特開 2024-47964 試料保持具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024047964

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】試料保持具

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240401BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20240401BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H02N13/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022153755

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平山 喜基

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131BA19

5F131CA02

5F131CA07

5F131CA09

5F131CA15

5F131CA68

5F131DA33

5F131DA42

5F131EA03

5F131EB11

5F131EB12

5F131EB26

5F131EB54

5F131EB78

5F131EB79

5F131EB81

5F131EB82

(57)【要約】

【課題】試料保持面の変形を低減しつつ高温環境下での使用に耐え得る試料保持具を提供する。
【解決手段】実施形態の一態様による試料保持具は、セラミック体と、耐熱部材と、接合材と、冷却部材とを備える。セラミック体、耐熱部材、接合材および冷却部材は、セラミック体から耐熱部材、接合材および冷却部材の順に位置する。セラミック体は、試料保持面である第１面と第１面と反対に位置する第２面とを有し、且つ、内部に第１電極および第２電極を有する。第１面、第１電極、第２電極および第２面は、第１面から第１電極、第２電極および第２面の順に位置する。耐熱部材は、セラミック体よりも熱伝導率が小さい。耐熱部材と冷却部材とは、接合材によって固定される。耐熱部材は、第２電極によりセラミック体に吸着される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック体と、
耐熱部材と、
接合材と、
冷却部材と、を備え、
前記セラミック体、前記耐熱部材、前記接合材および前記冷却部材は、前記セラミック体から前記耐熱部材、前記接合材および前記冷却部材の順に位置し、
前記セラミック体は、試料保持面である第１面と該第１面と反対に位置する第２面とを有し、且つ、内部に第１電極および第２電極を有し、
前記第１面、前記第１電極、前記第２電極および前記第２面は、前記第１面から前記第１電極、前記第２電極および前記第２面の順に位置し、
前記耐熱部材は、前記セラミック体よりも熱伝導率が小さく、
前記耐熱部材と前記冷却部材とは、前記接合材によって固定され、
前記耐熱部材は、前記第２電極により前記セラミック体に吸着される、試料保持具。

【請求項2】

前記耐熱部材は、絶縁体である、請求項１に記載の試料保持具。

【請求項3】

前記耐熱部材は、少なくとも前記第２面と対向する面に導電性膜を有する、請求項２に記載の試料保持具。

【請求項4】

前記耐熱部材は、少なくとも前記第２面と対向する面に、前記耐熱部材よりも硬度が高い高硬度膜を有する、請求項２に記載の試料保持具。

【請求項5】

前記耐熱部材は、少なくとも前記第２面と対向する面に、前記耐熱部材よりも摩擦係数が小さい低摩擦膜を有する、請求項２に記載の試料保持具。

【請求項6】

前記耐熱部材は、前記第２面と対向する面に、前記第２面と接触する複数の凸部を有する、請求項１～５のいずれか一つに記載の試料保持具。

【請求項7】

前記セラミック体は、前記第２面に、前記耐熱部材と接触する複数の凸部を有する、請求項１～５のいずれか一つに記載の試料保持具。

【請求項8】

前記セラミック体は、内部に第３電極と内部流路とを有し、
前記第１面、前記第１電極、前記第２電極、前記第２面、前記第３電極および前記内部流路は、前記第１面から前記第１電極、前記第３電極、前記内部流路、前記第２電極および前記第２面の順に位置する、請求項１～５のいずれか一つに記載の試料保持具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、試料保持具に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理される半導体ウエハなどの試料を保持する試料保持具がある。かかる試料保持具は、試料保持面を有するセラミック体と金属製の冷却部材とを樹脂製接着剤により接合して構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１５２１３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態の一態様は、試料保持面の変形を低減しつつ高温環境下での使用に耐え得る試料保持具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の一態様による試料保持具は、セラミック体と、耐熱部材と、接合材と、冷却部材とを備える。セラミック体、耐熱部材、接合材および冷却部材は、セラミック体から耐熱部材、接合材および冷却部材の順に位置する。セラミック体は、試料保持面である第１面と第１面と反対に位置する第２面とを有し、且つ、内部に第１電極および第２電極を有する。第１面、第１電極、第２電極および第２面は、第１面から第１電極、第２電極および第２面の順に位置する。耐熱部材は、セラミック体よりも熱伝導率が小さい。耐熱部材と冷却部材とは、接合材によって固定される。耐熱部材は、第２電極によりセラミック体に吸着される。

【発明の効果】

【0006】

実施形態の一態様によれば、試料保持面の変形を低減しつつ高温環境下での使用に耐え得る試料保持具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る第１電極の構成の一例を示す模式的な断面図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る第２電極の構成の一例を示す模式的な断面図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。

【図6】図６は、第３実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。

【図7】図７は、第４実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。

【図8】図８は、第５実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。

【図9】図９は、第６実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。

【図10】図１０は、第６実施形態に係る耐熱部材の構成を模式的に示す平面図である。

【図11】図１１は、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線矢視における模式的な断面図である。

【図12】図１２は、第６実施形態に係る凸部の構成の一例を示す模式的な斜視図である。

【図13】図１３は、第６実施形態に係る凸部の構成の他の一例を示す模式的な斜視図である。

【図14】図１４は、第７実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。

【図15】図１５は、第７実施形態に係るセラミック体の構成を模式的に示す底面図である。

【図16】図１６は、第８実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して、本願の開示する試料保持具の実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0009】

また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、たとえば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。

【0010】

近年、試料保持具の使用温度は高くなる傾向にあり、耐熱温度が比較的低い樹脂製接着剤の使用が困難となりつつある。そこで、樹脂製接着剤を使用しない構造が提案されている。たとえば、特開２０１３－２３２６４２号公報には、セラミック体と冷却部材とを外周部において機械的に固定した試料保持具が開示されている。また、特開平９－１６２２７２号公報には、セラミック体の内部に電極を設けて、セラミック体と冷却部材とを静電吸着により固定した試料保持具が開示されている。

【0011】

しかしながら、セラミック体の外周部を機械的に固定する方式では、セラミック体が熱変形した際にセラミック体の中央部が冷却部材から浮くおそれがある。この場合、試料保持面の面内における温度均一性が低下するおそれがある。また、試料保持面の平坦度が低下することで試料が試料保持面から剥がれやすくなったり、試料の加工精度が低下したりするおそれがある。また、セラミック体と冷却部材とを静電吸着により固定する方式では、セラミック体と冷却部材とが直接接していることから、これらを樹脂製接着剤で接合する方式と比較して、セラミック体の熱が冷却部材に伝わりやすい。このため、冷却部材が熱変形しやすく、冷却部材の変形に伴ってセラミック体も変形することで、セラミック体の平坦度が低下するおそれがある。その結果、上述したように試料が試料保持面から剥がれやすくなったり、試料の加工精度が低下したりするおそれがある。

【0012】

そこで、試料保持面の変形を低減しつつ高温環境下での使用に耐え得る試料保持具の提供が期待されている。

【0013】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。

【0014】

図１及び図２に示すように、試料保持具１００は、セラミック体１０と、冷却部材２０と、耐熱部材３０と、接合材５０とを備える。セラミック体１０、耐熱部材３０、接合材５０および冷却部材２０は、セラミック体１０から耐熱部材３０、接合材５０および冷却部材２０の順に位置している。

【0015】

セラミック体１０は、セラミックを含有する原料を略円板状に成形して焼成した部材である。セラミック体１０は、静電力を利用して例えば半導体ウエハなどの試料を吸着及び保持する。セラミック体１０は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）などを主成分として含んでいる。

【0016】

セラミック体１０は、第１面１０ａ及び当該第１面１０ａとは反対側に位置する第２面１０ｂを有する。半導体ウエハなどの試料は、第１面１０ａに保持される。すなわち、第１面１０ａは、試料を保持する試料保持面となる。

【0017】

セラミック体１０の内部には、静電吸着用電極である２つの第１電極１１，１１が位置している。図３は、第１実施形態に係る第１電極１１，１１の構成の一例を示す模式的な断面図である。図３に示すように、第１電極１１は、平面視において半円形状を有する。ここでは、セラミック体１０が所謂双極タイプの静電チャックである場合の例を示しているが、セラミック体１０は単極タイプの静電チャックであってもよい。この場合、セラミック体１０は、１つの第１電極１１を有していればよい。

【0018】

第１電極１１，１１は、第１面１０ａに載置された試料の吸着保持に用いられる。具体的には、第１電極１１，１１は、一方の第１電極１１に正の電圧が印加され、他方の第１電極１１に負の電圧が印加されることにより、導体または半導体との間にクーロン力またはジョンソン・ラーベック力を発生させる。これにより、第１電極１１，１１は、導体または半導体である試料を吸着保持することができる。

【0019】

また、セラミック体１０の内部には、静電吸着用電極である２つの第２電極１２，１２が位置している。図４は、第１実施形態に係る第２電極１２，１２の構成の一例を示す模式的な断面図である。図４に示すように、第２電極１２，１２は、例えば、一方の第２電極１２と他方の第２電極１２とが交互に細かく配置された櫛歯状の電極である。かかる形状を有する第２電極１２，１２は、一方の第２電極１２に正の電圧が印加され、他方の第２電極１２に負の電圧が印加されることにより生じるグラディエント力により、導体および半導体だけでなく、絶縁体も吸着保持することができる。第２電極１２，１２は、後述する耐熱部材３０の吸着保持に用いられる。

【0020】

セラミック体１０において、第１面１０ａ、第１電極１１，１１、第２電極１２，１２および第２面１０ｂは、第１面１０ａから第１電極１１，１１、第２電極１２，１２および第２面１０ｂの順に位置している。

【0021】

冷却部材２０は、セラミック体１０の第２面１０ｂ側に位置する。言い換えれば、冷却部材２０は、耐熱部材３０を挟んでセラミック体１０とは反対側に位置している。冷却部材２０は、例えば略円柱状の部材である。冷却部材２０の材料は、例えば、アルミニウムやチタン、ステンレス鋼などの金属または炭化ケイ素等のセラミックスとアルミニウム等の金属との複合材であってもよい。冷却部材２０が金属およびセラミックスと金属との複合材である場合、冷却部材２０は、例えば、高周波電極を兼ねてもよい。

【0022】

冷却部材２０は、例えば、試料に対するプラズマ処理によって加熱されたセラミック体１０を冷却する冷却部材として機能する。冷却部材２０は、例えば、熱交換器であってもよい。かかる場合、冷却部材２０は、液体または気体の熱交換媒体を流す流路を有してもよい。

【0023】

耐熱部材３０は、耐熱性を有し、セラミック体１０よりも熱伝導率が小さい。かかる耐熱部材３０は、例えば、コージライト、石英、多孔質ＡｌＮ、窒化珪素、導電ガラス、多孔質ＳｉＣまたは炭化ホウ素であってもよい。これらのうち、コージライト、石英、多孔質ＡｌＮおよび窒化珪素は、絶縁体である。また、導電ガラス、多孔質ＳｉＣおよび炭化ホウ素は、導体または半導体である。

【0024】

耐熱部材３０は、セラミック体１０に対して接合されていない状態で位置している。耐熱部材３０は、セラミック体１０に内蔵された第２電極１２，１２によってセラミック体１０に対して静電吸着される。

【0025】

接合材５０は、例えば接着剤である。接合材５０は、冷却部材２０と耐熱部材３０との間に位置しており、冷却部材２０と耐熱部材３０とを接合する。なお、接合材５０としては、例えば、シリコン樹脂系の接着剤を用いることができる。

【0026】

このように、第１実施形態に係る試料保持具１００において、セラミック体１０と耐熱部材３０とは第２電極１２，１２を用いた静電吸着によって固定され、耐熱部材３０と冷却部材２０とは接合材５０によって固定される。

【0027】

耐熱部材３０はセラミック体１０よりも熱伝導率が小さいため、セラミック体１０と冷却部材２０とを接合材で固定する場合と比較して、セラミック体１０からの熱が接合材５０に伝わりにくい。このため、セラミック体１０と冷却部材２０とを接合材５０で固定する場合と比較して、高温環境下においても接合材５０を使用することができる。また、セラミック体１０は耐熱部材３０に対して中央部を含めて全面的に吸着されるため、セラミック体１０の外周部を機械的に固定する場合と比較して、試料保持面である第１面１０ａの変形が生じにくい。このため、セラミック体１０の外周部を機械的に固定する場合と比較して、試料保持面の面内における温度均一性の低下が生じにくい。また、セラミック体１０の外周部を機械的に固定する場合と比較して、試料保持面からの試料の剥がれや試料の加工精度の低下も生じにくい。このように、第１実施形態に係る試料保持具１００によれば、試料保持面の変形を低減しつつ高温環境下での使用に耐えることができる。

【0028】

また、第１実施形態に係る試料保持具１００において、セラミック体１０は、第２電極１２，１２として、グラディエント力を発生させることができる電極（櫛歯電極）を有する。この場合、耐熱部材３０は、絶縁体であってもよい。

【0029】

例えば半導体ウエハをプラズマエッチングする場合、半導体ウエハを保持する静電チャックの周囲にアーク放電が発生するおそれがある。これに対し、第１実施形態に係る試料保持具１００は、セラミック体１０に接する耐熱部材３０を絶縁体とすることで、上記アーク放電を生じさせにくくすることができる。

【0030】

なお、耐熱部材３０は、必ずしも絶縁体であることを要しない。耐熱部材３０が絶縁体でない場合、セラミック体１０は、必ずしも櫛歯形状の第２電極１２，１２を有することを要しない。すなわち、セラミック体１０は、第２電極１２，１２として、例えば、第１電極１１，１１のように半円形状の電極であってもよい。また、第１電極１１，１１は、必ずしも半円形状の電極であることを要しない。例えば、第１電極１１，１１は、櫛歯形状の電極であってもよい。

【0031】

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。図５に示すように、耐熱部材３０は、少なくともセラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面に、導電性膜３１を有していてもよい。導電性膜３１としては、たとえば、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＴｉＮ（窒化チタン）またはＢ_４Ｃ（炭化ホウ素）を用いることができる。

【0032】

種々の静電吸着力のうち絶縁体を吸着させる際に用いられるグラディエント力は、例えばクーロン力またはジョンソン・ラーベック力と比較して高い電圧が必要となる。また、グラディエント力は、クーロン力またはジョンソン・ラーベック力と比較して、吸着力が弱い。これに対し、耐熱部材３０に導電性膜３１を設けた場合には、耐熱部材３０が絶縁体であっても、グラディエント力に代えてクーロン力またはジョンソン・ラーベック力を用いた吸着保持が可能となる。すなわち、絶縁体である耐熱部材３０に対して比較的低い電圧で高い吸着力を発揮することができる。

【0033】

ここでは、耐熱部材３０の表面のうちセラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面にのみ導電性膜３１が位置する場合の例を示しているが、耐熱部材３０は、たとえば表面全体が導電性膜３１によって覆われてもよい。

【0034】

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。図６に示すように、耐熱部材３０は、少なくともセラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面に、耐熱部材３０よりも硬度が高い高硬度膜３２を有していてもよい。高硬度膜３２としては、たとえば、ＤＬＣ、ＳｉＣ、ＴｉＮまたはＢ_４Ｃを用いることができる。

【0035】

セラミック体１０と耐熱部材３０とは接合されていないため、セラミック体１０および耐熱部材３０間で、例えば熱膨張差等による摩擦が生じるおそれがある。セラミック体１０および耐熱部材３０間で摩擦が生じると、耐熱部材３０が削れることによってパーティクルが発生するおそれがある。これに対し、耐熱部材３０に高硬度膜３２を設けた場合には、セラミック体１０および耐熱部材３０間で摩擦が生じた場合であっても、耐熱部材３０が削られにくくなる。したがって、パーティクルの発生を低減することができる。なお、熱膨張差による摩擦を低減する観点から、耐熱部材３０の熱膨張率は小さいことが望ましい。

【0036】

ここでは、耐熱部材３０の表面のうちセラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面にのみ高硬度膜３２が位置する場合の例を示しているが、耐熱部材３０は、たとえば表面全体が高硬度膜３２によって覆われてもよい。

【0037】

（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。図７に示すように、耐熱部材３０は、少なくともセラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面に、耐熱部材３０よりも摩擦係数が小さい低摩擦膜３３を有していてもよい。低摩擦膜３３としては、たとえば、ＤＬＣまたはＴｉＮを用いることができる。

【0038】

このように、耐熱部材３０に低摩擦膜３３を設けることで、セラミック体１０および耐熱部材３０間で摩擦が生じた場合であっても、耐熱部材３０が削られにくくなる。したがって、パーティクルの発生を低減することができる。

【0039】

ここでは、耐熱部材３０の表面のうちセラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面にのみ低摩擦膜３３が位置する場合の例を示しているが、耐熱部材３０は、たとえば表面全体が低摩擦膜３３によって覆われてもよい。

【0040】

（第５実施形態）
図８は、第５実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。図８に示すように、耐熱部材３０は、少なくともセラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面に、複数の種類の膜が積層された積層膜３５を有していてもよい。例えば、図８に示す例において、積層膜３５は、導電性膜３１の上に低摩擦膜３３が積層された構成を有する。これに限らず、積層膜３５は、例えば、導電性膜３１の上に高硬度膜３２が積層された構成を有していてもよい。また、ここでは、積層膜３５は、３種類以上の膜が積層された構成を有していてもよい。例えば、積層膜３５は、導電性膜３１の上に高硬度膜３２および低摩擦膜３３が積層された構成を有していてもよい。また、積層膜３５の構成は、同じ材料の組み合わせであってもよいし、異なる材料の組み合わせであってもよい。

【0041】

かかる構成とすることにより、絶縁体である耐熱部材３０に対して比較的低い電圧で高い吸着力を発揮しつつ、パーティクルの発生を低減することができる。

【0042】

ここでは、耐熱部材３０の表面のうちセラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面にのみ積層膜３５が位置する場合の例を示しているが、耐熱部材３０は、たとえば表面全体が積層膜３５によって覆われてもよい。

【0043】

（第６実施形態）
図９は、第６実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。図１０は、第６実施形態に係る耐熱部材３０の構成を模式的に示す平面図である。図９に示すように、耐熱部材３０は、セラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面に、セラミック体１０の第２面１０ｂと接触する複数の第１凸部３０１と、第１周壁部３０２とを有していてもよい。第１凸部３０１および第１周壁部３０２は、例えば、耐熱部材３０におけるセラミック体１０の第２面１０ｂと対向する面にブラスト加工を施すことにより形成することができる。

【0044】

図１０に示すように、複数の第１凸部３０１は、例えば平面視円形状を有しており、互いに間隔を空けて配置されている。また、第１周壁部３０２は、例えば平面視円環形状を有している。第１周壁部３０２は、複数の第１凸部３０１の外方に位置し、複数の第１凸部３０１を取り囲んでいる。複数の第１凸部３０１の突出高さと第１周壁部３０２の突出高さとは同一である。このため、セラミック体１０と耐熱部材３０との間には、閉じられた空間３０３が形成される。

【0045】

このように、耐熱部材３０が複数の第１凸部３０１及び空間３０３を有することにより、耐熱部材３０とセラミック体１０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３０に対してセラミック体１０が滑りやすくなり、熱サイクルに伴う耐熱部材３０及びセラミック体１０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。

【0046】

空間３０３は、伝熱ガスの流路であってもよい。例えば、空間３０３には、ガス導入孔３０４を介して不図示のガス供給源から伝熱ガスが導入されてもよい。また、空間３０３に導入された伝熱ガスは、ガス排出孔３０５を介して試料保持具１００の外部に排出されてもよい。ガス導入孔３０４およびガス排出孔３０５は、冷却部材２０、接合材５０、耐熱部材３０を貫通し、空間３０３に連通している。空間３０３に伝熱ガスが導入されることにより、セラミック体１０の第２面１０ｂに伝熱ガスを送り込むことができ、空間３０３を介した耐熱部材３０とセラミック体１０との間の熱伝達性が向上する。伝熱ガスとしては、例えば、ヘリウムガス等を用いることができる。

【0047】

図１１は、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線矢視における模式的な断面図である。図１２は、第６実施形態に係る凸部の構成の一例を示す模式的な斜視図である。図１３は、第６実施形態に係る凸部の構成の他の一例を示す模式的な斜視図である。

【0048】

図１１および図１２に示すように、第１凸部３０１の側面は、セラミック体１０に向かうに連れて幅が狭くなるテーパ状であってもよい。言い換えると、第１凸部３０１は、第１凸部３０１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。第１凸部３０１がテーパ状に形成されることにより、第１凸部３０１におけるセラミック体１０との接触面３１１の表面積を小さくすることができる。すなわち、耐熱部材３０とセラミック体１０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３０に対してセラミック体１０がより滑りやすくなり、熱サイクルに伴う耐熱部材３０及びセラミック体１０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。

【0049】

第１凸部３０１における接触面３１１の表面粗さＲａは、空間３０３の底面３０６の表面粗さＲａよりも小さくてもよい。これにより、第１凸部３０１の接触面３１１とセラミック体１０とを面内方向に均一に接触させることができ、セラミック体１０から複数の第１凸部３０１への熱伝達を均等化することができる。また、第１凸部３０１の接触面３１１の表面粗さＲａが小さいと、耐熱部材３０に対してセラミック体１０がより滑りやすくなり、熱サイクルに伴う耐熱部材３０及びセラミック体１０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３０３の底面３０６の表面粗さＲａが大きいと、空間３０３の底面３０６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３０３に伝熱ガスが導入される場合、伝熱ガスと耐熱部材３０との間の熱交換を促進することができる。

【0050】

図１３に示すように、第１凸部３０１の側面は、少なくとも１つの溝３１２を有していてもよい。図１３では、第１凸部３０１が複数の溝３１２を有する場合の例を示しているが、第１凸部３０１は、１つの溝３１２を有する構成であってもよい。

【0051】

このように、第１凸部３０１の側面に溝３１２が位置する場合、空間３０３に導入される伝熱ガスの流れが溝３１２によって乱されることで、伝熱ガスと耐熱部材３０との間の熱交換を促進することができる。

【0052】

溝３１２は、第１凸部３０１の側面において第１凸部３０１の接触面３１１から空間３０３の底面３０６へ向かう方向に延在してもよい。これにより、空間３０３に導入される伝熱ガスの流れ方向と溝３１２の延在方向とが交差することから、伝熱ガスの流れを効率的に乱すことができ、伝熱ガスと耐熱部材３０との間の熱交換をより促進することができる。

【0053】

なお、溝３１２が延びる方向は、図１３に示す方向に限定されない。溝３１２は、第１凸部３０１の側面において、任意の方向に延在してもよい。

【0054】

また、図１３では、第１凸部３０１の側面に溝３１２を設ける場合の例を示したが、溝３１２に代えて突起を第１凸部３０１の側面に設けてもよい。また、第１凸部３０１の側面に溝３１２及び突起の両方を設けてもよい。

【0055】

第６実施形態において、複数の第１凸部３０１の接触面３１１には、上述した導電性膜３１、高硬度膜３２、低摩擦膜３３および積層膜３５の何れかのコーティング膜が位置していてもよい。この場合、コーティング膜は、第１凸部３０１の接触面３１１のみを被覆するように位置してもよい。これにより、例えば、空間３０３に伝熱ガスが導入される場合に、伝熱ガスの流路となる空間３０３の流路断面積が小さくなることを抑制することができる。

【0056】

また、コーティング膜は、第１凸部３０１の側面に位置していてもよいし、空間３０３の底面３０６に位置していてもよい。これにより、例えば、セラミック体１０の第１面１０ａ、すなわち、試料保持面に残留する電荷をコーティング膜に逃がしやすくすることができる。

【0057】

（第７実施形態）
図１４は、第７実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。図１５は、第７実施形態に係るセラミック体１０の構成を模式的に示す底面図である。図１４に示すように、セラミック体１０は、第２面１０ｂに、耐熱部材３０と接触する複数の第２凸部１０１および第２周壁部１０２を有していてもよい。第２凸部１０１および第２周壁部１０２は、例えば、セラミック体１０の第２面１０ｂにブラスト加工を施すことで形成することができる。

【0058】

図１５に示すように、複数の第２凸部１０１は、例えば平面視円形状を有しており、互いに間隔を空けて配置されている。第２凸部１０１は、上述した第１凸部３０１と同様のテーパ形状を有していてもよい。また、第２凸部１０１の側面には、上述した第１凸部３０１の溝３１２と同様の溝部が位置していてもよい。

【0059】

第２周壁部１０２は、例えば平面視円環形状を有している。第２周壁部１０２は、複数の第２凸部１０１の外方に位置し、複数の第２凸部１０１を取り囲んでいる。複数の第２凸部１０１の突出高さと第２周壁部１０２の突出高さとは同一である。このため、セラミック体１０と耐熱部材３０との間には、閉じられた空間１０３が形成される。

【0060】

このように、セラミック体１０が複数の第２凸部１０１及び空間１０３を有することにより、耐熱部材３０とセラミック体１０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３０に対してセラミック体１０が滑りやすくなり、熱サイクルに伴う耐熱部材３０及びセラミック体１０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。

【0061】

空間１０３は、伝熱ガスの流路であってもよい。例えば、空間１０３には、ガス導入孔３０４を介して不図示のガス供給源から伝熱ガスが導入されてもよい。また、空間１０３に導入された伝熱ガスは、ガス排出孔３０５を介して試料保持具１００の外部に排出されてもよい。ガス導入孔３０４およびガス排出孔３０５は、冷却部材２０、接合材５０、耐熱部材３０を貫通し、空間１０３に連通している。空間１０３に伝熱ガスが導入されることにより、セラミック体１０の第２面１０ｂに伝熱ガスを送り込むことができ、空間１０３を介した耐熱部材３０とセラミック体１０との間の熱伝達性が向上する。伝熱ガスとしては、例えば、ヘリウムガス等を用いることができる。

【0062】

第２凸部１０１における耐熱部材３０との接触面の表面粗さＲａは、空間１０３の底面（すなわち、第２面１０ｂ）の表面粗さＲａよりも小さくてもよい。これにより、第２凸部１０１における耐熱部材３０との接触面と耐熱部材３０とを面内方向に均一に接触させることができ、セラミック体１０から耐熱部材３０への熱伝達を均等化することができる。また、第２凸部１０１における耐熱部材３０との接触面の表面粗さＲａが小さいと、耐熱部材３０に対してセラミック体１０がより滑りやすくなる。これにより、熱サイクルに伴う耐熱部材３０及びセラミック体１０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、第２面１０ｂの表面粗さＲａが大きいと、空間１０３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１０３に伝熱ガスが導入される場合、伝熱ガスと耐熱部材３０との間の熱交換を促進することができる。

【0063】

第７実施形態において、複数の第２凸部１０１における耐熱部材３０との接触面には、上述した導電性膜３１、高硬度膜３２、低摩擦膜３３および積層膜３５の何れかのコーティング膜が位置していてもよい。この場合、コーティング膜は、第２凸部１０１における耐熱部材３０の接触面のみを被覆するように位置してもよい。これにより、例えば、空間１０３に伝熱ガスが導入される場合に、伝熱ガスの流路となる空間１０３の流路断面積が小さくなることを抑制することができる。

【0064】

また、コーティング膜は、第２凸部１０１の側面に位置していてもよいし、空間１０３の底面（すなわち、第２面１０ｂ）に位置していてもよい。これにより、例えば、セラミック体１０の第１面１０ａ、すなわち、試料保持面に残留する電荷をコーティング膜に逃がしやすくすることができる。

【0065】

（第８実施形態）
図１６は、第８実施形態に係る試料保持具の構成を模式的に示す断面図である。図１６に示すように、セラミック体１０は、内部に第３電極１３と内部流路１４とをさらに有していてもよい。

【0066】

第３電極１３は、例えば、セラミック体１０を加熱するためのヒータ電極である。第３電極１３の電極の材料としては、例えば、白金やタングステン、モリブデンなどの金属を使用することができる。

【0067】

内部流路１４は、冷却用の流体が流れる流路である。内部流路１４は、セラミック体１０の主面（第１面１０ａおよび第２面１０ｂ）に沿って延びている。内部流路１４には、図示しない導入路および排出路が接続されており、冷却用の流体は、導入路から内部流路１４に導入された後、内部流路１４を流通して排出路から排出される。冷却用の流体としては、例えば、空気、窒素ガスまたはヘリウムガス等の気体が用いられてもよいし、水等の液体が用いられてもよい。

【0068】

このように、セラミック体１０は、第３電極１３および内部流路１４を有していてもよい。かかる構成とした場合、第３電極１３による加熱および内部流路１４による冷却を制御することで、セラミック体１０を精度よく調整することができる。また、内部流路１４に冷却用の流体を流すことにより、接合材５０に熱を伝えにくくすることができる。

【0069】

セラミック体１０の第１面１０ａ、第１電極１１，１１、第２電極１２，１２、第２面１０ｂ、第３電極１３および内部流路１４は、第１面１０ａから第１電極１１，１１、第３電極１３、内部流路１４、第２電極１２，１２および第２面１０ｂの順に位置している。かかる配置とすることで、セラミック体１０に載置された試料を効率よく加熱することができる。

【0070】

上述してきたように、一実施形態において、（１）試料保持具（一例として、試料保持具１００）は、セラミック体（一例として、セラミック体１０）と、耐熱部材（一例として、耐熱部材３０）と、接合材（一例として、接合材５０）と、冷却部材（一例として、冷却部材２０）とを備える。セラミック体、耐熱部材、接合材および冷却部材は、セラミック体から耐熱部材、接合材および冷却部材の順に位置する。セラミック体は、試料保持面である第１面（一例として、第１面１０ａ）と第１面と反対に位置する第２面（一例として、第２面１０ｂ）とを有し、且つ、内部に第１電極（一例として、第１電極１１，１１）および第２電極（第２電極１２，１２）を有する。第１面、第１電極、第２電極および第２面は、第１面から第１電極、第２電極および第２面の順に位置する。耐熱部材は、セラミック体よりも熱伝導率が小さい。耐熱部材と冷却部材とは、接合材によって固定される。耐熱部材は、第２電極によりセラミック体に吸着される。

【0071】

上記試料保持具によれば、試料保持面の変形を低減しつつ高温環境下での使用に耐えることができる。

【0072】

（２）上記（１）の試料保持具において、耐熱部材は、絶縁体であってもよい。かかる構成によれば、セラミック板に接する耐熱部材を絶縁体とすることで、アーク放電を生じさせにくくすることができる。

【0073】

（３）上記（１）または（２）の試料保持具において、耐熱部材は、少なくとも第２面と対向する面に導電性膜（一例として、導電性膜３１）を有していてもよい。かかる構成によれば、絶縁体である耐熱部材に導電性膜を設けない場合と比較して、低い電圧で高い吸着力を発揮することができる。

【0074】

（４）上記（１）～（３）のいずれかの試料保持具において、耐熱部材は、少なくとも第２面と対向する面に、耐熱部材よりも硬度が高い高硬度膜（一例として、高硬度膜３２）を有していてもよい。かかる構成によれば、パーティクルの発生を低減することができる。

【0075】

（５）上記（１）～（４）のいずれかの試料保持具において、耐熱部材は、少なくとも第２面と対向する面に、耐熱部材よりも摩擦係数が小さい低摩擦膜（一例として、低摩擦膜３３）を有していてもよい。かかる構成によれば、パーティクルの発生を低減できる。

【0076】

（６）上記（１）～（５）のいずれかの試料保持具において、耐熱部材は、第２面と対向する面に、第２面と接触する複数の凸部（一例として、複数の第１凸部３０１）を有していてもよい。かかる構成によれば、耐熱部材とセラミック体との間の接触面積が小さくなることで、耐熱部材に対してセラミック体が滑りやすくなる。その結果、熱サイクルに伴う耐熱部材及びセラミック体の膨張・収縮差により発生する応力を緩和することができる。

【0077】

（７）上記（１）～（５）のいずれかの試料保持具において、セラミック体は、第２面に、耐熱部材と接触する複数の凸部（一例として、複数の第２凸部１０１）を有していてもよい。かかる構成によれば、耐熱部材とセラミック体との間の接触面積が小さくなることで、耐熱部材に対してセラミック体が滑りやすくなる。その結果、熱サイクルに伴う耐熱部材及びセラミック体の膨張・収縮差により発生する応力を緩和することができる。

【0078】

（８）上記（１）～（７）のいずれかの試料保持具において、セラミック体は、内部に第３電極（一例として、第３電極１３）と内部流路（一例として、内部流路１４）とを有していてもよい。この場合、第１面、第１電極、第２電極、第２面、第３電極および内部流路は、第１面から第１電極、第３電極、内部流路、第２電極および第２面の順に位置していてもよい。かかる構成によれば、試料の温度を精度良く調整することができる。また、内部流路に冷却用の流体を流すことで、接合材に熱を伝えにくくすることができる。

【0079】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表し、且つ、記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0080】

１０ セラミック体
１１ 第１電極
１２ 第２電極
１３ 第３電極
１４ 内部流路
２０ 冷却部材
３０ 耐熱部材
３１ 導電性膜
３２ 高硬度膜
３３ 低摩擦膜
３５ 積層膜
５０ 接合材
１００ 試料保持具
１０１ 第２凸部
１０２ 第２周壁部
１０３ 空間
３０１ 第１凸部
３０２ 第１周壁部
３０３ 空間
３０４ ガス導入孔
３０５ ガス排出孔
３０６ 底面
３１１ 接触面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】