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公開番号2021086854
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210603
出願番号2019212440
出願日20191125
発明の名称試料保持具
出願人京セラ株式会社
代理人個人
主分類H01L 21/683 20060101AFI20210507BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】 高出力のプラズマを用いてウエハを処理できる試料保持具を提供する。
【解決手段】 本開示の試料保持具1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、厚さ方向に貫通するガス孔11が形成された板状の基体10と、基体10の第2面10bに接合され、ガス孔11に連通する貫通孔21が形成された支持体20と、貫通孔21の内部に配設された多孔質部材30であって、少なくとも1つの緻密層31を含み、少なくとも1つの緻密層31は多孔質部材30の他の部分32よりも緻密である多孔質部材30と、を備える。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項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、を備える試料保持具。
続きを表示(約 430 文字)【請求項2】
前記少なくとも1つの緻密層は、互いに形状が異なる複数の緻密層であり、
前記複数の緻密層は、予め定められた積層方向に互いに間隔を空けて設けられている、請求項1に記載の試料保持具。
【請求項3】
前記積層方向は、前記厚さ方向に対して傾斜している、請求項2に記載の試料保持具。
【請求項4】
前記他の部分は、前記少なくとも1つの緻密層によって複数の領域に分画されており、前記複数の領域は、気孔率が互いに異なっている、請求項1〜3のいずれかに記載の試料保持具。
【請求項5】
前記少なくとも1つの緻密層は、第1セラミック材料からなり、前記他の部分は、前記第1セラミック材料と主成分が同じである第2セラミック材料からなる、請求項1〜4のいずれかに記載の試料保持具。
【請求項6】
前記少なくとも1つの緻密層は、波板状の形状を有する、請求項1〜5のいずれかに記載の試料保持具。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
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。
続きを表示(約 6,400 文字)【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017−218352号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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。
【発明の効果】
【0006】
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。
【図面の簡単な説明】
【0007】
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。
【発明を実施するための形態】
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
(【0031】以降は省略されています)

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