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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路の製造工程などで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。 The present invention relates to a sample holder used for holding each sample such as a semiconductor wafer in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit.
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に記載の基板載置装置が知られている。この基板載置装置は、一方の面に基板載置面を持つ板状のセラミックス基材と、セラミックス基材の他方の面上に形成された接合層と、セラミックス基材の他方の面に対し接合層を介して接合される基台とを有している。
As a sample holder used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, for example, a substrate mounting apparatus described in
しかしながら、近年、半導体集積回路の配線の微細化に伴い、より高出力のプラズマ中でウェハの処理が行なわれている。そのため、プラズマの影響で試料保持具の接合層の外表面が帯電し易くなる。セラミックス基材の下面には、試料を加熱するための発熱抵抗体や試料を静電吸着するための吸着電極などの外部導体層が設けられている。接合層の外表面に帯電した電荷によって、この外部導体層間で絶縁破壊してしまう虞があった。 However, in recent years, with the miniaturization of wiring of a semiconductor integrated circuit, wafer processing is performed in a plasma with higher output. Therefore, the outer surface of the bonding layer of the sample holder is easily charged due to the influence of plasma. On the lower surface of the ceramic substrate, an external conductor layer such as a heating resistor for heating the sample and an adsorption electrode for electrostatically adsorbing the sample is provided. There is a possibility that dielectric breakdown occurs between the outer conductor layers due to the electric charge charged on the outer surface of the bonding layer.
本発明の試料保持具は、基体と、基体の下面に設けられた外部導体層と、金属から成り上面で前記基体の下面を前記外部導体層ごと覆う支持体と、前記基体の下面と前記支持体とを接合する樹脂材料から成る接合層とを備えており、前記接合層は、少なくとも一部が中央側に設けられた第1部分と、前記接合層の外周側に位置する第2部分を有するとともに、該第2部分は前記第1部分よりも炭素を多く含んでいることを特徴とする。 The sample holder of the present invention includes a substrate, an outer conductor layer provided on the lower surface of the substrate, a support made of metal and covering the lower surface of the substrate with the outer conductor layer on the upper surface, the lower surface of the substrate and the support A bonding layer made of a resin material that bonds the body, and the bonding layer includes a first portion at least partially provided on the center side and a second portion positioned on the outer peripheral side of the bonding layer. And the second part contains more carbon than the first part.
本発明の一態様の試料保持具によれば、接合層の外周側に位置する第2部分が炭素を多く含んでいることにより、第2部分は、導電性が高く、帯電しにくくなるので、高出力のプラズマ雰囲気中で使用しても、基体の下面に設けられた発熱抵抗体等の外部導体層間における絶縁破壊の可能性が低減された試料保持具とすることができる。 According to the sample holder of one aspect of the present invention, since the second portion located on the outer peripheral side of the bonding layer contains a large amount of carbon, the second portion has high conductivity and is difficult to be charged. Even when used in a high-power plasma atmosphere, a sample holder in which the possibility of dielectric breakdown between outer conductor layers such as a heating resistor provided on the lower surface of the substrate can be reduced.
以下、本実施形態に係る一例の試料保持具10について、図面を参照して説明する。
Hereinafter, an
図1は本実施形態の一例の試料保持具10を示す断面図である。図1に示すように、試料保持具10は、基体1と、基体1の下面に設けられた外部導体層4と、金属から成り上面で基体1の下面を外部導体層4ごと覆う支持体2と、基体1の下面と支持体2とを接合する樹脂材料から成る接合層3とを備えている。なお、ここでいう「上面」および「下面」とは、説明の都合上、用いた表現であって、試料保持具10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10は、例えば、上面を下側になるようにして(下面を上側になるようにして)用いてもよいし、上面が横側になるようにして用いてもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
基体1は、上面に試料保持面を有する板状の部材である。基体1は、上面の試料保持面において、例えば、シリコンウエハ等の試料を保持する。試料保持具10は、平面視したときの形状が円形状の部材である。基体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、あるいはアルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料から成る。基体1の寸法は、例えば、径を200mm〜500mm、厚みを0.5mm〜15mmに設定することができる。
The
基体1の下面には、外部導体層4が設けられている。外部導体層4は、基体1がセラミックス材料から成る場合であれば吸着電極または発熱抵抗体であり、基体1が金属材料から成る場合であれば発熱抵抗体である。図2は本実施形態の他の例の試料保持具10を示す断面図である。この例では、試料保持具10は、外部導体層4に加えて基体1の内部に内部導体層5が設けられている。この場合の内部導体層5は例えば吸着電極であり、外部導体層4は例えば発熱抵抗体であり、図2はそのような例を示している。
An
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が、1つの方法としては静電気力によって試料を保持する方法がある。吸着電極はそのためのものである。吸着電極は、2つの電極から構成される。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、平面視の形状がそれぞれ略半円状に形成され、半円の弦同士が対向するように配置される。それら2つの電極が合わさって、吸着電極全体の外形が円形状となっている。この吸着電極全体による円形状の外形の中心は、同じく円形状の基体1の外形の中心と同一に設定される。吸着電極は、セラミックス材料から成る基体1の下面、あるいは基体1の内部において試料保持面である上面に平行に設けられていてもよい。
Various methods can be used as a method of holding the sample using the
発熱抵抗体は、基体1の上面の試料保持面に保持された試料を加熱するためのものである。発熱抵抗体に電圧を印加することによって、発熱抵抗体2を発熱させることができる。発熱抵抗体で発せられた熱は、基体1の内部を伝わって、試料保持面である基体1の上面に到達する。これにより、試料保持面に保持された試料を加熱することができる。発熱抵抗体は、複数の折り返し部を有する線状のパターンであって、基体1の下面のほぼ全面に設けられている。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。なお、発熱抵抗体は、基体1の内部において試料保持面に平行に設けられていてもよい。すなわち、外部導体層4および内部導体層5の両方が発熱抵抗体であってもよい。
The heating resistor is for heating the sample held on the sample holding surface on the upper surface of the
基体1がセラミックス材料から成る場合であれば、外部導体層4(発熱抵抗体または吸着電極)は、導体成分に加えてガラス成分を含んでいてもよい。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。ガラス成分が発泡してしまうことを抑制するために、金属材料としては大気中で焼結可能な金属を選択することが好ましい。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。また発熱抵抗体が基体1の内部に設けられる場合は、導体成分はタングステン、モリブデン、または炭化タングステン等であってもよい。基体1となるセラミックス材料を主成分とするグリーンシートに外
部導体層4となる成分を含むペーストで外部導体層4のパターンを形成して、これらの同時焼成で形成することができる。あるいは、セラミックス材料から成る基体1を作製した後に、基体1の下面にペーストを焼き付けることでも作製することができる。
If the
基体1が金属から成る場合は、外部導体層4は発熱抵抗体であり、例えばニッケルをベースとし、鉄、クロム、ニオブ、モリブデン等を含有した合金から成る。基体1の一方の面にポリイミドフィルムを貼り、その上に上記のような合金を上記したような線状のパターン形状としたものを配置し、更にその上にポリイミドフィルムを被せることで外部導体層4(発熱抵抗体)を備える基体1を作製することができる。
When the
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。また、支持体2は基体1を冷却するための冷却板としても機能させることができる。そのため、支持体2は熱伝導率が比較的大きい金属から成る。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、支持体2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、気体または液体等の熱媒体を循環させるための冷却用の流路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(N2)等の気体を用いることができる。
The
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の下面と支持体2の上面とを接合している。
The
ここで、接合層3は、少なくとも一部が中央側に設けられた第1部分31と、接合層3の外周側に位置する第2部分32を有するとともに、第2部分32は第1部分31よりも炭素を多く含んでいる。炭素を多く含む第2部分32は導電性が高くなり、接合層3の外表面に帯電しにくくなるので、高出力のプラズマ雰囲気中で使用しても、基体1の下面に設けられた発熱抵抗体等の外部導体層4間における絶縁破壊の可能性が低減されたものとなる。
Here, the
また、接合層3の外周側に位置する第2部分32が内周側に位置する第1部分31よりも炭素を多く含んでいることで、接合層3の外周部は基体1の表面の均熱性が向上する。プラズマは試料保持具10(基体1)の上面だけでなく側方にも回り込んでくるので、回り込んだプラズマによって接合層3の外周面の表面温度が上がりやすい。一方、接合層3の外周面を含む外周部である第2部分32は、炭素を多く含むので熱伝導率が高くなるので、接合層3の外周部から支持体2へ熱が逃げやすい。そのため、接合層3の熱伝導率が中央側と外周側とで同じであれ場合に比較すると、接合層3の外周部における温度上昇が抑えられるので、基体1の表面全体としては均熱性が向上する。
In addition, since the
接合層3の寸法は、例えば、直径を基体1と同じく200mm〜500mm程度に、また、厚みを例えば、0.1mm〜2.0mm程度に設定することができる。第2部分32は、例えば、接合層3のうちの、外周から0.5mm〜40mm程度の幅の円環状の部分に設定することができる。言い換えれば、第2部分32は、外径が200mm〜500mmで、内径が120mm〜499mmの円環状に設定することができる。第2部分32の幅は接合層3の厚み方向で異なる場合があるが、厚み方向の中心で測定されるものを第2部分32の幅とする。第1部分31は、接合層3のうち第2部分32の内側に位置する。
The dimensions of the
接合層3は樹脂材料から成るものであり、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂を用いることができる。第1部分31と第2部分32とは同じ種類の樹脂材料で炭素の含有量が異なるものであってもよいし。異なる樹脂材料で炭素の含有量が異なるものあってもよい。また、接合層3は、熱伝導率を向上させるために、セラミックス粒子等のフィラー成分を含んでいてもよい。
The
ここで、「第2部分32は第1部分31よりも炭素を多く含む」ことは、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)を用いることで確認できる。炭素(C)に関するカラーマッピングを行なうことで、炭素量の多い第2部分32と炭素量の少ない第1部分31とを確認することができる。また、EPMAに付属のWDS(Wavelength Dispersive X−ray Spectrometer)を用いて炭素量を定量分析することができる。例えば、接合層3の外周面から0.3mmの領域内の任意の箇所で測定した炭素量を第2部分32の炭素量とし、外周面からの距離が50mm〜60mmの領域内の任意の箇所で測定した炭素量を第1部分31の炭素量とすればよい。測定箇所は、接合層3の厚み方向の中心とすればよい。第1部分31の炭素量は0.5質量%以下、第2部分32の炭素量は2〜10質量%であればよい。特に第2部分32の炭素量が2質量%以上であれば、接合層3の外表面が帯電し難くなる。より好ましくは、が第2部分32の炭素量は5質量%以上である。また、第2部分32の炭素量10質量%以下であると、外部導体層4が第2部分32に覆われている場合であっても、外部導体層4間や外部導体層4と支持体2との間で絶縁性が低下して短絡するおそれがない。また、基体1が金属材料から成る場合であっても、基体1と支持体2との間で絶縁性が低下し、短絡するおそれがない。そして、接合層3の中央側より外周側の方が熱伝導率が大きくなり、基体1の表面の均熱性がよくなる。
Here, “the
また、図4に示す例のように、基体1の下面に垂直な断面を見たときに、第2部分32が第1部分31と基体1との間および第1部分31と支持体2との間に入り込むとともに、第2部分32が入り込んでいる部分において、第2部分32が凹むように弧状に曲がっていてもよい。言い換えれば、基体1の下面に垂直な断面を見たときに、第1部分31と第2部分32との境界は外側に凸の曲線状(孤状)であってもよい。これにより、第1部分31と第2部分32との間で熱伝導率が異なっていても第1部分31と第2部分32との境界付近における温度勾配を緩やかにでき、試料保持面である基体1の上面における均熱性が向上する。また、第1部分31と第2部分32との境界を弧状にしておくことによって、ヒートサイクル下において境界において熱応力が生じたときに、クラック等が生じるおそれを低減できる。特に、外部への熱引きが大きいような環境で用いる際には、第1部分31が第2部分32と比較して大きく熱膨張することになるので、境界を第2部分32が凹むような弧状にしておくことによって、第1部分31の熱膨張で生じた応力を第2部分32で吸収しやすくできる。
Further, as in the example shown in FIG. 4, when the cross section perpendicular to the lower surface of the
また、図5に示す例のように、外部導体層4が発熱抵抗体である場合には、第2部分32が、第1部分31と支持体2との間よりも、第1部分31と基体1との間に深く入り込んでいてもよい。言い換えれば、第2部分32は、第1部分31との境界が凹状であり、支持体2側の内端よりも基体1側の内端ほうがより内側に位置していてもよい。これにより、発熱抵抗体が設けられた基体1の下面側は、第1部分31と第2部分32とが接合層3の厚み方向に重なる領域が大きくなるため、発熱抵抗体の設けられた基体1の下面の直下における温度勾配をより緩やかにできるので、試料保持面である基体1の上面における均熱性が向上する。
Further, as in the example shown in FIG. 5, when the
図4および図5に示す例の場合における、基体1の下面に垂直な方向で見たときに第1部分31と第2部分32とが重なっている領域の幅は0.1〜10mm程度に設定することができる。図5に示す例のように、第2部分32が、第1部分31と支持体2との間よ
りも、第1部分31と基体1との間に深く入り込んでいる場合には、例えば、基体1側の端部(内端)の位置は支持体2側の端部(内端)の位置より0.05mm〜5mm程度内側に入り込んでいればよい。
In the case of the example shown in FIGS. 4 and 5, the width of the region where the
また、図6に示す例のように、本発明の試料保持具10は、第1部分31と第2部分32とが隣接しているとともに、第1部分31と第2部分32との境界が凹凸形状であってもよい。これにより、アンカー効果で第1部分31と第2部分32との密着力が向上し、基体1と支持体2との接着強度が向上する。凹凸の程度は、例えば山と谷の差が0.02mm〜2mm程度で、山と山の間隔が0.01mm〜0.3mm程度に設定することができる。
Further, as in the example shown in FIG. 6, the
また、図1〜図7に示す例のように、外部導体層4が、第1部分31に覆われた部分と、第2部分32に覆われた部分とを有していてもよい。これにより、外部導体層4のうち基体1の外周側に位置する部分は、第2部分32に覆われることになる。第1部分31より炭素を多く含んでいる第2部分32は、第1部分31より熱伝導率が大きい。外部導体層4の外周側に位置する部分はプラズマの影響で温度が上昇しやすいが、熱伝導率の大きい第2部分32を介して支持体2へ放熱し易いので、全体的な均熱性が良くなる。
1 to 7, the
また、図7に示す例のように、接合層3が、第1部分31と第2部分32との間に位置する第3部分33を有するとともに、第3部分33の密度が第1部分31の密度および第2部分32の密度よりも小さくてもよい。第2部分32と第1部分31とがこれらより密度の小さい第3部分33で接続されていることから、第2部分32と第1部分31との間の熱膨張差による応力を第3部分33で緩和されるので、接合層3の耐久性が向上する。
In addition, as in the example illustrated in FIG. 7, the
第3部分33の材料としては、例えば、第1部分31および第2部分32と同じ樹脂材料で、第1部分31および第2部分32よりも気孔を多く含むものを用いることができる。気孔(空気)を多く含むことで第1部分31および第2部分32よりも密度が小さいものとなる。第1部分31、第2部分32および第3部分33のそれぞれの密度の測定は、それぞれの部分を切り出した試料を用いてアルキメデス法(JIS K 7112のA法)により測定できる。第3部分33の密度は、第1部分31、第2部分32と比較して5〜30%程度小さく設定することができる。また、接合層3の断面を観察して得られる、第3部分33の気孔率と第1部分31の気孔率および第2部分32の気孔率との大小関係を、第3部分33の密度と第1部分31の密度および第2部分32の密度との大小関係とみなしてもよい。接合層3の断面観察による気孔率は、断面画像における気孔の面積比率を気孔率とすればよい。この気孔率が、例えば、第1部分31は1%以下で、第2部分32は5%〜30%程度であればよい。画像処理ソフト等を用いて測定することもできる。また、気孔率はアルキメデス法によって求めることもできる。
As the material of the third portion 33, for example, a material that is the same resin material as the
第1部分31および第2部分32を有する接合層3は例えば以下のようにして形成することができる。まず、基体1の下面全体と支持体2とを第1部分31となる樹脂材料で接着して、硬化する。この硬化した樹脂材料の外周から0.5〜10.0mmの深さまでを削り取るなどの方法で除去して、中央側の第1部分31を形成する。次に、この第1部分31の外周面と基体1と支持体2とで囲まれた空間に第2部分32となる樹脂材料を充填して硬化させることで第2部分32を形成する。第1部分31と第2部分32との境界の形状は、外周部を除去する際に第1部分31の外周面の形状を調整することでできる。あるいは、例えば、基体1の下面の中央部に第1部分31となる樹脂材料を塗布し、支持体2の上面に載置して樹脂を硬化させて接着した後に、この第1部分31の外周面と基体1と支持体2とで囲まれた空間に第2部分32となる樹脂材料を充填して硬化させることで第2部分32を形成する。さらには、基体1の下面の中央部に第1部分31となる樹脂材料を塗布し、これを完全に硬化させる前に、その外側に第2部分32となる樹脂材料を塗
布し、これを支持体2の上面に載置して2つの樹脂を硬化させて接着してもよい。第1部分31の外周面の形状は用いる樹脂の粘度で調整することもできるし、型を用いてもよいし、硬化した第1部分31の外周面を研削してもよい。第3部分33は、例えば、液状の樹脂材料を攪拌するなどして気泡(空気)を含ませ、これを完全に脱泡せずに第1部分31と第2部分32との間に位置するように塗布して硬化させることによって気孔を多く含むものとすることができる。気孔率は攪拌条件や脱泡条件によって調整することができる。
The
1:基体
2:支持体
3:接合層
31:第1部分
32:第2部分
33:第3部分
4:外部導体層
5:内部導体層
10:試料保持具
1: Substrate 2: Support 3: Bonding layer 31: First part 32: Second part 33: Third part 4: External conductor layer 5: Internal conductor layer 10: Sample holder
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