TWI750750B - 溫度感測器及加熱器單元 - Google Patents

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Abstract

［課題］提供可精密量測被量測物之溫度且可自由設置的溫度感測器。［解決手段］溫度感測器包含：塊體；第1熱電偶，包含第1金屬線、第2金屬線、包裹第1金屬線及第2金屬線的第1絕緣體以及包裹第1絕緣體的第1金屬護套；與第2熱電偶，包含第3金屬線、第4金屬線、包裹第3金屬線及第4金屬線的第2絕緣體以及包裹第2絕緣體的第2金屬護套；其中第1熱電偶及第2熱電偶之各自的端部係埋設於塊體。

Description

溫度感測器及加熱器單元
本發明係關於溫度感測器。並且，係關於具備溫度感測器的加熱器單元。
電子設備所搭載的半導體器件係利用矽等所具有的半導體特性。半導體器件係藉由將經圖案化之各種半導體膜或絕緣膜、導電膜堆疊於基板上來構成。此等膜層係利用蒸鍍、濺鍍法、化學氣相沉積（CVD）法或者基板之化學反應等來形成，並藉由光刻製程來將此等膜層圖案化。光刻製程包含：將光阻膜形成至要供予圖案化的膜層上、將光阻膜曝光、利用顯影來形成光阻遮罩、利用蝕刻來局部去除膜層，以及去除光阻遮罩。
於上已述之膜層的特性大大受到形成膜層時或者將之圖案化時的條件影響。此條件之一係基板的溫度。是故，在半導體器件的製程中，控制基板的溫度一事實屬重要。基板的溫度，係以感測器量測與基板相接之加熱器單元的溫度，並根據量測到的此溫度，由加熱器單元內的加熱器來控制。舉例而言，專利文獻1及專利文獻2揭露了包含護套型加熱器及護套型熱電偶的加熱器單元。
『專利文獻』 《專利文獻1》：日本專利公開第2004-165085號公報 《專利文獻2》：日本專利第4098112號公報
然而，加熱器單元不僅需要量測基板的溫度，亦需要防止加熱器的過度加熱。是故，在加熱器單元的溫度感測器中，亦多有設置多個熱電偶的情況。在護套型熱電偶中，雖能在1個金屬護套之中配置多個熱電偶，但金屬護套的護套外徑會變大而無法彎折，限制可在加熱器單元內設置溫度感測器的位置。
本發明鑒於上述問題，以提供可精密量測被量測物之溫度且可自由設置的溫度感測器為課題之一。並且，以提供可精密量測被量測物之溫度且可控制加熱器的加熱器單元為課題之一。
本發明之一實施型態相關之溫度感測器包含：塊體；第1熱電偶，包含第1金屬線、第2金屬線、包裹第1金屬線及第2金屬線的第1絕緣體以及包裹第1絕緣體的第1金屬護套；與第2熱電偶，包含第3金屬線、第4金屬線、包裹第3金屬線及第4金屬線的第2絕緣體以及包裹第2絕緣體的第2金屬護套；其中第1熱電偶及第2熱電偶之各自的端部埋設於塊體。
本發明之一實施型態相關之加熱器單元係包含「包含第1凹部的第1板件」、「與第1板件重疊並包含第2凹部的第2板件」、「設置於第1板件與第2板件之間的溫度感測器」、「埋設於第2板件的加熱器」的加熱器單元，其中溫度感測器包含：塊體；第1熱電偶，包含第1金屬線、第2金屬線、包裹第1金屬線及第2金屬線的第1絕緣體以及包裹第1絕緣體的第1金屬護套；與第2熱電偶，包含第3金屬線、第4金屬線、包裹第3金屬線及第4金屬線的第2絕緣體以及包裹第2絕緣體的第2金屬護套；第1熱電偶及第2熱電偶之各自的端部埋設於塊體；塊體配置於由第1凹部與第2凹部所包圍的區域。
以下參照圖式同時說明本發明之各實施型態。惟本發明可在不脫離其要旨的範圍中以各式各樣的型態實施，並非受以下示例之實施型態的記載內容限定解釋者。
圖式為了使說明更為明確，相較於實際的態樣，會有示意表示各部分之幅寬、厚度、形狀等的情形，但終究為一例，而非限定本發明之解釋者。並且，在本說明書與各圖中，對於具備與已針對既有之圖說明者相同之功能的元件，有時會賦予相同之符號，並省略重複的說明。
於本說明書及圖式中，在將相同或類似的多個構造概括標示時會使用相同的符號，並在將此等多個構造各自區別標示時進一步添加大寫或小寫的字母來標示。在將一個構造之中之多個部分各自區別標示時，會使用相同之符號進而使用連字符與自然數。
〈第1實施型態〉
茲參照圖1及圖2說明本發明之一實施型態相關之溫度感測器10。
［結構］
圖1（A）～圖1（C）各為本發明之一實施型態相關之溫度感測器10的立體示意圖、俯視示意圖及側視示意圖。如圖1（A）～圖1（C）所示，溫度感測器10包含塊體100、第1熱電偶200及第2熱電偶300。第1熱電偶200及第2熱電偶300之各自的端部埋設於塊體100。
塊體100與被量測物相接。並且，第1熱電偶200及第2熱電偶300埋設於塊體100，直接量測塊體100的溫度。亦即，溫度感測器10使用第1熱電偶200及第2熱電偶300來量測與被量測物相接之塊體100的溫度。在塊體100之材料係與被量測物相同之材料的情況或具有較被量測物還要高之熱傳導率的情況下，被量測物的溫度與塊體100的溫度會變得幾乎相同。是故，藉由量測塊體100的溫度，可求出被量測物的溫度。
塊體100的大小，可透過所埋設之熱電偶的數量適當決定。一般而言，若塊體100大則熱容量會變大，故自被量測物往塊體100的熱傳導會降低。是故，為了使塊體100的溫度接近被量測物的溫度，塊體100以小者為佳。塊體100的大小，舉例而言，只要單邊之長度為15 mm以下、10 mm以下或5 mm以下即可。
在圖1（A）～圖1（C）中，埋設於塊體100之熱電偶的數量定為2條，但塊體100的構造並不受限於此。埋設於塊體100之熱電偶的數量只要為至少2條以上即可。藉由溫度感測器10之熱電偶的數量設置為2條以上，變得能夠以高精度量測或控制被量測物的溫度。舉例而言，可將第1熱電偶200作為用以量測被量測物之溫度的熱電偶使用，並將第2熱電偶300作為用以防止加熱器過度加熱的熱電偶使用。並且，作為另一例，可將第2熱電偶300作為第1熱電偶200之備用的熱電偶使用。在不同於本實施型態、不使用塊體100而將2條熱電偶配置於被量測物之不同處的情形中，有時會因被量測物之形狀而有對熱電偶之熱傳導相異的情況。在此情況下，儘管量測的是相同被量測物的溫度，2條熱電偶各自量測到的溫度卻相異。另一方面，在本實施型態相關之溫度感測器10中，第1熱電偶200及第2熱電偶300之各自的端部埋設於相同的塊體100，透過塊體100的溫度來量測被量測物的溫度。是故，可減小第1熱電偶200所量測到之溫度與第2熱電偶300所量測到之溫度的差。
再者，第1熱電偶200與第2熱電偶300亦可使用相異之種類的熱電偶。舉例而言，使用量測溫度範圍未達500度的熱電偶作為第1熱電偶200，使用量測溫度範圍為500度以上的熱電偶作為第2熱電偶300。在此情況下，溫度感測器10藉由在量測溫度未達500度時使用第1熱電偶並在量測溫度為500度以上時使用第2熱電偶來量測，可拓展溫度感測器10的量測溫度範圍。並且，在熱電偶之量測溫度範圍之上限或下限附近的溫度下，亦多有以熱電偶量測到之溫度與實際之溫度相異的情況。在此情況下，溫度感測器10藉由在第1熱電偶200之量測溫度範圍之上限或下限附近的溫度中使用第2熱電偶300來量測溫度，可補償第1熱電偶200所量測到的溫度。
沿圖1（B）之A― A’線切割的剖面示意圖繪示於圖2（A）。圖2（A）係本實施型態相關之溫度感測器10之第1熱電偶200及第2熱電偶300的剖面示意圖。第1熱電偶200包含第1金屬線211、第2金屬線212、第1絕緣體220及第1金屬護套230。第2熱電偶300包含第3金屬線311、第4金屬線312、第2絕緣體320及第2金屬護套330。
第1熱電偶200於第1金屬護套230之中包含第1金屬線211及第2金屬線212。並且，藉由於第1金屬護套230之中填充第1絕緣體220，第1金屬線211、第2金屬線212及第1金屬護套230分別經絕緣化。
由於第2熱電偶300的構造亦與第1熱電偶200的構造相同，故此處省略說明。
第1熱電偶200及第2熱電偶300係所謂的護套型熱電偶。護套型熱電偶的護套外徑小，具有柔軟性。是故，護套型熱電偶能夠彎曲。並且，由於熱電偶的2條金屬線受到金屬護套及絕緣體保護，故耐衝擊性、耐腐蝕性優異。
第1金屬護套230及第2金屬護套330，亦可各自包含更多的金屬線，而非僅2條金屬線。然而，1條金屬護套之中所包含之金屬線的條數一多，金屬護套的護套外徑即會變大，熱電偶的柔軟性即會下降。並且，埋設熱電偶的塊體100亦會變大。是故，在彎曲配置熱電偶的情況或對微細之被量測物配置熱電偶情況下，溫度感測器10的第1熱電偶200及第2熱電偶300以僅包含2條金屬線（單個元件）為佳。
沿圖1（C）之B― B’線切割的剖面示意圖繪示於圖2（B）。圖2（B）係本實施型態相關之溫度感測器10的剖面示意圖。
在第1熱電偶200的端部中，第1金屬護套230封閉，埋設於塊體100。在第1金屬護套230封閉之部分的內部，第1金屬線211與第2金屬線212接合。並且，第1絕緣體220以第1金屬護套230封閉之部分內具有中空的方式填充於第1金屬護套230內，但第1絕緣體220的構造並不受限於此。第1絕緣體220亦可填充於整個第1金屬護套230內。此外，為了提高自塊體100往第1熱電偶200的熱傳導，在第1金屬護套230之埋設於塊體100之部分的至少一部分內，以填充有第1絕緣體220為佳。
由於第2熱電偶300的構造亦與第1熱電偶200的構造相同，故此處省略說明。
第1熱電偶200及第2熱電偶300的端部係硬焊而接合至設置於塊體100的開口部。作為硬焊的焊料，可使用例如：鋁；包含微量之磷的銅；包含鋁的合金；包含銀、銅及鋅的合金；包含銅與鋅的合金；包含鈦、銅及鎳的合金；包含鈦、鋯及銅的合金；或包含鈦、鋯、銅及鎳的合金等。此外，第1熱電偶200及第2熱電偶300對塊體100的接合，並不受限於硬焊。亦可藉由熔接或壓合等代替硬焊來接合第1熱電偶200及第2熱電偶300。
［材料］
塊體100與被量測物相接，在熱自被量測物傳導而來的同時，將熱傳導至第1熱電偶200及第2熱電偶300。是故，塊體100的材料，以與被量測物的材料相同為佳，但並不受限於此。塊體100以熱傳導性高的金屬為佳。作為此種金屬，可選自具有10 W／mK以上且430 W／mK以下之熱傳導率的金屬。在材料的比較中，塊體100之材料的熱傳導率，以塊體100所接之被量測物之材料之熱傳導率的80%以上為佳。並且，在塊體100埋設於被量測物之中的情況下，金屬以更具有3×10− 6 ／K以上且25×10− 6 ／K以下之熱膨脹率為佳。作為塊體100之金屬，可使用例如：鋁、鈦、不鏽鋼等金屬或此等的合金等。
並且，塊體100的材料可使用陶瓷。藉由使用陶瓷作為塊體100的材料，會成為耐腐蝕性優異的溫度感測器10。作為塊體100之陶瓷，可使用例如：碳化矽、氮化鋁、氧化鋁或氮化矽。在材料之硬度的比較中，亦可使塊體100之材料的硬度較塊體100所接之被量測物之材料的硬度還要大。
第1金屬線211與第2金屬線212或者第3金屬線311與第4金屬線312，係使用相異的金屬。於此，便宜上將第1金屬線211及第3金屬線311定為＋極，將第2金屬線212及第4金屬線312定為－極。舉例而言，第1金屬線211與第2金屬線212或者第3金屬線311與第4金屬線312的金屬之組合如同表1所示。由於能夠量測的溫度範圍會因金屬而異，故只要因應被量測物所要量測的溫度範圍，使用組合適切之金屬材料的熱電偶即可。
『表1』
種類 ＋極 第1金屬線或第3金屬線 －極 第2金屬線或第4金屬線
B 包含30%之銠的鉑銠合金 包含6%之銠的鉑銠合金
R 包含13%之銠的鉑銠合金 鉑
S 包含10%之銠的鉑銠合金 鉑
N 包含鎳、鉻及矽的合金 包含鎳及矽的合金
K 包含鎳及鉻的合金 包含鎳及鋁的合金
E 包含鎳及鉻的合金 包含銅及鎳的合金
J 鐵 包含銅及鎳的合金
T 銅 包含銅及鎳的合金
第1絕緣體220係設置用來防止第1金屬線211、第2金屬線212及第1金屬護套230互相接觸而短路。第2絕緣體亦同，係設置用來防止第3金屬線311、第4金屬線312及第2金屬護套330互相接觸而短路。第1絕緣體220及第2絕緣體320的材料可選自熱傳導率為10 W／mK以上且300 W／mK以下的絕緣材料。作為第1絕緣體220及第2絕緣體320之絕緣材料，可使用例如：氧化鎂、氧化鋁、氧化矽、氧化鋯、氧化鉭、氮化硼、氮化鋁、氮化矽、氮化鋯、氮化鈦、氮化鉭、氮化鉬或氮化鈮等。此外，第1絕緣體220及第2絕緣體320係由上述材料之粉末或將粉末燒結並粉碎成的微粒子凝集所構成。亦即，於第1金屬護套230及第2金屬護套330內填充上述材料之粉末或微粒子，形成第1絕緣體220及第2絕緣體320。
第1金屬護套230及第2金屬護套330，為了以高效率進行來自塊體100的熱傳導，以具有高熱傳導率的金屬為佳。並且，第1金屬護套230及第2金屬護套330可保護第1金屬線211、第2金屬線212、第3金屬線311及第4金屬線312絕於腐蝕性氣體環境或氧化性氣體環境。作為此種金屬，可選自具有10 W／mK以上且430 W／mK以下之熱傳導率的金屬。作為第1金屬護套230及第2金屬護套330，可使用例如：鋁、鈦、鎳、鐵、鉻、鈮、鉬等金屬或此等的合金。更具體而言，作為第1金屬護套230及第2金屬護套330之材料，可使用鎳鉻系耐熱合金或沃斯田鐵系不鏽鋼。
根據本實施型態相關之溫度感測器10，由於多個熱電偶（例如第1熱電偶200及第2熱電偶300）各自的一端部埋設於塊體100，故在各個熱電偶間的溫度之參差小。另一方面，多個熱電偶各自的另一端部則開放。各個熱電偶的護套外徑小，可彎折熱電偶，故各個熱電偶的另一端部可自由配置。因此，溫度感測器10可使用多個熱電偶來精密量測被量測物的溫度，並且可自由配置溫度感測器10的各個熱電偶。
［變形例1］
茲參照圖3（A）及圖3（B）說明本實施型態相關之溫度感測器10之變形例。於此，主要說明第1熱電偶200及第2熱電偶300之構造的變形例。
圖3（A）係本實施型態相關之溫度感測器10A的剖面示意圖。溫度感測器10A包含塊體100A、第1熱電偶200A及第2熱電偶300A。第1熱電偶200A包含第1金屬線211A、第2金屬線212A、第1絕緣體220A及第1金屬護套230A。第2熱電偶300A包含第3金屬線311A、第4金屬線312A、第2絕緣體320A及第2金屬護套330A。第1熱電偶200A及第2熱電偶300A之各自的端部埋設於塊體100A。
在溫度感測器10A中，於第1金屬護套230A封閉之部分接合有第1金屬線211A及第2金屬線212A之各自的端部。第1金屬線211A及第2金屬線212A可在將第1金屬護套230A封閉時一併接合，亦可在將第1金屬護套230A封閉後接合。
第3金屬線311A及第4金屬線312A的構造亦與第1金屬線211A及第2金屬線212A相同，故此處省略說明。
根據本實施型態相關之溫度感測器10A，第1金屬線211A及第2金屬線212A與第1金屬護套230A直接相接，並且，第3金屬線311A及第4金屬線312A與第2金屬護套330A直接相接。是故，自塊體100往第1金屬線211A、第2金屬線212A、第3金屬線311A及第4金屬線312A的熱傳導良好，故溫度感測器10A的響應性優異。
圖3（B）係本實施型態相關之溫度感測器10B的剖面示意圖。溫度感測器10B包含塊體100B、第1熱電偶200B及第2熱電偶300B。第1熱電偶200B包含第1金屬線211B、第2金屬線212B、第1絕緣體220B及第1金屬護套230B。第2熱電偶300B包含第3金屬線311B、第4金屬線312B、第2絕緣體320B及第2金屬護套330B。
在溫度感測器10B的第1熱電偶200B中，第1金屬線211B及第2金屬線212B之各自的端部自第1金屬護套230B封閉之部分突出至外部而露出。並且，在第1金屬護套230B的外部，第1金屬線211B與第2金屬線212B接合。
第2熱電偶300B的構造亦與第1熱電偶200B的構造相同，故此處省略說明。
並且，第1熱電偶200B及第2熱電偶300B之各自的端部，係以第1金屬線211B、第2金屬線212B、第3金屬線311B及第4金屬線312B露出的狀態埋設於塊體100B。第1熱電偶200B及第2熱電偶300B，可***設置於塊體100B的開口部來與塊體100B接合。並且，亦可將塊體100B分成2個部分，於2個部分之間夾入第1熱電偶200B及第2熱電偶300B，在將塊體100B之2個部分接合的同時，將第1熱電偶200B及第2熱電偶300B與塊體100B接合。
根據本實施型態相關之溫度感測器10B，第1熱電偶200B的第1金屬線211B及第2金屬線212B以及第2熱電偶300B的第3金屬線311B及第4金屬線312B，與塊體100B直接相接。是故，由於自塊體100B往第1金屬線211B、第2金屬線212B、第3金屬線311B及第4金屬線312B的熱傳導性良好，故溫度感測器10B的響應性優異。再者，由於第1金屬線211B、第2金屬線212B、第3金屬線311B及第4金屬線312B所露出的部分為塊體100B所包覆，故耐衝擊性、耐腐蝕性優異。
［變形例2］
茲參照圖4（A）～圖4（E）說明本實施型態相關之溫度感測器10之變形例。於此，主要說明塊體100之構造的變形例。
圖4（A）～圖4（E）係可應用於本實施型態相關之溫度感測器10之塊體100a～100e的立體示意圖。
圖4（A）所示之塊體100a的形狀係多角柱。多角柱係對多邊形之底面設置有四邊形之側面。在圖4（A）中，多角柱的底面係五邊形，但並不受限於此。多角柱的底面，可配合被量測物的形狀適當選擇三角形、四邊形或六邊形等。並且，多角柱之側面的四邊形係例如正方形、長方形、平行四邊形或菱形。多角柱可為直角柱，亦可為斜角柱。在多角柱之側面包含平行四邊形或菱形的情形中，會成為斜角柱。
在塊體100a中，第1熱電偶200及第2熱電偶300所埋設的位置可為多角柱的底面，亦可為側面。
圖4（B）所示之塊體100b的形狀係圓柱。亦即，塊體100b包含圓形的底面與彎曲的側面。在塊體100b中亦同，第1熱電偶200及第2熱電偶300所埋設的位置可為圓柱的底面，亦可為側面。
圖4（C）所示之塊體100c的形狀係球體。塊體100c的表面由於可與被量測物均等相接，故自被量測物往塊體100c的熱傳導變得均勻。
圖4（D）所示之塊體100d的形狀係多角錐。在圖4（D）中，多角錐之底面係三角形，但並不受限於此。多角錐的底面可配合被量測物之形狀適當選擇四邊形、五邊形或六邊形等。並且，多角錐可為自頂點之垂線與底面之重心一致的直錐，亦可為自頂點之垂線與底面之重心不一致的斜錐。
圖4（E）所示之塊體100e的形狀係圓錐。圓錐可為自頂點之垂線與底面之圓之中心一致的直圓錐，亦可為自頂點之垂線與底面之圓之中心不一致的斜圓錐。
以上揭示塊體100a～100e作為可應用於本實施型態相關之溫度感測器10的塊體100之例，但塊體100的形狀並不受限於此。塊體100的形狀可配合被量測物的形狀適當選擇最合適的形狀。
［變形例3］
茲參照圖5（A）及圖5（B）說明本實施型態相關之溫度感測器10之變形例。於此，主要說明塊體100之表面形狀之構造的變形例。
圖5（A）及圖5（B）各為本實施型態相關之溫度感測器10C的俯視示意圖及側視示意圖。溫度感測器10C包含塊體100C、第1熱電偶200及第2熱電偶300。於塊體100C的表面設置有溝槽150C。此外，溝槽150C可設置1個或多個。
在將塊體100C以硬焊接合至被量測物的情況下，焊料會進入溝槽150C，故可使接合強固。並且，藉由設置有溝槽150C，塊體100C的表面積會變大，故自被量測物往塊體100C的熱傳導會變得良好。
溝槽150C的幅寬、深度或條數可因應塊體100C的大小適當選擇。並且，溝槽150C亦可朝底面設置錐度。
在圖5（A）及圖5（B）所示之塊體100C中，僅於上側面與底面設置有溝槽150C，但溝槽150C的構造並不受限於此。溝槽150C可設置於塊體100C之一部分的面，亦可設置於塊體100C所有的面。
在圖5（A）及圖5（B）所示之塊體100C中，溝槽150C設置成直線狀，但溝槽150C的構造並不受限於此。溝槽150C亦可以包含曲線的方式設置。
在圖5（A）及圖5（B）所示之塊體100C中，溝槽150C係自一側面連續設置至相反之側的另一側面，但溝槽150C的構造並不受限於此。亦可僅於塊體100C之表面的一部分設置溝槽。並且，於塊體100C的表面之上，亦可以不連續的方式設置多個溝槽。
在圖5（A）及圖5（B）所示之塊體100C中，設置有朝一方向延伸的溝槽150C，但溝槽150C的構造並不受限於此。亦可設置朝多個方向延伸之溝槽並使此等溝槽交叉。舉例而言，亦可於塊體100C之上將溝槽設置成格子狀。
在圖5（A）及圖5（B）所示之塊體100C中，溝槽150C的截面形狀係矩形，但溝槽150C的構造並不受限於此。溝槽150C的截面形狀亦可做成三角形或五邊形等多邊形、半圓形或者半橢圓形。
根據本實施型態相關之溫度感測器10C，藉由在塊體100C上設置溝槽150C，塊體100C的表面積會增加。是故，與被量測物的接觸面積亦會增加，自被量測物往塊體100C的熱傳導會提升。因此，溫度感測器10C的響應性優異。
［變形例4］
茲參照圖6（A）～圖6（C）說明本實施型態相關之溫度感測器10之變形例。於此，主要說明塊體100之表面形狀之構造的另一變形例。
圖6（A）係本實施型態相關之溫度感測器10D的俯視示意圖。溫度感測器10D包含塊體100D、第1熱電偶200及第2熱電偶300。
沿圖6（A）之C― C’線及D― D’線切割的剖面示意圖分別繪示於圖6（B）及圖6（C）。於塊體100D的表面設置有凸部150D。此外，凸部可設置1個或多個。
在將塊體100D接合至被量測物的情形中，藉由設置凸部150D，塊體100D的表面積會變大，故自被量測物往塊體100D的熱傳導會變得良好。
凸部150D的幅寬、高度或個數，可因應塊體100D的大小適當選擇。
在圖6（A）～圖6（C）所示之塊體100D中，以矩陣狀配置有凸部150D，但凸部150D的構造並不受限於此。凸部150D亦可相錯或隨機配置於塊體100上。
在圖6（A）～圖6（C）所示之塊體100D中，僅於上側面與底面設置有凸部150D，但凸部150D的構造並不受限於此。凸部150D可設置於塊體100D之一部分的面，亦可設置於塊體100D所有的面。
在圖6（A）～圖6（C）所示之塊體100D中，凸部150D的形狀係半球狀，但凸部150D的構造並不受限於此。凸部150D的形狀亦可做成多角柱、圓柱、多角錐或圓錐。
在圖6（A）～圖6（C）所示之塊體100D中，凸部150D的截面形狀係圓形，但凸部150D的構造並不受限於此。凸部150D的截面形狀亦可做成三角形或四邊形等多邊形或者半橢圓形。
並且，雖未圖示，但亦可對塊體100施以噴砂加工，於表面設置微細之凹凸。
根據本實施型態相關之溫度感測器10D，藉由在塊體100D之上設置凸部150D，塊體100D的表面積會增加。是故，與被量測物的接觸面積亦會增加，自被量測物往塊體100D的熱傳導性會提升。因此，溫度感測器10D的響應性優異。
［變形例5］
茲參照圖7（A）～圖7（C）說明本實施型態相關之溫度感測器10之變形例。於此，主要說明埋設於塊體100的第1熱電偶200及第2熱電偶300之位置的構造之變形例。
圖7（A）係本實施型態相關之溫度感測器10E的俯視示意圖。溫度感測器10E包含塊體100E、第1熱電偶200及第2熱電偶300。溫度感測器10E於塊體100E的第1側面埋設有第1熱電偶200，於與第1側面相反之側的第2側面埋設有第2熱電偶300。並且，第1熱電偶200與第2熱電偶300配置於一直線上。
溫度感測器10E可藉由在塊體100E設置2個開口部，於一開口部穿過第1熱電偶200且於另一開口部穿過第2熱電偶300，並以硬焊等接合來製作。並且，溫度感測器10E亦可藉由在塊體100E設置貫通孔，自此貫通孔的兩側穿過第1熱電偶200及第2熱電偶300並以硬焊等接合來製作。於此情況下，在塊體100E之內部，第1熱電偶200的端部與第2熱電偶300的端部亦可相接。
圖7（B）係本實施型態相關之溫度感測器10F的俯視示意圖。溫度感測器10F包含塊體100F、第1熱電偶200及第2熱電偶300。溫度感測器10F於塊體100F的第1側面埋設有第1熱電偶200，於與第1側面相反之側的第2側面埋設有第2熱電偶300。並且，第1熱電偶200及第2熱電偶300係以第1熱電偶200的側面與第2熱電偶300的側面在塊體100F的內部重疊的方式配置。此外，在塊體100F的內部，第1熱電偶200的側面與第2熱電偶300的側面亦可相接。
圖7（C）係本實施型態相關之溫度感測器10G的俯視示意圖。溫度感測器10G包含塊體100G、第1熱電偶200及第2熱電偶300。在溫度感測器10G中，第1熱電偶200與第2熱電偶300係以正交的方式埋設於塊體100G。此外，第1熱電偶200與第2熱電偶300所夾之角度並不受限於90度。第1熱電偶200與第2熱電偶300所夾之角度可視需求在0度至180度之間選擇。
以上揭示溫度感測器10E～10G作為埋設於塊體100之第1熱電偶200及第2熱電偶300之位置的構造之例，但亦可配合第1熱電偶200及第2熱電偶300的位置，如塊體100E～100G般改變形狀。此外，埋設於塊體100之第1熱電偶200及第2熱電偶300之位置的構造並不受限於此。埋設於塊體100之第1熱電偶200及第2熱電偶300的位置可配合被量測物的形狀適當選擇最合適的形狀。
在本實施型態中雖示例具備熱電偶的溫度感測器，但亦可使用測溫電阻器來代替熱電偶。舉例而言，可將2個測溫電阻器埋設於1個塊體，以一測溫電阻器量測基板的溫度，並以另一測溫電阻器控制加熱器。並且，在本實施型態中，將熱電偶與測溫電阻器埋設於1個塊體的溫度感測器亦屬可能。無論在哪一情況下皆可透過塊體來量測溫度，故可減小與熱電偶所量測到之溫度或測溫電阻器所量測到之溫度的差。
〈第2實施型態〉
茲參照圖8～圖10說明本發明之一實施型態相關之加熱器單元。
圖8係本發明之一實施型態相關之加熱器單元20的立體示意圖。加熱器單元20包含第1板件610、第2板件620及軸630。
圖9係本發明之一實施型態相關之加熱器單元20之第2板件620的俯視示意圖。第2板件620包含第1護套型加熱器640-1、第2護套型加熱器640-2及第3護套型加熱器640-3。亦即，加熱器單元20包含分割為三的護套型加熱器。各護套型加熱器（640-1、640-2及640-3）係沿設置於第2板件620的溝槽（623-1、623-2及623-3）設置，於溝槽的端部設置有貫通孔（624-1a及624-1b、624-2a及624-2b以及624-3a及624-3b），各護套型加熱器（640-1、640-2及640-3）彎折而收納於軸630內。各護套型加熱器（640-1、640-2及640-3）及溝槽（623-1、623-2及623-3）之配置的細節於後再述。
並且，第2板件620於經分割之各護套型加熱器（640-1、640-2及640-3）皆配置有溫度感測器10。是故，第2板件620包含用以配置3個溫度感測器10的第2凹部（621-1、621-2及621-3）及貫通孔（622-1、622-2及622-3）。此外，在圖9中省略溫度感測器10。
第1板件610會於其上側面配置包含矽或化合物半導體的半導體基板，或者包含石英或玻璃等絕緣物的絕緣基板等。是故，第1板件610的上側面可配合基板的形狀來形成。舉例而言，若為具有平坦面的基板，則以使第1板件610的上側面平坦為佳。並且，若為具有凹凸的基板，則亦可將第1板件610的上側面做成配合基板之凹凸的形狀。第1板件610包含金屬，金屬係選自具有10 W／mK以上且430 W／mK以下之熱傳導率的金屬。藉由使用具有高熱傳導率的金屬，可以高效率接收各護套型加熱器（640-1、640-2及640-3）所產生的熱能。並且，金屬以具有3×10− 6 ／K以上且25×10− 6 ／K以下之熱膨脹率為佳。可列舉鈦或鋁、不鏽鋼等金屬作為滿足此種特性之具體的金屬。雖未圖示，但在第1板件610上亦可設置用以固定基板的靜電吸盤或用以將氦等熱傳導率高的氣體供應至基板與加熱器單元20之間的貫通孔，或者用以環流液體之介質的環流路徑。
第2板件620係設置於第1板件610之下。第2板件620亦包含能夠使用在第1板件610的金屬。第2板件620所包含之金屬與第1板件610所包含之金屬可相同，亦可相異。在相異的情況下，可以第1板件610與第2板件620所包含之金屬之熱膨脹率的差呈250×10− 6 ／K以下的方式選擇各自的金屬。藉此，可抑制因熱膨脹所致之變形，可提供可靠性高的加熱器單元20。
第2板件620係與第1板件610接合。第1板件610與第2板件620的接合可藉由硬焊、熔接、壓合或螺絲鎖固等來進行。作為硬焊之焊料，可使用例如：鋁；包含微量磷的銅；包含鋁的合金；包含銀、銅及鋅的合金；包含銅與鋅的合金；包含鈦、銅及鎳的合金；包含鈦、鋯及銅的合金；或包含鈦、鋯、銅及鎳的合金；等。
軸630係設置用來支撐第1板件610及第2板件620。並且，為了收納用以向第1護套型加熱器640-1、第2護套型加熱器640-2及第3護套型加熱器640-3供應電力的導線641以及溫度感測器10的第1熱電偶200及第2熱電偶300，軸630呈中空結構。於在第1板件610設置靜電吸盤的情況下，用以向靜電吸盤供應電力的佈線亦配置於軸630內。雖未圖示，但軸630亦可與旋轉機構連接，藉此，亦可使加熱器單元20以軸630的長軸為中心旋轉。軸630係藉由硬焊、熔接、壓合或螺絲鎖固等來與第2板件620接合。
第1護套型加熱器640-1、第2護套型加熱器640-2及第3護套型加熱器640-3具有透過通電來發熱的功能，係設置用來加熱第2板件620及第1板件610。藉此，可加熱設置於加熱器單元20上的基板。
如圖9所示，在第2板件620內，第1護套型加熱器640-1沿第1溝槽623-1配置，第2護套型加熱器640-2沿第2溝槽623-2配置，並且第3護套型加熱器640-3沿第3溝槽623-3配置。第1溝槽623-1、第2溝槽623-2及第3溝槽623-3各自以配合第2板件620之形狀並盡可能呈同心圓狀的方式配置。藉由沿同心圓狀之溝槽配置護套型加熱器，第1板件610及第2板件620的溫度變得均勻，變得能夠均勻加熱第1板件610上的基板。並且，第1溝槽623-1的幅寬及深度與第1護套型加熱器640-1的護套外徑相同或幾乎相同。第2溝槽623-2及第3溝槽623-3的幅寬及深度亦同。
第1護套型加熱器640-1在貫通孔624-1a及貫通孔624-1b彎折而收納於軸630內。
圖10係沿圖9之E― E’線切割之包含第2板件620之加熱器單元20的剖面示意圖。第1板件610與第2板件620接合，於其間設置有溫度感測器10、第1護套型加熱器640-1、第2護套型加熱器640-2及第3護套型加熱器640-3，所述溫度感測器10包含塊體100、第1熱電偶200及第2熱電偶300。第1熱電偶200及第2熱電偶300在第2板件620的貫通孔622-1彎折而收納於軸630。並且，第1護套型加熱器640-1沿第1溝槽623-1配置，並在貫通孔624-1a彎折而收納於軸630。第1護套型加熱器640-1與導線641電性連接，導線641與電源連接。
加熱器單元20於第1板件610包含第1凹部611-1，於第2板件620包含第2凹部621-1。溫度感測器10的塊體100配置並接合於由第1凹部611-1及第2凹部621-1所包圍的區域。第1凹部611-1的深度較第2凹部621-1的深度還要大。亦即，塊體100所接之面積，第1板件610的部分大於第2板件620。是故，溫度感測器10，比起第2板件620，更容易受到第1板件610的影響。
由於加熱器單元20的溫度感測器10可量測靠近基板之第1板件610的溫度，故以溫度感測器10量測到的溫度為接近基板之實際之溫度者。並且，由於可彎折第1熱電偶200及第2熱電偶300，故可在第2板件內自由配置溫度感測器10。
以上主要說明了第1護套型加熱器640-1的構造，但由於第2護套型加熱器640-2及第3護套型加熱器640-3的構造亦相同，故此處省略說明。並且，護套型加熱器的數量並不受限於3個。設置於加熱器單元20的護套型加熱器之數量，亦可為1個或2個，還可為4個以上。
根據本實施型態相關之加熱器單元20，由於溫度感測器10的塊體100與第1板件610相接，故可透過塊體100來量測第1板件610上之基板的溫度。並且，由於塊體100亦與第2板件620相接，故第2板件620內之各護套型加熱器（640-1、640-2及640-3）的溫度亦可透過塊體100來量測。是故，可使用埋設於塊體100之第1熱電偶200及第2熱電偶300來量測基板的溫度，並且可控制各護套型加熱器（640-1、640-2及640-3）以防止各護套型加熱器（640-1、640-2及640-3）的過度加熱。
［變形例］
茲參照圖11（A）～11（C）說明本實施型態相關之加熱器單元20之變形例。於此，主要說明溫度感測器10之配置的變形例。此外，如上所述，護套型加熱器可分割成多個來設置，但此處為求便宜，以護套型加熱器640來說明。
圖11（A）係本發明之一實施型態相關之加熱器單元20A的溫度感測器10之配置部分的剖面示意圖。加熱器單元20A於第1板件610包含第1凹部611A，於第2板件620包含第2凹部621A。溫度感測器10的塊體100配置並接合於由第1凹部611A及第2凹部621A所包圍的區域。第2凹部621A的深度較第1凹部611A的深度還要大。亦即，塊體100所接之面積，第2板件620的部分大於第1板件610。是故，溫度感測器10，比起第1板件610，更容易受到第2板件620的影響；於第2板件620設置有護套型加熱器640，並可檢測護套型加熱器640的異常加熱。
由於加熱器單元20A的溫度感測器10可量測設置有加熱器之第2板件620的溫度，故以溫度感測器10量測到的溫度為接近護套型加熱器640之實際之溫度者。是故，可檢測護套型加熱器640的異常加熱。並且，由於可彎折第1熱電偶200及第2熱電偶300，故可在第2板件內自由配置溫度感測器10。
圖11（B）係本發明之一實施型態相關之加熱器單元20B的溫度感測器10之配置部分的剖面示意圖。加熱器單元20B於第1板件610包含第1凹部611B，於第2板件620包含第2凹部621B。溫度感測器10的塊體100配置並接合於由第1凹部611B及第2凹部621B所包圍的區域。並且，於第2凹部621B設置有收納第1熱電偶200及第2熱電偶300的中空區域，彎折而收納有第1熱電偶200及第2熱電偶300。是故，塊體100所接之面積，第1板件的部分大於第2板件，溫度感測器10，比起第2板件620，更容易受到第1板件610的影響。
由於加熱器單元20B的溫度感測器10可量測靠近基板之第1板件610的溫度，故以溫度感測器10量測到的溫度為接近基板之實際之溫度者。並且，由於可彎折第1熱電偶200及第2熱電偶300，故可在第2板件內自由配置溫度感測器10。
圖11（C）係本發明之一實施型態相關之加熱器單元20C的溫度感測器10之配置部分的剖面示意圖。加熱器單元20C於第1板件610包含第1凹部611C，於第2板件620包含第2凹部621C。溫度感測器10的塊體100配置並接合於由第1凹部611C及第2凹部621C所包圍的區域。第1凹部611C的深度較第2凹部621C的深度還要大。再者，在第2凹部621C之中，設置有用以收納第1熱電偶200及第2熱電偶300的貫通孔。是故，塊體100所接之面積，第1板件610的部分大於第2板件620，溫度感測器10，比起第2板件620，更容易受到第1板件610的影響。
由於加熱器單元20C的溫度感測器10可量測靠近基板之第1板件610的溫度，故以溫度感測器10量測到的溫度為接近基板之實際之溫度者。並且，於在軸630之正上方設置溫度感測器10的情況下，可將第1熱電偶200及第2熱電偶300自第2板件620的貫通孔直接收納至軸630。
以上揭示加熱器單元20A～20C作為可應用於本實施型態相關之加熱器單元20的溫度感測器10之配置的構造之例，但溫度感測器10之配置的構造並不受限於此。在加熱器單元20中的溫度感測器10，可配合護套型加熱器640之配置、第1板件610及第2板件620之形狀，適當配置於最合適的位置。
作為本發明之實施型態於上已述之各實施型態，只要不互相矛盾，即可適當組合而實施。並且，本發明所屬技術領域中具有通常知識者依據各實施型態適當進行構成元件之追加、刪除或設計變更者，只要具備本發明之要旨，即亦包含於本發明之範圍。
並且，即使係與由於上已述之各實施型態所促成之作用效果相異的其他作用效果，對於自本說明書之記載顯而易見者或對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言得輕易預測者，理當理解為由本發明所促成者。
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G:溫度感測器 20、20A、20B、20C:加熱器單元 100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100a、100b、100c、100d、100e:塊體 150C:溝槽 150D:凸部 200、200A、200B:第1熱電偶 211、211A、211B:第1金屬線 212、212A、212B:第2金屬線 220、220A、220B:第1絕緣體 230、230A、230B:第1金屬護套 300、300A、300B:第2熱電偶 311、311A、311B:第3金屬線 312、312A、312B:第4金屬線 320、320A、320B:第2絕緣體 330、330A、330B:第2金屬護套 610:第1板件 611、611-1、611A、611B、611C:第1凹部 620:第2板件 621、621-1、621-2、621-3、621A、621B、621C:第2凹部 622-1、622-2、622-3:貫通孔 623-1:第1溝槽 623-2:第2溝槽 623-3:第3溝槽 624-1a、624-1b、624-2a、624-2b、624-3a、624-3b:貫通孔 630:軸 640:護套型加熱器 640-1:第1護套型加熱器 640-2:第2護套型加熱器 640-3:第3護套型加熱器 641:導線
〈圖1〉係本發明之一實施型態相關之溫度感測器的立體示意圖、俯視示意圖及側視示意圖。
〈圖2〉係本發明之一實施型態相關之溫度感測器的剖面示意圖。
〈圖3〉係本發明之一實施型態相關之溫度感測器的剖面示意圖。
〈圖4〉係可應用於本發明之一實施型態相關之溫度感測器的塊體的立體示意圖。
〈圖5〉係本發明之一實施型態相關之溫度感測器的俯視示意圖及剖面示意圖。
〈圖6〉係本發明之一實施型態相關之溫度感測器的俯視示意圖及剖面示意圖。
〈圖7〉係本發明之一實施型態相關之溫度感測器的俯視示意圖。
〈圖8〉係本發明之一實施型態相關之加熱器單元的立體示意圖。
〈圖9〉係本發明之一實施型態相關之加熱器單元之第2板件的俯視示意圖。
〈圖10〉係本發明之一實施型態相關之加熱器單元的剖面示意圖。
〈圖11〉係本發明之一實施型態相關之加熱器單元的溫度感測器之配置部分的剖面示意圖。
10:溫度感測器
100:塊體
200:第1熱電偶
300:第2熱電偶

Claims (12)

  1. 一種溫度感測器，其包含：塊體；第1熱電偶，包含第1金屬線、第2金屬線、包裹前述第1金屬線及前述第2金屬線的第1絕緣體以及包裹前述第1絕緣體的第1金屬護套；與第2熱電偶，包含第3金屬線、第4金屬線、包裹前述第3金屬線及前述第4金屬線的第2絕緣體以及包裹前述第2絕緣體的第2金屬護套；其中前述第1熱電偶及前述第2熱電偶之各自的端部埋設於前述塊體。
  2. 如請求項1所述之溫度感測器，其中前述第1金屬線及前述第2金屬線之各自的端部於前述第1金屬護套相接，前述第3金屬線及前述第4金屬線之各自的端部於前述第2金屬護套相接。
  3. 如請求項1所述之溫度感測器，其中前述第1金屬線、前述第2金屬線、前述第3金屬線及前述第4金屬線之各自的端部與前述塊體相接。
  4. 如請求項1所述之溫度感測器，其中前述第1熱電偶及前述第2熱電偶之各自的端部係硬焊而埋設於前述塊體。
  5. 如請求項1所述之溫度感測器，其中前述第1熱電偶及前述第2熱電偶之各自的端部係熔接而埋設於前述塊體。
  6. 如請求項1所述之溫度感測器，其中前述第1熱電偶及前述第2熱電偶之各自的端部係壓合埋設於前述塊體。
  7. 如請求項1所述之溫度感測器，前述塊體的形狀係選自多角柱、圓柱、球體、多角錐及圓錐。
  8. 如請求項1所述之溫度感測器，其中於前述塊體的表面設置有溝槽。
  9. 如請求項1所述之溫度感測器，其中於前述塊體的表面設置有凸部。
  10. 如請求項1所述之溫度感測器，其中前述塊體的表面設置有由噴砂加工或蝕刻加工所致之凹凸。
  11. 如請求項1所述之溫度感測器，其中前述塊體之材料的熱傳導率係10W/mK以上且430W/mK以下。
  12. 一種加熱器單元，其包含如請求項1到請求項11之任一項所述之溫度感測器。
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