JP6525791B2 - Sample holder and sample processing apparatus provided with the same - Google Patents
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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およびこれを備えた試料処理装置に関するものである。 The present invention relates to a sample holder used to hold each sample such as a semiconductor wafer used in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or a manufacturing process of a liquid crystal display device, and a sample processing apparatus provided with the same. .
試料保持具として、例えば、特許文献1に記載の試料保持具が知られている。特許文献1に記載の試料保持具は、上面に試料保持面を有するセラミック体と、セラミック体の下面に接合された筒状の金属部材とを備えている。試料保持具は貫通孔を有する筐体に取り付けられることによって試料処理装置として用いられる。具体的には、セラミック体および金属部材が貫通孔を塞ぐように取り付けられて用いられる。試料処理装置は、筐体の内部を真空にして用いられる。
As a sample holder, the sample holder of
近年、セラミック体の薄型化が求められている。しかしながら、特許文献1に記載された試料保持具においてセラミック体を薄くしてしまうと、試料保持具を使用する際にセラミック体に変形が生じてしまうおそれがあった。具体的には、試料処理装置の内部を真空にしたときには、セラミック体の上面は真空環境下におかれるとともに、セラミック体の下面のうち金属部材に囲まれた領域は大気環境下におかれることになる。そのため、セラミック体の上面側と下面側との間に生じる圧力差によって、セラミック体のうち金属部材に囲まれた領域が上方向へ押されることによって、セラミック体に変形が生じてしまうおそれがあった。その結果、試料保持面に配置された試料が試料保持面から剥がれてしまうおそれがあった。
In recent years, thinning of the ceramic body has been required. However, if the ceramic body is thinned in the sample holder described in
本発明の一態様の試料保持具は、上側主面と下側主面と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から下方に向かう筒部を有する金属部材と、前記筒部を囲むように前記鍔部に設けられ
た第1セラミックリングと、前記セラミック体の前記下側主面のうち前記筒部よりも内側に設けられた第2セラミックリングとを備え、前記第2セラミックリングの熱膨張率が前記セラミック体の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする。
また、本発明の他の一態様の試料保持具は、上側主面と下側主面と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から下方に向かう筒部を有する金属部材と、前記筒部を囲むように前記鍔部に設けられた第1セラミックリングと、前記セラミック体の前記下側主面のうち前記筒部よりも内側に設けられた第2セラミックリングとを備え、前記下側主面に垂直な方向で断面視したときに、前記第1セラミックリングが前記第2セラミックリングよりも幅広であることを特徴とする。
The sample holder according to one aspect of the present invention has a ceramic body having an upper major surface and a lower major surface and a sample holding surface on the upper major surface, and is joined to the lower major surface of the ceramic body A metal member having a collar portion and a cylindrical portion directed downward from the collar portion, a first ceramic ring provided on the collar portion so as to surround the cylindrical portion, and the lower main surface of the lower main surface of the ceramic body And a second ceramic ring provided inside the cylindrical portion , wherein the coefficient of thermal expansion of the second ceramic ring is smaller than the coefficient of thermal expansion of the ceramic body .
A sample holder according to another aspect of the present invention has a ceramic body having an upper major surface and a lower major surface and a sample holding surface on the upper major surface, and the lower major surface of the ceramic body. A metal member having a flange portion joined to the upper surface and a cylindrical portion directed downward from the ridge portion, a first ceramic ring provided on the ridge portion to surround the cylindrical portion, and the lower main surface of the ceramic body And a second ceramic ring provided on the inner side of the cylindrical portion in the surface, and when viewed in cross section in a direction perpendicular to the lower main surface, the first ceramic ring is larger than the second ceramic ring It is characterized by being wide.
本発明の一態様の試料保持具によれば、第2セラミックリングが設けられていることによって、セラミック体の変形を低減することができる。その結果、試料保持面に配置された試料が試料保持面から剥がれてしまうおそれを低減できる。 According to the sample holder of one aspect of the present invention, the deformation of the ceramic body can be reduced by providing the second ceramic ring. As a result, the risk of the sample disposed on the sample holding surface being peeled off from the sample holding surface can be reduced.
本発明の一実施形態の試料保持具10およびこれを備えた試料処理装置100について詳細に説明する。
A
図1に示すように、試料処理装置100は、筐体20と筐体20の内部に設けられた試料保持具10とを備えている。試料処理装置100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、筐体20はいわゆるチャンバーとして用いられ、試料保持具10には、例えば、シリコンウエハ等の試料が保持される。
As shown in FIG. 1, the
筐体20は、下側に開口する貫通孔30を有しており、この貫通孔30を塞ぐように試料保持具10が取り付けられている。具体的には、試料保持具10のうち金属部材2が筐体20の貫通孔30を囲んでいるとともに、金属部材2とセラミック体1とによって貫通孔30を塞いでいる。金属部材2は、筐体20に接合されるとともに、セラミック体1の試料保持面11が露出する筐体20内の空間40を筐体20およびセラミック体1と共に封止している。
The
図2に示すように、試料保持具10は、上側主面に試料保持面11を有したセラミック体1と、セラミック体1の下側主面に設けられた金属部材2と、金属部材2に取り付けられた第1セラミックリング3と、セラミック体1の下側主面のうち金属部材2の内側に設けられた第2セラミックリング4とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
セラミック体1は、試料を保持するための部材である。セラミック体1は、例えば、円板状の部材である。セラミック体1は上側主面に試料保持面11を有する。
The
セラミック体1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。セラミック体1は、例えば、複数のグリーンシートを積層して、これを窒素雰囲気中で焼成することによって得ることができる。必要に応じて、セラミック体1の内部に、静電吸着用電極が設けられていてもよい。また、セラミック体1の内部に発熱抵抗体が設けられていてもよい。このような構成にするためには、上述した焼成前の複数の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電極または発熱抵抗体と成るパターンを予め印刷しておけばよい。セラミック体1の寸法は、例えば、上側主面の直径を30〜500mm程度に、厚みを5〜25mm程度に設定できる。
The
金属部材2は、セラミック体1を保持するための部材である。図2に示すように、金属部材2は、セラミック体1の下側主面に設けられた鍔部21および鍔部21からセラミック体1から離れるように伸びる筒部22を有する。鍔部21はセラミック体1の下側主面に接合されている。鍔部21および筒部22は一体的に形成することができる。鍔部21および筒部22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。
The
金属部材2において、鍔部21は、セラミック体1の下側主面に接合される部位である。鍔部21は、環状の部位であって、セラミック体1の下側主面に接合されている。より詳しくは、鍔部21は円環状の部位である。鍔部21の寸法は、例えば、内径を20〜450mm程度に、円環の幅を2〜20mm程度に設定できる。鍔部21と筒部22の厚みは、例えば、0.2〜2mmに設定できる。なお、鍔部21の内径は、セラミック体1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100の内部にガスを導入するためにセラミック体1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21の円環の幅は、セラミック体1と金属部材2との接合強度を十分に確保できるように設定される。
In the
鍔部21とセラミック体1とはろう材によって接合されている。ろう材としては、例え
ば、銀ろう、または、銀銅ろうを用いることができる。鍔部21とセラミック体1との接合をより良好に行なうために、セラミック体1の下側主面にはメタライズ層(図示せず)が設けられている。メタライズ層は、鍔部21の形状に対応して設けられている。具体的には、円環状の鍔部21に対応するように、メタライズ層も円環状である。メタライズ層としては、例えば、Ag−Cu−Ti系具金等を用いることができる。
The
第1セラミックリング3は、鍔部21を固定するための部材である。第1セラミックリング3は、セラミック体1の下側主面に接合された鍔部21の下面にろう材によって接合されている。第1セラミックリング3は筒部22を囲むように設けられている。第1セラミックリング3は、鍔部21の全周に沿った円環状の部材である。より具体的には、第1セラミックリング3は、例えば、平面視したときの形状が円環状であって、断面視したときの形状が長方形である。第1セラミックリング3とセラミック体1とによって鍔部21を挟むことによって、より強固に鍔部21を固定することができる。この第1セラミックリング3は、セラミック体1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、第1セラミックリング3とセラミック体1との熱膨張率とを近づけることができるので、両者に挟まれた鍔部21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。ろう材によって第1セラミックリング3と鍔部21との接合を良好に行なうために、第1セラミックリング3の上面には、セラミック体1の下側主面にメタライズ層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。
The first
第1セラミックリング3の寸法は、例えば、平面視したときの内径を22〜460mm程度に円環の幅を2〜8mm程度に、断面視したときの厚みを2〜8mmに設定できる。
The dimensions of the first
本実施形態の試料保持具10は、セラミック体1の下側主面のうち筒部22よりも内側に設けられた第2セラミックリング4を備えている。これにより、セラミック体1の上側と下側との間に圧力差が生じたとしても、セラミック体1に生じる変形を低減することができる。その結果、試料保持面11に配置された試料が試料保持面11から剥がれてしまうおそれを低減できる。
The
また、第2セラミックリング4の形状がリング状であることにより、セラミック体1の変形を面内でより均一に低減することができる。そのため、セラミック体1に局所的な変形が生じることを低減できる。より具体的には、第2セラミックリング4は、例えば、平面視したときの形状が円環状であって、断面視したときの形状が長方形状である。第2セラミックリング4の寸法は、例えば、平面視したときの内径を8〜220mm程度に円環の幅を2〜4mm程度に、断面視したときの厚みを2〜4mmに設定できる。
In addition, since the shape of the second
また、第1セラミックリング3と第2セラミックリング4とが同心円状であってもよい。セラミック体1に生じようとする変形は、2つが同心円状にあることによって、第1セラミックリング3と第2セラミックリング4とに熱膨張または熱収縮が生じたときにセラミック体1のうち特定の部位に熱応力が集中することを低減できる。
The first
また、第2セラミックリング4と金属部材2の筒部22とが同心円状にあってもよい。試料処理装置100を使用する際にセラミック体1に生じる変形は、金属部材2の筒部22の中心において最も大きくなる。そこで、第2セラミックリング4を金属部材2の筒部22と同心円状になるように配置することによって、セラミック体1に生じる変形を効果的に低減できる。
Also, the second
また、第2セラミックリング4の熱膨張率が、セラミック体1の熱膨張率よりも小さくてもよい。これにより、ヒートサイクル下におけるセラミック体1の変形を低減することができる。具体的には、セラミック体1として窒化アルミニウムを用いることによってセ
ラミック体1の熱膨張率を4.6×10−6/Kに、第2セラミックリング4として炭化珪素を用いることによって第2セラミックリング4の熱膨張率を3.7×10−6/Kに設定できる。
Further, the coefficient of thermal expansion of the second
また、セラミック体1および第2セラミックリング4を主成分が同じセラミックスから形成するとともに、副成分として添加する物質の種類または量を変えることによって、熱膨張率を調整してもよい。具体的には、セラミック体1および第2セラミックリング4の主成分として窒化アルミニウムを用いるとともに副成分としてアルミナを用いる場合であれば、窒化アルミニウム単体よりも熱膨張率を大きくすることができる。具体的には、セラミック体1の材料として、アルミナを1〜5質量パーセント添加した窒化アルミニウムを用いることによって、セラミック体1の熱膨張率を4.8×10−6/Kに設定することができる。また、第2セラミックリング4の材料として、アルミナを添加していない窒化アルミニウム単体を用いることによって、第2セラミックリング4の熱膨張率を4.6×10−6/Kに設定できる。このように、セラミック体1と第2セラミックリング4の主成分を同じにすることによって、セラミック体1と第2セラミックリング4の熱伝導率を同程度にすることができるので、試料保持面11の均熱性を高めることができる。
Further, the coefficient of thermal expansion may be adjusted by forming the
また、下側主面に垂直な方向で断面視したときに、第1セラミックリング3が第2セラミックリング4よりも幅広であってもよい。セラミック体1が熱膨張または熱収縮するときには、セラミック体1の外側に向かうにつれて、その変形量が大きくなる。そのため、第2セラミックリング4よりも外側に位置する第1セラミックリング3には、第2セラミックリング4よりも大きな熱応力が加わることになる。このような第1セラミックリング3を第2セラミックリング4よりも幅広にしておくことで、セラミック体1の変形をより効果的に低減できる。
Further, the first
1:セラミック体
11:試料保持面
2:金属部材
21:鍔部
22:筒部
3:第1セラミックリング
4:第2セラミックリング
10:試料保持具
20:筐体
30:貫通孔
40:空間
100:試料処理装置
1: ceramic body 11: sample holding surface 2: metal member 21: flange 22: tube portion 3: first ceramic ring 4: second ceramic ring 10: sample holder 20: housing 30: through hole 40:
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