JP6885817B2

JP6885817B2 - 試料保持具

Info

Publication number: JP6885817B2
Application number: JP2017146136A
Authority: JP
Inventors: 直也今村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-07-28
Also published as: JP2019029466A

Description

本発明は、例えば、半導体集積回路の製造工程等において半導体ウエハ等を保持するための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に記載された試料保持具が挙げられる。特許文献１に記載された試料保持具は、基体と基体の内部に設けられた第１電極とを備えており、さらに、第１電極のうち外部端子接続用ピンが押し当てられる部分に第２電極を備えている。

特開２０１５−１５９２３２号公報

近年、試料保持具は、更なる均熱性の向上が求められている。

本発明の一態様の試料保持具は、セラミックスから成り、上面が試料保持面である基体と、前記基体の内部または下面に設けられた発熱抵抗体と、前記基体の下面を覆うように第１接着層を介して取り付けられた金属部材とを備えており、前記金属部材および前記第１接着層は、前記金属部材および前記第１接着層を積層方向に貫通する貫通孔を有するとともに、前記貫通孔に前記発熱抵抗体に電気的に接続されており前記金属部材の下面まで伸びている棒状のリード端子および前記リード端子を前記基体の下面に固定する第２接着層をさらに備えており、前記第２接着層は前記第１接着層よりも熱伝導率が低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、均熱性を向上できる。

試料保持具の例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。試料保持具の他の例を示す部分拡大断面図である。試料保持具の他の例を示す部分拡大断面図である。

以下、試料保持具１００について図面を参照して説明する。

図１に示すように、試料保持具１００は、基体１と、基体１の内部に設けられた電極１２と、基体１の内部または下面に設けられた発熱抵抗体２と、基体１の下面を覆うように第１接着層４を介して取り付けられた金属部材３とを備えている。本例においては、発熱抵抗体２は基体１の下面に設けられている。

基体１は、外表面（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で、例えばシリコンウエハ等の試料を保持する。基体１１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なる。基体１の寸法は、例えば、径を２００〜５００ｍｍ、厚みを２〜１５ｍｍに設定できる。試料保持面１１に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１００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１００は、基体１の内部に静電吸着用の電極である電極１２を備えている。

電極１２は、例えば、２つの電極部品から構成される。２つの電極部品は、一方が電源の正極に接続され、他方が負極に接続される。２つの電極部品は、それぞれ略半円板状に形成され、半円の弦同士が隙間をあけて対向するように、基体１の内部に配置される。これら２つの電極部品の弧によって電極１２全体の外形が円形状となっている。この電極１２全体による円形状の外形の中心は、同じく円形状の基体１の外形の中心と同一に設定される。電極１２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なる。

発熱抵抗体２は、基体１の上面の試料保持面１１に保持した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の内部または下面に設けられている。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、基体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。発熱抵抗体２は、例えば複数の湾曲部を有する線状のパターンであって、基体１の下面のほぼ全面に形成されている。これにより、試料保持具１００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。

発熱抵抗体２は、導体成分およびガラス成分を含んでいる。導体成分としては、例えば銀パラジウム、白金、アルミニウムまたは金等の金属材料を含んでいる。また、ガラス成分としては、ケイ素、アルミニウム、ビスマス、カルシウム、ホウ素および亜鉛等の材料の酸化物を含んでいるガラスを用いることができる。

試料保持具１００の温度制御には以下の方法を用いることができる。具体的には、基体１に熱電対を接触させて起電力を測定することによって基体１の温度を測定できる。また、基体１に測温抵抗体を接触させて抵抗を測定することによっても、基体１の温度を測定できる。以上のようにして測定した基体１の温度に基づいて、発熱抵抗体２に印加する電圧を調整することによって、試料保持面１１の温度が一定になるように制御することができる。

金属部材３は、内部に冷却媒体用の流路および試料保持具１００の上面にヘリウムまたはアルゴン等の伝熱ガスを流す流路を内蔵した板状の部材である。金属部材３は、第１接着層４を介して基体１の下面に取り付けられている。金属部材３としては、例えば、アルミニウムまたはチタン等の金属材料、炭化ケイ素等のセラミック材料あるいは炭化ケイ素とアルミニウムとの複合材等を用いることができる。

第１接着層４は、基体１と金属部材３とを接合するための部材である。第１接着層４は、基体１の下面と金属部材３の上面とを接着している。第１接着層４は、基体１の下面と金属部材３の上面とのそれぞれのほぼ全面に広がっている。第１接着層４は、基体１の下面を発熱抵抗体２ごと覆っている。

金属部材３と第１接着層４は、金属部材３および第１接着層４を積層方向に貫通する貫通孔５を有している。貫通孔５は、リード端子６を挿入するために設けられている。貫通孔５は、例えば、空洞になっている部分の形状が円形状である。発熱抵抗体２は、貫通孔
５の内面に引き出されている。なお、発熱抵抗体２が基体１の内部に設けられている場合には、発熱抵抗体２に電気的に接続された導体が貫通孔５の内面に引き出されていてもよい。

貫通孔５の寸法は、挿入されるリード端子６の寸法に対応して定められる。具体的には、リード端子６の表面と貫通孔５の内周面との間にリード端子６を容易に挿入できる程度の隙間を形成するように、貫通孔５の寸法は設定される。リード端子６が外径１．５ｍｍの円柱状の場合には、貫通孔５の径は２〜１０ｍｍに設定することができる。

リード端子６は、発熱抵抗体２と外部電源とを接続することによって、発熱抵抗体２に電力を供給するための部材である。リード端子６は、例えば、棒状の部材である。リード端子６は、例えば、先端が広がった形状を有している。リード端子６は、貫通孔５の内部に位置するとともに発熱抵抗体２に接続されている。リード端子６と発熱抵抗体２とを接続する方法としては、以下の方法が挙げられる。例えば、発熱抵抗体２が基体１の下面に設けられている場合には、リード端子６が発熱抵抗体２に押し付けられることによって電気的に接続されていてもよい。また、発熱抵抗体２が基体１の内部に設けられている場合には、基体１の内部にスルーホール導体を設けたり、基体１の下面にメタライズ層を設けたりすることによって、発熱抵抗体２とリード端子６とが電気的に接続されていてもよい。

図２に示すように、リード端子６は、第２接着層７によって基体１の下面に固定されている。第２接着層７は、リード端子６と基体１とを固定するための部材である。第２接着層７は、貫通孔５の内部に設けられている。第２接着層７は、リード端子６の少なくとも一部および基体１の下面の一部と接している。発熱抵抗体２が基体１の下面に設けられているとともに貫通孔５の内部に露出している場合には、第２接着層７が発熱抵抗体２に接していてもよい。

第２接着層７は、第１接着層４よりも熱伝導率が低い。これにより、リード端子６から第２接着層７を介して基体１のうちリード端子６の周囲に熱が伝わってしまうおそれを低減できる。また、また、基体１の下面を覆う第１接着層４の熱伝導率が高いことによって、試料保持面１１に平行な方向に熱を伝えやすくすることができるので、基体１の均熱性を向上できる。これらの結果、試料保持面１１の均熱性を向上できる。

リード端子６に熱が生じる原因としては、以下の場合が挙げられる。例えば、発熱抵抗体２が基体１の下面に設けられている場合には、発熱抵抗体２で生じた熱がリード端子６に伝わる場合が考えられる。発熱抵抗体２で生じた熱がリード端子６に伝わり、このリード端子６に伝わった熱がリード端子６の周囲に広がってしまうような場合には、リード端子６による熱引きの影響が大きくなってしまい、試料保持面１１における均熱性を向上させることが困難になってしまう。第２接着層７の熱伝導率を低くすることによって、リード端子６に伝わった熱が周囲に伝わりにくくなるので、結果的にリード端子６による熱引きを低減することができる。

また、リード端子６に熱が生じる他の原因としては、以下の場合が挙げられる。例えば、発熱抵抗体２が基体１の内部に設けられている場合には、発熱抵抗体２とリード端子６とを、メタライズ層およびスルーホール導体等の複数の導体によって、電気的に接続することになる。このように、複数の導体を用いて接続を行う場合には、それぞれの導体間の接続界面において抵抗値が大きくなってしまうために、局所的に発熱が生じてしまう。この発熱が、リード端子６に伝わり、このリード端子６に伝わった熱がリード端子６の周囲に広がってしまうような場合には、リード端子６の周囲における温度分布を制御することが困難になってしまう場合がある。第２接着層７の熱伝導率を低くすることによって、リード端子６に伝わった熱が周囲に伝わりにくくなるので、リード端子６の周囲における温度分布を制御しやすくなるので、試料保持面１１における均熱性を向上できる。

第１接着層４としては、例えば、シリコーン接着剤（熱伝導率：３Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いることができる。第１接着層４としてシリコーン接着剤を用いた場合には、第２接着層７として、例えば、エポキシ接着剤（熱伝導率：０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いることができる。

また、第１接着層４と第２接着層７とを主原料が同じ材料を用いるとともに、フィラーの入れる量および材質を変えることによって、第１接着層４と第２接着層７との熱伝導率を調整してもよい。フィラーとしては、例えば、セラミック粉末等を用いることができる。

第１接着層４と第２接着層７との熱伝導率の測定は、例えば、以下の方法を用いることができる。第１接着層４と第２接着層７のそれぞれに対して、レーザーフラッシュ法（装置名：レーザーフラッシュ法熱物性測定装置、会社名：京都電子工業株式会社、型番：ＬＦＡ５０２）を用いることによって、それぞれの熱伝導率を測定できる。

また、図３に示すように、基体１の下面に設けられており第２接着層７を囲む筒状部材８を更に備えていてもよい。これにより、熱伝導率が高い第１接着層４とリード端子６とが接触してしまうおそれを低減できる。そのため、リード端子６と発熱抵抗体２との接続部分において局所的な発熱が生じた場合に、この熱がリード端子６を介して第１接着層４に伝わることを低減できる。その結果、試料保持面１１の均熱性を向上できる。

筒状部材８は、第１接着層４よりも上下方向に長くてもよい。これにより、第１接着層４を設ける前に筒状部材８を設けておくことによって、第１接着層４を基体１および金属部材３とに塗布してから硬化させるまでの間に１接着層４が貫通孔５の内部に流れでることを低減できる。

また、下面視したときに、第２接着層７が、筒状部材８とリード端子６との間においてリード端子６を囲むように環状に凹んでいてもよい。言い換えると、第２接着層７が凹部９を有していてもよい。これにより、リード端子６と第２接着層７との間で熱応力が生じたとしても、凹んでいる部分を埋めるように第２接着層７を撓ませることによって、この熱応力を低減できる。これにより、試料保持具１００の長期信頼性を向上できる。

また、図４に示すように、リード端子６は、基体１と接触する部分が広がった形状を有しており、断面視したときに、第２接着層７が広がった部分を覆っていてもよい。言い換えると、リード端子６が基体１と接着する部分に鍔部１０を有しており、第２接着層７が鍔部１０を覆っていてもよい。これにより、リード端子６が抜けてしまう方向（下方向）に力が加わったとしても、リード端子６のうち広がった部分が第２接着層７に引っかかることになるので、リード端子６が貫通孔５から抜け落ちてしまうおそれを低減できる。

また、下面視したときに、第２接着層７がリード端子６の広がった部分の全体を覆っていてもよい。これにより、基体１のうちリード端子６周辺における熱引きにムラが生じるおそれを低減できる。その結果、試料保持面１１の均熱性を向上できる。

また、第２接着層７は、第１接着層４よりも薄くてもよい。これにより、ヒートサイクル下において第１接着層４が貫通孔５側に熱膨張して熱応力が生じたとしても、この熱応力が第２接着層７を介してリード端子６に伝わるおそれを低減できる。これにより、リード端子６と発熱抵抗体２との接続の信頼性を向上できる。

１：基体
２：発熱抵抗体
３：金属部材
４：第１接着層
５：貫通孔
６：リード端子
７：第２接着層
８：筒状部材
９：凹部
１０：鍔部
１１：試料保持面
１２：電極
１００：試料保持具

Claims

セラミックスから成り、上面が試料保持面である基体と、
前記基体の内部または下面に設けられた発熱抵抗体と、
前記基体の下面を覆うように第１接着層を介して取り付けられた金属部材とを備えており、
前記金属部材および前記第１接着層は、前記金属部材および前記第１接着層を積層方向に貫通する貫通孔を有するとともに、
前記貫通孔に前記発熱抵抗体に電気的に接続されており前記金属部材の下面まで伸びている棒状のリード端子および前記リード端子を前記基体の下面に固定する第２接着層をさらに備えており、
前記第２接着層は前記第１接着層よりも熱伝導率が低いことを特徴とする試料保持具。
前記基体の下面に設けられており前記第２接着層を囲む筒状部材を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
下面視したときに、前記第２接着層が、前記筒状部材と前記リード端子との間において前記リード端子を囲むように環状に凹んでいることを特徴とする請求項２に記載の試料保持具。
前記リード端子は、前記基体と接触する部分が広がった形状を有しており、
断面視したときに、前記第２接着層が前記広がった部分を覆っていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の試料保持具。
下面視したときに、前記第２接着層が前記リード端子の前記広がった部分の全体を覆っていることを特徴とする請求項４に記載の試料保持具。
前記第２接着層は、前記第１接着層よりも薄いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の試料保持具。