WO2014017421A1 - 温度測定システム - Google Patents

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WO2014017421A1
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antenna
antenna system
transmission line
sensor unit
temperature measurement
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純一 小島
佐藤　充
田中　浩一
泰宏 岩尾
Original Assignee
株式会社フルヤ金属
昭和鉄工株式会社
株式会社福田結晶技術研究所
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/026—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for monitoring a plurality of temperatures, e.g. by multiplexing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/32—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2213/00—Temperature mapping

Definitions

  • the present invention relates to a temperature measurement system using a piezoelectric vibrator, and more particularly to a temperature measurement system capable of easily measuring at least one temperature in a wide space region.
  • Patent Document 1 describes a temperature sensor in which a quartz crystal, which is a piezoelectric vibrator, is housed in a ceramic container and a pair of electrodes are provided outside the container.
  • a measuring means such as a network analyzer. That is, a system in which a plurality of temperature sensors having different resonance frequencies are sequentially connected in parallel to a high-frequency line whose both ends are open, and one end thereof is connected to the measuring means.
  • Patent Document 2 describes another system for measuring temperatures at a plurality of points using a measuring means such as a network analyzer. That is, a plurality of temperature sensors having different resonance frequencies are sequentially connected in series to the transmission line, and both ends thereof are connected to the measuring means.
  • a system is described in which a transmission line connected to a measuring unit is electromagnetically coupled by two loop antennas on the way and uses radio.
  • Patent Document 3 describes another system for measuring temperature using an antenna.
  • the temperature measurement system 110 includes a sensor unit 120, an antenna system 130, and a measurement unit 140.
  • the sensor unit 120 is configured by connecting a piezoelectric vibrator 121 and a coil 122 in a loop shape.
  • the antenna system 130 is formed by connecting a coil 131 to a transmission line 132.
  • the sensor unit 120 and the antenna system 130 are electromagnetically coupled by the coil 122 and the coil 131 to form a resonance circuit 150. Therefore, the temperature measurement system 110 is a wireless system at the temperature measurement point.
  • the measuring means 140 supplies the high frequency power to the resonance circuit 150 by sequentially changing the frequency and measures the frequency characteristic of the reflected power intensity of the resonance circuit 150.
  • the relationship between the frequency of the supplied power and the measured reflected power intensity is, for example, as shown in FIG. 4B, and the bottom F 1 of the obtained curve is the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 121.
  • Patent Document 3 describes a system for measuring temperatures at a plurality of points as shown in FIG. 4C. That is, a plurality of sensor units 120 similar to those in FIG. 4A are arranged, and one antenna system 130 is arranged so as to surround all the sensor units 120 and is connected to one measuring means 140.
  • the antenna system 130 includes only one coil 131 (loop antenna).
  • FIG. 4D shows FIG. 4C a little more specifically, and shows a temperature measurement system 111 that measures temperatures at a plurality of points.
  • the plurality of sensor units 120, 120,... are configured by connecting the piezoelectric vibrator 121 and the coil 122 in a loop like the sensor unit 120 of FIG. 4A, but their resonance frequencies are different from each other.
  • the antenna system 130 includes a single coil 131 and a transmission line 132, and the coil 131 is electromagnetically coupled to the plurality of sensor units 120, 120,.
  • the antenna system 130 is connected to the measurement unit 140 via the impedance matching unit 133.
  • the temperature measurement system 111 is very convenient because it can measure a plurality of sensor units 120 wirelessly using a single antenna system 130.
  • the sensor unit 120 can also be a piezoelectric vibrator suitable for high temperature measurement such as LTGA.
  • the specific structure of the sensor unit 120 is described in detail in Patent Documents 4 and 5.
  • the temperature measurement system 111 causes a problem that a standing wave is generated in the antenna system 130 and the frequency characteristic of reflected power is disturbed when measuring temperatures at a plurality of points over a wide space region. became. That is, due to the disturbance of the frequency characteristics, a waveform having a bottom as shown in FIG. 4B cannot be obtained stably, or a phenomenon occurs in which the position of the bottom is shifted even though the waveform can be obtained. . For this reason, it is difficult for the temperature measuring system 111 to simultaneously measure a plurality of temperatures in a wide space region.
  • an object of the present invention is to provide a temperature measurement capable of stably measuring at least one temperature without generating a standing wave even if measuring at least one temperature over a wide space region.
  • Another object of the present invention is to provide a temperature measurement system that is effective for automation and high accuracy even in high-temperature temperature measurement in a semiconductor manufacturing apparatus or the like.
  • the inventors of the present invention have a structure in which at least one antenna unit is connected in parallel to the transmission line as a configuration of the antenna system, and the transmission line is terminated with a resistor satisfying its characteristic impedance, thereby allowing a relatively long distance. It was discovered that the generation of standing waves can also be suppressed in the antenna system. As a result of further research, the present invention has been completed.
  • a temperature measurement system is connected to at least one sensor unit including a piezoelectric vibrator, an antenna system that electromagnetically couples with the sensor unit to form a resonance circuit, and the antenna system.
  • a temperature measurement system including a measurement unit, wherein the sensor unit is configured by connecting a piezoelectric vibrator and a coil, and the antenna system includes at least one antenna unit connected in parallel to a transmission line.
  • the antenna unit forms a resonance circuit with a coil and a capacitor, and the transmission line is a resistor that has one end connected to the output terminal of the measuring means and the other end satisfying the characteristic impedance of the transmission line.
  • the measurement means supplies high-frequency power to the antenna system and reflects power from the antenna system. We have adopted the means to observe and receive.
  • a temperature measurement system in which at least one sensor unit including a piezoelectric vibrator, an antenna system electromagnetically coupled to the sensor unit to form a resonance circuit, and the antenna system are connected.
  • the sensor unit is configured by connecting a piezoelectric vibrator and a coil
  • the antenna system includes at least one antenna unit in parallel on a transmission line.
  • the antenna unit constitutes a resonance circuit with a coil and a capacitor, and the transmission line has one end connected to the output terminal of the measuring means and the other end connected to the input terminal of the measuring means.
  • the measurement means supplies high-frequency power to the antenna system and receives transmission power from the antenna system. We have adopted the means to observe and.
  • the temperature measurement system of the present invention has the above-described configuration, so that the temperature of the antenna system can be stably maintained without generating a standing wave even when the temperature of the antenna system is 10 m or more and one or two or more temperatures are measured. Can be measured.
  • the present invention can be applied to a semiconductor manufacturing apparatus, a thin film forming apparatus, a high temperature firing furnace, and the like, and can exert a remarkable effect on automation, high accuracy, and simplification of temperature measurement in these fields.
  • the temperature measurement system of the present invention is a system including a sensor unit including a piezoelectric vibrator, an antenna system that electromagnetically couples with the sensor unit to form a resonance circuit, and a measurement unit to which the antenna system is connected.
  • This is a system that measures the temperature at two or more locations at the same time, and is a wireless system.
  • the sensor unit 20 is configured by connecting a piezoelectric vibrator 21 and a coil 22 in a loop shape as in the conventional case. And when measuring the temperature of two or more places, the sensor unit 20 uses what was comprised with the piezoelectric vibrator 21 from which a resonant frequency mutually differs.
  • Patent Document 4 describes a plurality of examples of placing on a horizontal surface of a workpiece.
  • Patent Document 5 discloses a container in which a piezoelectric vibrator and a coil are housed in a compact manner. In either case, the coil 22 has a loop shape or a spiral shape.
  • the antenna system 30 of the present invention is characterized in that at least one antenna unit 60 is connected to the transmission line 32 in parallel. As will be described later, one end of the transmission line 32 is connected to the measuring means 40, and the other end is terminated with a resistor 33 that satisfies its characteristic impedance.
  • the antenna units 60 and the sensor units 20 are arranged and used so as to correspond one-to-one.
  • the antenna unit 60 comprises a parallel resonant circuit by connecting a coil 61 and a capacitor 62.
  • the frequency obtained by resonance between the coil 61 and the capacitor 62 is set to be close to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 21 of the sensor unit 20. Since the antenna unit 60 is often fixed in an apparatus for heating a workpiece or the like, the antenna unit 60 changes into various modes depending on conditions of the apparatus or the like.
  • the antenna unit 60 and the sensor unit 20 are arranged so that the coil 61 and the coil 22 are close to each other, it is preferable to have a shape suitable for this.
  • the coil 61 and the coil 22 are formed in a loop shape or a spiral shape, they can be positioned so as to overlap each other.
  • the transmission line 32 is assumed to have a certain characteristic impedance. That is, a coaxial cable or a parallel cable is used and terminated with a resistor 33 that satisfies the characteristic impedance. For example, when a commercially available coaxial cable is used, one having a characteristic impedance of 50 ⁇ or 75 ⁇ is used.
  • the temperature measurement system of the present invention can make the transmission line 32 10 m or longer, and can stably measure 10 or more points simultaneously.
  • the measuring means 40 to which the antenna system 30 is connected can use a commercially available network analyzer or the like, and the configuration content and the usage method in temperature measurement at a plurality of points are also disclosed in Patent Document 1. , Patent Document 3, Patent Document 5 and the like are not described here.
  • FIG. 2A shows the antenna system 30 and the measuring means 40, and shows that the antenna system 30 is connected to the output terminal 41 of the measuring means 40.
  • the antenna system 30 at least one antenna unit 60 is connected in parallel to a transmission line 32 using a coaxial cable, and is terminated with a resistor 33 that satisfies the characteristic impedance of the transmission line 32. That is, the antenna units 60 and the antenna unit 60 and the resistor 33 are connected in parallel.
  • the sensor unit 20 is not shown, but the sensor unit 20 is disposed at each position corresponding to each antenna unit 60.
  • the sensor unit 20 includes the piezoelectric vibrator 21 and the coil 22. When two or more sensors are used at the same time, the piezoelectric vibrators 21 have different vibration frequencies.
  • Each antenna unit 60 includes a coil 61 and a capacitor 62.
  • Each sensor unit 20 is arranged in the vicinity corresponding to each antenna unit 60.
  • the transmission line 32 has one end connected to the output terminal 41 of the measuring means 40 and the other end terminated with a resistor 33. Then, when the high frequency power is supplied from the output terminal 41 to the antenna system 30, the measuring means 40 receives the reflected power returned from the antenna system 30 by the output terminal 41, and observes the frequency characteristics of each sensor unit 20. it can. That is, the frequency at which the power reflected from each sensor unit 20 is minimized, in other words, the frequency at which the reflection coefficient S11 is minimized can be measured by a wireless method.
  • the same sensor unit 20 was placed at the position closest to the measuring means 40 and the position farthest from the comparison, a difference of 0.000245 MHz was generated with respect to the vibration frequency of about 10 MHz.
  • the error is about 0.6 ° C. at 150 ° C., and the error is about 0.4 ° C. at 300 ° C. Therefore, it has been found that the temperature measurement system 10 can be sufficiently put into practical use.
  • FIGS. 3A and 3B The second temperature measurement system 11 of the present invention is shown in FIGS. 3A and 3B.
  • FIG. 3A shows the antenna system 30 and the measuring means 40, and shows that one end of the antenna system 30 is connected to the output terminal 41 of the measuring means 40 and the other end of the antenna system 30 is connected to the input terminal 42. Yes.
  • the antenna system 30 at least one antenna unit 60 is connected in parallel to a transmission line 32 using a coaxial cable. That is, the antenna units 60 and the antenna unit 60 and the resistor 33 are connected in parallel.
  • the sensor unit 20 is not shown, but the sensor unit 20 is disposed at each position corresponding to each antenna unit 60.
  • the sensor unit 20 includes the piezoelectric vibrator 21 and the coil 22. When two or more sensors are used at the same time, the piezoelectric vibrators 21 have different vibration frequencies.
  • Each antenna unit 60 includes a coil 61 and a capacitor 62.
  • Each sensor unit 20 is arranged in the vicinity corresponding to each antenna unit 60.
  • the transmission line 32 has one end connected to the output terminal 41 of the measuring means 40 and the other end connected to the input terminal 42 of the measuring means 40. However, a resistor 43 is provided inside the input terminal 42, and the transmission line 32 is terminated with a resistor 43 that satisfies its characteristic impedance, as in the case of the temperature measurement system 10.
  • the measuring means 40 can receive the transmitted power via the antenna system 30 by the input terminal 42 and observe the frequency characteristics of each sensor unit 20. That is, the frequency at which the power transmitted from each sensor unit 20 is minimized, in other words, the frequency at which the transmission coefficient S21 is minimized can be measured by a wireless method.
  • the temperature measurement systems 10 and 11 of the present invention can stably measure the temperature without generating a standing wave even when the length of the antenna system is 10 m or more and the temperature of one place or a plurality of places is measured. It is.
  • the present invention can be applied to a semiconductor manufacturing apparatus, a thin film forming apparatus, a high temperature firing furnace, and the like, and can exert a remarkable effect on automation, high accuracy, and simplification of temperature measurement in these fields.

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Abstract

広い空間領域でも定在波を生じることなく、安定して少なくとも１箇所の温度を測定することができる温度測定システム（１０）を提供する。 少なくとも１個のセンサユニット（２０）と、センサユニット（２０）と電磁結合して共振回路を形成するアンテナ系（３０）と、アンテナ系（３０）が接続される測定手段（４０）とを備える。センサユニット（２０）は、圧電振動子（２１）とコイル（２２）とを接続して構成され、アンテナ系（３０）は、伝送線路（３２）に少なくとも１個のアンテナユニット（６０）を並列的に接続して構成され、アンテナユニット（６０）は、コイル（６１）とコンデンサ（６２）によって共振回路を構成し、伝送線路（３２）は、その一端側が測定手段（４０）の出力端子に接続され、他端側が当該伝送線路（３２）の特性インピーダンスを満たす抵抗（３３）で終端され、測定手段（４０）が、アンテナ系（３０）に高周波電力を供給するとともに、アンテナ系（３０）からの反射電力を受信して観測する。

Description

温度測定システム
　本発明は、圧電振動子を用いた温度測定システムに関し、特に、広い空間領域で少なくとも１箇所以上の温度を容易に測定することができる温度測定システムに関する。
　圧電振動子の振動特性が温度によって変化することを利用して、温度を測定することは従来から知られている。特許文献１には、セラミック容器の中に圧電振動子である水晶を収容し、容器の外部に一対の電極を設けた温度センサが記載されている。また、ネットワークアナライザ等の測定手段を用いて、複数点の温度を一つのシステムで測定することが記載されている。すなわち、両端が開放された高周波線路に対して、共振周波数が互いに異なる複数の温度センサが順次並列的に接続され、その一端が測定手段に接続されたシステムである。
　特許文献２には、ネットワークアナライザ等の測定手段を用いて、複数点の温度を測定する他のシステムが記載されている。すなわち、伝送線路に共振周波数が互いに異なる複数の温度センサが順次直列的に接続され、その両端が測定手段に接続されている。また、測定手段に接続される伝送線路が、途中で２個のループアンテナで電磁結合され、無線を利用するシステムが記載されている。
　特許文献３には、アンテナを用いて温度測定を行う他のシステムが記載されている。図４Ａに示すように、この温度測定システム１１０は、センサユニット１２０と、アンテナ系１３０と、測定手段１４０とによって構成されている。センサユニット１２０は、圧電振動子１２１とコイル１２２とをループ状に接続して構成されている。アンテナ系１３０は、伝送線路１３２にコイル１３１を接続して形成されている。そして、センサユニット１２０とアンテナ系１３０とは、コイル１２２とコイル１３１とによって電磁結合され、共振回路１５０を形成している。したがって、温度測定システム１１０は、温度の測定点において無線方式のシステムである。
　測定手段１４０は、共振回路１５０に対して、逐次周波数を変えて、高周波電力を供給するとともに、共振回路１５０の反射電力強度の周波数特性を測定している。供給電力の周波数と測定される反射電力強度との関係は、例えば、図４Ｂに示すようになって、得られる曲線のボトムＦ１　が圧電振動子１２１の共振周波数である。
　特許文献３には、図４Ｃに示すように複数点の温度を測定するシステムが記載されている。すなわち、図４Ａと同様のセンサユニット１２０が複数個配置されるとともに、１個のアンテナ系１３０が全てのセンサユニット１２０を包囲するように配置され、１個の測定手段１４０に接続されている。アンテナ系１３０は、ただ１個のコイル１３１（ループアンテナ）を備えている。
　図４Ｄは、図４Ｃを少し具体的に示したもので、複数点の温度を測定する温度測定システム１１１を示している。複数のセンサユニット１２０、１２０、……は、図４Ａのセンサユニット１２０と同様に、圧電振動子１２１とコイル１２２をループ状に接続して構成されているが、その共振周波数が互いに異なっている。一方、アンテナ系１３０は、１個のコイル１３１と伝送線路１３２とで構成され、コイル１３１が、複数のセンサユニット１２０、１２０、……と夫々電磁結合するようにしている。アンテナ系１３０は、インピーダンス整合器１３３を介して、測定手段１４０に接続されている。
　温度測定システム１１１は、複数のセンサユニット１２０に対して、１個のアンテナ系１３０を使用して、無線方式で測定をすることができるので非常に便利である。また、センサユニット１２０には、ＬＴＧＡ等の高い温度の測定に適した圧電振動子を使用することもできる。
　なお、センサユニット１２０の具体的な構造については、特許文献４や特許文献５に、詳しく記載されている。
　しかしながら、温度測定システム１１１は、広い空間領域に亘って複数点の温度を測定する場合には、アンテナ系１３０に定在波を生じて反射電力の周波数特性が擾乱する問題を生じることが明らかになった。すなわち、周波数特性の乱れにより、図４Ｂに示すようなボトムを備える波形を安定して得ることができなかったり、波形を得ることはできてもボトムの位置がずれてしまったりする現象が発生する。このため、温度測定システム１１１は、広い空間領域で複数点の温度を同時に測定することが困難である。
特開２００８－２５６５１９号公報 特開２０１１－１３７７３８号公報 特開２０１１－１３７７３７号公報 特開２０１１－１２２９１１号公報 特開２００９－２６５０２５号公報
　そこで、本発明の目的は、広い空間領域に亘って少なくとも１箇所の温度を測定しても、定在波を生じることなく、安定して少なくとも１箇所の温度を測定することが可能な温度測定システムを提供することにある。そして、半導体製造装置等における高温の温度測定においても、自動化や高精度化に有効な温度測定システムを提供することにある。
　本発明者等は、アンテナ系の構成として、伝送線路に少なくとも１個のアンテナユニットを並列的に接続したものとし、伝送線路をその特性インピーダンスを満たす抵抗で終端させることによって、比較的距離の長いアンテナ系においても定在波の発生を抑制できることを発見した。そして、さらに研究を重ねた結果、本発明を完成させるに至った。
　本発明の請求項１に係る温度測定システムは、圧電振動子を備える少なくとも１個のセンサユニットと、前記センサユニットと電磁結合して共振回路を形成するアンテナ系と、前記アンテナ系が接続される測定手段とを備える温度測定システムであって、前記センサユニットは、圧電振動子とコイルとを接続して構成され、前記アンテナ系は、伝送線路に少なくとも１個のアンテナユニットを並列的に接続して構成され、前記アンテナユニットは、コイルとコンデンサによって共振回路を構成し、前記伝送線路は、その一端側が前記測定手段の出力端子に接続され、その他端側が当該伝送線路の特性インピーダンスを満たす抵抗で終端され、前記測定手段が、前記アンテナ系に高周波電力を供給するとともに、前記アンテナ系からの反射電力を受信して観測する手段を採用している。
　また、本発明の請求項２に係る温度測定システムは、圧電振動子を備える少なくとも１個のセンサユニットと、前記センサユニットと電磁結合して共振回路を形成するアンテナ系と、前記アンテナ系が接続される測定手段とを備える温度測定システムであって、前記センサユニットは、圧電振動子とコイルとを接続して構成され、前記アンテナ系は、伝送線路に少なくとも１個のアンテナユニットを並列的に接続して構成され、前記アンテナユニットは、コイルとコンデンサによって共振回路を構成し、前記伝送線路は、その一端側が前記測定手段の出力端子に接続されるとともに、その他端側が前記測定手段の入力端子に接続され、前記測定手段が、前記アンテナ系に高周波電力を供給するとともに、前記アンテナ系からの伝達電力を受信して観測する手段を採用している。
　本発明の温度測定システムは、上記の構成とすることにより、アンテナ系の長さを１０ｍ以上として１箇所又は２箇所以上の温度を測定した場合でも定在波を生じることなく、安定して温度を測定することが可能である。そして、半導体製造装置、薄膜形成装置、高温焼成炉等に適用可能であり、これらの分野における温度測定の自動化、高精度化、簡略化に著しい効果を発揮することができる。
本発明の温度測定システムにおけるアンテナ系とセンサユニットとの関係を示す説明図である。 本発明の第１の温度測定システムを示す説明図であり、アンテナ系と測定手段とを示している。 本発明の第１の温度測定システムを示す説明図であり、システム全体の構成を示している。 本発明の第２の温度測定システムを示す説明図であり、アンテナ系と測定手段とを示している。 本発明の第２の温度測定システムを示す説明図であり、システム全体の構成を示している。 従来の温度測定システムを示す説明図であり、１点の温度を測定するシステムの例を示している。 従来の温度測定システムを示す説明図であり、周波数特性の一例を示している。 従来の温度測定システムを示す説明図であり、複数点の温度を測定するシステムの例を示している。 従来の温度測定システムを示す説明図であり、図４Ｃのシステム全体の構成を示している。
　本発明の温度測定システムは、圧電振動子を備えるセンサユニットと、センサユニットと電磁結合して共振回路を形成するアンテナ系と、アンテナ系が接続される測定手段とを備えるシステムであって、１箇所又は２箇所以上の温度を同時に測定するシステムであり、無線方式のシステムである。
　図１により、本発明の温度測定システムの基本的な特徴であるアンテナ系３０について説明する。センサユニット２０は、従来のものと同様に、圧電振動子２１とコイル２２とをループ状に接続して構成している。そして、２箇所以上の温度を測定するときは、センサユニット２０は、互いに共振周波数の異なる圧電振動子２１で構成したものを使用している。
　センサユニット２０の具体的な構成は、温度を測定する対象物等の測定条件によって様々な態様に変化するので、参考となる文献を紹介しておく。例えば、特許文献４には、ワークの水平面に載置する例が複数記載されている。また、特許文献５には、容器内に圧電振動子とコイルとをコンパクトに収納したものが記載されている。いずれの場合にも、コイル２２には、ループ状又は渦巻き状のものが使用されている。
　本発明のアンテナ系３０は、伝送線路３２に少なくとも１個のアンテナユニット６０を並列的に接続して構成することを特徴としている。後述するように、伝送線路３２の一端は測定手段４０に接続され、他端にはその特性インピーダンスを満たす抵抗３３を設けて終端させている。そして、各アンテナユニット６０と各センサユニット２０とが一対一で対応するように配置して使用する。
　アンテナユニット６０は、コイル６１とコンデンサ６２を接続して並列共振回路を構成している。そして、コイル６１とコンデンサ６２との共振で得られる周波数が、センサユニット２０の圧電振動子２１の共振周波数の近傍となるようにしている。アンテナユニット６０は、ワークを加熱する装置内等に固定されることが多いために、装置等の条件により様々な態様に変化する。
　アンテナユニット６０とセンサユニット２０とは、コイル６１とコイル２２とが近接するように配置するので、これに適した形状とすることが好ましい。例えば、コイル６１及びコイル２２の形状をループ状又は渦巻き状にすると、互いに上下に重なるように位置させることができる。
　伝送線路３２は、一定の特性インピーダンスを備えるものとする。すなわち、同軸ケーブル又は平行ケーブルを使用するとともに、特性インピーダンスを満たす抵抗３３で終端されている。例えば、市販の同軸ケーブルを使用する場合、特性インピーダンスが５０Ω又は７５Ωのものを使用することになる。本発明の温度測定システムは、伝送線路３２を１０ｍ以上の長さにすることが可能であり、１０個以上の複数点の測定を同時に安定して行うことが可能である。
　なお、アンテナ系３０が接続される測定手段４０は、ネットワークアナライザ等として市販されているものを利用することが可能であり、その構成内容や複数点の温度測定における利用方法についても、特許文献１、特許文献３、特許文献５等に記載されているので、ここでは説明を省略する。
　本発明の第１の温度測定システム１０を図２Ａ、図２Ｂに示す。図２Ａは、アンテナ系３０と測定手段４０を示し、測定手段４０の出力端子４１にアンテナ系３０が接続されていることを示している。ここで、アンテナ系３０は、同軸ケーブルを用いた伝送線路３２に少なくとも１個のアンテナユニット６０が並列的に接続され、伝送線路３２の特性インピーダンスを満たす抵抗３３で終端している。すなわち、各アンテナユニット６０同士、及びアンテナユニット６０と抵抗３３は並列的に接続されている。なお、図２Ａでは、センサユニット２０の記載を省略しているが、各アンテナユニット６０に対応する夫々の位置にセンサユニット２０が配置されている。
　温度測定システム１０の全体構成を図２Ｂに示す。図１で説明したように、センサユニット２０は、圧電振動子２１とコイル２２によって構成され、同時に２個以上使用するときは、その圧電振動子２１が互いに異なる振動周波数を備えている。また、各アンテナユニット６０は、コイル６１とコンデンサ６２によって構成されている。そして、それぞれのセンサユニット２０が、それぞれのアンテナユニット６０と対応して、近傍に配置されている。
　伝送線路３２は、その一端側が測定手段４０の出力端子４１に接続され、他端側が抵抗３３で終端されている。そして、測定手段４０は、出力端子４１から高周波電力をアンテナ系３０に供給すると、アンテナ系３０から戻される反射電力を出力端子４１により受信して、各センサユニット２０の周波数特性を観察することができる。すなわち、各センサユニット２０から反射される電力が最小となる周波数、言い換えると、反射係数Ｓ１１が最小となる周波数を、無線方式で測定することができる。
　図２Ａに示すような形態で、長さ約６ｍの伝送線路３２に１２個のアンテナユニット６０を設けたアンテナ系３０を用いて試験を行った。その結果、全てのセンサユニット２０において、安定して周波数特性を観察することが可能であり、ボトムの位置が明確な波形を求めることが可能であった。また、同一のセンサユニット２０を、測定手段４０に最も近い位置と、最も遠い位置に置いて比較したところ、約１０ＭＨｚの振動周波数に対して、０．０００２４５ＭＨｚの差を生じた。これを温度の誤差に換算すると、１５０℃においては約０．６℃の誤差であり、３００℃においては約０．４℃の誤差である。したがって、温度測定システム１０は、十分に実用できることが判明した。
　本発明の第２の温度測定システム１１を図３Ａ、図３Ｂに示す。図３Ａは、アンテナ系３０と測定手段４０を示し、測定手段４０の出力端子４１にアンテナ系３０の一端が接続され、入力端子４２にアンテナ系３０の他端が接続されていることを示している。ここで、アンテナ系３０は、同軸ケーブルを用いた伝送線路３２に少なくとも１個のアンテナユニット６０が並列的に接続されている。すなわち、各アンテナユニット６０同士、及びアンテナユニット６０と抵抗３３は並列的に接続されている。なお、図３Ａでは、センサユニット２０の記載を省略しているが、各アンテナユニット６０に対応する夫々の位置にセンサユニット２０が配置されている。
　温度測定システム１１の全体構成を図３Ｂに示す。図１で説明したように、センサユニット２０は、圧電振動子２１とコイル２２によって構成され、同時に２個以上使用するときは、その圧電振動子２１が互いに異なる振動周波数を備えている。また、各アンテナユニット６０は、コイル６１とコンデンサ６２によって構成されている。そして、それぞれのセンサユニット２０が、それぞれのアンテナユニット６０と対応して、近傍に配置されている。
　伝送線路３２は、その一端側が測定手段４０の出力端子４１に接続され、他端側が測定手段４０の入力端子４２に接続されている。ただし、入力端子４２の内部において、抵抗４３が設けられ、温度測定システム１０の場合と同様に、伝送線路３２はその特性インピーダンスを満たす抵抗４３で終端している。
　測定手段４０は、出力端子４１から高周波電力をアンテナ系３０に供給すると、アンテナ系３０を経由した伝達電力を入力端子４２により受信して、各センサユニット２０の周波数特性を観察することができる。すなわち、各センサユニット２０から伝達される電力が最小となる周波数、言い換えると、伝達係数Ｓ２１が最小となる周波数を、無線方式で測定することができる。
　図３Ａに示すような形態で、長さ約６ｍの伝送線路３２に１２個のアンテナユニット６０を設けたアンテナ系３０を用いて試験を行った。その結果、全てのセンサユニット２０において、安定して周波数特性を観察することが可能であり、ボトムの位置が明確な波形を求めることが可能であった。そして、同一のセンサユニット２０を、測定手段４０に最も近い位置と、最も遠い位置に置いて比較したところ、約１０ＭＨｚの振動周波数に対して、誤差を認めることができなかった。したがって、温度測定システム１１は、十分に実用できることが判明した。
　本発明の温度測定システム１０、１１は、アンテナ系の長さを１０ｍ以上として１箇所又は複数箇所の温度を測定した場合でも定在波を生じることなく、安定して温度を測定することが可能である。そして、半導体製造装置、薄膜形成装置、高温焼成炉等に適用可能であり、これらの分野における温度測定の自動化、高精度化、簡略化に著しい効果を発揮することができる。
　１０、１１　　温度測定システム
　２０　　　　　センサユニット
　２１　　　　　圧電振動子
　２２、６１　　コイル
　３０　　　　　アンテナ系
　３２　　　　　伝送線路
　３３、４３　　抵抗
　４０　　　　　測定手段
　４１　　　　　出力端子
　４２　　　　　入力端子
　６０　　　　　アンテナユニット
　６２　　　　　コンデンサ
関連出願の相互参照
　本出願は、２０１２年７月２３日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－１６２６８９に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。
 

Claims (2)

  1. 　圧電振動子を備える少なくとも１個のセンサユニットと、前記センサユニットと電磁結合して共振回路を形成するアンテナ系と、前記アンテナ系が接続される測定手段とを備える温度測定システムであって、
    　前記センサユニットは、圧電振動子とコイルとを接続して構成され、
    　前記アンテナ系は、伝送線路に少なくとも１個のアンテナユニットを並列的に接続して構成され、
    　前記アンテナユニットは、コイルとコンデンサによって共振回路を構成し、
    　前記伝送線路は、その一端側が前記測定手段の出力端子に接続され、他端側が当該伝送線路の特性インピーダンスを満たす抵抗で終端され、
    　前記測定手段が、前記アンテナ系に高周波電力を供給するとともに、前記アンテナ系からの反射電力を受信して観測することを特徴とする温度測定システム。
  2. 　圧電振動子を備える少なくとも１個のセンサユニットと、前記センサユニットと電磁結合して共振回路を形成するアンテナ系と、前記アンテナ系が接続される測定手段とを備える温度測定システムであって、
    　前記センサユニットは、圧電振動子とコイルとを接続して構成され、
    　前記アンテナ系は、伝送線路に少なくとも１個のアンテナユニットを並列的に接続して構成され、
    　前記アンテナユニットは、コイルとコンデンサによって共振回路を構成し、
    　前記伝送線路は、その一端側が前記測定手段の出力端子に接続されるとともに、その他端側が前記測定手段の入力端子に接続され、
    　前記測定手段が、前記アンテナ系に高周波電力を供給するとともに、前記アンテナ系からの伝達電力を受信して観測することを特徴とする温度測定システム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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WO2024116858A1 (ja) * 2022-12-02 2024-06-06 住友電気工業株式会社 計測結果取得装置、計測結果取得方法および計測システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5981146U (ja) * 1982-11-22 1984-06-01 海洋科学技術センタ− 電磁誘導方式による水中デ−タ伝送装置
JP2004348496A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Hitachi Ltd 通信システム
JP2008139256A (ja) * 2006-12-05 2008-06-19 Sokudo:Kk 検知シート、温度測定システム、および、熱処理装置
JP2010211381A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Oki Electric Ind Co Ltd 建築物診断システム
JP2011137737A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Fukuda Crystal Laboratory 無線測定装置、および無線温度測定システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5981146U (ja) * 1982-11-22 1984-06-01 海洋科学技術センタ− 電磁誘導方式による水中デ−タ伝送装置
JP2004348496A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Hitachi Ltd 通信システム
JP2008139256A (ja) * 2006-12-05 2008-06-19 Sokudo:Kk 検知シート、温度測定システム、および、熱処理装置
JP2010211381A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Oki Electric Ind Co Ltd 建築物診断システム
JP2011137737A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Fukuda Crystal Laboratory 無線測定装置、および無線温度測定システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11724460B2 (en) 2016-09-19 2023-08-15 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Methods and systems of three dimensional printing

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