JP7130536B2

JP7130536B2 - 試料保持具

Info

Publication number: JP7130536B2
Application number: JP2018225130A
Authority: JP
Inventors: 剛瀬戸口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2022-09-05
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: JP2020088327A

Description

本開示は、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試料保持具に関する。

半導体ウエハ等の試料を保持する試料保持具として、半導体集積回路の製造工程等においては、その上側のウエハ等の載置面（本開示では、他方の主面という）に、断熱性と熱の拡散・均一性に優れた円板状のセラミックス製の平板（以下、セラミック体）を使用した試料保持具が用いられる（特許文献１を参照）。

この円板状のセラミック体は、その底面である下側の主面（一方の主面）側に立ち並ぶよう配置された、支柱となる柱状の支持部材を介して、該セラミック体から距離を空けた下方に位置する、ベースプレートと呼ばれる金属製の基板または基体、基台等に支持・支承されている。

そして、前述の円板状のセラミック体は、その外周縁部または縁部近傍に形成された貫通孔に挿通された、ねじ状もしくはボルト状の支持ピンを用いて、ネジ穴またはナット穴を有する前述の支持部材に固定されるか、あるいは、この支持部材の中に設けられた貫通穴を通して前記ベースプレートに固定される。

特開２００２－１４１３９９号公報

ところで、前述の半導体ウエハ等の試料保持具は、製造工程において繰り返し使用されるため、経時で何度も、加熱と冷却（放冷）とが繰り返される。そのため、セラミックス製のセラミック体と、それを固定・支持する金属製のベースプレートとの線膨張係数（熱膨張率）の差に起因して、セラミック体が反ったり、セラミック体にひび割れや亀裂・欠け等の損傷が発生したりする場合がある。

特に、セラミック体を固定するための貫通孔周りには、支持ピンを介して、ベースプレートの伸び縮みによる応力が加わるため、支持ピンに押される開口縁部の一部において、そこを始点（起点）とする亀裂等が発生する可能性がある。このような亀裂等が発生すると、試料保持具は使い続けることができず、セラミック体もしくは試料保持具全体を交換する必要が生じる。

本開示の目的は、長期にわたり使い続けることのできる試料保持具を提供することである。

本開示の試料保持具は、円板状のセラミック体と、該セラミック体の内部または一方の主面に位置する発熱抵抗体と、前記セラミック体の前記一方の主面に対向して位置するベースプレートと、該ベースプレートに固定され前記セラミック体を支持する支持部材と、前記ベースプレートに固定される複数の支持ピンと、を備えており、
前記セラミック体は、前記支持ピンが挿入される貫通孔を複数有しており、
該貫通孔は、
前記セラミック体の径方向に伸びた形状であり、
前記セラミック体の中心側に、前記支持ピンの中心と前記セラミック体の中心を結ぶ直線に垂直な直線部と、該直線部に続く両側に丸みを帯びた角部とを有し、
前記セラミック体の平面視において、前記セラミック体の中心に対して点対称に位置している部分を有することを特徴とする。

また、本開示の試料保持具は、円板状のセラミック体と、該セラミック体の内部または一方の主面に位置する発熱抵抗体と、前記セラミック体の前記一方の主面に対向して位置するベースプレートと、該ベースプレートに固定され前記セラミック体を支持する支持部材と、前記支持部材に固定された複数の支持ピンと、を備えており、
前記セラミック体は、前記支持ピンが挿入される貫通孔を複数有しており、
該貫通孔は、
前記セラミック体の径方向に伸びた形状であり、
前記セラミック体の中心側に、前記支持ピンの中心と前記セラミック体の中心を結ぶ直線に垂直な直線部と、該直線部に続く両側に丸みを帯びた角部とを有し、
前記セラミック体の平面視において、前記セラミック体の中心に対して点対称に位置している部分を有することを特徴とする。

本開示によれば、固定用の貫通孔を始点とする亀裂や損傷等の発生が抑制される。したがって、同一構成で長期にわたり使い続けることのできる、低ランニングコストの試料保持具とすることができる。また、その結果、製造工程全体のコストダウンに貢献する。

（ａ）は第１実施形態の試料保持具を側方から見た断面図であり、（ｂ）は第２実施形態の試料保持具の断面図である。（ａ）は第１，第２実施形態の試料保持具のセラミック体を上方から見下ろした平面図、（ｂ）はセラミック体に形成されたピン挿通用の貫通孔の開口形状を示す平面図であり、（ｃ）は参考として従来の貫通孔の開口形状を示す平面図である。第３実施形態の試料保持具を側方から見た端面図である。（ａ）は第３実施形態の試料保持具のセラミック体の平面図であり、（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ、セラミック体に形成されたピン挿通用の切り欠きの形状例を示す平面図である。

実施形態の試料保持具について、図面を参照しつつ説明する。なお、図２（ｃ）に示す従来の貫通孔の開口形状の例は、参考例であって本開示のものではない。

以下で説明する第１実施形態〔図１（ａ）〕と第２実施形態〔図１（ｂ）〕および第３実施形態（図３）の試料保持具１０，２０，３０は、試料を載置可能な保持面１ａを含むセラミック体１と、試料を加熱・昇温させるための発熱抵抗体２と、セラミック体１を位置決めして支承する基台であるベースプレート３とを備える。

また、試料保持具１０，３０は、各部材間の連結のために、図１（ａ）および図３に示すように、セラミック体１をベースプレート３に対して距離を開けて支持・懸架する筒（スリーブ）状の支持部材４Ａと、支持部材４Ａに支持されたセラミック体１を、ベースプレート３に対して固定するためのボルト様の支持ピン５Ａとを備える。支持ピン５Ａは、それを締結固定するナット部材５ｂとばね部材５ｃとを含んでいてもよい。

なお、セラミック体１とベースプレート３との連結・接続は、別の構成としてもよい。たとえば、第２実施形態の試料保持具２０においては、図１（ｂ）に示すように、上述の支持ピンは、ボルト様の１本の支持ピン５Ａに代えて、間隔を空けて上下に配置された２本のねじ状の支持ピン６Ａ，６Ｂで構成されている。

また、試料保持具２０の支持部材は、貫通穴を有するスリーブ状の支持部材４Ａに代えて、上下にネジ穴を有する柱状の支持部材４Ｂが配設されている。この構成によっても、試料保持具２０は、ねじ状の支持ピン６Ａ，６Ｂを、柱状の支持部材４Ｂの上下に締結固定することにより、試料保持具１０，３０と同様、セラミック体１を、ベースプレート３に対向して距離を開けた状態で固定することができる。

なお、前述の試料保持具１０，３０と、上述の試料保持具２０とは、試料保持具の機能や動作、あるいは、セラミック体１およびベースプレート３の動きや伸縮挙動において差異がないことから、以降は、試料保持具１０を用いた第１実施形態と、試料保持具３０を用いた第３実施形態について説明する。

また、以下では、支持部材４Ａと４Ｂの両方の態様を総称して支持部材４と呼ぶ。さらに、後記するセラミック体１の貫通孔１ｃに、その軸部（ａ１）を挿通してセラミック体１の固定に用いられる支持ピン５Ａ，６Ａを総称して固定ピンＡと表記する。

なお、支持ピン５Ａの軸部ａ１が棒状（シャフト状）〔図１（ａ）参照〕であるのに対して、支持ピン６Ａの軸部ａ１は、ねじ軸〔図１（ｂ）参照〕）である。しかしながら、図２～図４においては、軸のねじ山の記載を省略している。

試料保持具１０，３０の基礎部分を構成するベースプレート３は、試料保持面１ａを有するセラミック体１を、支持部材４を介して略水平に支持（支承）するための基台となるものであり、基板あるいは基体とも呼ばれる。ベースプレート３は、セラミック体１の真下の、セラミック体１の一方の主面である下面（底面）１ｂと対向する位置に配置される。

また、ベースプレート３は、セラミック体１と同様の外形形状の金属板から構成されている。構成材料としては、たとえばステンレススチール等が用いられる。そして、ベースプレート３の上側（上面）に配設された複数本の支持部材４を介して、上方のセラミック体１を支持している。

支持部材４は、先にも述べたように、固定ピンＡの軸部ａ１を挿通できる貫通穴を有する場合（支持部材４Ａ）と、貫通穴がなく、上下に、固定ピンＡの軸部ａ１をねじ留めできるネジ穴を有する場合（支持部材４Ｂ）とがある。いずれの場合も、支持部材４の構成材料としては、たとえばステンレススチール等の金属が、好適に用いられる。

支持部材４は、下側のベースプレート３および上側のセラミック体１の外周縁部に沿って複数本（実施形態においては８本）設けられている。支持部材４は、ベースプレート３およびセラミック体１の周方向に均等な間隔を空けて配置（周方向等配）されている。

下側のベースプレート３と上側のセラミック体１との間を接続して固定する、ナット部材５ｂおよびばね部材５ｃを含む固定ピンＡ（支持ビン５Ａ，６Ａ，６Ｂ）も、ステンレススチール等の金属を用いて、構成されている。

発熱抵抗体２は、たとえば、金、銀、パラジウムまたは白金等の金属材料で構成され、通電により、ジュール熱を発生させて、試料保持面１ａに保持されたシリコンウエハ等の試料（被保持物）を、加熱し昇温させる。実施形態の試料保持具１０，２０，３０において、発熱抵抗体２は、ベースプレート３の上面と対向する、セラミック体１の下面１ｂに配設されている。

支持部材４により支持されたセラミック体１は、セラミック材料からなる、円板状の多孔質体である。その円板状の上面（他方の主面）は、試料保持面１ａとされており、この試料保持面１ａに載置または保持された試料が、前述の発熱抵抗体２の発熱により加熱される。

セラミック体１は、セラミック材料からなる。セラミック材料としては、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミック材料を用いることができる。セラミック体１の寸法は、全体が円板状の場合、上面（試料保持面１ａ）および下面１ｂの直径が２００～５００ｍｍφであり、厚さが１～７ｍｍである。

そして、セラミック体１は、試料保持具１０を上から見下ろした、図２の平面図に示すように、前述の各支持部材４の周方向位置に対応して形成された、各貫通孔１ｃに固定ピンＡの軸部（ａ１）を挿通させ、ボルトまたはネジを締め付けることによって、下側のベースプレート３に固定されている。

具体的には、前述の支持部材４の配設位置に対応する、セラミック体１の上面１ａの外周縁部位置には、図２（ｂ）に示すような、セラミック体１の中心から径方向外側に向かって、放射状に伸びる長孔（穴）形状の開口を有する貫通孔１ｃが、それぞれ設けられている。

そして、これら貫通孔１ｃを透して下に見える各支持部材４の上端開口（スリーブ内周またはねじ穴）に、当該貫通孔１ｃを通して固定ピンＡの軸部ａ１を嵌め入れ、上面１ａより上側に突出するボルト頭またはネジ頭を工具等で回転させて締め付けることにより、セラミック体１は、支持部材４およびそれを支承するベースプレート３に固定される。

ところで、セラミック体１の上面１ａに形成される、固定ピンＡの軸部ａ１挿通用の貫通孔１ｃの開口形状は、従来、図２（ｃ）の参考断面図に示すように、円柱状の軸部ａ１の外周形状（断面円形）に沿った、円形の開口形状が採用されていた。

これに対して、第１実施形態の試料保持具１０は、セラミック体１に形成される貫通孔１ｃの形状を、その上面開口が、図２（ｂ）に示すような、セラミック体１の中心から径方向に伸びる形状としたものである。

この構成により、試料保持具１０が加熱と冷却（放冷）とを繰り返す際、熱膨張または熱収縮の差が大きな金属製ベースプレート３側に固定された固定ピンＡと、熱による相対膨張・相対収縮の小さなセラミック体１側に設けられた貫通孔１ｃとの間において、該貫通孔１ｃ側に生じる応力を、緩和することができる。

したがって、第１実施形態の試料保持具１０は、製造工程において加熱と冷却とが繰り返されても、セラミック体１の固定用の貫通孔１ｃの周辺に、この貫通孔１ｃを始点とする亀裂や損傷等の発生が抑制される。その結果、長期にわたり使い続けることのできる、低ランニングコストの試料保持具とすることができる。

なお、セラミック体１の貫通孔１ｃの開口形状は、図２（ｂ）のセラミック体１径方向に伸びる長孔形状の他、楕円形や菱形等、同様に、開口形状の長軸の軸線が、セラミック体１の径方向に沿って伸びる形状であれば、他の開口形状とすることができる。しかしながら、亀裂等の始点となるのを避けるため、角部（入り隅）のない、丸みを帯びた形状とすることが望ましい。

つぎに、図３および図４に示す第３実施形態は、前述の第１実施形態のセラミック体１の貫通孔１ｃを、さらに径方向外側に延長して外周まで到達させ、貫通孔１ｃを切り欠き１ｄ形状としたものである。

すなわち、図３における試料保持具３０の側面図においては、固定ピン７（支持ピン６Ａ）の軸部ａ１が、図示のように側面から見通せるようになっている。

試料保持具３０のセラミック体１の外周縁部に形成される切り欠き１ｄの形状例としては、図４（ａ）および図４（ｂ）の平面図に示すような、切り欠き１ｄの内径側の壁（奥側壁）が直角に切り立った形状としてもよく、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すような、切り欠き１ｄ奥側の角部（入り隅）が、丸みを帯びたＲ形状となるようにしてもよい。

たとえば、図４（ｃ）に示す切り欠き１ｄでは、その切り欠き奥側の縁部壁面の形状が、固定ピンＡの軸部ａ１の外周形状に沿った半円形状に形成されている。

また、図４（ｄ）に示す切り欠き１ｄでは、その切り欠き奥側の中央に、固定ピンＡの中心とセラミック体１の中心を結ぶ直線に垂直な直線部１ｅを有する形状に形成されている。なお、この形状においても、切り欠き１ｄ奥側の角部（入り隅）の形状は、丸みを帯びたＲ形状とされる。

以上の構成によっても、試料保持具３０が加熱と冷却（放冷）とを繰り返す際、熱膨張または熱収縮の差が大きな金属製ベースプレート３側に固定された固定ピンＡと、熱による相対膨張・相対収縮の小さなセラミック体１側に設けられた切り欠き１ｄとの間において、該切り欠き１ｄおよびセラミック体１側に生じる応力を、緩和することができる。

したがって、第３実施形態の試料保持具３０も、製造工程において加熱と冷却とが繰り返されても、セラミック体１の固定用の切り欠き１ｄの周辺に、この切り欠き１ｄを始点とする亀裂や損傷等の発生が抑制される。その結果、第１実施形態の試料保持具１０と同様、長期にわたり使い続けることのできる、低ランニングコストの試料保持具とすることができる。

１セラミック体
２発熱抵抗体
３ベースプレート
４支持部材
５Ａ，６Ａ，６Ｂ支持ピン
１０，２０，３０試料保持具
Ａ固定ピン

Claims

円板状のセラミック体と、
該セラミック体の内部または一方の主面に位置する発熱抵抗体と、
前記セラミック体の前記一方の主面に対向して位置するベースプレートと、
該ベースプレートに固定され前記セラミック体を支持する支持部材と、
前記ベースプレートに固定された複数の支持ピンと、を備えており、
前記セラミック体は、前記支持ピンが挿入される貫通孔を複数有しており、
該貫通孔は、
前記セラミック体の径方向に伸びた形状であり、
前記セラミック体の中心側に、前記支持ピンの中心と前記セラミック体の中心を結ぶ直線に垂直な直線部と、該直線部に続く両側に丸みを帯びた角部とを有し、
前記セラミック体の平面視において、前記セラミック体の中心に対して点対称に位置している部分を有することを特徴とする試料保持具。
円板状のセラミック体と、
該セラミック体の内部または一方の主面に位置する発熱抵抗体と、
前記セラミック体の前記一方の主面に対向して位置するベースプレートと、
該ベースプレートに固定され前記セラミック体を支持する支持部材と、
前記支持部材に固定された複数の支持ピンと、を備えており、
前記セラミック体は、前記支持ピンが挿入される貫通孔を複数有しており、
該貫通孔は、
前記セラミック体の径方向に伸びた形状であり、
前記セラミック体の中心側に、前記支持ピンの中心と前記セラミック体の中心を結ぶ直線に垂直な直線部と、該直線部に続く両側に丸みを帯びた角部とを有し、
前記セラミック体の平面視において、前記セラミック体の中心に対して点対称に位置している部分を有することを特徴とする試料保持具。
前記貫通孔は、前記セラミック体の側面に開口する切り欠きであることを特徴とする請求項１または２に記載の試料保持具。