JP6441733B2

JP6441733B2 - 試料保持具

Info

Publication number: JP6441733B2
Application number: JP2015079088A
Authority: JP
Inventors: 岩下　晃; 晃岩下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2035-04-08
Also published as: JP2016201411A

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、特開２００１−２２３２６０号公報（以下、特許文献１という）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、上面でシリコンウェハを保持するセラミック基板と、セラミック基板の上面に設けられた静電吸着用の電極と、電極を覆うように設けられた誘電体膜とを備えている。

特開２００１−２２３２６０

特許文献１に開示された静電チャックにおいて、電極に高周波電流を流した場合に電極の外周部において中央部と比較して電流密度が高くなる、いわゆる、表皮効果が生じる場合があった。これにより、電極の外周部において中央部よりも大きな発熱が生じてしまうおそれがあった。その結果、静電チャックのうちセラミック基板の上面における均熱性を向上させることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、セラミック基板の上面における均熱性を向上できる試料保持具を提供することを目的とする。

本発明の一態様の試料保持具によれば、外表面に試料保持面を有する直径が２００〜５００ｍｍのセラミック体と、該セラミック体の内部に前記試料保持面に対向するように設けられた静電吸着用の電極とを備えており、該静電吸着用の電極は円形状であって、該静電吸着用の電極と中心が同じであり直径が半分の大きさである円の外周を構成する仮想線を前記静電吸着用の電極に引いたときに、前記仮想線の内側に位置する領域を中央部とみなすとともに前記仮想線の外側に位置する領域を外周部とみなしたときに、前記中央部と比較して前記外周部の厚みが薄いことを特徴とする。

本発明の一態様の試料保持具は、電極の外周部における発熱を低減できる。そのため、試料保持面における均熱性を向上できる。

本発明の一実施形態の試料保持具を示す断面図である。本発明の試料保持具の変形例を示す断面図である。・

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る試料保持具１０について説明する。図１に示すように試料保持具１０は、外表面に試料保持面１１を有するセラミック体１と、セラミック体１の内部に静電吸着用の電極２とを備えている。

セラミック体１は、主面に試料保持面１１を有する板状の部材である。セラミック体１は、主面の試料保持面１１において、例えばシリコンウェハ等の試料を保持する。セラミック体１は、平面視したときの形状が円形状の部材である。セラミック体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なる。
セラミック体１の寸法は、例えば、直径を２００〜５００ｍｍに、厚みを２〜１５ｍｍに設定できる。

セラミック体１を用いて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。そのため、試料保持具１０はセラミック体１の内部に静電吸着用の電極２を備えている。電極２は、円形状の電極から構成される。電極２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。

ここで、静電吸着用の電極２は、中央部３と中央部３を囲む外周部４とを有している。本実施形態の試料保持具１０のように、電極２が円形状の場合には、電極２と中心が同じであり直径が半分の大きさである円の外周を構成する仮想線を電極２上に引いたときに、仮想線の内側に位置する領域を中央部３と見なすことができ、仮想線の外側に位置する領域を外周部４と見なすことができる。

また、静電吸着用の電極２は、２つの電極２から構成されていてもよい。２つの電極２は、一方が電極２の正極に接続され、他方が負極に接続される。２つの電極２は、それぞれ略半円形状に形成され、半円の弦同士が隙間をあけて対向するように、セラミック体１の内部に配置される。これら２つの電極２の弧によって静電吸着用の電極２の全体の外形が円形状となっている。この静電吸着用の電極２の全体による円形状の外形の中心は、同じく円形状のセラミック体１の外形の中心と同一に設定される。

このように、２つの電極２のそれぞれが半円形状の場合には、それぞれの電極２と重心が同じであり、直径が半分の大きさである半円の外周を構成する仮想線をそれぞれの電極２上に引いたときに、仮想線の内側に位置する領域を中央部３と見なすことができ、仮想線の外側に位置する領域を外周部４と見なすことができる。

また、電極２の形状が円形状や半円形状以外の形状の場合も、上述の方法と同様に、それぞれの電極２と重心が同じであり径が半分の大きさである図形の外周を構成する仮想線を電極２上に引き、この仮想線の内側を中央部３、外側を外周部４と見なすことができる。

なお、上述した重心とは、電極２を平面視した場合における平面上の重心である。すなわち、電極２の厚みを考慮した重心ではない。

そして、本実施形態における電極２は中央部３と比較して外周部４の厚みが薄くなっている。これにより、電極２の外周部４における電流密度を小さくすることができる。これにより、電極２の外周部４において生じる発熱量を中央部３において生じる発熱量に近づけることができる。その結果、試料保持具１０のうちセラミック体１の試料保持面１１における均熱性を向上させることできる。なお、ここでいう「中央部３と比較して外周部４が薄くなっている」ことは、以下の方法で確認できる。具体的には、中央部３と外周部４とのそれぞれにおいて１０ヶ所の厚みを測定して、この平均値を比較すればよい。つまり、外周部４の一部が局所的に中央部３の一部よりも厚みが厚かったとしても、外周部４の厚みの平均値が中央部３の厚みの平均値よりも小さければ、「中央部３と比較して外周部４が薄くなっている」と見なすことができる。厚みの測定は以下の方法で確認することができる。まず、セラミック体１を試料保持面１１に対して垂直に切断しする。そして、切断面に露出した電極２の厚みを電子顕微鏡（例えば、ＫＥＹＥＮＣＥ社製型番：ＶＥ−８８００）で測定すればよい。

さらに、電極２の外周部４が外周に近づくにつれて厚みが薄くなっていることが好まし
い。これにより、外周部４に向かうにつれて、徐々に電流密度を小さくすることができるので、局所的に電流密度が高くなってしまうことをさらに抑制できる。

さらに、試料保持面１１に対して垂直な断面で見たときに、電極２は、外周部４における試料保持面１１側の面が外周に近づくにつれて前記試料保持面１１との距離が大きくなっていることが好ましい。一般的に、静電吸着力を用いて試料を繰り返し保持すると、セラミック体１のうち電極２の周辺に位置する部分には繰り返し応力が加わる。特に、電極２の外周部４周辺は応力が集中する傾向にある。この部分を試料保持面１１から遠ざけておくことによって、電極２の外周部４における静電吸着力を小さくすることができる。その結果、電極２の外周部４周辺に生じる応力を低減できるので、セラミック体１にクラックが生じるおそれを低減できる。

さらに、図２に示すように、試料保持面１１に対して垂直な断面で見たときに、電極２の外周部４における試料保持面１１側の面が先端側が厚みが薄くなる弧状部４１を有していることが好ましい。これにより、外周部４のなかでも特に電流密度が高くなりやすい先端付近をさらに薄くすることができる。そのため、外周部４の先端における電流密度の集中を抑制できる。その結果、外周部４の先端における発熱を低減できる。

電極２の厚みは、以下のように設定できる。具体的には、中央部３においては、例えば３０〜１５０μｍ程度の厚みに設定できる。外周部４においては例えば、１〜５０μｍ程度の厚みに設定できる。特に、中央部３における厚みを５０〜１００μｍ、外周部４における厚みを２〜３０μｍに設定することが好ましい。このように、外周部４における厚みを中央部３における厚みの０．０２〜０．６倍程度に設定しておくことによって、外周部４において生じる発熱を良好に低減できる。

なお、本実施形態の試料保持具１０においては、静電吸着用の電極２のみが設けられていたが、これに限られない。例えば、試料保持具１０の下面等に試料保持面１１を加熱するための発熱抵抗体が設けられていてもよい。

以下、本発明の試料保持具１０の製造方法について説明する。なお、セラミック体１１のセラミック材料がアルミナセラミックスの場合を例に説明するが、窒化アルミニウムセラミックス等の他のセラミック材料の場合であっても同様の方法で作製できる。

まず、主原料となるアルミナ粉末を所定量秤量し、ボールミル中でイオン交換水、有機溶媒等または有機分散剤と金属またはセラミックスからなるボールと共に２４〜７２時間湿式粉砕混合をする。

こうして粉砕混合した原料スラリー中に、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールまたはアクリル樹脂等の有機バインダおよび補助的な有機材料として可塑剤ならびに消泡剤を所定量添加し、さらに２４〜４８時間混合する。混合された有機−無機混合スラリーを、ドクターブレード法、カレンダーロール法、プレス成形法または押出成形法等によってセラミックグリーンシートに成形する。そして、静電吸着用の電極２を形成するための白金またはタングステン等のペースト状電極材料を公知のスクリーン印刷法等により印刷成形する。

そして、セラミック体１を形成するセラミックグリーンシートに静電吸着用の電極２を形成するためのペースト状電極材料を印刷成形する。ペースト状電極材料としては、白金、タングステンまたはモリブデン等を用いることができる。電極２の厚みを調整する方法としては、例えば、セラミックグリーンシートにペーストを印刷し乾燥させた後に、電極２の外周部４を研磨する方法が挙げられる。研磨には、例えば、サンドペーパー等を用い
ることができる。電極２の断面形状はこの削り方を調整することによって任意に調整することができる。

そして、セラミック体１における所定の位置に電極２が形成されるように、ペースト状電極材料が印刷されていないセラミックグリーンシートとペースト状電極材料が印刷された電極形成グリーンシートとを重ねて積層する。積層は、セラミックグリーンシートの降伏応力値以上の圧力を印加しながら、所定の温度で積層する。圧力印加手法としては、一軸プレス法または等方加圧法（乾式または湿式法）等の公知の技術を応用すればよい。

次に、得られた積層体を所定の温度、雰囲気中にて焼成して、静電吸着用の電極２が埋設されたセラミック体１を作製する。

次に、セラミック体１をマシニングセンター、ロータリー加工機または円筒研削盤を用いて所定の形状、厚みに加工する。

セラミック体１の試料保持面１１とは異なる他面に、マシニングセンターまたはボール盤等で静電吸着用の電極２の一部が露出するような凹部を設ける。そして、凹部に給電用の外部端子を挿入して、外部端子を静電吸着用の電極２にろう付けする。

以上のようにして、本実施形態の試料保持具１０を作製することができる。

本実施形態の試料保持具１０を実施例として作製して、試料保持面１１における均熱性を評価した。比較例として、静電吸着用の電極２の厚みが一定である試料保持具１０を作成した。

具体的には、まず、主原料となる粒径が０．１〜２μｍの窒化アルミニウム粉末と微量の焼結助剤とをウレタン等の樹脂で内張りを施したボールミル中に投入する。そして、イオン交換水の溶媒およびボールと共に４８時間の湿式粉砕混合を行なった。

こうして、粉砕混合した原料スラリー中に、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールまたはアクリル樹脂等の有機バインダおよび可塑剤ならびに消泡剤を添加して、さらに３時間の混合を行なった。混合された有機−無機混合スラリーをドクターブレード法によって成形して、厚み３００μｍ、３５０ｍｍ四方のセラミックグリーンシートを作製した。

このグリーンシートのうち所定の枚数の表面に、タングステン粉末を混練したペースト状電極材を印刷法を用いて乾燥後の厚みが１００μｍになるように塗布した。

そして、実施例の試料保持具１０となるグリーンシートに対しては、ペースト状電極の外周部４をサンドペーパーで研磨した。研磨後の外周部４の厚みは３０μｍであった。また、比較例の試料保持具１０となるグリーンシートに対しては、特に研磨等は行わなかった。そのため、中央部３も外周部４も厚みが１００μｍであった。

次に、所定の位置に静電吸着用の電極２が形成されるように、ペースト状電極材料が印刷されていないセラミックグリーンシートとペースト状電極が印刷されたセラミックグリーンシートとを積層した。そして、１００℃の熱板により１０ＭＰａで３分間保持してプレス、密着させて、積層体を得た。

次に、作製した積層体を、２０００℃の温度で水素ガス雰囲気中にて焼成した。さらにセラミック体１をマシニングセンター、ロータリー加工機および円筒研削盤を用いて直径
２５０ｍｍ、厚み１２ｍｍの円板形状に加工した。さらに、上面を平面度８０μｍ、表面粗さＲａ＝０．２μｍに加工して、実施例の試料保持具１０および比較例の試料保持具１０１を作製した。

製作した２つの試料保持具１０を、試料処理装置に取り付け、被処理試料の均熱性を評価した。４０ＭＨｚ、３ｋＷの高周波バイアスを印加することによって、静電吸着用の電極２に交流電流が発生させた。その結果、実施例の試料保持具１０においては試料保持面１１における中央部３と外周部４との温度ばらつきが１．５℃であったのに対して、比較例の試料保持具１０においては温度ばらつきが３．１℃であった。

以上の結果から、本実施形態の試料保持具１０の構成を採用することによって、試料保持具１０の均熱性を向上できることが確認できた。

１：セラミック体
１１：試料保持面
２：電極
３：中央部
４：外周部
４１：弧状部
１０：試料保持具

Claims

外表面に試料保持面を有する直径が２００〜５００ｍｍのセラミック体と、該セラミック体の内部に前記試料保持面に対向するように設けられた静電吸着用の電極とを備えており、該静電吸着用の電極は円形状であって、該静電吸着用の電極と中心が同じであり直径が半分の大きさである円の外周を構成する仮想線を前記静電吸着用の電極に引いたときに、前記仮想線の内側に位置する領域を中央部とみなすとともに前記仮想線の外側に位置する領域を外周部とみなしたときに、前記中央部と比較して前記外周部の厚みが薄いことを特徴とする試料保持具。
外表面に試料保持面を有する直径が２００〜５００ｍｍのセラミック体と、該セラミック体の内部に前記試料保持面に対向するように設けられた静電吸着用の電極とを備えており、該静電吸着用の電極は２つの略半円形状の電極からなり、２つの該略半円形状の電極は弦同士が隙間をあけて対向するとともに２つの弧によって全体の外形が円形状となるように配置されており、前記静電吸着用の電極と中心が同じであり直径が半分の大きさである円の外周を構成する仮想線を前記静電吸着用の電極に引いたときに前記仮想線の内側に位置する領域を中央部とみなすとともに前記仮想線の外側に位置する領域を外周部とみなしたときに、前記中央部と比較して前記外周部の厚みが薄いことを特徴とする試料保持具。
前記電極は、前記外周部が外周に近づくにつれて厚みが薄くなっ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。
前記試料保持面に対して垂直な断面で見たときに、前記電極は、前記外周部における前記試料保持面側の面が外周に近づくにつれて前記試料保持面との距離が大きくなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の試料保持具。
前記試料保持面に対して垂直な断面で見たときに、前記電極の前記外周部における前記試料保持面側の面が先端側が厚みが薄くなる弧状部を有していることを特徴とする請求項４に記載の試料保持具。