JP2017033983A

JP2017033983A - 試料保持具

Info

Publication number: JP2017033983A
Application number: JP2015149292A
Authority: JP
Inventors: 賢一赤羽; Kenichi Akaha
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: JP6525793B2

Abstract

【課題】プラズマによる接合層の侵食を低減する。
【解決手段】セラミックスから成り上面に試料保持面１１を有する基体１と、金属から成り上面で基体１の下面を覆う支持体２と、基体１の下面および支持体２の上面を接合する接合層３とを備えており、基体１、支持体２および接合層３が、基体１の上面から接合層３を通って支持体２の下面まで貫通する貫通孔１２を有しているとともに、接合層３が、貫通孔１２の内表面を形成する少なくとも一部分に、耐プラズマ性を有する物質から成るとともに、貫通孔１２を囲む耐プラズマ層４を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体集積回路の製造工程等において半導体ウェハ等の各試料を保持するために用いられる試料保持具に関するものである。

試料保持具として、例えば、特許文献１に記載の基板温調固定装置が知られている。特許文献１に記載の基板温調固定装置においては、基体とベースプレートとが接着層によって固定されており、この接着層は耐プラズマ性を有する網目状の部材を内包している。そして、この部材が耐プラズマ性を有していることによって、接着層がプラズマに侵食されるおそれを低減している。

特開２００９−３０２３４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の基板温調固定装置においては、耐プラズマ性を有する部材が網目状の部材から成ることによって、網目の開口部（隙間）からプラズマによる侵食が進行してしまうおそれがあった。

本発明の試料保持具は、セラミックスから成り上面に試料保持面を有する基体と、金属から成り上面で前記基体の下面を覆う支持体と、前記基体の下面および前記支持体の上面を接合する接合層とを備えており、前記基体、前記支持体および前記接合層が、前記基体の上面から前記接合層を通って前記支持体の下面まで貫通する貫通孔を有しているとともに、前記接合層が、前記貫通孔の内表面を形成する少なくとも一部分に、耐プラズマ性を有する物質から成るとともに、前記貫通孔を囲む耐プラズマ層を有することを特徴とする。

接合層が、貫通孔の内表面を形成する少なくとも一部分に、貫通孔を囲む耐プラズマ層を有することによって、プラズマによる接合層の侵食を低減できる。

本発明の試料保持具の一実施形態を示す断面図である。図１に示す試料保持具のうち接合層の近傍を拡大して示す部分断面図である。図１に示す試料保持具の変形例を示す部分断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る試料保持具１０について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の試料保持具１０は、基体１と支持体２とを備えている。基体１と支持体２とは接合層３によって接合されている。本実施形態においては、試料保持具１０は静電チャックである。試料保持具１０は、例えば、シリコンウェハ等の被保持物Ｘを保持する。基体１は、被保持物Ｘと同程度の径を有する円盤状に形成されている。基体１は、上面に被保持物Ｘを保持する試料保持面１１を有している。基体１は、セラミックスから成る。基体１を構成するセラミックスとしては、所定の目的に応じて選択すればよく、特に制限されない。試料保持具１０が、静電チャックとして用いられる場合には、アルミナ、サファイア、アルミナ−チタニア複合材またはチタン酸バリウムのような酸化物系セラミックスあるいは窒化アルミニウム等の窒化物系セラミックスを用いることができる。

本実施形態における基体１は、内部に静電吸着用電極７を有する。静電吸着用電極７は、例えば、白金またはタングステン等の材料からなる。静電吸着用電極７にはリード線が接続されている。静電吸着用電極７は、このリード線を介して、電源８に接続されている。一方、試料保持面１１に吸着される被保持物Ｘは、アースに接続されている。これにより、静電吸着用電極７と被保持物Ｘとの間に静電吸着力が発生して、被保持物Ｘを試料保持面１１に吸着固定できる。

支持体２は、基体１を支持するために設けられている。支持体２は、金属から成り、上面で基体１の下面を覆っている。基体１の下面と支持体２の上面とは接合層３によって接合されている。支持体２を構成する金属は特に制限されない。ここでいう「金属」とは、セラミックスと金属との複合材料および繊維強化金属等の、金属から成る複合材料も含んでいる。一般的に、ハロゲン系の腐食性ガス等に曝される環境下において試料保持具１０を用いる場合には、基体１を構成する金属として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼またはニッケル（Ｎｉ）あるいはこれらの金属の合金を使用することが好ましい。また、支持体２の構造は特に限定されるものではないが、図１に示すように、気体または液体等の熱媒体を循環させるための流路９を備えていてもよい。この場合には、熱媒体として水またはシリコーンオイル等の液体あるいはヘリウム（Ｈｅ）または窒素（Ｎ_２）等の気体を用いることができる。

接合層３は、基体１と支持体２とを接合するために設けられている。接合層３は、基体１の下面および支持体２の上面を接合している。ここで、試料保持具１０は、基体１の上面から接合層３を通って支持体２の下面まで貫通する貫通孔１２を有している。貫通孔１２の形状は、例えば、円柱状である。接合層３の厚みは、例えば、０．０５〜０．５ｍｍに設定できる。この場合には、貫通孔１２の直径は、例えば、０．１〜１０ｍｍに設定できる。

貫通孔１２は、例えば、ガス導入孔として用いられる。この場合には、ガス導入孔は、ガス導入孔のうち試料保持面１１に開口する端部が試料保持面１１の広範囲に分散されて位置するように、試料保持具１０の全体に複数設けられている。このとき、試料保持面１１にはガス流路（図示せず）が形成されており、このガス流路はガス導入孔と繋がっている。そして、試料保持面１１に被保持物Ｘを吸着したときに、ガス導入孔から被保持物Ｘとガス流路とで構成される空間にヘリウムガス等の冷却ガスを供給することで、ガス流路と被保持物Ｘとの間および試料保持面１１と被保持物Ｘとの間の熱伝達を良好にし、被保持物Ｘの均熱性を高めることができる。

ここで、試料保持面１１に対してプラズマクリーニングを行なった際に、プラズマが貫通孔１２（ガス導入孔）に進入する場合がある。このとき、接合層３のうち貫通孔１２の内表面を形成する部分がプラズマに曝される場合がある。

そこで、本実施形態の試料保持具１０においては、図２に示すように、接合層３が、貫通孔１２の内表面を形成する少なくとも一部分に耐プラズマ性を有する物質から成る耐プラズマ層４を有している。これにより、接合層３のうち内表面がプラズマに曝されたとしても、接合層３に侵食が生じることを低減できる。さらに詳しくは、耐プラズマ層４は接
貫通孔１２を囲んでいる。これにより、接合層３に侵食が生じることをさらに低減できる。なお、ここでいう「耐プラズマ性を有する物質から成る耐プラズマ層４」とは、耐プラズマ性を有する物質が層状に設けられていることを意味している。すなわち、例えば、耐プラズマ性を有する物質が格子状または網目状に形成されるとともに、この格子状または網目状の隙間に耐プラズマ性を有さない物質が充填されているような層は、「耐プラズマ性を有する物質から成る耐プラズマ層４」には含まれない。

図２に示す試料保持具１０においては、より具体的には、接合層３の大部分が接着層５から成るとともに貫通孔１２の内表面を形成する部分の全体が耐プラズマ性を有する物質から成る耐プラズマ層４から成る。貫通孔１２の内表面の全体が耐プラズマ層４から成ることによって、プラズマによる侵食をさらに低減できる。この場合には、接合層３のうち、耐プラズマ層４が主にプラズマによる侵食を低減する役割を、接着層５が基体１と支持体２とを接合する役割を有している。すなわち、接合層３は、耐プラズマ層４によって耐プラズマ性を向上させつつも、接着層５によって接合を行なうことができる。特に、貫通孔１２の軸方向に垂直な方向の耐プラズマ層４の幅が１ｍｍ以上であることが好ましい。耐プラズマ層の幅が１ｍｍ以上であることによって、プラズマによる接合層３の腐食を大幅に低減することができる。接着層５としては、例えば、シリコーンまたはエポキシ等の樹脂材料を用いることができる。耐プラズマ性を有する物質としては、例えば、ポリイミド系樹脂またはフッ素系樹脂を主成分とする材料が挙げられる。フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。

また、図３に示すように、接合層３が耐プラズマ層４の上下に、耐プラズマ層４よりも弾性率が小さい応力緩和層６を有していてもよい。一般的に、耐プラズマ層４は、弾性率が高いことからヒートサイクル下において生じる熱応力を吸収することが困難であるが、この耐プラズマ層４を応力緩和層６で挟むことによってヒートサイクル下で生じた熱応力を応力緩和層６において吸収することができる。このような構成にするためには、例えば、耐プラズマ層４としてポリイミド系樹脂を、応力緩和層６としてシリコーン樹脂を用いればよい。この場合には、耐プラズマ層４の弾性率を例えば６．０ＧＰａに、応力緩和層６の弾性率を例えば１．０ＭＰａに設定できる。

また、応力緩和層６のうち、耐プラズマ層４の上に位置する部分を第１層６１として、耐プラズマ層４の下に位置する部分を第２層６２としたときに、第１層６１の厚みが第２層６２の厚みよりも小さくてもよい。プラズマが貫通孔１２に進入してくるときには、貫通孔１２のうち基体１側から進入してくることになるので、応力緩和層６のうち第１層６１を薄くしておくことによって、応力緩和層６がプラズマの影響を受けるおそれを低減できる。また、第２層６２を厚くしておくことによって、ヒートサイクル下で生じた熱応力を緩和しやすくできる。接合層３の厚みが０．２ｍｍの場合であれば、応力緩和層６のうち第１層６１の厚みを０．００５〜０．０２ｍｍに、第２層６２の厚みを０．０１〜０．０８ｍｍに設定できる。特に、第１層６１の厚みに対して第２層６２の厚みが２〜１０倍であることが好ましい。これにより、熱応力を緩和しつつ、プラズマによる腐食の影響を良好に低減できる。

また、耐プラズマ層４が接合層３のうち貫通孔１２の周囲を囲むように設けられているとともに、接合層３が耐プラズマ層４を水平方向に囲む接着層５をさらに有しており、接着層５は耐プラズマ層４よりも熱伝導率が高くてもよい。これにより、貫通孔１２から熱が逃げてしまうことを低減できるので、試料保持面１１の均熱性を向上させることができる。具体的には、例えば、耐プラズマ層４としてポリイミド系樹脂を用いて、接着層５としてアルミナや窒化アルミニウム等のフィラーが添加されたシリコーン樹脂を用いればよい。これにより、耐プラズマ層４の熱伝導率を０．２Ｗ／ｍＫに、接着層５の熱伝導率を２Ｗ／ｍＫにすることができる。

１：基体
１１：試料保持面
１２：貫通孔
２：支持体
３：接合層
４：耐プラズマ層
５：接着層
６：応力緩和層
６１：第１層
６２：第２層
７：静電吸着用電極
８：電源
１０：試料保持具
Ｘ：被保持物

Claims

セラミックスから成り上面に試料保持面を有する基体と、金属から成り上面で前記基体の下面を覆う支持体と、前記基体の下面および前記支持体の上面を接合する接合層とを備えており、
前記基体、前記支持体および前記接合層が、前記基体の上面から前記接合層を通って前記支持体の下面まで貫通する貫通孔を有しているとともに、
前記接合層が、前記貫通孔の内表面を形成する少なくとも一部分に、耐プラズマ性を有する物質から成るとともに、前記貫通孔を囲む耐プラズマ層を有することを特徴とする試料保持具。
前記接合層が、前記耐プラズマ層の上下に、耐プラズマ層よりも弾性率が小さい応力緩和層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。
前記応力緩和層のうち、前記耐プラズマ層の上に位置する部分を第１層として、前記耐プラズマ層の下に位置する部分を第２層としたときに、前記第１層の厚みが前記第２層の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の試料保持具。
前記耐プラズマ層が前記接合層のうち前記貫通孔の周囲を囲むように設けられているとともに、前記接合層が前記耐プラズマ層を水平方向に囲む接着層をさらに有しており、該接着層は前記耐プラズマ層よりも熱伝導率が高い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。