(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ、熱電対、固定用線材および束縛用線材を有する熱電対付きウエハであって、
前記熱電対を構成する一組の熱電対素線の端部を接合した測温部が前記ウエハに埋設され、
前記固定用線材が前記熱電対の配線方向に略直角に配置され、かつその両端部が前記ウエハに固定され、
前記束縛用線材が、複数の前記熱電対の配線を束ねて前記固定用線材に着脱可能に固定したことを特徴とする熱電対付きウエハ。
【請求項２】
前記固定用線材と前記束縛用線材とを、前記熱電対素線が被覆材に被覆された前記熱電対の配線の端材で構成したことを特徴とする請求項１に記載の熱電対付きウエハ。
【請求項３】
前記固定用線材が、張架用線材及び少なくとも二本の係止用線材からなり、
前記張架用線材が前記熱電対の配線方向に略直角に配置され、かつその両端部がそれぞれ前記係止用線材の略中間部に固定され、
前記係止用線材の両端部が前記ウエハに固定されると共に、
前記束縛用線材が、複数の前記熱電対の配線を束ねて前記張架用線材に着脱可能に固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱電対付きウエハ。
【請求項４】
前記張架用線材を、前記熱電対素線が被覆材に被覆された前記熱電対の配線の端材で構成したことを特徴とする請求項３に記載の熱電対付きウエハ。
【請求項５】
前記張架用線材と前記係止用線材との連結部を接着剤でウエハに固定したことを特徴とする請求項３又は４に記載の熱電対付きウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電対付きウエハに関し、より詳細には、ウエハに束ねて固定された熱電対が故障した際に、固定用線材とウエハとの固定状態を維持して、該当する熱電対のみを交換又は修理して、熱電対が故障した際のコストを低減する熱電対付きウエハに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハを製造する過程においては、加熱処理装置内のウエハの表面温度を検知することが重要であるため、ウエハの表面に熱電対の測温部を埋設した熱電対付きウエハを使用している。
【０００３】
熱電対付きウエハは、熱電対の測温部から熱電対線を引き出して、外部の計測器に接続している。そのため、この熱電対付きウエハを使用する際に、熱電対線を介してウエハに埋設した測温部に引張り力や捩りモーメント等が加わるので、この負荷により、測温部が抜けて外れてしまう、又は測温部付近の熱電対線が切断されてしまうという問題が起きる。
【０００４】
この問題に対して、本願発明の発明者らは、固定部材や接着剤で複数の熱電対線を束ねてウエハの表面上に固定して、測温部が抜けて外れてしまうことを防止した熱電対付きウエハを提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この熱電対付きウエハは、固定用線材の両端部の固定用被覆材を剥がして、むき出しにした固定用素線を接着剤でウエハに固定して、測温部からウエハの外側に配置された測定器に接続された複数の熱電対素線のそれぞれが被覆材で被覆された熱電対線を、ウエハに固定している。
【０００６】
この熱電対の熱電対線を固定用線材でウエハに固定した熱電対ウエハにおいては、熱電対線を固定用線材でウエハに固定することで、測温部がウエハから外れてしまうことを防止しながら、従来の鋭利な角を有するものや乾燥して鋭利な縁ができてしまう接着剤で複数の熱電対線を束ねて固定した際に生じる被覆材が破けることを防止できると共に、接着剤の使用量を接着剤の量を減らして、接着剤とウエハの表面との膨張率が異なることを起因とするウエハの歪みを防止できる。
【０００７】
一方で、固定用線材で複数の熱電対線を束ねてウエハに固定すると、一つの熱電対が故障した場合に、その該当する熱電対のみを交換、又は修理することが難しい。この場合には、固定用線材とウエハとを固定している接着剤を剥がす、固定用線材を切断して解放する、あるいは、熱電対付きウエハごと交換するなどを行っており、修理に掛かるコストが高くなるという問題が新たに見つかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１７２０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、ウエハに束ねて固定された熱電対が故障した際に、固定用線材とウエハとの固定状態を維持して、該当する熱電対のみを交換又は修理して、熱電対が故障した際のコストを低減する熱電対付きウエハ
を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決する本発明の熱電対付きウエハは、ウエハ、熱電対、固定用線材および束縛用線材を有する熱電対付きウエハであって、前記熱電対を構成する一組の熱電対素線の端部を接合した測温部が前記ウエハに埋設され、前記固定用線材が前記熱電対の配線方向に略直角に配置され、かつその両端部が前記ウエハに固定され、前記束縛用線材が、複数の前記熱電対の配線を束ねて前記固定用線材に着脱可能に固定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱電対付きウエハによれば、固定用線材および束縛用線材を用いて複数の熱電対線の配線の途中をウエハに着脱可能に固定するようにしたので、固定用線材とウエハとの固定状態を維持したまま、故障した熱電対のみを交換又は修理することができる。これにより、従来のように固定用線材とウエハとを固定している接着剤を剥がしたり、固定用線材を切断して解放したり、あるいは、熱電対付きウエハごと交換したりすることを行わずに、故障した熱電対のみを容易に交換又は修理できるので、故障した際のコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の熱電対付きウエハの第一実施形態の製造過程を例示する斜視図である。
【図２】本発明の熱電対付きウエハの第一実施形態を例示する斜視図である。
【図３】図２の矢印方向ＩＩＩで示す断面図である。
【図４】本発明の熱電対付きウエハの第二実施形態を例示する斜視図である。
【図５】図４の一方の係止用線材と張架用線材との連結部を拡大した拡大図である。
【図６】本発明の熱電対付きウエハの第三実施形態を例示する斜視図である。
【図７】図６の一方の係止用線材と張架用線材との連結部を拡大した拡大図である。
【図８】本発明の熱電対付きウエハの第四実施形態の一部を例示する拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の熱電対付きウエハについて説明する。図１は、本発明の第一実施形態の熱電対付きウエハ１０の製造途中の構成を例示している。図２は、図１に構成に束縛用線材４０を用いて複数の熱電対２０の配線２３、２５を束ねて固定した構成を例示している。この熱電対付きウエハ１０は、加熱処理装置内のウエハの表面温度を検知するものである。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。
【００１４】
図１に示すように、熱電対付きウエハ１０は、ウエハ１１と、図示しない計測器に接続された複数の熱電対２０と、複数の熱電対２０の配線方向の一部をウエハ１１の垂直方向に拘束する固定用線材３０とを備えている。なお、複数の熱電対２０については、それぞれ同様の構成であり、重複を避けるため、そのうちの一つを例に上げて説明する。
【００１５】
ウエハ１１は、半導体素子製造の材料であって、円柱状のインドゴットを薄くスライスした円板状の板で構成されている。このウエハ１１の表面には、凹状に形成された複数の埋設孔１２が形成されている。
【００１６】
熱電対２０は、熱電対素線２１が被覆材２２で被覆された配線（熱電対線）２３と、熱電対素線２４が被覆材２２で被覆された配線（熱電対線）２５とを有して構成されている。この熱電対２０は、一対の熱電対素線２１、２４の端部をスポット溶接で接合して形成された測温部２６が、ウエハ１１の表面上に形成された埋設孔１２に埋設されて、その埋設孔１２に接着剤１３が充填されて固定されている。
【００１７】
この熱電対２０としては、熱電対素線２１をアルメル、熱電対素線２４をクロメルで構成したタイプＫ、熱電対素線２１を白金、熱電対素線２４を白金ロジウムで構成したタイプＲ、熱電対素線２１をクロメル、熱電対素線２４をコンスタンタンで構成したタイプＥ、及び熱電対素線２１を鉄、熱電対素線２４をコンスタンタンで構成したタイプＪ等が例示できる。また、熱電対２０の熱電対素線２１、２４の外径は、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍに設定されている。
【００１８】
被覆材２２は、耐熱性の違いから、耐熱ビニールなどの合成樹脂、フッ素樹脂、シリカガラス繊維、及びセラミック繊維を例示できる。この被覆材２２として、シリカガラス繊維、及びセラミック繊維などの繊維質の材料を用いる場合には、網組加工を施すことにより、柔軟性を向上させることが好ましい。また、加熱処理装置内においては、ウエハ１１の表面温度が３００度〜１２００度と高温になることから、被覆材２２としては、耐熱性、電気絶縁性に優れ、更に、柔軟性にも優れるアルミナ、シリカを主成分とするアルミナ繊維が好ましい。
【００１９】
固定用線材３０は、固定用素線３１が固定用被覆材３２で被覆された線材で構成されている。この固定用線材３０は、ウエハ１１の外縁部の近傍に配置されると共に複数の配線２３、２５の配線方向を横断する方向、すなわち、配線方向に略直角に配置されている。この固定用線材３０は、両端部の固定用被覆材３２が剥がされて、むき出しにされた固定用素線３１のそれぞれが接着剤１４でウエハ１１の表面に固定されている。
【００２０】
なお、固定用線材３０は、熱電対２０の配線方向の一部をウエハ１１の垂直方向に拘束する、すなわち複数の配線２３、２５の表側を跨ぐように配置されているが、複数の配線２３、２５の裏側に潜るように配置されてもよい。また、接着剤１４は、熱電対２０の測温部２６を固定する接着剤１３と同じものを使用してもよい。また、実施形態では、一本の固定用線材３０をウエハ１１に固定したが、複数の固定用線材３０をウエハ１１に固定してもよい。
【００２１】
従来技術の熱電対付きウエハにおいては、この固定用線材３０を複数の配線２３、２５に巻回して、固定用線材３０を縛ることによって、複数の配線２３、２５を束ねて、その配線方向および垂直方向に固定していたが、熱電対２０が故障した場合に、該当する熱電対２０のみを交換、又は修理することが難しかった。
【００２２】
そこで、図２に示すように、本発明の熱電対付きウエハ１０は、束縛用線材４０を備え、束縛用線材４０が、複数の熱電対２０の配線２３、２５を束ねて固定用線材３０に着脱可能に固定するように構成される。
【００２３】
図３は、図２の矢視方向ＩＩＩで示す断面図であり、束縛用線材４０がどの様にして複数の配線２３、２５を束ねて固定用線材３０に固定されているかを例示している。
【００２４】
束縛用線材４０は、束縛用素線４１が束縛用被覆材４２で被覆された一本の線材で構成される。この束縛用線材４０は、複数の配線２３、２５と固定用線材３０との交差する部分に配置され、複数の配線２３、２５の裏側から表側に向かって固定用線材３０の延設方向に対して斜めに交差する方向に掛け回されて、両端部が解放可能に結合される。
【００２５】
この両端部の解放可能な結合は、両端部を縛ることにより結び目４３を形成した結合が望ましい。両端部を縛って結び目４３を形成することにより、複数の配線２３、２５と固
定用線材３０とを束ねると共に、複数の配線２３、２５が固定用線材３０に対し配線方向に動かないように複数の配線２３、２５に締め付け力を掛けることができ、且つその結び目４３を解くことで束縛用線材４０の結合を容易に解放し、配線２３、２５をその配線方向に移動または引き抜くことができる。なお、この結び目４３を形成する縛り方としては、止め結び（一重結び）、花結び（蝶々結び）、本結び、及びもやい結びなどを例示できる。
【００２６】
なお、束縛用線材４０は、複数の配線２３、２５と固定用線材３０とを束ねて固定できればよいため一巻き以上すればよいが、複数の配線２３、２５と固定用線材３０とに複数回、巻回してから両端部を縛って結び目４３を形成すると、複数の配線２３、２５を固定用線材３０により確実に固定することができる。また、束縛用線材４０を複数回、巻回す際には、交互に交差するように巻き回してもよい。また、複数の束縛用線材４０で複数の配線２３、２５と固定用線材３０とを束ねて固定してもよい。
【００２７】
加えて、束縛用線材４０により複数の配線２３、２５と固定用線材３０とを束ねて固定する際に、その束ねた部分や結び目４３の厚みが厚くなると、熱電対付きウエハ１０で温度を測定したときに、それらの部分の温度が高くなる。そのため、複数の配線２３、２５を配線方向に直交する方向にずらして重ならないようにする、及び束縛用線材４０を同じ箇所に複数回巻き付けるのではなく、配線２３、２５の配線方向にずらして巻き回して重ならないようにすると、束ねた部分の厚みが薄くなり、温度を測定したときの影響を少なくできるので、精度の向上に有利になる。
【００２８】
更に、固定用線材３０及び束縛用線材４０は、前述の熱電対２０を製造する際の配線２３、２５の端材で構成されることが望ましい。固定用線材３０及び束縛用線材４０が熱電対２０の配線２３、２５の端材で構成されることで、熱電対付きウエハ１０の製造コストを低減できる。また、熱電対２０の配線２３、２５の端材を利用することで、固定用線材３０及び束縛用線材４０は、熱電対２０に用いられる配線２３、２５のどちらかと同じ材質の被覆材２２で、且つ同じ材質の熱電対素線２１又は２４を有することになる。これにより、ウエハ１１の表面には、熱電対２０に用いられる素材以外のものはなく、別の素材を用いることで発生する計測温度のズレがなくなり、正確な温度の測定に有利となる。
【００２９】
次に、熱電対付きウエハ１０において、複数の熱電対２０のうちの少なくとも一本の測温部２６が故障した場合の修理方法について説明する。
【００３０】
まず、束縛用線材４０の結び目４３を解いて、束縛用線材４０の両端部の結合を解放する。次いで、故障した熱電対２０の測温部２６の近傍の熱電対素線２１、２４を切断し、その切断した箇所で接合して新たな測温部２６を形成する。次いで、ウエハ１１に新たな埋設孔１２を形成し、その埋設孔１２に測温部２６を埋設して接着剤１３で固定する。熱電対素線２１、２４を切断して短くなるがその分については、固定が解除された配線２３、２５を配線方向にずらすことで、配線２３、２５にひずみを与えることなく略同じ位置に新たな測温部２６を設置できる。これにより故障した熱電対を容易に修理することができ、加熱処理装置内で支障なく表面温度を検知できる。
【００３１】
また、複数の熱電対２０のうちの少なくとも一本の熱電対素線２１、２４が中途の位置で断線した場合は、束縛用線材４０の結び目４３を解いて、束縛用線材４０の両端部の結合を解放した後に、該当の熱電対２０を配線方向に引き抜いて交換すればよい。
【００３２】
この第一実施形態の熱電対付きウエハ１０によれば、固定用線材３０を用いて複数の配線２３、２５を固定する効果に加えて、複数の熱電対２０のうち少なくとも一つが故障した際に、解放可能に結合させた束縛用線材４０を解くことで、複数の配線２３、２５と固
定用線材３０との固定が解除されるので、固定用線材３０とウエハ１１とを固定している接着剤１４を剥がしたり、固定用線材３０を切断して解放したり、あるいは、熱電対付きウエハ１０ごと交換することを行わずに、固定用線材３０のウエハ１１に対する固定状態を維持したまま、該当の熱電対２０のみを容易に交換又は修理できるので、故障した際のコストを低減できる。
【００３３】
また、固定用素線３１が固定用被覆材３２に被覆された固定用線材３０と、束縛用素線４１が束縛用被覆材４２に被覆された束縛用線材４０との両方を用いて、複数の配線２３、２５をウエハ１１に対して固定することにより、複数の配線２３、２５を、熱電対素線２１、２４を被覆材２２に被覆したまま固定しても、その被覆材２２を傷つけることがないので、被覆材２２が破けることを防ぐことができる。特に、熱電対素線２１、２４を、アルミナ繊維を網組加工して形成した被覆材２２で被覆する場合に、非常に細くて解れ易いアルミナ繊維同士を接触させることで、アルミナ繊維が解れることを回避できるので、耐久性の向上には有利になる。
【００３４】
加えて、固定用線材３０の固定用素線３１の端部を接着剤１４でウエハ１１に固定するので、ウエハ１１上の接着剤１４の量を低減して、接着剤１４とウエハ１１との接着面積を大幅に低減できる。これにより、ウエハ１１の表面と接着剤１４との熱膨張率との差による、ウエハ１１の歪みを抑え、ウエハ１１の破砕を防ぐことができる。
【００３５】
図４は、本発明の第二実施形態の熱電対付きウエハ１０の構成を例示している。この熱電対付きウエハ１０は、上記の構成において、固定用線材３０を、張架用線材５０および少なくとも２本の係止用線材６０で構成した実施形態である。
【００３６】
張架用線材５０は、配線２３、２５の配線方向に略直角に配置され、かつその両端部がそれぞれ係止用線材６０の略中間部に固定され、各係止用線材６０の両端部がウエハ１１に固定される。束縛用線材４０の両端部を解放可能に結合させて、複数の配線２３、２５及び張架用線材５０を束ねると共に、張架用線材５０を介して複数の配線２３、２５を固定用線材３０に固定するように構成される。
【００３７】
図５は、一方の係止用線材６０と張架用線材５０との連結した部分の拡大図である。
【００３８】
係止用線材６０は、例えば、固定用線材３０と同等の線材で構成され、その固定用被覆材を全て剥がして、むき出しにした係止用素線６１の両端部のそれぞれが中間部６２を中心にして放射状に配置されて接着剤１４でウエハ１１に固定される。
【００３９】
張架用線材５０は、張架用素線５１が張架用被覆材５２で被覆された一本の線材で構成される。この張架用線材５０は、端部５３の張架用被覆材５２が剥がされてむき出しにされた張架用素線５１が、係止用線材６０の中間部６２に巻き回されて、その巻き回された端部５３が張架用素線５１の周方向に巻かれて固定される。また、この張架用線材５０においても、固定用線材３０及び束縛用線材４０と同様に、熱電対２０を製造する際の端材で構成されることが望ましい。
【００４０】
この第二実施形態の熱電対付きウエハ１０によれば、複数の係止用線材６０を用いて、係止用線材６０の両端部のそれぞれを放射状に配置して接着剤１４でウエハ１１に固着するので、接着剤１４の接着面積を小さくしながら、ウエハ１１との接着点の数を増やすことができる。一つ一つの接着面積を小さくすることで、接着剤１４とウエハ１１の表面との熱膨張率の相違によるウエハ１１の表面の破損などを防止することができ、また、接着点数を増やすことで、係止用線材６０に掛かる力が大きくなっても、ウエハ１１との固着力が強くなるので、複数の配線２３、２５をウエハ１１に対して固定できる。
【００４１】
また、加熱処理装置内で温度を測定中に仮にいくつかの接着点がウエハ１１から剥がれても、残りの接着点により、複数の熱電対２０の配線２３、２５とウエハ１１との固定状態を維持できる。従って、仮にいくつかの接着点が剥がれても、使用に影響が少なく、ウエハの製造を中断しなければならない事態を回避できる。
【００４２】
なお、係止用線材６０においては、中間部６２で張架用線材５０と連結しなくてもよいが、中間部６２で連結することにより、複数の配線２３、２５に引張り力や捩りモーメントが掛かったときに、係止用線材６０の両端部に均等に分散されるので、より耐久性の向上に有利になる。
【００４３】
図６及び図７は、本発明の第三実施形態の熱電対付きウエハ１０の構成を例示している。この熱電対付きウエハ１０は、第二実施形態の構成に加えて、係止用線材６０の中間部６２と張架用線材５０の端部５３との連結部を、接着剤１４でウエハ１１に固着した実施形態である。この構成によれば、連結部を接着剤１４でウエハ１１に固着することにより、中間部６２と端部５３とが擦れて切断される、あるいは端部５３の固定が解除されることを回避できるので、耐久性の向上に有利になる。
【００４４】
図８は、本発明の第四実施形態の熱電対付きウエハ１０の構成の一部を例示している。この熱電対付きウエハ１０は、第三実施形態の構成に加えて、張架用線材５０に連結された係止用線材６０の両端部がそれぞれ別の係止用線材７０の略中間部に固定されて、各連結部をウエハ１１に接着剤１４で固着した実施形態である。
【００４５】
係止用線材７０は係止用線材６０と同等の線材で構成される。むき出しにした係止用素線７１の両端部のそれぞれが中間部７２を中心にして放射状に配置されて接着剤１４でウエハ１１に固定される。係止用線材６０の端部６３の係止用素線６１が係止用線材７０の中間部７２に巻き回されて、その巻き回された端部６３が係止用素線６１の周方向に巻かれて、接着剤１４でウエハ１１に固定される。
【００４６】
この構成によれば、張架用線材５０に連結された係止用線材６０の両端部を更に別の係止用線材７０に連結し、その係止用線材７０の両端部と連結部とを接着剤１４でウエハ１１に接着することで、ウエハ１１との接着点の数をより増やすことができ、耐久性の向上に有利になる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  熱電対ウエハ
１１  ウエハ
１３、１４  接着剤
２０  熱電対
２１、２４  熱電対素線
２２  被覆材
２３、２５  配線
２６  測温部
３０  固定用線材
３１  固定用素線
３２  固定用被覆材
４０  束縛用線材
４１  束縛用素線
４２  束縛用被覆材
４３  結び目
５０  張架用線材
５１  張架用素線
５２  張架用被覆材
６０、７０  係止用線材
【図１】
0006343569.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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