JP2022061618A - 保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部接続部とプローブの双方に焦げ付きが発生することを抑制する。
【解決手段】本開示の保持装置は、第１の方向に略直交する第１の表面と、第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有する板状部材と、板状部材の内部に配置された内部電極部と、板状部材の第２の表面側に露出している外部接続部と、を備える電極４０と、外部接続部を介して内部電極部に通電可能なプローブと、を備える、保持装置であって、外部接続部とプローブの端部とは繊維状電極７０によって電気的に接続されている、保持装置である。外部接続部とプローブの端部とが繊維状電極７０によって電気的に接続されているため、外部接続部とプローブの端部とが点接触となることを回避できる。したがって、外部接続部とプローブの双方に焦げ付きが発生することを抑制できる。
【選択図】図２

Description

本開示は、対象物を保持する保持装置に関する。

対象物（例えば、半導体ウェハ）を保持しつつ所定の温度（例えば、４００～８００℃程度）に加熱する加熱装置（「サセプタ」とも呼ばれる）が知られている。加熱装置は、例えば、成膜装置（ＣＶＤ成膜装置、スパッタリング成膜装置等）やエッチング装置（プラズマエッチング装置等）といった半導体製造装置の一部として使用される。

一般に、加熱装置は、所定の方向に略直交する表面（以下「保持面」という）と、保持面とは反対側の表面（以下「裏面」という）と、を有するセラミックス部材を備える。セラミックス部材の内部には、例えばタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の抵抗発熱体から構成されたヒータ電極が配置されている。ヒータ電極には、少なくとも一部分がセラミックス部材の裏面に露出した導電性の接続部材（「電極パッド」とも呼ばれる）が電気的に接続されている。接続部材には、ろう材により形成された接合部により、金属製の給電部材が接合されている。給電部材および接続部材を介してヒータ電極に電圧が印加されると、ヒータ電極が発熱し、セラミックス部材の保持面上に保持された対象物が加熱される。このような加熱装置として、例えば、特開２０１５－１５９２３２号公報（下記特許文献１）に記載の試料保持具が知られている。

特開２０１５－１５９２３２号公報

上記の試料保持具は、先端が尖った外部端子接続用ピンと、外部端子接続用ピンの先端が押し当てられる第２電極と、を備えている。第２電極の表面は必ずしも平坦ではなく、僅かにうねりを持っている。うねりの発生原因は、例えば第２電極自身の厚みのばらつきによるものや、基体の内部に積層されたビアの突き上げによって第２電極が部分的に応力を受けることによるものなどである。このため、外部端子接続用ピンの先端と第２電極の表面とが点接触となることで接触面積が少なくなり、高抵抗となり、外部端子接続用ピンと第２電極の双方に焦げ付きが発生するおそれがある。

本開示の保持装置は、第１の方向に略直交する第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有する板状部材と、前記板状部材の内部に配置された内部電極部と、前記板状部材の前記第２の表面側に露出している外部接続部と、を備える電極と、前記外部接続部を介して前記内部電極部に通電可能なプローブと、を備える、保持装置であって、前記外部接続部と前記プローブの端部とは繊維状電極によって電気的に接続されている、保持装置である。

本開示によれば、外部接続部とプローブの双方に焦げ付きが発生することを抑制できる。

図１は、実施形態における加熱装置を概略的に示した斜視図である。 図２は、加熱装置の内部構成を示した断面図である。 図３は、図２の繊維状電極付近を拡大して示した断面図である。 図４は、変形例における繊維状電極付近を拡大して示した断面図である。

［本開示の実施形態の説明］
（１）本開示の保持装置は、第１の方向に略直交する第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有する板状部材と、前記板状部材の内部に配置された内部電極部と、前記板状部材の前記第２の表面側に露出している外部接続部と、を備える電極と、前記外部接続部を介して前記内部電極部に通電可能なプローブと、を備える、保持装置であって、前記外部接続部と前記プローブの端部とは繊維状電極によって電気的に接続されている、保持装置である。

外部接続部とプローブの端部とが繊維状電極によって電気的に接続されているため、外部接続部とプローブの端部とが点接触となることを回避できる。したがって、外部接続部とプローブの双方に焦げ付きが発生することを抑制できる。

（２）前記繊維状電極は、前記第１の方向において前記外部接続部と前記プローブの端部との間に挟持されており、前記外部接続部に接合されていないことが好ましい。
繊維状電極が外部接続部に接合されると、両者が点接触する可能性があり、高抵抗となって、繊維状電極と外部接続部の双方に焦げ付きが発生するおそれがある。そこで、上記のように繊維状電極が外部接続部に接合されていないようにすることで点接触を防ぐとともに、焦げ付きの発生を防ぐことができる。

（３）前記板状部材の前記第２の表面には、前記第１の表面側に凹んだ形態の凹部が設けられており、前記繊維状電極は、圧縮状態で前記凹部内に配置されていることが好ましい。
繊維状電極を圧縮状態で凹部内に配置できるため、繊維状電極の位置決めが容易になるとともに、プローブの端部を繊維状電極に押し当てる際に、繊維状電極が凹部内から落下しないように手で押さえておく必要がない。

（４）前記外部接続部は、複数の前記内部電極部のグランド側にそれぞれ電気的に接続されたコモン電極に接続されていることが好ましい。
電流が集まるコモン電極側において外部接続部とプローブの双方に焦げ付きが発生することを抑制できる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の保持装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜加熱装置＞
本開示の保持装置は、対象物（例えば、半導体ウェハＷ）を保持しつつ所定の処理温度（例えば、４００～８００℃）に加熱する加熱装置１００であり、サセプタとも呼ばれる。加熱装置１００は、例えば、成膜装置（ＣＶＤ成膜装置、スパッタリング成膜装置等）やエッチング装置（プラズマエッチング装置等）といった半導体製造装置の一部として使用される。加熱装置１００は、図１に示すように、保持体１０と、柱状支持体２０と、を備える。加熱装置１００が請求項の「保持装置」に対応する。なお、本明細書に開示される技術は、加熱装置以外に、静電チャック、保持装置等に適用可能である。

＜保持体＞
保持体１０は、図２に示すように、上下方向に略直交する保持面Ｓ１と、保持面Ｓ１とは反対側の裏面Ｓ２と、を有する略円板状の部材である。保持体１０は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックス等の絶縁部材により形成されている。なお、ここでいう主成分とは、含有割合（重量割合）の最も多い成分を意味する。保持体１０の直径は、例えば１００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下程度である。保持体１０が請求項の「板状部材」に対応し、上下方向が請求項の「第１の方向」に対応し、保持面Ｓ１が請求項の「第１の表面」に対応し、裏面Ｓ２が請求項の「第２の表面」に対応する。

保持体１０の内部には、電極４０が埋設されている。電極４０は、抵抗発熱体５０と、各ビア５２Ａ、５２Ｂと、コモン電極５５と、メタライズ導体６０と、を備える。

抵抗発熱体５０は、保持体１０を加熱するヒータ電極であり、例えば、タングステンやモリブデン等の導電性材料により形成されている。抵抗発熱体５０は、上方から見て、略同心円状に延びる線状のパターンを構成している。抵抗発熱体５０の線状パターンの両端部は、ビアパッドを介して第１ビア５２Ａの上端部に接続されている。抵抗発熱体５０が請求項の「内部電極部」に対応する。

複数の抵抗発熱体５０の下方には、コモン電極５５が設けられている。コモン電極５５は、複数の抵抗発熱体５０の第１ビア５２Ａの下端部（グランド側）にそれぞれ電気的に接続されている。コモン電極５５は、第２ビア５２Ｂを介して導電性のメタライズ導体６０に接続されている。メタライズ導体６０は、保持体１０の中心部近傍に配置されている。

保持体１０の裏面Ｓ２には、複数の端子穴１２が形成されている。各端子穴１２は、保持面Ｓ１側に凹んだ形態とされている。各端子穴１２の上端部には、端子側電極６２が設けられている。

端子側電極６２は、メタライズ導体６０の一部分（後述する内側部ＩＰ）が保持体１０の裏面Ｓ２側に露出した部分である。抵抗発熱体５０とメタライズ導体６０は、各ビア５２Ａ、５２Ｂ、およびコモン電極５５などを介して電気的に接続された状態となっている。端子穴１２が請求項の「凹部」に対応し、端子側電極６２が請求項の「外部接続部」に対応する。

＜メタライズ導体＞
メタライズ導体６０は、金属材料とセラミックス材料とを含むように形成されている。メタライズ導体６０に含まれる金属材料は、例えば、タングステンやモリブデン等である。また、メタライズ導体６０に含まれるセラミックス材料は、例えば、窒化アルミニウムやアルミナである。なお、メタライズ導体６０に含まれるセラミックス材料は、保持体１０の主成分であるセラミックス材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するセラミックス材料であることが好ましい。

また、メタライズ導体６０は、例えば上方から見て、略円形の略平板状部材である。ただし、メタライズ導体６０は、外周部分が全周にわたって斜め上方に屈曲したような形状となっている。すなわち、メタライズ導体６０は、そのように屈曲して保持体１０の内部に位置する外周部ＯＰと、外周部ＯＰ以外の部分である略平板状の内側部ＩＰと、から構成されている。

図３に示すように、メタライズ導体６０の内、外周部ＯＰに相当する領域は保持体１０を構成するセラミックス材料等の絶縁部材１３によって覆われているが、内側部ＩＰに相当する領域は保持体１０の裏面Ｓ２側に露出している。内側部ＩＰの下面が端子側電極６２である。メタライズ導体６０の内側部ＩＰの直径は、例えば３ｍｍ以上、１２ｍｍ以下程度であり、メタライズ導体６０の厚さは、例えば０．００５ｍｍ以上、０．１５ｍｍ以下程度である。また、外周部ＯＰを覆う絶縁部材１３の最大厚さ（最大かぶり厚）は、例えば０．００５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下程度である。絶縁部材１３の材料は保持体１０の材料と同じである。絶縁部材１３が保持体１０と同じ材料で構成されているから、絶縁部材１３と保持体１０を一体に形成できる。

＜柱状支持体＞
図２に示すように、柱状支持体２０は、上下方向に延びる略円柱状部材である。柱状支持体２０は、保持体１０と同様に、例えば窒化アルミニウムやアルミナを主成分とするセラミックス等の絶縁部材により形成されている。柱状支持体２０の外径は、例えば３０ｍｍ以上、９０ｍｍ以下程度であり、柱状支持体２０の高さ（上下方向における長さ）は、例えば１００ｍｍ以上、３００ｍｍ以下程度である。

保持体１０と柱状支持体２０は、保持体１０の裏面Ｓ２と柱状支持体２０の上面Ｓ５とが上下方向に対向するように配置されている。柱状支持体２０は、保持体１０の裏面Ｓ２の中心部付近に、公知の接合材料により形成された接合部３０を介して接合されている。

柱状支持体２０には、保持体１０の裏面Ｓ２側に開口する貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２は、上下方向に延出し、その延出方向にわたって略一定の内径を有する断面略円形の孔である。貫通孔２２には、複数の電極端子２４が収容されている。電極端子２４は、上方から見て、略円形の柱状部材であり、ニッケル（Ｎｉ）等の導電性材料により形成されている。電極端子２４の直径は、例えば２ｍｍ以上、６ｍｍ以下程度である。電極端子２４の上端部は、先細り状の端部２６とされている。電極端子２４が請求項の「プローブ」に対応する。

＜繊維状電極＞
端子穴１２の内部には、繊維状電極７０が圧縮状態で収容されている。繊維状電極７０は、銅などの金属によって構成され、直径約０．１ｍｍの芯線が絡まり合ったものである。繊維状電極７０には、電極端子２４の端部２６が下方から突き刺さっている。電極端子２４は、スプリングなどの付勢部材によって繊維状電極７０に向けて押し当てられている。繊維状電極７０は、端子側電極６２に接合（ろう付け）されておらず、上下方向において端子側電極６２と電極端子２４の端部２６との間に挟持されている。

繊維状電極７０は柔軟性があるため、端子側電極６２の表面に１００μｍ前後の凹凸部があったとしても、凹凸部の形状に合わせて点接触もしくは線接触できるため、端子側電極６２に対する接触面積を十分に確保できる。同様に、電極端子２４の端部２６の表面に凹凸部があったとしても、凹凸部の形状に合わせて点接触もしくは線接触できるため、電極端子２４の端部２６に対する接触面積を十分に確保できる。

＜実施例＞
加熱装置１００についてヒートサイクル試験前後における抵抗値測定を行った。
測定条件：真空中で４５０℃の温度雰囲気下、印加電流２０．１Ａで実施した。

ワーク単体は、繊維状電極７０なしでヒートサイクル試験前に上記測定条件で測定した抵抗値を示す。
試験前は、ヒートサイクル試験前に上記測定条件で測定した抵抗値を示す。
試験後は、ヒートサイクル試験後に上記測定条件で測定した抵抗値を示す。

測定結果：端子側電極６２と電極端子２４の端部２６とに焦げは発生せず、繊維状電極７０を使用したことによる抵抗値上昇は確認できなかった。試験後の抵抗値上昇はワーク温度が上がったためであり、問題なしと判断できる。

このように本実施形態では電極端子２４の端部２６を端子側電極６２に対してろう付けによって接続していないから、ヒートサイクル試験による接続部（ろう付け部）の劣化が発生せず、抵抗値の上昇や断線などを回避できる。

以上のように本実施形態の加熱装置１００は、上下方向に略直交する保持面Ｓ１と、保持面Ｓ１とは反対側の裏面Ｓ２と、を有する保持体１０と、保持体１０の内部に配置された抵抗発熱体５０と、保持体１０の裏面Ｓ２側に露出している端子側電極６２と、を備える電極４０と、端子側電極６２を介して抵抗発熱体５０に通電可能な電極端子２４と、を備える、加熱装置１００であって、端子側電極６２と電極端子２４の端部２６とは繊維状電極７０によって電気的に接続されている、加熱装置１００である。

端子側電極６２と電極端子２４の端部２６とが繊維状電極７０によって電気的に接続されているため、端子側電極６２と電極端子２４の端部２６とが点接触となることを回避できる。したがって、端子側電極６２と電極端子２４の双方に焦げ付きが発生することを抑制できる。

繊維状電極７０は、上下方向において端子側電極６２と電極端子２４の端部２６との間に挟持されており、端子側電極６２に接合されていないことが好ましい。
繊維状電極７０が端子側電極６２に接合されると、両者が点接触する可能性があり、高抵抗となって、繊維状電極７０と端子側電極６２の双方に焦げ付きが発生するおそれがある。そこで、上記のように繊維状電極７０が端子側電極６２に接合されていないようにすることで点接触を防ぐとともに、焦げ付きの発生を防ぐことができる。

保持体１０の裏面Ｓ２には、保持面Ｓ１側に凹んだ形態の端子穴１２が設けられており、繊維状電極７０は、圧縮状態で端子穴１２内に配置されていることが好ましい。
繊維状電極７０を圧縮状態で端子穴１２内に配置できるため、繊維状電極７０の位置決めが容易になるとともに、電極端子２４の端部２６を繊維状電極７０に押し当てる際に、繊維状電極７０が端子穴１２内から落下しないように手で押さえておく必要がない。

端子側電極６２は、複数の抵抗発熱体５０のグランド側にそれぞれ電気的に接続されたコモン電極５５に接続されていることが好ましい。
電流が集まるコモン電極５５側において端子側電極６２と電極端子２４の双方に焦げ付きが発生することを抑制できる。

［本開示の変形例の詳細］
次に、変形例における加熱装置２００を図４を用いて説明する。変形例の加熱装置２００は、実施形態の加熱装置１００の電極４０の構成を一部変更したものである。変形例の保持体２１０の内部には、電極２４０が埋設されている。電極２４０は、抵抗発熱体５０からなる。電極２４０は、保持体１０の内部に配置された内部発熱部と、保持体１０の裏面側に露出している外部発熱部とを備える。外部発熱部の一部は端子穴１２の内部に露出しており、この露出した部分が端子側電極２５６とされている。繊維状電極７０は、端子側電極２５６に接合（ろう付け）されておらず、上下方向において端子側電極２５６と電極端子２４の端部２６との間に挟持されている。

＜他の実施形態＞
（１）上記実施形態では電極端子２４の端部２６が先細り状となっているが、丸形状やフラット形状でもよい。

（２）上記実施形態では繊維状電極７０が端子側電極６２にろう付けされていないが、繊維状電極７０を端子側電極６２に超音波溶接や抵抗溶接によって接合してもよい。

（３）上記実施形態では繊維状電極７０が圧縮状態で端子穴１２内に配置されているが、繊維状電極７０を圧縮しないで端子穴１２に配置してもよい。

（４）上記実施形態では端子側電極６２がコモン電極５５に接続されているが、複数の抵抗発熱体５０のグランド側が端子側電極にそれぞれ電気的に接続されているものでもよい。

１０：保持体（板状部材） １２：端子穴（凹部） １３：絶縁部材
２０：柱状支持体 ２２：貫通孔 ２４：電極端子（プローブ） ２６：端部
３０：接合部
４０：電極
５０：抵抗発熱体（内部電極部） ５２Ａ：第１ビア ５２Ｂ：第２ビア ５５：コモン電極
６０：メタライズ導体 ６２：端子側電極（外部接続部）
７０：繊維状電極
１００：加熱装置（保持装置）
２００：加熱装置（保持装置） ２１０：保持体 ２４０：電極 ２５６：端子側電極（外部接続部）
ＩＰ：内側部 Ｓ１：保持面（第１の表面） Ｓ２：裏面（第２の表面） Ｓ５：上面 Ｗ：半導体ウェハ

Claims (4)

1. 第１の方向に略直交する第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有する板状部材と、
   前記板状部材の内部に配置された内部電極部と、前記板状部材の前記第２の表面側に露出している外部接続部と、を備える電極と、
   前記外部接続部を介して前記内部電極部に通電可能なプローブと、を備える、保持装置であって、
   前記外部接続部と前記プローブの端部とは繊維状電極によって電気的に接続されている、保持装置。
2. 前記繊維状電極は、前記第１の方向において前記外部接続部と前記プローブの端部との間に挟持されており、前記外部接続部に接合されていない、請求項１に記載の保持装置。
3. 前記板状部材の前記第２の表面には、前記第１の表面側に凹んだ形態の凹部が設けられており、
   前記繊維状電極は、圧縮状態で前記凹部内に配置されている、請求項１または請求項２に記載の保持装置。
4. 前記外部接続部は、複数の前記内部電極部のグランド側にそれぞれ電気的に接続されたコモン電極に接続されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の保持装置。

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