(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023156593
(43)【公開日】2023-10-25
(54)【発明の名称】保持装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/683 20060101AFI20231018BHJP
H02N 13/00 20060101ALI20231018BHJP
【FI】
H01L21/68 R
H02N13/00 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022066053
(22)【出願日】2022-04-13
(71)【出願人】
【識別番号】000004547
【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001036
【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】室川 勝彦
(72)【発明者】
【氏名】杉山 慶吾
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 翔太
(72)【発明者】
【氏名】牧野 礼佳
【テーマコード(参考)】
5F131
【Fターム(参考)】
5F131AA02
5F131AA03
5F131BA03
5F131BA04
5F131BA19
5F131CA68
5F131EB11
5F131EB81
5F131EB82
(57)【要約】
【課題】低温下での半導体製造に適用可能な保持装置を提供する。
【解決手段】保持装置は、対象物を保持する第1表面10Aと、第1表面10Aの反対側に位置する第2表面10Bと、を有する板状部材10と、板状部材10の内部または第2表面10Bに形成された電極部材と、電極部材に電気的に接続された複数の端子部14Aと、複数の端子部14Aの間に配置される接着部材15と、を備え、接着部材15は、ショアA硬度で2以上、10以下の硬さを有するシリコーン樹脂SRである。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物を保持する第1表面と、前記第1表面の反対側に位置する第2表面と、を有する板状部材と、
前記板状部材の内部または前記第2表面に形成された電極部材と、
前記電極部材に電気的に接続された複数の端子部と、
複数の前記端子部の間に配置される接着部材と、を備え、
前記接着部材は、ショアA硬度で2以上、10以下の硬さを有するシリコーン樹脂である、保持装置。
【請求項2】
前記シリコーン樹脂のガラス転移温度は、-140°C以上、-100°C以下である、請求項1に記載の保持装置。
【請求項3】
前記シリコーン樹脂はフィラーを含有し、
前記フィラーの含有量は、10重量%以下である、請求項1または請求項2に記載の保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、保持装置に関する。
【背景技術】
【0002】
保持装置の一例として、下記特許文献1に記載の試料保持具が知られている。この試料保持具は、上面に試料保持面を有する基体と、基体の内部または下面に設けられた発熱抵抗体と、第1接着層を介して取り付けられた金属部材と、を備える。金属部材と第1接着層は、これらを積層方向に貫通する貫通孔を有する。貫通孔の内部には、発熱抵抗体に接続されるリード端子が挿入されている。リード端子は、第2接着層によって基体の下面に固定されている。第2接着層として、例えば、エポキシ接着剤を用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、-60℃程度の低温下で、半導体の製造工程の内の一部の工程が行われることがある。このような低温下において上記の試料保持具を使用すると、基体を構成するセラミックスと第2接着層の一例であるエポキシ接着剤とは熱膨張率が大きく異なるため、冷却サイクルによって第2接着層にクラックが生じる場合がある。また、発熱抵抗体と複数のリード端子をそれぞれロウ付け等で接合し、リード端子間をエポキシ樹脂で充填することでリード端子間の絶縁を確保する形態の場合において、基体を構成するセラミックスとエポキシ樹脂とは熱膨張率が大きく異なるため、冷却サイクルによってエポキシ樹脂にクラックが生じる場合がありうる。その場合、端子間に十分な絶縁性を確保できない場合がありうる。
【0005】
本開示は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、低温下での半導体製造に適用可能な保持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の保持装置は、対象物を保持する第1表面と、前記第1表面の反対側に位置する第2表面と、を有する板状部材と、前記板状部材の内部または前記第2表面に形成された電極部材と、前記電極部材に電気的に接続された複数の端子部と、複数の前記端子部の間に配置される接着部材と、を備え、前記接着部材は、ショアA硬度で2以上、10以下の硬さを有するシリコーン樹脂である、保持装置である。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、低温下での半導体製造に適用可能な保持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】
図1は、実施形態にかかる静電チャックの外観構成を模式的に示す斜視図である。
【
図2】
図2は、実施形態にかかる静電チャックの一部の断面構成を模式的に示す断面図である。
【
図3】
図3は、実施形態にかかる凹部周辺を拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態を列挙して説明する。
(1)本開示の保持装置は、対象物を保持する第1表面と、前記第1表面の反対側に位置する第2表面と、を有する板状部材と、前記板状部材の内部または前記第2表面に形成された電極部材と、前記電極部材に電気的に接続された複数の端子部と、複数の前記端子部の間に配置される接着部材と、を備え、前記接着部材は、ショアA硬度で2以上、10以下の硬さを有するシリコーン樹脂である、保持装置である。
【0010】
接着部材は、ショアA硬度で2以上、10以下の硬さを有するシリコーン樹脂であるから、適度な柔軟性を得ることができる。このため、接着部材は、板状部材の熱膨張または熱収縮に追従して変形することができる。よって、接着部材にクラックが入ることを抑制することができる。したがって、低温下でも端子部間の絶縁性を維持しやすい。
【0011】
(2)前記シリコーン樹脂のガラス転移温度は、-140°C以上、-100°C以下であることが好ましい。
【0012】
上記の構成によれば、ガラス転移温度よりも高温側の低温下において保持装置を使用することができる。
【0013】
(3)前記シリコーン樹脂はフィラーを含有し、前記フィラーの含有量は、10重量%以下であることが好ましい。
【0014】
フィラーの含有量は10重量%以下であるから、シリコーン樹脂が過度に硬くなることを抑制することができる。
【0015】
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の保持装置の具体例を、以下の図面を参照しつつ説明する。なお、本開示は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明においては、複数の同一部材については、一部の部材にのみ符号を付し、他の部材の符号を省略する場合がある。
【0016】
<静電チャック>
本開示の保持装置は、半導体ウェハ、ガラス基板等の対象物(以下「ウェハW」という)を吸着保持できる静電チャック100である。静電チャック100は、例えば、図示しない半導体製造装置の処理チャンバに取り付けられ、プラズマを用いてウェハWに対する各処理(成膜、エッチング等)を行うために用いられる。
【0017】
静電チャック100は、
図1に示すように、板状部材10と、金属部材20と、を備える。板状部材10と金属部材20とは、接合部30によって接合されている。接合部30は、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の接着剤によって構成されている。静電チャック100は、ウェハWを静電引力により吸着保持できるようになっている。
【0018】
<金属部材>
金属部材20は、円盤状の部材であり、例えば、340mm程度の直径と35mm程度の厚みをもった形状に成形することができる。
図2に示すように、金属部材20は、板状部材10側に配される第3表面20Aと、第3表面20Aと反対側に配される第4表面20Bと、を有する。第3表面20Aは金属部材20の上側に配され、第4表面20Bは金属部材20の下側に配されている。金属部材20は、アルミニウム、アルミニウム合金等を主成分として構成されている。金属部材20の第3表面20Aは、接合部30により後述する板状部材10の第2表面10Bに接合されている。
【0019】
金属部材20の内部には、冷媒流路21が設けられている。冷媒流路21は図示しない冷媒循環装置に接続されている。冷媒循環装置は、フッ素系不活性液体、水等の冷媒を冷媒流路21に循環可能に構成されている。冷媒流路21に冷媒が流されると、金属部材20が冷却され、接合部30を介した金属部材20と板状部材10との間の伝熱(熱引き)により、板状部材10が冷却され、後述する板状部材10の第1表面10Aで保持されたウェハWが冷却される。これにより、ウェハWの温度を制御できる。
【0020】
金属部材20には、後述する端子14や端子14に接続されるコネクタ17等を受け入れる端子孔22が設けられている。端子孔22は金属部材20を上下方向に貫通して形成されている。
【0021】
<板状部材>
板状部材10は、全体として円盤状をなし、例えば、300mm程度の直径と5mm程度の厚みをもった形状に成形することができる。板状部材10は、ウェハWを保持する第1表面10A(
図1参照)と、第1表面10Aと反対側に配される第2表面10B(
図2参照)と、を有する。
図2に示すように、第1表面10Aは板状部材10の上側に配され、第2表面10Bは板状部材10の下側に配されている。板状部材10は、セラミックスからなる絶縁体11と、絶縁体11の内部に設けられるチャック電極12と、絶縁体11の内部または第2表面10Bに設けられるヒータ電極13(電極部材の一例)と、ヒータ電極13に電気的に接続された端子14と、ヒータ電極13と端子14との接続部分を覆う接着部材15と、を有する。
【0022】
<絶縁体>
絶縁体11は、アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、またはアルミナと炭化珪素の複合材などを主成分として構成されている。絶縁体11には、第2表面10Bから凹む凹部16が形成されている。
図3に示すように、凹部16は、底面16Aと、底面16Aと第2表面10Bとを接続する周壁面16Bと、を備える。凹部16内には複数の端子14が配置されるようになっている。
【0023】
チャック電極12及びヒータ電極13は、タングステン、モリブデン、またはこれらの合金、またはこれらの炭化物を主成分として構成されている。チャック電極12及びヒータ電極13としては、導体ペーストを印刷した導体層が焼結したメタライズ、金属箔、金属メッシュなどを使用してもよい。
図2に示すように、チャック電極12は、絶縁体11内部の第1表面10A側に配置されており、ヒータ電極13はチャック電極12よりも第2表面10B側に配置されている。
【0024】
チャック電極12には、図示しない周知の給電用端子が電気的に接続されている。給電用端子を介して電源(不図示)からチャック電極12に直流高電圧が印加されると、静電引力が発生する。この静電引力によってウェハWが、板状部材10の第1表面10Aに吸着固定されるようになっている。
【0025】
<ヒータ電極>
ヒータ電極13は、絶縁体11内部の第1表面10A側に配されている。ヒータ電極13は図示しない電源と電気的に接続されている。ヒータ電極13に電流が流れることで、板状部材10が加熱されるようになっている。複数のヒータ電極13は、絶縁体11内において、第1表面10Aと略平行な仮想的な平面上に配置されている。板状部材10を第1表面10Aと直交する方向(上下方向)から見た場合に、ヒータ電極13は同心状に複数の加熱領域を形成するように配置されている。ヒータ電極13は、中間導体13Aを介して、絶縁体11の第2表面10B側の端部に配される端子接続部13Bに電気的に接続されている。中間導体13Aは、上下方向に延びるビア導体と、水平方向に広がり、ビア導体同士を繋ぐドライバー層と、を含んでいる。
【0026】
<端子部>
図3に示すように、端子接続部13Bは、凹部16の底面16Aに複数形成されている。端子接続部13Bは端子14と電気的に接続されている。本実施形態では、端子14と端子接続部13Bとの接続はロウ付けによってなされている。端子14と端子接続部13Bとは、端子部14Aを構成している。端子14の先端部(
図3の図示上端部)は、凹部16の外側に突出している。
図2に示すように、静電チャック100においては、端子14の先端部は金属部材20の端子孔22に進入している。端子14はコネクタ17及び配線18等を介して図示しない電源と接続されるようになっている。
【0027】
<接着部材>
図3に示すように、端子14と端子接続部13Bとの接続部分は、接着部材15によって覆われている。接着部材15は、凹部16内の底面16A側に配され、各端子14を隔てている。接着部材15により、端子14と端子接続部13Bとの接続部分を保護することができる。特に、静電チャック100が大きな温度変化を受けたときに、端子14と絶縁体11との線膨張係数の差によって、端子14と端子接続部13Bとの接続部分が破損することを抑制することができる。また、端子14を凹部16内に固定し、端子14同士の接触を防止することができる。接着部材15は、硬化性のシリコーン樹脂SRから構成されている。端子14を端子接続部13Bに接続した後、硬化前のシリコーン樹脂SRを凹部16内に塗布し、硬化させることで接着部材15が形成されている。
【0028】
従来、このような接着部材としてエポキシ樹脂が用いられる場合があった。しかし、本実施形態とは異なり、エポキシ樹脂を接着部材として用いた場合には、従来よりも低温(例えば-60°C)まで静電チャックを冷却すると、エポキシ樹脂自体が割れたり、端子と端子接続部との接続部分(ロウ付け部分)が破損したりする場合がある。これは、エポキシ樹脂が硬いこと(例えばショアD硬度で80程度)や、エポキシ樹脂、端子、及び絶縁体が大きく異なる線膨張係数を有すること等に起因する。
【0029】
一方、本実施形態の接着部材15に用いられるシリコーン樹脂SRの硬化後の硬さは、ショアA硬度で2以上、10以下とされている。なお、シリコーン樹脂SRの硬化後の硬さは、公知のゴム硬度測定機(JIS K 6253に規定されるタイプAデュロメータ)を使用して測定を行っている。すなわち、エポキシ樹脂に比べて、本実施形態の接着部材15は柔軟である。このため、静電チャック100を備えた半導体製造装置において、従来よりも低温まで冷却サイクルを行った場合でも、接着部材15は柔軟であるから、絶縁体11や端子14の熱膨張または熱収縮に追従するように変形可能である。したがって、静電チャック100において端子14を凹部16内の正規位置に保持するとともに、端子14と端子接続部13Bとの電気的接続を維持することができる。
【0030】
接着部材15に用いられるシリコーン樹脂SRのガラス転移温度は、-140°C以上、-100°C以下であることが好ましい。ガラス転移温度以下においては、シリコーン樹脂SRの硬度や線膨張係数、ヤング率等の数値が変化することが知られている。よって、硬度(柔軟性)等が安定している、ガラス転移温度よりも高温側において、半導体製造装置の冷却サイクルを行うことが好ましい。本開示では、特に低温下(例えば-60°Cや-80°C)での半導体製造装置及び静電チャック100の使用について課題にしているから、上記のようなガラス転移温度が好適とされる。
【0031】
シリコーン樹脂SRのガラス転移温度を-100°C以下に制御するには、例えば、特開2020-23088号公報に開示されているように、シリコーン樹脂SRを構成するポリオルガノシロキサンにフェニル基を所定量導入する手法が知られている。
【0032】
接着部材15に用いられるシリコーン樹脂SRは、アルミナや窒化アルミニウム等のフィラーを含有してもよい。フィラーを添加することにより、シリコーン樹脂SRの粘度や、接着部材15の硬度、熱伝導率、色等を調整することができる。ただし、フィラーの含有量が大きくなると、粘度や硬度が大きくなるため、シリコーン樹脂SRにおけるフィラーの含有量は10重量%以下とすることが好ましい。
【0033】
本開示のシリコーン樹脂SRの一例としては、特開2020-23088号公報の
図3に開示されているポリオルガノシロキサンA3を用いたシリコーン接着剤が挙げられる。ただし、特開2020-23088号公報に記載のシリコーン接着剤では、充填材(フィラー)であるアルミナ粒子の添加量が多いため、硬度が高くなっていることに留意する。例えば、特開2020-23088号公報の
図3のサンプルS3とされるシリコーン接着剤において、アルミナ粒子を添加しない場合には、シリコーン接着剤の硬度を本開示の硬度の範囲内(ショアA硬度で2以上、10以下)とすることができる。
【0034】
シリコーン樹脂SRの凹部16への充填量については、冷却サイクルに伴って端子14や端子接続部13Bにかかる応力から適宜決定すればよい。シリコーン樹脂SRの充填量は、凹部16の体積や周壁面16Bの高さ等を基準として決定することができる。例えば、シリコーン樹脂SRの充填量は、凹部16の体積に対して40%以下としてもよい。また、接着部材15の厚み(上下方向の寸法)は、周壁面16Bの高さの30%以下としてもよい。ここで、接着部材15の厚みとは、表面張力によって周壁面16B付近に形成される分厚い部分(フィレー)の厚みではなく、周壁面16から離れた平坦部の厚みによって規定されている。このようにシリコーン樹脂SRの充填量を調整することによって、温度変化に伴う接着部材15の体積変化によって端子14及び絶縁体11へと加えられる応力が過大になることを抑制することができる。したがって、端子14と端子接続部13Bとの電気的接続を維持しやすい。
【0035】
<実施形態の効果>
以上のように、本実施形態の保持装置(静電チャック100)は、対象物(ウェハW)を保持する第1表面10Aと、第1表面10Aの反対側に位置する第2表面10Bと、を有する板状部材10と、板状部材10の内部または第2表面10Bに形成された電極部材(ヒータ電極13)と、電極部材に電気的に接続された複数の端子部14Aと、複数の端子部14Aの間に配置される接着部材15と、を備え、接着部材15は、ショアA硬度で2以上、10以下の硬さを有するシリコーン樹脂SRである、保持装置である。
【0036】
接着部材15は、ショアA硬度で2以上、10以下の硬さを有するシリコーン樹脂SRであるから、適度な柔軟性を得ることができる。このため、接着部材15は、板状部材10の熱膨張または熱収縮に追従して変形することができる。よって、接着部材15にクラックが入ることを抑制することができる。したがって、低温下でも端子部14A間の絶縁性を維持しやすい。
【0037】
本実施形態の保持装置において、シリコーン樹脂SRのガラス転移温度は、-140°C以上、-100°C以下であることが好ましい。
【0038】
上記の構成によれば、ガラス転移温度よりも高温側の低温下において保持装置を使用することができる。
【0039】
本実施形態の保持装置において、シリコーン樹脂SRはフィラーを含有し、フィラーの含有量は、10重量%以下であることが好ましい。
【0040】
フィラーの含有量は10重量%以下であるから、シリコーン樹脂SRが過度に硬くなることを抑制することができる。
【0041】
<他の実施形態>
(1)実施形態では、端子14と端子接続部13Bとはロウ付けによって電気的に接続されていたが、端子と端子接続部とは他の手法により電気的に接続されていてもよい。
【0042】
(2)実施形態では、電極部材の一例であるヒータ電極13は絶縁体11の内部に設けられ、端子接続部13は凹部16の底面16Aに配されていたが、端子接続部は第2表面上に配されてもよい。
【符号の説明】
【0043】
10…板状部材 10A…第1表面 10B…第2表面 11…絶縁体 12…チャック電極 13…ヒータ電極(電極部材) 13A…中間導体 13B…端子接続部 14…端子 14A…端子部 15…接着部材 16…凹部 16A…底面 16B…周壁面 17…コネクタ 18…配線
20…金属部材 20A…第3表面 20B…第4表面 21…冷媒流路 22…端子孔
30…接合部
100…静電チャック(保持装置)
SR…シリコーン樹脂
W…ウェハ(対象物)