(57)【要約】      （修正有）【課題】金属板の温度上昇が低減され、降温速度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１００は、上面が試料保持面１ａである試料保持板１と、試料保持板１の下面１ｂに設けられた発熱抵抗体２と、中央部３０および外周部３１を有し、それぞれ穴部３Ｈを有する金属板３と、試料保持板１と金属板３とを固定する固定部材４とを備える。金属板３の中央部の穴部３０Ｈは、外周部の穴部３１Ｈよりも開口が大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が試料保持面である板状のセラミック体と、
該セラミック体の内部または下面に設けられた発熱抵抗体と、
前記セラミック体より下方において前記セラミック体から離れて前記セラミック体に対して主面が向かい合うように設けられており、中央部および外周部を有し、前記中央部および前記外周部にそれぞれ穴部を有する金属板と、
前記セラミック体および前記外周部を固定する固定部材とを備えており、
前記中央部は、前記外周部よりも開口率が高いことを特徴とする試料保持具。
【請求項２】
前記中央部は、前記外周部よりも厚さが薄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】
複数の前記穴部のうち最も径が大きい前記穴部は、前記中央部に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の試料保持具。
【請求項４】
前記穴部は、前記金属板と中心を同じくする円周上において、等間隔に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の試料保持具。
【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・検査装置が知られている。特許文献１に開示された装置は、発熱抵抗体が設けられたセラミック基板が円筒状ケーシングの上部に嵌め込まれており、さらに底板、中底板が設けられている。この底板、中底板には、冷却速度を向上させるために、複数の開口が設けられている。また、平坦度を向上させるために、底板、中底板の表面に多数の窪みを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４１３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、検査工程であれば、温度サイクルの周期を早くするためには、セラミック基板表面の昇温速度、降温速度を高める必要がある。製造工程であれば、次のワークをセットする温度まで低下する時間を短くするためには、セラミック基板表面の降温速度を高める必要がある。特許文献１に開示の半導体製造・検査装置では、セラミック基板から間隔を空けた底板は、セラミック基板からの熱放射によって加熱される。特に底板の中央部分では、熱放射が集中して高温となる。その上、熱が逃げにくいので、降温速度を高めることも難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様の試料保持具は、上面が試料保持面である板状のセラミック体と、
該セラミック体の内部または下面に設けられた発熱抵抗体と、
前記セラミック体より下方において前記セラミック体から離れて前記セラミック体に対して主面が向かい合うように設けられており、中央部および外周部を有し、前記中央部および前記外周部にそれぞれ穴部を有する金属板と、
前記セラミック体および前記外周部を固定する固定部材とを備えており、
前記中央部は、前記外周部よりも開口率が高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の一態様の試料保持具によれば、穴部を有する金属板において、中央部の開口率が外周部よりも高いので、熱放射線を吸収する面積が小さく、中央部の温度上昇が低減される。さらに、高い開口率によって穴部からの排熱が促進されて降温速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【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】金属板の平面図である。
【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。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示の一実施形態に係る試料保持具１００について説明する。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１００は、試料保持板１と、試料保持板１に設けられた発熱抵抗体２と、試料保持板１の下側に位置して試料保持板１を支持する金属板３と、試料保持板１と金属板３とを固定する複数の固定部材４と、を備えている。
【０００９】
試料保持板１は、上面が試料保持面１ａである板状のセラミック体である。試料保持板１は、外形状は特に限定されないが、例えば、円板状である。試料保持板１は、セラミック材料から成り、セラミック材料としては、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミック材料を用いることができる。試料保持板１の寸法は、例えば、円板状の場合、試料保持面の直径が２００〜５００ｍｍであり、厚さが１〜７ｍｍである。
【００１０】
発熱抵抗体２は、試料保持面１ａに保持されたシリコンウエハ等の試料（被保持物）を加熱するための発熱部材である。発熱抵抗体２は、試料保持板１の内部または試料保持面１ａと反対側の下面１ｂに設けられている。本実施形態の試料保持具１００においては、発熱抵抗体２は試料保持板１の下面１ｂに設けられている。発熱抵抗体２は、例えば、帯状に形成されている。帯状の発熱抵抗体２が、試料保持板１の下面１ｂの全体に渡って、渦巻き状、ジグザグ状またはミアンダ状などに配置される。発熱抵抗体２は、例えば、金、銀、パラジウムまたは白金等の金属材料から成り、通電することでジュール熱を発生させる。
【００１１】
金属板３は、試料保持板１を支持するための部材である。金属板３は、試料保持板１の下方に位置しており、固定部材４を介して試料保持板１を支持している。金属板３は、外形状は特に限定されないが、例えば、試料保持板１の外形状と同じ形状である。本実施形態の金属板３は、円板状であって、試料保持板１から離れて試料保持板１に対して上方側の主面３ａが、試料保持板１と向かい合うように設けられている。試料保持板１の下面１ｂと、金属板３の主面３ａとが、一定の間隔を空けて対向している。
【００１２】
金属板３は、金属材料から成り、金属材料としては、例えば、鉄またはステンレス等を用いることができる。金属板３の寸法は、例えば、円板状の場合、主面の直径が試料保持板１と同じく２００〜５００ｍｍであり、厚さが１〜１０ｍｍである。
【００１３】
金属板３と試料保持板１との間には固定部材４が複数設けられており、これにより、金属板３と試料保持板１とが固定されている。固定部材４は、例えば、試料保持板１の外縁部を挟み込んで締め付けるようにして試料保持板１を固定している。固定部材４は、例えば、金属板３にバネによる弾性力によって取り付けられている。固定部材４は試料保持板１の外縁部に沿って複数設けられている。固定部材４は、試料保持板１の外縁部において、周方向に均等な間隔を空けて配置されている。これにより、試料保持板１に偏った変形が生じることを低減している。固定部材４は、例えば、ステンレス等の金属材料から成る。
【００１４】
以下では、本開示の特徴である金属板３の構成について詳細に説明する。図２は、金属板３の平面図である。金属板３は、上方側の主面３ａから、これとは反対側の下方側の主面３ｂまで貫通する穴部３Ｈを複数有している。また、金属板３は、平面視で中央部３０と外周部３１とを有する。中央部３０は、上方側の主面３ａの半径をｒとしたときに、その半分のｒ／２を半径とし、中心を主面３ａの中心と同一とする円形の内側全域の部分を中央部３０という。外周部３１は、中央部３０に連なり、中央部３０を取り囲む部分である。すなわち、金属板３は、中央部３０以外が全て外周部３１である。
【００１５】
金属板３を厚さ方向に貫通する穴部３Ｈは、中央部３０にも外周部３１にも設けられている。以下では、中央部３０に位置する穴部を穴部３０Ｈとし、外周部３１に位置する穴部を穴部３１Ｈとする。穴部全体を総称する場合は穴部３Ｈとする。本開示の金属板３は、中央部３０が外周部３１よりも開口率が高い。中央部３０の穴部３０Ｈと、外周部３１の穴部３１Ｈとによって、金属板３には複数の開口が位置している。穴部３Ｈの開口の外形状は、円形に限らず、楕円形、矩形、多角形、不定形などであってもよい。開口の外形状が不定形の場合、公知の方法で円相当直径を算出し、円相当面積に換算してもよい。
【００１６】
中央部３０の開口率は、中央部３０の面積に占める全開口面積の割合である。中央部３０の面積Ｓｃは、開口も含む面積であり、主面３ａの半径をｒとしたとき、中央部３０の半径はｒ／２であるので、面積Ｓｃ＝πｒ２／４である。中央部３０の全開口面積ｓｃは、各穴部３０Ｈの開口面積の総和であり、各穴部３０Ｈの開口面積をそれぞれｓｃ１，ｓｃ２，ｓｃ３，…とすると、全開口面積ｓｃ＝ｓｃ１＋ｓｃ２＋ｓｃ３＋…である。したがって、中央部３０の開口率Ａｃは、Ａｃ＝ｓｃ／Ｓｃで算出される。
【００１７】
外周部３１の開口率は、外周部３１の面積に占める全開口面積の割合である。外周部３１の面積Ｓｐは、開口も含む面積であり、主面３ａの半径をｒとしたとき、主面３ａの面積Ｓ＝πｒ２であり、中央部３０の面積Ｓｃ＝πｒ２／４であるので、外周部３１の面積Ｓｐ＝Ｓ−Ｓｃ＝πｒ２−πｒ２／４＝３πｒ２／４である。外周部３１の全開口面積ｓｐは、各穴部３１Ｈの開口面積の総和であり、各穴部３１Ｈの開口面積をそれぞれｓｐ１，ｓｐ２，ｓｐ３，…とすると、全開口面積ｓｐ＝ｓｐ１＋ｓｐ２＋ｓｐ３＋…である。したがって、外周部３１の開口率Ａｐは、Ａｐ＝ｓｐ／Ｓｐで算出される。
【００１８】
本開示の金属板３は、中央部３０と外周部３１の開口率の関係がＡｃ＞Ａｐであり、中央部３０が外周部３１よりも開口率が高くしている。なお、開口率Ａｃおよび開口率Ａｐは、金属板３を直接測定して算出してもよく、金属板３の主面３ａを撮影し、公知の画像解析ソフトウェア（Ａ像くん（登録商標）、旭化成エンジニアリング株式会社製）などを利用して算出してもよい。
【００１９】
中央部３０の開口率が高いと、発熱抵抗体２からの熱放射線を吸収する部分が相対的に小さくなり、熱放射による金属板３の中央部３０の温度上昇が低減される。さらに、降温時（冷却時）には、高い開口率によって穴部３Ｈからの排熱が促進されて降温速度を高めることができる。さらに、固定部材によって試料保具板に固定される外周部の開口率が低いことにより、固定部分における金属板の耐久性を高めることができる。
【００２０】
開口率の関係がＡｃ＞Ａｐであれば上記の効果を奏するので、金属板３全体における各穴部３Ｈの開口径の分布は、特に限定されないが、より好ましくは、複数の穴部３Ｈのうち最も径が大きい穴部３Ｈが、中央部３０に位置している。金属板３に設けられる穴部３Ｈの開口径は、Ａｃ＞Ａｐであれば、全て同じであってもよいが異なっていてもよい。開口径が異なる場合は、開口径が最大となる穴部３Ｈが、中央部３０に位置している穴部３０Ｈに含まれている。開口径が最大となる穴部３Ｈが複数ある場合は、全てが中央部３０に位置するのが好ましいが、一部が中央部３０に位置し他の一部が外周部３１に位置していてもよい。最大径を有する穴部３Ｈが、中央部３０と外周部３１に分散している場合、中央部３０に位置する最大径の穴部３０Ｈと外周部３１に位置する最大径の穴部３１Ｈが、同数であるか、または中央部３０に位置する最大径の穴部３０Ｈの方が多い。
【００２１】
穴部３Ｈの開口径の分布を上記のようにすることで、中央部３０における穴部３０Ｈからの排熱がさらに促進されて、降温速度をより高めることができる。
【００２２】
開口率の関係がＡｃ＞Ａｐであれば上記の効果を奏するので、金属板３全体において各穴部３Ｈを設ける位置は、特に限定されないが、より好ましくは、穴部３Ｈは、金属板３と中心を同じくする円周上において、等間隔に設けられている。金属板３に設けられる穴部３Ｈの配置位置は、Ａｃ＞Ａｐであれば、規則性がなく偏って配置していてもよいが、一定の規則に従って配列されていてもよい。穴部３Ｈが、規則に従って配列される場合、例えば、穴部３Ｈが格子点に配置されていてもよく、径方向に沿って放射状に配置されていてもよく、同心円上に等間隔に配置されていてもよい。中央部３０に位置する穴部３０Ｈおよび外周部３１に位置する穴部３１Ｈは、金属板３の中心と同心の円周上に、周方向に等間隔に配置される。同一の円周上に配置される穴部３Ｈは、開口径を同一とするのが好ましいが、開口径が互いに異なっていてもよい。
【００２３】
穴部３Ｈの配置位置を上記のように円周上に等間隔で配置することで、周方向の均熱性を高めることができる。
【００２４】
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。本実施形態の試料保持具１００は、金属板３の構成が異なること以外は、図１，２に示した実施形態の試料保持具１００と同じであるので、同じ部位には同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態の金属板３は、中央部３０と外周部３１とで厚さが異なっており、中央部３０が、外周部３１よりも厚さが薄い。具体的には、外周部３１の厚さに対して、中央部３０の厚さが２０〜６０％である。
【００２５】
中央部３０の厚さを薄くすることで、発熱抵抗体２からの熱放射線を吸収する部分がさらに小さくなり温度上昇をより低減できる。一方、固定部材４によって試料保持板１と固定されている外周部３１の厚さは厚いので、十分な剛性を有しており、試料保持具１００の機械的強度を確保することができる。
【００２６】
中央部３０が外周部３１よりも厚さが薄いので、中央部３０と外周部３１との境界部分は、例えば、本実施形態では、図３に示すように段差状となっている。境界部分は、段差状に限らず、傾斜状であってもよく、曲面状であってもよい。
【００２７】
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１００の製造方法の一例について説明する。なお、試料保持板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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
そして、試料保持板１を形成するセラミックグリーンシートに発熱抵抗体２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。
【００３１】
ここで、試料保持板１における所定の位置に発熱抵抗体２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２が表面に形成された、または埋設された試料保持板１が作製される。試料保持板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。
【００３２】
一方、スライス加工によってステンレスブロックから、金属板３となる円板状のステンレス板を切り出し、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、予め定める位置に貫通孔を設けて複数の穴部３Ｈを有する金属板が作製される。予め準備した固定部材４を用いて、試料保持板１と金属板３とを固定し、本開示の試料保持具１００を得る。
【符号の説明】
【００３３】
１      試料保持板
１ａ    試料保持面
１ｂ    下面
２      発熱抵抗体
３      金属板
３Ｈ    穴部
４      固定部材
３０    中央部
３０Ｈ  （中央部の）穴部
３１    外周部
３１Ｈ  （外周部の）穴部
１００  試料保持具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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