JP2019062161A - Sample holder - Google Patents

Abstract

To improve thermal uniformity.SOLUTION: A sample holder comprises: a base, made of ceramic, which has a sample holding surface on its upper face; a support, made of metal, which covers a lower face of the base with its upper face; and a bonding layer which bonds the lower face of the base to the upper face of the support. The base, the support, and the bonding layer have a through-hole which penetrates from the upper face of the base through the bonding layer to the lower face of the support. The bonding layer has: a ring-shaped first portion which forms the through-hole; and a second portion, made of the same main material as that of the first portion, which surrounds the first portion. The first portion has higher porosity than that of the second portion.SELECTED DRAWING: Figure 2

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いる。静電チャックは、基体の上面から接合層を通ってベースプレートの下面に貫通する貫通孔を有している。   For example, an electrostatic chuck described in Patent Document 1 is known as a sample holder. In the electrostatic chuck described in Patent Document 1, the base and the base plate are fixed by the adhesive layer. The electrostatic chuck has a through hole penetrating from the upper surface of the substrate through the bonding layer to the lower surface of the base plate.

特開２０１５−１９５３４６号公報JP, 2015-195346, A

特許文献１に記載の静電チャックにおいては、接合層のうち貫通孔に面する領域から熱が引かれてしまい、基体表面の均熱性を向上させることが困難になるおそれがあった。   In the electrostatic chuck described in Patent Document 1, heat is drawn from the region of the bonding layer facing the through hole, which may make it difficult to improve the heat uniformity of the substrate surface.

本発明の試料保持具は、セラミックスからな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、前記貫通孔を形成するリング状の第１部分および該第１部分と同じ主原料から成り前記第１部分を囲む第２部分を有しており、前記第２部分よりも前記第１部分が気孔率が高いことを特徴とする。   The sample holder according to the present invention comprises a substrate having a sample holding surface on the upper surface made of ceramics, 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 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 A ring-shaped first portion forming the through hole and a second portion made of the same main raw material as the first portion and surrounding the first portion, the first portion being more than the second portion; Is characterized by high porosity.

第１部分が第２部分よりも気孔率が高いことによって、第１部分から貫通孔に熱が逃げてしまうおそれを低減できる。   By the porosity of the first portion being higher than that of the second portion, the risk of heat escaping from the first portion to the through hole can be reduced.

試料保持具の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a sample holder. 図１に示す試料保持具のうち貫通孔の近傍を拡大して示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view shown expanding the neighborhood of a penetration hole among the sample holders shown in FIG. 図２に示す試料保持具をα−α線で切った部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which cut the sample holder shown in FIG. 2 by the alpha-alpha line. 試料保持具の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a sample holder.

以下、試料保持具１０について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, the sample holder 10 will be described with reference to the drawings.

図１に示すように、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。試料保持具１０は、例えば、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、例えば、被保持物Ｘと同程度の径を有する円板状である。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、例えば、セラミックスを有してい
る。セラミックスとしては、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 includes a base 1 and a support 2. The base 1 and the support 2 are bonded by a bonding layer 3. The sample holder 10 is, for example, an electrostatic chuck. The sample holder 10 holds an object X such as a silicon wafer, for example. The base 1 is, for example, a disc 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 has, for example, a ceramic. As the ceramics, oxide ceramics such as alumina, sapphire, alumina-titania composite, barium titanate, or nitride ceramics such as aluminum nitride can be used.

基体１は、内部に静電吸着用電極４を有する。静電吸着用電極４は、例えば、白金またはタングステン等の材料を有している。静電吸着用電極４にはリード線が接続されている。静電吸着用電極４は、このリード線を介して、電源５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４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 substrate 1 has an electrostatic adsorption electrode 4 inside. The electrostatic attraction electrode 4 includes, for example, a material such as platinum or tungsten. A lead wire is connected to the electrostatic chucking electrode 4. The electrostatic chucking electrode 4 is connected to the power supply 5 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. As a result, an electrostatic attraction force is generated between the electrostatic attraction electrode 4 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、金属を有している。支持体２は、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。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、金属を有す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、支持体２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できる。また、支持体２は、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６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 has a metal. The support 2 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 term "metal" as used herein also includes metal-containing composite materials such as ceramic-metal composite materials and fiber reinforced metals. Generally, 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 as a metal constituting the support 2 Nickel (Ni) or alloys of these metals can be used. Further, as shown in FIG. 1, the support 2 may be provided with a flow path 6 for circulating a heat medium such as a gas or a liquid. 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.

接合層３は、高分子材料を有している。高分子材料として、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂を有している。接合層３は、高分子材料以外に、高分子材料中に分散されたフィラーを有していてもよい。フィラーとしては、例えば、セラミック粒子を用いることができる。セラミック粒子としては、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウム等を用いることができる。   The bonding layer 3 has a polymer material. As a polymer material, for example, epoxy resin or silicone resin is included. The bonding layer 3 may have a filler dispersed in a polymer material in addition to the polymer material. For example, ceramic particles can be used as the filler. As ceramic particles, for example, alumina or aluminum nitride can be used.

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。図１に示す断面においては、貫通孔１２は１つのみ現れている。試料保持面１１には、例えば、ガス流路が形成されており、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. In the cross section shown in FIG. 1, only one through hole 12 appears. For example, a gas flow path is formed in the sample holding surface 11, and the gas flow path is connected to a 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、試料保持具１０は、接合層３が、貫通孔１２を形成するリング状の第１部分３１および第１部分３１と同じ主原料から成り第１部分３１を囲む第２部分３２を有しており、第２部分３２よりも第１部分３１が気孔率が高い。これにより、第１部分３１が第２部分３２よりも気孔率が高いことによって、第１部分３１から貫通孔１２に熱が逃げてしまうおそれを低減できる。気孔率は、例えば、第１部分を１〜１０％、第２部分を０．１〜１％に設定できる。   Here, in the sample holder 10, the bonding layer 3 has the second portion 32 which is made of the same main raw material as the ring-shaped first portion 31 forming the through hole 12 and the first portion 31 and surrounds the first portion 31. The first portion 31 has a higher porosity than the second portion 32. As a result, the porosity of the first portion 31 is higher than that of the second portion 32, whereby the risk of heat escaping from the first portion 31 to the through hole 12 can be reduced. The porosity can be set to, for example, 1 to 10% of the first portion and 0.1 to 1% of the second portion.

気孔率の測定は、以下の方法で行うことができる。具体的には、接合層３を試料保持面１１に交わる断面を得られるように切断する。接合層３の第１部分３１および第２部分３２をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察して、１０００〜２０００倍の写真を撮る。この写真に対して、画像処理を施して画像全体の面積に対する気孔箇所の合計面積を算出することで気孔率を求めることができる。画像処理には、例えば、解析ソフト（ソフト名：Imagej、開発元：Wayne Rasband）を用いて２値化による解析を用いることができる。   The porosity can be measured by the following method. Specifically, the bonding layer 3 is cut so as to obtain a cross section intersecting the sample holding surface 11. The first part 31 and the second part 32 of the bonding layer 3 are observed with a SEM (scanning electron microscope), and a photograph of 1000 to 2000 times is taken. The porosity can be determined by performing image processing on this photograph to calculate the total area of the pore sites relative to the area of the entire image. For image processing, for example, analysis by binarization can be used using analysis software (software name: Imagej, developer: Wayne Rasband).

また、第１部分３１と第２部分３２の主原料が同じであることは、例えば、以下の方法で確認できる。具体的には、フーリエ変換赤外分光光度計による評価（装置名：Prestige-21会社名：島津製作所）を用いることができる。   Further, it can be confirmed, for example, by the following method that the main raw materials of the first portion 31 and the second portion 32 are the same. Specifically, evaluation by a Fourier transform infrared spectrophotometer (apparatus name: Prestige-21 company name: Shimadzu Corporation) can be used.

また、試料保持具１０は、第２部分３２よりも第１部分３１のほうが、熱伝導率が小さくてもよい。これにより、第１部分３１から貫通孔１２への熱引きが小さくなることから、試料保持面１１の均熱性を向上できる。熱伝導率を調整する方法としては、例えば、第１部分３１または第２部分３２にフィラーを混ぜる方法が挙げられる。熱伝導率の測定には、例えば、レーザーフラッシュ法（装置名：レーザーフラッシュ法熱物性測定装置、会社名：京都電子工業株式会社、型番：ＬＦＡ５０２）を用いることができる。   In the sample holder 10, the thermal conductivity of the first portion 31 may be smaller than that of the second portion 32. As a result, the heat transfer from the first portion 31 to the through hole 12 is reduced, and the heat uniformity of the sample holding surface 11 can be improved. As a method of adjusting thermal conductivity, a method of mixing a filler with the 1st portion 31 or the 2nd portion 32 is mentioned, for example. For the measurement of the thermal conductivity, for example, a laser flash method (apparatus name: laser flash method thermophysical property measuring device, company name: Kyoto Denshi Kogyo Co., Ltd., model number: LFA 502) can be used.

また、試料保持具１０は、第２部分３２が金属材料から成るフィラーを有していてもよい。これにより、第２部分３２の熱伝導率を向上できるので、試料保持面１１の均熱性を向上できる。フィラーとしては錫または白金などを用いることができる。   Moreover, the sample holder 10 may have a filler whose second portion 32 is made of a metal material. As a result, the thermal conductivity of the second portion 32 can be improved, so the thermal uniformity of the sample holding surface 11 can be improved. Tin or platinum can be used as the filler.

また、試料保持具１０は、第１部分３１および第２部分３２のそれぞれがフィラーを有しているとともに、第１部分３１においてはフィラーが支持体２側に偏って位置しているとともに、第２部分３２においてはフィラーが基体１側に偏って位置していてもよい。一般的に、セラミックスから成る基体１と金属から成る支持体２とを接合した場合には、熱膨張率の差によって基体１に熱応力が生じるおそれがある。そこで、第１部分３１においてはフィラーを支持体２側に偏らせ、第２部分３２においてはフィラーを基体１側に偏らせることによって、上記の熱応力を低減することができる。   In the sample holder 10, each of the first portion 31 and the second portion 32 has a filler, and in the first portion 31, the filler is biased toward the support 2 side, and In the two portions 32, the filler may be biased toward the substrate 1 side. In general, when the base 1 made of ceramic and the support 2 made of metal are joined, there is a possibility that a thermal stress may be generated in the base 1 due to the difference in thermal expansion coefficient. Therefore, the thermal stress can be reduced by biasing the filler toward the support 2 in the first portion 31 and biasing the filler toward the substrate 1 in the second portion 32.

また、図４に示すように、接合層３のうち外周面を含む領域にさらに第３部分３３を有していてもよい。第３部分３３は、第１部分３１と同様に、第２部分３２よりも気孔率が高い。これにより、接合層３のうち外周面から外気に熱が逃げてしまうおそれを低減できる。これにより、試料保持面１１における均熱性を向上できる。   In addition, as shown in FIG. 4, a third portion 33 may be further provided in the region including the outer peripheral surface of the bonding layer 3. The third portion 33, like the first portion 31, has a higher porosity than the second portion 32. As a result, the risk of heat being released from the outer peripheral surface of the bonding layer 3 can be reduced. Thereby, the temperature uniformity in the sample holding surface 11 can be improved.

１：基体
１１：試料保持面
１２：貫通孔
２：支持体
３：接合層
３１：第１部分
３２：第２部分
３３：第３部分
４：静電吸着用電極
５：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 31: first portion 32: second portion 33: third portion 4: electrostatic adsorption electrode 5: power source 10: sample holder X: Retained item

Claims (4)

セラミックスからな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、前記貫通孔を形成するリング状の第１部分および該第１部分と同じ主原料から成り前記第１部分を囲む第２部分を有しており、前記第２部分よりも前記第１部分が気孔率が高いことを特徴とする試料保持具。   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, and the bonding layer forms the through holes. A ring-shaped first portion and a second portion comprising the same main raw material as the first portion and surrounding the first portion, wherein the first portion has a higher porosity than the second portion Sample holder to be. 前記第２部分よりも前記第１部分が熱伝導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。   The sample holder according to claim 1, wherein the first portion has a thermal conductivity smaller than that of the second portion. 前記第２部分が金属材料から成るフィラーを有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。   The sample holder according to claim 1, wherein the second portion has a filler made of a metal material. 前記第１部分および前記第２部分のそれぞれがフィラーを有しているとともに、前記第１部分においては前記フィラーが前記支持体側に偏って位置しているとともに、前記第２部分においては前記フィラーが前記基体側に偏って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。   Each of the first portion and the second portion has a filler, and in the first portion, the filler is biased toward the support side, and the filler is in the second portion. The sample holder according to claim 1 or 2, wherein the sample holder is biased toward the substrate side.

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