(57)【要約】【課題】  特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物の温度を、放射温度計を利用して正確に測定することが可能な温度測定装置および温度測定方法を提供する。【解決手段】  制御部１０は、放射温度計３により測定したシリコンウエハの温度とシリコンウエハの実際の温度との誤差と、リフレクターの温度との関係を示す関係式を演算する関係式演算部１１と、この関係式を記憶する関係式記憶部１２と、この関係式を利用して放射温度計３により測定したシリコンウエハの温度を補正する温度補正部１３とを備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物の温度を、前記測定対象物を前記特定波長域の放射エネルギーに対する透過性の低い部材と鉛直方向において離間して少なくとも部分的に重畳させた状態で、前記測定対象物に対して前記部材とは逆側に配設した放射温度計により、前記測定対象物の表面と直交する方向から測定する温度測定装置であって、
前記部材の温度を測定する温度センサと、
前記放射温度計により測定した前記測定対象物の温度と前記測定対象物の実際の温度との誤差と、前記部材の温度との関係を示す関係式を記憶する関係式記憶部と、
前記関係式記憶部に記憶した関係式と、前記温度センサにより測定した前記部材の温度とを利用して、前記放射温度計により測定した前記測定対象物の温度を補正する温度補正部と、
を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温度測定装置において、
前記測定対象物を搬送する搬送機構を備え、前記放射温度計は前記測定対象物が前記搬送機構により搬送されているときに前記測定対象物の温度を測定する温度測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の温度測定装置において、
前記温度センサは、前記部材と接触して前記部材の温度を測定する熱電対である温度測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の温度測定装置において、
前記測定対象物は、シリコンウエハである温度測定装置。
【請求項５】
特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物の温度を、前記測定対象物を前記特定波長域の放射エネルギーに対する透過性の低い部材と鉛直方向において離間して少なくとも部分的に重畳させた状態で、前記測定対象物に対して前記部材とは逆側に配設した放射温度計により、前記測定対象物の表面と直交する方向から測定する温度測定方法であって、
前記部材の温度を変化させながら、前記放射温度計により測定した前記測定対象物の等価物の温度である第１の温度と、第１の温度センサにより測定した前記測定対象物の等価物の温度である第２の温度と、第２の温度センサにより測定した前記部材の温度である第３の温度とを測定する温度測定工程と、
前記温度測定工程で得た、第１、第２、第３の温度から、前記第１の温度と前記第２の温度との誤差と、前記第３の温度との関係を示す関係式を示す関数を演算する関係式演算工程と、
前記測定対象物の温度を前記放射温度計により測定するときに、前記関係式演算工程で演算した関数と前記第２の温度センサにより測定した前記部材の温度とを利用して、前記放射温度計により測定した前記測定対象物の温度を補正する温度補正工程と、
を含むことを特徴とする温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物の温度を非接触で測定するための温度測定装置および温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示装置用ガラス基板、液晶表示装置用ガラス基板、太陽電池用パネル基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板、半導体ウエハ等の基板を測定対象物としてその温度を測定する場合には、一般的に、その温度が非接触で測定される。これは、基板を搬送しながらその温度測定を行うことが多いことをその理由とする。
【０００３】
また、極めて薄い基板の温度を測定する場合には、その基板の温度を接触式の温度計により測定すると基板が割れる可能性があり、さらに、その表面を成膜処理した基板の温度を測定する場合には、その基板の温度を接触式の温度計により測定すると成膜状態に悪影響を及ぼす可能性があることから、このような場合にも、基板の温度は非接触で測定される。
【０００４】
そして、基板の温度を非接触で測定するためには、基板からの放射エネルギーを検出することにより基板の温度を測定する放射温度計が使用される。また、放射温度計と熱電対を併用した温度測定装置も提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３３０２０号公報
【特許文献２】特開２００９−３０２１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基板処理装置等の産業機械は、通常、多くの部分が金属等により構成されており、基板等の測定対象物は、その内部において温度を測定される。ここで、例えば、シリコンウエハ等のように、温度の測定に利用される赤外線を含む特定波長域の放射エネルギーを透過する測定対象物を放射温度計により測定した場合には、放射温度計が、シリコンウエハから放射される放射エネルギーだけではなく、シリコンウエハと鉛直方向において離間して重畳された関係にあるシリコンウエハの背後の金属等の赤外線の非透過物からの放射エネルギーの影響を受け、シリコンウエハの温度を正確に測定できないという問題が生ずる。
【０００７】
このような問題に対応するため、シリコンウエハの温度を、シリコンウエハの表面に対して直交する方向ではなく、傾斜した方向から測定することにより、シリコンウエハに対して鉛直方向において離間して重畳関係にある金属等の非透過物からの放射エネルギーの影響を小さくすることも考えられる。しかしながら、このような構成を採用した場合には、放射温度計が、シリコンウエハの表面で反射した他の物体からの放射エネルギーをも測定してしまい、同様に、シリコンウエハの温度を正確に測定できないという問題が生ずる。
【０００８】
このような問題は、シリコンウエハに限らず、特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物全般について生ずる問題である。
【０００９】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物の温度を、放射温度計を利用して正確に測定することが可能な温度測定装置および温度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物の温度を、前記測定対象物を前記特定波長域の放射エネルギーに対する透過性の低い部材と鉛直方向において離間して少なくとも部分的に重畳させた状態で、前記測定対象物に対して前記部材とは逆側に配設した放射温度計により、前記測定対象物の表面と直交する方向から測定する温度測定装置であって、前記部材の温度を測定する温度センサと、前記放射温度計により測定した前記測定対象物の温度と前記測定対象物の実際の温度との誤差と、前記部材の温度との関係を示す関係式を記憶する関係式記憶部と、前記関係式記憶部に記憶した関係式と、前記温度センサにより測定した前記部材の温度とを利用して、前記放射温度計により測定した前記測定対象物の温度を補正する温度補正部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記測定対象物を搬送する搬送機構を備え、前記放射温度計は前記測定対象物が前記搬送機構により搬送されているときに前記測定対象物の温度を測定する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記温度センサは、前記部材と接触して前記部材の温度を測定する熱電対である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記測定対象物は、シリコンウエハである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物の温度を、前記測定対象物を前記特定波長域の放射エネルギーに対する透過性の低い部材と鉛直方向において離間して少なくとも部分的に重畳させた状態で、前記測定対象物に対して前記部材とは逆側に配設した放射温度計により、前記測定対象物の表面と直交する方向から測定する温度測定方法であって、前記部材の温度を変化させながら、前記放射温度計により測定した前記測定対象物の等価物の温度である第１の温度と、第１の温度センサにより測定した前記測定対象物の等価物の温度である第２の温度と、第２の温度センサにより測定した前記部材の温度である第３の温度とを測定する温度測定工程と、前記温度測定工程で得た、第１、第２、第３の温度から、前記第１の温度と前記第２の温度との誤差と、前記第３の温度との関係を示す関係式を示す関数を演算する関係式演算工程と、前記測定対象物の温度を前記放射温度計により測定するときに、前記関係式演算工程で演算した関数と前記第２の温度センサにより測定した前記部材の温度とを利用して、前記放射温度計により測定した前記測定対象物の温度を補正する温度補正工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１および請求項５に記載の発明によれば、特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物の温度を、放射温度計を利用して測定する場合においても、測定対象物と鉛直方向において離間して少なくとも部分的に重畳関係にある透過性の低い部材からの放射エネルギーの影響を補正することで、測定対象物の温度を正確に測定することが可能となる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、接触不可能な搬送中の測定対象物の温度を正確に測定することが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、透過性の低い部材の温度を、透過性の低い部材と接触する熱電対により正確に測定することが可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、特定波長の放射エネルギーに対して透過性の高いシリコンウエハの温度を正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明に係る温度測定装置の概要図である。
【図２】この発明に係る温度測定装置の主要な制御系を示すブロック図である。
【図３】準備工程を示すフローチャートである。
【図４】リフレクター２の温度と、放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度と熱電対５により測定したシリコンウエハ１の実際の温度との誤差を示すグラフである。
【図５】温度測定工程を示すフローチャートである。
【図６】この発明を適用した場合の、補正前後の誤差を説明するための表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る温度測定装置の概要図である。
【００２１】
この温度測定装置は、測定対象物としての太陽電池用パネル基板を製造するためのシリコンウエハ１を、図示しない搬送装置により、非透過部材としてのステンレス製のリフレクター２の上部を水平方向に搬送しながら、このシリコンウエハ１の温度を、放射温度計３により測定する構成を有する。放射温度計３としては、サーモグラフィーやパイロメータ等を使用することができる。
【００２２】
なお、この実施形態は、太陽電池用パネル基板用のシリコンウエハ１を、温度制御した状態で処理する太陽電池の製造工程の一部において、リフレクター２の上部を水平方向に搬送されるシリコンウエハ１の温度を測定するものである。但し、この発明は、このような形態に限定されるものではなく、特定波長域の放射エネルギーに対して透過性を有する測定対象物の温度を、特定波長域の放射エネルギーに対する透過性の低い非透過部材と重畳させた状態で測定するその他の構成にも同様に適用することが可能である。
【００２３】
放射温度計３は、シリコンウエハ１から放射される特定波長域の放射線としての赤外線を測定することにより、シリコンウエハ１の温度を非接触方式で測定するものである。なお、後述するように、シリコンウエハ１の温度を放射温度計３により測定する時には、リフレクター２の温度が、接触式の温度計である熱電対４により測定される。なお、この熱電対４および後述する熱電対５としては、シース熱電対、測温抵抗体、サーミスタ等を使用することができる。
【００２４】
このような構成を有する温度測定装置によりシリコンウエハ１の温度を測定する場合においては、放射温度計３により、シリコンウエハ１の表面と直交する方向からシリコンウエハ１の温度を測定する構成であることから、シリコンウエハ１の表面に対して傾斜した方向からシリコンウエハ１の温度を測定する場合のように、放射温度計３がシリコンウエハ１の表面で反射した他の物体からの放射エネルギーをも測定することを防止することができ、シリコンウエハ１からの放射エネルギーのみを測定することが可能となる。
【００２５】
一方、このような構成を有する温度測定装置によりシリコンウエハ１の温度を測定する場合においては、シリコンウエハ１が赤外線に対して透過性を有することから、シリコンウエハ１からの赤外線のみではなく、シリコンウエハ１を通過したリフレクター２からの赤外線も放射温度計３に到達するために、シリコンウエハ１の温度を正確に測定できないという問題が生ずる。このため、この発明に係る温度測定装置においては、放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度とシリコンウエハ１の実際の温度との誤差と、リフレクター２の温度との関係を示す関係式に基づいて放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度を補正する構成を採用している。
【００２６】
図２は、この発明に係る温度測定装置の主要な制御系を示すブロック図である。
【００２７】
この発明に係る温度測定装置は、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭおよび論理演算を実行するＣＰＵを備え、装置全体を制御する制御部１０を備える。この制御部１０は、上述した放射温度計３と、熱電対４とに接続されている。また、この制御部１０は、後述する関係式を求める準備工程において、シリコンウエハ１の温度を接触方式で測定するための熱電対５と、リフレクター２の温度を変更するための加熱機構６とを備える。なお、熱電対５はこの発明に係る第１の温度センサに相当し、熱電対４はこの発明に係る第２の温度センサに相当する。ここで、上述した熱電対５および加熱機構６は、後述する関係式演算工程が終了した後には、制御部１０と接続されている必要はないことから、熱電対５および加熱機構６を制御部１０から取り外すようにしてもよい。
【００２８】
また、この制御部１０は、放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度とシリコンウエハ１の実際の温度との誤差と、リフレクター２の温度との関係を示す関係式を演算する関係式演算部１１と、この関係式を記憶する関係式記憶部１２と、この関係式を利用して放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度を補正する温度補正部１３とを備える。
【００２９】
次に、この発明に係る温度測定装置による温度測定動作について説明する。この発明に係る温度測定装置によりシリコンウエハ１の温度を測定するためには、準備工程において、放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度とシリコンウエハ１の実際の温度との誤差と、リフレクター２の温度との関係を示す関係式を演算し、記憶する。図３は、この準備工程を示すフローチャートである。
【００３０】
準備工程においては、最初に、図２に示す加熱機構６によりリフレクター２を加熱する（ステップＳ１１）。そして、測定対象物であるシリコンウエハ１の等価物となるシリコンウエハを放射温度計３と対向する位置に配置し、放射温度計３により測定した測定対象物であるシリコンウエハ１と等価物であるシリコンウエハの温度を、第１の温度として測定する。また、熱電対５により、測定対象物であるシリコンウエハ１と等価物であるシリコンウエハの温度を、第２の温度として測定する。さらに、熱電対４により、リフレクター２の温度を、第３の温度として測定する（ステップＳ１２）。なお、「測定対象物であるシリコンウエハ１の等価物」とは、特定波長域の放射エネルギーに対して、測定対象物であるシリコンウエハ１と同一の透過性を有するものであれば良く、この条件を満たす限り、例えば、測定対象物以外のシリコンウエハでもよく、あるいは、測定対象物であるシリコンウエハ１そのものでもよい。
【００３１】
この動作を、リフレクター２の温度を変更して複数回繰り返す。すなわち、温度測定が終了するまで（ステップＳ１３）、加熱機構６によるリフレクター２の加熱温度を変更し（ステップＳ１４）、第１、第２、第３の温度の測定を行う（ステップＳ１２）。そして、必要な温度データが得られたら（ステップＳ１３）、放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度とシリコンウエハ１の実際の温度との誤差と、リフレクター２の温度との関係を示す関係式を演算する（ステップＳ１５）。この関係式の演算は、図２に示す関係式演算部１１において、例えば、最小二乗法等を用いて行われる。
【００３２】
図４は、リフレクター２の温度と、放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度と熱電対５により測定したシリコンウエハ１の実際の温度との誤差を示すグラフである。
【００３３】
この図において、横軸は熱電対４により測定したリフレクター２の温度を示し、縦軸は放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度と熱電対５により測定したシリコンウエハ１の実際の温度との誤差を示している。なお、図４における四角印は、上述した温度測定工程（ステップＳ１２）において測定した温度に基づくデータを示している。上述したように、放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度と熱電対５により測定したシリコンウエハ１の実際の温度との間には、シリコンウエハ１を透過するリフレクター２からの放射エネルギーに起因する差異が生ずる。このグラフに示すように、リフレクター２の温度が変化したときの誤差の値をプロットすることにより、リフレクター２の温度と誤差の関係を示す関係式を得ることができる。
【００３４】
なお、このグラフに示す実施形態においては、縦軸は放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度と熱電対５により測定したシリコンウエハ１の実際の温度との誤差をＹとし、熱電対４により測定したリフレクター２の温度をＸとしたとき、下記の式を近似的に得ることができる。
【００３５】
Ｙ＝０．０２７１Ｘ−０．２８１３
この関係式は、図２に示す関係式記憶部１２に記憶される（ステップＳ１６）。
【００３６】
以上の準備工程が完了すれば、実際の測定対象物であるシリコンウエハ１の温度を測定する。図５は、このときの温度測定工程を示すフローチャートである。
【００３７】
温度測定は、図１に示すように、図示しない搬送装置により測定対象物であるシリコンウエハ１がリフレクター２の上部において放射温度計３と対向する位置に配置された状態で実行される。このときには、最初に、放射温度計３によりシリコンウエハ１の温度が測定される（ステップＳ２１）。また、これと並行して、熱電対４によりリフレクター２の温度が測定される（ステップＳ２２）。
【００３８】
次に、図２に示す関係式記憶部１２に記憶された関係式を読み出す（ステップＳ２３）。そして、放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度を補正する（ステップＳ２４）。このときには、図２に示す温度補正部１３が、読み出された関係式に対して、ステップＳ２２で測定したリフレクター２の温度を代入してそのときの誤差を演算し、放射温度計３により測定した温度を演算後の誤差に基づいて補正することにより、温度の補正が行われる。これにより、実際のシリコンウエハ１の温度に相当する測定温度が認定される。この測定温度は、シリコンウエハ１の処理の制御に利用され、また、必要に応じ、表示部等に表示される。
【００３９】
図６は、この発明を適用した場合の、補正前後の誤差を説明するための表である。
【００４０】
図６に示す表においては、放射温度計３によるシリコンウエハ３１温度の測定値をｂ、熱電対５により測定した実際のシリコンウエハ１の温度をａ、熱電対４により測定したリフレクター２の温度をｃ、放射温度計３により測定したシリコンウエハ１の温度と実際のシリコンウエハ１の温度との誤差をｂ−ａ、上述した関係式を利用して求めた温度の補正値をｄ、放射温度計３によるシリコンウエハ１の温度の測定値ｂをこの補正値ｄにより補正した補正後の温度をｂ−ｄ、この補正後の温度と熱電対５により測定した実際のシリコンウエハ１の温度との誤差をａ−（ｂ−ｄ）で示している。なお、表中の数字は、温度（°Ｃ）を示すものである。この表からわかるように、関係式を利用して温度を補正することにより、シリコンウエハ１の温度を−０．７°Ｃ〜０．８°Ｃの誤差範囲内で精度よく測定することが可能となる。なお、図６に示す表に示すように、補正を行わない場合には、最大５°Ｃの誤差が生じることとなる。
【符号の説明】
【００４１】
１      シリコンウエハ
２      リフレクター
３      放射温度計
４      熱電対
５      熱電対
６      加熱機構
１０    制御部
１１    関係式演算部
１２    関係式記憶部
１３    温度補正部
【図１】
2015184234.tif 000003
【図２】
2015184234.tif 000004
【図３】
2015184234.tif 000005
【図４】
2015184234.tif 000006
【図５】
2015184234.tif 000007
【図６】
2015184234.tif 000008