DE4107752C2

DE4107752C2 - Elektrostatische Einspannvorrichtung für ein scheibenförmiges Substrat

Info

Publication number: DE4107752C2
Application number: DE4107752A
Authority: DE
Inventors: Makoto Toraguchi; Gen Ichi Katagiri; Yasushi Sakakibara
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2011-03-12
Also published as: GB9104934D0; US5160152A; JPH04211146A; JP3129452B2; GB2243022A; KR920005811A; KR970011660B1; DE4107752A1; GB2243022B

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Einspannvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Halten eines Wafers während der Behandlung wie zum Bei spiel der Ausbildung einer Dünnschicht auf dem Wafer oder dem Ätzen des Wafers im Zuge der Herstellung von Halbleiterbauelementen unter Anwendung des Plasma-CVD-Verfahrens oder des Plasma-Ätzens. Speziell bezieht sich die Erfindung auf eine elektrostatische Ein spannvorrichtung, die imstande ist, die Temperatur des Wafers während des gesamten Bear beitungsvorgangs gleichmäßig zu halten.

Eine Einspannvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der FR 2 554 288 A1 bekannt.

Bislang wurde in Plasma-CVD-Apparaturen und in Apparaturen zum Plasma-Ätzen ein zu bearbeitender Wafer auf einer Substrat-Halterungsunterlage positioniert, und zwar entweder aufgrund des Eigengewichts oder durch mechanisches Festklemmen an der Unterlage.

Bei diesen Verfahren zum Positionieren eines Wafers in den genannten Apparaturen kommt es zum Beispiel bei dem Positionieren des Wafers durch dessen Eigengewicht, also unter Einfluß der Schwerkraft, zur umfangreichen Zunahme der Wafertemperatur im Verhältnis zu der Zunahme der Prozessenergie, so daß die in früheren Verarbeitungsstufen auf dem Wafer 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 elektrostatische Einspannvorrichtung an dem Problem der Erzielung einer gleichförmigen Temperaturverteilung innerhalb des Wafers. Um diesem Problem zu begegnen, ist zum Beispiel in der JP 1-251735 (A) eine elektrostatische Einspannvorrichtung zum Halten eines scheibenförmigen Substrats angegeben, die einen Körper mit einer im wesentlichen kreisförmigen Oberfläche aufweist, die eine vorstehende Fläche, die in Berührung mit dem gehaltenen Substrat kommt, und eine vertiefte Fläche in Form ringförmiger Ausnehmungen, die nicht in Kontakt mit dem gehaltenen Substrat kommt, aufweist, angegeben, die - bei kompliziertem Aufbau - derart ausgebildet ist, daß ein Gas zwischen Wafer und elektrostatischer Einspannvorrichtung eingeleitet wird, wobei 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 elektrostatischen 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.

Wenn auf die Rückseite einer scheibenförmigen elektrostati schen Einspannvorrichtung ein auf konstanter Temperatur gehaltener 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 Energie 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 elektrostatischen Einspannvorrichtung. Weiterhin ist der Wärmewiderstand des Wafers groß, 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.

Bei einer Ausführungsform der 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 Halten 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 Teils 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. 8A,

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 ten 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. 1 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 regelmäßigen 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 Vergleichsbeispiel 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.

Tabelle 1

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 stabiles 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 Gesamtfläche 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.

Tabelle 2

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, 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

1. Elektrostatische Einspannvorrichtung zum Halten eines scheibenförmigen Substrats, mit
einem Körper (1), der eine im wesentlichen kreisförmige Oberfläche aufweist, die konzentrische Zonen (1A, 1B, 1B_1-3) aufweist,
wobei die konzentrischen Zonen mindestens eine innere Zone (1A) und eine äußere Zone (1B, 1B₃) aufweisen,
wobei die Zonen jeweils mindestens eine vorstehende Fläche (7A, 7B, 7B_1-3) aufweisen,
wobei mindestens die äußere Zone (1B, 1B₃) eine vertiefte Fläche aufweist, und
wobei der Flächenanteil, der von der vorstehenden Fläche (7A, 7B, 7B_1-3) relativ zu der Gesamtfläche der Zone, in der die vorstehende Fläche vorhanden ist, belegt wird, in der inneren Zone höher als in der äußeren Zone ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die vorstehende Fläche (7A, 7B, 7B_1-3) in Berührung mit dem gehaltenen scheibenförmigen Substrat gelangt, und
daß die vertiefte Fläche nicht mit dem gehaltenen scheibenförmigen Substrat in Berührung gelangt.

2. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Mehrzahl von wenigstens drei konzentrischen Zonen (1A, 1B_1-3) vorgesehen ist, und der Flächenanteil, der von den vorstehenden Flächen (7A, 7B_1-3) jeweils relativ zu der Gesamtfläche der Zone, in der die vorstehende Fläche vorhanden ist, belegt wird, von der inneren Zone zur äußeren Zone hin kontinuierlich abnimmt.

3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Niveaudifferenz zwischen vorstehender und vertiefter Fläche im Bereich von 10 bis 70 µm liegt.

4. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Flächenanteil, der von der vorstehenden Fläche (7A, 7B, 7B_1-3) relativ zu der Gesamtfläche der Zone, in der die vorstehende Fläche vorhanden ist, belegt wird, in der äußeren Zone nicht mehr als 50% des Flächenanteils in der inneren Zone beträgt.

5. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Durchmesser der inneren Zone 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 Fläche in der inneren Zone belegt wird, im Bereich von 25 bis 100% liegt.

7. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die vorstehende Fläche aus in vorbestimmten Intervallen angeordneten Vorsprüngen besteht.

8. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die vertiefte Fläche von in regelmäßigen Intervallen angeordneten Ausnehmungen gebildet ist.