JP2004165085A

JP2004165085A - Heating device and manufacturing method of the same

Info

Publication number: JP2004165085A
Application number: JP2002331955A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sakurai; 誠桜井; Daisuke Hashimoto; 大輔橋本
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP3716249B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating device capable of improving the accuracy of temperature measurement at a heater plate made of aluminum. <P>SOLUTION: The heating device 11 comprises a heater plate 13 made of aluminum having a heating element 12 and a sheathed thermocouple 14 for measuring the temperature of the heater plate 13. The tip 26 of the sheath 25 made of aluminum is closed by the end of a wall 30, and the end surface 26a of the tip 26 is finished flat by machining. The heater plate 13 is composed of a first plate member 21 and a second plate member 22. A sheath mounting hole 40 is formed in the first plate member 21. The first plate member 21 and the second plate member 22 are brazed to each other, and the end surface 26a of the sheath 25 and the second plate member 22 are also brazed to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体基板等を加熱するためのヒータプレートとシース熱電対を備えた加熱装置と、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体の製造プロセスにおいて、半導体基板を加熱するためにプロセスチャンバが使用されている（例えば下記特許文献１参照）。プロセスチャンバの内部にヒータプレートが収容されている。このヒータプレートには抵抗発熱体が内蔵され、抵抗発熱体の電流制御を行なうためにヒータプレートの温度が測定される。
【０００３】
ヒータプレートの温度を測定するための温度測定器は、プロセスチャンバ内に印加される高周波やプラズマ等による電気信号上の影響を受けないことが望まれる。また、温度測定器の測温部や電気絶縁物がプロセスチャンバ内に導入されるガス等と反応すると、腐食やコンタミネーション（汚染物）の原因となるため、測温部や電気絶縁物がガスと反応することも避けなければならない。
【０００４】
このような要求を満たす温度測定器として、シース熱電対が適している。従来のシース熱電対は、例えばＮｉ合金であるインコネルやステンレス鋼からなる金属管（シース）の内部に、測温部が収容されている。
【０００５】
シース熱電対をヒータプレートに取付ける手段として、例えば、シース熱電対に連結用の部材を取付け、シースの先端部をヒータプレートのシース取付穴に挿入しシースの先端部をヒータプレートに接触させた状態で、ねじ部材あるいは溶接によって前記連結用の部材を介してヒータプレートに固定することが行なわれている。
【０００６】
あるいは、下記特許文献２に記載されているように、シース先端をヒータプレート等の金属体の測温部に溶接する方法も提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２６０６８７号公報
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２８１４９８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
シース熱電対のシースには、材料の強度、耐食性、耐久性などの観点から、インコネルあるいはステンレス鋼などが用いられている。しかしこれらの材料は、アルミニウム製のヒータプレートとの間に無視することができない熱膨張差がある。
【００１０】
プロセスチャンバ内で半導体基板を処理する工程では、加熱と冷却が繰返し行なわれる。このためヒータプレートとシース熱電対との間に熱膨張差があると、常温ではヒータプレートとシース熱電対とが隙間無く接触していても、半導体基板の処理中の熱により、ヒータプレートとシース熱電対との間に隙間が生じてしまう。
【００１１】
しかもプロセスチャンバ内では、半導体基板の処理に伴い、雰囲気ガスや真空度が繰返し変化することがある。このためヒータプレートとシース熱電対との間に隙間が存在すると、ヒータプレートとシース熱電対との間の熱伝達媒体の物性変化が生じることにより、熱電対による温度測定の結果に影響が生じるおそれがある。
【００１２】
シース熱電対はシースの側面からシース内部の測温部（測温接点）への伝熱も測定結果に影響を及ぼす。このため、前記特許文献２のようにシース先端をヒータプレート等の金属体に溶接する場合でも、シースの側面とヒータプレートとの間に隙間が存在すると、熱伝達媒体の物性変化が生じることにより、熱電対による温度測定結果に悪影響がでる。
【００１３】
前記熱膨張差によってヒータプレートとシース熱電対との間に生じる隙間は、温度が上がれば上がるほど大きくなる。プロセスチャンバ内に導入されるガスはヒータプレートとシース熱電対との間の熱伝達媒体となるが、隙間の大きさによって熱伝達のレスポンスが影響されるため、温度によってレスポンスが変化することになり、好ましくない。
【００１４】
さらに、ヒータプレートとシース熱電対との間に隙間があると、プロセスチャンバに真空度の変化が生じたときに熱伝達の度合いが著しく変化する。あるいは熱伝達媒体を失って真空断熱のような状態になることから、温度測定のレスポンスに大きな影響を及ぼし、温度測定の精度が悪化するという問題もある。
【００１５】
従ってこの発明の目的は、温度測定の精度が向上する加熱装置と、その製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の加熱装置は、内部に発熱体を備えたアルミニウム製のヒータプレートと、前記ヒータプレートの温度を測定するための測温部および該測温部を覆うシースを有しかつ先端部が閉じているシース熱電対とを有し、前記シースがアルミニウム製であり、該シースの先端部が前記ヒータプレートに形成されたシース取付穴に挿入されかつ前記ヒータプレートに接合されていることを特徴とする。この明細書で言うアルミニウムとは、純粋なアルミニウムと、アルミニウム合金とを含む概念である。
【００１７】
この発明の好ましい形態では、前記シースの先端部に、端面が平坦に機械加工された端壁を有し、該先端部が前記シース取付穴に挿入されかつ該ヒータプレートにろう付けされている。
【００１８】
前記ヒータプレートの一例は、その厚み方向に接合される第１プレート部材と第２プレート部材とを含み、第１プレート部材に前記シース取付穴が形成され、かつ、前記シースの先端部の前記端面と前記第２プレートが互いにろう付けされている。この発明の好ましい形態では、前記シースの先端部の側面と前記シース取付穴の内面とがろう付けされている。
【００１９】
本発明の加熱装置の製造方法は、前記第１プレート部材にシース取付穴を形成し、該シース取付穴に挿入された前記シースの先端部と前記第１プレート部材とを前記シースの先端部外周の溶接部において溶接し、前記第１プレート部材の前記第２プレート部材に対する接合面を前記溶接部および前記シースの先端部の端面とともに機械加工によって平坦に仕上げたのち、前記第１プレート部材と第２プレート部材を重ねてろう付けするとともに、前記シースの先端部の端面を前記第２プレート部材にろう付けすることを特徴とする。
【００２０】
この発明において、前記第１プレート部材と第２プレート部材をろう付けする際に、前記シースの先端部の側面と前記シース取付穴の内面をろう付けするとよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に、半導体製造プロセスに用いるプロセスチャンバ１０が示されている。プロセスチャンバ１０の内部に、加熱装置１１が収容されている。
【００２２】
加熱装置１１は、抵抗発熱体１２を内蔵したヒータプレート１３と、抵抗発熱体１２の発熱量をコントロールするためのシース熱電対１４を備えている。発熱体の一例である抵抗発熱体１２は、ヒータプレート１３に形成された溝１５に収容されている。
【００２３】
ヒータプレート１３上に、例えば半導体基板等の被加熱物（ワーク）Ｗが載置される。プロセスチャンバ１０の内部空間の温度、雰囲気、真空度等は、被加熱物Ｗの処理に応じてコントローラ（図示せず）によって制御される。
【００２４】
円板形のヒータプレート１３は、互いに厚み方向に積層されるアルミニウム製の第１プレート部材２１と、第２プレート部材２２とを含んでいる。ここで言うアルミニウムはアルミニウム合金も含む概念である。これらプレート部材２１，２２は、互いにろう付けによって接合されている。
【００２５】
図２に示すようにシース熱電対１４は、先端が閉じたアルミニウム製の円筒状のシース２５と、シース２５の先端部２６付近の内側に収容された測温部として機能する測温接点２７と、測温接点２７に接続されたリード線２８などを備えている。
【００２６】
シース２５の先端部２６は、端壁３０によって閉塞されている。この端壁３０は、後述する機械加工を行なう際の削り代ΔＴ（図３に示す）を確保するに足る肉厚を有している。シース２５の先端部２６の端面２６ａは、旋盤等の機械加工によって平坦な形状に加工されている。
【００２７】
図２に示すようにシース熱電対１４の先端部すなわちシース２５の先端部２６は、第１プレート部材２１に形成されたシース取付穴４０に挿入されている。シース２５の先端部２６の端面２６ａの外周部と第１プレート部材２１とが電子ビーム溶接等によって溶接され、溶接部４１が形成されている。
【００２８】
また、シース２５の先端部２６の端面２６ａが、ろう材４５によって第２プレート部材２２にろう付け接合されている。シース２５の先端部２６の側面（外周面）２６ｂとシース取付穴４０の内面との間も、ろう材４６によって互いに接合されている。
【００２９】
アルミニウム製のシース２５は、インコネルやステンレス鋼と比較して熱伝導性が良く、しかもアルミニウム製ヒータプレート１３との間に熱膨張差が無いため、ヒータプレート１３の温度測定のレスポンスが優れている。また、被加熱物Ｗを加熱する際に、ヒータプレート１３とシース２５との間に熱膨張差による隙間が生じない。このことにより、ヒータプレート１３とシース熱電対１４との間の熱伝達が外部環境の変化に影響されにくくなり、温度測定のレスポンスに及ぼす影響を小さくできるという利点がある。
【００３０】
シース２５の先端部２６を閉じている端壁３０はヒータプレート１３と同じ材質（アルミニウム）であり、しかも溶接とろう付けによってヒータプレート１３と金属的に一体化しているため、端壁３０の熱容量が従来のシース熱電対よりも大きくても、温度測定のレスポンスに悪影響を与えることがない。
【００３１】
旋盤等の機械加工によってシース２５の先端部２６の端面２６ａを平坦に仕上げれば、シース２５の先端部２６の周囲とヒートプレート１３との間の隙間を実質的に無くすことができる。
【００３２】
シース２５の外径は、シース熱電対１４の絶縁抵抗を充分に確保し、かつ、製造上および使用上の耐久性も勘案して、φ５ｍｍ以上とする。但し、シース２５の外径が大きくなり過ぎると温度測定のレスポンスに悪影響を与えるため、シース２５の外径はφ１２ｍｍ以下とする。
【００３３】
次に、前記加熱装置１１の製造方法について説明する。
第１プレート部材２１と第２プレート部材２２とを重ねる前に、第１プレート部材２１の所定位置に機械加工によってシース取付穴４０を形成する。第２プレート部材２２には、抵抗発熱体１２を収容するための溝１５が形成される。
【００３４】
図３に示すようにシース２５の先端部２６をシース取付穴４０に挿入し、シース２５の端面２６ａの外周部と第１プレート部材２１とを電子ビーム溶接等によって溶接することにより、端面２６ａの周りに環状の溶接部４１を形成する。
【００３５】
第１プレート部材２１の上面すなわち第２プレート部材２２との接合面２１ａを、旋盤等の機械加工によって、溶接部４１およびシース２５の端面２６ａと共に平坦に仕上げる。図３にその削り代ΔＴが示されている。
【００３６】
この実施形態のように、シース２５の先端部２６を第１プレート部材２１に溶接し、その溶接部４１を含むプレート部材２１，２２どうしの接合面２１ａを平坦に機械加工することにより、シース２５の端面２６ａとヒータプレート１３との間の隙間を最小限にすることができる。
【００３７】
第１プレート部材２１の接合面２１ａとシース２５の端面２６ａを平坦に機械加工したのち、第１プレート部材２１に第２プレート部材２２を重ねる。このとき、第１プレート部材２１と第２プレート部材２２との間に、ろう材４５を設ける。シース２５の端面２６ａと第２プレート部材２２との間にも、ろう材４５を設ける。また、シース２５の側面２６ｂとシース取付穴４０の内面との間にろう材４６を設ける。
【００３８】
ろう材４５，４６が溶融する温度にプレート部材２１，２２を加熱したのち、冷却することにより、プレート部材２１，２２が互いにろう付けされ、かつ、シース２５の端面２６ａと第２プレート部材２２がろう付けされる。さらに、シース２５の側面２６ｂとシース取付穴４０の内面との間もろう付けされる。
【００３９】
このように、ヒータプレート１３のシース取付穴４０にシース２５の先端部２６を挿入し、両者を互いにろう付けすることにより、ヒータプレート１３とシース２５が一体化して金属の一体物となるため、ヒータプレート１３の温度測定のレスポンスが向上する。また、第１プレート部材２１と第２プレート部材２２とをろう付けする際に、シース２５の先端部２６とヒータプレート１３とのろう付けを同時に行なうことができる。
【００４０】
この実施形態の場合、シース２５の端面２６ａだけでなく、シース２５の側面２６ｂとシース取付穴４０の内面もろう付けされる。このため、ヒータプレート１３からシース２５内の測温接点２７への熱伝達経路が外部環境の変化に左右されなくなり、外部環境が温度測定のレスポンスに及ぼす影響をさらに小さくすることができる。
【００４１】
なお、シース２５の先端部２６をプレート部材２１，２２の双方に溶接してもよいし、シース２５の先端部２６をプレート部材２１，２２のいずれか一方に溶接あるいはろう付けしてもよい。
【００４２】
図４と図５は本発明の第２の実施形態の加熱装置５０を示している。この加熱装置５０は、前記第１の実施形態の加熱装置１１と同様にプロセスチャンバに収容される。この加熱装置５０において、前記加熱装置１１と共通の部位には両者に共通の符号を付して説明を省略し、異なる点について以下に説明する。
【００４３】
この加熱装置５０は、円筒形の中空の支持構造物５１を有している。支持構造物５１の内側に、抵抗発熱体１２の一部１２ａとシース熱電対１４の一部１４ａが挿通されている。支持構造物５１の内部空間は、半導体基板の処理中に例えば真空雰囲気となる。
【００４４】
ヒータプレート１３は、第１プレート部材２１と、第２プレート部材２２と、第３プレート部材５５とを含んでいる。各プレート部材２１，２２，５５は、第１の実施形態と同様にアルミニウム製である。ここで言うアルミニウムも、アルミニウム合金を含む概念である。プレート部材２１，２２，５５は互いに厚み方向に積層され、ろう付けされる。
【００４５】
シース熱電対１４は、第１の実施形態と同様に、アルミニウム製のシース２５と、シース２５の内部に収容された測温部などを備えている。第２プレート部材２２に、抵抗発熱体１２を収容するための溝１５が形成されている。第１プレート部材２１と第２プレート部材２２に、シース取付穴４０が形成されている。
【００４６】
シース２５の先端部２６がシース取付穴４０に挿入されている。シース２５の先端部２６の端面２６ａの外周部が第２プレート部材２２に溶接されることにより、端面２６ａの周りに溶接部４１が形成されている。
【００４７】
第２プレート部材２２の上面すなわち第３プレート部材５５との接合面２２ａは、溶接部４１とシース２５の端面２６ａを含めて、旋盤等の機械加工によって平坦に仕上げられている。そしてシース２５の端面２６ａが第３プレート部材５５にろう付けされている。この場合も、シース２５の側面２６ｂとシース取付穴４０の内面がろう付けされるとよい。
【００４８】
この実施形態の加熱装置５０は、第１の実施形態の加熱装置１１と同様に、シース取付穴４０に挿入されたシース２５の先端部２６とヒータプレート１３が、ろう付けによって溶接部４１と一体化している。このためヒータプレート１３からシース熱電対１４の測温部への熱伝達の経路が外部環境の変化に左右されず、レスポンスが向上する。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、アルミニウム製のヒータプレートと、ヒータプレートの温度を測定するためのシース熱電対とを備えた加熱装置において、温度測定の精度を高めることができる。
【００５０】
請求項２に記載した発明によれば、シースの先端部がヒータプレートにろう付けされることにより、ヒータプレートとシースとの熱伝達経路が外部環境の影響を受けにくくなり、温度測定の精度とレスポンスが改善される。
【００５１】
請求項３に記載した発明によれば、互いに積層される第１プレート部材と第２プレート部材とを有するヒータプレートにおいて、シースの先端部とヒータプレートが一体化され、外部環境の影響を受けにくい熱伝達経路が確保される。
【００５２】
請求項４に記載した発明によれば、シースの先端部の側面とヒータプレートとがろう付けされることによって、外部環境の影響をさらに受けにくくなり、温度測定の精度とレスポンスが向上する。
【００５３】
請求項５に記載した製造方法によれば、本発明の目的にかなう加熱装置を製造することができる。
請求項６に記載した発明によれば、第１プレート部材と第２プレート部材とをろう付けする際に、シースの先端部とヒータプレートとのろう付けを行なうことができるため、製造工程が簡略化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す加熱装置を備えたプロセスチャンバの断面図。
【図２】図１に示された加熱装置の一部を拡大して示す断面図。
【図３】図２に示されたヒータプレートとシースの端面を機械加工する前の状態を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す加熱装置の平面図。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿う加熱装置の断面図。
【符号の説明】
１１…加熱装置
１２…抵抗発熱体
１３…ヒータプレート
１４…シース熱伝対
２１…第１プレート部材
２２…第２プレート部材
２５…シース
２６…先端部
２６ａ…端面
２６ｂ…側面
３０…端壁
４０…シース取付穴
４１…溶接部
５０…加熱装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating device provided with a heater plate and a sheath thermocouple for heating, for example, a semiconductor substrate or the like, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
For example, in a semiconductor manufacturing process, a process chamber is used to heat a semiconductor substrate (for example, see Patent Document 1 below). A heater plate is housed inside the process chamber. The heater plate has a built-in resistance heating element, and the temperature of the heater plate is measured to control the current of the resistance heating element.
[0003]
It is desired that the temperature measuring device for measuring the temperature of the heater plate is not affected by an electric signal due to a high frequency or a plasma applied to the process chamber. In addition, if the temperature measuring section of the temperature measuring device or the electrical insulator reacts with a gas or the like introduced into the process chamber, it may cause corrosion or contamination (contaminants). You must also avoid reacting with
[0004]
A sheath thermocouple is suitable as a temperature measuring device satisfying such requirements. In a conventional sheath thermocouple, a temperature measuring unit is accommodated in a metal tube (sheath) made of, for example, inconel or stainless steel, which is a Ni alloy.
[0005]
As a means for attaching the sheath thermocouple to the heater plate, for example, a member for connection is attached to the sheath thermocouple, the tip of the sheath is inserted into the sheath mounting hole of the heater plate, and the tip of the sheath is brought into contact with the heater plate. Then, fixing to the heater plate via the connecting member by a screw member or welding is performed.
[0006]
Alternatively, as described in Patent Literature 2 below, a method of welding a sheath tip to a temperature measuring portion of a metal body such as a heater plate has also been proposed.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-6-260687 [0008]
[Patent Document 1]
JP-A-11-281498
[Problems to be solved by the invention]
For the sheath of the sheath thermocouple, Inconel, stainless steel, or the like is used from the viewpoint of material strength, corrosion resistance, durability, and the like. However, these materials have a non-negligible difference in thermal expansion with the heater plate made of aluminum.
[0010]
In a process of processing a semiconductor substrate in a process chamber, heating and cooling are repeatedly performed. Therefore, if there is a difference in thermal expansion between the heater plate and the sheath thermocouple, even if the heater plate and the sheath thermocouple are in close contact with each other at room temperature, the heat during processing of the semiconductor substrate causes the heater plate and the sheath thermocouple to contact each other. A gap is created between the thermocouple and the thermocouple.
[0011]
Moreover, in the process chamber, the atmosphere gas and the degree of vacuum may change repeatedly as the semiconductor substrate is processed. For this reason, if there is a gap between the heater plate and the sheath thermocouple, a change in the physical properties of the heat transfer medium between the heater plate and the sheath thermocouple may occur, which may affect the result of the temperature measurement by the thermocouple. There is.
[0012]
In the sheath thermocouple, the heat transfer from the side surface of the sheath to the temperature measuring section (temperature measuring junction) inside the sheath also affects the measurement result. For this reason, even when the distal end of the sheath is welded to a metal body such as a heater plate as in Patent Document 2, if there is a gap between the side surface of the sheath and the heater plate, the physical properties of the heat transfer medium change. As a result, the temperature measurement result by the thermocouple is adversely affected.
[0013]
The gap created between the heater plate and the sheath thermocouple due to the difference in thermal expansion increases as the temperature increases. The gas introduced into the process chamber acts as a heat transfer medium between the heater plate and the sheath thermocouple, but the size of the gap affects the heat transfer response. Is not preferred.
[0014]
Further, if there is a gap between the heater plate and the sheath thermocouple, the degree of heat transfer will change significantly when the degree of vacuum changes in the process chamber. Alternatively, since the heat transfer medium is lost and the state becomes a state like vacuum insulation, there is a problem that the response of the temperature measurement is greatly affected and the accuracy of the temperature measurement is deteriorated.
[0015]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a heating device with improved accuracy of temperature measurement and a method of manufacturing the same.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The heating device of the present invention includes an aluminum heater plate having a heating element therein, a temperature measurement unit for measuring the temperature of the heater plate, and a sheath that covers the temperature measurement unit, and the distal end is closed. A sheath thermocouple, wherein the sheath is made of aluminum, and a distal end of the sheath is inserted into a sheath mounting hole formed in the heater plate and joined to the heater plate. I do. In this specification, aluminum is a concept including pure aluminum and an aluminum alloy.
[0017]
In a preferred embodiment of the present invention, the distal end of the sheath has an end wall whose end face is machined flat, and the distal end is inserted into the sheath mounting hole and brazed to the heater plate.
[0018]
One example of the heater plate includes a first plate member and a second plate member joined in a thickness direction thereof, the sheath mounting hole is formed in the first plate member, and the end face of a distal end portion of the sheath. And the second plate are brazed to each other. In a preferred aspect of the present invention, the side surface of the distal end portion of the sheath and the inner surface of the sheath mounting hole are brazed.
[0019]
In the method of manufacturing a heating device according to the present invention, a sheath mounting hole is formed in the first plate member, and the distal end portion of the sheath inserted into the sheath mounting hole and the first plate member are connected to the outer periphery of the distal end portion of the sheath. After welding at the welded portion, the joining surface of the first plate member to the second plate member is flattened by machining with the welded portion and the end surface of the distal end of the sheath, and then the first plate member and the second plate member are finished. It is characterized in that the two plate members are overlapped and brazed, and the end face of the distal end of the sheath is brazed to the second plate member.
[0020]
In the present invention, when brazing the first plate member and the second plate member, the side surface of the distal end of the sheath and the inner surface of the sheath mounting hole may be brazed.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a process chamber 10 used for a semiconductor manufacturing process. A heating device 11 is housed inside the process chamber 10.
[0022]
The heating device 11 includes a heater plate 13 having a built-in resistance heating element 12 and a sheath thermocouple 14 for controlling the amount of heat generated by the resistance heating element 12. The resistance heating element 12, which is an example of the heating element, is housed in a groove 15 formed in the heater plate 13.
[0023]
An object to be heated (work) W such as a semiconductor substrate is placed on the heater plate 13. The temperature, atmosphere, degree of vacuum, and the like in the internal space of the process chamber 10 are controlled by a controller (not shown) according to the processing of the object to be heated W.
[0024]
The disc-shaped heater plate 13 includes a first plate member 21 and a second plate member 22 made of aluminum and stacked in the thickness direction. The aluminum mentioned here is a concept including an aluminum alloy. These plate members 21 and 22 are joined together by brazing.
[0025]
As shown in FIG. 2, the sheath thermocouple 14 includes a cylindrical sheath 25 made of aluminum having a closed end, and a temperature measuring contact 27 functioning as a temperature measuring unit housed inside the vicinity of the distal end 26 of the sheath 25. , A lead wire 28 connected to the temperature measuring contact 27 and the like.
[0026]
The distal end 26 of the sheath 25 is closed by an end wall 30. The end wall 30 has a thickness sufficient to secure a cutting allowance ΔT (shown in FIG. 3) when performing a machining process described later. The end surface 26a of the distal end portion 26 of the sheath 25 is processed into a flat shape by machining such as a lathe.
[0027]
As shown in FIG. 2, the distal end of the sheath thermocouple 14, that is, the distal end 26 of the sheath 25 is inserted into a sheath mounting hole 40 formed in the first plate member 21. The outer peripheral portion of the end surface 26a of the distal end portion 26 of the sheath 25 and the first plate member 21 are welded by electron beam welding or the like, thereby forming a welded portion 41.
[0028]
Further, the end surface 26 a of the distal end portion 26 of the sheath 25 is brazed to the second plate member 22 by the brazing material 45. The side surface (outer peripheral surface) 26b of the distal end portion 26 of the sheath 25 and the inner surface of the sheath mounting hole 40 are also joined to each other by the brazing material 46.
[0029]
The aluminum sheath 25 has better thermal conductivity than Inconel or stainless steel, and has no difference in thermal expansion with the aluminum heater plate 13, so that the response of the temperature measurement of the heater plate 13 is excellent. . Further, when heating the object to be heated W, there is no gap between the heater plate 13 and the sheath 25 due to a difference in thermal expansion. Thus, there is an advantage that the heat transfer between the heater plate 13 and the sheath thermocouple 14 is hardly affected by changes in the external environment, and the effect on the temperature measurement response can be reduced.
[0030]
The end wall 30 closing the distal end portion 26 of the sheath 25 is made of the same material (aluminum) as the heater plate 13 and is metallically integrated with the heater plate 13 by welding and brazing. Is larger than a conventional sheath thermocouple without adversely affecting the temperature measurement response.
[0031]
If the end face 26a of the distal end portion 26 of the sheath 25 is finished flat by machining such as a lathe, a gap between the periphery of the distal end portion 26 of the sheath 25 and the heat plate 13 can be substantially eliminated.
[0032]
The outer diameter of the sheath 25 is φ5 mm or more in consideration of the insulation resistance of the sheath thermocouple 14 and the durability in manufacturing and use. However, if the outer diameter of the sheath 25 becomes too large, the response of the temperature measurement is adversely affected. Therefore, the outer diameter of the sheath 25 is set to 12 mm or less.
[0033]
Next, a method for manufacturing the heating device 11 will be described.
Before the first plate member 21 and the second plate member 22 are overlapped, the sheath mounting hole 40 is formed at a predetermined position of the first plate member 21 by machining. A groove 15 for accommodating the resistance heating element 12 is formed in the second plate member 22.
[0034]
As shown in FIG. 3, the distal end portion 26 of the sheath 25 is inserted into the sheath mounting hole 40, and the outer peripheral portion of the end surface 26a of the sheath 25 and the first plate member 21 are welded by electron beam welding or the like. An annular weld 41 is formed therearound.
[0035]
The upper surface of the first plate member 21, that is, the joint surface 21a with the second plate member 22 is flattened together with the welded portion 41 and the end surface 26a of the sheath 25 by machining such as a lathe. FIG. 3 shows the cutting allowance ΔT.
[0036]
As in this embodiment, the distal end portion 26 of the sheath 25 is welded to the first plate member 21, and the joining surface 21 a of the plate members 21 and 22 including the welded portion 41 is machined to be flat, thereby forming the sheath 25. Of the heater plate 13 can be minimized.
[0037]
After the joining surface 21a of the first plate member 21 and the end surface 26a of the sheath 25 are machined flat, the second plate member 22 is overlaid on the first plate member 21. At this time, a brazing material 45 is provided between the first plate member 21 and the second plate member 22. A brazing material 45 is also provided between the end surface 26 a of the sheath 25 and the second plate member 22. In addition, a brazing material 46 is provided between the side surface 26 b of the sheath 25 and the inner surface of the sheath mounting hole 40.
[0038]
After heating the plate members 21 and 22 to a temperature at which the brazing materials 45 and 46 melt, the plate members 21 and 22 are brazed to each other by cooling, and the end surface 26a of the sheath 25 and the second plate member 22 are separated from each other. Brazed. Furthermore, the space between the side surface 26b of the sheath 25 and the inner surface of the sheath mounting hole 40 is also brazed.
[0039]
As described above, by inserting the distal end portion 26 of the sheath 25 into the sheath mounting hole 40 of the heater plate 13 and brazing the two together, the heater plate 13 and the sheath 25 are integrated into a single metal object. The response of the temperature measurement of the heater plate 13 is improved. Further, when brazing the first plate member 21 and the second plate member 22, the brazing between the distal end portion 26 of the sheath 25 and the heater plate 13 can be performed simultaneously.
[0040]
In this embodiment, not only the end surface 26a of the sheath 25 but also the side surface 26b of the sheath 25 and the inner surface of the sheath mounting hole 40 are brazed. Therefore, the heat transfer path from the heater plate 13 to the temperature measuring contact 27 in the sheath 25 is not affected by changes in the external environment, and the effect of the external environment on the response of the temperature measurement can be further reduced.
[0041]
The distal end 26 of the sheath 25 may be welded to both of the plate members 21 and 22, or the distal end 26 of the sheath 25 may be welded or brazed to one of the plate members 21 and 22.
[0042]
4 and 5 show a heating device 50 according to a second embodiment of the present invention. The heating device 50 is housed in a process chamber similarly to the heating device 11 of the first embodiment. In the heating device 50, the same portions as those of the heating device 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Differences will be described below.
[0043]
The heating device 50 has a cylindrical hollow support structure 51. Inside the support structure 51, a part 12a of the resistance heating element 12 and a part 14a of the sheath thermocouple 14 are inserted. The internal space of the support structure 51 becomes, for example, a vacuum atmosphere during processing of the semiconductor substrate.
[0044]
The heater plate 13 includes a first plate member 21, a second plate member 22, and a third plate member 55. Each of the plate members 21, 22, 55 is made of aluminum as in the first embodiment. The aluminum mentioned here is also a concept including an aluminum alloy. The plate members 21, 22, 55 are stacked in the thickness direction and brazed.
[0045]
As in the first embodiment, the sheath thermocouple 14 includes an aluminum sheath 25 and a temperature measuring unit housed inside the sheath 25. A groove 15 for accommodating the resistance heating element 12 is formed in the second plate member 22. A sheath mounting hole 40 is formed in the first plate member 21 and the second plate member 22.
[0046]
The distal end 26 of the sheath 25 is inserted into the sheath mounting hole 40. The outer peripheral portion of the end surface 26a of the distal end portion 26 of the sheath 25 is welded to the second plate member 22, so that a welded portion 41 is formed around the end surface 26a.
[0047]
The upper surface of the second plate member 22, that is, the joint surface 22a with the third plate member 55, including the welded portion 41 and the end surface 26a of the sheath 25, is finished to be flat by machining such as a lathe. The end surface 26a of the sheath 25 is brazed to the third plate member 55. Also in this case, the side surface 26b of the sheath 25 and the inner surface of the sheath mounting hole 40 may be brazed.
[0048]
In the heating device 50 of this embodiment, similarly to the heating device 11 of the first embodiment, the distal end portion 26 of the sheath 25 inserted into the sheath mounting hole 40 and the heater plate 13 are integrated with the welding portion 41 by brazing. Is becoming Therefore, the path of heat transfer from the heater plate 13 to the temperature measuring section of the sheath thermocouple 14 is not affected by changes in the external environment, and the response is improved.
[0049]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, in a heating apparatus including an aluminum heater plate and a sheath thermocouple for measuring the temperature of the heater plate, the accuracy of temperature measurement can be improved.
[0050]
According to the second aspect of the present invention, since the distal end portion of the sheath is brazed to the heater plate, the heat transfer path between the heater plate and the sheath is less likely to be affected by the external environment. Response is improved.
[0051]
According to the third aspect of the present invention, in the heater plate having the first plate member and the second plate member stacked on each other, the distal end portion of the sheath and the heater plate are integrated, and are not easily affected by the external environment. A heat transfer path is secured.
[0052]
According to the fourth aspect of the present invention, by brazing the side surface of the distal end portion of the sheath and the heater plate, the influence of the external environment is further reduced, and the accuracy and response of the temperature measurement are improved.
[0053]
According to the manufacturing method described in claim 5, it is possible to manufacture a heating device that meets the object of the present invention.
According to the invention described in claim 6, when the first plate member and the second plate member are brazed, the distal end portion of the sheath and the heater plate can be brazed, so that the manufacturing process is simplified. Become
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a process chamber provided with a heating device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a part of the heating device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view showing a state before machining the end faces of the heater plate and the sheath shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a plan view of a heating device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of the heating device taken along line VV in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 11 heating device 12 resistance heating element 13 heater plate 14 sheath thermocouple 21 first plate member 22 second plate member 25 sheath 26 distal end 26a end surface 26b side surface 30 end wall 40 Sheath mounting hole 41 ... welding part 50 ... heating device

Claims

An aluminum heater plate with a heating element inside,
A sheath thermocouple having a temperature measuring section for measuring the temperature of the heater plate and a sheath covering the temperature measuring section and having a closed end portion,
The sheath is made of aluminum,
A heating device, wherein a distal end of the sheath is inserted into a sheath mounting hole formed in the heater plate and is joined to the heater plate.

2. The sheath according to claim 1, further comprising an end wall having a flat machined end face at a distal end thereof, wherein the distal end is inserted into the sheath mounting hole and brazed to the heater plate. The heating device according to claim 1.

The heater plate includes a first plate member and a second plate member joined in a thickness direction thereof, the sheath mounting hole is formed in the first plate member, and the end face of the distal end portion of the sheath and the end face of the sheath plate are formed. 3. The heating device according to claim 2, wherein the second plates are brazed to each other.

The heating device according to claim 3, wherein a side surface of a distal end portion of the sheath and an inner surface of the sheath mounting hole are brazed.

An aluminum heater plate including a first plate member and a second plate member stacked in a thickness direction;
A sheath thermocouple having an aluminum sheath whose tip is closed,
In a method of manufacturing a heating device comprising:
Forming a sheath mounting hole in the first plate member;
Welding the distal end of the sheath inserted into the sheath mounting hole and the first plate member at a welding portion on the outer periphery of the distal end of the sheath;
After finishing the joining surface of the first plate member to the second plate member together with the welding portion and the end surface of the distal end portion of the sheath by machining,
The first plate member and the second plate member are overlapped and brazed,
A method of manufacturing a heating device, comprising brazing an end surface of a distal end portion of the sheath to the second plate member.

6. The heating apparatus according to claim 5, wherein, when brazing the first plate member and the second plate member, a side surface of a distal end portion of the sheath and an inner surface of the sheath mounting hole are brazed. Method.