JP2002015982A

JP2002015982A - 赤外線温度センサ付きホットプレート

Info

Publication number: JP2002015982A
Application number: JP2000198848A
Authority: JP
Inventors: Teruo Sekiguchi; 輝男関口
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】ｉｎｓｉｔｅ（イン・サイト）中でも温度
測定が可能なホットプレートを提供する。【解決手段】加熱板の加熱面の上方に赤外線温度セン
サを配置してなることを特徴とする赤外線温度センサ付
きホットプレート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、シリコンウ
エハ等の被加熱物を加熱する面（以下、加熱面という）
の温度を測定することが可能な赤外線温度センサ付きホ
ットプレート（ヒータ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品は、種々の産業において必要
とされる極めて重要な製品であり、その代表的製品であ
る半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の厚
さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、このシ
リコンウエハ上に種々の回路等を形成することにより製
造される。

【０００３】この種の回路等を形成するには、シリコン
ウエハ上に、感光性樹脂を塗布し、これを露光、現像処
理した後、ポストキュアさせたり、スパッタリングによ
り導体層を形成する工程が必要である。このためには、
シリコンウエハを加熱する必要がある。

【０００４】かかるシリコンウエハの加熱のためのヒー
タとして、従来から、アルミニウム製の基板の裏側に電
気的抵抗体等の抵抗発熱体を備えたものが多用されてい
たが、アルミニウム製の基板は、厚さ１５ｍｍ程度を要
するので、重量が大きくなり、また、嵩張るために取扱
いが容易ではなく、さらに、通電電流に対する温度追従
性という観点でも温度制御性が不充分であり、シリコン
ウエハを均一に加熱することは容易ではなかった。

【０００５】そこで、最近では、窒化アルミニウム等の
セラミックを基板として用いたホットプレートが開発さ
れている。これらのヒータでは、曲げ強度等の機械的特
性に優れるため、その厚さを薄くすることができ、ま
た、熱容量を小さくすることができるため、温度追従性
等の諸特性に優れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらのホットプレー
トの表面温度は、通常、サーモビュアと呼ばれるカメラ
により測定されるが、このカメラは大型であるため、こ
れらホットプレートを容器の中に格納したり、加熱面側
に熱反射板などを備えた蓋で覆うと、サーモビュアを用
いた温度の測定が不可能になるという問題があった。

【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、いわゆるｉｎｓｉｔｅ（イン・
サイト）中で加熱面の温度測定が可能な赤外線センサ付
きホットプレートに関する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、加熱板の加熱
面の上方に赤外線温度センサを配置してなることを特徴
とする赤外線温度センサ付きホットプレートである。

【０００９】本発明の赤外線温度センサ付きホットプレ
ートでは、ホットプレートを容器の中に格納したり、熱
反射板などを備えた蓋で覆った場合であっても、これら
容器等の内部に、小型の赤外線温度センサが配置するこ
とができるため、加熱面の温度の測定が可能となる。ま
た、サーモビュアのように、大きなカメラを加熱面から
離して配置する必要がなくなる。

【００１０】上記赤外線温度センサは、加熱面の上方に
複数配列されてなることが望ましい。また、上記赤外線
温度センサと加熱面との間に、シャッタが設けられてい
ることが望ましい。さらに、上記赤外線温度センサ加熱
面との間に光スイッチからなるシャッタが設けられてい
ることが望ましい。

【００１１】上記赤外線温度センサを用いることによ
り、比較的狭領域での局所的な温度測定が可能になる。
しかしながら、その反面、広い面積の温度分布を測定し
ようとすると多数の赤外線温度センサが必要となる。そ
こで、図１に示すように、複数の赤外線温度センサを配
列した赤外線温度センサアレイとすることが望ましい。

【００１２】また、赤外線温度センサは、高価であるた
め、図２〜図６に示したように、一部に開口を設けたシ
ャッタを用い、局所的に加熱面やシリコンウエハの表面
を露出させる方法をとることができる。この場合、シャ
ッタを回転させることにより、加熱面やシリコンウエハ
について、より広い範囲の表面温度の分布データが得ら
れるので、サーモビュアの場合と同様に、広範囲の温度
の測定が可能となる。

【００１３】シャッタとして、一部に開口を設けた板状
のものを使用するほかに、図４に示すように、赤外線を
透過させたり、遮蔽したりすることができる光スイッチ
を使用することができる。これらの赤外線温度センサを
用いた方法やシャッタの構造等については、以下の発明
の実施の形態において、さらに詳しく説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の赤外線温度センサ付きホ
ットプレートは、加熱板の加熱面の上方に赤外線温度セ
ンサを配置してなることを特徴とする。

【００１５】以下、上記赤外線温度センサ付きホットプ
レートの実施の形態について説明するが、本発明は、こ
の実施形態に限定されることなく、本発明の効果を損な
わない範囲で改変することができることは言うまでもな
い。

【００１６】以下の説明においては、加熱板として窒化
物セラミックや炭化物セラミック等のセラミック基板の
表面に発熱体を設け、その反対側面を加熱面とし、支持
ピン等でシリコンウエハ等の被加熱物を支持したり、あ
るいは、シリコンウエハ等の被加熱物を直接載置して加
熱することができるホットプレートを用いる。

【００１７】図１は、本発明の赤外線温度センサ付きホ
ットプレートの一例を模式的に示すブロック図である。

【００１８】図１に示したように、セラミック基板８の
内部または底面に抵抗発熱体（図示せず）が設けられた
ホットプレート６の上方に、円板状の板状体２に多数の
赤外線温度センサ１が取り付けられた赤外線温度センサ
アレイ３が配置されている。

【００１９】この赤外線温度センサアレイ３を構成する
個々の赤外線温度センサ１は、セラミック基板８の加熱
面８ａの一部領域の温度を測定することができ、このよ
うに多数の赤外線温度センサ１が配置されることによ
り、加熱面８ａのほぼ全域の温度を測定することができ
るようになっている。

【００２０】また、個々の赤外線温度センサ１は、シミ
ュレータ４に接続され、シミュレータ４は、これらの測
定結果を映像化するモニタ５に接続されている。従っ
て、ホットプレート６に通電して加熱した後、赤外線温
度センサアレイ３を作動させることにより、モニター５
に、色の濃淡を変化させたり、色彩を変化させることに
より温度を表示した画面を写し出すことができる。

【００２１】また、図示はしていないが、必要に応じて
このような測定結果をホットプレート６の抵抗発熱体へ
の電力を制御する制御部に送信し、抵抗発熱体の温度制
御を行うようにしてもよい。

【００２２】赤外線温度センサアレイ３と加熱面８ａと
の距離は、使用する赤外線温度センサによっても異なる
が、８〜２００ｍｍ程度が望ましい。

【００２３】このような、赤外線温度センサ１として
は、ＥＸＥＲＧＥＮ社製ＩＲｔ／ｃシリーズ（１Ｘ、
３Ｘ、５、１０、ＳＶ、３ＳＶ）を使用することができ
る。これらの赤外線温度センサは、放射率を補正して、
熱反射と熱放射との混合赤外線から放射分、すなわち、
表面温度に相当する赤外線のみを拾って温度測定を行う
ため、精度の高い温度測定が可能になる。このような赤
外線温度センサ１の測温領域Ｓは、直径８〜６０ｍｍ程
度であるので、このような測温領域Ｓを考慮して、赤外
線温度センサ１の数を設定すればよい。

【００２４】このように赤外線温度センサ１は、測温領
域Ｓが狭いため、スポットの温度測定には優れている
が、反面大きな面積の温度分布の測定には不向きであ
る。このため図１に示したように、赤外線温度センサ１
をステンレス等の金属または樹脂等からなる板状体２に
多数挿入・固定して配列し、赤外線温度センサアレイ３
としておくことが望ましい。すなわち、各赤外線温度セ
ンサ１の測温領域Ｓが、セラミック基板８の加熱面８ａ
の全体を覆うように赤外線温度センサ１が配列されてい
ることが望ましい。

【００２５】このように赤外線温度センサアレイ３を用
いた場合であっても、サーモビュア等のカメラを用いる
場合と比べて装置を小型化（薄型化）することができる
ため、容器の内部等に収めることができ、イン・サイト
中で加熱面の温度測定が可能となる。

【００２６】ただし、赤外線温度センサ１は高価である
ため、多数を配置すると、測定装置が高く付くことにな
る。そこで、少ない赤外線温度センサ１で加熱面の温度
を測定する方法が考えられる。

【００２７】図２（ａ）は、１個の赤外線温度センサを
用いてホットプレートの加熱面の温度を測定する方法の
一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、その断面図であ
る。図２に示したように、赤外線温度センサ１と加熱面
８ａとの間に、小さな開口部１１を有するシャッタ１０
を設け、この開口部１１を介して加熱面８ａから放射さ
れる赤外線１２を赤外線温度センサ１でキャッチするこ
とにより、特定領域の温度の測定が可能となる。そし
て、このシャッタ９を回転させるながら測定することに
より、広範囲の領域において加熱面８ａの温度を測定す
ることが可能となる。

【００２８】また、余り大きくないホットプレートであ
れば、図２に示した測定領域が比較的広範囲の赤外線温
度センサを用いることにより、これにより安価にホット
プレートの温度を測定することが可能となる。

【００２９】次に、１つの赤外線温度センサと複数個の
シャッタを使用することにより、より広域のホットプレ
ートの温度を測定する方法について説明する。図３は、
上記方法に使用する２枚のシャッタの一例を模式的に示
す平面図であり、図５、６は、図４に示したシャッタを
用いたホットプレートの温度測定の方法を模式的に示す
説明図である。なお、図５、６において、（ａ）は、平
面図であり、（ｂ）は、断面図である。

【００３０】図３に示すように、円板形状のシャッタＡ
とシャッタＢとには、中心から円周方向に、３個の円形
の開口部３１、３２、３３、開口部３４、３５、３６が
設けられており、開口部３１と開口部３４、開口部３２
と開口部３５、開口部３３と開口部３６は、シャッタの
中心から同じ距離になるように設定されており、シャッ
タＡとシャッタＢとを重ねて中心を一致させた後、回転
させることにより、例えば、開口部３１と開口部３４と
が重なり、他の開口部は重ならず、１つの開口のみが形
成されるようになっている。

【００３１】この２つのシャッタＡ、Ｂおよび赤外線温
度センサ１を用いてホットプレート６の温度を測定する
際には、例えば、図４に示したように、ホットプレート
６の上方に２枚のシャッタＡ、Ｂを中心軸で支持して重
ね、さらに、その上に赤外線温度センサ１を配置した
後、回転させて、最も外側の開口部３３と開口部３６と
が重なるようにする。

【００３２】すると、図４（ｂ）に示すように、ホット
プレート６を構成するセラミック基板８の最も外側の部
分の温度を測定することが可能となる。そこで、開口部
３３と開口部３とが重なった状態で２つのシャッタの位
置関係を固定し、この状態で２枚のシャッタを回転させ
ることにより、セラミック基板８の最も外側の円周領域
Ｓ₁ の温度の測定が可能となる。

【００３３】次に、図５（ｂ）に示すように、開口部３
２と開口部３５とが重なるように、相対的なシャッタ
Ａ、Ｂの位置関係を変更した後、２つのシャッタの位置
関係を固定し、この状態で２枚のシャッタを回転させる
ことにより、セラミック基板８の円周領域Ｓ₁ の内側に
なる円周領域Ｓ₂ での温度の測定が可能となる。

【００３４】同様の操作を繰り返すことにより、最も内
側の円周領域の温度の測定が可能となり、これにより、
セラミック基板のほぼ全領域での温度の測定が可能とな
る。このようなシャッタを用いる場合、お互いの開口の
距離を近づけ、開孔の数を多くすることにより、より正
確な加熱面の温度の測定が可能となる。

【００３５】また、複数個の赤外線温度センサ１とシャ
ッタを用いることにより、一度に複数の領域の温度測定
も可能となる。図６は、このような複数個の赤外線温度
センサと複数個の開口を有するシャッタとを用いたホッ
トプレートの温度の測定方法を模式的に示した斜視図で
ある。

【００３６】この場合、ホットプレート６の上方には、
中心から外側に向かって開口部２１、２２、２３、２４
の４個の開口部が形成されたシャッタ２０が配置され、
さらにその上方に、４個の赤外線温度センサ１ａ、１
ｂ、１ｃ、１ｄを有する板状体２５が配置されている。
そして、４個の赤外線温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄは、シャッタが回転する際にも、常にシャッタ２０の
４個の開口部２１、２２、２３、２４の直上にくるよう
に設定されている。

【００３７】従って、シャッタ２０を回転させながら、
ホットプレート６の加熱面８ａの温度を測定することに
より、ホットプレートの加熱面８ａのほぼ全域の温度を
測定することができる。また、図６に示した測定方法で
は、図１に示した赤外線温度センサアレイ３を用いる場
合と比較して、より少ない数の赤外線温度センサ１によ
り、加熱面の温度を測定することができる。

【００３８】また、本発明では、シャッタとして、光ス
イッチを用いてもよい。このような光スイッチとして、
電圧を印加することで屈折率や透過率が変わるような電
歪材料を使用することができる。上記電歪材料として
は、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、
ＢａＢ₂ Ｏ₄ などの光学材料が挙げられる。

【００３９】図７は、このような光スイッチを用いてホ
ットプレートの加熱面の温度を測定する方法を模式的に
示した説明図でる。光学材料からなる直方体形状の基板
４１の表面にスパッタリング法や蒸着法を用いて電極４
４を形成し、電圧Ｖを印加することで光学材料の屈折
率、透過率を変化させることができる。

【００４０】従って、図７に示すように、ホットプレー
トの上方に光スイッチ４０を配置し、その上に赤外線温
度センサ１を設置した後、この光スイッチ４０に電圧を
印加したり、印加電圧を変化させたり、電圧の印加をス
トップしたりすることにより、赤外線を透過させたり、
遮断したりするほか、赤外線温度センサが配置されてい
る場所以外へ赤外線を屈折させることもでき、これによ
りホットプレートの加熱面の温度を測定することができ
る。

【００４１】なお、赤外線温度センサ１の測温領域は狭
いため、光スイッチ４０をある程度近づければ、光スイ
ッチ４０の外側から入っている赤外線をキャッチするこ
とはなく、誤った測定結果が生じることはない。

【００４２】図８は、この光スイッチを用いた別のホッ
トプレートの加熱面の温度測定法を模式的に示した斜視
図である。図８に示すように、光スイッチ５１、５２、
５３が一体に形成された光スイッチ集合体５０を用い、
例えば、光スイッチ５１のみを赤外線が透過するように
した後、赤外線温度センサ１と光スイッチ集合体５０の
位置関係が固定した状態でこれらを回転させて温度を測
定する。

【００４３】これにより、光スイッチ５１の下方の円周
領域の温度を測定することかできる。この後、光スイッ
チ５２のみを赤外線が透過するようにした後、同様の操
作を繰り返し、さらに光スイッチ５３についても、同様
の操作を繰り返すことにより、広域の加熱面８ａの温度
を測定することが可能になる。

【００４４】この際、光スイッチ５１、５２、５３の間
を赤外線温度センサ１を移動させ、それぞれの光スイッ
チの直上になるようにして、加熱面の温度の測定が容易
になるようにしてもよい。また、このような光学材料を
図２〜６で用いたシャッタの開口部に配設することによ
り、これらの開口部が赤外線を透過したり、遮断したり
するように設定してもよい。

【００４５】以上の説明では、ホットプレートの加熱面
の温度を測定する方法について説明したが、ホットプレ
ートにシリコンウエハを載置し、あるいは、加熱面から
一定距離離間して保持した後、このシリコンウエハの温
度を測定することができることは言うまでもない。

【００４６】本発明のホットプレートでは、ホットプレ
ートを容器で覆ってもよく、加熱面やシリコンウエハを
覆うような蓋で覆ってもよい。本発明の赤外線温度セン
サは、小型であるため、このような容器の内部や蓋の下
方に配置することができ、このため、イン・サイト中で
の温度の測定が可能となる。

【００４７】次に、本発明の赤外線温度センサ付きホッ
トプレートを構成するホットプレートについて説明す
る。ホットプレートを構成する加熱板は特に限定され
ず、金属製等であってもよいが、上述したように、窒化
物セラミックや炭化物セラミック等のセラミック基板の
表面に抵抗発熱体が設けられたホットプレートが、上述
したように昇温降温等の種々の特性に優れるため好まし
い。

【００４８】図９は、上記ホットプレートの一例を模式
的に示す底面図であり、図１０は、図９に示したホット
プレートの一部を示す部分拡大断面図である。

【００４９】このホットプレートを構成するセラミック
基板６１は、円板状に形成されており、抵抗発熱体６２
は、セラミック基板６１のウエハ加熱面６１ａの全体の
温度が均一になるように加熱するため、セラミック基板
６１の底面６６ｂに同心円状のパターンに形成されてい
る。

【００５０】また、これら発熱体６２は、互いに近い二
重の同心円同士が１組として、１本の線になるように接
続され、その両端に入出力の端子となる外部端子６３が
金属被覆層６２ａおよび半田層（図示せず）を介して接
続されている。また、中央に近い部分には、シリコンウ
エハ６９等の被加熱物を運搬するリフターピン６６を挿
通するための貫通孔６５が形成され、さらに、測温素子
６８を挿入するための有底孔６４が形成されている。

【００５１】このホットプレート６０では、上記被加熱
物をセラミック基板６１の加熱面６１ａに接触させた状
態で載置して加熱するほか、図１０に示すように、貫通
孔６５にリフターピン６６を挿入し、このリフターピン
６６でシリコンウエハ６９保持することにより、セラミ
ック基板６１より一定の距離離間させた状態で被加熱物
を加熱してもよい。

【００５２】また、このリフターピン６６を上下させる
ことにより、搬送機からシリコンウエハ６９等の被加熱
物を受け取ったり、被加熱物をセラミック基板６１上に
載置したり、被加熱物を支持したまま加熱したりするこ
とができる。

【００５３】さらに、セラミック基板６１に凹部や貫通
孔等を形成し、この凹部等に先端が尖塔状または半球状
の支持ピンを先端がセラミック基板の表面よりわずかに
突出した状態で挿入、固定し、シリコンウエハ６９等の
被加熱物をこの支持ピンで支持することにより、セラミ
ック基板６１との間に一定の間隔を保って保持してもよ
い。

【００５４】なお、図１〜２に示したホットプレート６
０において、抵抗発熱体６２はセラミック基板６１の底
部に設けられているが、セラミック基板の内部に設けら
れていてもよい。

【００５５】図１１は、セラミック基板の内部に抵抗発
熱体が形成されたセラミックヒータの抵抗発熱体の近傍
を模式的に示した部分拡大断面図である。

【００５６】図示はしていないが、図９に示したセラミ
ックヒータ１０と同様に、セラミック基板７１は、円板
形状に形成されており、抵抗発熱体７２は、セラミック
基板７１の内部に、図９に示したパターンと同様のパタ
ーン、すなわち、同心円形状のパターンに形成されてい
る。

【００５７】また、抵抗発熱体７２の端部の直下には、
スルーホール７８が形成され、さらに、このスルーホー
ル７８を露出させる袋孔７７が底面７１ｂに形成され、
袋孔３７には外部端子７３が挿入され、ろう材（図示せ
ず）で接合されている。また、図３には示していない
が、外部端子７３には、例えば、導電線を有するソケッ
トが取り付けられ、この導電線は電源等と接続されるよ
うになっている。

【００５８】次に、このホットプレートを構成する部材
等について説明する。このホットプレートは、上記した
ように、セラミック基板とこのセラミック基板の底面ま
たは内部に設けられた抵抗発熱体を主な構成材料として
いる。上記セラミック基板の材料は特に限定されない
が、例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸
化物セラミック等が挙げられる。

【００５９】上記窒化物セラミックとしては、金属窒化
物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ
素、窒化ホウ素等が挙げられる。また、上記炭化物セラ
ミックとしては、金属炭化物セラミック、例えば、炭化
ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化タンタル等が挙げられ
る。上記酸化物セラミックとしては、金属酸化物セラミ
ック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージェライ
ト、ムライト等が挙げられる。

【００６０】これらのセラミックは単独で用いてもよ
く、２種以上を併用してもよい。これらのセラミックの
中では、窒化物セラミック、炭化物セラミックの方が酸
化物セラミックに比べて望ましい。熱伝導率が高いから
である。また、窒化物セラミックの中では窒化アルミニ
ウムが最も好適である。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと
最も高いからである。

【００６１】上記セラミック材料は、焼結助剤を含有し
ていてもよい。上記焼結助剤としては、例えば、アルカ
リ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物
等が挙げられる。これらの焼結助剤のなかでは、Ｃａ
Ｏ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好まし
い。これらの含有量としては、セラミック材料１００重
量部に対して、０．１〜０．５重量部が好ましい。ま
た、アルミナを含有していてもよい。

【００６２】上記セラミック基板は、円板形状が好まし
く、直径２００ｍｍ以上が望ましく、２５０ｍｍ以上が
最適である。円板形状のセラミック基板は、温度の均一
性が要求されるが、直径の大きな基板ほど、温度が不均
一になりやすいため、正確な温度を測定する必要がある
からである。

【００６３】上記セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ以
下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましい。また、１
〜１０ｍｍが最適である。厚みは、薄すぎると高温での
反りが発生しやすく、厚すぎると熱容量が大きくなり過
ぎて昇温降温特性が低下するからである。また、上記セ
ラミック基板の気孔率は、０または５％以下が望まし
い。高温での熱伝導率の低下、反りの発生を抑制できる
からである。

【００６４】上記セラミック基板は、明度がＪＩＳＺ
８７２１の規定に基づく値でＮ４以下のものであるこ
とが望ましい。このような明度を有するものが輻射熱
量、隠蔽性に優れるからである。また、このようなセラ
ミック基板は、赤外線温度センサを用いることにより、
正確な温度の測定が可能になる。

【００６５】ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を
０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明
度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度
となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で
表示したものである。そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ
１０に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点
１位は０または５とする。

【００６６】このような特性を有するセラミック基板
は、セラミック基板中にカーボンを１００〜５０００ｐ
ｐｍ含有させることにより得られる。カーボンには、非
晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボン
は、セラミック基板の高温における体積抵抗率の低下を
抑制することでき、結晶質のカーボンは、セラミック基
板の高温における熱伝導率の低下を抑制することができ
るため、その製造する基板の目的等に応じて適宜カーボ
ンの種類を選択することができる。

【００６７】非晶質のカーボンは、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏ
だけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空気中で
焼成することにより得ることができ、結晶質のカーボン
としては、グラファイト粉末等を用いることができる。
また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気下で熱分解させた
後、加熱加圧することによりカーボンを得ることができ
るが、このアクリル系樹脂の酸価を変化させることによ
り、結晶性（非晶性）の程度を調整することもできる。

【００６８】上記セラミック基板に形成される抵抗発熱
体は、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、タングス
テン、モリブデン、ニッケル等の金属、または、タング
ステン、モリブデンの炭化物等の導電性セラミックから
なるものであることが望ましい。抵抗値を高くすること
が可能となり、断線等を防止する目的で厚み自体を厚く
することができるとともに、酸化しにくく、熱伝導率が
低下しにくいからである。これらは、単独で用いてもよ
く、２種以上を併用してもよい。

【００６９】上記抵抗発熱体は、少なくとも２以上の回
路に分割されていることが望ましい。回路を分割するこ
とにより、各回路に投入する電力を制御して発熱量を変
えることができ、シリコンウエハの加熱面の温度を調整
することができるからである。

【００７０】抵抗発熱体は、セラミック基板全体の温度
を均一にする必要があることから、同心円形状のパター
ンや同心円形状のパターンと屈曲線形状のパターンとを
組み合わせたものが好ましい。また、抵抗発熱体の厚さ
は、１〜５０μｍが望ましく、その幅は、５〜２０ｍｍ
が好ましい。

【００７１】上記抵抗発熱体をセラミック基板の内部に
形成する場合は、上記抵抗発熱体は、加熱面の反対側の
面から厚さ方向に６０％以下の位置に形成されているこ
とが望ましい。６０％を超えると、加熱面に近すぎるた
め、上記セラミック基板内を伝搬する熱が充分に拡散さ
れず、加熱面に温度のばらつきが発生してしまうからで
ある。

【００７２】上記抵抗発熱体をセラミック基板の内部に
形成する場合には、抵抗発熱体形成層を複数層設けても
よい。この場合は、各層のパターンは、相互に補完する
ようにどこかの層に抵抗発熱体が形成され、加熱面の上
方から見ると、どの領域にもパターンが形成されている
状態が望ましい。このような構造としては、例えば、互
いに千鳥の配置になっている構造が挙げられる。なお、
抵抗発熱体をセラミック基板の内部に設け、かつ、その
抵抗発熱体を一部露出させてもよい。

【００７３】上記抵抗発熱体をセラミック基板の底面に
形成する場合には、金属粒子を含む導体ペーストをセラ
ミック基板の表面に塗布して所定パターンの導体ペース
ト層を形成した後、これを焼き付け、セラミック基板の
表面で金属粒子を焼結させる方法が好ましい。なお、金
属の焼結は、金属粒子同士および金属粒子とセラミック
とが融着していれば充分である。

【００７４】セラミック基板の底面に抵抗発熱体を形成
する場合には、抵抗発熱体の厚さは、１〜３０μｍが好
ましく、１〜１０μｍがより好ましい。また、セラミッ
ク基板の内部に抵抗発熱体を形成する場合には、その厚
さは、１〜５０μｍが好ましい。

【００７５】また、セラミック基板の底面に抵抗発熱体
を形成する場合には、抵抗発熱体の幅は、０．１〜２０
ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍがより好ましい。ま
た、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を形成する場合
には、抵抗発熱体の幅は、５〜２０ｍｍが好ましい。

【００７６】抵抗発熱体は、その幅や厚さにより抵抗値
に変化を持たせることができるが、上記した範囲が最も
実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる程大き
くなる。抵抗発熱体は、セラミック基板の内部に形成し
た場合の方が、厚み、幅とも大きくなるが、抵抗発熱体
を内部に設けると、加熱面と抵抗発熱体との距離が短く
なり、加熱面の温度の均一性が低下するため、抵抗発熱
体自体の幅を広げる必要があること、内部に抵抗発熱体
を設けるために、窒化物セラミック等との密着性を考慮
する必要性がないため、タングステン、モリブデンなど
の高融点金属やタングステン、モリブデンなどの炭化物
を使用することができ、抵抗値を高くすることが可能と
なるため、断線等を防止する目的で厚み自体を厚くして
もよい。そのため、抵抗発熱体は、上記した厚みや幅と
することが望ましい。

【００７７】抵抗発熱体は、断面形状が矩形であっても
楕円であってもよいが、偏平であることが望ましい。偏
平の方が加熱面に向かって放熱しやすいため、加熱面の
温度分布ができにくいからである。断面のアスペクト比
（抵抗発熱体の幅／抵抗発熱体の厚さ）は、１０〜５０
００であることが望ましい。この範囲に調整することに
より、抵抗発熱体の抵抗値を大きくすることができると
ともに、加熱面の温度の均一性を確保することができる
からである。

【００７８】抵抗発熱体の厚さを一定とした場合、アス
ペクト比が上記範囲より小さいと、セラミック基板の加
熱面方向への熱の伝搬量が小さくなり、抵抗発熱体のパ
ターンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまい、逆
にアスペクト比が大きすぎると抵抗発熱体の中央の直上
部分が高温となってしまい、結局、抵抗発熱体のパター
ンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまう。従っ
て、温度分布を考慮すると、断面のアスペクト比は、１
０〜５０００であることが好ましいのである。

【００７９】抵抗発熱体をセラミック基板の表面に形成
する場合は、アスペクト比を１０〜２００、抵抗発熱体
１２をセラミック基板の内部に形成する場合は、アスペ
クト比を２００〜５０００とすることが望ましい。抵抗
発熱体は、セラミック基板の内部に形成した場合の方
が、アスペクト比が大きくなるが、これは、抵抗発熱体
を内部に設けると、加熱面と抵抗発熱体との距離が短く
なり、表面の温度均一性が低下するため、抵抗発熱体自
体を偏平にする必要があるからである。

【００８０】上記導体ペーストとしては特に限定されな
いが、導電性を確保するための金属粒子または導電性セ
ラミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤な
どを含むものが好ましい。

【００８１】これら金属粒子または導電性セラミック粒
子の粒径は、０．１〜１００μｍが好ましい。０．１μ
ｍ未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００
μｍを超えると、焼結しにくくなり、抵抗値が大きくな
るからである。

【００８２】上記金属粒子の形状は、球状であっても、
リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場
合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよ
い。上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン
片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を
保持しやすくなり、抵抗発熱体と窒化物セラミック等と
の密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくすることが
できるため有利である。

【００８３】導体ペーストに使用される樹脂としては、
例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられ
る。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコ
ールなどが挙げられる。増粘剤としては、セルロースな
どが挙げられる。

【００８４】導体ペーストには、金属粒子に金属酸化物
を添加し、抵抗発熱体と金属粒子および金属酸化物とを
焼結させたものとすることが望ましい。このように、金
属酸化物を金属粒子とともに焼結させることにより、セ
ラミック基板である窒化物セラミック等と金属粒子とを
より密着させることができる。

【００８５】金属酸化物を混合することにより、窒化物
セラミック等との密着性が改善される理由は明確ではな
いが、金属粒子表面や窒化物セラミック等の表面は、わ
ずかに酸化されて酸化膜が形成されており、この酸化膜
同士が金属酸化物を介して焼結して一体化し、金属粒子
と窒化物セラミック等とが密着するのではないかと考え
られる。また、セラミック基板を構成するセラミックが
酸化物セラミックの場合は、当然に表面が酸化物からな
るので、密着性に優れた導体層が形成される。

【００８６】上記金属酸化物としては、例えば、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ ₂ Ｏ₃ ）、アル
ミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれ
る少なくとも１種が好ましい。

【００８７】これらの酸化物は、抵抗発熱体の抵抗値を
大きくすることなく、金属粒子と窒化物セラミック等と
の密着性を改善することができるからである。

【００８８】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ
素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ、イットリア、チタニアの割
合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合、重
量比で、酸化鉛が１〜１０、シリカが１〜３０、酸化ホ
ウ素が５〜５０、酸化亜鉛が２０〜７０、アルミナが１
〜１０、イットリアが１〜５０、チタニアが１〜５０で
あって、その合計が１００重量部を超えない範囲で調整
されていることが望ましい。これらの範囲で、これらの
酸化物の量を調整することにより、特に窒化物セラミッ
ク等との密着性を改善することができる。

【００８９】上記金属酸化物の金属粒子に対する添加量
は、０．１重量％以上１０重量％未満が好ましい。ま
た、このような構成の導体ペーストを使用して抵抗発熱
体１２を形成した際の面積抵抗率は、１〜４５ｍΩ／□
が好ましい。

【００９０】面積抵抗率が４５ｍΩ／□を超えると、印
加電圧量に対して発熱量は大きくなりすぎて、セラミッ
ク基板の表面に抵抗発熱体１２を設けたセラミック基板
１１では、その発熱量を制御しにくいからである。な
お、金属酸化物の添加量が１０重量％以上であると、面
積抵抗率が５０ｍΩ／□を超えてしまい、発熱量が大き
くなりすぎて温度制御が難しくなり、温度分布の均一性
が低下する。

【００９１】抵抗発熱体がセラミック基板の底面に形成
される場合には、抵抗発熱体の表面部分に、金属被覆層
が形成されていることが望ましい。内部の金属焼結体が
酸化されて抵抗値が変化するのを防止するためである。
形成する金属被覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが好ま
しい。

【００９２】金属被覆層を形成する際に使用される金属
は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、具体
的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッケル
等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種
以上を併用してもよい。これらのなかでは、ニッケルが
好ましい。

【００９３】抵抗発熱体には、電源と接続するための端
子が必要であり、この端子は、半田を介して抵抗発熱体
に取り付けるが、ニッケルは、半田の熱拡散を防止する
からである。接続端子としては、例えば、コバール製の
ものが挙げられる。

【００９４】なお、抵抗発熱体をセラミック基板の内部
に形成する場合には、抵抗発熱体表面が酸化されること
がないため、被覆は不要である。抵抗発熱体をセラミッ
ク基板内部に形成する場合、抵抗発熱体の一部が表面に
露出していてもよく、抵抗発熱体を接続するためのスル
ーホールが端子部分に設けられ、このスルーホールに外
部端子が接続、固定されていてもよい。

【００９５】外部端子１３を接続する場合、半田として
は、銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使
用することができる。なお、半田層の厚さは、０．１〜
５０μｍが好ましい。半田による接続を確保するのに充
分な範囲だからである。

【００９６】本発明で使用するホットプレートは、１０
０℃以上で使用することが望ましく、２００℃以上で使
用することがより望ましい。以上の説明では、赤外線温
度センサの温度測定の対象をホットプレートに絞って説
明してきたが、セラミック基板に抵抗発熱体を設けると
ともに、セラミック基板の内部に静電電極を設ければ静
電チャックとなり、セラミック基板に抵抗発熱体を設け
るとともに、表面にチャップトップ導体層を設け、内部
にガード電極やグランド電極を設けることによりウエハ
プローバとなるため、このような抵抗発熱体を有する静
電チャック、ウエハプローバ、サセプターの温度測定に
も利用することができる。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したきたように、本発明の赤外
線温度センサ付きホットプレートは、小型の温度測定装
置である赤外線温度センサを有するためｉｎｓｉｔｅ
（イン・サイト）中でも温度測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外線温度センサアレイ付きホットプ
レートを模式的に示した斜視図である。

【図２】（ａ）は、本発明のシャッタを備えた赤外線温
度センサ付きホットプレートを模式的に示す斜視図であ
り、（ｂ）は、その断面図である。

【図３】本発明の赤外線温度センサ付きホットプレート
に用いる２枚のシャッタを模式的に示す平面図である。

【図４】（ａ）は、２枚のシャッタを用いた本発明の赤
外線温度センサ付きホットプレートを模式的に示す斜視
図てあり、（ｂ）は、その断面図である。

【図５】（ａ）は、２枚のシャッタを用いた本発明の赤
外線温度センサ付きホットプレートを模式的に示す斜視
図てあり、（ｂ）は、その断面図である。

【図６】複数の開孔を有するシャッタと複数の赤外線温
度センサを備えた赤外線温度センサ付きホットプレート
を模式的に示す斜視図である。

【図７】光スイッチを備えた本発明の赤外線温度センサ
付きホットプレートを模式的に示す斜視図である。

【図８】複数の光スイッチを備えた本発明の赤外線温度
センサ付きホットプレートを模式的に示す斜視図であ
る。

【図９】赤外線温度センサ付きホットプレートを構成す
るホットプレートを模式的に示した平面図である。

【図１０】図９に示したホットプレートの部分拡大断面
図である。

【図１１】赤外線温度センサ付きホットプレートを構成
する別のホットプレートを模式的に示した部分拡大断面
図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ赤外線温度センサ３センサアレイ４シミュレータ５モニタ６ホットプレート８セラミック基板８ａ加熱面１０、２０シャッタ１１、２１、２２、２３、２４開口部１２赤外線３１、３２、３３、３４、３５、３６開口部４０、５１、５２、５３光シャッタ４１基板４４、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ電極６０、７０ホットプレート６１、７１セラミック基板６１ａ、７１ａ加熱面６１ｂ、７１ｂ底面６２、７２抵抗発熱体６３、７３外部端子６４有底孔６６リフターピン６９シリコンウエハ７８スルーホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/16 Ｈ０５Ｂ 3/18 3/18 3/20 ３９３ 3/20 ３９３ 3/68 3/68 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 2G066 AC01 AC11 BA34 BA60 BB01 BC12 CA01 3K034 AA02 AA21 AA34 AA37 BA02 BA12 BB06 BB14 BC04 BC12 BC17 BC27 BC29 CA02 CA15 CA26 DA01 DA08 HA01 HA10 3K058 AA42 AA88 AA95 CA17 CA22 CA70 CE02 CE12 CE19 GA04 3K092 PP20 QA03 QB02 QB26 QB44 QB48 QB61 QB74 QB76 QC16 QC52 RE01 SS18 SS24 TT03 TT28 TT30 UA01 UA17 VV22 5F046 KA04 KA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱板の加熱面の上方に赤外線温度セン
サを配置してなることを特徴とする赤外線温度センサ付
きホットプレート。
【請求項２】前記赤外線温度センサは、加熱面の上方
に複数配列されてなる請求項１に記載の赤外線温度セン
サ付きホットプレート。
【請求項３】前記赤外線温度センサと加熱面との間
に、シャッタが設けられてなる請求項１に記載の赤外線
温度センサ付きホットプレート。
【請求項４】前記赤外線温度センサと加熱面との間
に、光スイッチからなるシャッタが設けられてなる請求
項１に記載の赤外線温度センサ付きホットプレート。