JP2016225557A - 試料保持具およびこれを用いたプラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 接続の信頼性を確保しつつセラミック体に生じる反りを低減する
【解決手段】 試料保持具１０は、上面に試料保持面１１を有し下面に凹部１２を有するセラミック体１と、前記試料保持面１１に沿って広がって前記セラミック体１に埋設された静電吸着用電極２と、該静電吸着用電極２から前記セラミック体１の下面側に伸びるビアホール導体４と、該ビアホール導体４の前記セラミック体１の下面側の端部に接続されるとともに前記セラミック体１の上面に沿う方向に設けられて、少なくとも一部が前記凹部１２に露出する電極５と、前記凹部１２に挿入されて前記電極５に接続されたリード端子９とを備えており、前記電極５は、前記リード端子９に接続された部分よりも前記ビアホール導体４に接続された部分の方が厚い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、半導体集積回路の製造工程等において半導体ウエハ等を保持するための試料保持具およびこれを用いたプラズマエッチング装置に関するものである。

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、半導体ウエハ等の各試料を保持するための部品として試料保持具が知られている。試料保持具としては、例えば、特許文献１に記載された静電チャックが挙げられる。特許文献１に記載された静電チャックは上面に試料保持面を有し下面に凹部を有するセラミック体と、セラミック体に埋設された静電電極と、静電電極から下方向に伸びるビアホール導体と、ビアホール導体に接続されるとともに試料保持面に沿う電極とを備えている。電極は凹部の内部において端子に接続される。近年、ヒートサイクル下における電極とセラミック体との熱膨張差に起因するセラミック体の反りを低減するために、電極を薄くすることが求められている。

特開２００６−２８７２１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された静電チャックにおいては、長期信頼性を確保したまま電極を薄くすることが困難であった。具体的には、電極全体を薄くした場合には電極自体の耐久性が低下してしまい、ビアホール導体と電極との接続部においてクラックが生じてしまうおそれがあった。そのため、ビアホール導体と電極との接続の信頼性が低下してしまうおそれがあった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接続の信頼性を確保しつつセラミック体に生じる反りを低減することができる試料保持具およびこれを用いたプラズマエッチング装置を提供することにある。

本発明の一態様の試料保持具は、上面に試料保持面を有し下面に凹部を有するセラミック体と、前記試料保持面に沿って広がって前記セラミック体に埋設された静電吸着用電極と、該静電吸着用電極から前記セラミック体の下面側に伸びるビアホール導体と、該ビアホール導体の前記セラミック体の下面側の端部に接続されるとともに前記セラミック体の上面に沿う方向に設けられて、少なくとも一部が前記凹部に露出する電極と、前記凹部に挿入されて前記電極に接続されたリード端子とを備えており、前記電極は、前記リード端子に接続された部分よりも前記ビアホール導体に接続された部分の方が厚いことを特徴とする。

本発明の一態様のプラズマエッチング装置は、真空チャンバと、該真空チャンバ内に配置された高周波印加用電極を有するベースプレートと、該ベースプレートに搭載された上記の試料保持具とを含むことを特徴とする。

本発明の一態様の試料保持具によれば、接続の信頼性を確保しつつセラミック体に生じ
る反りを低減することができる。

本発明の一態様のプラズマエッチング装置によれば、上記の試料保持具を含むことによって、長期信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態の試料保持具およびこれを用いたプラズマエッチング装置を示す断面図である。 図１に示した試料保持具の変形例を示す断面図である。 図１に示した試料保持具の変形例を示す断面図である。 図１に示した試料保持具の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る試料保持具１０およびこれを用いたプラズマエッチング装置１００について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態の試料保持具１０を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の試料保持具１０は、一方の主面に試料保持面１１を有するセラミック体１と試料保持面１１に沿って広がって埋設された静電吸着用電極２と、静電吸着用電極２に接続されたビアホール導体４と、ビアホール導体４に接続された電極５と、電極５に接続されたリード端子９とを備えている。試料保持具１０は、さらに、セラミック体１の他方の主面に設けられた発熱抵抗体３を備えている。

セラミック体１は、一方の主面（上面）に試料保持面１１を有する板状の部材である。セラミック体１は、上面の試料保持面１１で、例えばシリコンウエハ等の試料を保持する。セラミック体１は、平面視したときの形状が円形状の部材である。セラミック体１は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料からなる。セラミック体１の寸法は、例えば、径を２００〜５００ｍｍ、厚みを２〜１５ｍｍに設定できる。本実施形態の試料保持具１０は静電気力によって試料を保持する。そのため、試料保持具１０は、セラミック体１の内部に静電吸着用電極２を備えている。

静電吸着用電極２は、２つの電極（図１には一方の電極しか図示していない。）から構成される。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に形成され、半円の弦同士が隙間をあけて対向するように、セラミック体１の内部に配置される。これら２つの電極の弧によって静電吸着用電極２の全体の外形が円形状となっている。静電吸着用電極２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１の外形の中心と同一に設定される。静電吸着用電極２は、例えばタングステンまたはモリブデン等の金属材料からなる。

ビアホール導体４は、静電吸着用電極２からセラミック体１の下面側に伸びて設けられている。ビアホール導体４は、静電吸着用電極２に電力を供給するための部材である。ビアホール導体４は、例えば、円柱状である。ビアホール導体４は、例えば、タングステンまたはモリブデン等の金属材料からなる。

電極５は、ビアホール導体４のセラミック体１の下面側の端部に接続されるとともに、試料保持面１１に沿う方向に設けられている。電極５は、ビアホール導体４とともに静電吸着用電極２に電力を供給するための部材である。電極５は、例えば、タングステンまたはモリブデン等の金属材料からなる。

ここで、セラミック体１は下面に開口する凹部１２を有している。凹部１２の底面にお
いて、電極５の一部が露出している。より具体的には、電極５を凹部１２が貫いており、凹部１２の壁面に電極５が露出している。凹部１２は、リード端子９を挿入するために設けられている。凹部１２の形状は、例えば円柱状である。凹部１２の寸法は、挿入されるリード端子９の寸法に対応して定められる。具体的には、リード端子９の外周面と凹部１２の内周面との間にリード端子９を容易に挿入できる程度の隙間を形成するように、凹部１２の寸法は設定される。リード端子９が外径１．５ｍｍの円柱状の場合には、凹部１２の径は２〜１０ｍｍに設定することができる。

リード端子９は、外部電源（図示せず）と電極５とを電気的に接続し、静電吸着用電極２に電力を供給するための部材である。リード端子９は、例えば円柱状の部材であって、凹部１２に挿入されて用いられる。リード端子９は、凹部１２の内部において電極５に接続されている。具体的には、凹部１２の壁面に露出したリード端子９と電極５とを導電性の接合材１３で接続する。接合材１３としては、例えば、導電性樹脂を用いることができる。

発熱抵抗体３は、セラミック体１の上面の試料保持面１１に保持した試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体３は、セラミック体１の他方の主面（下面）に設けられている。発熱抵抗体３に電圧を印加することによって、発熱抵抗体３を発熱させることができる。発熱抵抗体３で発せられた熱は、セラミック体１の内部を伝わって、セラミック体１の上面における試料保持面１１に到達する。これにより、試料保持面１１に保持された試料を加熱することができる。発熱抵抗体３は、例えば複数の湾曲部を有する線状のパターンであって、セラミック体１の下面のほぼ全面に形成されている。これにより、試料保持具１０の上面において熱分布にばらつきが生じることを抑制できる。

発熱抵抗体３は、導体成分およびガラス成分を含んでいる。導体成分としては、例えば銀パラジウム、白金、アルミニウムまたは金等の金属材料を含んでいる。また、ガラス成分としては、ケイ素、アルミニウム、ビスマス、カルシウム、ホウ素および亜鉛等の材料の酸化物を含んでいるガラスを用いることができる。発熱抵抗体３は、例えば、厚みを２０〜７０μｍに設定できる。

ここで、本実施形態の試料保持具１０においては、電極５は、リード端子９に接続された部分よりもビアホール導体４に接続された部分の方が厚い。このように、リード端子９に接続された部分よりもビアホール導体４に接続された部分の方を厚くすることによって、電極５のうち厚くした部分の物理的な強度を向上させることができる。そのため、電極５とビアホール導体４との間にクラックが生じてしまうおそれを低減できる。また、リード端子９に接続される部分を薄くすることによって、セラミック体１との間に生じる熱応力を低減できるので、セラミック体１に生じる反りを低減することができる。より具体的には電極５のうちビアホール導体４の直下に位置する部分の厚みを、リード端子９に接続された部分の厚みの、例えば、２〜３．５倍に設定できる。また、厚みを大きくする領域は、ビアホール導体４の直下を中心に、ビアホール導体４の直径の、例えば、１〜３倍の直径を有する円に囲まれる範囲に設定できる。

電極５はリード端子９に接続された部分からビアホール導体４に接続された部分にかけて徐々に厚くなっていてもよい。これにより、電極５の厚みを徐々に変えることができる。そのため、電極５に部分的に熱応力が集中するおそれを低減できる。リード端子９に接続された部分からビアホール導体４に接続された部分にかけて徐々に厚くなっている構成としては、例えば、電極５のうちビアホール導体４に接続された部分がドーム状であってもよい。このような構成は、例えば、スクリーン印刷法で形成することができる。具体的には、ペースト状の電極５材料を積層する際に、ビアホールの直下に位置することになる部分における積層の枚数を増やせばよい。

なお、ここでいう「徐々に厚くなって」とは、滑らかに厚くなっている場合と、段階的に厚くなっている場合との両方の場合を意味している。滑らかに厚くなっている場合としては、例えば、図４に示すように、電極５の全体がドーム状になっている場合が挙げられる。また、段階的に厚くなっている場合としては、例えば、電極５の表面が階段状である場合が挙げられる。

また、図２に示すように、静電吸着用電極２の上面は、ビアホール導体４が接続された部分の直上が試料保持面１１側に凸形状であってもよい。一般的に、試料保持面１１のうちビアホール導体４が設けられている部分の直上は周囲よりも温度が低くなる。これは、ビアホール導体４を通じて熱が外部に逃げてしまうためである。そのため、試料における均熱性が低下してしまうおそれがある。そこで、静電吸着用電極２の上面のうちビアホール導体４が接続された部分の直上を凸形状にしておくことによって、ビアホール導体４が接続された部分の直上を試料保持面１１に近づけることができる（ビアホール導体４が接続された部分の直上と試料保持面１１に保持される試料とを近づけることができる）。クーロン力を用いて試料を保持する場合には、静電吸着力は距離の二乗に反比例する。そのため、ビアホール導体４が接続された部分の直上を試料保持面１１に近づけることによって、ビアホール導体４の直上における静電吸着力を高めることができる。これにより、ビアホール導体４の直上において試料に熱を伝えやすくすることができる。その結果、試料の均熱性を向上できる。静電吸着用電極２のうち凸形状の部分の上面は周囲に比べて、例えば、１５〜３５μｍ突出している。このような構成は、例えば、スクリーン印刷法で形成することができる。具体的には、静電吸着用電極２の上面のうちビアホールの直上に位置することになる部分における積層の枚数を増やせば良い。

また、図３に示すように、ビアホール導体４は、静電吸着用電極２に接続された部分および電極５に接続された部分において細くなっている。具体的には、ビアホール導体４は、例えば、樽型である。これにより、ビアホール導体４に生じた熱応力をさまざまな方向に逃がすことができる。その結果、試料保持具１０の耐久性を向上できる。このような構成は、例えば、複数のセラミックグリーンシートを積層してセラミック体１を形成する場合に、セラミックグリーンシートにあらかじめ孔を空けておき、この孔が重なるようにセラミックグリーンシートを積層する。このとき、セラミックグリーンシートを積層したときに、複数の孔が合わさった形状が樽状になるように、それぞれのセラミックグリーンシートに孔を空けておく。そして、孔に対してビアホール導体４となる導電性のペーストを流しこむことによってビアホール導体４の形状を樽状にすることができる。

図１に戻って、上述した試料保持具１０を用いたプラズマエッチング装置１００の一部を説明する。プラズマエッチング装置１００は、真空チャンバ（図示せず）と、真空チャンバ内に配置された高周波印加用電極５（図示せず）を有するベースプレート６と、ベースプレート６に搭載された試料保持具１０とを備えている。

ベースプレート６は、内部に冷却媒体用の流路（図示せず）および試料保持具１０の上面にヘリウムまたはアルゴン等の伝熱ガスを流す流路を内蔵した板状の部材である。ベースプレート６としては、例えば、アルミニウムまたはチタン等の金属材料、炭化ケイ素等のセラミック材料あるいは炭化ケイ素とアルミニウムとの複合材等を用いることができる。

試料保持具１０の発熱抵抗体３は絶縁層７によって覆われている。絶縁層７としては、セラミックフィラー入りの接着材またはセラミック材料等が用いられる。この絶縁層７は、樹脂層８によってベースプレート６の上面に接着されている。

樹脂層８としては、接着性の樹脂を用いることができる。具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂等を用いることができる。なお、樹脂層８はフィラーを含有していても構わない。フィラーを含有することによって、樹脂層８の熱伝導性を向上させることができる。フィラーとしては、セラミック材料または金属材料等の樹脂材料よりも高い熱伝導性を有しているものであればよい。具体的には、フィラーが金属から成る場合には、例えばアルミニウムから成るものを用いることができる。また、フィラーがセラミック材料から成る場合には、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素を用いることができる。

なお、樹脂層８、絶縁層７およびベースプレート６には、セラミック体１の凹部１２にリード端子９を挿入できるように、凹部１２に繋がる貫通孔が設けられている。これにより、セラミック体１の下面に樹脂層８、絶縁層７およびベースプレート６を設けた場合であっても、リード端子９をセラミック体１の下面から凹部１２に挿入することができる。

プラズマエッチング装置１００は、上記の試料保持具１０を備えていることによって、長期信頼性を向上させることができる。

１ ：セラミック体
１１ ：試料保持面
１２ ：凹部
２ ：静電吸着用電極
３ ：発熱抵抗体
４ ：ビアホール導体
５ ：電極
６ ：ベースプレート
７ ：絶縁層
８ ：樹脂層
９ ：リード端子
１０ ：試料保持具
１００：プラズマエッチング装置

Claims (5)

1. 上面に試料保持面を有し下面に凹部を有するセラミック体と、前記試料保持面に沿って広がって前記セラミック体に埋設された静電吸着用電極と、該静電吸着用電極から前記セラミック体の下面側に伸びるビアホール導体と、該ビアホール導体の前記セラミック体の下面側の端部に接続されるとともに前記試料保持面に沿う方向に設けられて、少なくとも一部が前記凹部に露出する電極と、前記凹部に挿入されて前記電極に接続されたリード端子とを備えており、前記電極は、前記リード端子に接続された部分よりも前記ビアホール導体に接続された部分の方が厚いことを特徴とする試料保持具。
2. 前記静電吸着用電極の上面は、前記ビアホール導体が接続された部分の直上が前記試料保持面側に凸形状であることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
3. 前記ビアホール導体は、前記静電吸着用電極に接続された部分および前記電極に接続された部分において細くなっ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。
4. 前記電極は、前記リード端子に接続された部分から前記ビアホール導体に接続された部分にかけて徐々に厚くなっ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。
5. 真空チャンバと、該真空チャンバ内に配置された高周波印加用電極を有するベースプレートと、該ベースプレートに搭載された請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の試料保持具とを備えたプラズマエッチング装置。

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