JP2023079709A - 試料保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料保持具の長期信頼性を高める。【解決手段】 試料保持具は、円板状であり、第１面および該第１面の反対に位置する第２面を有するセラミック体と、該セラミック体における前記第２面側に位置する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を覆う第１絶縁層と、を備える。セラミック体は、前記第１面の少なくとも一部が試料保持領域である。前記発熱抵抗体は、前記第２面側において複数の領域に分かれて位置している。前記第１絶縁層は、前記発熱抵抗体がそれぞれ位置する２つの前記領域の間に、前記第２面の中心から外周に向かって延びる第１溝を有している。【選択図】 図６

Description

本開示は、ウェハー上に半導体薄膜を生成する、もしくは、ウェハー上に塗布されたレジスト液の乾燥および焼付を行い、レジスト膜を形成する際のウェハーの加熱などに用いられる半導体製造装置における試料保持具に関するものである。

半導体製造装置に用いられる試料保持具として、例えば、特許文献１に記載のセラミックヒータが知られている。特許文献１に記載されているセラミックヒータは、円板状の部材であるセラミック基板と、セラミック基板の下面に位置しており、内部に発熱抵抗体を有している絶縁性被覆層と、を備えている。発熱抵抗体は、セラミック基板の周方向に伸びている。絶縁性被覆層は、発熱抵抗体を覆うように位置している。

特開２００１－２９７８５８号公報

しかしながら、このようなセラミックヒータは、発熱抵抗体の熱によって絶縁性被覆層が熱膨張したときに、絶縁性被覆層とセラミック基板との間に熱応力が生じて、絶縁性被覆層とセラミック基板との間にクラックが生じるおそれがあった。今般、試料保持具には、優れた耐久性、すなわち長期信頼性が高いことが求められている。

本開示の試料保持具は、円板状であり、第１面および該第１面の反対に位置する第２面を有するセラミック体と、該セラミック体における前記第２面側に位置する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を覆う第１絶縁層と、を備える。セラミック体は、前記第１面の少なくとも一部が試料保持領域である。前記発熱抵抗体は、前記第２面側において複数の領域に分かれて位置している。前記第１絶縁層は、前記発熱抵抗体がそれぞれ位置する２つの前記領域の間に、前記第２面の中心から外周に向かって延びる第１溝を有している。

本開示の一形態の試料保持具は、長期信頼性を有する。

試料保持具の一例を示す下面図である。 図１に示す試料保持具の断面図である。 試料保持具の他の例を示す下面図である。 試料保持具の他の例を示す下面図である。 試料保持具の他の例を示す下面図である。 試料保持具の他の例を示す下面図である。 試料保持具の他の例を示す下面図である。 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。 試料保持具の他の例を示す下面図である。 試料保持具の他の例を示す下面図である。

試料保持具１００について詳細に説明する。

図１は、試料保持具１００の一例を示す下面図である。図２は、図１におけるА―А’線で切断した試料保持具１００の断面図である。図１および図２に示すように、試料保持具１００は、円板状であり、第１面１１および第１面１１の反対に位置する第２面１２を有するセラミック体１と、セラミック体１における第２面１２側に位置する発熱抵抗体２と、発熱抵抗体２を覆う第１絶縁層３と、を備える。なお、下面図とは、第２面１２に向かって視た図のことである。また、下面とは、試料保持面である第１面１１を上面としていることに基づく。セラミック体１は、第１面１１の少なくとも一部が試料保持領域である。発熱抵抗体２は、第２面１２側において複数の領域に分かれて位置している。第１絶縁層３は、発熱抵抗体２がそれぞれ位置する２つの領域の間に、第２面１２の中心から外周に向かって延びる第１溝３１を有している。

セラミック体１は、試料保持具１００において試料を保持するための部材である。図２には、試料保持具１００におけるセラミック体１の面を第１面１１、試料保持具１００におけるセラミック体１の面を第２面１２と記載している。セラミック体１の材質としては、例えば、窒化アルミニウムまたはアルミナ等が挙げられる。セラミック体１は、例えば、内部に静電吸着用の電極を有していてもよい。セラミック体１の寸法としては、例えば、厚みが１．０～１０．０ｍｍ、直径が１５０～５００ｍｍである。

発熱抵抗体２は、試料保持具１００において試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体２は、セラミック体１の第２面１２側に位置している。ここで言う「第２面１２側」は、セラミック体１の第２面１２の近傍を意味している。そのため、セラミック体１の第２面１２上に限られない。発熱抵抗体２は、例えば、セラミック体１の周方向に延びる線状の部材であってもよい。そして、本実施形態の試料保持具１００における発熱抵抗体２は、複数の領域に分かれて位置している。これにより、発熱抵抗体２を領域ごとに温度調節をすることができる。また、例えば、発熱抵抗体２は、セラミック体１の周方向に沿いつつ、折返しが繰り返されるものであってもよい。図１および図２では、例えば、セラミック体１の第２面１２において、発熱抵抗体２が、第１領域、第２領域および第３領域と、複数の領域に分かれている場合を示している。

発熱抵抗体２は、例えば、銀、銅、金、パラジウムまたは銀パラジウム等の金属材料であってもよい。発熱抵抗体２は、上記金属材料に加えて、例えば、ガラス成分を含んでいてもよい。発熱抵抗体２は、例えば、厚みが０．００１～０．１ｍｍ、幅が０．０１～１０ｍｍ、長さが１０～１０００ｍｍである。発熱抵抗体２で発せられた熱は、セラミック体１の内部を伝わって、試料保持面に到達することにより、試料保持面に保持された試料を加熱できる。

発熱抵抗体２は、図１において、理解し易さを優先して、第１絶縁層３を透過して一点鎖線で示している。

第１絶縁層３は、発熱抵抗体２を保護するための部材である。第１絶縁層３は、発熱抵抗体２を覆うように設けられている。第１絶縁層３の材質としては、例えば、樹脂やガラスが挙げられる。

第１絶縁層３は、図１に示すように、発熱抵抗体２がそれぞれ位置する２つの領域の間に、第２面１２の中心から外周に向かって延びる第１溝３１を有している。第１絶縁層３
は、第１溝３１を有していることにより第１溝３１に向かって熱膨張することができる。これにより、第１絶縁層３がセラミック体１の中心から外周に向かって延びる溝を有していないときと比較して、その領域においてクラックが生じることが少ない。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れ、長期信頼性に優れる。

図２に示すように、第１溝３１は、壁面および底面を有していてもよい。第１溝３１の形状は、断面視したときに、例えば、底面が丸みを帯びていてもよい。また、第１溝３１の壁面同士の距離は、開口付近に向かうにつれて大きくなっていてもよい。また、第１溝３１は、例えば、底面を有さず、壁面のみで形成された先細り形状であってもよい。また、第１溝３１は、例えば、第２面１２の中心から外周に向かって延びているが、セラミック体１の外周まで延びていなくてもよい。また、第１溝３１は、少なくとも一部が第２面１２の中心から外周に向かって延びていればよく、第２面１２の中心から延びていなくてもよい。第１溝３１の寸法は、例えば、壁面の高さに相当する深さが０．０１０～０．１００ｍｍ、底面の幅が1～３０ｍｍ、長さが３０～２５０ｍｍである。

また、第１絶縁層３は、セラミック体１の外周まで延びていてもよい。具体的には、セラミック体１の外周まで、第１絶縁層３が位置していてもよい。

また、図３に示すように、第１絶縁層３は、第１溝３１に加えて、発熱抵抗体２がそれぞれに位置する２つの領域の間に、同心円状の第２溝３２を有していてもよい。第１絶縁層３がこのような構成を満たしているときには、第１溝３１のみならず第２溝３２に向かって熱膨張することができることから、さらにクラックが生じることが少ない。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。熱膨張に関しては、第１溝３１を有していることにより、第２面１２の径方向に交わる方向に熱膨張でき、第２溝３２を有していることにより、第２面１２の径方向に熱膨張できる。

発熱抵抗体２は、図３において、理解し易さを優先して、第１絶縁層３を透過して一点鎖線で示している。図３以降の下面図では、発熱抵抗体２を省略する。

第２溝３２は、第１溝３１と同様に、壁面および底面を有していてもよい。第２溝３２の形状は、断面視したときに、例えば、底面が丸みを帯びていてもよい。また、第２溝３２の壁面同士の距離は、開口付近に向かうにつれて大きくなってもよい。また、第２溝３２は、例えば、底面を有さず、壁面のみで設けられている先細り形状であってもよい。また、第２溝３２は、例えば、第２溝３２の寸法は、例えば、壁面の高さが０．０１０～１．００ｍｍに、底面の幅が１～３０ｍｍ、内周の長さが１００～１０００ｍｍ、外周の長さが１５０～１５００ｍｍである。

また、図４に示すように、第２溝３２は、第２面１２における中心から外周までの距離において、中心よりも外周の近くに位置していてもよい。第２溝３２がこのような構成を満たしているときには、第１絶縁層３における、第２面１２の外周を含む領域の面積が小さくなり、この領域の熱膨張による寸法変化の絶対値は小さくなるため、対象領域の形状が維持されやすい。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

また、図５に示すように、第１溝３１および第２溝３２は、それぞれ複数有していてもよい。第１絶縁層３は、溝を複数有していることにより、それぞれの溝に向かって熱膨張することができる。このような構成を満たしているときには、さらにクラックが生じることが少ない。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

図５に示す試料保持具１００は、第１溝３１および第２溝３２を交互に有している。具体的には、第２面１２の中心から外周に向かって、第２溝３２、第１溝３１、第２溝３２
の順に位置している。このように発熱抵抗体２の存在領域を確保しつつも、複数の溝を有していることによって、熱膨張時におけるクラックを抑制することができるため、このような構成を満たす試料保持具１００は耐久性に優れる。

また、図５に示すように、第１溝３１および第２溝３２は、連続する部分を有していてもよい。これにより、第１溝３１と第２溝３２とが離れている場合と比較して、溝の部分を増やすことができる。すなわち、熱膨張できる領域が増えるため、熱膨張時におけるクラックが少なくなる。

次に、図６は、第１溝３１および第２溝３２を交互に有している他の例であり、第２面１２の中心から外周に向かって、第２溝３２、第１溝３１、第２溝３２、第１溝３１の順に位置している。

また、図６に示す例において、第１絶縁層３における、第２面１２の外周を含む領域は、図５に示す例の同領域と比較して、第１溝３１の存在により４つに分割されている。このように複数に分割されているときには、対象領域におけるそれぞれは、面積が小さいものとなり、熱膨張による寸法変化の絶対値が小さいため、対象領域の形状が維持されやすい。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

次に、図７は、第１溝３１および第２溝３２の連続する部分は、平面視においてなだらかに連なっている例を示している。このような構成を満たしているときには、第１絶縁層３が熱膨張したときに、連続した部分が角部である場合に比べて、応力集中によってクラックが生じることが少ない。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

次に、図８は、図７におけるＢ－Ｂ’線での断面図であり、第１溝３１および第２溝３２は、それぞれ壁面および底面を有している。このとき、第１溝３１および第２溝３２の底面は、セラミック体１の第２面１２であってもよい。言い換えると、セラミック体１は、第１溝３１および第２溝３２の底面にあたる位置において露出していてもよい。このように、第１溝３１および第２溝３２の底面が、セラミック体１の第２面１２であるときには、図示している構成における厚みが同じ場合において、底面が第１絶縁層３であるときより、断面視における溝の面積は大きいものとなる。そして、この面積の増加は、熱膨張可能な領域の増加とも言えることから、このような構成を満たす試料保持具１００は、さらにクラックが生じることが少ない。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

次に、図９は、他の例について図７におけるＢ－Ｂ’線の位置で切断した断面図であり、図９に示すように、第１絶縁層３と第２面１２との間に第２絶縁層４が位置していてもよい。これにより、発熱抵抗体２から生じた熱がセラミック体１に伝わる際に第２絶縁層４を介するため、セラミック体１の熱膨張が低減される。また、発熱抵抗体２とセラミック体１との間に第２絶縁層４が位置していることによって、発熱抵抗体２とセラミック体１との間に生じる熱応力が低減される。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。さらに、セラミック体１における第２面１２が第２絶縁層４で覆われているときには、第２絶縁層４によって第２面１２が保護される。

第２絶縁層４の形状は、例えば、円板状であってもよい。第２絶縁層４は、セラミック体１を覆うように設けられている。第２絶縁層４は、例えば、樹脂またはガラスの材料であってもよい。第２絶縁層４の寸法は、例えば、円板状のときは、直径が１５０～５００ｍｍ、厚みが０．０１～１．０ｍｍである。

また、図１０は、他の例について図７におけるＢ－Ｂ’線の位置で切断した断面図であり、図１０に示すように、第１溝３１および第２溝３２における底面が、第２絶縁層４で
あってもよい。このような構成を満たすときには、第１絶縁層３は、溝の壁面から放熱することができ、第２絶縁層４については露出面から放熱することができるため、熱膨張時におけるクラックが生じることが少ない。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

また、図１０に示すように、第１絶縁層３は、全てが第２絶縁層４上に位置していてもよい。言い換えれば、セラミック体１における第２面１２に向かって視た平面視において、第１絶縁層３が第２絶縁層４内に位置していてもよい。このような構成を満たしているときには、熱膨張時における第１絶縁層３と第２絶縁層４との間で生じる熱応力が少なくなり、熱応力によってクラックが生じることが少ない。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

また、図１０に示すように、第２絶縁層４は、第１絶縁層３よりも厚みが厚くてもよい。これにより、発熱抵抗体２とセラミック体１との間の距離を大きくなる。第２絶縁層４が、第１絶縁層３よりも厚みが厚いときには、熱膨張時において生じる熱応力をより緩和できるため、熱応力によってクラックが生じることが少なくなる。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

次に、図１１は、他の例について図７におけるＢ－Ｂ’線の位置で切断した断面図である。図１１に示すように、第１溝３１および第２溝３２は、それぞれ壁面および底面を有している。このとき、第１溝３１および第２溝３２の底面は、セラミック体１の第２面１２であってもよい。言い換えると、セラミック体１は、第１溝３１および第２溝３２の底面にあたる位置において露出していてもよい。このように、第１溝３１および第２溝３２の底面が、セラミック体１の第２面１２であるときには、図示している構成における厚みが同じ場合において、底面が第１絶縁層３であるときや第２絶縁層４であるときより、断面視における溝の面積は大きいものとなる。そして、この面積の増加は、熱膨張可能な領域の増加とも言え、第２絶縁層４についても、径方向や径方向に交わる方向へ熱膨張できることから、このような構成を満たす試料保持具１００は、第２絶縁層４においてもクラックが生じることが少ない。

次に、第２溝３２は、図１２に示すように、同心円から突出した凸部３３１を少なくとも１つ有していてもよい。第１絶縁層３が、第２溝３２に凸部３３１を有しているときには、凸部３３１に向かって熱膨張することができるため、クラックが生じることがより少ない。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

また、図１２に示すように、例えば、凸部３３１は、中心に向かう方向および外周に向かう方向の両方に有していてもよい。なお、中心に向かう方向、外周に向かう方向の一方であってもよい。また、他の例として、凸部３３１は、第１溝３１が有しているものであってもよい。

また、図１２には、凸部３３１の形状として矩形状のものを記載しているが、これに限らない。例えば、くさび形状や半円などであってもよい。

また、凸部３３１は、図１３に示すように、平面視において頂部が丸みを帯びていてもよい。これにより、第１絶縁層３が熱膨張したときに、凸部３３１の頂部に応力が集中することが少ないため、この応力集中によるクラックが生じることが少ない。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

第１絶縁層３は、例えば、以下の方法で形成できる。セラミック体１の下面に発熱抵抗体２を覆うように第１絶縁層３のガラスを含む原料をスクリーン印刷する。次に、第１絶
縁層３の原料を乾燥させる。その後、６００℃～１２００℃で熱処理して融着させることにより第１絶縁層３を形成することができる。第２絶縁層４についても所望の位置とすること以外は同様の方法により形成することができる。

また、第１溝３１および第２溝３２は、例えば、以下の方法で形成できる。第１絶縁層３の原料を２回に分けてスクリーン印刷を行う。１回目は、セラミック体１の全面に印刷を行う。２回目は、溝を設ける箇所以外の部分を印刷する。その後、熱処理を行うことで第１溝３１および第２溝３２を形成することができる。

また、他の方法として、セラミック体１の全面に印刷と乾燥とを行った後に、切削により溝を設けて、熱処理を行うことで第１溝３１および第２溝３２を形成することができる。

また、他の方法として、セラミック体１の全面に印刷を行った後に、乾燥と熱処理とを行い、第１溝３１および第２溝３２を設ける部分以外をマスクした後にサンドブラスト処理を行うことで第１溝３１および第２溝３２を形成することができる。

第１溝３１および第２溝３２を連続する部分をなだらかにしたり、図１３に記載の凸部３３１を設けたりするには、スクリーン印刷のパターンを所望の形状にすればよい。

１：セラミック体
１１：第１面
１２：第２面
２：発熱抵抗体
３：第１絶縁層
３１：第１溝
３２：第２溝
３３１：凸部
４：第２絶縁層
１００：試料保持具

Claims (12)

1. 円板状であり、第１面および該第１面の反対に位置する第２面を有するセラミック体と、
   該セラミック体における前記第２面側に位置する発熱抵抗体と、
   該発熱抵抗体を覆う第１絶縁層と、を備え、
   前記セラミック体は、前記第１面の少なくとも一部が試料保持領域であり、
   前記発熱抵抗体は、前記第２面側において複数の領域に分かれて位置しており、
   前記第１絶縁層は、前記発熱抵抗体がそれぞれ位置する２つの前記領域の間に、前記第２面の中心から外周に向かって延びる第１溝を有している、試料保持具。
2. 前記第１絶縁層は、さらに、前記発熱抵抗体がそれぞれ位置する２つの前記領域の間に、同心円状の第２溝を有している、請求項１に記載の試料保持具。
3. 前記第２溝は、前記第２面における前記中心から前記外周までの距離において、前記中心よりも前記外周の近くに位置する、請求項２に記載の試料保持具。
4. 前記第１溝および前記第２溝は、連続する部分を有する、請求項２または請求項３に記載の試料保持具。
5. 前記連続する部分は、平面視においてなだらかに連なっている、請求項４に記載の試料保持具。
6. 前記第１溝および前記第２溝は、それぞれ壁面および底面を有しており、
   該底面が、前記セラミック体の前記第２面である、請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の試料保持具。
7. 第２絶縁層をさらに備え、
   該第２絶縁層は、前記第１絶縁層と前記第２面との間に位置する、請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の試料保持具。
8. 前記第１溝および前記第２溝は、それぞれ壁面および底面を有しており、
   該底面が、前記第２絶縁層である、請求項７に記載の試料保持具。
9. 前記第１絶縁層は、全てが前記第２絶縁層上に位置する、請求項７または請求項８に記載の試料保持具。
10. 前記第２絶縁層は、前記第１絶縁層よりも厚みが厚い、請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の試料保持具。
11. 前記第２溝は、同心円から突出した凸部を少なくとも１つ有する、請求項２乃至請求項１０のいずれかに記載の試料保持具。
12. 前記凸部の頂部は、平面視において丸みを帯びている、請求項１１に記載の試料保持具。

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