JP2023104678A - 試料保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料保持具の均熱性を高める。【解決手段】 セラミック基板と、発熱抵抗体と、第１金属板と、固定部材と、を備えている。前記セラミック基板は、第１面および該第１面の反対に位置する第２面を有し、前記発熱抵抗体は、前記セラミック基板の内部または前記第２面に位置し、前記第１金属板は、前記第２面に対向する第３面および該第３面の反対に位置する第４面を有し、前記固定部材は、第１端および該第１端の反対に位置する第２端を有し、前記第１端が前記セラミック基板に接続され、前記セラミック基板と前記第１金属板とを固定している。また、前記固定部材は、前記第１端を含み、前記セラミック基板から前記第１金属板に向かって延びる第１部位と、前記第２端を含み、前記第１金属板から前記セラミック基板に向かって延びる複数の第２部位と、前記第１部位と前記複数の第２部位とを連結する第３部位とを有する。【選択図】 図１

Description

本開示は、ウェハー加熱装置などの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に記載のヒータユニットが知られている。特許文献１に記載されているヒータユニットは、発熱体と、発熱体を内部に備えて上面に加熱面を有するヒータ基板と、ヒータ基板の下面に離れて位置し、発熱体の熱を反射する金属の容器と、ヒータ基板と金属の容器とを固定するヒータ基板支持体と、金属の容器と装置架台とを固定する容器支持体と、を備えている。

特開２００５－２３５６７２号公報

このようなヒータユニットにおいて、発熱体の熱は、ヒータ基板、ヒータ基板支持基板、金属の容器、さらに容器支持体へと熱が伝わる。このとき、ヒータ基板支持体が単に直線状に延びた形状であるときには、ヒータ基板と金属の容器の間に熱が留まりにくい。また、ヒータ基板支持体が存在する箇所と存在しない箇所とで温度差が大きいため、ヒータ基板と金属の容器の間において温度差が生じていた。今般の試料保持具には、熱引けが少なく、ヒータ基板と金属の容器の間において均熱性に優れていることが求められている。

本開示の試料保持具は、セラミック基板と、発熱抵抗体と、第１金属板と、固定部材と、を備えている。前記セラミック基板は、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。前記発熱抵抗体は、前記セラミック基板の内部または前記第２面に位置する。前記第１金属板は、前記第２面に対向する第３面および該第３面の反対に位置する第４面を有する。前記固定部材は、第１端および該第１端の反対に位置する第２端を有し、前記第１端が前記セラミック基板に接続され、前記セラミック基板と前記第１金属板とを固定している。また、前記固定部材は、前記第１端を含み、前記セラミック基板から前記第１金属板に向かって延びる第１部位と、前記第２端を含み、前記第１金属板から前記セラミック基板に向かって延びる複数の第２部位と、前記第１部位と前記複数の第２部位とを連結する第３部位とを有する。

本開示の一形態の試料保持具は、熱引けが少なく、優れた均熱性を有する。

試料保持具の一例を示す断面図である。 図１に示す試料保持具のＡ部分の拡大断面図である。 試料保持具の他の例を示す拡大断面図である。 試料保持具の他の例を示す拡大断面図である。 試料保持具の他の例を示す拡大断面図である。 図５に示す試料保持具のＢ部分の拡大断面図である。 試料保持具の他の例を示す平面透視図である。 試料保持具の他の例を示す拡大断面図である。

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の一例を示す断面図である。試料保持具１００は、図１に示すように、セラミック基板１と、発熱抵抗体２と、第１金属板３と、固定部材４と、を備えている。

セラミック基板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。セラミック基板１は、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。図１において、第１面１１が試料保持面である。セラミック基板１の形状は、例えば円板状である。セラミック基板１の材質としては、例えば、炭化ケイ素が挙げられる。セラミック基板１の寸法としては、例えば、厚みが０．５～１０ｍｍ、直径が１００～４５０ｍｍである。セラミック基板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。

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、図示においてセラミック基板１の第２面１２に位置しているが、発熱抵抗体２は、セラミック基板１の内部に位置するものであってもよい。発熱抵抗体２は、例えば、セラミック基板１の周方向に延びる線状の部材であってもよい。発熱抵抗体２は、複数の領域に分かれて位置していてもよく、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、セラミック基板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。

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、上記の金属材料に加えて、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０．０１～３ｍｍ、幅が０．５～３０ｍｍ、長さが１００～５０００ｍｍである。

第１金属板３は、固定部材４を介してセラミック基板１を支持するための部材である。第１金属板３は、セラミック基板１の第２面１２に対向する第３面３１と、第３面３１の反対に位置する第４面３２とを有している。第１金属板３は、セラミック基板１と離れて位置している。図１に示すように、第４面３２には、試料保持具１００と外部の装置と固定するための支持部材が位置している。第１金属板３の形状は、例えば円板状の部材である。静電チャックの場合、第２面１２と第３面３１の間は真空領域であり、第４面３２は大気に曝される部分である。

第１金属板３は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたは鉄等の金属材料で構成されていてもよい。第１金属板３の寸法は、例えば第１金属板３が円板状のときは、直径は１００～４５０ｍｍ、厚みは０．５～２０ｍｍである。セラミック基板１の第２面１２と第１金属板３の第３面３１との間隔は、例えば５～１５０ｍｍである。

固定部材４は、セラミック基板１と第１金属板３とを固定するための部材である。固定部材４は、セラミック基板１と第１金属板３との間に位置している。固定部材４は、例えば、円棒状や角棒状の部材である。固定部材４は、第１端４０１と第２端４０２を有している。固定部材４の第１端４０１は、セラミック基板１に接続されている。固定部材４の第２端４０２は、第１端４０１の反対に位置しており、第１金属板３に接続されている。図２で上方に位置しているのが第１端４０１、下方に位置しているのが第２端４０２である。

固定部材４は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたは鉄等の金属材料であってもよい。固定部材４は、例えば、円棒状のとき、径の長さが１～１０ｍｍ、長さが５～１５０ｍｍである。

固定部材４は、第１部位４１と、第２部位４２および第３部位４３の３つの部位を有している。第１部位４１は、セラミック基板１から第１金属板３に向かって延びている。第２部位４２は、第１金属板３からセラミック基板１に向かって延びている。なお、この記載は、第１部位４１と、第２部位４２は、固定する部材であるが故に、接続されている側を基準にそこから離れる方向に延びると記載しているにすぎない。また、図１に示すように、第２部位４２は、複数ある。図２では、第２部位４２が２つある場合を記載している。第３部位４３は、第１部位４１と複数の第２部位４２とをつなぐ部材である。固定部材４は、第１部位４１、複数の第２部位４２、これらをつなぐ第３部位４３を有する、すなわち、固定部材４は、分岐している。これにより、セラミック基板１と第１金属板３との間の領域内で、固定部材４の熱の伝わる経路が長くなり、発熱抵抗体２の熱が固定部材４および固定部材４の周辺に留まりやすくなる。また、本実施形態の構成は、セラミック基板１と第１金属板３とが第１部位４１のような直線状の部材のみで固定されているときよりも、発熱抵抗体２の熱が固定部材４を介して第１金属板３に伝わって外部に逃げてしまうことが少なくなる。また、第１部位４１のみのような直線状の部材のみで固定されているときよりも、部材の存在する箇所と存在しない箇所との温度差が小さくなる。その結果、試料保持具１００は、熱引けが少なく、均熱性に優れる。

固定部材４は、「第１部位４１、第２部位４２および第３部位４３を有し」、「それぞれをつなぐ」と記載しているが、第１部位４１と第３部位４３、第２部位４２と第３部位４３、第１部位４１、第２部位４２および第３部位４３のすべてが一体の部材で構成されていてもよい。

固定部材４とセラミック基板１との固定には、例えばネジを用いることができる。第１金属板３にネジ穴が空いており、固定部材４の第２端４０２の先端がネジのような形状をしており、嵌められていてもよい。また、他の接合方法としては、例えば、接合材を用いた方法がある。接合材として用いられる材料としては、例えば、銀ろうまたは銀銅ろう等が挙げられる。

また、図３に示すように、セラミック基板１は、第１貫通孔１３を有し、第１部位４１が第２貫通孔４１１を有し、第３部位４３が、第３貫通孔４３３を有しており、第１貫通孔１３、第２貫通孔４１１および第３貫通孔４３３のそれぞれを挿通する第１締結部材５を備えていてもよい。ここでいう「挿通する」とは、第１部位４１および第３部位４３では、第１締結部材５が貫通し、第２貫通孔４１１および第３貫通孔４３３のそれぞれを通過していることを意味する。

第１締結部材５は、棒状の部材である。第１締結部材５は、例えば、円棒である。第１締結部材５のセラミック基板１の近くに位置する端部は、例えばセラミック基板１の第１面１１まで延びている。第１締結部材５は、セラミック基板１と固定部材４の第１部位４１とを固定するための部材である。また、第１締結部材５のセラミック基板１の近くに位置する端部は、セラミック基板１の第１面１１に対向する板状の構造を有していてもよい。このときの形状は、例えば、円板状である。第１締結部材５は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたは鉄等の金属材料であってもよい。第１締結部材５の寸法は、例えば棒状のときは、直径は１～１０ｍｍ、長さは５～１５０ｍｍである。第１締結部材５のセラミック基板１の近くに位置する端部の形状は、円板状のとき、直径は１～２０ｍｍ、厚みは０．５～１０ｍｍである。

第１貫通孔１３、第２貫通孔４１１および第３貫通孔４３３の形状は、円形や四角形などである。第１貫通孔１３、第２貫通孔４１１および第３貫通孔４３３の寸法は、それぞれが円形の場合は、直径は１～１０ｍｍである。

第２締結部材６は、固定部材４とセラミック基板１とを締結するための部材である。第２締結部材６は、図３に示すように、第３部位４３の下方に位置しており、第１締結部材５と接続している。第２締結部材６は、例えば、カップの形状をしており、第１締結部材５が貫通していてもよい。また、第２締結部材６は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたは鉄等の金属材料であってもよい。第２締結部材６は、例えば、カップ形状のときは、直径の長さが１～２０ｍｍ、長さが１～１０ｍｍである。

第１弾性部材７は、第１締結部材５とセラミック基板１との固定において、第１締結部材５の軸力を分散したり、緩みを止めたりするなど固定を調節する部材である。図３に示すように、第１弾性部材７は、第２締結部材６と固定部材４の第３部位４３との間に位置している。第１弾性部材７の形状は、例えばバネのような形状をしている。第１弾性部材７は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたは鉄等の金属材料であってもよい。第１弾性部材７の寸法は、バネの形状を採用している場合は、径の長さが１～２０ｍｍ、長さが１～２０ｍｍである。第１弾性部材７を有することで、セラミック基板１が発熱抵抗体２によって熱膨張したときに、弾性力の分だけ固定部材４が動くことができることから、第１部位４１にかかる応力を緩和できる。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

第１締結部材５と第２締結部材６との固定方法としては、例えば、ネジを用いて固定する方法がある。第１締結部材５および第２締結部材６の一部をそれぞれネジおよびネジ穴の形状にして固定する方法がある。

また、図４に示すように、第３部位４３が複数の第４貫通孔４３４を有しており、複数の第２部位４２がそれぞれ第１凹部４２１を有していてもよい。また、第４貫通孔４３４と第１凹部４２１のそれぞれを挿通し、第３部位４３と第２部位４２とを締結する第３締結部材８を備えていてもよい。また、第３部位４３と第２部位４２との間に第２弾性部材９を備えていてもよい。

第４貫通孔４３４の形状は、円形や四角形などである。また、第４貫通孔４３４の寸法は、第４貫通孔４３４が円形であるときは、直径は１～１０ｍｍである。

また、図４に示すように、第１凹部４２１は、固定部材４の有する２つの端部のうち、第２部位４２に近い端部に位置している。第１凹部４２１は、セラミック基板１から平面透視したときに、例えば、円形、四角形である。第１凹部４２１の寸法は、円形のときは、直径が１～１０ｍｍ、深さが１～２０ｍｍである。

第３締結部材８は、第２部位４２と第３部位４３とを固定するための部材である。図４に示すように、第３締結部材８は、第４貫通孔４３４と第１凹部４２１のそれぞれを挿通している。ここでいう「挿通する」とは、第３部位４３は、第３締結部材８が貫通しており、第１凹部４２１に位置していることを意味する。第３締結部材８は、例えばネジのような形状をしている。第３締結部材８は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたは鉄等の金属材料であってもよい。第３締結部材８の寸法は、ネジの形状を採用している場合は、径の長さが１～１０ｍｍ、長さが１～２０ｍｍである。

第２弾性部材９は、第３部位４３と第３締結部材８との固定を強固にする部材である。図４に示すように、第２弾性部材９は、第３部位４３における第２面１２との対向面と第３締結部材８との間に位置している。第２弾性部材９の形状は、例えばスプリングワッシ
ャーのような形状をしている。第２弾性部材９は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたは鉄等の金属材料であってもよい。第２弾性部材９の寸法は、スプリングワッシャーの形状を採用している場合は、径の長さが１～１０ｍｍ、厚みが１～１０ｍｍである。第２弾性部材９を備えることで、加熱と冷却のサイクルを長期間の繰り返すことによる第２部位４２と第３部位４３との固定の緩みを防げる。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

また、第１金属板３は、第２凹部３３を有していてもよい。図５および図６に示すように、第３面３１は、第２凹部３３を有している。第２凹部３３は、固定部材４の第２端４０２が入り込むように設けられている。

第２凹部３３の形状は、円形や四角形などである。また、第２凹部３３の寸法は、第２凹部３３が円形であるときは、直径は１～２０ｍｍである。また、第２凹部３３は、ネジ穴のような形状をしていてもよい。第２凹部３３内に、第２端４０２が位置することで、固定部材４を第１金属板３にはめ込むことができる。これにより、固定部材４と第１金属板３とが離れてしまうおそれを低減できる。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。これに応じて、例えば第２凹部３３が雌ネジ、第３締結部材８が雄ネジの形状をしていることで第３締結部材８と第２部位４２とをさらに強固に固定することができる。

また、図５および図６に示すように、前記第１端４０１がセラミック基板１に接続され、第２端４０２が、第１金属板３の第３面３１と第４面３２との間に位置していてもよい。言い換えると、固定部材４が第１金属板３を貫通していなくてもよい。これにより、試料保持具１００の使用時に、固定部材４が第１金属板３を貫通している構造と比較して、固定部材４が貫通して第１金属板３から突出している部分からの熱引きをさらに小さくすることができる。

また、図６に示すように、固定部材４は、拡大断面視したときに、第１部位４１と複数の第２部位４２との距離がそれぞれ等しくてもよい。図６では、第１部位４１と複数の第２部位４２との距離をそれぞれＸとＹで示している。ここでいう「第１部位４１と複数の第２部位４２との距離がそれぞれ等しい」とは、ＸとＹが等しい場合を意味している。図６では、第１部位４１および第２部位４２に理解し易さを優先して、中心線を一点鎖線で記載している。また、ここでいう、第１部位４１と第２部位４２との距離は、それぞれの中心からの距離である。拡大断面視したときに、第１部位４１と複数の第２部位４２との距離がそれぞれ等しいことで、固定部材４に伝わる熱を均等に分散することができる。そのため、固定部材４の熱引きが不均一になるおそれを低減できる。その結果、試料保持具１００は、均熱性に優れる。第１部位４１と複数の第２部位４２との距離ＸおよびＹは、例えば１～２０ｍｍである。

図７は、セラミック基板１の第１面１１に向かって視た平面透視である。図７には、理解し易くするために、第１金属板３の同心円状に有する線を破線で示している。

また、図７に示すように、平面透視において、固定部材４は、第１部位４１と複数の第２部位４２との距離がそれぞれ等しくてもよい。ここでいう、第１部位４１と第２部位４２との距離は、それぞれの中心からの距離である。図７では、理解し易さを優先して、第２部位４２を２点鎖線で記載している。第１部位４１と複数の第２部位４２との距離がそれぞれ等しいことにより、固定部材４に伝わる熱を均等に分散することができる。そのため、固定部材４の熱引きは不均一になるおそれを低減できる。その結果、試料保持具１００は、均熱性に優れる。

また、固定部材４は、第１金属板３の同心円状に等間隔で複数位置していてもよい。こ
れにより、固定部材４が第１金属板３の同心円状に等間隔で位置していない場合と比較して、セラミック基板１が径方向に熱膨張するときに、セラミック基板１と固定部材４との間に生じる応力を分散できる。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

また、図８に示すように、セラミック基板１と第１金属板３との間に、第２面１２に対向する第２金属板１０を有していてもよい。第２金属板１０は、セラミック基板１の第２面１２と第１金属板３の第３面３１とにそれぞれ対向する第５面および第６面を有している。第２金属板１０は、セラミック基板１と離れて位置している。第２金属板１０の形状は、例えば円板状の部材である。

第２金属板１０は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたは鉄等の金属材料で構成されていてもよい。第２金属板１０の寸法は、例えば第２金属板１０が円板状のときは、直径は１００～４５０ｍｍ、厚みは１～１０ｍｍである。セラミック基板１の第２面１２と第２金属板１０の第５面との間隔は、例えば５～１５０ｍｍである。

第２金属板１０を有することにより、発熱抵抗体２の輻射熱を反射させることができる。これにより、発熱抵抗体２の熱を効率よく試料の加熱に使用することができる。

また、セラミック基板１の第２面１２と第１部位４１との間に、さらに、弾性部材を有していてもよい。これにより、弾性部材を有することで、セラミック基板１が発熱抵抗体２によって熱膨張したときに、弾性力の分だけ固定部材４が動くことができることから、第１部位４１にかかる応力を緩和できる。その結果、試料保持具１００は耐久性に優れる。

また、第１部位４１と第３部位４３とが別部材で固定されているときに、第１部位４１と第３部位４３との間に、弾性部材を有していてもよい。これにより、固定部材４が熱膨張するときに、第１部位４１と第３部位４３との熱膨張による応力の集中を緩和できる。

その他、上記実施の形態で示した構成、構造、位置関係及び形状などの具体的な細部は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態で示した構成、構造、位置関係及び形状を適宜組み合わせ可能である。

１：セラミック基板
１１：第１面
１２：第２面
１３：第１貫通孔
２：発熱抵抗体
３：第１金属板
３１：第３面
３２：第４面
３３：第２凹部
４：固定部材
４０１：第１端
４０２：第２端
４１：第１部位
４１１：第２貫通孔
４２：第２部位
４２１：第１凹部
４３：第３部位
４３３：第３貫通孔
４３４：第４貫通孔
５：第１締結部材
６：第２締結部材
７：第１弾性部材
８：第３締結部材
９：第２弾性部材
１０：第２金属板
１００：試料保持具

Claims (8)

1. セラミック基板と、
   発熱抵抗体と、
   第１金属板と、
   固定部材と、を備え、
   前記セラミック基板は、第１面および該第１面の反対に位置する第２面を有し、
   前記発熱抵抗体は、前記セラミック基板の内部または前記第２面に位置し、
   前記第１金属板は、前記第２面に対向する第３面および該第３面の反対に位置する第４面を有し、
   前記固定部材は、第１端および該第１端の反対に位置する第２端を有し、
   前記第１端が前記セラミック基板に接続され、
   前記セラミック基板と前記第１金属板とを固定しており、
   前記固定部材は、
   前記第１端を含み、前記セラミック基板から前記第１金属板に向かって延びる第１部位と、
   前記第２端を含み、前記第１金属板から前記セラミック基板に向かって延びる複数の第２部位と、
   前記第１部位と前記複数の第２部位とをつなぐ第３部位とを有する、試料保持具。
2. 前記セラミック基板が、第１貫通孔を有し、
   前記第１部位が、第２貫通孔を有し、
   前記第３部位が、第３貫通孔を有し、
   前記第１貫通孔、前記第２貫通孔および前記第３貫通孔のそれぞれを挿通する第１締結部材と、前記セラミック基板と前記固定部材とを前記第１締結部材とともに締結する第２締結部材とを備え、
   該第２締結部材と前記第３部位との間にさらに第１弾性部材を備える、請求項１に記載の試料保持具。
3. 前記第３部位が、複数の第４貫通孔を有し、
   前記複数の第２部位が、それぞれ第１凹部を有し、
   前記第４貫通孔と前記第１凹部のそれぞれを挿通し、前記第３部位と前記第２部位とを締結する第３締結部材を備え、
   前記第３部位における前記第２面との対向面と前記第３締結部材との間にさらに第２弾性部材を備える、請求項１または請求項２に記載の試料保持具。
4. 前記第１金属板は、第２凹部を有し、
   該第２凹部内に、前記第２端が位置する、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の試料保持具。
5. 前記固定部材は、前記セラミック基板の前記第１面に向かって視た平面透視において、前記第１部位と複数の前記第２部位との距離がそれぞれ等しい、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の試料保持具。
6. 前記固定部材は、前記第１金属板の同心円状に等間隔で複数位置している、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の試料保持具。
7. セラミック基板と、
   発熱抵抗体と、
   第１金属板と、
   固定部材と、を備え、
   前記セラミック基板は、第１面および該第１面の反対に位置する第２面を有し、
   前記発熱抵抗体は、前記セラミック基板の内部または前記第２面に位置し、
   前記第１金属板は、前記第２面に対向する第３面および該第３面の反対に位置する第４面を有し、
   前記固定部材は、第１端および該第１端の反対に位置する第２端を有し、
   前記第１端が前記セラミック基板に接続され、
   前記第２端が、前記第１金属板の前記第３面と前記第４面との間に位置している、試料保持具。
8. 前記固定部材は、
   前記第１端を含み、前記セラミック基板から前記第１金属板に向かって延びる第１部位と、
   前記第２端を含み、前記第１金属板から前記セラミック基板に向かって延びる前記複数の第２部位と、
   前記第１部位と前記複数の第２部位とをつなぐ前記第３部位とを有する、請求項７に記載の試料保持具。
   

Images