JP2016225355A

JP2016225355A - 試料保持具およびこれを用いたプラズマエッチング装置

Info

Publication number: JP2016225355A
Application number: JP2015107522A
Authority: JP
Inventors: 宏平鬼石; Kohei Oniishi
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: JP6563690B2

Abstract

【課題】電極における発熱を低減する。【解決手段】試料保持具１０は、一方の主面に試料保持面１１を有するセラミック体１と、該セラミック体１の他方の主面に設けられた発熱抵抗体３と、前記他方の主面に設けられて前記発熱抵抗体３に接続された電極４とを備えており、該電極４は、一部が前記他方の主面から前記セラミック体１の内部に入り込んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体集積回路の製造工程等において半導体ウエハ等を保持するための試料保持具およびこれを用いたプラズマエッチング装置に関するものである。

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、半導体ウエハ等の各試料を保持するための部品として試料保持具が知られている。試料保持具としては、例えば、特許文献１に記載された静電チャックが挙げられる。特許文献１に記載された静電チャックはセラミック基板とセラミック基板の底面に設けられた抵抗発熱体とを備えている。近年、静電チャックは試料保持面における均熱性の更なる向上が求められている。

特開２００１−３５１９７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された静電チャックにおいては、主面の均熱性をさらに向上させることが困難であった。具体的には、主面の均熱性を向上させるためには、抵抗発熱体の配線幅を細くするとともに、抵抗発熱体の配線密度が高くなるようにしつつ、抵抗発熱体を広範囲に引き回すことが求められる。抵抗発熱体と外部の電源とを接続するための電極もセラミック基板の底面に設けられるため、上述した通り抵抗発熱体の配線密度が高くなるようにしつつ抵抗発熱体を広範囲に引き回そうとすると、電極を従来よりも小さくする必要があった。このような場合には、電流を電極に流したときに電極自体が発熱してしまうおそれがあり、その結果、均熱性をさらに向上させることが困難になってしまうという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極自体の発熱を低減することができる試料保持具およびこれを用いたプラズマエッチング装置を提供することにある。

本発明の一態様の試料保持具は、一方の主面に試料保持面を有するセラミック体と、該セラミック体の他方の主面に設けられた発熱抵抗体と、前記他方の主面に設けられて前記発熱抵抗体に接続された電極とを備えており、該電極は、一部が前記他方の主面から前記セラミック体の内部に入り込んでいることを特徴とする。

本発明の一態様のプラズマエッチング装置は、真空チャンバと、該真空チャンバ内に配置された高周波印加用電極を有するベースプレートと、該ベースプレートに搭載された上記の試料保持具とを含むことを特徴とする。

本発明の一態様の試料保持具によれば、電極の一部がセラミック体の内部に入り込んでいる。これにより、電極自体の発熱を低減することができる。

本発明の一態様のプラズマエッチング装置によれば、上記の試料保持具を含むことによって、試料保持面の均熱性を向上させることができる。

本発明の一実施形態の試料保持具およびこれを用いたプラズマエッチング装置を示す断面図である。図１に示した試料保持具の変形例を示す断面図である。図１に示した試料保持具の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る試料保持具１０およびこれを用いたプラズマエッチング装置１００について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態の試料保持具１０を示す断面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態の試料保持具１０は、一方の主面に試料保持面１１を有するセラミック体１と、セラミック体１の他方の主面に設けられた発熱抵抗体３と、他方の主面に設けられて発熱抵抗体３に接続された電極４とを備えている。試料保持具１０は、さらに、セラミック体１に埋設された静電吸着用電極２と、外部端子接続用ピン５とを備えている。

セラミック体１は、一方の主面（上面）に試料保持面１１を有する板状の部材である。セラミック体１は、上面の試料保持面１１で、例えばシリコンウエハ等の試料を保持する。セラミック体１は、平面視したときの形状が円形状の部材である。セラミック体１は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料からなる。セラミック体１の寸法は、例えば、径を２００〜５００ｍｍ、厚みを２〜１５ｍｍに設定できる。試料保持面１１に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が、本実施形態の試料保持具１０は静電気力によって試料を保持する。そのため、試料保持具１０は、セラミック体１の内部に静電吸着用電極２を備えている。

静電吸着用電極２は、２つの電極（図１には一方の電極しか図示していない。）から構成される。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に形成され、半円の弦同士が隙間をあけて対向するように、セラミック体１の内部に配置される。これら２つの電極の弧によって静電吸着用電極２の全体の外形が円形状となっている。静電吸着用電極２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１の外形の中心と同一に設定される。静電吸着用電極２は、例えばタングステンまたはモリブデン等の金属材料からなる。

セラミック体１は下面に開口する穴部１２を有している。穴部１２の底面において、静電吸着用電極２の一部が露出している。穴部１２は、外部端子接続用ピン５を挿入するために設けられている。穴部１２の形状は、例えば円柱状である。穴部１２の寸法は、挿入される外部端子接続用ピン５の寸法に対応して定められる。具体的には、外部端子接続用ピン５の外周面と穴部１２の内周面との間に外部端子接続用ピン５を容易に挿入できる程度の隙間を形成するように、穴部１２の寸法は設定される。外部端子接続用ピン５が外径１．５ｍｍの円柱状の場合には、穴部１２の径は２〜１０ｍｍに設定することができる。

外部端子接続用ピン５は、外部電源（図示せず）と静電吸着用電極２とを電気的に接続するための部材である。また、外部端子接続用ピン５は、外部電源と発熱抵抗体３に接続される電極４とを電気的に接続するためにも用いられる。外部端子接続用ピン５は、例えば円柱状の部材であって、穴部１２に挿入されて用いられる。外部端子接続用ピン５は、穴部１２の内部において、先端が静電吸着用電極２に押し当てられることによって、電気的に接続されている。外部端子接続用ピン５の先端は、尖った形状になっている。これにより、静電吸着用電極２の表面に外部端子接続用ピン５を接触させやすくなっている。そのため、静電吸着用電極２と外部端子接続用ピン５との間の接続抵抗が大きくなってしま
う可能性を低減できる。

発熱抵抗体３は、セラミック体１の上面の試料保持面１１に保持した試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体３は、セラミック体１の他方の主面（下面）に設けられている。発熱抵抗体３に電圧を印加することによって、発熱抵抗体３を発熱させることができる。発熱抵抗体３で発せられた熱は、セラミック体１の内部を伝わって、セラミック体１の上面における試料保持面１１に到達する。これにより、試料保持面１１に保持された試料を加熱することができる。発熱抵抗体３は、例えば複数の湾曲部を有する線状のパターンであって、セラミック体１の下面のほぼ全面に形成されている。これにより、試料保持具１０の上面において熱分布にばらつきが生じることを抑制できる。

発熱抵抗体３は、導体成分およびガラス成分を含んでいる。導体成分としては、例えば銀パラジウム、白金、アルミニウムまたは金等の金属材料を含んでいる。また、ガラス成分としては、ケイ素、アルミニウム、ビスマス、カルシウム、ホウ素および亜鉛等の材料の酸化物を含んでいるガラスを用いることができる。発熱抵抗体３は、例えば、厚みを２０〜７０μｍに設定できる。

電極４は、発熱抵抗体３と外部電源とを電気的に接続するための部材である。電極４は一部がセラミック体１の下面に設けられており、発熱抵抗体３と電気的に接続されている。より詳しくは、発熱抵抗体３の配線パターンと電極４とが繋がっている。電極４は、下面視したときの前記セラミック体１の下面に位置する部分４０の形状が、例えば、円形状である。

ここで、本実施形態の試料保持具１０においては、電極４の一部が他方の主面からセラミック体１の内部に入り込んでいる。具体的には、セラミック体１の他方の主面から一方の主面に向かう第１部分４１と、第１部分４１からセラミック体１の主面に対して並行に延びる第２部分４２とを備えている。第１部分４１は、例えば、円柱状であって、第２部分４２は、例えば、帯状に設けられている。

本実施形態の試料保持具１０においては、電極４の一部がセラミック体１の内部に入り込んでいる。これにより、電極４の抵抗を小さくすることができるので、電極４における発熱を低減することができる。

特に、上述したように、電極４がセラミック体１の他方の主面から一方の主面に向かう第１部分４１を有していることが好ましい。このように、電極４がセラミック体１の下面に位置している部分から直上の方向に延びていることによって、電極４が斜め上の方向に延びている場合と比較して、発熱抵抗体３から流れてきた電流を第１部分４１にスムーズに流すことができる。そのため、電極４において不要な発熱が生じてしまうことをさらに低減できる。

電極４の寸法は、例えば、セラミック体１の他方の主面に設けられている部分の厚みを、発熱抵抗体３と同様に、２０〜７０μｍに設定できる。また、第１部分４１のセラミック体１の上下方向における厚み（深さ）を１．１〜１．２ｍｍに設定できる。また、第２部分４２の厚みを１５〜２５μｍに設定できる。

さらに、図２に示すように、セラミック体１の他方の主面に凹部１３が設けられており、電極４は、セラミック体１の内部に入り込んでいる部分が凹部１３に向かって延びており、一部が凹部１３内に露出していてもよい。より具体的には、第２部分４２が凹部１３に露出していてもよい。これにより、発熱抵抗体３のトリミングを容易に行なうことができる。以下、詳細に説明する。

一般的に、発熱抵抗体３のトリミングは、電極４と発熱抵抗体３の所望の部分との間の抵抗値を抵抗計で測定しながら、発熱抵抗体３を研磨または部分的にカットすることによって行なう。そのため、発熱抵抗体３のうち電極４の近傍に位置する領域に関しては、電極４に接続された抵抗計の端子が障害となることから、この領域のトリミングを効率的に行なうことが困難であった。これに対して、図２に示すように、電極４のうちセラミック体１の内部に入り込んでいる部分を凹部１３に引き出しておくことによって、電極４のうちセラミック体１の下面に位置する部分４０ではなく、凹部１３に引き出されている部分に抵抗計の端子を接続することによっても、発熱抵抗体３の抵抗値を測定することが可能になる。そのため、電極４のうち下面に位置している部分４０の周辺のトリミングを行なうことが容易になるので、より細やかなトリミングを行なうことができるようになる。その結果、試料保持具１０の主面における均熱性をさらに向上できる。

また、図３に示すように、トリミングを行なった後には、凹部１３に絶縁性の樹脂９を充填してもよい。凹部１３に絶縁性の樹脂９を充填することによって、凹部１３に何も充填されていない（凹部１３内に空気が存在している）状態と比較して、凹部１３内部における熱伝導率をセラミック体１に近づけることができる。これにより、凹部１３を設けたことによるセラミック体１における熱の偏りを低減することができる。

図１に戻って、上述した試料保持具１０を用いたプラズマエッチング装置１００の一部を説明する。プラズマエッチング装置１００は、真空チャンバ（図示せず）と、真空チャンバ内に配置された高周波印加用電極（図示せず）を有するベースプレート６と、ベースプレート６に搭載された試料保持具１０とを備えている。

ベースプレート６は、内部に冷却媒体用の流路（図示せず）および試料保持具１０の上面にヘリウムまたはアルゴン等の伝熱ガスを流す流路を内蔵した板状の部材である。ベースプレート６としては、例えば、アルミニウムまたはチタン等の金属材料、炭化ケイ素等のセラミック材料あるいは炭化ケイ素とアルミニウムとの複合材等を用いることができる。

試料保持具１０の発熱抵抗体３は絶縁層７によって覆われている。絶縁層７としては、セラミックフィラー入りの接着材またはセラミック材料等が用いられる。この絶縁層７は、樹脂層８によってベースプレート６の上面に接着されている。

樹脂層８としては、接着性の樹脂を用いることができる。具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂等を用いることができる。なお、樹脂層８はフィラーを含有していても構わない。フィラーを含有することによって、樹脂層８の熱伝導性を向上させることができる。フィラーとしては、セラミック材料または金属材料等の樹脂材料よりも高い熱伝導性を有しているものであればよい。具体的には、フィラーが金属から成る場合には、例えばアルミニウムから成るものを用いることができる。また、フィラーがセラミック材料から成る場合には、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素を用いることができる。

なお、樹脂層８、絶縁層７およびベースプレート６には、セラミック体１の穴部１２に外部端子接続用ピン５を挿入できるように、穴部１２に繋がる貫通孔が設けられている。これにより、セラミック体１の下面に樹脂層８、絶縁層７およびベースプレート６を設けた場合であっても、外部端子接続用ピン５をセラミック体１の下面から穴部１２に挿入することができる。

プラズマエッチング装置１００は、上記の試料保持具１０を備えていることによって、
試料保持面１１の均熱性を向上させることができる。

１：セラミック体
１１：試料保持面
１２：穴部
１３：凹部
２：静電吸着用電極
３：発熱抵抗体
４：電極
４１：第１部分
４２：第２部分
５：外部端子接続用ピン
６：ベースプレート
７：絶縁層
８：樹脂層
１０：試料保持具
１００：プラズマエッチング装置

Claims

一方の主面に試料保持面を有するセラミック体と、該セラミック体の他方の主面に設けられた発熱抵抗体と、前記他方の主面に設けられて前記発熱抵抗体に接続された電極とを備えており、該電極は、一部が前記他方の主面から前記セラミック体の内部に入り込んでいることを特徴とする試料保持具。
前記セラミック体の前記他方の主面に凹部が設けられており、前記電極は、前記セラミック体の内部に入り込んでいる部分が前記凹部に向かって延びており、一部が前記凹部内に露出していることを特徴とする請求項１に記載の試料保持具。
前記凹部に絶縁性の樹脂が充填されていることを特徴とする請求項２に記載の試料保持具。
真空チャンバと、該真空チャンバ内に配置された高周波印加用電極を有するベースプレートと、該ベースプレートに搭載された請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の試料保持具とを備えたプラズマエッチング装置。