JP2020115536A - 試料保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】内部流路を通じた試料保持面へのガスの供給を、短時間でスムーズに行なうことのできる試料保持具を提供する。【解決手段】本開示の試料保持具１０は、円板状の基体１１を備える。基体１１は、試料保持面から下面まで貫通するガス流路Ｇを有する。ガス流路Ｇは、基体の周方向に沿った第１部分である円環状流路部１と、垂直な方向に伸びて試料保持面に開口する複数の第２部分である縦孔部２と、円環状流路部１と各縦孔部２とを繋ぐ複数の第３部分である縦孔接続部３とを有する。前記縦孔接続部３は、前記円環状流路部１または前記縦孔部２以外の方向に伸びる領域を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、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試料保持具に関する。

半導体製造装置等に用いられる試料保持具として、静電チャックが知られている。静電チャックは、ウエハ等の試料（ワークともいう）を載置・保持する上側の、絶縁体からなる円板状の基体（セラミック体ともいう）と、その下側の、金属等の導電体からなる円板状の支持体（金属ベースともいう）とを、接合材により接合して構成されている。

一体に接合された基体・支持体の内部には、試料を載置して保持するための保持面である基体上面に、ヘリウム等のガスを供給するための流路（ガス供給流路あるいは内部流路ともいう）が設けられている。

上述のガス供給流路（内部流路）に関し、特許文献１には、保持面（吸着面）に開口する複数のガス噴出口（噴出縦穴）に対し、均等にガス等を分配するガス流路の例として、円状に形成された複数の円環状ガス流路と、基体（絶縁体）の下面（裏面）側の中央部に位置するガス供給口（供給縦穴）から前記各円環状ガス流路にガスを分配する、等角度間隔の放射状連結ガス流路と、を備える静電チャックが開示されている。

また、本出願人も、引用文献２において、セラミックグリーンシートを複数枚積層することにより、試料保持具を構成する基体（セラミック体）の内部に、均熱性に優れた、蛇行状、渦巻き状、あるいは複数の同心円とこれらを繋ぐ径方向に延びる直線とを組み合せた形状等のガス供給用内部流路を形成する方法について、開示している。

特開２００８−１４７５４９号公報 特開２０１４−１９２２０７号公報

ところで、ウエハ等の試料（製品またはワーク）のコストダウンの要求から、静電チャック等の試料保持具においても、処理室内における処理時間の短縮および効率化が求められている。そのため、前述のように、処理中に試料保持面に内部流路を通じてガス等を供給する場合、ウエハ等の試料の温度のばらつきを素早く解消するために、ガス圧を高めるかあるいはガスの流過速度を上げる等して、試料の周辺に、均熱化に充分な量のガスを短時間で供給する必要がある。

しかしながら、試料保持具のガス流路においては、流路の分岐部または流路が直角（９０°）に屈曲する部位において流路抵抗が大きく、ガスが試料保持面まで到達するのに時間を要するという問題があった。

本開示の目的は、内部流路を通じた試料保持面へのガスの供給を、短時間で行なうことのできる試料保持具を提供することである。

本開示の試料保持具は、一方の主面が試料保持面である円板状の基体を備えており、該基体は、他方の主面から前記試料保持面まで貫通する流路を有している。該流路は、前記基体の周方向に沿って伸びる第１部分と、該第１部分に連続し、前記試料保持面に垂直な方向に伸び、前記試料保持面に開口する複数の第２部分と、前記第１部分と前記複数の第２部分とを繋ぐ複数の第３部分とを有している。
前記第３部分は、前記第１部分以外の方向に伸びる領域または前記第２部分以外の方向に伸びる領域のうち少なくとも一方を有している。

本開示の試料保持具によれば、試料保持面にガス等を供給するための内部流路内で発生する圧力損失等の流路抵抗を、低減することができる。その結果、本開示の試料保持具は、内部流路を通じた試料保持面へのガスの供給を、短時間でスムーズに行なうことができる。

第１実施形態の試料保持具を上から見下ろした平面図である。 内部構造を一部断面として表示する第１実施形態の試料保持具の端面図である。 （ａ）は図１の基体のＸ−Ｘ’断面であり、（ｂ）は第３部分を示す（ａ）のＰ部拡大図、（ｃ）は（ｂ）の領域の上面図、（ｄ），（ｅ）は第３部分の断面形状の他の例である。 （ａ）は図１の基体のＹ’−Ｙ断面であり、（ｂ）は第３部分を示す（ａ）のＱ部拡大図、（ｃ）は（ｂ）の領域の上面図である。 （ａ）は第２実施形態の試料保持具の一部断面端面図であり、（ｂ）は（ａ）の基体のＹ’−Ｙ断面図、（ｃ）は第２実施形態の第５部分を示す（ｂ）のＲ部拡大図である。

以下、本開示の第１および第２の実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、図面では、互いに直交する３軸として、基体１１の円周方向である〔Ｃ方向〕、基体１１の中心点Ｏを通る径（直径）方向である〔Ｄ方向〕、試料保持面（基体上面１１ａ）に垂直でかつ基体１１の厚みを示す方向（図では鉛直方向）を〔Ｖ方向」として表示している。

すなわち、図中において、〔Ｃ方向プラス（＋）〕側は右回り（時計回り）方向を、〔Ｃ方向マイナス（−）〕側は左回り（反時計回り）方向を示す。また、〔Ｄ方向プラス（＋）〕側は外径（外側）方向を、〔Ｄ方向マイナス（−）〕側は内径（円板の中心）方向を示し、〔Ｖ方向プラス（＋）〕側は円板の厚み（鉛直）上方向を、〔Ｖ方向マイナス（−）〕側は鉛直下方向を示す。

また、以下の実施形態においては、本開示の試料保持具のガス流路（符号Ｇ）における第１部分を円環状流路部１と、第２部分を縦孔部２と、「ガス溜まり（バッファ）」を兼用する第３部分に相当する領域を縦孔接続部３と、第４部分を径方向流路部４と、表記している。さらに、本開示の第５，第６部分に相当するガス流路Ｇの分岐部は、第１実施形態においては第１の分岐部５（第５部分）として、第２実施形態においては第２の分岐部６（第６部分）として記載している。

図１〜図４に示す第１実施形態の試料保持具１０と、図５に示す第２実施形態の試料保持具２０とは、半導体集積回路の製造工程において、基体１１内に配設された半円状電極Ｅ１，Ｅ２間に電流を印加することにより発生する静電力によって、試料保持面である基体上面１１ａ（一方の主面ともいう）に載置された半導体ウエハ等の試料（通称ワーク：図示省略）を、静電吸着して保持面上に位置固定する、静電チャックである。なお、電極Ｅ１，Ｅ２は、図３〜図５等において図示を省略している。

試料保持具１０は、図１の上面図および図２の一部断面に示すように、鉛直方向上側（図中ではＶ方向マイナス側）に配置された、セラミックスからなる円板状の基体１１と、その下側（Ｖ方向プラス側）に配設された、金属製の円板状支持体１２とを、接着剤等の接合材（図示省略）により接合して構成されている。円板状支持体１２は、ベースプレートとも呼ばれる。

支持体１２は、基体１１を支持・支承するための部材である。支持体１２の内部には、図２に隠れ線（点線）で示すように、その中央部または中心位置に、後述する基体１１の下面１１ｂ（他方の主面ともいう）に配置されたガス流入部７（流入口７ａ）に対応して連通する、ガス供給孔１２ａが設けられている。

このガス供給孔１２ａは、基体１１のガス流入部７に接続され、試料保持具１０における流入部として、ガス流路Ｇの下部を構成する。支持体１２の構成材料としては、アルミニウム等を用いることができる。支持体１２の外形状は特に限定されず、円形状のほか、四角形状、多角形状等であってもよい。

試料保持具１０の基体１１は、全体形状が円板状で、一方の主面である基体上面１１ａが、試料保持面となっている。また、基体１１は、他方の主面である基体下面１１ｂから基体上面１１ａまで貫通するガス流路Ｇを有している。

ガス流路Ｇは、図１の隠れ線（点線）および図２の破断（断面）部に示すように、基体上面１１ａに開口する複数のガス噴出口２ａに繋がるそれぞれの縦孔部２（第２部分）の根元に位置する下端部２ｂと、先に述べた、基体下面１１ｂ側のガス流入部７の上端部とを接続して、支持体１２側から供給されるガスを、これら各縦孔部２に均等に分配するよう構成されている。

すなわち、図１に隠れ線（点線）に示すように、支持体１２側からガス流入部７に流入したガスは、まず、円板の中心点Ｏまたは中央部位に位置するガス流入部７の上端で、この上端に繋がる４本の径方向流路部４（第４部分）に分配され、円板の径方向外側〔Ｄ方向プラス側〕に向かって流過する。

各径方向流路部４の外側の端部（末端）は、本開示の第５部分に相当するガス流路Ｇの第１の分岐部５を介して、円環状流路部１（第１部分）に接続されている。この第１の分岐部５において、径方向流路部４を外方に向かって流過してきたガスは、円周方向〔Ｃ方向〕左右に分配される。

そして、円環状流路部１内を円周方向〔Ｃ方向〕に流過して、各縦孔部２の下端部２ｂ（根元）に配設された、ガス溜まり状の縦孔接続部３（第３部分）に到達したガスは、円周方向〔Ｃ方向〕反対側から流過してきたガスと合流した後、９０°折れ曲がって、縦孔接続部３の上側〔Ｖ方向マイナス側〕に設けられた縦孔部２を通って、基体上面１１ａに開口するガス噴出口２ａから、ウエハ等の試料の周辺に供給される。

ガス流路Ｇの細部構造について、図面を用いて説明する。
図３（ａ）は、図１に記載の基体１１のＸ−Ｘ’線断面を示す図であり、図３（ｂ）は、縦孔部２と円環状流路部１とを接続する縦孔接続部３（第３部分）の拡大断面図である。

図３（ｂ）に示すように、本開示の第３部位に相当する、第１実施形態の試料保持具１０の縦孔接続部３は、第１部位である円環状流路部１が延びる円周方向〔Ｃ方向〕以外に向かって伸びる領域、または、第２部位である縦孔部２が延びる鉛直上向き方向〔Ｖ方向マイナス側〕以外に向かって伸びる領域、の少なくとも一方を有している。

具体的には、試料保持具１０の縦孔接続部３は、図３（ｂ）に示すように、円周方向〔Ｃ方向〕ではない径方向〔Ｄ方向〕に向かって延設された径方向拡張部３ａ，３ａと、反鉛直上向き方向である鉛直下向き〔Ｖ方向プラス側〕に延設された下方凹部３ｂと、を備える。

この構成により、ガス流路Ｇが直角（９０°）に屈曲する縦孔接続部３における流路抵抗が軽減され、基体上面１１ａに向かうガスを、スムーズに流過させることができる。

なお、縦孔接続部３の内壁面を構成する径方向拡張部３ａ，３ａは、図３（ｃ）のＺ面における上面図に示すように、曲面とすることが望ましい。この曲面形状により、縦孔接続部３における流路抵抗を、より低減することができる。

また、縦孔接続部３の底面は、図３（ｄ）に示すように、外径側の内壁面まで達する大きく深い凹部３ｃとしてもよい。さらには、図３（ｅ）に示すように、その大きく広い凹部３ｄの底面を、曲面あるいはＲ形状に形成してもよい。この凹部３ｄの曲面（Ｒ面）により、凹部３ｄから縦孔部２に向かう気流を発生させることができる。

つぎに、ガス流路Ｇが分岐する第５部分に相当する第１の分岐部５は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、第４部分である径方向流路部４よりも、流路断面積が小さくなるように形成されている。なお、第１の分岐部５は、第１部分である円環状流路部１に対しても、流路断面積が小さくなるように構成されている。

具体的には、試料保持具１０の第１の分岐部５は、図４（ｂ）に示すように、鉛直方向の溝深さ（長さ）Ｌ５が、その第１の分岐部５に隣接する径方向流路部４の溝深さＬ４および円環状流路部１の溝深さＬ１より浅く（Ｌ５＜Ｌ４）なっている。これにより、ガスが流過可能な流路断面積が小さくなっている。

この構成によって、ガス流路Ｇが分岐する第１の分岐部５におけるガスの流速が高くなる。したがって、この第１の分岐部５におけるガスの滞留が軽減され、基体上面１１ａに向かうガスを、スムーズに流過させることができる。

なお、ガス流路Ｇの流路断面積を小さくする方策として、流路の水平方向の幅を狭くする方法をとってもよい。

以上のガス流路Ｇの構成によって、第１実施形態の試料保持具１０は、ガス流路Ｇにおけるガスの流路抵抗と滞留等が低減され、結果として、試料温度のばらつきの解消に必要な量のガスを、効率的に短時間で流過させることができる。そして、試料の均熱化に必要な時間を短縮することができる。

つぎに、図５に示す第２実施形態の試料保持具２０は、第１実施形態の試料保持具１０とは異なる方法により、ガス流路Ｇが分岐する第２の分岐部６（第６部分に相当）における流路抵抗を低下させるものである。

すなわち、ガス流路Ｇが分岐する第２の分岐部６は、図５（ｃ）に示すように、第４部分である径方向流路部４よりも流路断面積が大きく、かつ、第１部分である円環状流路部１よりも流路断面積が小さくなるように構成されている。

なお、第２実施形態における試料保持具２０の、試料保持具１０との構成的差異は、この点のみであるため、他の部位および領域の説明は省略する。

試料保持具２０の第２の分岐部６は、具体的には、図５（ｃ）に示すように、鉛直方向の溝深さ（長さ）Ｌ６が、その第２の分岐部６に隣接する径方向流路部４の溝深さＬ４より深く、反対側で隣接する円環状流路部１の溝深さＬ１より浅くなっている（Ｌ４＜Ｌ６＜Ｌ１）。

すなわち、溝深さＬを、ガスの流過方向に沿って、下流にいくに従って流路断面積を拡張していくことにより、よりスムーズにガスを流過させることができる。なお、第１実施形態と同様、ガス流路Ｇの流路断面積を大きくしていく方策として、流路の水平方向の幅を徐々に広くする方法をとってもよい。

この構成によっても、第２実施形態の試料保持具２０は、ガス流路Ｇにおけるガスの流路と滞留等が低減され、結果として、試料温度のばらつきの解消に必要な量のガスを、短時間で流過させることができる。そして、第１実施形態同様、試料の均熱化に必要な時間を短縮することができる。

Ｇ ガス流路
１ 円環状流路部（第１部分）
２ 縦孔部（第２部分）
３ 縦孔接続部（第３部分）
４ 径方向流路部（第４部分）
５ 第１の分岐部（第５部分）
６ 第２の分岐部（第６部分）
７ ガス流入部（流入部）
１０，２０ 試料保持具
１１ 基体
１１ａ 上面
１１ｂ 下面
１２ 支持体

Claims (5)

1. 一方の主面が試料保持面である円板状の基体を備えており、
   該基体は、他方の主面から前記試料保持面まで貫通する流路を有しており、
   該流路は、
   前記基体の周方向に沿って伸びる第１部分と、
   該第１部分に連続し、前記試料保持面に垂直な方向に伸び、前記試料保持面に開口する複数の第２部分と、
   前記第１部分と前記複数の第２部分とを繋ぐ複数の第３部分とを有しており、
   前記第３部分は、前記第１部分または前記第２部分以外の方向に伸びる領域を有していることを特徴とする試料保持具。
2. 前記領域の内壁面は曲面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. 前記流路は、
   前記基体の径方向に伸びて前記第１部分に連続する複数の第４部分と、
   前記複数の第４部分と前記第１部分とを繋ぐ複数の第５部分とを有し、
   該第５部分は、前記第４部分よりも流路断面積が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の試料保持具。
4. 前記流路は、
   前記基体の径方向に伸びて前記第１部分に連続する複数の第４部分と、
   前記複数の第４部分と前記第１部分とを繋ぐ複数の第６部分とを有し、
   該第６部分は、前記第４部分よりも流路断面積が大きく、かつ、前記第１部分よりも流路面積が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の試料保持具。
5. 前記流路は、
   前記基体の中央部に位置し、前記他方の主面に垂直な方向に伸びて前記他方の主面に開口する流入部であって、前記複数の第４部分が接続された流入部を、さらに有することを特徴とする請求項３または４に記載の試料保持具。

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