JP6882131B2

JP6882131B2 - 試料保持具

Info

Publication number: JP6882131B2
Application number: JP2017187757A
Authority: JP
Inventors: 誠也才所
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: JP2019062161A

Description

本発明は、半導体集積回路の製造工程等において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。

試料保持具として、例えば、特許文献１に記載の静電チャックが知られている。特許文献１に記載の静電チャックにおいては、基体とベースプレートとが接着層によって固定されている。静電チャックは、基体の上面から接合層を通ってベースプレートの下面に貫通する貫通孔を有している。

特開２０１５−１９５３４６号公報

特許文献１に記載の静電チャックにおいては、接合層のうち貫通孔に面する領域から熱が引かれてしまい、基体表面の均熱性を向上させることが困難になるおそれがあった。

本発明の試料保持具は、セラミックスからなり上面に試料保持面を有する基体と、金属から成り上面で前記基体の下面を覆う支持体と、前記基体の下面および前記支持体の上面を接合する接合層とを備えており、前記基体、前記支持体および前記接合層が、前記基体の上面から前記接合層を通って前記支持体の下面まで貫通する貫通孔を有しているとともに、前記接合層が、前記貫通孔を形成するリング状の第１部分および該第１部分と同じ主原料から成り前記第１部分を囲む第２部分を有しており、前記第２部分よりも前記第１部分が気孔率が高いことを特徴とする。

第１部分が第２部分よりも気孔率が高いことによって、第１部分から貫通孔に熱が逃げてしまうおそれを低減できる。

試料保持具の例を示す断面図である。図１に示す試料保持具のうち貫通孔の近傍を拡大して示す部分断面図である。図２に示す試料保持具をα−α線で切った部分断面図である。試料保持具の他の例を示す断面図である。

以下、試料保持具１０について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、試料保持具１０は、基体１と支持体２とを備えている。基体１と支持体２とは接合層３によって接合されている。試料保持具１０は、例えば、静電チャックである。試料保持具１０は、例えば、シリコンウェハ等の被保持物Ｘを保持する。基体１は、例えば、被保持物Ｘと同程度の径を有する円板状である。基体１は、上面に被保持物Ｘを保持する試料保持面１１を有している。基体１は、例えば、セラミックスを有してい
る。セラミックスとしては、アルミナ、サファイア、アルミナ−チタニア複合材またはチタン酸バリウムのような酸化物系セラミックスあるいは窒化アルミニウム等の窒化物系セラミックスを用いることができる。

基体１は、内部に静電吸着用電極４を有する。静電吸着用電極４は、例えば、白金またはタングステン等の材料を有している。静電吸着用電極４にはリード線が接続されている。静電吸着用電極４は、このリード線を介して、電源５に接続されている。一方、試料保持面１１に吸着される被保持物Ｘは、アースに接続されている。これにより、静電吸着用電極４と被保持物Ｘとの間に静電吸着力が発生して、被保持物Ｘを試料保持面１１に吸着固定できる。

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、金属を有している。支持体２は、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。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、金属を有す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できる。また、支持体２は、図１に示すように、気体または液体等の熱媒体を循環させるための流路６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（Ｎ_２）等の気体を用いることができる。

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の下面および支持体２の上面を接合している。ここで、試料保持具１０は、基体１の上面から接合層３を通って支持体２の下面まで貫通する貫通孔１２を有している。貫通孔１２の形状は、例えば、円柱状である。接合層３の厚みは、例えば、０．０５〜０．５ｍｍに設定できる。この場合には、貫通孔１２の直径は、例えば、０．１〜１０ｍｍに設定できる。

接合層３は、高分子材料を有している。高分子材料として、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂を有している。接合層３は、高分子材料以外に、高分子材料中に分散されたフィラーを有していてもよい。フィラーとしては、例えば、セラミック粒子を用いることができる。セラミック粒子としては、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウム等を用いることができる。

貫通孔１２は、例えば、ガス導入孔として用いられる。この場合には、ガス導入孔は、ガス導入孔のうち試料保持面１１に開口する端部が試料保持面１１の広範囲に分散されて位置するように、試料保持具１０の全体に複数設けられている。図１に示す断面においては、貫通孔１２は１つのみ現れている。試料保持面１１には、例えば、ガス流路が形成されており、このガス流路はガス導入孔と繋がっている。そして、試料保持面１１に被保持物Ｘを吸着したときに、ガス導入孔から被保持物Ｘとガス流路とで構成される空間にヘリウムガス等の冷却ガスを供給することで、ガス流路と被保持物Ｘとの間および試料保持面１１と被保持物Ｘとの間の熱伝達を良好にし、被保持物Ｘの均熱性を高めることができる。

ここで、試料保持具１０は、接合層３が、貫通孔１２を形成するリング状の第１部分３１および第１部分３１と同じ主原料から成り第１部分３１を囲む第２部分３２を有しており、第２部分３２よりも第１部分３１が気孔率が高い。これにより、第１部分３１が第２部分３２よりも気孔率が高いことによって、第１部分３１から貫通孔１２に熱が逃げてしまうおそれを低減できる。気孔率は、例えば、第１部分を１〜１０％、第２部分を０．１〜１％に設定できる。

気孔率の測定は、以下の方法で行うことができる。具体的には、接合層３を試料保持面１１に交わる断面を得られるように切断する。接合層３の第１部分３１および第２部分３２をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察して、１０００〜２０００倍の写真を撮る。この写真に対して、画像処理を施して画像全体の面積に対する気孔箇所の合計面積を算出することで気孔率を求めることができる。画像処理には、例えば、解析ソフト（ソフト名：Imagej、開発元：Wayne Rasband）を用いて２値化による解析を用いることができる。

また、第１部分３１と第２部分３２の主原料が同じであることは、例えば、以下の方法で確認できる。具体的には、フーリエ変換赤外分光光度計による評価（装置名：Prestige-21会社名：島津製作所）を用いることができる。

また、試料保持具１０は、第２部分３２よりも第１部分３１のほうが、熱伝導率が小さくてもよい。これにより、第１部分３１から貫通孔１２への熱引きが小さくなることから、試料保持面１１の均熱性を向上できる。熱伝導率を調整する方法としては、例えば、第１部分３１または第２部分３２にフィラーを混ぜる方法が挙げられる。熱伝導率の測定には、例えば、レーザーフラッシュ法（装置名：レーザーフラッシュ法熱物性測定装置、会社名：京都電子工業株式会社、型番：ＬＦＡ５０２）を用いることができる。

また、試料保持具１０は、第２部分３２が金属材料から成るフィラーを有していてもよい。これにより、第２部分３２の熱伝導率を向上できるので、試料保持面１１の均熱性を向上できる。フィラーとしては錫または白金などを用いることができる。

また、試料保持具１０は、第１部分３１および第２部分３２のそれぞれがフィラーを有しているとともに、第１部分３１においてはフィラーが支持体２側に偏って位置しているとともに、第２部分３２においてはフィラーが基体１側に偏って位置していてもよい。一般的に、セラミックスから成る基体１と金属から成る支持体２とを接合した場合には、熱膨張率の差によって基体１に熱応力が生じるおそれがある。そこで、第１部分３１においてはフィラーを支持体２側に偏らせ、第２部分３２においてはフィラーを基体１側に偏らせることによって、上記の熱応力を低減することができる。

また、図４に示すように、接合層３のうち外周面を含む領域にさらに第３部分３３を有していてもよい。第３部分３３は、第１部分３１と同様に、第２部分３２よりも気孔率が高い。これにより、接合層３のうち外周面から外気に熱が逃げてしまうおそれを低減できる。これにより、試料保持面１１における均熱性を向上できる。

１：基体
１１：試料保持面
１２：貫通孔
２：支持体
３：接合層
３１：第１部分
３２：第２部分
３３：第３部分
４：静電吸着用電極
５：電源
１０：試料保持具
Ｘ：被保持物

Claims

セラミックスからなり上面に試料保持面を有する基体と、金属から成り上面で前記基体の下面を覆う支持体と、前記基体の下面および前記支持体の上面を接合する接合層とを備えており、前記基体、前記支持体および前記接合層が、前記基体の上面から前記接合層を通って前記支持体の下面まで貫通する貫通孔を有しているとともに、前記接合層が、前記貫通孔を形成するリング状の第１部分および該第１部分と同じ主原料から成り前記第１部分を囲む第２部分を有しており、前記第２部分よりも前記第１部分が気孔率が高いことを特徴とする試料保持具。
前記第２部分よりも前記第１部分が熱伝導率が小さいことを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
前記第２部分が金属材料から成るフィラーを有している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。
前記第１部分および前記第２部分のそれぞれがフィラーを有しているとともに、前記第１部分においては前記フィラーが前記支持体側に偏って位置しているとともに、前記第２部分においては前記フィラーが前記基体側に偏って位置している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。