WO2015072496A1 - 試料保持具 - Google Patents

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WO2015072496A1
WO2015072496A1 PCT/JP2014/079994 JP2014079994W WO2015072496A1 WO 2015072496 A1 WO2015072496 A1 WO 2015072496A1 JP 2014079994 W JP2014079994 W JP 2014079994W WO 2015072496 A1 WO2015072496 A1 WO 2015072496A1
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ceramic body
cylindrical portion
sample holder
flange
thickness
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PCT/JP2014/079994
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義浩 芦原
勝伺 坂上
Original Assignee
京セラ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a sample holder used when holding each sample such as a semiconductor wafer used in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, a manufacturing process of a liquid crystal display device, or the like.
  • Semiconductor wafers such as silicon wafers used in the manufacture of semiconductor integrated circuits and plate-like samples such as glass substrates used in the manufacture of liquid crystal display devices are placed on the support table of the manufacturing equipment or inspection equipment in those manufacturing processes. Is held, and processing or inspection is performed.
  • the sample processing apparatus includes a housing having a through-hole opened on the lower side and a sample holder provided inside the housing.
  • the sample holder includes a ceramic body having a sample holding surface on the upper surface and a metal member provided on the lower surface of the ceramic body.
  • a heating resistor or an electrode for electrostatic attraction is provided inside the ceramic body, and wirings connected to these are drawn out from the bottom surface of the ceramic body through the through hole of the housing.
  • the metal member is a cylindrical member, and is disposed so as to surround the through hole of the housing inside, and seals the space where the sample holding surface is exposed together with the housing and the ceramic body.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-219578 discloses such a sample holder, and particularly discloses a configuration in which a metal member has a cylindrical portion and a flange portion.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a sample holder that can further reduce the influence of thermal stress generated between a ceramic body and a metal member.
  • a sample holder has an upper surface and a lower surface, a ceramic body having a sample holding surface on the upper surface, a flange joined to the lower surface of the ceramic body, and an inner periphery of the flange
  • a metal member having a cylindrical portion including a portion in which the interval between the inner peripheral surfaces is gradually narrowed downward from the inner peripheral surface of the narrowed portion and the lower surface of the ceramic body. There is a gap between them.
  • FIG. 1 It is sectional drawing of the sample holder of one Embodiment of this invention, and a sample processing apparatus using the same. It is a perspective view of the sample holder shown in FIG. It is a partial expanded sectional view of the sample holder shown in FIG. It is a partial expanded sectional view which shows the modification of a sample holder.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sample holder 1 and a sample processing apparatus 10 having the same according to an embodiment of the present invention.
  • the sample processing apparatus 10 includes a housing 2 and a sample holder 1 provided inside the housing 2.
  • the sample processing apparatus 10 is used as a semiconductor manufacturing apparatus, for example.
  • the housing 2 is used as a so-called chamber, and the sample holder 1 holds, for example, a silicon wafer.
  • the housing 2 has a through hole 20 that opens downward, and the sample holder 1 is attached so as to surround the through hole 20.
  • the sample holder 1 includes a ceramic body 3 having a sample holding surface 30 and a metal member 4 provided on the lower side of the ceramic body 3, and the metal member 4 penetrates the housing 2.
  • the hole 20 is surrounded.
  • the metal member 4 is bonded to the housing 2 and seals the space in the housing 2 where the sample holding surface 30 of the ceramic body 3 is exposed together with the housing 2 and the ceramic body 3.
  • Ceramic body 3 is a member for holding a sample. As shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic body 3 is, for example, a disk-shaped member. The ceramic body 3 has a sample holding surface 30 on the upper surface. In FIGS. 2 and 3, the vertical direction is shown inverted. That is, the upper side in FIGS. 2 and 3 is the lower side in FIG. Note that “upward” and “downward” here are directions determined for convenience of explanation, so that the sample holding surface 30 is oriented in a direction other than the upper side (for example, lower side or side) according to the specifications of the sample processing apparatus 10. There is no problem with using the sample holder 1 toward the other side.
  • the ceramic body 3 is made of a ceramic material such as aluminum nitride, for example.
  • the ceramic body 3 can be obtained, for example, by laminating a plurality of green sheets and firing them by a hot press method or the like. If necessary, an electrostatic adsorption electrode, a heater electrode, or the like may be provided inside the ceramic body 3. In order to achieve such a configuration, a pattern to be an electrode after firing may be printed on a desired green sheet among the plurality of green sheets before firing described above using a screen printing method or the like.
  • the dimensions of the ceramic body 3 are set according to the size of the sample held on the sample holding surface 30.
  • the dimensions of the ceramic body 3 can be set, for example, such that the diameter of the upper surface is about 30 to 500 mm and the thickness is about 5 to 25 mm.
  • the metal member 4 is a member for holding the ceramic body 3. As shown in FIGS. 1 and 2, the metal member 4 has a flange portion 41 and a cylindrical portion 42 that extends downward from the flange portion 41.
  • the collar part 41 and the cylinder part 42 can be integrally formed.
  • the flange portion 41 and the cylindrical portion 42 can be formed by, for example, drawing or cutting.
  • the metal member 4 is made of a metal material having excellent heat resistance and productivity, such as Fe—Ni—Co.
  • the collar part 41 is a part joined to the lower surface of the ceramic body 3.
  • the flange portion 41 is an annular portion and is provided on the lower surface of the ceramic body 3.
  • the upper surface of the flange portion 41 faces the lower surface of the ceramic body 3.
  • the dimensions of the flange 41 can be set, for example, to an inner diameter of about 20 to 450 mm and an annular width of about 2 to 15 mm.
  • the inner diameter of the flange 41 is such that the various terminals (not shown) arranged on the lower surface of the ceramic body 3 and the gas supply provided in the ceramic body 3 for introducing gas into the sample processing apparatus 10 are provided. It is set based on the arrangement of holes (not shown).
  • the width of the ring of the collar portion 41 is set so that the bonding strength between the ceramic body 3 and the metal member 4 can be sufficiently secured.
  • the brazing material 5 is provided in a meniscus shape on the inner peripheral surface side of the cylindrical portion 42 and on the outer peripheral side of the flange portion 41, and has a large meniscus shape on the inner peripheral surface side of the cylindrical portion 42.
  • the brazing material 5 for example, silver brazing can be used.
  • a metallized layer 6 is provided on the lower surface of the ceramic body 3 in order to satisfactorily join the flange 41 and the ceramic body 3.
  • the metallized layer 6 is provided corresponding to the shape of the collar portion 41.
  • the metallized layer 6 is also in an annular shape so as to correspond to the annular flange 41.
  • an Ag—Cu—Ti alloy or the like can be used.
  • the ceramic ring 7 may be provided on the lower surface of the collar portion 41.
  • the ceramic ring 7 is an annular member along the entire circumference of the flange portion 41. By sandwiching the collar part 41 between the ceramic ring 7 and the ceramic body 3, the collar part 41 can be more firmly fixed.
  • the ceramic ring 7 is preferably made of the same ceramic material as the ceramic body 3. Thereby, since the thermal expansion coefficient of the ceramic ring 7 and the ceramic body 3 can be approximated, the deformation
  • the ceramic ring 7 and the flange portion 41 can be fixed by joining with the brazing material 5 in the same manner as when the ceramic body 3 and the flange portion 41 are fixed.
  • the metallized layer is formed on the upper surface (the surface on the ceramic body 3 side) of the ceramic ring 7 in the same manner as when the metallized layer 6 is provided on the lower surface of the ceramic body 3. Is preferably provided.
  • the flange 41 has a lower surface roughness than the upper surface.
  • the surface roughness of the upper surface of the flange 41 can be set to 0.1 ⁇ m to 2.0 ⁇ m, for example, in terms of arithmetic average roughness Ra.
  • the surface roughness of the lower surface of the flange 41 can be set to 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m, for example, in terms of arithmetic average roughness Ra.
  • the surface roughness can be adjusted, for example, by polishing.
  • the outer peripheral end of the ceramic ring 7 is on the outer peripheral side than the outer peripheral end of the flange 41. Therefore, since the edge part of the outer peripheral side of the collar part 41 where stress tends to concentrate under a heat cycle can be pinched
  • the cylinder part 42 is a cylindrical part for supporting the ceramic body 3 inside the housing 2.
  • the cylindrical portion 42 includes a portion in which the inner diameter gradually decreases from the inner periphery of the flange portion 41 toward the lower side.
  • the upper end of the cylindrical part 42 is continuous with the inner side of the annular flange 41. That is, the cylinder part 42 is cylindrical.
  • the lower end of the cylindrical portion 42 is joined to the inner bottom surface of the housing 2 in the sample processing apparatus 10. That is, the metal member 4 is used with the upper surface of the flange portion 41 bonded to the lower surface of the ceramic body 3 and the lower portion of the cylindrical portion 42 bonded to the housing 2.
  • interval of an internal peripheral surface here can be considered as the space
  • the cross-sectional shape of the cylindrical portion 42 is a polygonal shape
  • the length of the longest diagonal line among the diagonal lines connecting the corners can be regarded as the interval.
  • the shape of the cross section of the cylinder part 42 is a triangle shape
  • the length of the longest perpendicular line can be regarded as a space
  • the sample holder 1 of the present embodiment has a shape in which the interval between the inner peripheral surfaces of the cylindrical portion 42 is gradually narrowed downward. There is a gap 43 between the inner peripheral surface of the narrowed portion and the lower surface of the ceramic body 3.
  • the brazing material 5 crawls up at a part of the narrowed portion of the cylindrical portion 42, but the brazing material 5 does not crawl up at the entire narrowed portion. That is, when the brazing material 5 is provided up to the middle of the inner peripheral surface of the narrowed portion of the cylindrical portion 42, the brazing material 5 is provided of the inner peripheral surface of the narrowed portion.
  • a gap 43 is provided between the remaining remaining area and the lower surface of the ceramic body 3.
  • the gap 43 is formed between the narrowed portion and the ceramic body 3, so that the cylindrical portion 42 is easily bent with respect to the force in the vertical direction. Therefore, the cylindrical portion 42 can be easily elastically deformed. Therefore, even if a thermal stress is generated between the ceramic body 3 and the metal member 4, the thermal stress can be absorbed by elastically deforming the cylindrical portion 42. As a result, the long-term reliability of the sample holder 1 under a heat cycle can be improved.
  • the entire cylindrical portion 42 is a gradually narrowed portion when viewed in the vertical direction. Thereby, thermal stress can be absorbed more effectively. Further, it is preferable that 50% or more of the gradually narrowed portion of the cylindrical portion 42 is not in contact with the brazing material 5. Thereby, since the clearance gap 43 can be ensured widely, the cylinder part 42 can be elastically deformed more effectively.
  • the term “gradually narrowing” here refers to, for example, the cylindrical portion 42 so that the inclination angle of the inner peripheral surface of the cylindrical portion 42 with respect to a virtual line perpendicular to the lower surface of the ceramic body 3 is 2 ° or more. This means that the inner peripheral surface of the is inclined. In this case, a region where the inclination angle is 80 ° or less and the lower surface of the ceramic body 3 on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 42 and the brazing material 5 is not provided is regarded as the gap 43. Can do.
  • the interval between the inner peripheral surfaces of the cylindrical portion 42 does not need to be abruptly narrowed.
  • the inner diameter of the flange portion 41 is 450 mm
  • the inner diameter of the lower end of the cylindrical portion 42 can be set to about 445 mm.
  • the length of the cylindrical portion 42 can be set to about 10 to 40 mm.
  • the inclination angle with respect to the imaginary line perpendicular to the lower surface of the ceramic body 3 on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 42 becomes smaller as it goes downward.
  • the lower region of the cylindrical portion 42 can be along the direction perpendicular to the lower surface of the ceramic body 3.
  • the rigidity with respect to the force of the up-down direction of the cylinder part 42 can be made high.
  • the inclination angle can be set, for example, to about 80 ° at the upper end of the cylindrical portion 42 and to about 2 ° at the lower end.
  • the interval between the outer peripheral surfaces is gradually narrowed so as to correspond to the inner peripheral surface being gradually narrowed. Not only the interval between the inner peripheral surfaces is narrowed but also the interval between the outer peripheral surfaces is reduced, so that the cylindrical portion 42 can be more easily elastically deformed more effectively.
  • the thickness of the cylindrical portion 42 is thinner at the end on the ceramic body 3 side (upper side) than at the end on the opposite side (lower side).
  • the cylindrical portion 42 can be easily elastically deformed, so that the thermal stress generated between the flange portion 41 and the ceramic body 3 can be reduced.
  • 42 can be absorbed on the ceramic body 3 side (upper side), and by increasing the thickness of the opposite side of the cylindrical portion 42, the strength of the bonded portion when the cylindrical portion 42 and the casing 2 are bonded can be increased. . Thereby, the long-term reliability of the sample holder 1 can be further improved.
  • the thickness near the lower end can be set to about 0.4 to 3 mm.
  • the thickness near the upper end can be set to a thickness of about 25 to 90% of the thickness near the lower end.
  • the thickness of the cylindrical portion 42 increases as it goes from the end on the ceramic body 3 side to the end on the opposite side.
  • the thickness of the cylinder part 42 does not change gradually, but, for example, a step is formed on the surface of the cylinder part 42, and the thickness of the cylinder part 42 changes abruptly at this step. In the case where the cylinder portion 42 is deformed, the stress is concentrated on the step.
  • the sample holder 1 of the present embodiment by gradually changing the thickness of the cylindrical portion 42, it is possible to cause a change over a wide range of the cylindrical portion 42. Therefore, it is possible to reduce the occurrence of local stress concentration in the cylindrical portion 42. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the metal member 4 is damaged due to stress concentration. As a result, the long-term reliability of the sample holder 1 can be improved.
  • the thickness of the collar part 41 is smaller than the thickness of the cylinder part 42.
  • the boundary between the collar portion 41 and the cylindrical portion 42 can be set by the following method, for example. That is, when the inner peripheral surface of the cylindrical portion 42 and the upper surface of the flange portion 41 are viewed, a portion where the inclination angle with respect to the lower surface of the ceramic body 3 is smaller than 2 ° is regarded as a boundary between the flange portion 41 and the cylindrical portion 42. be able to. Therefore, the inner peripheral side from this boundary can be regarded as the cylindrical part 42, and the outer peripheral side can be regarded as the flange part 41.
  • the collar portion 41 has the smallest thickness at the end portion on the cylindrical portion 42 side. Therefore, when a deformation
  • the cylindrical portion 42 has a cylindrical shape, but is not limited thereto.
  • the cylinder part 42 may be a polygonal cylinder, for example.
  • the shape of the cylindrical portion 42 may be a triangular cylindrical shape. Since the triangular cylindrical shape is a particularly rigid structure as is known as a so-called triangular truss structure, deformation when an external force in a direction parallel to the sample holding surface 30 is applied to the cylindrical portion 42 can be reduced. .
  • the amount of brazing material 5 used for joining is smaller in the portion corresponding to the corner portion of the triangular tube than in the portion corresponding to the side of the triangular tube. Is preferred.
  • the amount of the brazing filler metal 5 in the portion corresponding to the side of the triangular cylinder it is possible to firmly join.
  • stress tends to be concentrated in the portion corresponding to the corner of the triangular cylinder under the heat cycle, but cracking occurs in the brazing material 5 by reducing the brazing material 5 in the portion corresponding to the corner of the triangular cylinder. The fear can be reduced. As a result, the long-term reliability of the sample holder can be improved.
  • the shape of the collar portion 41 is annular and the shape of the cylindrical portion 42 is cylindrical, but is not limited thereto.
  • the combination of the shape from which the collar part 41 and the cylinder part 42 differ may be sufficient.
  • the brazing material 5 is distributed in a smooth meniscus shape, but is not limited thereto.
  • the concave portions 51 are distributed on the surface of the meniscus brazing material 5, and the concave portions 51 are larger in the meniscus central region than the peripheral region.
  • this recessed part 51 does not appear in sectional drawing, it exists as many dents.
  • the shape and size of the recess 51 are various as they can exist on the meniscus surface.
  • the cross-sectional shape is mainly an arc shape.
  • the width 51 a in the thickness direction of the brazing material 5 is 10 ⁇ m to 2 mm, which is 5 to 60% of the thickness of the brazing material 5.
  • the depth 51b toward the center of the brazing material 5 is 10 ⁇ m to 2 mm, which is 5 to 90% of the thickness of the brazing material 5.
  • the length along the circumferential direction of the cylindrical portion 42 of the metal member 4 can be set to various lengths ranging from 10 ⁇ m or more to the entire inner circumference. And it is good that at least 1 or more, preferably 3 or more exist in the meniscus-shaped central region of the brazing material 5 in the depression-shaped recess 51 than the peripheral region.
  • the recess 51 may have a groove shape along the circumference of the inner peripheral surface of the cylindrical portion 42.
  • the groove-like recess 51 preferably has the same width 51a and depth 51b as described above, and the length along the circumference of the cylindrical portion 42 of the metal member 4 is 100 ⁇ m or more.
  • the brazing material 5 When the meniscus brazing material 5 has such a shape, the brazing material 5 is easily deformed. Thereby, stress can be easily absorbed between the ceramic body 3 and the metal member 4. Further, since the concave portions 51 are distributed, the surface area of the brazing material 5 is increased, and the heat transmitted to the brazing portion can be dissipated from the surface of the brazing material 5. As a result, since the thermal expansion of the metal member 4 can be reduced, the thermal stress generated between the ceramic body 3 and the metal member 4 can be further reduced.
  • the concave portions 51 distributed on the surface of the brazing material 5 are as shown in FIG. 4 with respect to a line 8 (shown by a two-dot chain line) passing through the center of the thickness of the lower end of the cylindrical portion 42. It is preferably located on the center side (outside line 8).
  • the concave portions 51 on the surface of the brazing material are preferably distributed continuously along the circumference of the inner peripheral surface of the cylindrical portion 42.
  • the width 51a of the concave portion 51 on the surface of the brazing material 5 continuously changes along the outer periphery of the cylindrical portion 42 of the metal member 4 as it narrows or widens in the range of 10 ⁇ m to 2 mm. Is desirable. Further, it is desirable that the depth 51b continuously changes as it becomes shallower or deeper in the range of 10 ⁇ m to 2 mm.
  • the recessed part 51 from which these width 51a and depth 51b are changing continuously is formed in the length from 10 micrometers in length to the whole inner periphery along the circumferential direction of the cylinder part 42 of the metal member 4. As shown in FIG. It is preferable. As a result, even if stress variation due to load variation occurs on the outer periphery of the flange 41 when a load is applied to the entire metal member 4, the stress applied to the entire outer periphery can be obtained by the presence of the continuously distributed concave portions 51. Absorption is facilitated by the brazing material 5 on the inner peripheral side. As a result, the long-term reliability of the sample holder 1 can be improved.
  • Sample processing device 1: Sample holder 2: Housing 20: Through-hole 3: Ceramic body 30: Sample holding surface 4: Metal member 41: Saddle portion 42: Tube portion 43: Crevice 5: Brazing material 51: Concavity 6: Metallized layer 7: Ceramic Ring 10: Sample processing device

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Abstract

　【課題】　セラミック体にクラックが入る可能性を低減する。　【解決手段】　本発明の試料保持具１は、上面に試料保持面３０を有するセラミック体３と、セラミック体３の下面に接合された鍔部４１および鍔部４１の内周から下方に向かって内周面の間隔が次第に狭くなっている部分を含む筒部４２を有する金属部材４とを備えている。そして、狭くなっている部分の内周面とセラミック体３の下面との間に隙間４３がある。

Description

試料保持具
　本発明は、半導体集積回路の製造工程や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に関するものである。
　半導体集積回路の製造に用いられるシリコンウエハを始めとする半導体ウエハや液晶表示装置の製造に用いられるガラス基板等の板状の試料は、それらの製造工程において製造装置または検査装置の支持台の上に保持されて、加工処理または検査等が行なわれる。
　製造工程では、複数の製造装置および検査装置を使用することが一般的であり、シリコンウエハ等の試料を支持台に保持するための手段は、製造工程中の製造装置および検査装置の種類ならびに次の装置にまで搬送するための搬送装置の種類に応じて様々な形態のものが提案されている。
　ここで、シリコンウエハ表面に成膜等の処理をする装置（以下、試料処理装置という）に使用される試料保持具を例にとる。試料処理装置は、下側に開口する貫通孔を有する筺体と筺体の内部に設けられた試料保持具とを有する。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設けられた金属部材とを備えている。
　セラミック体の内部には、発熱抵抗体または静電吸着用の電極等が設けられており、これらに接続された配線がセラミック体の下面から筺体の貫通孔を通って外部に引き出されている。
　金属部材は、筒状の部材であって、その内側で筺体の貫通孔を囲むように配置されるとともに、試料保持面が露出する空間を筺体およびセラミック体と共に封止している。
　特開２０００－２１９５７８号公報（以下、特許文献１という）には、このような試料保持具が開示されており、特に金属部材が筒部と鍔部とを有する構成が開示されている。
　しかしながら、特許文献１に記載の試料保持具においては、ヒートサイクル下においてセラミック体と金属部材との間にセラミック体と金属部材との熱膨張率の違いに起因する熱応力が発生する場合があった。そのため、セラミック体にクラックが入ったりする場合があった。その結果、ヒートサイクル下における試料保持具の長期信頼性を向上させることが困難であるという問題点があった。
　本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、セラミック体と金属部材との間に生じる熱応力による影響をさらに低減することができる試料保持具を提供することにある。
　本発明の一態様の試料保持具は、上面と下面とを有し、前記上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面に接合された鍔部および該鍔部の内周から下方に向かって前記内周面の間隔が次第に狭くなっている部分を含む筒部を有する金属部材とを備えており、前記狭くなっている部分の内周面と前記セラミック体の前記下面との間に隙間がある。
本発明の一実施形態の試料保持具およびこれを用いた試料処理装置の断面図である。 図１に示す試料保持具の斜視図である。 図１に示す試料保持具の部分拡大断面図である。 試料保持具の変形例を示す部分拡大断面図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る試料保持具１およびこれを用いた試料処理装置１０について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る試料保持具１およびこれを備える試料処理装置１０を示す断面図である。図１に示すように、試料処理装置１０は、筺体２と、筺体２の内部に設けられた試料保持具１とを備えている。試料処理装置１０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、筺体２はいわゆるチャンバーとして用いられ、試料保持具１には、例えば、シリコンウエハ等が保持される。
　筺体２は、下側に開口する貫通孔２０を有しており、この貫通孔２０を囲うように試料保持具１が取り付けられている。具体的には、試料保持具１は、試料保持面３０を有するセラミック体３と、セラミック体３の下側に設けられた金属部材４とを備えており、この金属部材４が筺体２の貫通孔２０を囲んでいる。金属部材４は、筺体２に接合されるとともに、セラミック体３の試料保持面３０が露出する筺体２内の空間を筺体２およびセラミック体３と共に封止している。
　セラミック体３は、試料を保持するための部材である。図１および図２に示すように、セラミック体３は、例えば、円板状の部材である。セラミック体３は、上面に試料保持面３０を有する。なお、図２および図３においては、上下方向を反転させて示している。つまり、図２および図３における上方が図１における下方である。なお、ここでいう「上方」および「下方」とは説明の都合上定めた方向であることから、試料処理装置１０の仕様に応じて試料保持面３０を上方以外の方向（例えば、下方または側方等）に向けて試料保持具１を使用することに関しては何ら問題ない。
　セラミック体３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３は、例えば、複数のグリーンシートを積層して、これをホットプレス法等で焼成することによって得ることができる。また、必要に応じて、セラミック体３の内部に、静電吸着用の電極またはヒータ用の電極等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、焼成後に電極と成るパターンを印刷しておけばよい。セラミック体３の寸法は、試料保持面３０に保持される試料の大きさに応じて設定される。セラミック体３の寸法は、例えば、上面の直径を３０～５００ｍｍ程度に、厚みを５～２５ｍｍ程度に設定できる。
　金属部材４は、セラミック体３を保持するための部材である。図１および図２に示すように、金属部材４は、鍔部４１および鍔部４１から下方に向かう筒部４２を有する。鍔部４１と筒部４２とは、一体的に形成することができる。鍔部４１と筒部４２とは、例えば、絞り加工または切削加工等によって形成することができる。金属部材４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。
　鍔部４１は、セラミック体３の下面に接合される部位である。鍔部４１は、円環状の部位であって、セラミック体３の下面に設けられている。鍔部４１は、上面がセラミック体３の下面に対向している。鍔部４１の寸法は、例えば、内径を２０～４５０ｍｍ程度に、円環の幅を２～１５ｍｍ程度に設定できる。なお、鍔部４１の内径は、セラミック体３の下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１０の内部にガスを導入するためにセラミック体３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、セラミック体３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。
　図３に示すように、鍔部４１とセラミック体３とはろう材５によって接合されている。ろう材５は、筒部４２の内周面側および鍔部４１の外周側でそれぞれメニスカス状に設けられており、筒部４２の内周面側で大きなメニスカス状になっている。ろう材５としては、例えば、銀ろうを用いることができる。鍔部４１とセラミック体３との接合を良好に行なうために、セラミック体３の下面には、メタライズ層６が設けられている。メタライズ層６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６も円環状である。メタライズ層６としては、例えば、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系合金等を用いることができる。
　鍔部４１の下面には、セラミックリング７が設けられていてもよい。セラミックリング７は、鍔部４１の全周に沿った円環状の部材である。セラミックリング７とセラミック体３とによって鍔部４１を挟むことによって、より強固に鍔部４１を固定することができる。さらに、セラミックリング７は、セラミック体３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、セラミックリング７とセラミック体３との熱膨張率を近づけることができるので、両者に挟まれた鍔部４１のヒートサイクル下における変形を低減することができる。セラミックリング７と鍔部４１との固定は、セラミック体３と鍔部４１とを固定する場合と同様に、ろう材５による接合を用いることができる。セラミックリング７と鍔部４１との接合を良好に行なうために、セラミックリング７の上面（セラミック体３側の面）には、セラミック体３の下面にメタライズ層６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。
　また、鍔部４１は、上面の表面粗さよりも下面の表面粗さを大きくしておくことが好ましい。このように、上面の表面粗さを小さくしておくことによって、鍔部４１とセラミック体３とを水平に接合しやすくできる。そして、下面の表面粗さを大きくしておくことによって、鍔部４１とセラミックリング７とのろう材５による接合を強固に行なうことができる。鍔部４１の上面の表面粗さは、例えば、算術平均粗さＲａで０．１μｍ～２．０μｍに設定できる。鍔部４１の下面の表面粗さは、例えば、例えば、算術平均粗さＲａで０．５μｍ～５μｍに設定できる。表面粗さの調整は、例えば、研磨によって行なうことができる。
　また、セラミックリング７の外周側の端部は、鍔部４１の外周側の端部よりも、外周側にあることが好ましい。これにより、ヒートサイクル下において応力が集中しやすい鍔部４１の外周側の端部をセラミックリング７とセラミック体３とで挟みこむことができるので、鍔部４１に生じる変形をさらに低減できる。
　筒部４２は、筺体２の内部においてセラミック体３を支えるための筒状の部位である。図３に示すように、筒部４２は、内径が鍔部４１の内周から下方に向かって内周面の間隔が次第に狭くなっている部分を含む。筒部４２の上端は、円環状の鍔部４１の内側と連続している。すなわち、筒部４２は円筒状である。筒部４２の下端は、例えば、試料処理装置１０における筺体２の内側底面に接合される。すなわち、金属部材４は、鍔部４１の上面がセラミック体３の下面に接合されるとともに、筒部４２の下方の部位が筺体２に接合されて用いられる。
　なお、ここでいう内周面の間隔とは、例えば、筒部４２の横断面の形状が円形状の場合には、対応する円の直径を内周面の間隔として見なすことができる。また、筒部４２の断面の形状が多角形状の場合には、角と角とを結ぶ対角線の中で最も長い対角線の長さを間隔として見なすことができる。また、筒部４２の断面の形状が三角形状である場合には、角と角に対向する辺に対して下した垂線のうち、最も長い垂線の長さを間隔として見なすことができる。
　本実施形態の試料保持具１は、筒部４２の内周面の間隔が下方に向かって次第に狭くなる形状である。そして、狭くなっている部分の内周面とセラミック体３の下面との間に隙間４３がある。例えば、図３においては、筒部４２のうち狭くなっている部分の一部にろう材５が這い上がっているが、狭くなっている部分の全体にはろう材５は這い上がっていない。すなわち、筒部４２のうち狭くなっている部分の内周面のうちの途中にまでろう材５が設けられている場合、狭くなっている部分の内周面のうちろう材５が設けられていない残りの領域とセラミック体３の下面との間に隙間４３が設けられている。このように、狭くなっている部分とセラミック体３との間に隙間４３が形成されていることによって、筒部４２が上下方向の力に対して撓みやすくなっている。そのため、筒部４２を弾性変形しやすくすることができる。そのため、セラミック体３と金属部材４との間に熱応力が生じたとしても、筒部４２を弾性変形させることによって、熱応力を吸収することができる。その結果、ヒートサイクル下における試料保持具１の長期信頼性を向上させることができる。
　特に、上下方向で見たときに、筒部４２の全体の５０％以上が次第に狭くなっている部分であることが好ましい。これにより、より効果的に熱応力を吸収できる。さらに、筒部４２の次第に狭くなっている部分のうち５０％以上の領域が、ろう材５に接していないことが好ましい。これにより、隙間４３を広く確保することができるので、より効果的に筒部４２を弾性変形させることができる。
　なお、ここでいう「次第に狭くなっている」とは、例えば、セラミック体３の下面に垂直な仮想線に対する筒部４２の内周面の傾斜角が２°以上になるように、筒部４２の内周面が傾斜している状態を意味している。この場合には、筒部４２の内周面のうち傾斜角が８０°以下の領域とセラミック体３の下面との間であって、ろう材５が設けられていない領域を隙間４３として見なすことができる。
　筒部４２の内周面の間隔は急激に狭くする必要はなく、例えば、鍔部４１の内径が４５０ｍｍの場合には、筒部４２の下端の内径は４４５ｍｍ程度に設定できる。また、筒部４２の長さは１０～４０ｍｍ程度に設定できる。
　さらに、本実施形態の試料保持具１は、筒部４２の内周面のセラミック体３の下面に垂直な仮想線に対する傾斜角が、下方に向かうにつれて小さくなっている。これにより、筒部４２のうち下側の領域を、セラミック体３の下面に垂直な方向に沿わせることができる。これにより、筒部４２の上下方向の力に対する剛性を高くすることができる。その結果、試料保持具１の外部から上下方向の振動が伝わってきたとしても、この振動を小さく抑えることができる。傾斜角としては、例えば、筒部４２の上端においては８０°程度、下端においては２°程度に設定することができる。
　また、筒部４２は、内周面が間隔が次第に狭くなっているのと対応するように、外周面の間隔も次第に狭くなっている。内周面の間隔が狭くなっているだけではなく、外周面においても間隔が狭くなっていることによって、筒部４２をより効果的に弾性変形させやすくすることができる。
　さらに、本実施形態の試料保持具１は、筒部４２の厚みがセラミック体３側（上側）の端部において反対側（下側）の端部よりも薄くなっている。このように、筒部４２のセラミック体３側を薄くすることによって、筒部４２を弾性変形しやすくすることができるので、鍔部４１とセラミック体３との間に生じた熱応力を筒部４２のセラミック体３側（上側）で吸収することができるとともに、筒部４２の反対側を厚くすることによって、筒部４２と筺体２とを接合するときの接合部位の強度を高めることができる。これにより、試料保持具１の長期信頼性をさらに高めることができる。さらに、セラミック体３の内部にヒータ用の電極を設けている場合には、筒部４２のセラミック体３側を薄くしておくことによって、ヒータで生じた熱が筒部４２を伝わって筺体２に逃げてしまうことを低減できる。筒部４２の厚みとしては、下端近傍の厚みを０．４～３ｍｍ程度に設定することができる。また、上端近傍の厚みは、下端近傍の厚みの２５～９０％程度の厚さに設定することができる。
　さらに、本実施形態の試料保持具１は、筒部４２の厚みが、セラミック体３側の端部から反対側の端部に向かうにつれて厚くなっている。このように、筒部４２の厚みが徐々に変化していくことによって、外部からの振動等によって筒部４２に変形が生じたとしても、応力が局所的に集中することを低減できる。具体的には、筒部４２の厚みが徐々に変化するのではなく、例えば、筒部４２の表面に段差が形成されており、この段差を境に筒部４２の厚みが急激に変化している場合には、筒部４２に変形が生じたときにこの段差に応力が集中することになる。しかしながら、本実施形態の試料保持具１のように、筒部４２の厚みを徐々に変化させておくことによって、筒部４２の広範囲にわたって変化を生じさせることができる。そのため、筒部４２に局所的な応力の集中が発生することを低減できる。そのため、金属部材４に応力集中による破損等が生じる可能性を低減できる。その結果、試料保持具１の長期信頼性を向上できる。
　さらに、鍔部４１の厚みが筒部４２の厚みよりも小さくなっている。筒部４２を太くすることによって金属部材４の強度を保ちつつ、鍔部４１を細くすることによってセラミック体３と金属部材４との間に生じる熱応力を低減できる。鍔部４１と筒部４２との境界は、例えば、以下の方法で設定できる。すなわち、筒部４２の内周面および鍔部４１の上面を見たときに、セラミック体３の下面に対する傾斜角度が２°よりも小さくなる部分を鍔部４１と筒部４２との境界として見なすことができる。したがって、この境界よりも内周側を筒部４２と見なすことができ、外周側を鍔部４１と見なすことができる。
　また、鍔部４１は筒部４２側の端部において厚みが最も小さいことが好ましい。これにより、ヒートサイクル下において筒部４２に変形が生じたときに、この変形に連動して鍔部４１が変形してしまうことを低減できる。その結果、鍔部４１とセラミック体３との接合の信頼性を向上できる。
　また、本実施形態においては、筒部４２の形状が円筒状であったが、これに限られない。筒部４２は、例えば、多角筒状であってもよい。筒部４２を多角筒状に形成することによって、円筒状である場合と比較して、共振モードが少ないため、外部振動によって金属部材４に共振が引き起こされる可能性を低減できる。その結果、外部環境または試料の移動等に由来する振動によって試料保持面３０に保持される試料の位置精度が悪化する可能性を低減できる。
　また、筒部４２の形状は三角筒状であってもよい。三角筒状は、いわゆる三角トラス構造として知られるように、特に剛性が高い構造であることから、試料保持面３０に対して平行な方向の外力が筒部４２に加わった際の変形を低減できる。
　さらに、筒部４２の形状が三角筒状である場合には、三角筒の角部に対応する部分において、三角筒の辺に対応する部分よりも、接合に用いるろう材５の量が少ないことが好ましい。三角筒の辺に対応する部分において、ろう材５を多くすることによって接合を強固に行なうことができる。また、三角筒の角に対応する部分はヒートサイクル下において応力が集中しやすい傾向にあるが、三角筒の角に対応する部分においてろう材５を少なくすることによって、ろう材５にクラックが生じるおそれを低減できる。これらの結果、試料保持具の長期信頼性を向上できる。
　また、本実施形態の試料保持具１においては、鍔部４１の形状が円環状であり筒部４２の形状が円筒状であるが、これに限られない。鍔部４１と筒部４２とが異なる形状の組み合わせであっても構わない。
　また、本実施形態の試料保持具１においては、ろう材５が滑らかなメニスカス状に分布していたが、これに限られない。例えば、図４に示すように、メニスカス状のろう材５の表面に凹部５１が分布しているとともに、この凹部５１がメニスカス状の中央領域において周縁領域よりも多くなっている。この凹部５１は断面図では表れていないが、多数の窪みとして存在している。凹部５１の形状および大きさはメニスカス状の表面に存在できるものとして様々である。その形状としては、例えば、断面形状において主に円弧状である。凹部５１の大きさとしては、ろう材５の厚み方向の幅５１ａが１０μｍ～２ｍｍであり、ろう材５の厚みの５～６０％の大きさである。また、ろう材５の中央部に向かう深さ５１ｂが１０μｍ～２ｍｍであり、ろう材５の厚みの５～９０％の大きさである。また、金属部材４の筒部４２の周方向に沿った長さは、１０μｍ以上から内周全体に至る長さまでの種々の長さに設定できる。そして、この窪み状の凹部５１がろう材５のメニスカス状の中央領域において周縁領域よりも少なくとも１個以上、好ましくは３個以上存在しているとよい。
　あるいは、凹部５１は、筒部４２の内周面の円周に沿った溝状のものであってもよい。溝状の凹部５１としては、以上と同様の幅５１ａおよび深さ５１ｂで、金属部材４の筒部４２の周方に沿った長さが１００μｍ以上であることが好ましい。
　メニスカス状のろう材５がこのような形状であることによって、ろう材５が変形しやすくなる。これにより、セラミック体３と金属部材４との間で応力を吸収しやすくできる。また、凹部５１が分布していることによって、ろう材５の表面積が大きくなり、ろう付け部に伝わって来る熱をろう材５の表面から放熱できる。その結果、金属部材４の熱膨張を低減できるので、セラミック体３と金属部材４との間に生じる熱応力をさらに低減できる。
　さらに、ろう材５の表面に分布している凹部５１は、図４に示すように筒部４２の下端の厚みの中心を通る線８（二点鎖線で示す）に対して、ろう材５の中央側（線８の外側）に位置することが好ましい。これにより、金属部材４の鍔部４１と筒部４２の曲面部よりも曲率が小さい凹部５１ができることになるので、凹部５１によってより効果的に応力を吸収できる。
　また、ろう材の表面の凹部５１は、筒部４２の内周面の円周に沿って連続的に分布していることが好ましい。例えば、金属部材４の筒部４２の外周に沿って、ろう材５の表面の凹部５１の幅５１ａが、１０μｍ～２ｍｍの範囲で狭くなったり広くなったりして連続的に変化していることが望ましい。また、深さ５１ｂについても、１０μｍ～２ｍｍの範囲で浅くなったり深くなったりして連続的に変化していることが望ましい。また、これらの幅５１ａおよび深さ５１ｂが連続的に変化している凹部５１が金属部材４の筒部４２の周方向に沿って長さ１０μｍから内周全体に至る長さで形成されていることが好ましい。これにより、金属部材４全体に荷重がかかった場合に鍔部４１の外周に荷重ばらつきによる応力ばらつきが生じたとしても、連続的に分布している凹部５１があることで外周全体にかかる応力を内周側のろう材５によって吸収しやすくなる。その結果、試料保持具１の長期信頼性を向上できる。
１：試料保持具
２：筺体
２０：貫通孔
３：セラミック体
３０：試料保持面
４：金属部材
４１：鍔部
４２：筒部
４３：隙間
５：ろう材
５１：凹部
６：メタライズ層
７：セラミックリング
１０：試料処理装置

Claims (7)

  1. 　上面と下面とを有し、前記上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面に接合された鍔部および該鍔部の内周から下方に向かって内周面の間隔が次第に狭くなっている部分を含む筒部を有する金属部材とを備えており、前記狭くなっている部分の前記内周面と前記セラミック体の前記下面との間に隙間がある試料保持具。
  2. 　前記筒部の内周面の前記セラミック体の前記下面に垂直な仮想線に対する傾斜角が、下方に向かうにつれて小さくなっている請求項１に記載の試料保持具。
  3. 　前記鍔部は前記筒部側の端部において厚みが最も小さくなっている請求項１または請求項２に記載の試料保持具。
  4. 　前記鍔部の厚みが、前記筒部の厚みよりも小さい請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の試料保持具。
  5. 　前記筒部の内周面の表面粗さが、前記鍔部の上面の表面粗さよりも大きい請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の試料保持具。
  6. 　前記筒部の厚みが、前記セラミック体側の端部において反対側の端部よりも薄くなっている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の試料保持具。
  7. 　前記筒部の厚みが、前記セラミック体側の端部から反対側の前記端部に向かうにつれて厚くなっている請求項６に記載の試料保持具。
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