WO2021024837A1 - 温度センサ及びヒータユニット - Google Patents

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WO2021024837A1
WO2021024837A1 PCT/JP2020/028750 JP2020028750W WO2021024837A1 WO 2021024837 A1 WO2021024837 A1 WO 2021024837A1 JP 2020028750 W JP2020028750 W JP 2020028750W WO 2021024837 A1 WO2021024837 A1 WO 2021024837A1
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thermocouple
block body
temperature sensor
wire
plate
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PCT/JP2020/028750
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木田 直哉
新 巽
健二 関谷
尚哉 相川
雅也 ▲高▼梨
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日本発條株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a temperature sensor.
  • the present invention also relates to a heater unit including a temperature sensor.
  • a semiconductor device mounted on electronic devices utilize the semiconductor characteristics of silicon and the like.
  • a semiconductor device is configured by laminating various patterned semiconductor films, insulating films, and conductive films on a substrate. These films are formed using thin film deposition, sputtering methods, chemical vapor deposition (CVD) methods, chemical reactions of substrates, etc., and these films are patterned by a photolithography process.
  • the photolithography process includes forming a resist film on a film to be patterned, exposing the resist film, forming a resist mask by development, partially removing the film by etching, and removing the resist mask.
  • the characteristics of the film described above are greatly affected by the conditions for forming the film or patterning.
  • One of the conditions is the temperature of the substrate. Therefore, in the process of semiconductor devices, it is important to control the temperature of the substrate.
  • the temperature of the substrate is measured by measuring the temperature of the heater unit in contact with the substrate with a sensor, and the heater in the heater unit is controlled based on the measured temperature.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a heater unit including a sheath heater and a sheath thermocouple.
  • the heater unit needs to not only measure the temperature of the substrate but also prevent overheating of the heater. Therefore, the temperature sensor of the heater unit is often provided with a plurality of thermocouples.
  • the sheath thermocouple although it is possible to arrange a plurality of thermocouples in one metal sheath, the outer diameter of the sheath of the metal sheath becomes large and cannot be bent, so that the temperature sensor can be installed in the heater unit. The position where it can be installed is limited.
  • one of the problems of the present invention is to provide a temperature sensor that can accurately measure the temperature of the object to be measured and can be freely installed. Further, one of the problems is to provide a heater unit capable of accurately measuring the temperature of the object to be measured and controlling the heater.
  • the temperature sensor according to the embodiment of the present invention includes a block body, a first insulator surrounding the first wire, a second wire, the first wire and the second wire, and a first insulator surrounding the first insulator.
  • 1 Includes a first thermocouple containing a metal sheath, a second insulator surrounding the third, fourth, third and fourth wires, and a second metal sheath surrounding the second insulator. Each end of the first thermocouple and the second thermocouple, including the second thermocouple, is embedded in the block body.
  • the heater unit overlaps the first plate including the first recess and the second plate including the second recess, and is between the first plate and the second plate.
  • a heater unit including a temperature sensor provided and a heater embedded in a second plate.
  • the temperature sensor includes a block body, a first wire, a second wire, a first wire, and a second wire.
  • a first thermocouple including a first insulator surrounding the wire and a first metal sheath surrounding the first insulator, and a second thermocouple surrounding the third wire, the fourth wire, the third wire, and the fourth wire.
  • the insulator and the second thermocouple including the second metal sheath surrounding the second insulator are included, and the respective ends of the first thermocouple and the second thermocouple are embedded in the block body. , Arranged in an area surrounded by a first recess and a second recess.
  • [Construction] 1 (A) to 1 (C) are schematic perspective views, top views, and side views of the temperature sensor 10 according to the embodiment of the present invention.
  • the temperature sensor 10 includes a block body 100, a first thermocouple 200, and a second thermocouple 300. Each end of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 is embedded in the block body 100.
  • the block body 100 is in contact with the object to be measured. Further, the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are embedded in the block body 100, and the temperature of the block body 100 is directly measured. That is, the temperature sensor 10 measures the temperature of the block body 100 in contact with the object to be measured by using the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300.
  • the temperature sensor 10 measures the temperature of the block body 100 in contact with the object to be measured by using the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300.
  • the material of the block body 100 is the same material as the object to be measured or has a higher thermal conductivity than the object to be measured, the temperature of the object to be measured and the temperature of the block body 100 are substantially the same. Therefore, the temperature of the object to be measured can be obtained by measuring the temperature of the block body 100.
  • the size of the block body 100 can be appropriately determined depending on the number of thermocouples to be embedded. Generally, when the block body 100 is large, the heat capacity is large, so that the heat conduction from the object to be measured to the block body 100 is lowered. Therefore, in order to bring the temperature of the block body 100 close to the temperature of the object to be measured, the block body 100 should be small.
  • the size of the block body 100 may be, for example, one side length of 15 mm or less, 10 mm or less, or 5 mm or less.
  • the number of thermocouples embedded in the block body 100 is two, but the configuration of the block body 100 is not limited to this.
  • the number of thermocouples embedded in the block body 100 may be at least two or more.
  • the first thermocouple 200 can be used as a thermocouple for measuring the temperature of the object to be measured
  • the second thermocouple 300 can be used as a thermocouple for preventing overheating of the heater.
  • the second thermocouple 300 can be used as a spare thermocouple of the first thermocouple 200.
  • the heat conduction to the thermocouple may differ depending on the shape of the object to be measured. is there. In this case, even though the temperature of the same object to be measured is measured, the temperature measured by each of the two thermocouples is different.
  • the ends of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are embedded in the same block body 100, and the temperature of the object to be measured is measured through the temperature of the block body 100. To do. Therefore, the difference between the temperature measured by the first thermocouple 200 and the temperature measured by the second thermocouple 300 can be reduced.
  • first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 can use different types of thermocouples.
  • first thermocouple 200 a thermocouple having a measurement temperature range of less than 500 degrees
  • second thermocouple 300 a thermocouple having a measurement temperature range of 500 degrees or more is used.
  • the temperature sensor 10 measures the temperature range of the temperature sensor 10 by using the first thermocouple when the measurement temperature is less than 500 degrees and using the second thermocouple when the measurement temperature is 500 degrees or more. Can be expanded.
  • the temperature near the upper limit or the lower limit of the measurement temperature range of the thermocouple the temperature measured by the thermocouple and the actual temperature are often different.
  • the temperature sensor 10 measures the temperature using the second thermocouple 300 at a temperature near the upper limit or the lower limit of the measurement temperature range of the first thermocouple 200, whereby the first thermocouple 200 measures. The temperature can be compensated.
  • FIG. 2 (A) shows a schematic cross-sectional view cut along the line AA'of FIG. 1 (B).
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 of the temperature sensor 10 according to the present embodiment.
  • the first thermocouple 200 includes a first wire 211, a second wire 212, a first insulator 220, and a first metal sheath 230.
  • the second thermocouple 300 includes a third wire 311 and a fourth wire 312, a second insulator 320, and a second metal sheath 330.
  • the first thermocouple 200 includes a first wire 211 and a second wire 212 in the first metal sheath 230. Further, by filling the first metal sheath 230 with the first insulator 220, each of the first wire 211, the second wire 212, and the first metal sheath 230 is insulated.
  • thermocouple 300 Since the configuration of the second thermocouple 300 is the same as the configuration of the first thermocouple 200, the description thereof is omitted here.
  • the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are so-called sheath thermocouples.
  • the sheath thermocouple has a small outer diameter of the sheath and is flexible. Therefore, the sheath thermocouple can be bent. Further, since the two strands of the thermocouple are protected by a metal sheath and an insulator, they are excellent in impact resistance and corrosion resistance.
  • Each of the first metal sheath 230 and the second metal sheath 330 can contain not only two strands but also more strands. However, if the number of strands contained in one metal sheath is large, the outer diameter of the sheath of the metal sheath becomes large, and the flexibility of the thermocouple decreases. In addition, the block body 100 in which the thermocouple is embedded also becomes large. Therefore, when the thermocouple is bent and arranged, or when the thermocouple is arranged with respect to a minute object to be measured, the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 of the temperature sensor 10 have two elements. It is preferable to include only a wire (single element).
  • FIG. 2 (B) shows a schematic cross-sectional view cut along the line BB'of FIG. 1 (C).
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the temperature sensor 10 according to the present embodiment.
  • the first metal sheath 230 is closed and embedded in the block body 100. Inside the closed portion of the first metal sheath 230, the first wire 211 and the second wire 212 are joined. Further, the first metal sheath 220 is filled with the first metal sheath 230 so as to have a hollow portion in the closed portion of the first metal sheath 230, but the configuration of the first metal sheath 220 is limited to this. Absent.
  • the first insulator 220 may be filled in all of the first metal sheath 230. In order to enhance the heat conduction from the block body 100 to the first thermocouple 200, at least a part of the portion of the first metal sheath 230 embedded in the block body 100 is filled with the first insulator 220. It is preferable to have.
  • thermocouple 300 Since the configuration of the second thermocouple 300 is the same as the configuration of the first thermocouple 200, the description thereof is omitted here.
  • the ends of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are brazed and joined to the opening provided in the block body 100.
  • Brazing brazing materials include, for example, aluminum, copper containing trace amounts of phosphorus, alloys containing aluminum, alloys containing silver, copper and zinc, alloys containing copper and zinc, alloys containing titanium, copper and nickel, Alloys containing titanium, zirconium, and copper, alloys containing titanium, zirconium, copper, and nickel, and the like can be used.
  • the bonding of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 to the block body 100 is not limited to brazing. Instead of brazing, the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 may be joined by welding, caulking, or the like.
  • the block body 100 comes into contact with the object to be measured, heat is conducted from the object to be measured, and heat is conducted to the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300. Therefore, the material of the block body 100 is preferably the same as the material of the object to be measured, but is not limited to this.
  • the block body 100 is preferably a metal having high thermal conductivity. As such a metal, a metal having a thermal conductivity of 10 W / mK or more and 430 W / mK or less can be selected. In the comparison of materials, the thermal conductivity of the material of the block body 100 is preferably 80% or more of the thermal conductivity of the material of the object to be measured in contact with the block body 100.
  • the metal When the block body 100 is embedded in the object to be measured, the metal preferably has a coefficient of thermal expansion of 3 ⁇ 10 -6 / K or more and 25 ⁇ 10 -6 / K or less.
  • a metal such as aluminum, titanium, stainless steel, or an alloy thereof can be used.
  • ceramic can be used as the material of the block body 100.
  • the temperature sensor 10 has excellent corrosion resistance.
  • the ceramic of the block body 100 for example, silicon carbide, aluminum nitride, aluminum oxide, or silicon nitride can be used. In the comparison of the hardness of the materials, the hardness of the material of the block body 100 may be larger than the hardness of the material of the object to be measured with which the block body 100 is in contact.
  • a different metal is used for the first wire 211 and the second wire 212, or the third wire 311 and the fourth wire 312.
  • the first strands 211 and the third strands 311 are positive poles
  • the second strands 212 and the fourth strands 312 are negative poles.
  • the metal combinations of the first wire 211 and the second wire 212, or the third wire 311 and the fourth wire 312 are as shown in Table 1. Since the measurable temperature range differs depending on the metal, a thermocouple in which an appropriate metal material is combined may be used according to the temperature range in which the object to be measured is measured.
  • the first insulator 220 is provided to prevent the first wire 211, the second wire 212, and the first metal sheath 230 from coming into contact with each other and causing a short circuit.
  • the second insulator 320 is also provided to prevent the third wire 311 and the fourth wire 312, and the second metal sheath 330 from coming into contact with each other and causing a short circuit.
  • the materials of the first insulator 220 and the second insulator 320 can be selected from insulating materials having a thermal conductivity of 10 W / mK or more and 300 W / mK.
  • Examples of the insulating material of the first insulator 220 and the second insulator 320 include magnesium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, zirconium nitride, titanium nitride, and nitride. Tantalum, molybdenum nitride, niobium nitride and the like can be used.
  • the first insulator 220 and the second insulator 320 are formed by aggregating the powder of the above material or fine particles obtained by sintering and crushing the powder. That is, the powder or fine particles of the above material are filled in the first metal sheath 230 and the second metal sheath 330 to form the first insulator 220 and the second insulator 320.
  • the first metal sheath 230 and the second metal sheath 330 are preferably metals having high thermal conductivity in order to efficiently conduct heat conduction from the block body 100. Further, the first metal sheath 230 and the second metal sheath 330 protect the first wire 211, the second wire 212, the third wire 311 and the fourth wire 312 from a corrosive atmosphere or an oxidizing atmosphere. You can also do it. As such a metal, a metal having a thermal conductivity of 10 W / mK or more and 430 W / mK or less can be selected.
  • first metal sheath 230 and the second metal sheath 330 for example, metals such as aluminum, titanium, nickel, iron, chromium, niobium, molybdenum, or alloys thereof can be used. More specifically, nickel-chromium-based heat-resistant alloy or austenitic stainless steel can be used as the material of the first metal sheath 230 and the second metal sheath 330.
  • each thermocouple since one end of each of the plurality of thermocouples (for example, the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300) is embedded in the block body 100, each thermocouple is embedded. The temperature variation between them is small. On the other hand, the other end of each of the plurality of thermocouples is open. Since the outer diameter of the sheath of each thermocouple is small and the thermocouple can be bent, the other end of each thermocouple can be freely arranged. Therefore, the temperature sensor 10 can accurately measure the temperature of the object to be measured by using a plurality of thermocouples, and each thermocouple of the temperature sensor 10 can be freely arranged.
  • Modification 1 A modified example of the temperature sensor 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 (A) and 3 (B). Here, a modified example of the configuration of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 will be mainly described.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of the temperature sensor 10A according to the present embodiment.
  • the temperature sensor 10A includes a block body 100A, a first thermocouple 200A, and a second thermocouple 300A.
  • the first thermocouple 200A includes a first wire 211A, a second wire 212A, a first insulator 220A, and a first metal sheath 230A.
  • the second thermocouple 300A includes a third wire 311A, a fourth wire 312A, a second insulator 320A, and a second metal sheath 330A. Each end of the first thermocouple 200A and the second thermocouple 300A is embedded in the block body 100A.
  • the ends of the first wire 211A and the second wire 212A are joined to the closed portion of the first metal sheath 230A.
  • the first wire 211A and the second wire 212A may be joined together when the first metal sheath 230A is closed, or may be joined after the first metal sheath 230A is closed.
  • the first wire 211A and the second wire 212A are in direct contact with the first metal sheath 230A, and the third wire 311A and the fourth wire 312A are the second metal. It is in direct contact with the sheath 330A. Therefore, since the heat conduction from the block body 100 to the first wire 211A, the second wire 212A, the third wire 311A, and the fourth wire 312A is good, the temperature sensor 10A is excellent in responsiveness.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the temperature sensor 10B according to the present embodiment.
  • the temperature sensor 10B includes a block body 100B, a first thermocouple 200B, and a second thermocouple 300B.
  • the first thermocouple 200B includes a first wire 211B, a second wire 212B, a first insulator 220B, and a first metal sheath 230B.
  • the second thermocouple 300B includes a third wire 311B, a fourth wire 312B, a second insulator 320B, and a second metal sheath 330B.
  • each end of the first wire 211B and the second wire 212B protrudes to the outside from the closed portion of the first metal sheath 230B and is exposed. Further, outside the first metal sheath 230B, the first wire 211B and the second wire 212B are joined.
  • thermocouple 300B Since the configuration of the second thermocouple 300B is the same as the configuration of the first thermocouple 200B, the description thereof is omitted here.
  • the first wire 211B, the second wire 212B, the third wire 311B, and the fourth wire 312B are exposed. It is buried in the block body 100B.
  • the first thermocouple 200B and the second thermocouple 300B can be inserted into the opening provided in the block body 100B and joined to the block body 100B.
  • the block body 100B is divided into two parts, the first thermocouple 200B and the second thermocouple 300B are sandwiched between the two parts, and the two parts of the block body 100B are joined at the same time, and at the same time, the first thermocouple 200B and The second thermocouple 300B may be joined to the block body 100B.
  • the first wire 211B and the second wire 212B of the first thermocouple 200B and the third wire 311B and the fourth wire 312B of the second thermocouple 300B are block bodies. It comes into direct contact with the 100B. Therefore, since the thermal conductivity from the block body 100B to the first wire 211B, the second wire 212B, the third wire 311B, and the fourth wire 312B is good, the temperature sensor 10B is excellent in responsiveness. Further, since the exposed portions of the first wire 211B, the second wire 212B, the third wire 311B, and the fourth wire 312B are covered with the block body 100B, impact resistance and corrosion resistance Excellent for.
  • Modification 2 A modified example of the temperature sensor 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 (A) to 4 (E). Here, a modified example of the configuration of the block body 100 will be mainly described.
  • FIGS. 4 (A) to 4 (E) are schematic perspective views of the block bodies 100a to 100e that can be applied to the temperature sensor 10 according to the present embodiment.
  • the shape of the block body 100a shown in FIG. 4 (A) is a polygonal prism.
  • the polygonal prism is provided with a quadrangular side surface with respect to the bottom surface of the polygon.
  • the bottom surface of the polygonal prism is pentagonal, but the present invention is not limited to this.
  • the bottom surface of the polygonal column can be appropriately selected according to the shape of the object to be measured, such as a triangle, a quadrangle, or a hexagon.
  • the quadrangle on the side surface of the polygonal prism is, for example, a square, a rectangle, a parallelogram, or a rhombus.
  • the polygonal column may be a right-angled column or an oblique prism. If the side surface of the polygonal prism contains a parallelogram or rhombus, it will be an oblique prism.
  • the position where the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are embedded may be the bottom surface of the polygonal column or the side surface.
  • the shape of the block body 100b shown in FIG. 4B is a cylinder. That is, the block body 100b includes a circular bottom surface and curved side surfaces. In the block body 100b, the position where the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are embedded may be the bottom surface of the cylinder or the side surface.
  • the shape of the block body 100c shown in FIG. 4C is a sphere. Since the surface of the block body 100c can be in contact with the object to be measured evenly, the heat conduction from the object to be measured to the block body 100c becomes homogeneous.
  • the shape of the block body 100d shown in FIG. 4D is a polygonal pyramid.
  • the bottom surface of the polygonal pyramid is a triangle, but the present invention is not limited to this.
  • the bottom surface of the polygonal pyramid can be appropriately selected according to the shape of the object to be measured, such as a quadrangle, a pentagon, or a hexagon.
  • the polygonal pyramid may be a straight pyramid whose perpendicular line from the apex coincides with the center of gravity of the bottom surface, or may be an oblique pyramid whose perpendicular line from the apex does not coincide with the center of gravity of the bottom surface.
  • the shape of the block body 100e shown in FIG. 4 (E) is a cone.
  • the cone may be a right cone whose perpendicular line from the apex coincides with the center of the bottom circle, or an oblique cone whose perpendicular line from the apex does not coincide with the center of the bottom circle.
  • the block bodies 100a to 100e are shown as examples of the block body 100 that can be applied to the temperature sensor 10 according to the present embodiment, but the shape of the block body 100 is not limited to this.
  • the shape of the block body 100 can be appropriately selected from the optimum shape according to the shape of the object to be measured.
  • Modification 3 A modified example of the temperature sensor 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (A) and 5 (B). Here, a modified example of the configuration of the surface shape of the block body 100 will be mainly described.
  • the temperature sensor 10C includes a block body 100C, a first thermocouple 200, and a second thermocouple 300.
  • a groove 150C is provided on the surface of the block body 100C. In addition, one or a plurality of grooves 150C may be provided.
  • the wax enters the groove 150C, so that the joining can be strengthened. Further, since the groove 150C is provided, the surface area of the block body 100C is increased, so that the heat conduction from the object to be measured to the block body 100C is good.
  • the width, depth or number of grooves 150C can be appropriately selected according to the size of the block body 100C. Further, the groove 150C may be provided with a taper toward the bottom surface.
  • grooves 150C are provided only on the upper surface and the bottom surface, but the configuration of the grooves 150C is not limited to this.
  • the groove 150C may be provided on a part of the surface of the block body 100C, or may be provided on all the surfaces of the block body 100C.
  • the groove 150C is provided in a straight line, but the configuration of the groove 150C is not limited to this.
  • the groove 150C may be provided so as to include a curved line.
  • the groove 150C is continuously provided from one side surface to the other side surface on the opposite side, but the configuration of the groove 150C is not limited to this. It is also possible to provide a groove only on a part of the surface of the block body 100C. Further, a plurality of grooves may be discontinuously provided on the surface of the block body 100C.
  • the block body 100C shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B) is provided with a groove 150C extending in one direction, but the configuration of the groove 150C is not limited to this. Grooves extending in a plurality of directions may be provided so that the grooves intersect. For example, grooves may be provided in a grid pattern on the block body 100C.
  • the cross-sectional shape of the groove 150C is rectangular, but the configuration of the groove 150C is not limited to this.
  • the cross-sectional shape of the groove 150C may be a polygon such as a triangle or a pentagon, a semicircle, or a semi-elliptical shape.
  • the surface area of the block body 100C is increased by providing the groove 150C on the block body 100C. Therefore, the contact area with the object to be measured also increases, and the heat conduction from the object to be measured to the block body 100C is improved. Therefore, the temperature sensor 10C is excellent in responsiveness.
  • Modification example 4 A modified example of the temperature sensor 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 (A) to 6 (C). Here, another modification example of the configuration of the surface shape of the block body 100 will be mainly described.
  • FIG. 6A is a schematic top view of the temperature sensor 10D according to the present embodiment.
  • the temperature sensor 10D includes a block body 100D, a first thermocouple 200, and a second thermocouple 300.
  • FIGS. 6 (B) and 6 (C) Schematic cross-sectional views cut along the CC'and DD' lines of FIG. 6 (A) are shown in FIGS. 6 (B) and 6 (C), respectively.
  • a convex portion 150D is provided on the surface of the block body 100D.
  • one or a plurality of convex portions may be provided.
  • the surface area of the block body 100D is increased due to the provision of the convex portion 150D, so that the heat conduction from the object to be measured to the block body 100D is good.
  • the width, height or number of the convex portions 150D can be appropriately selected according to the size of the block body 100D.
  • the convex portions 150D are arranged in a matrix, but the configuration of the convex portions 150D is not limited to this.
  • the convex portions 150D can also be arranged in a houndstooth pattern or randomly on the block body 100.
  • the convex portion 150D is provided only on the upper surface and the bottom surface, but the configuration of the convex portion 150D is not limited to this.
  • the convex portion 150D may be provided on a part of the surface of the block body 100D, or may be provided on all the surfaces of the block body 100D.
  • the shape of the convex portion 150D is a hemisphere, but the configuration of the convex portion 150D is not limited to this.
  • the shape of the convex portion 150D may be a polygonal prism, a cylinder, a polygonal pyramid, or a cone.
  • the cross-sectional shape of the convex portion 150D is circular, but the configuration of the convex portion 150D is not limited to this.
  • the cross-sectional shape of the convex portion 150D may be a polygon such as a triangle or a quadrangle, or a semi-elliptical shape.
  • the block body 100 can be blasted to provide fine irregularities on the surface.
  • the surface area of the block body 100D is increased by providing the convex portion 150D on the block body 100D. Therefore, the contact area with the object to be measured also increases, and the thermal conductivity from the object to be measured to the block body 100D is improved. Therefore, the temperature sensor 10D is excellent in responsiveness.
  • Modification 5 A modified example of the temperature sensor 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 (A) to 7 (C). Here, a modified example of the configuration of the positions of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 embedded in the block body 100 will be mainly described.
  • FIG. 7A is a schematic top view of the temperature sensor 10E according to the present embodiment.
  • the temperature sensor 10E includes a block body 100E, a first thermocouple 200, and a second thermocouple 300.
  • the first thermocouple 200 is embedded in the first side surface of the block body 100E
  • the second thermocouple 300 is embedded in the second side surface opposite to the first side surface. Further, the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are arranged in a straight line.
  • the temperature sensor 10E is formed by providing two openings in the block body 100E, passing a first thermocouple 200 through one opening, passing a second thermocouple 300 through the other opening, and joining them by brazing or the like. Can be made. Further, the temperature sensor 10E can also be manufactured by providing a through hole in the block body 100E, passing the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 from both sides of the through hole, and joining them by brazing or the like. .. In this case, the end of the first thermocouple 200 and the end of the second thermocouple 300 can come into contact with each other inside the block body 100E.
  • FIG. 7B is a schematic top view of the temperature sensor 10F according to the present embodiment.
  • the temperature sensor 10F includes a block body 100F, a first thermocouple 200, and a second thermocouple 300.
  • the first thermocouple 200 is embedded in the first side surface of the block body 100F
  • the second thermocouple 300 is embedded in the second side surface opposite to the first side surface.
  • the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are arranged so that the side surface of the first thermocouple 200 and the side surface of the second thermocouple 300 overlap each other inside the block body 100F.
  • the side surface of the first thermocouple 200 and the side surface of the second thermocouple 300 can be in contact with each other.
  • FIG. 7C is a schematic top view of the temperature sensor 10G according to the present embodiment.
  • the temperature sensor 10G includes a block body 100G, a first thermocouple 200, and a second thermocouple 300.
  • the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are embedded in the block body 100G so as to be orthogonal to each other.
  • the angle formed by the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 is not limited to 90 degrees.
  • the angle formed by the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 can be selected from 0 degrees to 180 degrees, if necessary.
  • the temperature sensors 10E to 10G are shown as an example of the configuration of the positions of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 embedded in the block body 100, but the positions of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 have been shown. It is also possible to change the shape such as the block bodies 100E to 100G according to the above.
  • the configuration of the positions of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 embedded in the block body 100 is not limited to this.
  • the positions of the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 embedded in the block body 100 can be appropriately selected from the optimum shapes according to the shape of the object to be measured.
  • thermocouple a temperature sensor including a thermocouple
  • a resistance temperature detector can also be used instead of the thermocouple.
  • two resistance temperature detectors can be embedded in one block, one resistance temperature detector can measure the temperature of the substrate, and the other resistance temperature detector can control the heater.
  • a temperature sensor in which a thermocouple and a resistance temperature detector are embedded in one block body is also possible. In either case, since the temperature is measured through the block body, the difference between the temperature measured by the thermocouple or the temperature measured by the resistance temperature detector can be reduced.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of the heater unit 20 according to the embodiment of the present invention.
  • the heater unit 20 includes a first plate 610, a second plate 620, and a shaft 630.
  • FIG. 9 is a schematic top view of the second plate 620 of the heater unit 20 according to the embodiment of the present invention.
  • the second plate 620 includes a first sheath heater 640-1, a second sheath heater 640-2, and a third sheath heater 640-3. That is, the heater unit 20 includes a sheath heater divided into three parts.
  • Each sheath heater (640-1, 640-2, and 640-3) is provided along the grooves (623-1, 623-2, and 623-3) provided in the second plate 620, but in the groove.
  • each sheath heater (640-1, 640-2, and 640) is provided. -3) is bent and stored in the shaft 630. Details of the arrangement of the sheath heaters (640-1, 640-2, and 640-3) and the grooves (623-1, 623-2, and 623-3) will be described later.
  • the second plate 620 a temperature sensor 10 is arranged for each of the divided sheath heaters (640-1, 640-2, and 640-3). Therefore, the second plate 620 has second recesses (621-1, 621-2, and 621-3) and through holes (622-1, 622-2, and 622-) for arranging the three temperature sensors 10. 3) is included. In FIG. 9, the temperature sensor 10 is omitted.
  • a semiconductor substrate containing silicon or a compound semiconductor, an insulating substrate containing an insulator such as quartz or glass, or the like is arranged on the upper surface of the first plate 610. Therefore, the upper surface of the first plate 610 can be formed according to the shape of the substrate. For example, in the case of a substrate having a flat surface, it is preferable to flatten the upper surface of the first plate 610. Further, if the substrate has irregularities, the upper surface of the first plate 610 may be shaped to match the irregularities of the substrate.
  • the first plate 610 contains a metal, and the metal is selected from metals having a thermal conductivity of 10 W / mK or more and 430 W / mK or less.
  • the thermal energy generated by each sheath heater (640-1, 640-2, and 640-3) can be efficiently received.
  • the metal preferably has a coefficient of thermal expansion of 3 ⁇ 10 -6 / K or more and 25 ⁇ 10 -6 / K or less. Specific metals satisfying such characteristics include metals such as titanium, aluminum, and stainless steel.
  • an electrostatic chuck for fixing the substrate a through hole for supplying a gas having high thermal conductivity such as helium between the substrate and the heater unit 20, or a liquid It is also possible to provide a ring flow path for circulating the medium.
  • the second plate 620 is provided below the first plate 610.
  • the second plate 620 also contains the metal that can be used in the first plate 610.
  • the metal contained in the second plate 620 and the metal contained in the first plate 610 may be the same or different. If they are different, each metal can be selected so that the difference in the coefficient of thermal expansion of the metals contained in the first plate 610 and the second plate 620 is 250 ⁇ 10 -6 / K or less. As a result, deformation due to thermal expansion can be suppressed, and a highly reliable heater unit 20 can be provided.
  • the second plate 620 is joined to the first plate 610.
  • the joining of the first plate 610 and the second plate 620 can be performed by brazing, welding, caulking, screwing, or the like.
  • Brazing brazing materials include, for example, aluminum, copper containing trace amounts of phosphorus, alloys containing aluminum, alloys containing silver, copper and zinc, alloys containing copper and zinc, alloys containing titanium, copper and nickel, Alloys containing titanium, zirconium, and copper, alloys containing titanium, zirconium, copper, and nickel, and the like can be used.
  • the shaft 630 is provided to support the first plate 610 and the second plate 620. Further, the lead wire 641 for supplying electric power to the first sheath heater 640-1, the second sheath heater 640-2, and the third sheath heater 640-3, and the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 of the temperature sensor 10.
  • the shaft 630 has a hollow structure in order to store the above.
  • wiring for supplying electric power to the electrostatic chuck is also arranged in the shaft 630.
  • the shaft 630 may be connected to a rotation mechanism, whereby the heater unit 20 can be rotated about the long axis of the shaft 630.
  • the shaft 630 is joined to the second plate 620 by brazing, welding, caulking, screwing, or the like.
  • the first sheath heater 640-1, the second sheath heater 640-2, and the third sheath heater 640-3 have a function of generating heat when energized, and are provided to heat the second plate 620 and the first plate 610. .. As a result, the substrate installed on the heater unit 20 is heated.
  • the first sheath heater 640-1 is in the first groove 623-1
  • the second sheath heater 640-2 is in the second groove 623-2
  • the third sheath heater 640-. 3 is arranged along the third groove 623-3.
  • Each of the first groove 623-1, the second groove 623-2, and the third groove 623-3 are arranged so as to be concentric as much as possible according to the shape of the second plate 620.
  • the width and depth of the first groove 623-1 are the same as or substantially the same as the outer diameter of the sheath of the first sheath heater 640-1. The same applies to the width and depth of the second groove 623-2 and the third groove 623-3.
  • the first sheath heater 640-1 is bent at the through hole 624-1a and the through hole 624-1b and is stored in the shaft 630.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the heater unit 20 including the second plate 620 cut along the EE'line of FIG.
  • the first plate 610 and the second plate 620 are joined to each other, and between them, a temperature sensor 10 including a block body 100, a first thermocouple 200, and a second thermocouple 300, a first sheath heater 640-1 and a second sheath heater.
  • a 640-2 and a third sheath heater 640-3 are provided.
  • the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are bent at the through hole 622-1 of the second plate 620 and stored in the shaft 630.
  • first sheath heater 640-1 is arranged along the first groove 623-1, bent at the through hole 624-1a, and stored in the shaft 630.
  • the first sheath heater 640-1 is electrically connected to the lead wire 641, and the lead wire 641 is connected to the power supply.
  • the heater unit 20 includes a first recess 611 in the first plate 610 and a second recess 621 in the second plate 620.
  • the block body 100 of the temperature sensor 10 is arranged and joined in the region surrounded by the first recess 611 and the second recess 621.
  • the depth of the first recess 611 is larger than the depth of the second recess 621. That is, the area in contact with the block body 100 is larger in the first plate 610 than in the second plate 620. Therefore, the temperature sensor 10 is more susceptible to the first plate 610 than the second plate 620.
  • the temperature sensor 10 of the heater unit 20 can measure the temperature of the first plate 610 close to the substrate, the temperature measured by the temperature sensor 10 is close to the actual temperature of the substrate. Further, since the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 can be bent, the temperature sensor 10 can be freely arranged in the second plate.
  • the configuration of the first sheath heater 640-1 has been mainly described above, but since the configurations of the second sheath heater 640-2 and the third sheath heater 640-3 are the same, the description thereof will be omitted here. Further, the number of sheath heaters is not limited to three. The number of sheath heaters provided in the heater unit 20 may be one or two, or four or more.
  • the temperature of the substrate on the first plate 610 can be measured through the block body 100. Further, since the block body 100 is also in contact with the second plate 620, the temperature of each sheath heater (640-1, 640-2, and 640-3) in the second plate 620 can also be measured through the block body 100. .. Therefore, the temperature of the substrate can be measured by using the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 embedded in the block body 100, and the sheath heaters (640-1, 640-2, and 640-) can be measured. 3) can be controlled to prevent overheating of each sheath heater (640-1, 640-2, and 640-3).
  • FIGS. 11 (A) to 11 (C) A modified example of the heater unit 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 11 (A) to 11 (C).
  • a modified example of the arrangement of the temperature sensor 10 will be mainly described.
  • the sheath heater can be divided into a plurality of parts, but here, for convenience, the sheath heater 640 will be described.
  • FIG. 11A is a schematic cross-sectional view of the arrangement portion of the temperature sensor 10 of the heater unit 20A according to the embodiment of the present invention.
  • the heater unit 20A includes a first recess 611A in the first plate 610 and a second recess 621A in the second plate 620.
  • the block body 100 of the temperature sensor 10 is arranged and joined in a region surrounded by the first recess 611A and the second recess 621A.
  • the depth of the second recess 621A is larger than the depth of the first recess 611A. That is, the area in contact with the block body 100 is larger in the second plate 620 than in the first plate 610. Therefore, the temperature sensor 10 is more susceptible to the second plate 620 than the first plate 610.
  • the second plate 620 is provided with a sheath heater 640, abnormal heating of the sheath heater 640 can be detected.
  • the temperature sensor 10 of the heater unit 20A can measure the temperature of the second plate 620 provided with the heater, the temperature measured by the temperature sensor 10 is close to the actual temperature of the sheath heater 640. Therefore, abnormal heating of the sheath heater 640 can be detected. Further, since the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 can be bent, the temperature sensor 10 can be freely arranged in the second plate.
  • FIG. 11B is a schematic cross-sectional view of an arrangement portion of the temperature sensor 10 of the heater unit 20B according to the embodiment of the present invention.
  • the heater unit 20B includes a first recess 611B in the first plate 610 and a second recess 621B in the second plate 620.
  • the block body 100 of the temperature sensor 10 is arranged and joined in the region surrounded by the first recess 611B and the second recess 621B.
  • the second recess 621B is provided with a hollow region for storing the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300, and the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 are bent and stored. Therefore, the area in contact with the block body 100 is larger in the first plate than in the second plate, and the temperature sensor 10 is more susceptible to the influence of the first plate 610 than in the second plate 620.
  • the temperature sensor 10 of the heater unit 20B can measure the temperature of the first plate 610 close to the substrate, the temperature measured by the temperature sensor 10 is close to the actual temperature of the substrate. Further, since the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 can be bent, the temperature sensor 10 can be freely arranged in the second plate.
  • FIG. 11C is a schematic cross-sectional view of the arrangement portion of the temperature sensor 10 of the heater unit 20C according to the embodiment of the present invention.
  • the heater unit 20C includes a first recess 611C in the first plate 610 and a second recess 621C in the second plate 620.
  • the block body 100 of the temperature sensor 10 is arranged and joined in the region surrounded by the first recess 611C and the second recess 621C.
  • the depth of the first recess 611C is larger than the depth of the second recess 621C.
  • a through hole for storing the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 is provided in the second recess 621C. Therefore, the area in contact with the block body 100 is larger in the first plate 610 than in the second plate 620, and the temperature sensor 10 is more susceptible to the influence of the first plate 610 than in the second plate 620.
  • the temperature sensor 10 of the heater unit 20C can measure the temperature of the first plate 610 close to the substrate, the temperature measured by the temperature sensor 10 is close to the actual temperature of the substrate. Further, when the temperature sensor 10 is provided directly above the shaft 630, the first thermocouple 200 and the second thermocouple 300 can be directly stored in the shaft 630 through the through hole of the second plate 620.
  • the heater units 20A to 20C have been shown as examples of the arrangement configuration of the temperature sensor 10 that can be applied to the heater unit 20 according to the present embodiment, but the arrangement configuration of the temperature sensor 10 is not limited to this.
  • the temperature sensor 10 in the heater unit 20 can be appropriately arranged at an optimum position according to the arrangement of the sheath heater 640 and the shapes of the first plate 610 and the second plate 620.
  • 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G Temperature sensor, 20, 20A, 20B, 20C: heater unit, 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F, 100G, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e: Block body, 150C: groove, 150D: convex part, 200, 200A, 200B: 1st thermocouple, 211, 211A, 211B: 1st wire, 212, 212A, 212B: 2nd strand, 220, 220A, 220B: first insulator, 230, 230A, 230B: 1st metal sheath, 300, 300A, 300B: 2nd thermocouple, 311 311A, 311B: 3rd wire, 312, 312A, 312B: 4th strand, 320, 320A, 320B: Second insulator, 330, 330A, 330B: Second metal sheath, 610:

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Abstract

温度センサは、ブロック体と、第1素線、第2素線、第1素線及び第2素線を取り囲む第1絶縁体、及び第1絶縁体を取り囲む第1金属シースを含む第1熱電対と、第3素線、第4素線、第3素線及び第4素線を取り囲む第2絶縁体、及び第2絶縁体を取り囲む第2金属シースを含む第2熱電対と、を含み、第1熱電対及び第2熱電対の各々の端部は、ブロック体に埋設される。第1素線及び第2素線の各々の端部は、第1金属シースに接し、第3素線及び第4素線の各々の端部は、第2金属シースに接してもよい。

Description

温度センサ及びヒータユニット
 本発明は、温度センサに関する。また、温度センサを具備するヒータユニットに関する。
 電子機器に搭載される半導体デバイスは、シリコンなどが有する半導体特性を利用する。半導体デバイスは、パターニングされた種々の半導体膜や絶縁膜、導電膜を基板上に積層することによって構成される。これらの膜は、蒸着、スパッタリング法、化学気相成長(CVD)法、あるいは基板の化学反応などを利用して形成され、フォトリソグラフィープロセスによってこれらの膜がパターニングされる。フォトリソグラフィープロセスは、パターニングに供される膜上へのレジスト膜の形成、レジスト膜の露光、現像によるレジストマスクの形成、エッチングによる膜の部分的除去、レジストマスクの除去を含む。
 上述した膜の特性は、膜を形成する際、あるいはパターニングする際の条件によって大きく左右される。その条件の1つが基板の温度である。そのため、半導体デバイスのプロセスにおいては、基板の温度を制御することが重要である。基板の温度は、基板と接するヒータユニットの温度をセンサで測定し、その測定された温度を基にヒータユニット内のヒータが制御される。例えば、特許文献1及び特許文献2には、シースヒータ及びシース熱電対を含むヒータユニットが開示されている。
特開第2004-165085号公報 特許第4098112号公報
 しかしながら、ヒータユニットは、基板の温度を測定するだけでなく、ヒータの過加熱を防止する必要がある。そのため、ヒータユニットの温度センサでは、複数の熱電対が設けられる場合も多い。シース熱電対において、1本の金属シースの中に複数の熱電対を配置することは可能であるものの、金属シースのシース外径が大きくなり、折り曲げることができず、ヒータユニット内で温度センサを設置できる位置が限定されてしまう。
 本発明は、上記問題に鑑み、被測定物の温度を精密に測定することができるとともに、自由に設置することができる温度センサを提供することを課題の一つとする。また、被測定物の温度を精密に測定することができるとともに、ヒータを制御することができるヒータユニットを提供することを課題の一つとする。
 本発明の一実施形態に係る温度センサは、ブロック体と、第1素線、第2素線、第1素線及び第2素線を取り囲む第1絶縁体、及び第1絶縁体を取り囲む第1金属シースを含む第1熱電対と、第3素線、第4素線、第3素線及び第4素線を取り囲む第2絶縁体、及び第2絶縁体を取り囲む第2金属シースを含む第2熱電対と、を含み、第1熱電対及び第2熱電対の各々の端部は、ブロック体に埋設される。
 本発明の一実施形態に係るヒータユニットは、第1凹部を含む第1プレートと、第1プレートと重畳し、第2凹部を含む第2プレートと、第1プレートと第2プレートとの間に設けられる温度センサと、第2プレートに埋設されるヒータと、を含むヒータユニットであって、温度センサは、ブロック体と、第1素線、第2素線、第1素線及び第2素線を取り囲む第1絶縁体、及び第1絶縁体を取り囲む第1金属シースを含む第1熱電対と、第3素線、第4素線、第3素線及び第4素線を取り囲む第2絶縁体、及び第2絶縁体を取り囲む第2金属シースを含む第2熱電対と、を含み、第1熱電対及び第2熱電対の各々の端部は、ブロック体に埋設され、ブロック体は、第1凹部と第2凹部によって囲まれた領域に配置される。
本発明の一実施形態に係る温度センサの模式的斜視図、上面図、及び側面図である。 本発明の一実施形態に係る温度センサの模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る温度センサの模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る温度センサに適用することができるブロック体の模式的斜視図である。 本発明の一実施形態に係る温度センサの模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る温度センサの模式的上面図及び断面図である。 本発明の一実施形態に係る温度センサの模式的上面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの模式的斜視図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの第2プレートの模式的上面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの温度センサの配置部分の模式的断面図である。
 以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
 図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
 本明細書及び図面において、同一、あるいは類似する複数の構成を総じて表記する際には同一の符号を用い、これら複数の構成のそれぞれを区別して表記する際には、さらに大文字又は小文字のアルファベットを添えて表記する。一つの構成のうちの複数の部分をそれぞれ区別して表記する際には、同一の符号を用い、さらにハイフンと自然数を用いる。
<第1実施形態>
 図1及び図2を参照して、本発明の一実施形態に係る温度センサ10について説明する。
[構造]
 図1(A)~図1(C)の各々は、本発明の一実施形態に係る温度センサ10の模式的斜視図、上面図、及び側面図である。図1(A)~図1(C)に示すように、温度センサ10は、ブロック体100、第1熱電対200、及び第2熱電対300を含む。第1熱電対200及び第2熱電対300の各々の端部は、ブロック体100に埋設されている。
 ブロック体100は、被測定物と接する。また、第1熱電対200及び第2熱電対300はブロック体100に埋設されており、直接的には、ブロック体100の温度を測定する。すなわち、温度センサ10は、被測定物と接するブロック体100の温度を、第1熱電対200及び第2熱電対300を使用して測定する。ブロック体100の材料が、被測定物と同じ材料である場合又は被測定物よりも高い熱伝導率を有する場合には、被測定物の温度とブロック体100の温度はほぼ同じとなる。そのため、ブロック体100の温度を測定することで、被測定物の温度を求めることができる。
 ブロック体100の大きさは、埋設される熱電対の数によって適宜決定することができる。一般的に、ブロック体100が大きいと熱容量が大きくなるため、被測定物からブロック体100への熱伝導が低下する。そのため、ブロック体100の温度を被測定物の温度に近づけるためには、ブロック体100は小さい方がよい。ブロック体100の大きさは、例えば、一辺の長さが15mm以下、10mm以下、又は5mm以下であればよい。
 図1(A)~図1(C)においては、ブロック体100に埋設される熱電対の数を2本としたが、ブロック体100の構成はこれに限られない。ブロック体100に埋設される熱電対の数は、少なくとも2本以上であればよい。温度センサ10の熱電対の数が2本以上設けられることにより、被測定物の精度の良い温度測定や温度制御が可能となる。例えば、第1熱電対200を被測定物の温度測定用の熱電対として使用し、第2熱電対300をヒータの過加熱防止用の熱電対として使用することができる。また、別の例としては、第1熱電対200の予備の熱電対として第2熱電対300を使用することができる。本実施形態と異なり、ブロック体100を使用しないで2本の熱電対が被測定物の別々の場所に配置される場合では、被測定物の形状によっては熱電対への熱伝導が異なる場合がある。この場合、同じ被測定物の温度を測定しているにもかかわらず、2本の熱電対の各々が測定する温度が異なってしまう。一方、本実施形態に係る温度センサ10では、第1熱電対200及び第2熱電対300の各々の端部が同じブロック体100に埋設され、ブロック体100の温度を通じて被測定物の温度を測定する。そのため、第1熱電対200が測定する温度と第2熱電対300が測定する温度との差を小さくすることができる。
 さらに、第1熱電対200と第2熱電対300は、異なる種類の熱電対を使用することもできる。例えば、第1熱電対200として、測定温度範囲が500度未満の熱電対を使用し、第2熱電対300として、測定温度範囲が500度以上の熱電対を使用する。この場合、温度センサ10は、測定温度が500度未満では第1熱電対を使用し、測定温度が500度以上では第2熱電対を使用して測定することにより、温度センサ10の測定温度範囲を広げることができる。また、熱電対の測定温度範囲の上限又は下限近傍の温度では、熱電対で測定する温度と実際の温度が異なる場合も多い。この場合、温度センサ10は、第1熱電対200の測定温度範囲の上限又は下限の近傍の温度において、第2熱電対300を使用して温度を測定することで、第1熱電対200が測定した温度を補償することができる。
 図1(B)のA-A’線に沿って切断した模式的断面図を図2(A)に示す。図2(A)は、本実施形態に係る温度センサ10の第1熱電対200及び第2熱電対300の模式的断面図である。第1熱電対200は、第1素線211、第2素線212、第1絶縁体220、及び第1金属シース230を含む。第2熱電対300は、第3素線311、第4素線312、第2絶縁体320、及び第2金属シース330を含む。
 第1熱電対200は、第1金属シース230の中に、第1素線211及び第2素線212を含む。また、第1金属シース230の中に第1絶縁体220が充填されることによって、第1素線211、第2素線212、及び第1金属シース230の各々が絶縁化されている。
 第2熱電対300の構成も、第1熱電対200の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
 第1熱電対200及び第2熱電対300は、いわゆるシース熱電対である。シース熱電対は、シース外径が小さく、柔軟性を有する。そのため、シース熱電対は曲げることが可能である。また、熱電対の2本の素線が金属シース及び絶縁体によって保護されているため、耐衝撃性や耐腐食性に優れている。
 第1金属シース230及び第2金属シース330の各々は、2本の素線だけでなく、さらに多くの素線を含むこともできる。しかし、1本の金属シースの中に含まれる素線の本数が多いと、金属シースのシース外径が大きくなり、熱電対の柔軟性が低下する。また、熱電対を埋設するブロック体100も大きくなる。そのため、熱電対を曲げて配置する場合、又は微細な被測定物に対して熱電対を配置する場合には、温度センサ10の第1熱電対200及び第2熱電対300は、2本の素線(シングルエレメント)のみを含むことが好ましい。
 図1(C)のB-B’線に沿って切断した模式的断面図を図2(B)に示す。図2(B)は、本実施形態に係る温度センサ10の模式的断面図である。
 第1熱電対200の端部では、第1金属シース230は閉じられ、ブロック体100に埋設されている。第1金属シース230の閉じられた部分の内部では、第1素線211と第2素線212とが接合されている。また、第1金属シース230の閉じられた部分内に中空を有するように第1絶縁体220が第1金属シース230内に充填されているが、第1絶縁体220の構成はこれに限られない。第1絶縁体220は、第1金属シース230内の全てに充填されていてもよい。なお、ブロック体100からの第1熱電対200への熱伝導を高めるため、第1金属シース230のブロック体100に埋設されている部分の少なくとも一部内には第1絶縁体220が充填されていることが好ましい。
 第2熱電対300の構成も、第1熱電対200の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
 第1熱電対200及び第2熱電対300の端部は、ブロック体100に設けられた開口部にろう付けされて接合される。ろう付けのろう材料として、例えば、アルミニウム、微量なリンを含む銅、アルミニウムを含む合金、銀、銅、及び亜鉛を含む合金、銅と亜鉛を含む合金、チタン、銅、及びニッケルを含む合金、チタン、ジルコニウム、及び銅を含む合金、又はチタン、ジルコニウム、銅、及びニッケルを含む合金などを使用することができる。なお、第1熱電対200及び第2熱電対300のブロック体100への接合は、ろう付けに限られない。ろう付けの代わりに、溶接又はかしめなどによって、第1熱電対200及び第2熱電対300が接合されていてもよい。
[材料]
 ブロック体100は、被測定物と接し、被測定物から熱が伝導されるとともに、第1熱電対200及び第2熱電対300に熱を伝導する。そのため、ブロック体100の材料は、被測定物の材料と同じであることが好ましいが、これに限られない。ブロック体100は、熱伝導性の高い金属であることが好ましい。このような金属としては、10W/mK以上430W/mK以下の熱伝導率を有する金属から選択することができる。材料の比較においては、ブロック体100の材料の熱伝導率は、ブロック体100が接する被測定物の材料の熱伝導率の80%以上であることが好ましい。また、ブロック体100が被測定物の中に埋設される場合には、金属は、さらに3×10-6/K以上25×10-6/K以下の熱膨張率を有することが好ましい。ブロック体100の金属として、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレスなどの金属又はこれらの合金などを使用することができる。
 また、ブロック体100の材料は、セラミックを用いることもできる。ブロック体100の材料としてセラミックを用いることで、耐腐食性に優れた温度センサ10となる。ブロック体100のセラミックとして、例えば、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、又は窒化ケイ素を使用することができる。材料の硬度の比較においては、ブロック体100の材料の硬度を、ブロック体100が接する被測定物の材料の硬度よりも大きくしてもよい。
 第1素線211と第2素線212、又は、第3素線311と第4素線312とは、異なる金属が使用される。ここでは、便宜上、第1素線211及び第3素線311を+極とし、第2素線212及び第4素線312を-極とする。例えば、第1素線211と第2素線212、又は、第3素線311と第4素線312の金属の組合せは、表1の通りである。金属によって測定可能な温度範囲が異なるため、被測定物の測定する温度範囲に応じて、適切な金属材料を組み合わせた熱電対を用いればよい。
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 第1絶縁体220は、第1素線211、第2素線212、及び第1金属シース230の各々が接触してショートすることを防ぐために設けられる。第2絶縁体320も同様に、第3素線311、第4素線312、及び第2金属シース330の各々が接触してショートすることを防ぐために設けられる。第1絶縁体220及び第2絶縁体320の材料は、熱伝導率が10W/mK以上300W/mKの絶縁材料から選択することができる。第1絶縁体220及び第2絶縁体320の絶縁材料としては、例えば、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン、又は窒化ニオブなどを使用することができる。なお、第1絶縁体220及び第2絶縁体320は、上記材料の粉末、又は粉末を焼結して粉砕した微粒子が凝集して構成される。すなわち、第1金属シース230及び第2金属シース330内に、上記材料の粉末又は微粒子が充填され、第1絶縁体220及び第2絶縁体320が形成される。
 第1金属シース230及び第2金属シース330は、ブロック体100からの熱伝導を効率良く行うため、高い熱伝導率を有する金属が好ましい。また、第1金属シース230及び第2金属シース330は、腐食性雰囲気又は酸化性雰囲気から、第1素線211、第2素線212、第3素線311、及び第4素線312を保護することもできる。このような金属としては、10W/mK以上430W/mK以下の熱伝導率を有する金属から選択することができる。第1金属シース230及び第2金属シース330として、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、鉄、クロム、ニオブ、モリブデンなどの金属又はこれらの合金を使用することができる。より具体的には、第1金属シース230及び第2金属シース330の材料として、ニッケルクロム系耐熱合金又はオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。
 本実施形態に係る温度センサ10によれば、複数の熱電対(例えば、第1熱電対200及び第2熱電対300)の各々の一端部がブロック体100に埋設されているため、各熱電対間での温度のばらつきが小さい。一方、複数の熱電対の各々の他端部は解放されている。各熱電対のシース外径は小さく、熱電対を折り曲げることができるため、各熱電対の他端部は自由に配置することができる。したがって、温度センサ10は、複数の熱電対を用いて被測定物の温度を精密に測定することができるとともに、温度センサ10の各熱電対を自由に配置することができる。
[変形例1]
 図3(A)及び図3(B)を参照して、本実施形態に係る温度センサ10の変形例について説明する。ここでは、主に、第1熱電対200及び第2熱電対300の構成の変形例について説明する。
 図3(A)は、本実施形態に係る温度センサ10Aの模式的断面図である。温度センサ10Aは、ブロック体100A、第1熱電対200A、及び第2熱電対300Aを含む。第1熱電対200Aは、第1素線211A、第2素線212A、第1絶縁体220A、及び第1金属シース230Aを含む。第2熱電対300Aは、第3素線311A、第4素線312A、第2絶縁体320A、及び第2金属シース330Aを含む。第1熱電対200A及び第2熱電対300Aの各々の端部は、ブロック体100Aに埋設されている。
 温度センサ10Aでは、第1金属シース230Aの閉じられた部分に、第1素線211A及び第2素線212Aの各々の端部が接合されている。第1素線211A及び第2素線212Aは、第1金属シース230Aを閉じる際に一緒に接合されてもよく、第1金属シース230Aを閉じた後に接合されてもよい。
 第3素線311A及び第4素線312Aの構成も、第1素線211A及び第2素線212Aと同様であるため、ここでは説明を省略する。
 本実施形態に係る温度センサ10Aによれば、第1素線211A及び第2素線212Aが第1金属シース230Aと直接接し、また、第3素線311A及び第4素線312Aが第2金属シース330Aと直接接する。そのため、ブロック体100から第1素線211A、第2素線212A、第3素線311A、及び第4素線312Aへの熱伝導が良好であるため、温度センサ10Aは応答性に優れる。
 図3(B)は、本実施形態に係る温度センサ10Bの模式的断面図である。温度センサ10Bは、ブロック体100B、第1熱電対200B、及び第2熱電対300Bを含む。第1熱電対200Bは、第1素線211B、第2素線212B、第1絶縁体220B、及び第1金属シース230Bを含む。第2熱電対300Bは、第3素線311B、第4素線312B、第2絶縁体320B、及び第2金属シース330Bを含む。
 温度センサ10Bの第1熱電対200Bでは、第1素線211B及び第2素線212Bの各々の端部が、第1金属シース230Bの閉じられた部分から外部に突出し、露出されている。また、第1金属シース230Bの外部において、第1素線211Bと第2素線212Bとが接合されている。
 第2熱電対300Bの構成も、第1熱電対200Bの構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
 また、第1熱電対200B及び第2熱電対300Bの各々の端部は、第1素線211B、第2素線212B、第3素線311B、及び第4素線312Bが露出した状態で、ブロック体100Bに埋設されている。第1熱電対200B及び第2熱電対300Bは、ブロック体100Bに設けられた開口部に差し込み、ブロック体100Bと接合することができる。また、ブロック体100Bを2つの部分に分け、2つの部分の間に第1熱電対200B及び第2熱電対300Bを挟み、ブロック体100Bの2つの部分を接合すると同時に、第1熱電対200B及び第2熱電対300Bをブロック体100Bと接合してもよい。
 本実施形態に係る温度センサ10Bによれば、第1熱電対200Bの第1素線211B及び第2素線212B並びに第2熱電対300Bの第3素線311B及び第4素線312Bがブロック体100Bと直接接する。そのため、ブロック体100Bから第1素線211B、第2素線212B、第3素線311B、及び第4素線312Bへの熱伝導性が良好であるため、温度センサ10Bは応答性に優れる。さらに、第1素線211B、第2素線212B、第3素線311B、及び第4素線312Bの露出している部分がブロック体100Bで覆われているため、耐衝撃性や耐腐食性に優れる。
[変形例2]
 図4(A)~図4(E)を参照して、本実施形態に係る温度センサ10の変形例について説明する。ここでは、主に、ブロック体100の構成の変形例について説明する。
 図4(A)~図4(E)は、本実施形態に係る温度センサ10に適用することができるブロック体100a~100eの模式的斜視図である。
 図4(A)に示すブロック体100aの形状は、多角柱である。多角柱は、多角形の底面に対して四角形の側面が設けられる。図4(A)では、多角柱の底面が五角形であるが、これに限られない。多角柱の底面は、三角形、四角形、又は六角形など、被測定物の形状に合わせて適宜選択することができる。また、多角柱の側面の四角形は、例えば、正方形、長方形、平行四辺形、又はひし形である。多角柱は、直角柱でもよく、斜角柱でもよい。多角柱の側面に平行四辺形又はひし形が含まれる場合は、斜角柱となる。
 ブロック体100aにおいて、第1熱電対200及び第2熱電対300が埋設される位置は、多角柱の底面であってもよく、側面であってもよい。
 図4(B)に示すブロック体100bの形状は、円柱である。すなわち、ブロック体100bは、円形の底面と、湾曲した側面とを含む。ブロック体100bにおいても、第1熱電対200及び第2熱電対300が埋設される位置は、円柱の底面であってもよく、側面であってもよい。
 図4(C)に示すブロック体100cの形状は、球である。ブロック体100cの表面は、被測定物と均等に接することができるため、被測定物からブロック体100cへの熱伝導が均質となる。
 図4(D)に示すブロック体100dの形状は、多角錐である。図4(D)では、多角錐の底面が三角形であるが、これに限られない。多角錐の底面は、四角形、五角形又は六角形など、被測定物の形状に合わせて適宜選択することができる。また、多角錐は、頂点からの垂線が底面の重心に一致する直錐であってもよく、頂点からの垂線が底面の重心に一致しない斜錐であってもよい。
 図4(E)に示すブロック体100eの形状は、円錐である。円錐は、頂点からの垂線が底面の円の中心に一致する直円錐であってもよく、頂点からの垂線が底面の円の中心に一致しない斜円錐であってもよい。
 以上、本実施形態に係る温度センサ10に適用することができるブロック体100の例としてブロック体100a~100eを示したが、ブロック体100の形状はこれに限られない。ブロック体100の形状は、被測定物の形状に合わせて、適宜最適な形状を選択することができる。
[変形例3]
 図5(A)及び図5(B)を参照して、本実施形態に係る温度センサ10の変形例について説明する。ここでは、主に、ブロック体100の表面形状の構成の変形例について説明する。
 図5(A)及び図5(B)の各々は、本実施形態に係る温度センサ10Cの模式的上面図及び側面図である。温度センサ10Cは、ブロック体100C、第1熱電対200、及び第2熱電対300を含む。ブロック体100Cの表面には溝150Cが設けられている。なお、溝150Cは、1つ又は複数設けることができる。
 ブロック体100Cを被測定物にろう付けで接合する場合、溝150Cにろうが入り込むため、接合を強固にすることができる。また、溝150Cが設けられていることにより、ブロック体100Cの表面積が大きくなるため、被測定物からブロック体100Cへの熱伝導が良好となる。
 溝150Cの幅、深さ又は本数は、ブロック体100Cの大きさに応じて適宜選択することができる。また、溝150Cは、底面に向かってテーパーを設けることもできる。
 図5(A)及び図5(B)に示すブロック体100Cでは、上面と底面にのみ溝150Cが設けられているが、溝150Cの構成はこれに限られない。溝150Cは、ブロック体100Cの一部の面に設けられていてもよく、ブロック体100Cの全ての面に設けられていてもよい。
 図5(A)及び図5(B)に示すブロック体100Cでは、溝150Cが直線状に設けられているが、溝150Cの構成はこれに限られない。溝150Cは曲線を含むように設けることもできる。
 図5(A)及び図5(B)に示すブロック体100Cでは、溝150Cが一側面から反対側の他側面まで連続して設けられているが、溝150Cの構成はこれに限られない。ブロック体100Cの表面の一部分にのみ溝を設けることもできる。また、ブロック体100Cの表面の上に、複数の溝を不連続的に設けることもできる。
 図5(A)及び図5(B)に示すブロック体100Cでは、一方向に延伸した溝150Cが設けられているが、溝150Cの構成はこれに限られない。複数の方向に延伸した溝を設け、それらの溝が交差するようにしてもよい。例えば、ブロック体100Cの上に、格子状に溝を設けることもできる。
 図5(A)及び図5(B)に示すブロック体100Cでは、溝150Cの断面形状は矩形であるが、溝150Cの構成はこれに限られない。溝150Cの断面形状は、三角形や五角形などの多角形、半円形、又は半楕円形とすることもできる。
 本実施形態に係る温度センサ10Cによれば、ブロック体100C上に溝150Cが設けられることにより、ブロック体100Cの表面積が増加する。そのため、被測定物との接触面積も増加し、被測定物からブロック体100Cへの熱伝導が向上する。したがって、温度センサ10Cは応答性に優れる。
[変形例4]
 図6(A)~図6(C)を参照して、本実施形態に係る温度センサ10の変形例について説明する。ここでは、主に、ブロック体100の表面形状の構成の別の変形例について説明する。
 図6(A)は、本実施形態に係る温度センサ10Dの模式的上面図である。温度センサ10Dは、ブロック体100D、第1熱電対200、及び第2熱電対300を含む。
 図6(A)のC-C’線及びD-D’線に沿って切断した模式的断面図を、それぞれ図6(B)及び図6(C)に示す。ブロック体100Dの表面には凸部150Dが設けられている。なお、凸部は、1つ又は複数設けることができる。
 ブロック体100Dを被測定物に接合する場合、凸部150Dが設けられていることにより、ブロック体100Dの表面積が大きくなるため、被測定物からブロック体100Dへの熱伝導が良好となる。
 凸部150Dの幅、高さ又は個数は、ブロック体100Dの大きさに応じて適宜選択することができる。
 図6(A)~図6(C)に示すブロック体100Dでは、マトリクス状に凸部150Dが配置されているが、凸部150Dの構成はこれに限られない。凸部150Dは、ブロック体100上に千鳥格子状やランダムに配置することもできる。
 図6(A)~図6(C)に示すブロック体100Dでは、上面と底面にのみ凸部150Dが設けられているが、凸部150Dの構成はこれに限られない。凸部150Dは、ブロック体100Dの一部の面に設けられていてもよく、ブロック体100Dの全ての面に設けられていてもよい。
 図6(A)~図6(C)に示すブロック体100Dでは、凸部150Dの形状は半球であるが、凸部150Dの構成はこれに限られない。凸部150Dの形状は、多角柱、円柱、多角錐、又は円錐とすることもできる。
 図6(A)~図6(C)に示すブロック体100Dでは、凸部150Dの断面形状は円形であるが、凸部150Dの構成はこれに限られない。凸部150Dの断面形状は、三角形や四角形などの多角形、又は半楕円形とすることもできる。
 また、図示しないが、ブロック体100にブラスト加工を施し、表面に微細な凹凸を設けることもできる。
 本実施形態に係る温度センサ10Dによれば、ブロック体100Dの上に凸部150Dが設けられることにより、ブロック体100Dの表面積が増加する。そのため、被測定物との接触面積も増加し、被測定物からブロック体100Dへの熱伝導性が向上する。したがって、温度センサ10Dは応答性に優れる。
[変形例5]
 図7(A)~図7(C)を参照して、本実施形態に係る温度センサ10の変形例について説明する。ここでは、主に、ブロック体100に埋設する第1熱電対200及び第2熱電対300の位置の構成の変形例について説明する。
 図7(A)は、本実施形態に係る温度センサ10Eの模式的上面図である。温度センサ10Eは、ブロック体100E、第1熱電対200、及び第2熱電対300を含む。温度センサ10Eは、ブロック体100Eの第1側面に第1熱電対200が埋設され、第1側面と反対側の第2側面に第2熱電対300が埋設されている。また、第1熱電対200と第2熱電対300とは、一直線上に配置されている。
 温度センサ10Eは、ブロック体100Eに2つの開口部を設け、一方の開口部に第1熱電対200を通し、他方の開口部に第2熱電対300を通し、ろう付けなどで接合することによって作製することができる。また、温度センサ10Eは、ブロック体100Eに貫通孔を設け、その貫通孔の両側から第1熱電対200及び第2熱電対300を通し、ろう付けなどで接合することによっても作製することができる。この場合、ブロック体100Eの内部において、第1熱電対200の端部と第2熱電対300の端部とが接することもできる。
 図7(B)は、本実施形態に係る温度センサ10Fの模式的上面図である。温度センサ10Fは、ブロック体100F、第1熱電対200、及び第2熱電対300を含む。温度センサ10Fは、ブロック体100Fの第1側面に第1熱電対200が埋設され、第1側面と反対側の第2側面に第2熱電対300が埋設されている。また、第1熱電対200及び第2熱電対300は、ブロック体100Fの内部において、第1熱電対200の側面と第2熱電対300の側面とが重畳するように配置されている。なお、ブロック体100Fの内部において、第1熱電対200の側面と第2熱電対300の側面とが接することもできる。
 図7(C)は、本実施形態に係る温度センサ10Gの模式的上面図である。温度センサ10Gは、ブロック体100G、第1熱電対200、及び第2熱電対300を含む。温度センサ10Gでは、第1熱電対200と第2熱電対300とが直交するようにブロック体100Gに埋設されている。なお、第1熱電対200と第2熱電対300とのなす角は90度に限られない。第1熱電対200と第2熱電対300とのなす角は、必要に応じて、0度から180度の間で選択することができる。
 以上、ブロック体100に埋設される第1熱電対200及び第2熱電対300の位置の構成の例として温度センサ10E~10Gを示したが、第1熱電対200及び第2熱電対300の位置に合わせて、ブロック体100E~100Gのように形状を変えることもできる。なお、ブロック体100に埋設される第1熱電対200及び第2熱電対300の位置の構成はこれに限られない。ブロック体100に埋設される第1熱電対200及び第2熱電対300の位置は、被測定物の形状に合わせて、適宜最適な形状を選択することができる。
 本実施形態においては、熱電対を具備する温度センサを例示したが、熱電対の代わりに測温抵抗体を用いることもできる。例えば、2つの測温抵抗体を1つのブロック体に埋設し、一方の測温抵抗体で基板の温度を測定し、他方の測温抵抗体でヒーターを制御することができる。また、本実施形態においては、熱電対と測温抵抗体を1つのブロック体に埋設した温度センサも可能である。いずれの場合においても、ブロック体を通じて温度を測定するため、熱電対が測定する温度又は測温抵抗体が測定する温度との差を小さくすることができる。
<第2実施形態>
 図8~図10を参照して、本発明の一実施形態に係るヒータユニットについて説明する。
 図8は、本発明の一実施形態に係るヒータユニット20の模式的斜視図である。ヒータユニット20は、第1プレート610、第2プレート620、及びシャフト630を含む。
 図9は、本発明の一実施形態に係るヒータユニット20の第2プレート620の模式的上面図である。第2プレート620は、第1シースヒータ640-1、第2シースヒータ640-2、及び第3シースヒータ640-3を含む。すなわち、ヒータユニット20は、3分割されたシースヒータを含む。各シースヒータ(640-1、640-2、及び640-3)は、第2プレート620に設けられた溝(623-1、623-2、及び623-3)に沿って設けられるが、溝の端部に貫通孔(624-1a及び624-1b、624-2a及び624-2b、並びに624-3a及び624-3b)が設けられており、各シースヒータ(640-1、640-2、及び640-3)は、折り曲げられてシャフト630内に格納される。各シースヒータ(640-1、640-2、及び640-3)及び溝(623-1、623-2、及び623-3)の配置の詳細は後述する。
 また、第2プレート620は、分割された各シースヒータ(640-1、640-2、及び640-3)ごとに温度センサ10が配置される。そのため、第2プレート620は、3つの温度センサ10を配置するための第2凹部(621-1、621-2、及び621-3)及び貫通孔(622-1、622-2、及び622-3)を含む。なお、図9では、温度センサ10が省略されている。
 第1プレート610は、その上面に、シリコンや化合物半導体を含む半導体基板、あるいは石英やガラスなどの絶縁物を含む絶縁基板などが配置される。そのため、第1プレート610の上面は、基板の形状に合わせて形成することができる。例えば、平坦面を有する基板であれば、第1プレート610の上面を平坦にすることが好ましい。また、凹凸を有する基板であれば、第1プレート610の上面を基板の凹凸に合わせた形状とすることもできる。第1プレート610は金属を含み、金属は10W/mK以上430W/mK以下の熱伝導率を有する金属から選択される。高い熱伝導率を有する金属を用いることで、各シースヒータ(640-1、640-2、及び640-3)が発生する熱エネルギーを効率よく受け取ることができる。また、金属は、3×10-6/K以上25×10-6/K以下の熱膨張率を有することが好ましい。このような特性を満たす具体的な金属として、チタンやアルミニウム、ステンレスなどの金属が挙げられる。図示しないが、第1プレート610上には、基板を固定するための静電チャックや、基板とヒータユニット20の間にヘリウムなどの熱伝導率の高いガスを供給するための貫通孔、あるいは液体の媒体を環流するための環流路を設けることもできる。
 第2プレート620は第1プレート610の下に設けられる。第2プレート620も第1プレート610で使用可能な金属を含む。第2プレート620に含まれる金属と第1プレート610に含まれる金属は同一でも良く、異なっていてもよい。異なる場合には、第1プレート610と第2プレート620に含まれる金属の熱膨張率の差が250×10-6/K以下となるように、それぞれの金属を選択することができる。これにより、熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性の高いヒータユニット20を提供することができる。
 第2プレート620は、第1プレート610と接合されている。第1プレート610と第2プレート620との接合は、ろう付け、溶接、かしめ、又はねじ止めなどによって行うことができる。ろう付けのろう材料として、例えば、アルミニウム、微量なリンを含む銅、アルミニウムを含む合金、銀、銅、及び亜鉛を含む合金、銅と亜鉛を含む合金、チタン、銅、及びニッケルを含む合金、チタン、ジルコニウム、及び銅を含む合金、又はチタン、ジルコニウム、銅、及びニッケルを含む合金などを使用することができる。
 シャフト630は第1プレート610及び第2プレート620を支持するために設けられる。また、第1シースヒータ640-1、第2シースヒータ640-2、及び第3シースヒータ640-3へ電力を供給するためのリード線641、並びに温度センサ10の第1熱電対200及び第2熱電対300を格納するため、シャフト630は中空構造となっている。第1プレート610に静電チャックを設ける場合には、静電チャックへ電力を供給するための配線もシャフト630内に配置される。図示しないが、シャフト630は回転機構と接続されていてもよく、これにより、ヒータユニット20をシャフト630の長軸を中心として回転させることもできる。シャフト630は、ろう付け、溶接、かしめ、又はねじ止めなどによって、第2プレート620と接合される。
 第1シースヒータ640-1、第2シースヒータ640-2、及び第3シースヒータ640-3は、通電することで発熱する機能を有し、第2プレート620及び第1プレート610を加熱するために設けられる。これにより、ヒータユニット20上に設置される基板が加熱される。
 図9に示すように、第2プレート620内において、第1シースヒータ640-1は第1溝623-1に、第2シースヒータ640-2は第2溝623-2に、及び第3シースヒータ640-3は第3溝623-3に沿って配置される。第1溝623-1、第2溝623-2、及び第3溝623-3の各々は、第2プレート620の形状に合わせて可能な限り同心円状となるように配置されている。同心円状の溝に沿ってシースヒータが配置されることにより、第1プレート610及び第2プレート620の温度が均一となり、第1プレート610上の基板を均一に加熱することが可能となる。また、第1溝623-1の幅及び深さは、第1シースヒータ640-1のシース外径と同一、又はほぼ同一である。第2溝623-2及び第3溝623-3の幅及び深さも同様である。
 第1シースヒータ640-1は、貫通孔624-1a及び貫通孔624-1bで折り曲げられ、シャフト630内に格納される。
 図10は、図9のE-E’線に沿って切断した第2プレート620を含むヒータユニット20の模式的断面図である。第1プレート610と第2プレート620とが接合され、その間に、ブロック体100、第1熱電対200、及び第2熱電対300を含む温度センサ10と、第1シースヒータ640-1、第2シースヒータ640-2、及び第3シースヒータ640-3が設けられている。第1熱電対200及び第2熱電対300は、第2プレート620の貫通孔622-1で折り曲げられ、シャフト630に格納されている。また、第1シースヒータ640-1は、第1溝623-1に沿って配置され、貫通孔624-1aで折り曲げられ、シャフト630に格納されている。第1シースヒータ640-1はリード線641と電気的に接続し、リード線641は、電源と接続する。
 ヒータユニット20は、第1プレート610に第1凹部611を含み、第2プレート620に第2凹部621を含む。温度センサ10のブロック体100は、第1凹部611及び第2凹部621によって囲まれた領域に配置され、接合されている。第1凹部611の深さは、第2凹部621の深さよりも大きい。すなわち、ブロック体100が接する面積は、第2プレート620よりも第1プレート610の方が大きい。そのため、温度センサ10は、第2プレート620よりも第1プレート610の影響を受けやすい。
 ヒータユニット20の温度センサ10は、基板に近い第1プレート610の温度を測定できるため、温度センサ10で測定された温度は、基板の実際の温度に近いものとなる。また、第1熱電対200及び第2熱電対300を折り曲げることができるため、第2プレート内で自由に温度センサ10を配置することができる。
 以上、第1シースヒータ640-1の構成を主に説明したが、第2シースヒータ640-2及び第3シースヒータ640-3の構成も同様であるため、ここでは説明を省略する。また、シースヒータの数は3つに限られない。ヒータユニット20に設けられるシースヒータの数は、1つ又は2つでもよく、4つ以上でもよい。
 本実施形態に係るヒータユニット20によれば、温度センサ10のブロック体100が第1プレート610と接しているため、第1プレート610上の基板の温度をブロック体100を通じて測定することができる。また、ブロック体100が第2プレート620とも接しているため、第2プレート620内の各シースヒータ(640-1、640-2、及び640-3)の温度もブロック体100を通じて測定することができる。そのため、ブロック体100に埋設された第1熱電対200及び第2熱電対300を使用して、基板の温度を測定することができるとともに、各シースヒータ(640-1、640-2、及び640-3)を制御して、各シースヒータ(640-1、640-2、及び640-3)の過加熱を防止することができる。
[変形例]
 図11(A)~11(C)を参照して、本実施形態に係るヒータユニット20の変形例について説明する。ここでは、主に、温度センサ10の配置の変形例について説明する。なお、上述したように、シースヒータは複数に分割して設けることができるが、ここでは便宜上、シースヒータ640として説明する。
 図11(A)は、本発明の一実施形態に係るヒータユニット20Aの温度センサ10の配置部分の模式的断面図である。ヒータユニット20Aは、第1プレート610に第1凹部611Aを含み、第2プレート620に第2凹部621Aを含む。温度センサ10のブロック体100は、第1凹部611A及び第2凹部621Aによって囲まれた領域に配置され、接合されている。第2凹部621Aの深さは、第1凹部611Aの深さよりも大きい。すなわち、ブロック体100が接する面積は、第1プレート610よりも第2プレート620の方が大きい。そのため、温度センサ10は、第1プレート610よりも第2プレート620の影響を受けやすい。第2プレート620にはシースヒータ640が設けられているが、シースヒータ640の異常加熱を検知することができる。
 ヒータユニット20Aの温度センサ10は、ヒータが設けられている第2プレート620の温度を測定できるため、温度センサ10で測定された温度は、シースヒータ640の実際の温度に近いものとなる。そのため、シースヒータ640の異常加熱を検知することができる。また、第1熱電対200及び第2熱電対300を折り曲げることができるため、第2プレート内で自由に温度センサ10を配置することができる。
 図11(B)は、本発明の一実施形態に係るヒータユニット20Bの温度センサ10の配置部分の模式的断面図である。ヒータユニット20Bは、第1プレート610に第1凹部611Bを含み、第2プレート620に第2凹部621Bを含む。温度センサ10のブロック体100は、第1凹部611B及び第2凹部621Bによって囲まれた領域に配置され、接合されている。また、第2凹部621Bには、第1熱電対200及び第2熱電対300を格納する中空領域が設けられ、第1熱電対200及び第2熱電対300が、折り曲げられて格納されている。そのため、ブロック体100が接する面積は、第2プレートよりも第1プレートの方が大きく、温度センサ10は、第2プレート620よりも第1プレート610の影響を受けやすい。
 ヒータユニット20Bの温度センサ10は、基板に近い第1プレート610の温度を測定できるため、温度センサ10で測定された温度は、基板の実際の温度に近いものとなる。また、第1熱電対200及び第2熱電対300を折り曲げることができるため、第2プレート内で自由に温度センサ10を配置することができる。
 図11(C)は、本発明の一実施形態に係るヒータユニット20Cの温度センサ10の配置部分の模式的断面図である。ヒータユニット20Cは、第1プレート610に第1凹部611Cを含み、第2プレート620に第2凹部621Cを含む。温度センサ10のブロック体100は、第1凹部611C及び第2凹部621Cによって囲まれた領域に配置され、接合されている。第1凹部611Cの深さは、第2凹部621Cの深さよりも大きい。さらに、第2凹部621Cの中に、第1熱電対200及び第2熱電対300を格納するための貫通孔が設けられている。そのため、ブロック体100が接する面積は、第2プレート620よりも第1プレート610の方が大きく、温度センサ10は、第2プレート620よりも第1プレート610の影響を受けやすい。
 ヒータユニット20Cの温度センサ10は、基板に近い第1プレート610の温度を測定できるため、温度センサ10で測定された温度は、基板の実際の温度に近いものとなる。また、シャフト630の直上に温度センサ10を設ける場合、第2プレート620の貫通孔からシャフト630に第1熱電対200及び第2熱電対300を直接格納することができる。
 以上、本実施形態に係るヒータユニット20に適用することができる温度センサ10の配置の構成の例としてヒータユニット20A~20Cを示したが、温度センサ10の配置の構成はこれに限られない。ヒータユニット20における温度センサ10は、シースヒータ640の配置、第1プレート610及び第2プレート620の形状に合わせて、適宜最適な位置に配置することができる。
 本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
 また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G:温度センサ、
20、20A、20B、20C:ヒータユニット、
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100a、100b、100c、100d、100e:ブロック体、
150C:溝、 150D:凸部、
200、200A、200B:第1熱電対、
211、211A、211B:第1素線、
212、212A、212B:第2素線、
220、220A、220B:第1絶縁体、
230、230A、230B:第1金属シース、
300、300A、300B:第2熱電対、
311、311A、311B:第3素線、
312、312A、312B:第4素線、
320、320A、320B:第2絶縁体、
330、330A、330B:第2金属シース、
610:第1プレート、
611、611A、611B、611C:第1凹部、
620:第2プレート、
621、621A、621B、621C:第2凹部、
622-1、622-2、622-3:貫通孔、
623-1:第1溝、 623-2:第2溝、 623-3:第3溝、
624-1a、624-1b、624-2a、624-2b、624-3a、624-3b:貫通孔、
630:シャフト、
640:シースヒータ、640-1:第1シースヒータ、 640-2:第2シースヒータ、 640-3:第3シースヒータ、
641:リード線

Claims (13)

  1.  ブロック体と、
     第1素線、第2素線、前記第1素線及び前記第2素線を取り囲む第1絶縁体、及び前記第1絶縁体を取り囲む第1金属シースを含む第1熱電対と、
     第3素線、第4素線、前記第3素線及び前記第4素線を取り囲む第2絶縁体、及び前記第2絶縁体を取り囲む第2金属シースを含む第2熱電対と、を含み、
     前記第1熱電対及び前記第2熱電対の各々の端部は、前記ブロック体に埋設される温度センサ。
  2.  前記第1素線及び前記第2素線の各々の端部は、前記第1金属シースに接し、
     前記第3素線及び前記第4素線の各々の端部は、前記第2金属シースに接する請求項1に記載の温度センサ。
  3.  前記第1素線、前記第2素線、前記第3素線、及び前記第4素線の各々の端部は、前記ブロック体と接する請求項1に記載の温度センサ。
  4.  前記第1熱電対及び前記第2熱電対の各々の端部は、前記ブロック体にろう付けされて埋設される請求項1に記載の温度センサ。
  5.  前記第1熱電対及び前記第2熱電対の各々の端部は、前記ブロック体に溶接されて埋設される請求項1に記載の温度センサ。
  6.  前記第1熱電対及び前記第2熱電対の各々の端部は、前記ブロック体にかしめられて埋設される請求項1に記載の温度センサ。
  7.  前記ブロック体の形状は、多角柱、円柱、球、多角錐、及び円錐からなる群より選ばれる請求項1に記載の温度センサ。
  8.  前記ブロック体の表面に、溝が設けられる請求項1に記載の温度センサ。
  9.  前記ブロック体の表面に、凸部が設けられる請求項1に記載の温度センサ。
  10.  前記ブロック体の表面は、ブラスト加工又はエッチング加工による凹凸が設けられる請求項1に記載の温度センサ。
  11.  前記ブロック体の材料の熱伝導率は、前記ブロック体が接する被測定物の材料の熱伝導率の80%以上である請求項1に記載の温度センサ。
  12.  前記ブロック体の材料の硬度は、前記ブロック体が接する被測定物の材料の硬度よりも大きい請求項1に記載の温度センサ。
  13.  請求項1乃至請求項12のいずれか一に記載の温度センサを含むヒータユニット。
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