JP2016072348A

JP2016072348A - 試料保持具

Info

Publication number: JP2016072348A
Application number: JP2014198253A
Authority: JP
Inventors: 勝伺坂上; Masashi Sakagami
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-05-09
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: JP6280012B2

Abstract

【課題】貫通孔の内周面に設けられた通電層に剥がれ等が生じるおそれを低減する。【解決手段】本発明の試料保持具１０は、上面に試料保持面１１を有し、試料保持面１１と下面とに開口する貫通孔１２を備えた絶縁基板１と、貫通孔１２の内面に設けられた、上下端にわたる複数のスリット２０を有する第１通電層２と、第１通電層２をスリット２０とともに覆っている第２通電層３とを備えている。これにより、第１通電層２と絶縁基板１との間で生じる熱応力を低減できる。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路の製造工程等で半導体ウエハ等の各試料を保持するために用いられる試料保持具に関するものである。

半導体集積回路の製造工程または液晶表示装置の製造工程等において、半導体ウエハ等の各試料を保持するための部品として試料保持具が知られている。試料保持具としては、例えば、特開２００６−１２８２０３（以下、特許文献１という）に開示されたウエハ支持部材が挙げられる。特許文献１に開示されたウエハ支持部材は、一方の主面を載置面とする板状セラミック体から成る。板状セラミック体の載置面には２つの導電層が形成されている。２つの導電層のうちの一方はセラミック体の外周側を通るリード線によって外部に引き出されている。２つの電極層のうちの他方は、セラミック体に設けられた貫通孔の内周面に形成された通電層を介して、他方の主面側に引き出されている。

ウエハ支持部材にウエハを載置すると、ウエハと２つの導電層とが接触する。このとき、２つの導電層の間のインピーダンスを測定することによって、載置されたウエハの有無またはウエハの状態を検知することができる。

特開２００６−１２８２０３

特許文献１に開示されたウエハ支持部材においては、通電層が、貫通孔の内周面のうち周方向の全周にわたって形成されている。そのため、例えば、急激な温度の上昇または下降を伴うようなヒートサイクル下においてウエハ支持部材を用いた場合には、通電層と板状セラミック体との間で熱応力が生じる場合があった。これにより、通電層等に剥がれ等が生じるおそれがあった。その結果、ウエハ支持部材の長期信頼性を向上させることが困難であるという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、貫通孔の内周面に設けられた通電層に剥がれ等が生じるおそれを低減することにある。

本発明の一態様の試料保持具は、上面に試料保持面を有し、該試料保持面と下面とに開口する貫通孔を備えた絶縁基板と、前記貫通孔の内面に設けられた、上下端にわたる複数のスリットを有する第１通電層と、該第１通電層を前記スリットとともに覆っている第２通電層とを備えたことを特徴とする。

本発明の一態様の試料保持具によれば、長期信頼性を向上した試料保持具とすることができる。

本発明の試料保持具の一実施形態を示す断面図である。本発明の試料保持具のうち貫通孔の周辺を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態に係る試料保持具１０について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る試料保持具１０を示す断面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態の試料保持具１０は、上面に試料保持面１１を有し、試料保持面１１と下面とに開口する貫通孔１２を備えた絶縁基板１と、貫通孔１２の内部に設けられた第１通電層２および第２通電層３とを有している。

絶縁基板１は、上面の少なくとも一部が試料保持面１１とされた板状の部材である。絶縁基板１は、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。絶縁基板１は、平面視したときの形状が円形状の部材である。絶縁基板１は、例えばアルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素等のセラミック材料からなる。絶縁基板１の寸法は、例えば、直径を２００〜５００ｍｍに、厚みを２〜１５ｍｍに設定できる。

絶縁基板１には、試料保持面１１と下面とに開口する貫通孔１２が形成されている。貫通孔１２は、絶縁基板１の試料保持面１１と下面とを電気的に接続する第１通電層２および第２通電層３が設けられるために形成されているが、これ以外の目的に用いることもできる。具体的には、ウエハ表面に成膜処理を施す際にガスを用いる場合があるが、このガスを流すために貫通孔１２を用いることもできる。また、ウエハを支持するためのリフトピンを試料保持具１０側から通すための孔として貫通孔１２を用いることもできる。

貫通孔１２は、絶縁基板１のうち様々な領域に形成することが可能である。特に、ガスを流すために用いられる場合には、絶縁基板１の中央側に形成されていることが好ましい。また、リフトピンを通すために用いられる場合には、絶縁基板１の外周側に形成されていることが好ましい。

本実施形態においては、貫通孔１２の形状が円柱状である。貫通孔１２の寸法は、例えば、直径が０．５〜３０ｍｍである。好ましくは、直径が１〜１０ｍｍであるといよい。

絶縁基板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が、本実施形態の試料保持具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は絶縁基板１の内部に静電吸着用電極４を備えている。

静電吸着用電極４は、２つの電極から構成される。２つの電極は、一方が電極の正極に接続され、他方が負極に接続される。２つの電極は、それぞれ略半円形状に形成され、半円の弦同士が隙間を空けて対向するように、絶縁基板１の内部に配置される。これら２つの電極の弧によって静電吸着用電極４の全体の外形が円形状となっている。この静電吸着用電極４の全体による円形状の外形の中心は、同じく円形状の絶縁基板１の外形の中心と同一に設定される。静電吸着用電極４は、例えばタングステンまたはモリブデン等の金属材料から成る。

絶縁基板１の試料保持面１１には、２つの導電層５１、５２が形成されている。２つの導電層５１、５２のうち一方の導電層５１は、貫通孔１２の周辺に設けられており、貫通孔１２の内周面に形成された第１通電層２および第２通電層３に電気的に接続されている。また、２つの導電層５１、５２のうち他方の導電層５２は、絶縁基板１の外周に沿って設けられており、絶縁基板１の外周側を通るリード線によって外部に引き出されている。導電層５１、５２は、ＴｉＮ等の金属材料から成る。

２つの導電層５１、５２のうち一方の導電層５１は、例えば、貫通穴を囲んだリング状
に形成されている。また、他方の導電層５２は、例えば、試料保持具１０の外周に沿ってリング状に形成されている。

試料保持面１１にウエハ等の試料が保持されると、ウエハと２つの導電層５１、５２とが接触する。このとき、導電層５１、５２の間のインピーダンスをインピーダンス計測計６で測定することによって、試料の有無または試料の状態を検知できる。

本実施形態の試料保持具１０においては、貫通孔１２の内部に第１通電層２と第２通電層３とが設けられている。第１通電層２および第２通電層３は、一方の導電層５１に電気的に接続されている。第１通電層２は、貫通孔１２の内面に設けられている。第１通電層２の上端は導電層５１に接しており、第１通電層２の下端は絶縁基板１の下面に設けられた電極７に接している。この電極７の表面には金属筒８が設けられており、この金属筒８とインピーダンス計測計６とがリード線を介して接続されている。

図２に示すように、第１通電層２は、上下端にわたる複数のスリット２０を有している。図２には、試料保持具１０を貫通孔１２の中心を通る面で切断した様子を示す模式図である。なお、図２においては、第１通電層２を明確にするために第１通電層２のうちスリット２０以外の領域にハッチングを施している。また、図２においては、第２通電層３を省略している。第１通電層２がスリット２０を有していることによって、ヒートサイクル下における温度の上昇時に第１通電層２が絶縁基板１よりも大きく熱膨張したとしても、第１通電層２が貫通孔１２の周方向に広がるように熱膨張することができる。そのため、第１通電層２と絶縁基板１との間で生じる熱応力を低減できる。これにより、第１通電層２に剥がれ等が生じるおそれを低減できる。その結果、試料保持具１０の長期信頼性を向上させることができる。

また、第１通電層２が上下端にわたるスリット２０を有することによって、第１通電層２のうちスリット２０以外の領域のそれぞれが貫通孔１２の上端から下端にかけて存在して、導電層５１と電極７とを接続することになる。これにより、第１通電層２による導電層５１と電極７との接続の信頼性を向上させることができる。

スリット２０の幅は、貫通孔１２の直径がφ３０ｍｍの場合には、例えば、１〜９ｍｍに設定できる。スリット２０の幅は、例えば、貫通孔１２の周方向の長さに対して、１〜１０％の長さに設定できる。スリット２０の幅を、貫通孔１２の周方向の長さに対して、１０％以下の長さにすることによって、第１通電層２のうちスリット２０以外の領域を広く確保することができる。これにより、第１通電層２による導電層５１と電極７との接続の信頼性を向上させることができる。また、スリット２０の幅を、貫通孔１２の周方向の長さに対して、１％以上の長さにすることによって、第１通電層２が熱膨張したときに生じる熱応力を低減できる。

また、第１通電層２の厚みは、例えば、１〜１００μｍに設定できる。第２通電層３の厚みは、例えば、２〜２００μｍに設定できる。

さらに、第２通電層３は、第１通電層２をスリット２０ともに覆っている。第２通電層３が、第１通電層２を覆っていることによって、スリット２０によって複数の部位に分割された第１通電層２のうちスリット２０以外の領域のそれぞれの部位を互いに電気的に接続することができる。これにより、第１通電層２に部分的に剥がれ等が生じて抵抗値が変化したとしても、この部位において局所的な発熱が生じることを低減できる。

さらに、第２通電層３によって第１通電層２を覆っているとともに、第２通電層３が導電層５１に接していることが好ましい。このように、スリット２０が設けられている第１
通電層２だけではなく、スリット２０が設けられていない第２通電層３を導電層５１に接触させることによって、導電層５１との接続をより信頼性の高いものとすることができる。

さらに、スリット２０が絶縁基板１の上面から下面に向かって貫通孔１２の軸に沿って延びている。これにより、貫通孔１２の軸方向の振動が試料保持具１０に生じたときに、第１通電層２に剥がれが生じてしまうことを低減できる。特に、試料保持具１０を外部の装置に取り付ける際には、試料保持具１０のうち下面を外部の装置に固定して取り付けて用いる場合が多い。このような場合には、試料保持具１０に外部からの振動が加わったときに、試料保持具１０は試料保持面１１に対して垂直な方向に振動しやすくなる。そのため、貫通孔１２を試料保持面１１に対して垂直な方向に形成しておくとともに、貫通孔１２の内部に設けた第１通電層２のスリット２０を貫通孔１２の軸に沿って延ばしておくことが、上記の振動を低減する上で有効である。

さらに、第１通電層２は第２通電層３よりも柔らかいことが好ましい。このように、スリット２０を有する第１通電層２を柔らかくしておくことによって、絶縁基板１と第１通電層２との間および第１通電層２と第２通電層３との間に熱応力が生じたとしても、第１通電層２が変形することでこの熱応力を吸収することができる。第１通電層２は、例えば、鉄ニッケルコバルト合金、銀、銅またはチタン等から成る。また、第２通電層３は、例えば、ＴｉＮまたはダイヤモンドライクカーボン等から成る。なお、第１通電層２および第２通電層３の柔らかさの評価には、スクラッチ試験を用いることができる。

上述したような、第１通電層２および第２通電層３は、以下の方法で作製できる。まず、焼成後に絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの積層体を用意する。この積層体にマシニング穴加工を施すことによって貫通孔１２を形成する。そして、貫通孔１２の内面に複数のスリット形状のマスキングを施して、鉄ニッケルコバルト等の金属材料を塗布した後に真空中で加熱処理をする。これにより、第１通電層２を形成できる。さらに、ＰＶＤ装置またはＣＶＤ装置等を用いて貫通孔１２の内面に窒化ナトリウムまたはカーボン等を設けることによって、第２通電層３を作製できる。

また、本実施形態においては、第１通電層２のスリット２０が貫通孔１２の軸に沿ってのみ設けられていたが、これに限られない。具体的には、スリット２０が軸に対して斜めであってもよいし、また、２つ以上のスリット２０が交差していても構わない。

なお、本実施形態においては、説明の都合上「上面」および「下面」の文言を用いて説明を行なっているが、これらは位置関係を明確にすることを目的として、便宜上、方向を定めたものである。したがって、試料保持具１０の使用方法を特に限定するものではない。すなわち、試料保持具１０を、上面が下側に位置するように用いても構わないし、上面および下面が水平方向に対して垂直になるように用いても構わない。

１：絶縁基板
１１：試料保持面
１２：貫通孔
２：第１通電層
２０：スリット
３：第２通電層
４：静電吸着用電極
５１、５２：導電層
６：インピーダンス計測計
１０：試料保持具

Claims

上面に試料保持面を有し、該試料保持面と下面とに開口する貫通孔を備えた絶縁基板と、前記貫通孔の内面に設けられた、上下端にわたる複数のスリットを有する第１通電層と、該第１通電層を前記スリットとともに覆っている第２通電層とを備えたことを特徴とする試料保持具。
前記スリットが前記絶縁基板の上面から下面に向かって前記貫通孔の軸に沿って延び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１通電層が前記第２通電層よりも柔らかいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の試料保持具。