JP2017081797A

JP2017081797A - 試料保持具

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Publication number: JP2017081797A
Application number: JP2015213283A
Authority: JP
Inventors: 井之上　博範; Hironori Inoue; 博範井之上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: JP6525849B2

Abstract

【課題】長期信頼性が向上した試料保持具の提供。【解決手段】セラミックスからなり一方の主面に試料保持面を有する基体と、前記基体の他方の主面に設けられた支持体と、前記基体と前記支持体とを接合する接合層５とを有しており、該接合層５は銀および銅から成るとともに、前記接合層を前記基体側から基体側部５１、中央部５２および支持体側部５３の３つの領域に分けたときに、前記中央部５２における銀の含有率が前記基体側部５１および前記支持体側部５３における銀の含有率よりも大きい試料保治具である。【選択図】図４

Description

本発明は、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用いられる、半導体ウエハ等の試料を保持する際に用いられる試料保持具に関するものである。

試料保持具として、例えば、特許文献１に記載の接合体が知られている。特許文献１に記載の接合体は、一方の主面に試料保持面（ウエハー設置面）を有する基体（サセプター）と、基体の他方の主面に設けられた支持体（リング）とを備えており、基体と支持体とが接合層によって接合されている。また、接合層としては、例えば、銀銅ろうが知られている。

特開平１１−２７８９５１号公報

基体と支持体とが銀銅ろうで接合された試料保持具においては、ヒートサイクル下における長期信頼性を向上させることが困難であった。具体的には、ヒートサイクル下における試料保持具の長期間の使用によって接合層が基体または支持体から剥離してしまうおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、長期信頼性が向上した試料保持具を提供することを目的とする。

本発明の一態様の試料保持具は、セラミックスからなり一方の主面に試料保持面を有する基体と、前記基体の他方の主面に設けられた支持体と、前記基体と前記支持体とを接合する接合層とを有しており、該接合層は銀および銅から成るとともに、前記接合層を前記基体側から基体側部、中央部および支持体側部の３つの領域に分けたときに、前記中央部における銀の含有率が前記基体側部および前記支持体側部における銀の含有率よりも大きいことを特徴とする。

本発明の一態様の試料保持具によれば、接合層の中央部において銅よりもヤング率が小さい銀の含有率を高くすることによって、ヒートサイクル下において生じる変形を接合層の中央において生じさせることができる。そのため、接合層のうち基体側部および支持体側部において生じる変形を低減することができるので、接合層が基体または支持体から剥離してしまうおそれを低減できる。そのため、試料保持具の長期信頼性を向上できる。

本発明の一実施形態の試料保持具およびこれを用いた試料処理装置の断面図である。図１に示す試料保持具の斜視図である。図１に示す試料保持具の部分部分断面図である。図３に示す試料保持具のうち領域Ａを拡大した部分断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る試料保持具１およびこれを用いた試料処理装置１０について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る試料保持具１およびこれを用いた試料処理装置１０を示す断面図である。また、図２は試料保持具１の斜視図であり、図１において示した試料保持具を上下反転して示している。

図１に示すように、試料処理装置１０は、筺体２と、筺体２の内部に設けられた試料保持具１とを備えている。試料処理装置１０は、例えば、半導体製造装置として用いられる。この場合には、筺体２はいわゆる真空処理装置のチャンバーとして用いられ、試料保持具１には、試料として例えば、シリコンウエハ等が保持される。

筺体２は、底面の中央部に下側に開口する貫通孔２０を有しており、この貫通孔２０を囲って気密構造を構成するように試料保持具１が取り付けられている。試料保持具１は、一方の主面（以下、上側主面ともいう）に試料保持面３０を有する基体３と、基体３の他方の主面（以下、下側主面ともいう）に接合された支持体４とを備えている。この支持体４が筺体２の貫通孔２０を取り囲んで筐体２に接合されている。支持体４は、筺体２に接合層５によって接合されて、筺体２の貫通孔２０を基体３とともに封止している。これによって、基体３の試料保持面３０が露出する筺体２内の空間を気密構造としている。なお、「上側」との記載および「下側」との記載は、理解を助けるために便宜上用いた表現であって、試料保持具１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１は、試料保持面３０が下側になるように用いられてもよいし、横側になるように用いられてもよい。

基体３は、試料保持面３０にウエハ等の板状の試料を保持するための部材である。図１および図２に示すように、基体３は、例えば、円板状の部材である。基体３は、上側主面に試料保持面３０を有する。

基体３は、例えば、窒化アルミニウム等のセラミック材料から成る。また、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素等のセラミック材料から成るものであってもよい。基体３は、例えば、複数のセラミックグリーンシートを積層して、これをホットプレス法等で焼成することによって得ることができる。また、必要に応じて、基体３の内部に静電吸着用の電極またはヒータ用の配線等が設けられていてもよい。これら電極または配線パターンを設けるには、焼成前の複数のセラミックグリーンシートのうち所望のグリーンシートにスクリーン印刷法等を用いて、焼成後に電極または配線と成る形状に導体ペーストのパターンを印刷しておけばよい。

基体３の寸法は、試料保持面３０に保持される試料の大きさに応じて適宜設定される。基体３の寸法は、試料保持面３０にシリコンウエハを保持する場合であれば、例えば、円板状として試料保持面３０の直径を３０〜５００ｍｍ程度に、厚みを５〜２５ｍｍ程度に設定できる。

支持体４は、基体３を保持するための部材である。図１および図２に示すように、支持体４は、基体３の下側主面に接合された鍔部４１および鍔部４１から下側（基体３の下側主面から離れる方向）に向かって伸びる筒部４２を有する。これら鍔部４１と筒部４２とは一体的に形成されている。鍔部４１と筒部４２とは、例えば、切削加工等によって一体に形成することができる。また、鍔部４１と筒部４２とを接合して一体になるように形成することもできる。支持体４は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ等の耐熱性および生産性に優れた金属材料から成る。

鍔部４１は、基体３の下側主面に接合される部位である。鍔部４１は、例えば円環状の
部位であって、基体３の下側主面に接して、ろう付け等によって接合されて基体３と一体になるように設けられている。鍔部４１は、幅方向に広がりを持った上面が基体３の下側主面に対向している。鍔部４１の寸法は、基体３の寸法に応じて適宜設定されるが、円板状の基体３に対しては、例えば、内径を２０〜４５０ｍｍ程度に、円環の幅を２〜１５ｍｍ程度に設定できる。

なお、試料処理装置１０においては試料処理用の各種の電力やガスが筐体２の外部から貫通孔２０を通して基体３に供給されることから、鍔部４１の内径は、基体３の下側主面に配置される各種の端子（図示せず）の配置および試料処理装置１０の内部にガスを導入するために基体３に設けられるガス供給孔（図示せず）等の配置等を踏まえて設定される。また、鍔部４１の円環の幅は、基体３と支持体４との接合強度を十分に確保できるように設定される。

また、本実施形態における支持体４は円環状の鍔部４１および円筒状の筒部４２を有するものであるが、形状はこれに限られない。鍔部４１の形状は楕円形状の環状または三角形状、四角形状もしくは六角形状等の多角形状の環状であってもよい。筒部４２の形状も同様に、楕円形状の筒状または三角形状、四角形状もしくは六角形状等の多角形状の筒状であってもよい。さらに、鍔部４１の形状と筒部４２の形状との組合せも、円環状と円筒状のように同様の形状に限られず、異なる形状の組合せであっても構わない。

図３は、図１に示す試料保持具１の部分拡大断面図である。図２と同じく基体３の下側主面を上向きにして、基体３の下側主面と支持体４の鍔部４１および筒部４２の上端近傍との接合部分を拡大して示している。図３に示すように、鍔部４１と基体３とは接合層５によって接合されており、筒部４２の上端と基体３とも同じく接合層５によって接合されている。そして、接合層５は、筒部４２の内周面側および鍔部４１の外周側でそれぞれメニスカス状に設けられており、筒部４２の内周面側で大きなメニスカス状になっている。

接合層５は、銀および銅から成る。なお、ここでいう「銀および銅から成る」とは、接合層５のうち銀の占める割合および銅の占める割合の合計が７０質量％以上であることを意味している。すなわち、接合層５は、銀および銅のみから成る必要は無く、亜鉛やカドミウム等を含んでいてもよい。

本実施形態では、鍔部４１と基体３との接合を良好に行なうために、基体３の下側主面には、ろう付け用の下地層としてメタライズ層６が設けられている。メタライズ層６は、鍔部４１の形状に対応して設けられている。すなわち、鍔部４１が円環状であれば、これに対応するように、メタライズ層６もそれよりもやや幅が広い円環状である。メタライズ層６としては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金等を用いることができる。

支持体４の筒部４２は、筺体２の内部において基体３を支えるための筒状の部位である。筒部４２は鍔部４１の内周から伸びており、筒部４２の上端は、円環状の鍔部４１の内周に連続している。すなわち、本実施形態では筒部４２は円筒状である。筒部４２の下端は、例えば、試料処理装置１０における筺体２の内側底面に貫通孔２０の周囲で接合される。すなわち、支持体４は、鍔部４１の上面が基体３の下側主面に接合されるとともに、筒部４２の下端の部位が筺体２に接合されて用いられる。

図４は、図３のうち領域Ａを拡大して示している。本実施形態の試料保持具１においては、図４に示すように、接合層５を基体３側から、基体側部５１、中央部５２および支持体側部５３の３つの領域に分けることができる。なお、上述の３つの領域は、基体側部５１の厚み（Ｔ_１）、中央部５２（Ｔ_２）の厚みおよび支持体側部５３（Ｔ_３）の厚みが等しくなるように、分けられる。すなわち、例えば図４に示すように、接合層５の厚みが一定でないような場合には、基体側部５１と中央部５２との界面、および、中央部５２と支持体側部５３との界面も、一様な平面ではなく曲面（断面視では曲線）になる。

そして、中央部５２における銀の含有率が、基体側部５１および支持体側部５３のそれぞれにおける銀の含有率よりも大きい。このように、接合層５の中央部５２において銅よりもヤング率が小さい銀の含有率を高くすることによって、ヒートサイクル下において生じる変形を接合層５の中央において生じさせることができる。そのため、接合層５のうち基体側部５１および支持体側部５３において生じる変形を低減することができる。そのため、接合層５が基体３または支持体４から剥離してしまう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できる。

基体側部５１、中央部５２および支持体側部５３における、銀の含有率の比較は、例えば、以下の方法で確認できる。具体的には、試料保持具１をダイヤモンドカッターを用いて、接合層５を通る基体３の下側主面に垂直な方向の面で切断して研磨する。その後、走査型電子顕微鏡を用いて、元素分析を行なうとともに研磨面の状態を観察すればよい。このとき、得られた画像のうち基体側部５１、中央部５２および支持体側部５３の３つの領域それぞれにおける銀の占めている領域の面積を比較することによって、銀の含有率の比較を行なうことができる。

また、基体側部５１において、基体３側に銅の成分が偏って存在していてもよい。これにより、銀よりも熱膨張率が小さい銅を基体３側に偏らせて存在させることによって、基体側部５１のうち基体３側の熱膨張率を基体３に近づけることができる。これにより、ヒートサイクル下において、接合層５に剥がれが生じるおそれを低減できる。例えば、基体側部５１の断面を見たときに、銅の成分の８０％以上が、基体側部５１を厚み方向に２分したうちの基体３側に存在している場合には、基体３側に銅の成分が偏って存在していているとみなすことができる。

また、試料保持面３０に垂直な断面を見たときに、支持体側部５３において、銅の成分が支持体４側から基体３側に向かって伸びる形状であってもよい。銅の成分が支持体４側から基体３側に向かって伸びる形状であることによって、接合層５と支持体４との界面にクラックが生じたときに、このクラックの進行を支持体４側から基体３側に向かうように誘導しやすくできる。その結果、生じたクラックが接合層５と支持体４との界面に沿って進行してしまい、接合層５が支持体４から剥がれてしまうおそれを低減できる。銅の成分が支持体４側から基体３側に向かって伸びる形状としては、例えば、長円形状、楕円形状またはこれら形状に類似する形状が挙げられる。また、伸びる形状である銅の成分が支持体側部５３から中央部５２にかけて存在していてもよい。

接合層５の厚みは、例えば、５０〜２００μｍに設定できる。接合層５の厚みが１００μｍの場合には、伸びる形状である銅の成分の寸法は、例えば、長さを３０〜５０μｍに、幅を５〜２０μｍに設定できる。試料保持面３０に垂直な方向を縦として、試料保持面３０に平行な方向を横として、アスペクト比＝「縦方向の最大長さ」／「横方向の最大長さ」としたときに、アスペクト比は、例えば、１．５〜１０に設定できる。

上記構造の接合層５を有する試料保持具１の製造方法を以下に説明する。まず、所定の方法にて基体３を準備する。基体３の他方の主面には円環状のメタライズ層６を形成しておく。そして、このメタライズ層６に接合層５となるシート状の銀銅ろう（以下、銀銅ろうシートともいう）を配置して、さらに、銀銅ろうシートに支持体４を重ねる。この状態で、真空中で加熱を行なうことによって基体３と支持体４とを接合層５によって接合できる。このとき、銀銅ろうシートとしては、例えば、３枚の銀銅ろうシートを用いることができる。具体的には、例えば、基体側部５１および支持体側部５３となる部分には、銀と
銅の比率が質量比で６２：３８の銀銅ろうシートを、中央部５２となる部分には銀と銅の比率が質量比で８２：１８の銀銅シートを用いることができる。これらを、積層して接合層５を形成することによって、中央部５２において銀の含有率を高めることができる。

さらに、基体側部５１となる銀銅ろうシートとして、基体３側の銅の割合を高めたシートを用いることによって、基体３側に銅の成分を偏って存在させることができる。

さらに、試料保持面３０に垂直な断面を見たときに、支持体側部５３において、銅の成分が支持体４側から基体３側に向かって伸びる形状にするための方法として、以下の方法が挙げられる。例えば、支持体側部５３となる銀銅ろうシートとして、銅の成分が厚さ方向に長い状態でシート中に存在しているような銀銅ろうシートを用いればよい。このような銀銅ろうシートを用いることによって、銅の成分を支持体４側から基体３側に向かって伸びる形状にすることができる。

１：試料保持具
２：筺体
２０：貫通孔
３：基体
３０：試料保持面
４：支持体
４１：鍔部
４２：筒部
５：接合層
５１：凹部
１０：試料処理装置

Claims

セラミックスからなり一方の主面に試料保持面を有する基体と、前記基体の他方の主面に設けられた支持体と、前記基体と前記支持体とを接合する接合層とを有しており、該接合層は銀および銅から成るとともに、前記接合層を前記基体側から基体側部、中央部および支持体側部の３つの領域に分けたときに、前記中央部における銀の含有率が前記基体側部および前記支持体側部における銀の含有率よりも大きいことを特徴とする試料保持具。
前記基体側部において、前記基体側に銅の成分が偏って存在していることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
前記試料保持面に垂直な断面を見たときに、前記支持体側部において、銅の成分が前記支持体側から前記基体側に向かって伸びる形状である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。