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３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４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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