JP7175773B2

JP7175773B2 - 試料保持具

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Publication number: JP7175773B2
Application number: JP2019000752A
Authority: JP
Inventors: 陽平堀
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2022-11-21
Anticipated expiration: 2039-01-07
Also published as: JP2020109806A

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。

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、ウエハ等の試料（ワークともいう）を載置する上側の、絶縁体からなる平板状の基体（セラミック体ともいう）と、その下側の、金属等の導電体からなる平板状の支持体（金属ベースともいう）とを、接着剤等によって接合して構成されている。

一体に接合された基体・支持体には、試料載置面である基体の上面から、保持具の裏面にあたる支持体の下面にまで連続する貫通孔（ガス供給孔という）が、平面視複数、設けられており、このガス供給孔内を通じて、外部である下から試料載置面である上に向かって、ヘリウム等のガスが供給されるようになっている。

前述のガス供給孔の中、なかでも特に、下側の金属製支持体部分に対応する貫通孔の内周部分には、絶縁体からなる筒状部材（絶縁スリーブともいう）が内嵌されている（特許文献１を参照）。この構成により、上面の開口から該ガス供給孔の中に流入したプラズマによる、ガス供給孔の内周面（金属表面）への放電であるアーキングや、放電によるガス供給孔内周面の侵食または腐食等の発生を、回避できるようになっている。

特開２００４－３１６６５号公報

ところで、前述のガス供給孔の内周には、試料載置面上で使用されるプラズマの、ガス供給方向への流下および逆流を防止するための栓（逆止弁）として、多孔質部材からなるフィルタが、ガス供給孔を構成する、セラミック製基体内のガス孔と金属製支持体内の貫通孔との接合面（孔の境目）付近に配設されている。

しかしながら、ガス供給孔の中に流入したプラズマは、逃げ場がないため、前述の多孔質部材より上側の筒状部材の内周（ガス孔内）に滞留し、基体と支持体との間のわずかのすき間から、基体と支持体の境界面方向である試料保持具の横方向に侵出して、金属製支持体に向かって放電を繰り返す場合があった。

本開示の目的は、プラズマの、金属製支持体への放電を抑制することのできる試料保持具を提供することである。

本開示の試料保持具は、板状であって、上面から下面まで貫通するガス孔を有する基体と、前記ガス孔に連続する貫通孔を有し、前記基体の前記下面に接合された金属製の支持体と、前記貫通孔の内部に位置し、前記ガス孔に連続する筒状部材と、該筒状部材の内側に位置する多孔質部材と、を備えており、該多孔質部材の全体が、前記筒状部材の、前記下面に臨む開口面よりも下方に位置していることを特徴とする。

本開示の試料保持具によれば、ガス供給孔内に流入したプラズマの、金属製支持体への放電が抑制される。その結果、プラズマの放電よる金属製支持体の腐食を抑制することができる。

（ａ）は第１実施形態の試料保持具の縦方向断面図であり、（ｂ）は（ａ）図の、基体と支持体の境界付近の貫通孔部分を拡大した断面図である。（ａ）は第２実施形態の試料保持具の縦方向断面図であり、（ｂ）は（ａ）図の、基体と支持体の境界付近の貫通孔部分を拡大した断面図である。（ａ）は第３実施形態の試料保持具の縦方向断面図であり、（ｂ）は（ａ）図の、基体と支持体の境界付近の貫通孔部分を拡大した断面図である。（ａ）は第４実施形態の試料保持具の縦方向断面図であり、（ｂ）は（ａ）図の、基体と支持体の境界付近の貫通孔部分を拡大した断面図である。

第１～第４実施形態に開示する試料保持具１０，２０，３０，４０は、半導体集積回路の製造工程において、基体１内に配設された平板状電極Ｅ１，Ｅ２間に電流を印加することにより発生する静電力によって、保持具上面（基体上面１ａ）に載置された半導体ウエハ等のワーク（試料：図示省略）を、静電吸着して載置面上に位置固定する、静電チャックである。

また、各実施形態の試料保持具（静電チャック）は、半導体集積回路製造工程中の、ウエハのエッチング工程で用いられるプラズマ（ガス）との接触に備えて、プラズマ特有の「金属腐食性」に対抗するための種々の構成を含んでいる。

まず、第１～第４の実施形態の試料保持具１０，２０，３０，４０に共通の構成を、図１に示す第１実施形態の試料保持具１０を用いて説明する。なお、試料保持具２０，３０，４０において試料保持具１０と同じ構成は、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

試料保持具１０（および２０，３０，４０。以下も同じ）は、図１（ａ）に示すように、上側の、絶縁体からなる円板状の基体１の下側に、後述する接着剤（第１接合材５）等を用いて、金属からなる円板状の支持体を接合して構成される。

試料保持具１０には、試料の載置面となる試料保持具１０の天面である基体上面１ａから、試料保持具１０の底面である支持体下面２ｂまで貫通する、鉛直方向のガス供給孔Ｈが、平面視複数、配設されている。ガス供給孔Ｈは、この例では、円板状の試料保持具１０の中心軸周りに、円周方向等配に８本設けられている。そして、これらガス供給孔Ｈを通じて、試料保持具１０の底部から、試料載置面である上面１ａ上の空間に、ヘリウム等のプラズマ発生用のガスが供給される。

基体１は、その上面１ａから下面１ｂまで貫通するガス孔１ｃを有する。このガス孔１ｃは、前述のガス供給孔Ｈの上半分を構成する。

基体１は、第１面である上面１ａおよび該上面１ａと、反対側の第２面である下面１ｂとを有するセラミック体であり、第１面が、先に述べた、試料を載置・保持する試料載置面である。基体１は、板状の部材であるが、外形形状は限定されず、例のような円板状のほか、角板状、多角形状等としてもよい。

また、基体１は、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。基体１の代表的な外形寸法は、直径（または辺長）２００～５００ｍｍ程度、厚さ２～１５ｍｍ程度である。

なお、本実施形態の試料保持具１０は、静電気力によって試料を保持する静電チャックであるため、各図（ａ）のように、絶縁体であるセラミック製基体１の内部に、静電吸着用の電極Ｅ１，Ｅ２を備えている。静電吸着用電極およびその印加は汎用のものであるので、これらに関する説明は省略する。

支持体２は、金属製であり、基体１を支持・支承するための部材である。また、支持体２は、基体１と同様、その上面２ａから下面２ｂまで貫通する貫通孔２ｃを有する。この貫通孔２ｃは、前述のガス供給孔Ｈの下半分を構成する。

支持体２を構成する金属材料としては、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、多角形状等であってもよい。支持体２の代表的な外形寸法は、直径（または辺長）２００～５００ｍｍ程度、厚さ１０～１００ｍｍ程度である。なお、支持体２の外形形状は、必ずしも、基体１と同じ外形形状とする必要はない。

基体１と支持体２とを接合する第１接合材５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。なお、先述のように、基体１と支持体２とが接合された後、試料保持具１０の上面１ａから下面（底面）２ｂまで連続する、ガス孔１ｃおよび貫通孔２ｃからなる連続孔を総称して、ガス供給孔Ｈと呼んでいる。

ガス供給孔Ｈは、図１（ａ）およびその拡大図である図１（ｂ）に示すように、上部の基体１側のガス孔１ｃ部位において、下部の支持体２側の貫通孔２ｃ部位よりも、孔径が小さくなっている。なお、図１（ｂ）の第１実施形態には記載がないが、以降の第２～第４実施形態においては、これら基体１と支持体２との接合面であり、かつ、ガス孔１ｃと貫通孔２ｃとの境目にあたる、基体１側の下面１ｂに、基体１と支持体２との当接を位置決めして、その嵌め合いによりガス孔１ｃと貫通孔２ｃの上下の連通を容易にするための、下向き凹部１ｄが設けられているものもある。

また、ガス供給孔Ｈの下部に相当する貫通孔２ｃ（支持体２）内には、上側のガス孔１ｃに連通する筒状部材３が配設されている。筒状部材３は、絶縁スリーブとも呼ばれる、絶縁材料からなる筒形部材であり、ガス供給孔Ｈの下部で露出する、貫通孔内周面２ｄを覆い隠すように配設されている。なお、「覆い隠す」とは、先にも述べたように、ガス供給孔Ｈ内に流入するプラズマに、金属面である貫通孔内周面２ｄが曝露されることのないようにするためである。

筒状部材３を構成する絶縁材料としては、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、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウム等が使用できる。

そして、本実施形態の試料保持具１０は、図１（ｂ）に示すように、ガス供給孔Ｈにおける、セラミック製基体１と金属製支持体２との接合面（第１接合材５）の付近で、かつ、上側のガス孔１ｃと下側の貫通孔２ｃとの境目に、プラズマの流過を抑制するフィルタ機能を有する多孔質部材４が配設されている。

多孔質部材４は、先にも述べたように、試料載置面（上面１ａ）上で発生・使用されるプラズマが、ガス供給孔Ｈに内に流入し、図示下方であるガスの供給方向へ流下するのを防止するための栓として機能するものである。多孔質部材４を構成する材料としては、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。

なお、多孔質部材４は、下から上に向けて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、ガス供給孔Ｈ内に多孔質部材４を配設することによって、気体を下方の支持体２側に流しつつも、プラズマが、支持体２に到達してしまうことを抑制することができる。多孔質部材４の気孔率としては、例えば４０～６０％に設定できる。

ここで、筒状部材３の中における、多孔質部材４の配設位置に着目して見ると、図１（ｂ）に示す第１実施形態の試料保持具１０および以降の実施形態における各試料保持具２０，３０，４０において、多孔質部材４は、筒状部材３の上端３ａに上に向けて開口するよう形成された、円周段部３ｂの中（内周）に、その全体が収まるように配置されており、この多孔質部材４の上端（上面）は、筒状部材３の上端３ａ（円周段部３ｂの開口）よりも、図中に示す距離Ｌの分、下方に位置している。

すなわち、上述の構成は、各実施形態に共通の構成であり、これにより、多孔質部材４の上端と筒状部材３の上端３ａとの間に、上側のガス孔１ｃ側から流下してきたプラズマを滞留させることのできる余裕の空間Ｓを設けることができるとともに、先の多孔質部材４の上端から、放電等が発生する貫通孔２ｃの内周面２ｄまでの、いわゆる「沿面距離」を延ばすことができる。なお、距離Ｌは、例えば２０～５００μｍ、好ましくは２５０～４００μｍとすることができる。

なお、本実施形態の試料保持具１０は、図１（ｂ）に示すように、多孔質部材４は、筒状部材３の円周段部３ａの角部（入り隅）に配設された第３接合材７により、この円周段部３ａの底面に固定されている。この構成により、プラズマが、第３接合材７に接触することが抑制されている。

以上の構成により、第１実施形態の試料保持具１０は、ガス供給孔Ｈの上側からプラズマが流入または侵入しても、その流入したプラズマは、前述の多孔質部材４より上側の筒状部材３の内周、もしくは多孔質部材４の中に留まる。したがって、この円周段部３ｂの外へのプラズマの漏れが抑制されている。

しかも、これら基体１と支持体２との接合面にすき間があったとしても、基体１と支持体２との接合面までの距離（沿面距離）が延長されていることから、そこからプラズマが漏れ出すことが抑制されている。したがって、試料保持具１０は、ガス供給孔Ｈ内に流入したプラズマが、基体１と支持体２の境界面方向である試料保持具１０の横方向に侵出して、金属製の支持体２に対して放電することが、抑制されている。

また、支持体２への放電が抑制される結果、前述のプラズマの放電よる金属製支持体２の腐食や、それに伴う支持体２材料の飛散を抑制することができる。したがって、本実施形態の試料保持具１０は、クリーンルーム内等での使用においても、その環境を汚染することがないため、製品の品質に影響を及ぼすことがない。しかも、腐食等が発生しないため、長期にわたり使用し続けることができる。

つぎに、図２に示す第２実施形態は、下面１ｂの形状が異なる基体１を有する試料保持具２０に、第１実施形態と同様の構成を適用したものである。

すなわち、図２（ｂ）に示すように、第２実施形態（試料保持具２０）の支持体２の貫通孔２ｃには、筒状部材３が、その上端３ａが該貫通孔２ｃの上端開口から上に突出するよう嵌合されており、それに対向する基体１側の下面１ｂには、先に述べた、基体１と支持体２との間の位置決めを簡単にするとともに、ガス孔１ｃと貫通孔２ｃの上下の連通を容易にするための、下向き凹部１ｄが設けられている。

なお、この場合、上述の下向き凹部１ｄの凹部底面（図では下向き凹部の天井面）が、基体１の下面に相当するため、第２実施形態における多孔質部材４は、筒状部材３の上端３ａと下向き凹部１ｄの凹部底面とが、第１接合材５を介在させずに直接当接する、基体と支持体２の当接面（筒状部材３の上端開口面でもある）から距離Ｌだけ下側の円周段部３ｂの中に、その全体が収まるように配置されている。

以上の構成により、第１実施形態の試料保持具１０と同様、試料保持具２０は、金属メンテナンスである貫通孔２ｃの内周面２ｄまでの沿面距離が延長されていることから、この貫通孔２ｃの内周面２ｄに向かって放電することが、抑制されている。

また、基体と支持体２との当接面（図では、筒状部材３の上端面３ａ）に、第１接合材５等の接合材が介在しないことから、このような接合材にプラズマが接触することなく、これら接合材の劣化を抑制することができる。

つぎに、図３に示す第３実施形態および図４に示す第４実施形態の各試料保持具３０，４０は、前述の第１，第２実施形態の構成に加え、基体１と支持体２の接合部位からのプラズマの漏れを防止する、第２接合材６を備えるものである。

図３に示す第３実施形態の試料保持具３０において、第２接合材６は、筒状部材３の外周面３ｃと、基体１の下面に相当する下向き凹部１ｄの凹部底面とを接合するよう配設されている。

この構成により、第２接合材６は、基体１と支持体２の境界面をシールする効果を奏する。また、基体１と支持体２の境界面にプラズマが侵入したとしても、この侵入したプラズマと先に述べた第１接合材５とが接触することを抑制する。したがって、基体１と支持体２とを接合する第１接合材５の耐久性と寿命が向上する。

なお、第２接合材６は、耐プラズマ性の材料で構成してもよい。

また、図４に示す第４実施形態の試料保持具４０において、第２接合材６は、筒状部材３の外周面３ｃと、支持体２の貫通孔２ｃの内周面（貫通孔内周面２ｄ）とを接合するよう配設されている。なお、第２接合材６は、第１接合材５よりも弾性率が小さい材料で構成されている。

この構成により、処理室内等において、試料保持具４０および支持体２等が加熱された場合でも、この支持体２と筒状部材３との間に介在配置された第２接合材６によって、これらの間に生じる応力を軽減することができる。

上述の第２接合材６を構成する、第１接合材５よりも弾性率が小さく、プラズマ耐性を有する材料として、フッ素樹脂を挙げることができる。

なお、前述の第３実施形態および第４実施形態の各試料保持具３０，４０においても、ガス供給孔Ｈ内に流入したプラズマが、基体１と支持体２の境界面方向に侵出して支持体２に対して放電することが抑制されている点は、第１，第２実施形態と同様である。

１基体
１ａ上面
１ｂ下面
１ｃガス孔
１ｄ凹部
２支持体
２ａ上面
２ｂ下面
２ｃ貫通孔
２ｄ貫通孔内周面
３筒状部材
３ａ上端
３ｂ円周段部
３ｃ外周面
４多孔質部材
５第１接合材
６第２接合材
１０，２０，３０，４０試料保持具
Ｈガス供給孔

Claims

板状であって、上面から下面まで貫通するガス孔を有する基体と、
前記ガス孔に連続する貫通孔を有し、前記基体の前記下面に接合された金属製の支持体と、
前記貫通孔の内部に位置し、前記ガス孔に連続する筒状部材と、
該筒状部材の内側に位置する多孔質部材と、を備えており、
該多孔質部材の全体が、前記筒状部材の、前記下面に臨む開口面よりも下方に位置していることを特徴とする試料保持具。
前記支持体は、第１接合材により、前記基体の前記下面に接合されており、
前記筒状部材の前記開口面側の端面は、前記基体の前記下面に当接することを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
前記支持体は、第１接合材により、前記基体の前記下面に接合されており、
前記基体は、前記下面に凹部を有し、
前記筒状部材の前記開口面側の端面は、前記凹部の底面に当接することを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
前記筒状部材の外周面は、第２接合材によって前記凹部の前記底面に接合されており、
前記第２接合材は、耐プラズマ性の部材であることを特徴とする請求項３に記載の試料保持具。
前記筒状部材の外周面は、第２接合材によって前記凹部の内周面に接合されており、
前記第２接合材は、前記第１接合材よりも弾性率が小さいことを特徴とする請求項３に記載の試料保持具。
前記多孔質部材と前記筒状部材の内周面とを接合する第３接合材を、さらに備えており、
該第３接合材は、前記多孔質部材および前記筒状部材の内周面によって覆われていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１つに記載の試料保持具。