実施例の概要を示す
ブロック図である。

【図２】図２は、本発明に係る第２実施例の概要を示す
ブロック図である。

【図３】図３は、本発明に係る第３実施例の概要を示す
ブロック図である。

【図４】図４は、本発明に係る第４実施例の概要を示す
ブロック図である。

【図５】図５は、２色温度計の多波長化の例を示すブロ
ック図である。

【図６】図６は、２色温度計を多波長化する場合の波長
と分光放射率の関係を示す線図である。

【図７】図７は、２色温度計を多角度化する場合の２色
温度計の配置を示すブロック図である。

【図８】図８は、２色温度計を多角度化する場合の測定
２波長と傾斜角度の関係を示す線図である。

【図９】図９は、波長帯域選定ブロックの構成を示すブ
ロック図である。

【図１０】図１０は、放射率と放射率比の時間変化を示
すタイムチャートである。

【図１１】図１１は、酸化膜がない低温表面の放射率ス
ペクトルを示す線図である。

【図１２】図１２は、酸化膜がない中温度の表面の放射
率スペクトルを示す線図である。

【図１３】図１３は、酸化膜発生直後の表面の放射率ス
ペクトルを示す線図である。

【図１４】図１４は、酸化膜成長中の表面の放射率スペ
クトルを示す線図である。

【図１５】図１５は、不働体酸化膜形成後の表面の放射
率スペクトルを示す線図である。

【図１６】図１６は、酸化膜がない表面の接近２波長の
放射率スペクトルを示す線図である。

【図１７】図１７は、表面酸化膜発生後の近接２波長の
放射率スペクトルを示す線図である。

【図１８】図１８は、２波長の分光放射率の相関を示す
線図である。

【図１９】図１９は、従来の２色放射温度計の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

Ｐ…プロセス材料、 １０…２色温度計、 １２…累乗比演算ブロック、 １２Ａ…第１累乗比演算ブロック、 １４…第１放射率比演算ブロック、 １６…温度計算ブロック、 １８…仮定ブロック、 ２０…放射率演算ブロック、 ２２…割算ブロック、 ２４…判定ブロック、 ２６…補正量計算ブロック、 ３０…放射率累乗項演算ブロック、 ３２…温度計セレクタブロック。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセス材料の任意の表面位置を共通の視
   野とする１以上の２色温度計と、 上記２色温度計からオンラインで得られる２波長λ1 、
   λ2 の輝度温度Ｓ1 、Ｓ2 から、次式で放射率累乗比ε
   1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 を演算する累乗比演算手段と、 ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 ＝exp ｛Ｃ2 （１／Ｓ2 −１／Ｓ1 ）｝ （Ｃ2 ：Ｐlankの第２定数） 上記放射率累乗比ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 を、予め測定し記
   憶させた次式の相関関数f により第１分光放射率比ε1
   ／ε2 に変換する第１放射率比演算手段と、 ε1 ／ε2 ＝f （ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 ） 放射率に影響を与える１以上の物性値を変数とする理論
   式又は実験式を用いて、上記２波長λ1 、λ2 の分光放
   射率ε1 ^＊、ε2 ^＊を別個に算出し、第２分光放射率比
   ε1 ^＊／ε2 ^＊を演算する第２放射率比演算手段と、 上記物性値に初期値を与え、該物性値を用いて算出され
   る第２分光放射率比ε1 ^＊／ε2 ^＊と、上記第１分光放
   射率比ε1 ／ε2 とが実質的に一致する物性値を探索計
   算する探索計算手段と、 第１分光放射率比ε1 ／ε2 、又は探索計算終了後の第
   ２分光放射率比ε1 ^＊／ε2 ^＊を用いて２色温度計算を
   行う温度計算手段と、 を備えていることを特徴とするプロセス材料の物性値・
   表面温度測定装置。
2. 【請求項２】プロセス材料の任意の表面位置を共通の視
   野とする１以上の２色温度計と、 上記２色温度計からオンラインで得られる２波長λ1 、
   λ2 の輝度温度Ｓ1 、Ｓ2 から、次式で第１放射率累乗
   比ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 を演算する第１累乗比演算手段
   と、 ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 ＝exp ｛Ｃ2 （１／Ｓ2 −１／Ｓ1 ）｝ （Ｃ2 ：Ｐlankの第２定数） 放射率に影響を与える１以上の物性値を変数とする理論
   式又は実験式を用いて、上記２波長λ1 、λ2 の分光放
   射率ε1 ^＊、ε2 ^＊を別個に算出し、その結果から第２
   放射率累乗比ε1 ^＊λ1 ／ε2 ^＊λ2 を演算する第２累
   乗比演算手段と、 上記物性値に初期値を与え、該物性値を用いて算出され
   る第２放射率累乗比ε1 ^＊λ1 ／ε2 ^＊λ2 と、上記第
   １放射率累乗比ε1 ^λ1 ／ε2 ^λ2 とが実質的に一致す
   る物性値を探索計算する探索計算手段と、 を備えていることを特徴とするプロセス材料の物性値・
   表面温度測定装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、 ２以上の２色温度計を有し、各２色温度計における分光
   放射率比又は放射率累乗比の時間変動に基づいて１又は
   ２以上の２色温度計を選択する温度計セレクタ手段を有
   するこを特徴とするプロセス材料の物性値・表面温度測
   定装置。
4. 【請求項４】請求項１又は２において、 物性値の少なくとも１つが酸化膜厚d であり、論理式又
   は実験式が εi ＝１−｛ρ_a ＋ρ_b ＋２（ρ_a ρ_b cos γi ）^0.5 ｝ ÷｛１＋ρ_a ρ_b ＋２（ρ_a ρ_b cos γi ）^0.5 ｝ γi ＝（２π／λi ）２nd cosθ ρ_a ： 酸化膜と空気の境界での反射率 ρ_b ： 酸化膜と非酸化部の境界での反射率 θ ： 測定装置と測定表面法線との角度 n ： 酸化膜の屈折率 であることを特徴とするプロセス材料の物性値・表面温
   度測定装置。