JP4854470B2 - 高精度温度記録装置 - Google Patents

Description

この発明は、高精度温度記録装置、詳しくは１／１０℃程度の細かな温度情報も高精度で測定記録することが出来る高精度温度記録装置に関するものである。

各種産業分野において、温度管理が極めて重要な技術であることは言うまでもない。例えば、半導体製造の分野においては、半導体チップの製造の際に、素材であるシリコンウェハーを真空チャンバー内のプラズマ雰囲気中において熱処理する工程があり、この熱処理に先立ち、ダミーのシリコンウェハーを真空チャンバー内で加熱し、プラズマ雰囲気中におけるシリコンウェハーの各部分の熱分布を測定することが行われている。
なし なし

上記の熱分布の測定は、あらかじめ設定された特定の温度で不可逆的変化をする温度測定具を温度測定対象物であるシリコンウェハーの各部分に配置しておき、加熱後のこの温度測定具の変化から、その部分の温度を推定することなどによって行われている。この種の温度の測定においては、例えば９９℃から１００℃の間を１／１０℃単位で測定するという様に、極めて細かな温度情報を知ることが求められており、この様な細かな温度情報を不可逆的に測定記録する信頼性の高い温度記録装置はなかなか見当たらなかった。

本発明者は、この様な精密な温度情報を測定記録出来る温度記録装置を実現すべく鋭意研究を行った結果、雰囲気温度に応じて膨張収縮を行うワックス感温体に着目し、このワックス感温体の膨張収縮作用を応用した１／１０℃単位といった細かな温度情報を不可逆的に測定表示出来る温度記録装置を開発することに成功し、本発明としてここに提案するものである。

堅牢な合成樹脂を素材とし、一定の肉厚を有する平板ブロック状をなした本体内に箱形をなしたワックス収容部を形成し、該ワックス収容部に雰囲気温度に応じて膨張収縮を行うワックス感温体４を封入すると共に、該ワックス収容部３の周壁の一箇所から、始端が漏斗状に拡径した細長いトンネル状の長孔６を延設せしめ、この長孔６の始端寄りの部分にゴム状流動体８を充填すると共に、該長孔６の開放端９側からピストンロッド１０をその先端が前記ゴム状流動体８の端面に当接する様に挿入し、更に、前記長孔６の開放端９側に連続して直列状にピストンロッド案内溝１３を形成し、該案内溝１３の側部に、ピストンロッド１０の移動位置によって温度を示す温度目盛１４を付して高精度温度記録装置を構成することにより、上記課題を解決した。

倍率機構として作用するテーパ部５を有する長孔６によってワックス感温体４の熱膨張量をピストンロッド１０の移動量に変換しているので、例えば、９９℃から１００℃の間を１／１０℃単位で正確に測定表示することも可能であり、従来不可能であった極めて狭い温度領域内での不可逆的な計測も容易に実施することが出来る。更に、全体の機構が平板ブロック状の本体１内にコンパクトに納められており、それ自体独立した自己完結的な装置であるので、真空チャンバー内などの狭小な場所にも設置可能である。又、本体１は合成樹脂を素材としているので、真空プラズマ中などにおいても、被測定物に何ら悪影響を与えることなく、測定可能であり、極めて広い利用範囲を有する。

ワックス感温体の熱による膨張作用を利用し、それを増幅して最高到達温度を不可逆的に表示する様にした点に最大の特徴を有する。

図１はこの発明に係る温度記録装置の実施例１の一部を切欠いて描いた平面図、図２は図１における矢視Ａ−Ａ線縦断面図である。図中１は、一定の肉厚を有する平板ブロック状をなした本体であり、堅牢な合成樹脂を素材としており、この実施例においてはその肉厚は１５ｍｍとなっている。そして、この本体１には、その箱形をなしたワックス収容部３が形成されており、このワックス収容部２内には温度に応じて膨張収縮を行うワックス感温体４が充填されており、本体１の上面は板状をなした蓋７によって密閉されている。なお、ワックス感温体４は石油系ワックスを素材とするものであり、測定すべき温度領域に応じ、所望の特性を持つものを任意に選び出して用いる。

一方、このワックス収容部２の周壁の一箇所には、始端が漏斗状に拡径したテーパ部５となっている細長いトンネル状の長孔６が連通せしめられており、この長孔６の始端寄りの部分にはゴム状流動体８が充填されている。又、この長孔６の開放端９側からは、ピストンロッド１０がその先端を前記ゴム状流動体８の端面に当接する様に挿入されている。更に、本体１の長孔６の開放端９側には、前記開放端９より上面１２が低位置にある肉厚の薄い板状の張り出し部１１が一体的に形成されており、この張り出し部１１の上面１２には長孔６に連続して、これと直列状にピストンロッド案内溝１３が形成されている。

更に、このピストンロッド案内溝１３の側部には、雰囲気温度に応じてスライドするピストンロッドの位置によって温度を示す温度目盛１４が設けられている。なお、この実施例の様に、必要に応じてピストンロッド案内溝１３の上面を透明板１５によってカバーしても良い。又、この実施例においては、ワックス収容部３と長孔６とは、共に本体１内に形成したが、これらを別々の部材に形成しても良い。

この実施例１は上記の通りの構成を有するものであり、温度測定すべき対象物、たとえばダミーのシリコンウェハーの所望位置に設置して温度測定の用に供する。このとき、設置個所の温度が上昇すると、図３に示す様に、ワックス収容部３に封入されているワックス温度体４は、温度に応じてその体積を膨張させ、この体積の膨張によってゴム状流動体８は、圧迫されて長孔６内をその開放端９方向へ移動させられる。なお、長孔６のテーパ部５は、倍率機構としての作用を行っており、テーパ部５の傾斜角度、長孔６の内径を調整することにより、ワックス感温体４の膨張に伴うゴム状流動体８の移動量を任意に設定することが出来、ワックス感温体４がわずかに膨張しただけでも、ゴム状流動体８を大きく移動させることが可能となっている。

そして、ゴム状流動体８の長孔６内の移動に伴い、このゴム状流動体８に当接しているピストンロッド１０も同方向へ移動し、ピストンロッド案内溝１３の側部に形成されている温度目盛１４とピストンロッド１０の先端位置とを照合することにより、設置個所の温度を知ることが出来る。

なお、設置個所の温度が低下したときは、図４に示す様に、ワックス感温体４は収縮するが、一旦移動したピストンロッド１０はその位置に止まり、もとに戻ることはないので、最高到達温度をそのまま不可逆的に表示し続けることになる。

従って、真空チャンバー内において熱処理を行った場合などでも、熱処理終了後に、正確に最高到達温度を知ることが出来る。又、倍率機構として作用するテーパ部５を有する長孔６によって、ワックス感温体４の熱望膨張量をピストンロッド１０の移動量に変換し
ているので、例えば、９９℃から１００℃の間を１／１０℃単位で正確に測定表示することも可能であり、従来不可能であった極めて狭い温度領域内での不可逆的な計測も容易に実施することが出来る。更に、全体の機構が平板ブロック状の本体１内にコンパクトに納められており、それ自体独立した自己完結的な装置であるので、真空チャンバー内などの狭小な場所にも設置可能である。又、本体１は合成樹脂を素材としているので、真空プラズマ中などにおいても、被測定物に何ら悪影響を与えることなく、測定可能であり、極めて広い利用範囲を有する。

半導体製造、食品製造、電力制御その他温度管理を必要とするあらゆる産業分野において利用可能である。

この発明に係る温度記録装置の実施例１の一部を切欠いて描いた平面図。 図１における矢視Ａ−Ａ線断面図。 同じく、ワックス感温体４が膨張したときの状態の平面図。 同じく、ワックス感温体４が収縮したときの状態の平面図。

１ 本体
３ ワックス収容部
４ ワックス感温体
５ テーパ部
６ 長孔
７ 蓋
８ ゴム状流動体
９ 開放端
１０ ピストンロッド
１１ 張り出し部
１２ 上面
１３ ピストンロッド案内溝
１４ 温度目盛
１５ 透明板

Claims (1)

1. 堅牢な合成樹脂を素材とし、一定の肉厚を有する平板ブロック状をなした本体内に箱形をなしたワックス収容部を形成し、該ワックス収容部に雰囲気温度に応じて膨張収縮を行うワックス感温体を封入すると共に、該ワックス収容部の周壁の一箇所から、始端が漏斗状に拡径した細長いトンネル状の長孔を延設せしめ、この長孔の始端寄りの部分にゴム状流動体を充填すると共に、該長孔の開放端側からピストンロッドをその先端が前記ゴム状流動体の端面に当接する様に挿入し、更に、前記長孔の開放端側に連続して直列状にピストンロッド案内溝を形成し、該案内溝の側部に、ピストンロッドの移動位置によって温度を示す温度目盛を付したことを特徴とする高精度温度記録装置。

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