JP2018139255A - 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用部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料保持具の耐久性を向上する。【解決手段】 試料保持具は、セラミックスからなり凹部を有する基体と、該基体に埋設されるとともに前記凹部の内面に引き出された電極と、前記凹部の内面に設けられるとともに前記電極に接続されたメタライズ層と、前記凹部に収納されるとともに前記メタライズ層に接合材によって接合されている端子部材とを備えており、該端子部材は、前記凹部の底面側に位置する第１部分と、該第１部分よりも前記凹部の開口側に位置するとともに前記第１部分よりも径が小さい第２部分とを有しており、前記接合材は、前記第１部分の表面から前記第２部分の表面にかけて設けられている。【選択図】 図２

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用部品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に記載された試料保持具が挙げられる。特許文献１に記載された試料保持具は、基体と基体の内部に設けられた第１電極とを備えており、さらに、第１電極のうち外部端子接続用ピンが押し当てられる部分に第２電極を備えている。

特開２０１５−１５９２３２号公報

近年、試料保持具は、更なる耐久性の向上が求められている。

本発明の一態様の試料保持具は、セラミックスからなり凹部を有する基体と、該基体に埋設されるとともに前記凹部の内面に引き出された電極と、前記凹部の内面に設けられるとともに前記電極に接続されたメタライズ層と、前記凹部に収納されるとともに前記メタライズ層に接合材によって接合されている端子部材とを備えており、該端子部材は、前記凹部の底面側に位置する第１部分と、該第１部分よりも前記凹部の開口側に位置するとともに前記第１部分よりも径が小さい第２部分とを有しており、前記接合材は、前記第１部分の表面から前記第２部分の表面にかけて設けられている。

本発明の一態様のプラズマエッチング装置用部品は、高周波印加用電極を有するベースプレートと、上述の試料保持具とを含んでいる。

本発明の一態様の試料保持具およびプラズマエッチング装置用部品によれば、耐久性を向上できる。

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用部品を示す断面図である。 図１に示した試料保持具の領域Ａを拡大した部分拡大断面図である。

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用部品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、本発明の一実施形態の試料保持具１０は、基体１と、基体１の内部に設けられた電極２と、電極２に接続された端子部材３と、基体１の下面に設けられた発熱抵抗体４とを備えて
いる。

基体１は、外表面（上面）に試料保持面１１を有する板状の部材である。基体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。基体１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からなる。基体１の下面には、発熱抵抗体４が設けられている。基体１の寸法は、例えば、径を２００〜５００ｍｍ、厚みを２〜１５ｍｍに設定できる。試料保持面１１に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、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、基体１の内部に静電吸着用の電極である電極２を備えている。

電極２は、例えば、２つの電極部品（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つの電極部品は、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つの電極部品は、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、基体１の内部に配置される。これら２つの電極部品の弧によって電極２全体の外形が円形状となっている。この電極２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。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。

発熱抵抗体４は、基体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４は、基体１の下面に設けられている。発熱抵抗体４に電圧を印加することによって、発熱抵抗体を発熱させることができる。発熱抵抗体４で発せられた熱は、基体１の内部を伝わって、基体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４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、基体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４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。

試料保持具１０の温度制御には以下の方法を用いることができる。具体的には、基体１に熱電対を接触させて起電力を測定することによって基体１の温度を測定できる。また、基体１に測温抵抗体を接触させて抵抗を測定することによっても、基体１の温度を測定できる。以上のようにして測定した基体１の温度に基づいて、発熱抵抗体４に印加する電圧を調整することによって、試料保持面１１の温度が一定になるように制御することができる。

本実施形態の試料保持具１０は、基体１が、外表面（下面）に開口する凹部１２を有している。凹部１２は、外部端子接続用ピン５を挿入するために設けられている。凹部１２は、例えば、凹んでいる部分の形状が円柱状である。電極２は凹部１２の内面に引き出されている。図２に示すように、試料保持具１０においては、電極２は凹部１２の底面に引き出されている。凹部１２の内面には、電極２に接続されたメタライズ層７が設けられている。図２に示す試料保持具１０おいては、メタライズ層７は、凹部１２の底面および側面（壁面）に設けられている。メタライズ層７としては、例えば、銀またはパラジウム等を含む材料を用いることができる。

凹部１２の寸法は、挿入される外部端子接続用ピン５の寸法に対応して定められる。具体的には、外部端子接続用ピン５の表面と凹部１２の内周面（メタライズ層７が設けられている領域においてはメタライズ層７の表面）との間に外部端子接続用ピン５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。外部端子接続用ピン５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。

そして、図２に示すように、試料保持具１０は、凹部１２の内部において電極２に接続されている端子部材３を備えている。図２に示す試料保持具１０においては、端子部材３がメタライズ層７およびメタライズ層７と端子部材３とを接合する接合材６を介して電極２上に設けられている。接合材６としては、例えば、ろう材等の電気伝導性を有する接合材料を用いることができる。

端子部材３は、例えば、めっき膜等の層状の部材ではなく、金属板等の板状の部材である。このため、外力に対する端子部材３の強度を高いものとすることができる。これにより、外部端子接続用ピン５を端子部材３に押し当てたときに端子部材３に生じる損傷あるいは変形を抑制することができる。

端子部材３の形状は、例えば円板状である。端子部材３の寸法は、挿入される外部端子接続用ピン５を受け止めることができるように、かつ、凹部１２内に端子部材３が配置可能なように設定される。端子部材３が円板状の場合であって、外部端子接続用ピン５の外径が１．５ｍｍであり、凹部１２の径が３ｍｍの場合には、端子部材３の径を１．５〜２．５ｍｍ程度、厚みを１ｍｍ程度に設定することができる。

試料保持具１０は、電極２上に端子部材３をさらに備えている。そのため、電極２のみしか設けられていない場合と比較して外部端子接続用ピン５が押し当てられる部分の厚みを厚くすることができる。また、端子部材３として、外部端子接続用ピン５の接触による損傷に対して、電極２よりも耐久性に優れたものを用いることもできる。そのため、外部端子接続用ピン５が押し当てられることによって電極２および端子部材３が損傷して、これらの抵抗が局所的に変化してしまい電極２への電力の供給が安定しなくなってしまう可能性を低減できる。その結果、試料保持具１０の長期信頼性を向上させることができる。

端子部材３は、例えば、銅、アルミニウム、真鍮、鉄―ニッケルーコバルト合金または銀等の電気伝導が良好な金属材料から成る。これにより、電極２と外部端子接続用ピン５との間の電気伝導を良好に行なうことができる。そのため、端子部材３で不要な発熱が生じる可能性を低減できる。さらに、端子部材３が非磁性体から成っていてもよい。非磁性体としては、例えば銅、銀、真鍮またはアルミニウム等が挙げられる。端子部材３が非磁性体から成ることによって、試料保持具１０をプラズマエッチング装置用部品１００に用いた場合に、端子部材３に高周波が印加されたときに端子部材３において発熱が生じてしまう可能性を低減できる。

また、端子部材３は電極２よりも弾性率が小さくてもよい。端子部材３の弾性率が電極２の弾性率よりも小さいことによって、外部端子接続用ピン５から端子部材３に力が加わった際に端子部材３を変形させることができる。これにより、端子部材３が外部端子接続用ピン５から伝わった力を吸収できるので、電極２が損傷してしまう可能性を低減できる。端子部材３の弾性率を電極２の弾性率よりも小さくする方法としては、例えば以下の方法を用いることができる。具体的には、電極２が銀−パラジウムからなる場合には、端子部材３を銅で形成すればよい。なお、電極２が銀−パラジウムから成り、端子部材３が銅から成る場合には、電極２の弾性率を約１３０ＧＰａ、端子部材３の弾性率を約１１０ＧＰａに設定できる。

外部端子接続用ピン５は、外部電源（図示せず）と電極２とを電気的に接続するための部材である。外部端子接続用ピン５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。外部端子接続用ピン５は、凹部１２の内部において、先端が端子部材３に押し当てられることによって、端子部材３を介して電極２に電気的に接続されている。外部端子接続用ピン５の先端は、尖った形状になっている。これにより、端子部材３の表面に外部端子接続用ピン５を接触させやすくなっている。そのため、端子部材３と外部端子接続用ピン５との間の接続抵抗が大きくなってしまう可能性を低減できる。

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用部品１００の一部を説明する。プラズマエッチング装置用部品１００は、ベースプレート２０と、ベースプレート２０に搭載された試料保持具１０とを備えている。

本実施形態の試料保持具１０においては、端子部材３は凹部１２に収納されるとともにメタライズ層７に接合材６によって接合されている。そして、端子部材３は、凹部１２の底面側に位置する第１部分３１と、第１部分３１よりも凹部１２の開口側に位置するとともに第１部分３１よりも径が小さい第２部分３２とを有している。接合材６は第１部分３１の表面から第２部分３２の表面にかけて設けられている。

これにより、例えば、端子部材３に対して端子部材３が凹部１２の底面から離れる方向に力が加わったとしても、端子部材３を強固に接合しておくことができる。これは、図２に示す試料保持具１０において、端子部材３が凹部１２から下方向に抜けてしまう方向に力が加わったとしても、第１部分３１が第２部分３２に広がった接合材６に引っかかるためである。この結果、試料保持具１０の耐久性を向上させることができる。

なお、端子部材３に対して端子部材３が凹部１２の底面から離れる方向に力が加わる原因としては、例えば、ヒートサイクル下における熱応力が挙げられる。また、その他の原因としては、例えば、第２部分３２と外部端子接続用ピン５とが接合されているような場合に、外部端子接続用ピン５を介して伝わってくる外力（張力）が挙げられる。

ここでいう、第１部分３１よりも第２部分３２の径が小さいことは以下の方法で確認できる。具体的には、試料保持具１０を切断して、凹部１２および端子部材３を含む断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で観察すればよい。この断面において、第１部分３１の幅よりも第２部分３２の幅が小さければ、第１部分３１よりも第２部分３２の径が小さいとみなすことができる。

また、図２に示すように、接合材６が、第２部分３２との境界に沿ってメニスカス形状になっていてもよい。これにより、第２部分３２の周辺における接合材６の厚みを徐々に変化させることができるので、接合材６と第２部分３２との間に生じる熱応力が一箇所に集中するおそれを低減できる。その結果、接合材６に剥がれが生じるおそれを低減できる。

また、メタライズ層７が凹部１２の側面に設けられているとともに、メタライズ層７のうち凹部１２の開口側の端部よりも端子部材３のうち凹部１２の開口側の端部のほうが、凹部１２の開口に近くてもよい。凹部１２の側面のうちメタライズ層７が設けられていない部分においては、凹部１２の側面のうちメタライズ層７が設けられている部分、および、端子部材３と比較して、接合材６が濡れにくくなっている。そのため、上述の構成にすることによって、接合材６を用いて端子部材３およびメタライズ層７を接合するときに、接合材６が第２部分３２との境界に沿ってメニスカス形状になりやすくすることができる。

また、第１部分３１と第２部分３２との間に、第１部分３１から第２部分３２に向かって連続的に径が小さくなる第３部分３３を有していてもよい。これにより、第１部分３１と第２部分３２との間に直角形状の角部を有することがなくなるので、第１部分３１と第２部分３２との間において局所的に熱応力が集中することを低減できる。

また、接合材６が第１部分３１から第３部分３３を通って第２部分３２に濡れ広がりやすくなることから、第１部分３１と第２部分３２との間に気泡を発生しにくくすることができる。そのため、接合材６に気泡に起因するクラックが生じるおそれを低減できる。

また、本実施形態の試料保持具１０においては、電極２と端子部材３とが、端子部材３よりも弾性率が小さい接合材６によって接合されていてもよい。具体的には、例えば、端子部材３が銅から成る試料保持具１０において、接合材６として錫、銀および銅を含む半田が用いられていてもよい。これにより、電極２と端子部材３とを接合する接合材６に熱応力が生じたときに、接合材６が変形することによって、これを吸収することができる。これにより、電極２および端子部材３が損傷してしまう可能性を低減できる。

さらに、図２に示すように、試料保持具１０は、端子部材３と凹部１２の底面および側面との間に接合材６が設けられているとともに、端子部材３のうち外部端子接続用ピン５に接触する部分には接合材６が設けられていなくてもよい。これにより、端子部材３の接合を行ないつつも、部端子接続用ピン５と端子部材３との接触抵抗が高くなる可能性を低減できる。これは、端子部材３のうち外部端子接続用ピン５に接触する部分に接合材６が設けられていると、接合剤６が不均一に設けられてしまった場合に、外部端子接続用ピン５と端子部材３との接続が悪化してしまうためである。

また、端子部材３の表面には、端子部材３を覆う被覆層が設けられていてもよい。例えば、端子部材３が銅から成る場合には、ニッケルから成る被覆層を設けてもよいこれにより、半田等の接合材６との濡れ性を向上させることができるので、端子部材３と外部端子接続用ピン５との接合強度を向上できる。

ベースプレート２０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２０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４は絶縁層８によって覆われている。絶縁層８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８は、樹脂層９によってベースプレート２０の上面に接着されている。

樹脂層９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９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９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９、絶縁層８およびベースプレート２０には、基体１の凹部１２に外部端
子接続用ピン５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、基体１の下面に樹脂層９、絶縁層８およびベースプレート２０を設けた場合であっても、外部端子接続用ピン５を基体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用部品１００は、上記の試料保持具１０を備えていることによって、長期信頼性が向上する。

１：基体
１１：試料保持面
１２：凹部
２：電極
３：端子部材
４：発熱抵抗体
５：外部端子接続用ピン
６：接合材
７：メタライズ層
８：絶縁層
９：樹脂層
１０：試料保持具
２０：：ベースプレート
１００：プラズマエッチング装置用部品

Claims (5)

1. セラミックスからなり凹部を有する基体と、該基体に埋設されるとともに前記凹部の内面に引き出された電極と、前記凹部の内面に設けられるとともに前記電極に接続されたメタライズ層と、前記凹部に収納されるとともに前記メタライズ層に接合材によって接合されている端子部材とを備えており、
   該端子部材は、前記凹部の底面側に位置する第１部分と、該第１部分よりも前記凹部の開口側に位置するとともに前記第１部分よりも径が小さい第２部分とを有しており、
   前記接合材は、前記第１部分の表面から前記第２部分の表面にかけて設けられていることを特徴とする試料保持具。
2. 前記接合材が、前記第２部分との境界に沿ってメニスカス形状になっていることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
3. 前記メタライズ層が前記凹部の側面に設けられているとともに、前記メタライズ層のうち前記凹部の開口側の端部よりも前記端子部材のうち前記凹部の開口側の端部のほうが、前記凹部の開口に近い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. 前記端子部材は、前記第１部分と前記第２部分との間に、前記第１部分から前記第２部分に向かって連続的に径が小さくなる第３部分を有し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. 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含むプラズマエッチング装置用部品。

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