DE4107752A1 - Elektrostatische einspannvorrichtung fuer ein scheibenfoermiges substrat - Google Patents
Elektrostatische einspannvorrichtung fuer ein scheibenfoermiges substratInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Einspannvor
richtung zum Haltern eines Wafers während der Behandlung
wie zum Beispiel der Ausbildung einer Dünnschicht auf dem
Wafer oder dem Ätzen des Wafers im Zuge der Herstellung von
Halbleiterbauelementen unter Anwendung des Plasma-CVD-Ver
fahrens oder des Plasma-Ätzens. Speziell bezieht sich die
Erfindung auf eine elektrostatische Einspannvorrichtung,
die imstande ist, die Temperatur des Wafers während des ge
samten Bearbeitungsvorgangs gleichmäßig zu halten.
Bislang wurde in Plasma-CVD-Apparaturen und in Apparaturen
zum Plasma-Ätzen ein zu bearbeitender Wafer auf einer Sub
strat-Halterungsunterlage positioniert, und zwar entweder
aufgrund des Eigengewichts oder durch mechanisches Fest
klemmen an der Unterlage.
Bei diesem Verfahren zum Positionieren eines Wafers in den
genannten Apparaturen kommt es zum Beispiel bei dem Posi
tionieren des Wafers durch dessen Eigengewicht, also unter
Einfluß der Schwerkraft, zur umfangreichen Zunahme der Wa
fertemperatur im Verhältnis zu der Zunahme der Prozeßener
gie, so daß die in früheren Verarbeitungsstufen auf dem Wa
fer ausgebildeten Muster wegen der geringen Wärmeübertra
gungsgeschwindigkeit im Vakuum entsprechend beschädigt wer
den. Deshalb kann man die Wafer nicht mit hoher Verarbei
tungsgeschwindigkeit bearbeiten. Andererseits wird beim
Festklemmen des Wafers auf der Unterlage die Bearbeitungs
genauigkeit des Wafers in der Nähe des Festklemmwerkzeugs
abträglich beeinflußt. Deshalb darf der Wafer während der
Verarbeitung nur in seinem Umfangsbereich festgeklemmt wer
den, wobei der bei der Kühlung ausschlaggebende Kontakt
druck zwischen Wafer und Unterlage herabgesetzt wird und
folglich die Wirksamkeit der Kühlung praktisch die gleiche
ist wie bei dem durch Eigengewicht positionierten Wafer.
Selbst dann, wenn Gas als Wärmeübertragungsmedium zwischen
den Wafer und die Kühlungsunterlage eingeleitet wird, er
zeugt der Wafer mechanische Spannungen, so daß auch dann
keine gleichmäßige Verteilung der Wafertemperatur gewähr
leistet werden kann.
Im Hinblick auf eine präzise und gleichförmige Verarbeitung
des Wafers ist zur Lösung der oben aufgezeigten Probleme
die Entwicklung einer Niedrigtemperaturbearbeitung betrie
ben worden. Dabei wurde eine elektrostatische Einspannvor
richtung entwickelt und realisiert, die von der elektro
statischen Anziehungskraft Gebrauch macht.
Allerdings litt die in der Praxis eingesetzte elektrostati
sche Einspannvorrichtung an dem Problem der Erzielung einer
gleichförmigen Temperaturverteilung innerhalb des Wafers.
Um diesem Problem zu begegnen, ist zum Beispiel in der ja
panischen Patent-OS 1-2 51 735 eine elektrostatische Ein
spannvorrichtung angegeben, die - bei kompliziertem Aufbau
- derart ausgebildet ist, daß ein Gas zwischen Wafer und
elektrostatischer Einspannvorrichtung eingeleitet wird, wo
bei der Gasdruck eingestellt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute elek
trostatische Einspannvorrichtung anzugeben, die es ermög
licht, eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des
Wafers während des gesamten Verarbeitungsprozesses zu ge
währleisten.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vor
teilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es wurden von den Erfindern der vorliegenden Erfindung um
fangreiche Studien durchgeführt, um die Probleme zu bewäl
tigen, die den herkömmlichen elektrostatischen Einspannvor
richtungen anhafteten. Dabei wurde herausgefunden, daß die
Wärmeübertragung zwischen einem Wafer und der elektrostati
schen Einspannvorrichtung im Vakuum auf dem Mechanismus der
Berührungs-Wärmeübertragung beruht, daß die Oberflächen-
Temperaturverteilung der elektrostatischen Einspannvor
richtung, jeweils beobachtet, wenn ein Wafer nicht posi
tioniert ist und Prozeßenergie zugeführt wird, derart be
schaffen ist, daß die Temperatur in konzentrischer Weise
von der Mitte in Richtung Umfang in radialer Richtung we
sentlich abnimmt, und daß es zur Erzielung einer gleich
mäßigen Temperaturverteilung in einem Wafer wirksam ist,
die effektive Kontaktflächengröße zwischen dem Wafer und
der elektrostatischen Einspannvorrichtung von deren Mitte
aus in radialer Richtung allmählich abnehmen zu lassen.
Die obige Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß man eine zum Haltern eines Wafers dienende, von elek
trostatischer Anziehungskraft Gebrauch machende elektrosta
tische Einspannvorrichtung vorsieht, die derart bearbeitet
ist, daß ihre Oberfläche dahingehend ungleichmäßig ist, daß
die Einspannvorrichtung mit dem Wafer abschnittsweise in
Berührung gelangt, indem die Oberfläche der elektrostati
schen Einspannvorrichtung gezielt ungleichmäßig gestaltet
wird, indem der Flächenanteil, der von vorstehenden Ab
schnitten im Umfangsbereich, das heißt, in einer relativ
weit außen liegenden Zone der Oberfläche, belegt wird,
kleiner ist als derjenige Flächenbereich, der von vorste
henden Abschnitten im mittleren Bereich belegt wird, das
heißt in der relativ weit innen liegenden Zone des Sub
strats der elektrostatischen Einspannvorrichtung. Hierdurch
wird die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zwischen dem
Wafer und der elektrostatischen Einspannvorrichtung geän
dert.
Erfindungsgemäß kann die Oberflächengestaltung der elektro
statischen Einspannvorrichtung derart beschaffen sein, daß
der Flächenanteil, der von den vorstehenden Abschnitten be
legt wird, sich vom Zentrum der Oberfläche bis hin zum
äußersten Umfangsabschnitt kontinuierlich verringert.
Bevorzugte Oberflächengestaltungen der erfindungsgemäßen
elektrostatischen Einspannvorrichtung umfassen beispiels
weise solche, die Höhen- oder Niveaudifferenzen des vorste
henden Abschnitts im Bereich von 10 bis 70 µm aufweisen,
wobei der von dem vorstehenden Abschnitt belegte Flächenan
teil in der Umfangszone nicht mehr als 50% des Flächenan
teils des vorstehenden Abschnitts in der mittleren Zone be
trägt. Weiterhin können die Oberflächengestaltungen so
sein, daß die mittlere Zone, deren Durchmesser 10 bis 50%
des Durchmessers der elektrostatischen Einspannvorrichtung
beträgt, einen von dem vorstehenden Teil belegten großen
Flächenanteil aufweist. Weiterhin gibt es Oberflächenge
staltungen, bei denen der vorstehende Anteil in der mittle
ren Zone flächenmäßig 25 bis 100% ausmacht.
Wenn auf die Rückseite einer scheibenförmigen elektrostati
schen Einspannvorrichtung ein auf konstanter Temperatur ge
haltener Kühlmantel aufgesetzt wird, indem dieser im Um
fangsbereich festgeklemmt wird, und wenn Energie gleich
mäßig der dem Wafer abgewandten Oberfläche der elektrosta
tischen Einspannvorrichtung zugeführt wird, wird ein Teil
der Energie einerseits in Richtung auf den Wasserkühlungs
mantel als Wärmestrom gerichtet, andererseits strömt der
verbleibende Teil der Energie in radialer Richtung nach
außen. Dies deshalb, weil eine elektrostatische Einspann
vorrichtung im allgemeinen einen Aufbau besitzt, bei dem
eine isolierende Unterlage, eine plattenähnliche Elektrode
und eine Isolierschicht in der genannten Reihenfolge ge
schichtet und miteinander integriert sind, wobei die Seiten
dieser Schichten als Abstrahlflächen dienen. Der Quer
schnitt des Wärmestroms wird im Verhältnis zum Abstand von
der Mitte der Einspannvorrichtung (das heißt dem Radius der
elektrostatischen Einspannvorrichtung) groß, jedoch nimmt
die Energie innerhalb der durch den Kreis mit diesem Radius
eingeschlossenen Zone proportional zum Quadrat des Radius
zu. Die Dichte des in radialer Richtung auf den Umfang ge
richteten Wärmeflusses nimmt mit zunehmendem Radius zu, wo
bei das die elektrostatische Einspannvorrichtung bildende
Isoliermaterial eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Dies führt zu dem Entstehen einer radialen Temperaturver
teilung auf der Oberfläche der elektrostatischen Einspann
vorrichtung, wobei der Temperaturgradient in der mittleren
Zone klein ist und mit zunehmendem Abstand von der Mitte,
das heißt in Richtung auf den Umfang der Einspannvorrich
tung, allmählich zunimmt. Genauer gesagt: Die Temperatur
der mittleren Zone der elektrostatischen Einspannvorrich
tung ist im Vergleich zu der Peripherie der Einspannvor
richtung wegen der Abstrahlung durch die Seitenflächen der
Einspannvorrichtung und der Wärmeübertragung vom Umfang der
Einspannvorrichtung zu dem Wasserkühlungsmantel hoch. Wenn
ein Wafer auf die elektrostatische Einspannvorrichtung ge
bracht wird, wird die dem Wafer gleichmäßig zugeführte En
ergie durch Strahlung auf die elektrostatische Einspannvor
richtung übertragen, und in der elektrostatischen Einspann
vorrichtung ergibt sich die gleiche Temperaturverteilung,
als ob kein Wafer in die Einspannvorrichtung eingesetzt
wäre, wobei von dem Vorhandensein feiner Spalten zwischen
dem Wafer und der elektrostatischen Einspannvorrichtung
ausgegangen wird. Andererseits entspricht die Wärmeübertra
gung aufgrund von Strahlung derjenigen von der Einspannvor
richtung zu dem Wasserkühlungsmantel, die beobachtet wird,
wenn ein Wafer eingelegt ist, und in ähnlicher Weise ergäbe
sich innerhalb des Wafers die gleiche Temperaturverteilung,
wie bei der elektrostatischen Einspannvorrichtung ohne Wa
fer.
Selbstverständlich ist bei dieser Temperaturverteilung die
Gesamttemperatur des Wafers höher als diejenige der elek
trostatischen Einspannvorrichtung. Weiterhin ist der Wärme
widerstand des Wafers groß, weil die Wärmeleitfähigkeit des
Wafers hoch ist, aber weil der Wafer dünn ist, ist der Tem
peraturgradient des Wafers in radialer Richtung größer als
derjenige der elektrostatischen Einspannvorrichtung in ra
dialer Richtung. Demzufolge ergibt sich eine starke Tempe
raturdifferenz zwischen dem Wafer und der elektrostatischen
Einspannvorrichtung innerhalb des mittleren Abschnitts,
welche allmählich abnimmt, wenn der Abstand von der Mitte
(das heißt, der Radius) in Richtung auf den Umfang zunimmt.
Hieraus folgt: Wenn die Kontaktfläche zwischen dem Wafer
und der eine hohe Wärmekapazität aufweisenden elektrostati
schen Einspannvorrichtung in der mittleren Zone größer ist
als in der Umfangszone, wird der Kontaktwärmewiderstand in
der mittleren Zone niedriger als in der Umfangszone, und
die Geschwindigkeit des Temperaturabfalls in der mittleren
Zone wird größer, als sie in der Umfangszone zu beobachten
ist.
Folglich wird der Temperaturgradient innerhalb des Wafers
niedrig, so daß damit die Temperatur des Wafers gleichmäßig
gehalten werden kann.
In der erfindungsgemäßen elektrostatischen Einspannvorrich
tung ist die Höhe des auf der Oberfläche der Einspannvor
richtung gebildeten vorstehenden Flächenanteils einschließ
lich Mittel- und Umfangszonen, auf den Bereich von 10 bis
70 µm begrenzt. Dies deshalb, weil die elektrostatische
Einspannvorrichtung grundsätzlich einen Aufbau aufweist,
bei dem plattenähnliche Elektroden in ein porzellanhaltiges
Isoliermaterial eingebettet sind und ihre Oberfläche, gegen
die ein Wafer angezogen wird, auf eine Oberflächenrauhig
keit in der Größenordnung von µm geschliffen ist, so daß es
aus technischen Gesichtspunkten schwierig ist, eine Bear
beitungsgenauigkeit in der Größenordnung von 10 µm oder we
niger zu erzielen, während bei einer Höhe von mehr als 70 µm
der Wafer nicht immer angezogen und sicher an der Ein
spannvorrichtung gehalten wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an
hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittansicht einer Apparatur zum Haltern
eines Wafers mit einer erfindungsgemäßen elektro
statischen Einspannvorrichtung,
Fig. 2A einen Grundriß auf die Oberflächengestaltung einer
ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
elektrostatischen Einspannvorrichtung,
Fig. 2B eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Um
fangsabschnitts der Einspannvorrichtung nach Fig.
2A,
Fig. 3A einen Grundriß der Oberflächengestaltung einer
zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elek
trostatischen Einspannvorrichtung,
Fig. 3B eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Um
fangsabschnitts der Einspannvorrichtung gemäß Fig.
3A,
Fig. 4A einen Grundriß der Oberflächengestaltung einer
dritten Ausführungsform einer elektrostatischen
Einspannvorrichtung,
Fig. 4B eine vergrößerte Darstellung eines Teil des Mittel
abschnitts der Einspannvorrichtung nach Fig. 4A,
Fig. 4C eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Umfangsab
schnitts der Einspannvorrichtung nach Fig. 4A,
Fig. 5A einen Grundriß der Oberflächengestaltung einer
vierten Ausführungsform einer elektrostatischen
Einspannvorrichtung,
Fig. 5B eine vergrößerte Ansicht eines Teils des mittleren
Abschnitts der Einspannvorrichtung nach Fig. 5A,
Fig. 5C eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Umfangsab
schnitts der Einspannvorrichtung nach Fig. 5A,
Fig. 6A einen Grundriß der Oberflächengestaltung einer
fünften Ausführungsform einer elektrostatischen
Einspannvorrichtung,
Fig. 6B eine vergrößerte Darstellung eines Teils des mitt
leren Abschnitts der Einspannvorrichtung nach Fig.
6A,
Fig. 6C eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Umfangsab
schnitts der Einspannvorrichtung nach Fig. 6A,
Fig. 7A einen Grundriß der Oberflächengestaltung einer
sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
elektrostatischen Einspannvorrichtung,
Fig. 7B eine vergrößerte Darstellung eines Teils des mitt
leren Abschnitts der Einspannvorrichtung nach Fig.
7A,
Fig. 7C eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Umfangsab
schnitts der in Fig. 7A dargestellten Einspannvor
richtung,
Fig. 8A einen Grundriß der Oberflächengestaltung eines er
sten Vergleichsbeispiels einer elektrostatischen
Einspannvorrichtung, angegeben zum Vergleich mit
der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung,
Fig. 8B eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Ein
spannvorrichtung nach Fig. 6A,
Fig. 9 einen Grundriß der Oberflächengestaltung eines
zweiten Vergleichsbeispiels einer elektrostatischen
Einspannvorrichtung zum Zwecke des Vergleichs mit
der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung,
Fig. 10A einen Grundriß der Oberflächengestaltung einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostati
schen Einspannvorrichtung, wobei in der Oberflä
chengestaltung die Kühlungseigenschaften besonders
berücksichtigt sind,
Fig. 10B eine vergrößerte Darstellung eines Teils der zwei
ten Zone in Fig. 10A,
Fig. 10C eine vergrößerte Darstellung eines Teils der drit
ten Zone in Fig. 10A, und
Fig. 10D eine vergrößerte Ansicht eines Teils der vierten
Zone in Fig. 10A.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt die gesamte Apparatur zum Hal
tern eines Wafers mit der erfindungsgemäßen elektrostati
schen Einspannvorrichtung. Die elektrostatische Einspann
vorrichtung 1 ist an einem Wasserkühlungsmantel 2 über eine
Isolierplatte 5 mit am Umfang angeordneten Schrauben 3 be
festigt. Der Wasserkühlungsmantel 2 besitzt einen zylindri
schen Mittelabschnitt, in welchem eine Verteilungsverdrah
tung vorgesehen ist, die an elektrische Anschlüsse 4 ange
schlossen ist, über die eine elektrische Spannung für die
Anziehungskraft an die elektrostatische Einspannvorrichtung
1 gelegt wird. Zwischen der elektrostatischen Einspannvor
richtung und der Isolierplatte 5 befinden sich Dichtungs
mittel, ebenso zwischen der Isolierplatte 5 und dem Was
serkühlungsmantel 2. Die elektrostatische Einspannvorrich
tung besitzt einen Stift 6 zum Lösen des angezogenen Wa
fers.
Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Oberflächengestaltung
der Einspannvorrichtung 1 eine erste Zone oder Mittelzone
1A, bestehend aus einem Vorsprung 7A, und eine zweite Zone
oder Umfangszone 1B, die bezüglich der ersten Zone 1A kon
zentrisch ist, und auf der teilweise Vorsprünge 7B ausge
bildet sind.
In Fig. 1 ist mit h die Höhen- oder Niveaudifferenz zwi
schen einem Vorsprung und einer Ausnehmung dargestellt, und
diese Differenz reicht von 10 bis 70 µm bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel (in der Fig. ist das Maß von h übertrieben
eingezeichnet).
Die Fig. 2 bis 7 zeigen Ausführungsbeispiele 1 bis 6 der
erfindungsgemäßen elektrostatischen Einspannvorrichtung,
die Fig. 8 und 9 zeigen Vergleichsbeispiele. In den Fig. 2
bis 9 beträgt der Durchmesser der elektrostatischen Ein
spannvorrichtung jeweils 180 mm.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Einspannvorrichtung 1 hat die
Mittelzone 1A eine kreisförmige Gestalt mit einem Durchmes
ser von 40 mm, während die gesamte Mittelzone 1A gemäß Fig.
2A aus einem vorstehenden Oberflächenabschnitt 7A gebildet
ist. Andererseits sind in der Umfangszone 1B der elektro
statischen Einspannvorrichtung 1 Vorsprünge 7B mit einem
Durchmesser von 0,57 mm als Punktmuster mit regelmäßigen
Abständen (Teilung = 1,5 mm) ausgebildet, wie in Fig. 2B
(nicht in Fig. 2A) zu sehen ist. Bei diesem ersten Ausfüh
rungsbeispiel beträgt der Durchmesser der Mittelzone 1A
etwa 22% des Durchmessers der elektrostatischen Einspann
vorrichtung 1. Weiterhin beträgt der Flächenanteil, der von
dem Vorsprung belegt wird, in Bezug auf die Gesamtfläche
der Mittelzone 1A der ersten Zone 100%, während der Flä
chenanteil, der von den Vorsprüngen belegt wird, in Bezug
auf die Gesamtfläche des Umfangsbereichs 1B als zweiter
Zone 11% beträgt.
Bei der in Fig. 3 gezeigten elektrostatischen Einspannvor
richtung 1 hat die Mittelzone 1A kreisförmige Gestalt mit
einem Durchmesser von 60 mm, wobei die gesamte Mittelzone
1A einen vorstehenden Oberflächenabschnitt 7A aufweist, wie
in Fig. 3A gezeigt ist. Andererseits sind Vorsprünge 7B mit
einem Durchmesser von 1,13 mm in Form eines Punktmusters in
der Umfangszone 1B der Einspannvorrichtung 1 mit regelmäßi
gen Abständen (Teilung oder Schrittweite = 2,0 mm) ausge
bildet, wie in Fig. 3B (nicht gezeigt in Fig. 3A) zu sehen
ist. Bei dieser zweiten Ausführungsform beträgt der Durch
messer der Mittelzone 1A etwa 33% des Durchmessers der
elektrostatischen Einspannvorrichtung 1. Ferner beträgt der
Flächenanteil, der von dem Vorsprung belegt wird, in Bezug
auf den gesamten Flächenbereich der Mittelzone 1A als er
ster Zone 100%, während der von den Vorsprüngen belegte
Flächenbereich in Bezug auf die Gesamtfläche der Umfangs
zone 1B als zweiter Zone 25% beträgt.
Bei der in Fig. 4 gezeigten elektrostatischen Einspannvor
richtung 1 ist die Mittelzone 1A als kreisförmige Zone mit
einem Durchmesser von 40 mm ausgebildet, wie in Fig. 4A ge
zeigt ist, und in der Mittelzone 1A sind in regelmäßigen
Intervallen (Teilung = 2,0 mm) Ausnehmungen 7A mit einem
Durchmesser von 1,0 mm als Punktmuster ausgebildet, während
die übrige flache Oberfläche als Vorsprung gemäß Fig. 4B
dient. Andererseits sind in der Umfangszone 1B der Ein
spannvorrichtung 1 gemäß Fig. 4C (in Fig. 4A nicht gezeigt)
in regelmäßigen Intervallen (Teilung = 1,5 mm) Vorsprünge
7B mit einem Durchmesser von 0,57 mm als Punktmuster ausge
bildet. Bei dieser dritten Ausführungsform beträgt der
Durchmesser der Mittelzone 1A etwa 22% des Durchmessers der
elektrostatischen Einspannvorrichtung 1. Weiterhin ist der
Flächenanteil, der von dem Vorsprung belegt wird, in Rela
tion zu der Gesamtfläche der Mittelzone 1A als erster Zone
80%. während der von den Vorsprüngen belegte Flächenanteil
in Bezug auf die Gesamtfläche der Umfangszone 1B als zwei
ter Zone 11% beträgt.
Bei der in Fig. 5 dargestellten elektrostatischen Einspann
vorrichtung 1 ist die Mittelzone 1A kreisförmig und hat
einen Durchmesser von 40 mm, wie in Fig. 5A gezeigt ist,
und es sind Ausnehmungen 7A mit einem Durchmesser von 3,5
mm als Punktmuster in der Mittelzone 1A in regelmäßigen In
tervallen (Teilung = 5,0 mm) ausgebildet, während die ver
bleibende flache Oberfläche als Vorsprung gemäß Fig. 5B
dient. Andererseits sind Vorsprünge 7B mit einem Durchmes
ser von 0,57 mm als Punktmuster in der Umfangszone der Ein
spannvorrichtung 1 in regelmäßigen Intervallen (Teilung =
1,5 mm) ausgebildet, wie in Fig. 5C (nicht gezeigt in Fig.
5A) zu sehen ist. Bei dieser vierten Ausführungsform be
trägt der Durchmesser der Mittelzone 1A etwa 22% des Durch
messers der elektrostatischen Einspannvorrichtung 1. Wei
terhin beträgt der Flächenanteil, der von dem Vorsprung be
legt wird, in Bezug auf die Gesamtfläche der Mittelzone 1A
als erster Zone 62%, während der von den Vorsprüngen be
legte Flächenanteil in Bezug auf die Gesamtfläche der Um
fangszone 1B als zweiter Zone 11% beträgt.
Bei der elektrostatischen Einspannvorrichtung 1 gemäß Fig.
6 hat die Mittelzone 1A eine kreisförmige Gestalt mit einem
Durchmesser von 60 mm, wie in Fig. 6A gezeigt ist, und es
sind Ausnehmungen 7A mit einem Durchmesser von 1,0 mm als
Punktmuster in der Mittelzone 1A in regelmäßigen Abständen
(Teilung = 2,0 mm) ausgebildet, während die übrige Oberflä
che als ein Vorsprung gemäß Fig. 6B dient. Andererseits
sind Vorsprünge 7B mit einem Durchmesser von 1,13 mm als
Punktmuster in der Umfangszone der Einspannvorrichtung 1 in
regelmäßigen Abständen (Schrittweite = 2,0 mm) gemäß Fig.
6C (in Fig. 6A nicht gezeigt) ausgebildet. Bei dieser fünf
ten Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Mittelzone
1A etwa 33% des Durchmessers der Einspannvorrichtung 1.
Weiterhin beträgt der von dem Vorsprung belegte Flächenan
teil in Bezug auf die Gesamtfläche der Mittelzone 1A als
erster Zone 80%, während der von den Vorsprüngen belegte
Flächenbereich in Bezug auf die Gesamtfläche der Umfangs
zone 1B als zweiter Zone 25% beträgt.
Bei der in Fig. 7 gezeigten elektrostatischen Einspannvor
richtung 1 hat die Mittelzone 1A kreisförmige Gestalt mit
einem Durchmesser von 60 mm, wie in Fig. 7A gezeigt ist,
und es sind Ausnehmungen 7A mit einem Durchmesser von 3,5
mm als ein Punktmuster in der Mittelzone 1A mit regelmäßi
gen Abständen (Teilung = 5,0 mm) ausgebildet, während die
verbleibende flache Oberfläche als ein Vorsprung gemäß Fig.
7B dient. Andererseits sind Vorsprünge 7B mit einem Durch
messer von 1,13 mm als Punktmuster in der Umfangszone der
Einspannvorrichtung 1 in regelmäßigen Abständen (Teilung =
2,0 mm) gemäß Fig. 7C (in Fig. 7A nicht gezeigt) angeord
net. Bei dieser sechsten Ausführungsform beträgt der Durch
messer der Mittelzone 1A etwa 33% des Durchmessers der
elektrostatischen Einspannvorrichtung 1. Weiterhin beträgt
der Flächenanteil, der von dem Vorsprung in Bezug auf die
Gesamtfläche der Mittelzone 1A als erster Zone belegt wird,
62%, während der von den Vorsprüngen belegte Flächenanteil
in Bezug auf die Gesamtfläche der Umfangszone 1B als zwei
ter Zone 25% beträgt.
Andererseits sind bei der als Vergleichsbeispiel dienenden
elektrostatischen Einspannvorrichtung 1 gemäß Fig. 8 Vor
sprünge mit einem Durchmesser von 0,57 mm in Form eines
Punktmusters in regelmäßigen Abständen (Teilung = 1,5 mm)
über die gesamte Oberfläche der Einspannvorrichtung 1 ver
teilt, einschließlich Mittelzone und Umfangszone, wie in
Fig. 8B (nicht gezeigt in Fig. 8A) gezeigt ist.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Vergleichsbeispiel. In der Ober
fläche ist weder in der Mittelzone noch in der Umfangszone
irgendeine Ausnehmung ausgebildet, so daß die gesamte Flä
che flach ist.
Verwendet man die elektrostatische Einspannvorrichtung 1
gemäß den Fig. 2 bis 7 einerseits und das Vergleichsbei
spiel nach den Fig. 8 und 9 andererseits, so ergeben sich
Temperaturverteilungen in dem Wafer und der elektrostati
schen Einspannvorrichtung bei Zuführung von gleichmäßiger
Plasmaenergie, die bestimmt wurden und in der nachstehenden
Tabelle 1 zusammengefaßt sind.
ΔT bedeutet die Temperaturdifferenz zwischen der Mittelzone
und der Umfangszone des Wafers.
Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, betrug ΔT des Wafers
bei den Vergleichsbeispielen der elektrostatischen Ein
spannvorrichtungen gemäß den Fig. 8 und 9 mehr als 100°C,
während sie bei den elektrostatischen Einspannvorrichtungen
gemäß der Erfindung, wie sie in Fig. 2 bis 7 gezeigt sind,
wesentlich herabgesetzt ist, da eine ziemlich gleichförmige
Temperaturverteilung in der Wafer-Oberfläche vorhanden ist.
Die besten Effekte werden mit der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 erzielt.
Von den Erfindern wurde ein Test für die Anziehung und das
Loslösen des Wafers durchgeführt. Die niedrigste Wafertem
peratur (die besten Kühleigenschaften) ließen sich bei der
elektrostatischen Einspannvorrichtung nach Fig. 9 beobach
ten, jedoch ist dabei die Anziehungskraft sehr stark von
den Bedingungen (Oberflächengestaltungen) der Rückseite des
Wafers beeinflußt, während die verbliebene Anziehungskraft
beim Lösen des Wafers beträchtlich groß war, so daß dement
sprechend eine stabile Anziehung und ein stabile Lösen des
Wafers nicht gewährleistet werden können und mithin die
elektrostatische Einspannvorrichtung dieses Typs in der
Praxis nicht akzeptabel ist.
Eine weitere Ausführungsform, die sich von den obigen Aus
führungsformen unterscheidet, ist im Hinblick auf besondere
Kühlungseigenschaften ausgelegt. Diese Ausführungsform ist
in Fig. 10 gezeigt. Wie aus Fig. 10A ersichtlich ist, ist
die Oberfläche dieser elektrostatischen Einspannvorrichtung
in vier Zonen unterteilt, die konzentrisch angeordnet sind.
Die Mittelzone 1A ist kreisförmig und hat einen Durchmesser
D1 von 76 mm, wobei die gesamte mittlere Zone 1A als vor
stehender Abschnitt ausgebildet ist. Die Umfangszone 1B um
faßt drei ringförmige Zonen 1B1, 1B2 und 1B3. Die Zone 1B1,
die einer zwischen den Durchmessern D1 und D2 (76 mm bis
106 mm) existierenden Zone entspricht, besitzt Vorsprünge
mit einem Durchmesser von 4,88 mm als Punktmuster mit re
gelmäßigen Abständen (Teilung = 5 mm), wie in Fig. 10B
(nicht gezeigt in Fig. 10A) zu sehen ist. Die Zone 1B2, die
einer Zone zwischen den Durchmessern D2 und D3 (106 mm bis
130 mm) entspricht, besitzt Vorsprünge mit einem Durchmes
ser von 1,6 mm als Punktmuster mit regelmäßigen Abständen
(Teilung = 2 mm), wie in Fig. 10C zu sehen ist. Weiterhin
besitzt die Zone 1B3, die als Zone zwischen den Durchmes
sern D3 und D (130 mm bis 180 mm) existiert, Vorsprünge mit
einem Durchmesser von 1,13 mm als Punktmuster mit regel
mäßigen Intervallen (Teilung = 2 mm) wie in Fig. 10D zu se
hen ist. Bei dieser Ausführungsform beträgt der von den
Vorsprüngen belegte Flächenanteil in Bezug auf die Gesamt
fläche der jeweiligen Zone 1A, 1B1, 1B2 und 1B3 jeweils
100%, 72%, 50% beziehungsweise 25%.
Es wurden mit den elektrostatischen Einspannvorrichtungen
gemäß den Fig. 9 und 10 die oben erläuterten Tests durchge
führt. Die Testergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle
2 zusammengefaßt.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, beträgt die bei der in
Fig. 10 dargestellten Einspannvorrichtung beobachtete Wa
fertemperatur fast genauso viel wie bei der in Fig. 9 dar
gestellten elektrostatischen Einspannvorrichtung, und die
Wafertemperatur-Verteilung bei der Einspannvorrichtung ge
mäß Fig. 10 ist etwas besser als bei der Einspannvorrich
tung nach Fig. 9.
Aus den obigen Temperaturkennwerten und den Anziehungs-
Löse-Eigenschaften der elektrostatischen Einspannvorrich
tung läßt sich schließen, daß die Differenz im Niveau oder
in der Höhe des Vorsprungs vorzugsweise im Bereich von 10
bis 70 µm liegt, daß die maximale Kontaktfläche (Flächenan
teil, der von dem Vorsprung belegt wird) in der Mittelzone
vorzugsweise im Bereich von 25 bis 100% liegt, daß der Kon
taktflächenanteil in der Umfangszone vorzugsweise nicht
mehr als 50% von dem Flächenanteil in der Mittelzone be
trägt, und daß die Oberfläche der Einspannvorrichtung kon
zentrisch in zwei Zonen unterteilt ist, deren Grenze ein
Kreis mit einem Durchmesser von vorzugsweise 10 bis 50% des
Durchmessers der elektrostatischen Einspannvorrichtung be
trägt oder in mehr Zonen, vorzugsweise drei, Zonen unter
teilt ist, wobei der Kontaktflächenanteil vorzugsweise kon
tinuierlich geändert ist.
Erfindungsgemäß wird die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit
dadurch gesteuert, daß man eine elektrostatische Einspann
vorrichtung als Waferhalterung zum Halten eines Wafers be
nutzt, ohne daß die Waferoberfläche bei der Bearbeitung
kontaktiert wird, während die elektrostatische Einspannvor
richtung zwangsgekühlt wird und die Kontaktfläche zwischen
Wafer und Einspannvorrichtung in radialer Richtung geändert
wird. Darum ist es nicht notwendig, irgendwelche kompli
zierten Strukturen und/oder Hilfsmittel zum Steuern der
Temperatur vorzusehen. Als Ergebnis erhält man eine Wafer
halterung hoher Zuverlässigkeit, die mit geringen Anlageko
sten zur Verfügung gestellt werden kann.
Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße elektrostatische
Einspannvorrichtung eine wesentliche Reduzierung der Wahr
scheinlichkeit einer Verunreinigung von Wafern, was Ursache
ist für verschiedene Eigenschaftsänderungen der sich erge
benden Halbleiterbauelemente, weil die Einspannvorrichtung
die Wafer hält, ohne in Kontakt mit der bearbeiteten Wafer
oberfläche zu gelangen.
Selbstverständlich läßt sich die optimale Verarbeitungstem
peratur in einfacher Weise dadurch einstellen, daß man die
Temperatur des Kühlmittels in geeigneter Weise steuert, um
eine Zwangskühlung der Einspannvorrichtung zu bewirken,
wenngleich in der obigen Beschreibung keine speziellen Aus
führungsformen hierzu dargestellt sind.
Claims (8)
1. Elektrostatische Einspannvorrichtung, mit einer
etwa kreisförmigen Oberfläche, die mehrere konzentrische
Zonen (1A, 1B) aufweist, eine vorstehende Fläche (7A) be
sitzt, die in Berührung mit einem zu bearbeitenden, schei
benförmigen Substrat gelangt, und eine vertiefte Fläche be
sitzt, die nicht mit dem Substrat in Berührung kommt, wobei
unter den Zonen der Flächenanteil, der von der vorstehenden
Fläche in Bezug auf die Zone, in der die vorstehende Fläche
vorhanden ist, belegt wird, in der inneren Zone hoch und in
der äußeren Zone gering ist.
2. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der
Flächenanteil, der von der vorstehenden Fläche belegt wird,
in Bezug auf die Zone, in der die vorstehende Fläche vor
handen ist, von der inneren Zone in Richtung auf die äußere
Zone kontinuierlich verringert ist.
3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei
der die Niveaudifferenz zwischen vorstehender und vertief
ter Fläche im Bereich von 10 bis 70 µm liegt.
4. Einspannvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der
Flächenanteil, der von der vorstehenden Fläche belegt wird,
in der äußeren Zone nicht mehr als 50% des Anteils in der
inneren Zone beträgt.
5. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, bei der der Durchmesser der am weitesten innen liegenden
Zone von den mehreren Zonen im Bereich von 10 bis 50% des
Durchmessers der kreisförmigen Oberfläche liegt.
6. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, bei der der Flächenanteil, der von der vorstehenden Flä
che in der innersten Zone von den mehreren Zonen belegt
wird, im Bereich von 25 bis 100% liegt.
7. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, bei der die vorstehende Fläche in vorbestimmten Inter
vallen angeordnete Vorsprünge aufweist.
8. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, bei der die vertiefte Fläche von in regelmäßigen Inter
vallen angeordneten Ausnehmungen gebildet ist.
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8105 | Search report available | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: BLUMBACH, KRAMER & PARTNER, 81245 MUENCHEN |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: KRAMER - BARSKE - SCHMIDTCHEN, 81245 MUENCHEN |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |