JP4651362B2 - 基板熱処理炉用の測温基板 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶用ガラス基板等の薄板状精密基板を熱処理する際の測温用として使用する基板熱処理炉用の測温基板に関する。

半導体ウエハや液晶用ガラス基板等の薄板状精密基板（以下、単に「基板」と称する。）の製造過程では、熱処理炉において基板に対する熱処理が施される。このような熱処理工程では基板に対する熱処理を均一に行う必要があるため、従来、実際に製品となる実基板と同形同材で、かつ、その表面に多数の凹部を設け、凹部のそれぞれに熱電対を植設した測温用のダミー基板を用いることにより、実基板の熱処理に先立ち、実基板を熱処理する際の温度分布をシミュレーションする技術が知られている。この際、凹部に所定間隔をあけて一対の挿通孔を開設し、一対の熱電対素線のそれぞれを一対の挿通孔に挿通せしめた状態で、凹部に充填した耐熱固着剤中に熱電対の温接点部を埋設した構成が公知である（例えば、本出願人が先に提案した特許文献１）。
特開平１１−５１７７６号公報

しかし、上記の従来技術は、ダミー基板の凹部に熱電対の温接点部が重なるように載置した状態で、該凹部に耐熱固着剤を充填した構成であるため、ダミー基板の肉厚が薄くなると凹部も浅底になるので、熱電対の温接点部が基板表面から突出してしまい、熱処理炉においてダミー基板を均一に加熱できなくなる。このため、ダミー基板の温度分布が、実基板を熱処理する際の温度分布と異なる場合を生じるおそれがある。

しかも、従来技術の場合、一対の挿通孔にそれぞれ熱電対素線を挿通させ、該熱電対素線を凹部の底面に接触させた状態において、熱電対素線の先端に膨隆する玉状の温接点部は、凹部の開口方向に向いた姿勢で耐熱固着剤に埋入される。従って、温接点部は、凹部の底面に対面状態で接触していないので、必ずしもダミー基板の当該被測温点を正確に測温しているとは言い難い。

この点に関して、温接点部を凹部の底面に対面させれば前記問題を解決できるが、この場合、熱電対素線を一対の挿通孔に挿通せしめたとき、玉状に膨隆した温接点部から延びる熱電対素線が凹部の底面から浮き上がるので、凹部に充填した耐熱固着剤が凹部の底面と熱電対素線の間に好適に浸入せず、巣を形成してしまうおそれがあり、この場合、凹部の底面の熱が熱電対素線に良好に伝達されない。

本発明は、上述のような課題を解決し、実基板を熱処理する際の温度分布を正確に測定し得る基板熱処理炉用の測温基板を提供するものである。

そこで、本発明が手段として構成したところは、実基板と同形同材のダミー基板と、該ダミー基板の表面に点在する多数の凹部と、前記凹部に対応する多数の熱電対とから成り、該熱電対は、一対の熱電対素線の先端から玉状に膨隆する温接点部を設けており、前記凹部の底部に相互に間隔をあけて貫通する一対の挿通孔を開削し、一対の挿通孔に一対の熱電対素線をそれぞれ挿通させると共に、熱電対の温接点部を凹部に臨ませた状態で該凹部に耐熱固着剤を充填することにより、熱電対素線を凹部に埋設した構成において、前記一対の挿通孔の間に位置して前記凹部の底部を貫通する収容孔を形成しており、前記凹部から収容孔に向けて玉状の温接点部を嵌入することにより、該温接点部の周面を収容孔の内周壁に近接させると共に、一対の熱電対素線を凹部の底面に密接せしめて成る点にある。

本発明の実施形態において、前記一対の挿通孔は、ほぼ円形に形成された凹部の直径線上に位置して該凹部の周縁近傍に設けられ、前記収容孔は、前記直径線の中点において該直径線に直交する線上に位置し且つ凹部の周縁近傍に設けられているのが好ましい。

本発明によれば、熱電対素線４ｂ、４ｂの先端に玉状に膨隆する温接点部４ａを凹部２の内側で一対の挿通孔８ｂ、８ｂの間に位置して該凹部２の底部を貫通する収容孔８ａに嵌入し、これにより、該温接点部４ａの周面を収容孔８ａの内周壁に近接させた構成であるから、温接点部４ａが点による測温ではなく、周囲の広い面積でダミー基板１を測温できるという効果がある。しかも、温接点部４ａは、収容孔８ａに嵌入されており、凹部２からダミー基板１の表面に向けて突出しないので、ダミー基板１の肉厚を薄くすることが可能になり、ダミー基板１でありながら実基板に等しい温度分布が得られるという効果がある。

更に、温接点部４ａを収容孔８ａに嵌入しているので、一対の挿通孔８ｂ、８ｂから熱電対素線４ｂ、４ｂを引き出した状態で、一対の熱電対素線４ｂ、４ｂは、凹部２の底面に密接せしめられる。このため、熱電対素線４ｂ、４ｂにより凹部２の底面に伝達される熱を良好に受けさせることができ、温接点部４ａによる被測温点の正確な測温を助けることができるという効果がある。

そして、本発明の実施形態によれば、収容孔を凹部の周縁近傍に設けた構成であるから、温接点部による被測温点は、凹部を有する薄肉部に位置しながらも、ダミー基板の所定の肉厚部に接した個所とされるので、これにより、実基板の温度分布を正確に反映したダミー基板の測温が可能になる。

しかも、本発明の実施形態によれば、一対の挿通孔は、ほぼ円形に形成された凹部の直径線上に位置して該凹部の周縁近傍に設けられ、収容孔は、該直径線の中点において該直径線に直交する線上に位置し且つ凹部の周縁近傍に設けられているので、凹部の底面に敷設される熱電対素線の距離を最大限に長く形成することが可能である。従って、凹部の内部で熱電対素線に対する耐熱固着剤の固着面積が大きくなり、該熱電対素線の固着状態が安定すると共に、凹部の底面から熱電対素線に対する熱伝導が良好になる。

更に、収容孔と一対の挿通孔を二等辺三角形の頂点に位置して形成する構成であるから、ダミー基板の凹部に位置する薄肉部分が割れにくく、取り扱いが容易であると共に、凹部の直径を小さく形成することができるので、ダミー基板に形成すべき凹部の数を増加することが可能になり、より多くの測温点を確保した測温基板を提供することができる。

以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。

本実施形態においては、測温基板として、実基板（実際に製品となる真正な半導体ウエハや液晶用ガラス基板等の薄板状精密基板）と同材質で、かつ、同一形状（同一肉厚、同一輪郭形状）のダミー基板が用いられる。尚、以下、実基板が半導体ウエハとされた場合について説明するが、本発明がこれに限定されるものでないことは勿論である。

図１において、ダミー基板１の表面１ａには、多数の凹部２が点在するように形成されている。例えば、ダミー基板表面１ａのほぼ中心に位置する凹部２ａと、前記凹部２ａを中心とする所定半径の円周上に所定間隔をあけて配置された複数の凹部２ｂが形成されている。図例の場合、中心部の凹部２ａと、ダミー基板１の周縁部に設けられた４個の凹部２ｂとの合計５個の凹部２がほぼ均等に分散配置されており、これら５個の凹部２に対応して、後述する熱電対が設けられ、ダミー基板１の全体にわたる温度分布を測定可能となるように構成している。尚、ダミー基板表面１ａに設ける測温点の数は５点に限定されるものではなく、５点未満であっても構わないし、５点を超えるものであっても構わない。また、その配置態様が図例に限定されるものではない。

前記凹部２のそれぞれには熱電対４の温接点部が挿入され、その状態で、該凹部２に耐熱固着剤を充填し、該耐熱固着剤中に温接点部を埋設する。凹部２の底面には、温接点部を収容するための収容孔が設けられると共に、一対の熱電対素線４ｂを挿通するための一対の挿通孔が貫通形成される。そして熱電対４を凹部２に植設する場合、温接点部を凹部２の底面に設けられた収容孔に嵌入し、一対の熱電対素線４ｂのそれぞれを一対の挿通孔に挿通せしめた状態とする。各凹部２に植設される温接点部から延びる一対の熱電対素線４ｂは、コネクタ５に導かれ、そこで補償導線６に接続される。尚、挿通孔から挿出された熱電対素線４ｂや補償導線６は、適宜、耐熱性の被覆材により被覆しても良い。

半導体ウエハの場合、通常、基板の熱処理炉は、炉内温度が８００〜１０００℃であるため、樹脂系接着剤では炉内温度に耐え得ない。このため、前記耐熱固着剤は、無機質の耐熱セメントが好ましく、特に、シリカ及びアルミナを主成分とする耐熱セメントを用いれば、熱膨張率が低く耐剥離性に優れ、粘度が高いため乾燥が早く、しかも、約１６００℃の耐熱温度を満足する。

半導体ウエハ用のダミー基板１は、例えば、単結晶シリコンインゴットからスライス切断された直径２００mmφ、厚さ０．７６mmの薄肉円板状であり、前記凹部２は、ダミー基板１の表面を座ぐり加工することにより、所定数の円形凹部を構成する。そして凹部底面には、相互に間隔をあけて貫通する一対の挿通孔を開削すると共に、一対の挿通孔のそれぞれから等距離となる位置に収容孔を開削する。この際、収容孔は、図例のように貫通孔により形成しても良いが、底部を有する凹状の有底孔により形成しても良い。そして、熱電対の温接点部を凹部２の底面に形成された収容孔に嵌入せしめると共に、一対の熱電対素線４ｂのそれぞれを一対の挿通孔に挿通せしめた状態で、該凹部２に耐熱固着剤が充填され固化せしめられる。この際、凹部２に充填された耐熱固着剤の表面とダミー基板の表面とを平坦とすることが好ましい。

（第１実施例）
図２は、凹部２に対する熱電対４の植設態様の第１実施例を示す図であり、（Ａ）は凹部２の近辺を拡大した平面図を、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ-Ｉ断面であって、凹部２に対し
て熱電対４を植設する際の途中段階を、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩ-Ｉ断面であって、凹部 ２に対して熱電対４を植設し固着させた状態を示している。

この実施例では、凹部２の底部には、該凹部２の直径線Ｌ１上にほぼ一列状に３つの貫通孔８が開削され、このうち凹部２の底面中心部に形成された貫通孔８は熱電対４の温接点部４ａを収容する収容孔８ａを構成し、また凹部２の周縁の近傍位置に形成された一対の貫通孔８は一対の挿通孔８ｂ、８ｂを構成する（図２（Ａ）参照）。従って、収容孔８ａは、一対の挿通孔８ｂ、８ｂのそれぞれから等距離となる位置に形成されている。

このような凹部２に対して熱電対４を植設する際、一対の熱電対素線４ｂ、４ｂの先端から玉状に膨隆する温接点部４ａを収容孔８ａに向けて突出させた状態とし、一対の熱電対素線４ｂ、４ｂをダミー基板１の表面１ａの側から一対の挿通孔８ｂに挿入して裏面１ｂの側に挿出せしめる（図２（Ｂ）参照）。そして温接点部４ａを収容孔８ａに嵌入した状態で、温接点部４ａから延びる一対の熱電対素線４ｂ、４ｂを凹部２の底面に密接せしめると共に、熱電対素線４ｂ、４ｂの余剰部分をさらに裏面１ｂに引き出す。その状態で、凹部２に耐熱固着剤９を充填し固化させ、凹部２の内部で温接点部４ａと共に熱電対素線４ｂ、４ｂを該耐熱固着剤９に埋設する（図２（Ｃ）参照）。

この第１実施例によれば、熱電対４を植設する凹部２の底部中央に収容孔８ａが形成されており、その収容孔８ａに温接点部４ａを嵌入して熱電対４を固着できるので、ダミー基板１の肉厚が薄くなっても、温接点部４ａがダミー基板１の表面から突出することはなく、熱処理炉においてダミー基板を熱処理することにより、実基板に則した温度分布が得られ、正確な測温が可能になる。

特に温接点部４ａを収容孔８ａに嵌入して固着することにより、温接点部４ａが収容孔８ａの内側壁と近接するので、温接点部４ａが周囲の広い面積でダミー基板１を測温できるようになり、正確な測温値が得られる。

しかも、この第１実施例によれば、温接点部４ａを収容孔８ａに嵌入した状態で、熱電対素線４ｂ、４ｂを裏面１ｂ側から引き出すように構成してあるので、一対の熱電対素線４ｂ、４ｂを凹部２の底面に密接させた状態に固着できる。その結果、熱電対素線４ｂ、４ｂによって、ダミー基板１の凹部２の底面に伝達される熱を受けることができ、正確な測温が可能である。

（第２実施例）
図３は、凹部２に対する熱電対４の植設態様の第２実施例を示す図であり、（Ａ）は凹部２の近辺を拡大した平面図（熱電対４の取り付け前の状態）を、（Ｂ）は（Ａ）におけるII-II断面であって、凹部２に対して熱電対４を植設する際の途中段階を、（Ｃ）は（Ａ）に
おけるII-II断面であって、凹部２に対して熱電対４を植設して固着させた状態を、（Ｄ） は凹部２に対して熱電対４を植設した状態の拡大平面図を示している。

この実施例でも、ダミー基板１の表面１ａに設けられた凹部２の底部には、該凹部２の直径方向に位置し、かつ凹部２の周縁近傍に位置して形成された一対の貫通孔８が挿通孔８ｂ、８ｂとして設けられ、それら一対の挿通孔８ｂから等距離となる位置に収容孔８ａとなる貫通孔８が形成されており、この点は第１実施例と同様であるが、一対の挿通孔８ｂ、８ｂは、凹部の直径線Ｌ１上に位置して該凹部２の周縁近傍に設けられ、収容孔８ａは、前記直径線Ｌ１の中点において該直径線に直交する線Ｌ２上に位置し且つ凹部２の周縁近傍に設けられている。従って、収容孔８ａと一対の挿通孔８ｂ、８ｂとが平面視で二等辺三角形の頂点を構成し、収容孔８ａと各挿通孔８ｂとの距離が第１実施例の場合に比して長くなるように開設されている。尚、収容孔８ａ及び一対の挿通孔８ｂ、８ｂの３つの貫通孔８は、凹部２の内側縁に沿う位置で且つ互いになるべく離れた位置に形成するのが好ましく、例えば、正三角形の頂点に位置するように配置しても良い。

また第２実施例でも、ダミー基板１は、例えば、単結晶シリコンインゴットからスライス切断された直径２００mmφ、厚さ０．７６mmの薄肉円板状であるが、前記凹部２は例えば座ぐり加工により直径２mmφの円形凹部として構成することができる。そして凹部２の底面には、凹部周縁部に相互に間隔をあけて貫通する直径０．５mmφ程度の一対の挿通孔８ｂ、８ｂを開削すると共に、一対の挿通孔８ｂ、８ｂのそれぞれから等距離となる凹部周縁部の位置に同じく直径０．５mmφ程度の収容孔８ａを開削する。

このような凹部２に対して熱電対４を植設する際には、第１実施例と同様の手順がなされる。即ち、温接点部４ａを収容孔８ａに向けて突出させた状態とし、一対の熱電対素線４ｂをダミー基板１の表面１ａの側から一対の挿通孔８ｂに挿入して裏面１ｂの側に挿出せしめる（図３（Ｂ）参照）。そして温接点部４ａを収容孔８ａに嵌入した状態とし、その状態で一対の熱電対素線４ｂ、４ｂの余剰部分をさらに裏面１ｂに引き出すことにより、熱電対素線４ｂ、４ｂを凹部２の底面に密接状態とし、凹部２に耐熱固着剤９を充填し、固化させることにより、温接点部４ａと共に熱電対素線４ｂ、４ｂを凹部２の内部に埋設する（図３（Ｃ）（Ｄ）参照）。

第２実施例においても、熱電対４を植設する凹部２の周縁部に収容孔８ａが形成されており、その収容孔８ａに温接点部４ａを嵌入して熱電対４を固着できるので、ダミー基板１の肉厚が薄くなっても、温接点部４ａがダミー基板１の表面から突出することがなくなり、熱処理炉においてダミー基板を熱処理することにより、実基板に則した温度分布が得られ、正確な測温が可能になる。

特に、この第２実施例では、温接点部４ａが凹部２の周縁に近接して設けられるので、ダミー基板１の厚肉部分の温度が測定できるようになり、第１実施例に比べて測温精度が向上する。

しかも、第２実施例では、収容孔８ａと一対の挿通孔８ｂ、８ｂとを凹部２の内周側面に沿って配置することにより、各貫通孔８が三角形の頂点を構成するので、凹部２の底面に敷設される熱電対素線４ｂ、４ｂの配線長を第１実施例よりも長くすることができる。そのため、耐熱固着剤９によって固定される熱電対素線４ｂの表面積が増加し、第１実施例と比較した場合、熱電対４をより安定して固定できるようになる。

また、この第２実施例では、凹部２の底面に密接状に敷設される熱電対素線４ｂ、４ｂの配線長が第１実施例よりも長くなるので、熱電対素線４ｂがダミー基板１の凹部の底面に伝達される熱を長い素線４ｂ、４ｂにより良好に受けることができ、第１実施例よりも正確な測温が可能になる。

更に、第２実施例では、凹部２に形成される貫通孔８の相互間隔が大きくなるので、凹部２の直径を同一径とする場合は、第１実施例に比して、貫通孔８の開削による凹部２の亀裂発生等の破損可能性を低減することができ、割れ難く、取り扱い易いダミー基板１が得られる。

一方、前述のように凹部２に形成される貫通孔８の相互間隔が大きくできるので、同一径の貫通孔８を形成する場合でも、第１実施例に比して、凹部２の直径を小さくしても３個の貫通孔８を形成することができるので、ダミー基板１の表面により多くの凹部２による測温点を設けることができる点で有利である。

本発明の１実施態様を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第１実施例を示し、（Ａ）は凹部近辺を拡大した平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ-Ｉ断面であって凹部に対して熱電対を植設する際の途中段階を示す図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩ-Ｉ断面であって凹部に対して熱電対を植設して固着させた状態を示す図であ る。 本発明の第２実施例を示し、（Ａ）は凹部近辺を拡大した平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるII-II断面であって凹部に対して熱電対を植設する際の途中段階を示す図、（Ｃ）は（Ａ）におけるII-II断面であって凹部に対して熱電対を植設して固着させた状態を示す図、（ Ｄ）は凹部に対して熱電対を植設した状態の拡大平面図である。

符号の説明

１ ダミー基板
２ 凹部
４ 熱電対
４ａ 温接点部
４ｂ 熱電対素線
８ 貫通孔
８ａ 収容孔
８ｂ 挿通孔
９ 耐熱固着剤

Claims (2)

1. 実基板と同形同材のダミー基板(1)と、該ダミー基板の表面に点在する多数の凹部(2)と、前記凹部に対応する多数の熱電対(4)とから成り、該熱電対(4)は、一対の熱電対素線(4b)(4b)の先端から玉状に膨隆する温接点部(4a)を設けており、前記凹部(2)の底部に相互に間隔をあけて貫通する一対の挿通孔(8b)(8b)を開削し、一対の挿通孔に一対の熱電対素線(4b)(4b)をそれぞれ挿通させると共に、熱電対の温接点部(4a)を凹部(2)に臨ませた状態で該凹部に耐熱固着剤(9)を充填することにより、熱電対素線(4b)(4b)を凹部(2)に埋設した構成において、
   前記一対の挿通孔(8b)(8b)の間に位置して前記凹部(2)の底部を貫通する収容孔(8a)を形成しており、
   前記凹部(2)から収容孔(8a)に向けて玉状の温接点部(4a)を嵌入することにより、該温接点部(4a)の周面を収容孔(8a)の内周壁に近接させると共に、一対の熱電対素線(4b)(4b)を凹部(2)の底面に密接せしめて成ることを特徴とする基板熱処理炉用の測温基板。
2. 前記一対の挿通孔は、ほぼ円形に形成された凹部の直径線上に位置して該凹部の周縁近傍に設けられ、前記収容孔は、前記直径線の中点において該直径線に直交する線上に位置し且つ凹部の周縁近傍に設けられて成ることを特徴とする請求項１記載の基板熱処理炉用の測温基板。

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