JP2003035606A - 温度センサに用いる樹脂膜付ウエハ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウエハ等の半導体ウエハ表面の温度
を測定することにより、被測定体であるセラミックヒー
タ等の加熱面の温度、および、温度のばらつきを測定す
ることができ、シリコンウエハ等の半導体ウエハを加熱
する際に使用されるセラミックヒータ等の性能を、正確
に、かつ、簡便に測定することができる温度センサに用
いる樹脂膜付ウエハを提供すること。 【解決手段】 半導体ウエハの表面に未硬化の樹脂膜が
形成された温度センサに用いる樹脂膜付ウエハ。

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、半導体ウエ
ハを加熱するセラミックヒータ等の性能を測定するため
に使用される温度センサに用いる樹脂膜付ウエハに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品は、半導体ウエハ上に所定の
形状の導体回路を形成することにより、製造される。こ
の導体回路を形成する際は、溶剤を含んだ感光性樹脂を
塗布して樹脂膜とし、続いて、レジストを除去する部分
（以下、レジスト非形成部ともいう）のパターンが描か
れたマスク等をレジスト膜上に載置し、紫外線等で露光
処理し、乾燥、硬化させることにより、レジスト膜を形
成する。この後、現像処理（エッチング）を行うことに
より、レジストを除去する。そして、このレジスト非形
成部に、スパッタリング等の手段を用いて金属層を形成
した後、レジスト膜を除去することにより、所定の形状
の導体回路を形成する工程等を経て製造される。

【０００３】この際に使用される感光性樹脂は、スピン
コーター等により、半導体ウエハの表面に塗布されるの
であるが、得られた樹脂膜を乾燥または硬化する場合
は、樹脂膜が形成された半導体ウエハをヒータ上に載置
して加熱することとなる。

【０００４】従来、このような用途に使用されるヒータ
としては、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属
製基材を用いたヒータが用いられてきた。ところが、こ
のような金属製のヒータは、温度制御特性が悪く、また
厚みも厚くなるため、重く嵩張るという問題があり、腐
食性ガスに対する耐蝕性も悪いという問題を抱えてい
た。

【０００５】これに対し、特開平１１−４０３３０号公
報等では、金属製のものに代えて、熱伝導率が高く、強
度も大きい窒化物セラミックや炭化物セラミックを使用
し、これらのセラミックからなるセラミック基板の表面
に、金属粒子を焼結して形成した発熱体を設けているセ
ラミックヒータが開示されている。

【０００６】このようなヒータは、加熱の際に熱膨張し
ても、セラミック基板に反り、歪み等は発生しにくく、
印加電圧や電流量の変化に対する温度追従性も良好であ
った。

【０００７】このような構成のセラミックヒータを用い
て半導体ウエハ等の被加熱物を加熱する際には、被加熱
物を加熱する面（以下、加熱面という）に、加熱面より
わずかに突出するように支持ピンを設け、その上に半導
体ウエハを載置し、セラミック基板表面からわずかに離
間した状態で半導体ウエハを保持し、半導体ウエハ上に
塗布形成された樹脂膜の加熱を行っていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
ウエハを介して樹脂膜を加熱する場合、セラミック基板
の加熱面の温度を完全に均一にするのは容易ではなく、
セラミック基板の加熱面の温度が不均一であると、樹脂
膜が均一に加熱されず、加熱後のレジスト膜の硬化状態
が不均一となり、設定通りの導体回路の形成が困難とな
る場合があった。

【０００９】このようなセラミック基板の加熱面におけ
る温度の不均一を防止するためには、まず、加熱面の温
度のばらつきを正確に測定する必要がある。従来、加熱
面の温度のばらつきは、サーモビュアと呼ばれるカメラ
や、熱電対を用いて測定されていた。サーモビュアは、
セラミック基板の加熱面から放射される電磁波の波長等
を測定することにより、温度を測定するものである。し
かし、大型であるため、セラミックヒータを容器の中に
格納した状態で加熱する場合や、セラミック基板の加熱
面側を熱反射板を備えた蓋で覆った場合等に温度のばら
つきを測定することが不可能であった。さらに、熱電対
による測定としては、半導体ウエハに多数の熱電対を貼
り付けて測定する方法が挙げられるが、この方法では、
多数の熱電対を取り付けるため、配線等が多くなって作
業が煩雑になり、また、熱電対自体の熱容量のため、正
確に温度のばらつきを測定することができないという問
題があった。

【００１０】本発明者らは、上述した問題点に鑑み、セ
ラミック基板の加熱面の温度のばらつきを正確かつ簡便
に測定するため、鋭意研究を行った結果、未硬化の樹脂
膜を半導体ウエハ表面に形成し、これをセラミックヒー
タで加熱することにより、半導体ウエハ表面の温度のば
らつき、すなわちこの半導体ウエハを加熱しているセラ
ミックヒータの加熱面の温度のばらつきを測定すること
が可能であることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、半
導体ウエハの表面に未硬化の樹脂膜が形成された温度セ
ンサに用いる樹脂膜付ウエハである。

【００１２】上記樹脂膜付ウエハにおいては、上記未硬
化の樹脂膜に露光処理を施し、被測定体上に該ウエハを
載置し、さらに、被測定体により加熱、硬化させて樹脂
膜を形成した後、上記樹脂膜に現像処理（エッチング）
を行うことにより、所定の位置に複数の開口を形成し、
上記開口の直径から、半導体ウエハ表面の温度を測定す
る方法をとることができる。

【００１３】また、上記樹脂膜付ウエハにおいては、上
記未硬化の樹脂膜に露光処理を施し、被測定体に該ウエ
ハを載置し、さらに、被測定体により加熱、硬化させて
樹脂膜を形成した後、上記樹脂膜の位置と現像処理前の
樹脂膜の厚さに対する現像処理後の樹脂膜の厚さの比と
から、半導体ウエハ表面の温度を測定する方法をとるこ
とができる。

【００１４】また、上記樹脂膜付ウエハにおいては、上
記未硬化の樹脂膜に露光処理を施し、被測定体に該ウエ
ハを載置し、さらに、被測定体により加熱、硬化させて
樹脂膜を形成した後、上記レジスト膜の露光、現像処理
後の屈折率から、半導体ウエハ表面の温度を測定する方
法をとることができる。

【００１５】さらに、上記樹脂膜付ウエハにおいて、上
記未硬化の樹脂膜は、感光性基と熱硬化性基とを有する
樹脂を含む樹脂組成物により構成されていることが望ま
しい。

【００１６】本発明の温度センサに用いる樹脂膜付ウエ
ハによれば、半導体ウエハの表面に、半導体ウエハ表面
の温度の変化に伴って、硬化後の物性が変化する樹脂を
含む樹脂組成物からなる樹脂膜が塗布、形成されている
ことから、実際に樹脂膜を加熱している際の半導体ウエ
ハ表面の温度を測定することができ、結果的にセラミッ
クヒータの加熱面の温度を測定することができる。ま
た、ホットプレートユニット等の加熱装置の他に、半導
体ウエハ表面の温度を測定するための機器を別途に設置
する必要がないため、装置全体の小型化に寄与すること
ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の温度センサに用いる樹脂
膜付ウエハは、半導体ウエハの表面に未硬化の樹脂膜が
形成された温度センサに用いる樹脂膜付ウエハである。

【００１８】次に、本発明の温度センサに用いる樹脂膜
付ウエハ（以下、樹脂膜付ウエハという）の実施の形態
について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の樹
脂膜付ウエハを加熱する様子を模式的に示す断面図であ
る。

【００１９】図１に示すように、半導体ウエハ２９の表
面に、未硬化の樹脂膜１６が塗布された樹脂膜付ウエハ
１は、セラミックヒータ１０に形成された支持ピン１７
により、セラミック基板１１の加熱面１１ａに載置さ
れ、一定距離離間させた状態で支持し加熱することがで
きるようになっている。また、支持ピン１７ではなく、
セラミックヒータ１０に形成された貫通孔１５に挿通さ
れたリフターピン（図示せず）により、樹脂膜付ウエハ
１を、セラミック基板１１の加熱面１１ａより一定距離
離間させた状態で支持し加熱することも可能である。

【００２０】未硬化の樹脂膜１６は、化学増幅型であり
感光性基と熱硬化性基とを有する樹脂を含む樹脂組成物
により構成されていることが望ましい。化学増幅型であ
り感光性基と熱硬化性基とを有する樹脂としては、特
に、ポリイミド樹脂、フェノールノボラック型エポキシ
樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いるこ
とができる。ポリイミド樹脂であれば、イミド基の一部
がアクリル基に置換されたもの、エポキシ樹脂であれ
ば、エポキシ基の一部がアクリル基に置換されたものを
使用することができる。置換率は１０〜８０％であるこ
とが望ましい。置換方法としては、例えば、ポリイミド
樹脂やエポキシ樹脂をメタクリル酸と反応させる方法を
用いることができる。また、未硬化の樹脂膜１６は、上
記樹脂組成物からなる樹脂フィルムを圧着して形成した
ものであってもよい。

【００２１】樹脂組成物を半導体ウエハ２９に塗布する
場合には、予め粘度を調整した樹脂組成物の溶液をカー
テンコーター、ロールコーター、印刷等の方法を用いて
塗布すればよい。また、樹脂フィルムを圧着する場合に
は、予め半硬化させてＢステージ状態にしておいた熱硬
化性樹脂（熱硬化性を有する感光性樹脂を含む）を含む
樹脂組成物を圧着したりすればよい。なお、圧着時に
は、必要に応じて、加熱処理を併用してもよい。

【００２２】未硬化の樹脂膜１６の厚さは、０．１〜５
μｍであることが望ましい。０．１μｍ未満では、硬化
後の樹脂膜が極端に薄いものとなるため、樹脂膜に開口
を形成することが困難になるとともに、樹脂膜の厚さを
測定することが困難となり、５μｍを超えると、樹脂膜
に開口を形成する際に、その底部に樹脂残りが発生した
り、その開口の断面形状が底部に向かって先細り形状に
なることがあるからである。

【００２３】半導体ウエハの底面とセラミック基板の加
熱面とは、５〜５０００μｍ離間した状態で保持するこ
とが望ましい。半導体ウエハを加熱する際に用いられる
通常の方法で、半導体ウエハ表面の温度分布を測定する
ことにより、セラミックヒータの加熱面の温度分布を正
確に測定することができるからである。なお、本発明で
いう被測定体が、セラミックヒータ１０になる。

【００２４】ホットプレートユニット１００では、セラ
ミックヒータ１０を構成する円板形状のセラミック基板
１１の内部に、複数の回路からなる抵抗発熱体１２が埋
設されるとともに、有底孔１４が形成されている。有底
孔１４には、セラミック基板１１の温度を測定するため
の、リード線（図示せず）が接続された測温素子２４が
埋め込まれている。

【００２５】さらに、抵抗発熱体１２の端部には、スル
ーホール１９が形成され、このスルーホール１９を露出
させる袋孔１８が形成されるとともに、袋孔１８には外
部端子１３が挿入され、ろう材（図示せず）で接合され
ている。さらに、外部端子１３には、例えば、導電線を
有するソケット２５が取り付けられ、この導電線は電源
等に接続されている。

【００２６】また、ホットプレートユニット１００は、
セラミックヒータ１０が、断面視Ｌ字形状の断熱リング
２７ａを介して略円筒形状の支持容器３０に嵌め込まれ
た形状となっている。また、支持容器３０は、略円筒形
状の外枠部２７と、円板状の底板２２とが、一体的に形
成されている。この支持容器３０では、略円筒形状の外
枠部２７の内側に、セラミックヒータ１０と断熱リング
２７ａとを支持する円環形状の基板受け部２８が設けら
れている。断熱リング２７ａおよびセラミックヒータ１
０は、基板受け部２８とボルト２８ｂを介した固定金具
２８ａとで固定されている。すなわち、ボルト２８ｂに
は、固定金具２８ａが取り付けられ、セラミックヒータ
１０等を押しつけて固定している。底板２２は、遮熱等
を目的として設けられており、底板２２には、冷媒導入
管２６が取り付けてられており、支持容器３０の内部に
強制冷却用の冷媒等を導入することができるようになっ
ているとともに、導入した強制冷却用の冷媒等を排出す
るための貫通孔２２ａが形成されている。また、セラミ
ックヒータ１０と、支持容器３０の底板２２とは、略平
行となるように支持、固定されている。

【００２７】次に、本発明の樹脂膜付ウエハによって、
半導体ウエハ表面の温度を測定する場合の測定方法につ
いて説明する。

【００２８】（１）まず、本発明の樹脂膜付ウエハを、
ホットプレートユニットを構成するセラミック基板上に
載置する（図１参照）。

【００２９】（２）次に、ホットプレートユニット上に
載置された未硬化の樹脂膜上に、樹脂膜の開口を形成し
ようとする部分に相当する部分に黒円が印刷されたフォ
トマスクフィルムを密着させ、露光処理を施す。

【００３０】（３）次に、ホットプレートユニットに通
電して、半導体ウエハ上の未硬化の樹脂膜を加熱し、表
面に塗布された未硬化の樹脂膜を乾燥、硬化させ、樹脂
膜を形成する。この時の加熱温度は、８０〜２００℃で
あることが望ましい。

【００３１】（４）形成された樹脂膜に現像処理（エッ
チング）を施し、半導体ウエハ表面の温度を測定するた
めの開口を形成する。図２（ａ）は、本発明に係る樹脂
膜付ウエハに露光、現像処理を施して、開口を形成した
場合の一例を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、そ
の平面図である。また、図３（ａ）は、本発明に係る樹
脂膜付ウエハに露光、現像処理を施して、開口を形成し
た場合の他の一例を模式的に示す平面図であり、（ｂ）
は、樹脂膜に形成された開口を模式的に示す拡大断面図
である。

【００３２】図２（ａ）および（ｂ）では、樹脂膜１６
ａに、半導体ウエハ２９と同心円の複数の円周上で、等
間隔に接する複数個の開口２０を設け、半導体ウエハ２
９の中心部に開口２０を１個設ける配置で、複数の開口
２０が形成されている。また、本発明では、特に温度の
ばらつきが生じやすい半導体ウエハ表面の外周部分にお
いて、重点的に温度を測定することを目的として、図３
（ａ）に示すように、樹脂膜５６ａの半導体ウエハ表面
の外周部分に相当する部分により多くの開口６０を形成
してもよい。このような構成で開口６０を形成すること
で、より正確に半導体ウエハ表面の温度を測定すること
ができるからである。

【００３３】本発明の樹脂膜付ウエハにおいて、形成さ
れる開口の個数は、特に限定されるものではないが、２
以上であることが望ましく、１０以上であることがより
望ましい。

【００３４】また、上記開口は、上記樹脂膜に広く分散
され、かつ、等間隔に配設されていることが望ましい。
このように上記開口を形成することにより、精度よく半
導体ウエハの温度を測定することが可能となるからであ
る。一方、上記開口が偏在している場合および／または
不規則な間隔で設けられている場合、上記開口の間隔が
広い箇所ができ、その箇所の温度を測定することができ
ないため、精度よく半導体ウエハ表面の温度を測定する
ことが困難となるからである。

【００３５】上述した樹脂膜に形成する開口の配置につ
いては、例えば、上記のように、半導体ウエハと同心円
の複数の円周上に、等間隔に接する複数個の開口を設
け、セラミック基板の中心部に上記開口を１個設ける配
置や樹脂膜が形成されている範囲内ですべての開口が等
間隔となる配置等を挙げることができる。

【００３６】上記開口の直径は、特に限定されるもので
はないが、０．１〜３０μｍであることが望ましい。
０．１μｍ未満の場合、直径が小さすぎて、半導体ウエ
ハ表面の温度のばらつきを精度よく測定することが困難
となり、３０μｍを超えると、半導体ウエハ表面の温度
のばらつきを測定する際に誤差が生じやすくなるからで
ある。なお、上記開口の直径とは、図３（ｂ）に示すよ
うに、上記開口の最上部における直径をいう。また、上
記開口の形状は、平面視が真円であることが望ましい。

【００３７】（５）（４）の工程で形成された開口の直
径、現像処理前の樹脂膜の厚さに対する現像処理後の樹
脂膜の厚さの比と樹脂膜の位置、現像処理後の樹脂膜の
屈折率から半導体ウエハ表面の複数の箇所の温度を測定
し、半導体ウエハ上に塗布された樹脂膜を加熱する際の
開口部および樹脂膜形成部分における温度を測定する。

【００３８】図４は、直径２０μｍの黒円が印刷された
フォトマスクフィルムを載置して、露光、現像処理を行
った場合における、樹脂膜に形成された開口の直径と加
熱時の半導体ウエハ表面の温度との関係の一例を模式的
に示したグラフである。図４に示したように、加熱時の
半導体ウエハ表面の温度が高いほど、形成された開口の
直径が小さくなっている。この関係から、樹脂膜に形成
された複数の開口の直径を測定することにより、開口部
での温度を測定することが可能となるため、これら複数
の開口部での温度の測定値と樹脂膜に形成された開口の
直径とから、半導体ウエハ加熱時の半導体ウエハ表面の
温度を測定することができ、結果的に、セラミックヒー
タの加熱面の温度分布を測定することができる。

【００３９】図５は、現像処理前の樹脂膜の厚さに対す
る現像処理後の樹脂膜の厚さの比（以下、残膜率とい
う）および現像処理前の樹脂膜の厚さに対する現像処理
により除去された膜の厚さの比（以下膜べり率という）
と加熱時の半導体ウエハ表面の温度との関係の一例を模
式的に示したグラフである。図５に示したように、加熱
時の半導体ウエハ表面の温度が高いほど、残膜率が大き
くなっている。一方、加熱時の半導体ウエハ表面の温度
が高いほど、膜べり率は、小さくなっている。これらの
関係から、現像処理前および現像処理後の樹脂膜の膜厚
を測定することで、残膜率または膜べり率を求めること
ができるため、複数の箇所の残膜率または膜べり率を求
めることにより、その箇所での温度を測定することが可
能となる。従って、複数の箇所での温度の測定値と温度
を測定した位置とから、半導体ウエハ加熱時の半導体ウ
エハ表面の温度を測定することができ、結果的に、セラ
ミックヒータの加熱面の温度を測定することができる。

【００４０】図６は、現像処理後の樹脂膜の屈折率と半
導体ウエハ表面の温度との関係を模式的に示したグラフ
である。図６に示したように、加熱時の半導体ウエハ表
面の温度が高いほど、現像処理後の樹脂膜の屈折率が高
くなっている。この関係から、複数の箇所における、樹
脂膜の屈折率を測定することにより、これらの箇所での
温度を測定することが可能となるため、複数の箇所での
温度の測定値と温度を測定した位置とから、半導体ウエ
ハ加熱時の半導体ウエハ表面の温度を測定することがで
き、結果的に、セラミックヒータの加熱面の温度分布を
測定することができる。なお、この場合の屈折率とは、
真空中の光の位相速度と樹脂膜における光の位相速度と
の比をいう。

【００４１】これらの方法を併用することにより、樹脂
膜の開口部および樹脂膜の形成部分の両方の温度を測定
することができるため、半導体ウエハの表面全体の温度
を測定することが可能となり、より正確に半導体ウエハ
表面の温度を測定することができ、結果的に、セラミッ
クヒータの加熱面の温度を測定することができる。

【００４２】次に、本発明の樹脂膜付ウエハの測定の対
象となるホットプレートユニット等の材質や形状等につ
いて、さらに詳しく説明する。

【００４３】上記ホットプレートユニットにおける、セ
ラミック基板の直径は、２００ｍｍ以上が望ましい。大
きな直径を持つセラミックヒータほど、加熱時にセラミ
ックヒータの加熱面の温度が不均一化しやすいため、本
発明の構成が有効に機能するからである。また、このよ
うな大きな直径を持つ基板は、大口径の半導体ウエハを
載置することができるからである。セラミック基板の直
径は、特に１２インチ（３００ｍｍ）以上であることが
望ましい。次世代の半導体ウエハの主流となるからであ
る。

【００４４】また、上記ホットプレートユニットのセラ
ミック基板の厚さは、２５ｍｍ以下であることが望まし
い。上記セラミック基板の厚さが２５ｍｍを超えると温
度追従性が低下するからである。また、その厚さは、
０．５ｍｍ以上であることが望ましい。０．５ｍｍより
薄いと、セラミック基板の強度自体が低下するため破損
しやすくなる。より望ましくは、１．５を超え５ｍｍ以
下である。５ｍｍより厚くなると、熱が伝搬しにくくな
り、加熱の効率が低下する傾向が生じ、一方、１．５ｍ
ｍ以下であると、セラミック基板中を伝搬する熱が充分
に拡散しないため加熱面に温度ばらつきが発生すること
があり、また、セラミック基板の強度が低下して破損す
る場合があるからである。

【００４５】セラミックヒータ１０において、セラミッ
ク基板１１には、被加熱物を載置する加熱面１１ａの反
対側から加熱面１１ａに向けて有底孔１４を設けるとと
もに、有底孔１４の底を抵抗発熱体１２よりも相対的に
加熱面１１ａに近く形成し、この有底孔１４に熱電対等
の測温素子（図示せず）を設けることが望ましい。

【００４６】また、有底孔１４の底と加熱面１１ａとの
距離は、０．１ｍｍ〜セラミック基板の厚さの１／２で
あることが望ましい。これにより、測温場所が抵抗発熱
体１２よりも加熱面１１ａに近くなり、より正確な半導
体ウエハの温度の測定が可能となるからである。

【００４７】有底孔１４の底と加熱面１１ａとの距離が
０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、加熱面１１ａに
温度分布が形成され、厚さの１／２を超えると、抵抗発
熱体の温度の影響を受けやすくなり、温度制御できなく
なり、やはり加熱面１１ａに温度分布が形成されてしま
うからである。

【００４８】有底孔１４の直径は、０．３ｍｍ〜５ｍｍ
であることが望ましい。これは、大きすぎると放熱性が
大きくなり、また小さすぎると加工性が低下して加熱面
１１ａとの距離を均等にすることができなくなるからで
ある。

【００４９】有底孔１４は、図１に示したように、セラ
ミック基板１１の中心に対して対称で、かつ、十字を形
成するように複数配列することが望ましい。これは、加
熱面全体の温度を測定することができるからである。

【００５０】上記測温素子としては、例えば、熱電対、
白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。また、上
記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１
９８０）に挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ
型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対等が挙げられるが、これら
のなかでは、Ｋ型熱電対が好ましい。

【００５１】上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径
と同じが、または、それよりも大きく、０．５ｍｍ以下
であることが望ましい。これは、接合部が大きい場合
は、熱容量が大きくなって応答性が低下してしまうから
である。なお、素線の径より小さくすることは困難であ
る。

【００５２】上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使
用して、有底孔１４の底に接着してもよく、有底孔１４
に挿入した後、耐熱性樹脂で封止してもよく、両者を併
用してもよい。上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬
化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビス
マレイミド−トリアジン樹脂などが挙げられる。これら
の樹脂は、単独で用いてもよく、２種以上を併用しても
よい。

【００５３】上記金ろうとしては、３７〜８０．５重量
％Ａｕ−６３〜１９．５重量％Ｃｕ合金、８１．５〜８
２．５重量％：Ａｕ−１８．５〜１７．５重量％：Ｎｉ
合金から選ばれる少なくとも１種が望ましい。これら
は、溶融温度が、９００℃以上であり、高温領域でも溶
融しにくいためである。銀ろうとしては、例えば、Ａｇ
−Ｃｕ系のものを使用することができる。

【００５４】上記ホットプレートユニットを形成するセ
ラミックとしては、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。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
は、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械的な強度が金
属に比べて格段に高いため、セラミック基板の厚さを薄
くしても、加熱により反ったり、歪んだりしない。その
ため、セラミック基板を薄くて軽いものとすることがで
きる。さらに、セラミック基板の熱伝導率が高く、セラ
ミック基板自体が薄いため、セラミック基板の表面温度
が、抵抗発熱体の温度変化に迅速に追従する。即ち、電
圧、電流値を変えて抵抗発熱体の温度を変化させること
により、セラミック基板の表面温度を制御することがで
きるのである。

【００５５】上記窒化物セラミックとしては、例えば、
窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタ
ン等が挙げられる。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。

【００５６】また、炭化物セラミックとしては、例え
ば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化
タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。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。

【００５７】さらに、酸化物セラミックとしては、例え
ば、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト
等が挙げられる。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。

【００５８】これらのなかでは、窒化アルミニウムが最
も好ましい。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高く、
温度追従性に優れるからである。

【００５９】なお、セラミック基板として窒化物セラミ
ックまたは炭化物セラミック等を使用する際、必要によ
り、絶縁層を形成してもよい。窒化物セラミックは酸素
固溶等により、高温で体積抵抗値が低下しやすく、また
炭化物セラミックは特に高純度化しない限り導電性を有
しており、絶縁層を形成することにより、高温時あるい
は不純物を含有していても回路間の短絡を防止して温度
制御性を確保できるからである。

【００６０】上記絶縁層としては、酸化物セラミックが
望ましく、具体的には、シリカ、アルミナ、ムライト、
コージェライト、ベリリア等を使用することができる。
このような絶縁層としては、アルコキシドを加水分解重
合させたゾル溶液をセラミック基板にスピンコートして
乾燥、焼成を行ったり、スパッタリング、ＣＶＤ等で形
成してもよい。また、セラミック基板表面を酸化処理し
て酸化物層を設けてもよい。

【００６１】上記絶縁層は、０．１〜１０００μｍであ
ることが望ましい。０．１μｍ未満では、絶縁性を確保
できず、１０００μｍを超えると抵抗発熱体からセラミ
ック基板への熱伝導性を阻害してしまうからである。さ
らに、上記絶縁層の体積抵抗率は、上記セラミック基板
の体積抵抗率の１０倍以上（同一測定温度）であること
が望ましい。１０倍未満では、回路の短絡を防止できな
いからである。

【００６２】また、上記セラミック基板は、カーボンを
含有し、その含有量は、２００〜５０００ｐｐｍである
ことが望ましい。電極を隠蔽することができ、また黒体
輻射を利用しやすくなるからである。

【００６３】なお、上記セラミック基板は、明度がＪＩ
Ｓ Ｚ ８７２１の規定に基づく値でＮ６以下のもので
あることが望ましい。この程度の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。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１
０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〜Ｎ１０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。

【００６４】また、上記抵抗発熱体は、セラミック基板
の表面（底面）に形成してもよく、セラミック基板の内
部に埋設してもよい。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、加熱面に温度ばらつきが発生してしまうから
である。

【００６５】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。

【００６６】また、セラミック基板の表面に抵抗発熱体
を設ける場合は、加熱面は抵抗発熱体形成面の反対側で
あることが望ましい。セラミック基板が熱拡散の役割を
果たすため、加熱面の温度均一性を向上させることがで
きるからである。

【００６７】抵抗発熱体をセラミック基板の表面に形成
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。

【００６８】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。
また、セラミック基板の表面に抵抗発熱体を形成する場
合には、この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。

【００６９】また、セラミック基板１１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、５〜２０
μｍが好ましい。また、セラミック基板１１の表面に抵
抗発熱体を形成する場合には、抵抗発熱体の幅は、０．
１〜２０ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍがより好まし
い。

【００７０】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、表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。

【００７１】抵抗発熱体の形成位置をこのように設定す
ることにより、抵抗発熱体から発生した熱が伝搬してい
くうちに、セラミック基板全体に拡散し、被加熱物（半
導体ウエハ）を加熱する面の温度分布が均一化され、そ
の結果、被加熱物の各部分における温度が均一化され
る。

【００７２】また、上記ホットプレートユニットにおけ
る抵抗発熱体のパターンとしては、例えば、同心円状の
パターン、渦巻き状のパターン、偏心円状のパターン、
屈曲線の繰り返しパターン等を用いることができる。ま
た、これらは併用してもよい。また、最外周に形成され
た抵抗発熱体パターンを、円周方向に分割されたパター
ンとすることで、温度が低下しやすいセラミックヒータ
の最外周で細かい温度制御を行うことが可能となり、セ
ラミックヒータの温度のばらつきを抑えることが可能で
ある。さらに、円周方向に分割された抵抗発熱体のパタ
ーンは、セラミック基板の最外周に限らず、その内部に
も形成してもよい。

【００７３】抵抗発熱体は、断面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、１０〜５０００
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。

【００７４】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。

【００７５】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
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。

【００７６】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。

【００７７】また、抵抗発熱体を形成する際に用いる、
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。

【００７８】上記金属粒子としては、例えば、貴金属
（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モ
リブデン、ニッケルなどが好ましく、中でも、貴金属
（金、銀、白金、パラジウム）がより好ましい。また、
これらは、単独で用いてもよいが、２種以上を併用する
ことが望ましい。これらの金属は、比較的酸化しにく
く、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。上記
導電性セラミックとしては、例えば、タングステン、モ
リブデンの炭化物などが挙げられる。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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】導体ペーストには、上記したように、金属
粒子に金属酸化物を添加し、抵抗発熱体を金属粒子およ
び金属酸化物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ま
たは炭化物セラミックと金属粒子とを密着させることが
できる。

【００８３】金属酸化物を混合することにより、窒化物
セラミックまたは炭化物セラミックと密着性が改善され
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、炭化物セラミックの表面は、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
クまたは炭化物セラミックとが密着するのではないかと
考えられる。

【００８４】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 _２Ｏ_３）、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。

【００８５】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また
は炭化物セラミックとの密着性を改善することができる
からである。

【００８６】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ
素（Ｂ_２Ｏ_３）、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
クとの密着性を改善することができる。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。

【００８７】また、抵抗発熱体として金属箔や金属線を
使用することもできる。上記金属箔としては、ニッケル
箔、ステンレス箔をエッチング等でパターン形成して抵
抗発熱体としたものが望ましい。パターン化した金属箔
は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよい。金属線とし
ては、例えば、タングステン線、モリブデン線等が挙げ
られる。

【００８８】また、抵抗発熱体を形成した際の面積抵抗
率は、０．１ｍΩ〜１０Ω／□が好ましい。面積抵抗率
が０．１ｍΩ／□未満の場合、発熱量を確保するため
に、抵抗発熱体パターンの幅を０．１〜１ｍｍ程度と非
常に細くしなければならず、このため、パターンのわず
かな欠け等で断線したり、抵抗値が変動し、また、面積
抵抗率が１０Ω／□を超えると、抵抗発熱体パターンの
幅を大きくしなければ、発熱量を確保できず、その結
果、パターン設計の自由度が低下し、加熱面の温度を均
一にすることが困難となるからである。

【００８９】抵抗発熱体がセラミック基板１１の表面に
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。

【００９０】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
などが挙げられる。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。

【００９１】抵抗発熱体１２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１２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
ール製の外部端子１３が挙げられる。

【００９２】なお、抵抗発熱体をセラミック基板１１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１１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
ールに端子が接続、固定されていてもよい。

【００９３】接続端子を接続する場合、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、０．１〜５０
μｍ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。

【００９４】上記支持容器は、外枠部と底部とが、一体
化されていてもよく、底部が外枠部に連結固定されてい
てもよいが、外枠部と底部とが、一体的に形成されてい
ることが望ましい。支持容器全体の強度を確保すること
ができるからである。また、上記支持容器には、中底板
を形成してもよい。

【００９５】上記外枠部は、円筒形状であることが望ま
しく、上記底部は、円板形状であることが望ましい。ま
た、上記外枠部および上記底部の厚みは、０．１〜５ｍ
ｍであることが望ましい。０．１ｍｍ未満では、強度に
乏しく、５ｍｍを超えると熱容量が大きくなるからであ
る。

【００９６】上記外枠部および上記底部は、加工等が容
易で機械的特性に優れるとともに、支持容器全体の強度
を確保できるように、ＳＵＳ、アルミニウム、インコネ
ル（クロム１６％、鉄７％を含むニッケル系の合金）等
の金属により構成されることが望ましい。なお、上記外
枠部と上記底部とが、一体化されていない場合、上記底
部には、遮熱性に優れるように、例えば、耐熱性樹脂、
セラミック板、これらに耐熱性の有機繊維や無機繊維が
配合された複合板等、余り熱伝導率が大きくなく、か
つ、耐熱性に優れたものを用いることも可能である。

【００９７】また、上記底板には、冷媒導入管が取り付
けてあることが望ましい。支持容器の内部に効率よく、
セラミックヒータを冷却するための強制冷却用の冷媒等
を導入することができるからである。さらに、上記底板
には、導入した強制冷却用の冷媒等を排出するための貫
通孔が形成されていることが望ましい。

【００９８】上記中底板は、配線等の固定や遮熱等を目
的として設けられるものであるが、上記ホットプレート
ユニットにおいて、支持容器に中底板は設けられていて
もよく、設けられていなくてもよい。また、上記中底板
には、底部に固定されている冷媒導入管、貫通孔等が形
成されていることが望ましい。

【００９９】次に、本発明の樹脂膜付ウエハおよび本発
明の樹脂膜付ウエハによる測定の対象となるホットプレ
ートユニットの製造方法について説明する。

【０１００】まず、本発明の樹脂膜付ウエハの製造方法
について説明する。

【０１０１】最初に、単結晶引き上げ装置を用いて形成
されたシリコン単結晶等のインゴットを、所定の厚さに
スライスして半導体ウエハ（シリコンウエハ）を作製す
る。

【０１０２】このようにして作製された半導体ウエハ
に、上述の構成からなる樹脂組成物を半導体ウエハ２９
に塗布するか、フィルム状に成形した樹脂組成物を圧着
したりすることにより未硬化の樹脂膜１６を形成する。
上記樹脂組成物を半導体ウエハ２９に塗布する場合に
は、予め粘度を調整した樹脂組成物の溶液をカーテンコ
ーター、ロールコーター、印刷等の方法を用いて塗布す
る。また、樹脂フィルムを圧着する場合には、予め半硬
化させてＢステージ状態にしておいた熱硬化性樹脂（熱
硬化性を有する感光性樹脂を含む）を含む樹脂組成物を
圧着したりすればよい。なお、圧着時には、必要に応じ
て、加熱処理を併用してもよい。

【０１０３】次に、セラミック基板１１の内部に抵抗発
熱体１２が形成されたセラミックヒータを有するホット
プレートユニット１００の製造方法について、図７に基
づいて説明する。

【０１０４】（１）セラミック基板の作製工程 まず、窒化物セラミック等のセラミックの粉末をバイン
ダ、溶剤等と混合してペーストを調製し、これを用いて
グリーンシート７０を作製する。

【０１０５】上述した窒化物等のセラミック粉末として
は、窒化アルミニウム等を使用することができ、必要に
応じて、イットリア等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃａを含む化
合物等を加えてもよい。また、バインダとしては、アク
リル系バインダ、エチルセルロース、ブチルセロソル
ブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種
が望ましい。

【０１０６】さらに溶媒としては、α−テルピネオー
ル、グリコールから選ばれる少なくとも１種が望まし
い。これらを混合して得られるペーストをドクターブレ
ード法でシート状に成形してグリーンシートを作製す
る。グリーンシートの厚さは、０．１〜５ｍｍが好まし
い。

【０１０７】（２）グリーンシート上に導体ペーストを
印刷する工程 グリーンシート７０上に、抵抗発熱体１２を形成するた
めの金属ペーストまたは導電性セラミックを含む導体ペ
ーストを印刷し、導体ペースト層１２０を形成し、貫通
孔にスルーホール１９用の導体ペースト充填層１９０を
形成する。これらの導電ペースト中には、金属粒子また
は導電性セラミック粒子が含まれている。

【０１０８】タングステン粒子またはモリブデン粒子の
平均粒子径は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒子が
０．１μｍ未満であるか、５μｍを超えると、導体ペー
ストを印刷しにくいからである。このような導体ペース
トとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック
粒子８５〜８７重量部；アクリル系、エチルセルロー
ス、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ば
れる少なくとも１種のバインダ１．５〜１０重量部；お
よび、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少
なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部を混合した組
成物（ペースト）が挙げられる。

【０１０９】（３）グリーンシートの積層工程 導体ペーストを印刷していないグリーンシート７０を、
導体ペーストを印刷したグリーンシート７０の上下に積
層する（図７（ａ）参照）。このとき、導体ペーストを
印刷したグリーンシート７０が積層したグリーンシート
の厚さに対して、底面から６０％以下の位置になるよう
に積層する。具体的には、上側のグリーンシートの積層
数は２０〜５０枚が、下側のグリーンシートの積層数は
５〜２０枚が好ましい。

【０１１０】（４）グリーンシート積層体の焼成工程 グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシ
ートおよび内部の導体ペーストを焼結させる（図７
（ｂ）参照）。また、加熱温度は、１０００〜２０００
℃が好ましく、加圧の圧力は、１０〜２０ＭＰａが好ま
しい。加熱は、不活性ガス雰囲気中で行う。不活性ガス
としては、例えば、アルゴン、窒素などを使用すること
ができる。

【０１１１】次に、得られた焼結体に、半導体ウエハ２
９を支持するためのリフターピンを挿入するリフターピ
ン用貫通孔１５、熱電対などの測温素子を埋め込むため
の有底孔１４、抵抗発熱体１２を外部端子１３と接続す
るためのスルーホール１９等を形成する。（図７（ｃ）
参照）

【０１１２】上述の貫通孔および有底孔を形成する工程
は、上記グリーンシート積層体に対して行ってもよい
が、上記焼結体に対して行うことが望ましい。焼結過程
において、変形するおそれがあるからである。

【０１１３】なお、貫通孔および有底孔は、表面研磨後
に、サンドブラスト等のブラスト処理を行うことにより
形成することができる。また、内部の抵抗発熱体１２と
接続するためのスルーホール１９に外部端子１３を接続
し、加熱してリフローする。加熱温度は、２００〜５０
０℃が好適である。

【０１１４】有底孔１４に測温素子としての熱電対（図
示せず）などを銀ろう、金ろうなどで取り付け、ポリイ
ミドなどの耐熱性樹脂で封止し、セラミックヒータ１０
の製造を終了する（図７（ｄ）参照）。さらに、図１に
示すような支持容器に、セラミックヒータ１０を支持、
固定して、ホットプレートユニット１００の製造を終了
する。

【０１１５】次に、セラミック基板の底面に抵抗発熱体
が形成されたセラミックヒータを有するホットプレート
ユニットの製造方法について、図８に基づいて説明す
る。

【０１１６】（１）セラミック基板の作製工程 上述した窒化アルミニウムや炭化珪素などの窒化物等の
セラミックの粉末に必要に応じてイットリア（Ｙ
_２Ｏ_３）やＢ_４Ｃ等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃａを含む化合
物、バインダ等を配合してスラリーを調製した後、この
スラリーをスプレードライ等の方法で顆粒状にし、この
顆粒を金型に入れて加圧することにより板状などに成形
し、生成形体（グリーン）を作製する。

【０１１７】次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結
させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定
の形状に加工することにより、セラミック基板５１を作
製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状
としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことによ
り、気孔のないセラミック基板５１を製造することが可
能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよい
が、窒化物セラミックや炭化物セラミックでは、１００
０〜２５００℃である。また、酸化物セラミックでは、
１５００〜２０００℃である。

【０１１８】さらに、ドリル加工を実施し、半導体ウエ
ハを支持するためのリフターピンを挿入するリフターピ
ン用貫通孔５５となる部分や熱電対などの測温素子を埋
め込むための有底孔５４となる部分を形成する。（図８
（ａ）参照）。

【０１１９】（２）セラミック基板に導体ペーストを印
刷する工程 導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からな
る粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリ
ーン印刷などを用い、抵抗発熱体５２を設けようとする
部分に印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成す
る。導体ペースト層は、焼成後の抵抗発熱体５２の断面
が、方形で、偏平な形状となるように形成することが望
ましい。

【０１２０】（３）導体ペーストの焼成 セラミック基板５１の底面に印刷した導体ペースト層を
加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒
子を焼結させ、セラミック基板５１の底面に焼き付け、
抵抗発熱体５２を形成する（図８（ｂ）参照）。加熱焼
成の温度は、５００〜１０００℃が好ましい。導体ペー
スト中に上述した酸化物を添加しておくと、金属粒子、
セラミック基板および酸化物が焼結して一体化するた
め、抵抗発熱体５２とセラミック基板５１との密着性が
向上する。

【０１２１】（４）金属被覆層の形成 次に、抵抗発熱体５２表面に、金属被覆層５２０を形成
する（図８（ｃ）参照）。金属被覆層５２０は、電解め
っき、無電解めっき、スパッタリング等により形成する
ことができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが
最適である。

【０１２２】（５）端子等の取り付け 抵抗発熱体５２のパターンの端部に電源との接続のため
の端子（外部端子）を半田で取り付ける。また、有底孔
５４に銀ろう、金ろうなどで熱電対（図示せず）を固定
し、ポリイミド等の耐熱樹脂で封止し、セラミックヒー
タの製造を終了する（図８（ｄ）参照）。さらに、図１
に示すような支持容器に、セラミックヒータを支持、固
定してホットプレートユニットの製造を終了する。

【０１２３】以上、本発明の樹脂膜付ウエハおよび上記
樹脂膜付ウエハを加熱するためのホットプレートユニッ
トの製造方法について説明したが、上記ホットプレート
ユニットの一部であるセラミックヒータは、セラミック
基板の表面または内部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ることにより静
電チャックとすることができる。また、表面にチャック
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、ウエハプローバに使用されるチャ
ックトップ板とすることができる。従って、本発明の樹
脂膜付ウエハは、セラミックヒータだけでなく、静電チ
ャックやウエハプローバに使用されるチャックトップ板
に載置することにより、これらの加熱時の温度も測定す
ることができる。なお、本発明の樹脂膜付ウエハによ
り、温度を測定することが可能な装置は、これらに限ら
れない。

【０１２４】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。

【０１２５】（実施例１） Ａ．樹脂膜付ウエハの製造 （１）ＤＭＤＧ（ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル）液に溶解させたクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂（日本化薬社製）のエポキシ基５０％をアクリル化し
た感光性付与のオリゴマー９５重量部、イミダゾール硬
化剤（四国化成社製、商品名：２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ）５重
量部を攪拌、混合して混合組成物を調製し、この混合組
成物に対して光重合開始剤としてベンゾフェノン（関東
化学社製）を１重量部、光増感剤としてミヒラーケトン
（関東化学社製）を０．５重量部加え、樹脂組成物Ａを
得た。

【０１２６】（２）単結晶引き上げ装置を用いて形成さ
れたシリコン単結晶等のインゴットを、所定の厚さにス
ライスすることにより製造された、直径３００ｍｍ、厚
さ０．５ｍｍのシリコンウエハに（１）で調整した樹脂
組成物Ａをロールコーターを用いて、３μｍの厚さで塗
布し、温度センサに用いる樹脂膜付ウエハを得た。

【０１２７】Ｂ．ホットプレートユニットの製造 （１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
０．６μｍ）１００重量部、アルミナ４重量部、アクリ
ル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部
および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコー
ル５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレ
ード法により成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリー
ンシートを作製した。

【０１２８】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、スルーホール１９となる部分を
パンチングにより設けた。

【０１２９】（３）平均粒径１μｍのタングステンカー
バイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重
量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散
剤０．３重量部を混合して導体ペーストＢを調製した。
平均粒径３μｍのタングステン粒子１００重量部、アク
リル系バインダ１．９重量部、α−テルピネオール溶媒
３．７重量部および分散剤０．２重量部を混合して導体
ペーストＣを調製した。

【０１３０】この導体ペーストＢをグリーンシート上に
スクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体用の導体ペースト
層１２０を形成した。印刷パターンは、最外周に同心円
が円周方向に分割され形成された円弧の繰り返しパター
ンと、その内側に同心円状のパターンとを形成した。さ
らに、外部端子１３を接続するためのスルーホール１９
となる部分に導体ペーストＣを充填し、充填層１９０を
形成した。

【０１３１】上記処理の終わったグリーンシートに、さ
らに、導体ペーストを印刷していないグリーンシートを
上側（加熱面）に３７枚、下側に１３枚積層し、１３０
℃、８ＭＰａの圧力で圧着して積層体を形成した（図７
（ａ）参照）。

【０１３２】（４）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５Ｍ
Ｐａで１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍのセラミッ
ク板状体を得た。これを２３０ｍｍの円板状に切り出
し、内部に厚さ６μｍ、幅１０ｍｍの抵抗発熱体１２を
有するセラミック板状体とした（図７（ｂ）参照）。

【０１３３】（５）次に、（４）で得られたセラミック
板状体にマスクを載置し、ＳｉＣ等によるブラスト処理
で表面に測温素子を挿通するための有底孔１４を設け、
また、ドリル加工により直径５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの
袋孔１８を形成した。

【０１３４】（６）次に、スルーホール１９が形成され
ている部分をえぐりとって袋孔１８とし（図７（ｃ）参
照）、この袋孔１８にＮｉ−Ａｕからなる金ろうを用
い、７００℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子
１３を接続させた（図７（ｄ）参照）。さらに、温度制
御のための熱電対（図示せず）を有底孔１４に埋め込
み、セラミックヒータ１０を得た。

【０１３５】（７）次に、図１に示したように、外枠部
２７（厚さ：２ｍｍ）と底部３２（厚さ：２ｍｍ）とが
一体化されたＳＵＳ製の支持容器３０を作製した。この
後、セラミックヒータ１０を、図１に示したように、断
熱リング２７ａを介して、８本のボルト２８ｂにより、
上述した構成の支持容器３０に支持し固定するととも
に、抵抗発熱体１２および測温素子２４からのリード線
を引き出し、ホットプレートユニット１００の製造を完
了した。

【０１３６】Ｃ．樹脂膜付ウエハの露光、現像処理 （１）上記Ｂの工程で製造されたホットプレートユニッ
ト１００の加熱面上に形成された支持ピン１７の上に上
記Ａの工程で製造された樹脂膜付ウエハ１を載置した。 （２）直径２５μｍの黒円が１００箇所に印刷されたフ
ォトマスクフィルムを樹脂膜上に密着させ、超高圧水銀
灯により、３００ｍＪ／ｃｍ²強度で露光処理を施し
た。 （３）ホットプレートユニット１００に通電することに
より、樹脂膜付ウエハ１を加熱し、未硬化の樹脂膜１６
を硬化させ、厚さ１５μｍの樹脂膜１６ａとした。 （４）樹脂膜１６ａをＤＭＤＧ溶液で現像処理し、シリ
コンウエハ表面の温度のばらつきを測定するための開口
２０を形成した（図２（ｂ）参照）。

【０１３７】Ｄ．検量線の作成 （１）加熱時にその面内温度が均一となるアルミニウム
プレート板上に、上記Ａの工程で製造された樹脂膜付ウ
エハ１を載置し、上記（２）〜（４）と同様の方法によ
り開口を形成した。 （２）上記（１）の工程を、アルミニウムプレートの加
熱温度を変化させながら、繰り返し行い、図４に示すよ
うな、開口の直径と、温度との関係を示す検量線を作成
した。

【０１３８】（実施例２） Ａ．樹脂膜付ウエハの製造 実施例１と同様の方法で樹脂組成物Ｄを調製した。その
後、直径３００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのシリコンウエハ
に樹脂組成物Ｄを、スピンコーターを用いて、３０μｍ
の厚さで塗布し、温度センサに用いる樹脂膜付ウエハを
得た。

【０１３９】Ｂ．ホットプレートユニットの製造 （１）窒化アルミニウム粉末（平均粒径：０．６μｍ）
１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４
重量部、アクリルバインダ１２重量部およびアルコール
からなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末
を作製した。

【０１４０】（２）次に、この顆粒状の粉末を金型に入
れ、平板状に成形して生成形体（グリーン）を得た。

【０１４１】（３）次に、この生成形体を１８００℃、
圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、厚さが３ｍｍの窒
化アルミニウム板状体を得た。次に、この板状体から直
径２３０ｍｍの円板体を切り出し、セラミック製の板状
体（セラミック基板５１）とした。このセラミック基板
５１にドリル加工を施し、熱電対を埋め込むための有底
孔５４を形成した（図８（ａ）参照）。

【０１４２】（４）上記（３）で得たセラミック基板５
１に、スクリーン印刷にて導体ペースト層を形成した。
印刷パターンは、最外周に、円周方向に分割された屈曲
線の繰り返しパターンからなる抵抗発熱体が形成され、
その内周に、同様の屈曲線の繰り返しパターンからなる
抵抗発熱体が形成され、さらに、その内周に、同心円状
からなる抵抗発熱体が形成されているパターンとした。
上記導体ペーストとしては、Ａｇ４８重量％、Ｐｔ２１
重量％、ＳｉＯ_２１．０重量％、Ｂ_２Ｏ_３２．２重量
％、ＺｎＯ４．１重量％、ＰｂＯ３．４重量％、酢酸エ
チル３．４重量％、ブチルカルビトール１７．９重量％
からなる組成のものを使用した。この導体ペーストは、
Ａｇ−Ｐｔペーストであり、銀粒子は、平均粒径が４．
５μｍで、リン片状のものであった。また、Ｐｔ粒子
は、平均粒子径０．５μｍの球状であった。

【０１４３】（５）さらに、発熱体パターンの導体ペー
スト層を形成した後、セラミック基板５１を７８０℃で
加熱、焼成して、導体ペースト中のＡｇ、Ｐｔを焼結さ
せるとともにセラミック基板５１に焼き付け、抵抗発熱
体５２を形成した（図８（ｂ）参照）。抵抗発熱体５２
は、厚さが５μｍ、幅が２．４ｍｍ、面積抵抗率が７．
７ｍΩ／□であった。

【０１４４】（６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン
酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、
ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水
溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作
製したセラミック基板１１を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱
体５２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）
５２０を析出させた（図８（ｃ）参照）。

【０１４５】（７）次に、電源との接続を確保するため
の外部端子を取り付ける部分に、スクリーン印刷によ
り、銀−鉛半田ペースト（田中貴金属社製）を印刷して
半田層（図示せず）を形成した。次いで、半田層の上に
コバール製の外部端子を載置して、４２０℃で加熱リフ
ローし、外部端子を抵抗発熱体５２の表面に取り付け
た。（図８（ｄ）参照）

【０１４６】（８）温度制御のための熱電対（図示せ
ず）をポリイミドで封止し、セラミックヒータを得た。

【０１４７】（９）次に、図１に示したような構成から
なるＳＵＳ製の支持容器３０を作製し、セラミックヒー
タを、支持、固定し、ホットプレートユニットの製造を
完了した。

【０１４８】Ｃ．樹脂膜付ウエハの露光、現像処理 実施例１のＣにおいて、直径２５μｍの黒円が１００箇
所に印刷されたフォトマスクフィルムを樹脂膜上に密着
させ、超高圧水銀灯により、３００ｍＪ／ｃｍ²強度で
露光処理を施した以外は、実施例１と同様にして、樹脂
膜５６ａにシリコンウエハ表面の温度のばらつきを測定
するための開口６０を形成した（図３（ａ）参照）。

【０１４９】実施例１および２で得られたホットプレー
トユニットに、複数の開口を有する樹脂膜が形成された
シリコンウエハを載置し、加熱した後、以下の方法でシ
リコンウエハ表面の温度と、温度のばらつきとを測定し
た。なお、温度のばらつきは、下記の式（１）に示した
ようにして計算した。 シリコンウエハ表面の温度のばらつき（％）＝〔（温度の測定値の最大または最 小値−温度の平均値）×１００〕／温度の平均値・・・・・（１）

【０１５０】シリコンウエハ表面の温度、および、温度
のばらつき測定方法 （１）開口の直径 樹脂膜に形成された複数の開口を走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）で撮影して、その直径を測定し、検量線である図
４のグラフから各開口部におけるシリコンウエハ表面の
温度を求めた。これらの値から、各開口部における温度
の平均値を算出し、上記（１）式により、シリコンウエ
ハ表面の温度のばらつきを測定した。

【０１５１】（２）残膜率 （ａ）現像処理前において、樹脂膜が形成されたシリコ
ンウエハの任意の端部からシリコンウエハの中心に向か
って５ｍｍの位置の厚さをマイクロメータで正確に測定
し、この厚さを基準の厚さとした。

【０１５２】（ｂ）形状測定器（キーエンス社製）を用
い、上記基準点を起点とし、シリコンウエハの中心を通
り他端部の手前５ｍｍまでの線状部について、現像処理
後の樹脂膜表面の凹凸を測定した。ここで、シリコンウ
エハの端部５ｍｍづつを除いたのは、未硬化の樹脂膜が
塗布されたシリコンウエハを載置し、加熱する際、この
部分は温度のばらつきが問題とならない部分であるから
である。

【０１５３】（ｃ）現像処理後の樹脂膜についても、
（ａ）〜（ｂ）と同様の測定を行うことにより、現像処
理前の測定箇所と同じ箇所の樹脂膜の厚さを測定した。

【０１５４】（ｄ）上記（ｂ）および上記（ｃ）で得ら
れた、現像処理前および現像処理後の樹脂膜の膜厚か
ら、現像処理前の樹脂膜の膜厚に対する現像処理後の樹
脂膜の膜厚の比（残膜率）を算出し、図５のグラフから
厚さの測定箇所におけるシリコンウエハ表面の温度を求
めた。これらの値から、各箇所における温度の平均値を
算出し、上記（１）式により、シリコンウエハ表面の温
度のばらつきを測定した。

【０１５５】（３）屈折率 樹脂膜の任意の１００箇所から、試験片を採取し、アッ
ベ屈折計を用いて、現像処理後の樹脂膜の屈折率を測定
した。なお、各測定箇所の間隔はなるべく均等になるよ
うにした。次に、図６のグラフから各箇所におけるシリ
コンウエハ表面の温度を求めた。これらの値から、各測
定箇所における温度の平均値を算出し、上記（１）式に
より、シリコンウエハ表面の温度のばらつきを測定し
た。

【０１５６】（４）熱電対による測定（比較例） 実施例１および２で使用したシリコンウエハの表面に、
半田を介して１００個の熱電対を取り付け、実施例１お
よび２のＢ．ホットプレートユニットの製造工程で製造
されたホットプレートユニットに載置した後、１４０℃
まで加熱し、各箇所におけるシリコンウエハ表面の温度
を測定した。これらの値から、各測定箇所における温度
の平均値を算出し、上記（１）式により、シリコンウエ
ハ表面の温度のばらつきを測定した。なお、熱電対の取
り付け位置は、（１）開口の直径、（２）残膜率、
（３）屈折率において、シリコンウエハ表面の温度を測
定した位置と同じとした。

【０１５７】（５）サーモビュアによる測定（比較例） 実施例１および２のＢ．ホットプレートユニットの製造
工程で製造されたホットプレートユニットについて、正
確な温度のばらつきを測定するために、サーモビュアを
使用し、加熱面の温度を測定した。すなわち、それぞれ
のホットプレートユニットを１４０℃まで加熱し、加熱
面の温度をサーモビュア（日本データム社製 ＩＲ−１
６−２０１２−００１２）により測定した。

【０１５８】なお、実施例１で使用したシリコンウエハ
およびホットプレートユニットについての上記（４）お
よび（５）の測定を比較例１とし、実施例２で使用した
シリコンウエハおよびホットプレートユニットについて
の上記（４）および（５）の測定を比較例２とした。こ
れらの値を表１に示した。

【０１５９】

【表１】

【０１６０】表１に示すように、実施例１および２にお
ける温度の平均値および温度のばらつきは、（１）開口
の直径、（２）残膜率、（３）屈折率による測定のいず
れの場合も、（５）サーモビュアによる測定の値に近い
ものであった。よって、本発明の樹脂膜付ウエハを用い
て、シリコンウエハ表面の温度、および、温度のばらつ
きを測定した場合、正確に測定を行うことができること
がわかった。よって、本発明の樹脂膜付ウエハによれ
ば、シリコンウエハの表面に、クーリングスポット等の
特異点が存在する場合であっても、容易に確認すること
ができることがわかった。また、（４）熱電対による測
定の値は、（１）開口の直径、（２）残膜率、（３）屈
折率、（５）サーモビュアによる測定の値と大きく異な
っていた。これは、シリコンウエハに熱電対を１００個
取り付けたため、熱電対自体の熱容量により、温度のば
らつきが大きくなってしまったと考えられる。

【０１６１】なお、（５）サーモビュアによる測定温度
が、シリコンウエハ表面の実際の温度を正確に示してい
ると考えられる。ただし、実施例１および２は、サーモ
ビュアによる温度測定が可能な条件で行ったが、本発明
の樹脂膜付ウエハによれば、サーモビュアによる温度測
定が困難な条件、例えば、セラミックヒータが蓋等で覆
われているような条件があっても、被測定体の温度、お
よび、温度のばらつきを測定することが可能である。

【０１６２】

【発明の効果】本発明によれば、半導体ウエハの表面
に、未硬化の樹脂膜を形成し、加熱等することにより、
半導体ウエハ表面の複数の箇所の温度を測定することが
可能となり、その結果、半導体ウエハの温度を測定する
ことが可能となり、結果的に半導体ウエハを加熱するセ
ラミックヒータ等の加熱面の温度、および、温度分布を
測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る樹脂膜付ウエハの実施の形態の一
例を模式的に示す断面図である。

【図２】図２（ａ）は、本発明に係る樹脂膜付ウエハを
露光、現像処理した後の一例を模式的に示す断面図であ
り、図２（ｂ）は、本発明に係る樹脂膜付ウエハを露
光、現像処理した後の一例を模式的に示す平面図であ
る。

【図３】図３（ａ）は、本発明に係る樹脂膜付ウエハを
露光、現像処理した後の別の一例を模式的に示す平面図
であり、図３（ｂ）は、本発明に係る樹脂膜付ウエハを
露光、現像処理した後に形成された開口を模式的に示す
部分拡大断面図である。

【図４】図４は、レジスト膜に形成された開口の直径と
シリコンウエハ表面の温度との関係を模式的に示したグ
ラフである。

【図５】図５は、現像処理後の残膜率および膜べり率と
シリコンウエハ表面の温度との関係を模式的に示したグ
ラフである。

【図６】図６は、現像処理後のレジスト膜の屈折率とシ
リコンウエハ表面の温度との関係を模式的に示したグラ
フである。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示したホットプレー
トユニットの一部であるセラミックヒータの製造工程を
模式的に示す断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は、ホットプレートユニットの
一部であるセラミックヒータの他の製造工程を模式的に
示す断面図である。

【符号の説明】

１ 樹脂膜付ウエハ １００ ホットプレートユニット １０ セラミックヒータ １１、５１ セラミック基板 １２、５２ 抵抗発熱体 １２０ 導体ペースト層 １３、５３ 外部端子 １４、５４ 有底孔 １６ 未硬化の樹脂膜 １６ａ、５６ａ 樹脂膜 １８ 袋孔 １９ スルーホール ２０ 開口 ２４ 測温素子 ３０ 支持容器 １２０ 導体ペースト層 １９０ 充填層 ５２０ 金属被覆層 ２９ シリコンウエハ ７０ グリーンシート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F056 CL01 TZ00 2G059 AA02 BB10 BB16 DD16 HH02 KK07 MM03 4M106 AA01 BA20 CA70

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハの表面に未硬化の樹脂膜が
   形成された温度センサに用いる樹脂膜付ウエハ。
2. 【請求項２】 前記未硬化の樹脂膜に露光処理を施し、
   被測定体上に該ウエハを載置し、さらに、被測定体によ
   り加熱、硬化させて樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜に
   現像処理を行うことにより、所定の位置に複数の開口を
   形成し、前記開口の直径から、半導体ウエハ表面の温度
   を測定する請求項１記載の温度センサに用いる樹脂膜付
   ウエハ。
3. 【請求項３】 前記未硬化の樹脂膜に露光処理を施し、
   被測定体上に該ウエハを載置し、さらに、被測定体によ
   り加熱、硬化させて樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜の
   位置と現像処理前の樹脂膜の厚さに対する現像処理後の
   樹脂膜の厚さの比とから、半導体ウエハ表面の温度を測
   定する請求項１に記載の温度センサに用いる樹脂膜付ウ
   エハ。
4. 【請求項４】 前記未硬化の樹脂膜に露光処理を施し、
   被測定体上に該ウエハを載置し、さらに、被測定体によ
   り加熱、硬化させて樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜の
   現像処理後の屈折率から、半導体ウエハの表面の温度を
   測定する請求項１に記載の温度センサに用いる樹脂膜付
   ウエハ。