JP6715388B2 - 試料保持具 - Google Patents
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Description
本開示は、プラズマエッチング等の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において、半導体ウエハ等の試料を保持する際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、特開2011−91297号公報(以下、特許文献1という)に記載の静電チャックが知られている。特許文献1に開示された静電チャックは、金属性のベース基板と、静電チャック基板と、ベース基板と静電チャック基板との間に位置するヒータと、ヒータをベース基板に接着させる接着層とを備えている。また、接着層は、第1の接着剤層と、第1の接着剤層よりも粘度の低い接着剤を硬化させてゲル状にした第2の接着剤層とからなる。
本開示の試料保持具は、セラミックス材料を有し、一方の主面に試料保持面を有する絶縁基板と、該絶縁基板の他方の主面に設けられた発熱抵抗体と、前記絶縁基板の前記他方の主面を覆う接着層と、該接着層を介して前記絶縁基板の前記他方の主面に設けられた金属部材とを備えており、前記接着層は、前記絶縁基板に接する第1層と、前記金属部材に接する第2層とを有しており、該第2層は、前記第1層よりも弾性率が低いとともに、前記第1層と前記金属部材との間に位置する層状部と、前記第1層を囲む環状部とを有している。
本開示の試料保持具の一例について、図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本開示の一例である試料保持具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、セラミックスからなり、一方の主面に試料保持面11を有する絶縁基板1と、絶縁基板1の他方の主面に設けられた発熱抵抗体2と、絶縁基板1の他方の主面を覆うように接着層4を介して設けられた金属部材3とを備えている。
絶縁基板1は、試料を保持するための部材である。絶縁基板1の形状は、例えば円板状である。絶縁基板1は、一方の主面に試料保持面11を有する。絶縁基板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スを有する。絶縁基板1の寸法は、例えば形状が円板状のときに、主面の直径を200〜500mmに、高さを0.5〜15mmにすることができる。絶縁基板1の内部には、必要に応じて、静電吸着用電極を設けることができる。
発熱抵抗体2は、電気が流れることによって発熱する部材である。発熱抵抗体2は、試料保持面11に保持された試料を加熱するために設けられている。発熱抵抗体2は、絶縁基板1の他方の主面に設けられている。発熱抵抗体2は、例えば絶縁基板1の他方の主面のほぼ全面に設けられている。発熱抵抗体2は、例えば複数の折り返し部を有する線状のパターンを有する。これにより、発熱抵抗体2は、試料保持面11の全面を均等に加熱することができる。発熱抵抗体2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有する。また、発熱抵抗体2は、ケイ素、アルミニウム、ビスマス、カルシウム、ホウ素または亜鉛等の材料の酸化物等のガラス成分を含んでいてもよい。発熱抵抗体2の寸法は、例えば幅を0.5〜3mmに、厚みを0.01〜0.1mmに、全長を25〜35mにすることができる。
金属部材3は、絶縁基板1を支持するために設けられている。金属部材3は、絶縁基板1の他方の主面を覆うように接着層4を介して設けられている。金属部材3は、絶縁基板1を冷却させるための冷却板としても機能させることができる。金属部材3は、気体または液体などの熱媒体を循環させるための冷却用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または窒素等の気体を用いることができる。金属部材3の形状は、例えば円板状または角板状である。金属部材3は、例えば金属部材3の一方の主面が、接着層4により、絶縁基板1の他方の主面に接合されていてもよい。
金属部材3は、熱伝導率が比較的大きい金属を有する。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、金属からなる複合材料も含むものとする。金属部材3は、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、アルミニウム、銅、ステンレス鋼またはニッケルあるいはこれらの金属の合金からなっていてもよい。金属部材3の寸法は、例えば金属部材3が円板状のとき、直径を200〜500mmに、厚みを15〜50mmにすることができる。また、金属部材3に冷却用流路を設ける場合には、流路の寸法は、例えば幅を3〜10mmに、高さを5〜15mmに、全長を2〜8mにすることができる。
なお、試料保持具10をプラズマエッチング装置として用いる場合においては、金属部材3は、高周波印加用電極(図示せず)を備えていてもよい。
接着層4は、絶縁基板1と金属部材3とを接合するための部材である。接着層4は、絶縁基板1と金属部材3との間に設けられている。接着層4は、絶縁基板1の他方の主面に広がるように設けられている。また、接着層4は、絶縁基板1の他方の主面に設けられた発熱抵抗体2を覆うように設けられている。また、接着層4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。フィラーとしては、例えばアルミニウム等の金属材料またはアルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素等のセラミック材料を用いることができる。
接着層4は、絶縁基板1に接する第1層41と、金属部材3に接する第2層42とを有している。第1層41は、第2層42よりも弾性率が高い。これにより、発熱抵抗体2を覆う部分の弾性率を高くすることができる。そのため、ヒートサイクル下において、発熱抵抗体2に熱膨張が生じたときに、発熱抵抗体2の熱膨張を第1層41によって押さえ込むことができる。これにより、絶縁基板1と発熱抵抗体2との間に熱応力が集中し、絶縁基板1と発熱抵抗体2との間にクラックが生じるおそれを低減することができる。その結果、試料保持具10の耐久性を向上させることができる。第1層41としては、例えばエポキシまたはシリコーン等の樹脂材料を用いることができる。なお、ここでいう弾性率とは、接着層4を形成する母材の弾性率ではなく、フィラー等を含んだ状態における接着層4の弾性率を意味している。
また、第2層42は、第1層41よりも弾性率が低い。これにより、接着層4のうち金属部材3に接する部分の弾性率を低くすることができる。ヒートサイクル下においては、熱膨張係数が大きい金属部材3がより熱膨張しやすい傾向にあるが、第2層42の弾性率が低いことにより、金属部材3が熱膨張したときに、第2層42が変形することができる。そのため、金属部材3と接着層4との間に熱応力が集中するおそれを低減することができる。これにより、金属部材3と接着層4との間に剥がれが生じるおそれを低減することができる。その結果、試料保持具10の耐久性を高めることができる。
第2層42としては、例えば第1層41にエポキシ樹脂を用いた場合においては、エポキシまたはシリコーン等の樹脂材料を用いることができる。第1層41と第2層42とが同じ材料から成る場合は、例えば弾性率が高いフィラーを第1層41に加えることによって、第1層41の弾性率を第2層42の弾性率よりも高くすることができる。また、第2層42は、第1層41よりも弾性率が低い材料からなり、弾性率が高いフィラーを含んでおり、フィラーを含んだ状態における第2層42の弾性率が、第1層41の弾性率よりも低くてもよい。
なお、接着層4がフィラー等を含んでいる場合は、超音波パルス法で接着層4の弾性率を測定することができる。測定方法としては、例えば第2層42の弾性率を測定する場合は、試料保持具10から絶縁基板1、発熱抵抗体2、第1層41を研削して削り落とし、第2層42を面積10mm2以上の試料に加工し、超音波パルスレシーバから振動子を通して数MHzの縦波および横波信号を試料表面に入射し,試料底面からの反射波を検出し、超音波が試料中を伝播する時間から縦波および横波音速を求めることにより、弾性率を算出することができる。測定装置としては、例えばPANAMETRICS製のHVPULSER/RECEIVER(5058PR)を用いることができる。なお、接着層41を測定する場合も上記と同様の方法で測定できる。
また、接着層4の寸法は、例えば第1層41の厚みを0.05〜1mmに、第2層42の厚みを0.1〜3mmにすることができる。なお、接着層4は、第1層41と第2層42との間に、第1層41および第2層42以外の層を有していてもよい。このときに、第1層41および第2層42以外の層は、第1層41よりも弾性率が高くてもよいし、第2層42よりも弾性率が低くてもよい。
本開示の試料保持具10によれば、図1に示すように、第2層42は、第1層41の外周面を覆うように絶縁基板1側に回り込んでいる。これにより、接着層4の外周面に力が加わったときに、第2層42のうち第1層41の外周面を覆うように絶縁基板1側に回り込んでいる部分が変形することによって、接着層4の外周面に加わった力を吸収することができる。そのため、第2層42のうち回り込んでいる部分を除く部分と第1層41とに加わる力を低減することができる。これにより、第2層42のうち回り込んでいる部分を除く部分と第1層41とにクラックが生じるおそれを低減することができる。そのため、絶縁基板1と金属部材3との接合の信頼性を向上させることができる。その結果、試料保持具10の耐久性を向上させることができる。
ここでいう第2層42のうち第1層41の外周面を覆うように絶縁基板1側に回り込んでいる部分とは、第2層42のうち第1層41の外周面を覆っている部分と、第2層42のうち第1層41の外周面を覆うために第1層41の外周よりも外側まで広がる部分との両方を意味している。第2層42のうち第1層41の外周面を覆うように絶縁基板1側に回り込んでいる部分の寸法は、例えば厚みを0.1〜3mmに、幅を0.5〜5mmにすることができる。
また、第2層42が第1層41の外周面を覆うように絶縁基板1側に回り込んでいることによって、第1層41と第2層42のうち回り込んでいる部分を除く部分との境界面を、第2層42のうち回り込んでいる部分で覆うことができる。そのため、接着層4の外周面においてクラックが生じたときに、第1層41と第2層42のうち回り込んでいる部分を除く部分との境界面においてクラックが一直線に進展するおそれを低減することができる。そのため、絶縁基板1と金属部材3との接合の信頼性を向上させることができる。その結果、試料保持具10の耐久性を向上させることができる。
なお、図1に示す試料保持具10においては、第2層42が絶縁基板1の外周より外側まで広がっているが、図2に示すように第1層41が絶縁基板1の外周より内側までしか広がっておらず、第2層42が絶縁基板1の外周より内側において、第1層41の外周面を覆うように絶縁基板1側に回り込んでいてもよい。また、接着層4の外周面は、図2に示すように、丸みを帯びていてもよい。
また、図3に示すように、第2層42が第1層41の外周面の全体を覆っているとともに、絶縁基板1の他方の主面に接していてもよい。これにより、仮に絶縁基板1と第1層41との間にクラックが生じてしまっても、第2層42が絶縁基板1の他方の主面に接していているため、発熱抵抗体2が外部に露出してしまうおそれを低減することができる。そのため、外気等がクラックに浸入し、発熱抵抗体2と反応してしまうおそれを低減することができる。これにより、発熱抵抗体2の抵抗値が変化してしまい、発熱量が変化してしまうおそれを低減することができる。その結果、試料保持具10の均熱性を向上させることができる。
また、図4に示すように、第1層41と第2層42との境界面が、滑らかであってもよい。言い換えると、断面視したとき、第1層41の外周面に第2層42が回りこむことにより生じる境界面が丸みを帯びていてもよい。ヒートサイクル下においては、第1層41と第2層42との熱膨張係数の差によって、第1層41と第2層42との境界面に力が加わるおそれがあるが、第1層41と第2層42との境界面が滑らかであることによって、第1層41と第2層42との境界面に加わる力を分散させることができる。これにより、接着層4にクラックが生じるおそれを低減することができる。そのため、絶縁基板1と金属部材3との接合の信頼性を向上させることができる。その結果、試料保持具10の耐久性を向上させることができる。
また、第1層41は第2層42よりも熱伝導率が小さくてもよい。これにより、昇温時に、発熱抵抗体2で生じた熱が、第1層41から第2層42に伝わってしまうおそれを低減することができる。そのため、発熱抵抗体2で生じた熱を、効率的に試料保持面11に伝えることができる。その結果、試料保持面11における昇温の速度を上げることができる。また、第2層42の熱伝導率が第1層41の熱伝導率よりも大きいことにより、降温時に、第1層41が有する熱が、第2層42から金属部材3に伝わりやすくすることができる。そのため、絶縁基板1が有する熱を、効率的に金属部材3に伝えることができる。その結果、試料保持面11における降温の速度を上げることができる。
また、図5に示すように、試料保持面に垂直な断面を見たときに、第2層42が、絶縁基板1の他方の主面に沿ったメニスカス部421を有していてもよい。これにより、図5に示す断面で見たときに、第2層42がメニスカス部421の先端まで平坦に設けられている場合と比較して、第2層42のうち第1層41の外周面を覆うように絶縁基板1側に回り込んでいる部分の体積を増やすことなく、絶縁基板1の他方の主面のうち第2層42に接する部分の面積を広くすることができる。そのため、第2層42のうち第1層41の外周面を覆うように絶縁基板1側に回り込んでいる部分に生じる熱応力を低減しつつ、絶縁基板1と接着層4との接合強度を高めることができる。その結果、試料保持具10の耐久性を向上させることができる。
また、メニスカス部421は、絶縁基板1の他方の主面の周方向の全体に設けられていてもよい。これにより、発熱抵抗体2で生じた熱がメニスカス部421を介して絶縁基板1に均等に伝わるため、試料保持面11の均熱性を高めることができる。なお、ここでいうメニスカス部421とは、メニスカス形状であって、絶縁基板1の外周に向かうにつれて厚みが薄くなる部位である。メニスカス部421の寸法は、例えば厚みを0.1〜3mmに、幅を0.5〜5mmにすることができる。
また、図6に示すように、接着層4を周方向に囲むように設けられたリング部材5をさらに備えていてもよい。これにより、試料保持具10をプラズマエッチング装置として用いた場合において、プラズマガスが接着層4に触れるおそれを低減することができる。また、リング部材5は、メニスカス部421との間に隙間を有しながら第2層42(メニスカス部421以外の部位)に接していてもよい。リング部材5は、メニスカス部421との間に隙間を有しながら第2層42に接していていることにより、リング部材5に外力が加わったときに、メニスカス部421に外力が伝わるおそれを低減することができる。そのため、絶縁基板1とメニスカス部421との間にクラックが生じるおそれを低減することができる。これにより、絶縁基板1と第2層42との間に剥がれが生じるおそれを低減することができる。そのため、絶縁基板1と接着層4の接合の信頼性を向上させることができる。その結果、試料保持具10の耐久性を向上させることができる。
また、リング部材5は、メニスカス部421との間に隙間を有しながら、絶縁基板1と第2層42とに接していてもよい。これにより、リング部材5に外力が加わったときに、外力を絶縁基板1と接着層4とに分散させることができる。そのため、接着層4に大きい力が加わるおそれを低減することができる。これにより、接着層4と絶縁基板1との接合部が破損するおそれを低減することができる。その結果、試料保持具10の耐久性を向上させることができる。
また、リング部材5は、全周において絶縁基板1と金属部材3とに接していてもよい。これにより、試料保持具10をプラズマエッチング装置として用いた場合において、プラズマガスが接着層4に触れるおそれを低減することができる。そのため、プラズマガスが接着層4に入り込み、発熱抵抗体2と反応してしまうおそれを低減することができる。これにより、発熱抵抗体2の抵抗値が変化してしまい、発熱量が変化してしまうおそれを低減することができる。その結果、試料保持具10の均熱性を向上させることができる。
ここで、リング部材5の形状は、例えば図6に示す断面で見たときの形状を、円形または楕円形にすることができる。リング部材5は、エポキシ、シリコーンまたはフッ素樹脂等の樹脂材料を用いることができる。リング部材5の寸法は、例えば図6に示す断面で見たときの形状が円形のときに、半径を0.075〜2mmにすることができる。また、リング部材5の寸法は、試料保持面11に水平な面で平面視したときに、例えば内径を196〜500mmに、外径を200〜504mmにすることができる。
また、図1から図6に示すように、第2層42は、第1層41と金属部材3との間に位置する層状部422と、第1層41を囲む環状部423とを有していてもよい。これにより、環状部423に力が加わったときに、環状部423が変形することによって、環状部423に加わった力を吸収することができる。そのため、第1層41と層状部422とに加わる力を低減することができる。これにより、第1層41と層状部422とにクラックが生じるおそれを低減することができる。そのため、絶縁基板1と金属部材3との接合の信頼性を向上させることができる。その結果、試料保持具10の耐久性を向上させることができる。
ここで、層状部422とは、例えば第2層42のうち回り込んでいる部分を除く部分であってもよい。また、環状部423とは、例えば第2層42のうち第1層41の外周面を覆っている部分であってもよい。なお、第2層42は、層状部422および環状部423以外の部分を有していてもよい。
また、図3に示すように、環状部423は、第1層41の全体を囲むとともに、絶縁基板1の他方の主面に接していてもよい。これにより、仮に絶縁基板1と第1層41との間にクラックが生じても、第2層42が絶縁基板1の他方の主面に接していているため、発熱抵抗体2が外部に露出するおそれを低減することができる。そのため、外気等がクラックに浸入し、発熱抵抗体2と反応するおそれを低減することができる。これにより、発熱抵抗体2の抵抗値が変化し、発熱量が変化するおそれを低減することができる。その結果、試料保持具10の均熱性を向上させることができる。
1:絶縁基板
11:試料保持面
2:発熱抵抗体
3:金属部材
4:接着層
41:第1層
42:第2層
421:メニスカス部
422:層状部
423:環状部
5:リング部材
10:試料保持具
11:試料保持面
2:発熱抵抗体
3:金属部材
4:接着層
41:第1層
42:第2層
421:メニスカス部
422:層状部
423:環状部
5:リング部材
10:試料保持具
Claims (5)
- セラミックス材料を有し、一方の主面に試料保持面を有する絶縁基板と、該絶縁基板の他方の主面に設けられた発熱抵抗体と、前記絶縁基板の前記他方の主面を覆う接着層と、該接着層を介して前記絶縁基板の前記他方の主面に設けられた金属部材とを備えており、
前記接着層は、前記絶縁基板に接する第1層と、前記金属部材に接する第2層とを有しており、
該第2層は、前記第1層よりも弾性率が低いとともに、前記第1層と前記金属部材との間に位置する層状部と、前記第1層を囲む環状部とを有している試料保持具。 - 前記環状部は、前記第1層の全体を囲むとともに、前記絶縁基板の前記他方の主面に接している請求項1に記載の試料保持具。
- 前記第1層は前記第2層よりも熱伝導率が小さい請求項1または請求項2に記載の試料保持具。
- 前記試料保持面に垂直な断面を見たときに、
前記第2層が、前記絶縁基板の前記他方の主面に沿ったメニスカス部を有している請求項2に記載の試料保持具。 - 環状であって前記接着層を周方向に囲むリング部材をさらに備えるとともに、前記リング部材は、前記メニスカス部との間に隙間を有しながら前記第2層に接している請求項4に記載の試料保持具。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017065288 | 2017-03-29 | ||
JP2017065288 | 2017-03-29 | ||
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