(57)【要約】【課題】従来の温度測定装置では、電磁波が過剰であったり、プラズマにさらされていたり、電子線が飛び交っている状況ではセンサから情報を読み取るための電流の流れなどが乱され、正しく温度を測定することが困難であった。【解決手段】以上の課題を解決するために、半導体の所定の光の透過率が温度依存性を有することに基づいてセンサ本体となる半導体には何らの電流を用いずに半導体が置かれた雰囲気の温度を読み取ることを提案する。特に光源としてレーザーでなくハロゲンランプを用いることができ正確な温度測定が可能である。【選択図】図１
2017053666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を受けてこれを透過する半導体を含むセンサ部と、
前記透過光の強度を測定する透過光強度測定部と、
を有する半導体透過光温度センサ。
【請求項２】
さらに光源の光をセンサ部の半導体に導く第一導波路又は／及びセンサ部の半導体からの透過光を透過光強度測定部に導く第二導波路を有する請求項１に記載の半導体透過光温度センサ。
【請求項３】
センサ部の半導体の透過光を前記透過光強度測定部に向けて反射する反射部をさらに有する請求項１又は２に記載の半導体透過光温度センサ。
【請求項４】
前記光源はハロゲン光源である請求項１から３のいずれか一に記載の半導体透過光温度センサ。
【請求項５】
透過光強度測定部での測定結果を温度に換算するための検量部をさらに有する請求項１から４のいずれか一に記載の半導体透過光温度センサ。
【請求項６】
前記検量部は、温度範囲が−１９０℃から６５０℃の範囲の検量手段を有する請求項５に記載の半導体透過光温度センサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の半導体透過光温度センサと、
これによって内部温度を測定される温度測定チャンバとからなる温度測定システムであって、
前記温度測定チャンバは、窓と、内部に配置される半導体透過光温度センサのセンサ部と、を有し、
温度測定チャンバ外には、
半導体透過光温度センサの光源であって、前記窓を介してセンサ部の半導体に対して光を投射する光源と、
半導体透過光温度センサの透過光強度測定部であって、前記窓を介してセンサ部の半導体からの透過光を受光する透過光強度測定部と、が配置される温度測定システム。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一に記載の半導体透過光温度センサと、
これによって内部温度を測定される温度測定チャンバとからなる温度測定システムであって、
前記温度測定チャンバは、壁に設けられる気密端子と、内部に配置される導波路と、半導体透過光温度センサのセンサ部と、を有し、
温度測定チャンバの外には、
半導体透過光温度センサの光源であって、前記気密端子と前記導波路を介してセンサ部の半導体に対して光を投射する光源と、
半導体透過光温度センサの透過光強度測定部であって、前記導波路と前記気密端子を介してセンサ部の半導体からの透過光を受光する透過光強度測定部と、
が配置される温度測定システム。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか一に記載の半導体透過光温度センサと、
これによって内部温度を測定される温度測定チャンバとからなる温度測定システムであって、
前記温度測定チャンバは、壁に設けられる気密端子又は／及び窓と、内部に配置される導波路と、半導体透過光温度センサのセンサ部と、を有し、
温度測定チャンバの外には、
半導体透過光温度センサの光源であって、前記気密端子と前記導波路又は窓を介してセンサ部の半導体に対して光を投射する光源と、
半導体透過光温度センサの透過光強度測定部であって、窓又は前記導波路と前記気密端子を介してセンサ部の半導体からの透過光を受光する透過光強度測定部と、
が配置される温度測定システム。
【請求項１０】
光源から光源と隔離された空間内の半導体に光を投射する投射ステップと、
投射された光の半導体からの透過光を半導体から隔離された空間にて受光する受光ステップと、
受光した光の強度を測定する強度測定ステップと、
測定した光の強度と、半導体の同光源からの光の透過率と半導体の温度との関係を示した検量線を用いて半導体の温度を計算する計算ステップと、
を有する温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度の測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、温度の測定、特に工業生産の現場などでは熱電対、放射温度計、サーモグラフィなどが使われている。また特定の物の温度を測定するために特殊な方法が用いられる場合もある。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、シリコンウエハの光の透過率の温度依存性を利用して製造工程中にシリコンウエハの温度を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２１６５２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の技術はあくまでも製造工程中におけるシリコンウエハの温度測定にとどまり、雰囲気の温度を測定しようとするものではない。また測定温度範囲は４００℃から６００℃と高温の領域でのみ光の透過率の温度依存性を発見したに過ぎない。したがってマイナスの温度領域から４００℃の温度領域についての知見は先行技術文献では開示されておらず、温度センサとして利用できるとの知見は得られていなかった。また、従来の温度測定装置では、電磁波が過剰であったり、プラズマにさらされていたり、電子線が飛び交っている状況ではセンサから情報を読み取るための電流の流れなどが乱され、正しく温度を測定することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らはシリコンウエハを含む半導体の光の透過率がマイナスの温度領域から４００℃の温度領域にわたっても温度依存性があることを突き止め、光源と、光源からの光を受けてこれを透過するように仕組んだ半導体を有するセンサ部と、この半導体を透過した透過光の強度を測定する透過光強度測定部とをもって雰囲気の温度測定をするための温度センサ、すなわち、半導体透過光温度センサ、を開発した。また作業用のチャンバを用意し、そのチャンバの中に前記センサ部を配置するとともに、チャンバの外に光源と透過光強度測定部を配置した温度測定システムを開発した。
【発明の効果】
【０００７】
以上のような構成をとる本発明によって、従来は知られていなかった広い温度領域にて全く新しい温度センサを実現した。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の半導体透過光温度センサの概要を示す図
【図２】実施例１の半導体透過光温度センサの機能ブロック図
【図３】半導体透過光温度センサの光透過率の温度依存性を示す概念図
【図４】実施例２の半導体透過光温度センサの機能ブロック図
【図５】実施例３の半導体透過光温度センサの概要を示す図
【図６】実施例３の半導体透過光温度センサの機能ブロック図
【図７ａ】実施例４の半導体透過光温度センサの機能ブロック図
【図７ｂ】温度に透過率が依存しない波長の光で同依存する光の波長の透過率を補正して取得した検量線
【図８】実施例５の温度測定システムの機能ブロック図
【図９】実施例６の温度測定システムの機能ブロック図
【図１０】本件発明の処理の流れを示すフローチャート図
【図１１】本件発明のセンサ部の半導体のホルダを示す部分断面図
【図１２】本件発明のセンサ部の半導体のホルダを示す部分断面図
【図１３】本件発明の二波長（以上）検出の場合の概念図（直行型）
【図１４】本件発明の二波長（以上）検出の場合の概念図（反射型）
【図１５】自己放射（背景輻射）をキャンセルするためのチョッパの概念図
【図１６】−１９４．７℃から６５４．３℃までの温度範囲における光の波長と透過率との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施例を説明する。実施例と請求項の相互の関係は、以下のとおりである。実施例１は、主に請求項１、請求項４、実施例２は、主に請求項２、実施例３は、主に請求項３に、実施例４は主に請求項５、請求項６に、実施例５は主に請求項７に、実施例６は主に請求項８に対応する。なお、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、様々な態様で実施しうる。
【実施例１】
【００１０】
（概要）
【００１１】
図１は、本実施例の半導体透過光温度センサの概要を示す図である。この図にあるように、製造工程において加熱、または冷却される対象物０１０３が加熱装置、例えば電熱ヒータ０１０１によって加熱され、または冷媒を通す冷却管０１１０によって冷却される。センサ部０１０２を構成する半導体０１０５が対象物の加熱温度と同等の温度となる位置に配置され、半導体に対して光源となるランプ０１０４ａが集光レンズ０１０４ｂを介して光を投射する。投射される光０１０８は半導体を透過し、透過後の光０１０９は、透過前の光の強度から減衰した強度で透過光強度測定部０１０６に達し、透過光強度測定部にて透過後の光の強度が測定され、透過前の光の強度と比較されることで透過率が算出される。半導体は光の透過率がマイナスからプラスの広い温度範囲で温度に依存しているので、この透過率を用いて対象物がさらされている雰囲気の温度が判明する。
【００１２】
（構成）
【００１３】
図２は、本実施例の半導体透過光温度センサの機能ブロックの一例を示す図である。この図にあるように、本実施例の「半導体透過光温度センサ」０２０１は、「光源」０２０２と、センサ部（「半導体」０２０３を含む）０２０７と、「透過光強度測定部」０２０４と、からなる。
【００１４】
なお、以下に記載する各装置の機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの両方として実現され得る。また、この発明は装置として実現できるのみでなく、方法としても実現可能である。
【００１５】
また、このような発明の一部をソフトウェアとして構成することができる。さらに、そのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品、及び同製品を記録媒体に固定した記録媒体も、当然にこの発明の技術的な範囲に含まれる（本明細書の全体を通じて同様である）。
【００１６】
（光源の基本的構成）
【００１７】
「光源」は、半導体に対して投射する光を発生する。各種レーザー光源、発光ダイオード光源、を選択することができるが、ハロゲンランプも使用可能である。波長領域は近赤外の領域の光を利用することができる。0.9ミクロンから2.0ミクロン程度の波長領域である。この中でも1.0ミクロンから1.2ミクロン程度の波長領域が温度の分解能が高いので適している。光源は光の発生をするランプ等に相当する部分と、発生した光を集光して効率よく半導体に投射するための部分としてレンズを備えていることが好ましい。また場合によってはランプ等に相当する部分の背景にランプ等で発生した光を効率よくレンズに集めるために反射部を有していてもよい。近赤外領域を効率的に反射できる反射部が好ましい。
【００１８】
（ノイズ除去１：光源の変動）
【００１９】
なお、意図的に半導体による透過率が温度依存性を有しない波長をも合わせて発生する光源とすると以下の応用が可能である。
【００２０】
すなわち、光源は一般に電気によって光を発生する機構のものを利用すると考えられる。それは熱によって発生する光を利用するよりも光の強度の安定性が高いからである。しかし、それでもなお電源のノイズや電源電圧の微小な変動などによって光源の発する光の強度に時間的なばらつきが生じる場合がありえる。この場合には本来測定雰囲気の温度に変化がなくても透過光強度測定部において測定値が変動する。測定値の変動は過って温度に変動が生じたとして処理される可能性がある。
【００２１】
そこで透過光強度測定部では本来の半導体での光透過率が温度依存性のある波長の光と、温度依存性がない波長の光とを同時に強度測定可能としておき、電源等の変動に基づく光源の光強度のばらつきは後者の光の変動として観測し、光透過率が温度依存性のある波長の光の変動をキャンセルするように構成できる。
【００２２】
したがって共通の電源を用いて少なくとも上記二波長を出射するように光源を構成する。例えば同一電源で上記二波長を出射するLEDやレーザー光源を準備することが考えられる。ハロゲンランプは、一の光源で上記二波長を兼ね備えているため光源として好適である。
【００２３】
（ノイズ除去２：背景輻射の除去）
【００２４】
測定温度（測定雰囲気温度）が４００℃以上の高温になってくると半導体そのもの（例えばシリコンウエハそのもの）や半導体を保持しているホルダからの自己放射成分が顕著になってくる。この自己放射成分による影響を排除するためには測定しようとしている温度において光源からの光の出射を停止して暗い状態にして光の強度を検出し、これを光源が光を出射している際の光強度の検出量から差し引いて処理するとよい。そのためにタイマーやシャッターなどを用いて光源からの光の出射を制御する構成が考えられる。
【００２５】
しかしながら光源の種類によっては光源からの光の出射を停止すると次に立ち上がるまでに定常状態に落ち着くのに時間がかかり測定効率が低下するという問題が生じうる。そこで光源の安定までに時間を要したり、光源の運転エネルギーの観点から好ましくないような場合には光源は測定中常時ONにした状態で、遮蔽物等で光を半導体に対して届かないように工夫することが考えられる。
【００２６】
（ノイズ除去２：背景輻射の除去：チョッパ）
【００２７】
この方法の一つとしては光源にチョッパ（扇風機の羽のようなもの）のようなものを設けてこれを回転させ、光源と半導体との間の光路中に定期的にチョッパによる光の遮蔽が行われるように構成することが考えられる。
【００２８】
図１５に示すのはこのチョッパの概念図である。チョッパは、その中心軸１５０１を中心として翼１５０２を回転させるとともに、翼がない領域１５０３も回転する。そうすると、翼のある領域では光は遮られ、翼のない領域では光が透過することとなる。またこのチョッパの動きに同期して透過光強度測定部ではホルダや半導体自身からの自己放射成分を測定し、透過光を用いて測定した光の強度から自己放射成分を差し引いて実際の透過光の光強度を計算するとより正確な計算が可能となる。
【００２９】
（センサ部の基本的構成）
【００３０】
センサ部を構成する半導体として最も典型的に採用可能な物はシリコンである。しかし、半導体はこれに限られず、ガリウムヒ素など各種の半導体を採用可能である。本件発明の特徴としてセンサの本体となる半導体は投射された光を透過することのみが求められる機能であるので、半導体に対して通電、電子回路の組み込み、半導体への電圧の付加など従来の温度測定手段においては必要とされてきた構成が不要とされる。したがってセンサの本体部分としての半導体は機能的に安定であり、外来の電磁波や振動、静電気などによる影響を受けにくい。したがって過酷な環境でも安定して温度測定できるという特徴を有する。半導体がシリコンである場合には厚さは0.1ミリから1.0ミリ程度が好ましい。0.1ミリより薄くなりすぎると機械的強度が低くなり熱衝撃によって破壊されるリスクが高くなる。一方、1.0ミリよりも厚くなると投射される光の減衰が大きくなり、透過後の光の強度の測定が困難となる。さらに最適な厚みの範囲としては0.3ミリから0.6ミリ程度が好ましく、さらには0.4ミリから0.5ミリ程度が好ましい。ただし、あらかじめ測定温度範囲や昇温・降温のプロファイルが判明している場合にはそれに合わせて厚みを決定するとよい。熱衝撃が少ない場合、つまり、低温でもマイナス３０℃程度、高温でも＋２００℃程度であればシリコンウエハは、0.1ミリから0.3ミリ程度でもよい。逆に温度範囲がこれを超える場合には0.4ミリ以上とすることが好ましい。また面内の厚みのばらつきはできるだけ小さいほうがよい。ばらつきが大きいと透過率の分解能が落ちるからである。
【００３１】
（センサ部にて半導体を保持するホルダ）
【００３２】
なお半導体はいわゆるウエハから切り出した片状とし、温度測定雰囲気中に固定するためのホルダに挿入されて保持される。ホルダはウエハ片を温度測定雰囲気内で光源と透過光強度測定部との間で露出するように保持する。保持はある程度しっかりして多少の振動で保持されている半導体が前後しないように保持されなければならないが、あまり固く保持すると熱衝撃によってウエハ片が破壊されるか、破壊されないまでも高い応力ひずみが加わって光透過率―温度の相関関係に正常相関からのずれを生じる恐れがある。したがって、ホルダは内部に設けられた領域に周囲に余裕をもって囲まれ、きつすぎない強度でサンドイッチされている状況に保持することが好ましい。なお、ホルダは金属製、例えばステンレス製や銅製、アルミニウム製が考えられるが、一定の熱容量を持つ。このホルダの熱容量が高ければ測定雰囲気の温度変化に対する追随性が劣化する。そこでホルダは機械的強度を確保できる限り小さく設計することが好ましい。例えばステンレス製で重量が３０グラムから１５０グラム程度に作られることが好ましく、さらに好ましくは４０グラムから５０グラム程度がよい。軽すぎると機械的強度に問題が生じ、重すぎると熱容量の問題が生じる。
【００３３】
（半導体を保持するホルダの一例）
【００３４】
図１１は半導体１１０４のホルダ１１０１ａ、１１０１ｂとホルダに接続され、フレキシブルステンレス管１１０３にて周囲を保護され、導波路となる光ファイバー１１０２ａ、１１０２ｂの部分断面図である。この図にあるようにホルダの一部に半導体が配置される空間が確保されており、半導体に対しては光ファイバーが近接するように配置される。この近接は両者の間隔ができるだけせまいことが好ましいが、密着しすぎると半導体に対して無用な応力が光ファイバーから加えられる恐れがあるので数百ミクロン程度両者を離しておくことが好ましい。
【００３５】
図１２は、フレキシブルステンレス管１２０５にて周囲を保護され、導波路となる光ファイバー１２０４から半導体１２０２に一旦入射した光をホルダ１２０１ａ、１２０１ｂ内にて半導体の奥側に配置された反射部（ミラー、酸化チタン膜、その他所定の波長の光を反射する部材からなる）１２０３にて反射させて再度半導体を透過させ光ファイバーを通して透過光強度測定部に導くタイプのセンサ部を示す図である。これらの例では半導体は１種類としているが２種類以上の半導体に対して光ファイバーから光を投射し、複数種類の半導体の透過率を用いて温度を測定するように構成してもよい。
【００３６】
（センサ部での半導体の接地）
【００３７】
半導体には電荷がたまらないようにホルダを介して接地されていることが好ましい。温度測定がプラズマ中で行われるなどイオンやプラズマが飛び交う環境では半導体に対して電荷がたまると光の透過率に影響を及ぼすためである。したがって半導体にはホルダに対して接地通電をよくするための接地パッドなどが設けられていてもよい。接地パッドは金属製のホルダと接地効率をよくするためのもので金や銅などを薄膜形成して構成する。
【００３８】
（透過光強度測定部の基本的構成）
【００３９】
透過光強度測定部は透過光の強度を測定する光検出器が本体となる。光検出器は検出した光の強度を電圧等に変換して検出した光の強度を示し、出力する。測定する透過光は温度依存性のある波長のものを選択しなければならないのでその選択に応じて光のバンドパスフィルターを光検出器の前面に配置する。測定する光の波長を複数とする場合には透過光強度測定部に到来した透過光をビームスプリッター等によって複数に分け、それぞれの光の到達先にバンドパスフィルターを設けて特定の波長の透過光のみの光強度の測定が行われるように構成する。
【００４０】
（透過光強度測定部の応用構成：二波長検出）
【００４１】
前述した温度依存性のない波長をも検出する場合には温度依存性のある一波長と、依存性のない一波長の二波長を検出する構成とするが、温度依存性のない波長のほかに温度依存性のある波長を二波長以上検出するようにしてもよい。温度測定精度を高めることが可能となり、また温度依存性のある波長領域として複数の波長の光のもっとも分解能が高い領域を選び、温度に応じて切り替えるように構成してもよい。また測定波長が多くなりビームスプリッターで光を分割すると光の強度が低くなり不都合を起こすような場合にはバンドパスフィルターを順番に切り替える機構を設けて一つの光の検出器にて複数の波長を検出するように構成してもよい。
【００４２】
（二波長検出の具体例  その１）
【００４３】
図１３はビームスプリッターにて二波長検出する半導体透過光温度センサの概念図である。この図にあるようにハロゲンランプ１３０１ａから出た光は、光源配置レンズ１３０１ｂにて集光され、接続部１３０２を介してフレキシブルなステンレス管１３０３にて被覆された光ファイバー（図示せず）に導かれ、ホルダ１３０５との接続部１３０４を介してホルダ内の半導体１３０６に投射される。投射された光は半導体を透過して同じくフレキシブルなステンレス管１３０８にて保護された光ファイバー（図示せず）に接続部１３０７を介して導かれる。透過光強度測定部１３１８では接続部１３０９を介して導かれてきた光がレンズ１３１０に入射し、ビームスプリッター１３１１へと導かれる。ビームスプリッターに導かれた光は、第一の波長用のレンズ１３１２と第二の波長用のレンズ１３１５へ二手に分かれて導かれる。第一の波長用のレンズに導かれた光は第一の波長用の光バンドパスフィルター１３１３を透過して光検出部（受光部、受光素子）１３１４にて光の強度が測定され、所定の回路に出力される。第二の波長については第二の波長用のレンズに導かれた光は、第二の波長用の光バンドパスフィルター１３１６を透過して光検出部（受光部、受光素子）１３１７にて光の強度が測定される。測定された結果は所定の回路に出力される。測定された二波長の光の強度を用いて温度依存性がある光の波長の強度測定値が補正され、最終的には検量線データを用いて温度の値に換算される。
【００４４】
（二波長検出の具体例  その２）
【００４５】
図１４はビームスプリッターにて二波長検出する半導体透過光温度センサの第二の概念図である。この図にあるようにハロゲンランプ１４０１ａから出た光は、光源配置レンズ１４０１ｂにて集光され、接続部１４０２を介してフレキシブルなステンレス管１４０３にて被覆された光ファイバー１４０６ａ、１４０６ｂに導かれ、ホルダ１４０５ａ、１４０５ｂとの接続部１４０４を介してホルダ内の半導体１４０７に投射される。投射された光は半導体を透過して半導体の裏面に配置された反射部１４０８にて反射し再度半導体を透過して光ファイバー１４０６ｂに入射する。光ファイバーに入射した光は、透過光強度測定部１４１９に向けた同じくフレキシブルなステンレス管１４０９にて保護された光ファイバー１４０６ｃに接続部１４０４を介して導かれる。透過光強度測定部１４１９では接続部１４１０を介して導かれてきた光がレンズ１４１１に入射し、ビームスプリッター１４１２へと導かれる。ビームスプリッターに導かれた光は、第一の波長用のレンズ１４１３と第二の波長用のレンズ１４１６へ二手に分かれて導かれる。第一の波長用のレンズに導かれた光は第一の波長用の光バンドパスフィルター１４１４を透過して光検出部（受光部、受光素子）１４１５にて光の強度が測定され、所定の回路に出力される。第二の波長については第二の波長用のレンズに導かれた光は、第二の波長用の光バンドパスフィルター１４１７を透過して光検出部（受光部、受光素子）１４１８にて光の強度が測定される。測定結果は所定の回路に出力される。測定された二波長の光の強度を用いて温度依存性がある光の波長の強度測定値が補正され、最終的には検量線データを用いて温度の値に換算される。
【００４６】
（背景輻射ノイズのキャンセル）
【００４７】
前述したように温度が４００℃以上の高温になってくると半導体そのもの（例えばシリコンウエハそのもの）や半導体を保持しているホルダからの自己放射成分が顕著になってくる。この自己放射成分による影響を排除するためには測定しようとしている温度において光源からの光の出射を停止して暗い状態にして光の強度を検出し、これを光源が光を出射している際の光強度の検出量から差し引いて処理するとよい。そのためにタイマーやシャッターなどを用いて光源からの光の出射を制御する構成が考えられる。
【００４８】
したがってこのために透過光強度測定部では同じ仕組みを用いて非透過光の測定も行う機能があるとよい。
【００４９】
（透過光強度測定部の設置）
【００５０】
透過光強度測定部では透過光のみを測定する必要があるので室内からの光が入射しないように構成しなければならない。また光源からの光であっても透過光として届く光以外の光を受光しないように構成しなければならない。
【００５１】
（レンズの利用）
【００５２】
光源と同様、透過光に対してレンズを配置して光の検出器に効率よく集光するように構成するとよい。
【００５３】
（温度の計算：検量線）
【００５４】
半導体の透過光による温度の計算は光源から出射された光の強度と、半導体透過後の光の強度の比から計算される透過率を用いて行われる。
【００５５】
図３はある波長の光の半導体の透過率が温度に依存している関係を示す概念図である。実際にはあらかじめ実際に利用する特定の波長について透過率と温度との関係を測定しておき、検量線を作って、実際の透過率とこの検量線とから測定中の温度を求める計算を行う。検量線の作成には実際に使用する光源、半導体、透過光強度測定部を備えるとともに、半導体の近傍に熱電対等のセンサを設置して熱電対によって測定される温度と特定の波長の光の透過率との関係を複数プロットして検量線とする。なお、述べてきたように光源から出射された光の強度の情報が必要であり、光源が安定した光源であれば一度測定した値を光源の光の強度として計算に利用できるが、常に光源を安定させるのは困難なので、光源からの光の強度も常時測定することが好ましい。この測定は間接でも直接でもよい。間接的な方法としては光源で消費している電力を知って、電力と光の強度との相関を示す検量線で出射光の強度を知る。直接的な方法としてはビームスプリッターや光ファイバーを用いて出射光の所定の割合の光の強度を測定し、実際に半導体に届いている光の強度を知る方法がある。また定期的に半導体に対する光の出射を遮って光の強度を測定するようにしてもよい。
【実施例２】
【００５６】
（概要）
【００５７】
図４は、実施例２の半導体透過光温度センサの機能ブロック図である。本実施例の半導体透過光温度センサ０４０１は、光源０４０２とセンサ部（半導体０４０３を含む）０４０９と、半導体透過光強度測定部０４０４という実施例１と同様な構成のほかに光源からの光０４０５を半導体に導く第一導波路０４０７又は／および半導体からの透過光０４０６を透過光強度測定部０４０４に導く第二導波路０４０８を有している点に特徴を有する。
【００５８】
（構成）
【００５９】
上述の通り、本実施例では実施例１と共通の構成のほかに第一導波路又は／および第二導波路を有する。以下に本実施例の特徴となる第一導波路、第二導波路について説明する。
【００６０】
（第一導波路）
【００６１】
第一導波路は光源の光を半導体に導く導波路である。もっとも典型的な例としては光ファイバーが考えられる。光ファイバーは周囲をフレキシブルなステンレス管などで被覆したものがよい。そして光源との接続部は光源からの光が外部に漏えいしないように密に接続することが好ましい。光ファイバーとフレキシブル管とするメリットは、導波路を自在に引き回せるので光源と半導体の位置関係が必ずしも正対しなくてもよい点にある。第一導波路と半導体との接続部も光源との接続部と同様に密にして接続することが好ましい。つまり、導波路から送られてくる光以外の光が半導体に入射しないようにしなければならない。そのためには半導体のホルダに密に接続し、外部からの光の入射を防止するように構成することが考えられる。
【００６２】
（第二導波路）
【００６３】
第二導波路は光源の光を受けて半導体から透過する光を透過光強度測定部に導くことにある。第一導波路と同じく、もっとも典型的な例としては光ファイバーで周囲をフレキシブルなステンレス管などで被覆したものがよい。そして半導体との接続部は第一導波路と同じく密に接続していることが好ましい。また透過光強度測定部との接続も同じく外部から透過光強度測定部に対して光が入射しないように密に接続する。透過光強度測定部との接続はその筐体と密に行う。
【００６４】
（導波路  素材）
【００６５】
導波路は一般的に通信等に用いられる光ファイバー素材で良い。これらの素材は光の減衰率が十分に低いからである。ただし、光ファイバーの素材が近赤外近傍の波長について比較的高い減衰特性を有する場合には光ファイバーによる光の減衰を考慮したうえで半導体の光透過率を計算する必要がある。あらかじめ光ファイバーの単位長さ当たりの減衰率を計算し、半導体に照射される直前の光の強度と透過直後の光の強度を求める必要がある。これらは外部にて計算してもよいし、実施例４で説明する検量部に置いてそのような演算をおこなうように構成してもよい。
【実施例３】
【００６６】
（概要）
【００６７】
図５に示すように、本実施例は、実施例１または実施例２を基本とするとともに、センサ部の半導体の透過光を透過光強度測定部に向けて反射する反射部をさらに有する半導体透過光温度センサである。この図にあるように、加熱または冷却対象物０５０３に対して加熱源０５０１や、冷却源０５０２が備えられており、また光源０５０４ａ、０５０４ｂから光が出射される。光源から出射された光０５０８はセンサ部０５１１の半導体０５０５をいったん透過したのちに反射部０５１０にて反射して再びセンサ部０５１１の半導体０５０５に入射し、透過光０５０９となって透過光強度測定部０５０６、０５０７にて強度を測定される。
【００６８】
（構成）
【００６９】
図６は本実施例の機能ブロック図である。基本的な構成は実施例１または実施例２と同様である。半導体透過光温度センサ０６０１は、光源０６０２と、センサ部０６０８の半導体０６０３と、透過光強度測定部０６０４とからなり光源からの光０６０５が半導体０６０３をいったん透過したのちに反射部０６０７にて反射されて再び半導体０６０３を透過して透過光０６０６として透過光強度測定部にて光の強度が測定される。そこで以下に反射部を中心に説明をする。
【００７０】
（反射部の基本的構成）
【００７１】
センサ部では光源から入射された光が半導体を透過する。この透過光の強度を透過光強度測定部にて測定するのであるが、反射部は、いったん半導体を透過してきた光を再度半導体に返し、結局光源から出射された光は半導体を二度透過して透過光強度測定部に達するように構成する。
【００７２】
光源からの入射光路に透過光が重なった光路を持つのは好ましくないので反射部では重なった光路とならないように反射させるのが好ましい。したがって反射部での反射は複数回の反射であってもよい。
【００７３】
反射部は鏡で構成されるが近赤外光領域の光を効率よく反射する部材であればこれに限定されない。酸化チタン膜であってもよいし、鏡面化されたアルミニウム、鏡面化されたステンレスなどであってもよい。また、半導体の裏面側に蒸着等の手法により反射膜を形成してもよい。なお、反射部において、光源からの光が減衰する場合があり、この場合には、その減衰率を考慮したうえで、半導体の光透過率を計算しなければならない。
【実施例４】
【００７４】
（概要）
【００７５】
本実施例は、実施例１から３を基本とし、さらに透過光強度測定部に加えて検量部を有し、または／および温度測定範囲が−１９０℃から６５０℃である半導体透過光温度センサである。
【００７６】
（構成）
【００７７】
図７ａに本実施例の機能ブロック図を示す。この図にあるように例えば半導体透過光温度センサ０７０１は、光源０７０２と、センサ部（半導体０７０３を有する）０７０８と、透過光強度測定部０７０４を有し、光源からの光０７０５を半導体０７０３透過後の光０７０６とし、その光強度に基づいて透過率を求め温度を計算する。ここでこの温度の計算のために検量部０７０７を有する点に本実施例の特徴がある。
【００７８】
また、温度測定範囲が−１９０℃から６５０℃である点に特徴がある。
【００７９】
以下ではこの特徴点について説明する。
【００８０】
（検量部）
【００８１】
図７ｂに温度に透過率が依存しない波長の光で同依存する光の波長の透過率を補正して取得した検量線を示す。検量部にはこのようなグラフと同等のデータである検量線データが保持されており、取得した透過率から温度を求める処理を行う。求められた温度は検量部から外部出力され、加熱炉、冷却炉の温度制御に利用されたり、外部にて保持されたりする。検量部では外部の加熱制御装置や冷却制御装置から加熱、冷却に対する電力などのエネルギーの値を取得し、検量線のデータとは別に入力エネルギーに対する測定温度のデータを生成し、保持していてもよい。そして加熱、冷却プロセスにおいて常時このエネルギー値の取得を前記制御装置から取得し、あらかじめ到達温度を予測したうえで最適な光の波長を選択するように光源等を制御するよう構成してもよい。
【００８２】
（測定温度範囲）
【００８３】
本発明者らはシリコン半導体などを用いて−１９０℃から６５０℃の範囲で検量線が成立することを確認し、広い温度範囲の測定が可能となった。図１６は、−１９４．７℃から６５４．３℃までの温度範囲における光の波長と透過率との関係を示すものである。例えば、波長１．０５ミクロンの光を選択することで−１９０℃から１００℃といった低温領域で良好な分解能が得られる。また、波長１．３５ミクロンの光を選択することで６５０℃といった高温まで測定することができる。したがって、所望の測定温度範囲に応じて適宜波長を選択して用いることで、−１９０℃から６５０℃といった広い範囲での温度測定が可能である。
【実施例５】
【００８４】
（概要）
【００８５】
本実施例は、実施例１から４の半導体透過温度センサと、対象物を格納して加熱又は／及び冷却するためのチャンバとから構成される温度測定システムである。特徴点はセンサ部はチャンバ内に載置されるが、光源と透過光強度測定部とはチャンバの外に配置され、チャンバ内の過酷な環境に光源や透過光強度測定部を晒さないでもチャンバ内の温度を測定できるように構成した点にある。
【００８６】
（構成）
【００８７】
図８は本実施例の温度測定システムの機能ブロックを示す図である。この図にあるように、本実施例の「温度測定システム」０８０１は、「光源」０８０２と、センサ部（「半導体」を含む）０８０３と、「透過光強度測定部」０８０４と、からなる点ですでに説明した半導体透過光温度センサと共通しているが、本実施例ではさらに加熱又は／及び冷却対象物を格納するチャンバ０８０８を備えており、光源はチャンバに設けられた窓０８０９を介してチャンバ内から隔離されており、同じく透過光強度測定部もチャンバに設けられた窓０８１０を介してチャンバ内から隔離されている点に特徴をもつ。したがって、光源からの光０８０５ａは窓を介してチャンバ内に入射する光０８０５ｂによってセンサ部の半導体に照射され、半導体を透過した光０８０６ａは同じく窓を介して透過光強度測定部に導かれる光０８０６ｂとなって届けられる。
【００８８】
（チャンバ）
【００８９】
チャンバは対象物の処理雰囲気を形成するために用いられ、チャンバの内外では雰囲気が断絶される。したがって、過酷な環境に脆弱な光源や透過光強度測定部であっても室内雰囲気中に配置できるために問題が生じにくい。
【００９０】
（窓）
【００９１】
窓は本件発明において重要な光を透過する点で設計上の注意が必要である。特に所定の波長の光の透過率が高いものを選択する点、に注意を要する。しかし光源からの光は窓のガラス素材によって減衰するので最終的な半導体による透過率の計算においてはチャンバの窓を透過した光０８０５ｂと、半導体を透過した光０８０６ａとの比を用いて計算しなければならない。したがって事前にこれらの窓での所定波長の光の減衰率を各温度について求めておき最終的な半導体のみによる減衰、すなわち透過率を計算することとなる。
【００９２】
一般に窓の素材としては石英ガラス、サファイアガラス、フッ化ガラスなどが適していると考えられる。
【００９３】
なお、本実施例において光源側または透過光強度測定部側のいずれか一方の窓を後述する気密端子に換え、導波路により光源からの光をセンサ部に導き、あるいは導波路により透過光を透過光強度測定部に導くように構成してもよい。
【実施例６】
【００９４】
（概要）
【００９５】
本実施例は、実施例５と同じく実施例１から４の半導体透過温度センサと、対象物を格納して加熱又は／及び冷却するためのチャンバとから構成される温度測定システムである。特に実施例２のものを基本としている。さらなる特徴点は、実施例５と同じくセンサ部はチャンバ内に載置されるが、光源と透過光強度測定部とはチャンバの外に配置され、チャンバ内の過酷な環境に光源や透過光強度測定部を晒さないでもチャンバ内の温度を測定できるように構成した点にある。また光導波路を用いる点で、チャンバに設けた窓を用いる実施例５と差異がある。
【００９６】
（構成）
【００９７】
図９は本実施例の温度測定システムの機能ブロックを示す図である。この図にあるように、本実施例の「温度測定システム」０９０１は、「光源」０９０２と、センサ部（「半導体」を含む）０９０３と、「透過光強度測定部」０９０４と、からなる点ですでに説明した半導体透過光温度センサと共通しているが、本実施例で前実施例と同じくさらに加熱又は／及び冷却対象物を格納するチャンバ０９０８を備えており、光源はチャンバに設けられた気密端子０９０９を介してチャンバ内から隔離されており、同じく透過光強度測定部もチャンバに設けられた気密端子０９１０を介してチャンバ内から隔離されている点に特徴をもつ。また用いられる導波路（フレキシブルステンレス管に保護された光ファイバー）は気密端子を通過してチャンバに導かれ、同じく気密端子を通過してチャンバ外に導かれる。したがって、光源からの光０９０５は前実施例のように窓を介してチャンバ内に入射、出射する構成でないので窓による光の減衰を気にする必要がない点で特徴を有する。
【００９８】
（チャンバ  気密端子）
【００９９】
チャンバは対象物の処理雰囲気を形成するために用いられ、チャンバの内外では雰囲気が断絶される。したがって、過酷な環境に脆弱な光源や透過光強度測定部であっても室内雰囲気中に配置できるために問題が生じにくい。特に気密端子はチャンバ内外の環境の隔離に有効である。ただし、太い径の管を気密に封止することは難しい場合があり、気密端子を通過する部分については細径とすることが好ましい。
【０１００】
なお、本実施例において光源側または透過光強度測定部側のいずれか一方の気密端子と導波路を前述の窓に換え、窓を介して光源からの光をチャンバ内に入射し、あるいは窓を介して透過光が透過光強度測定部へ出射するように構成してもよい。
【０１０１】
（全体の処理の流れ）
【０１０２】
図１０は本件発明の全体の処理の流れを示すものである。測定を開始するか判断（１００１）し、開始する場合には光源からの光を照射（１００２）する。光が半導体に受光（１００３）し、これを透過した光の強度を測定する（１００４）、強度の測定に基づいて半導体の透過率を計算し、半導体のさらされている温度を検量線データなどを用いて計算する。
【０１０３】
（自己放射）
【０１０４】
自己放射によるノイズ成分をキャンセルするためには、測定時点で光源からの半導体に対する光の照射を中断し、光の照射なしの状態で透過光強度測定部による光の強度の測定を行い自己放射光強度を得て、その後又はその前の所定波長の光の照射をした場合の透過光強度測定部による光の強度の測定結果から自己放射光強度を差し引く処理をする。この処理が上記光の強度を測定するステップ（１００４）にて行われる。
【０１０５】
（光源強度のばらつき）
【０１０６】
光源の光の強度のばらつきをキャンセルするためには、半導体の光透過率が温度依存性を有しない波長の光を、同じく依存性がある光と同時に半導体に対して照射する。そして、依存性がない光の変動を観測し、依存性がある光が同じく変動しているとして、その変動分を補正する。補正することによって光源の光照射強度のばらつきを排除した正しい透過率を得ることができる。このプロセスは依存性がない光について光投射（１００２）、受光（１００３）、強度測定（１００４）を依存性がある光と同時観察し、温度計算（１００５）の時点で依存性がある光の強度補正をするか、この補正を依存性がある光の強度測定（１００４）で行うとよい。
【符号の説明】
【０１０７】
０１０１：電熱ヒータ
０１０２：センサ部
０１０３：製造工程において加熱、または冷却される対象物
０１０４ａ：光源となるランプ
０１０４ｂ：集光レンズ
０１０５：センサ部を構成する半導体
０１０６：透過光強度測定部
０１０７：透過光強度指示部
０１０８：投射される光
０１０９：透過後の光
０１１０：冷媒を通す冷却管
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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