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技術 試料保持具

出願人 京セラ株式会社
発明者 井之上博範
出願日 2015年10月29日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2015-213283
公開日 2017年5月18日 (3年1ヶ月経過) 公開番号 2017-081797
状態 特許登録済
技術分野 セラミックスの接合 ウエハ等の容器、移送、固着、位置決め等
主要キーワード 保治具 ヒートサイクル下 試料保持具 試料保持面 銅シート 試料処理装置 Ti系合金 メニスカス状
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年5月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

長期信頼性が向上した試料保持具の提供。

解決手段

セラミックスからなり一方の主面に試料保持面を有する基体と、前記基体の他方の主面に設けられた支持体と、前記基体と前記支持体とを接合する接合層5とを有しており、該接合層5は銀および銅から成るとともに、前記接合層を前記基体側から基体側部51、中央部52および支持体側部53の3つの領域に分けたときに、前記中央部52における銀の含有率が前記基体側部51および前記支持体側部53における銀の含有率よりも大きい試料保治具である。

概要

背景

試料保持具として、例えば、特許文献1に記載の接合体が知られている。特許文献1に記載の接合体は、一方の主面に試料保持面ウエハー設置面)を有する基体サセプター)と、基体の他方の主面に設けられた支持体リング)とを備えており、基体と支持体とが接合層によって接合されている。また、接合層としては、例えば、銀銅ろうが知られている。

概要

長期信頼性が向上した試料保持具の提供。セラミックスからなり一方の主面に試料保持面を有する基体と、前記基体の他方の主面に設けられた支持体と、前記基体と前記支持体とを接合する接合層5とを有しており、該接合層5は銀および銅から成るとともに、前記接合層を前記基体側から基体側部51、中央部52および支持体側部53の3つの領域に分けたときに、前記中央部52における銀の含有率が前記基体側部51および前記支持体側部53における銀の含有率よりも大きい試料保治具である。

目的

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、長期信頼性が向上した試料保持具を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

セラミックスからなり一方の主面に試料保持面を有する基体と、前記基体の他方の主面に設けられた支持体と、前記基体と前記支持体とを接合する接合層とを有しており、該接合層は銀および銅から成るとともに、前記接合層を前記基体側から基体側部、中央部および支持体側部の3つの領域に分けたときに、前記中央部における銀の含有率が前記基体側部および前記支持体側部における銀の含有率よりも大きいことを特徴とする試料保持具

請求項2

前記基体側部において、前記基体側に銅の成分が偏って存在し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

前記試料保持面に垂直な断面を見たときに、前記支持体側部において、銅の成分が前記支持体側から前記基体側に向かって伸びる形状であ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。

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用いられる、半導体ウエハ等の試料を保持する際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に記載の接合体が知られている。特許文献1に記載の接合体は、一方の主面に試料保持面ウエハー設置面)を有する基体サセプター)と、基体の他方の主面に設けられた支持体リング)とを備えており、基体と支持体とが接合層によって接合されている。また、接合層としては、例えば、銀銅ろうが知られている。

先行技術

0003

特開平11−278951号公報

発明が解決しようとする課題

0004

基体と支持体とが銀銅ろうで接合された試料保持具においては、ヒートサイクル下における長期信頼性を向上させることが困難であった。具体的には、ヒートサイクル下における試料保持具の長期間の使用によって接合層が基体または支持体から剥離してしまうおそれがあった。

0005

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、長期信頼性が向上した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

0006

本発明の一態様の試料保持具は、セラミックスからなり一方の主面に試料保持面を有する基体と、前記基体の他方の主面に設けられた支持体と、前記基体と前記支持体とを接合する接合層とを有しており、該接合層は銀および銅から成るとともに、前記接合層を前記基体側から基体側部、中央部および支持体側部の3つの領域に分けたときに、前記中央部における銀の含有率が前記基体側部および前記支持体側部における銀の含有率よりも大きいことを特徴とする。

発明の効果

0007

本発明の一態様の試料保持具によれば、接合層の中央部において銅よりもヤング率が小さい銀の含有率を高くすることによって、ヒートサイクル下において生じる変形を接合層の中央において生じさせることができる。そのため、接合層のうち基体側部および支持体側部において生じる変形を低減することができるので、接合層が基体または支持体から剥離してしまうおそれを低減できる。そのため、試料保持具の長期信頼性を向上できる。

図面の簡単な説明

0008

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断面図である。
図1に示す試料保持具の斜視図である。
図1に示す試料保持具の部分部分断面図である。
図3に示す試料保持具のうち領域Aを拡大した部分断面図である。

実施例

0009

以下、本発明の一実施形態に係る試料保持具1およびこれを用いた試料処理装置10について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施形態に係る試料保持具1およびこれを用いた試料処理装置10を示す断面図である。また、図2は試料保持具1の斜視図であり、図1において示した試料保持具を上下反転して示している。

0010

図1に示すように、試料処理装置10は、筺体2と、筺体2の内部に設けられた試料保持具1とを備えている。試料処理装置10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、筺体2はいわゆる真空処理装置チャンバーとして用いられ、試料保持具1には、試料として例えば、シリコンウエハ等が保持される。

0011

筺体2は、底面の中央部に下側に開口する貫通孔20を有しており、この貫通孔20を囲って気密構造を構成するように試料保持具1が取り付けられている。試料保持具1は、一方の主面(以下、上側主面ともいう)に試料保持面30を有する基体3と、基体3の他方の主面(以下、下側主面ともいう)に接合された支持体4とを備えている。この支持体4が筺体2の貫通孔20を取り囲んで筐体2に接合されている。支持体4は、筺体2に接合層5によって接合されて、筺体2の貫通孔20を基体3とともに封止している。これによって、基体3の試料保持面30が露出する筺体2内の空間を気密構造としている。なお、「上側」との記載および「下側」との記載は、理解を助けるために便宜上用いた表現であって、試料保持具1の使用方法を限定するものではない。すなわち、試料保持具1は、試料保持面30が下側になるように用いられてもよいし、横側になるように用いられてもよい。

0012

基体3は、試料保持面30にウエハ等の板状の試料を保持するための部材である。図1および図2に示すように、基体3は、例えば、円板状の部材である。基体3は、上側主面に試料保持面30を有する。

0013

基体3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。また、酸化アルミニウム窒化珪素炭化珪素等のセラミック材料から成るものであってもよい。基体3は、例えば、複数のセラミックグリーンシートを積層して、これをホットプレス法等で焼成することによって得ることができる。また、必要に応じて、基体3の内部に静電吸着用電極またはヒータ用の配線等が設けられていてもよい。これら電極または配線パターンを設けるには、焼成前の複数のセラミックグリーンシートのうち所望のグリーンシートスクリーン印刷法等を用いて、焼成後に電極または配線と成る形状に導体ペーストパターン印刷しておけばよい。

0014

基体3の寸法は、試料保持面30に保持される試料の大きさに応じて適宜設定される。基体3の寸法は、試料保持面30にシリコンウエハを保持する場合であれば、例えば、円板状として試料保持面30の直径を30〜500mm程度に、厚みを5〜25mm程度に設定できる。

0015

支持体4は、基体3を保持するための部材である。図1および図2に示すように、支持体4は、基体3の下側主面に接合された鍔部41および鍔部41から下側(基体3の下側主面から離れる方向)に向かって伸びる筒部42を有する。これら鍔部41と筒部42とは一体的に形成されている。鍔部41と筒部42とは、例えば、切削加工等によって一体に形成することができる。また、鍔部41と筒部42とを接合して一体になるように形成することもできる。支持体4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

鍔部41は、基体3の下側主面に接合される部位である。鍔部41は、例えば円環状の
部位であって、基体3の下側主面に接して、ろう付け等によって接合されて基体3と一体になるように設けられている。鍔部41は、幅方向広がりを持った上面が基体3の下側主面に対向している。鍔部41の寸法は、基体3の寸法に応じて適宜設定されるが、円板状の基体3に対しては、例えば、内径を20〜450mm程度に、円環の幅を2〜15mm程度に設定できる。

0017

なお、試料処理装置10においては試料処理用の各種の電力ガスが筐体2の外部から貫通孔20を通して基体3に供給されることから、鍔部41の内径は、基体3の下側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10の内部にガスを導入するために基体3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、基体3と支持体4との接合強度を十分に確保できるように設定される。

0018

また、本実施形態における支持体4は円環状の鍔部41および円筒状の筒部42を有するものであるが、形状はこれに限られない。鍔部41の形状は楕円形状の環状または三角形状、四角形状もしくは六角形状等の多角形状の環状であってもよい。筒部42の形状も同様に、楕円形状の筒状または三角形状、四角形状もしくは六角形状等の多角形状の筒状であってもよい。さらに、鍔部41の形状と筒部42の形状との組合せも、円環状と円筒状のように同様の形状に限られず、異なる形状の組合せであっても構わない。

0019

図3は、図1に示す試料保持具1の部分拡大断面図である。図2と同じく基体3の下側主面を上向きにして、基体3の下側主面と支持体4の鍔部41および筒部42の上端近傍との接合部分を拡大して示している。図3に示すように、鍔部41と基体3とは接合層5によって接合されており、筒部42の上端と基体3とも同じく接合層5によって接合されている。そして、接合層5は、筒部42の内周面側および鍔部41の外周側でそれぞれメニスカス状に設けられており、筒部42の内周面側で大きなメニスカス状になっている。

0020

接合層5は、銀および銅から成る。なお、ここでいう「銀および銅から成る」とは、接合層5のうち銀の占める割合および銅の占める割合の合計が70質量%以上であることを意味している。すなわち、接合層5は、銀および銅のみから成る必要は無く、亜鉛カドミウム等を含んでいてもよい。

0021

本実施形態では、鍔部41と基体3との接合を良好に行なうために、基体3の下側主面には、ろう付け用の下地層としてメタライズ層6が設けられている。メタライズ層6は、鍔部41の形状に対応して設けられている。すなわち、鍔部41が円環状であれば、これに対応するように、メタライズ層6もそれよりもやや幅が広い円環状である。メタライズ層6としては、例えば、Ag−Cu−Ti系合金等を用いることができる。

0022

支持体4の筒部42は、筺体2の内部において基体3を支えるための筒状の部位である。筒部42は鍔部41の内周から伸びており、筒部42の上端は、円環状の鍔部41の内周に連続している。すなわち、本実施形態では筒部42は円筒状である。筒部42の下端は、例えば、試料処理装置10における筺体2の内側底面に貫通孔20の周囲で接合される。すなわち、支持体4は、鍔部41の上面が基体3の下側主面に接合されるとともに、筒部42の下端の部位が筺体2に接合されて用いられる。

0023

図4は、図3のうち領域Aを拡大して示している。本実施形態の試料保持具1においては、図4に示すように、接合層5を基体3側から、基体側部51、中央部52および支持体側部53の3つの領域に分けることができる。なお、上述の3つの領域は、基体側部51の厚み(T1)、中央部52(T2)の厚みおよび支持体側部53(T3)の厚みが等しくなるように、分けられる。すなわち、例えば図4に示すように、接合層5の厚みが一定でないような場合には、基体側部51と中央部52との界面、および、中央部52と支持体側部53との界面も、一様な平面ではなく曲面(断面視では曲線)になる。

0024

そして、中央部52における銀の含有率が、基体側部51および支持体側部53のそれぞれにおける銀の含有率よりも大きい。このように、接合層5の中央部52において銅よりもヤング率が小さい銀の含有率を高くすることによって、ヒートサイクル下において生じる変形を接合層5の中央において生じさせることができる。そのため、接合層5のうち基体側部51および支持体側部53において生じる変形を低減することができる。そのため、接合層5が基体3または支持体4から剥離してしまうおそれを低減できる。その結果、試料保持具10の長期信頼性を向上できる。

0025

基体側部51、中央部52および支持体側部53における、銀の含有率の比較は、例えば、以下の方法で確認できる。具体的には、試料保持具1をダイヤモンドカッターを用いて、接合層5を通る基体3の下側主面に垂直な方向の面で切断して研磨する。その後、走査型電子顕微鏡を用いて、元素分析を行なうとともに研磨面の状態を観察すればよい。このとき、得られた画像のうち基体側部51、中央部52および支持体側部53の3つの領域それぞれにおける銀の占めている領域の面積を比較することによって、銀の含有率の比較を行なうことができる。

0026

また、基体側部51において、基体3側に銅の成分が偏って存在していてもよい。これにより、銀よりも熱膨張率が小さい銅を基体3側に偏らせて存在させることによって、基体側部51のうち基体3側の熱膨張率を基体3に近づけることができる。これにより、ヒートサイクル下において、接合層5に剥がれが生じるおそれを低減できる。例えば、基体側部51の断面を見たときに、銅の成分の80%以上が、基体側部51を厚み方向に2分したうちの基体3側に存在している場合には、基体3側に銅の成分が偏って存在していているとみなすことができる。

0027

また、試料保持面30に垂直な断面を見たときに、支持体側部53において、銅の成分が支持体4側から基体3側に向かって伸びる形状であってもよい。銅の成分が支持体4側から基体3側に向かって伸びる形状であることによって、接合層5と支持体4との界面にクラックが生じたときに、このクラックの進行を支持体4側から基体3側に向かうように誘導しやすくできる。その結果、生じたクラックが接合層5と支持体4との界面に沿って進行してしまい、接合層5が支持体4から剥がれてしまうおそれを低減できる。銅の成分が支持体4側から基体3側に向かって伸びる形状としては、例えば、長円形状、楕円形状またはこれら形状に類似する形状が挙げられる。また、伸びる形状である銅の成分が支持体側部53から中央部52にかけて存在していてもよい。

0028

接合層5の厚みは、例えば、50〜200μmに設定できる。接合層5の厚みが100μmの場合には、伸びる形状である銅の成分の寸法は、例えば、長さを30〜50μmに、幅を5〜20μmに設定できる。試料保持面30に垂直な方向を縦として、試料保持面30に平行な方向を横として、アスペクト比=「縦方向最大長さ」/「横方向の最大長さ」としたときに、アスペクト比は、例えば、1.5〜10に設定できる。

0029

上記構造の接合層5を有する試料保持具1の製造方法を以下に説明する。まず、所定の方法にて基体3を準備する。基体3の他方の主面には円環状のメタライズ層6を形成しておく。そして、このメタライズ層6に接合層5となるシート状の銀銅ろう(以下、銀銅ろうシートともいう)を配置して、さらに、銀銅ろうシートに支持体4を重ねる。この状態で、真空中で加熱を行なうことによって基体3と支持体4とを接合層5によって接合できる。このとき、銀銅ろうシートとしては、例えば、3枚の銀銅ろうシートを用いることができる。具体的には、例えば、基体側部51および支持体側部53となる部分には、銀と
銅の比率質量比で62:38の銀銅ろうシートを、中央部52となる部分には銀と銅の比率が質量比で82:18の銀銅シートを用いることができる。これらを、積層して接合層5を形成することによって、中央部52において銀の含有率を高めることができる。

0030

さらに、基体側部51となる銀銅ろうシートとして、基体3側の銅の割合を高めたシートを用いることによって、基体3側に銅の成分を偏って存在させることができる。

0031

さらに、試料保持面30に垂直な断面を見たときに、支持体側部53において、銅の成分が支持体4側から基体3側に向かって伸びる形状にするための方法として、以下の方法が挙げられる。例えば、支持体側部53となる銀銅ろうシートとして、銅の成分が厚さ方向に長い状態でシート中に存在しているような銀銅ろうシートを用いればよい。このような銀銅ろうシートを用いることによって、銅の成分を支持体4側から基体3側に向かって伸びる形状にすることができる。

0032

1:試料保持具
2:筺体
20:貫通孔
3:基体
30:試料保持面
4:支持体
41:鍔部
42:筒部
5:接合層
51:凹部
10:試料処理装置

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