JP6525793B2

JP6525793B2 - Sample holder

Info

Publication number: JP6525793B2
Application number: JP2015149292A
Authority: JP
Inventors: 賢一赤羽
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: JP2017033983A

Description

本発明は、半導体集積回路の製造工程等において半導体ウェハ等の各試料を保持するために用いられる試料保持具に関するものである。 The present invention relates to a sample holder used to hold each sample such as a semiconductor wafer in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or the like.

試料保持具として、例えば、特許文献１に記載の基板温調固定装置が知られている。特許文献１に記載の基板温調固定装置においては、基体とベースプレートとが接着層によって固定されており、この接着層は耐プラズマ性を有する網目状の部材を内包している。そして、この部材が耐プラズマ性を有していることによって、接着層がプラズマに侵食されるおそれを低減している。 As a sample holder, for example, a substrate temperature adjusting and fixing device described in Patent Document 1 is known. In the substrate temperature control and fixing device described in Patent Document 1, the base and the base plate are fixed by an adhesive layer, and the adhesive layer includes a mesh-like member having plasma resistance. And by having this member having plasma resistance, the adhesion layer is less likely to be corroded by plasma.

特開２００９−３０２３４６号公報JP, 2009-302346, A

しかしながら、特許文献１に記載の基板温調固定装置においては、耐プラズマ性を有する部材が網目状の部材から成ることによって、網目の開口部（隙間）からプラズマによる侵食が進行してしまうおそれがあった。 However, in the substrate temperature control and fixing device described in Patent Document 1, there is a possibility that the plasma erosion may progress from the opening (gap) of the mesh by the member having plasma resistance being a mesh-like member. there were.

本発明の試料保持具は、セラミックスから成り上面に試料保持面を有する基体と、金属から成り上面で前記基体の下面を覆う支持体と、前記基体の下面および前記支持体の上面を接合する接合層とを備えており、前記基体、前記支持体および前記接合層が、前記基体の上面から前記接合層を通って前記支持体の下面まで貫通する貫通孔を有しているとともに、前記接合層が、前記貫通孔の内表面を形成する少なくとも一部分に、耐プラズマ性を有する物質から成るとともに、前記貫通孔を囲む耐プラズマ層を有し、前記接合層が、前記耐プラズマ層の上下に、耐プラズマ層よりも弾性率が小さい応力緩和層を有することを特徴とする。 The sample holder according to the present invention comprises a substrate made of a ceramic and having a sample holding surface on the upper surface, a support made of metal and covering the lower surface of the substrate on the upper surface, and a joint for bonding the lower surface of the substrate and the upper surface of the support. And the base layer, the support and the bonding layer have through holes penetrating from the upper surface of the base through the bonding layer to the lower surface of the support, and the bonding layer but at least a portion forming the inner surface of the through hole, with a substance having a resistance to plasma, have a plasma resistive layer surrounding the through-hole, and the bonding layer, the upper and lower the plasma resistant layer, characterized in that it have a smaller stress relieving layer elastic modulus than plasma resistive layer.

接合層が、貫通孔の内表面を形成する少なくとも一部分に、貫通孔を囲む耐プラズマ層を有することによって、プラズマによる接合層の侵食を低減できる。 The corrosion resistance of the bonding layer by the plasma can be reduced by having the plasma resistant layer surrounding the through hole on at least a part of the bonding layer forming the inner surface of the through hole.

本発明の試料保持具の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the sample holder of this invention. 図１に示す試料保持具のうち接合層の近傍を拡大して示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which expands and shows the vicinity of the joining layer among the sample holders shown in FIG. 図１に示す試料保持具の変形例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the modification of the sample holder shown in FIG.

以下、本発明の一実施形態に係る試料保持具１０について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a sample holder 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に示すように、本実施形態の試料保持具１０は、基体１と支持体２とを備えている。基体１と支持体２とは接合層３によって接合されている。本実施形態においては、試料保持具１０は静電チャックである。試料保持具１０は、例えば、シリコンウェハ等の被保持物Ｘを保持する。基体１は、被保持物Ｘと同程度の径を有する円盤状に形成されている。基体１は、上面に被保持物Ｘを保持する試料保持面１１を有している。基体１は、セラミックスから成る。基体１を構成するセラミックスとしては、所定の目的に応じて選択すればよく、特に制限されない。試料保持具１０が、静電チャックとして用いられる場合には、アルミナ、サファイア、アルミナ−チタニア複合材またはチタン酸バリウムのような酸化物系セラミックスあるいは窒化アルミニウム等の窒化物系セラミックスを用いることができる。 As shown in FIG. 1, the sample holder 10 of the present embodiment includes a base 1 and a support 2. The base 1 and the support 2 are bonded by a bonding layer 3. In the present embodiment, the sample holder 10 is an electrostatic chuck. The sample holder 10 holds an object X such as a silicon wafer, for example. The base 1 is formed in a disk shape having a diameter similar to that of the object X to be held. The substrate 1 has a sample holding surface 11 for holding the object to be held X on the top surface. The substrate 1 is made of ceramics. The ceramic constituting the substrate 1 may be selected according to a predetermined purpose, and is not particularly limited. When the sample holder 10 is used as an electrostatic chuck, oxide ceramics such as alumina, sapphire, alumina-titania composite or barium titanate, or nitride ceramics such as aluminum nitride can be used. .

本実施形態における基体１は、内部に静電吸着用電極７を有する。静電吸着用電極７は、例えば、白金またはタングステン等の材料からなる。静電吸着用電極７にはリード線が接続されている。静電吸着用電極７は、このリード線を介して、電源８に接続されている。一方、試料保持面１１に吸着される被保持物Ｘは、アースに接続されている。これにより、静電吸着用電極７と被保持物Ｘとの間に静電吸着力が発生して、被保持物Ｘを試料保持面１１に吸着固定できる。 The base 1 in the present embodiment has an electrostatic adsorption electrode 7 inside. The electrostatic chucking electrode 7 is made of, for example, a material such as platinum or tungsten. A lead wire is connected to the electrostatic chucking electrode 7. The electrostatic chucking electrode 7 is connected to the power supply 8 through the lead wire. On the other hand, the object to be held X adsorbed to the sample holding surface 11 is connected to the ground. Thereby, an electrostatic attraction force is generated between the electrostatic attraction electrode 7 and the object X to be held, and the object X can be adsorbed and fixed to the sample holding surface 11.

支持体２は、基体１を支持するために設けられている。支持体２は、金属から成り、上面で基体１の下面を覆っている。基体１の下面と支持体２の上面とは接合層３によって接合されている。支持体２を構成する金属は特に制限されない。ここでいう「金属」とは、セラミックスと金属との複合材料および繊維強化金属等の、金属から成る複合材料も含んでいる。一般的に、ハロゲン系の腐食性ガス等に曝される環境下において試料保持具１０を用いる場合には、基体１を構成する金属として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼またはニッケル（Ｎｉ）あるいはこれらの金属の合金を使用することが好ましい。また、支持体２の構造は特に限定されるものではないが、図１に示すように、気体または液体等の熱媒体を循環させるための流路９を備えていてもよい。この場合には、熱媒体として水またはシリコーンオイル等の液体あるいはヘリウム（Ｈｅ）または窒素（Ｎ_２）等の気体を用いることができる。 The support 2 is provided to support the substrate 1. The support 2 is made of metal and covers the lower surface of the substrate 1 at the upper surface. The lower surface of the base 1 and the upper surface of the support 2 are bonded by a bonding layer 3. The metal constituting the support 2 is not particularly limited. The term "metal" as used herein also includes composite materials made of metals, such as composite materials of ceramics and metals and fiber reinforced metals. In general, when the sample holder 10 is used in an environment exposed to a halogen-based corrosive gas or the like, aluminum (Al), copper (Cu), stainless steel or nickel is used as a metal constituting the substrate 1. It is preferred to use (Ni) or an alloy of these metals. Further, the structure of the support 2 is not particularly limited, but as shown in FIG. 1, a flow path 9 for circulating a heat medium such as gas or liquid may be provided. In this case, a liquid such as water or silicone oil or a gas such as helium (He) or nitrogen (N ₂ ) can be used as the heat medium.

接合層３は、基体１と支持体２とを接合するために設けられている。接合層３は、基体１の下面および支持体２の上面を接合している。ここで、試料保持具１０は、基体１の上面から接合層３を通って支持体２の下面まで貫通する貫通孔１２を有している。貫通孔１２の形状は、例えば、円柱状である。接合層３の厚みは、例えば、０．０５〜０．５ｍｍに設定できる。この場合には、貫通孔１２の直径は、例えば、０．１〜１０ｍｍに設定できる。 The bonding layer 3 is provided to bond the base 1 and the support 2. The bonding layer 3 bonds the lower surface of the base 1 and the upper surface of the support 2. Here, the sample holder 10 has a through hole 12 penetrating from the upper surface of the base 1 through the bonding layer 3 to the lower surface of the support 2. The shape of the through hole 12 is, for example, a cylindrical shape. The thickness of the bonding layer 3 can be set to, for example, 0.05 to 0.5 mm. In this case, the diameter of the through hole 12 can be set to, for example, 0.1 to 10 mm.

貫通孔１２は、例えば、ガス導入孔として用いられる。この場合には、ガス導入孔は、ガス導入孔のうち試料保持面１１に開口する端部が試料保持面１１の広範囲に分散されて位置するように、試料保持具１０の全体に複数設けられている。このとき、試料保持面１１にはガス流路（図示せず）が形成されており、このガス流路はガス導入孔と繋がっている。そして、試料保持面１１に被保持物Ｘを吸着したときに、ガス導入孔から被保持物Ｘとガス流路とで構成される空間にヘリウムガス等の冷却ガスを供給することで、ガス流路と被保持物Ｘとの間および試料保持面１１と被保持物Ｘとの間の熱伝達を良好にし、被保持物Ｘの均熱性を高めることができる。 The through hole 12 is used, for example, as a gas introduction hole. In this case, a plurality of gas introduction holes are provided in the whole of the sample holder 10 so that the end portions of the gas introduction holes opened to the sample holding surface 11 are dispersed in a wide range of the sample holding surface 11. ing. At this time, a gas channel (not shown) is formed in the sample holding surface 11, and the gas channel is connected to the gas introduction hole. Then, when the object to be held X is adsorbed on the sample holding surface 11, the gas flow is performed by supplying a cooling gas such as helium gas from the gas introduction hole to the space formed by the object to be held X and the gas flow path. The heat transfer between the passage and the object X and between the sample holding surface 11 and the object X can be improved, and the heat uniformity of the object X can be enhanced.

ここで、試料保持面１１に対してプラズマクリーニングを行なった際に、プラズマが貫通孔１２（ガス導入孔）に進入する場合がある。このとき、接合層３のうち貫通孔１２の内表面を形成する部分がプラズマに曝される場合がある。 Here, when plasma cleaning is performed on the sample holding surface 11, plasma may enter the through holes 12 (gas introduction holes). At this time, a portion of the bonding layer 3 that forms the inner surface of the through hole 12 may be exposed to plasma.

そこで、本実施形態の試料保持具１０においては、図２に示すように、接合層３が、貫通孔１２の内表面を形成する少なくとも一部分に耐プラズマ性を有する物質から成る耐プラズマ層４を有している。これにより、接合層３のうち内表面がプラズマに曝されたとしても、接合層３に侵食が生じることを低減できる。さらに詳しくは、耐プラズマ層４は接
貫通孔１２を囲んでいる。これにより、接合層３に侵食が生じることをさらに低減できる。なお、ここでいう「耐プラズマ性を有する物質から成る耐プラズマ層４」とは、耐プラズマ性を有する物質が層状に設けられていることを意味している。すなわち、例えば、耐プラズマ性を有する物質が格子状または網目状に形成されるとともに、この格子状または網目状の隙間に耐プラズマ性を有さない物質が充填されているような層は、「耐プラズマ性を有する物質から成る耐プラズマ層４」には含まれない。 Therefore, in the sample holder 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, at least a part of the bonding layer 3 forming the inner surface of the through hole 12 is a plasma resistant layer 4 made of a material having plasma resistance. Have. As a result, even if the inner surface of the bonding layer 3 is exposed to plasma, the occurrence of erosion in the bonding layer 3 can be reduced. More specifically, the plasma resistant layer 4 surrounds the contact hole 12. This can further reduce the occurrence of erosion in the bonding layer 3. In addition, "the plasma-resistant layer 4 which consists of a substance which has plasma resistance" here means that the substance which has plasma resistance is provided in layered form. That is, for example, a layer in which a substance having plasma resistance is formed in a lattice or network, and the lattice or mesh gap is filled with a substance having no plasma resistance, It is not included in the "plasma resistant layer 4" made of a material having plasma resistance.

図２に示す試料保持具１０においては、より具体的には、接合層３の大部分が接着層５から成るとともに貫通孔１２の内表面を形成する部分の全体が耐プラズマ性を有する物質から成る耐プラズマ層４から成る。貫通孔１２の内表面の全体が耐プラズマ層４から成ることによって、プラズマによる侵食をさらに低減できる。この場合には、接合層３のうち、耐プラズマ層４が主にプラズマによる侵食を低減する役割を、接着層５が基体１と支持体２とを接合する役割を有している。すなわち、接合層３は、耐プラズマ層４によって耐プラズマ性を向上させつつも、接着層５によって接合を行なうことができる。特に、貫通孔１２の軸方向に垂直な方向の耐プラズマ層４の幅が１ｍｍ以上であることが好ましい。耐プラズマ層の幅が１ｍｍ以上であることによって、プラズマによる接合層３の腐食を大幅に低減することができる。接着層５としては、例えば、シリコーンまたはエポキシ等の樹脂材料を用いることができる。耐プラズマ性を有する物質としては、例えば、ポリイミド系樹脂またはフッ素系樹脂を主成分とする材料が挙げられる。フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。 More specifically, in the sample holder 10 shown in FIG. 2, most of the bonding layer 3 is composed of the adhesive layer 5 and the entire part forming the inner surface of the through hole 12 is made of a material having plasma resistance. Comprising a plasma resistant layer 4. By forming the entire inner surface of through hole 12 of plasma resistant layer 4, erosion by plasma can be further reduced. In this case, in the bonding layer 3, the plasma resistant layer 4 mainly plays a role of reducing the erosion by plasma, and the bonding layer 5 has a role of bonding the base 1 and the support 2. That is, the bonding layer 3 can be bonded by the adhesive layer 5 while improving the plasma resistance by the plasma resistant layer 4. In particular, the width of the plasma resistant layer 4 in the direction perpendicular to the axial direction of the through hole 12 is preferably 1 mm or more. When the width of the plasma resistant layer is 1 mm or more, the corrosion of the bonding layer 3 due to plasma can be significantly reduced. For example, a resin material such as silicone or epoxy can be used as the adhesive layer 5. As a substance which has plasma resistance, the material which has polyimide system resin or fluorine system resin as a main component is mentioned, for example. As a fluorine resin, a polytetrafluoroethylene etc. are mentioned, for example.

また、図３に示すように、接合層３が耐プラズマ層４の上下に、耐プラズマ層４よりも弾性率が小さい応力緩和層６を有していてもよい。一般的に、耐プラズマ層４は、弾性率が高いことからヒートサイクル下において生じる熱応力を吸収することが困難であるが、この耐プラズマ層４を応力緩和層６で挟むことによってヒートサイクル下で生じた熱応力を応力緩和層６において吸収することができる。このような構成にするためには、例えば、耐プラズマ層４としてポリイミド系樹脂を、応力緩和層６としてシリコーン樹脂を用いればよい。この場合には、耐プラズマ層４の弾性率を例えば６．０ＧＰａに、応力緩和層６の弾性率を例えば１．０ＭＰａに設定できる。 Further, as shown in FIG. 3, the bonding layer 3 may have a stress relaxation layer 6 having a smaller elastic modulus than the plasma resistant layer 4 above and below the plasma resistant layer 4. Generally, it is difficult to absorb the thermal stress generated under the heat cycle because the plasma resistant layer 4 has a high elastic modulus, but by sandwiching the plasma resistant layer 4 with the stress relaxation layer 6 under the heat cycle The thermal stress generated in the above can be absorbed in the stress relaxation layer 6. In order to obtain such a configuration, for example, a polyimide resin may be used as the plasma resistant layer 4 and a silicone resin may be used as the stress relaxation layer 6. In this case, the elastic modulus of the plasma resistant layer 4 can be set to, for example, 6.0 GPa, and the elastic modulus of the stress relaxation layer 6 can be set to, for example, 1.0 MPa.

また、応力緩和層６のうち、耐プラズマ層４の上に位置する部分を第１層６１として、耐プラズマ層４の下に位置する部分を第２層６２としたときに、第１層６１の厚みが第２層６２の厚みよりも小さくてもよい。プラズマが貫通孔１２に進入してくるときには、貫通孔１２のうち基体１側から進入してくることになるので、応力緩和層６のうち第１層６１を薄くしておくことによって、応力緩和層６がプラズマの影響を受けるおそれを低減できる。また、第２層６２を厚くしておくことによって、ヒートサイクル下で生じた熱応力を緩和しやすくできる。接合層３の厚みが０．２ｍｍの場合であれば、応力緩和層６のうち第１層６１の厚みを０．００５〜０．０２ｍｍに、第２層６２の厚みを０．０１〜０．０８ｍｍに設定できる。特に、第１層６１の厚みに対して第２層６２の厚みが２〜１０倍であることが好ましい。これにより、熱応力を緩和しつつ、プラズマによる腐食の影響を良好に低減できる。 When the portion of the stress relaxation layer 6 located above the plasma resistant layer 4 is used as the first layer 61 and the portion located below the plasma resistant layer 4 is used as the second layer 62, the first layer 61 is used. May be smaller than the thickness of the second layer 62. When the plasma enters the through hole 12, the plasma enters from the base 1 side of the through hole 12. Therefore, stress relaxation is achieved by making the first layer 61 of the stress relaxation layer 6 thinner. The risk of the layer 6 being affected by plasma can be reduced. Further, by thickening the second layer 62, it is possible to ease the thermal stress generated under the heat cycle. In the case where the thickness of the bonding layer 3 is 0.2 mm, the thickness of the first layer 61 in the stress relaxation layer 6 is 0.005 to 0.02 mm, and the thickness of the second layer 62 is 0.01 to 0. It can be set to 08 mm. In particular, the thickness of the second layer 62 is preferably 2 to 10 times the thickness of the first layer 61. Thereby, the influence of the corrosion by plasma can be favorably reduced while alleviating the thermal stress.

また、耐プラズマ層４が接合層３のうち貫通孔１２の周囲を囲むように設けられているとともに、接合層３が耐プラズマ層４を水平方向に囲む接着層５をさらに有しており、接着層５は耐プラズマ層４よりも熱伝導率が高くてもよい。これにより、貫通孔１２から熱が逃げてしまうことを低減できるので、試料保持面１１の均熱性を向上させることができる。具体的には、例えば、耐プラズマ層４としてポリイミド系樹脂を用いて、接着層５としてアルミナや窒化アルミニウム等のフィラーが添加されたシリコーン樹脂を用いればよい。これにより、耐プラズマ層４の熱伝導率を０．２Ｗ／ｍＫに、接着層５の熱伝導率を２Ｗ／ｍＫにすることができる。 Further, the plasma resistant layer 4 is provided so as to surround the periphery of the through hole 12 in the bonding layer 3, and the bonding layer 3 further includes an adhesive layer 5 surrounding the plasma resistant layer 4 in the horizontal direction, The adhesive layer 5 may have a thermal conductivity higher than that of the plasma resistant layer 4. As a result, heat escape from the through holes 12 can be reduced, and the heat uniformity of the sample holding surface 11 can be improved. Specifically, for example, a polyimide resin may be used as the plasma resistant layer 4, and a silicone resin to which a filler such as alumina or aluminum nitride is added may be used as the adhesive layer 5. As a result, the thermal conductivity of the plasma resistant layer 4 can be 0.2 W / mK, and the thermal conductivity of the adhesive layer 5 can be 2 W / mK.

１：基体
１１：試料保持面
１２：貫通孔
２：支持体
３：接合層
４：耐プラズマ層
５：接着層
６：応力緩和層
６１：第１層
６２：第２層
７：静電吸着用電極
８：電源
１０：試料保持具
Ｘ：被保持物 1: base 11: sample holding surface 12: through hole 2: support 3: bonding layer 4: plasma resistant layer 5: adhesive layer 6: stress relaxation layer 61: first layer 62: second layer 7: for electrostatic adsorption Electrode 8: power supply 10: sample holder X: object to be held

Claims

A substrate having a sample holding surface on the upper surface, a support made of metal and covering the lower surface of the substrate on the upper surface, and a bonding layer bonding the lower surface of the substrate and the upper surface of the support;
The base, the support, and the bonding layer have through holes penetrating from the upper surface of the base through the bonding layer to the lower surface of the support.
The bonding layer is, at least a portion forming the inner surface of the through hole, with a substance having a resistance to plasma, have a plasma resistive layer surrounding the through-hole,
The bonding layer, the resistance and below the plasma layer, the sample holder, characterized in that have a stress relieving layer is an elastic modulus smaller than the plasma resistive layer.

In the stress relaxation layer, when the portion located above the plasma resistant layer is a first layer, and the portion located below the plasma resistant layer is a second layer, the thickness of the first layer is the above The sample holder according to claim 1 , which is smaller than the thickness of the second layer.

The plasma resistant layer is provided so as to surround the periphery of the through hole in the bonding layer, and the bonding layer further includes an adhesive layer horizontally surrounding the plasma resistant layer, and the adhesive layer The sample holder according to claim 1 or 2 , wherein the thermal conductivity is higher than that of the plasma resistant layer.