(57)【要約】【課題】本発明は、視野の狭い集光部を有することで迷光の入射を防止し、集光部に傷が生じたり異物が付着しても測定温度に影響が及ばない放射温度計を提供することを課題とする。【解決手段】サセプタ４から放射される光を光ファイバロッド１１により集光し、集光した放射光の強度をサセプタの温度に換算する。光ファイバロッド１１は中央のコア１２と周囲のクラッド１３とよりなる。クラッド１３の表面の一部に、クラッド１３の屈折率より大きな屈折率を有する材質よりなる光放出層１５が設けられる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象から放射される光を集光する集光部と、該集光部により集光した放射光の強度を該測定対象の温度に換算する検出部とを有する放射温度計であって、
前記集光部は、中央のコアと周囲のクラッドとよりなる光ファイバロッドにより形成され、
前記クラッドの表面の一部に、前記クラッドの屈折率より大きな屈折率を有する材質よりなる光除去層が設けられたことを特徴とする放射温度計。
【請求項２】
請求項１記載の放射温度計であって、
前記光ファイバロッドは石英により形成されることを特徴とする放射温度計。
【請求項３】
請求項１記載の放射温度計であって、
前記光除去層は、黒色樹脂塗料を前記光ファイバロッドの前記クラッドに塗布して形成した被覆層であることを特徴とする放射温度計。
【請求項４】
請求項３記載の放射温度計であって、
前記被覆層の上に保護層が設けられたことを特徴とする放射温度計。
【請求項５】
請求項１記載の放射温度計であって、
前記光ファイバロッドは、測定対象が配置される雰囲気から遮断された空間から該測定対象が配置される雰囲気の空間に渡って延在し、
前記光除去層は、前記測定対象が配置される雰囲気から遮断された空間において、前記光ファイバロッドに設けられたことを特徴とする放射温度計。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の放射温度計であって、
前記光ファイバロッドのコアの直径が８００μｍであり、クラッドの厚みが１００μｍであり、
前記光除去層の長さは、前記光ファイバロッドの軸に沿った長さが３０ｍｍ以上であることを特徴とする放射温度計。
【請求項７】
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の放射温度計であって、
前記光除去層の長さは、前記光ファイバロッドのコアの直径に基づいて決定されることを特徴とする放射温度計。
【請求項８】
放射温度計を備えた半導体製造装置であって、
内部に測定対象が配置される処理容器と、
測定対象を加熱するための加熱装置と、
該測定対象に近接して配置され、該測定対象からの放射光を集光する集光部と、
該集光部により集光した放射光の強度を温度に換算する検出部と
を有し、
前記集光部は、中央のコアと周囲のクラッドとよりなる光ファイバロッドにより形成され、
前記クラッドの表面の一部に、前記クラッドの屈折率より大きな屈折率を有する材質よりなる光除去層が設けられたことを特徴とする放射温度計を備えた半導体製造装置。
【請求項９】
請求項８記載の放射温度計を備えた半導体製造装置であって、
前記光ファイバロッドは、前記処理容器の壁部を貫通して前記処理容器内に延在し、
前記光除去層は、前記処理容器の外側において前記光ファイバロッドの前記クラッドの外周面に設けられることを特徴とする放射温度計を備えた半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射温度計に係わり、より詳しくは測定対象から放射された光を検出器まで伝達して放射光の強度に基づいて測定対象の温度を演算により求める放射温度計に関する。
【０００２】
半導体ウェハを加熱しながら処理する処理装置において、載置台に載置された半導体ウェハの温度を非接触で測定する方法として、載置台の温度を測定してこの温度から半導体ウェハの温度を演算して推定する方法が用いられている。
【０００３】
【従来の技術】
図１は半導体ウェハの処理装置に設けられた従来の放射温度計の概要を示す図である。
【０００４】
図１に示す処理装置は、処理容器１と、処理容器１の外部に設けられた加熱装置２とを有する。加熱装置２はハロゲンランプ２ａ等を用いたランプ加熱装置であり、処理容器１の底部に設けられた石英ウィンドウ３を通じてランプ光（熱線）を処理容器１の内部に向けて照射する。処理容器１内には、ウェハＷの載置台としてサセプタ４が設けられており、加熱装置２からのランプ光はサセプタ４の裏面に照射され、サセプタ４全体がランプ光により加熱される。
【０００５】
ウェハＷはサセプタ４上に載置されて、サセプタ４からの熱伝達により所定の温度に加熱される。処理容器１の上部にはシャワーヘッド５が設けられ、シャワーヘッド５から処理ガスが処理容器１内に供給されて、ウェハＷは所定の温度の下で成膜処理等の処理が施される。
【０００６】
上述の処理装置で行う処理において、精度の高い高品質の処理を行うには、ウェハＷの温度を精度よく制御する必要がある。そのためには、ウェハＷの温度を精度よく測定する必要がある。ウェハＷに接触型の温度測定器を用いると処理の品質が損なわれるため、一般的にサセプタ４の温度を測定してウェハＷの温度を推定する方法が用いられる。
【０００７】
サセプタ４の温度を測定するには、サセプタ４からの放射光の強度を測定して温度に換算する放射温度計が用いられる。放射温度計は、サセプタ４からの放射光を集光する集光部であるロッド７と、検出部７で集光した放射光を検出器まで導く光ファイバ８と、放射光の強度を温度に換算する検出器９とを有する。検出器９で検出された温度の値は電力制御器１０に供給され、電力制御器１０は加熱装置２のランプ２ａへの供給電力を制御する。これにより、サセプタ４の温度を制御してウェハＷの温度を所定の値に維持する。
【０００８】
放射温度計の集光部であるロッド７は、一般的に石英やサファイヤ等の安定した材質よりなる透明なロッドである。すなわち、透明なロッド７の端面から入射した放射光は、ロッド７を伝播して光ファイバ８に導かれ、光ファイバ８を通じて検出器９に供給される。
【０００９】
図２は上述の放射温度計のロッド７による集光を説明するための図である。放射温度計の集光部を構成するロッド７は、処理容器１の側壁を貫通して処理容器１内に導入される。そして、ロッド７の端部は、サセプタ４の側面から内部に向かって延在する穴４ａに挿入される。したがって、穴４ａ内において、ロッド７の端面７ａに所定の角度で入射したサセプタ４からの放射光は、ロッド７内で全反射を繰り返しながら伝播し、光ファイバ８に導入される。
【００１０】
ロッド７の端面７ａに入射する放射光のうち、所定の角度より大きな角度で入射した光は、ロッド７の外周表面での全反射の条件を満たさないため、ロッド７内に入射しても、すぐにロッド７の外部に出てしまう。ロッド７の端面７ａにおいて入射する光が全反射の条件を満たすための角度を視野と称し、視野の広さは図２において角度θで表される。すなわち、角度θの範囲内で入射した放射光がロッド７内を伝播して光ファイバ８に導入され、この放射光の強度が温度に換算される。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−１０９５４７号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平９−７９９１１号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平１０−１７６９５４号公報
【００１４】
【特許文献４】
国際公開第００／５８７００号パンフレット
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示すように、ロッド７の端部を穴４ａに挿入して、サセプタ４からの放射光以外の光がロッド７の端面７ａに入射しないようにしているが、サセプタ４を加熱するためのランプ光の一部はサセプタ４を透過してサセプタ４の内部に達する。したがって、ロッド７の端面７ａの視野の角度内に入る透過光（いわゆる迷光）もロッド７の内部を伝播して光ファイバ８に導入されてしまい、その分、実際の放射光の強度より強くなってしまう。
【００１６】
視野が広いロッド７の場合、端面７ａに近いランプから照射された光とロッドの端面７ａとの間の光路におけるサセプタ４の距離が短い。このため、ランプから照射された光がサセプタ４に十分に吸収されて減衰する前にロッド７の端面に到達し、ロッドに入射してロッド７内を伝播する放射光の強度がその分増大してしまう。
【００１７】
このようなサセプタ４を透過してロッド７に入射する透過光は、実際のサセプタ４から放射される放射光ではなく、温度換算には不要は光である。したがって、放射光に基づいて換算される温度の値が、透過光の分実際の温度より高くなってしまうという問題がある。
【００１８】
また、ロッド７は処理容器１の外側からサセプタの中央付近まで延在する長さであり、外周面に傷が生じたり異物が付着したりするおそれがある。ロッド７の外周面に傷が生じると、傷の部分から光がロッド７内に入射し、反対にロッド７内を伝播する光が出てしまうことがある。また、光の屈折率がロッド７の材質より大きい付着物がロッド７の外周面に付着すると、ロッド７の外周面での全反射の条件が変わってしまい、本来ロッドの外周面において全反射してロッド７を伝播する光が、付着物の部分からロッド７の外へ出てしまう。
【００１９】
したがって、ロッド７の外周面に傷が生じたり異物が付着したりすると、ロッド７により集光した放射光の強度が変化してしまい、正確な温度が求められないという問題が生じる。
【００２０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、視野の狭い集光部を有することで迷光の入射を防止し、集光部に傷が生じたり異物が付着しても測定温度に影響が及ばない放射温度計及びそのような放射温度計を備えた半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、測定対象から放射される光を集光する集光部と、該集光部により集光した放射光の強度を該測定対象の温度に換算する検出部とを有する放射温度計であって、前記集光部は、中央のコアと周囲のクラッドとよりなる光ファイバロッドにより形成され、前記クラッドの表面の一部に、前記クラッドの屈折率より大きな屈折率を有する材質よりなる光除去層が設けられたことを特徴とする放射温度計が提供される。
【００２２】
上述の発明において、前記光ファイバロッドは石英により形成されることとしてもよい。また、前記光除去層は、黒色樹脂塗料を前記光ファイバロッドの前記クラッドに塗布して形成した被覆層であることが好ましい。さらに、前記被覆層の上に保護層が設けられたこととしてもよい。
【００２３】
また、本発明による放射温度計において、前記光ファイバロッドは、測定対象が配置される雰囲気から遮断された空間から該測定対象が配置される雰囲気の空間に渡って延在し、前記光除去層は、前記測定対象が配置される雰囲気から遮断された空間において、前記光ファイバロッドに設けられることとしてもよい。また、前記光ファイバロッドのコアの直径が８００μｍであり、クラッドの厚みが１００μｍであり、前記光除去層の長さは、前記光ファイバロッドの軸に沿った長さが３０ｍｍ以上であることが好ましい。さらに、前記光除去層の長さは、前記光ファイバロッドのコアの直径に基づいて決定されることが好ましい。
【００２４】
また、本発明によれば、放射温度計を備えた半導体製造装置であって、内部に測定対象が配置される処理容器と、測定対象を加熱するための加熱装置と、該測定対象に近接して配置され、該測定対象からの放射光を集光する集光部と、該集光部により集光した放射光の強度を温度に換算する検出部とを有し、前記集光部は、中央のコアと周囲のクラッドとよりなる光ファイバロッドにより形成され、前記クラッドの表面の一部に、前記クラッドの屈折率より大きな屈折率を有する材質よりなる光除去層が設けられたことを特徴とする放射温度計を備えた半導体製造装置が提供される。
【００２５】
上述の半導体製造装置において、前記光ファイバロッドは、前記処理容器の壁部を貫通して前記処理容器内に延在し、前記光除去層は、前記処理容器の外側において前記光ファイバロッドの前記クラッドの外周面に設けられることが好ましい。
【００２６】
上述の発明によれば、放射温度計の集光部を光ファイバロッドにより形成したことにより、集光部の視野が狭くなり、迷光や背景光が集光部に入射することを防止できる。これにより、測定対象からの放射光のみを放射温度計の検出部に供給することができ、精度の高い温度測定を行なうことができる。
【００２７】
また、光ファイバロッドに光除去層を設けることにより、光ファイバロッドのクラッドを伝播する光を光ファイバロッドの外部に放出することができる。クラッドを伝播する光を光除去層から積極的に光ファイバロッドの外部へ放出することにより、光ファイバロッド中を伝播する光は、コアを伝播する光のみとなる。クラッドを伝播する光はクラッドの表面の状態に影響されるが、コアを伝播する光はクラッドの表面の状態に影響されないので、クラッドの表面に付着物が付着しても光ファイバロッドにより集光された光の強度は変動することがない。したがって、集光部の表面の状態に拘わりなく、精度のよい温度測定を行なうことができる。
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２８】
図３は本発明の実施例による放射温度計の集光部を示す図である。本発明の一実施例による放射温度計は、集光部以外は図１に示す放射温度計と同様な構成であり、その説明は省略する。
【００２９】
図３に示す集光部は、従来のロッド７の代わりに光ファイバロッド１１により構成されている。光ファイバロッド１１は、コア１２の周囲にクラッド１３を被覆したものであり、例えばコア１２の直径は約０．８ｍｍ、光ファイバロッド１１の直径は約１．０ｍｍである。放射温度計を半導体製造装置に用いる場合、コア１２の材質は石英であることが好ましい。
【００３０】
集光部としての光ファイバロッド１１の先端は、サセプタ４の穴４ａに挿入され、光ファイバロッド１１の端面１１ａに入射する放射光は光ファイバロッド１１により集光され、光ファイバ８を通じて検出器９へと送られる。
【００３１】
光ファイバロッド１１は、クラッド１３を有するため、視野の角度θが狭くなる特性を有している。すなわち、図２と図３を比較すると分かるように、光ファイバロッド１１を用いたほうが、ロッド７を用いた場合より視野が狭くなる。したがって、光ファイバロッド１１を用いた場合のほうが、光ファイバロッド１１の端面１１ａに近い場所に位置するランプ２ａからの光が集光部に入らなくなる。光ファイバロッド１１の端面１１ａに遠い場所に位置するランプ２ａからの光については、光ファイバロッド１１の端面１１ａに入射するまでの光路におけるサセプタ４の距離が長いため、ランプ２ａからの光はサセプタ４に吸収され、光ファイバロッド１１には届かない。
【００３２】
したがって、光ファイバロッド１１を用いることにより、集光部に近いランプ２ａからの光も遠いランプ２ａからの光も光ファイバロッド１１に入射することがなく、迷光の入射を防止することができる。これにより、検出器９に送られる光には迷光（または、背景光）が含まれず、温度換算に用いるべき放射光のみを検出器９へ送ることができ、正確な温度を求めることができる。
【００３３】
図４は、光ファイバロッド１１内の光の伝播を示す図である。図４において、実線の矢印はコア１２とクラッド１３の境界面で全反射しながらコア１２内を伝播する光を示す。点線の矢印は、クラッド１３と外側の空気との境界面において全反射しながら光ファイバロッド１１内を伝播する光を示す。光ファイバロッド１１内に入射した光は、図４に示すよう光ファイバロッド１１内を伝播して光ファイバ８に導入される。なお、図４にはコア１２及びクラッド１３の屈折率が示されている。コア１２とクラッド１３との境界面において光を全反射させるには、クラッド１３の屈折率はコア１２の屈折率より小さく設定される。
【００３４】
ここで、上述の放射温度計を図１に示すように半導体製造装置に組み込んだ場合を考える。半導体製造装置がウェハＷに薄膜生成処理を施す成膜装置である場合、光ファイバロッド１１は処理容器１の側壁を貫通して内部まで延在し、光ファイバロッド１１の端部は処理容器１内のサセプタ４の穴４ａに挿入される。したがって、光ファイバロッド１１の表面が処理容器１内の雰囲気に曝されることがある。この場合、光ファイバロッド１１の表面（クラッド１３の表面）に成膜処理で生成される物質が付着することがある。
【００３５】
図５は、上述のように付着物が表面に形成された光ファイバロッド１１内の光の伝播を示す図である。付着物１４の屈折率は一般にクラッド１３の屈折率より大きい。このため、クラッド１３の表面にて全反射すべき光は、全反射せずに付着部１４に入射し、付着物１４に吸収されてしまうか、あるいは付着物１４から周囲に放出されてしまう。
【００３６】
このように、付着物１４が光ファイバロッド１１の表面に付着すると、光ファイバロッド１１内を伝播する光の一部が外に出てしまい、付着物１４の有無により光ファイバ８に導入する光の強度が変化（減少）してしまう。その結果、放射温度計の検出器９により得られるサセプタ４の温度は実際より低い値となる。このように実際より低い温度値が電力制御器１０に供給されるため、電力制御器１０はランプ２ａに供給する電力を増大させてサセプタ４を更に加熱してしまう。
【００３７】
そこで、上述の問題を解決するために、本実施例では、図５に示すように、光ファイバロッド１１の表面（クラッド１３の表面）に、クラッド１３の屈折率より大きい屈折率を有する物質よりなる光除去層１５を予め設けておく。これにより、クラッド１３の表面で全反射する光を積極的に光ファイバロッド１１の外に放出させてしまい、光ファイバロッド１１を伝播して光ファイバ８に導入される光を、コア１２内を伝播する光だけとしてしまう。すなわち、クラッド１３の表面で全反射すべき光を全てクラッド１３の外に逃がしてしまい、クラッド１３を伝播する光をなくしてしまう。したがって、光ファイバロッド１１の表面に付着物１４が存在する場合でもしない場合でも、光ファイバロッド１１内を伝播する光はコア１２内を伝播する光だけとなり、付着物１４の有無により光ファイバロッド１１を伝播する光の強度が変動することはない。
【００３８】
また、光除去層１５をクラッド１３の表面に設けることは、光ファイバロッド１１の表面に傷あるいは損傷生じたような場合にも効果がある。すなわち、クラッド１３の表面に傷がついて、クラッド内を伝播する光がこの傷から光ファイバロッド１１の外へ出たり、傷の周囲から光がクラッド１３に入射したとしても、クラッド１３内を伝播する光は全て光除去層１５を通じて光ファイバロッド１１の外に放出されるので、光ファイバロッド１１内を伝播する光はコア１２内を伝播する光だけとなり、傷の有無により光ファイバロッド１１を伝播する光の強度が変動することはない。
【００３９】
なお、本実施例において、例えば、コア１２、クラッド１３及び光除去層１５の屈折率は、夫々１．４５２、１．４３９及び２〜３程度である。
【００４０】
図６は、図１に示すような半導体製造装置において、光ファイバロッド１１に光除去層１５を設けた場合を示す図である。光ファイバロッド１１の表面に光除去層１５を設ける位置は、処理容器１の外側であることが好ましい。これは、処理容器１の内部は成膜領域であり、光除去層１５を形成する物質が成膜領域を汚染することがないようにするためである。また、成膜領域は腐蝕環境である場合もあり、光除去層１５を腐蝕環境に曝されないようにするためにも、光除去層１５を処理容器１の外側に設けることが好ましい。
【００４１】
図６において、光ファイバロッド１１は処理容器１の側壁を貫通して処理容器１内に延在している。処理中は、処理容器１内は減圧環境に維持する必要があるため、光ファイバロッド１１の貫通部分には真空シール１６が設けられる。光除去層１５は、真空シール１６の外側、すなわち大気領域に設けられている。
【００４２】
一般的に、光ファイバロッド１１はフィードスルーを用いて処理容器１に取り付けられるが、光除去層１５をフィードスルー内に設けることとしてもよい。また、フィードスルー内において、集光部としての光ファイバロッド１１を、検出器９まで光を送るための光ファイバ８に接続することとしてもよい。
【００４３】
光除去層１５は、クラッド１３の屈折率より大きい屈折率を持つ物資として、例えば黒色樹脂塗料をクラッド１３の表面に塗布することにより形成される。図７は、光除去層１５として黒色樹脂塗料を光ファイバロッド１１の表面に塗布した場合に、光ファイバロッド１１内を伝播する光の強度と黒色樹脂塗料により被覆する部分の長さとの関係を示すグラフである。また、図８は図７に示す光の強度を温度に換算した値を示すグラフである。
【００４４】
図７のグラフを得るために用いた光ファイバロッド１１の直径は１．０ｍｍであり、コアの直径は０．８ｍｍであった。すなわち、コアの直径が８００μｍ、クラッドの厚みが１００μｍｍであった。また、光ファイバロッド１１の先端は黒体炉中に挿入され、黒体炉の温度を４００℃程度に設定して放射光を光ファイバロッド１１に導入した。
【００４５】
図７のグラフから分かるように、黒色樹脂塗料の被覆長さを増大すると急激に光の強度は減少するが、被覆長さがある程度に達すると光の強度の減少は飽和し、一定となった。黒色樹脂塗料の被覆長さを３０ｍｍ（３ｃｍ）とした場合に、光の強度の減少はほぼ飽和し、黒色樹脂塗料を塗布しない場合の光ファイバロッド１１により伝播される光の強度を１とすると、光ファイバロッド１１を伝播する光の強度は０．６５となった。図６に示す光の強度を放射温度計により温度に換算すると、黒色樹脂塗料を塗布しない場合の温度は３９７℃であるのに対して、黒色樹脂塗料の被覆長さを３０ｍｍとした場合には３６９℃となった。すなわち、測定対象の温度（この場合は黒体炉の温度）が変化していないにもかかわらず、放射温度計により求めた温度は３０℃以上変動することがわかった。
【００４６】
上述の実験により、光除去層１５（黒色樹脂塗料）の被覆長さを３ｃｍとすれば、放射温度計により換算した温度の変動をなくすことができることがわかった。なお、実験では、黒色樹脂塗料を熱収縮チューブにより覆うことにより、黒色樹脂塗料が光ファイバロッド１１の表面から剥がれたり傷が付いたりすることを防止した。実際の場合にも、光除去層１５を２層構造として、内側の層に光放出機能を持たせ、外側の層を保護層とすることが好ましい。
【００４７】
図９は光除去層１５が設けられていない光ファイバロッド１１を用いた放射温度計により、半導体製造装置におけるサセプタの温度（ウェハの温度）と加熱装置への供給電力とを測定した結果を示すグラフである。また、図１０は光除去層１５が設けられた光ファイバロッド１１を用いた放射温度計により、半導体製造装置におけるサセプタの温度（ウェハの温度）と加熱装置への供給電力とを測定した結果を示すグラフである。
【００４８】
図９及び図１０に示すグラフは、サセプタ４の中央部と周囲部（端部）において放射温度計により測定した温度を示している。また、加熱装置２は、サセプタ４の中央部分を主に加熱するランプと、サセプタ４の周囲部分を主に加熱するランプとを有しており、それらのランプに供給される電力が示されている。さらに、放射温度計による測定値ではなく、サセプタ４の実際の温度を熱電対（サーモカップル：ＴＣ）により測定した値が示されている。
【００４９】
図９のグラフに示されるように、熱電対により測定したサセプタ４の周囲部の実際の温度は、ウェハＷを処理容器１に投入して処理を開始してからある程度の時間が経つと上昇し、上昇する前の温度に比べて３０℃程度高い値となった。これは、光ファイバロッド１１の処理容器１内で露出する部分に薄膜が形成されて付着物となったためであると考えられる。すなわち、処理容器１内で光ファイバロッド１１に付着物が付着し、その結果、放射温度計により得られるウェハの温度が低下する。そこで、電力制御器１０は、ウェハＷ（すなわちサセプタ４）の温度を一定に維持しようとして、加熱装置２に供給する電力を増大して更に加熱する。これにより、放射温度計により測定される温度は一定に維持されるが、サセプタ４すなわちウェハＷの実際の温度（熱電対により測定した温度）は上昇してしまう。
【００５０】
放射温度計により求めた温度と、熱電対により測定した温度との差は３０℃程度であり、上述の図１０に示す温度差とほぼ一致した。すなわち、処理容器１内での処理により光ファイバロッド１１の表面に付着物が形成され、この付着物により光ファイバロッド１１のクラッド１３を伝播する光がほとんど全て外部に放出されてしまったものと考えられる。
【００５１】
一方、図１０に示すように、光除去層１５を設けた光ファイバロッド１１を用いた場合は、処理中の加熱装置２への供給電力はほぼ一定であり、放射温度計による測定温度と、サセプタ４の実際の温度（熱電対により測定した温度）とはほぼ同じ値であった。したがって、光除去層１５によりクラッドを伝播する光は除去されように構成されているため、処理容器１内での処理により光ファイバロッド１１の表面に付着物が形成されても、放射温度計により求めた測定温度には影響がなく、精度の高い温度測定を達成できることがわかった。
【００５２】
図１１は、図１０のグラフを求めた半導体製造装置において、ウェハＷを加熱するために加熱装置２のランプ２ａを点灯したときのサセプタ４の温度変化を示すグラフである。ランプ２ａに電力を供給した瞬間から、放射温度計により測定したサセプタ４の温度及び熱電対により測定したサセプタ４の実際の温度は上昇しはじめる。
【００５３】
もし、ランプ２ａからの光がサセプタ４を透過して光ファイバロッド１１に入射しているのであれば、図１１において円形の範囲において、放射温度計により測定したサセプタ４の温度の上昇率は、実際の温度の上昇率より大きくなってしまうはずである。しかし、図１１のグラフにおいて、放射温度計により測定したサセプタ４の温度の上昇率は、実際の温度の上昇率とほぼ同じであり、ランプ２ａからの光がサセプタ４を透過して光ファイバロッド１１に入射していないことが確認できた。すなわち、集光部にコア１２とクラッド１３よりなる光ファイバロッド１１を用いたことにより、視野が狭くなり、集光部に近いランプ２ａからの光がサセプタを透過しても光ファイバロッド１１には入射していないことが確認できた。
【００５４】
次に、光除去層１５の被覆長さについて考察する。上述の実験では、光除去層１５の被覆長さを３０ｍｍとすれば十分な効果があることがわかったが、ここで、光除去層１５の被覆長さを計算により求めてみる。
【００５５】
図１２は光ファイバロッド１１においてクラッド１３を伝播する光の光路を示す図である。図１２中、コア１２の直径をｄ１とし、光ファイバロッド１１の断面におけるクラッド１３の幅（すなわち、クラッドの厚み）をｄ２とする。
【００５６】
図１２において、光が入射角θ０で光ファイバロッド１１の端面１１ａに入射した場合の屈折角をθ１とする。また、コア１２からクラッド１３に入射した光の屈折角をθ２とする。また、入射角θ０で光ファイバロッド１１に入射した光がクラッド１３の表面で全反射し、次に反対側でクラッド１３の表面で全反射する際の反射点間の距離（光ファイバロッド１１の軸方向の長さ）をＡとする。すなわち、光ファイバロッドの長さがＡの範囲で、光が最低一回以上クラッドの表面に到達する。
【００５７】
ここで、空気の屈折率ｎ０が１．０００、コア１２の屈折率ｎ１が１．４５２、クラッドの屈折率ｎ２が１．４３９とする。また、光ファイバロッド１１の端面１１ａには、０〜９０度の方向から等方的に光が入射すると仮定する。すなわち、入射角が光量を表すものとする。入射角θ０が下記の全反射の条件を満たす場合（上記屈折率ではθ０が０〜１１．１７８度）、光は光ファイバロッド１１内を全反射しながら伝播する。この光の強度が温度に換算される。
【００５８】
ここで、全反射する成分の最大入射角θＣについて、以下の関係式が成り立つ。
【００５９】
ｓｉｎθ１＝（ｎ０／ｎ１）ｓｉｎθＣ
（ｎ１／ｎ２）ｓｉｎ（９０−θＣ）＝１
ｃｏｓθＣ＝ｎ２／ｎ１
ｓｉｎ２θＣ＋ｃｏｓ２θＣ＝１
以上の関係式より、
ｓｉｎθＣ＝（ｎ０／ｎ１）［１−（ｎ２／ｎ１）２］１／２
となる。このθＣを用いて除去すべき光の入射角θ０の最小値θｍｉｎ求める。ここで、角度θが張る立体角ΩをΩ＝２π（１−ｃｏｓθ）とし、許容される誤差をもとに光量変化の許容範囲を１０％と仮定すると、
［２π（１−ｃｏｓθ０ｍｉｎ）−２π（１−ｃｏｓθＣ）］／２π（１−ｃｏｓθＣ）＝１０％
ｃｏｓθ０ｍｉｎ＝１．１ｃｏｓθＣ−０．１
となる。したがって以下の式が成り立つ。
【００６０】
ｓｉｎθ１＝（ｎ０／ｎ１）ｓｉｎθ０ｍｉｎ
ｓｉｎθ２＝（ｎ１／ｎ２）ｓｉｎ（９０−θ１）＝（ｎ１／ｎ２）ｃｏｓθ１
θ０ｍｉｎから得られるθ１、θ２を用いて、Ａを求める。
【００６１】
Ａ＝２×ｄ２ｔａｎθ２＋ｄ１ｔａｎ（９０−θ１）
この距離Ａが、ファイバロッド１１内を伝播する光が、クラッドと空気との境界に到達するのに必要な最大距離となる。すなわち、光ファイバロッド１１の軸方向に距離Ａの長さだけ光除去層１５を設ければ、クラッド１３を伝播する光のほぼ全てを光除去層１５の部分から光ファイバロッド１１の外へ放出することができる。
【００６２】
実験結果によれば、ｄ１（コア）とｄ２（クラッド）がそれぞれ８００μｍと１００μｍの場合、被覆長さは３０ｍｍあれば十分であったが、上述の計算によれば、図１３に示すように、以下のようになることがわかる。
【００６３】
入射角θ０が０〜１１．１７８度の場合、光は光ファイバロッド内を全反射しながら伝播する。
【００６４】
▲１▼  ｄ１とｄ２がそれぞれ８００μｍと１００μｍの場合、Ａが３０ｍｍ以内で最低一回以上クラッドと空気の境界面（光ファイバロッドの外周面）に到達するには、入射角θ０は１１．２度以上必要である。
【００６５】
▲２▼  ｄ１とｄ２がそれぞれ８００μｍと２００μｍの場合、入射角θ０が１１．２度で入射した光が最低１回以上クラッドと空気の境界面（光ファイバロッドの外周面）に到達するには、Ａは５４ｍｍ以上必要である。
【００６６】
▲３▼  ｄ１とｄ２がそれぞれ１０００μｍと１００μｍの場合、入射角θ０が１１．２度で入射した光が最低１回以上クラッドと空気の境界面（光ファイバロッドの外周面）に到達するには、Ａは３１ｍｍ以上必要である。
【発明の効果】
本発明によれば、視野の狭い光ファイバロッドを集光部とすることで、迷光あるいは背景光の入射を防止し、集光部に傷が生じたり異物が付着しても測定温度に影響が及ぶことなく、精度のよい温度測定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウェハの処理装置に設けられた従来の放射温度計の概要を示す図である。
【図２】放射温度計のロッドによる集光を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例による放射温度計の集光部を示す図である。
【図４】ファイバ内の光の伝播を示す図である。
【図５】付着物が表面に形成された光ファイバロッド内の光の伝播を示す図である。
【図６】図１に示す半導体製造装置において、集光部としての光ファイバロッドに光除去層を設けた場合を示す図である。
【図７】光除去層として黒色樹脂塗料をファイバの表面に塗布した場合に、光ファイバロッド内を伝播する光の強度と黒色樹脂塗料により被覆する部分の長さとの関係を示すグラフである。
【図８】図７に示す光の強度を温度に換算した値を示すグラフである。
【図９】光除去層が設けられていない光ファイバロッドを用いた放射温度計により、半導体製造装置におけるサセプタの温度と加熱装置への供給電力とを測定した結果を示すグラフである。
【図１０】光除去層が設けられた光ファイバロッドを用いた放射温度計により、半導体製造装置におけるサセプタの温度と加熱装置への供給電力とを測定した結果を示すグラフである。
【図１１】加熱装置のランプを点灯したときのサセプタの実測温度及び放射温度計により測定した温度の変化を示すグラフである。
【図１２】光ファイバロッドにおいてクラッドを伝播する光の光路を示す図である。
【図１３】光ファイバロッドへの光の入射角と、入射した光が１回以上クラッド表面に到達するためのファイバロッドの長さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  処理容器
２  加熱装置
２ａ  ハロゲンランプ
３  石英ウィンドウ
４  サセプタ
４ａ  穴
５  シャワーヘッド
７  ロッド
７ａ  端面
８  光ファイバ
９  検出器
１０  電力制御器
１１  光ファイバロッド
１１ａ  端面
１２  コア
１３  クラッド
１４  付着物
１５  光除去層
１６  真空シール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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