JP6526219B2

JP6526219B2 - 試料保持具

Info

Publication number: JP6526219B2
Application number: JP2017543044A
Authority: JP
Inventors: 鶴丸　尚文; 尚文鶴丸
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: JPWO2017056835A1; WO2017056835A1

Description

本開示は、試料保持具に関するものである。

半導体製造装置等に用いられる試料保持具として、例えば、特開２００６−１３３０２号公報（以下、特許文献１ともいう）に記載の基板載置装置が知られている。特許文献１に記載の基板載置装置においては、一方の面に基板載置面を持つ、板状のセラミック基材と、セラミック基材の他方の面上に形成された接合層とを備えている。接合層は、面内を複数の領域に分けられており、領域ごとに熱伝導率の異なる接合材が配置されている。特許文献１に記載の基板載置装置においては、領域ごとに熱伝導率の異なる接合材を用いることによって、基板温度の均熱性を向上させている。

本開示の試料保持具は、セラミックスを含んでおり上面に試料保持面を有する基体と、金属を含んでおり上面で前記基体の下面を覆う支持体と、前記基体の下面および前記支持体の上面を接合する接合層とを備えている。前記接合層は、少なくとも一部が中央側に設けられた第１部分と、前記接合層の外周側に位置するとともに前記第１部分に隣接し、前記第１部分と熱伝導率が異なる第２部分とを有する。前記試料保持面に垂直な断面を見たときに、前記第１部分と前記第２部分との境界が前記試料保持面に垂直な方向に対して傾斜しており、前記第２部分が前記中央側に向かうにつれて厚みが薄くなる部分を有するとともに、前記厚みが薄くなる部分が前記第１部分に挟まれている。

本開示の試料保持具によれば、第１部分と第２部分との境界が試料保持面に垂直な方向に対して傾斜している。これにより、接合層における熱伝度率の変化を緩やかにすることができる。そのため、試料保持面のうち第１部分と第２部分との境界の直上において、熱の分布の偏りを低減することができる。その結果、試料温度の均熱性を向上させることができる。

本開示の一例の試料保持具を示す断面図である。図１に示す試料保持具のうち吸着電極を示す平面透視図である。試料保持具の他の例を示す断面図である。試料保持具の他の例を示す断面図である。試料保持具の他の例を示す断面図である。試料保持具の他の例を示す断面図である。試料保持具の他の例を示す断面図である。

以下、試料保持具１０について、図面を参照して説明する。

図１は試料保持具１０を示す断面図である。図１に示すように、本開示の試料保持具１０は、上面に試料保持面１１を有する基体１と、金属を含んでおり上面で基体１の下面を覆う支持体４と、基体１の下面および支持体４の上面を接合する接合層５とを備えている。また、試料保持具１０は、基体１の下面に設けられた発熱抵抗体２と、基体１の内部に設けられた吸着電極３とを備えている。なお、ここでいう「上面」および「下面」とは、説明の都合上、用いた表現であって、試料保持具１０の使用方法を限定するものではない。すなわち、試料保持具１０は、例えば、上面を下側になるようにして（下面を上側になるようにして）用いてもよいし、上面が横側になるようにして用いてもよい。

基体１は、上面に試料保持面１１を有する板状の部材である。基体１は、上面の試料保持面１１において、例えば、シリコンウエハ等の試料を保持する。試料保持具１０は、平面視したときの形状が円形状の部材である。ここでいう、平面視とは、基体１の上面に対して垂直な方向から見ることを意味している。基体１は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料を含んでいる。基体１の下面には、発熱抵抗体２が設けられている。基体１の寸法は、例えば、径を２００〜５００ｍｍ、厚みを２〜１５ｍｍに設定できる。

基体１を用いて試料を保持する方法としては様々な方法を用いることができる。本開示の試料保持具１０は静電気力によって試料を保持する。そのため、試料保持具１０は基体１の内部に吸着電極３を備えている。図２に示すように、吸着電極３は、２つの電極を有する。２つの電極は、一方が電源の正極に接続され、他方が負極に接続される。２つの電極は、それぞれの形状が略半円板状であるとともに、略半円形状の弦同士が対向するように、基体１の内部に位置している。それら２つの電極が合わさって、吸着電極３全体の外形が略円形状となっている。この吸着電極３全体による円形状の外形の中心は、同じく円形状の基体１の外形の中心と同一である。吸着電極３は、例えば白金、タングステンまたはモリブデン等の金属材料を有する。

発熱抵抗体２は、基体１の上面の試料保持面１１に保持された試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体２は、基体１の下面に設けられている。発熱抵抗体２に電圧を印加することによって、発熱抵抗体２を発熱させることができる。発熱抵抗体２で発せられた熱は、基体１の内部を伝わって、基体１の上面における試料保持面１１に到達する。これにより、試料保持面１１に保持された試料を加熱することができる。発熱抵抗体２の形状は、例えば、複数の折り返し部を有する線状である。発熱抵抗体２は、例えば、膜状である。発熱抵抗体２は、基体１の下面のほぼ全面に設けられている。これにより、試料保持具１０の上面において熱分布にばらつきが生じることを低減できる。なお、本開示の試料保持具１０においては、発熱抵抗体２は基体１の下面に設けられているが、これに限られない。例えば、発熱抵抗体２は、基体１の内部において試料保持面１１に平行な面に設けられていてもよい。また、発熱抵抗体２は、基体１の内部において試料保持面１１に対向する面に設けられていてもよい。

発熱抵抗体２は、導体成分およびガラス成分を含んでいる。導体成分としては、例えば銀パラジウム、白金、アルミニウムまたは金等の金属材料を含んでいる。ガラス成分が発泡してしまうことを低減するために、金属材料としては大気中で焼結可能な金属を用いてもよい。また、ガラス成分としては、ケイ素、アルミニウム、ビスマス、カルシウム、ホウ素および亜鉛等の材料の酸化物を含んでいる。また発熱抵抗体２が基体１の内部に設けられる場合は、導体成分はタングステンまたは炭化タングステン等であってもよい。

試料保持具１０の温度制御には以下の方法を用いることができる。具体的には、基体１に熱電対を接触させることによって温度を測定できる。また、基体１に、測温抵抗体を接触させて抵抗を測定することによっても発熱抵抗体２の温度を測定できる。以上のようにして測定した発熱抵抗体２の温度に基づいて、発熱抵抗体２に印加する電圧を調整することによって、試料保持具１０の温度が一定になるように発熱抵抗体２の発熱を制御することができる。

支持体４は、基体１を支持するために設けられている。支持体４は、金属を含んでいる。支持体４は、上面で基体１の下面を覆っている。基体１の下面と支持体４の上面とは接合層３によって接合されている。支持体４を構成する金属は特に制限されない。ここでいう「金属」とは、セラミックスと金属との複合材料および繊維強化金属等の、金属を含む複合材料も含んでいる。一般的に、ハロゲン系の腐食性ガス等に曝される環境下において試料保持具１０を用いる場合には、支持体４に用いられる金属として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼またはニッケル（Ｎｉ）あるいはこれらの金属の合金を使用することができる。また、支持体４の構造は、特に限定されるものではないが、気体または液体等の熱媒体を循環させるための冷却用の流路を備えていてもよい。この場合には、熱媒体として水またはシリコーンオイル等の液体あるいはヘリウム（Ｈｅ）または窒素（Ｎ_２）等の気体を用いることができる。

接合層５は、基体１と支持体４とを接合するために設けられている。接合層５は、基体１の下面および支持体４の上面を接合している。接合層５の厚みは、例えば、０．１〜１ｍｍ程度に設定される。

ここで、接合層５は、少なくとも一部が中央側に設けられた第１部分５１と、接合層５の外周側に位置するとともに第１部分５１に隣接し、第１部分５１と熱伝導率が異なる第２部分５２とを有している。基体１の下面の形状が円形状の場合には、接合層５のうち第１部分５１は基体１の下面の中心に接している。

試料保持面１１に垂直な断面を見たときに、第１部分５１と第２部分５２との境界が試料保持面１１に垂直な方向に対して傾斜している。言い換えると、試料保持面１１に垂直な方向において第１部分５１と第２部分５２とが部分的に重なる領域を有している。なお、図１においては、第１部分５１と第２部分５２との境界が直線状であるとともに、この直線状である境界が試料保持面１１に垂直な方向に対して傾斜しているが、これに限られない。具体的には、第１部分５１と第２部分５２との境界が曲線状であっても、折れ線状であってもよい。このような場合には、第１部分５１と第２部分５２の境界が、試料保持面１１に垂直な方向に対して傾いている部分を有していれば良い。

これにより、接合層５における熱伝度率の変化を緩やかにすることができる。そのため、試料保持面１１のうち第１部分５１と第２部分５２との境界の直上において、熱の分布の偏りを低減することができる。その結果、試料温度の均熱性を向上させることができる。

接合層５が直径２００〜５００ｍｍの円形状の場合には、第１部分５１の形状および寸法および第２部分５２の形状および寸法は、以下の通り設定できる。第１部分５１は直径１５０〜４５０ｍｍの円形状に設定できる。第２部分５２は幅２５ｍｍの円環状に設定できる。なお、ここでいう形状および寸法は、接合層５のうち基体１の下面と支持体４の上面との中間に位置する領域における第１部分５１、第２部分５２または接合層５の直径を意味している。

試料保持面１１に垂直な方向で見たときに第１部分５１と第２部分５２とが重なっている領域の幅は０．１〜１０ｍｍ程度に設定できる。また、第１部分５１の寸法は、例えば、直径を接合層５の直径に対して７５〜９０％に設定できる。第２部分５２の寸法は、例えば、幅を接合層５の直径に対して５〜１２．５％に設定できる。

また、第１部分５１の熱伝導率よりも第２部分５２の熱伝導率が小さくてもよい。これにより、接合層５の外周側への熱の伝達を低減することができるので、接合層５の外周面からの外部への熱引けを低減することができる。第１部分５１に用いられる材料としては、例えば、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂等を用いることができる。第１部分５１にシリコン樹脂を用いた場合には、第１部分５１の熱伝導率を０．１〜１０Ｗ／ｍＫにすることができる。また、第２部分５２に用いられる材料としては、例えば、エポキシ樹脂等を用いることができる。第２部分５２にエポキシ樹脂を用いた場合には、第２部分５２の熱伝導率を０．１〜５Ｗ／ｍＫにすることができる。

また、第１部分５１と第２部分５２とが、共に主成分が同じ材料であってもよい。このような場合には、フィラー（骨材）を添加する量を第１部分５１よりも第２部分５２の方を少なくすることによって、第１部分５１の熱伝導率よりも第２部分５２の熱伝導率を小さくすることができる。なお、ここでいう主成分とは、第１部分５１が有する材料または第２部分５２が有する材料のうち、最も含有量（質量％）が多いものを意味している。

フィラーとしては、第１部分５１および第２部分５２の主成分よりも熱伝導率が高いものを用いることができる。フィラーとしては、例えば、セラミック材料または金属材料等を用いることができる。接合層５における絶縁性を考慮するのであれば、フィラーとしては、セラミック材料を用いることができる。セラミック材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等を用いることができる。

また、図３に示すように、試料保持面１１に垂直な断面を見たときに、第１部分５１が第２部分５２と基体１との間に入り込むとともに、境界が第１部分５１が凹むように弧状に曲がっていてもよい。第１部分５１と第２部分５２との境界を弧状にしておくことによって、ヒートサイクル下において境界において熱応力が生じたときに、クラック等が生じるおそれを低減できる。

また、図４に示すように、試料保持面１１に垂直な断面を見たときに、第１部分５１が第２部分５２と支持体４との間に入り込むとともに、境界が第１部分５１が凹むように弧状に曲がっていてもよい。基体１の下面にヒータが設けられており、かつ、支持体４に冷却用の流路が設けられている場合には、接合層５のうち特に支持体４の近くに位置する部分において大きな熱応力が生じることになる。このとき、第１部分５１が第２部分５２と支持体４との間に入り込んでいることによって、第１部分５１と第２部分５２の境界を支持体４の近くにおいて（支持体４の上面に対して）緩やかに傾斜させることができる。これにより、第１部分５１と第２部分５２と支持体４との間に生じる熱応力を低減できる。

また、図５に示すように、試料保持面１１に垂直な断面を見たときに、第２部分５２が第１部分５１と基体１との間に入り込むとともに、境界が第２部分５２が凹むように弧状に曲がっていてもよい。境界が弧状であることによって、ヒートサイクル下において境界において熱応力が生じたときに、クラック等が生じるおそれを低減できる。特に、外部への熱引きが大きいような環境で用いる際には、第１部分５１が第２部分５２と比較して大きく熱膨張することになるので、境界を第２部分５２が凹むような弧状にしておくことによって、第１部分５１の熱膨張で生じた応力を第２部分５２で吸収しやすくできる。

また、図６に示すように、試料保持面１１に垂直な断面を見たときに、第２部分５２が第１部分５１と支持体４との間に入り込むとともに、境界が第２部分５２が凹むように弧状に曲がっていてもよい。基体１の下面にヒータが設けられており、かつ、支持体４に冷却用の流路が設けられている場合には、接合層５のうち特に支持体４の近くに位置する部分において大きな熱応力が生じることになる。このとき、第２部分５２が第１部分５１と支持体４との間に入り込んでいることによって、第１部分５１と第２部分５２の境界を支持体４の近くにおいて（支持体４の上面に対して）緩やかに傾斜させることができる。これにより、第１部分５１と第２部分５２と支持体４との間に生じる熱応力を低減できる。

さらに、中心側に位置する第１部分５１は、第２部分５２と比較して熱がこもりやすいことから、熱膨張しやすい。ここで、第２部分５２が第１部分５１と支持体４との間に入り込んでいることによって、第１部分５１で生じた熱膨張を第２部分５２で吸収しやすくできる。その結果、クラック等が生じるおそれを低減できる。

また、図７に示すように、第２部分５２が中央側に向かうにつれて厚みが薄くなる部分を有するとともに、厚みが薄くなる部分が第１部分５１に挟まれていてもよい。第１部分５１が第２部分５２を挟み込むことによって、第２部分５２で生じた熱膨張を第１部分５１で抑え込むように低減することができる。

また、第１部分５１が、外周側に向かうに連れて厚みが薄くなるとともに、厚みが薄くなっている部分が第２部分５２に挟まれていてもよい。第２部分５２が第１部分５１を挟み込むことによって、第１部分５１で生じた熱膨張を第２部分５２で抑え込むように低減することができる。

また、第２部分５２が、接合層５の外周の全周にわたって設けられていてもよい。第２部分５２が接合層５の全周に設けられていることによって、試料保持具１０の均熱性を向上できる。特に、上記の構成に加えて、第２部分５２の熱伝導率が第１部分５１よりも小さい場合には、熱引けを小さくし、外周側の温度低下を一様に低減できる。その結果、試料保持具１０の均熱性を向上できる。

１：基体
２：発熱抵抗体
３：吸着電極
４：支持体
５：接合層
５１：第１部分
５２：第２部分
１０：試料保持具
１１：試料保持面

Claims

セラミックスを含んでおり上面に試料保持面を有する基体と、金属を含んでおり上面で前記基体の下面を覆う支持体と、前記基体の下面および前記支持体の上面を接合する接合層とを備えており、
前記接合層は、少なくとも一部が中央側に設けられた第１部分と、前記接合層の外周側に位置するとともに前記第１部分に隣接し、前記第１部分と熱伝導率が異なる第２部分とを有しており、
前記試料保持面に垂直な断面を見たときに、前記第１部分と前記第２部分との境界が前記試料保持面に垂直な方向に対して傾斜しており、前記第２部分が前記中央側に向かうにつれて厚みが薄くなる部分を有するとともに、前記厚みが薄くなる部分が前記第１部分に挟まれている試料保持具。
前記第１部分の熱伝導率よりも前記第２部分の熱伝導率が小さい請求項１に記載の試料保持具。
前記第２部分が、前記接合層の外周の全周にわたって設けられている請求項１または２に記載の試料保持具。