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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-27
(45)【発行日】2022-11-07
(54)【発明の名称】温度測定装置
(51)【国際特許分類】
G01K 1/14 20210101AFI20221028BHJP
【ＦＩ】
G01K1/14 E
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019002510
(22)【出願日】2019-01-10
(65)【公開番号】P2020112401
(43)【公開日】2020-07-27
【審査請求日】2021-12-08
(73)【特許権者】
【識別番号】519010282
【氏名又は名称】亀井 謙治
(73)【特許権者】
【識別番号】596099963
【氏名又は名称】株式会社ニットー冷熱製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001069
【氏名又は名称】特許業務法人京都国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100101753
【弁理士】
【氏名又は名称】大坪 隆司
(72)【発明者】
【氏名】亀井 謙治
(72)【発明者】
【氏名】大栗 修
【審査官】公文代 康祐
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１５３２３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０５９１３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１２２０９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２０９７９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０８４８９６２７（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｋ １／００－１９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板処理装置の性能測定を行うための温度測定装置において、前記基板処理装置の処理部に配設される温度測定用基板と、
前記温度測定用基板上に配設された複数の温度センサと、
前記複数の温度センサの信号線と温度計測装置とを接続する複数の中継線と、
前記複数の温度センサを前記温度測定用基板に固定する複数のセンサホルダーと、
を備え、
前記センサホルダーは、
複数の孔部が形成されたプレート部と、
前記プレート部における前記温度測定用基板とは逆側に付設された前記温度センサの信号線と前記中継線とを支持するための支持部と、
を有することを特徴とする温度測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の温度測定装置において、前記支持部は、前記温度センサの信号線または前記中継線の少なくとも一方が巻回され、前記温度センサの信号線と前記中継線とが接続されることにより、前記温度センサの信号線と前記中継線とを支持する温度測定装置。
【請求項3】
請求項２に記載の温度測定装置において、前記センサホルダーにおける支持部は、前記プレート部上に立設された支柱部と、
前記支柱部における前記プレート部とは逆側の端部に形成されたフランジ部と、
を備える温度測定装置。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の温度測定装置において、前記センサホルダーは、三次元造形により作成されたセラミックである温度測定装置。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の温度測定装置において、前記複数の中継線を束ねた状態で前記温度測定用基板に固定する束線固定部をさらに備え、
当該束線固定部は、
前記温度測定用基板上に配設された金属製のメッシュ部材と、
前記複数の中継線を前記メッシュ部材との間で挟持するプレートと、
前記温度測定用基板と前記プレートとを連結する連結部材と、
を備える温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
この発明は、基板処理装置の性能測定に使用する温度測定装置に関する。
【技術分野】
【0002】
例えば、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板あるいは半導体製造装置用マスク基板等の基板を熱処理する熱処理装置においては、ホットプレートやクールプレート等の熱処理プレート上に基板を載置して熱処理を実行している。このような場合には、熱処理される基板の温度を測定する必要がある。このような処理中の基板の温度の測定は、熱処理装置のみではなく、フォトレジストを塗布するコータや、フォトレジストの現像処理を行うデベロッパにおいても必要となる場合がある。
【0003】
ところで、このような基板の温度測定を行う場合、実際に処理を実行中の基板の温度を測定することは困難である。このため、一般的には、白金抵抗体や熱電対等の温度検知部材を使用した温度センサを温度測定用基板に埋め込み、この温度測定用基板を熱処理装置等の基板処理装置の処理部に設置して、この温度測定用基板の温度を測定することにより、基板処理装置により処理される基板の温度を測定するようにしている。
【0004】
特許文献１には、基板に形成された凹部に対して温度センサを接着し、この凹部に埋込用樹脂を充填した構成の温度測定装置が開示されている。この特許文献１に記載された温度測定装置においては、絶縁薄板と導電性フィルムを積層したボンディング・パッドを接着剤により基板上に接着し、このボンディング・パッドを利用して温度センサの信号線と、この信号線の信号を温度計測部に送信するための中継線とを接続する構成が採用されている。
【0005】
また、特許文献２には、基板に形成された凹部内に温度を配置するとともに、この温度センサの上面に温度センサの信号線を接続し、温度センサと信号線とを冷間溶着剤により固定する温度測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特許第４８１４４２９号公報
【文献】特開平１０－９９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１に記載されたように、温度センサからの信号線と中継線とをボンディング・パッドを利用して接続し、このボンディング・パッドを基板上に接着する構成を採用する場合においては、ボンディング・パッドを耐熱性のある材料で構成する必要があるが、温度測定装置により測定する温度が例えば摂氏４００度を超えるような場合にはその材質の選定が困難となる。また、温度センサとボンディング・パッドとを個別に基板上に接着する必要があることから、基板上での接着作業時には、温度センサからの信号線の切断を防止しながら作業を行う必要があり、その作業が煩雑なものとなる。
【0008】
一方、特許文献２に記載されたように、温度センサに中継線を直接接続した場合には、構成が簡易なものとなり温度センサの設置作業も簡便とはなるが、温度測定装置を移動するときや、温度測定装置を基板処理装置に設置するときに、温度センサや温度センサと中継線との接続部に中継線を介して機械的ストレスが付与され、断線等が生じやすいという問題がある。
【0009】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成でありながら、温度センサにおける信号線と中継線とを容易かつ確実に接続することができ、装置を移動させた場合においても温度センサに対して機械的ストレスが付与されることがない温度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項１に記載の発明は、基板処理装置の性能測定を行うための温度測定装置において、前記基板処理装置の処理部に配設される温度測定用基板と、前記温度測定用基板上に配設された複数の温度センサと、前記複数の温度センサの信号線と温度計測装置とを接続する複数の中継線と、前記複数の温度センサを前記温度測定用基板に固定する複数のセンサホルダーと、を備え、前記センサホルダーは、多数の孔部が形成されたプレート部と、前記プレート部における前記温度測定用基板とは逆側に付設された前記温度センサの信号線と前記中継線とを支持するための支持部と、を有することを特徴とする。
【0011】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記支持部は、前記温度センサの信号線または前記中継線の少なくとも一方が巻回され、前記温度センサの信号線と前記中継線とが接続されることにより、前記温度センサの信号線と前記中継線とを支持する。
【0012】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記センサホルダーにおける支持部は、前記プレート部上に立設された支柱部と、前記支柱部における前記プレート部とは逆側の端部に形成されたフランジ部と、を備える。
【0013】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記センサホルダーは、三次元造形により作成されたセラミックである。
【0014】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記複数の中継線を束ねた状態で前記温度測定用基板に固定する束線固定部をさらに備え、当該束線固定部は、前記温度測定用基板上に配設された金属製のメッシュ部材と、前記複数の中継線を前記メッシュ部材との間で挟持するプレートと、前記温度測定用基板と前記プレートとを連結する連結部材と、を備える。
【発明の効果】
【0015】
請求項１に記載の発明によれば、温度センサの信号線や中継線をセンサホルダーの支持部において支持することにより、組み立て作業を容易とし、温度センサの信号線や中継線にストレスがかかることを防止することが可能となる。また、センサホルダーのプレート部に形成された孔部により、温度センサやセンサホルダーを基板に接着するときに、温度センサの位置決めやセンサホルダーの接着を良好に実行することが可能となる。
【0016】
請求項２に記載の発明によれば、温度センサの信号線や中継線を支柱部において容易に支持することが可能となる。
【0017】
請求項３に記載の発明によれば、支柱部におけるプレート部とは逆側の端部に形成されたフランジ部を利用することにより、温度センサの信号線と中継線との接続を容易に実行することが可能となる。
【0018】
請求項４に記載の発明によれば、比較的小型のセンサホルダーを精度よく作成することができ、また、高い耐熱性を得ることが可能となる。
【0019】
請求項５に記載の発明によれば、メッシュ部材の作用により、束ねられた複数の中継線を良好に固定でき、また、中継線への熱の影響を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】この発明に係る温度測定装置を温度計測装置２とともに示す概要図である。
【図2】この発明の第１実施形態に係るセンサホルダー３を、温度センサ４等とともに示す図である。
【図3】この発明の第２実施形態に係るセンサホルダー３を、温度センサ４等とともに示す図である。
【図4】結線固定部５の側断面図である。
【図5】結線固定部５の束線２０とメッシュ部材５１等の配置を示す平面図である。
【図6】他の実施形態に係る結線固定部５の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る温度測定装置を温度計測装置２とともに示す概要図である。
【0022】
この温度測定装置は、ホットプレート等の基板処理装置の性能測定を行うときに、後述する複数の温度センサにより測定した温度を経時的に計測するための温度計測装置２と接続されて使用されるものであり、半導体ウエハにより構成され基板処理装置の処理部に配設される温度測定用基板Ｗと、この温度測定用基板Ｗ上に複数の温度センサを配設するための複数のセンサホルダー３と、複数の温度センサの信号線と温度計測装置２とを接続する複数の中継線１０と、複数の中継線１０を束ねた束線２０を温度測定用基板Ｗに固定する結線固定部５と、を備える。
【0023】
センサホルダー３は、温度センサ４を温度測定用基板Ｗに固定するとともに、温度センサ４の信号線４１を中継線１０と連結するために使用されるものであり、温度測定用基板Ｗ上に複数個（この実施形態においては９個）配設されている。中継線１０は中央のセンサホルダー３付近で束ねられて束線２０となり、結線固定部５において温度測定用基板Ｗに固定された上で、温度計測装置２に連結される。
【0024】
図２は、この発明の第１実施形態に係るセンサホルダー３を、温度センサ４等とともに示す図である。ここで、図２における（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面を示し、（ｃ）は（ａ）の側面を示し、（ｄ）は（ａ）のＡ－Ａ断面を示している。
【0025】
このセンサホルダー３は、温度測定用基板Ｗに形成された凹部９０内に配置される温度センサ４を上部から覆った状態で、温度測定用基板Ｗに対して図示を省略した接着剤により接着されるものである。このセンサホルダー３は、プレート部３１と、このプレート部３１における温度測定用基板Ｗとは逆側に付設された支持部とを有する。この支持部は、プレート部３１上に立設された支柱部３４と、この支柱部３４におけるプレート部３１とは逆側の端部に形成されたフランジ部３５とから構成される。プレート部３１には、一対の大径の孔部３２と多数の小径の孔部３３とが形成されている。
【0026】
このセンサホルダー３は、三次元造形により作成されたセラミックから構成される。この三次元造形とは、セラミック３Ｄ造形とも呼称されるものであり、比較的小型のセンサホルダー３を精度よく作成することができる技術である。この三次元造形においては、最初に、攪拌機を用いてセラミック粉体とＵＶ硬化樹脂を混ぜ合わせてスラリー状にした上で造形装置にセットする。そして、三次元ＣＡＤデータをスライスデータに変換した上で、造型機で各層毎にスラリー材料を塗布し、レーザビームを照射して三次元造形物を作成する。そして、未硬化の樹脂を洗浄除去した上で、脱脂炉にて樹脂成分を除去した後、焼成して完成する。完成後のセンサホルダー３は、焼成済みのセラミックから構成されることから、高い耐熱性を有する。また、金属材料を使用しないことから、半導体装置等で問題となる金属汚染のリスクも小さくなる。
【0027】
なお、この実施形態に係る温度測定装置に使用される温度センサ４は、白金抵抗体を備えるものである。温度測定に一般的に使用される熱電対は、感温部が小さく実装が容易である反面、信号線が温度の影響を受けて誤差を生じやすいという欠点がある。これに対して、この実施形態に使用したような白金抵抗体を備えた温度センサ４は、その信号線４１に対して３本または４本の導線１１、１２、１３からなり、ポリイミド等の耐熱性樹脂で絶縁被覆された中継線１０を使用することにより、導線抵抗の影響を小さくして高精度に温度測定を行うことが可能となる。
【0028】
このセンサホルダー３を使用して温度測定用基板Ｗ上に温度センサ４を固定するときには、温度測定用基板Ｗにおける凹部９０内に温度センサ４を配置し、温度センサ４上にセンサホルダー３を配置する。そして、センサホルダー３のプレート部３１に形成された多数の孔部３３を利用して温度センサ４の位置を確認する。しかる後、プレート部３１に形成された一対の孔部３２から接着剤を注入する。そして、必要に応じ孔部３２を利用して温度センサ４を温度測定用基板Ｗに向けて押圧する。
【0029】
このセンサホルダー３においては、接着剤の注入時に、プレート部３１に形成された多数の孔部３３から余剰の接着剤が吐出することから、接着剤の塗布量を確認して適量とすることが可能となる。また、プレート部３１に形成された孔部３３から接着剤が吸い上げられ、気泡が抜けやすいことから、接着強度を向上させることが可能となる。
【0030】
なお、センサホルダー３におけるプレート部３１に形成された多数の孔部３３は、センサホルダー３全体の熱容量を小さくして温度測定に対する影響を小さくする機能も有する。センサホルダー３の熱容量が問題となるときには、三次元造形時に格子構造等を採用することにより熱容量をさらに小さくすることも可能となる。
【0031】
温度センサ４における信号線４１は、温度センサ４が固定される前にセンサホルダー３におけるプレート部３１に形成されたいずれかの孔部３３を介して温度測定用基板Ｗとは逆側に引き出される。そして、この信号線４１は、支持部におけるフランジ部３５に巻回された３本の導線１１、１２、１３に巻き付けられ、それらと接続される。ここで、温度センサ４を温度測定用基板Ｗに接着する前に信号線４１と３本の導線１１、１２、１３とをフランジ部３５に予め固定しておくことにより、組立作業時において信号線４１や３本の導線１１、１２、１３にストレスがかかることなく、容易に組み立て作業を実行することが可能となる。そして、信号線４１と３本の導線１１、１２、１３とが温度測定用基板Ｗの表面から離隔したセンサホルダー３におけるフランジ部３５で連結されることから、絶縁性の問題や導線１１、１２、１３からなる中継線１０からの熱の影響等を防止することが可能となる。
【0032】
なお、温度センサ４とセンサホルダー３とを予め結合し、信号線４１と３本の導線１１、１２、１３とを予め連結しておくことにより、これらの抵抗値等を測定して結線不良の有無を予め確認することも可能となる。これにより、温度測定用基板Ｗ上での作業が減少し、汚染のリスクを低減することができる。また、このような構成を採用した場合には、断線等が生じた場合においても、温度センサ４とセンサホルダー３とを１セットとして修理することが可能となる。
【0033】
図３は、この発明の第２実施形態に係るセンサホルダー３を、温度センサ４等とともに示す図である。ここで、図３における（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面を示し、（ｃ）は（ａ）の側面を示し、（ｄ）は（ａ）のＡ－Ａ断面を示している。なお、上述した第１実施形態に係るセンサホルダー３と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0034】
この第２実施形態に係るセンサホルダー３は、プレート部３１の下方に温度センサ４を収納する空間を形成した点が図２に示すセンサホルダー３とは異なる。このような構成を採用することにより、温度測定用基板Ｗに対してザグリ加工等を実行して凹部を形成する必要がなくなる。このため、生産途中のウエハやガラス基板等からなる温度測定用基板Ｗに対して温度センサ４を貼り付けることにより温度測定装置を構成することが可能となる。
【0035】
図４は、図１に示す結線固定部５の側断面図であり、図５は、その束線２０とメッシュ部材５１等の配置を示す平面図である。なお、図５においては、４本のネジ５８のうちの３本のネジ５８とプレート５６とを取り除いた状態を示している。
【0036】
この結線固定部５は、複数の中継線１０を束ねた束線２０を温度測定用基板Ｗに固定するためのものであり、温度測定用基板Ｗ上に配設された金属製のメッシュ部材５１と、複数の中継線１０を束ねた束線２０をメッシュ部材５１との間で挟持するプレート５６と、温度測定用基板Ｗとプレート５６とを連結する連結部材としての４本のネジ５８とを備える。ネジ５８は、温度測定用基板Ｗに穿設された貫通孔とメッシュ部材５１に形成された孔部５９とを貫通し、プレート５６に形成されたネジ孔と螺合する構成を有する。
【0037】
４本のネジ５８のうちの１本のネジ５８の回りには、例えば、ポリイミド被覆電線等の絶縁部材５２が巻き付けられており、束線２０は、その周囲に巻回された後、ワイヤ５３により締結される。そして、この束線２０は、メッシュ部材５１とプレート５６とにより挟持され、固定される。
【0038】
メッシュ部材５１とプレート５６とは、ステンレスにより構成される。ステンレスの熱伝導率は温度測定用基板Ｗを構成するシリコンの十分の一程度である。このように熱伝導率が低く、かつ、メッシュ構造により空間が多いメッシュ部材５１を束線２０と温度測定用基板Ｗとの間に介在させることにより、束線２０が受ける熱の影響を小さなものとすることができる。この発明に係る温度測定装置が使用される熱処理装置のホットプレートにおいては、一般に、ホットプレート上部の空間は空気層であるためホットプレートの表面と比較して温度がかなり低い。そのため、介在する部材の熱伝導率を低くすることにより、束線２０への熱の影響を小さくすることが可能となる。従って、この発明に係る温度測定装置を摂氏５００度の条件下で使用した場合に、束線２０を構成する中継線１０の絶縁被覆としてポリイミド等の耐熱樹脂を使用することが可能となる。
【0039】
【0040】
図４に示す実施形態においては、温度測定用基板Ｗに貫通孔を穿設しているが、金属汚染の問題等に対応するため、貫通孔を穿設したくない場合もある。この実施形態に係る結線固定部５においては、ネジ５４を接着剤５７により温度測定用基板Ｗに形成された凹部内に固定し、この接着剤５７上にメッシュ部材５１を配設した構成を有する。束線２０は、メッシュ部材５１とプレート５６とにより挟持され、固定される。なお、この実施形態においては、ネジ５４と螺合するナット５５を使用しているが、図４に示す実施形態と同様に、プレート５６にネジ孔を形成してもよい。
【0041】
この実施形態のように、接着剤５７を利用してネジ５４を温度測定用基板Ｗに固定する場合において、摂氏５００度程度の高温でも使用し得る接着剤５７としては、例えば、アロンセラミック等のセラミック系接着剤が考えられる。このようなセラミック系接着剤は、一般的に弾性が低いことから、ネジ５４を締め込むと接着部分に応力が付与され接着剤５７が剥がれる現象が生じる。これに対し、この実施形態においては、メッシュ部材５１の作用により、このような問題を改善することができる。メッシュ部材５１は変形しやすいため、衝撃により接着剤５７の部分的な剥離があっても、その部分が変形するだけで、全体が剥離することを防止することができる。特に、ネジ５４の周辺の接着剤５７が温度測定用基板Ｗから剥離しても、ネジ５４はメッシュ部材５１の全域で固定されていることから、それが束線２０の固定に影響することはない。
【0042】
メッシュ部材５１を使用した場合には、メッシュ部材５１にかえて金属板を使用した場合と比較して、メッシュ部材５１の柔軟性に富み、変形しやすい材質により束線２０に対して生じた衝撃が接着剤５７全体におよぶことを防止することができる。また、メッシュ部材５１は接着剤５７の吸込がよく、温度測定用基板Ｗの表面に対する強固な接着が可能となる。
【0043】
なお、上述した実施形態においては、フランジ部３５に巻回された３本の導線１１、１２、１３対して信号線４１を巻き付けることにより、３本の導線１１、１２、１３と信号線４１とを支持部におけるフランジ部３５に支持しているが、信号線４１をフランジ部３５に巻回してもよく、３本の導線１１、１２、１３と信号線４１の両方をフランジ部３５に巻回してもよい。また、３本の導線１１、１２、１３または信号線４１の少なくとも一方を支持部と連結すること等により、支持部により３本の導線１１、１２、１３と信号線４１とを支持する構成を採用してもよい。
【0044】
また、上述した実施形態においては、いずれも、温度測定用基板Ｗとして半導体ウエハにより構成されたものを使用しているが、その他の基板を利用したものを採用してもよい。
【符号の説明】
【0045】
２ 温度計測装置
３ センサホルダー
４ 温度センサ
５ 結線固定部
１０ 中継線
１１ 導線
１２ 導線
１３ 導線
２０ 束線
３１ プレート部
３２ 孔部
３３ 孔部
３４ 支柱部
３５ フランジ部
４１ 信号線
５１ メッシュ部材
５４ ネジ
５５ ナット
５６ プレート
５８ ネジ
Ｗ 温度測定用基板
３ センサホルダー
４ 温度センサ
５ 結線固定部
１０ 中継線
１１ 導線
１２ 導線
１３ 導線
２０ 束線
３１ プレート部
３２ 孔部
３３ 孔部
３４ 支柱部
３５ フランジ部
４１ 信号線
５１ メッシュ部材
５４ ネジ
５５ ナット
５６ プレート
５８ ネジ
Ｗ 温度測定用基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】