(57)【要約】【課題】  半導体基板を熱処理するとき、温度ムラをなくすために予め熱電対を埋め込んだ実基板を用いて表面の温度分布が測定される。問題は、接着部が剥離して、熱電対が基板から外れることである。【解決方法】  測温部材平坦面に配置した熱電対接合部に、無機接着剤の液滴を滴下して、該液滴の中に該熱電対接合部を埋入して該測温部材平坦面に接合するに際して、該該測温部材平坦面に該熱電対接合部を取囲む鋳枠を設けて該鋳枠の中に該液滴を滴下して、該滴下した液滴の広がりを該鋳枠で堰き止め、該液滴を該鋳枠内面に接触させて該鋳枠の中で固化させることを特徴とする。【選択図】図３
2012132892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測温部材表面の熱電対接着部に無機接着剤の液滴を滴下して、該液滴の中に熱電対の測温接点を埋入して該液滴を固化させた構造であって、該液滴の固化層と該測温部材表面の境界線を含む該固化層の側面が、該液滴が鋳枠と接して固化した層からなることを特徴とする熱電対の接着構造。
【請求項２】
前記固化層の側面の高さが前記熱電対素線の線径以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱電対の接着構造。
【請求項３】
測温部材の熱電対接合部に、無機接着剤の液滴を滴下して、該液滴の中に該熱電対測温接点を埋入して該測温部材表面に熱電対を接着するに際して、該測温部材表面に該熱電対接合部を取囲む鋳枠を設けて該鋳枠の中に該液滴を滴下して、該滴下した液滴の広がりを該鋳枠で堰き止め、該液滴を該鋳枠内面に接触させて該鋳枠の中で固化させることを特徴とする熱電対の接着方法。
【請求項４】
前記鋳枠の高さを前記熱電対素線の線径以上にしてなることを特徴とする請求項３に記載の熱電対の接着方法。
【請求項５】
前記鋳枠の中の液滴を固化させた後、前記鋳枠を除去することを特徴とする請求項３に記載の熱電対の接着方法。
【請求項６】
前記鋳枠として永久型を使用して前記測温部材表面に接合してなると共に、前記鋳枠に前記液滴の固化層を接着してなることを特徴とする請求項３に記載の熱電対の接着方法。
【請求項７】
前記鋳枠が消失性材料からなることを特徴とする請求項５に記載の熱電対の接着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、熱電対の接着構造とその接着方法に係り、更に詳しくは、熱電対を高強度で接合できる接着構造とその接着方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  半導体基板を熱処理するとき、温度ムラをなくすために予め熱電対を埋め込んだ実基板を用いて表面の温度分布が測定される。
熱電対は、無機接着剤を用いて、基板にそのまま接着、あるいは基板に設けた凹部に差込み、凹部に無機接着剤を充填して接着しているが、問題は、接着部が剥離して、熱電対が基板から外れることである。【０００３】  熱電対（ｋタイプ熱電対：クロメル−アルメル）を基板にそのまま接着する例は、特許文献１（特開２００１−８５４８８）に記載されており、その時の接着強度は１２０〜１４０ｇｆ／ｍｍ２と記載されている。接着強度としては十分な強度ではない。
また特許文献１（特開２００１−８５４８８）の図１（Ｃ）には、凹溝を形成し、凹溝の入口面積を底面積よりも小さくなるように加工して、つまり末広がりの瓢箪型の溝の中に熱電対を埋設、無機接着剤で埋めて抜けないようにすることが記載されているが、薄い基板にこのような瓢箪型形状の凹溝加工を行うことは孔加工費が極めて高くなり、接着費用が極めて高くなる欠点がある。【０００４】    特許文献２（特開平１１−５１７７６）には、基板の凹溝の底面に２個の孔を明け、孔の中に熱電対を通して、溝の中には、無機接着剤（耐熱固着剤）を充填して、熱電対を固定することが記載されている。
熱電対の抜去に対しては極めて有効な方法であるが、薄い基板に形成した凹溝底に微細な２個の孔加工を行うことが必須であり、孔加工費が極めて高く、接着費用が極めて高くなる欠点がある。また無機接着剤を充填した凹溝側が底面になり、測温装置に、この面が載置されるので、無機接着剤が測温装置の表面に付着する恐れもあり、測温装置の不純物汚染の問題を引き起こす可能性もある。【０００５】  特許文献３（特開２００３−３４７３８３）には、基板の凹溝底に斜め方向に開けた孔に、温度センサーの先端感温部を屈曲して差込み、凹溝を接着剤で埋めて温度センサーが抜けることを防止することが記載されているが、特許文献３の構造も、特許文献１、２と同じく薄い基板の凹溝底に傾斜させて孔加工することは極めて難しい作業であり、接着費用が極めて高くなる欠点がある。【０００６】  上記特許文献１〜３に共通して、従来技術は、接着剤による接着だけでは、熱電対の剥離や離脱は避けられないことを前提にして、接着剤による接着に機械的に固定する手段を併用することで問題点の解決を図っているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−８５４８８
【特許文献２】特開平１１−５１７７６
【特許文献３】特開２００３−３４７３８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、凹溝加工、孔明け加工等の機械的に固定する手段を一切併用することなく、接合する部材表面に、接着剤のみで、そのまま接着しても、極めて高い接合強度を得ることが出来る熱電対の新規な接着構造とその接着方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明者は、前記課題に関して鋭意研究を行った結果、下記の知見を得た。
即ち、測温部材の熱電対接合部に、無機接着剤の液滴を滴下して、液滴の中に熱電対測温接点を埋入して測温部材表面に熱電対を接着した構造において、
この測温部材表面に、この熱電対接合部を取囲む鋳枠を設けて、この鋳枠の中にこの液滴を滴下して、滴下した液滴の広がりをこの鋳枠で堰き止め、液滴をこの鋳枠内面に接触させて鋳枠の中で固化させた構造にすると、熱電対の接着強度が著しく改善されることを見出した。【００１０】  鋳枠を消失性材料、たとえば加熱消失性の紙、澱粉、樹脂材料あるいはナフタリンのような昇華消失性材料で形成しておけば、液滴が固化した後、測温時の最初の加熱時、あるいは加熱消失、昇華消失に必要な条件（温度、時間）を与えて鋳枠を除去することが出来る。あるいはワックスのような材料で形成して、加温溶融して流して除去できる。あるいは溶剤に溶解する材料で形成して、溶剤に溶かして除去できる。
鋳枠が消失性材料の場合、鋳枠は測温部材表面に粘着あるいは接着して貼り付ける。粘着、接着成分は、測温のため、あるいは消失させるための最初の加熱時に、焼失する。【００１１】  鋳枠が消失した後、鋳枠と接して固化した無機接着剤の液滴の面が外に露出することになる。
この露出面が、無機接着剤液滴の固化層と測温部材表面の境目（境界線）を含む無機接着剤固化層の側面となる。【００１２】  また鋳枠を消失しないセラミックスや金属等の永久材料で形成して、この鋳枠を測温部材表面に接合し、かつ、この鋳枠内面と接する無機接着剤の液滴の固化層を鋳枠の内面に接着しても良い。
鋳枠は予め測温部材表面に接合しておいても良いし、あるいは液滴と測温部材および液滴と鋳枠内面とを同時接着する時に、一緒に接合しても良い。
また鋳枠と測温部材表面の接合は無機接着材を使用する接合のみならず金属ロー材を用いるロー付けあるいは拡散接合等の冶金的接合でも良い。【００１３】  本発明において鋳枠の役割は、無機接着剤液滴の広がりの終端部が、測温部材表面で終わるのを防ぎ、終端部の液滴を鋳枠の内面で堰き止めて、内面に接触させて固化させるのが、その役割である。
鋳枠の内径つまり液滴の広がり径が広すぎる場合、熱電対の測温接点部を完全に埋めこむためには、多量の無機接着剤液滴が必要になる。無機接着剤液滴が多すぎると、固化後、この部分の熱容量が大きすぎることになり、急速な温度変化に追随できなくなるので、無機接着剤液滴は可能な限り少量にすることが好ましい。鋳枠の厚さは、熱電対の測温接点部が液滴の外に剥き出しになることなく、しかも無機接着剤液滴の広がりの終端部が、全周、鋳枠と接して固化するようにし、なおかつ液滴量をできるだけ最小にするように、鋳枠厚さを選定する事が必要である。【００１４】  無機接着剤固化層の厚さと接着強度の関係
本願発明の鋳枠を使用した時と、自由滴下した時の強度を比較すると、鋳枠の高さを、使用する熱電対素線の直径以上の値とし、鋳枠の高さまで無機接着剤の液滴を充填して無機接着剤固化層を形成して接着した時、本願発明の強度改善効果がより顕著に現れる。
自由滴下したときの液滴の重量と、鋳枠に滴下したときの液滴の重量を同一にした条件下では、鋳枠を使用したときの液滴の広がりは鋳枠の内径に相当し、自由滴下した時の液滴の広がり径よりも、当然より小さくなり、接着面積（液滴の広がり）は、自由滴下の場合よりもより狭くなる。
本願発明は、自由滴下の場合よりも接着面積が狭いにもかかわらず、接着部が破断するときの総荷重は、自由滴下の場合よりも高くなる傾向があり、無機接着剤固化層の高さを、使用する熱電対素線の直径以上とした時、より顕著になる。
なお鋳枠の高さ上端まで無機接着剤液滴を充填したときの鋳枠高さは無機接着剤固化層の高さに相当するので、このことは、鋳枠の高さを熱電対素線の直径以上にするということである。
また鋳枠使用の場合と、自由滴下した時の接着面積を同じにした場合も、接着部が破断するときの総荷重は、自由滴下の場合よりもより高くなり、無機接着剤固化層の高さを、使用する熱電対素線の直径以上とした時、より顕著になる。
なお無機接着剤固化層の高さの上限は、高すぎると無機接着剤の層の熱容量が大きくなり、温度測定時の温度変化追随性が悪くなるので、高すぎないことが好ましく、温度変化追随性の観点で適宜決定すればよい。【００１５】  鋳枠厚が熱電対素線の線径未満の場合、液滴が鋳枠内面からオーバーフローして鋳枠上面にはみ出るように充填すると、接着部が破断するときの総荷重は、自由滴下の場合よりもより高くなる。【００１６】  引き剥がしの応力の発生１
鋳枠を用いずに、液滴を単に滴下して、熱電対接合部分を液滴に埋め込んで測温表面に接着したとき、液滴は測温表面を濡れて広がり、濡れ性の接触角に相当する盛り上がりを以って広がりが止まる。
熱電対接着の場合、使用する無機接着剤の存在による熱影響を小さくするために、その量は少ないほど好ましい。従って狭い範囲、たとえばΦ０．２ｍｍの熱電対では、溶接接点部はΦ０．２〜０．４ｍｍ程度の玉になり、これを３ｍｍ程度の円の中に置いて、無機接着剤で埋め込むと、中心の盛り上がり部分は０．５〜０．８ｍｍ程度まで盛り上がる。
３ｍｍ程度の円の外周に相当する無機接着剤液滴の広がりの終端は、極めて薄く、限りなくゼロに近くなる訳で、終端部と中心部では、液滴の乾燥収縮速度が著しく異なることが予想される。
終端部では乾燥が早く、中心部では、遅くなるために、中心部分が遅れて乾燥収縮するときに、先に乾燥した終端部接着面に引き剥がしの応力が作用するものと推察される。【００１７】  引き剥がしの応力の発生２
液滴部の線膨張係数は、測温部材の線膨張係数に近い組成に調整されているのに対し、液滴の中に埋め込まれた熱電対は測温部材よりも大きいのが常である。たとえば測温部材が、シリコン基板の場合、線膨張係数は４．２×１０−６、サファイヤ基板では、７．０×１０−６、炭化珪素基板では、３．６×１０−６であるのに対し、熱電対は、Ｋ熱電対（アルメル−クロメル）は１２×１０−６（温度が上昇すると更に大きくなる）、Ｒ熱電対（白金−白金ロジウム）は９×１０−６であり、半導体基板材料よりも押しなべて線膨張係数が大きいのが常である。
液滴の乾燥、固化の過程で加温、加熱するとき、また測温で加熱するとき、熱電対が伸びて、固化した無機接着剤の部分を引き剥がす熱応力が発生する。引き剥がす応力は、特に液滴の終端部つまり接着部外周に集中する。【００１８】  鋳枠なしで、液滴を測温表面上で広がらせて固化させた熱電対の接着強度が低いのは、前記引き剥がしの応力の発生１、２が主な原因と推察される。【００１９】  鋳枠で包囲して乾燥、固化させた時も、熱電対の伸びによる引き剥がす応力は、当然同じ応力が生起されることが推察されるが、接着剤液滴の終端部が鋳枠に密着して拘束されており、これが引き剥がす力を抑制するものと推察され、これが接着強度を改善するものと推察される。【００２０】  また鋳枠で包囲して乾燥、固化させると、鋳枠に接する終端部の乾燥が抑制され、むしろ鋳枠と接触していない部分から乾燥が進行するために、鋳枠と接する終端部分を引き剥がす応力が小さくなるものと推察され、これが接着強度を改善するものと推察される。【００２１】  本発明の構造は、熱電対の埋めこみ構造がいかなる構造でも適用できる。
すなわち、測温部材接着面に沿って熱電対を寝かせて埋入した構造、垂直に立てて埋入した構造、いずれの構造でも、その接着強度が、鋳枠を用いず自由滴下した場合に比べて著しく高く出る特徴を有する。【００２２】  最も高い接着強度が得られるのは、測温部材平坦面に、熱電対を埋入した時、２本の熱電対素線を離隔して、測温部材接着面に沿って寝かせて埋入し、埋入した面に平行に引張った時、その引張強度は、最も大きくなる。【００２３】  なお本発明で固化とは、無機接着剤の液滴中の蒸発成分、たとえば水分、あるいは溶剤成分が蒸発して固化することを意味する。【００２４】  本発明は、使用する無機接着剤の種類、組成にかかわりなく、その接着強度は、鋳枠を用いず自由滴下した場合に比べて著しく高く出る特徴を有する。
本願発明は、接着構造とその接着方法に特徴を有するものであり、適用できる無機接着剤として全ての無機接着剤を包含するものである。また無機接着剤は、種類、組成に応じて加熱温度（最高到達温度）によって接着強度が変化する傾向があるが、本願発明の鋳枠を用いる構造の接着強度は、たとえ最高到達温度が変化しても、鋳枠を用いず自由滴下した場合に比べて常に高く出る特徴を有する。【００２５】  本願発明に適用できる無機接着剤は、揮発成分として水、溶剤類を含むペーストあるいは液状タイプの既存の無機接着剤類は全て使用することが出来る。
即ち、結合材として珪酸塩、燐酸塩、ホウ酸塩、シリカ、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスのコロイド液、アルミニウム、ジルコニウム等の各種金属塩、クロム酸塩、各種アルコキシドおよびアルミナセメント、ポルトランドセメント等のセメント類を含み、フィラーとして金属、セラミックスの粉末、粒子、繊維、ウイスカー等を含み、揮発成分として水あるいは溶剤を含むペーストあるいは液状タイプの既存の無機接着剤類は全て使用することが出来る。【００２６】  本発明の測温部材とは、シリコンウエハー、サファイヤ基板、炭化珪素基板、その他の半導体基板、その他、温度測定が必要とされる部材全般を意味するものである。【００２７】  また本発明では、全ての種類の熱電対を適用できる。たとえばＫ（アルメル・クロメル）熱電対、Ｒ、Ｓ、Ｂ（白金・白金ロジウム）熱電対、タングステン・レニウム、イリジウム・ロジウム、ニッケル・モリブデン、プラチネル、金鉄・クロメル等々、全ての熱電対に適用できる。
【発明の効果】
【００２８】  前記本発明の手段によって、熱電対の接着強度に著しい改善が見られる。また測温部材のツルツルの平坦面にそのまま熱電対を接着しても、従来の接着面を粗面化して接着した場合の強度を超える接着強度が得られるので、接着面に破壊の起点となる切欠を形成せずに接着できる。サファイヤ等の切欠に敏感で破壊されやすい材料の接着に極めて好適である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】  図面によって本発明の鋳枠の構造を説明する。
なお図面は本発明の代表例を示すものであり、本発明が本例のみに限定されるものでないことは勿論である。
図１、図２は、加熱消失性鋳枠を用いた時の本発明の説明図である。
図３、図４は、図１、図２のＡ−Ａ部で切断した時の断面図である。
図５は、永久鋳型を用いた時の本発明の説明図である。
図６は、図５のＡ−Ａ部で切断した時の断面図である。
図７は、消失性性鋳枠を用いて永久鋳枠を形成する時の説明図である。
図８は、測温部材の表面に寝かせて置いた熱電対に無機接着剤の液滴を自由滴下して接着した従来の接着部の断面構造を説明する図である。
【００３０】  図１、図２、図３、図４において、１は鋳枠、２は鋳枠１のキャビティ３に熱電対４を差込むために、鋳枠を切欠いで形成した切欠である。キャビティ３の中に熱電対４を差込み、無機接着剤の液滴を滴下することになる。５は測温部材である。
消失性鋳枠とは、加熱焼失、昇華焼失、溶剤による溶解焼失等の材料で形成した鋳枠である。
【００３１】  鋳枠１は測温部材５の表面に貼り付けて固定する。
貼り付けには有機接着剤、接着、粘着テープ、各種糊類等を用いて貼り付ける。
鋳枠の厚さには、特別な制約はないが、接着する熱電対の直径に応じて適宜調整する。つまり熱電対の測温接点部は無機接着剤の液滴の中に埋入させる必要があり、液滴から熱電対が露出しないように、熱電対の直径に応じて鋳枠の厚さを変えて、鋳枠内面に接触する液滴高さを逐次調整して液滴の中に熱電対を埋入させる。
【００３２】  図１は、鋳枠１が熱電対素線の直径以上の高さを持つ場合の説明図である。
図３に示すように、鋳枠１が熱電対素線の直径以上の高さを持つ場合、無機接着剤の液滴は鋳枠１のほぼ上端まで滴下して熱電対を埋入できる。
図４は、鋳枠１が熱電対素線の直径以下の厚さの場合の説明図である。
図４の薄い鋳枠では、鋳枠を粘着シート、接着シートそのもので形成しても良い。あるいは測温部材の表面に直接スクリーン印刷で被膜として形成しても良い。
【００３３】  鋳枠１が薄い場合は、無機接着剤液滴の広がりの終端部が鋳枠内面の壁を越えて盛り上がるように量を増やして滴下する。
【００３４】  図５、６は、鋳枠として永久型を使用するときの説明図である。
なお永久型とは、鋳枠材料に焼失しない材料、たとえばセラミックス、金属、無機接着剤等の材料で形成した鋳枠を意味するものである。
永久鋳枠は測温部材に無機接着剤、金属ロー材、拡散接合等の手段で接合される。
永久鋳枠の中に無機接着剤を滴下して熱電対と測温部材と鋳枠内面を一体的に接着する。
【００３５】  図７は、永久鋳枠の製造方法の一例を説明する図である。
測温部材５の表面に消失性の鋳枠１を貼り付けた後、消失性鋳枠の内面、熱電対の外側を取り巻くように無機接着剤の液滴を盛り付けて固化させる。
この固化層は測温部材５に接着されており、永久鋳枠になる。
次に固化層内面のキャビティーに無機接着剤を滴下して熱電対を埋め込み、固化層内面と無機接着剤と測温部材を一体的に接着する。
消失性の鋳枠１は、前記した除去方法で除去すればよい。
【００３６】  永久鋳枠は、無機接着剤で形成する方法のほかに、測温部材と線膨張係数が近似するセラミックス焼結体の箔、シート、金属箔、シート、あるいは測温部材と同材の箔、シート等で形成してもよい。そして、これらの永久鋳枠をロー付拡散接合等で測温部材に冶金的に接合する。あるいは無機接着剤で接着しても良い。
【実施例】
【００３７】  本発明を実施例により具体的に説明する。
なお本発明が実施例のみに限定されるものではないことは云うまでもないことである。【００３８】    実施例１
鋳枠の厚さと接着強度
鋳枠材：厚さ５０μｍの有機質両面粘着テープ、厚さ１００μｍのアクリル樹脂シート、厚さ４００μｍのアクリル樹脂シートを単独使用、あるいは張合せて鋳枠の素材を作り、縦８ｍｍ×横８ｍｍに切り抜いて真中にキャビティ穴（Φ２．５ｍｍ）をあけた。
鋳枠の厚さは、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、６００μｍの６種とし、いずれも貼り付け面は両面テープ面とした。
各鋳枠には、図１で示した熱電対を差し込むための切欠を設けた。
切欠の幅は、１ｍｍである。
測温部材：シリコンウエハー
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×０．６３ｍｍ厚さ
測温部材の鏡面に鋳枠の両面テープ面を貼り付けた。
熱電対：直径０．２ｍｍのＫ（アルメル・クロメル）熱電対【００３９】  先端を溶接したＫ熱電対の先端を測温部材の面に寝かせて鋳枠の切欠から鋳枠のキャビティに差込み固定して、キャビティの穴の中に無機接着剤を注入して、差し込んだ熱電対先端部を無機接着剤に埋め込んだ。
滴下する無機接着剤液滴の重さは、０．００９ｇ一定とした。
厚さ５０μｍ、１００μｍ、２００μｍの鋳枠では、鋳枠の上端から液滴がオーバーフローしてはみ出した。
厚さ３００μｍで、鋳枠上端と液滴液面が同一面。
厚さ４００μｍ、６００μｍでは鋳枠上端が液滴液面よりも高い。
従って無機接着剤固化層の高さは、鋳枠厚さ５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍでは、それぞれ鋳枠と同じ５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍとなる。
厚さ４００μｍ、６００μｍでは、液面が鋳枠内面に沿って濡れて広がり、液滴中央が凹んで、液面が凹面を形成。
厚さ４００μｍでは、無機接着剤固化層の高さは、３００〜４００μｍ、厚さ６００μｍでは、無機接着剤固化層の高さは、３００〜６００μｍとなる。
なお２００μｍ厚さの鋳枠が直径０．２ｍｍの熱電対素線の直径と同等である。【００４０】  無機接着剤には、シリカコロイド液をバインダーに使用する無機接着剤（自家製）を用いた。
使用した無機接着剤の物性は下記の通り。
線膨張係数  ：３．９×１０−６
フィラー成分：平均粒径１０μｍのＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４の粉末
バインダー成分：シリカコロイド液
なおシリカコロイド液は、水を分散媒とし、シリカ％は２０〜２１質量％、
シリカの平均粒径は、１０〜２０ｍμである。【００４１】  １５０℃で乾燥、固化させた後、Ｋ熱電対の測温時の最高加熱温度８００℃まで加熱した。
加熱途上で鋳枠は焼失した。【００４２】  比較例（図８の構造）の接着試験片の作製
前記鋳枠を使った試験片と全く同じ条件で図８の構造に示す自由滴下構造の試験片を作製した。試験片は５個作製した。
滴下した液滴の重さは、０．００９ｇで、液滴の広がりは直径３．６〜３．８ｍｍまで広がった。
乾燥後の最高加熱温度は上記鋳枠使用の場合と同じ条件にした。【００４３】  引張試験
測温部材の底面を有機接着剤で板に張り付け、板の上面を固定し、熱電対の２本の素線先端を結んで、素線部を測温部材の表面に平行方向にインストロン引張り試験機で引張って、引張り破断テストを行った。
試験結果を表１に示す。【００４４】
【表１】
2012132892.tif 000003
【００４５】  従来構造の破断荷重
５個の試験片で、液滴の広がりは直径３．６〜３．８ｍｍまで広がった。
引張試験の破断荷重は、１．２１〜１．４５ｋｇであった。【００４６】  結果
鋳枠を使用した本発明の接着構造は、液滴の重量が同じで接着面積は狭いにも係わらず、自由滴下の接着構造よりも高い接着強度が得られることが確認できた。特に鋳枠厚さ（無機接着剤固化層の高さ）が２００μｍ以上（熱電対素線直径以上）で顕著に強度が高くなることが確認できた。【００４７】  実施例２
鋳枠材：０．５ｍｍ厚さのアクリル板を切り抜いて図１に示す形状の鋳枠を作った。鋳枠の寸法は下記のとおりである。
縦８ｍｍ×横８ｍｍ×０．５ｍｍ厚さ
キャビティー部の直径：Φ３ｍｍ
切欠部        ：２ｍｍ幅
測温部材：シリコンウエハーの鏡面に熱電対を直接接着
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×０．６３ｍｍ厚さ
測温部材の鏡面に鋳枠の片面を有機接着剤で貼り付けた。
熱電対：直径０．２ｍｍのＫ（アルメル・クロメル）熱電対
図３に示すように、先端を溶接したＫ熱電対をキャビティーの中に横に寝かせて配置し、無機接着剤の液滴を鋳枠の上面まで滴下して熱電対を埋入した。
無機接着剤には、東亜合成社製・アロンセラミックスＥを用いた。
アロンセラミックスＥの物性は下記の通り。
線膨張係数  ：４．０×１０−６
フィラー成分（ジルコン）：ＺｒＯ２、ＳｉＯ２
バインダー成分：ケイ酸アルカリ
１５０℃で乾燥、固化させた後、Ｋ熱電対の測温時の最高加熱温度８００℃まで加熱した。
加熱途上で鋳枠は焼失した。【００４８】  比較例（従来構造：図８の構造）の接着試験片の作製
前記鋳枠を使った試験片と全く同じ条件で図８に示す従来構造の試験片を作成した。液滴を滴下した部分の直径は、前記鋳枠のキャビティー部の直径と同じ３ｍｍにして、接着面積を同じにした。乾燥後の最高加熱温度も同じ条件である。【００４９】  引張試験
測温部材の底面を有機接着剤で板に張り付け、板の上面を固定し、熱電対の２本の素線先端を結んで、素線部を測温部材の表面に平行方向にインストロン引張り試験機で引張って、引張り破断テストを行った。
本発明の試験片の破断荷重は、２．３ｋｇであった。
従来構造の試験片の破断荷重は、０．９ｋｇであった。
鋳枠を使用した本発明実施例の試験片は、接着面積同じ条件で、自由滴下の従来構造よりも極めて高い接着強度が得られることが確認できた。【００５０】  実施例３
鋳枠材：５０μｍ厚さのポエチレンのシートを切り抜いて図２に示す形状の鋳枠を作った。鋳枠の寸法は下記のとおりである。
縦８ｍｍ×横８ｍｍ×０．０５ｍｍ厚さ
キャビティー部の直径：Φ２．５ｍｍ
切欠部        ：２ｍｍ幅
測温部材：シリコンウエハーの鏡面に熱電対を直接接着
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×０．６３ｍｍ厚さ
測温部材の鏡面に鋳枠の片面を有機接着剤で貼り付けた。
熱電対：直径０．２ｍｍのＫ（アルメル・クロメル）熱電対
先端を溶接したＫ熱電対をキャビティーの中に横に寝かせて配置し、図４に示すように、無機接着剤の液滴が鋳枠の内面から溢れて鋳枠の上面に盛り上がるまで滴下して熱電対を埋入した。
無機接着剤には、燐酸アルミニウムをバインダーに使用する無機接着剤（自家製）を用いた。
使用した無機接着剤の物性は下記の通り。
線膨張係数  ：４．２×１０−６
フィラー成分（ムライト）：平均粒径１０μｍのムライト粉末
バインダー成分：燐酸アルミニウム水溶液
１５０℃で乾燥、固化させた後、Ｋ熱電対の測温時の最高加熱温度８００℃まで加熱した。
加熱途上で鋳枠は焼失した。【００５１】  比較例（従来構造：図８の構造）の接着試験片の作製
前記鋳枠を使った試験片と全く同じ条件で図８に示す従来構造の試験片を作成した。液滴を滴下した部分の直径は、前記鋳枠のキャビティ部の直径と同じ２．５ｍｍにして接着面積を同じにした。乾燥後の最高加熱温度も同じ条件である。【００５２】  引張試験
測温部材の底面を有機接着剤で板に張り付け、板の上面を固定し、熱電対の２本の素線先端を結んで、素線部を測温部材の表面に平行方向にインストロン引張り試験機で引張って、引張り破断テストを行った。
本発明の試験片の破断荷重は、１．８ｋｇであった。
従来構造の試験片は、０．７ｋｇであった。
鋳枠を使用した本発明実施例の試験片は、接着面積同じ条件で、自由滴下の従来構造よりも極めて高い接着強度が得られることが確認できた。【００５３】    実施例４
永久鋳枠を用いる例
図７に示した方法で永久鋳枠を製作した。
即ち、
鋳枠材：０．５ｍｍ厚さのアクリル板を切り抜いて図７に示す形状の焼失型の鋳枠を作った。鋳枠の寸法は下記のとおりである。
縦８ｍｍ×横８ｍｍ×０．５ｍｍ厚さ
キャビティー部の直径：Φ３．５ｍｍ
切欠部        ：２ｍｍ幅
測温部材：サファイヤのガラスに熱電対を直接接着
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×０．５ｍｍ厚さ
測温部材のガラス面に鋳枠の片面を有機接着剤で貼り付けた。
熱電対：直径０．２ｍｍのＲ（白金・白金ロジウム）熱電対
図７に示すように、先端を溶接したＲ熱電対をキャビティーの中に横に寝かせて配置し、焼失型鋳枠の内面、熱電対の外側を取り巻くように無機接着剤の液滴を盛り付けて固化させた。
次に固化層内面のキャビティーに無機接着剤液滴を滴下して熱電対を埋め込み、固化層内面と無機接着剤と測温部材を一体的に接着した。
無機接着剤には、東亜合成社製・アロンセラミックスＥを用いた。
１５０℃で乾燥、固化させた後、Ｒ熱電対の測温時の最高加熱温度１２００℃まで加熱した。加熱途上で鋳枠は焼失した。【００５４】  比較例（従来構造：図８の構造）の接着試験片の作製
前記鋳枠を使った試験片と全く同じ条件で図８に示す従来構造の試験片を作成した。液滴を滴下した部分の直径は、前記焼失型鋳枠のキャビティ部の直径と同じΦ３．５ｍｍで、接着面積を同じにした。乾燥後の最高加熱温度も同じ条件である。【００５５】  引張試験
測温部材の底面を有機接着剤で板に張り付け、板の上面を固定し、熱電対の２本の素線先端を結んで、素線部を測温部材の表面に平行方向にインストロン引張り試験機で引張って、引張り破断テストを行った。
本発明の試験片の破断荷重は、２．６ｋｇで熱電対素線が断線した。
従来構造の試験片は、１．１ｋｇであった。
鋳枠を使用した本発明実施例の試験片は、接着面積同じ条件で、自由滴下の従来構造よりも極めて高い接着強度が得られることが確認できた。【００５６】  実施例５
炭化珪素基板と永久鋳枠を用いる例
測温部材に炭化珪素基板を使用した。
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ
鋳枠材：０．５ｍｍ厚さの炭化珪素焼結体から外径３．５ｍｍ内径２ｍｍのドーナツ状の板を切り抜き、ドーナツ状の板の片側を幅２ｍｍで切り取り（切欠形成）、鋳枠を作った。
炭化珪素製鋳枠と炭化珪素測温部材の間に粉末シリコンのペーストを挟み、真空中１４５０℃で加熱して、鋳枠と測温部材をロー付け接合した。
接合した鋳枠の切欠からΦ０．２ｍｍのＲ熱電対（白金・白金ロジウム）を寝かせて差し込み、無機接着剤を滴下して、熱電対を埋入して熱電対と鋳枠と測温部材を一体的に接着した。
無機接着剤には、アルミナコロイド液に平均粒径５μｍの炭化珪素粉末を混合したスラリーを用いた。
なおアルミナコロイド液は、水を分散媒とし、アルミナ％は２０〜２１質量％、アルミナの平均粒径は、１０〜２０ｍμである。
１５０℃で乾燥、固化させた後、Ｒ熱電対の測温時の最高加熱温度１２００℃まで加熱した。【００５７】  比較例（従来構造：図８の構造）の接着試験片の作製
前記鋳枠を使った試験片と全く同じ条件で図８に示す従来構造の試験片を作成した。液滴を滴下した部分の直径は、前記炭化珪素鋳枠の外径と同じΦ３．５ｍｍで、接着面積を同じにした。乾燥後の最高加熱温度も同じ条件である。【００５８】  引張試験
測温部材の底面を有機接着剤で板に張り付け、板の上面を固定し、熱電対の２本の素線先端を結んで、素線部を測温部材の表面に平行方向にインストロン引張り試験機で引張って、引張り破断テストを行った。
本発明の試験片の破断荷重は、２．３ｋｇであった。
従来構造の試験片は、０．６ｋｇであった。
鋳枠を使用した本発明実施例の試験片は、接着面積同じ条件で、自由滴下の従来構造よりも極めて高い接着強度が得られることが確認できた。【００５９】    実施例６
熱電対の埋めこみ構造と接着強度
埋め込み構造１
熱電対先端部を測温部材の測温面に垂直に立てて無機接着剤液滴に埋入して固化させた構造
図９に示す埋めこみ構造
（イ）は本願発明の構造
（ロ）は液滴を自由滴下した従来構造【００６０】  鋳枠材：０．６ｍｍ厚さのアクリル樹脂シートを縦８ｍｍ×横８ｍｍに切り抜いて真中にキャビティ穴（Φ２．５ｍｍ）をあけた。
測温部材：シリコンウエハー
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×０．６３ｍｍ厚さ
測温部材の鏡面に鋳枠の片面を有機接着剤で貼り付けた。
熱電対：直径０．２ｍｍのＫ（アルメル・クロメル）熱電対【００６１】  先端を溶接したＫ熱電対をキャビティの穴の中に垂直に立てて配置し、無機接着剤の液滴を鋳枠の上面まで滴下して熱電対を埋入した。
接着層液滴の重さは、０．０１１ｇであった。【００６２】  無機接着剤には、シリカコロイド液をバインダーに使用する無機接着剤（自家製）を用いた。
使用した無機接着剤の物性は下記の通り。
線膨張係数  ：３．９×１０−６
フィラー成分：平均粒径１０μｍのＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４粉末
バインダー成分：シリカコロイド液
なおシリカコロイド液は、水を分散媒とし、シリカ％は２０〜２１質量％、
シリカの平均粒径は、１０〜２０ｍμである。【００６３】  １５０℃で乾燥、固化させた後、Ｋ熱電対の測温時の最高加熱温度８００℃まで加熱した。
加熱途上で鋳枠は焼失した。【００６４】  比較例（図９の（ロ）の構造）の接着試験片の作製
前記鋳枠を使った試験片と全く同じ条件で図９の（ロ）の構造に示す従来構造の試験片を作成した。
滴下した液滴の重さは、０．０１１ｇで、本願発明の（イ）の構造と同じになるようにした。このとき、液滴の広がりは直径３．４ｍｍまで広がった。
乾燥後の最高加熱温度は（イ）と同じ条件にした。【００６５】  引張試験
測温部材の底面を、熱電対接着部と鋼材丸棒の中心軸が一致するように、鋼材の端面に有機接着剤で張り付け、熱電対の２本の素線先端を結んで、素線部を測温部材の表面に垂直方向にインストロン引張り試験機で引張って、引張り破断テストを行った。
本発明の試験片（イ）の破断荷重は、１．０２ｋｇであった。
従来構造の試験片（ロ）は、０．５５ｋｇであった。
鋳枠を使用した本発明（イ）の接着構造は、液滴の重量が同じで接着面積は狭いにも係わらず、自由滴下の接着構造（ロ）よりも高い接着強度が得られることが確認できた。【００６６】    実施例７
熱電対の埋めこみ構造と接着強度
埋め込み構造２
熱電対をまっすぐに伸ばして測温部材の測温面に寝かせて配置し、無機接着剤液滴を注入して埋め込んで固化させた構造
図１０に示す埋めこみ構造
（イ）は本願発明の構造
（ロ）は液滴を自由滴下した従来構造【００６７】  鋳枠材：０．５ｍｍ厚さのアクリル樹脂シートを縦８ｍｍ×横８ｍｍに切り抜いて真中にキャビティ穴（Φ２．５ｍｍ）をあけた。
測温部材：シリコンウエハー
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×０．６３ｍｍ厚さ
測温部材の鏡面に鋳枠の片面を有機接着剤で貼り付けた。
熱電対：直径０．２ｍｍのＫ（アルメル・クロメル）熱電対【００６８】  図１０の（イ）のように、Ｋ熱電対をキャビティの穴の中に寝かせて配置して、無機接着剤の液滴を鋳枠の上面まで滴下して熱電対を埋入した。
試験片は２個作成
接着層液滴の重さは、０．０１２ｇ、０．０１１ｇであった。【００６９】  無機接着剤には、シリカコロイド液をバインダーに使用する無機接着剤（自家製）を用いた。
使用した無機接着剤の物性は下記の通り。
線膨張係数  ：３．９×１０−６
フィラー成分：平均粒径１０μｍのＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４粉末
バインダー成分：シリカコロイド液
なおシリカコロイド液は、水を分散媒とし、シリカ％は２０〜２１質量％、
シリカの平均粒径は、１０〜２０ｍμである。【００７０】  １５０℃で乾燥、固化させた後、Ｋ熱電対の測温時の最高加熱温度８００℃まで加熱した。
加熱途上で鋳枠は焼失した。【００７１】  比較例（図１０の（ロ）の構造）の接着試験片の作製
前記鋳枠を使った試験片と全く同じ条件で図１０の（ロ）の構造に示す従来構造の試験片を作成した。
滴下した液滴の重さは、０．０１２ｇ、０．０１１ｇであった。
液滴の広がりは、液滴の重さ０．０１２ｇで、直径３．３ｍｍまで広がった。
液滴の重さ０．０１１ｇで、直径３．３ｍｍまで広がった。
乾燥後の最高加熱温度は（イ）と同じ条件にした。【００７２】  引張試験１
引張方向
図１１に示すように、測温部材に垂直方向に引張試験した。
測温部材の底面を、熱電対接着部と鋼材丸棒の中心軸が一致するように、鋼材の端面に有機接着剤で張り付け、熱電対の２本の素線の先端を結んで、素線部を測温部材の表面に垂直方向にインストロン引張り試験機で引張って、引張り破断テストを行った。
本発明の試験片（イ）の破断荷重は、１．９０ｋｇであった。
従来構造の試験片（ロ）は、１．１２ｋｇであった。
鋳枠を使用した本発明（イ）の接着構造は、液滴の重量同じで、自由滴下の接着構造（ロ）よりも接着面積は狭いにも係わらず、より高い接着強度が得られることが確認できた。【００７３】  引張試験２
図１２に示すように、測温部材に平行方向に引張試験した。
本発明の試験片（イ）の２．７ｋｇの荷重でただ伸びるだけで破断はしなかった。従来構造の試験片（ロ）は、１．２７ｋｇで破断した。
鋳枠を使用した本発明（イ）の接着構造は、引張方向を変えた場合でも、自由滴下の接着構造（ロ）よりも接着面積は狭くなっているにもかかわらず、自由滴下の接着構造（ロ）よりもより高い接着強度が得られることが確認できた。【００７４】  以上詳記したように、本発明の鋳枠を使用した接着構造は、熱電対の埋め込み構造を変えた場合でも、自由滴下の接着構造よりも接着面積は狭くなっているにもかかわらず、高い接着構造が得られることを確認できた。【００７５】  以上実施例１〜７で詳記したように、本発明の鋳枠を使用した接着構造は、自由滴下の接着構造と接着面積を同じにした場合、あるいは液滴の重量を同じにした場合、いずれの場合でも、自由滴下の接着構造よりも、より高い接着強度が得られることが確認できた。とくに液滴の重量を同じにした場合は、自由滴下の接着構造よりも接着面積は狭くなるにもかかわらず、自由滴下の接着構造よりもより高い接着強度が得られることが確認できた。【００７６】  実施例８
最高到達温度と接着強度
鋳枠材：０．５ｍｍ厚さのポエチレンのシートを切り抜いて図２に示す形状の鋳枠を作った。鋳枠の寸法は下記のとおりである。
縦８ｍｍ×横８ｍｍ×０．５ｍｍ厚さ
キャビティ部の直径：Φ２．５ｍｍ
切欠部        ：１ｍｍ幅
測温部材：シリコンウエハーの鏡面
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×０．６３ｍｍ厚さ
測温部材の鏡面に鋳枠の片面を有機接着剤で貼り付けた。
熱電対：直径０．２ｍｍのＫ（アルメル・クロメル）熱電対
先端を溶接したＫ熱電対をキャビティの中に横に寝かせて配置し、図３に示すように、無機接着剤の液滴を鋳枠の上面まで滴下して熱電対を埋入した。【００７７】  無機接着剤には、実施例１で使用したシリカコロイド液をバインダーに使用する無機接着剤（自家製）、実施例２で使用したアロンセラミックスＥ、実施例５で使用したアルミナコロイド系無機接着剤及び市販の硝酸アルミニウム系バインダー「セラマバインド６４４−Ａ」を用いた無機接着剤を使用した。【００７８】  １５０℃で乾燥、固化させた後、鋳枠が消失する温度（５００℃）、７００℃、８００℃に加熱して、加熱温度と接着強度の変化を調べた。【００７９】  比較例（従来構造：図８の構造）の接着試験片の作製
前記鋳枠を使った試験片と全く同じ条件で図８に示す従来構造の試験片を作成した。滴下した液滴の重さは、前記鋳枠のキャビティ部に滴下した液滴と同じとし、液滴の広がりは、いずれもΦ３ｍｍを超えていた。加熱温度も、５００℃、７００℃、８００℃と、同じとした。【００８０】  引張試験
引張試験は、実施例１と同じ方法で実施した。
本発明試験片と従来構造の試験片の破断荷重は、下記表２〜５の通りである。
表２はバインダーにシリカコロイド液使用した無機接着剤。表３はアロンセラミックスＥ使用、表４はアルミナコロイド系無機接着剤、表５はセラマバインド６４４−Ａ使用の結果である。【００８１】
【表２】
2012132892.tif 000004
【００８２】
【表３】
2012132892.tif 000005
【００８３】
【表４】
2012132892.tif 000006
【００８４】
【表５】
2012132892.tif 000007
【００８５】  以上表２〜５の結果から判るように、本願発明の構造は、全ての加熱温度で従来構造（自由滴下）よりも接着強度が高くなることを確認できた。接着面積は狭いにもかかわらず接着強度はより高くなることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００８６】  半導体製造工程で雰囲気内の温度分布の測定に使用する熱電対付ウエハーとして広く使用されることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】加熱消失性鋳枠を用いた時の本発明の説明図である。
【図２】加熱消失性鋳枠を用いた時の本発明の別の説明図である。
【図３】図１のＡ−Ａ部で切断した時の断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ部で切断した時の断面図である。
【図５】永久鋳型を用いた時の本発明の説明図である。
【図６】図５のＡ−Ａ部で切断した時の断面図である。
【図７】消失性性鋳枠を用いて永久鋳枠を形成する時の説明図である。
【図８】従来の接着構造を説明する図である。
【図９】本発明実施例の説明図である。
【図１０】本発明実施例の説明図である。
【図１１】本発明実施例の説明図である。
【図１２】本発明実施例の説明図である。
【符号の説明】
【００８８】１  鋳枠
２  切欠
３  キャビティー
４  熱電対
５  測温部材
６  無機接着剤固化層
７  接着層
【図１】
2012132892.tif 000008
【図２】
2012132892.tif 000009
【図３】
2012132892.tif 000010
【図４】
2012132892.tif 000011
【図５】
2012132892.tif 000012
【図６】
2012132892.tif 000013
【図７】
2012132892.tif 000014
【図８】
2012132892.tif 000015
【図９】
2012132892.tif 000016
【図１０】
2012132892.tif 000017
【図１１】
2012132892.tif 000018
【図１２】
2012132892.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月17日(2011.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
実施例４
永久鋳枠を用いる例
図７に示した方法で永久鋳枠を製作した。
即ち、  
鋳枠材：0.５ｍｍ厚さのアクリル板を切り抜いて図７に示す形状の焼失型の鋳枠を作った。鋳枠の寸法は下記のとおりである。
縦８ｍｍ×横８ｍｍ×０．５ｍｍ厚さ
キャビティー部の直径：Ф３．５ｍｍ
切欠部        ：２ｍｍ幅
測温部材：サファイヤのガラスに熱電対を直接接着
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×０．５ｍｍ厚さ
測温部材のガラス面に鋳枠の片面を有機接着剤で貼り付けた。
熱電対：直径０．４ｍｍのＲ（白金・白金ロジウム）熱電対
図７に示すように、先端を溶接したＲ熱電対をキャビティーの中に横に寝かせて
配置し、焼失型鋳枠の内面、熱電対の外側を取り巻くように無機接着剤の液滴を
盛り付けて固化させた。
次に固化層内面のキャビティーに無機接着剤液滴を滴下して熱電対を埋め込
み、固化層内面と無機接着剤と測温部材を一体的に接着した。
無機接着剤には、東亜合成社製・アロンセラミックスＥを用いた。
１５０℃で乾燥、固化させた後、Ｒ熱電対の測温時の最高加熱温度１２００℃まで加熱した。加熱途上で鋳枠は焼失した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
実施例５
炭化珪素基板と永久鋳枠を用いる例  
測温部材に炭化珪素基板を使用した。
測温部材の寸法：幅１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ
鋳枠材：０．５ｍｍ厚さの炭化珪素焼結体から外径３．５ｍｍ内径２ｍｍのドーナツ状の板を切り抜き、ドーナツ状の板の片側を幅２ｍｍで切り取り（切欠形成）、鋳枠を作った。
炭化珪素製鋳枠と炭化珪素測温部材の間に粉末シリコンのペーストを挟み、真空中１４５０℃で加熱して、鋳枠と測温部材をロー付け接合した。
接合した鋳枠の切欠からФ０．４ｍｍのＲ熱電対（白金・白金ロジウム）を寝かせて差し込み、無機接着剤を滴下して、熱電対を埋入して熱電対と鋳枠と測温部材を一体的に接着した。
無機接着剤には、アルミナコロイド液に平均粒径５μmの炭化珪素粉末を混合したスラリーを用いた。
なおアルミナコロイド液は、水を分散媒とし、アルミナ％は２０〜２１質量％、
アルミナの平均粒径は、１０〜２０ｍμである。
１５０℃で乾燥、固化させた後、Ｒ熱電対の測温時の最高加熱温度１２００℃まで加熱した。