JP6317242B2

JP6317242B2 - 試料保持具

Info

Publication number: JP6317242B2
Application number: JP2014240896A
Authority: JP
Inventors: 井之上　博範; 博範井之上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: JP2016103560A

Description

本発明は、試料保持具に関するものである。

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、半導体ウエハ等の各試料を保持するための部品として試料保持具が知られている。試料保持具としては、例えば、特許文献１に開示された静電チャックが知られている。特許文献１に開示された静電チャックは、ベース部材と静電チャック基板との間にヒータが挟み込まれており、このヒータが接着層を介してベース部材に接着されている。静電チャックは、静電チャック基板の表面に被加工物が搭載されて用いられる。

特開２０１１−９１２９７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された静電チャックにおいては、ヒータが接着層を介してベース部材に接着されていることによって、ヒータによって発せられた熱がベース部材から外部に逃げてしまうおそれがあった。そのため、静電チャック基板の表面の温度調整に時間がかかってしまうという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたものであり、その目的はヒータによって発せられた熱がベース部材から外部に逃げてしまうことを低減して、静電チャック基板の表面の温度調整を速やかに行なうことができるようにすることにある。

本発明の一態様の試料保持具は、セラミックスから成り上面に試料保持面を有する基体と、該基体の下面に設けられた発熱抵抗体と、金属から成り上面で前記基体の下面を覆う支持体と、前記基体の下面および前記支持体の上面を前記発熱抵抗体ごと接合する接合層とを備えており、該接合層は、内部に複数のボイドを有するとともに、前記発熱抵抗体の下面と接する前記ボイドが、前記基体の下面のうち前記発熱抵抗体が設けられていない部位と接するボイドよりも多い割合で存在していることを特徴とする。

本発明の一態様の試料保持具によれば、試料保持面の温度調整を速やかに行なうことができる。

本発明の一実施形態の試料保持具を示す断面図である。図１に示した試料保持具の領域Ａを拡大した部分拡大断面図である。図１に示した試料保持具の領域Ｂを拡大した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について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態の試料保持具を示す断面図である。図１に示すように、本発
明の一実施形態の試料保持具は、セラミックスから成り上面に試料保持面１１を有する基体１と、基体１の下面に設けられた発熱抵抗体２と、金属から成り上面で基体１の下面を覆う支持体３と、基体１の下面および支持体３の上面を発熱抵抗体２ごと接合する接合層４とを備えている。

基体１は、上面に試料保持面１１を有する板状の部材である。基体１は、上面の試料保持面１１において、例えば、シリコンウエハ等の試料を保持する。基体１は、平面視したときの形状が円形状の部材である。基体１は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料から成る。基体１の内部には静電吸着用電極５が埋設されている。また、基体１の下面には発熱抵抗体２が設けられている。基体１の寸法は、例えば、径を２００〜５００ｍｍに、厚みを２〜１５ｍｍに設定できる。試料を保持する方法としては、様々な方法を用いることができるが、本実施形態の試料保持具１０は静電気力によって試料を保持する。

静電吸着用電極５は、２つの電極から構成される。２つの電極は、一方が電源の正極に接続されて、他方が負極に接続される。２つの電極は、試料保持面１１に面するように、それぞれ略半円形状に形成されて、半円の弦同士が対向するように、基体１の内部に配置される。２つの電極が合わさって、静電吸着用電極５の全体の外形が円形状になっている。この静電吸着用電極５の全体による円形状の中心は、同じく円形状の基体１の中心と同一に設定される。静電吸着用電極５は、例えばタングステンまたはモリブデン等の金属材料から成る。

発熱抵抗体２は、試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体２は基体１の下面に設けられている。発熱抵抗体２は、帯状に形成されている。発熱抵抗体２に電圧を印加することによって発熱抵抗体２を発熱させることができる。発熱抵抗体２で発せられた熱は、基体１の内部を伝わって試料保持面１１に到達する。これにより、試料保持面１１に搭載された試料を加熱できる。発熱抵抗体２は、複数の折り返し部を有することによって基体１の下面の広範囲に形成されている。これにより、試料保持面１１の均熱性を向上させることができる。発熱抵抗体２は、例えば、白金、銀パラジウム、アルミニウムまたは金等の金属材料から成る。また、発熱抵抗体２は金属材料に加えてガラス成分を含んでいることが好ましい。発熱抵抗体２の寸法は、例えば、幅を１〜５ｍｍに、厚みを０．０１〜０．１ｍｍに、全長を１０〜１００ｍに設定できる。

支持体３は、基体１を支持するための部材である。支持体３は、アルミニウムまたはチタン等の金属から成る。支持体３は、上面で基体１の下面を覆っている。支持体３は、例えば、基体１を冷却するための機能を有していてもよい。具体的には、支持体３の内部に冷却媒体用の流路（図示せず）を有していてもよい。また、支持体３の内部に試料保持面１１にヘリウムやアルゴン等の伝熱ガスを流すための流路を有していてもよい。支持体３の寸法は、例えば、径を２００〜５５０ｍｍに、厚みを２０〜５０ｍｍに設定できる。

接合層４は基体１と支持体３とを接合するための部材である。図２に示すように、接合層４は基体１の下面および支持体３の上面を発熱抵抗体２ごと接合している。接合層４は、例えば、シリコーン樹脂等の樹脂材料から成る。接合層４の寸法は、例えば、厚みを０．０５〜０．５ｍｍに設定できる。

さらに、接合層４は、内部に複数のボイド６を有するとともに、発熱抵抗体２の下面と接するボイド６が、基体１の下面のうち発熱抵抗体２が設けられていない部位と接するボイド６よりも多い割合で存在している。

このように、発熱抵抗体２の下面に接するボイド６を多くすることによって、発熱抵抗
体２から発せられた熱が接合層４を介して支持体３に逃げてしまうことを低減できる。これにより、試料保持面１１の温度調整を速やかに行なうことができる。また、基体１の下面のうち発熱抵抗体２が設けられていない部位と接するボイド６を少なくすることによって、接合層４による基体１と支持体３との接合をより強固に行なうことができる。また、支持体３の内部に冷却用媒体が流れる流路を設けている場合には、発熱抵抗体２が設けられていない部位と接するボイド６を少なくすることによって、接合層４と支持体３との間の熱の伝達を良好に行なうことができるので、冷却用媒体による試料保持面１１の冷却を速やかに行なうことができる。

接合層４の断面を見たときのボイド６の形状は、例えば円形状または楕円形状等である。また、ボイド６が円形状の場合には、寸法は、例えば、直径を０．０２〜０．３ｍｍに設定できる。より好ましくは、直径を０．１〜０．２ｍｍに設定するとよい。直径を０．１〜０．２ｍｍに設定することで、発熱抵抗体２から発せられた熱が接合層４を介して支持体３に逃げてしまうことを良好に低減しつつ、基体１と支持体３との接着も良好に行なうことができる。

さらに、発熱抵抗体２の下面と接するボイド６の割合が、基体１の中心側よりも外周側において高いことが好ましい。言い換えれば、基体１の外周側に位置する発熱抵抗体２の下面と接するボイドの割合が、基体１の中心側に位置する発熱抵抗体２の下面と接するボイドの割合よりも高いことが好ましい。一般に、発熱抵抗体２から発せられた熱は接合層４や基体１の外周側から外部に逃げてしまうおそれがあるが、外周側にボイド６を多く設けておくことによって、外部に熱が逃げてしまうことを低減できる。平面視したときの基体１の形状が円形状の場合には、基体１の中心から見て基体１の半径の１／２の長さまでの領域を中心側、中心側よりも外側の領域を外周側と見なすことができる。

また、ここでいう「ボイド６の割合」とは、発熱抵抗体２の下面に対して垂直な断面を見たときに、単位長さ当たりにおいて、発熱抵抗体２の下面に接触するボイド６が占める長さの合計を意味している。すなわち、発熱抵抗体２の下面のある領域（１ｍｍ）を見たときに、この領域に０．１ｍｍの長さで発熱抵抗体２に接触するボイド６が３個存在する場合には、ボイド６の占める長さの合計は０．３ｍｍであり、この領域に存在しているボイド６の割合は３０％ということになる。ボイド６の割合は、例えば、中心側で３０％、外周側で５０％に設定することができる。なお、発熱抵抗体２の下面が設けられていない領域においては、ボイド６の割合は５％以下であることが好ましい。

外周側でボイド６の割合を高くするためには、例えば、中心側のボイド６を小さくして、外周側のボイド６を大きくすることができる。また、ボイド６の大きさが同じであっても、中心側よりも外周側においてボイド６の数を多くすることによってボイド６の割合を高くしてもよい。特に、中心側においてボイド６を小さく形成しておくことが好ましい。これにより、ボイド６を設けることによって生じる熱の分布の偏りを低減することができる。

ボイド６の割合、大きさおよび数は、以下の方法で確認できる。具体的には、日立建機製の超音波顕微鏡ＨＳＭＡを用いて接合層４の写真を撮影、または、金属顕微鏡を用いて接合層４の断面の写真を撮影する。そして、写真を画像解析ソフト（三谷商事製ＷｉｎＲＯＯＦ）にて解析することによって確認できる。

さらに、図３に示すように、接合層４の外周面から内部に向かって針状の空隙７が存在していることが好ましい。これにより、外周側から外部に熱が逃げてしまうことをさらに低減できる。これは、空隙７が存在していることによって、接合層４の外周側の密度を低くすることができるためである。また、空隙７が針状であることによって、空隙７を外周
面に設けることによる表面積の増大を抑制できる。そのため、接合層４の外周面において熱が外部に逃げやすくなることを低減できる。針状の大きさは、例えば、外周面から中心側に向かう長手方向の長さを３〜１０ｍｍ、幅を０．１〜１ｍｍに設定できる。基体１の寸法が２００〜５００ｍｍの場合には、針状の空隙７は、例えば、２０〜１００個程度設けることができる。

発熱抵抗体２の下面と接するボイド６を多く形成するための方法としては、下記の方法が挙げられる。具体的には、まず、発熱抵抗体２の表面に複数の凹凸を形成する。複数の凹凸を形成するための方法としては、例えば、マシニング加工機を用いてダイヤモンド砥石を回転させながら発熱抵抗体２に接触させる機械的加工法、硬質の砥粒を噴射することで発熱抵抗体２の表面を荒らすブラスト加工法、または、レーザー光を用いたレーザー加工法等が挙げられる。いずれの加工法を用いる際も、マスキング等を行なうことによって、発熱抵抗体２の表面のみを選択的に加工することができる。発熱抵抗体２の算術平均粗さは、例えば、Ｒａ２μｍ以上にしておくことがボイド６を形成するためには好ましい。

また、基体１の下面のうち発熱抵抗体２が設けられていない部分に対しては、ラップ加工を施すことによって、表面を平坦にしておく。具体的には、算術平均粗さをＲａ０．２μｍ以下にしておくとよい。

このような加工を施しておくことによって、一定の粘性を有する接着材を接合層４として塗布した際に発熱抵抗体２の表面の凹凸に接するボイド６を多く生じさせることができる。

接合層４となる接着材については、接着前に真空雰囲気下で混ぜ合わせることによって内部の気泡を除去しておくことが好ましい。これにより、基体１の下面のうち発熱抵抗体２が設けられていない部位に接するボイド６を少なくすることができる。

さらに、発熱抵抗体２の下面と接するボイド６の割合が、基体１の中心側よりも外周側において高くなるようにするためには、外周側の表面を中心側の表面よりも粗くしておけばよい。外周側の表面を中心側の表面より粗くしておくことによって、外周側のボイド６を大きくして、中心側のボイド６を小さくできる。

また、接合層４の外周面から内部に向かって針状の空隙７を生じさせる場合には、基体１と支持体３との接合を真空下で行なうとともに、急激に大気中に戻せばよい。これにより、外周面から大気が侵入することによって、接合層４に針状の空隙７を生じさせることができる。

１：基体
１１：試料保持面
２：発熱抵抗体
３：支持体
４：接合層
５：静電吸着用電極
６：ボイド
７：空隙
１０：試料保持具

Claims

セラミックスから成り上面に試料保持面を有する基体と、該基体の下面に設けられた発熱抵抗体と、金属から成り上面で前記基体の下面を覆う支持体と、前記基体の下面および前記支持体の上面を前記発熱抵抗体ごと接合する接合層とを備えており、
該接合層は、内部に複数のボイドを有するとともに、前記発熱抵抗体の下面と接する前記ボイドが、前記基体の下面のうち前記発熱抵抗体が設けられていない部位と接するボイドよりも多い割合で存在していることを特徴とする試料保持具。
前記発熱抵抗体の下面と接するボイドの割合が、前記基体の中心側よりも外周側において高いことを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
前記接合層は、外周面から内部に向かって針状の空隙が存在していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の試料保持具。