JP6189744B2

JP6189744B2 - 試料保持具

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Publication number: JP6189744B2
Application number: JP2013269200A
Authority: JP
Inventors: 勝伺坂上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: JP2015124116A

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、半導体ウエハ等の各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。

半導体集積回路の製造に用いられるシリコンウエハを始めとする半導体ウエハまたは液晶表示装置の製造に用いられるガラス基板等の板状の試料は、それらの製造工程において製造装置または検査装置の支持台あるいは試料保持具の上に保持されて、加工処理または検査等が行なわれる。

製造工程では、複数の製造装置および検査装置を使用することが一般的であり、シリコンウエハ等の試料を試料保持具に保持するための手段は、製造工程中の製造装置および検査装置の種類ならびに次の装置にまで搬送するための搬送装置の種類に応じて様々な形態のものが提案されている。

ここで、シリコンウエハ表面に成膜等の処理をする装置（以下、試料処理装置という）に使用される試料保持具を例にとる。試料処理装置は、下側に開口する貫通孔を有する筺体と筺体の内部に設けられた試料保持具とを有する。試料保持具は、上側主面に試料保持面を有するセラミック体とセラミック体の下側主面に設けられた金属部材とを備えている。

セラミック体の内部には、発熱抵抗体または静電吸着用の電極等が設けられており、これらに接続された配線がセラミック体の下側主面から筺体の貫通孔を通って外部に引き出されている。

金属部材は、筒状の部材であって、その内側で筺体の貫通孔を囲むように配置されるとともに、筺体およびセラミック体との接合部がそれぞれろう材で接合されている。これによって筐体内部の試料保持面が露出する空間の気密が確保される。セラミック体の内部の電極等から引き出された配線は、この筒状の金属部材の内側を通って筐体の貫通孔から外部に引き出される。

特許文献１には、このような試料保持具が開示されており、特にセラミック体にろう付けで接合される筒状の金属部材について、筒部と鍔部とを有する構成が開示されている。

特開２０００−２１９５７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の試料保持具においては、温度５０〜４５０℃のヒートサイクルをかけるためにセラミック体内部の発熱抵抗体に１００〜３００Ｖの電圧を印加し、２０〜１００ＭＨｚの高周波使用下で使用している。このとき、セラミック体の静電吸着用電極に電圧を印加する際には、正極と負極との間で電圧差による電場の分布やばらつきによってセラミック体に歪みが発生し、２０〜１００ＭＨｚの高周波使用下でセラミック体に微小な振動が生じるため、金属部材のセラミック体へのろう付け部には振動を
伴う応力がかかる。

また、セラミック体と金属部材との間には、セラミック体と金属部材との熱膨張率の違いに起因して、加熱および冷却によって熱膨張差による応力が生じる。

さらに、この応力に対してろう付け部におけるろう材が厚い部分は変形しにくいため、ろう材とセラミック体との接合面やセラミック体自体にクラックが入ることがあり、試料保持具の寿命が短くなることがあった。その結果、ヒートサイクル下における試料保持具の長期信頼性を向上させることが困難であるという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、セラミック体と金属部材との間に生じる応力による影響を低減することができる試料保持具を提供することにある。

本発明の一態様の試料保持具は、上側主面および下側主面を有し、前記上側主面に試料保持面を有するセラミック体と、該セラミック体の前記下側主面に接合された鍔部および該鍔部の内周から下側に向かって伸びる筒部を有する金属部材とを備え、前記筒部の内周面と前記セラミック体の下側主面とがメニスカス状に設けられたろう材によって接合されており、該ろう材の表面に凹部が分布しているとともに、該凹部が前記メニスカス状の中央領域において周縁領域よりも多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、金属部材がセラミック体の下側主面に接合された鍔部およびこの鍔部の内周から下側に向かって伸びる筒部を有しており、筒部の内周面とセラミック体の下側主面とがメニスカス状に設けられたろう材によって接合されている。そして、このろう材の表面に凹部が分布しているとともに、この凹部がメニスカス状の中央領域において周縁領域よりも多いことから、セラミック体と筒部を有する金属部材との熱膨張差により生じる応力を、ろう材が凹部周辺で変形しやすくなることによって吸収してくれるようになる。また、凹部がメニスカス状の中央領域において周縁領域よりも多いことから、ろう材がメニスカス状の表面に沿って全体として変形しやすくなるため、効果的に応力を吸収することができる。

また、ろう材の表面に凹部が分布していることから、ろう材の表面積が大きくなり、ろう付け部に伝わってきた熱を効果的に逃がすことができるので、金属部材の熱膨張を抑制することができ、したがって熱応力を軽減できるので、ろう材およびセラミック体におけるクラックの発生を抑制することができる。

また、ろう材の表面に凹部が分布していることから、ろう材が凹部周辺で変形しやすくなり、振動を吸収して金属部材およびセラミック体の接合部にかかる応力を吸収することができる。その結果、ろう材およびセラミック体にクラックが発生しにくくなる。以上により、試料保持具の長期信頼性を向上させることができる。

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拡大断面図である。本発明の他の実施形態の試料保持具の部分拡大断面図である。従来の試料保持具の例を示す部分拡大断面図である。

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は図１に示す試料保持具１の斜視図であり、図１において下向きに示した下側主面をひっくり返して上向きにして示している。図１および図２には、それぞれ下側主面の向きを矢印で図中に示している。なお、ここで「上側主面」および「下側主面」とは説明の都合上定めた向きを示していることから、試料保持面３０を有する試料保持具１の上側主面を試料処理装置１０の仕様に応じて上側以外の方向（例えば、下側の方向または横側の方向等）に向けて試料保持具１を使用することに関しては何ら問題ない。

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、上側主面に試料保持面３０を有するセラミック体３と、セラミック体３の下側主面に接合された金属部材４とを備えている。この金属部材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。金属部材４は、筺体２にろう材５によって接合されて、筺体２の貫通孔２０をセラミック体３とともに封止している。これによって、セラミック体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。

セラミック体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、セラミック体３は、例えば、円板状の部材である。セラミック体３は、上側主面に試料保持面３０を有する。

セラミック体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。セラミック体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、セラミック体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。

セラミック体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。セラミック体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。

金属部材４は、セラミック体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、金属部材４は、セラミック体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（セラミック体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。金属部材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、セラミック体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、セラミック体３の下側主面に接して、ろう付け等によって接合されてセラミック体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セラミック体３の下側主面に対向している。鍔部４１の寸法は、セラミック体３の寸法に応じて適宜設定されるが、円板状のセラミック体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を通してセラミック体３に供給されることから、鍔部４１の内径は、セラミック体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セラミック体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、セラミック体３と金属部材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金属部材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と同じくセラミック体３の下側主面を上向きにして、セラミック体３の下側主面と金属部材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においても、下側主面の旨を矢印で図中に示している。図３に示すように、鍔部４１とセラミック体３とはろう材５によって接合されており、筒部４２の上端とセラミック体３とも同じくろう材５によって接合されている。そして、ろう材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。ろう材５としては、例えば、銀ろうを用いることができる。

本実施形態では、鍔部４１とセラミック体３との接合を良好に行なうために、セラミック体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。

金属部材４の筒部４２は、筺体２の内部においてセラミック体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、金属部材４は、鍔部４１の上面がセラミック体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。

本実施形態の試料保持具１においては、筒部４２の内周面とセラミック体３の下側主面とを接合しているメニスカス状のろう材５の表面に凹部５１が分布しているとともに、この凹部５１がメニスカス状の中央領域において周縁領域よりも多くなっている。この凹部５１は断面図では分からないが多数の窪みとして存在しており、その形状や大きさはメニスカス状の表面に存在できるものとして様々である。例えば、その形状としては、不定形
ではあるが、断面形状においては主に円弧状である。凹部５１の大きさとしては、ろう材５の厚み方向の幅５１ａが１０μｍ〜２ｍｍであり、ろう材５の厚みの５〜６０％の大きさ、好ましくは１０〜４０％の大きさの幅である。また、ろう材５の中央部に向かう深さ５１ｂが１０μｍ〜２ｍｍであり、ろう材５の厚みの５〜９０％の大きさ、好ましくは２０〜６０％の大きさの深さである。また、金属部材４の筒部４２の周方向に沿った長さは、１０μｍ以上から内周全体に至る長さまでの種々の長さを取り得る。そして、この窪み状の凹部５１がろう材５のメニスカス状の中央領域において周縁領域よりも少なくとも１個以上、好ましくは３個以上多く存在しているとよい。

あるいは、凹部５１は、筒部４２の内周面の円周に沿った溝状のものであってもよい。溝状の凹部５１としては、以上と同様の幅５１ａおよび深さ５１ｂで、金属部材４の筒部４２の周方向に沿った長さが１００μｍ以上であることが好ましい。

メニスカス状のろう材５がこのような形状であることによって、ろう材５が変形しやすくなり、また、メニスカス状の中央部においてろう材５がより変形しやすくなっている。これにより、セラミック体３と金属部材４との間でヒートサイクルおよび振動によって生じる応力をろう材５が凹部５１で吸収できる形状になっている。また、凹部５１が分布していることによって、ろう材５の表面積が大きくなり、ろう付け部に伝わって来る熱をろう材５の表面からの放熱で逃がすことができるようになる。この結果、金属部材４の熱膨張を抑制することができ、熱応力を軽減できてセラミック体３におけるクラックの発生を抑制することができる。また、ろう材５が凹部５１の変形によって振動を吸収して、金属部材４およびセラミック体３の接合部にかかる応力を吸収することができる。その結果、ろう材５およびセラミック体３にクラックが発生しにくくなる。従って、本発明によれば、試料保持具１の寿命が長くなり、長期信頼性を向上させることができる。

ろう材５の表面に分布している凹部５１は、図３に示すように、筒部４２の厚みの中心を通る円筒面８（一点鎖線で示す）に対して、ろう材５の中央側（円筒面８の外側）に位置することが好ましい。これにより、金属部材４の鍔部４１と筒部４２との間の曲面部よりも曲率が小さい凹部５１ができることになるので、凹部５１によってろう材５が変形しやすくなる。その結果、ろう材５にかかる応力を凹部５１によってより効果的に吸収できるようになるので、ろう材５およびセラミック体３にクラックが発生しにくくなる。従って、試料保持具１の寿命が長くなり、長期信頼性を向上させることができる。

また、ろう材５の表面の凹部５１は、筒部４２の内周面の円周に沿って連続的に分布していることが好ましい。例えば、金属部材４の筒部４２の内周に沿って、ろう材５の表面の凹部５１の幅５１ａが、１０μｍ〜２ｍｍの範囲で狭くなったり広くなったりして連続的に変化していることが望ましい。また、深さ５１ｂについても、１０μｍ〜２ｍｍの範囲で浅くなったり深くなったりして連続的に変化していることが望ましい。また、これら幅５１ａや深さ５１ｂが連続的に変化している凹部５１が、金属部材４の筒部４２の周方向に沿って長さ１０μｍから内周全体に至る長さで形成されていることが好ましい。これにより、金属部材４全体に荷重がかかった場合に鍔部４１の外周に荷重ばらつきによる応力ばらつきが発生したとしても、連続的に分布している凹部５１があることで外周全体にかかる応力を内周側のろう材５によって吸収しやすくなる。その結果、ろう材５およびセラミック体３にクラックが発生しにくくなり、試料保持具１の長期信頼性を向上させることができる。

また、ろう材５の表面には、筒部４２の内周面の円周に沿って、大きさが比較的大きい複数の凹部５１が規則的に配置していることが好ましい。具体的には、金属部材４の筒部４２の内周に沿って、幅５１ａが２０μｍ以上で深さ５１ｂが２０μｍ以上であり、筒部４２の周方向の長さが１００μｍ以上の凹部５１が、筒部４２の内周に沿って１８０°以
下の均等の角度で分割した間隔に形成されているとよい。また、これら比較的大きい複数の凹部５１は、円周に沿って均等に配置していることが好ましい。具体的には、金属部材４の筒部４２の内周に沿って、幅５１ａが２０μｍ以上で深さ５１ｂが２０μｍ以上であり、筒部４２の周方向の長さが１００μｍ以上の凹部５１が、筒部４２の内周に沿って１８０°以下の均等に分割した間隔で形成されており、それら凹部５１の大きさのばらつき比率（最大のものの大きさを最小のものの大きさで割った比率）が２００％以下であることがよい。好ましくは、幅５１ａのばらつきが４０μｍ以下であり、深さ５１ｂのばらつきが１００μｍ以下であり、筒部４２の周方向に沿った長さのばらつきが２００μｍ以下であるとよい。

試料処理装置１０の筐体２にろう付けあるいは溶接等によって接合されている金属部材４の筒部４２は、試料処理装置１０の振動に伴うねじり（外周方向）の応力を受けることがある。この応力を比較的大きな凹部５１が規則的に分布したろう材５で吸収することができる。つまり、ろう材５の表面に規則的に大きな凹部５１を配置することにより、１箇所に応力集中することがないので、これら大きな凹部５１で応力を吸収することができる。その結果、ろう材５およびセラミック体３にクラックが発生しにくくなり、試料保持具１の長期信頼性を向上させることができる。

図４は、本発明の他の実施形態の試料保持具を示す図３と同様の部分拡大断面図である。図４に示すように、セラミック体３の下側主面に接合された鍔部４１の下面（図中では上側に位置している）には、セラミックリング７が、ろう材５で鍔部４１に接合されることによって設けられていてもよい。このセラミックリング７は、鍔部４１の全周に沿った円環状の部材である。このようにしてセラミックリング７とセラミック体３とによって鍔部４１を挟むことによって、より強固に鍔部４１を固定することができる。このセラミックリング７は、セラミック体３と同じセラミック材料から成ることが好ましい。これにより、セラミックリング７とセラミック体３との熱膨張率を近付けることができるので、両者に挟まれた鍔部４１について、ヒートサイクル下における変形を抑制することができる。セラミックリング７と鍔部４１との固定は、セラミック体３と鍔部４１とを固定する場合と同様に、ろう材５による接合を用いることが好ましい。また、ろう材５によってセラミックリング７と鍔部４１との接合を良好に行なうために、セラミックリング７の上面（図中では下側に位置している、セラミック体３側の面）には、セラミック体３の下面にメタライズ層６を設ける場合と同様にメタライズ層が設けられていることが好ましい。

メニスカス状のろう材５の表面に凹部５１が分布している本実施形態の試料保持具１の作製方法を以下に説明する。

セラミック体３に形成した円環状のメタライズ層６に、同じく円環状のろう材を配置し、このろう材上に金属部材４の鍔部４１を搭載し、この金属部材４を円環状のカーボン治具にて固定する。次に、円環状の鍔部４１の金属部材４の内側から、円環状の鍔部４１と筒部４２の間の曲面部の曲率半径よりも小さい径の、ろう材では接合されないワイヤーを円環状に配置する。次に、筒部４２の内側から円環状のカーボン治具を用いて、円環状のワイヤーを鍔部４１と筒部４２との間の曲面部の中央部分に押し込んで固定する。しかる後、真空中にて８００℃〜９００℃で加熱してろう材を溶融させて、室温に戻してからワイヤーを取り除くことで、金属部材４の筒部４２の内周面とセラミック体３の下側主面とがメニスカス状のろう材５によって接合され、ろう材５の表面に凹部５１が分布しているとともに、これら凹部５１がメニスカス状の中央領域において周縁領域よりも多い試料保持具１を作製できる。

このとき、円環状に配置するワイヤーは、例えばカーボン製のもの、あるいはニッケル等の金属にＢＮコート材を塗布したものを用いることができる。また、このワイヤーの径
は、鍔部４１と筒部４２との間の曲面部の曲率半径よりも２０〜８０％小さい半径のものを用いるとよい。また、ろう材としては、銀ろう、銀銅ろう、金銅ろうなどを用いることができる。そして、径の異なるワイヤーを用いて、半径の小さなものを外側（鍔部４１の外周側）に配置し、半径の大きなものを内側（筒部４２の内周面側）に配置して、大きい径のワイヤーで小さい径のワイヤーを押し込むようにしてろう付けすることで、メニスカス状の表面を有するろう材５の表面に凹部５１を形成することができる。

本発明の試料保持具の実施例について、以下のようにして試料を作製した。以下では試料として静電チャックとなる試料保持具を作製した。

出発原料として、アルミナ還元窒化法によって製造された平均粒径が１．５μｍ、酸素含有量が０．８％、炭素含有量が３００ｐｐｍの窒化アルミニウム粉末を用いた。この窒化アルミニウム粉末に対して焼結助剤を加えずに、有機系のバインダーおよび溶剤を混ぜて混合した後、６０℃で乾燥させて複数のセラミックグリーンシートを作製した。これら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、焼成後に静電吸着用の電極またはヒータ用の配線と成る導体ペーストのパターンを印刷し、これらのパターンをセラミック体３に埋設するように他のセラミックグリーンシートを４ＭＰａの圧力で積層した。この積層体を窒素雰囲気中で脱脂し、次いで２０００℃で２時間かけて焼成した後、切削加工を施して、半径が２００ｍｍで厚みが６ｍｍの円板状のセラミック体３を作製した。また、このセラミック体３の下側主面に、内部に埋設した電極および配線に外部から電気的に接続するための各種の端子の取付穴およびセラミック体３を通して試料処理装置１０の内部にガスを導入するためのガス供給穴をマシニング穴加工によって形成した。

金属部材４は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴットから切削加工により、幅が１０ｍｍの円環状の鍔部４１および内径が３００ｍｍの円筒状の筒部４２を有する形状に作製した。

金属部材４の鍔部４１を接合するセラミック体３の下側主面には、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金のメタライズ層６を、円環状の鍔部４１に対応するように幅が２０ｍｍの円環状に形成した。

次に、セラミック体３の下側主面を上向きにして、セラミック体３に形成したメタライズ層６にこのメタライズ層６と同じ円環状で厚みが０．１ｍｍの銀ろう材を配置し、この上に金属部材４の鍔部４１を搭載し、円環状のカーボン治具を鍔部４１に重ねて配置して０．０２ＭＰａの荷重を加えて固定した。

次に、鍔部４１と筒部４２との間の曲面部に対して筒部４２の内周面側から円周に沿って、鍔部４１と筒部４２との間の曲面部の曲率半径が１．５ｍｍであったのに対して半径が１ｍｍのカーボンワイヤーを配列した。このカーボンワイヤーは、金属部材４の筒部４２の周方向に沿って、長さが３１３ｍｍのものを１ｍｍの隙間を設けてろう材５のメニスカスに沿って並ぶように３個配列した。次いで、筒部４２の内周面側から円環状のカーボン治具を用いて、カーボンワイヤーを鍔部４１と筒部４２との間の曲面部に位置する銀ろう材の中央部に０．０１ＭＰａの荷重を加えて押し込んで固定した。

しかる後、真空中で８５０℃で銀ろう材を溶融させて、室温に戻してからカーボン治具およびカーボンワイヤーを取り除いた。これにより、金属部材４の鍔部４１がセラミック体３の下側主面に接合され、筒部４２の内周面とセラミック体３の下側主面とがメニスカス状に設けられたろう材５によって接合されており、ろう材５の表面に凹部５１が分布し
ているとともに、この凹部５１がメニスカス状の中央領域において周縁領域よりも多い、凹部５１を３箇所形成した本発明の実施例の試料１を作製した。

また、上記と同様に、セラミック体３に形成したメタライズ層６に、幅が２０ｍｍで厚みが０．１ｍｍの円環状の銀ろう材を配置し、この上に金属部材４の鍔部４１を搭載し、円環状のカーボン治具を鍔部４１に重ねて配置して０．０２ＭＰａの荷重を加えて固定した。

次に、鍔部４１と筒部４２との間の曲面部に対して筒部４２の内周面側から円周に沿って、鍔部４１と筒部４２との間の曲面部の曲率半径が１．５ｍｍであったのに対して半径が１ｍｍで長さが１８ｍｍのカーボンワイヤーを２ｍｍの間隔を空けて配列し、その２ｍｍの間隔に半径が０．５ｍｍのカーボンワイヤーを挿入した。次いで、筒部４２の内周面側から円環状のカーボン治具を用いて、両方のカーボンワイヤーを鍔部４１と筒部４２との間の曲面部に位置する銀ろう材の中央部に０．０１ＭＰａの荷重を加えて固定した。

しかる後、真空中で８５０℃で銀ろう材を溶融させて、室温に戻してからカーボン治具および両方のカーボンワイヤーを取り除いた。これにより、金属部材４の鍔部４１がセラミック体３の下側主面に接合され、筒部４２の内周面とセラミック体３の下側主面とがメニスカス状に設けられたろう材５によって接合されており、ろう材５の表面に凹部５１が分布しているとともに、この凹部５１がメニスカス状の中央領域において周縁領域よりも多い、上記試料１における凹部５１よりも大きい４７箇所の凹部５１が円周に沿って規則的に配置した本発明の実施例の試料２を作製した。

次に、この試料２に対して、金属部材４の鍔部４１の上に外周部から２ｍｍはみ出すように幅が１８ｍｍで厚みが０．５ｍｍの円環状の銀ろう材を配置し、この銀ろう材の上に、セラミック体３と同じセラミック材料で作製して表面にメタライズ層を形成したセラミックリング７をメタライズ層を鍔部４１側にして搭載し、その上から円環状のカーボン治具で０．０２ＭＰａの荷重を加えて固定した。そして、金属部材４の鍔部４１にセラミックリング７をろう付けして、図４に示す構成の本発明の実施例の試料３を作製した。

また、比較例の試料を次のようにして作製した。上記と同じセラミック体３に形成したメタライズ層６に、幅が２０ｍｍで厚みが２ｍｍの円環状の銀ろう材を配置し、この上に金属部材４の鍔部４１を搭載し、円環状のカーボン治具を鍔部４１に重ねて配置して０．０２ＭＰａの荷重を加えて固定した。しかる後、真空中で８５０℃で銀ろう材を溶融させて、金属部材４の鍔部４１がセラミック体３の下側主面に接合された試料を得た。この試料では、筒部４２の内周面とセラミック体３の下側主面とがメニスカス状に設けられたろう材によって接合されていたが、このろう材の表面には凹部が分布していないものであった。これにより、比較例の試料４を作製した。この試料４（試料保持具１’）について、図３および図４と同様の部分拡大図を図５に示す。

以上の試料１〜４に対して、セラミック体の内部の電極ヒーター部に高周波電源を接続して、周波数が５０ＭＨｚ下で最大２００Ｖまでの電圧を印加しながら、温度を常温から４５０℃まで１時間で昇温した後に１時間降温するヒートサイクルを１サイクルとして、５００サイクルのヒートサイクル試験を実施した。そして、０サイクル（初期状態）、１０サイクル、５０サイクル、１００サイクル、１５０サイクル、２００サイクル、２５０サイクルおよび５００サイクル後に、金属部材４の筒部４２の内周面とセラミック体３の下側主面とを接合しているろう材（ろう材５）のメニスカス状の表面に発生するクラックの状態を観察した。

その結果、本発明の実施例である試料１〜３では、５００サイクル後においてもろう材
５のメニスカス状の表面にクラックは発生しなかった。また、ろう材５による接合部近傍のセラミック体３の下側主面にもクラックは発生しなかった。

これに対して、比較例の試料４では、５０サイクル後にろう材のメニスカス状の表面にクラックが発生した。また、この試料４を切断して断面を観察したところ、セラミック体３の下側主面にもクラックが発生していた。従って、静電チャックとしての寿命が短かいものであった。

また、試料１〜４に対して、周波数を５０ＭＨｚとして振動による耐久試験を実施した。このとき、常温でろう材５のメニスカス状の表面中央領域において、レーザー変位計にて振動の状態を観察したところ、最大で１μｍの振動が観察された。この耐久試験の結果、本発明の実施例である試料１〜３では、１０００時間後でもろう材５のメニスカス状の表面にクラックは発生しなかった。これに対して、比較例の試料４では、２００時間後にろう材のメニスカス状の表面にクラックが発生した。

以上の結果より、本発明によれば、試料保持具の長期信頼性を向上させることができることを確認できた。

１：試料保持具
２：筺体
２０：貫通孔
３：セラミック体
３０：試料保持面
４：金属部材
４１：鍔部
４２：筒部
５：ろう材
５１：凹部
１０：試料処理装置

Claims

上側主面および下側主面を有し、前記上側主面に試料保持面を有するセラミック体と、該セラミック体の前記下側主面に接合された鍔部および該鍔部の内周から下側に向かって伸びる筒部を有する金属部材とを備え、前記筒部の内周面と前記セラミック体の下側主面とがメニスカス状に設けられたろう材によって接合されており、該ろう材の表面に凹部が分布しているとともに、該凹部が前記メニスカス状の中央領域において周縁領域よりも多いことを特徴とする試料保持具。