JP7802835B2 - 試料保持具 - Google Patents

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。

半導体集積回路の製造装置等に用いられる試料保持具として、試料保持面を有するセラミック基板と、該セラミック基板に接着されたベース基板とを備えた試料保持具が知られている（例えば、特許文献１を参照）。そのような試料保持具では、セラミック基板に形成された貫通孔内でのプラズマの放電を抑制するための多孔質体が設けられている。

特開２０１７－２１８３５２号公報

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、試料と試料保持面との間に充満するガスを介して、ベース基板に放電してしまうことがあった。

本開示の試料保持具は、試料保持面である第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有し、厚さ方向に貫通するガス孔が形成された板状の基体と、
前記基体の前記第２面に接合され、前記ガス孔に連通する貫通孔が形成された支持体と、
前記貫通孔の内部に配設された多孔質部材であって、少なくとも１つの緻密層を含み、前記少なくとも１つの緻密層は前記多孔質部材の他の部分よりも緻密である多孔質部材と、を備える。

本開示の試料保持具によれば、試料に照射されたプラズマが支持体へ放電する放電経路を制限できるため、プラズマが支持体に放電しにくくなる。その結果、高出力のプラズマを使用して、試料の処理を行うことが可能になる。

第１実施形態に係る試料保持具を示す断面図である。 図１の試料保持具の要部拡大断面図である。 図１の試料保持具における多孔質部材の一例を示す斜視図である。 図３の切断面線Ａ－Ａで切断した断面図である。 図１の試料保持具における多孔質部材の他の例を示す断面図である。 第２実施形態に係る試料保持具を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本開示の試料保持具の実施形態について説明する。試料保持具は、いずれの方向が上方または下方とされて使用されてもよいものであるが、本明細書では、便宜的に、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義するとともに、Ｚ軸方向の正側を高さ方向の上方として、上面または下面等の語を用いるものとする。

図１は、第１実施形態に係る試料保持具を示す断面図であり、図２は、図１の試料保持具の要部拡大断面図であり、図３は、図１の試料保持具における多孔質部材の一例を示す斜視図であり、図４は、図３の切断面線Ａ－Ａで切断した断面図であり、図５は、図１の試料保持具における多孔質部材の他の例を示す断面図である。図５に示す断面図は、図４に示す断面図に対応する。

本実施形態の試料保持具１は、基体１０と、支持体２０と、多孔質部材３０とを備える。

基体１０は、半導体ウエハ等の試料（図示せず）を保持するための部材である。基体１０は、ＸＹ平面に沿った平板状の形状を有している。基体１０は、試料保持面である第１面１０ａ、および第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂを有している。基体１０には、第１面１０ａから第２面１０ｂにかけて厚さ方向（Ｚ方向）に貫通するガス孔１１が設けられている。ガス孔１１は、例えば図１に示すように、複数設けられていてもよい。

基体１０は、例えば、セラミック材料から成る。基体１０に用いら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、イットリア等が挙げられる。基体１０の外形形状は、例えば、円板状、矩形板状、多角形板状等であってもよく、その他の形状であってもよい。基体１０の外形寸法は、例えば、直径（または辺長）が２００ｍｍ～５００ｍｍであり、厚さが２ｍｍ～１５ｍｍである。

基体１０には、吸着電極Ｅ１，Ｅ２が埋設されている。吸着電極Ｅ１，Ｅ２に電圧を印加することによって、吸着電極Ｅ１，Ｅ２と第１面１０ａに載置された試料との間に静電気力を発生させ、これにより、第１面１０ａに試料を保持することができる。

また、基体１０には、発熱抵抗体（図示せず）が埋設されている。発熱抵抗体に通電することによって、発熱抵抗体を発熱させ、これにより、第１面１０ａ上に保持された試料を加熱することができる。発熱抵抗体は、基体１０の第２面１０ｂに配置されていてもよい。

試料保持具１は、例えば、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電圧を印加し、電極間に位置するガスを電離させることによって、発生させることができる。

支持体２０は、基体１０を支持するための部材である。支持体２０は、ＸＹ平面に沿った平板状の形状を有している。支持体２０は、基体１０の第２面１０ｂに対向する第３面２０ａ、および第３面２０ａとは反対側の第４面２０ｂを有している。第３面２０ａは、接合材４０を介して、第２面１０ｂに接合されている。

支持体２０には、第３面２０ａから第４面２０ｂにかけて厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔２１が設けられている。貫通孔２１は、基体１０のガス孔１１に連通しており、貫通孔２１の軸線方向は、ガス孔１１の軸線方向に沿っている。ガス孔１１および貫通孔２１は、例えば、ヘリウム、アルゴン等のプラズマ発生用ガスを、支持体２０の第４面２０ｂ側から試料保持面である基体１０の第１面１０ａ側に流入させるためのガス供給孔Ｈを構成している。試料保持具１は、例えば図１に示すように、複数のガス供給孔Ｈを有していてもよい。

支持体２０は、例えば、金属材料から成る。支持体２０に用いられる金属材料としては、例えば、アルミニウム、マグネシウム等が挙げられる。支持体２０の外形形状は、例えば、円板状、矩形板状、多角形板状等であってもよく、その他の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）が２００ｍｍ～５００ｍｍであり、厚さが１０ｍｍ～１００ｍｍである。支持体２０は、基体１０と同じ外形形状であってもよく、異なる外形形状であってもよい。また、支持体２０は、基体１０と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。基体１０と支持体２０との接合に用いられる接合材としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の接着剤を用いることができる。

貫通孔２１の内径は、例えば図２に示すように、ガス孔１１の内径以上であってもよい。これにより、第１面１０ａの上方から第１面１０ａに垂直な方向に見たときに、ガス孔１１の開口内に支持体２０の第３面２０ａが露出しないので、試料に照射されたプラズマが支持体２０に放電しにくくなる。

多孔質部材３０は、プラズマが支持体２０に放電することを抑制するための部材である。多孔質部材３０は、円柱状の形状を有している。多孔質部材３０は、支持体２０の貫通孔２１内に位置しており、多孔質部材３０の軸線方向は、貫通孔２１の軸線方向に沿っている。多孔質部材３０は、支持体２０の第３面２０ａ側に位置する第５面３０ａ、第５面３０ａとは反対側の第６面３０ｂおよび外周面３０ｃを有している。外周面３０ｃは、貫通孔２１の内周面２１ａに接していてもよい。これにより、外周面３０ｃと内周面２１ａとの隙間を埋めることができるため、試料に照射されたプラズマが支持体２０に放電しにくくなる。なお、貫通孔２１内に絶縁材料から成る筒状部材を設ける場合、外周面３０ｃは筒状部材の内周面に接していてもよい。

多孔質部材３０は、例えば、絶縁性材料から成る。多孔質部材３０に用いられる絶縁材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等のセラミック多孔質材料が挙げられる。多孔質部材３０は、第６面３０ｂ側から第５面３０ａ側に向かって、プラズマ発生用ガスを流すことができる程度の気孔率を有している。

本実施形態の試料保持具１では、多孔質部材３０が、少なくとも１つの緻密層３１を含んでいる。緻密層３１は、多孔質部材３０における緻密層３１以外の他の部分３２よりも緻密とされている。多孔質部材３０は、例えば、緻密層３１の気孔率が０．１％～１０％であり、他の部分３２の気孔率が２０％～６０％である。

なお、緻密層３１および他の部分３２の気孔率は、例えば、走査型電子顕微鏡等を用いて、多孔質部材３０を切断した断面の画像を解析することによって測定することができる。多孔質部材３０の断面の画像を解析するにあたって、市販の画像解析ソフトを使用してもよい。

緻密層３１は、第１セラミック材料から成る。第１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、窒化珪素等が挙げられる。他の部分３２は、第２セラミック材料から成る。他の部分３２に用いられる第２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、窒化珪素等が挙げられる。第１セラミック材料と第２セラミック材料とは、主成分が同じであってもよい。これにより、緻密層３１の熱膨張係数と他の部分３２の熱膨張係数とを近づけることができるため、プラズマ照射時に多孔質部材３０に生じる熱応力を緩和することができる。ひいては、プラズマ照射時に多孔質部材３０に生じる熱応力によって緻密層３１と他の部分３２とが剥離することを抑制し、多孔質部材３０の耐久性を向上させることができる。その結果、試料保持具１の耐久性および信頼性を向上させることができる。

試料保持具１では、試料に照射されたプラズマの一部は、試料と第１面１０ａとの間に充満しているプラズマ発生用ガスを介して伝播し、ガス供給孔Ｈに進入する。ガス供給孔Ｈに進入したプラズマは、多孔質部材３０に入射する。多孔質部材３０に入射したプラズマは、気孔率が相対的に高くプラズマを通過させにくい緻密層３１によって、多孔質部材３０の内部における移動が制限されるため、多孔質部材３０の特定の領域に集中しにくくなり、支持体２０への放電経路が制限される。その結果、試料保持具１では、プラズマが支持体２０に放電しにくくなり、ひいては、高出力のプラズマを使用して、試料の処理を行うことが可能になる。

少なくとも１つの緻密層３１は、複数の緻密層３１ａ～３１ｃであってもよい。緻密層３１ａ～３１ｃは、例えば図３，４に示すように、予め定められた積層方向Ｓにおいて互いに間隔を空けて配置されていてもよい。これにより、多孔質部材３０は、その内部におけるプラズマの移動を効果的に制限できるため、プラズマは、多孔質部材３０の特定の領域に一層集中しにくくなるとともに、支持体２０への放電経路が一層制限される。その結果、プラズマが支持体２０に一層放電しにくくなり、ひいては、一層高出力のプラズマを使用して、試料の処理を行うことが可能になる。

緻密層３１ａ～３１ｃの積層方向Ｓは、基体１０の厚さ方向、すなわちガス供給孔Ｈの軸線方向に対して傾斜していてもよい。これにより、ガス供給孔Ｈに進入し、多孔質部材３０に入射したプラズマは、緻密層３１に衝突しやすくなる。このため、多孔質部材３０は、その内部におけるプラズマの移動を一層効果的に制限できるため、プラズマは、多孔質部材３０の特定の領域により一層集中しにくくなるとともに、支持体２０への放電経路がより一層制限される。その結果、プラズマが支持体２０により一層放電しにくくなり、ひいては、より一層高出力のプラズマを使用して、試料の処理を行うことが可能になる。積層方向Ｓとガス孔１１の軸線方向との成す角度は、例えば、２０°以上７０°以下であってもよく、３０°以上６０°以下であってもよく、４０°以上５０°未満であってもよい。

多孔質部材３０の他の部分３２は、例えば図３，４に示すように、複数の緻密層３１ａ～３１ｃによって、複数の領域３２ａ～３２ｄに分画されていてもよい。複数の領域３２ａ～３２ｄは、気孔率が互いに異なっていてもよい。複数の領域３２ａ～３２ｄは、例えば、積層方向Ｓにおける両端部に位置する領域３２ａ，３２ｄの気孔率が、中央部に位置する領域３２ｂ，３２ｃの気孔率よりも大きくてもよい。貫通孔２１を流れるプラズマ発生用ガスは、例えば内周面２１ａにおける摩擦損失によって、内周面２１ａの近傍領域における流量が、貫通孔２１の軸線方向に見て近傍領域の内側にある中央領域における流量よりも小さくなる傾向がある。多孔質部材３０は、領域３２ａ，３２ｄの気孔率が領域３２ｂ，３２ｃの気孔率よりも大きいことで、中央領域におけるプラズマ発生用ガスの流量を減少させ、近傍領域におけるプラズマ発生用ガスの流量を増大させることができるため、中央領域における流量と近傍領域における流量とを近づけることができる。ひいては、ガス供給孔Ｈを介して第１面１０ａの上方に供給されるプラズマ発生用ガスの流量を高精度に制御することが可能になり、試料保持具１の処理性能を向上させることができる。

複数の緻密層３１ａ～３１ｃは、積層方向Ｓにおける厚さが互いに異なっていてもよい。複数の緻密層３１ａ～３１ｃは、例えば、積層方向Ｓにおける中央部に位置する緻密層３１ｂの厚さが、両端部に位置する緻密層３１ａ，３１ｃの厚さよりも大きくてもよい。これによっても、多孔質部材３０は、内周面２１ａの近傍領域におけるプラズマ発生用ガスの流量と、貫通孔２１の軸線方向に見て近傍領域の内側にある中央領域におけるプラズマ発生用ガスの流量とを近づけることができる。ひいては、ガス供給孔Ｈを介して第１面１０ａの上方に供給されるプラズマ発生用ガスの流量を高精度に制御することが可能になり、試料保持具１の処理性能を向上させることができる。

多孔質部材３０は、隣接する緻密層３１間の間隔が、積層方向Ｓにおける中央部で狭く、両端部で広くなっていてもよい。これによっても、多孔質部材３０は、内周面２１ａの近傍領域におけるプラズマ発生用ガスの流量と、貫通孔２１の軸線方向に見て近傍領域の内側にある中央領域におけるプラズマ発生用ガスの流量とを近づけることができる。ひいては、ガス供給孔Ｈを介して第１面１０ａの上方に供給されるプラズマ発生用ガスの流量を高精度に制御することが可能になり、試料保持具１の処理性能を向上させることができる。

なお、図３，４では、多孔質部材３０が３つの緻密層３１ａ～３１ｃを含む例を示したが、多孔質部材３０は、１つまたは２つの緻密層３１を含んでいてもよく、４つ以上の緻密層３１を含んでいてもよい。

緻密層３１は、例えば図５に示すように、積層方向Ｓに沿った断面を見たときに、波板状の形状であってもよい。これにより、多孔質部材３０は、多孔質部材３０に入射したプラズマをさまざまな方向に偏向することが可能になる。それゆえ、多孔質部材３０に入射したプラズマは、多孔質部材３０の特定の領域に一層集中しにくくなるとともに、支持体２０への放電経路が一層制限され、支持体２０への放電経路が長くなる。その結果、プラズマが支持体２０に一層放電しにくくなり、ひいては、一層高出力のプラズマを使用して、試料の処理を行うことが可能になる。また、緻密層３１が波板状の形状であることで、緻密層３１と他の部分３２との境界面の面積が増大する。これにより、プラズマ照射時に多孔質部材３０に生じる熱応力によって緻密層３１と他の部分３２とが剥離することを抑制できる。

試料保持具１は、例えば図１，２に示すように、支持体２０の貫通孔２１内に位置する筒状部材（以下、スリーブともいう）５０を備えていてもよい。スリーブ５０は、貫通孔２１の内周面２１ａがプラズマに暴露されることを抑制するための部材である。スリーブ５０は、例えば、貫通孔２１の軸線方向に沿って延びる円筒状の部材である。

スリーブ５０は、例えば、絶縁性材料から成る。スリーブ５０に用いられる絶縁性材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミック材料が挙げられる。

スリーブ５０は、例えば、その外周面５０ａが、接合材を介して、貫通孔２１の内周面２１ａに接合されることによって、支持体２０に保持されている。スリーブ５０と支持体２０との接合に用いられる接合材としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の接着剤を用いることができる。基体１０と支持体２０とを接合するための接合材４０が、外周面５０ａと内周面２１ａとの隙間に入り込んで、スリーブ５０と支持体２０とを接合していてもよい。

試料保持具１がスリーブ５０を備えることによって、ガス供給孔Ｈに進入したプラズマが多孔質部材３０を通過したとしても、多孔質部材３０を通過したプラズマが支持体２０に放電することを抑制できる。

スリーブ５０は、例えば図２に示すように、上端側の内径が下端側の内径よりも大きくてもよい。これにより、多孔質部材３０を、その外周面３０ｃがスリーブ５０によって取り囲まれるように位置させることができる。その結果、多孔質部材３０に入射したプラズマが支持体２０に放電することを効果的に抑制できる。また、ガス供給孔Ｈに進入したプラズマが多孔質部材３０を通過したとしても、スリーブ５０の相対的に厚い下端側の部位によって、多孔質部材３０を通過したプラズマが支持体２０に放電することを抑制できる。

なお、図１，２では、多孔質部材３０の第５面３０ａは支持体２０の第３面２０ａよりも下方に位置していてもよい。これにより、多孔質部材３０の第５面３０ａと貫通孔２１の内周面２１ａとの沿面距離を長くすることができるため、第５面３０ａと内周面２１ａとの間に沿面放電が生じることを抑制できる。

次に、本開示の試料保持具の他の実施形態について説明する。

図６は、第２実施形態に係る試料保持具を示す断面図である。第２実施形態の試料保持具１Ａは、第１実施形態の試料保持具１に対して、基体１０のガス孔１１および支持体２０の貫通孔２１の構成、ならびに多孔質部材３０およびスリーブ５０の位置が異なり、その他については、同様の構成であるので、同様の構成については詳細な説明は省略する。

試料保持具１Ａでは、例えば図６に示すように、スリーブ５０の上端面５０ｂが支持体２０の第３面２０ａよりも上方に突出しており、基体１０の第２面１０ｂには下方に開口する凹部１２が形成されている。基体１０の第２面１０ｂに凹部１２を形成することによって、基体１０と支持体２０との間の位置決めが容易になるとともに、ガス孔１１と貫通孔２１の連通が容易になる。

また、試料保持具１Ａでは、多孔質部材３０が、貫通孔２１の内部から凹部１２の内部にかけて位置しており、多孔質部材３０の第５面３０ａは、支持体２０の第３面２０ａよりも上方に位置している。これにより、ガス供給孔Ｈに進入したプラズマは、支持体２０に到達する前に多孔質部材３０に入射することになるため、多孔質部材３０による、プラズマの支持体２０への放電を抑制する効果が顕著になる。このように、試料保持具１Ａによれば、プラズマの支持体２０への放電を効果的に抑制することができ、ひいては、高出力のプラズマを使用して、試料の処理を行うことが可能になる。

また、試料保持具１Ａでは、第５面３０ａが第３面２０ａよりも上方に位置していることで、第５面３０ａと第３面２０ａとが同じ高さ位置にある場合と比較して、第５面３０ａと貫通孔２１の内周面２１ａとの沿面距離を長くすることができる。これにより、第５面３０ａと内周面２１ａとの間に沿面放電が生じることを抑制できる。

なお、第５面３０ａは、スリーブ５０の上端面５０ｂと同じ高さ位置にあってもよく、スリーブ５０の上端面５０ｂと支持体２０の第３面２０ａとの間の高さ位置にあってもよい。第５面３０ａがスリーブ５０の上端面５０ｂと第３面２０ａとの間の高さ位置にある場合には、第５面３０ａと貫通孔２１の内周面２１ａとの沿面距離が一層長くなるため、第５面３０ａと内周面２１ａとの間に沿面放電が生じることを効果的に抑制できる。

試料保持具１Ａでは、接合材４０が、スリーブ５０の外周面５０ａと凹部１２の内周面１２ａとの間に入り込んで、スリーブ５０と基体１０とを接合している。接合材４０は、例えば図６に示すように、スリーブ５０の上端面５０ｂと凹部１２の底面１２ｃとの間に位置していないため、接合材４０がプラズマに接触して劣化を抑制できる。

以上、本開示の実施形態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。

１，１Ａ 試料保持具
１０ 基体
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
１１ ガス孔
１２ 凹部
１２ａ 内周面
２０ 支持体
２０ａ 第３面
２０ｂ 第４面
２１ 貫通孔
２１ａ 内周面
３０ 多孔質部材
３０ａ 第５面
３０ｂ 第６面
３０ｃ 外周面
３１，３１ａ，３１ｂ、３１ｃ 緻密層
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 他の部分
４０ 接合材
５０ 筒状部材（スリーブ）
５０ａ 外周面
５０ｂ 上端面

Claims (9)

1. 試料保持面である第１面および前記第１面とは反対側の第２面とを有し、厚さ方向に貫通するガス孔が形成された板状の基体と、
   前記第２面に対向する第３面および前記第３面とは反対側の第４面とを有し、該第３面は、前記第２面と対向しており、前記ガス孔に連通する貫通孔を有する支持体と、
   前記支持体の前記第３面側に位置する第５面、前記第５面とは反対側の第６面および外周面を有しているとともに、他の部分よりも緻密な緻密層を有している多孔質部材と、を備え、
   前記多孔質部材は、前記緻密層を複数有しており、
   前記第３面は、接合材を介して、前記基体の前記第２面に接合されており、
   平面透視にて、前記接合材は、前記貫通孔の内周面よりも前記ガス孔に向かって延びており、
   前記接合材は、前記貫通孔の内周面と前記多孔質部材との間に位置しており、
   前記緻密層は、前記貫通孔の内周面に対向する前記多孔質部材の外周面に複数位置している、試料保持具。
2. 複数有している前記緻密層の厚さは、互いに異なっている、請求項１に記載の試料保持具。
3. 前記多孔質部材の前記第５面は前記支持体の前記第３面よりも下方に位置している、請求項１または２に記載の試料保持具。
4. 試料保持面である第１面および前記第１面とは反対側の第２面とを有し、厚さ方向に貫通するガス孔が形成された板状の基体と、
   前記第２面に対向する第３面および前記第３面とは反対側の第４面とを有し、該第３面は、前記第２面と対向しており、前記ガス孔に連通する貫通孔を有する支持体と、
   前記支持体の前記第３面側に位置する第５面、前記第５面とは反対側の第６面および外周面を有しているとともに、他の部分よりも緻密な緻密層を有している多孔質部材と、を備え、
   前記緻密層は、前記第５面、前記外周面および前記第６面の少なくともいずれかにおいて前記他の部分を複数の領域に分画するように延びている分画緻密層であり、
   前記分画緻密層を複数有しており、前記分画緻密層の厚さは互いに異なっている、試料保持具。
5. 前記分画緻密層は、前記第５面から前記外周面、さらに前記第６面に繋がっており、それぞれの面において前記他の部分を分画するように延びている、請求項４に記載の試料保持具。
6. 複数有している前記分画緻密層は、前記外周面の近傍領域にあたる両端部と、前記近傍領域よりも内側の中央領域にあたる中央部とにおいて、前記中央部に位置する前記分画緻密層が、前記両端部に位置する前記分画緻密層よりも厚さの値が大きい、請求項４または５に記載の試料保持具。
7. 前記第３面は、接合材を介して、前記基体の前記第２面に接合されており、
   平面透視にて、前記接合材は、前記貫通孔の内周面よりも前記ガス孔に向かって延びている請求項４～６のいずれかに記載の試料保持具。
8. 前記基体の前記第２面には下方に開口する凹部が形成され、前記多孔質部材が、前記貫通孔の内部から該凹部の内部にかけて位置しており、
   前記多孔質部材の第５面は、前記支持体の第３面よりも上方に位置している、請求項４～６のいずれかに記載の試料保持具。
9. 前記支持体の前記貫通孔の内周面と前記多孔質部材との間に、前記貫通孔の軸線方向に沿って延びる円筒状の筒状部材を有する、請求項４～８のいずれかに記載の試料保持具。