JP7828782B2

JP7828782B2 - 試料保持具

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Publication number: JP7828782B2
Application number: JP2022025062A
Authority: JP
Inventors: 優志積久
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2026-03-12
Anticipated expiration: 2042-02-21
Also published as: JP2023110807A

Description

開示の実施形態は、試料保持具に関する。

半導体部品を製造するプロセスでは、プラズマ処理の対象となる半導体ウェハなどの被処理体を保持する試料保持具として、静電チャックが使用される。この静電チャックは、たとえば、電極が埋設されたセラミック基板を金属製のベースプレートに接合して構成される。

この静電チャックには、静電チャック上に載置された被処理体に温調用の伝熱ガスを供給するための流路が形成される。また、流路へのプラズマの侵入を抑制する観点から、流路内に多孔体を配置した静電チャックが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－１６５２２３号公報

しかしながら、上記の従来技術では、流路での異常放電を抑制する点でさらなる改善の余地があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、流路での異常放電を抑制することができる試料保持具を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る試料保持具は、セラミック基板と、ベースプレートと、埋込部材と、を備える。前記セラミック基板は、被処理体が載置される第１面と、前記第１面の反対に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面との間を貫通する第１流路と、を有する。前記ベースプレートは、前記セラミック基板の前記第２面に接合され、少なくとも前記第１流路に対応する位置に貫通孔を有する。前記埋込部材は、前記貫通孔内における前記第１流路側の端部に多孔体を有しているとともに、前記多孔体を介して前記第１流路と連通する第２流路を有する。また、前記第２流路は、前記第１面に対して垂直である第１部位と、前記第１部位と交差する第２部位と、を有する。

実施形態の一態様によれば、流路での異常放電を抑制することができる試料保持具が提供可能となる。

図１は、実施形態に係る試料保持具の構成を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る試料保持具の断面を示す模式図である。図３は、実施形態に係る埋込部材およびその周辺の構成を示す拡大断面図である。図４は、実施形態に係る埋込部材を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。図５は、実施形態の変形例１に係る埋込部材およびその周辺の構成を示す拡大断面図である。図６は、実施形態の変形例１に係る埋込部材を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。図７は、実施形態の変形例２に係る埋込部材およびその周辺の構成を示す拡大断面図である。図８は、実施形態の変形例２に係る埋込部材を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。図９は、実施形態の変形例３に係る埋込部材およびその周辺の構成を示す拡大断面図である。図１０は、実施形態の変形例３に係る埋込部材を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。図１１は、実施形態の変形例４に係る埋込部材およびその周辺の構成を示す拡大断面図である。図１２は、実施形態の変形例４に係る埋込部材を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。図１３は、実施形態の変形例５に係る埋込部材およびその周辺の構成を示す拡大断面図である。図１４は、実施形態の変形例５に係る埋込部材を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する試料保持具の実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各実施形態は、内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。たとえば、「垂直」は第１面に対して第１部位の中心軸が９０°±２°「平行」は第１面に対して第２部位の中心軸が０°±２°である。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。

＜実施形態＞
まず、実施形態に係る試料保持具１００の構成について、図１～図４を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る試料保持具１００の構成を示す斜視図である。図１に示すように、試料保持具１００は、セラミック基板１１０とベースプレート１２０とが接合された構造を有する。

セラミック基板１１０は、静電力を利用して半導体ウェハなどの被処理体（図示せず）を吸着する。セラミック基板１１０は、セラミックを含有する原料を略円板状に成形した部材である。

セラミック基板１１０は、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、コージェライト、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）などを主成分として含んでいる。

ベースプレート１２０は、セラミック基板１１０を支持する支持部材である。ベースプレート１２０は、たとえば半導体製造装置などに取り付けられ、試料保持具１００を半導体ウェハなどの被処理体を保持する半導体保持装置として機能させる。

ベースプレート１２０は、金属製の円形部材である。ベースプレート１２０を形成する金属材料としては、たとえば、アルミニウムやステンレス鋼、チタン、ＡｌＳｉＣなどのアルミニウム基複合材料を用いることができる。

図２は、実施形態に係る試料保持具１００の断面を示す模式図である。上述の通り、試料保持具１００は、セラミック基板１１０とベースプレート１２０とが接合されて構成される。

セラミック基板１１０は、第１面１１０ａおよび第２面１１０ｂを有する。第１面１１０ａには、半導体ウェハなどの被処理体（図示せず）が載置される。第２面１１０ｂは、第１面１１０ａとは反対側に位置する。

セラミック基板１１０の第１面１１０ａに載置された被処理体には、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させることによってプラズマ処理が施される。このプラズマは、第１面１１０ａに対向する電極（図示せず）に高周波電力を印加してガスを励起させることによって発生させることができる。

セラミック基板１１０の内部には、電極１１１が配置される。かかる電極１１１は、たとえば、静電吸着用電極であり、白金やタングステン、モリブデンなどの金属を含有する導電部材である。試料保持具１００では、電極１１１に電圧が印加されると静電力が発生し、静電チャックとして、かかる静電力によってセラミック基板１１０の第１面１１０ａに被処理体を吸着させる。

ベースプレート１２０は、セラミック基板１１０の第２面１１０ｂに接合される。ベースプレート１２０は、たとえば、接合材を介して第２面１１０ｂに接合されてもよい。かかる接合材としては、たとえば、シリコーン樹脂などの接着剤を用いることができる。

ベースプレート１２０は、内部に空間１２１を有してもよい。かかる空間１２１は、たとえば、冷却水や冷却ガスなどの冷却媒体を通過させる冷媒通路として利用されてもよい。また、ベースプレート１２０は、プラズマ発生用の高周波電力が印加される高周波電極としての機能を兼ねてもよい。

セラミック基板１１０には、図２に示すように、第１面１１０ａと第２面１１０ｂとの間を貫通する第１流路１１２が形成される。

また、ベースプレート１２０の少なくとも第１流路１１２に対応する位置には、貫通孔１２２が形成される。そして、かかる貫通孔１２２内には、埋込部材１３０が配置される。

埋込部材１３０は、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などの絶縁性材料からなる円柱状部材である。埋込部材１３０は、セラミック基板１１０の第２面１１０ｂに凹部１１３が設けられる場合、ベースプレート１２０の上面（つまり、第２面１１０ｂと接合される面）よりもセラミック基板１１０側に突出して凹部１１３に嵌合されてもよい。

これにより、セラミック基板１１０の凹部１１３に対応する位置において、第１流路１１２の長さが短くなることから、第１流路１１２内でのプラズマの発生を抑制することができる。

埋込部材１３０は、第１流路１１２側の端部に多孔体１３１を有する。このように、第１流路１１２側の端部に多孔体１３１が位置することによって、セラミック基板１１０の第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、そのプラズマが第１流路１１２を通過してベースプレート１２０側へ到達する不具合を低減することができる。

多孔体１３１は、たとえば、アルミナ多孔体やその他のセラミック多孔体である。多孔体１３１は、気体（ガス）の流動が可能となる程度に空隙を有していればよい。多孔体１３１の空隙率は、たとえば、４０％以上６０％以下である。

また、埋込部材１３０には、多孔体１３１を介して第１流路１１２と連通する第２流路１３２が形成される。第２流路１３２および第１流路１１２は、ベースプレート１２０の下面から多孔体１３１を経由してセラミック基板１１０の上面（第１面１１０ａ）まで連続するガス流路を形成する。

第２流路１３２および第１流路１１２には、たとえば、ヘリウムなどの伝熱ガスを流してもよい。第２流路１３２および第１流路１１２に伝熱ガスを流すことによって、その伝熱ガスがセラミック基板１１０の第１面１１０ａに載置される被処理体の裏面へ供給され、被処理体とセラミック基板１１０との間の熱伝達率が向上する。

図３は、実施形態に係る埋込部材１３０およびその周辺の構成を示す拡大断面図であり、図４は、実施形態に係る埋込部材１３０を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。なお、図４およびこの図４と対応する以降の図面には、理解を容易にするため、セラミック基板１１０（図３参照）に形成される第１流路１１２の位置も示している。

図３などに示すように、実施形態では、埋込部材１３０に形成される第２流路１３２が、第１部位１３２ａおよび第２部位１３２ｂを有する。第１部位１３２ａは、セラミック基板１１０の第１面１１０ａに対して垂直な部位である。

第２部位１３２ｂは、第１部位１３２ａと交差する部位である。換言すると、第２部位１３２ｂは、第１部位１３２ａとは異なる向きに延びる部位である。たとえば、実施形態では、第２部位１３２ｂが第１面１１０ａに対して平行であり、かつ直線状である。

また、実施形態では、２つの第１部位１３２ａの間を１つの第２部位１３２ｂで接続して、第２流路１３２が形成される。これにより、第２流路１３２は、埋込部材１３０の内部において途中で屈曲した形状を有する。

２つの第１部位１３２ａのうち、多孔体１３１と直接繋がる第１部位１３２ａは、図４に示すように、平面視で第１流路１１２と重なって位置する。一方、２つの第１部位１３２ａのうち、多孔体１３１と直接繋がらない第１部位１３２ａは、平面視で第１流路１１２と重ならないように位置する。

ところで、たとえば、第１流路１１２および第２流路１３２が、セラミック基板１１０の上面（第１面１１０ａ）からベースプレート１２０の下面に至るまで直線状に位置する場合を仮定する。

この場合、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、プラズマ中の荷電粒子が、高いエネルギーを保ったまま第１流路１１２に進入し、多孔体１３１や第２流路１３２へ至ることで、多孔体１３１や第２流路１３２において異常放電が発生する恐れがある。

これに対して、実施形態では、図３などに示すように、第２流路１３２が屈曲する構造、つまりラビリンス構造を有する。これにより、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、そのプラズマ中の荷電粒子が第１流路１１２に進入した場合であっても、かかる荷電粒子を第２流路１３２の壁面に衝突させて失活させることができる。

さらに、実施形態では、第１流路１１２および第２流路１３２が、セラミック基板１１０の第１面１１０ａからベースプレート１２０の下面に至るまで直線状に位置する場合と比べて、流路全体の長さを長くすることができる。

これにより、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、そのプラズマ中の荷電粒子が第１流路１１２に進入した場合であっても、長い流路の途中で失活させることができる。

ここまで説明したように、実施形態では、第２流路１３２が屈曲する構造を有することで、第２流路１３２に進入した荷電粒子を容易に失活させることができるため、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を抑制することができる。

実施形態に係る埋込部材１３０は、たとえば、第１部位１３２ａに対応する貫通孔が形成される円筒状のグリーンシートと、第２部位１３２ｂに対応する横穴が形成される円筒状のグリーンシートとを積層して積層体を形成し、かかる積層体を焼成することで形成することができる。

そして、実施形態では、第２部位１３２ｂを第１面１１０ａに対して平行に配置することで、第２部位１３２ｂに対応する横穴が形成されるグリーンシートを簡便に形成できることから、埋込部材１３０を簡便に形成することができる。

なお、実施形態に係る埋込部材１３０は、第１部位１３２ａおよび第２部位１３２ｂが半円柱状に形成される半円柱状の成形体２つを並べて円柱状となるように圧着し、圧着された成形体を焼成することで形成してもよい。

また、実施形態に係る埋込部材１３０は、第１部位１３２ａおよび第２部位１３２ｂが内部に形成される円柱状の成形体を３Ｄプリンタで作製し、かかる成形体を焼成することで形成してもよい。

＜変形例１＞
つづいて、実施形態の各種変形例について、図５～図１４を参照しながら説明する。図５は、実施形態の変形例１に係る埋込部材１３０およびその周辺の構成を示す拡大断面図であり、図６は、実施形態の変形例１に係る埋込部材１３０を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。

図５などに示すように、変形例１に係る試料保持具１００では、第２流路１３２の構成が上述の実施形態と異なる。具体的には、変形例１では、第２流路１３２の第２部位１３２ｂが、第１部位１３２ａおよび第１面１１０ａに対して傾いて位置する。

これによっても、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、そのプラズマ中の荷電粒子が第１流路１１２に進入した場合に、かかる荷電粒子を第２流路１３２の壁面に衝突させて失活させることができる。

また、変形例１では、プラズマ中の荷電粒子が第１流路１１２に進入した場合であっても、長い流路の途中で失活させることができる。したがって、変形例１によれば、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を抑制することができる。

＜変形例２＞
図７は、実施形態の変形例２に係る埋込部材１３０およびその周辺の構成を示す拡大断面図であり、図８は、実施形態の変形例２に係る埋込部材１３０を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。図７に示すように、この変形例２では、第２流路１３２が３つの第１部位１３２ａと、２つの第２部位１３２ｂとを有する。

３つの第１部位１３２ａのうち、多孔体１３１と直接繋がる第１部位１３２ａおよび多孔体１３１から最も離れた第１部位１３２ａは、図８に示すように、平面視で第１流路１１２と重なって位置する。一方、３つの第１部位１３２ａのうち、中間に位置する第１部位１３２ａは、平面視で第１流路１１２と重ならないように位置する。

そして、変形例２では、３つの第１部位１３２ａの間を２つの第２部位１３２ｂで接続して、第２流路１３２が形成される。これにより、変形例２の第２流路１３２は、途中で複数の箇所が屈曲した形状を有する。

これにより、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、そのプラズマ中の荷電粒子が第１流路１１２に進入した場合に、かかる荷電粒子を第２流路１３２の壁面に衝突させて効果的に失活させることができる。

さらに、変形例２では、第１流路１１２および第２流路１３２が、セラミック基板１１０の第１面１１０ａからベースプレート１２０の下面に至るまで直線状に位置する場合と比べて、流路全体の長さをさらに長くすることができる。

これにより、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、そのプラズマ中の荷電粒子が第１流路１１２に進入した場合に、さらに長い流路の途中で効果的に失活させることができる。

このように、変形例２では、第２流路１３２が複数箇所において屈曲する構造を有することで、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

なお、図７の例では、第２流路１３２が３つの第１部位１３２ａと２つの第２部位１３２ｂとを有する場合について示したが、本開示はかかる例に限られず、第２流路１３２が４つ以上の第１部位１３２ａと３つ以上の第２部位１３２ｂとを有していてもよい。

＜変形例３＞
図９は、実施形態の変形例３に係る埋込部材１３０およびその周辺の構成を示す拡大断面図であり、図１０は、実施形態の変形例３に係る埋込部材１３０を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。

図９などに示すように、この変形例３では、２つの第１部位１３２ａの両方が、平面視で第１流路１１２と重ならないように位置する。たとえば、一方の第１部位１３２ａが多孔体１３１の周縁部に近接して位置し、他方の第１部位１３２ａが一方の第１部位１３２ａと反対側の多孔体１３１の周縁部に近接して位置する。

これにより、変形例３では、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、そのプラズマ中の荷電粒子が第１流路１１２に進入した場合に、かかる荷電粒子を多孔体１３１における空隙の壁面や第２流路１３２の壁面に衝突させて効果的に失活させることができる。

さらに、変形例３では、第１流路１１２および第２流路１３２が、セラミック基板１１０の第１面１１０ａからベースプレート１２０の下面に至るまで直線状に位置する場合と比べて、流路全体の長さをさらに長くすることができる。

このように、変形例３では、第２流路１３２の第１部位１３２ａを平面視で第１流路１１２と重ならないように配置することで、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

＜変形例４＞
図１１は、実施形態の変形例４に係る埋込部材１３０およびその周辺の構成を示す拡大断面図であり、図１２は、実施形態の変形例４に係る埋込部材１３０を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。図１２に示すように、この変形例４では、第２部位１３２ｂが平面視で屈曲している。

これによって、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、そのプラズマ中の荷電粒子が第１流路１１２に進入した場合に、かかる荷電粒子を第２流路１３２の壁面に衝突させて効果的に失活させることができる。

さらに、変形例４では、第１流路１１２および第２流路１３２が、セラミック基板１１０の第１面１１０ａからベースプレート１２０の下面に至るまで直線状に位置する場合と比べて、流路全体の長さをさらに長くすることができる。

このように、変形例４では、第２部位１３２ｂがさらに屈曲する構造を有することで、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

＜変形例５＞
図１３は、実施形態の変形例５に係る埋込部材１３０およびその周辺の構成を示す拡大断面図であり、図１４は、実施形態の変形例５に係る埋込部材１３０を上方向から見た構成の一例を示す平面図である。

図１３に示すように、この変形例５では、第２部位１３２ｂが側面視で屈曲している。また、変形例５では、第２部位１３２ｂが、第１面１１０ａから離れる方向（図１３では下向き）に媒体が通流する部分を有する。

これによって、第１面１１０ａよりも上方においてプラズマを発生させた際に、そのプラズマ中の荷電粒子が第１流路１１２に進入した場合に、かかる荷電粒子を第２流路の壁面に衝突させて効果的に失活させることができる。

さらに、変形例５では、第１流路１１２および第２流路１３２が、セラミック基板１１０の第１面１１０ａからベースプレート１２０の下面に至るまで直線状に位置する場合と比べて、流路全体の長さをさらに長くすることができる。

このように、変形例５では、第１面１１０ａから離れる方向に媒体を通流させることとで、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

実施形態に係る試料保持具１００は、セラミック基板１１０と、ベースプレート１２０と、埋込部材１３０と、を備える。セラミック基板１１０は、被処理体が載置される第１面１１０ａと、第１面１１０ａの反対に位置する第２面１１０ｂと、第１面１１０ａと第２面１１０ｂとの間を貫通する第１流路１１２と、を有する。ベースプレート１２０は、セラミック基板１１０の第２面１１０ｂに接合され、少なくとも第１流路１１２に対応する位置に貫通孔１２２を有する。埋込部材１３０は、貫通孔１２２内における第１流路１１２側の端部に多孔体１３１を有しているとともに、多孔体１３１を介して第１流路１１２と連通する第２流路１３２を有する。また、第２流路１３２は、第１面１１０ａに対して垂直である第１部位１３２ａと、第１部位１３２ａと交差する第２部位１３２ｂと、を有する。これにより、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を抑制することができる。

また、実施形態に係る試料保持具１００において、第２部位１３２ｂは、第１面１１０ａに対して平行である。これにより、埋込部材１３０を簡便に形成することができる。

また、実施形態に係る試料保持具１００において、第２流路１３２は、複数の第２部位１３２ｂを有する。これにより、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

また、実施形態に係る試料保持具１００において、第１流路１１２と、第２流路１３２の第１部位１３２ａとは、平面視で互いに重ならない位置に位置する。これにより、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

また、実施形態に係る試料保持具１００において、第２部位１３２ｂは、平面視で屈曲している。これにより、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

また、実施形態に係る試料保持具１００において、第２部位１３２ｂは、第１面１１０ａから離れる方向に媒体が通流する部分を有する。これにより、第１流路１１２および第２流路１３２での異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上記の実施形態では、多孔体１３１が埋込部材１３０に設けられる例について示したが、本開示はかかる例に限られず、多孔体１３１がセラミック基板１１０に設けられていてもよい。

さらなる効果や他の態様は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１００試料保持具
１１０セラミック基板
１１０ａ第１面
１１０ｂ第２面
１１２第１流路
１２０ベースプレート
１２２貫通孔
１３０埋込部材
１３１多孔体
１３２第２流路
１３２ａ第１部位
１３２ｂ第２部位

Claims

セラミック基板と、
ベースプレートと、
埋込部材と、を備え、
前記セラミック基板は、被処理体が載置される第１面と、前記第１面の反対に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面との間を貫通する第１流路と、を有し、
前記ベースプレートは、前記セラミック基板の前記第２面に接合され、少なくとも前記第１流路に対応する位置に貫通孔を有し、
前記埋込部材は、前記貫通孔内における前記第１流路側の端部に多孔体を有しているとともに、前記多孔体を介して前記第１流路と連通する第２流路を有し、
前記第２流路は、
前記第１面に対して垂直である第１方向に延びる第１部位と、
前記第１部位に連通し、前記第１方向に対して屈曲した第２方向に延びる第２部位と、を有する
試料保持具。
前記第２部位は、前記第１面に対して平行である
請求項１に記載の試料保持具。
前記第２流路は、複数の前記第２部位を有する
請求項１または２に記載の試料保持具。
前記第１流路と、前記第２流路の前記第１部位とは、平面視で互いに重ならない位置に位置する
請求項１～３のいずれか一つに記載の試料保持具。
前記第２部位は、平面視で屈曲している
請求項１～４のいずれか一つに記載の試料保持具。
前記第２部位は、前記第１面から離れる方向に媒体が通流する部分を有する
請求項１～５のいずれか一つに記載の試料保持具。