CN113853513A - 温度调节单元 - Google Patents

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Abstract

本发明的温度调节单元(1)包括：温度调节单元本体(2)；温度调节部(3)，其设置在温度调节单元本体(2)的内部，对温度调节对象(100)所在侧的该温度调节单元本体(2)的表面温度进行升降温；以及薄膜测温电阻部(4)，其形成在温度调节单元本体(2)的内部、温度调节对象(100)所在侧的面内的一定范围内，并且设置在比温度调节部(3)更靠近温度调节对象(100)的一侧，由热喷涂皮膜形成。该温度调节单元可以准确地测定温度调节面内的平均温度。

Description

温度调节单元
技术领域
本发明适用于温度调节单元，该温度调节单元包括用于测定温度调节对象的温度的测温电阻器。
背景技术
近年来，在半导体制造工艺中，基板的微细加工通常采用干法蚀刻等在真空或减压下进行的干法。在使用等离子体的干法蚀刻的情况下，基板会从等离子体输入热量。由于基板的温度影响蚀刻率，因此若其温度分布不均匀，则蚀刻的深度会产生偏差。因此，需要调节温度以使基板在面内的温度均匀，并且需要准确地把握基板温度以进行准确的温度控制。
专利文献1中记载了一种静电吸引装置，其包括：形成有多个冷媒槽的基材、形成在基材上的高电阻层、通过在高电阻层内热喷涂导电体而形成的多个加热器、以及通过在高电阻层内热喷涂导电体而形成的多个静电吸引用电极。在该静电吸引装置中，基材上设置有凹陷，在该凹陷内通过固定夹具固定有获取温度信息的铠装热电偶。专利文献1中记载了由弹簧以一定的按压载荷接触铠装热电偶，因此测定结果的可靠性高。
专利文献2中记载了一种对被处理基板进行固定及温度控制的基板载置装置的评价装置，其包括气密室、具备发热的电阻加热体的评价用基板、以及测定评价用基板的温度的温度测定机构。在电阻加热体上安装有多个热电偶元件的温度探针。另外，还记载了从将埋入电阻加热体中的温度探针取出的开口露出基材，通过设置于气密室内或气密室外的辐射温度计测定从电阻加热体的开口部射出的红外光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-088411号公报
专利文献2：日本特开2011-155140号公报
发明内容
-发明所需解决的问题-
在如专利文献1所示在基材的凹陷处设置铠装热电偶的情况、以及如专利文献2所示在发热的电阻加热体上安装多个热电偶元件的情况下，配置热电偶的位置均会成为热异常点，与基板原本的温度产生差异，因此难以准确地测定整个基板的平均温度。进而，这些热电偶通常通过从基材背面侧设置的孔进行配置，与基板的距离较远，测定温度与基板的实际温度之间有很大差异。另外，在通过设置在气密室内或气密室外的辐射温度计检测红外光以测定基板温度的方法中，当存在等离子体发光部件或卤素加热器等其他热源时，这些热源阻碍了红外光的温度测定，难以测定基板的准确温度。应予说明，这样的问题不仅限于半导体制造工艺领域，其他领域中使用热电偶时、或者存在其他热源时也会有同样的问题。
本发明鉴于现有技术的问题，目的在于提供可以准确地测定温度调节面内的平均温度的温度调节单元。
-用于解决问题的方案-
本发明的温度调节单元包括：温度调节单元本体；温度调节部，其设置在所述温度调节单元本体的内部，对温度调节对象所在侧的该温度调节单元本体的表面温度进行升降温；以及薄膜测温电阻部，其形成在所述温度调节单元本体的内部、温度调节对象所在侧的面内的一定范围内，并且设置在比所述温度调节部更靠近温度调节对象的一侧，由热喷涂皮膜形成。
根据本发明的温度调节单元，由于测温电阻部设置在比温度调节部更靠近温度调节对象的一侧，因此测定温度与温度调节对象的实际温度之间几乎没有差异。另外，由于测温电阻部由热喷涂皮膜形成，因此可以形成较薄的测温电阻部，从而可以缩短温度调节对象与温度调节部之间的距离。进而，由于测温电阻部形成在温度调节单元本体的温度调节对象所在侧的面内的一定范围内，因此不存在使用热电偶时那样的热异常点，从而可以准确地测定温度调节面内的平均温度。进而，如果将获得的温度信息反馈，则可以更高精度地控制温度调节对象的温度。
所述薄膜测温电阻部可以形成为在同一面上具有折叠部的带状图案。折叠部的数量可以为单个，但优选为多个。由此，可以大范围地形成测温面。
优选地，所述薄膜测温电阻部由含有Al的金属或合金构成。在此情况下，与其他金属或合金相比，长时间使用时电阻值的经时变化较小，测定的可靠性高。
所述温度调节部可以是形成为在同一面上具有折叠部的带状图案的热喷涂皮膜。折叠部的数量可以是单个，但优选为多个。由此，可以大范围地形成温度调节面。另外，由于可以由薄膜形成温度调节部，因此能够减小温度调节单元整体的厚度。
在所述温度调节部由多个结构部构成的情况下，该多个结构部各自的一部分可以构成与供电端子连接的供电端子部，在所述薄膜测温电阻部由多个结构部构成的情况下，该多个结构部各自的一部分可以构成与电阻值测定端子连接的电阻值测定端子部。由此，可以在所需范围内进行温度调节控制和温度测定，增加了设计的变化。在此情况下，优选地，所述温度调节部的各结构部和所述薄膜测温电阻部的各结构部配置成在该温度调节单元的厚度方向上彼此对应。由此，可以将温度调节面划分为多个区域，并且测定每个区域的温度，从而能够单独精密地对各区域进行温度控制。
在所述温度调节单元中，例如，所述温度调节单元本体可以具有基材部和形成在该基材部的表面上的绝缘层，所述薄膜测温电阻部可以设置在该绝缘层内。由此，基材部可以使用导电性材质，增加了设计的变化。另外，可以使温度调节面具有绝缘性，或者进而具有表面保护功能。
-发明的效果-
根据本发明，测定温度与温度调节对象的实际温度之间几乎没有差异。另外，由于不存在使用热电偶时那样的热异常点，因此可以准确地测定温度调节面内的平均温度。进而，如果将从测温电阻部获得的准确的温度信息反馈，则可以更高精度地控制温度调节对象的温度。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所述的温度调节单元的剖面示意图。
图2是将图1所示的温度调节单元的一部分切去后的立体图。
图3是表示由热喷涂皮膜形成的薄膜测温电阻部的曲线图，该热喷涂皮膜分别由Al、Ni、Ni-Al合金的各热喷涂材料所形成，图3(a)表示薄膜测温电阻部的电阻温度依存性，图3(b)表示薄膜测温电阻部的电阻值经时变化。
图4是表示由Al热喷涂皮膜形成的测温电阻器在150℃下加热时的温度变化趋势的曲线图，图4(a)表示在150℃下加热50小时的温度变化趋势，图4(b)表示在150℃下加热100小时的温度变化趋势。
图5(a)是表示温度调节部的一个图案的俯视图，图5(b)是表示薄膜测温电阻部的一个图案的俯视图。
图6是具备图5的温度调节部和薄膜测温电阻部的温度调节单元的立体图。
图7是表示温度调节单元的结构的剖面示意图，图7(a)表示薄膜测温电阻部设置在比温度调节部更靠近温度调节对象的一侧时温度调节单元的结构，图7(b)表示薄膜测温电阻部设置在比温度调节部更远离温度调节对象的一侧时温度调节单元的结构。
图8是由图7所示的各试验片进行的温度测定的比较结果。
图9是由设置于测温面内的任意一点的热电偶测定的温度与由大范围地形成在整个测温面内的薄膜测温电阻部测定的平均温度进行比较的曲线图。
图10是进行图9所示的温度变化时薄膜测温电阻部的红外热像仪(IR)照片。
图11是表示温度调节单元形成为环状之例的立体图。
图12是表示温度调节单元形成为圆盘状之例的立体图。
图13是表示使用电热丝代替热喷涂皮膜作为温度调节部之例的示意图，图13(a)是剖视图，图13(b)是截取一部分的立体图。
图14是表示使用冷媒流体代替热喷涂皮膜作为温度调节部之例的示意图，图14(a)是剖视图，图14(b)是截取一部分的立体图。
图15是表示温度调节单元应用于静电吸盘之例的剖面示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的温度调节单元的实施方式进行说明。图1是本发明的一实施方式所述的温度调节单元1的剖面示意图，图2是将图1所示的温度调节单元1的一部分切去的立体图。该温度调节单元1构成为包括：温度调节单元本体2；温度调节部3，其设置在温度调节单元本体2的内部，对温度调节单元本体2的温度调节对象100所在侧的表面温度进行升降温；以及薄膜测温电阻部4，其设置在温度调节单元本体2的内部，用于测定温度调节对象100所在侧的表面温度。温度调节部3可以用作将温度调节对象100加热的热媒，也可以用作将温度调节对象100冷却的冷媒。温度调节部3是用作热媒还是用作冷媒取决于温度调节对象100的温度及其周围温度。
温度调节单元本体2构成为包括基材部2a、以及形成在该基材部2a的表面上的绝缘层2b。温度调节部3和薄膜测温电阻部4均设置在绝缘层2b内。温度调节部3和薄膜测温电阻部4可以埋入一个绝缘层的内部，也可以配置成夹入多个绝缘层的层间。温度调节对象100载置于温度调节单元本体2的上表面。应予说明，为了说明这些示意图，在图示中将设置作为主要部分的温度调节部3和薄膜测温电阻部4的绝缘层2b绘制得比实际更厚。
图1和图2所示的温度调节单元本体2构成为具有规定高度和直径的圆柱状。温度调节单元本体2的基材部2a由金属块体(metal bulk body)等单一材料制成，是温度调节单元1的坚固的基本结构。在本实施方式中，温度调节单元本体2除了圆柱状以外，也可以是柱状、板状、圆盘状、碗状、筒状、环状(圆环状)、锥状等其他形状，还可以是局部有台阶的立体形状。温度调节部3和薄膜测温电阻部4以与温度调节单元本体2的形状相对应的形态设置。当温度调节单元本体2构成为内部中空的筒状时，可以将温度调节部3和薄膜测温电阻部4分别设置在例如温度调节单元本体2的内周侧和外周侧。
作为基材部2a的构成材料，例如可列举出铝合金、钛合金、铜合金、不锈钢等导电性材料，或者陶瓷烧结体等绝缘材料。绝缘层2b可以通过热喷涂法、PVD法、CVD法等成膜方法形成，也可以通过将烧结体等贴合而形成。绝缘层2b的构成材料没有特别限定，只要是赋予绝缘特性的材料即可，但优选兼顾所需热传导性和绝缘性的材料，或者兼具耐等离子体性、耐摩耗性的材料。绝缘层2b无需为单层，也可以由多层构成。
绝缘层2b的厚度为例如20-2000μm。绝缘层2b的厚度在多层层叠的情况下可以为例如100-10000μm。通过改变绝缘层2b的厚度或材质，可以调整除热效率。作为绝缘层2b的构成材料，可列举出氧化物系陶瓷、氮化物系陶瓷、氟化物系陶瓷、碳化物系陶瓷、硼化物系陶瓷、含有它们的化合物、或者它们的混合物。
作为氧化物系陶瓷，可列举出Al2O3、TiO2、SiO2、Cr2O3、ZrO2、Y2O3、MgO、CaO、La2O3。作为氮化物系陶瓷，可列举出TiN、TaN、AlN、BN、Si3N4、HfN、NbN、YN、ZrN、Mg3N2、Ca3N2。作为氟化物系陶瓷，可列举出LiF、CaF2、BaF2、YF3、AlF3、ZrF4、MgF2。作为碳化物系陶瓷，可列举出TiC、WC、TaC、B4C、SiC、HfC、ZrC、VC、Cr3C2。作为硼化物系陶瓷，可列举出TiB2、ZrB2、HfB2、VB2、TaB2、NbB2、W2B5、CrB2、LaB6。
设置在绝缘层2b内的温度调节部3具有可用作热媒(加热器)的固有电阻值，通过施加规定电压并流通电流，将载置于温度调节单元本体2上表面的常温的温度调节对象100加热至规定温度。
本实施方式的温度调节单元1还可以包括使冷却流体(冷媒)在基材部2a的内部流通的流路。通过调节冷却流体的流量和速度，使得温度调节对象100的温度控制更加容易。
从提高温度调节区域内的温度均匀性的观点出发，温度调节部3形成为在同一面上具有多个折叠部的细长带状图案。另外，温度调节部3具有彼此隔开规定间隔平行配置的多个重复图案。由此，由温度调节部3形成了伪温度调节面，因此可以大范围且均匀地控制温度调节对象100的温度。
温度调节部3的厚度优选为10-1000μm的范围。如果温度调节部3的厚度小于10μm，则膜的形成有可能不稳定。另外，如果温度调节部3的厚度大于1000μm，则有可能导致发热量减小、效率下降。
温度调节部3的线宽优选为1-5mm的范围。通过将温度调节部3的线宽设为1mm以上可以降低断线的可能性，通过将线宽设为5mm以下可以减少温度调节区域内的温度不均。
温度调节部3的线间距离(interlinear distance)优选为0.5-50mm的范围。通过将温度调节部3的线间距离设为0.5mm以上可以避免短路，通过将线间距离设为50mm以下可以减少温度调节区域内的温度不均。
温度调节部3的构成材料只要是可用作温度调节部件的材料则没有限制，但优选由选自Mo、W、Ta、Cr、Ti、Al、Si、Ni、Nb、Fe、Cu、Ag、Pt中的金属元素单体、含有一种以上这些金属元素的合金、含有一种以上这些金属元素的导电性化合物、或者它们的混合物构成的材料。
温度调节部3由例如热喷涂皮膜形成。通过热喷涂法，可以连续且均匀地涂覆薄膜而不受基材部2a的尺寸和形状的限制。热喷涂法可以是大气等离子体喷涂法、减压等离子体喷涂法、水等离子体喷涂法、电弧喷涂法、高速火焰喷涂法、低速火焰喷涂法、冷喷涂法中的任一种。
温度调节部3的图案可以通过预先将基材部2a上形成的绝缘层的表面掩蔽成图案状，再对整个表面进行热喷涂而制作，也可以通过对整个表面进行热喷涂之后将该热喷涂皮膜的表面掩蔽成图案状，再利用机械加工或喷射加工将不需要的热喷涂皮膜除去而制作。
温度调节部3的一部分延设至基材部2a的侧方，其延设部分成为供电端子部11，与供电端子连接。供电端子与向温度调节部3提供电力的外部电源连接。由此，无需设置贯穿基材部2a的供电机构，即可向温度调节部3供电。
温度调节部3的供电端子部11由膜厚较薄的热喷涂皮膜形成，因此与外部电源的连接方式可列举出：外部的供电电缆的端部接合的连接结构、供电电缆的端部经由供电插座连接的连接结构、供电电缆的端部直接压紧的连接结构。作为接合供电电缆的方法，可列举出钎焊(soldering)、铜焊(brazing)、焊接(welding)等。在使用供电插座的情况下，优选将供电插座焊接在供电端子部11上。在将供电电缆直接压到供电端子部11上的情况下，需要用于固定供电电缆的螺钉止动部等结构。
用于测定温度调节对象100的温度的薄膜测温电阻部4在温度调节单元本体2的绝缘层2b的内部跨越温度调节对象100所在侧的面(测温面)内的一定范围而形成。该薄膜测温电阻部4设置在比温度调节部3更靠近温度调节对象100的一侧。
薄膜测温电阻部4具有可用作测温电阻器的固有电阻值。测温电阻器是根据直流电流流通时的电阻值进行温度测定的装置，使用电阻值随着温度变化而恒定变化的电阻器。通过预先绘制所用测温电阻器的标准曲线，可以从实际测定的电阻值求出温度。通过逐次读取薄膜测温电阻部4的电阻值，可以实时测定温度调节单元本体2的上表面(温度调节面)的温度。
从能够大范围地测量温度的观点出发，薄膜测温电阻部4形成为在同一面上具有多个折叠部的细长带状图案。另外，薄膜测温电阻部4具有彼此隔开规定间隔平行配置的多个重复图案。由此，由薄膜测温电阻部4形成了伪测温面(pseudo temperature measuringsurface)，因此可以更准确地测定温度调节面内的平均温度。
薄膜测温电阻部4的厚度优选为10-1000μm的范围。如果薄膜测温电阻部4的厚度小于10μm，则膜的形成有可能不稳定。另外，如果薄膜测温电阻部4的厚度大于1000μm，则电阻值变得太小而无法获得适当的值。
薄膜测温电阻部4的线宽优选为1-5mm的范围。通过将薄膜测温电阻部4的线宽设为1mm以上，可以减少断线，通过将线宽设为5mm以下，容易获得适当的电阻值。
薄膜测温电阻部4的线间距离(interline distance)优选为0.5-50mm的范围。通过将薄膜测温电阻部4的线间距离设为0.5mm以上，可以避免短路，通过将线间距离设为50mm以下，容易获得适当的电阻值。
薄膜测温电阻部4的构成材料只要是可用作测温电阻器的材料则没有限制，可以使用选自Pt、Au、Ag、Cu、Ta、Al、Ti、Nb、Fe、Mo、W中的金属元素单体、含有一种以上这些金属元素的合金、含有一种以上这些金属元素单体和合金的导电性化合物、或者含有它们的混合物。其中，特别优选由含有Al的金属或合金构成的材料。含有Al的金属或合金与其他金属或合金相比，由于反复热负荷而导致的电阻值的经时变化较小，即使长期使用，测温的精度也不易下降。
薄膜测温电阻部4由热喷涂皮膜形成。通过热喷涂法，可以连续且均匀地涂覆薄膜而不受基材部2a的尺寸和形状的限制。热喷涂法可以是大气等离子体喷涂法、减压等离子体喷涂法、水等离子体喷涂法、电弧喷涂法、高速火焰喷涂法、低速火焰喷涂法、冷喷涂法中的任一种。
薄膜测温电阻部4的图案可以通过预先将基材部2a上形成的绝缘层的表面掩蔽成图案状，再对整个表面进行热喷涂而制作，也可以通过对整个表面进行热喷涂之后将该热喷涂皮膜的表面掩蔽成图案状，再利用机械加工或喷射加工将多余的热喷涂皮膜除去而制作。
薄膜测温电阻部4的一部分延设至基材部2a的侧方，其延设部分成为电阻值测定端子部12，与电阻值测定端子连接。电阻值测定端子读取薄膜测温电阻部4的电阻值，与将电阻值换算为温度的外部测定器连接。由此，无需设置贯穿基材部2a的测定机构即可测定薄膜测温电阻部4的电阻值。
薄膜测温电阻部4由膜厚较薄的热喷涂皮膜形成，因此与外部测定器的连接方式可列举出：外部的连接电缆的端部接合的连接结构、连接电缆的端部经由连接插座而连接的连接结构、连接电缆的端部直接压紧的连接结构。作为接合连接电缆的方法，可列举出钎焊(soldering)、铜焊(brazing)、焊接(welding)等。在将连接电缆直接压到电阻值测定端子部12上的情况下，需要用于固定连接电缆的螺钉止动部等结构。
用于形成温度调节部3和薄膜测温电阻部4的热喷涂粉末可以采用例如粒径5-80μm的粒度范围的热喷涂粉末。如果粒径过小，则粉末的流动性下降而无法稳定地供给，皮膜的厚度容易变得不均匀。另一方面，如果粒径过大，则在未完全熔融的状态下成膜，有可能过度多孔化而导致膜质变粗糙。
构成温度调节部3和薄膜测温电阻部4的热喷涂皮膜的平均孔隙率优选为1-10％的范围。平均孔隙率可以通过热喷涂方法或热喷涂条件进行调整。如果孔隙率小于1％，则热喷涂皮膜内存在的残留应力的影响增大，有可能易发生剥落或破裂。如果孔隙率大于10％，则例如半导体制造工艺中使用的各种气体容易侵入热喷涂皮膜内，耐久性有可能下降。平均孔隙率可以如下进行测定：用光学显微镜观察热喷涂皮膜的剖面，对观察图像进行二值化处理，将皮膜内部的黑色区域视为孔隙部分，计算出该黑色区域在整个区域中所占的面积比率。
对于温度调节单元1，通过进一步设置控制机构，可以更严密地进行温度调节对象100的温度控制，该控制机构将由薄膜测温电阻部4检测到的检测信号输入控制部，基于预先求出的标准曲线数据将该检测信号转换成温度信息，基于该温度信息决定向温度调节部3施加的电压。
如图1、图2所示，通过将薄膜测温电阻部4设置在比温度调节部3更靠近温度调节对象100的一侧，可以使测定温度与温度调节对象100的实际温度之间几乎没有差异。由于薄膜测温电阻部4形成在测温面内的一定范围内，因此不存在使用热电偶时那样的热异常点，从而可以准确地测定温度调节面的平均温度。另外，通过将所得的温度信息反馈，可以高精度地进行温度控制。
图3是表示由热喷涂皮膜形成的薄膜测温电阻部的曲线图，该热喷涂皮膜分别由Al、Ni、Ni-Al合金的各热喷涂材料所形成，图3(a)表示薄膜测温电阻部的电阻温度依存性，图3(b)表示薄膜测温电阻部的电阻值经时变化。在图3(a)的表示电阻温度依存性的曲线图中，显示出电阻值随温度变化的变化率是恒定的，该曲线成为用于将测温电阻器的电阻值换算为温度的标准曲线。表1中示出了平均温度系数α。
[表1]
α[1/℃]
Al热喷涂 3.05×10<sup>-3</sup>
Ni热喷涂 6.72×10<sup>-3</sup>
Ni-Al合金热喷涂 1.42×10<sup>-3</sup>
在图3(b)的电阻值经时变化的测定中，测定了在200℃下加热一定时间，然后在80℃下保持30分钟之后的电阻值，对该电阻值作图。抽样时间分别为加热1小时、3小时、6小时、9小时、12小时、19小时、26小时、33小时之后。如图3的曲线图所示，Ni热喷涂皮膜的电阻值的变化率在33小时之后为-1.66％。虽然在此程度下也可以使用，但是Al热喷涂皮膜的电阻值的变化率在33小时之后为0.03％、Ni-Al合金热喷涂皮膜的电阻值的变化率在33小时之后为0.24％，均特别小，可见在Al热喷涂皮膜和Ni-Al合金热喷涂皮膜的情况下，即使长时间使用后电阻值的经时变化也较少，可靠性更高。
为了对由Al热喷涂皮膜形成的测温电阻器进行特性评价，与作为测温电阻器而标准化的Pt100(日本工业标准JIS-C1604)进行比较试验。具体而言，将Pt100和由Al热喷涂皮膜形成的测温电阻器的试验片配置在恒温槽中，在恒温槽的温度分别达到25℃、50℃、100℃、150℃的温度下，比较由Pt100所测定的温度与由Al热喷涂皮膜形成的测温电阻器所测定的温度的差异(误差)。结果示于表2中。可见在Pt100和由Al热喷涂皮膜形成的测温电阻器之间，测定温度几乎没有误差。
[表2]
[℃]
标准温度/T<sub>Pt100</sub> 测定温度/T<sub>热喷涂</sub> 误差
24.50 24.48 0.02
49.80 49.80 0.00
99.95 99.97 0.02
149.55 149.53 0.02
另外，将Pt100和由Al热喷涂皮膜形成的测温电阻器的试验片配置在恒温槽中，进行在高温下保持一定时间时的稳定度试验。图4是表示由Al热喷涂皮膜形成的测温电阻器在150℃下加热时的温度变化趋势的曲线图，图4(a)表示在150℃下加热50小时时的温度变化趋势，图4(b)表示在150℃下加热100小时时的温度变化趋势。如图4所示，在150℃下将由Al热喷涂皮膜形成的测温电阻器加热一定时间时，经过50小时之后和经过100小时之后，加热前后的测定值均几乎没有差异。另外，对于Pt100也进行相同条件的试验，比较加热前后的测定温度。结果示于表3中。可见在Pt100和由Al热喷涂皮膜形成的测温电阻器之间，加热前后的测定温度几乎没有误差。
[表3]
Figure BDA0003362938350000141
图5(a)是表示温度调节部3的一个图案的俯视图，图5(b)是表示薄膜测温电阻部4的一个图案的俯视图。图6是具备图5的温度调节部3和薄膜测温电阻部4的温度调节单元1的立体图。在图6中，为了便于说明，图示中可以从上方看到薄膜测温电阻部4和温度调节部3。在该例中，温度调节部3的一部分向外延设，该延设部分在同一面上构成与供电端子连接的供电端子部11。另外，薄膜测温电阻部4的一部分向外延设，该延设部分在同一面上构成与电阻值测定端子连接的电阻值测定端子部12。温度调节部3的具有折叠部的带状图案部分形成为例如线宽：1.2mm、线间距离：2mm、电阻值：20Ω。另外，薄膜测温电阻部4的具有折叠部的带状图案部分形成为例如线宽：1mm、线间距离：1mm、电阻值：10Ω。另外，在温度调节单元1的厚度方向上，薄膜测温电阻部4和温度调节部3配置成隔着绝缘层彼此对应。即，俯视时温度调节部3调节温度的区域与薄膜测温电阻部4测定温度的区域一致，由此，通过将由薄膜测温电阻部4获得的温度信息反馈给温度调节部3，可以高精度地进行温度控制。
如图5和图6所示，虽然温度调节部3和薄膜测温电阻部4形成为隔着绝缘层彼此重叠，但是温度调节部3和薄膜测温电阻部4不是以相同的图案形成，而是以不同的方向、长度的图案形成。具体而言，薄膜测温电阻部4跨越了存在温度调节部3的部分和不存在温度调节部3的部分，即温度调节部3的带状部分和薄膜测温电阻部4的带状部分在俯视时交叉配置，由此，能够更准确地测定面内的平均温度。
以下，示出更换本实施方式中温度调节部3和薄膜测温电阻部4的位置关系时进行测温精度的比较验证的结果。图7是表示温度调节单元的结构的剖面示意图，图7(a)表示薄膜测温电阻部4设置在比温度调节部3更靠近温度调节对象的一侧时温度调节单元的结构，图7(b)表示薄膜测温电阻部4设置在比温度调节部3更远离温度调节对象的一侧时温度调节单元的结构。在图7(a)的示意图中，在基材部2a上形成有由多层构成的绝缘层2b，从基材部2a侧依次设置有绝缘层2c、温度调节部3、绝缘层2d、薄膜测温电阻部4、绝缘层2e，进而在最表层即绝缘层2e的表面设置有热电偶20。在图7(b)的示意图中，在基材部2a上形成有由多层构成的绝缘层2b，从基材部2a侧依次设置有绝缘层2c、薄膜测温电阻部4、绝缘层2d、温度调节部3、绝缘层2e，进而在最表层即绝缘层2e的表面设置有热电偶20。图7(a)是本发明的一实施例，图7(b)是比较例。
准备图7(a)的示意图所示的试验片和图7(b)的示意图所示的试验片，将各试验片的温度调节部3的温度分别调节至50℃、100℃、150℃，保持一定时间。在各试验片中，温度调节部3、薄膜测温电阻部4、绝缘层2b均由热喷涂法形成，绝缘层2c、2d、2e的材料为Al2O3，温度调节部3的材料为W，薄膜测温电阻部4的材料为Al。温度调节部3的厚度为150μm，薄膜测温电阻部4的厚度为80μm，绝缘层2c、2d、2e的厚度均为100μm、总厚度为300μm。
图8是由图7所示的各试验片进行的温度测定的比较结果。图8的TCs为由热电偶20测定的温度，RTD是由薄膜测温电阻部4测定的温度。图8中，图8(a)示出以薄膜测温电阻部4为上层、温度调节部3为下层的情况，图8(b)示出以温度调节部3为上层、薄膜测温电阻部4为下层的情况。尽管绝缘层2b的厚度极薄，仅为300μm，但是在保持于50℃、保持于100℃、保持于150℃的各情况下，当以薄膜测温电阻部4为上层时TCs和RTD的差均很小。即，可知无论与测温对象的距离如何，温度调节部3和薄膜测温电阻部4的位置关系均是：在比温度调节部3更靠近温度调节对象的一侧设置薄膜测温电阻部4时，可以更准确地测定温度调节对象的温度。
以下，示出对本实施方式中薄膜测温电阻部4的面内平均温度的测定精度进行验证实验的结果。图9是由设置于测温面内的任意一点的热电偶测定的温度与通过由大范围地形成在整个测温面内的薄膜测温电阻部测定的平均温度进行比较的曲线图。在该试验中，加热开始后经过220秒之后的测定温度在热电偶的情况下显示为150℃，在薄膜测温电阻部的情况下显示为200℃。另外，在同一时刻由红外热像仪(IR)测定的面内平均温度为205℃。由此，虽然在一个点的温度测定中，有时与实际的面内平均温度会有很大差异，但是通过在温度调节面内大范围地使用薄膜测温电阻部可以准确地测定平均温度。
图10是进行图9所示的温度变化时薄膜测温电阻部4的红外热像仪(IR)照片。热电偶设置在测温面的周缘部的一个点(+)上，图10的三个图像分别是由热电偶测定的温度为(a)50℃、(b)100℃、(c)150℃时的照片。为了便于比较，由热电偶测定的温度、由本实施方式的薄膜测温电阻部测定的平均温度、以及由红外热像仪(IR)测定的平均温度的结果一并示于表4中。可见，虽然相对于由热电偶测定的温度，本实施方式的薄膜测温电阻部和红外热像仪均有差异，但是在本实施方式的薄膜测温电阻部和红外热像仪(IR)的情况下测定温度相近。这表明本实施方式的薄膜测温电阻部比热电偶更能准确地测定面内平均温度。另外，本实施方式的薄膜测温电阻部不同于红外热像仪(IR)，即使在存在等离子体发光部件或卤素加热器等其他热源的情况下也能测定温度。即，本实施方式的薄膜测温电阻部即使在存在其他热源的情况下也能以与红外热像仪(IR)同等程度的精度测定面内平均温度。
[表4]
Figure BDA0003362938350000171
所公开的实施方式、实施例为本发明所涉及的温度调节单元的示例，并不是限制性的。可以将实施方式、实施例的各个特征的一部分抽出并相互组合。只要不损害本发明的效果，薄膜测温电阻部、温度调节部、温度调节单元本体的大小、形状、结构材料均可改变。
图11是表示温度调节单元形成为环状之例的立体图。在图11中，为了便于说明，示出了从上方观察时的薄膜测温电阻部。在温度调节单元25中，在四等分的各个区域内设置有构成薄膜测温电阻部26的独立的结构部26a、26b、26c、26d。各个结构部26a、26b、26c、26d的一部分绕入基材部的侧方延伸设置，它们的前端部分别独立地构成电阻值测定用端子部28a、28b。另外，在薄膜测温电阻部26的结构部26a、26b、26c、26d各自的下层，隔着绝缘层设置有彼此独立的四个不同的温度调节部。由此，可以在构成温度调节单元25的彼此独立的四个区域内，单独精密地进行温度控制。
图12是表示温度调节单元形成为圆盘状之例的立体图。在图12中，为了便于说明，示出了从上方观察时的薄膜测温电阻部。在温度调节单元30中，薄膜测温电阻部31由彼此独立的四个不同的结构部31a、31b、31c、31d构成。具体而言，薄膜测温电阻部31整体呈圆形，由包含圆中心的圆形的结构部31d、以及将结构部31d的周围分成三份的三个结构部31a、31b、31c构成。在图12所示的温度调节单元30的结构中，各个结构部31a、31b、31c、31d的一部分在同一面上向外侧延设，它们的前端部独立地构成电阻值测定用端子部32a、32b、32c、32d。另外，在薄膜测温电阻部31的结构部31a、31b、31c、31d各自的下层，隔着绝缘层设置有彼此独立的四个不同的温度调节部。由此，可以在构成温度调节单元30的彼此独立的四个区域内，单独精密地进行温度控制。
图13是表示使用电热丝代替热喷涂皮膜作为温度调节单元所具备的温度调节部之例的示意图，图13(a)是剖视图，图13(b)是截取一部分的立体图。在图13中，为了便于说明，示出了从上方观察时的薄膜测温电阻部。温度调节单元40的形状为环状，在基材部2a的内部同样埋设有三根环状的电热丝5(43)。电热丝5(43)例如为镍铬合金线，外周被耐热性绝缘体包覆。在基材部2a的上表面形成有绝缘层2b，在绝缘层2b内形成有由热喷涂皮膜形成的薄膜测温电阻部41。薄膜测温电阻部41的一部分绕入基材部2a的侧方延伸设置，其前端部构成电阻值测定用端子部42。在图13所示的实施方式中，薄膜测温电阻部41也设置在比温度调节部43更靠近温度调节对象的一侧，同样能够高精度地进行温度测定。
图14是表示使用冷媒流体代替热喷涂皮膜作为温度调节单元所具备的温度调节部之例的示意图，图14(a)是剖视图，图14(b)是截取一部分的立体图。在图14中，为了便于说明，示出了从上方观察时的薄膜测温电阻部。温度调节单元50的形状为环状，基材部2a的内部同样设置有环状的空洞，冷媒流体6(53)从其中通过。冷媒流体6(53)可以是液体也可以是气体。在基材部2a的一部分设置有与空洞的两个末端分别连接的通孔，冷媒流体6(53)可以从该通孔流入和排出。在基材部2a的上表面形成有绝缘层2b，在绝缘层2b内形成有由热喷涂皮膜形成的薄膜测温电阻部51。薄膜测温电阻部51的一部分绕入基材部2a的侧方延伸设置，其前端部构成电阻值测定用端子部52。在图14所示的实施方式中，薄膜测温电阻部51也设置在比温度调节部53更靠近温度调节对象的一侧，同样可以高精度地进行温度测定。
图15是表示温度调节单元应用于静电吸盘之例的剖面示意图。在图15所示的温度调节单元65中，在形成于基材部2a上表面的绝缘层2b内，从基材部2a侧依次形成有温度调节部3、薄膜测温电阻部4、电极部66。电极部66由热喷涂皮膜形成，该热喷涂皮膜形成为与薄膜测温电阻部4同样具有多个折叠部的带状图案，该电极部66的一部分延设至基材部2a的侧方，其前端部构成与供电端子连接的供电端子部67。通过对电极部66施加规定的电压，载置于温度调节单元65上表面的温度调节对象(例如Si晶片基板)100被吸引并固定。
本发明的范围并不限于实施方式、实施例，在权利要求的均等范围内的所有改变均包含在本发明的保护范围之内。
-产业上的可利用性-
本发明的温度调节单元不限于半导体制造工艺领域，只要是需要在面内进行均匀的温度控制，即可适用于任何领域的产品。
-符号说明-
1、25、30、40、50、65：温度调节单元
2：温度调节单元本体
2a：基材部
2b、2c、2d、2e：绝缘层
3、43、53：温度调节部
4、26、31、41、51：薄膜测温电阻部
5：电热丝
6：冷媒流体
11、67：供电端子部
12、28a、28b、32a、32b、32c、32d：电阻值测定端子部
20：热电偶
26a、26b、26c、26d、31a、31b、31c、31d：薄膜测温电阻部的结构部
66：电极部
100：测温对象

Claims (7)

1.一种温度调节单元，其中，
所述温度调节单元包括：
温度调节单元本体；
温度调节部，其设置在所述温度调节单元本体的内部，对温度调节对象所在侧的该温度调节单元本体的表面温度进行升降温；以及
薄膜测温电阻部，其形成在所述温度调节单元本体的内部、温度调节对象所在侧的面内的一定范围内，并且设置在比所述温度调节部更靠近温度调节对象的一侧，由热喷涂皮膜形成。
2.根据权利要求1所述的温度调节单元，其中，
所述薄膜测温电阻部形成为在同一面上具有折叠部的带状图案。
3.根据权利要求1或2所述的温度调节单元，其中，
所述薄膜测温电阻部包含含有Al的金属或合金。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的温度调节单元，其中，
所述温度调节部由热喷涂皮膜形成，该热喷涂皮膜形成为在同一面上具有折叠部的带状图案。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的温度调节单元，其中，
所述温度调节部包括多个结构部，并且该多个结构部各自的一部分构成供电端子部，
所述薄膜测温电阻部包括多个结构部，并且该多个结构部各自的一部分构成电阻值测定端子部。
6.根据权利要求5所述的温度调节单元，其中，
所述温度调节部的各结构部和所述薄膜测温电阻部的各结构部配置成在所述温度调节单元的厚度方向上彼此对应。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的温度调节单元，其中，
所述温度调节单元本体具有基材部和形成在该基材部的表面上的绝缘层，所述薄膜测温电阻部设置在该绝缘层内。
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