JP6567895B2 - 試料保持具およびこれを備えた試料処理装置 - Google Patents

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。

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基板とセラミック基板に平面状に引き回された設けられたヒータとを備えている。セラミック基板の下面には金属部材が取り付けられている。

特開２０００−２１９５７８号公報

近年、試料保持面における更なる均熱化が求められている。しかしながら、特許文献１に開示された試料保持具において、試料保持面の更なる均熱化を進めることが困難であった。具体的には、ヒータから発せられた熱が金属部材を介して外部に逃げてしまうことによって、試料保持面のうち金属部材の直上に位置する領域の温度が低下してしまうおそれがあった。

本発明の一態様の試料保持具は、一方の主面に試料保持面を有した積層板から成るセラミック基板と、該セラミック基板の層間に設けられた第１ヒータと、前記セラミック基板の他方の主面に円環状に形成された金属部材と、平面視したときに前記金属部材に少なくとも一部が重なるように、前記セラミック基板の前記第１ヒータが設けられた層間とは異なる層間に設けられた第２ヒータとを備え、前記第１ヒータは、前記セラミック基板の１つの層間の中央部に形成されると共に、前記第２ヒータが前記セラミック基板の異なる層間の外周部に形成されており、前記円環状に形成された金属部材の付近で、前記第１ヒータと前記第２ヒータとが重なっている。

本発明の一態様の試料処理装置は、上記の試料保持具と、貫通孔を有する筐体とを備えており、前記セラミック基板および前記金属部材が前記貫通孔を塞ぐように前記筐体に取り付けられている。

一方の主面に試料保持面を有した積層板から成るセラミック基板と、該セラミック基板の層間に設けられた第１ヒータと、セラミック基板の他方の主面に設けられた金属部材と、平面視したときに金属部材に少なくとも一部が重なるように、セラミック基板の第１ヒータが設けられた層間とは異なる層間に設けられた第２ヒータとを備えているため、金属部材の直上において、部分的に発熱密度を高くすることが可能となる。その結果、試料保持面の均熱性を向上できる。

本発明の試料保持具およびこれを備えた試料処理装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。 図１に示す試料保持具の縦断面図である。 図２に示す試料保持具のうち第１ヒータの設けられている領域およびパターンの形状を示す横断面図である。 図２に示す試料保持具のうち第２ヒータの設けられている領域およびパターンの形状を示す横断面図である。 本発明の試料保持具の変形例を示す縦断面図である。

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。

図１に示すように、試料処理装置１００は、筐体５と筐体５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５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、シリコンウエハ等が保持される。

筐体５は、下側に開口する貫通孔５０を有しており、この貫通孔５０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４が筐体５の貫通孔５０を囲んでいるとともに、金属部材４とセラミック基板１とによって貫通孔５０を塞いでいる。金属部材４は、筐体５に接合されるとともに、セラミック基板１の試料保持面１１が露出する筐体５内の空間を筐体５およびセラミック基板１と共に封止している。

図２に示すように、試料保持具１０は、一方の主面に試料保持面１１を有した積層板から成るセラミック基板１と、セラミック基板１の層間に設けられた第１ヒータ２と、セラミック基板１の他方の主面に設けられた金属部材４と、平面透視したときに金属部材４に少なくとも一部が重なるように、セラミック基板１の第１ヒータ２が設けられた層間とは異なる層間に設けられた第２ヒータ３とを備えている。

セラミック基板１は、試料を保持するための部材である。セラミック基板１は積層体から成る。セラミック基板１は、例えば、円板状の部材である。セラミック基板１は一方の主面に試料保持面１１を有する。

セラミック基板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。セラミック基板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。セラミック基板１の内部には第１ヒータ２および第２ヒータ３が設けられている。また、必要に応じて、セラミック基板１の内部に、静電吸着用電極６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、焼成後に第１ヒータ２、第２ヒータ３または静電吸着用電極６と成るパターンを印刷しておけばよい。セラミック基板１の寸法は、例えば、主面の直径を３０〜５００ｍｍ程度に、厚みを５〜２５ｍｍ程度に設定できる。

金属部材４は、セラミック基板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４は、セラミック基板１の他方の主面に設けられた鍔部４１および鍔部４１からセラミック基板１から離れるように伸びる筒部４２を有する。鍔部４１はセラミック基板１の他方の主面に接合されている。鍔部４１および筒部４２は一体的に形成することができる。鍔部４１および筒部４２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。

金属部材４において、鍔部４１は、セラミック基板１の他方の主面に接合される部位である。鍔部４１は、環状の部位であって、セラミック基板１の他方の主面に設けられている。より詳しくは、鍔部４１は円環状の部位である。鍔部４１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４１と筒部４２の厚みは、例えば、０．２〜２ｍｍに設定できる。なお、鍔部４１の内径は、セラミック基板１の他方の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基板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４１の円環の幅は、セラミック基板１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。

鍔部４１とセラミック基板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４１とセラミック基板１との接合をより良好に行なうために、セラミック基板１の他方の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４１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４１に対応するように、メタライズ層も縁環状である。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。

第１ヒータ２は、セラミック基板１の試料保持面１１に保持された試料を第２ヒータ３と共に加熱するための部材である。第１ヒータ２は、セラミック基板１１の層間に設けられている。第１ヒータ２に電圧を印加することによって、第１ヒータ２を発熱させることができる。第１ヒータ２で発せられた熱は、セラミック基板１の内部を伝わって、セラミック基板１の上面における試料保持面１１に到達する。これにより、試料保持面１１に保持された試料を加熱することができる。第１ヒータ２は、複数の折り返し部を有する線状のパターンであって、セラミック基板１の層間のほぼ全面に形成されている。具体的には、図３に示すように同心円状に配列された複数の折り返し部を有する線状パターンがセラミック基板１の１つの層間のほぼ全体に形成されている。なお、図３においては、断面図ではあるが図面の見やすさを優先してハッチングを省略している。また、第１ヒータ２が設けられている領域を塗りつぶして表示するとともに、その一部を部分的に拡大することで第１ヒータ２の配線パターンを示している。第１ヒータ２は、発熱密度が一定となるように形成されている。これにより、試料保持具１０の上面において熱分布にばらつきが生じることを抑制できる。

第１ヒータ２は、導体成分およびセラミック成分を含んでいる。導体成分としては、例えばタングステン又は炭化タングステンからなる金属材料を含んでいる。セラミック成分としては、窒化アルミニウム等セラミック基板１と同じ成分からなる粉末を含んでいる。

第２ヒータ３は、セラミック基板１の試料保持面１１に保持された試料を第１ヒータ２と共に加熱するための部材である。第２ヒータ３は、線状パターンであって、第１ヒータ２と異なる層間に設けられている。図４に示すように、第２ヒータ３は、例えば、円環状に配置された金属部材４の鍔部４１に対応するよう円環状に形成されている。第２ヒータ３は、第１ヒータ２と同様の材料から成る。なお、図４においては、断面図ではあるが図面の見やすさを優先してハッチングを省略している。また、第２ヒータ３が設けられている領域を塗りつぶして表示するとともに、その一部を部分的に拡大することで第２ヒータ３の配線パターンを示している。

本実施形態の試料保持具１０においては、第２ヒータ３は、平面透視したときに金属部材４に少なくとも一部が重なるように設けられている。これにより、金属部材４の直上において、部分的に発熱密度を高くすることが可能となる。その結果、試料保持面１１の均熱性を向上できる。なお、本実施形態においては、第１ヒータ２と試料保持面１１との間に第２ヒータ３が設けられているが、これに限られない。具体的には、金属部材４と第１ヒータ２との間に第２ヒータ３が設けられていてもよい。

さらに、第１ヒータ２は、平面視した時に金属部材４に少なくとも一部が重なっている
ことが好ましい。これにより、金属部材４の直上において、第１ヒータ２および第２ヒータ３が重なる部分を形成できるので、金属部材４の直上において発熱密度を高くすることができる。

さらに、金属部材４は、セラミック基板１の他方の主面に接する部分が円環状であるとともに、第２ヒータ３が、金属部材４の他方の主面に接する部分に重なる円環状であるとよい。これにより、ヒータサイクル下においてセラミック基板１と金属部材４とが熱膨張または熱収縮したときに、金属部材４と同じ形状である第２ヒータ３がセラミック基板１の一部を金属部材４と共に挟み込むことによって、セラミック基板１に生じる変形を抑制できる。これにより、試料保持具１０の長期信頼性を向上できる。なお、ここでいう「第２ヒータ３が円環状である」とは、第２ヒータ３自体が円環状である場合は勿論のこと、第２ヒータ３が細かな配線パターンであるとともにこの配線パターンが設けられた領域が円環状である場合も含んで意味している。

さらに、図５に示すように、セラミック基板１が他方の主面に凸部１２を有しているとともに、平面透視したときに第２ヒータ３の少なくとも一部が凸部１２に重なっているとよい。凸部１２は、例えば、金属部材４を試料保持具１０に取り付けやすくする等のために設けられる。具体的には、凸部１２の表面に金属部材４を設けることによって凸部が設けられていない部分に設けられる配線等と金属部材４とを離して配置できる。また、図５に示す構成とは異なる構成として、金属部材４の内周面を凸部に接触させるようにして、金属部材４を凸部にはめ込むこともできる。凸部１２が設けられている部分は、表面積が大きくなることによって外部へ熱が逃げやすくなってしまうが、この凸部１２に重なるように第２ヒータ３を設けることによって試料保持面１１における均熱性の悪化を低減できる。

さらに、第１ヒータ２と第２ヒータ３とが電気的に独立しているとよい。第１ヒータ２と第２ヒータ３とを互いに独立して制御することが可能になることによって、セラミック基板１の温度分布をより精密に制御できる。これにより、試料保持面１１の均熱性をさらに向上できる。

さらに、セラミック基板１の表面に入力端子および出力端子がさらに設けられており、第１ヒータ２および第２ヒータ３が入力端子および出力端子に電気的に接続されていてもよい。このように、第１ヒータ２と第２ヒータ３とを１つの入出力端子に接続することによって、入出力端子の数を減らすことができる。これにより、不要な熱引きが生じてしまうおそれを低減できる。

上記の実施の形態では、第１ヒータ２は、セラミック基板１の１つの層間のほぼ全体に形成される例を示したが、これに限られない。第１ヒータ２は、セラミック基板１の１つの層間の中央部に形成されると共に、第２ヒータ３がセラミック基板１の異なる層間の外周部に形成されており、円環状に形成された金属部材４の付近で、第１ヒータ２と第２ヒータ３とが重なるように配置されていてもよい。また、試料保持具１０は、第１ヒータ２および第２ヒータ３に限らず、さらに、平面透視で金属部材４に重なる第３ヒータ等を有していてもよい。

１：セラミック基板
１１：試料保持面
１２：凸部
２：第１ヒータ
３：第２ヒータ
４：金属部材
４１：鍔部
４２：筒部
５：筐体
６：静電吸着用電極
５０：貫通孔
１０：試料保持具
１００：試料処理装置

Claims (7)

1. 一方の主面に試料保持面を有した積層板から成るセラミック基板と、該セラミック基板の層間に設けられた第１ヒータと、前記セラミック基板の他方の主面に円環状に形成された金属部材と、平面透視したときに前記金属部材に少なくとも一部が重なるように、前記セラミック基板の前記第１ヒータが設けられた層間とは異なる層間に設けられた第２ヒータとを備え、前記第１ヒータは、前記セラミック基板の１つの層間の中央部に形成されると共に、前記第２ヒータが前記セラミック基板の異なる層間の外周部に形成されており、前記円環状に形成された金属部材の付近で、前記第１ヒータと前記第２ヒータとが重なることを特徴とする試料保持具。
2. 前記第１ヒータは、平面透視した時に前記金属部材に少なくとも一部が重なっていることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
3. 前記金属部材は、前記セラミック基板の前記他方の主面に接する部分が環状であるとともに、前記第２ヒータが、前記金属部材の前記他方の主面に接する部分に重なる環状であることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
4. 前記セラミック基板が前記他方の主面に凸部を有しているとともに、平面透視したときに前記第２ヒータの少なくとも一部が前記凸部に重なっていることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
5. 前記第１ヒータと前記第２ヒータとが電気的に独立していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の試料保持具。
6. 前記セラミック基板の表面に入力端子および出力端子がさらに設けられており、前記第１ヒータおよび前記第２ヒータが前記入力端子および前記出力端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の試料保持具。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の試料保持具と、貫通孔を有する筐体とを備えており、前記セラミック基板および前記金属部材が前記貫通孔を塞ぐように前記筐体に取り付けられていることを特徴とする試料処理装置。