WO2023189954A1 - 試料保持具 - Google Patents

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WO2023189954A1
WO2023189954A1 PCT/JP2023/011273 JP2023011273W WO2023189954A1 WO 2023189954 A1 WO2023189954 A1 WO 2023189954A1 JP 2023011273 W JP2023011273 W JP 2023011273W WO 2023189954 A1 WO2023189954 A1 WO 2023189954A1
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WO
WIPO (PCT)
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sample holder
base plate
cylindrical member
ceramic substrate
holder according
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/011273
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
哲 神谷
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping

Definitions

  • the disclosed embodiments relate to a sample holder.
  • a sample holder includes a ceramic substrate, a base plate, and a cylindrical member.
  • the ceramic substrate has a first surface that is a sample holding surface and a second surface located opposite to the first surface.
  • the base plate is located on the second surface of the ceramic substrate, and extends through a third surface that is opposite to the second surface, a fourth surface that is opposite to the third surface, and the third and fourth surfaces. It has a through hole.
  • the cylindrical member is located in the through hole and is joined to the second surface.
  • a sample holder includes a sealing member between the inner peripheral surface of the through hole and the outer peripheral surface of the cylindrical member.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor manufacturing apparatus using the sample holder according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic enlarged view of one end of the cylindrical member.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the groove portion.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the groove.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor manufacturing apparatus using the sample holder according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the groove.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the groove portion.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the seventh embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the eighth embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the eighth embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the ninth embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the tenth embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder according to the twelfth embodiment.
  • sample holder according to the present disclosure is used in a semiconductor manufacturing device that processes semiconductor wafers will be described below, but the sample holder according to the present disclosure may also be used for holding samples other than semiconductor wafers. It's okay.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor manufacturing apparatus using the sample holder according to the first embodiment.
  • FIG. 1 mainly shows the components necessary for explaining the sample holder among the components included in the semiconductor manufacturing apparatus, and other components are omitted as appropriate.
  • the semiconductor manufacturing device may be a plasma processing device that processes semiconductor wafers using plasma.
  • the semiconductor manufacturing apparatus may include a shower head that functions as an electrode for plasma generation.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 100 includes a sample holder 1, a processing container 2, a first sealing member 3, and an exhaust mechanism 4.
  • the sample holder 1 places a sample to be processed (here, a semiconductor wafer). The specific configuration of the sample holder 1 will be described later.
  • the processing container 2 accommodates the sample holder 1.
  • An opening 21 is located at the bottom of the processing container 2 .
  • a terminal 16, which will be described later, is inserted into the opening 21. In other words, the terminal 16 is drawn out of the processing container 2 through the opening 21.
  • the first sealing member 3 is, for example, a rubber O-ring.
  • the first sealing member 3 is located so as to surround the opening 21 of the processing container 2 .
  • the first sealing member 3 is located between the lower surface of the sample holder 1 and the bottom surface of the processing container 2, and is crushed between the sample holder 1 and the processing container 2 from above. Seal the gap between the Thereby, the inside of the processing container 2 is sealed.
  • the exhaust mechanism 4 is connected to an exhaust port (not shown) of the processing container 2 via an exhaust pipe 41.
  • the exhaust mechanism 4 includes a vacuum pump, a pressure control valve, and the like, and exhausts the inside of the processing container 2 via an exhaust pipe 41. As a result, the pressure inside the processing container 2 is reduced.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the first embodiment.
  • the sample holder 1 includes a ceramic substrate 11, a base plate 12, a cylindrical member 13, a plurality of fixing parts 14, a second sealing member 15, and a terminal 16.
  • the ceramic substrate 11 has, for example, a disk shape.
  • the first surface 111 which is one main surface (here, the top surface) of the ceramic substrate 11, is a holding surface for a semiconductor wafer.
  • the ceramic substrate 11 is mainly made of, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), yttria (Y 2 O 3 ), cordierite, silicon carbide (SiC), or silicon nitride (Si 3 N 4 ). It may be included as an ingredient.
  • the ceramic substrate 11 is obtained, for example, by laminating and firing a plurality of green sheets.
  • a heating resistor 113 is located inside the ceramic substrate 11.
  • the heating resistor 113 is a member that generates heat when a current flows therethrough.
  • the heating resistor 113 is provided to heat the semiconductor wafer held on the first surface 111.
  • the heating resistor 113 may have a linear pattern (meander pattern) having a plurality of folded portions.
  • the heating resistor 113 includes, for example, a metal material.
  • the metal material constituting the heating resistor 113 include tungsten, molybdenum, rhenium, alloys thereof, and platinum.
  • the heating resistor 113 may contain a glass component such as an oxide such as silicon dioxide, for example.
  • a conductive member other than the heating resistor 113 may be located inside the ceramic substrate 11.
  • an electrode for electrostatic adsorption or a high-frequency electrode to which high-frequency power for plasma generation is applied may be located inside the ceramic substrate 11 .
  • the metal material constituting the electrostatic adsorption electrode and the high-frequency electrode include tungsten, molybdenum, rhenium, alloys thereof, and platinum.
  • a recess 114 that reaches the heating resistor 113 is located on the second surface 112 (lower surface here) that is the opposite surface to the first surface 111 of the ceramic substrate 11 .
  • the base plate 12 has, for example, a disk shape with a larger diameter than the ceramic substrate 11.
  • Base plate 12 is located on second surface 112 of ceramic substrate 11 .
  • the base plate 12 has a third surface 121 (here, the upper surface) that is opposite to the second surface 112, and a fourth surface 122 (here, the lower surface) located opposite to the third surface 121. and has.
  • the base plate 12 has a through hole 123 that passes through the third surface 121 and the fourth surface 122.
  • the heating resistor 113 built into the ceramic substrate 11 is exposed to the outside through the opening 21 of the processing chamber 2 , the through hole 123 of the base plate 12 , and the recess 114 of the ceramic substrate 11 .
  • the base plate 12 may be made of metal, for example.
  • the metal base plate 12 functions as a cooling member for cooling the ceramic substrate 11 heated by the heating resistor 113.
  • the base plate 12 as a cooling member may have an internal flow path through which a cooling medium such as cooling water or cooling gas flows. Further, the metal base plate 12 may be used as a high frequency electrode to which high frequency power for plasma generation is applied.
  • the cylindrical member 13 has, for example, a cylindrical shape.
  • the cylindrical member 13 is inserted into the through hole 123 of the base plate 12. In other words, the cylindrical member 13 is located in the through hole 123.
  • a fifth surface 131 which is one of both end surfaces (here, the upper end surface) of the cylindrical member 13, is bonded to the second surface 112 of the ceramic substrate 11 via a bonding member 115.
  • the joining member 115 is, for example, glass or brazing material.
  • the outer diameter of the cylindrical member 13 is smaller than the inner diameter of the through hole 123 of the processing container 2. That is, the inner circumferential surface 125 of the through hole 123 and the outer circumferential surface 133 of the cylindrical member 13 are apart, and there is a gap (space) between the outer circumferential surface 133 of the cylindrical member 13 and the inner circumferential surface 125 of the through hole 123. ) is located.
  • the sixth surface 132 which is the other surface (here, the lower end surface) of both end surfaces of the cylindrical member 13, may protrude from the opening 21 of the processing container 2 to the outside of the processing container 2.
  • a terminal 16 is inserted into the cylindrical member 13.
  • the terminal 16 is connected to the heating resistor 113 via the cylindrical member 13 and the recess 114 of the ceramic substrate 11 .
  • the fixing part 14 mechanically joins the ceramic substrate 11 and the base plate 12 by sandwiching the ceramic substrate 11 and the base plate 12.
  • the fixed part 14 includes a support member 141, a claw member 142, and a fastening member 143.
  • the strut member 141 is a member extending in the vertical direction.
  • the strut member 141 is inserted into an insertion hole 124 provided in the base plate 12 and extends above the base plate 12 through the insertion hole 124.
  • the claw member 142 extends horizontally from the tip of the support member 141 and comes into contact with the outer circumference of the first surface 111 of the ceramic substrate 11 .
  • the fastening member 143 is, for example, a nut.
  • the fastening member 143 is provided at the base end of the column member 141 and abuts against a step provided inside the insertion hole 124 .
  • the fixing portion 14 fastens the fastening member 143 to the support member 141, thereby moving the support member 141 and the claw member 142 downward. Thereby, the ceramic substrate 11 and the base plate 12 are pressed against each other, so that the ceramic substrate 11 and the base plate 12 are joined.
  • the configuration of the fixing portion 14 shown in FIG. 1 is an example, and any configuration may be used as long as it mechanically joins the ceramic substrate 11 and the base plate 12.
  • the ceramic substrate 11 and base plate 12 are mechanically bonded, there is no need to bond the ceramic substrate 11 and base plate 12 with an adhesive. Therefore, it becomes easy to use the sample holder 1 in a high temperature environment.
  • the sealing performance between the ceramic substrate 11 and the base plate 12 is secured compared to the case where the ceramic substrate 11 and the base plate 12 are bonded with adhesive. It becomes difficult to do so. Therefore, there is a risk that vacuum leakage will occur in the gap between the ceramic substrate 11 and the base plate 12, making it difficult to maintain the reduced pressure state of the processing container 2.
  • the gap between the inner peripheral surface 125 of the through hole 123 and the outer peripheral surface 133 of the cylindrical member 13 is sealed with the second sealing member 15.
  • the second sealing member 15 is, for example, a rubber-like member such as silicone resin.
  • the second sealing member 15 is located between the inner peripheral surface 125 of the through hole 123 and the outer peripheral surface 133 of the cylindrical member 13 and seals the gap between the through hole 123 and the cylindrical member 13 .
  • the gap between the inner circumferential surface 125 of the through hole 123 communicating with the gap between the ceramic substrate 11 and the base plate 12 and the outer circumferential surface 133 of the cylindrical member 13 with the second sealing member 15 Even if the sealing performance between the ceramic substrate 11 and the base plate 12 is not sufficiently ensured, the occurrence of vacuum leakage can be reduced.
  • the gap between the inner circumferential surface 125 of the through hole 123 where the second sealing member 15 is located and the outer circumferential surface 133 of the cylindrical member 13 is larger than the gap between the ceramic substrate 11 and the base plate 12, which is a heat source. 11, it is less susceptible to the effects of heat from the ceramic substrate 11. Therefore, according to the sample holder 1 according to the embodiment, it is easy to ensure sealing performance in a high-temperature environment.
  • the second sealing member 15 is located closer to the fourth surface 122 of the base plate 12 than the center C in the thickness direction of the base plate 12. In other words, the second sealing member 15 is located between the center C of the base plate 12 in the thickness direction and the fourth surface 122 of the base plate 12 . With this configuration, it is possible to make the ceramic substrate 11 less susceptible to heat from the ceramic substrate 11.
  • the space between the inner circumferential surface 125 of the through hole 123 and the outer circumferential surface 133 of the cylindrical member 13 functions as a heat insulating layer.
  • the thermal influence on the second sealing member 15 can be further reduced.
  • the second sealing member 15 only needs to be located between the center C of the base plate 12 in the thickness direction and the fourth surface 122 of the base plate 12. That is, a part of the second sealing member 15 may protrude onto the fourth surface 122 of the base plate 12 or may be located between the center C of the base plate 12 in the thickness direction and the third surface 121 of the base plate 12. You can leave it there. Further, the second sealing member 15 may be provided flush with the fourth surface 122 of the base plate 12.
  • the thermal expansion coefficient of the cylindrical member 13 may be smaller than that of the ceramic substrate 11.
  • thermal expansion and contraction in the longitudinal direction of the cylindrical member 13 thickness direction of the ceramic substrate 11 and the base plate 12
  • the stress applied to the joint surface between the cylindrical member 13 and the second sealing member 15 can be reduced. Therefore, reliability in a high temperature environment can be further improved.
  • mullite can be used as a material for the cylindrical member 13 having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the ceramic substrate 11.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the second embodiment.
  • the area of the fifth surface 131 which is the joint surface with the second surface 112 of the ceramic substrate 11, may be larger than the area of the sixth surface 132, which is located opposite to the fifth surface 131.
  • one end 134 located on the ceramic substrate 11 side may have a flange shape.
  • the fifth surface 131 which is the upper surface of one end 134, has a larger area than the sixth surface 132, which is the lower surface of the other end.
  • the bonding area between the ceramic substrate 11 and the cylindrical member 13 becomes large, so that it is possible to suitably reduce the occurrence of vacuum leakage from the gap between the ceramic substrate 11 and the cylindrical member 13. .
  • an increase in the heat capacity of the cylindrical member 13 can be reduced. Thereby, the influence of heat on the second sealing member 15 due to heat conduction from the ceramic substrate 11 can be reduced.
  • FIG. 4 is a schematic enlarged view of one end portion 134 of the cylindrical member 13. As shown in FIG. 4, a corner 135a of one end 134 of the cylindrical member 13 may be curved in an R shape. Similarly, the corner 135b of the one end 134 of the cylindrical member 13 may be curved in an R shape.
  • FIG. 4 shows an example in which both the corner 135a and the corner 135b are curved
  • the one end 134 of the cylindrical member 13 has at least the corner 135a and the corner 135b curved. That's fine.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the third embodiment.
  • the cylindrical member 13 may have a groove 136 on the fifth surface 131, which is the upper surface of the flange-like one end 134.
  • the contact area between the fifth surface 131 and the joining member 115 becomes larger, so that the ceramic substrate 11 and the cylindrical member 13 can be joined more firmly.
  • FIGS. 6 to 9 are schematic cross-sectional views showing examples of the configuration of the groove portion 136. Specifically, FIGS. 6 to 9 show a plane cross section when one end 134 of the cylindrical member 13 is cut at a position above the bottom surface of the groove 136 and below the fifth surface 131 of the cylindrical member 13. The figure shows.
  • the cylindrical member 13 may have a groove 136 extending in the circumferential direction.
  • FIG. 6 shows an example in which the cylindrical member 13 has a plurality of grooves 136 arranged in the circumferential direction.
  • FIG. 7 shows an example in which the cylindrical member 13 has an annular groove portion 136.
  • the cylindrical member 13 may have a groove 136 extending in the radial direction.
  • FIG. 8 shows an example in which the cylindrical member 13 has a groove 136 extending across the inner and outer peripheral edges of the cylindrical member 13.
  • FIG. 9 shows an example in which the cylindrical member 13 has a groove portion 136 at one end and the other end having a length that does not reach the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the cylindrical member 13, respectively.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the fourth embodiment.
  • the shape of the cylindrical member 13 in which the area of the fifth surface 131 is larger than the area of the sixth surface 132 is not limited to the shape shown in FIG. 3.
  • the cylindrical member 13 may have a tapered shape that gradually becomes narrower from the fifth surface 131 toward the sixth surface 132. Even in such a configuration, since the bonding area between the ceramic substrate 11 and the cylindrical member 13 becomes large, it is possible to suitably reduce the occurrence of vacuum leakage from the gap between the ceramic substrate 11 and the cylindrical member 13. can. Further, by forming the cylindrical member 13 into a tapered shape, an increase in heat capacity of the cylindrical member 13 can be reduced compared to a case where the cylindrical member 13 is made uniformly thick. Thereby, the influence of heat on the second sealing member 15 due to heat conduction from the ceramic substrate 11 can be reduced.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the fifth embodiment.
  • the base plate 12 may have a counterbore 126 recessed in the thickness direction of the base plate 12 at the opening of the fourth surface 122 in the through hole 123.
  • the counterbore portion 126 has a larger diameter than the through hole 123 of the base plate 12. Specifically, the counterbored portion 126 has a side surface 126a located further away from the outer circumferential surface 133 of the cylindrical member 13 than the inner circumferential surface 125 of the through hole 123 in the radial direction of the cylindrical member 13. Further, the counterbore portion 126 has a step surface 126b between the side surface 126a and the inner circumferential surface 125 of the through hole 123.
  • the second sealing member 15 according to the fifth embodiment is located in this counterbore portion 126.
  • the position, thickness, etc. of the second sealing member 15 can be easily controlled. Therefore, for example, it is possible to prevent the second sealing member 15 from coming too close to the ceramic substrate 11 or from having an insufficient thickness of the second sealing member 15. Furthermore, by positioning the base plate 12 between the second sealing member 15 and the ceramic substrate 11, the base plate 12 can reduce the radiant heat transmitted from the ceramic substrate 11 to the second sealing member 15. Therefore, reliability in use in high-temperature environments can be improved.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the sixth embodiment.
  • the base plate 12 is disposed in the middle of the through hole 123 from the inner peripheral surface 125 of the through hole 123 toward the inside of the through hole 123, that is, toward the outer peripheral surface 133 of the cylindrical member 13. It may have a convex portion 127 (corresponding to an example of a first convex portion) that protrudes.
  • the inner peripheral surface of the convex portion 127 has a smaller diameter than the inner peripheral surface 125 of the through hole 123 and a larger diameter than the outer peripheral surface 133 of the cylindrical member 13 .
  • the lower side of the convex portion 127 performs the same function as the counterbore portion 126 (see FIG. 11) described above. That is, by positioning the second sealing member 15 below the convex portion 127, it becomes easier to control the position, thickness, etc. of the second sealing member 15. Further, by positioning the convex portion 127 between the second sealing member 15 and the ceramic substrate 11, the convex portion 127 can reduce the radiant heat transmitted from the ceramic substrate 11 to the second sealing member 15.
  • the base plate 12 having the protrusion 127 can secure a larger heat-insulating space above the protrusion 127 than the base plate 12 having the counterbore 126. Thereby, the thermal influence on the second sealing member 15 can be reduced.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the seventh embodiment.
  • the cylindrical member 13 has a through-hole in the base plate 12 extending from the outer circumferential surface 133 of the cylindrical member 13 toward the outside of the cylindrical member 13 at a midpoint in the thickness direction of the base plate 12. It may have a convex portion 137 (corresponding to an example of a second convex portion) that protrudes toward the inner circumferential surface 125 of 123 .
  • the outer peripheral surface of the convex portion 137 has a larger diameter than the outer peripheral surface 133 of the cylindrical member 13 and has a smaller diameter than the inner peripheral surface 125 of the through hole 123 of the base plate 12.
  • the lower side of the convex portion 137 performs the same function as the counterbore portion 126 described above (see FIG. 11). That is, by positioning the second sealing member 15 below the convex portion 137, it becomes easier to control the position, thickness, etc. of the second sealing member 15. Further, by positioning the convex portion 137 between the second sealing member 15 and the ceramic substrate 11, the convex portion 137 can reduce the radiant heat transmitted from the ceramic substrate 11 to the second sealing member 15. Further, by forming a heat insulating space above the convex portion 137, the influence of heat on the second sealing member 15 can be reduced.
  • sample holder 1 may be configured to include a cylindrical member 13 (see FIG. 13) having a convex portion 137 and a base plate 12 (see FIG. 11) having a counterbore portion 126. Further, the sample holder 1 may include a cylindrical member 13 (see FIG. 13) having a convex portion 137 and a base plate 12 (see FIG. 12) having a convex portion 127.
  • FIGS. 14 and 15 are schematic cross-sectional views showing a configuration example of the sample holder 1 according to the eighth embodiment.
  • the sample holder 1 is located between the cylindrical member 13 and the base plate 12. Specifically, it may include an annular member 17 that fits into the gap between the cylindrical member 13 and the base plate 12.
  • the annular member 17 may be made of metal, for example.
  • FIG. 14 shows an example where the annular member 17 is located in the gap between the outer circumferential surface 133 of the tapered cylindrical member 13 and the inner circumferential surface 125 of the through hole 123. In this case, the annular member 17 is positioned by coming into contact with the outer peripheral surface 133 of the cylindrical member 13.
  • FIG. 15 shows an example in which the annular member 17 is located on the stepped surface 126b of the counterbore portion 126 provided on the base plate 12. In this case, the annular member 17 is positioned by coming into contact with the stepped surface 126b.
  • the inner diameter of the annular member 17 is larger than the outer peripheral surface 133 of the cylindrical member 13 and smaller than the inner peripheral surface 125 of the through hole 123. Further, the outer diameter of the annular member 17 is larger than the inner circumferential surface 125 of the through hole 123 and smaller than the side surface 126a of the counterbored portion 126.
  • the second sealing member 15 is located in a region surrounded by the base plate 12, the cylindrical member 13, and the annular member 17.
  • the second sealing can be achieved. It becomes easier to control the position, thickness, etc. of the member 15. Furthermore, the annular member 17 can reduce the radiant heat transmitted from the ceramic substrate 11 to the second sealing member 15 .
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the ninth embodiment.
  • the base plate 12 may include a cooling member 128, a heat-resistant member 129, and an adhesive G.
  • the base plate 12 including the cooling member 128, the heat-resistant member 129, and the adhesive G has a disk shape with a larger diameter than the ceramic substrate 11 as a whole.
  • the cooling member 128 has a fourth surface 122.
  • Cooling member 128 may be made of metal, for example.
  • the metal material forming the cooling member 128, for example an aluminum matrix composite material such as aluminum, stainless steel, titanium, or AlSiC can be used.
  • the metal cooling member 128 can cool the ceramic substrate 11 heated by the heating resistor 113.
  • the cooling member 128 may have an internal flow path through which a cooling medium such as cooling water or cooling gas flows. Further, the cooling member 128 may be used as a high frequency electrode to which high frequency power for plasma generation is applied.
  • the heat-resistant member 129 has a third surface 121 and is located between the ceramic substrate 11 and the cooling member 128.
  • the heat-resistant member 129 is made of a material with relatively low thermal conductivity. Further, the heat resistant member 129 has a lower thermal conductivity than the base plate 12.
  • a material for forming the heat-resistant member 129 for example, cordierite, glass, or the like can be used.
  • the adhesive G is located between the cooling member 128 and the heat-resistant member 129 and joins the cooling member 128 and the heat-resistant member 129.
  • the ceramic substrate 11 is The effect of the heat generation on the adhesive G is small. Therefore, it can withstand use in high-temperature environments compared to conventional sample holders.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the tenth embodiment.
  • the adhesive G for bonding the cooling member 128 and the heat-resistant member 129 is applied not only between the cooling member 128 and the heat-resistant member 129, but also between the cooling member 128 and the cylindrical member in the through hole 123. 13, and may join the cooling member 128 and the cylindrical member 13.
  • the adhesive G located between the cooling member 128 and the cylindrical member 13 corresponds to an example of a "sealing member".
  • the gap between the base plate 12 and the cylindrical member 13 can be more reliably sealed.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the sample holder 1 according to the eleventh embodiment.
  • the adhesive G may also be located between the heat resistant member 129 and the cylindrical member 13 in the through hole 123, and may bond the heat resistant member 129 and the cylindrical member 13 together.
  • the gap between the base plate 12 and the cylindrical member 13 can be sealed more reliably.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a sample holder 1 according to the twelfth embodiment.
  • the heat-resistant member 129 has a plurality of convex portions 18 (corresponding to an example of the third convex portion) in contact with the ceramic substrate 11 on a third surface 121 that is the surface on the ceramic substrate 11 side, and each convex portion. It may have a space 19 located around the portion 18.
  • the plurality of convex portions 18 and spaces 19 can be formed, for example, by blasting the third surface 121 of the heat-resistant member 129.
  • the heat-resistant member 129 has a plurality of convex portions 18 and spaces 19, the contact area between the heat-resistant member 129 and the ceramic substrate 11 can be reduced. This allows the ceramic substrate 11 to easily slide against the heat-resistant member 129, and it is possible to alleviate the stress generated due to the difference in expansion and contraction of the heat-resistant member 129 and the ceramic substrate 11 due to thermal cycles.
  • the space 19 is located around each convex portion 18 and between the ceramic substrate 11 and the heat-resistant member 129.
  • the space 19 has a depth corresponding to the height of each convex portion 18 .
  • a heat transfer gas such as helium may be introduced into this space 19, for example. That is, the space 19 may be a flow path for heat transfer gas.
  • the heat transfer gas can be sent to the second surface 112 of the ceramic substrate 11, and the heat transfer between the heat resistant member 129 and the ceramic substrate 11 via the space 19 is improved. will improve.
  • each convex portion 18 may be tapered so that the width becomes narrower toward the ceramic substrate 11.
  • each convex portion 18 may be formed in a tapered shape whose width becomes narrower as it approaches the top of each convex portion 18 .
  • the surface roughness Ra of the end surface of each convex portion 18 that contacts the ceramic substrate 11 may be smaller than the surface roughness Ra of the bottom surface of the space 19. Thereby, the end face of each convex portion 18 and the ceramic substrate 11 can be brought into uniform contact in the in-plane direction, and heat transfer from the ceramic substrate 11 to the plurality of convex portions 18 can be equalized. Furthermore, if the surface roughness Ra of the end surface of each convex portion 18 that contacts the ceramic substrate 11 is small, the ceramic substrate 11 will more easily slip on the heat-resistant member 129, and the heat-resistant member 129 and the ceramic substrate 11 will slip more easily due to thermal cycles. Stress caused by the difference in expansion and contraction can be further alleviated.
  • the surface area of the bottom surface of the space 19 can be increased. Therefore, for example, when a heat transfer gas is introduced into the space 19, heat exchange between the heat transfer gas and the heat-resistant member 129 can be promoted.
  • the sample holder according to the embodiment includes a ceramic substrate (ceramic substrate 11 as an example), a base plate (base plate 12 as an example), and a cylindrical member ( As an example, it includes a cylindrical member 13).
  • the ceramic substrate has a first surface (for example, first surface 111) that is a sample holding surface, and a second surface (for example, second surface 112) located opposite to the first surface.
  • the base plate is located on the second surface of the ceramic substrate, and includes a third surface (for example, third surface 121) that is a surface opposite to the second surface, and a fourth surface (for example, , fourth surface 122), and a through hole (for example, through hole 123) that penetrates the third surface and the fourth surface.
  • the cylindrical member is located in the through hole and is joined to the second surface.
  • the sample holder according to the embodiment includes a sealing member (as an example, It has a second sealing member 15 and an adhesive G).
  • the sample holder according to the embodiment it is easy to ensure sealing performance in a high-temperature environment.

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Abstract

本開示による試料保持具は、セラミック基板と、ベースプレートと、筒状部材とを備える。セラミック基板は、試料保持面である第１面と、第１面の反対に位置する第２面とを有する。ベースプレートは、セラミック基板の第２面に位置し、第２面との対向面である第３面と、第３面の反対に位置する第４面と、第３面および第４面を貫通する貫通孔とを有する。筒状部材は、貫通孔に位置しているとともに前記第２面に接合される。本開示による試料保持具は、貫通孔の内周面と前記筒状部材の外周面との間に封止部材を有する。

Description

試料保持具
　開示の実施形態は、試料保持具に関する。
　従来、半導体集積回路の製造装置等に用いられる試料保持具として、セラミック基板と、セラミック基板の下部に設けられるベースプレートとを接着剤によりに接合した試料保持具が知られている。ベースプレートには、セラミック基板の下面に達する貫通孔が形成されており、かかる貫通孔には、たとえばセラミック基板の内部電極に接続する端子が挿通される（特許文献１参照）。
特開２０００－４４３４５号公報
　実施形態の一態様に係る試料保持具は、セラミック基板と、ベースプレートと、筒状部材とを備える。セラミック基板は、試料保持面である第１面と、第１面の反対に位置する第２面とを有する。ベースプレートは、セラミック基板の第２面に位置し、第２面との対向面である第３面と、第３面の反対に位置する第４面と、第３面および第４面を貫通する貫通孔とを有する。筒状部材は、貫通孔に位置しているとともに第２面に接合される。実施形態の一態様に係る試料保持具は、貫通孔の内周面と筒状部材の外周面との間に封止部材を有する。
図１は、第１実施形態に係る試料保持具を用いた半導体製造装置の構成例を示す模式的な断面図である。 図２は、第１実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図３は、第２実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図４は、筒状部材の一端部の模式的な拡大図である。 図５は、第３実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図６は、溝部の構成例を示す模式的な断面図である。 図７は、溝部の構成例を示す模式的な断面図である。 図８は、溝部の構成例を示す模式的な断面図である。 図９は、溝部の構成例を示す模式的な断面図である。 図１０は、第４実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図１１は、第５実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図１２は、第６実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図１３は、第７実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図１４は、第８実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図１５は、第８実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図１６は、第９実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図１７は、第１０実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図１８は、第１１実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。 図１９は、第１２実施形態に係る試料保持具の構成例を示す模式的な断面図である。
　以下、本願が開示する試料保持具の実施形態を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本願に係る発明が限定されるものではない。
　以下では、本開示による試料保持具が、半導体ウエハを処理する半導体製造装置に用いられる場合の例について説明するが、本開示による試料保持具は、半導体ウエハ以外の試料を保持する用途に用いられてもよい。
　近年、試料保持具の使用環境は高温化しており、より高温での使用に耐え得る試料保持具が求められている。セラミック基板とベースプレートとを接合する接着剤は、耐熱温度が比較的低いことから高温環境下での使用が困難である。そこで、接着剤での接合に代えて、セラミック基板とベースプレートとを機械的に接合することが考えられる。
　しかしながら、セラミック基板とベースプレートとを機械的に接合した場合、セラミック基板とベースプレートとの間のシール性を確保することが困難となる。このため、たとえば試料保持具を真空環境下で使用した場合に、セラミック基板とベースプレートとの隙間において真空漏れが生じるおそれがある。
　そこで、高温環境下におけるシール性を確保することが容易な試料保持具の提供が期待されている。
（第１実施形態）
（半導体製造装置の構成）
　図１は、第１実施形態に係る試料保持具を用いた半導体製造装置の構成例を示す模式的な断面図である。
　なお、図１では、半導体製造装置が備える構成のうち、試料保持具の説明に主に必要な構成要素を示しており、その他の構成要素については適宜省略している。たとえば、半導体製造装置は、プラズマを用いて半導体ウエハを処理するプラズマ処理装置であってもよい。この場合、半導体製造装置は、プラズマ生成用の電極として機能するシャワーヘッドを備えていてもよい。
　図１に示すように、第１実施形態に係る半導体製造装置１００は、試料保持具１と、処理容器２と、第１封止部材３と、排気機構４とを有する。
　試料保持具１は、処理対象となる試料（ここでは、半導体ウエハ）を載置する。試料保持具１の具体的な構成については後述する。
　処理容器２は、試料保持具１を収容する。処理容器２の底部には開口２１が位置している。開口２１には、後述する端子１６が挿通される。言い換えれば、端子１６は、開口２１を介して処理容器２の外部に引き出される。
　第１封止部材３は、たとえばゴム製のＯリングである。第１封止部材３は、処理容器２の開口２１を囲むように位置している。第１封止部材３は、試料保持具１の下面と処理容器２の底面との間に位置しており、上方から試料保持具１に押し潰されることにより、試料保持具１と処理容器２との隙間を封止する。これにより、処理容器２の内部は密閉される。
　排気機構４は、排気管４１を介して処理容器２の排気口（図示せず）に接続される。排気機構４は、真空ポンプや圧力制御バルブ等を含んで構成されており、排気管４１を介して処理容器２の内部を排気する。これにより、処理容器２の内部は減圧される。
（試料保持具の構成）
　次に、試料保持具１の構成についてさらに図２を参照して説明する。図２は、第１実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。
　図１および図２に示すように、試料保持具１は、セラミック基板１１と、ベースプレート１２と、筒状部材１３と、複数の固定部１４と、第２封止部材１５と、端子１６とを有する。
　セラミック基板１１は、たとえば円板形状を有する。セラミック基板１１の一方の主面（ここでは、上面）である第１面１１１は、半導体ウエハの保持面である。
　セラミック基板１１は、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、コージェライト、炭化珪素（ＳｉＣ）または窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などを主成分として含んでいてもよい。セラミック基板１１は、たとえば複数のグリーンシートを積層して焼成することにより得られる。
　セラミック基板１１の内部には、発熱抵抗体１１３が位置している。発熱抵抗体１１３は、電流が流れることによって発熱する部材である。発熱抵抗体１１３は、第１面１１１に保持された半導体ウエハを加熱するために設けられる。発熱抵抗体１１３は、複数の折返し部を有する線状のパターン（ミアンダパターン）を有していてもよい。
　発熱抵抗体１１３は、たとえば、金属材料を含んで構成される。発熱抵抗体１１３を構成する金属材料としては、たとえば、タングステン、モリブデン、レニウム、それらの合金または白金等が挙げられる。発熱抵抗体１１３は、たとえば、二酸化珪素等の酸化物等のガラス成分を含んでいてもよい。
　なお、セラミック基板１１の内部には、発熱抵抗体１１３以外の導電性部材が位置していてもよい。たとえば、セラミック基板１１の内部には、静電吸着用の電極またはプラズマ発生用の高周波電力が印加される高周波電極が位置していてもよい。静電吸着用の電極および高周波電極を構成する金属材料としては、たとえば、タングステン、モリブデン、レニウム、それらの合金または白金等が挙げられる。
　セラミック基板１１における第１面１１１の反対の面である第２面１１２（ここでは下面）には、発熱抵抗体１１３に達する凹部１１４が位置している。
　ベースプレート１２は、たとえば、セラミック基板１１よりも大径の円板形状を有する。ベースプレート１２は、セラミック基板１１の第２面１１２に位置する。具体的には、ベースプレート１２は、第２面１１２との対向面である第３面１２１（ここでは、上面）と、第３面１２１の反対に位置する第４面１２２（ここでは、下面）とを有する。
　ベースプレート１２は、第３面１２１および第４面１２２を貫通する貫通孔１２３を有する。セラミック基板１１に内蔵された発熱抵抗体１１３は、処理容器２の開口２１、ベースプレート１２の貫通孔１２３およびセラミック基板１１の凹部１１４を介して外部に露出している。
　ベースプレート１２は、たとえば金属製であってもよい。ベースプレート１２を形成する金属材料としては、たとえば、アルミニウムやステンレス鋼、チタン、ＡｌＳｉＣなどのアルミニウム基複合材料を用いることができる。金属製のベースプレート１２は、発熱抵抗体１１３によって加熱されたセラミック基板１１を冷却するための冷却部材として機能する。冷却部材としてのベースプレート１２は、冷却水や冷却ガスなどの冷却媒体を流通させる内部流路を有していてもよい。また、金属製のベースプレート１２は、プラズマ発生用の高周波電力が印加される高周波電極として用いられてもよい。
　筒状部材１３は、たとえば円筒形状を有する。筒状部材１３は、ベースプレート１２の貫通孔１２３に挿通される。言い換えれば、筒状部材１３は、貫通孔１２３に位置している。筒状部材１３の両端面のうち一方の面（ここでは、上端面）である第５面１３１は、セラミック基板１１の第２面１１２に接合部材１１５を介して接合される。接合部材１１５は、たとえばガラスまたはロウ材等である。
　筒状部材１３の外径は、処理容器２の貫通孔１２３の内径よりも小さい。すなわち、貫通孔１２３の内周面１２５と筒状部材１３の外周面１３３とは離れており、筒状部材１３の外周面１３３と貫通孔１２３の内周面１２５との間には隙間（空間が）位置している。
　なお、筒状部材１３の両端面のうち他方の面（ここでは、下端面）である第６面１３２は、処理容器２の開口２１から処理容器２の外部に突出していてもよい。
　筒状部材１３には端子１６が挿通される。端子１６は、筒状部材１３およびセラミック基板１１の凹部１１４を介して発熱抵抗体１１３に接続される。
　固定部１４は、セラミック基板１１とベースプレート１２とを挟持することによってセラミック基板１１とベースプレート１２とを機械的に接合する。
　一例として、固定部１４は、支柱部材１４１と、爪部材１４２と、締結部材１４３とを有する。支柱部材１４１は、鉛直方向に延在する部材である。支柱部材１４１は、ベースプレート１２に設けられた挿通孔１２４に挿通されており、かかる挿通孔１２４を介してベースプレート１２の上方に延在している。爪部材１４２は、支柱部材１４１の先端部から水平に延在しており、セラミック基板１１の第１面１１１の外周部に当接する。締結部材１４３は、たとえばナットである。締結部材１４３は、支柱部材１４１の基端部に設けられるとともに、挿通孔１２４の内部に設けられた段差に当接する。かかる固定部１４は、締結部材１４３を支柱部材１４１に締め付けることで、支柱部材１４１および爪部材１４２を下方に移動させる。これにより、セラミック基板１１とベースプレート１２とが互いに押し付け合うことで、セラミック基板１１とベースプレート１２とは接合される。
　なお、図１に示した固定部１４の構成は一例であり、セラミック基板１１とベースプレート１２とを機械的に接合するものであれば、いずれの構成であってもよい。
　セラミック基板１１とベースプレート１２とを機械的に接合することとした場合、セラミック基板１１とベースプレート１２とを接着剤により接合する必要がなくなる。このため、試料保持具１を高温環境下で使用することが容易となる。一方、セラミック基板１１とベースプレート１２とを機械的に接合した場合、セラミック基板１１とベースプレート１２とを接着剤で接合する場合と比較して、セラミック基板１１とベースプレート１２との間のシール性を確保することが困難となる。このため、セラミック基板１１とベースプレート１２との隙間において真空漏れが発生するおそれがあり、処理容器２の減圧状態を維持することが困難となる。
　そこで、実施形態に係る試料保持具１では、貫通孔１２３の内周面１２５と筒状部材１３の外周面１３３との隙間を第２封止部材１５により封止することとした。
　第２封止部材１５は、たとえばシリコーン樹脂などのゴム状部材である。第２封止部材１５は、貫通孔１２３の内周面１２５と筒状部材１３の外周面１３３との間に位置し、貫通孔１２３と筒状部材１３との隙間を封止する。
　このように、セラミック基板１１とベースプレート１２との隙間に連通する貫通孔１２３の内周面１２５と筒状部材１３の外周面１３３との隙間を第２封止部材１５で封止することで、仮にセラミック基板１１とベースプレート１２との間のシール性が十分に確保されない場合でも真空漏れの発生を低減することができる。第２封止部材１５が位置する貫通孔１２３の内周面１２５と筒状部材１３の外周面１３３との隙間は、セラミック基板１１とベースプレート１２との隙間と比べて、発熱源であるセラミック基板１１から離れているため、セラミック基板１１からの熱の影響を受けにくい。したがって、実施形態に係る試料保持具１によれば、高温環境下におけるシール性を確保することが容易である。
　第２封止部材１５は、ベースプレート１２の厚み方向における中央Ｃよりもベースプレート１２の第４面１２２側に位置する。言い換えれば、第２封止部材１５は、ベースプレート１２の厚み方向における中央Ｃとベースプレート１２の第４面１２２との間に位置する。かかる構成とすることにより、セラミック基板１１からの熱の影響をより受けにくくすることができる。
　また、ベースプレート１２の厚み方向における中央Ｃよりも第３面１２１側において、貫通孔１２３の内周面１２５と筒状部材１３の外周面１３３との間の空間が断熱層として機能することで、第２封止部材１５への熱影響をさらに低減することができる。
　なお、第２封止部材１５は、少なくとも一部がベースプレート１２の厚み方向における中央Ｃとベースプレート１２の第４面１２２との間に位置していればよい。すなわち、第２封止部材１５の一部は、ベースプレート１２の第４面１２２にはみ出ていてもよいし、ベースプレート１２の厚み方向における中央Ｃとベースプレート１２の第３面１２１との間に位置していてもよい。また、第２封止部材１５は、ベースプレート１２の第４面１２２と面一に設けられてもよい。
　筒状部材１３の熱膨張係数は、セラミック基板１１の熱膨張係数よりも小さくてもよい。熱膨張係数が比較的小さい筒状部材１３を用いることで、筒状部材１３の長手方向（セラミック基板１１およびベースプレート１２の厚み方向）への熱伸縮を低減することができる。これにより、筒状部材１３と第２封止部材１５との接合面にかかる応力を低減することができる。したがって、高温環境での信頼性をさらに高めることができる。
　なお、セラミック基板１１の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する筒状部材１３の材料としては、たとえばムライトを用いることができる。
（第２実施形態）
　図３は、第２実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。図３に示すように、セラミック基板１１の第２面１１２との接合面である第５面１３１の面積が、第５面１３１の反対に位置する第６面１３２の面積よりも大きくてもよい。たとえば、筒状部材１３は、長手方向における両端部のうち、セラミック基板１１側に位置する一端部１３４がフランジ形状を有していてもよい。この場合、一端部１３４の上面である第５面１３１は、他端部の下面である第６面１３２よりも面積が大きくなる。
　かかる構成とすることにより、セラミック基板１１と筒状部材１３との接合面積が大きくなるため、セラミック基板１１と筒状部材１３との隙間から真空漏れが発生することを好適に低減することができる。また、筒状部材１３を全体的に厚くするのではなく、一端部１３４のみを厚くすることで、筒状部材１３の熱容量の増大を低減することができる。これにより、セラミック基板１１からの熱伝導による第２封止部材１５への熱の影響を低減することができる。
　図４は、筒状部材１３の一端部１３４の模式的な拡大図である。図４に示すように、筒状部材１３の一端部１３４は、角部１３５ａがＲ状に湾曲していてもよい。同様に、筒状部材１３の一端部１３４は、隅部１３５ｂがＲ状に湾曲していてもよい。
　かかる構成により、一端部１３４の角部１３５ａおよび隅部１３５ｂに対して温度サイクルによる熱応力が集中することを低減することができる。したがって、筒状部材１３にクラックが生じることを低減することができる。
　なお、図４では、角部１３５ａおよび隅部１３５ｂの両方が湾曲している場合の例を示したが、筒状部材１３の一端部１３４は、少なくとも角部１３５ａおよび隅部１３５ｂが湾曲していればよい。
（第３実施形態）
　図５は、第３実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。図５に示すように、第３実施形態に係る試料保持具１において、筒状部材１３は、フランジ状の一端部１３４の上面である第５面１３１に溝部１３６を有していてもよい。
　第５面１３１に溝部１３６が位置することで、第５面１３１と接合部材１１５との接触面積が大きくなるため、セラミック基板１１と筒状部材１３とをより強固に接合することができる。
　図６～図９は、溝部１３６の構成例を示す模式的な断面図である。具体的には、図６～図９は、溝部１３６の底面よりも上方かつ筒状部材１３の第５面１３１よりも下方の位置において筒状部材１３の一端部１３４を切断した場合の平断面図を示している。
　図６および図７に示すように、筒状部材１３は、周方向に延在する溝部１３６を有していてもよい。図６は、筒状部材１３が、周方向に並ぶ複数の溝部１３６を有する場合の例を示している。また、図７は、筒状部材１３が、円環状の溝部１３６を有する場合の例を示している。
　また、図８および図９に示すように、筒状部材１３は、径方向に延在する溝部１３６を有していてもよい。図８は、筒状部材１３が、筒状部材１３の内周縁および外周縁に渡って延在する溝部１３６を有する場合の例を示している。また、図９は、筒状部材１３が、一端部および他端部がそれぞれ筒状部材１３の内周縁および外周縁に達しない長さの溝部１３６を有する場合の例を示している。
（第４実施形態）
　図１０は、第４実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。第５面１３１の面積が第６面１３２の面積よりも大きくなる筒状部材１３の形状は、図３に示す形状に限定されない。
　たとえば、図１０に示すように、筒状部材１３は、第５面１３１から第６面１３２に向かうに連れて漸次幅狭となるテーパ形状を有していてもよい。かかる構成とした場合にも、セラミック基板１１と筒状部材１３との接合面積が大きくなるため、セラミック基板１１と筒状部材１３との隙間から真空漏れが発生することを好適に低減することができる。また、筒状部材１３をテーパ形状とすることで、筒状部材１３を一様に厚くした場合と比較して、筒状部材１３の熱容量の増大を低減することができる。これにより、セラミック基板１１からの熱伝導による第２封止部材１５への熱の影響を低減することができる。
（第５実施形態）
　図１１は、第５実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。図１１に示すように、ベースプレート１２は、貫通孔１２３における第４面１２２の開口部に、ベースプレート１２の厚み方向に窪んだ座繰部１２６を有していてもよい。
　座繰部１２６は、ベースプレート１２の貫通孔１２３よりも大径である。具体的には、座繰部１２６は、筒状部材１３の径方向において貫通孔１２３の内周面１２５よりも筒状部材１３の外周面１３３から離れた場所に位置する側面１２６ａを有する。また、座繰部１２６は、側面１２６ａと貫通孔１２３の内周面１２５との間に段差面１２６ｂを有する。第５実施形態に係る第２封止部材１５は、かかる座繰部１２６に位置する。
　かかる構成とすることにより、第２封止部材１５の位置および厚み等を制御し易くなる。このため、たとえば、第２封止部材１５がセラミック基板１１に近付きすぎたり、第２封止部材１５の厚みが不十分となったりすることを低減することができる。また、第２封止部材１５とセラミック基板１１との間にベースプレート１２が位置することで、セラミック基板１１からの第２封止部材１５に伝わる輻射熱をベースプレート１２によって低減することができる。したがって、高温環境での使用の信頼性を高めることができる。
（第６実施形態）
　図１２は、第６実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。図１２に示すように、ベースプレート１２は、貫通孔１２３の中途部に、貫通孔１２３の内周面１２５から貫通孔１２３の内方に向かって、すなわち、筒状部材１３の外周面１３３に向かって突出した凸部１２７（第１凸部の一例に相当）を有していてもよい。凸部１２７の内周面は、貫通孔１２３の内周面１２５よりも小径かつ筒状部材１３の外周面１３３よりも大径である。
　かかる構成とした場合、凸部１２７の下側は、上述した座繰部１２６（図１１参照）と同様の機能を果たす。すなわち、凸部１２７の下側に第２封止部材１５が位置することで、第２封止部材１５の位置および厚み等を制御し易くなる。また、第２封止部材１５とセラミック基板１１との間に凸部１２７が位置することで、セラミック基板１１からの第２封止部材１５に伝わる輻射熱を凸部１２７によって低減することができる。
　また、凸部１２７を有するベースプレート１２は、座繰部１２６を有するベースプレート１２と比較して、凸部１２７の上側に大きな断熱空間を確保することができる。これにより、第２封止部材１５への熱影響を低減することができる。
（第７実施形態）
　図１３は、第７実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。図１３に示すように、筒状部材１３は、ベースプレート１２の厚み方向における中途部に、筒状部材１３の外周面１３３から筒状部材１３の外方に向かって、すなわち、ベースプレート１２の貫通孔１２３の内周面１２５に向かって突出した凸部１３７（第２凸部の一例に相当）を有していてもよい。凸部１３７の外周面は、筒状部材１３の外周面１３３よりも大径かつベースプレート１２の貫通孔１２３の内周面１２５よりも小径である。
　かかる構成とした場合、凸部１３７の下側は、上述した座繰部１２６（図１１参照）と同様の機能を果たす。すなわち、凸部１３７の下側に第２封止部材１５が位置することで、第２封止部材１５の位置および厚み等を制御し易くなる。また、第２封止部材１５とセラミック基板１１との間に凸部１３７が位置することで、セラミック基板１１からの第２封止部材１５に伝わる輻射熱を凸部１３７によって低減することができる。また、凸部１３７の上側に断熱空間が形成されることで、第２封止部材１５への熱影響を低減することができる。
　なお、試料保持具１は、凸部１３７を有する筒状部材１３（図１３参照）と、座繰部１２６を有するベースプレート１２（図１１参照）とを備えた構成であってもよい。また、試料保持具１は、凸部１３７を有する筒状部材１３（図１３参照）と、凸部１２７を有するベースプレート１２（図１２参照）とを備えた構成であってもよい。
（第８実施形態）
　図１４および図１５は、第８実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。
　図１４および図１５に示すように、試料保持具１は、筒状部材１３とベースプレート１２との間に位置する。具体的には、筒状部材１３とベースプレート１２との間の隙間に嵌合する環状部材１７を有していてもよい。環状部材１７は、たとえば金属で形成されてもよい。
　図１４は、テーパ形状を有する筒状部材１３の外周面１３３と貫通孔１２３の内周面１２５との間の隙間に環状部材１７が位置する場合の例を示している。この場合、環状部材１７は、筒状部材１３の外周面１３３に当接することによって位置決めされる。また、図１５は、ベースプレート１２に設けられた座繰部１２６の段差面１２６ｂに環状部材１７が位置する場合の例を示している。この場合、環状部材１７は、段差面１２６ｂに当接することによって位置決めされる。環状部材１７の内径は、筒状部材１３の外周面１３３よりも大径かつ貫通孔１２３の内周面１２５よりも小径である。また、環状部材１７の外径は、貫通孔１２３の内周面１２５よりも大径かつ座繰部１２６の側面１２６ａよりも小径である。
　第８実施形態において、第２封止部材１５は、ベースプレート１２、筒状部材１３および環状部材１７で囲まれる領域に位置する。
　このように、貫通孔１２３の内周面１２５と筒状部材１３の外周面１３３との間の隙間、または、座繰部１２６の段差面１２６ｂに環状部材１７を設けることで、第２封止部材１５の位置および厚み等を制御し易くなる。また、セラミック基板１１からの第２封止部材１５に伝わる輻射熱を環状部材１７によって低減することができる。
（第９実施形態）
　図１６は、第９実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。図１６に示すように、ベースプレート１２は、冷却部材１２８と、耐熱部材１２９と、接着剤Ｇとを含んで構成されてもよい。冷却部材１２８、耐熱部材１２９および接着剤Ｇを含んで構成されるベースプレート１２は、全体として、セラミック基板１１よりも大径の円板形状を有する。
　冷却部材１２８は、第４面１２２を有する。冷却部材１２８は、たとえば金属製であってもよい。冷却部材１２８を形成する金属材料としては、たとえば、アルミニウムやステンレス鋼、チタン、ＡｌＳｉＣなどのアルミニウム基複合材料を用いることができる。金属製の冷却部材１２８は、発熱抵抗体１１３によって加熱されたセラミック基板１１を冷却することができる。冷却部材１２８は、冷却水や冷却ガスなどの冷却媒体を流通させる内部流路を有していてもよい。また、冷却部材１２８は、プラズマ発生用の高周波電力が印加される高周波電極として用いられてもよい。
　耐熱部材１２９は、第３面１２１を有し、セラミック基板１１と冷却部材１２８との間に位置する。耐熱部材１２９は、熱伝導率が比較的低い材料で形成される。また、耐熱部材１２９は、ベースプレート１２よりも熱伝導率が小さい。耐熱部材１２９を形成する材料としては、たとえばコージライトまたはガラス等を用いることができる。
　接着剤Ｇは、冷却部材１２８と耐熱部材１２９との間に位置し、冷却部材１２８と耐熱部材１２９とを接合する。
　このように、冷却部材１２８とセラミック基板１１との間に耐熱部材１２９を設けることで、ベースプレート１２を介したセラミック基板１１から第２封止部材１５への熱伝導を低減することができる。
　なお、接着剤Ｇとセラミック基板１１との間には耐熱部材１２９が介在しているため、従来技術のようにセラミック基板とベースプレートとの間に接着剤を設ける場合と比較して、セラミック基板１１の発熱による接着剤Ｇへの影響は少ない。このため、従来の試料保持具と比較して高温環境下での使用に耐えることができる。
（第１０実施形態）
　図１７は、第１０実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。図１７に示すように、冷却部材１２８と耐熱部材１２９とを接合する接着剤Ｇは、冷却部材１２８と耐熱部材１２９との間だけでなく、さらに、貫通孔１２３における冷却部材１２８と筒状部材１３との間にも位置し、冷却部材１２８と筒状部材１３とを接合してもよい。冷却部材１２８と筒状部材１３との間に位置する接着剤Ｇは、「封止部材」の一例に相当する。
　かかる構成とすることにより、ベースプレート１２と筒状部材１３との隙間をより確実に封止することができる。
（第１１実施形態）
　図１８は、第１１実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。図１８に示すように、接着剤Ｇは、さらに、貫通孔１２３における耐熱部材１２９と筒状部材１３との間にも位置し、耐熱部材１２９と筒状部材１３とを接合してもよい。
　かかる構成とすることにより、ベースプレート１２と筒状部材１３との隙間をさらに確実に封止することができる。
（第１２実施形態）
　図１９は、第１２実施形態に係る試料保持具１の構成例を示す模式的な断面図である。図１９に示すように、耐熱部材１２９は、セラミック基板１１側の表面である第３面１２１に、セラミック基板１１と接触する複数の凸部１８（第３凸部の一例に相当）及び各凸部１８の周囲に位置する空間１９を有していてもよい。複数の凸部１８及び空間１９は、例えば、耐熱部材１２９の第３面１２１にブラスト加工を施すことで形成することができる。
　耐熱部材１２９が複数の凸部１８及び空間１９を有することにより、耐熱部材１２９とセラミック基板１１との間の接触面積を小さくすることができる。これにより、耐熱部材１２９に対してセラミック基板１１が滑りやすくなり、熱サイクルに伴う耐熱部材１２９及びセラミック基板１１の膨張・収縮差により発生する応力を緩和することができる。
　空間１９は、各凸部１８の周囲であって、セラミック基板１１と耐熱部材１２９との間に位置している。空間１９は、各凸部１８の高さに対応する深さを有する。かかる空間１９には、例えばヘリウムなどの伝熱ガスが導入されてもよい。つまり、空間１９は、伝熱ガスの流路であってもよい。空間１９に伝熱ガスが導入されることにより、セラミック基板１１の第２面１１２に伝熱ガスを送り込むことができ、空間１９を介した耐熱部材１２９とセラミック基板１１との間の熱伝達性が向上する。
　各凸部１８における側面は、セラミック基板１１に向かって幅が狭くなるテーパ状であってもよい。言い換えると、各凸部１８は、各凸部１８の頂部に近づくほど幅が狭くなるテーパ状に形成されてもよい。各凸部１８がテーパ状に形成されることにより、各凸部１８のセラミック基板１１と接触する端面の表面積を小さくすることができ、耐熱部材１２９とセラミック基板１１との間の接触面積を小さくすることができる。これにより、耐熱部材１２９に対してセラミック基板１１がより滑りやすくなり、熱サイクルに伴う耐熱部材１２９及びセラミック基板１１の膨張・収縮差により発生する応力をより緩和することができる。
　また、各凸部１８のセラミック基板１１と接触する端面の表面粗さＲａは、空間１９の底面の表面粗さＲａよりも小さくてもよい。これにより、各凸部１８の端面とセラミック基板１１とを面内方向に均一に接触させることができ、セラミック基板１１から複数の凸部１８への熱伝達を均等化することができる。また、各凸部１８のセラミック基板１１と接触する端面の表面粗さＲａが小さいと、耐熱部材１２９に対してセラミック基板１１がより滑りやすくなり、熱サイクルに伴う耐熱部材１２９及びセラミック基板１１の膨張・収縮差により発生する応力をより緩和することができる。また、空間１９の底面の表面粗さＲａが大きいと、空間１９の底面の表面積を大きくすることができる。これにより、例えば、空間１９に伝熱ガスが導入される場合、伝熱ガスと耐熱部材１２９との間の熱交換を促進することができる。
　上述してきたように、実施形態に係る試料保持具（一例として、試料保持具１）は、セラミック基板（一例として、セラミック基板１１）と、ベースプレート（一例として、ベースプレート１２）と、筒状部材（一例として、筒状部材１３）とを備える。セラミック基板は、試料保持面である第１面（一例として、第１面１１１）と、第１面の反対に位置する第２面（一例として、第２面１１２）とを有する。ベースプレートは、セラミック基板の第２面に位置し、第２面との対向面である第３面（一例として、第３面１２１）と、第３面の反対に位置する第４面（一例として、第４面１２２）と、第３面および第４面を貫通する貫通孔（一例として、貫通孔１２３）とを有する。筒状部材は、貫通孔に位置しているとともに第２面に接合される。実施形態に係る試料保持具は、貫通孔の内周面（一例として、内周面１２５）と筒状部材の外周面（一例として、外周面１３３）との間に封止部材（一例として、第２封止部材１５、接着剤Ｇ）を有する。
　したがって、実施形態に係る試料保持具によれば、高温環境下におけるシール性を確保することが容易である。
　添付の請求項に係る技術を完全かつ明瞭に開示するために特徴的な実施形態に関し記載してきた。しかし、添付の請求項は、上記の実施形態に限定されるべきものでなく、本明細書に示した基礎的事項の範囲内で当該技術分野の当業者が創作しうるすべての変形例及び代替可能な構成により具現化されるべきである。
　１　試料保持具
　２　処理容器
　３　第１封止部材
　４　排気機構
　１１　セラミック基板
　１２　ベースプレート
　１３　筒状部材
　１４　固定部
　１５　第２封止部材
　１６　端子
　１７　環状部材
　２１　開口
　４１　排気管
　１００　半導体製造装置
　１１３　発熱抵抗体
　１１４　凹部
　１１５　接合部材
　１２３　貫通孔
　１２４　挿通孔
　１２５　内周面
　１２６　座繰部
　１２６ａ　側面
　１２６ｂ　段差面
　１２７　凸部
　１２８　冷却部材
　１２９　耐熱部材
　１３３　外周面
　１３４　一端部
　１３５ａ　角部
　１３５ｂ　隅部
　１３６　溝部
　１３７　凸部
　Ｇ　接着剤

Claims (17)

  1. 　セラミック基板と、
    　ベースプレートと、
    　筒状部材と、を備え、
    　前記セラミック基板は、試料保持面である第１面と、前記第１面の反対に位置する第２面とを有し、
    　前記ベースプレートは、前記セラミック基板の前記第２面に位置し、前記第２面との対向面である第３面と、前記第３面の反対に位置する第４面と、前記第３面および前記第４面を貫通する貫通孔とを有し、
    　前記筒状部材は、前記貫通孔に位置しているとともに前記第２面に接合され、
    　前記貫通孔の内周面と前記筒状部材の外周面との間に封止部材を有する、試料保持具。
  2. 　前記封止部材は、前記ベースプレートの厚み方向における中央よりも前記第４面側に位置する、請求項１に記載の試料保持具。
  3. 　前記筒状部材の熱膨張係数は、前記セラミック基板の熱膨張係数よりも小さい、請求項１または２に記載の試料保持具。
  4. 　前記筒状部材は、前記第２面との接合面である第５面の面積が、前記第５面の反対に位置する第６面の面積よりも大きい、請求項１～３のいずれか一つに記載の試料保持具。
  5. 　前記筒状部材は、前記第５面を有する一端部がフランジ形状を有する、請求項４に記載の試料保持具。
  6. 　前記一端部は、角部または隅部が湾曲している、請求項５に記載の試料保持具。
  7. 　前記筒状部材は、前記第５面に溝部を有している、請求項４～６のいずれか一つに記載の試料保持具。
  8. 　前記ベースプレートは、前記貫通孔における前記第４面側の開口部に、前記ベースプレートの厚み方向に窪んだ座繰部を有し、
    　前記封止部材は、前記座繰部に位置する、請求項１～７のいずれか一つに記載の試料保持具。
  9. 　前記ベースプレートは、前記貫通孔の中途部に、前記貫通孔の内方に向かって突出した第１凸部を有する、請求項１～７のいずれか一つに記載の試料保持具。
  10. 　前記筒状部材は、前記ベースプレートの厚み方向における中途部に、前記ベースプレートに向かって突出した第２凸部を有する、請求項１～７のいずれか一つに記載の試料保持具。
  11. 　前記筒状部材と前記ベースプレートとの間に位置する環状部材
    　を有し、
    　前記封止部材は、前記ベースプレート、前記筒状部材および前記環状部材で囲まれる領域に位置する、請求項１～１０のいずれか一つに記載の試料保持具。
  12. 　前記ベースプレートは、
    　耐熱部材と、冷却部材と、前記耐熱部材と前記冷却部材とを接合する接着剤とを備え、　前記耐熱部材が前記第３面を有し、前記冷却部材が前記第４面を有する、請求項１～１１のいずれか一つに記載の試料保持具。
  13. 　前記接着剤は、さらに前記貫通孔における前記冷却部材と前記筒状部材との間にも位置し、前記冷却部材と前記筒状部材とを接合する、請求項１２に記載の試料保持具。
  14. 　前記接着剤は、さらに前記貫通孔における前記耐熱部材と前記筒状部材との間にも位置し、前記耐熱部材と前記筒状部材とを接合する、請求項１２または１３に記載の試料保持具。
  15. 　前記耐熱部材は、前記セラミック基板と接触する複数の第３凸部及び前記第３凸部の周囲に位置する空間を有する、請求項１２～１４のいずれか一つに記載の試料保持具。
  16. 　前記第３凸部における側面は、前記セラミック基板に向かって幅が狭くなるテーパ形状である、請求項１５に記載の試料保持具。
  17. 　前記第３凸部の前記セラミック基板と接触する端面の表面粗さは、前記空間の底面の粗さよりも小さい、請求項１５または１６に記載の試料保持具。
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