JP6963016B2 - 試料保持具 - Google Patents

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Description

本開示は、試料保持具に関するものである。
半導体製造装置等に用いられる試料保持具として、例えば、特表2015−517225号公報(以下、特許文献1とする)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は、誘電体層と、誘電体層の下方に設けられた金属ベース部とを備えている。金属ベース部にはウエハ冷却用の貫通孔が設けられており、貫通孔の内部には多孔質部材が設けられている。
本開示の試料保持具は、セラミックスを有し上面に試料保持面を有する基体と、金属を有し上面が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第1接合層と、を備えており、前記支持体の下面から前記第1接合層を通って前記基体の上面まで貫通するとともに、前記基体中の少なくとも一部において前記支持体中および前記第1接合層中よりも細くなっている第1貫通孔を有しており、前記第1貫通孔の内部に位置しており前記基体の下面に第2接合層を介して接合された多孔質部材を備えている。
試料保持具の一例を示す上面図である。 図1に示す試料保持具をA−A線で切った断面図である。 図2に示す試料保持具のうち領域Bを拡大した部分断面図である。 試料保持具の他の例を示す部分断面図である。 試料保持具の他の例を示す部分断面図である。 試料保持具の他の例を示す部分断面図である。 試料保持具の他の例を示す部分断面図である。 試料保持具の他の例を示す部分断面図である。 試料保持具の他の例を示す部分断面図である。
以下、試料保持具100について、図面を参照して説明する。
図1、2に示すように、試料保持具100は、基体1と支持体2と第1接合層3と第2接合層4と多孔質部材5とを備えている。本例においては、試料保持具100は、さらに、吸着電極6を備えている。試料保持具100は、例えば、静電チャックである。試料保持具100は、例えば、試料保持面14より上方においてプラズマを発生させて用いられる。プラズマは、例えば、外部の複数の電極の間に高周波を印加することによって、電極間に位置するガスを励起させることにより、発生させることができる。
基体1は、円板状の部材である。基体1は、上面が試料を保持する試料保持面14である。基体1は、上面の試料保持面14において、例えば、シリコンウエハ等の試料を保持する。基体1は、例えば、セラミック材料を有する。セラミック材料としては、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を有する。基体1の寸法は、例えば、直径を200〜500mm、厚みを2〜15mmに設定できる。
基体1を用いて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。本例の試料保持具100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100は基体1の内部に吸着電極6を備えている。吸着電極6は、2つの電極を有している。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であって、半円の弦同士が対向するように、セラミック体1の内部に位置している。これら2つの電極が合わさって、吸着電極6全体の外形が円形状となっている。この吸着電極6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の外形の中心と同一に設定できる。吸着電極6は、例えば、金属材料を有する。金属材料としては、例えば、白金、タングステンまたはモリブデン等の金属材料を有する。
支持体2は、基体1を支えるための部材である。支持体2は、例えば、円板状の部材である。支持体2は、例えば、金属材料を有する。金属材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。支持体2と基体1とは、第1接合層3を介して接合されている。具体的には、支持体2の上面と基体1の下面とが、第1接合層3によって接合されている。第1接合層3としては、例えば、樹脂材料を用いることができる。樹脂材料としては、例えば、シリコーン接着剤を用いることができる。
図2、3に示すように、基体1と第1接合層3と支持体2とは、第1貫通孔7を有している。第1貫通孔7は、例えば、ヘリウム等のガスを試料保持面14側に流入させるために設けられている。第1貫通孔7は、支持体2の下面から第1接合層3を通って基体1の上面まで貫通している。第1貫通孔7は、基体1の少なくとも一部において支持体2中および第1接合層3中よりも細くなっている。本例の試料保持具100においては、第1貫通孔7は、支持体2の下面から上面、第1接合層3の下面から上面にかけては径が一定の円柱状である。また、第1貫通孔7は、基体1中においては、基体1の下面に位置する円柱状の第1凹部8および第1凹部8の底面と基体1の上面とに開口する円柱状の第2貫通孔9を有している。
多孔質部材5は、試料保持面14より上方においてプラズマを発生させたときに、プラズマが第1貫通孔7を通って支持体2側にまで入り込まないようにするために設けられている。多孔質部材5としては、例えば、アルミナ等のセラミック材料を用いることができる。多孔質部材5は、第1貫通孔7の内部に位置している。多孔質部材5は、基体1の下面に第2接合層4を介して接合されている。具体的には、第2接合層4は、基体1における第2貫通孔9を塞ぐことが無いように基体1の下面と多孔質部材5とを接合している。言い換えると、第2接合層4は、例えば、第2貫通孔9に連続するとともに第2接合層4の上面と下面とに貫通する孔を有している。
多孔質部材5は、上面から下面に気体を流すことが可能な程度の気孔率を有している。そのため、第1貫通孔7の内部に多孔質部材5を位置させることによって、第1貫通孔7に気体を流しつつも、プラズマが支持体2側に到達してしまうおそれを低減する。多孔質部材5の気孔率としては、例えば、40〜60%に設定できる。
第2接合層4は、基体1の下面に多孔質部材5を接合するための部材である。第2接合層4としては、例えば、樹脂材料またはガラス材料を用いることができる。特に、第2接合層4は、プラズマに接触するおそれがある領域に設けられることから、耐プラズマ性の高い材料を用いてもよい。具体的には、酸化カルシウムまたはイットリア等を添加したガラス材料を用いることができる。また、フッ素樹脂を用いることもできる。
本例の試料保持具100においては、多孔質部材5が基体1の下面に第2接合層4を介して接合されている。これにより、多孔質部材5と基体1との間の隙間を埋めることができるので、多孔質部材5と基体1との間を通ってアーキングが生じてしまうおそれを低減できる。
また、図3に示すように、基体1中における第1貫通孔7が、基体1の下面に位置する第1凹部8および第1凹部8の底面と基体1の上面とに開口する第2貫通孔9を有しているとともに、第1凹部8の底面に多孔質部材5が接合されていてもよい。第1凹部8の底面に多孔質部材5を接合することによって、多孔質部材5の上面を支持体2から上方に遠ざけることができる。これにより、多孔質部材5の上面と支持体2との間の絶縁距離を長くすることができる。その結果、多孔質部材5の上面を通って支持体2と貫通孔との間にアーキングが生じるおそれを低減できる。
多孔質部材5の上面が第1凹部8の内部にあってもよい。言い換えると、多孔質部材5の上面が基体1の下面よりも上方にあってもよい。これにより、多孔質部材5の上面と支持体2との間の絶縁距離をさらに長くすることができる。その結果、アーキングが生じるおそれをさらに低減できる。
また、試料保持具100は、第1貫通孔7の内部に位置しており、多孔質部材5の下面の一部および外周面の少なくとも一部を覆うとともに第1貫通孔7に沿って伸びる絶縁性の筒状部材10をさらに備えていてもよい。これにより、第1貫通孔7のうち多孔質部材5の下方に位置する領域と支持体2との間でアーキングが生じるおそれを低減できる。
筒状部材10としては、例えば、セラミック材料を用いることができる。セラミック材料としては、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウムが挙げられる。筒状部材10は、内周面に段差を有している。言い換えると、筒状部材10は、上端において内径が広がる形状を有している。これにより、筒状部材10と多孔質部材5とを嵌め合わせることができる。
また、図4に示すように、筒状部材10は下端の内径よりも、多孔質部材5の下面に接する面の内径が大きくてもよい。これにより、筒状部材10の内側から多孔質部材5を通って試料保持面14側にガスが流れるときに、ガスの流れをスムーズにすることができる。その結果、多孔質部材5および筒状部材10の長期信頼性を向上できる。
また、図5に示すように、多孔質部材5および第2接合層4が、第1貫通孔7のうち基体1に位置する部分と内周面が連続する第2凹部11を有していてもよい。多孔質部材5が第2凹部11を有することによって、第1貫通孔7のうち基体1に位置する部分に繋がる多孔質部材5の表面積を大きくすることができる。そのため、多孔質部材5から第1貫通孔7のうち基体1に位置する部分に対してスムーズにガスを流すことができる。
また、図6に示すように、基体1の上面から第2接合層4を通って多孔質部材5まで伸びる第3凹部12をさらに有していてもよい。これにより、多孔質部材5から試料保持面14側に対してガスを流すときに、圧力を分散できる。そのため、さらにスムーズにガスを流すことができる。第3凹部12は1つのみ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。
また、図7に示すように、筒状部材10の上端が多孔質部材5の上面よりも上方にあってもよい。これにより、多孔質部材5の上端面と支持体2との間に筒状部材10が位置することになるので、多孔質部材5の上端面を伝わって支持体2にアーキングしてしまうおそれを低減できる。
また、図8に示すように、筒状部材10と支持体2との間に、さらに、第3接合層13を有していてもよい。第3接合層13としては、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等の樹脂材料を用いることができる。第3接合層13を有していることによって、ヒートサイクル下において、筒状部材10と支持体2との間に熱応力が生じて筒状部材10に位置ずれが生じるおそれを低減できる。
また、図9に示すように、第1凹部8の内部に多孔質部材5の全体が位置していてもよい。言い換えると、多孔質部材5の下面が第1凹部8の開口面よりも上方に位置しているか、多孔質部材5の下面と第1凹部8の開口面が同一平面上に位置していてもよい。これにより、多孔質部材5が、支持体2による熱膨張の影響を受けにくくできる。その結果、試料保持具100の長期信頼性を向上できる。
さらに、このとき、多孔質部材5と筒状部材10とが離れて位置していてもよい。これにより、筒状部材10と多孔質部材5との間で熱応力が生じるおそれを低減できる。その結果、試料保持具100の長期信頼性を向上できる。
1:基体
2:支持体
3:第1接合層
4:第2接合層
5:多孔質部材
6:吸着電極
7:第1貫通孔
8:第1凹部
9:第2貫通孔
10:筒状部材
11:第2凹部
12:第3凹部
13:第3接合層
100:試料保持具

Claims (8)

  1. セラミックスを有し上面に試料保持面を有する基体と、
    金属を有し上面が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第1接合層と、を備えており、
    前記支持体の下面から前記第1接合層を通って前記基体の上面まで貫通するとともに、前記基体中の少なくとも一部において前記支持体中および前記第1接合層中よりも細くなっている第1貫通孔を有しており、
    前記第1貫通孔の内部に位置しており前記基体の下面に第2接合層を介して接合された多孔質部材を備えており、
    前記第1貫通孔の内部に位置しており、前記多孔質部材の下面の一部および外周面の少なくとも一部を覆うとともに前記第1貫通孔に沿って伸びる絶縁性の筒状部材を備えた試料保持具。
  2. 前記基体中における前記第1貫通孔が、前記基体の下面に位置する第1凹部および前記第1凹部の底面と前記基体の上面とに開口する第2貫通孔を有しているとともに、前記第1凹部の底面に前記多孔質部材が接合されている請求項1に記載の試料保持具。
  3. 前記筒状部材は下端の内径よりも、前記多孔質部材の下面に接する面の内径が大きい請求項1または請求項2に記載の試料保持具。
  4. 前記多孔質部材および前記第2接合層が、前記第1貫通孔のうち前記基体に位置する部分と内周面が連続する第2凹部を有する請求項1乃至請求項のいずれかに記載の試料保持具。
  5. 前記基体の前記上面から前記第2接合層を通って前記多孔質部材まで伸びる第3凹部をさらに有する請求項1乃至請求項のいずれかに記載の試料保持具。
  6. 前記筒状部材の上端が前記多孔質部材の上面よりも上方にある請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の試料保持具。
  7. 前記第1凹部の内部に前記多孔質部材の全体が位置している請求項2に記載の試料保持具。
  8. 前記多孔質部材と前記筒状部材とが離れて位置している請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の試料保持具。
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