JP6829087B2

JP6829087B2 - 試料保持具

Info

Publication number: JP6829087B2
Application number: JP2017013384A
Authority: JP
Inventors: 誠也才所
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2037-01-27
Also published as: JP2018121029A

Description

本発明は、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、特許文献１に記載の半導体支持装置が知られている。特許文献１に記載の半導体支持装置は、上面に試料保持面を有する基体と、基体の内部に設けられた静電吸着用電極とを備えている。基体の下面には接合層を介して金属部材が接合されている。静電吸着用電極は、端子を介して外部の電源に接続されている。接合層および金属部材には端子接続孔が設けられており、端子接続孔の内側に端子が位置している。

特開２００３−２７３２０２号公報

特許文献１に記載の試料保持具において、基体に発熱抵抗体および発熱抵抗体に接続された端子を更に設けた場合に、均熱性を向上させることが困難であった。具体的には、発熱抵抗体に接続される端子を設けるために、端子接続孔を接合層および金属部材に更に別途設けた場合には、接合層による熱引きに偏りが生じてしまう場合があった。

本発明の一態様の試料保持具は、セラミックスからなり上面が試料保持面である基体と、該基体の内部に設けられた静電吸着用電極と、前記基体の内部に設けられた発熱抵抗体と、金属からなり上面で前記基体の下面を覆い、第１貫通孔を有する支持体と、前記基体と前記支持体とを接合し、前記第１貫通孔に連続する第２貫通孔を有する環状の接合層と、前記静電吸着用電極に接続されるとともに、前記基体の内部から前記第２貫通孔および前記第１貫通孔を通って前記支持体の下面にまで引き出された第１リードピンと、前記発熱抵抗体に接続されるとともに、前記基体の内部から前記第２貫通孔および前記第１貫通孔を通って前記支持体の下面にまで引き出された第２リードピンと、を備えており、前記試料保持面に平行な断面を見たときに、前記第２リードピンと前記接合層とが離れているとともに、前記試料保持面に垂直な断面を見たときに、前記接合層は、前記第２貫通孔が設けられた部位を除き、前記基体の前記下面の全体と前記支持体の前記上面の全体とを接合している。

本発明の一態様の試料保持具によれば、接合層が環状であって第１リードピンと第２リードピンとの両方が環状の接合層の内側を通っている。そのため、接合層に新たに端子接続孔を更に設ける必要が無いことから、接合層による熱引きに偏りが生じてしまうおそれを低減できる。

本実施形態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接合層を横方向に切った断面のうち第１リードピンおよび第２リードピンの近傍を示す部分拡大図である。変形例の試料保持具を示す部分拡大図である。変形例の試料保持具を示す断面図である。

以下、本実施形態に係る一例の試料保持具１０について、図面を参照して説明する。

図１は本実施形態の一例の試料保持具１０を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の試料保持具１０は、一方の主面が試料保持面１１である基体１と、金属から成り上面で基体１の他方の主面を覆う支持体４と、基体１の他方の主面および支持体４の一方の主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の内部に設けられた静電吸着用電極３と発熱抵抗体２を備えている。静電吸着用電極３は第１リードピン６を介して、発熱抵抗体２は第２リードピン７を介して、外部電源（図示せず）に接続されている。なお、以下、「一方の主面」を「上面」として、「他方の主面」を「下面」として説明を行なうこともあるが、これは理解を助けるための表現であって、試料保持具１０の使用方法を限定するものではない。

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。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からなる。基体１の内部には、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。

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の内部に静電吸着用電極３を備えている。静電吸着用電極３は、２つの電極から構成される（図示せず）。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、それぞれ略半円板状に形成され、半円の弦同士が対向するように、基体１の内部に配置される。それら２つの電極が合わさって、静電吸着用電極３全体の外形が円形状となっている。この静電吸着用電極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に設定される。静電吸着用電極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からなる。

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の内部に設けることができる。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は、複数の折り返し部を有する線状のパターンであって、基体１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抑制できる。

発熱抵抗体２は、導体成分を含んでいる。導体成分としては、例えばタングステン、または炭化タングステン等を含んでいる。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、金属から成り、上面で基体１の下面を覆っている。支持体４は、上面と下面とに開口する第１貫通孔４１を有している。基体１の下面と支持体４の上面とは接合層５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、金属から成る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を構成する金属として、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してもよい。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。接合層としては、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いることができる。接合層５は、環状の形状であって、内側に第１リードピン６および第２リードピン７が位置している。言い換えると、接合層５は、第１貫通孔４１に連続する第２貫通孔５１を有しており、第２貫通孔５１中に第１リードピン６および第２リードピン７が位置している。

第１リードピン６は、静電吸着用電極３に電力を供給するための部材である。また、第２リードピン７は、発熱抵抗体２に電力を供給するための部材である。第１リードピン６は、一端が静電吸着用電極３に接続されるとともに、他端が外部電源に接続されている。第２リードピン７は、一端が発熱抵抗体２に接続されるとともに、他端が外部電源に接続されている。より具体的には、第１リードピン６および第２リードピン７は、第１貫通孔４１および第２貫通孔５１を通って基体１の下面から内部に挿入されている。第１リードピン６および第２リードピン７としては、例えば、ニッケル等の電気伝導性を有する金属材料を用いることができる。

図１、２に示すように、本実施形態の試料保持具１０は、セラミックスからなり上面が試料保持面１１である基体１と、基体１の内部に設けられた静電吸着用電極３と、基体１の内部に設けられた発熱抵抗体２と、金属からなり上面で基体１の下面を覆う支持体４と、基体１と支持体４とを接合する環状の接合層５と、静電吸着用電極３に接続されるとともに、基体１の内部から接合層５の内側を通って支持体４の下面にまで引き出された第１リードピン６と、発熱抵抗体２に接続されるとともに、基体１の内部から接合層５の内側を通って支持体４の下面にまで引き出された第２リードピン７と、を備えている。

このように、接合層５が環状であって第１リードピン６と第２リードピン７との両方が環状の接合層５の内側を通っている。そのため、接合層５に新たに端子接続孔を設ける必要がないことから、接合層５による熱引きに偏りが生じてしまうおそれを低減できる。その結果、試料保持面１１の均熱性を向上できる。

また、第１リードピン６と接合層５とが離れていてもよい。これにより、発熱抵抗体２から発せられて接合層５に伝わった熱を、第１リードピン６に伝わりにくくすることができる。そのため、発熱抵抗体２から接合層５に伝わった熱が、第１リードピン６を介して試料保持面１１側に伝わってしまうおそれを低減できる。その結果、試料保持面１１の均熱性を向上できる。

また、第２リードピン７が複数設けられているとともに、複数の第２リードピン７が第１リードピン６を囲んでいてもよい。第２リードピン７は発熱抵抗体２に接続されていることから、発熱抵抗体２から熱が伝わって高温になる場合が多い。他方、第１リードピン６は静電吸着用電極３に接続されていることから、第２リードピン７よりは低温になる場合が多い。このように、温度が異なる第１リードピン６と第２リードピン７との位置関係を、第２リードピン７が第１リードピン６を囲むようにすることによって、試料保持面１１における周方向の均熱性を向上させることができる。

また、複数の第２リードピン７が第１リードピン６を中心とする同心円状に位置していてもよい。このように、第２リードピン７と比較して低温になりがちな第１リードピン６を、第２リードピン７で同心円状に囲むことによって、試料保持面１１のうち第１リードピン６および第２リードピン７が設けられている領域の直上に位置する領域における均熱性を向上させることができる。

また、平面透視したときに、複数の第２リードピン７が第１リードピン６を中心とする同心円状に位置しつつ、試料保持面１１の中心と、第１リードピン６とが重なっていてもよい。これにより、試料保持面１１における周方向の均熱性を向上させることができる。

また、図３に示すように、第２リードピン７と接合層５とが離れていてもよい。これにより、第２リードピン７から接合層に熱が逃げてしまうおそれを低減できるので、発熱抵抗体２から第２リードピン７に逃げる熱を減らすことができる。その結果、試料保持面１１における均熱性をさらに向上できる。

また、図４に示すように、試料保持面１１に対して垂直な面を見たときに、接合層５が基体１との境界に沿ってメニスカス形状になっている部分を有していてもよい。これにより、接合層５の端部に応力が集中することによって接合層５に剥がれが生じることを低減できる。さらに、第１リードピン６および複数の第２リードピン７を接合層５より容易に離すことができる。

１：基体
２：発熱抵抗体
３：静電吸着用電極
４：支持体
４１：第１貫通孔
５：接合層
５２：第２貫通孔
６：第１リードピン
７：第２リードピン
１０：試料保持具
１１：試料保持面

Claims

セラミックスからなり上面が試料保持面である基体と、該基体の内部に設けられた静電吸着用電極と、前記基体の内部に設けられた発熱抵抗体と、金属からなり上面で前記基体の下面を覆い、第１貫通孔を有する支持体と、前記基体と前記支持体とを接合し、前記第１貫通孔に連続する第２貫通孔を有する環状の接合層と、前記静電吸着用電極に接続されるとともに、前記基体の内部から前記第２貫通孔および前記第１貫通孔を通って前記支持体の下面にまで引き出された第１リードピンと、前記発熱抵抗体に接続されるとともに、前記基体の内部から前記第２貫通孔および前記第１貫通孔を通って前記支持体の下面にまで引き出された第２リードピンと、を備えており、
前記試料保持面に平行な断面を見たときに、前記第２リードピンと前記接合層とが離れているとともに、
前記試料保持面に垂直な断面を見たときに、前記接合層は、前記第２貫通孔が設けられた部位を除き、前記基体の前記下面の全体と前記支持体の前記上面の全体とを接合していることを特徴とする試料保持具。
前記第１リードピンと前記接合層とが離れていることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
前記第２リードピンが複数設けられているとともに、前記複数の第２リードピンが前記第１リードピンを囲んでいることを特徴とする請求項２に記載の試料保持具。
前記複数の第２リードピンが前記第１リードピンを中心とする同心円状に位置していることを特徴とする請求項３に記載の試料保持具。
平面透視したときに、前記試料保持面の中心と、前記第１リードピンとが重なっていることを特徴とする請求項４に記載の試料保持具。
前記試料保持面に対して垂直な面を見たときに、前記接合層が前記基体との境界に沿ってメニスカス形状になっている部分を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の試料保持具。