特許 6591922 試料保持具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6591922

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】試料保持具

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20191007BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 N

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-64958(P2016-64958)

(22)【出願日】2016年3月29日

(65)【公開番号】特開2017-183368(P2017-183368A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年10月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】山口 美紀

【審査官】 山口 大志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−２７０４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１０９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７５５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２４１１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックスからなり主面に試料保持面を有するセラミック積層体と、該セラミック積層体の別々の層間にそれぞれ設けられた同様の形状を有する複数の発熱抵抗体と、前記セラミック積層体中に積層方向に伸びるように設けられた複数の接続導体とを備えており、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれは、仮想円上にｘ°（ｘ＝１８０／ｎ）（ｎは１以上の自然数）ずつ間隔を空けて配置された幅広部を具備する点対称形状の環状パターンを有するとともに、
前記複数の発熱抵抗体は、同一中心に対してｘ°ずつ回転させて２ｎ箇所の層間に１つずつ設けられており、
前記幅広部のうち前記仮想円上で対向する２箇所に前記接続導体が接続されていることによって、前記複数の発熱抵抗体のうち隣り合うもの同士が接続されており、
前記接続導体が前記積層方向に伸びる複数のビアから成り、
前記接続導体の少なくとも２つが前記幅広部を挟んで連続しているとともに、前記幅広部を挟む前記接続導体の前記複数のビアが、前記積層方向に重ならないように位置していることを特徴とする試料保持具。

【請求項2】

前記複数の発熱抵抗体が、積層順にｘ°ずつ回転させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の試料保持具であって、前記セラミック積層体の一方の主面に前記試料保持面を有するとともに、他方の主面に金属部材が設けられた試料保持具と、貫通孔を有する筐体とを備えており、前記セラミック積層体および前記金属部材が前記貫通孔を塞ぐように前記筐体に取り付けられていることを特徴とする試料処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体集積回路の製造工程または液晶表示装置の製造工程等において、半導体ウエハ等の各試料を保持するために用いられる、試料保持具に関するものである。

【背景技術】

【0002】

試料保持具として、例えば、特許文献１に開示されたウエハ保持装置が知られている。特許文献１に開示されたウエハ保持装置においては、セラミック基体の内部にほぼ同一パターン形状を有する抵抗発熱体が少なくとも２つ以上埋設されている。各抵抗発熱体は、位置をずらして配置されている。これにより、抵抗発熱体の厚みバラツキによる発熱ムラが低減されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−２７０４５４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

抵抗発熱体の厚みバラツキによる発熱ムラをさらに低減することを目的として、抵抗発熱体の数を増やすことが考えられる。このとき、抵抗発熱体の数が増加するに従って、抵抗発熱体に電力を供給するための端子の数が増加する。端子はセラミック体に設けられることから、この端子の数が増加するに従って、端子からの熱引きの影響が大きくなるおそれがあった。その結果、試料保持具の均熱性を更に高めることが困難であった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の試料保持具は、セラミックスからなり上面に試料保持面を有するセラミック積層体と、該セラミック積層体の別々の層間にそれぞれ設けられた同様の形状を有する複数の発熱抵抗体と、前記セラミック積層体中に積層方向に伸びるように設けられた複数の接続導体とを備えており、前記複数の発熱抵抗体のそれぞれは、仮想円上にｘ°（ｘ＝１８
０／ｎ）（ｎは１以上の自然数）ずつ間隔を空けて配置された幅広部を具備する点対称形状の環状パターンを有するとともに、前記複数の発熱抵抗体は、同一中心に対してｘ°ずつ回転させて２ｎ箇所の層間に１つずつ設けられており、前記幅広部のうち前記仮想円上で対向する２箇所に前記接続導体が接続されていることによって、前記複数の発熱抵抗体のうち隣り合うもの同士が接続されており、前記接続導体が前記積層方向に伸びる複数のビアから成り、前記接続導体の少なくとも２つが前記幅広部を挟んで連続しているとともに、前記幅広部を挟む前記接続導体の前記複数のビアが、前記積層方向に重ならないように位置していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明の試料保持具は、複数の発熱抵抗体のそれぞれは、仮想円上にｘ°（ｘ＝１８０／ｎ）（ｎは１以上の自然数）ずつ間隔を空けて配置された幅広部を具備する点対称形状の環状パターンを有するとともに、複数の発熱抵抗体は、同一中心に対してｘ°ずつ回転させて２ｎ箇所の層間に１つずつ設けられており、幅広部のうち仮想円上で対向する２箇所に接続導体が接続されていることによって、複数の発熱抵抗体のうち隣り合うもの同士が接続されている。これにより、発熱抵抗体が接続導体によって並列に接続された状態になることから、発熱抵抗体に電力を供給するための端子の数の増加を低減できる。これにより、端子からの熱引きの影響を低減することができる。その結果、試料保持具の均熱性を更に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】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概略断面図である。

【図2】図１に示す試料保持具の縦断面図である。

【図3】試料保持具内における発熱抵抗体の接続関係を示す概略斜視図である。

【図4】試料保持具内における発熱抵抗体の接続関係の別の例を示す概略斜視図である。

【図5】（ａ）発熱抵抗体のパターンの形状を示す横断面図である。（ｂ）（ａ）で示した発熱抵抗体の上面を示す拡大図である。（ｃ）（ａ）で示した発熱抵抗体の下面を示す拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明の一実施形態の試料保持具１０およびこれを備えた試料処理装置１００について詳細に説明する。

【0009】

図１に示すように、試料処理装置１００は、筐体５と筐体５の内部に設けられた試料保持具１０とを備えている。試料処理装置１００は、例えば、半導体製造装置として用いられる。この場合には、筐体５はいわゆるチャンバーとして用いられ、試料保持具１０には、例えば、シリコンウエハ等が保持される。

【0010】

筐体５は、下側に開口する貫通孔５０を有しており、この貫通孔５０を塞ぐように試料保持具１０が取り付けられている。具体的には、試料保持具１０のうち金属部材４が筐体５の貫通孔５０を囲んでいるとともに、金属部材４とセラミック積層体１とによって貫通孔５０を塞いでいる。金属部材４は、筐体５に接合されるとともに、セラミック積層体１の試料保持面１１が露出する筐体５内の空間を筐体５およびセラミック積層体１と共に封止している。

【0011】

図２に示すように、試料保持具１０は、一方の主面に試料保持面１１を有するセラミック積層体１と、セラミック積層体１の層間に設けられた複数の発熱抵抗体２とを備えている。試料保持具１０は、セラミック積層体１の他方の主面に設けられた金属部材４をさらに備えている。また、図２には示していないが、試料保持具１０は、隣り合う発熱抵抗体２を接続する接続導体３を備えている。

【0012】

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

【0013】

セラミック積層体１は、例えば、窒化アルミニウム等のセラミック材料から成る。セラミック積層体１は、例えば、複数のグリーンシートを積層して、これを窒素雰囲気中で焼成することによって得ることができる。セラミック積層体１の内部には発熱抵抗体２および接続導体３が設けられている。また、必要に応じて、セラミック積層体１の内部に、静電吸着用電極６が設けられていてもよい。このような構成にするためには、上述した焼成前の複数のグリーンシートのうち所望のグリーンシートにスクリーン印刷法等を用いて、焼成後に発熱抵抗体２または静電吸着用電極６と成るパターンを印刷しておけばよい。また、接続導体３については、例えば、グリーンシートを貫通するようにビアホール導体を設けることによって形成してもよい。

【0014】

セラミック積層体１の寸法は、例えば、主面の直径を３０〜５００ｍｍ程度に、厚みを５〜２５ｍｍ程度に設定できる。

【0015】

金属部材４は、セラミック積層体１を保持するための部材である。図２に示すように、金属部材４は、セラミック積層体１の他方の主面に設けられた鍔部４１および鍔部４１か
らセラミック積層体１から離れるように伸びる筒部４２を有する。鍔部４１はセラミック積層体１の他方の主面に接合されている。鍔部４１および筒部４２は一体的に形成することができる。鍔部４１および筒部４２は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ等の耐熱性および生産性に優れた金属材料から成る。

【0016】

金属部材４において、鍔部４１は、セラミック積層体１の他方の主面に接合される部位である。鍔部４１は、環状の部位であって、セラミック積層体１の他方の主面に設けられている。より詳しくは、鍔部４１は円環状の部位である。鍔部４１の寸法は、例えば、内径を２０〜４５０ｍｍ程度に、円環の幅を２〜２０ｍｍ程度に設定できる。鍔部４１と筒部４２の厚みは、例えば、０．２〜２ｍｍに設定できる。なお、鍔部４１の内径は、セラミック積層体１の他方の主面に配置される各種の端子（図示せず）の配置および試料処理装置１００の内部にガスを導入するためにセラミック積層体１に設けられるガス供給孔（図示せず）等の配置等を踏まえて設定される。また、鍔部４１の円環の幅は、セラミック積層体１と金属部材４との接合強度を十分に確保できるように設定される。

【0017】

鍔部４１とセラミック積層体１とはろう材によって接合されている。ろう材としては、例えば、銀ろう、または、銀銅ろうを用いることができる。鍔部４１とセラミック積層体１との接合をより良好に行なうために、セラミック積層体１の他方の主面にはメタライズ層（図示せず）が設けられている。メタライズ層は、鍔部４１の形状に対応して設けられている。具体的には、円環状の鍔部４１に対応するように、メタライズ層も円環状である。メタライズ層としては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金等を用いることができる。

【0018】

発熱抵抗体２は、セラミック積層体１の試料保持面１１に保持された試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体２は、セラミック積層体１の別々の層間に複数設けられている。発熱抵抗体２に電圧を印加することによって、発熱抵抗体２を発熱させることができる。発熱抵抗体２で発せられた熱は、セラミック積層体１の内部を伝わって、セラミック積層体１の主面（図２における上面）における試料保持面１１に到達する。これにより、試料保持面１１に保持された試料を加熱することができる。発熱抵抗体２は、複数の折り返し部を有する線状のパターンであって、セラミック積層体１の層間のほぼ全面に形成されている。具体的には、同心円状に配列された複数の折り返し部を有する線状パターンがセラミック積層体１の１つの層間のほぼ全体に形成されている。発熱抵抗体２は、発熱密度が一定となるように形成されている。これにより、試料保持具１０の上面において熱分布にばらつきが生じることを抑制できる。

【0019】

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

【0020】

図２、３に示すように、本実施形態の試料保持具１０は、セラミックスからなり上面に試料保持面１１を有するセラミック積層体１と、セラミック積層体１の別々の層間にそれぞれ設けられた同様の形状を有する複数の発熱抵抗体２と、セラミック積層体１中に積層方向に伸びるように設けられた複数の接続導体３とを備えている。

【0021】

複数の発熱抵抗体２のそれぞれは、仮想円上にｘ°（ｘ＝１８０／ｎ）（ｎは１以上の自然数）ずつ間隔を空けて配置された幅広部２１を具備する点対称形状の環状パターンを有している。複数の発熱抵抗体２は、同一中心に対してｘ°ずつ回転させて２ｎ箇所の層間に１つずつ設けられている。

【0022】

一般的に、発熱抵抗体２を例えば印刷で形成する場合に、厚みを均等にしようとしても
、印刷条件および装置環境に依存して、特定の部位が厚くなったり、薄くなったりする傾向にある。そのため、発熱抵抗体２の厚みにバラツキが生じてしまい、発熱の分布にムラが生じてしまうおそれがある。この傾向は、上述したとおり印刷条件および装置環境に依存するものであるため、ランダムに生じるわけではなく一定の再現性をもって生じる。

【0023】

本実施形態の試料保持具１０のように、同様の形状を有する発熱抵抗体２をｘ°ずつずらして（回転させて）配置することによって、１つ１つの発熱抵抗体２の発熱の分布にムラがあったとしても、このムラを平面方向で見たときに、周方向に均等に分布させることができる。その結果、複数の発熱抵抗体２の全体で見たときの発熱の分布のムラを低減することができる。

【0024】

ここで、幅広部２１がｘ°ずつずらして配置されているとともに、複数の発熱抵抗体２がｘ°ずつずらして配置されていることによって、隣り合う発熱抵抗体２の幅広部２１同士は、セラミック積層体１の積層方向に重なるように位置することになる。

【0025】

さらに、ｘ＝１８０／ｎであることによって、幅広部２１が仮想上で対向する２箇所に存在することになる。そして、発熱抵抗体２が点対称形状の環状パターンであることから、２箇所の幅広部２１のそれぞれに接続導体３を接続したときに、１つの発熱抵抗体２における発熱量を一定にすることができる。具体的には、発熱抵抗体２のうち２箇所の幅広部２１にそれぞれ接続導体３を接続したときには、２つの接続導体３の間には２つの電流経路が存在することになる。例えば、図３に示す発熱抵抗体２においては、接続導体３が接続された幅広部２１から、時計回りに進む電流と、半時計周りに進む電流とが生じることになる。このとき、発熱抵抗体２が点対称の形状であることによって、時計回りに進む場合の抵抗と半時計周りに進む抵抗とを等しくすることができる。そのため、時計回りに進む電流量と半時計周りに進む電流量を等しくできる。これらの結果、１つの発熱抵抗体２における発熱量に偏りが生じることを低減できる。

【0026】

このような、発熱抵抗体２をｘ°ずつずらして複数設けるとともに、幅広部２１のうち仮想円上で対向する２箇所に接続導体３が接続されていることによって、複数の発熱抵抗体２のうち隣り合うもの同士が接続されている。

【0027】

これにより、発熱抵抗体２が接続導体３によって並列に接続された状態になることから、発熱抵抗体２に電力を供給するための端子の数の増加を低減できる。これにより、端子からの熱引きの影響を低減することができる。その結果、試料保持具１０の均熱性を更に向上できる。

【0028】

図３においては、ｎ＝２の場合を示している。すなわち、ｘ＝９０であるとともに、４箇所の層間に発熱抵抗体２が設けられている。図３に示す、複数の発熱抵抗体２は、上側から１層目を基準として、時計回りに、２層目が１層目を９０°ずらして配置されており、３層目が１層目を１８０°ずらして配置されており、４層目が１層目を２７０°ずらして配置されている。言い換えると、１層目から見て２層目は９０°ずらして、２層目から３層目も９０°ずらして、３層目から４層目も９０°ずらして配置されている。

【0029】

そして、１層目と２層目とが接続導体３で接続されるとともに、３層目と４層目とが接続導体３で接続されている。発熱抵抗体２が４つの層に設けられているが、１層目と２層目および３層目と４層目とが接続されていることによって、発熱抵抗体２に接続される端子の数を少なくすることができる。これにより、端子からの熱引きの影響を低減できる。

【0030】

なお、ここでいう環状パターンとは、それぞれの発熱抵抗体２のパターンが一回りしていることを意味している。そのため、発熱抵抗体２の形状を限定するものではない。具体
的には、発熱抵抗体２は、円状であってもよいし、四角状であってもよい。

【0031】

また、図３に示すように、試料保持具１０は、複数の発熱抵抗体２が、積層順にｘ°ずつ回転させて配置されていてもよい。これにより、仮に発熱抵抗体２に厚みのバラツキが生じたとしても、厚い箇所と薄い箇所を徐々にずらしながら配置することができるので、試料保持具１０を全体としてみたときに、歪が生じてしまうおそれを低減できる。

【0032】

また、図４に示すように、接続導体３が幅広部２１を挟んで連続していてもよい。これにより、少なくとも３つの発熱抵抗体２を接続導体３で接続することができるので、発熱抵抗体２に接続される端子の数をさらに少なくできる。その結果、端子からの熱引きの影響を低減できる。

【0033】

次に接続導体３について説明する。１つの接続導体３は、例えば、セラミック積層体１の積層方向に伸びる複数のビア３１（ビアホール導体）から成る。具体的には、図５に示すように、１つの接続導体３は例えば４つのビア３１から成る。なお、図５の（ｂ）および（ｃ）は、発熱抵抗体２の上面および下面を示す図であるため、厳密にはビア３１は見えないはずであるが、理解を助けることを目的として、発熱抵抗体２における接続導体３（複数のビア３１）との接続部分を「ビア３１」として示している。

【0034】

１つの接続導体３が複数のビア３１から成ることによって、仮に、ビア３１のうちの１つに導通不良が生じたとしても、他のビア３１で導通を確保できる。その結果、試料保持具１０の信頼性を向上できる。加えて、複数のビア３１で導通を確保していることによって、１つ１つのビア３１を細くすることができる。その結果、ビア３１の熱膨張によるセラミック積層体１への熱応力の発生を低減できる。

【0035】

また、接続導体３の少なくとも２つが幅広部２１を挟んで連続しているとともに、幅広部２１を挟む接続導体３の複数のビア３１が、セラミック積層体１の積層方向に重ならないように位置していてもよい。ヒートサイクル下において、幅広部２１にクラックが生じるおそれを低減できる。

【0036】

具体的には、ビア３１がセラミック積層体１の積層方向に熱膨張したときに、ビア３１が幅広部２１を押すことによって幅広部２１に熱応力が生じる。このとき、ビア３１がセラミック積層体１の積層方向に重なるように位置していると、ビア３１に挟まれた幅広部２１に両方のビア３１から押されることによって幅広部２１に生じる熱応力が大きくなり、クラックが生じるおそれがある。そこで、セラミック積層体１の積層方向に重ならないようにビア３１を位置させておくことによって、接続導体３により３つ以上の発熱抵抗体２を接続しつつも、幅広部２１にクラックが生じるおそれを低減できる。

【0037】

例えば、図５に示すように、幅広部２１の上側に位置する接続導体３における４つのビア３１が、４つのビア３１の中心から見て、上下左右に配置されている。また、幅広部２１の下側に位置する接続導体３における４つのビア３１が、４つのビア３１の中心から見て、右上、右下、左下、左上に配置されている。言い換えると、４つのビア３１の位置関係が、幅広部２１の上側と下側とで４５°ずらして（回転させて）配置されている。このように、ビア３１がセラミック積層体１の積層方向に重ならないように位置していることによって、熱応力を低減することができる。また、複数のビア３１を円周上に等間隔に配置するとともに、幅広部２１の上側と下側とで同じ円周上にずらして配置することによって、熱応力が偏って発生することを低減できる。

【符号の説明】

【0038】

１：セラミック積層体
２：発熱抵抗体
２１：幅広部
３：接続導体
３１：ビア
４：金属部材
５：筐体
１０：試料保持具
１００：試料処理装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】