JP7303899B2 - 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。
従来技術の一例は、特許文献１に記載されている。
特開２０１４－２０９６１５号公報
本開示の試料保持具は、試料保持面を有する板状の基体と、前記基体の前記試料保持面とは反対側の裏面と接合する接合面を有し、少なくとも前記接合面にまで延びる流路が設けられた支持体と、を備える。支持体は、前記流路が、前記接合面に平行に延びる第１部分、および該第１部分に分岐接続し、前記接合面に垂直な方向に延びて、前記接合面に開口する第２部分を有しており、試料保持具は、前記第２部分に沿って位置する筒状の本体部、および前記本体部に連なり、前記第１部分に延出する筒状の延出部を有する筒状部材を備えている構成である。
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の平面図である。 図１に示す切断面線Ｘ－Ｘにおける試料保持具の断面図である。 第２実施形態の第２部分周辺の拡大断面図である。 図３Ａの切断面線Ｙ－Ｙにおける拡大断面図である。 第３実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。 第４実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。 第５実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。 第６実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。 第７実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。 第８実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。
本開示の試料保持具の基礎となる構成である、半導体製造装置等に用いられる試料保持具は、ウエハ等の試料を載置・保持する、絶縁体からなる基体と、この基体を支持する、金属等の導電体からなる支持体とを、接合材により接合して構成されている。
一体に接合された基体および支持体の内部には、外部から、試料の保持面である基体上面にヘリウム等のプラズマ発生用ガスを供給するための流路が設けられている。
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、内部電極を有する誘電体基板と金属製のベースプレートとを備え、誘電体基板とベースプレートとを貫く貫通孔が設けられており、ベースプレートの貫通孔には、セラミック多孔体が配置されている。特許文献１では、試料をプラズマ処理する場合の放電を防止するために、ベースプレートの貫通孔にセラミック多孔体を配置して絶縁性を向上させている。
近年、半導体集積回路の微細化に伴い、高出力のプラズマを用いて試料の処理が行われるようになっている。従来の試料保持具では、プラズマの出力を増大させた場合に、試料に照射されたプラズマが、支持体（ベースプレート）内の流路に充満するプラズマ発生用ガスを介して、流路内に放電してしまうことがあった。
支持体の貫通孔に沿って延びるセラミックス製の筒状部材を設けることで、絶縁性を向上させて放電を抑制することを可能としているが、プラズマのさらなる高出力化によって、支持体内での放電を抑制することが困難となっている。
以下、本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態の試料保持具の平面図である。図２は、図１に示す切断面線Ｘ－Ｘにおける試料保持具の断面図である。試料保持具１００は、基体１０と、支持体２０と、筒状部材３０と、を備える。
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り、第２面１０ｂが、支持体２０と接合する裏面である。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。
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。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。
基体１０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静電チャックであってもよい。試料保持具１００は基体１０の内部に吸着電極４０を備えている。吸着電極４０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、基体１０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４０全体の外形が円形状となっている。この吸着電極４０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４０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。プラズマ発生用のガスの供給については後述する。
支持体２０は、金属製であり、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、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と基体１０とは、接合層５０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が、基体１０の第２面１０ｂと対向する接合面であり、支持体２０の第１面２０ａと、基体１０の第２面１０ｂとが、接合層５０によって接合されている。接合層５０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。
支持体２０内には、少なくとも接合面である第１面２０ａにまで延びるガス流路２１が設けられている。ガス流路２１は、支持体２０の接合面２０ａに平行に延びる第１部分２１ａ、および第１部分２１ａに分岐接続し、接合面２０ａに垂直な方向に延びて、接合面２０ａに開口する第２部分２１ｂを有する。第１部分２１ａは、例えば、接合面２０ａの中心と同心の円環状に設けられる。第２部分２１ｂは、例えば、第１部分２１ａに分岐接続されており、第１部分２１ａから接合面２０ａまで延びる縦孔状に設けられる。ガス流路２１は、さらに、支持体２０の第２面２０ｂに開口し、接合面２０ａに垂直な方向に延びる第３部分２１ｃ、および支持体２０の接合面２０ａに平行に延びて、第３部分２１ｃと第１部分２１ａとを接続する第４部分２１ｄを有する。第３部分２１ｃは、例えば、接合面２０ａの中心に、縦孔状に設けられる。第４部分２１ｄは、接合面２０ａの中心から、接合面２０ａに平行に、外方に向かって延びる直線状に設けられる。
基体１０には、第１面１０ａから第２面１０ｂまで貫通する貫通孔１１が設けられている。基体１０の貫通孔１１と、支持体２０の第２部分２１ｂとは連通している。プラズマ発生用ガスは、外部から第３部分２１ｃに流入し、第４部分２１ｄを流過して第１部分２１ａにまで達する。プラズマ発生用ガスは、第１部分２１ａ内を周方向に沿って流過し、第２部分２１ｂを上昇して第１面２０ａに達する。さらに、第２部分２１ｂに連通する基体１０内の貫通孔１１に流入し、貫通孔１１内を上昇して、基体１０の第１面１０ａの開口から基体１０の第１面１０ａ上に供給される。プラズマ発生用ガスとしては、例えば、ヘリウムガス等を用いることができる。
ガス流路２１は、金属製の支持体２０内に設けられており、プラズマ処理時に、基体１０の貫通孔１１内のプラズマ発生用ガスを伝って、第２部分２１ｂにまでプラズマが達すると、第２部分２１ｂの内壁に放電してしまう。このような放電を抑制するために、絶縁材料からなる筒状部材３０が設けられる。本実施形態の筒状部材３０は、第２部分２１ｂに沿って位置する筒状の本体部３１、および本体部３１に連なり、第１部分２１ａに延出する筒状の延出部３２を有する。本実施形態の筒状部材３０は、円筒状であって、本体部３１と延出部３２とは、一体化されている。筒状部材３０は、第２部分２１ｂの内周面を覆うとともに、さらに、先端３２ａが第１部分２１ａにまで突出している。この延出部３２によって、筒状部材３０は、第１部分２１ａの内周面の一部をも覆っている。これにより、プラズマがさらに高出力化された場合に、支持体２０内において、第２部分２１ｂだけでなく、第１部分２１ａにおける放電も抑制することが可能となる。
延出部３２の先端３２ａと、第１部分２１ａの底面との間には、空間が設けられている。本実施形態におけるガス流路２１内のプラズマ発生用ガスの流れでは、第１部分２１ａ内を周方向に沿って流過したガスが、延出部３２の先端３２ａ側から筒状部材３０に流入し、筒状部材３０内を上昇して基体１０内の貫通孔１１に流入する。
筒状部材３０を構成する絶縁材料としては、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。
次に、第２実施形態について説明する。図３Ａは、第２実施形態の第２部分周辺の拡大断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示す切断面線Ｙ－Ｙにおける拡大断面図である。本実施形態は、筒状部材３０Ａの構成が異なること以外は第１実施形態と同じであるので、同じ構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の筒状部材３０Ａは、延出部３２Ａの先端３２ａが第１部分２１ａの底面２２にまで達している。そうすると、先端３２ａが塞がれてしまうので、延出部３２Ａは、その内部空間と、ガス流路２１の第１部分２１ａとを連通させる貫通孔または切り欠きを有する。
本実施形態では、延出部３２Ａには、周壁を切り欠いた切り欠き３２ｂが設けられている。切り欠き３２ｂは、プラズマ発生用ガスが、円環状の第１部分２１ａを流れるために、延出部３２Ａの中心軸線を挟んで二箇所に設けられている。例えば、図３Ｂの紙面向かって右側から第１部分２１ａを流れるガスは、右側の切り欠き３２ｂから延出部３２Ａの内部空間に流入し、一部は延出部３２Ａの内部空間を上昇し、一部は左側の切り欠き３２ｂから第１部分２１ａに流出する。第１部分２１ａに流出したガスは、第１部分２１ａを、次の延出部３２Ａまで流れる。
本実施形態は、延出部３２Ａが第１部分２１ａの底面２２にまで達しているので、第１部分２１ａの内周面を覆う部分が、第１実施形態よりも大きく、第１部分２１ａにおける放電をさらに抑制することが可能となる。
なお、切り欠き３２ｂの形状および大きさについては、特に限定されない。例えば、半円など円（楕円などを含む）の一部の形状であってもよく、矩形状を含む多角形状であってもよい。また、延出部３２に設けられるのは、貫通孔であってもよく、形状および大きさについては、特に限定されない。例えば、円（楕円などを含む）形状であってもよく、矩形状を含む多角形状であってもよい。
次に、第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。本実施形態は、筒状部材３０Ｂの構成が異なること以外は第２実施形態と同じであるので、同じ構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の筒状部材３０Ｂは、延出部３２Ａの先端３２ａ側を塞ぐ底面部３３をさらに有する。底面部３３は、絶縁材料で構成されていればよく、本体部３１および延出部３２と同一材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
底面部３３は、延出部３２Ａの先端３２ａ側を塞ぐとともに、第１部分２１ａの底面を覆う。延出部３２Ａは、第２実施形態と同様の構成であるので、延出部３２Ａには、貫通孔または切り欠きを有する。底面部３３が、延出部３２Ａの先端３２ａ側を塞いでも第２実施形態と同様に、プラズマ発生用ガスは、第１部分２１ａおよび延出部３２を流れることができる。底面部３３が、第１部分２１ａの底面２２をも覆うので、第１部分２１ａの内周面を覆う部分が、第２実施形態よりもさらに大きく、第１部分２１ａにおける放電をさらに抑制することが可能となる。
次に、第４実施形態について説明する。図５は、第４実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。本実施形態は、第１部分２１ａの構成が異なること以外は第３実施形態と同じであるので、同じ構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の第１部分２１ａは、第２部分２１ｂとの接続位置と反対側に、底面部３３が収まる凹部２３を有している。底面部３３の内面３３ａは、第１部分２１ａの底面２２より接合面２０ａ側に位置する。
凹部２３に底面部３３が収まることにより、第１部分２１ａに延出した延出部３２Ａが固定される。底面部３３の内面３３ａが、第１部分２１ａの底面２２より上にあるので、凹部２３の内面が底面部３３によって覆われており、切り欠き３２ｂから露出することが防がれる。これにより、第１部分２１ａにおける放電、特に凹部２３の内面における放電を抑制することが可能となる。
次に、第５実施形態について説明する。図６は、第５実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。本実施形態は、第１部分２１ａの構成が異なること以外は第４実施形態と同じであるので、同じ構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の第１部分２１ａは、第４実施形態と同様に凹部２３Ａを有し、凹部２３Ａの隅部が曲面状である。
凹部の隅部が、角状（直角状）で有る場合、角状部分に電界が集中して放電が生じやすくなる。本実施形態では、凹部２３Ａの隅部が曲面状であるので、電界の集中が抑制され、凹部２３Ａ内面における放電を抑制することが可能となる。
次に、第６実施形態について説明する。図７は、第６実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。本実施形態は、筒状部材３０Ｃの構成が異なること以外は第５実施形態と同じであるので、同じ構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の第１部分２１ａは、第５実施形態と同様に凹部２３Ａの隅部が曲面状であり、底面部３３Ａの角部が曲面状である。
本実施形態では、例えば、底面部３３Ａの角部が、凹部２３Ａの隅部に沿った曲面状である。底面部３３Ａの外面と凹部２３Ａの内面とが当接するように、底面部３３Ａが凹部２３Ａ内に収まるので、凹部２３Ａの内面が覆われて放電を抑制することが可能となる。
次に、第７実施形態について説明する。図８は、第７実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。本実施形態は、筒状部材３０Ｄの構成が異なること以外は第３実施形態と同じであるので、同じ構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の筒状部材３０Ｃは、本体部３１と、延出部３２とが、別体で構成されている。
本体部３１と、延出部３２とは、絶縁材料で構成されていればよく、本体部３１と延出部３２とが同一材料であってもよく、異なる材料であってもよい。また、本体部３１と延出部３２とは、接着剤などで固定されていてもよい。
本体部３１と延出部３２の互いに対向する端面３１ａ，３２ｃは、それぞれ軸線方向に直交する仮想平面と交差する。図８に示すように、本実施形態では、例えば、本体部３１の端面３１ａと延出部３２の端面３２ｃが、いずれも筒状部材３０Ｄの軸線方向に対する傾斜面となっている。具体的には、本体部３１の端面３１ａは、径方向外方に臨む傾斜面であり、延出部３２の端面３２ｃは、径方向内方に臨む傾斜面である。
プラズマ発生用ガスが流れる筒状部材３０Ｄの内部空間から第１部分２１ａの内周面および第２部分２１ｂの内周面までの沿面距離が長くなり、放電を抑制することが可能となる。
次に、第８実施形態について説明する。図９は、第８実施形態の延出部周辺の拡大断面図である。本実施形態は、筒状部材３０Ｅの構成が異なること以外は第７実施形態と同じであるので、同じ構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。本実施形態の筒状部材３０Ｅは、本体部３１と延出部３２の互いに対向する端面が、それぞれ軸線方向に平行な部分を有する。
図９に示すように、本実施形態では、例えば、本体部３１の端面３１ａと延出部３２の端面３２ｃが、いずれも段差面となっている。具体的には、本体部３１の端面３１ａは、径方向内方が高い段差面であり、延出部３２の端面３２ｃは、径方向外方が高い段差面である。径方向外方に位置する面と径方向内方に位置する面との間の面は、軸線方向に平行な部分となっている。
プラズマ発生用ガスが流れる筒状部材３０Ｅの内部空間から第１部分２１ａの内周面および第２部分２１ｂの内周面までの沿面距離が、第７実施形態よりさらに長くなり、放電を抑制することが可能となる。
支持体２０内におけるガス流路２１の形状は、上記各実施形態の形状に限定されない。例えば、第１部分２１ａは、円環状に限らず、矩形状であってもよく、櫛歯状、ミアンダ状などであってもよい。第２部分２１ｂの位置は、等間隔に限らず、ランダムな配置であってもよい。第３部分２１ｃおよび第４部分２１ｄも適宜変更可能である。例えば、筒状部材３０の形状は、円筒状に限らず、多角筒状などであってもよい。筒状部材３０の本体部３１と延出部３２とは、同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。
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、試料保持面を有する板状の基体と、前記基体の前記試料保持面とは反対側の裏面と接合する接合面を有し、少なくとも前記接合面にまで延びる流路が設けられた支持体と、を備える。支持体は、前記流路が、前記接合面に平行に延びる第１部分、および該第１部分に分岐接続し、前記接合面に垂直な方向に延びて、前記接合面に開口する第２部分を有しており、試料保持具は、前記第２部分に沿って位置する筒状の本体部、および前記本体部に連なり、前記第１部分に延出する筒状の延出部を有する筒状部材を備えている構成である。
本開示の試料保持具によれば、筒状部材が延出部を有することで、支持体内における放電を抑制することが可能となる。
以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、また、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。上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
１０ 基体
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
１１ 貫通孔
２０ 支持体
２０ａ 第１面
２０ｂ 第２面
２１ ガス流路
２１ａ 第１部分
２１ｂ 第２部分
２１ｃ 第３部分
２１ｄ 第４部分
２２ 底面
２３ 凹部
２３Ａ 凹部
３０ 筒状部材
３０Ａ 筒状部材
３０Ｂ 筒状部材
３０Ｃ 筒状部材
３０Ｄ 筒状部材
３０Ｅ 筒状部材
３１ 本体部
３１ａ 端面
３２ 延出部
３２Ａ 延出部
３２ａ 先端
３２ｃ 端面
３３ 底面部
３３Ａ 底面部
３３ａ 内面
４０ 吸着電極
５０ 接合層
１００ 試料保持具

Claims (9)

  1. 試料保持面を有する板状の基体と、
    前記基体の前記試料保持面とは反対側の裏面と接合する接合面を有し、少なくとも前記接合面にまで延びる流路が設けられた支持体であって、前記流路が、前記支持体の前記接合面に平行に延びる第１部分、および該第１部分に分岐接続し、前記接合面に垂直な方向に延びて、前記接合面に開口する第２部分を有する支持体と、
    前記第２部分に沿って位置する筒状の本体部、および前記本体部に連なり、前記第１部分に延出する筒状の延出部を有する筒状部材と、を備える試料保持具。
  2. 前記延出部は、内部空間と前記第１部分とを連通させる貫通孔または切り欠きを有する、請求項１記載の試料保持具。
  3. 前記筒状部材は、前記延出部の先端側を塞ぐ底面部をさらに有する、請求項２記載の試料保持具。
  4. 前記第１部分は、前記第２部分との接続位置と反対側に、前記底面部が収まる凹部を有しており、前記底面部の内面は、前記第１部分の底面より前記接合面側に位置する、請求項３記載の試料保持具。
  5. 前記凹部の隅部が曲面状である、請求項４記載の試料保持具。
  6. 前記底面部の角部が曲面状である、請求項４または５記載の試料保持具。
  7. 前記本体部と、前記延出部とは、別体で構成されている、請求項１～６のいずれか１つに記載の試料保持具。
  8. 前記本体部と前記延出部の互いに対向する端面は、それぞれ軸線方向に直交する仮想平面と交差する、請求項７記載の試料保持具。
  9. 前記端面は、それぞれ前記軸線方向に平行な部分を有する、請求項８記載の試料保持具。
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