(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状体に熱電対の温度検出部を埋設するための有底の凹部を形成し、この凹部内に前記熱電対の温度検出部を挿入した状態で接着材料を充填し、固化してなる板状体の温度測定装置において、前記凹部の側面の周方向全周に亘るのではなく、一方向箇所又は複数箇所に、該凹部の上端開口部における口縁よりも外方側に延びる凹入部を同じく有底に形成したことを特徴とする板状体の温度測定装置。
【請求項２】
前記凹入部を、前記一方向箇所又は複数箇所から外方斜め下側に向けて延びて、該凹入部の底部が前記凹部の底面よりも下方に位置するように形成してなる請求項１記載の板状体の温度測定装置。
【請求項３】
前記凹入部に前記熱電対の温度検出部を配置してなる請求項１又は２記載の板状体の温度測定装置。
【請求項４】
前記接着材料として板状体と同一又はほぼ同一の熱膨張率を有する材料を用いてなる請求項１〜３の何れか１項に記載の板状体の温度測定装置。
【請求項５】
板状体の表面に対して垂直となる方向から切削加工する第１切削工程と、この第１切削工程終了後、前記板状体の表面に対する垂直線に対して設定角度傾斜した方向から切削加工して前記凹入部を形成する第２切削工程とから該板状体に熱電対の温度検出部を埋設するための凹部を形成してなる請求項１〜４の何れか１項に記載の温度測定装置の凹部形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハー等の板状体に熱電対の温度検出部を埋設するための凹部を形成し、この凹部内に前記熱電対の温度検出部を挿入した状態で接着材料を充填し、固化してなる板状体の温度測定装置及び板状体の凹部形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、上記シリコンウエハーへ伝達される温度を接着材料を介して熱電対の温度検出部により検出して、ウエハーの昇温熱処理時の温度確認や薄膜生成（製膜）時の温度確認等を行うようにしている。
そして、従来、図９に示すように、熱電対の素線２０，２１の先端部に備える温度検出部としての温接点２２を埋設するための凹部２３をウエハー（板状体）２５に形成し、この凹部２３を、ウエハー（板状体）２５の表面と平行な底面２３Ｃと、上端開口部の口縁２３Ａから底面２３Ｃまでに向かう垂直方向に沿う側面２３Ｂとを有する断面形状矩形状に形成していた。
【０００３】
上記凹部２３内に熱電対の温接点２２を挿入した後、セラミックセメント等の接着材料２４により固定して温度検出を行うのであるが、特に検出温度が高い場合に繰り返し使用していると、固化した接着材料２４とウエハー２５の熱膨張率の違い等により、接着材料２４とウエハー２５とが一部分において剥がれてしまい、その状態で他の場所へ熱電対を備えたウエハー２５を移動する場合等において、ウエハー２５の凹部２３から熱電対の温接点２２が接着材料２４と共に抜けてしまう不都合が発生していた。
又、組立時における温接点２２の取り付け位置の差異により、温度測定精度にバラツキが発生していた。
【０００４】
上記不都合を解消するものとして、図８に示すものが提案されている。つまり、前記ウエハー２５の凹部２３を、それの上端開口部における口縁２３Ａから下方に向かって形成される側面２３Ｂの下部に口縁２３Ａよりも外方に突出する環状の突出溝部２３Ｔを有する断面形状逆Ｔ字状に形成している。従って、繰り返し使用中に接着材料２４とウエハー２５との間に隙間が発生しても、ウエハー２５の凹部２３から熱電対の温接点２２が接着材料２４と共に抜けてしまうことを阻止することができるとともに、温度測定精度のバラツキを改善している。
しかしながら、上記２つの場合のいずれにおいても、繰り返し使用中に接着材料２４とウエハー２５との間に隙間が発生すると、凹部２３に対して熱電対の温接点２２が接着材料２４と共に回転してしまい、接着材料２４から引き出された付近での熱電対の素線２０，２１が断線することがあった。
【０００５】
因みに、接着材料２４に熱膨張率が前記ウエハー２５と同一又はほぼ同一のものを用いることが考えられるが、ウエハーの昇温熱処理時にウエハーの厚み方向に大きな温度勾配がかかるような場合には、ウエハー２５に伝達された温度がウエハー２５の部位によって異なることから、ウエハー２５に伝達された温度とウエハー２５から伝達された接着材料２４の温度とでは異なり、実際には熱膨張率が同一又はほぼ同一のものを用いたとしても、繰り返し使用中に両者間に隙間が発生し、上記のように凹部２３に対して熱電対の温接点２２が接着材料２４と共に上下軸芯周りで回転してしまうことを完全に解消することができないものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、ウエハー等の板状体の凹部から熱電対の温度検出部が接着材料と共に抜けてしまうことを阻止できることは勿論のこと、板状体の凹部に対して熱電対の温度検出部が接着材料と共に回転してしまうことを阻止することができ、しかも検出温度精度を向上させることができる板状体の温度測定装置を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題解決のために、板状体に熱電対の温度検出部を埋設するための有底の凹部を形成し、この凹部内に前記熱電対の温度検出部を挿入した状態で接着材料を充填し、固化してなる板状体の温度測定装置において、前記凹部の側面の周方向全周に亘るのではなく、一方向箇所又は複数箇所に、該凹部の上端開口部における口縁よりも外方側に突出する凹入部を同じく有底に形成したことを特徴としている。従って、板状体の凹部内に熱電対の温度検出部を挿入し、接着材料を凹部内に充填すると、凹入部内へも接着材料が充填され、この凹入部内に充填して固化された接着材料が、板状体の凹部からの接着材料の抜け出しを阻止することができるとともに、板状体の凹部に対して接着材料が回転することを確実に阻止することができる。前記凹入部は、凹部の側面の複数箇所に設ける方がより効果的であるが、一箇所設けた場合でも目的を十分達成することができる。
【０００８】
ここで、前記凹入部を、前記一方向箇所又は複数箇所から外方斜め下側に向けて延びて、該凹入部の底部が前記凹部の底面よりも下方に位置するように形成することが好ましい。また、前記凹入部に前記熱電対の温度検出部を配置することが好ましい。前記接着材料として板状体と同一又はほぼ同一の熱膨張率を有する材料を用いることによって、大きな熱膨張が発生した場合でも、熱膨張率の異なる材料を用いた場合に比べて、凹部と接着材料との隙間を少なくすることができるから、板状体に伝達された温度と板状体から接着材料に伝達される温度との間の誤差を小さくすることができる。
【０００９】
前記凹入部の底部が前記凹部の底面よりも下方に位置するように該凹入部を形成し、この凹入部に前記熱電対の温度検出部を配置することによって、図７に示すように、凹部内における配線路長Ｌを長くすることができ、測定精度を向上させることができる。又、凹入部に熱電対の温度検出部を位置決めすることができるから、熱電対の温度検出部が不測に移動することを阻止することができ、移動した温度検出部を再度位置決めすることが不要になる。
【００１０】
板状体の表面に対して垂直となる方向から切削加工する第１切削工程と、この第１切削工程終了後、前記板状体の表面に対する垂直線に対して設定角度傾斜した方向から切削加工して前記凹入部を形成する第２切削工程とから該板状体に熱電対の温度検出部を埋設するための凹部を形成することによって、凹部の上端開口部における口縁よりも外方側に突出する凹入部を備える複雑な形状の凹部を、切削機の切削刃の先端の位置を制御しながら一挙に切削加工する場合に比べて、所望の凹部を容易迅速に切削加工することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１（イ），（ロ）に、温度測定装置１を示している。この温度測定装置１は、シリコンや透明又は不透明な石英からなるウエハー（板状体）２の厚み方向一側面に凹部３を形成し、この凹部３内に温度測定用の熱電対を構成する２種の素線４，５の先端部を挿入した状態で接着材料６を充填することによりウエハー２へ熱電対を装着できるようにしたものである。前記素線４，５の先端部に温度検出部である温接点７を備えている。この実施例では、素線４，５を直接ウエハー２に取り付けるようにしている。図には表していないが、ウエハー２の凹部３内に挿入され、ウエハー２に接触する恐れのある熱電対の素線４，５及び温接点７の表面には、接着材料６と同等材料で絶縁コーティングし、シリコン等からなるウエハー２から保護するようにしている。又、図３に示すように、保護外被としてのシース８の内部に絶縁粉末としてマグネシア（ＭｇＯ）９を充填し、そのマグネシア（ＭｇＯ）９内に素線４，５を配設して構成された熱電対をウエハー２に取り付ける（埋設する）ようにしてもよい。
【００１２】
前記凹部３は、図１（イ），（ロ）に示すような形状に構成することによって、凹部３から温接点７が接着材料６と共に抜けてしまうこと及び凹部３に対して温接点７が接着材料６と共に回転してしまうことを阻止することができるようにしている。つまり、図２（イ）に示すように、まずウエハー２の表面と垂直となる方向ａから切削加工することにより、図１（ロ）に示すように平面視において円形で、図２（イ）に示すように縦断面視において矩形状となる第１の凹部１０を形成する（第１切削工程）。前記第１の凹部１０は、円形以外の楕円形、正方形、長方形、三角形、菱形、台形等どのような形状にしてもよい。次に、図２（ロ）に示すように、前記方向ａから設定角度（図では４５°）傾斜した方向ｂから前記凹部１０の側面を切削加工することにより、前記第１の凹部１０の上端開口部における口縁１０Ａよりも外方側に突出する第２の凹部としての凹入部１１の１個を形成（第２切削工程）して、前記凹部３を形成するようにしている。前記凹入部１１は、前記凹部１０の上下方向において口縁１０Ａから凹部１０の底面に渡る範囲で、かつ、凹部１０の側面の周方向一箇所に形成したものであるが、凹入部１１としては、１個形成する他、２個以上形成して実施してもよいし、又、凹入部１１としては、例えば図５（イ），（ロ）や図６（イ），（ロ）に示すように構成してもよく、凹入部１１の形状及び大きさはどのように設定してもよい。つまり、図５（イ），（ロ）では、口縁１０Ａ方向に長く、かつ、凹入部１１の形成角度を図２（ロ）に示した４５°よりも大きな角度で形成し、更に図２（ロ）に示すように、鋭角な角部を有することのない緩やかな角部に形成された４個の凹入部１１を形成している。又、図６（イ），（ロ）では、図５（イ），（ロ）よりも小さな凹入部１１で、かつ、第１の凹部１０の底面の一部を切削し、更に図５（イ），（ロ）と同様に鋭角な角部を有することのない緩やかな角部に形成された４個の凹入部１１を形成している。前記凹入部１１を形成するときの角度を図２（ロ）では４５°に設定したが、この４５°に限定されるものではなく、切削可能な範囲であればどのような角度に設定してもよいが、５°乃至９０°が望ましい。尚、角度が大きいほど切削し難いものの、凹部３から温接点７が接着材料６と共に抜けてしまう抜け止め効果が大きいものになる。
【００１３】
前記接着材料６としては、ウエハー２と同一又はほぼ同一の熱膨張率を有する材料、例えばシリカ、アルミナ等をセラミックセメントに混入して、ウエハー２と同一又はほぼ同一の熱膨張率を有するようにしてもよいし、ガラス材料又は有機系樹脂を母材としてシリカ、アルミナ等を混入してもよい。
【００１４】
前記実施例では、温接点７から延びる素線４，５を、温接点７に対して上方に立ち上げた状態で凹部３に接着材料６を介して固定したが、図４に示すように、温接点７から延びる素線４，５を凹部３の底面１０Ｂに沿わせた後、一旦温接点７側におり返し、この後上方に立ち上げるようにすることによって、温度検出値の精度をより向上させることができるようにしてもよい。
【００１５】
図７（イ），（ロ）に示すように、前記凹入部１１に温接点７を配置してもよい。つまり、凹入部１１の底部１１Ａが凹部の底面１０Ｂよりも下方に落ち込んだ凹入部１１を形成し、この凹入部１１内に温接点７を入り込ませることによって、熱電対の配線路長Ｌを長くすることができるとともに、温接点７が不測に移動することがないようにしている。図では、凹入部１１の大きさを温接点７が入り込み容易なように上下方向、左右方向、前後（奥行き）方向の凹入部１１の大きさを誇張して表現しているが、温接点７よりも少し大きめに設定することによって、凹入部１１に対する温接点７の位置決めをより一層確実に行うことができる。図では、凹入部１１の底部１１Ａの形状をほぼ三角形状に形成したが、温接点７が嵌まり込む半円形状でもよく、底部１１Ａの形状はどのような形状でもよい。又、図では、温接点７の直径を素線４又は５の直径よりも大きくしたが、同一程度の大きさでもよい。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１によれば、凹部の上端開口部における口縁よりも外方側に突出する凹入部を凹部の側面の一箇所又は複数箇所に形成するだけで、板状体の凹部からの接着材料の抜け出しを阻止することができるとともに、板状体の凹部に対して接着材料が回転することを確実に阻止することができ、且つ、熱電対の温度検出部と一体化する接着材料との接触面積が増し、ウエハーから接着材料への熱伝導が向上することにより、従来のような断線等のトラブルがなく、検出温度の精度を高めることができ、もって、長期間に渡って良好に使用することができる温度測定装置を提供することができる。
【００１７】
請求項４によれば、接着材料として板状体と同一又はほぼ同一の熱膨張率を有する材料を用いることによって、大きな熱膨張が発生した場合でも、熱膨張率の異なる材料を用いた場合に比べて、凹部と接着材料との間の隙間を少なくすることができるから、板状体に伝達された温度と板状体から接着材料に伝達される温度との間の誤差を小さくすることができ、一層検出温度の精度を高めることができる。
【００１８】
請求項３によれば、凹入部の底部が前記凹部の底面よりも下方に位置するように該凹入部を形成し、この凹入部に前記熱電対の温度検出部を配置することによって、凹部内の配線路長を長くして、温度測定装置としての検出測定精度の向上を図ることができる。又、凹入部に熱電対の温度検出部を位置決めすることができるから、熱電対の温度検出部が不測に移動することがなく、熱電対の組付け作業の容易化及び製品の高い完成度を図ることができる。
【００１９】
請求項５によれば、板状体の表面に対して垂直となる方向から切削加工する第１切削工程と、この第１切削工程終了後、前記板状体の表面に対する垂直線に対して設定角度傾斜した方向から切削加工して前記凹入部を形成する第２切削工程とから該板状体に熱電対の温度検出部を挿入するための凹部を形成することによって、板状体に対する角度はそのままで切削される深さのみを考慮するだけで済むから、図８のような凹部の上端開口部における口縁よりも外方側に突出する凹入部を備える複雑な形状の凹部を、切削機の切削刃の先端の位置を制御しながら一挙に切削加工する場合に比べて、所望の凹部を容易迅速に切削加工することができ、大量生産等に特に有利な板状体の凹部形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）は温度測定装置の縦断側面図、（ロ）は温度測定装置の平面図
【図２】（イ）は板状体の表面に垂直となる方向から凹部を切削加工した状態を示す板状体の縦断側面図、（ロ）は（イ）の状態から板状体の表面に対する垂直線に対して設定角度傾斜した方向から凹入部を切削加工した状態を示す板状体の縦断側面図
【図３】熱電対の別の形態を示す縦断側面図
【図４】温度測定装置の別の形態を示す縦断側面図
【図５】（イ）は板状体の表面にほぼ平行となる方向から凹入部を切削加工した板状体の縦断側面図、（ロ）は（イ）の平面図
【図６】（イ）は別の形態を示す板状体の縦断側面図、（ロ）は（イ）の平面図
【図７】（イ）は凹入部に温接点を配置した状態を示す温度測定装置の縦断側面図、（ロ）は（イ）で示した温度測定装置の平面図
【図８】温度測定装置の従来の形態を示す縦側断面図
【図９】温度測定装置の従来の別形態を示す縦側断面図
【符号の説明】
１  温度測定装置                  ２  板状体（ウエハー）
３  凹部                          4,5 素線
６  接着材料                      ７  温接点（温度検出部）
８  シース                        ９  マグネシア
10  第１の凹部                    10A 口縁
10B 底面                          11  凹入部
11A 底部
20,21 素線                        22  温接点
23  凹部                          23A 口縁
23B 側面                          23C 底面
23T 突出溝部
24  接着材料                      25  板状体（ウエハー）
Ｌ  配線路長
【図１】
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【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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【図９】
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