JP7116241B2 - 試料保持具 - Google Patents

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Description

本開示は、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用いられる、半導体ウエハ等の試料を保持する試料保持具に関するものである。
従来技術の一例は、特許文献１に記載されている。
特開２０１１－２２２９７８号公報
本開示の試料保持具は、試料保持面である第１面および該第１面と反対側の第２面を有する板状の絶縁基体と、
前記絶縁基体の前記第２面に設けられた発熱抵抗体と、を備え、
前記第２面は、前記発熱抵抗体が位置する第１部分と、前記第１部分の周囲を取り囲む第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられた溝部と、を有し、
前記第１部分の表面粗さが、前記第２部分の表面粗さより大きい構成である。
本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
第１実施形態の試料保持具を示す断面図である。 図１の領域Ａで示す外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第２実施形態の外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第３実施形態の外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第４実施形態の外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第５実施形態の外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第６実施形態の第１貫通孔周辺を拡大した部分拡大断面図である。
本開示の試料保持具が基礎とする構成である、半導体製造装置等に用いられる試料保持具として、静電チャックが知られている。静電チャックは、セラミック板の主面に凹部が設けられており、この凹部内に電極が設けられている。
この静電チャックでは、電極に高周波信号を印加すると、電極（発熱抵抗体）とセラミック板（絶縁基体）の外周部との間に発生したプラズマによって、絶縁破壊が生じるおそれがある。
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は、第１実施形態の試料保持具を示す断面図である。図２は、図１の領域Ａで示す外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。試料保持具１００は、絶縁基体１と、発熱抵抗体４と、を備え、さらに、支持体２と、接合材３と、を備える。
絶縁基体１は、第１面１ａおよび該第１面１ａと反対側の第２面１ｂを有するセラミック体であり、第１面１ａが、試料を保持するために一様に平坦な試料保持面である。絶縁基体１は、板状の部材であって、外形状は限定されず、例えば円板状または角板状などであってもよい。
絶縁基体１は、例えばセラミック材料で構成される。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、窒化珪素またはイットリア等とすることができる。絶縁基体１の外形寸法は、例えば直径（または辺長）を２００～５００ｍｍ、厚みを２～１５ｍｍにすることができる。
発熱抵抗体４は、絶縁基体１の第２面１ｂに設けられている。発熱抵抗体４は、例えば白金、ＡｇＰｂ、タングステンまたはモリブデン等の金属材料で構成されており、通電によって発熱するように、電気抵抗値が調整されている。電気抵抗値は、例えば金属材料中にセラミックス材料などの非導電性材料を混合し、混合割合によって調整することができる。発熱抵抗体４の形状は、たとえば、帯状、ミアンダ状、格子状（グリッド状）などであってもよい。
試料保持具１００は、例えば、試料保持面である絶縁基体１の第１面１ａよりも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、外部に設けられた複数の電極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、発生させることができる。
支持体２は、金属製であり、絶縁基体１を支持するための部材である。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の外形状は特に限定されず、円形状または四角形状であってもよい。支持体２の外形寸法は、例えば直径（または辺長）を２００～５００ｍｍに、厚さを１０～１００ｍｍにすることができる。支持体２は、絶縁基体１と同じ外形状であってもよく、異なる外形状であってもよく、同じ外形寸法であってもよく、異なる外形寸法であってもよい。
支持体２と絶縁基体１とは、接合材３を介して接合されている。具体的には、一様に平坦である支持体２の第１面２ａと絶縁基体１の第２面１ｂとが、接合材３によって接合されている。支持体２の第１面２ａの外形と絶縁基体１の第２面１ｂの外形とは、例えば、同じであり、接合材３は、支持体２の第１面２ａおよび絶縁基体１の第２面１ｂの全面にわたって接合している。接合材３としては、例えば、樹脂材料の接着剤を用いることができる。樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂などを用いることができる。また、接合材３が、絶縁基体１の第２面１ｂに設けられた発熱抵抗体４と支持体２の第１面２ａとの間に介在することで、発熱抵抗体４と支持体２との電気絶縁性を確保することができる。
図１に示すように、絶縁基体１には、第１面１ａから第２面１ｂまで貫通する貫通孔（以下では、「第１貫通孔」と呼ぶ）９が設けられている。また、支持体２には、第１面（一方の主面）２ａから該第１面２ａと反対側の第２面（他方の主面）２ｂまで貫通する第２貫通孔７が設けられている。第２貫通孔７と第１貫通孔９とは連通しており、絶縁基体１の第１面１ａから、接合材３を通って、支持体２の第２面２ｂまで連続した孔となっている。第２貫通孔７および第１貫通孔９は、例えば、ヘリウム等のガスを、支持体２の第２面２ｂ側から試料保持面である絶縁基体１の第１面１ａ側に流入させるためのガス流入孔として設けられている。
試料保持面である第１面１ａ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９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、支持体２の第２貫通孔７内部に多孔質部材５を設けてもよい。多孔質部材５としては、例えば、アルミナ等のセラミック多孔質材料を用いることができる。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２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９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。
本実施形態の絶縁基体１の第２面１ｂは、発熱抵抗体４が位置する第１部分２１と、第１部分２１の周囲を取り囲む第２部分２２と、第１部分２１と第２部分２２との間に設けられた溝部（以下では、「第１溝部」と呼ぶ）２３と、を有している。また、接合材３は、第１部分２１と支持体２の第１面２ａとを接合し、第２部分２２と支持体２の第１面２ａとを接合し、第１溝部２３の内部にまで入り込んでいる。第１貫通孔９は、第１部分２１に開口している。本実施形態では、たとえば、第２面１ｂが円形状であり、第２部分２２が、第２面１ｂの外周の円環状の部分であり、第１部分２１は、第２部分２２に囲まれた、第２面１ｂと同心で小径の円形状の部分であり、第１溝部２３は、第１部分２１と第２部分２２との間に円周状に設けられている。この第１部分２１の表面粗さが、第２部分２２の表面粗さより大きい。なお、第１部分２１の表面粗さは、第１部分２１のうち、発熱抵抗体４が設けられている部分を除き、絶縁基体１表面の露出している部分の表面粗さであって、発熱抵抗体４の表面の表面粗さは含まない。
上記のように第１面１ａより上方において発生したプラズマが、第１貫通孔９を通って絶縁基体１の第２面１ｂ付近で漏れ出したり、絶縁基体１の外周から第２面１ｂまで回り込んだりすることで、プラズマによって、発熱抵抗体４と絶縁基体１の第２部分２２との間の絶縁破壊が生じるおそれがある。本実施形態では、第１部分２１と第２部分２２との間に第１溝部２３を設けることで、発熱抵抗体４と第２面１ｂの第２部分２２との沿面距離を大きくし、第１部分２１の表面粗さを、第２部分２２の表面粗さより大きくすることで、発熱抵抗体４と第２面１ｂの第２部分２２との沿面距離を、さらに大きくすることができ、絶縁破壊の発生を抑制することができる。
第１部分２１および第２部分２２の表面粗さは、例えば、ＪＩＳＢ０６０１に準拠したＲａ(算術平均粗さ)で表され、第１部分２１の表面粗さＲａは、例えば１．０～２．０μｍであり、第２部分２２の表面粗さＲａは、例えば０．１～０．５μｍである。
第１溝部２３の表面粗さについては、特に限定されないが、第２部分２２の表面粗さより大きくしてもよい。なお、第１溝部２３の表面粗さＲａは、底面部分の表面粗さＲａであり、例えば１．０～２．０μｍである。第１溝部２３の表面粗さを第２部分２２の表面粗さより大きくすることで、沿面距離をさらに大きくし、絶縁破壊の発生を抑制することができる。
図３は、第２実施形態の外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。本実施形態の試料保持具１００は、外周部分の構成のみが第１実施形態と異なっており、第１実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略している。
第１実施形態では、第１部分２１の第１面１ａからの距離と、第２部分２２の第１面１ａからの距離とを同じとしている。これに対して本実施形態では、第１部分２１の第１面１ａからの距離を、第２部分２２Ａの第１面１ａからの距離より大きくしている。絶縁基体１の第１面１ａは、一様に平坦な面であり、第１面１ａから、第１部分２１および第２部分２２Ａまでの距離とは、第１部分２１における絶縁基体１の厚さおよび第２部分２２Ａにおける絶縁基体１の厚さである。すなわち、本実施形態では、第１部分２１における絶縁基体１の厚さを、第２部分２２Ａにおける絶縁基体１の厚さより大きくしている。言い換えると、外周の第２部分２２Ａの厚さを、第１部分２１の厚さより小さくしている。
また、支持体２の第１面２ａからの距離は、第２部分２２Ａまでの距離が、第１部分２１までの距離より大きい。そうすると、接合材３の厚さは、第１部分２１の内側に比べて、第２部分２２Ａの外周側のほうが大きくなる。接合材３が厚いほど伝熱抵抗が大きくなるので、元々支持体２へ熱移動しやすい外周側に対して、接合材３の厚さを大きくし、第２部分２２Ａから支持体２への熱移動を抑制する。これにより、試料保持面において、外周側と内側との表面温度の温度差を小さくして均熱性を向上することができる。
図４は、第３実施形態の外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。本実施形態の試料保持具１００は、外周部分の構成のみが第１実施形態と異なっており、第１実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略している。
第１実施形態では、第１部分２１の第１面１ａからの距離と、第２部分２２の第１面１ａからの距離とを同じとしている。これに対して本実施形態では、第１部分２１の第１面１ａからの距離を、第２部分２２Ｂの第１面１ａからの距離より小さくしている。すなわち、本実施形態では、第１部分２１における絶縁基体１の厚さを、第２部分２２Ｂにおける絶縁基体１の厚さより小さくしている。言い換えると、外周の第２部分２２Ｂの厚さを、第１部分２１の厚さより大きくしている。
第１部分２１に設けられた発熱抵抗体４から外周の第２部分２２に向かってアーク放電が生じるおそれがあるが、第２部分２２Ｂの厚さが大きいので、放電経路が非直線的になり、アーク放電の発生を抑制することができる。
図５は、第４実施形態の外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。本実施形態の試料保持具１００は、外周部分の構成のみが第１実施形態と異なっており、第１実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略している。
第１実施形態では、第１溝部２３の縁部分および第１溝部２３の内壁面と底面とが交差する交差部分は、いずれも角部となっており、例えば、外部からの機械的な衝撃または熱などによる衝撃で生じた応力がこの角部に集中し、クラックや欠けが生じたりするおそれがある。これに対して本実施形態では、第１溝部２３Ａの縁部分および第１溝部２３Ａの内壁面と底面とが交差する交差部分を、Ｒ形状としており、生じた応力を分散させてクラックや欠けの発生を抑制することができる。
図６は、第５実施形態の外周部分周辺を拡大した部分拡大断面図である。本実施形態の試料保持具１００は、外周部分の構成のみが第１実施形態と異なっており、第１実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略している。
第１実施形態では、第１溝部２３の幅は、開口から底面まで一定としている。これに対して本実施形態では、第１溝部２３Ａの幅を、開口から底面に向かうにつれて小さくなるようにしている。第１溝部２３Ａの内部空間の大きさが、相対的に小さくなり、充填される接合材３の量も小さくなる。前述のとおり、接合材３は、熱抵抗を大きくする材料であるので、充填される接合材３の量が小さくなれば、熱抵抗は小さくなる。第１溝部２３Ａに対向する第１面１ａの部分は、発熱抵抗体４で発生した熱によって過熱され易いが、第１溝部２３Ａ内の熱抵抗が小さいので、熱は支持体２へと移動し、過熱が抑えられる。
図７は、第６実施形態の第１貫通孔周辺を拡大した部分拡大断面図である。本実施形態の試料保持具１００は、第１貫通孔周辺の構成のみが第１実施形態と異なっており、第１実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略している。
本実施形態の絶縁基体１の第２面１ｂは、第１貫通孔９の開口周囲に位置する第３部分２４と、第１部分２１と第３部分２４との間に設けられた第２溝部２５と、をさらに有している。第３部分２４は、上記の実施形態においては、第１部分２１の一部に相当していた部分であって、第１貫通孔９の開口周囲に当たる環状部分である。環状の第３部分２４は、第１部分２１によって取り囲まれており、第２溝部２５が、第１部分２１と第３部分２４との間に位置している。
本実施形態では、第１部分２１の表面粗さが、第３部分２４の表面粗さより大きい。上記のようにプラズマが、第１貫通孔９を通って絶縁基体１の第２面１ｂ付近で漏れ出すことで、プラズマによって、発熱抵抗体４と絶縁基体１の第３部分２４との間の絶縁破壊が生じるおそれがある。本実施形態では、第１部分２１と第３部分２４との間に第２溝部２５を設けることで、発熱抵抗体４と第２面１ｂの第３部分２４との沿面距離を大きくし、第１部分２１の表面粗さを、第３部分２４の表面粗さより大きくすることで、発熱抵抗体４と第２面１ｂの第３部分２４との沿面距離を、さらに大きくすることができ、絶縁破壊の発生を抑制することができる。第３部分２４の表面粗さＲａは、例えば０．１～０．５μｍである。
第２溝部２５の表面粗さについては、特に限定されないが、第３部分２４の表面粗さより大きくしてもよい。なお、第２溝部２５の表面粗さＲａは、第１溝部２３と同様に底面部分の表面粗さＲａであり、例えば１．０～２．０μｍである。第２溝部２５の表面粗さを第３部分２４の表面粗さより大きくすることで、沿面距離をさらに大きくし、絶縁破壊の発生を抑制することができる。
本開示は次の実施の形態が可能である。
本開示の試料保持具は、試料保持面である第１面および該第１面と反対側の第２面を有する板状の絶縁基体と、
前記絶縁基体の前記第２面に設けられた発熱抵抗体と、を備え、
前記第２面は、前記発熱抵抗体が位置する第１部分と、前記第１部分の周囲を取り囲む第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられた溝部と、を有し、
前記第１部分の表面粗さが、前記第２部分の表面粗さより大きい構成である。
本開示の試料保持具によれば、発熱抵抗体と第２面の第２部分との沿面距離を大きくすることができ、絶縁破壊の発生を抑制することができる。
以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。例えば、接合材３は、絶縁基体１の第２面１ｂと支持体２の第１面２ａとの間の全体に位置している必要はなく、一部に設けられていればよい。
１ 絶縁基体
１ａ 第１面
１ｂ 第２面
２ 支持体
２ａ 第１面
２ｂ 第２面
３ 接合材
４ 発熱抵抗体
５ 多孔質部材
７ 第２貫通孔
９ 第１貫通孔
２１ 第１部分
２２ 第２部分
２２Ａ 第２部分
２２Ｂ 第２部分
２３ 第１溝部
２３Ａ 第１溝部
２４ 第３部分
２５ 第２溝部
１００ 試料保持具

Claims (8)

  1. 試料保持面である第１面および該第１面と反対側の第２面を有する板状の絶縁基体と、
    前記絶縁基体の前記第２面に設けられた発熱抵抗体と、を備え、
    前記第２面は、前記発熱抵抗体が位置する第１部分と、前記第１部分の周囲を取り囲む第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられた溝部と、を有し、
    前記第１部分の表面粗さが、前記第２部分の表面粗さより大きい試料保持具。
  2. 前記溝部の表面粗さが、前記第２部分の表面粗さより大きい、請求項１記載の試料保持具。
  3. 前記第１部分の前記第１面からの距離は、前記第２部分の前記第１面からの距離より大きい、請求項１または２記載の試料保持具。
  4. 前記第１部分の前記第１面からの距離は、前記第２部分の前記第１面からの距離より小さい、請求項１または２記載の試料保持具。
  5. 前記溝部の縁部分および前記溝部の内壁面と底面とが交差する交差部分は、Ｒ形状である、請求項１～４のいずれか１つに記載の試料保持具。
  6. 前記溝部の幅は、開口から底面に向かうにつれて小さくなる、請求項１～５のいずれか１つに記載の試料保持具。
  7. 前記絶縁基体は、前記第１面から前記第２面まで貫通する貫通孔を有し、
    前記第２面は、前記貫通孔の開口周囲に位置する第３部分と、前記第１部分と前記第３部分との間に設けられた第２溝部と、をさらに有し、
    前記第１部分の表面粗さが、前記第３部分の表面粗さより大きい、請求項１～６のいずれか１つに記載の試料保持具。
  8. 前記絶縁基体の前記第２面を支持する、金属製の支持体をさらに備える、請求項１～７のいずれか１つに記載の試料保持具。
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