JP6483533B2 - Sample holder and plasma etching apparatus using the same - Google Patents
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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。 The present invention relates to a sample holder for holding a semiconductor wafer or the like, for example, in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, and a plasma etching apparatus using the same.
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。
A sample holder is known as a part for holding each sample such as a semiconductor wafer in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or a manufacturing process of a liquid crystal display device. Examples of the sample holder include an electrostatic chuck described in
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。
However, in the electrostatic chuck described in
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。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a sample holder capable of reducing warpage occurring in a ceramic body while ensuring connection reliability, and a plasma etching apparatus using the sample holder. It is to provide.
本開示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く、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。
A sample holder according to an aspect of the present disclosure includes a ceramic body having a sample holding surface on an upper surface and a recess on a lower surface, and an electrostatic adsorption electrode that extends along the sample holding surface and is embedded in the ceramic body. A via hole conductor extending from the electrostatic attraction electrode to the lower surface side of the ceramic body, and connected to an end of the via hole conductor on the lower surface side of the ceramic body and provided in a direction along the sample holding surface , An electrode that is at least partially exposed to the recess, and a lead terminal that is inserted into the recess and connected to the electrode, the electrode being connected to the via-hole conductor rather than a portion connected to the lead terminal. towards the connecting portion is rather thick, the electrostatic attraction electrodes
The top surface of the substrate is characterized in that the portion directly above the portion to which the via-hole conductor is connected has a convex shape on the sample holding surface side .
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。 A plasma etching apparatus according to an aspect of the present invention includes a vacuum chamber, a base plate having a high-frequency application electrode disposed in the vacuum chamber, and the sample holder mounted on the base plate. To do.
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。
According to the sample holder of one embodiment of the present invention, it is possible to reduce the warpage generated in the ceramic body while ensuring the reliability of connection.
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。 According to the plasma etching apparatus of one embodiment of the present invention, long-term reliability can be improved by including the sample holder.
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。
Hereinafter, a
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。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
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。
The
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。
The electrode 2 for electrostatic attraction is composed of two electrodes (only one electrode is shown in FIG. 1). One of the two electrodes is connected to the positive electrode of the power source, and the other is connected to the negative electrode. The two electrodes are each formed in a substantially semicircular shape, and are arranged inside the
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。
The via-
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。
The
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。
Here, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Here, in the
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。
The
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。
Here, “becomes thicker” means both a case where the thickness is increased smoothly and a case where the thickness is increased stepwise. As a case where the thickness is smoothly increased, for example, as shown in FIG. 4, there is a case where the
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。
In addition, as shown in FIG. 2, the upper surface of the electrostatic attraction electrode 2 may have a convex shape on the
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。
Further, as shown in FIG. 3, the via-
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。
Returning to FIG. 1, a part of the
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。
The
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。
The
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。
As the
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。
The
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。
The
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
1: Ceramic body 11: Sample holding surface 12: Recess 2: Electrode for electrostatic adsorption 3: Heating resistor 4: Via hole conductor 5: Electrode 6: Base plate 7: Insulating layer 8: Resin layer 9: Lead terminal 10: Sample holding Tool 100: Plasma etching apparatus
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