(57)【要約】  【課題】  プラズマが貫通孔の内部に発生したときに短絡が生じるおそれを低減することができる試料保持具を提供すること。  【解決手段】  試料保持面を有する絶縁基体１と、絶縁基体１に接合された支持体２とを備えており、絶縁基体１に設けられた貫通孔９と支持体２に設けられた孔部７とが連通してガス流入孔を構成している。孔部７内には筒状のスリーブ１０が配置されており、スリーブ１０と、絶縁基体１との間には、スリーブ１０よりも弾性率が小さい環状の絶縁部材４が設けられる。絶縁部材４は、スリーブ１０と絶縁基体１とによって狭圧されている。【選択図】  図３
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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セラミック体と、
一方の主面が前記セラミック体の他方の主面に接合された支持体と、
該支持体の一方の主面から他方の主面まで貫通する孔部と、
該孔部に位置する筒状のスリーブと、
該スリーブの端面と前記セラミック体の他方の主面との間に位置し、前記スリーブよりも弾性率が小さい環状の絶縁部材とを備えており、
該絶縁部材は、前記スリーブと前記セラミック体とによって狭圧されていることを特徴とする試料保持具。
【請求項２】
前記端面は、凹部を有す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】
前記絶縁部材は、前記凹部に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の試料保持具。
【請求項４】
前記端面は、傾斜部を有す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５】
前記端面は、段差部を有す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６】
前記段差部は、前記スリーブの半径方向外方側が低く、半径方向内方側が高いことを特徴とする請求項５記載の試料保持具。
【請求項７】
前記スリーブは、前記端面の少なくとも一部が前記セラミック体の他方の主面から離れて位置していることを特徴とする請求項１乃至請求項６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】
半導体製造装置等に用いられる試料保持具として、例えば、特許文献１に記載の静電チャックが知られている。特許文献１に記載の静電チャックは、絶縁体と金属ベースとを備え、絶縁体と金属ベースとを貫く貫通孔が設けられており、貫通孔には、絶縁体と金属ベースとの境目部分を覆う絶縁スリーブが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１６６５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に記載の静電チャックにおいては、貫通孔の内部にプラズマが発生したときに、貫通孔の内部と金属ベースとの間で短絡するおそれがあった。そのため、静電チャックの長期信頼性を向上させることが困難であった。
【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セラミック体と、一方の主面が前記セラミック体の他方の主面に接合された支持体と、該支持体の一方の主面から他方の主面まで貫通する孔部と、該孔部に位置する筒状のスリーブと、該スリーブの端面と前記セラミック体の他方の主面との間に位置し、前記スリーブよりも弾性率が小さい環状の絶縁部材とを備えており、該絶縁部材は、前記スリーブと前記セラミック体とによって狭圧されている。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の試料保持具によれば、絶縁部材によって貫通孔内と支持体との間のシール性が向上し、プラズマ発生時の短絡を抑制することができる。これにより、試料保持具の長期信頼性を向上させることができる。
【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平面図である。
【図２】図１に示す試料保持具の切断面線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。
【図３】図２に示す試料保持具の領域Ｂを拡大した部分拡大断面図である。
【図４】試料保持具の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図５】試料保持具の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図６】試料保持具の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図７】試料保持具の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図８】試料保持具の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、試料保持具１００について、図面を参照して説明する。図１は、本開示の試料保持具の一実施形態を示す平面図である。試料保持具１００は、絶縁基体１と、支持体２と、接合層３と、絶縁部材４と、スリーブ１０と、を備える。
【０００９】
絶縁基体１は、第１面（一方の主面）１ａおよび該第１面１ａと反対側の第２面（他方の主面）１ｂを有するセラミック体であり、第１面１ａ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。
【００１０】
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２００〜５００ｍｍ、厚みを２〜１５ｍｍにすることができる。
【００１１】
絶縁基体１を用いて試料を保持する方法としては様々な方法を用いることができる。本例の試料保持具１００は、静電気力によって試料を保持する静電チャックである。そのため、試料保持具１００は絶縁基体１の内部に吸着電極６を備えている。吸着電極６は、２つの電極を有している。２つの電極は、一方が電源の正極に接続され、他方が負極に接続される。２つの電極は、それぞれ略半円板状であって、半円の弦同士が対向するように、絶縁基体１の内部に位置している。これら２つの電極が合わさって、吸着電極６全体の外形が円形状となっている。この吸着電極６の全体による円形状の外形の中心は、同じく円形状のセラミック体の外形の中心と同一に設定できる。吸着電極６は、例えば、金属材料を有する。金属材料としては、例えば、白金、タングステンまたはモリブデン等の金属材料を有する。
【００１２】
試料保持具１００は、例えば、試料保持面である絶縁基体１の第１面１ａよりも上方においてプラズマを発生させて用いられる。プラズマは、例えば、外部に設けられた複数の電極間に高周波を印加することによって、電極間に位置するガスを励起させ、発生させることができる。
【００１３】
支持体２は、金属製であり、絶縁基体１を支持するための部材である。金属材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。支持体２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２の外形寸法は、例えば直径（または辺長）を２００〜５００ｍｍに、厚さを１０〜１００ｍｍにすることができる。支持体２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２と絶縁基体１とは、接合層３を介して接合されている。具体的には、支持体２の第１面２ａと絶縁基体１の第２面１ｂとが、接合層３によって接合されている。接合層３としては、例えば、樹脂材料の接着剤を用いることができる。樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂などを用いることができる。
【００１５】
図２，３に示すように、支持体２には、第１面（一方の主面）２ａから該第１面２ａと反対側の第２面（他方の主面）２ｂまで貫通する孔部７が設けられている。また、絶縁基体１には、第１面１ａから第２面１ｂまで貫通する貫通孔９が設けられている。孔部７と貫通孔９とは連通しており、絶縁基体１の第１面１ａから、接合層３を通って、支持体２の第２面２ｂまで連続した孔となっている。孔部７および貫通孔９は、例えば、ヘリウム等のガスを、支持体２の第２面２ｂ側から試料保持面である絶縁基体１の第１面１ａ側に流入させるためのガス流入孔として設けられている。
【００１６】
貫通孔９は、絶縁基体１の少なくとも一部において支持体２の孔部７の孔径および接合層３の孔径よりも孔径が小さくなっている。本例の試料保持具１００においては、孔部７は、支持体２の第２面２ｂから第１面２ａにかけて孔径が一定の円柱状である。また、貫通孔９は、絶縁基体１中においては、絶縁基体１の第２面１ｂから第１面１ａにかけて孔径が一定の円柱状である。なお、本実施形態では、絶縁基体１の第２面１ｂにおいて、支持体２の孔部７との連通のために、孔部７と同径の円柱状であって、第１面１ａ側に凹んだ凹部８を設けている。
【００１７】
試料保持具１００は、孔部７に位置するスリーブ１０を備える。スリーブ１０は、孔部７の中心軸線に沿って延びる円筒状を有しており、絶縁性材料からなる。スリーブ１０は、孔部７の内部空間において、金属材料が露出する内周面を覆っている。スリーブ１０を孔部７内に設けることで、スリーブ１０の内部空間と貫通孔９とが連通することになり、上記のガス流入孔を構成している。本実施形態のスリーブ１０は、直円筒状であり、絶縁基体１側の端面１１は、中心軸線に直交する仮想平面に平行である。
【００１８】
前述のように、試料保持具１００の使用時には、試料保持面上方でプラズマを発生させるが、発生したプラズマが、貫通孔９を伝って、孔部７内に進入するおそれがある。その場合に、孔部７の内周面との間で短絡が生じて支持体２が損傷してしまう。プラズマの短絡を抑制するために、絶縁性のスリーブ１０を孔部７に設けている。
【００１９】
スリーブ１０を構成する絶縁性材料としては、例えば、セラミック材料を用いることができる。セラミック材料としては、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウムが挙げられる。従来の構造では、スリーブ１０の絶縁基体１側の端面１１を、絶縁基体１の第２面１ｂに当接させている。例えば、絶縁基体１もスリーブ１０もセラミック材料であり、互いに当接した界面においては、十分な気密性が確保できない場合がある。その場合、スリーブ１０を設けていたとしても、プラズマによる短絡を十分に抑制することができない。
【００２０】
本実施形態では、スリーブ１０の端面１１と絶縁基体１の第２面１ｂとの間に位置する環状の絶縁部材４を設けている。この絶縁部材４は、環の中心軸線が、貫通孔９およびスリーブ１０の中心軸線と平行となるように設けられており、これらの中心軸線が一致して同軸となるのが好ましい。また、絶縁部材４は、スリーブ１０よりも弾性率が小さい絶縁材料で構成されており、スリーブ１０と絶縁基体１とによって狭圧されている。絶縁部材４に対しては、スリーブ１０の端面１１と絶縁基体１の第２面１ｂとによって、中心軸線方向に圧縮力が働く。絶縁部材４は、絶縁基体１およびスリーブ１０よりも小さい弾性率を有しており、スリーブ１０と絶縁基体１との狭圧によって弾性変形する。絶縁部材４を設けることで、スリーブ１０の端面１１と絶縁基体１の第２面１ｂとの間の気密性（シール性）を十分に確保することができる。これにより、孔部７内に進入したプラズマが支持体２との間で短絡することを十分に抑制することができ、試料保持具１００の長期信頼性を向上させることができる。
【００２１】
予め孔部７内に絶縁部材４を配置し、スリーブ１０を孔部７に挿入し、軸線方向に力を加えることで、絶縁部材４を狭圧することができる。スリーブ１０は、その外周面と孔部７の内周面とを接着剤などで接着して固定することで、絶縁基体１とスリーブ１０とによって絶縁部材４を狭圧した状態で保持することができる。
【００２２】
絶縁部材４を構成する絶縁材料としては、弾性率がスリーブ１０よりも小さく、プラズマに耐性を有するものであれば使用することができ、例えば、フッ素性樹脂である。絶縁部材４の形状は、環状であって、例えば、中心軸線に平行な切断面における断面形状が円形状である。なお、断面形状は、円形に限定されず、矩形状や多角形状であってもよい。
【００２３】
図４〜８は、試料保持具の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。以下の各実施形態では、スリーブ１０の端面１１の形状がそれぞれ異なっている。スリーブ１０の端面１１の形状が異なる以外の構成については、図１〜３で示した上記実施形態の試料保持具１００と同じであるので、説明は省略する。
【００２４】
図４に示す実施形態のスリーブ１０では、端面１１が凹部１１ａを有している。図に示すように、凹部１１ａには、絶縁部材４が嵌り込んで固定されている。図４に示す例では、中心軸線に平行な切断面における凹部１１ａの断面形状が円弧状であり、絶縁部材４の円弧と一致している。凹部１１ａの断面形状は、円弧状に限定されず、Ｖ字状や矩形状などであってもよいが、凹部１１ａの開口幅が、絶縁部材４の断面における最大長さ（円形状であれば直径）よりも小さければよい。
【００２５】
スリーブ１０の端面１１が凹部１１ａを有することで、絶縁部材４が凹部１１ａに固定され、絶縁部材４の不要な変形を抑制し、孔部７内での絶縁部材４の位置ずれ（軸線ずれ）を抑制することができる。
【００２６】
図５に示す実施形態のスリーブ１０では、端面１１が傾斜部１１ｂを有している。本実施形態の傾斜部１１ｂは、スリーブ１０の半径方向内方に向かうにつれて軸線方向内方に傾斜している。絶縁部材４は、傾斜部１１ｂと絶縁基体１の第２面１ｂとに狭圧される。傾斜部１１ｂの傾斜によって絶縁部材４に対しては、軸線方向に平行な方向に圧縮する力と、半径方向内方に圧縮する力とが加わる。これにより、絶縁部材４による接合層３への応力が低減できる。そのため接合層３の耐久性を高めることができる。
【００２７】
図６に示す実施形態のスリーブ１０では、端面１１が傾斜部１１ｃを有している。本実施形態の傾斜部１１ｃは、図５に示した傾斜部１１ｂとは異なり、スリーブ１０の半径方向内方に向かうにつれて軸線方向外方に傾斜している。絶縁部材４は、傾斜部１１ｃと絶縁基体１の第２面１ｂとに狭圧される。傾斜部１１ｃの傾斜によって絶縁部材４に対しては、軸線方向に平行な方向に圧縮する力と、半径方向外方に伸長する力とが加わる。これにより、支持体２とスリーブ１０との接触面積を低減できる。そのため、試料保持具１００使用時のヒートサイクル下で、支持体２とスリーブ１０間の熱応力を低減できる。その結果、スリーブ１０が破損するおそれを低減できる。
【００２８】
図７に示す実施形態のスリーブ１０では、端面１１が段差部１１ｄを有している。本実施形態では、段差部１１ｄは、スリーブ１０の半径方向外方側１１ｄ１が低く、半径方向内方側１１ｄ２が高い。半径方向内方側１１ｄ２は環状となっており、絶縁部材４は、環状の半径方向内方側１１ｄ２を取り囲むようにして、半径方向外方側１１ｄ１上に位置している。絶縁部材４は、絶縁基体１の第２面１ｂと段差部１１ｄの半径方向外方側１１ｄ１との間で狭圧されている。環状の半径方向内方側１１ｄ２によって、絶縁部材４の不要な変形を抑制し、孔部７内での絶縁部材４の位置ずれ（軸線ずれ）を抑制することができる。
【００２９】
図８に示す実施形態のスリーブ１０では、端面１１が、図７と同様に段差部１１ｄを有しているが、半径方向内方側１１ｄ３がさらに高く、半径方向内方側１１ｄ３が絶縁基体１の第２面１ｂに当接している。半径方向内方側１１ｄ３の高さ（半径方向外方側１１ｄ１を基準に軸線方向に延びた長さ）は、絶縁部材４が狭圧されて弾性変形によって十分にシール性が確保できる程度の高さに設定すればよく、例えば、狭圧される前の絶縁部材４の断面直径よりも小さければよい。図７に示す実施形態と同様の効果が得られるとともに、スリーブ１０が孔部７に挿入される深さが規定される。これにより、絶縁部材４に、過剰な圧縮力が加わることを抑制し、絶縁部材４の不要な変形や損傷を低減することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１：絶縁基体
２：支持体
３：接合層
４：絶縁部材
６：吸着電極
７：孔部
８：第１凹部
９：貫通孔
１０：スリーブ
１００：試料保持具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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