(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性を高めることができる試料保持具を提供する。【解決手段】試料保持具１０は、試料保持面である第１面１１および第２面１２を有する板状の絶縁基体１と、絶縁基体１の内部に位置する発熱抵抗体８と、絶縁基体１の第２面１２に接合された第３面７１および第４面７２を有し、貫通孔７ａが設けられた金属製の支持体７と、一端が発熱抵抗体８に電気的に接続されており、貫通孔７ａ内において、貫通孔７ａの軸線方向に沿って延びるリード端子３と、リード端子３を囲むように、貫通孔７ａの内周面に沿って位置する絶縁性の筒状体４と、を備える。筒状体４は、絶縁基体１側に位置する第１部材４０と第１部材４０に隣接する第２部材４１とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面が試料保持面である板状の絶縁基体と、
該絶縁基体の内部または他方の主面に設けられた導電部材と、
一方の主面から他方の主面に貫通する貫通孔を有し、一方の主面が前記絶縁基体の他方の主面に接合された金属製の支持体と、
前記貫通孔の内側において、一端が前記導電部材に接続されて、前記絶縁基体の他方の主面から離れる方向に伸びるリード端子と、
該リード端子が伸びる方向に沿って該リード端子を囲むように、前記貫通孔の内側に位置する絶縁性の筒状部材とを備えており、
該筒状部材は、前記リード端子の伸びる方向に分かれて位置する第１部材および第２部材を有していることを特徴とする試料保持具。
【請求項２】
前記第１部材は、前記第２部材と試料保持面との間に位置しており、前記第２部材よりも熱膨張率が小さい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】
前記第１部材と前記第２部材とは、絶縁性の接合材によって接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の試料保持具。
【請求項４】
前記接合材は、前記第１部材および前記第２部材よりも弾性率が小さいことを特徴とする請求項３に記載の試料保持具。
【請求項５】
前記第１部材および前記第２部材は、前記リード端子の軸方向に垂直な方向に重なる部分を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の試料保持具。
【請求項６】
前記第１部材および前記第２部材は、前記リード端子の軸方向に垂直な方向に重なる部分において、前記リード端子が伸びる方向に沿った界面を有することを特徴とする請求項５に記載の試料保持具。
【請求項７】
試料保持面である第１面および該第１面と反対側の第２面を有する板状の絶縁基体と、
前記絶縁基体の内部または前記第２面に位置する発熱抵抗体と、
前記絶縁基体の前記第２面に接合された第３面および該第３面と反対側の第４面を有し、前記第３面から前記第４面に貫通する貫通孔が設けられた、金属製の支持体と、
一端が前記発熱抵抗体に電気的に接続されており、前記貫通孔内において、該貫通孔の軸線方向に沿って延びるリード端子と、
前記リード端子を囲むように、前記貫通孔の内周面に沿って位置する絶縁性の筒状体と、を備え、
前記筒状体は、前記絶縁基体側に位置する第１部材と該第１部材に隣接する第２部材とを有している試料保持具。
【請求項８】
前記第１部材の熱膨張率は、前記第２部材の熱膨張率より小さい、請求項７に記載の試料保持具。
【請求項９】
前記第１部材と前記第２部材とは、絶縁性の接合材によって接合されている、請求項７または８に記載の試料保持具。
【請求項１０】
前記接合材の弾性率は、前記第１部材の弾性率より小さく、かつ前記第２部材の弾性率より小さい、請求項９に記載の試料保持具。
【請求項１１】
前記第１部材と前記第２部材の互いに対向する端面は、それぞれ前記貫通孔の軸線方向に直交する仮想平面と交差する、請求項７〜１０のいずれか１つに記載の試料保持具。
【請求項１２】
前記端面は、それぞれ前記軸線方向に平行な面の部分を有する、請求項１１記載の試料保持具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体集積回路の製造工程または液晶表示装置の製造工程等において用いられる、半導体ウエハ等の試料を保持する試料保持具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料保持具として、例えば、特許文献１に開示の半導体製造装置が知られている。特許文献１に開示された半導体製造装置は、裏面に電極端子を有する静電チャックと、静電チャックの裏面に固着されたベース部材と、を備えている。ベース部材は、電極端子と対向する位置に貫通孔を有しており、この貫通孔には、絶縁スリーブが固着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１９１６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された半導体製造装置において、静電チャックに保持した試料の昇降温時には、筒状部材である絶縁スリーブの軸線方向に温度差が発生する。絶縁スリーブの静電チャックに近い側では温度が比較的高くなり、静電チャックから遠い側では温度が比較的低くなる。絶縁スリーブの静電チャックに近い側と遠い側との間に、熱膨張の差が生じる。この熱膨張差によって絶縁スリーブに応力が加わることになる。昇降温を繰り返し行うことにより、絶縁スリーブにクラックが生じてしまい、絶縁性が低下し、半導体製造装置としての耐久性が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の試料保持具は、一方の主面が試料保持面である板状の絶縁基体と、
該絶縁基体の内部または他方の主面に設けられた導電部材と、
一方の主面から他方の主面に貫通する貫通孔を有し、一方の主面が前記絶縁基体の他方の主面に接合された金属製の支持体と、
前記貫通孔の内側において、一端が前記導電部材に接続されて、前記絶縁基体の他方の主面から離れる方向に伸びるリード端子と、
該リード端子が伸びる方向に沿って該リード端子を囲むように、前記貫通孔の内側に位置する絶縁性の筒状部材とを備えており、
該筒状部材は、前記リード端子の伸びる方向に分かれて位置する第１部材および第２部材を有していることを特徴とする。
【０００６】
また本開示の試料保持具は、試料保持面である第１面および該第１面と反対側の第２面を有する板状の絶縁基体と、
前記絶縁基体の内部または前記第２面に位置する発熱抵抗体と、
前記絶縁基体の前記第２面に接合された第３面および該第３面と反対側の第４面を有し、前記第３面から前記第４面に貫通する貫通孔が設けられた、金属製の支持体と、
一端が前記発熱抵抗体に電気的に接続されており、前記貫通孔内において、該貫通孔の軸線方向に沿って延びるリード端子と、
前記リード端子を囲むように、前記貫通孔の内周面に沿って位置する絶縁性の筒状体と、を備え、
前記筒状体は、前記支持体側に位置する第１部材と該第１部材に隣接する第２部材とを有している。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様の試料保持具によれば、筒状体の軸線方向に温度差が生じたとしても、筒状体の第１部材と第２部材の各々が熱膨張するので、筒状体に加わる応力が緩和され、クラックが生じることを抑制することができる。これにより、試料保持具としての耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の試料保持具の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本開示の試料保持具の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本開示の試料保持具の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本開示の試料保持具の他の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の試料保持具の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本開示の試料保持具の一実施形態を示す断面図である。試料保持具１０は、絶縁基体１と、リード端子３と、筒状体４と、支持体７と、発熱抵抗体８と、を備える。
【００１０】
絶縁基体１は、第１面１１および該第１面１１と反対側の第２面１２を有しており、第１面１１が、試料を保持する試料保持面である。絶縁基体１は、板状の部材であって、外形状は限定されず、例えば円板状または角板状であってもよい。
【００１１】
絶縁基体１は、例えばセラミック材料で構成される。セラミック材料としては、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素またはイットリア等とすることができる。絶縁基体１の外形寸法は、例えば直径（または辺長）を４８〜４６０ｍｍに、厚さを１〜１８ｍｍにすることができる。また、試料保持具１０を静電チャックとして用いる場合には、絶縁基体１の内部に静電吸着用電極を有していてもよい。
【００１２】
発熱抵抗体８は、絶縁基体１の内部または第２面１２に位置している。本実施形態では、発熱抵抗体８は、絶縁基体１の内部に位置している。発熱抵抗体８は、例えば白金、ＡｇＰｂまたはタングステン等の金属材料で構成されており、通電によって発熱するように、電気抵抗値が調整されている。電気抵抗値は、例えば金属材料中にセラミックス材料などの非導電性材料を含み、含有割合によって調整することができる。
【００１３】
支持体７は、金属製であり、例えば、例えばＣｕまたはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料で構成される。支持体７は、絶縁基体１の第２面１２に接合された第３面７１および第３面７１と反対側の第４面７２を有する板状またはブロック形状であればよい。絶縁基体１の第２面１２と支持体７の第３面７１とは、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの接合材９を用いて接合される。支持体７の外形状は特に限定されず、円形状または四角形状であってもよい。支持体７の外形寸法は、例えば直径（または辺長）を４８〜４６０ｍｍに、厚さを１０〜５０ｍｍにすることができる。支持体７は、絶縁基体１と同じ外形状であってもよく、異なる外形状であってもよく、同じ外形寸法であってもよく、異なる外形寸法であってもよい。
【００１４】
支持体７には、第３面７１から第４面７２に貫通する貫通孔７ａが設けられている。貫通孔７ａは、発熱抵抗体８と外部電源とを電気的に接続するためのリード端子３を保護、収容するためのものである。貫通孔７ａは、支持体７に１または複数設けられており、必要なリード端子３の数に応じて設ければよい。
【００１５】
リード端子３は、発熱抵抗体８と外部電源とを電気的に接続するための部材である。リード端子３は、その一端が発熱抵抗体８に電気的に接続されており、貫通孔７ａ内において、貫通孔７ａの軸線方向に沿って延びている。上記のように、本実施形態では、発熱抵抗体８は、絶縁基体１の内部に位置しているので、発熱抵抗体８から第２面１２にまで延びる導電部材２を設けてもよい。リード端子３は、その一端が導電部材２を介して発熱抵抗体８に電気的に接続される。なお、発熱抵抗体８が第２面１２に位置する場合は、リード端子３と発熱抵抗体８とが直接接続される。
【００１６】
リード端子３の形状は、特に限定されず、例えば棒状または帯状であればよい。リード端子３は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＴｉ等の導電性の部材で構成される。リード端子３の寸法は、例えば第１面１１に垂直な断面で見たときの幅を１〜１０ｍｍに、長さを３〜２０ｍｍにすることができる。リード端子３と導電部材２またはリード端子３と発熱抵抗体８とを接合する接合材としては、例えば、はんだまたは銀銅ろう等を用いることができる。
【００１７】
筒状体４は、リード端子３と金属製の支持体７との間の電気的な絶縁性を確保するための部材であって、リード端子３を囲むように、貫通孔７ａの内周面に沿って位置する。筒状体４は、絶縁基体１側に位置する第１部材４０と第１部材４０に隣接する第２部材４１とを有している。第１部材４０と第２部材４１とは、それぞれの外周面と貫通孔７ａの内周面とが、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの接着剤によって接着され、筒状体４が支持体７に固定されている。また、第１部材４０の絶縁基体１側の端面と、絶縁基体１の第２面１２とが、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの接着剤によって接着されていてもよい。
【００１８】
筒状体４は、第１部材４０と第２部材４１とを合わせて、全体として筒状であればよく、例えば、円筒状である。第１部材４０と第２部材４１とは、同一形状であってもよく、異なる形状であってもよい。異なる形状の場合は、例えば、外径は同じであって内径は異なっている、外径および内径はいずれも同じで長さが異なっているなどである。筒状体４は、第１部材４０と第２部材４１とを合わせた全体として、例えば内径を１．５〜８ｍｍとし、外径を４〜３０ｍｍとし、長さを１０〜５０ｍｍとすることができる。本実施形態では、第１部材４０と第２部材４１とは、同一の直円筒形状、すなわち、同一の内径、同一の外径および同一の長さである。
【００１９】
筒状体４は、絶縁性材料で構成されていればよく、例えばポリエーテルイミドもしくはフッ素系等の樹脂材料、またはアルミナ等のセラミック材料からなる。第１部材４０と第２部材４１のそれぞれの材料は同じであっても異なっていてもよい。本実施形態では、第１部材４０と第２部材４１とは、同じ材料で構成されている。
【００２０】
筒状体４が、第１部材４０と第２部材４１とを有していることで、筒状体４の軸線方向に温度差が生じたとしても、筒状体４の第１部材４０と第２部材４１の各々が熱膨張するので、筒状体４に加わる応力が緩和され、クラックが生じることを抑制することができる。これにより、試料保持具１０としての耐久性を高めることができる。
【００２１】
図２および図３は、本開示の試料保持具の他の実施形態を示す断面図である。図１に示す実施形態では、第１部材４０と第２部材４１とは、同一の直円筒形状であるので、第１部材４０と第２部材４１の互いに対向する端面４０ａ，４１ａが、それぞれ貫通孔７ａの軸線方向に直交する仮想平面に平行となっている。これに対して、図２および図３に示す実施形態では、第１部材４０と第２部材４１とは、同一の直円筒形状であるので、第１部材４０と第２部材４１の互いに対向する端面４０ａ，４１ａが、それぞれ貫通孔７ａの軸線方向に直交する仮想平面と交差する。
【００２２】
図２に示す実施形態では、第１部材４０の端面４０ａと第２部材４１の端面４１ａが、いずれも貫通孔７ａの軸線方向に対する傾斜面となっている。具体的には、第１部材４０の端面４０ａは、径方向外方に臨む傾斜面であり、第２部材４１の端面４１ａは、径方向内方に臨む傾斜面である。リード端子３と支持体７との間でプラズマ放電が生じる場合には、リード端子３と貫通孔７ａの内周面との間で直線的な放電が生じる。すなわち、前記の仮想平面に沿うように放電が生じる。図２に示すように、第１部材４０と第２部材４１の互いに対向する端面４０ａ，４１ａを、仮想平面に交差する傾斜面とすることで、直線的な放電を抑制することができる。
【００２３】
なお、図２に示す構成と異なり、第１部材４０の端面４０ａが、径方向内方に臨む傾斜面であり、第２部材４１の端面４１ａが、径方向外方に臨む傾斜面であってもよい。
【００２４】
図３に示す実施形態では、第１部材４０の端面４０ａと第２部材４１の端面４１ａが、いずれも段差面となっている。具体的には、第１部材４０の端面４０ａは、径方向外方が高い段差面であり、第２部材４１の端面４１ａは、径方向内方が高い段差面である。径方向外方に位置する面と径方向内方に位置する面との間の面は、軸線方向に平行な面の部分となっている。
【００２５】
図３に示すように、第１部材４０と第２部材４１の互いに対向する端面４０ａ，４１ａを、段差面とすることで、端面４０ａ，４１ａが、軸線方向に平行な面の部分を有し、この部分が、前記の仮想平面に直交することで、直線的な放電を抑制することができる。
【００２６】
なお、図３に示す構成と異なり、第１部材４０の端面４０ａが、径方向内方が高い段差面であり、第２部材４１の端面４１ａが、径方向外方が高い段差面であって、軸線方向に平行な段差面であってもよい。
【００２７】
図４は、本開示の試料保持具の他の実施形態を示す断面図である。図１に示す実施形態では、第１部材４０と第２部材４１とは、図４に示す実施形態では、絶縁性の接合材４２によって接合されている。具体的には、第１部材４０の端面４０ａと第２部材４１の端面４１ａとの間に接合材４２が位置しており、第１部材４０と第２部材４１の互いに対向する端面４０ａ，４１ａが、接合材４２によって接合されている。これにより、リード端子３と支持体７との沿面距離が長くなるため絶縁性が向上する。
【００２８】
絶縁性の接合材４２は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などを使用することができる。これらの中でも、第１部材４０の弾性率より小さく、かつ第２部材４１の弾性率より小さい弾性率を有する接合材４２を用いることができる。本実施形態では、例えば第１部材４０が、ポリイミド樹脂（引張弾性率200〜300kgf・mm-2）であり、第２部材４１が、ポリイミド樹脂（引張弾性率100〜500kgf・mm-2）であり、接合材４２が、シリコーン樹脂（引張弾性率0.1〜1kgf・mm-2）である。これにより、筒状体４の軸線方向に温度差が生じたとしても、第１部材４０と第２部材４１との接合部分において筒状体４に加わる応力が緩和され、クラックが生じることを抑制することができる。
【００２９】
本実施形態では、第１部材４０と第２部材４１とは、図１に示すような同一の直円筒形状であり、接合材４２によって、これらの第１部材４０と第２部材４１とが接合されている。これに限らず、例えば、図２に示すように、第１部材４０と第２部材４１の互いに対向する端面４０ａ，４１ａが傾斜面の場合、図３に示すように、端面４０ａ，４１ａが段差面の場合に、接合材４２によってこれらを接合してもよい。端面４０ａ，４１ａが傾斜面または段差面の場合は、平坦面に比べて接合面積が比較的広くなるので、接合強度を大きくすることができる。
【００３０】
さらに、本開示の試料保持具の他の実施形態について説明する。本実施形態では、第１部材４０の熱膨張率を、第２部材４１の熱膨張率より小さいものとしている。第１部材４０および第２部材４１を構成する材料は上記に記載のとおりである。このような熱膨張率の関係を満たす例として、第１部材４０をポリイミド樹脂とし、第２部材４１をエポキシ樹脂とすればよい。
【００３１】
第１部材４０および第２部材４１が、このような熱膨張率の関係を満たすことにより、筒状体４の軸線方向に温度差が生じたとしても、第１部材４０の方が比較的高温となり、第２部材４１の方が比較的低温となるので、熱膨張による第１部材４０と第２部材４１の変形の大きさの差を小さくすることができ、筒状体４に加わる応力が緩和され、クラックが生じることを抑制することができる。これにより、試料保持具１０としての耐久性を高めることができる。
【００３２】
次に本開示の試料保持具の製造方法について説明する。以下では、図１に示した実施形態の試料保持具１０の製造方法の一例について説明する。なお、絶縁基体１にアルミナセラミックスを用いた場合を例に説明するが、窒化アルミニウムセラミックス等の他のセラミック材料の場合であっても同様の手法で製造できる。
【００３３】
まず、主原料となる０．１〜２μｍの粒径のアルミナ粉末と微量の焼結助剤とを所定量秤量し、ボールミル中でイオン交換水または有機溶媒および高純度アルミナ製ボールと共に２４〜７２時間の湿式粉砕混合を行なう。
【００３４】
こうして粉砕混合した原料スラリー中に、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールまたはアクリル樹脂等の有機バインダーおよび補助的な有機材料として可塑剤ならびに消泡剤を所定量添加し、さらに２４〜４８時間混合する。混合された有機−無機混合スラリーは、ドクターブレード法、カレンダーロール法、プレス成形法または押し出し成形法等によって厚さ２０μｍ〜２０ｍｍのセラミックグリーンシートに成形される。
【００３５】
そして、絶縁基体１を形成するセラミックグリーンシートに発熱抵抗体８を形成するための白金またはタングステン等のペースト状抵抗体材料を公知のスクリーン印刷法等によって印刷成形する。
【００３６】
ここで、絶縁基体１における所定の位置に発熱抵抗体８が形成されるように、ペースト状抵抗体材料の印刷されていないセラミックグリーンシートとペースト状抵抗体材料の印刷された抵抗体形成グリーンシートとを重ねて積層する。積層は、セラミックグリーンシートの降伏応力値以上の圧力を印加しながら所定の温度で積層するが、圧力印加手法としては、一軸プレス法または等方加圧法等の公知の技術を応用すればよい。得られた積層体を所定の温度および所定の雰囲気中にて焼成することで、発熱抵抗体８が埋設された絶縁基体１が作製される。
【００３７】
次に、絶縁基体１をマシニングセンター、ロータリー加工機または円筒研削盤を用いて所定の形状、厚みに加工する。絶縁基体１の外表面に、マシニングセンター、ボール盤などの穴あけ用装置を用いて、開口することで、発熱抵抗体８にまで貫通する凹部を形成する。
【００３８】
凹部の底面、もしくは側面、または両方に、導電部材２となるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ等のはんだペーストを塗布し、ヒーターで温められた凹部にリード端子３部材を配置し、はんだが、リード端子３と発熱抵抗体８とを導電部材２を介して接合する。
【００３９】
その後、金属製の支持体７を絶縁基体１にシリコーン樹脂等を用いて真空中で接着する。支持体７には貫通孔７ａが予め設けられており、貫通孔７ａの中心にリード端子３を通すようにして接着する。リード端子３が挿通された貫通孔７ａに筒状体４をエポキシ接着剤で接着固定する。このとき、まず筒状体４の第１部材４０の端面または側面に接着剤を塗布し、支持体７の貫通孔７ａに挿入し接着する。次に、第２部材４１の側面または端面に接着剤を塗布し支持体７の貫通孔７ａに挿入して接着する。
【００４０】
以上のようにして、本開示の試料保持具１０を製造することができる。なお、図２または図３に示す筒状体４の場合も同様に製造することができる。第１部材４０と第２部材４１を接合材４２で接合する場合は、貫通孔７ａに挿入された第１部材４０の端面４０ａに接合材４２を塗布し、その後に第２部材４１を挿入して、端面４０ａと端面４１ａとを接合すればよい。
【符号の説明】
【００４１】
１      絶縁基体
２      導電部材
３      リード端子
４      筒状体
７      支持体
７ａ    貫通孔
８      発熱抵抗体
９      接合材
１０    試料保持具
１１    第１面
１２    第２面
４０    第１部材
４０ａ  端面
４１    第２部材
４１ａ  端面
４２    接合材
７１    第３面
７２    第４面
【図１】
2020061445.tif 000003
【図２】
2020061445.tif 000004
【図３】
2020061445.tif 000005
【図４】
2020061445.tif 000006