特許 7157822 試料保持具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-12

(45)【発行日】2022-10-20

(54)【発明の名称】試料保持具

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20221013BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020557832

(86)(22)【出願日】2019-11-28

(86)【国際出願番号】 JP2019046640

(87)【国際公開番号】W WO2020111194

(87)【国際公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-05-20

(31)【優先権主張番号】P 2018225129

(32)【優先日】2018-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075557

【弁理士】

【氏名又は名称】西教 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】竹森 啓真

【審査官】馬場 慎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０２８４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３１３７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１３２９０９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方の主面が試料保持面であって、該一方の主面から他方の主面まで繋がる流路を有する板状の基体と、
一方の主面が前記基体の前記他方の主面に接合されて、該一方の主面に開口する孔部を有する支持体と、
該孔部に位置し、前記流路に連続する貫通孔を有する筒状部材と、
該筒状部材の外周面と前記孔部の内周面との間に位置する環状部材と、を備えており、
該環状部材は、前記筒状部材を囲み、該筒状部材を前記支持体に固定しており、
前記孔部の前記内周面は、前記支持体の前記一方の主面に開口する部位から前記環状部材に接する部位まで、樹脂部材で覆われていることを特徴とする試料保持具。

【請求項2】

前記環状部材は、前記筒状部材および前記支持体よりも弾性率が小さいことを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。

【請求項3】

前記筒状部材は、前記外周面に凹部を有し、
前記環状部材は、前記凹部に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の試料保持具。

【請求項4】

前記孔部の前記内周面と前記筒状部材の前記外周面との間には隙間があることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかに記載の試料保持具。

【請求項5】

前記孔部の前記内周面は、全体が前記樹脂部材で覆われていることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の試料保持具。

【請求項6】

前記基体と前記支持体とは、前記樹脂部材と同じ材料からなる接合材によって接合されていることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれかに記載の試料保持具。

【請求項7】

前記筒状部材および前記環状部材は、前記樹脂部材によって固定されており、
該樹脂部材は、前記筒状部材および前記環状部材よりも弾性率が小さいことを特徴とする請求項１～請求項６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ものである。

【背景技術】

【0002】

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、絶縁体と金属ベースとを備え、絶縁体と金属ベースとを貫く貫通孔が設けられており、貫通孔には、絶縁体と金属ベースとの境目部分を覆う絶縁スリーブが配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－３１６６５号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示の試料保持具は、一方の主面が試料保持面であって、該一方の主面から他方の主面まで繋がる流路を有する板状の基体と、一方の主面が前記基体の前記他方の主面に接合されて、該一方の主面に開口する孔部を有する支持体と、該孔部に位置し、前記流路に連続する貫通孔を有する筒状部材と、該筒状部材の外周面と前記孔部の内周面との間に位置する環状部材と、を備えており、該環状部材は、前記筒状部材を囲み、該筒状部材を前記支持体に固定しており、前記孔部の前記内周面は、前記支持体の前記一方の主面に開口する部位から前記環状部材に接する部位まで、樹脂部材で覆われている。

【図面の簡単な説明】

【0005】

本発明の目的、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。

【図1】試料保持具の断面図である。

【図2】試料保持具の領域Ａを拡大した部分拡大断面図である。

【図3】試料保持具の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。

【図4】試料保持具の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

以下、試料保持具１００について、図面を参照して説明する。図１は、本開示の試料保持具の一実施形態を示す断面図である。試料保持具１００は、絶縁基体１と、支持体２と、接合材３と、環状部材４と、多孔質部材５と、スリーブ１０と、を備える。

【0007】

絶縁基体１は、第１面（一方の主面）１ａおよび該第１面１ａと反対側の第２面（他方の主面）１ｂを有するセラミック体であり、第１面１ａが、試料を保持する試料保持面である。絶縁基体１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。

【0008】

絶縁基体１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。絶縁基体１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。

【0009】

絶縁基体１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る。そのため、試料保持具１００は絶縁基体１の内部に吸着電極６を備えている。吸着電極６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、絶縁基体１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６全体の外形が円形状となっている。この吸着電極６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６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。

【0010】

試料保持具１００は、例えば、試料保持面である絶縁基体１の第１面１ａ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。

【0011】

支持体２は、金属製であり、絶縁基体１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２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２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２は、絶縁基体１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。

【0012】

支持体２と絶縁基体１とは、接合材３を介して接合されている。具体的には、支持体２の第１面２ａと絶縁基体１の第２面１ｂとが、接合材３によって接合されている。接合材３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。

【0013】

図２，３に示すように、支持体２には、第１面（一方の主面）２ａから該第１面２ａと反対側の第２面（他方の主面）２ｂまで貫通する孔部７が設けられている。また、絶縁基体１には、第１面１ａから第２面１ｂまで貫通する貫通孔９が設けられている。孔部７と貫通孔９とは連通しており、絶縁基体１の第１面１ａから、接合材３を通って、支持体２の第２面２ｂまで連続した孔となっている。孔部７および貫通孔９は、例えば、ヘリウム等のガスを、支持体２の第２面２ｂ側から試料保持面である絶縁基体１の第１面１ａ側に流入させるためのガス流入孔として設けられている。

【0014】

貫通孔９は、絶縁基体１の少なくとも一部において支持体２の孔部７の孔径よりも孔径が小さくなっている。本例の試料保持具１００においては、孔部７は、支持体２の第２面２ｂから第１面２ａにかけて孔径が一定の円柱状である。また、貫通孔９は、絶縁基体１中においては、絶縁基体１の第２面１ｂから第１面１ａにかけて孔径が一定の円柱状である。なお、本実施形態では、絶縁基体１の第２面１ｂにおいて、支持体２の孔部７との連通のために、孔部７と同径の円柱状であって、第１面１ａ側に凹んだ凹所８を設けている。

【0015】

試料保持具１００は、孔部７に位置するスリーブ１０を備える。スリーブ１０は、孔部７の中心軸線に沿って延びる円筒状を有しており、絶縁性材料からなる筒状部材である。スリーブ１０は、孔部７の内部空間において、金属材料が露出する内周面を覆っている。スリーブ１０を孔部７内に設けることで、スリーブ１０の内部空間と貫通孔９とが連通することになり、上記のガス流入孔を構成している。

【0016】

スリーブ１０を構成する絶縁性材料としては、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。

【0017】

多孔質部材５は、試料保持面である第１面１ａより上方においてプラズマを発生させたときに、プラズマが貫通孔９を通って支持体２側にまで入り込まないようにするために設けられている。多孔質部材５としては、例えば、アルミナ等のセラミック多孔質材料を用いることができる。多孔質部材５は、孔部７の内部に位置している。多孔質部材５は、上面から下面に気体を流すことが可能な程度の気孔率を有している。そのため、孔部７の内部に多孔質部材５を位置させることによって、貫通孔９に気体を流しつつも、プラズマが支持体２側に到達してしまうおそれを低減する。多孔質部材５の気孔率としては、例えば、４０～６０％に設定できる。

【0018】

また、スリーブ１０は下端の内径よりも、上端の内径が大きくてもよい。これにより、スリーブ１０の上端側に、多孔質部材５をスリーブ１０で囲むように位置させることができる。プラズマが多孔質部材５まで到達しても、スリーブ１０によって支持体２との短絡を防ぐことができる。

【0019】

試験や処理のために保持した試料を加熱する場合があるが、従来の静電チャックでは、絶縁スリーブと金属ベースとでは熱膨張率が異なるので、絶縁スリーブと金属支持体との間に発生する熱応力によって絶縁スリーブの破損などが生じていた。

【0020】

本実施形態では、スリーブ１０の外周面１０ａと孔部７の内周面７ａとの間に位置する環状部材４を設けている。環状部材４は、スリーブ１０を囲み、スリーブ１０を支持体２に固定している。この環状部材４は、環の中心軸線が、貫通孔９およびスリーブ１０の中心軸線と平行または一致するようにスリーブ１０に外嵌されている。スリーブ１０に外嵌された状態の環状部材４は、その外径が、孔部７の内径よりもわずかに大きくなっている。孔部７内に嵌入された状態で、環状部材４によって孔部７の内周面７ａにスリーブ１０が固定される。スリーブ１０の外周面１０ａと孔部７の内周面７ａとの間には隙間があり、外周面１０ａと内周面７ａとが非接触に保たれる。これにより、試験時や試料の処理時に支持体２が加熱された場合でも、環状部材４によって、スリーブ１０の外周面１０ａと孔部７の内周面７ａとの間に発生する熱応力を低減することができる。

【0021】

環状部材４を構成する絶縁材料としては、弾性率がスリーブ１０および支持体２よりも弾性率が小さく、プラズマに耐性を有するものであれば使用することができ、例えば、フッ素性樹脂である。環状部材４の形状は、環状であって、例えば、中心軸線に平行な切断面における断面形状が円形状である。なお、断面形状は、円形に限定されず、矩形状や多角形状であってもよい。

【0022】

環状部材４は、上記の熱応力低減効果に加えて、プラズマ発生用ガスがスリーブ１０の外周面１０ａと孔部７の内周面７ａとの間に漏れ出してしまったときのシール効果も有している。上記のように、支持体２が金属製で、スリーブ１０がセラミックス製であると、外周面１０ａと内周面７ａとの間には微小な隙間ができやすくガスの漏れが生じる場合がある。環状部材４を設けることで、外周面１０ａと内周面７ａとの間をシールすることができる。

【0023】

スリーブ１０は、外周面１０ａに凹部１１を有しており、環状部材４は、この凹部１１に位置している。スリーブ１０に外嵌された環状部材４は、外周面１０ａ上で軸線方向に位置ずれする場合がある。スリーブ１０に凹部１１を設けることによって、凹部１１の位置に環状部材４が固定されて位置ずれが防止される。

【0024】

孔部７は、支持体２の全面にわたって設けられており、プラズマ発生用ガスを、絶縁基体１の第１面１ａに均一に供給することができる。環状部材４は、シール機能を有しており、漏れ出そうとするガスを留めておくことができる。環状部材４の位置がそれぞれの孔部７においてずれていた場合に、漏れ出すガスの量がばらついて、第１面１ａに供給されるガスの量が孔部７ごとにばらついてしまう。スリーブ１０に凹部１１を設けておき、複数のスリーブ１０において、いずれも凹部１１の位置を同じとする。これにより、環状部材４の位置を揃え、各孔部７から第１面１ａに供給されるガスの量を均一にすることができる。

【0025】

図３，４は、試料保持具の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。以下の各実施形態では、スリーブ１０の外周面１０ａと孔部７の内周面７ａとの間に樹脂部材１２が設けられている。樹脂部材１２以外の構成については、図１，２で示した上記実施形態の試料保持具１００と同じであるので、説明は省略する。

【0026】

図３に示す実施形態では、孔部７の内周面７ａが、絶縁基体１に開口する部位から環状部材４に接する部位まで、樹脂部材１２で覆われている。プラズマ発生用ガスは、スリーブ１０の外周面１０ａと孔部７の内周面７ａとの間に漏れ出す場合、多孔質部材５付近から漏れだす可能性が高い。このようなガスの漏れによって、発生したプラズマによって孔部７の内周面７ａと短絡してしまう。孔部７の内周面７ａのうち上部側を樹脂部材１２で覆うことで短絡を低減することができる。

【0027】

スリーブ１０の外周面１０ａと孔部７の内周面７ａとの間が埋まっていたとしても、樹脂部材１２は、スリーブ１０および支持体２よりも弾性率が小さいので、熱応力の低減効果が妨げられることはない。

【0028】

図４に示す実施形態では、孔部７の内周面７ａ全体が樹脂部材１２で覆われている。プラズマ発生用ガスの漏れは、必ずしも上部側で生じるとは限らないので、孔部７の内周面７ａの全体を樹脂部材１２で覆うことで、短絡を低減することができる。上記と同様に、スリーブ１０の外周面１０ａと孔部７の内周面７ａとの間が埋まっていたとしても、樹脂部材１２は、スリーブ１０および支持体２よりも弾性率が小さいので、熱応力の低減効果が妨げられることはない。

【0029】

樹脂部材１２は、スリーブ１０と支持体２とを接合することが可能な樹脂材料であれば使用することができる。また、樹脂部材１２の樹脂材料を、支持体２と絶縁基体１とを接合する接合材３と同じ樹脂材料とすることもできる。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。同じ樹脂材料とすることで、樹脂部材１２と接合材３との界面での剥がれなどの発生を抑制することができる。

【0030】

スリーブ１０の外周面１０ａと孔部７の内周面７ａとの間に樹脂部材１２が設けられることで、スリーブ１０と環状部材４とは、樹脂部材１２によって固定されることになる。樹脂部材１２は、上記のようにたとえば、シリコーン樹脂などであり、環状部材４は、フッ素性樹脂であり、樹脂部材１２が環状部材４よりも弾性率が小さい。これにより、環状部材４による熱応力の緩和効果を妨げることがない。

【0031】

本開示は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

【符号の説明】

【0032】

１ 絶縁基体
１ａ 第１面
１ｂ 第２面
２ 支持体
２ａ 第１面
２ｂ 第２面
３ 接合材
４ 環状部材
５ 多孔質部材
６ 吸着電極
７ 孔部
７ａ 内周面
８ 凹所
９ 貫通孔
１０ スリーブ
１０ａ 外周面
１１ 凹部
１２ 樹脂部材
１００ 試料保持具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】