JPH03221821A - 物体表面の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、物体からの輻射を利用した温度計測に基づく
、物体表面の温度制御力法に関する。

（従来の技術） 物体からの輻射を利用しノこ温度計測は、黒体に対する
ステファン・ポルツマンの法１１１］に基づいている。

黒体は人工的に再現することは可能であるが、通常の被
測温物体は黒体ではない。したがって、被測温物体の輻
射率を正確に把握し、ｆｆ１ｌｌ定値を輻射率によって
補正する必要がある。しかし、現実には輻９コｊ率をｉ
Ｅ確に把握することは難しい。

特に、時々刻々被ｄｌｌＩ温物体の輻射率か変化する場
合、即時に輪重・１率を測定して補正することは困難で
ある。

そこで、惰射率のｊ影響を受ｊ：ｌ　１’に輻射を利用
して温度を測定する方法として、二色温度計が考案され
ている。これ（よ、異なる三波長にお（′ｌｌる輪重・
ｊエネルギーの比から温度を推定するものである。

（発明が解決しようとする課題） 」−記温度計による温度測定では、輻射率が波長によら
ず一定、すなわち被測温物体が灰色体であるという前提
を必要とする。灰色体も黒体同様現存しない。したがっ
て、二色温度計も輻削率の影響を受１うることに変わり
はない。

したがって、この二色温度計によっても被温度制御物体
の輻射率か時々刻々変化する場合には、この物体の温度
をＲｔ　１ｌｌｌｌ　Ｌ、温度制御ずろことは困難であ
る。このため、例えば真空蒸着においては、成膜表面の
温度管理が、成膜された膜の性質、あるいは基板との密
着性の上で、極めて重要な技術課題であるが、成膜の進
行とともに、輻射率の値が時々刻々変化するため、従来
膜表面の温度を直接計測して、制御することができない
という問題がある。

本発明は、斯る従来の問題点を課題としてなされたもの
で、物体からの輻射を利用した温度計測手段を用いた温
度制御において、時々刻々変化する輻射率を補正し、正
確な温度制御を可能とする物体表面の温度制御方法を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明は、温度制御機能付
き黒体および放射温度計を、被測温物体表面上の放射温
度計の測定領域中心の法線に関して対称な２本の直線上
にそれぞれの光軸が一致するように配置するとともに、
前記黒体の設定加熱温度を物体表面の目標加熱温度とし
、前記放射温度計による検出温度が、前記設定加熱温度
と一致するように、物体加熱手段を制御するようにした
。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を図面にしたかって説明する。

第１図は、本発明に係る方法を適用した温度制御手段を
有する真空蒸着装置を示し、被測温制御物体である薄膜
２を成膜する基板１はるっぽ３およびその中の蒸着材料
４からなる蒸着源５の」三方に配置しである。基板ｌは
電熱ヒータ等の物体加熱手段６により所定温度に加熱さ
れる。薄＠２表面上の放射温度計７の測定領域の中心に
お１づる法線Ａに関して対称な２本の直線」−に放射温
度計７および黒体８がそれぞれの光軸が前記直線と一致
するように配置してあり、黒体８の輻射が薄膜２表面て
反射し、放射温度計７に入射するようになっている。そ
して、黒体８は電熱ヒータ等の黒体加熱手段９により加
熱可能となっており、この黒体８の温度は熱電対１０て
測定するようになっている。

したがって、放射温度計７には、黒体８の温度Ｔｏに対
応した黒体輻射エネルギーＥ　（’ｒ　ｏ）に被測温物
体の輻射率εによって決まる反射率（１−ε）を乗じた
（１−ε）Ｅ　（Ｔ　ｏ）と、被測温物体の温度Ｔに対
応した被測温物体からの輻射エネルギーεＥ（Ｔ）の和
が入射することになり、その入射エネルギーＥｉｎは、
次式のようになる。

Ｅ　１ｎ−（１−ε）Ｅ（Ｔｏ）＋εＥ（Ｔ）−（１）
ここで、被測温物体の温度Ｔが黒体の温度１゛。

に等しければ、 Ｅ（Ｔ）−Ｅ（Ｔｏ）　　　　　　　　　　−（２）と
なるので、式（１）は次式のようになる。

Ｅ　１ｎ−（１−ε）Ｅ（Ｔｏ）＋εＥ　（Ｔ　ｏ）−
Ｅ　（’ｒ　ｏ）　　　　　　　　　　　・・・（３）
なお、被測温物体の温度Ｔが黒体の温度Ｔ。より低い場
合は、 Ｅ　１ｎ−（１−ε）Ｅ　（Ｔ　ｏ）＋εＥ（Ｔ）＜Ｅ
（Ｔｏ）・・・（４） となり、被測温物体の温度Ｔが黒体の温度Ｔ。より高い
場合は、 Ｅｉｎ＝（１−ε）Ｅ（ＴＯ）→−εＥ（Ｔ）＞Ｅ（Ｔ
ｏ）（５） となる。

すなわち、前記黒体の温度を被測定物体の目標加熱温度
に制御し、放射温度計に入射する幅対エネルギーから算
出される検出温度が、前記黒体の温度と一致ずろように
被測温物体の加熱手段を調節すれば、被測温物体の輻射
率によらず、被測温物体の温度を正確に制御できること
を示している。

そこで、本発明に係る方法では、黒体８の温度を検出す
る熱電対ｌＯに上る黒体温度と被測温物体の目標加熱温
度′Ｊ゛。である設定温度とを比較して、加熱手段９の
出力を制御することによって、黒体８の温度を被測温制
御物体である薄膜２の目標加熱温度Ｔ。に保持する。一
方、放射温度計７に入射した輻射エネルギーＥｉｎに基
づき算出される物体表面温度Ｔｏ’と、目標加熱温度（
黒体４の温度）Ｔｏとを比較する。

ｌ）基板１上の蒸着薄膜２の温度Ｔ゛。が目標加熱温度
Ｔ。より低（づれば、式（４）に示したように、放射温
度計７に入射する輻射エネルギーＥｉｎは温度Ｔ。の黒
体の輻射エネルギーＥ　（Ｔ　ｏ）より小さくなるので
、’ｒｏ　＜Ｔｏとなる。

２）基板１上の蒸着薄膜２の温度゛ｊ゛。が目標加熱温
度（′■゛。）より高ければ、式（５）に示したように
、放射温度計７に入射する輻射エネルギーＥｉｎは温度
Ｔ。の黒体の輻射エネルギーＥ（Ｔ、、）より大きくな
るので、’ｒＯ’＞Ｔ’０となる。

したがって、Ｔｏ’とＴ。を比較することによって、薄
膜２に刻する加熱の要、不要が判定でき、Ｔ’　ｏ’　
−Ｔ。どなるように物体加熱手段６の出力を制御する。

これによって、薄ｔ１ｉ　２の軸組率の表化に拘らず、
薄膜２の温度を目標加熱温度Ｔ。に制御することができ
る。

蒸着の進行にどもなう膜厚２の変化により輻射物性が時
ル刻り変化するが、本発明の適用により、膜の密着性あ
るいは膜の強度を決定する成膜中の蒸着薄膜表面の温度
を正確に把握し、それに基づいて蒸着薄膜表面の温度を
凋整できるため、より性能に優れた蒸着処理が可能とな
る。

なお、第１図の蒸着源５の上部に、イオン化のノコめの
手段として例えばコイル電極を備え、蒸着源５と基板１
の間にバイアス電属を与えると、イオンブレーティング
となるが、本発明はこの場合にも適用されるもので、前
記実施例に限定されるものではない。

この他、本発明（ｊイオンヒームスバッター、イオン注
入、スパッタリング蒸着等のあらゆる成膜、あるいはイ
オンビームエッチンク、スパツターエツヂング等表面が
時々刻々更新されるあらゆるプロセス、また焼鈍、焼成
等のあらゆる熱処理、さらにランプアニール、レーザー
アニール等の表面熱処理なども適用対象に含むものであ
る。

（発明の効果） 以」二の説明より明らかなように、本発明によれば、輻
射率を補正した正確な温度を非接触の状態で測定できる
ので、特に時々刻り輻射率が変化するプロセスに４５（
」る温度側窓に適用すること（こよって、高精度の温度
制御が可能に／ざるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を適用しノー温度制御手段を
有ずろ真空蒸着装置の全体構成図である。 ｌ・基板、６・・・加熱手段、７　・放射温度計、８黒
体、９・加熱装置、１０・・熱電対、Ａ・・法線。 特　許　出　願　人　中外炉工業株式会社代　理　人　
弁理士　青い　葆　ほか１名ｃＡ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度制御機能付き黒体および放射温度計を、被測
   温物体表面上の放射温度計の測定領域中心の法線に関し
   て対称な２本の直線上にそれぞれの光軸が一致するよう
   に配置するとともに、前記黒体の設定加熱温度を物体表
   面の目標加熱温度とし、前記放射温度計による検出温度
   が、前記設定加熱温度と一致するように、物体加熱手段
   を制御することを特徴とする物体表面の温度制御方法。