JP2023132778A - 試料保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料保持具の耐久性を高める。【解決手段】 セラミック基板と、電極と、筒状体と、第１接着層と、給電端子と、金属部材と、第２接着層とを備えている。セラミック基板は、第１面および第１面の反対に第２面を有し、第２面は、凹部を有する。電極は、セラミック基板の内部に位置する。筒状体は、第２面に対向する第３面を有する。第１接着層は、少なくとも第２面および第３面のそれぞれに接して位置する。給電端子は、筒状体内に位置して電極に接続されている。金属部材は、第２面に対向する第４面を有して筒状体の外周面を囲んで位置する。第２接着層は、外周面、第２面および第４面のそれぞれに接して位置する。凹部は、第１面に向かってみた平面透視において少なくとも一部が第３面に重なって位置しており、第１接着層は、凹部に位置している。【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に記載の構成が知られている。特許文献１に記載されている試料保持具は、内部に電極を備える静電チャック部と、貫通孔を有する温度調節用ベース部と、貫通孔内に位置する碍子と、碍子内に位置し電極に電気を供給する給電用端子とを備え、温度調節用ベース部および碍子と静電チャック部とは、接着層で接着されている。

特開２０１６－１７１１８５

試料保持具において、静電チャック部における絶縁部が絶縁破壊に至ると、給電端子から流れる電流が上記の絶縁部を介して金属部材に流れてしまい、電極による吸着力が低下してしまう。この絶縁破壊は、絶縁部にかかる電圧がある限度以上になった場合、すなわち絶縁破壊電圧を超えた場合に起こるものであるが、この絶縁破壊電圧は、電界強度が同じである場合、電流経路の距離によって変化する。電流は、一番抵抗の低い部分を最短経路で進みやすい性質をもつため、静電チャック部と接着層との界面を進む。そのため、電流経路の距離が短い場合は、電流経路の距離が長い場合と比較して絶縁破壊電圧の値は低いものとなり、絶縁破壊が起こりやすいものとなる。

今般の試料保持具には、長期間にわたって吸着力に優れたものである必要があることから、絶縁破壊が少なく、耐久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、電極と、筒状体と、第１接着層と、給電端子と、金属部材と、第２接着層とを備えている。セラミック基板は、第１面および第１面の反対に第２面を有し、第２面は、凹部を有する。電極は、セラミック基板の内部に位置する。筒状体は、第２面に対向する第３面を有する。第１接着層は、少なくとも第２面および第３面のそれぞれに接して位置する。給電端子は、筒状体内に位置して電極に接続されている。金属部材は、第２面に対向する第４面を有して筒状体の外周面を囲んで位置する。第２接着層は、外周面、第２面および第４面のそれぞれに接して位置する。凹部は、第１面に向かってみた平面透視において少なくとも一部が第３面に重なって位置しており、第１接着層は、凹部に位置している。

本開示の一形態の試料保持具は、優れた耐久性を有する。

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平面透視図である。 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平面透視図である。 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。 図７に示す試料保持具の平面透視図である。 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、電極２と、筒状体３と、第１接着層４と、給電端子５と、金属部材６と、第２接着層７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、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムが挙げられる。セラミック基板１の円板状である場合の寸法としては、例えば、厚みが１～１０ｍｍ、直径が２００～３５０ｍｍである。

電極２は、試料保持具１００において試料を吸着するための部材である。電極２は、図１に示すように、セラミック基板１の内部に位置している。電極２は、例えば、白金またはタングステン等の金属材料であってもよい。

筒状体３は、給電端子５が他の部材と導通することを防ぐための部材である。筒状体３は、セラミック基板１の第２面１２に対向する第３面３１を有している。筒状体３は、セラミック基板１の第２面１２から離れる方向に延びている。

筒状体３は、例えば、セラミックまたはポリイミド等の絶縁性の材料であってもよい。筒状体３の寸法は、例えば、外径は２～３０ｍｍ、内径は０．５～１０ｍｍおよび長さは２０～６０ｍｍである。

第１接着層４は、セラミック基板１と筒状体３と接着によって固定するものである。第１接着層４は、セラミック基板１の第２面１２と筒状体３の第３面３１のそれぞれに接して位置している。第１接着層４は、セラミック基板１の第２面１２と筒状体３の第３面３１のそれぞれに接して位置していれば、平面透視したときに、筒状体３よりも外側にはみ出ていてもよい。第１接着層４の材料は、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂である。セラミック基板１と筒状体３とが対向している部分における第１接着層４の厚みは、例えば、０．１～５ｍｍである。

給電端子５は、電極２に電気を流すための部材である。給電端子５は、筒状体３内に位置しており、電極２と接続されている。給電端子５は、外部の電源と接続されており、電極２に電気を供給するものである。また、給電端子５は、図１に示すように、電極２と接続する部分において他の部分よりも幅が大きい鍔状になっていてもよい。これにより、セラミック基板１と固定が強固になり、剥離しにくくなる。給電端子５が円柱状の部材であるとき、外径は０．５～１０ｍｍ、長さは２０～７０ｍｍである。

金属部材６は、セラミック基板１を冷却するための部材である。金属部材６は、図１に
示すように、筒状体３の外周面３２を囲んで位置している。金属部材６は、第２面１２に対向する第４面６１を有している。

金属部材６は、例えば、アルミニウムまたはチタンの金属材料であってもよい。金属部材６は、例えば、円板状であり、例えば、直径が２００～４００ｍｍ、厚みが２０～６０ｍｍである。

第２接着層７は、セラミック基板１と金属部材６と接着により固定するものである。第２接着層７は、筒状体３の外周面３２、セラミック基板１の第２面１２および金属部材６の第４面６１のそれぞれに接して位置している。第２接着層７の材質は、例えばシリコーン樹脂やフッ素ゴムといった絶縁体である。

第１接着層４が、セラミック基板１の第２面１２と筒状体３の第３面３１との間に沿って位置している場合、電流経路の距離は、図１に示すような断面図における第３面３１の左右方向の長さである。

本実施形態は、図１に示すように、セラミック基板１の第２面１２は、凹部１２１を有している。図２および図３に示すように、セラミック基板１の第１面１１に向かってみた平面透視において、凹部１２１は、少なくとも一部が第３面３１に重なって位置している。ここでいう「セラミック基板１の第１面１１に向かってみた平面透視」とは、試料保持具１００を上方（図１における上方）から見た場合の平面透視を意味している。凹部１２１の形状は、図２および図３に示すように、平面透視において円形状や円弧状であってもよい。第１接着層４は、図１に示すように凹部１２１に位置している。また第１接着層４は筒状体３の上方に位置しているとともに、外径が揃っているため、図２および図３の平面透視図では、第１接着層４の位置に、筒状体３および第３面３１が位置している。以下記載する平面透視図も同様である。なお、図１は、図２のＡ－Ａ’線で切断した時の断面図である。

第１接着層４は、図１に示すように、凹部１２１内に位置している。これにより、セラミック基板１の第２面１２に接している第１接着層４が側面視において平らである場合と比較して、凹部１２１内に位置している第１接着層４の分だけ電流経路の距離を長くすることができる。これにより、セラミック基板１は、絶縁破壊が起こりにくくなるため、耐久性に優れる。さらには、電極２の吸着力が低下するおそれが少ない。

また、図４に示すように、凹部１２１は、平面透視において第３面３１に環状に重なる環状凹部１２１を有していてもよい。これにより、給電端子５から流れる電流が放射状に流れたとしても、凹部１２１が環状であることで、セラミック基板１は、絶縁破壊が起こりにくくなるため、耐久性に優れる。さらには、電極２の吸着力が低下するおそれが少ない。また、環状凹部１２１に充填される第１接着層４を介してセラミック基板１と筒状体３とを接合していることで、加熱と冷却とのサイクルによって熱膨張と熱収縮とを繰り返すことで生じるセラミック基板１と、第１接着層４、第２接着層７との変位に伴う応力を緩和できる。凹部１２１に位置する第１接着層４は、例えば、平面透視で環状のとき、外径は２～３０ｍｍ、内径は０．５～１０ｍｍである。

また、図５に示すように、環状凹部１２１は、平面透視において筒状体３の外周面３２に環状に重なっていてもよい。ここでいう外周面３２に環状に重なるとは、筒状体３の外周面３２に一部でも環状凹部１２１が位置していることを意味する。図５に示すように、セラミック基板１と、第１接着層４と、第２接着層７とが接している部分において、複数の材料の異なる部材が接しているため、加熱と冷却とのサイクルによる熱膨張と熱収縮とを繰り返すことで隙間が生じやすい。そのため、給電端子５に掛かる電流が隙間を介して
、セラミック基板１の第２面１２に沿って金属部材６に伝わるおそれがある。ここに環状凹部１２１を有することで、電流経路の距離が長くなり絶縁破壊が起こりにくく、絶縁破壊が起こったとしても給電端子５から金属部材６までの距離が長くなるため、給電端子５から電流が金属部材６に伝わりにくくすることができる。その結果、本開示の試料保持具１００は高い耐久性を有する。

また、図６に示すように、環状凹部１２１は、平面透視において筒状体３の内周面に環状に重なっていてもよい。ここでいう内周面に環状に重なるとは、筒状体３の外周面３２に一部でも環状凹部１２１が位置していることを意味する。環状凹部１２１が平面透視において筒状体３の内周面に環状に重なっていることで、セラミック基板１と筒状体３との間への空気の入り込みが少なくなることから、本開示の試料保持具１００は高い均熱性を有する。

また、図７および図８に示すように、環状凹部１２１を複数有していてもよい。これにより、給電端子５から金属部材６までの距離が長くなり、絶縁破壊するおそれを低減できる。図７および図８では、環状凹部１２１が２つある場合を示している。また、環状凹部１２１を複数有することで、環状凹部１２１が１つの場合と比較して、加熱と冷却とのサイクルによって熱膨張と熱収縮とを繰り返すことで生じるセラミック基板１と、第１接着層４、第２接着層７との変位に伴う応力をより緩和できる。また、環状凹部１２１が複数有する場合、それぞれの環状凹部１２１の幅や環状凹部１２１同士の間隔が異なっていてもよい。

また、図９に示すように、筒状体３は、少なくとも一部が凹部１２１内に位置し、凹部１２１内に位置する部分が第１接着層４に覆われていてもよい。これにより、凹部１２１が筒状体３の外周面３２の一部まで覆っているため、電流経路の距離を長くすることができる。これにより、セラミック基板１は、絶縁破壊が起こりにくくなるため、耐久性に優れる。さらには、電極２の吸着力が低下するおそれが少ない。また、第１接着層４が覆うことで、セラミック基板１と筒状体３との接合強度をより向上でき、剥離するおそれを低減できる。その結果、本開示の試料保持具１００は高い耐久性を有する。

また、図１０に示すように、筒状体３は、第３面３１に突起部３３を有し、突起部３３が凹部１２１内に位置し、凹部１２１内に位置する部分が第１接着層４に覆われていてもよい。突起部３３の形状は、例えば円柱や角柱である。突起部３３を有することで、試料保持具１００において、加熱と冷却とのサイクルによって熱膨張と熱収縮とを繰り返すことで生じるセラミック基板１と、第１接着層４、第２接着層７との変位に伴う応力を緩和できる。その結果、試料保持具１００の耐久性を保持できる。また、突起部３３を有することでセラミック基板１および筒状体３との固定の際に、容易に位置付けができ、効率よく製造できる。

また、突起部３３は、セラミック基板１の第２面１２よりも第１面１１に近ければよいが、突起部３３が長ければ長い方が位置付けを容易にできる。

また、図１１に示すように、凹部１２１は、第２面１２における内径が大きくてもよい。ここでいう第２面１２における内径が大きいとは、図１０の凹部１２１の底部の長さと図１０の凹部１２１における開口部分の長さを比較したときに、開口部分の長さの方が大きいことであることを意味する。これにより、図１１の凹部１２１の底部の長さと開口部の長さとが変わらない場合と比較して、第１接着層４を加える体積を増やすことができる。そのため、セラミック基板１と筒状体３との接合強度をより向上させることができる。また、第２面１２における内径が大きいことで、電流経路の距離を長くすることができる。これにより、セラミック基板１は、絶縁破壊が起こりにくくなるため、耐久性に優れる
。さらには、電極２の吸着力が低下するおそれが少ない。

また、凹部１２１の内径が広がるときに、丸みを帯びて広がってもよい。これにより、丸みがない場合と比較して、筒状体３の第３面３１に沿って位置する第１接着層４と、凹部１２１に位置する第１接着層４との角部に応力が生じにくくなり、セラミック基板１と第１接着層４とが剥離がしにくくなる。その結果、本開示の試料保持具１００は高い耐久性を有する。

また、凹部１２１は、表面粗さが第２面１２の表面粗さよりも粗くてもよい。表面粗さが大きいほど、電流の進行を阻害しやすくなる。これにより、絶縁破壊するおそれを低減できる。

凹部１２１は、例えば、以下の方法で形成できる。セラミック基板１にマシニングセンタによる研削加工を行うことで、凹部１２１を形成することができる。凹部深さが浅い場合、凹部１２１を設ける部分以外をマスクした後、サンドブラスト処理によって形成してもよい。

また、第１接着層４および第２接着層７は以下の方法で形成できる。第１接着層４はディスペンサーを用い、セラミック基板１の第２面１２の所定の位置に原料の吐出を行い、筒状体を接着した後に熱処理で硬化することで形成する。第２接着層７はセラミック基板１の第２面１２の所定の位置にスクリーンまたはメタルマスクで原料を塗布し、金属部材６を接着した後に熱処理で硬化することで形成する。

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
１２１：凹部
２：電極
３：筒状体
３１：第３面
３２：外周面
３３：突起部
４：第１接着層
５：給電端子
６：金属部材
６１：第４面
７：第２接着層
１００：試料保持具

Claims (9)

1. セラミック基板と、
   電極と、
   筒状体と、
   第１接着層と、
   給電端子と、
   金属部材と、
   第２接着層と、を備え、
   前記セラミック基板は、第１面および該第１面の反対に第２面を有し、
   該第２面は、凹部を有し、
   前記電極は、前記セラミック基板の内部に位置し、
   前記筒状体は、前記第２面に対向する第３面を有し、
   前記第１接着層は、少なくとも前記第２面および前記第３面のそれぞれに接して位置し、
   前記給電端子は、前記筒状体内に位置して前記電極に接続され、
   前記金属部材は、前記第２面に対向する第４面を有して前記筒状体の外周面を囲んで位置し、
   前記第２接着層は、前記外周面、前記第２面および前記第４面のそれぞれに接して位置し、
   前記凹部は、前記第１面に向かってみた平面透視において少なくとも一部が前記第３面に重なって位置しており、
   前記第１接着層は、前記凹部に位置する、試料保持具。
2. 前記凹部は、前記平面透視において前記第３面に環状に重なる環状凹部を有する、請求項１に記載の試料保持具。
3. 前記環状凹部は、前記平面透視において
   前記筒状体の外周面に環状に重なっている、請求項２に記載の試料保持具。
4. 前記環状凹部は、前記平面透視において
   前記筒状体の内周面に環状に重なっている、請求項２または請求項３に記載の試料保持具。
5. 前記環状凹部が複数である、請求項２乃至請求項４のいずれか１つに記載の試料保持具。
6. 前記筒状体は、少なくとも一部が前記凹部内に位置し、前記凹部内に位置する部分が前記第１接着層に覆われている、請求項１または請求項２に記載の試料保持具。
7. 前記筒状体は、前記第３面に突起部を有し、該突起部が前記凹部内に位置し、前記凹部内に位置する部分が前記第１接着層に覆われている、請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の試料保持具。
8. 前記凹部は、前記第２面における内径が大きい、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の試料保持具。
9. 前記凹部は、表面粗さが前記第２面の表面粗さよりも粗い、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の試料保持具。

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