JP7261151B2

JP7261151B2 - 試料保持具

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Publication number: JP7261151B2
Application number: JP2019222435A
Authority: JP
Inventors: 誠也才所
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2023-04-19
Anticipated expiration: 2039-12-09
Also published as: JP2021093428A

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。

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、特許文献１に記載の半導体製造装置用部材が知られている。特許文献１に記載の部材は、電極を内蔵したアルミナ焼結体プレートを備えており、アルミナ焼結体プレートには、厚さ方向に貫通する貫通孔を有している。

国際公開ＷＯ２０１８／２３０４４６号

絶縁基体には、保持した試料を加熱するための発熱抵抗体が設けられる場合がある。発熱抵抗体に通電するための内部配線が、貫通孔の近傍に配置されるときは、貫通孔を迂回するように配置される。内部配線において、幅方向一方側の貫通孔に近い部分では、貫通孔へと熱が伝導することで、当該部分と幅方向他方側の部分との温度差が生じ、内部配線の温度分布が不均一になる。内部配線の温度分布の不均一化は、絶縁基体の試料保持面における温度分布の不均一化を生じさせる。

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であって、前記第１面から前記第２面まで貫通する貫通孔を有する絶縁基体と、
前記絶縁基体の前記第２面に設けられた発熱抵抗体と、
前記絶縁基体の内部に設けられた内部配線と、
前記内部配線と前記発熱抵抗体とを電気的に接続する第１貫通導体と、
前記内部配線と外部配線とを電気的に接続する第２貫通導体と、を備え、
平面視において、前記第１貫通導体と前記第２貫通導体とを結ぶ仮想線分上に前記貫通孔が位置しており、
前記内部配線は、前記第１貫通導体と前記第２貫通導体とを接続する接続配線を含み、
前記接続配線は、前記貫通孔を取り囲む環状の第１配線部分と、前記第１配線部分以外の第２配線部分とを有する。

本開示の試料保持具によれば、試料保持面の温度分布が不均一化することを抑制することができる。

第１実施形態の試料保持具の断面図である。絶縁基体の内部配線を示す平面図である。絶縁基体の発熱抵抗体を示す平面図である。第２実施形態の内部配線を示す部分拡大図である。第３実施形態の内部配線を示す部分拡大図である。第４実施形態の内部配線を示す部分拡大図である。第５実施形態の内部配線を示す部分拡大図である。第６実施形態の内部配線を示す部分拡大図である。

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は、第１実施形態の試料保持具を示す断面図である。図２Ａは、絶縁基体の内部配線を示す平面図である。図２Ｂは、絶縁基体の発熱抵抗体を示す平面図である。試料保持具１００は、絶縁基体１０と、発熱抵抗体１１と、内部配線１２と、第１貫通導体１３と、第２貫通導体１４と、を備える。試料保持具１００は、さらに、支持体２０と、接合材３０とを備えていてもよい。

絶縁基体１０は、第１面１０ａおよび該第１面１０ａと反対側の第２面１０ｂを有するセラミック体であり、第１面１０ａが、試料を保持する試料保持面である。絶縁基体１０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であってもよい。

絶縁基体１０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１０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。

試料保持具１００は、図２Ｂに示すように、絶縁基体１０の第２面１０ｂに発熱抵抗体１１が設けられており、内部には、図２Ａに示すように、内部配線１２が設けられている。発熱抵抗体１１と内部配線１２とは、第１貫通導体１３によって電気的に接続される。また、内部配線１２は、通電のために、第２貫通導体１４によって、外部電源などと接続するための外部配線２１と接続される。本実施形態では、第１貫通導体１３が外方に外周側に位置しており、第２貫通導体１４が中央側に位置している。第２貫通導体１４を中央側に集めて、外部との接続を容易にしている。発熱抵抗体１１は、第２面１０ｂ全体にわたって設けられており、発熱抵抗体１１が発熱することで、試料保持面である第１面１０ａ全体にわたって加熱される。発熱抵抗体１１および内部配線１２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。

試料保持具１００は、例えば、試料保持面である絶縁基体１０の第１面１０ａ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２０は、金属製であり、絶縁基体１０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２０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２０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２０は、絶縁基体１０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２０と絶縁基体１０とは、接合材３０を介して接合されている。具体的には、支持体２０の第１面２０ａと絶縁基体１０の第２面１０ｂとが、接合材３０によって接合されている。接合材３０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。

図１に示すように、絶縁基体１０は、第１面１０ａから第２面１０ｂまで貫通する貫通孔である第１貫通孔１５を有している。また、支持体２０は、第１面２０ａから第１面２０ａと反対側の第２面２０ｂまで貫通する第２貫通孔１６を有している。第２貫通孔１６と第１貫通孔１５とは連通しており、絶縁基体１０の第１面１０ａから、接合材３０を通って、支持体２０の第２面２０ｂまで連続した孔となっている。第２貫通孔１６および第１貫通孔１５は、例えば、ヘリウム等のプラズマ発生用ガスを、支持体２０の第２面２０ｂ側から試料保持面である絶縁基体１０の第１面１０ａ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。なお、支持体２０の中央部には、絶縁基体１０の第２貫通導体１４と接続した外部配線２１を外部に導出するための貫通孔２２が設けられている。

上記のように、絶縁基体１０の内部には、内部配線１２が設けられるが、第１貫通孔１５を有するために、内部配線１２には、第１貫通孔１５の近傍に位置する配線も含まれる。また、図２Ａに示すように、第１貫通孔１５には、平面視において、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌ上に位置する貫通孔が含まれる。内部配線１２には、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを接続する接続配線１７を含む。接続配線１７は、第１貫通孔１５を取り囲む環状の第１配線部分１８と、第１配線部分１８以外の第２配線部分１９とを有する。なお、環状とは、円環状を含み、さらに矩形環状などの多角環状も含む。

本実施形態では、第１貫通孔１５の開口形状が円形状であり、第１配線部分１８は、これを取り囲む円環状である。第１貫通孔１５の円形開口と、第１配線部分１８の円環とは同心である。第１配線部分１８から第１貫通孔１５へと熱が伝導する場合であっても、第１配線部分１８が、環状であるので、環状の内周側から均一に第１貫通孔１５へと伝熱し、接続配線１７における温度分布の不均一化が抑制される。これにより、絶縁基体１０の試料保持面における温度分布の不均一化が抑制される。

次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と接続配線の構成が異なるだけである。図３は、第２実施形態の接続配線を示す部分拡大図である。第１実施形態では、接続配線１７の第１配線部分１８が円環状であるのに対して、第２実施形態では、接続配線１７Ａの第１配線部分１８Ａが四角環状、より具体的には菱形環状である。菱形の対角線が、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌに平行または垂直となっている。第１貫通孔１５の開口形状は、第１実施形態と同様に円形状である。

第１配線部分１８Ａが菱形環状で、第１貫通孔１５の開口形状が円形状で、これらが異なった形状であるので、第１配線部分１８Ａと第１貫通孔１５との間隔は、一定ではなく異なっている。第１配線部分１８Ａと第１貫通孔１５との間隔とは、第１配線部分１８Ａの内周と第１貫通孔１５の開口との距離である。本実施形態では、平面視において、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌに平行な方向の間隔が、仮想線分Ｌに直交する方向の間隔よりも大きい。すなわち、第１配線部分１８Ａと第１貫通孔１５との間隔のうち、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌに平行な方向の間隔をＧ１とし、仮想線分Ｌに直交する方向の間隔をＧ２としたとき、Ｇ１＞Ｇ２である。

第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌは、電流の流れ方向を示している。第１配線部分１８Ａにおいて、仮想線分Ｌに直交する方向に位置する内周の角部では、電流密度が相対的に密になり、仮想線分Ｌに平行な方向に位置する内周の角部では、電流密度が相対的に疎になる。仮想線分Ｌに直交する方向に位置する内周の角部では、相対的に発熱量が多く、仮想線分Ｌに平行な方向に位置する内周の角部では、相対的に発熱量が少ない。仮想線分Ｌに平行な方向の間隔Ｇ１を相対的に大きくすることで、発熱量が少ない角部から第１貫通孔１５への伝熱を少なくし、仮想線分Ｌに直交する方向の間隔Ｇ２を相対的に小さくすることで、発熱量が多い角部から第１貫通孔１５への伝熱を多くして、接続配線１７における温度分布の不均一化を抑制することができる。これにより、絶縁基体１０の試料保持面における温度分布の不均一化が抑制される。

次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態と接続配線の構成が異なるだけである。図４は、第３実施形態の接続配線を示す部分拡大図である。第１実施形態では、接続配線１７の第１配線部分１８が円環状であるのに対して、第３実施形態では、第１配線部分１８Ｂが四角環状、より具体的には菱形環状である。菱形の対角線が、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌに平行または垂直となっている。第１貫通孔１５の開口形状は、第１実施形態と同様に円形状である。

第１配線部分１８Ｂが菱形環状で、第１貫通孔１５の開口形状が円形状で、これらが異なった形状であるので、第１配線部分１８Ｂと第１貫通孔１５との間隔は、一定ではなく異なっている。本実施形態では、第１配線部分１８Ｂは、第１貫通導体１３と直接的に電気的に接続されている。例えば、菱形環状の第１配線部分１８Ｂの頂点部において、第１貫通導体１３と接続されている。また、第１配線部分１８Ｂは、第２貫通導体１４とは直接的に接続されていない。第１配線部分１８Ｂの第１貫通導体１３と接続されている頂点部に対向する頂点部は、第２配線部分１９と接続されており、第２配線部分１９は、第１配線部分１８Ｂと反対側において第２貫通導体１４と接続されている。本実施形態では、平面視において、第１配線部分１８Ｂと第１貫通孔１５との、第１貫通孔１５と第１貫通導体１３との間に位置する間隔が、第１貫通孔１５と第２貫通導体１４との間に位置する間隔よりも小さい。すなわち、第１配線部分１８Ｂと第１貫通孔１５との間隔のうち、第１貫通孔１５と第１貫通導体１３との間に位置する間隔をＧ３とし、これと対向する位置にあって、第１貫通孔１５と第２貫通導体１４との間に位置する間隔をＧ４としたとき、Ｇ３＜Ｇ４である。本実施形態の第１配線部分１８Ｂは、菱形環状であって、いわゆる凧形となっている。

第１配線部分１８Ｂにおいて、第１貫通導体１３と接続している頂点部では、電流密度が相対的に密になり、反対側の頂点部であって、貫通導体とは接続しておらず、第２配線部分１９と接続している頂点部では、電流密度が相対的に疎になる。第１貫通導体１３と接続している頂点部では、発熱量が相対的に多く、反対側の頂点部では、発熱量が相対的に少ない。第１貫通孔１５と第１貫通導体１３との間に位置する間隔Ｇ３を相対的に小さくすることで、発熱量が多い頂点部から第１貫通孔１５への伝熱を多くし、第１貫通孔１５と第２貫通導体１４との間に位置する間隔Ｇ４を相対的に大きくすることで、発熱量が少ない頂点部から第１貫通孔１５への伝熱を少なくして、接続配線１７における温度分布の不均一化を抑制することができる。これにより、絶縁基体１０の試料保持面における温度分布の不均一化が抑制される。

次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第１実施形態と接続配線の構成が異なるだけである。図５は、第４実施形態の接続配線を示す部分拡大図である。第１実施形態では、接続配線１７の第１配線部分１８が円環状であるのに対して、第４実施形態では、第１配線部分１８Ａが四角環状、より具体的には菱形環状である。菱形の対角線が、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌに平行または垂直となっている。第１貫通孔１５の開口形状は、第１実施形態と同様に円形状である。なお、本実施形態の第１配線部分を、第２実施形態の第１配線部分１８Ａと同じ形状としているが、第３実施形態の第１配線部分１８Ｂと同じ形状としてもよい。

本実施形態では、第２配線部分１９Ａの線幅が、第１配線部分１８Ｂの、仮想線分Ｌに直交する方向の開口幅よりも大きい。第１配線部分１８Ａが菱形環状であるので、開口形状は菱形形状である。仮想線分Ｌに直交する方向の開口幅は、菱形開口の仮想線分Ｌに直交する対角線長さと同じである。第２配線部分１９Ａの線幅をＷ１とし、第１配線部分１８Ａの、仮想線分Ｌに直交する方向の開口幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２である。

第２配線部分１９の線幅Ｗ１が、第１配線部分１８Ａの開口幅Ｗ２よりも小さい場合、第２配線部分１９を流れる電流が、第１配線部分１８Ａにおいて、第１配線部分１８Ａの開口を迂回するために、電流経路の屈曲点が多くなる。電流経路の屈曲点は、電流密度の疎密を生じさせる。接続配線１７において、電流経路の屈曲点が多いと、電流密度の疎密が多くなり、温度分布が不均一なものとなる。第２配線部分１９Ａの線幅Ｗ１を、第１配線部分１８Ａの開口幅Ｗ２よりも大きくすることで、第２配線部分１９Ａを流れる電流が、第１配線部分１８Ａにおいて、第１配線部分１８Ａの開口を迂回することなく、電流経路の屈曲点を少なくすることができる。電流経路の屈曲点を少なくすることで、接続配線１７における温度分布の不均一化を抑制することができる。これにより、絶縁基体１０の試料保持面における温度分布の不均一化が抑制される。

次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態は、第１実施形態と接続配線の構成が異なるだけである。図６は、第５実施形態の接続配線を示す部分拡大図である。第１実施形態では、接続配線１７の第１配線部分１８が円環状であるのに対して、第５実施形態では、第１配線部分１８Ｃが、多角環状の一つである四角環状、より具体的には菱形環状である。菱形の対角線が、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌに平行または垂直となっている。第１貫通孔１５の開口形状は、第１実施形態と同様に円形状である。

第１配線部分１８が、多角環状である場合、内周に複数の角部が存在する。内周の角部は、電流密度が相対的に密となる部分であり、角部以外は、電流密度が相対的に疎となる部分であり、電流密度の疎密が生じる。本実施形態では、菱形環状である第１配線部分１８Ｃにおいて、内周の少なくとも一つの角部ＣがＲ状、言い換えると曲線状である。Ｒ状とすることで、電流密度が相対的に密となる部分を少なくすることで、接続配線１７における温度分布の不均一化を抑制することができる。これにより、絶縁基体１０の試料保持面における温度分布の不均一化が抑制される。

第２実施形態において、説明したように、菱形環状である第１配線部分１８Ｃにおいて、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌに直交する方向に位置する内周の角部では、電流密度が相対的に密になる。本実施形態では、仮想線分Ｌに直交する方向に位置する内周の角部ＣをＲ状としており、接続配線１７における温度分布の不均一化をさらに抑制することができる。

次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態は、第１実施形態と接続配線の構成が異なるだけである。図７は、第６実施形態の接続配線を示す部分拡大図である。第１実施形態では、接続配線１７の第１配線部分１８が円環状であるのに対して、第６実施形態では、第１配線部分１８Ｄが、多角環状の一つである四角環状、より具体的には菱形環状である。菱形の対角線が、第１貫通導体１３と第２貫通導体１４とを結ぶ仮想線分Ｌに平行または垂直となっている。第１貫通孔１５の開口形状は、第１実施形態と同様に円形状である。

第１配線部分１８が、多角環状である場合、内周に複数の角部が存在する。内周の隣接する２つの角部を結ぶ辺が、外方に湾曲している場合、辺が直線状である場合に比べて、開口が大きく、第２配線部分１９を流れる電流が、第１配線部分１８において、第１配線部分１８の開口を迂回するために、電流経路の屈曲点が多くなる。接続配線１７において、電流経路の屈曲点が多いと、電流密度の疎密が多くなり、温度分布が不均一なものとなる。本実施形態では、菱形環状である第１配線部分１８Ｄにおいて、内周の隣接する２つの角部を結ぶ辺Ｓが、内方に湾曲している。この場合、辺Ｓが直線状である場合に比べて、開口が小さく、第２配線部分１９を流れる電流が、第１配線部分１８Ｄにおいて、第１配線部分１８Ｄの開口を迂回することなく、電流経路の屈曲点を少なくすることができる。第４実施形態と同様に、電流経路の屈曲点を少なくすることで、接続配線１７における温度分布の不均一化を抑制することができる。これにより、絶縁基体１０の試料保持面における温度分布の不均一化が抑制される。

内部配線１２に含まれる接続配線１７のうち、１つの接続配線１７において、第１配線部分１８が上記のように環状であればよく、複数の接続配線１７において、第１配線部分１８が環状であってもよく、全ての接続配線１７において、第１配線部分１８が環状であってもよい。また、内部配線１２に含まれる接続配線１７は、上記の第１～第６実施形態のいずれか１つの接続配線１７であってもよく、複数種類の実施形態の接続配線１７を組み合わせて含んでいてもよい。

絶縁基体１０の第２面１０ｂに設けられた発熱抵抗体１１は、例えば、内部配線１２と同様に、絶縁基体１０内部に設けられていてもよい。また、絶縁基体１０の第２面１０ｂには、支持体２０が直接接合されているのではなく、絶縁基体１０と支持体２０との間に、セラミック材料などの絶縁材料または誘電材料を介在させて接合させてもよい。支持体２０に設けられた第２貫通孔１６には、内周面におけるプラズマからの放電を抑制するために、セラミック材料などの絶縁材料で構成された筒状部材（スリーブ）を設けてもよい。第１貫通孔１５と第２貫通孔１６との連通部分において、プラズマの逆流を抑制するために、多孔質セラミック材料などで構成されたフィルタ部材を設けてもよい。

１０絶縁基体
１０ａ第１面
１０ｂ第２面
１１発熱抵抗体
１２内部配線
１３第１貫通導体
１４第２貫通導体
１５第１貫通孔
１６第２貫通孔
１７，１７Ａ接続配線
１８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ第１配線部分
１９，１９Ａ第２配線部分
２０支持体
２０ａ第１面
２０ｂ第２面
３０接合材
１００試料保持具
Ｃ角部
Ｌ仮想線分
Ｓ辺

Claims

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であって、前記第１面から前記第２面まで貫通する貫通孔を有する絶縁基体と、
前記絶縁基体の前記第２面に設けられた発熱抵抗体と、
前記絶縁基体の内部に設けられた内部配線と、
前記内部配線と前記発熱抵抗体とを電気的に接続する第１貫通導体と、
前記内部配線と外部配線とを電気的に接続する第２貫通導体と、を備え、
平面視において、前記第１貫通導体と前記第２貫通導体とを結ぶ仮想線分上に前記貫通孔が位置しており、
前記内部配線は、前記第１貫通導体と前記第２貫通導体とを接続する接続配線を含み、
前記接続配線は、前記貫通孔を取り囲む環状の第１配線部分と、前記第１配線部分以外の第２配線部分とを有する試料保持具。
平面視において、前記第１配線部分と前記貫通孔との前記仮想線分に平行な方向の間隔が、前記仮想線分に直交する方向の間隔よりも大きい、請求項１記載の試料保持具。
前記第１配線部分は、前記第１貫通導体と電気的に接続されており、
平面視において、前記第１配線部分と前記貫通孔との、前記貫通孔と前記第１貫通導体との間に位置する間隔が、前記貫通孔と前記第２貫通導体との間に位置する間隔よりも小さい、請求項１または２記載の試料保持具。
前記第２配線部分の線幅が、前記第１配線部分の、前記仮想線分に直交する方向の開口幅よりも大きい、請求項１～３のいずれか１つに記載の試料保持具。
前記第１配線部分は、多角環状であり、内周の少なくとも一つの角部がＲ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。
前記第１配線部分は、多角環状であり、内周の隣接する２つの角部を結ぶ辺が、内方に湾曲している、請求項１～５のいずれか１つに記載の試料保持具。