DE602004008037T2 - Elektrostatische bond-einspannvorrichtung mit integrierter hochfrequenzelektrode und thermostatischen mitteln - Google Patents

Elektrostatische bond-einspannvorrichtung mit integrierter hochfrequenzelektrode und thermostatischen mitteln Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Bond-Einspannvorrichtung mit einer integrierten Hochfrequenzelektrode und integrierten thermostatischen Mitteln. Sie ist besonders, jedoch nicht ausschließlich, bestimmt zur Herstellung von elektronischen Bauelementen.
  • Um die Metallisierung von Siliziumsubstraten zur Herstellung von elektronischen Bauelementen, beispielsweise von MOS-Transistoren (Metal Oxide Semiconductors) zu bewirken, scheidet man zunächst eine Aluminiumschicht durch PVD (Physical Vapor Deposition) in Dampfphase ab. Die Bemühung um Optimierung der elektrischen Leistungen, die mit einer zunehmenden Verkleinerung der Bauelemente einhergehen, die Probleme der Lötung der Verbindungen und der Realisierung von Anschlußschichten haben in der Industrie zur Verwendung von Kupfer statt Aluminium geführt, um den Metallisierungsschritt durchzuführen. Man hat gefunden, daß die Kupferabscheidung hauptsächlich durch eine Reaktion der Elektroabscheidung in flüssigem Milieu erfolgt, die zuvor die Abscheidung einer Keimschicht aus Kupfer durch PVD erfordert. Diese Keimschicht hat außerordentlich kritische Charakteristika. Die Erfindung trägt durch ihre spezifischen Eigenschaften zum Erreichen dieser Charakteristika bei.
  • 1. zeigt eine Bond-Einspannvorrichtung (englisch: "chuck") nach dem Stand der Technik. Man sieht hier ein Substrat 100, beispielsweise eine Siliziumscheibe (englisch: "wafer"), die auf einer elektrostatischen Bond-Einspannvorrichtung 110 ruht, die mit einer Mittelöffnung 120 versehen und seitlich durch Haken 130 gehalten ist. Die Einspannvorrichtung 110 ruht ihrerseits auf einem Halter 140 (oder Sockel) mit Kühlkreisen 150 und Heizwiderständen 160. Die Einspannvorrichtung weist eine Mittelöffnung 180 in der Achse der Mittelöffnung 120 der Einspannvorrichtung 110 auf. Durch diese Öffnungen wird ein Gas 190, beispielsweise Helium oder Argon eingeleitet, das den Wärmeaustausch zwischen dem Halter 140, der Einspannvorrichtung 110 und dem Substrat 100 begünstigt. Hochfrequenzelektroden 170 sind gegebenenfalls auf dem Halter 140 angeordnet.
  • Das Vorhandensein von zwei Zwischenräumen oder Spalten ("gaps") zwischen einerseits dem Substrat 100 und der elektrostatischen Einspannvorrichtung 110 und andererseits zwischen der elektrostatischen Einspannvorrichtung 110 und dem Halter 140 führt zu Problemen des Temperaturanstiegs, der Temperatursteuerung (jeder Zwischenraum führt zu einem Temperaturunterschied von mehreren zehn Graden) und der Gleichmäßigkeit der Temperatur auf der Oberfläche des Substrats 100.
  • Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Nachteile. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung eine elektrostatische Bond-Einspannvorrichtung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aufweist:
    • – einen oberen Keramikkörper, der zum Halten des zu behandelnden Substrats geeignet ist,
    • – einen unteren Keramikkörper, der Heizelemente und Hochfrequenzelektroden trägt, wobei die genannten Keramikkörper miteinander dauerhaft verklebt sind.
  • Infolge dieser Maßnahmen wird ein einziger Zwischenraum geschaffen, die Steuerung und Gleichmäßigkeit der Temperatur werden erleichtert und sicherer und die Temperaturanstiege rascher. Die Hochfrequenzelektroden ermöglichen die Modulierung des Plasmas um das zu behandelnde Substrat.
  • Gemäß besonderen Merkmalen sind die Keramikkörper untereinander durch erhitztes Glas verklebt. Durch diese Maßnahmen ist die Verklebung isolierend und sehr beständig und kann die Spannungen und Maßnahmen in bezug auf die Isolierung der Hochfrequenzelektroden verringern, wobei der Sockel geerdet werden kann.
  • Gemäß besonderen Merkmalen weist die elektrostatische Einspannvorrichtung einen Sockel auf, der Kühlelemente trägt, wobei der untere Keramikkörper mit dem Sockel dauerhaft zusammengebaut ist.
  • Gemäß besonderen Merkmalen ist der untere Keramikkörper mit dem Sockel durch eine Lötverbindung zusammengebaut.
  • Gemäß besonderen Merkmalen ist die Lötverbindung eine solche mit Indiumlot.
  • Gemäß besonderen Merkmalen ist der untere Keramikkörper mit dem Sockel durch Kleben zusammengebaut.
  • Gemäß besonderen Merkmalen ist die Verklebung mit Silber hergestellt.
  • Gemäß einer jeden dieser Maßnahmen sind der untere Keramikkörper und der Sockel in guter thermischer Wärmeverbindung, und die Hochfrequenzelektroden sind vom Sockel isoliert.
  • Gemäß besonderen Merkmalen weist der untere Keramikkörper Kühlelemente auf.
  • Gemäß besonderen Merkmalen ist der untere Keramikkörper gehalten von seitlichen Halter, die dauerhaft mit dem unteren Keramikkörper zusammengebaut sind.
  • Die Erfindung wird erläutert mit weiteren Vorteilen, Zielen und Merkmalen durch die folgende Beschreibung ohne Beschränkung darauf mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, worin:
  • 1 zeigt schematisch im Schnitt eine Einspannvorrichtung nach dem Stand der Technik,
  • 2 zeigt schematisch im Schnitt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrostatischen Bond-Einspannvorrichtung,
  • 3 zeigt schematisch im Schnitt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrostatischen Bond-Einspannvorrichtung,
  • 4 zeigt im Schnitt die in 2 gezeigte elektrostatische Bond-Einspannvorrichtung und
  • 5 zeigt perspektivisch die elektrostatische Bond-Einspannvorrichtung der 2.
  • Die in 1 dargestellten Elemente wurden bereits oben beschrieben. 2 zeigt eine elektrostatische Bond-Einspannvorrichtung 250 (englisch: "chuck") gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Man ersieht hier ein Substrat 200 (englisch: "wafer"), das auf einem oberen Keramikkörper 205 der elektrostatischen Einspannvorrichtung 250 ruht, die mit einer zentralen Gaseintrittsöffnung 210 versehen ist. Der obere Keramikkörper 205 ist durch einen Klebstoff 260 mit einem unteren Keramikkörper 215 verklebt, der Hochfrequenzelektroden 220 und Heizelemente 225 trägt. Der untere Keramikkörper 250 ist seinerseits dauerhaft an einem Halter (oder Sockel) 230 angebracht, der Kühlkreisläufe 235 aufweist. Der untere Keramikkörper 215 weist eine zentrale Gaseintrittsöffnung 240 in der Achse der zentralen Gaseintrittsöffnung 210 des oberen Keramikkörpers 205 auf. Der Sockel 230 weist eine zentrale Gaseintrittsöffnung 245 in der Achse der zentralen Gaseintrittsöffnungen 210 und 240 der oberen und unteren Keramikkörper auf.
  • Durch diese zentralen Gaseintrittsöffnungen 210, 240 und 245 wird ein Gas 255, beispielsweise Helium oder Argon, eingeleitet, das die Wärmeaustauschvorgänge zwischen dem oberen Keramikkörper 205 und dem Substrat 200 begünstigt.
  • So ist erfindungsgemäß nur mehr ein einziger Spalt (englisch: "gap") zwischen dem Substrat 100 und jedem der Heiz-, Kühl- oder Strahlungselemente vorhanden, was die Einschränkungen bezüglich des Temperaturanstiegs, der Temperatursteuerung (jeder Spalt bewirkt einen Temperaturunterschied von 30°C) und der Gleichmäßigkeit der Temperatur an der Oberfläche des Substrats 200 betrifft.
  • Der Klebstoff 260 ist in einer besonders interessanten Ausführungsform ein Klebstoff, der aus Glas besteht, das bei einer Temperatur angewandt wird, bei der das Glas flüssig und formbar ist. Die Verklebung sorgt so für eine elektrische Isolation zwischen den zwei Keramikkörpern. Die Hochfrequenzelektroden 220 sind beispielsweise Elektrodenplatten, die an der oberen Fläche des unteren Keramikkörpers 215 angeordnet sind. Die Heizelemente 225 sind beispielsweise Elektrodenplatten, die an der unteren Seite des unteren Keramikkörpers 215 angeordnet sind.
  • Die Vereinigung (der Zusammenbau) des unteren Keramikkörpers 215 und des Sockels 230 ist beispielsweise gebildet durch eine Lötverbindung 270, die ein Indiumlot benutzt, was eine gute Wärmeverbindung gewährleistet. Gemäß einer Abwandlung ist die Vereinigung zwischen dem unteren Keramikkörper 215 und dem Sockel 230 durch Verkleben, beispielsweise mit einem Klebstoff mit Silber 270, hergestellt. Die Nasen 265 ermöglichen die Manipulierung der Scheiben.
  • 3 zeigt eine elektrostatische Bond-Einspannvorrichtung 350 (englisch: "chuck") gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie ersichtlich, ruht hier ein Substrat 300 (englisch: "wafer") auf einem mit einer zentralen Gaseintrittsöffnung 310 versehenen oberen Keramikkörper 305 der elektrostatischen Einspannvorrichtung 350. Der obere Keramikkörper 305 ist durch einen Klebstoff 360 mit einem unteren Keramikkörper 315 verklebt, der Hochfrequenzelektroden 320, Heizelemente 325 und Kühlkreisläufe 335 trägt. Der untere Keramikkörper 315 ist selbst dauerhaft durch seine Seitenflächen mit einem Halter 330 zusammengebaut. Der untere Keramikkörper 315 weist eine zentrale Gaseintrittsöffnung 340 in der Achse der zentralen Gaseintrittsöffnung 310 des oberen Keramikkörpers 305 auf. Durch diese zentralen Gaseintrittsöffnungen 310 und 340 wird ein Gas 350, beispielsweise Helium oder Argon, eingeleitet, das die Wärmeaustauschvorgänge zwischen dem oberen Keramikkörper 305 und dem Substrat 300 begünstigt.
  • So liegt erfindungsgemäß nur noch ein einziger Spalt (englisch: "gap") zwischen dem Substrat 300 und jeder der Heiz-, Kühl- und Strahlungselemente vor, was die Einschränkungen hinsichtlich des Temperaturanstiegs, der Temperatursteuerung und der Gleichmäßigkeit der Temperatur auf der Oberfläche des Substrats 300 verringert.
  • Der Klebstoff 360 ist in einer besonders interessanten Ausführungsform ein Klebstoff aus Glas, der bei einer Temperatur aufgebracht wird, bei der das Glas flüssig und durch Druck formbar ist. Die Verklebung gewährleistet so eine elektrische Isolation zwischen den zwei Keramikkörpern. Die Hochfrequenzelektroden 320 sind beispielsweise flache Elektroden, die an der oberen Seite des unteren Keramikkörpers 215 angeordnet sind. Die Heizelemente 325 sind beispielsweise flache Elektroden, die an der unteren Seite des unteren Keramikkörpers 315 angeordnet sind.
  • Der Zusammenbau (die Vereinigung) zwischen dem unteren Keramikkörper 315 und dem Halter 330 wird beispielsweise gebildet durch eine Lötverbindung, die ein Indiumlot 370 verwendet, das eine gute Wärmeverbindung gewährleistet. Gemäß einer Variante kann die Vereinigung zwischen dem unteren Keramikkörper 315 und dem Halter 330 durch Verkleben, beispielsweise mit einem Klebstoff mit Silber 370, erfolgen.
  • 4 zeigt im Schnitt und 5 in Perspektive die in 2 gezeigte elektrostatische Bond-Einspannvorrichtung. In 5 sind die zwei Keramikkörper 205 und 215 zur Verdeutlichung voneinander getrennt.
  • Man ersieht in den 4 und 5 die elektrostatische Bond-Einspannvorrichtung 250 mit dem oberen Keramikkörper 205 und dem unteren Keramikkörper 215, den zentralen Öffnungen 210 und 240, der Klebstoffschicht 260, den Hochfrequenzelektroden 220 und den Heizelementen 225. Sechs seitliche zylindrische Ausnehmungen 400 sind parallel zur Achse der Keramikkörper in regelmäßigen Abständen an den Keramikkörpern zur Aufnahme der hakenförmigen Stifte 365 zur Manipulierung der Scheiben ausgebildet.

Claims (10)

  1. Elektrostatische Bond-Einspannvorrichtung (250, 350), dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: – einen oberen Keramikkörper (205), der zum Halten des zu behandelnden Substrats (200, 300) eingerichtet ist, – einen unteren Keramikkörper (215, 315), der Heizelemente (225, 325) und Hochfrequenzelektroden (220, 320) trägt, wobei die genannten Keramikkörper miteinander dauerhaft verklebt sind.
  2. Bond-Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikkörper (205, 215, 315) miteinander durch erhitztes Glas (260, 360) verklebt sind.
  3. Bond-Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Sockel (230) aufweist, der Kühlelemente (235) trägt, wobei der untere Keramikkörper (215) mit dem Sockel dauerhaft zusammengebaut ist.
  4. Bond-Einspannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Keramikkörper (215, 315) mit dem Sockel (230, 330) durch eine Lötverbindung (270, 370) verbunden ist.
  5. Bond-Einspannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindung (270, 370) mit Indiumlot hergestellt ist.
  6. Bond-Einspannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Keramikkörper (215, 315) mit dem Sockel (230, 330) durch Kleben zusammengebaut ist.
  7. Bond-Einspannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklebung (270, 370) des unteren Keramikkörpers (215, 315) mit dem Sockel (230, 330) mit Silber hergestellt ist.
  8. Bond-Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Keramikkörper (315) Kühlelemente (335) aufweist.
  9. Bond-Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Keramikkörper (215, 315) von seitlichen Halter getragen ist, die dauerhaft mit dem unteren Keramikkörper zusammengebaut sind.
  10. Bond-Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der oberen und unteren Keramikkörper (205, 215, 315) von einer Gaseintrittsöffnung (210, 240, 245, 310, 340) durchsetzt ist.
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