DE69429318T2 - Halteverfahren und Haltesystem für ein Substrat - Google Patents

Halteverfahren und Haltesystem für ein Substrat

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Description

    Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Halten eines Substrats und ein Substrathaltesystem zum sicheren Halten eines Substrats in einem Produktionsverfahren zum Behandeln des Substrats, wie beispielsweise eine Halbleitervorrichtung, während diese gekühlt wird.
    • Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Unter den Substratbehandlungsgeräten eines Produktionsverfahrens für Halbleitervorrichtungen gibt es viele Substratbehandlungsgeräte, die das Kühlen des Substrats erfordern, wie beispielsweise ein Plasmabehandlungsgerät, ein Sputter- Gerät, ein Trockenätzgerät, ein CVD-Gerät (chemical-vapor-deposition) und ein Hochenergie-Ionenimplantations-Gerät. Da die Behandlungsumgebung dieser Geräte im Allgemeinen das Vakuum ist, ist es schwierig, das Substrat durch Kontaktieren mit einer Kühloberfläche, wie beispielsweise bei Umgebungsdruck, zu kühlen, wegen der Abnahme der thermischen Leitfähigkeit. Obwohl es reichlich Literatur zur thermischen Leitfähigkeit im Vakuum (verdünntes Gas) gibt, bleibt die Menge der durch Kontakt transferierten Wärme gering, auf Grund des kleinen tatsächlichen Kontaktbereichs, wenn herkömmliche Kontaktoberflächen miteinander in Kontakt kommen. Insbesondere beim Wärmetransfer zwischen einem Substrat und einer Kühloberfläche ist es schwierig, das Substrat fest gegen die Kühloberfläche zu drücken, da die Möglichkeit besteht, das Substrat zu beschädigen. Daher sind unterschiedliche Ideen vorgeschlagen worden, wie beispielsweise Anordnen eines weichen Elastomers auf der Oberfläche, die ein Substrat kontaktiert. Jedoch wurde es in jüngster Zeit üblich, dass ein Gas zwischen einem Substrat und einer Kühloberfläche eingeleitet wurde, um das Substrat unter Verwendung des Gases als Kühlmittel zu kühlen, da die Wärmebelastung in dem Substrat ansteigt oder das Erfordernis entsteht, das Substrat auf eine geringere Temperatur abzukühlen.
  • Es gibt unterschiedliche Typen an mit Gas gekühlten Substrathaltesystemen. Diese können grob in den folgenden Gruppen kategorisiert werden:
  • (1) ein Gaskühlungstyp, wo die hintere Oberfläche eines Substrats und eine Kühloberfläche miteinander in Kontakt sind und ein Gas in dem Spalt zwischen den beiden Oberflächen eingeleitet wird, der durch die Oberflächenrauheit geformt ist, sowie
  • (2) ein Gaskühlungstyp, wo die hintere Oberfläche eines Substrats und eine Kühloberfläche nicht miteinander in Kontakt stehen und ein Gas in dem Spalt zwischen den beiden Oberflächen in der gleichen Weise wie vorhergehend eingeleitet wird.
  • Der Stand der Technik hinsichtlich der Gaskühlungstypen betreffend der vorhergehenden sind beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2- 27778 (1990), der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 62-274625 (1987), der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 1-251375 (1989), der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 3-154334 (1991) und der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 4-8439 (1992) beschrieben. Sowie der Stand der Technik des Gaskühlungstyps betreffend des letzteren ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 63-102319 (1988), der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-312223 (1990) und der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 3-174719 (1991) beschrieben. Des Weiteren gibt es einen weiteren Typ, der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-30128 (1990) beschrieben ist, bei dem vor dem Einleiten eines Kühlgases die hintere Oberfläche eines Substrats und die Kühloberfläche miteinander in Kontakt stehen, jedoch wird das Substrat auf Grund des durch das Einleiten eines Kühlgases hervorgerufenen Gasdrucks während des Kühlens nach oben gedrückt und steht nicht in Kontakt mit der Kühloberfläche.
  • Bei diesem Kühlen, unter der Voraussetzung das ein bestimmtes Kühlgas verwendet wird, hängt die Kühlkapazität (Größe der transferierten Wärme) mit dem Kühlgas von dem Druck des Gases und dem Abstand zwischen der hinteren Oberfläche und eines Substrats und einer Kühloberfläche ab (Spalt in der hinteren Oberfläche des Substrats). Fig. 8 zeigt schematisch die Charakteristik der thermischen Leitfähigkeit bei geringem Druck. Wenn der Druck des Kühlgases niedrig ist, ist die Menge der transferierten Wärme proportional zu dem Druck des Kühlgases und unabhängig von der Größe des Spaltes zwischen den beiden Oberflächen. Wenn der Druck des Kühlgases höher als der Druck P0 ist, wo die mittlere freie Weglänge des Kühlgases nahezu dem Spalt entspricht, wird die Menge der transferierten Wärme konstant und unabhängig von dem Gasdruck. Der Druck des Kühlgases in dem Typ (1), wie vorhergehend beschrieben, befindet sich im Allgemeinen in dem Bereich, in dem der Wärmetransfer proportional zum Druck ist, und der Druck des Kühlgases in dem Typ (2), wie vorhergehend beschrieben, befindet sich im Allgemeinen in dem Bereich, in dem der Wärmetransfer unabhängig vom Druck ist.
  • Charakteristiken und Probleme in unterschiedlichen Kühlverfahren eines Substrats werden nachfolgend beschrieben.
  • Zuerst soll eine Beschreibung für den Fall erfolgen, bei dem das Kühlen unter einer Bedingung durchgeführt wird, bei der ein Substrat die Kühloberfläche kontaktiert. Die Kühlverfahren, die zu diesem Typ gehören, sind die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2-27778 (1990), die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 62-274625 (1987), die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 1-251375 (1989), die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 3-154334 (1991) und die offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 4-8439 (1992). In dem Kühlverfahren diese Typs, obwohl das Substrat und die Kühloberfläche miteinander in Kontakt stehen, kontaktieren nur die am Weitesten vorstehenden Abschnitte der Kühloberfläche mit dem Substrat, wenn dieses im Detail observiert wird. Die vertieften Abschnitte auf der Kühloberfläche und auf dem Substrat stehen nicht miteinander in Kontakt, und die Spalten betragen ungefähr 10 um bis 50 um, obwohl dies von der Oberflächenrauheit abhängt. In einem Fall, bei dem ein Kühlgas in den Spalt eingeleitet wird, beträgt der Druck im Allgemeinen einige Torr (1 Torr = 133 Pa), was in einem Bereich ist, der nahezu der mittlerer, freien Weglänge entspricht. Daher kann eine ausreichende, effiziente Kühlung erhalten werden, indem der Druck, wie in Fig. 8 gezeigt, entsprechend festgelegt wird.
  • Jedoch, wenn das Kühlgas von einem spezifischen einzelnen Abschnitt, wie in der Figur in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-27778 (1990) gezeigt, versorgt wird, ist der Druck am höchsten in dem Versorgungsabschnitt für das Kühlgas und nimmt ab, wenn diese Richtung des umgebenden Abschnitts des Substrats verläuft. Da die Kühleffizienz eine Druckabhängigkeit, wie in Fig. 8 gezeigt, aufweist, entsteht ein Nachteil, dass die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung auf Grund der Ungleichförmigkeit der Kühleffizienz geschwächt wird. Wenn kein Gasleck vorhanden ist, d. h. kein Gasfluss, erfolgt keine Druckverteilung und die Temperaturverteilung wird gleichförmig. Jedoch, um dies zu erreichen, muss der umgebende Abschnitt des Substrats abgedeckt werden. Dieses Beispiel ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62-274625 (1987) oder in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 2-135140 beschrieben. Weiterhin ist das Verfahren, bei welchem Kühlgas von mehreren Abschnitten zugeführt wird, um die Druckverteilung auf der Rückseite des Substrats gleichförmig zu machen, in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 1- 251735 (1989) oder in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4- 61325 (1992) beschrieben. In jedem Fall ist in diesem Kühlverfahren, da die hintere Oberfläche des Substrats und die Kühloberfläche in einem großen Bereich miteinander in Kontakt stehen, ein Nachteil vorhanden, dass auf der hinteren Oberfläche des Substrats durch Kontaktieren mit der Kühloberfläche eine Vielzahl an Fremdsubstanzen angebracht ist. Des Weiteren, um zu verhindern, dass das Kühlgas durch den umgebenden Abschnitt des Substrats leckt, indem ein Abdeckmaterial verwendet wird, muss die Abdeckung unter Last gesetzt werden.
  • Hierzu werden Mittel benötigt, die auf irgendeine Weise das Substrat fest fixieren. Nachfolgendend wird das Kühlverfahren beschrieben, bei dem ein Substrat und eine Kühloberfläche nicht miteinander zu Anfangs in Kontakt stehen und bei dem ein Kühlgas in den Spalt geleitet wird. Der Stand der Technik dieses Verfahrens ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 3-174719 (1991) oder in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-6270 (1992) beschrieben, bei dem ein Substrat mechanisch an eine Kühloberfläche von der oberen Oberfläche oder der seitlichen Oberfläche des Substrats fixiert ist. Da in diesem Beispielen das Substrat mechanisch fixiert ist, gibt es den Nachteil, dass Fremdsubstanzen geneigt sind, an den Fixierabschnitten hervorgerufen zu werden. In diesen in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 63-102319 (1958) und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-30128 (1990) beschriebenen Verfahren ist ein Substrat nicht speziell fixiert, jedoch durch das Gewicht des Substrats selbst gehalten. In diesem Fall, um die Leckage des Kühlgas nicht so sehr zu erhöhen oder um das Substrat nicht anzuheben, muss der Druck des Kühlgases gering gehalten werden. Dies führt zu einem Nachteil, dass die Kühleffizienz herabgesetzt ist.
  • Elektrostatische Adhäsion ist bekannt als ein Verfahren zum elektrischen Fixieren eines Substrats. Ein Beispiel, bei dem ein Substrat an eine Kühloberfläche mit diesem Verfahren fixiert wird, und Vorsprünge in der Umgebung des Substrats vorgesehen sind, ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62- 208647 (1987) beschrieben. Ein Substrat kontaktiert eine Kühloberfläche nur an einer Vielzahl von Vorsprüngen, die in separater beabstandeter Beziehung zu einander auf der äußeren Peripherie und der inneren Peripherie des Substrats vorgesehen sind, was als Stand der Technik in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62-208647 (1987) beschrieben ist. Dieses Beispiel beschreibt, dass das Kühlgas einfach leckt und die Adhäsionskraft instabil ist. Des Weiteren, um dieses Verfahren zu verbessern, ist es effektiv, dass die äußere Peripherie nicht vorsteht und die Vorsprünge nur an den inneren peripheren Abschnitten vorgesehen sind, und des Weiteren die Vorsprünge in der inneren Peripherie in dem zentralen Abschnitt anstatt in separat beabstandeter Beziehung vorgesehen sind. Für diesen Fall wird der Spalt zwischen dem Substrat und der Kühloberfläche ungleichförmig über die Oberfläche des Substrats, was zu einer ungleichförmigen Druckverteilung auf der hinteren Oberfläche des Substrats führt. Wenn der Spalt zwischen der hinteren Oberfläche des Substrats und der Kühloberfläche hinsichtlich der Position unterschiedlich ist, weist das Verhältnis der mittleren freien Weglänge des Kühlgases und des Spaltes eine Verteilung über die Oberfläche des Substrats auf. Daher entsteht ein Nachteil, dass die Temperaturverteilung geneigt ist, groß zu werden auf Grund des Unterschieds in der Kühleffizienz, wie dies von Fig. 8 verständlich wird, selbst wenn die Druckverteilung nicht zu groß ist. Bei dem in diesem Beispiel beschriebenen elektrostatischen Adhäsionsverfahren sind eine positive und eine negative Elektrode auf dem Kühlabschnitt vorgesehen, an welchen direkt ein Hochspannung angelegt wird, um eine elektrostatische Adhäsionskraft zu erzeugen. In dem elektrostatischen Adhäsionsverfahren dieses Typs kann ein Nachteil entstehen, dass, wenn ein Substrat in einem Plasma behandelt wird, die elektrische Ladung auf der Oberfläche des Substrats geneigt ist, sich auf Grund von abgestrahlten Ionen oder Elektronen ungleichförmig zu sein, wobei der auf der Oberfläche des Substrats fließende Strom das Substrat schädigt.
  • Jede der herkömmlichen Technologien, wie vorhergehend beschrieben, dienen hauptsächlich dazu, ein Substrat effizient zu kühlen. Jedoch durch den Anstieg der Integration eines Halbleiterprodukts in jüngsten Jahren wird es notwendig, die Menge der kleinen Fremdsubstanzen, wie beispielsweise Partikel oder Staub und Schwermetallverunreinigungen, unter das in der Vergangenheit gestattete Limit herabzusenken. Das Gleiche lässt sich hinsichtlich der Fremdsubstanzen sagen, die auf der hinteren Oberfläche eines Substrats anhaften. Wenn die Menge der Fremdsubstanzen, die auf der hinteren Oberfläche eines Substrats anhaften, groß ist, entsteht ein Nachteil in den nächsten Verfahren, dass die Fremdsubstanzen auf der hinteren Oberfläche auf die obere Oberfläche eines nächsten Substrats übergehen, oder einmal von dem Substrat entfernt werden und an einem anderen Substrat anhaften. Daher ist das Herabsetzen der Menge an Fremdsubstanzen ein wichtiges Problem zum Stabilisieren der Halbleiterproduktionsverfahren oder um den Ertrag zu verbessern. Das Anhaften von Fremdsubstanzen auf der hinteren Oberfläche eines Substrats tritt auf durch Kontaktieren der hinteren Oberfläche des Substrats mit einem anderen Element. Hierzu werden eine Vielzahl an Fremdsubstanzen an einem Substrat durch Kontaktieren einer Kühloberfläche mit dem Substrat angehaftet.
  • Des Weiteren bezieht sich der Stand der Technik nicht auf die Überlegung hinsichtlich der Substratgröße. Obwohl es erwähnt wird, dass der Einfluss auf das Verfahren herabgesetzt ist durch Leckage eines Kühlgases in die Behandlungskammer mit einer Adhäsionskraft so gering wie möglich, wird die Beziehung zwischen der Adhäsionskraft und dem Kühlgasdruck nicht erwähnt.
  • Ein herkömmliches Substrathaltesystem in einem Substratätzgerät implementiert im Allgemeinen ein Verfahren, bei welchem ein Substrat an seine Peripherie mit Hacken zum Halten gedrückt wird, wie dies in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-148837 (1990) oder der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-267271 (1990) beschrieben ist. Wenn solch ein Element die Oberfläche des Substrats kontaktiert, entstehen Probleme, dass die Kontaktabschnitte in dem Substrat für das Ätzen verdeckt sind, wobei das Kontaktieren der Elemente selbst auch auf gewisse Weise zusammen mit dem Substrat geätzt wird. Als Ergebnis haften die Quellen der Fremdsubstanz, wie beispielsweise Reaktionsprodukte, an dem Kontaktelement an und das Kontaktelement wird geschädigt, was zur Erzeugung von Fremdsubstanzen führen kann.
  • Andererseits wird in einem Substrathalteverfahren, bei dem ein Substrat unter Verwendung einer elektrostatischen Kraft (nachfolgenden als "elektrostatische Adhäsion"), wie beschrieben in beispielsweise der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-135753 (1990), ein Substrat auf einem elektrostatischen Adhäsionsabschnitt angeordnet, der aus einem dielektrischen Material gemacht ist, und eine Hochspannung wird an dieses angelegt, um das Substrat mit einer elektrostatischen Adhäsionskraft zu halten. Kanäle für das Kühlgas, die in der Oberfläche des Halters vorgesehen sind, sind 10 um tief. In diesem Fall gibt es kein spezielles Element, um das Substrat in der Peripherie des Substrats zu drücken. Deshalb ist das Problem der Möglichkeit der Erzeugung von Fremdsubstanzen, wie in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben, gelöst. Jedoch ist die Beziehung hinsichtlich der Position zwischen dem Substrat und dem elektrostatischen Adhäsionselement so, dass das Substrat an der höchsten Stelle angeordnet ist (seitlicher Raum des Substratätzens) und eine Stufe wird in dem elektrostatischen Element so ausgebildet, dass das elektrostatische Adhäsionselement unterhalb des Substrats angeordnet wird. Wenn solch eine Stufe existiert, ändert sich der Gasfluss während des Ätzens eines Substrats abrupt an der Peripherie des Substrats, um ein ungleichförmiges Ätzen in dem Substrat in einigen Fällen zu verursachen.
  • In der US-A-4 565 601 ist ein elektrostatisches Spannfutter vorgesehen, das in der Oberfläche Kanäle für das Kühlgas aufweist. Der Kontaktbereich an der Substratunterseite beträgt ungefähr ein 1/5 der Substratunterseite in einem Beispiel. Die Kanaltiefe ist vorzugsweise geringer als die mittlere freie Weglänge des Kühlgases.
  • In der JP-A-52 262 92 ist ein elektrostatisches Spannfutter vorgesehen, das Druckzapfen zum Anheben eines Substrats aufweist, und Kühlgas wird zwischen dem Substrat und dem Spannfutter während der Substratbehandlung eingeleitet.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Halten eines Substrats und ein Substrathaltesystem bereit zu stellen, bei welchem die Menge an Fremdsubstanzen auf der hinteren Oberfläche herabgesetzt werden kann, und bei welchem eine geringe Menge der Fremdsubstanzen von einem Aufspanntisch zu einem Substrat transferiert werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Halten eines Substrats und ein Substrathaltesystem bereit zu stellen, bei welchem die Deformation eines Substrats mit einem großen Durchmesser unterdrückt werden kann, und bei welchem die Kühleffizienz für das Substrat ausreichend hoch gehalten werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Halten eines Substrats und ein Substrathaltesystem bereit zu stellen, bei welchem der während der Behandlung des Substrats auftretende Schaden eines Substrats verhindert werden kann.
  • Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Halten eines Substrats und ein Substrathaltesystem bereit zu stellen, bei welchem ein Kühlgas rasch über die hintere Oberfläche eines Substrats verbreitet werden kann, wenn das Kühlgas eingeleitet wird, nachdem das Substrat elektrostatisch angezogen ist, und bei welchem eine Kontrolle der Substrattemperatur, die für eine hohe Produktivität geeignet ist, durchgeführt werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Produktertrag beim Substratätzen und die Verfügbarkeit des Substratätzgeräts durch Bereitstellung des Substratshaltesystems zu verbessern, das weniger Fremdsubstanzen, wie oben beschrieben, aufweist und geeignet ist, ein gleichförmiges Ätzen durch zu führen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Substrathaltesystem nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren ein Plasmabehandlungsgerät, das das Substrathaltesystem beinhaltet (Anspruch 9) und Verfahren zum Halten eines Substrats unter Verwendung des Substrathaltesystems (Ansprüche 10 und 12) zur Verfügung.
  • Um die Fremdsubstanz, die an einem Substrat anhaften kann, zu verringern, ist es effektiv, den Kontaktbereich zwischen einer Kühloberfläche und einem Substrat zu verringern. Jedoch muss der Abstand zwischen der Kühloberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats als ein Abstand gehalten werden, so dass die Kühleffizienz durch das Kühlgas nicht herabgesetzt wird. Um dies zu realisieren wird eine kleine hohe Stufe auf der Kühloberfläche derart bereitgestellt, dass die hintere Oberfläche des Substrats und die Kühloberfläche nicht miteinander in Kontakt kommen, unabhängig davon, ob das Kühlgas eingeleitet wird oder nicht. Obwohl die Kühloberfläche und die hintere Oberfläche des Substrats miteinander an vorstehenden Abschnitten, die auf dem Stufenabschnitt der Kühloberfläche vorgesehen sind, in Kontakt stehen, muss der Bereich der Kontaktabschnitte soweit wie nötig gering gehalten werden. In der vorliegenden Erfindung ist hierzu die Kühloberfläche mit einer elektrostatischen Adhäsionsfunktion versehen, um das Substrat an die vorstehenden Abschnitte der Kühloberfläche anzuziehen.
  • Die Verhinderung von Leckage des Kühlgas muss beachtet werden. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass ein ringförmiger abstehender Abschnitt mit einer glatten Oberfläche vorgesehen ist, d. h. eine Oberfläche, die gegen Gasleckage wirkt, auf der Kühloberfläche entsprechend des peripheren Abschnitts eines Substrats, wobei das Fixieren der hinteren Oberfläche des Substrats an der Kühloberfläche mit elektrostatischer Adhäsion das Kühlgas an der Leckage hindert.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Effekte erzielt. Eines der Effekte liegt in der Lösung des Problems des Transports von Fremdsubstanzen in einem Austoßerabschnitt in Bezug zum Handhaben des Substrats. Das innerhalb oder durch einen Aufspanntisch vorgesehene Ausstoßerglied steht mit andern Elementen in Kontakt und kann eine Fremdsubstanzquelle nicht verhindern. In der vorliegenden Erfindung strömt das überschüssige Kühlgas in Richtung der gegenüberliegenden Seite des Aufspanntisches durch ein Loch. Da die erzeugten Fremdsubstanzen in die gegenüberliegende Richtung des Substrats mitgenommen werden, wird die Menge der Fremdsubstanzen, die an dem Substrat anhaften, herabgesetzt.
  • In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Deckel in der hinteren Oberfläche des Aufspanntisches vorgesehen, um den Mechanismus in der hinteren Oberfläche des Aufspanntisches vor dem Anhaften von Reaktionsprodukten so lang wie möglich zu schützen. Da gewöhnlicherweise komplexe Mechanismen, wie beispielsweise ein Kühlversorgungssystem und ein vertikaler Antriebsmechanismus für den Aufspanntisch, in der Rückseite des Aufspanntisches konstruiert sind, ist es hinsichtlich der Handhabung problembehaftet, wenn die durch das Ätzen produzierten Reaktionsprodukte sich an diese Teile anhaften. Um dies zu vermeiden, ist ein Deckel in der hinteren Oberfläche des Aufspanntisches derart vorgesehen, dass das überschüssige Gas des Kühlgases in die Innenseite des Deckels strömt, wobei der Druck innerhalb des Deckels höher gehalten wird als der Druck in der Behandlungskammer während der Behandlung, um zu unterdrücken, dass Reaktionsprodukte in die Behandlungskammer eindringen, wobei der Deckel den Mechanismus in der hinteren Oberfläche des Aufspanntisches vor dem Anhaften von Reaktionsprodukten so lang wie möglich schützt.
  • Das Verhindern einer Schädigung in dem Substrat kann erreicht werden, indem der elektrische Schaltkreis für die elektrostatische Adhäsion von der Substratseite zu einem Erdungsteil, wie beispielsweise der Vakuumkammer, durch das Plasma verbunden wird, um das elektrische Potenzial über der Oberfläche des Substrats zu minimieren.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kontaktiert ein Substrat eine Kühloberfläche an einer ringförmigen, Gasleckage-sicheren Oberfläche und an Kontakthalteabschnitten, die an der Innenseite der ringförmigen, Leckage-sicheren Oberfläche positioniert sind. Jedoch, da die hintere Oberfläche des Substrats nicht mit der Kühloberfläche in dem am meisten verbleibenden Teil des Bereichs in Kontakt ist, kann das durch den Kontakt verursachte Anhaften von Fremdsubstanzen verhindert werden. Obwohl die Kühleffizienz für das Kühlen des Substrats ein wenig herabgesetzt ist, im Vergleich dazu, wenn das Substrat die Kühloberfläche unter dem gleichen Druck des Kühlgases kontaktiert, kann eine ausreichende Kühleffizienz erhalten werden, indem die Stufe auf der Kühloberfläche kleiner als ungefähr 100-mal der mittleren freien Weglänge des Kühlgases ausgebildet wird. Der Spalt zwischen der hinteren Oberfläche des Substrats und der Kühloberfläche ist groß im Vergleich zu demjenigen in einem herkömmlichen Kühlverfahren, bei welchem das Substrat und die Kühloberfläche über die gesamte Oberfläche miteinander in Kontakt stehen. Daher ist die Leitfähigkeit zwischen beiden Oberflächen groß, so dass das Einleiten und Ausströmen des Kühlgases einfach durchgeführt werden kann. D. h., die Zeit zum Einleiten und Ausleiten des Kühlgases ist kurz, und dann kann die Zeit zum Behandeln eines Substrats verkürzt werden. Des Weiteren besteht eine Funktion, dass die Leitfähigkeit an dem Kontaktabschnitt der Peripherie des Substrats und der Kühloberfläche im Vergleich zu dem Nicht- Kontaktabschnitt des inneren Abschnitts des Substrats (in der Region des Molekularflusses ist die Leitfähigkeit proportional zu dem Quadrat des Spaltes) sehr klein ist und der Druckunterschied über dem Nicht-Kontaktabschnitt klein ist, d. h., die Kühleffizienz gleichförmig ist.
  • Wenn eine Substrattemperatur unter Verwendung eines Kühlgases als ein Kühlmittel gesteuert wird, wird ein Druck des Kühlgases benötigt, der höher als 2 Torr ist. Und je höher der Druck ist, umso höher wird die Effizienz des Wärmetransfers. Andererseits hängt die elektrostatische Adhäsionskraft weitestgehend von der zu kontrollierenden Temperatur des Substrats ab. Heutzutage beträgt in Verfahren einer Produktionslinie die Temperatur ungefähr -60ºC bis +100ºC, wobei die Adhäsionskraft von 40 bis 100gf/cm² (98 · 1gf = 1N) unter einer angewandten Spannung üblicherweise von 300 bis 1000 V stabil erhalten wird. Hinsichtlich der Druckkontrolle des Kühlgases ist es schwierig, den Druck präzise zu kontrollieren, da der Druck sich stark in Abhängigkeit der Zeitkonstante des Gasversorgungssystems oder der Beziehung zwischen der relativen Rauheit der Kontaktoberflächen des Substrats und dem Aufspanntisch ändert. Deswegen kann das Ziel der Drucksteuerung beispielsweise 10Torr ± 5Torr sein.
  • Wenn die äußere Peripherie des Substrats durch Adhäsion mit dem herkömmlichen Verfahren fixiert wird und ein Gas in der Rückseite der Oberfläche mit einem Druck von 10Torr eingeleitet wird, deformiert sich das Substrat um 0,1 bis 0,25 mm. Diese Größenordnung der Deformation setzt die Arbeitsgenauigkeit des Substratätzens herab, und schwächt ebenso die Effizienz des Wärmetransfers durch das Kühlgas. Um dieses Problem zu lösen, sind zusätzlich Adhäsionsabschnitte in der mittigen Seite eines Substrats vorgesehen, beispielsweise ein ringförmiger Adhäsionsabschnitt für ein 6"(1" = 2,54 cm)-Substrat, zwei ringförmige Adhäsionsabschnitte für 8"-Substrat zusätzlich zu dem Adhäsionsabschnitt an der Peripherie des Substrats. Hiermit kann die Deformation verhindert werden.
  • Es ist bekannt, dass, wenn ein Substrat ein anderes Element kontaktiert, mit Sicherheit Fremdsubstanzen an den Kontaktpunkt anhaften. Unter diesem Gesichtspunkt ist es klar vorzuziehen, dass die elektrostatische Adhäsionsoberfläche gering gehalten wird. Jedoch unter Berücksichtigung des Pegels der Drucksteuerung und der Adhäsionskraft, wie oben beschrieben, ist es geeignet zum jetzigen technischen Level, dass der Adhäsionsbereich kleiner als ungefähr die Hälfte des Gesamtbereichs des Substrats beträgt. Dies ist so, da, wenn die elektrostatische Adhäsionskraft 40gf/cm² beträgt und die Adhäsionsfläche die Hälfte der Gesamtfläche ausmacht, die totale Adhäsionskraft für ein 8"-Substrat ungefähr 6280gf beträgt, und die Trennkraft für das Kühlgas von 15Torr ungefähr 6100gf beträgt.
  • Des Weiteren, indem ein Ausstoßer für den Substratstransport in einem Loch, das die hintere Oberfläche des Aufspanntisches durchdringt, bereitgestellt ist, dient das überschüssige Kühlgas als ein Trägergas zum Mitnehmen der an dem Ausstoßerabschnitt erzeugten Fremdsubstanzen, um zu verhindern, dass die Fremdsubstanzen an dem Substrat anhaften. Zusätzlich hierzu kann das überschüssige Kühlgas in die Innenseite eines Deckels auf der hintere Oberfläche des Aufspanntisches eingeleitet werden und der Druck in dem Deckel kann höher als der Druck in der Behandlungskammer gemacht werden, um eine Kontamination von und ein Anhaften von Reaktionsprodukten an den Mechanismen an der Rückseite des Aufspanntisches zu verhindern.
  • Um das Auftreten einer abnormalen Entladung zu verhindern, wenn eine Hochfrequenzspannung an dem Substrat angelegt wird, um eine Vorspannung zum Ätzen des Substrats zu erzeugen, sind ein Abschnitt zum Anlegen einer Hochfrequenzspannung und ein Abschnitt eines elektrischen Standardpotenzials mit einem elektrischen isolierenden Material isoliert, um sich nicht direkt gegenüber zu liegen. Zusätzlich zu den vorhergehenden Maßnahmen ist ein Stößel zum Transportieren des Substrats vorgesehen und in einer solchen Weise konstruiert, dass er elektrisch leitfähig ist. Da die elektrostatische Adhäsionskraft auf Grund der verbleibenden Ladung plötzlich verschwunden sein kann, durch Entfernen der in dem Substrat angesammelten Ladung mittels Kontaktieren des Stößels mit dem Substrat, wenn das Substrat transportiert wird, wird das Substrat nicht mit unnötiger Kraft angehoben.
  • Da die Strömungspassage zum Leiten des Kühlmittels zum Steuern der Temperatur des Substrats mittels Diffusionsschweißen oder Löten in einer solchen Struktur derart ausgebildet wird, dass der Abschnitt, der die Strömungspassage bildet, vollständig verbunden ist, wird keine Dichtung benötigt, wenn ein Durchgangsloch an irgendeiner Stelle außer der Strömungspassage vorgesehen ist. Daher ist ein Temperaturdetektor oder ein Detektor zum Detektieren des Vorhandenseins oder nicht Vorhandenseins von Substrat vorgesehen.
  • Um den Gasfluss auf der Oberfläche eines Substrats gleichförmig zu machen, ist ein Element zum Gleichformen des Gasflusses (im Nachfolgenden als "Suszeptor" bezeichnet) vorgesehen in dem äußeren peripheren Abschnitt des Substrats. Die Oberfläche des Suszeptors befindet sich auf einer höheren Ebene als diejenige des Substrats, so dass der Gasfluss sich nicht abrupt an der Peripherie des Substrats ändert. Die der Peripherie des Substrats gegenüberliegende Oberfläche des Suszeptors ist senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgebildet, um die Bewegung in der seitlichen Richtung oder das Gleiten des Substrats zu begrenzen. Des Weiteren gibt es einige Fälle, in welchen die bei dem Substratätzen erzeugten Reaktionsprodukte oder das Plasma in dem Spalt zwischen dem Deckelelement, das der hinteren Oberfläche des Substrats in dem peripheren Abschnitt gegenüberliegt, sich and der hinteren Oberfläche des Substrats drehen, um Fremdsubstanzen auf der hinteren Oberfläche des Substrats anzuhaften. Dieses Phänomen wird verhindert, indem ein Abstand zwischen der hinteren Oberfläche des Substrats und dem Deckelelement vorgesehen wird.
  • Wie vorhergehend beschrieben, da die Quelle der Fremdsubstanzen, die an einem Substrat anhaften, soweit wie möglich eliminiert ist, können die Fremdsubstanzen verringert werden. Des Weiteren, da die Gasströmung gleichförmig ist, kann die Gleichförmigkeit des Substratätzens über die Oberfläche verbessert werden. Da der Detektor zum Messen der Substrattemperatur und der Detektor zum Detektieren des Vorhandenseins- oder Nicht-Vorhandenseins eines Substrats leicht mittels einer Modifizierung der Struktur und des Herstellungsverfahrens des Substrathaltesystems installiert werden kann, kann die Zuverlässigkeit und die Handhabbarkeit des Geräts verbessert werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Umriss eines Substratsbehandlungsgeräts zeigt, an welchem ein Substrathaltesystem angewandt wird;
  • Fig. 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform des Substrathaltesystem nach Fig. 1 zeigt;
  • Fig. 3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine weitere Ausgestaltung des Substrathaltesystems aus Fig. 1 zeigt;
  • Fig. 4 ist eine obere Draufsicht, die das Substrathaltesystem aus Fig. 3 zeigt;
  • Fig. 5 ist eine obere Draufsicht, die eine weitere Ausgestaltung eines Substrathaltesystems zeigt;
  • Fig. 6 ist eine obere Draufsicht, die eine weitere Ausgestaltung eines Substrathaltesystems zeigt;
  • Fig. 7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine weitere Ausgestaltung eines Substrathaltesystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 8 ist eine Ansicht, die die Eigenschaft des Wärmetransfers im Vakuum erläutert;
  • Fig. 9 ist eine erläuternde Ansicht, die das Substrathaltesystem zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 10 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Substratätzgerät zeigt, das ein Substrathaltesystem gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
  • Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht, die den äußeren peripheren Abschnitt des Substrathaltesystems zeigt;
  • Fig. 12 ist eine erläuternde Ansicht, die das Entfernen der während des Transports eines Substrats angesammelten Ladung zeigt;
  • Fig. 13 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Substrathaltesystem zeigt, dass nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 14 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zum Herstellen einer Strömungspassage für ein Kühlmittel in dem Substrathaltesystem zeigt;
  • Fig. 15 ist eine erläuternde Ansicht eines Substrathaltesystems; und
  • Fig. 16 ist eine erläuternde Ansicht der Strömungspassage für das Kühlmittel in einem Halteelement aus Fig. 15.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Fig. 1 zeigt ein Substratbehandlungsgerät, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist und in dem ein elektrostatischer Adhäsionsschaltkreis zum Fixieren eines Substrats 1 an einem Halteelement 2 implementiert ist. In Fig. 1 wird ein Mikrowellen-Plasmaätzgerät zum Behandeln des Substrats 1 verwendet. Ein Substrathaltesystem 9, das das Substrat 1 hält, ist in einer Ätzkammer 10 angeordnet. Die Ätzkammer 10 wird mit einer Vakuumpumpe 11 entleert, ein Gas zum Ätzen wird von einer Gasversorgungseinheit eingeleitet. Das Substrathaltesystem 9 ist mit einer Hochfrequenzspannungs-Quelle 12 und einer direkten Stromquelle 13 verbunden. Mikrowellen werden in die Ätzkammer 10 von einem Quarzglasfenster 15 durch ein Wellenführungsrohr 14 eingeleitet. Wenn die Hochfrequenzspannungsquelle 12 in Betrieb genommen ist oder die Mikrowellen eingeleitet werden, wird Plasma 16 in der Ätzkammer 10 erzeugt. Zum gleichen Zeitpunkt wird ein elektrostatischer Adhäsionsschaltkreis 17 durch das Potential der direkten Stromquelle 13 durch das Substrathaltesystem 9, das Substrat 1 und das Plasma 16 ausgebildet. In diesem Zustand wird das Substrat 1 an dem Substrathaltesystem 9 fixiert, d. h. durch die in dem Substrathaltesystem hervorgerufene elektrostatische Kraft fixiert.
  • Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Substrathaltesystems 9 aus Fig. 1. Ein Substrat 1 ist auf hervorstehenden Abschnitten 3 und 20 eines Halteelements 2 für das Substrat montiert, wobei der hervorstehende Abschnitt 3 des Halteelements 2 mit einem elektrostatischen Adhäsionsschaltkreis 17 verbunden ist und das Substrat 1 an dem Halteelement 2 an den hervorstehenden Abschnitten 3 und 20 fixiert ist. Eine Strömungspassage zum Durchströmen eines Kühlmittels 4 ist in dem Halteelement 2 zum Kühlen des Substrats 1 vorgesehen. Das Kühlmittel wird von einer Versorgungseinheit 5, die schematisch dargestellt ist, eingeleitet und durch einen Auslassabschnitt 6 ausgeströmt, um die Temperatur des Halteelements 2 zu steuern. Des Weiteren ist eine Strömungspassage für ein Kühlgas 7 in dem Zentrum des Halteelements 2 zum Einleiten und Ausleiten des Kühlgases 7 vorgesehen. Die Temperatursteuerung des Substrats 1 wird durch das Kühlgas 7 erhalten, das den eingerückten Abschnitt 8 des Halteelements 2 ausfüllt und einen Wärmetransfer zwischen dem Halteelement 2 und dem Substrat 1 durchführt. Die elektrostatische Adhäsionskraft wird durch ein dielektrisches Material 18 erzeugt, das an der Oberfläche des Halteelements 2 angebracht oder ausgebildet ist.
  • Aluminiumoxid oder eine Mischung aus Aluminiumoxid und Titanoxid kann als dielektrisches Material 18 verwendet werden. Die Spannung von mehreren 100 V wird an dem Halteelement als die direkte Stromspannung zur Erzeugung der elektrostatischen Kraft angelegt. Mit diesem ist das Substrat elektrostatisch an dem vorstehenden Abschnitt 3 des Halteelements 2, wie in Fig. 2 gezeigt, fixiert. Das elektrische Potential für die elektrostatische Adhäsion wird von der direkten Stromquelle 13 geliefert, wobei das Potential über das Halteelement 2, über dem vorstehenden Abschnitt 3 und über die äußere Peripherie des Substrats 1 gleichförmig ist. Hierzu wird der Potentialunterschied, der über der Oberfläche des Substrats 1 erzeugt wird, durch die Verteilung der Elektronen oder Ionen, die auf das Substrat 1 ausgestrahlt werden, verursacht, und ist nicht so hoch, dass der Potentialunterschied das Substrat 1 schädigen könnte. Andererseits besteht in einem Verfahren, bei welchem in dem Halteelement 2 positive und negative elektrische Pole ausgebildet sind, um das Substrat elektrostatisch an den elektrischen Polen anzuhaften, eine Möglichkeit, dass eine hohe Spannungsdifferenz in dem Substrat 1 das Substrat schädigen kann.
  • Dann wird das Kühlgas 7 auf die hintere Oberfläche des Substrats 1, das in einer solchen Weise fixiert ist, geleitet. Das Kühlgas 7 ist in dem zurückgesetzten Abschnitt 8 des Halteelements 2 eingefüllt, wobei der Druck in dem Bereich von mehreren Torr bis mehreren 10 Torr liegt. Wenn der Spalt des zurückgesetzten Abschnitts 815 um bis 0,1 oder 0,2 mm beträgt, kann eine Herabsetzung der Kühleffizienz vernachlässigt werden. D. h., der Spalt muss größer als 15 um sein, wenn die Existenz von Partikeln oder die Rauheit der Oberfläche beachtet wird, und die obere Grenze des Spaltes ist 0,2 mm, wenn man die thermische Leitfähigkeit des Gases berücksichtigt.
  • Es ist zu beachten, dass die elektrostatische Adhäsionskraft über dem zurückgesetzten Abschnitt 8 nahezu Null ist, wo sich der Spalt befindet, und nur über dem vorstehenden Abschnitt 3 erzeugt wird. Jedoch, da es möglich ist, die Adhäsionskraft stark genug festzulegen, um den Druck des Kühlgases 7 stand zu halten, indem die Spannung der direkten Stromquelle 13 geeignet gewählt wird, wird das Substrat 1 durch das Kühlgas 7 nicht bewegt oder getrennt.
  • Die Temperatur des Halteelements 2 wird durch das Kühlen mit dem Kühlmittel 4 gesteuert. Hierzu erreicht das Molekühl des auf der Oberfläche des zurückgesetzten Abschnitts 3 des Halteelements gekühlten Kühlgases 7 das Substrat 1 unmittelbar oder nach einer Anzahl von Kollisionen mit anderen Molekülen des Kühlgases. Das Molekül des Kühlgases, das das Substrat 1 erreicht hat, nimmt von dem Substrat 1 Energie auf, d. h. kühlt das Substrat 1, um dann zu dem Halteelement 2 zurückzukehren. Durch Wiederholung des vorhergehenden Zyklus wird das Substrat 1 gekühlt. Für den Fall, bei welchem der Druck des Kühlgases 7 ausreichend höher als der Druck ist, der die mittlere freie Weglänge entsprechend des Spaltes an dem zurückgesetzten Abschnitt 3 aufweist, entsteht ein vorherrschendes Phänomen, dass die Moleküle miteinander kollidieren und Energie austauschen, um die thermische Energie des Substrats 1 auf die Kühloberfläche des Halteelements 2 zusätzlich zu dem vorherigen Phänomen der Gasmoleküle übertragen. Jedoch stellt die Wärmeleitung durch das Kühlgas 7 als ein thermisches Medium innerhalb des Bereichs des vorliegenden Falles den thermischen Energietransport dar. Mit anderen Worten ist es nicht das Phänomen, bei dem beispielsweise das Kühlgas 7 mit einer Kühleinheit gekühlt wird, das vorher separat zur Verfügung gestellt wird und an der hinteren Oberfläche des Substrats 1 zum Kühlen des Substrats mit der Wärmekapazität des Gases überführt wird. Der Spalt des zurückgesetzten Abschnitts 8 und der Druck des Kühlgases 7, die die vorhergehende Bedingung erfüllen, werden gewählt.
  • Das Verhältnis des Energietransports zwischen dem Kühlgas 7 und dem Halteelement 2 werden durch einen Wert ausgedrückt, der "thermischer Adaptionsfaktor" genannt wird. Der thermische Adaptionsfaktor hängt von der Art des Kühlgases und der Oberflächenbedingung des Elements (Zustand der Kontamination usw.) ab. Das Gleiche kann auf den Wärmetransfer zwischen dem Substrat 1 und dem Kühlgas 7 angewandt werden. Helium wird als Kühlgas 7 verwendet, da Helium die Ätzeigenschaft nicht beeinflusst, wenn es leckt, und da die Zuleitungs- oder Ableitungszeit für das Kühlgas 7 kürzer als bei anderen Gasen ist. Jedoch können auch andere Gase, wie beispielsweise Stickstoff, Argon, als Ätzgase verwendet werden, obwohl die Kühleffizienz sich ändert. Das Kühlgas ist nicht speziell auf diese beschränkt.
  • Wie vorhergehend beschrieben, wird das Substrat 1 ausreichend durch das Kühlgas gekühlt. Des Weiteren kontaktiert das Substrat das Halteelement 2 nur an dem vorstehenden Abschnitt 3. Die Abschnitte, die die Möglichkeit aufweisen, dass sich Fremdsubstanzen, die durch Kontaktieren der hinteren Oberfläche des Substrats mit einem anderen Element erzeugt werden, sind nur die Abschnitte an der hinteren Oberfläche des Substrats, die dem vorstehenden Abschnitt 3 entsprechen. In einem Fall, bei welchem das Substrat 1 einen größeren Bereich als das Halteelement 2 aufweist und ein Teil der Oberfläche des Halteelements aus dem Substrat 1 vorsteht, wie in Fig. 2 gezeigt, wird Plasma auf der vorstehenden Oberfläche zum Ätzen ausgestrahlt und die Ätzreaktionsprodukte von dem Substrat 1 haften an der vorstehenden Oberfläche an. Dadurch haften die Fremdsubstanzen an der oberen Seitenoberfläche des Substrats 1 durch die vorstehende Oberfläche an.
  • Dies ist der Grund dafür, dass der Durchmesser des Halteelements 2 kleiner als der Durchmesser des Substrats 1 ist. Jedoch wird der Effekt des Verringerns von Fremdsubstanzen auf der hinteren Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung nicht geschwächt, selbst wenn der Durchmesser des Halteelements 2 größer als der Durchmesser des Substrats 1 sein sollte.
  • Fig. 3 zeigt ein Substrathaltesystem gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Obwohl die Ausgestaltung in Fig. 3 im Wesentlichen die Gleiche ist wie in dem System nach Fig. 2, weist die Ausgestaltung nach Fig. 3 einen Ausstoßer 19 zum Transferieren des Substrats 1 auf. Das Substrat 1 wird von dem Halteelement 2 durch Bewegen des Ausstoßers 19 nach oben und nach unten transferiert. Der Ausstoßer 19 muss nach oben und nach unten bei jeder Behandlung bewegt werden. D. h., der Ausstoßer muss unabhängig von dem Halteelement 2 bewegt werden können. Hierzu ist es notwendig, einen Spalt zwischen dem Halteelement 2 und dem Ausstoßer 19 bereitzustellen. Das Kühlgas 7 leckt durch den Spalt. Die Leckagemenge des Kühlgases 7 muss so weit wie möglich unterdrückt werden. Um dies zu realisieren ist ein vorstehender Innenseitenabschnitt 20 um den Ausstoßer 19 herum vorgesehen, der eine Oberfläche mit nahezu der gleichen Höhe wie derjenigen des vorstehenden Abschnitts 3 aufweist. Da die Oberfläche flach ist und in Kontakt mit dem Substrat 1 steht, kann die Leckagemenge des Kühlgases innerhalb einer akzeptablen Menge unterdrückt werden. Die Gründe, warum der Ausstoßer in dem Zentrum des vorstehenden Abschnitts 20 vorgesehen ist, sind die folgenden 3:
  • (1) um das überschüssige Gas abzuleiten,
  • (2) um die Fremdsubstanzen, die an dem Ausstoßerabschnitt erzeugt werden, mit dem Gasfluss abzuleiten, und
  • (3) um eine abnormale Entladung zu verhindern.
  • Das Auftreten einer abnormalen Entladung hängt von der Art der Gase, dem Umgebungsdruck, dem Spaltenabstand zur Spannungseinleitung und der Spannung ab. In einem Fall, wo der Ausstoßer beispielsweise in einer Kühlgasumgebung angeordnet ist, beträgt der Spaltabstand zur Einleitung der Spannung 0,16 bis 0,2 mm, wenn der Druck der Kühlgasumgebung zwischen 8 und 10Torr (mHg) und die Spannung für die elektrostatische Adhäsion zwischen 450 und 700V ist. Jedoch stellt das Ausbilden eines solchen Spaltes einen schwierigen Arbeitsvorgang dar. Für den Fall der Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Druck der Umgebung, die den Ausstoßer 19 enthält, extrem niedriger als der Druck gemacht werden, der leicht bei der Entladung in Erscheinung tritt, und das Auftreten der abnormalen Entladung kann verhindert werden, selbst wenn der Druck der Umgebung, die den Ausstoßer 19 enthält, höher als der Druck in der Ätzkammer von 3 bis 5 mm Torr ist, durch den Druckunterschied zum Erhöhen der Leitfähigkeit, beispielsweise, von 10 mm Torr (1/102 mmHg), wobei der Spaltabstand ungefähr 1 mm beträgt.
  • Fig. 4 ist eine Ansicht des Substrathaltesystems 9 in Fig. 3, bei dem das Substrat 1, von der Oberseite gesehen, entfernt ist. Ein Zuleitungs- und Ableitungsloch 21 für das Kühlgas 7 ist in dem Zentrum des Halteelements 2 vorgesehen und die Ausstoßer 19 und die vorstehenden Innenseiten-Abschnitte 20 sind um das Zuleitungs- und Ableitungsloch angeordnet. Die vorstehenden Innenseiten-Abschnitte 20 dienen auch als Träger gegen ein Durchbiegen des Substrats 1.
  • Obwohl der vorstehende Innenseiten-Abschnitt 20 in Fig. 4 bogenförmig ist, ist die Gestalt nicht auf eine Bogenform begrenzt. Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung eines Substrathaltesystems 9, das ringförmig ist. In dem ringförmigen vorstehenden Abschnitten 22 sind ein Temperatursensor 23 für das Substrat 1, ein Substraterkennungssensor 24 zum Erkennen des Vorhandenseins des Substrats, ein Erdungsanschluss 25 zum Verbinden des Potentials des Substrats 1 mit der Erde zusätzlich zu dem Ausstoßer 19 vorgesehen. Um eine rasche Zuleitung und Ableitung des Kühlgases 7 zu dem zurückgesetzten Abschnitt 8 durchzuführen, sind Teile des ringförmigen vorstehenden Abschnitts 22 aufgeschnitten, um das Kühlgas 7 durch diese Teile leicht durchlassen zu können.
  • In einem Gerät, das Plasma verwendet und in dem ein fluoreszierendes Thermometer als der Temperatursensor 23 implementier ist, eliminiert das Lärmproblem.
  • Ein Beispiel eines Substraterkennungssensors 24 ist eine optische Faser, durch welche eine Laserstrahl eingeleitet wird, um die hintere Oberfläche des Substarts 1 zu bestrahlen. Das Vorhandensein des Substrats 1 wird durch die Existenz eines reflektierenden Lichts detektiert. Da die Ausgabe des Temperatursensors 23 sich in Abhängigkeit des Vorhandenseins des Substarts 1 verändert, kann die Veränderung herangezogen werden, die Existenz des Substrats 1 zu detektieren.
  • Der Erdungsanschluss wird verwendet, bevor das elektrostatisch fixierten Substrats 1 unter Verwendung des Ausstoßers 19 hochgedrückt wird. Während eine Adhäsionskraft in dem elektrostatisch fixierten Substrat 1 existiert, kann der Ausstoßer 19 nicht verwendet werden. Daher, um die Wartezeit zu verkürzen, gibt es einige Fälle, bei denen es notwendig ist, dass das Substrat 1 geerdet wird. Durch Auf und Abbewegen des Erdungsanschlusses 25, der mit dem Substrat 1 kontaktiert werden soll, wird das Potential des Substrats 1 geerdet. Obwohl der Erdungsanschluss 25 aus einem elektrisch leitfähigen Material gemacht sein kann, ist es effektiv, Siliziumkarbid heran zu ziehen, das einen weitaus größeren Widerstand als gewöhnliche Metalle aufweist, um eine abnormale Entladung während der Plasmabehandlung zu vermeiden. Des Weiteren ist es möglich, dass dem Ausstoßer 19 die Funktion gegeben ist, auch in dieser Funktion zu dienen.
  • Obwohl viele Arten an Sensoren auf dem einzelnen Halteelement in Fig. 5 angeordnet sind, können die Sensoren getrennt verwendet werden, ohne von der Aufgabe der vorliegenden Aufgabe abzulassen.
  • Durch Anwendung des Substrathaltesystem 9 gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Menge an Fremdsubstanzen, die an der hinteren Oberfläche des Substrats 1 anhaften, verringert. Des Weiteren kann, durch Verwendung des in dem Substrathaltesystem behandelten Substrat 1 verhindert werden, dass sich die Fremdsubstanzen auf der hinteren Oberfläche an die obere Oberfläche eines anderen benachbarten Substrats anhaften, und das Substrat durch Fremdsubstanzen, die geschmolzen oder von der hinteren Oberfläche abgelöst werden, zu kontaminieren. Suszeptor 68 dient als eine Abdeckung für einen Kopfabschnitt 61, um den Kopfabschnitt 61, der geätzt werden soll, zu schützen, und um die seitliche Oberfläche des Kopfabschnittes von dem umgebenden elektrischen Raum zu isolieren.
  • Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführung eines Substrathaltesystems 9 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Halteelement 2 weist inselförmige vorstehende Abschnitte 22A, 22B auf, die konzentrisch aneinander gereiht sind. In dieser Ausführung wird ein Substrat durch drei konzentrische Abschnitte getragen, durch den vorstehenden Abschnitt 3 in dem peripheren Abschnitt und durch die inselförmigen vorstehenden Abschnitte 22A und 22B. Diese Konfiguration ist insbesondere effektiv, wenn der Durchmesser des Substrats 1 groß ist.
  • Fig. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines Substrathaltesystems 9. Ein Isolierfilm für das elektrostatische Anziehen ist auf der oberen Oberfläche eines Kopfabschnitts 61 überzogen, ein Wehr 62a zum Kontaktieren und Fixieren eines Substrats 1 ist an der Peripherie des Substrats vorgesehen, ein Wehr 62b und ein Wehr 62c ist auf der Innenseite des Wehrs 62a vorgesehen und ein Loch 66, dass die hintere Oberfläche eines Aufspanntisches durchdringt, ist in dem Zentrum des Wehrs 62c vorgesehen. Ein Raum 64 zur Aufnahme des Kühlmittels ist innerhalb des Kopfabschnittes 61 vorgesehen und eine Passage, die geeignet ist für das Zuleiten und Ableiten des Kühlmittels ist vorgesehen. Ein Schaft 63, der an dem Kopfabschnitt 61 befestigt ist, ist in der Nähe des Zentrums des Substrathaltesystems 9 vorgesehen und eine Führungspassage zum Einleiten des Kühlgases ist innerhalb des Schafts vorgesehen. Ein Ausstoßermechanismus 65 zum Transportieren eines Substrats ist im Eingriff mit dem Loch 66, wie oben beschrieben, vorgesehen. Ein Deckel 67 ist in dem äußeren peripheren Abschnitt des durchdringenden Loches 66 auf der Rückseite des Aufspanntisches angeordnet.
  • In einem Fall, bei welchem ein Substrat 1 (Wafer) in der Ausführung aus Fig. 7 behandelt wird, wird das Substrat 1 in einer Behandlungskammer unter Verwendung von Ladungsmitteln (nicht gezeigt) unter einer Vakuumbedingung eingeführt, wobei das Substrat 1 auf einem Aufspanntisch 9 montiert ist und dessen Temperatur vorab mit einem Kühlmittel gesteuert wird, wobei Strom an eine elektromagnetische Spule 4 angelegt wird, um ein gegebenes Magnetfeld zu erzeugen, ein Behandlungsgas eingeleitet wird, Strom an eine Magnetfeldröhre zur Erzeugung von Mikrowellen angelegt wird, Gas in ein Plasma in der Behandlungskammer durch ECR (Elektron-Cyclotron-Resonance) verwandelt wird, ein Gleichstrom durch das Plasma erzeugt wird, um eine elektrostatische Adhäsionskraft hervorzurufen. Dann wird das Kühlgas zwischen dem Substrat 1 und dem Aufspanntisch 9 eingeleitet. Das Kühlgas diffundiert rasch im Inneren des Spaltes mit Ausnahme der anliegenden Kontaktabschnitte und damit wird Wärme transferiert, die von dem Plasma in das Substrat 1 (Wafer) zu einem Kopfabschnitt eindringt, um die Wärme zu dem Kühlmittel zu transferieren. Zur gleichen Zeit wird das Kühlgas zu der Rückseite des Aufspanntisches als ein überschüssiges Gas durch ein durchdringendes Loch 66 abgeleitet, das eine räumliche Beziehung aufweist, so dass das Kühlgas aktiv leckt. Da das Gas zwischen dem Substrat und dem Aufspanntisch oberhalb des gegebenen Druckes gehalten werden muss, wird Gas stets in einer Menge eingeleitet, die der Leckagemenge entspricht.
  • Gemäß einer Ausführung ist es möglich, ein Plasmabehandlungsgerät bereit zu stellen, bei welchem die Menge der von der hinteren Oberfläche eines Substrats transferierten Fremdsubstanzen verringert werden, indem die Kontaktfläche verringert wird und der für das Kühlen benötigte Druck des Kühlgases beibehalten wird, und der eine gute Wiederholbarkeit als ein Herstellungsgerät aufweist und geeignet ist für die Behandlung mit Plasma unter der Bedingung des Steuerns der Substrattemperatur und der eine ausgezeichnete Produktivität aufweist.
  • Des Weiteren ist es möglich, ein Plasmabehandlungsgerät bereit zu stellen, in welchem die durch den Ausstoßerabschnitt erzeugten Fremdsubstanzen zu der gegenüberliegenden Seite des Substrats durch Ableiten des überschüssigen Kühlgases zu der Rückseite des Aufspanntisches (gegenüberliegende Seite des Substrats) transportiert werden, um die Menge der Fremdsubstanzen, die an dem Substrat anhaften, zu verringern, gleichzeitig wird das Gas im Inneren eines auf der Rückseite des Aufspanntisches in der Behandlungskammer vorgesehenen Deckels abgeleitet, um den Druck innerhalb des Deckels höher als den Druck in der Behandlungskammer zu halten und um zu verhindern, dass sich Reaktionsprodukte an die Mechanismen des Aufspanntisches anhaften, und deren Charakteristik sich kaum über die Zeit verändert.
  • Helium wird im Allgemeinen als Kühlgas hier verwendet. Selbst wenn das Kühlgas in die Behandlungskammer durch einige ccm (Kubikzentimeter pro Minute), bis 10 ccm lecken würde, konnte durch ein Experiment bestätigt werden, dass diese Leckagemenge das Verfahren nicht beeinflusst, da die Menge ein 1/100 bis einige 1/10 der Versorgungsmenge des Prozessgases beträgt.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung für jedes der vorhergehenden Ausführungen unter Berücksichtigung der Kühlung des Substrats beschrieben wurde, ist verständlich, dass es keinen wesentlichen Unterschied zu einem Fall des Erwärmens eines Substrats gibt, da der einzige Unterschied darin liegt, dass die Temperatur des Halteelements höher als die Temperatur des Substrats gehalten wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Substrat sicher gekühlt werden und gleichzeitig die Menge der an der hinteren Oberfläche des Substrats anhaftenden Fremdsubstanzen verringert werden. Weiterhin kann auch die Menge der an der oberen Oberfläche des Substrats anhaftenden Fremdsubstanzen verringert werden, da das Substrat mit elektrostatischer Adhäsion fixiert ist und es nicht notwendig ist, irgendeine Substratbefestigungshardware zu verwenden, wie zum Kontaktieren des Substrats auf der oberen Oberfläche des Substrats. Des Weiteren kann eine Substratbehandlung auf der oberen Oberfläche eines Substrats über die gesamte Oberfläche des Substrats durchgeführt werden, da kein Hindernis besteht, wie beispielsweise eine Substratbefestigungshardware. Hiermit kann der Produktionsertrag in der Substratbehandlung durch Verringerung der Menge der Fremdsubstanzen auf der hinteren Oberfläche verbessert werden. Der Produktionsertrag kann weiter verbessert werden und die Anzahl der Vorrichtungschips, die von einem einzigen Substrat erhalten werden können, können ebenso durch Verringern der Menge der Fremdsubstanzen, die an der oberen Oberfläche des Substrats anhaften, erhöht werden.
  • Der auf Grund einer herkömmlichen elektrostatischen Adhäsionselektrode auftretende Schaden des Substrats wird nicht verursacht in der vorliegenden Erfindung, was den Produktionsertrag verbessert.
  • Ein weiteres Substrathaltesystem, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird im Detail nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • In Fig. 9 wird ein Substrat 1 auf einem dielektrischen Material 18, das auf einem Halteelement 2 ausgebildet ist, gehalten. Unter dem Halteelement 2 sind ein Isolierelement 40 und eine Basis 41 angeordnet und mit einem Schaft 63 getragen. In dem Halteelement 2 ist eine Strömungspassage 42 für das Kühlmittel zum Leiten eines Kühlmittels zum Steuern der Temperatur des Substrats 1 ausgeformt. Um das Kühlmittel in die Strömungspassage 42 für das Kühlmittel einzuleiten, ist ein Durchgangsloch, das die Basis 41 und das Isolierelement 40 durchdringt, vorgesehen und ebenso ist ein Versorgungsabschnitt 43 für das Kühlmittel vorgesehen. Ein Ausstoßer 19 greift in das Halteelement 2, das Isolierelement 40 und die Basis 41 durchdringende Durchgangsloch ein, wobei die seitliche Oberfläche des Durchgangslochs aus einem Isolationsrohr 44 geformt ist. Der Ausstoßer 19 wird mit einer Führung 45 geführt, die um den Schaft 63 vorgesehen ist und wird in der Richtung des Schafts 63 mit einem Antriebsmechanismus auf und abbewegt, der in der Figur nicht gezeigt ist, um das Substrat 1 zu transportieren. Ein Hochfrequenzversorgungsschaft 47 ist im Inneren des Schafts 63 durch ein Isolationsmaterial 46 installiert, wobei der Hochfrequenzversorgungsschaft 47 rohrförmig ist, wobei das Innere des Hochfrequenzschaftes ein Zuleitungsloch 21 für das Kühlgas des Substrats ausbildet. Das Isolationsmaterial 46 dringt von der Basis 41 zum Isolationselement 40 durch. Der Hochfrequenzversorgungsschaft 47 durchdringt das Isolationselement 40 bis zum Halteelement 2, wobei ein Ende (untere Seite in Fig. 9) des Hochfrequenzversorgungsschafts 47 mit einer Hochspannungsstromquelle verbunden ist, die in der Figur nicht gezeigt ist, zum Anlegen einer Hochspannung, um das Substrat 1 an dem dielektrischen Material 18 durch elektrostatische Adhäsion zu halten, und an eine Stromquelle zum Anlegen einer Hochfrequenzvorspannung an das Substrat 1. Ein Substraterkennungssensor 24 zum Erkennen des Vorhandenseins oder des Nicht-Vorhandenseins eines Substrats durch Detektieren der Temperatur des Substrats ist in Fig. 9 installiert. In dieser Position kann ein Substratdetektor ebenso angeordnet werden, der den Druck den Kühlgases anstatt der Substrattemperatur detektiert. In diesem Fall ist der Drucksensor am oberen Ende des Zapfens in dem Substratdetektionssensor 24 angeordnet, wobei ein Ausgangssignaldraht von dem Drucksensor durch das Innere des Zapfens durchgezogen ist, um mit einem Signalprozessor verbunden zu werden. Da der Druck in dem Raum um das obere Ende des Zapfens in dem Substraterkennungssensor 24 hoch ist, wenn ein Substrat vorhanden ist und niedrig ist, wenn ein Substrat nicht vorhanden ist, detektiert der Signalprozessor das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein eines Substrats durch Beurteilen, ob oder ob nicht ein Drucksignal von dem Drucksensor einen Wert überschreitet, der einem vorher festgelegten Druck entspricht. Ein Suszeptor 36, der als eine Abdeckung für das dielektrische Material 18 dient, und das Halteelement 2 sind an dem äußerem peripheren Abschnitten des Substrats 1 angeordnet, um den Gasfluss für das Substratätzen gleichförmig zu machen. Die innere periphere Oberfläche des Suszeptors 36 ist senkrecht zu der hinteren Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet. Der Suszeptor 36 ist aus einem elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise Aluminium, geformt, das die äußere Umgebung des Halteelements 2, des Isolationselements 40 und die Basis 41 abdeckt.
  • Das in Fig. 9 gezeigte Substrathaltesystem wird beispielsweise in einer Plasmaumgebung, wie in Fig. 10 gezeigt, verwendet. Fig. 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des peripheren Abschnitts des Substrats 1. Obwohl Fig. 10 eine schematische Ansicht eines Mikrowellen-Plasmaätzgeräts ist, wird nachfolgend eine Erläuterung für einen Fall gemacht, bei dem das Substrathaltesystem in einem Ätzgerät angewandt wird.
  • Die Vakuumkammer 27 ist mit einer anderen Vakuumkammer verbunden, um das Substrat 1 von und in eine atmosphärische Umgebung durch ein Ventil zu beladen und zu entladen. Das in der Vakuumkammer 27 durch den Substratbeladungsmechanismus eingeführte Substrat 1 wird auf eine Transportebene transportiert, die durch eine doppelpunktierte Linie in Fig. 10 gezeigt ist. Hierzu wird das Substrathaltesystem 9 auf die Transportebene herabgelassen. Das Substrat 1 wird zu einer dielektrischen Materialoberfläche 18 transportiert und auf dieser montiert durch Auf und Abbewegen des Ausstoßers 19 zu dieser Ebene. Das Kühlmittel zum Steuern der Temperatur des Substrats 1 wird in die Strömungspassage 42 des Kühlmittels von dem Kühlmittelversorgungsabschnitt 43 durch einen getrennt vorgesehenen Kühlmitteltemperatur-Kontroller eingeleitet und wird in der Strömungspassage für das Kühlmittel rezirkuliert um die Temperatur des Halteelements 2 und des dielektrischen Materials 18 auf eine gegebene Temperatur zu steuern. Wenn das Substrat 1 auf dem Substrathaltesystem 9 montiert ist, wird der von dem Substraterkennungssensor 24 eingeleiten Laserstrahl auf der hinteren Oberfläche des Substrats reflektiert, das reflektierte Licht als ein Signal detektiert und die Montage des Substrats 1 bestätigt. Es wird begonnen, die Temperatur des Substrats unter Verwendung des Substrattemperaturdetektors (fluoreszierendes Thermometer) zu detektieren, welche in Fig. 9 nicht gezeigt ist, und der in der selben Weise wie der Substraterkennungssensor 24 installiert ist. Wenn das Ätzgas eingeleitet und die Mikrowellen eingeleitet werden, beginnt die Entladung. In diesem Zustand wird direkter Strom zur elektrostatischen Adhäsion von der direkten Stromquelle 13 angelegt, ein elektrischer Schaltkreis für die elektrostatische Adhäsion durch das Plasma 16 ausgebildet und das Substrat 1 von dem dielektrischen Material 18 angezogen. Dann wird, wenn das Heliumgas von dem Gaszuführungsloch 21 eingeleitet wird, die Substrattemperatursteuerung durch das Heliumgas durchgeführt. In diesem Zustand, da die Vorbereitung des Ätzens abgeschlossen ist, wird das Ätzen durch Festlegen der Mikrowelle auf einen gegebenen Wert durch Anlegen der Hochfrequenzspannung gestartet. Nach Beendigung der Ätzbehandlung wird die Versorgung der Hochfrequenzspannung gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt liegt das Plasma immer noch vor. D. h., das Substrat ist noch elektrostatisch anziehend gehalten. Die Versorgung mit dem Ätzgas wird gestoppt und nichtätzendes Gas, wie beispielsweise Argongas, wird anstatt des Ätzgases je nach Fall eingeleitet, um die durch die elektrostatische Adhäsion angesammelte Ladung zu entfernen. In der Zwischenzeit wird die Versorgung mit Heliumgas gestoppt und die Kraft zum Anheben des Substrats 1 von der hinteren Oberfläche des Substrats 1 nicht mehr beaufschlagt. Nach Beendigung der Entladung wird die Versorgung mit Argongas und das Anlegen des direkten Stroms für elektrostatische Adhäsion gestoppt. Nachdem das Ätzgas und das Gas für die Entladung abgeleitet wurden und ein Hochvakuumzustand erreicht wurde, wird begonnen, das Substrathaltesystem 9 abwärts zu bewegen und das Verfahren zur Entnahme des Substrats 1 wird begonnen. Der Entnahmeprozess ist als umgekehrter Prozess des Bestückungsprozesses durchgeführt. Ein neues Substrat wird für das nächste Ätzen bestückt. Dann wird das Ätzen in der gleichen Weise wie oben durchgeführt.
  • Obwohl die Reaktionsprodukte (Gas), die mit dem Ätzgas erzeugt werden, und das Ätzen auf der Oberfläche des Substrats in einer nahezu gleichförmigen Dichte über der Oberfläche des Substrats 1 verteilt sind, kann die Ätzcharakteristik in dem peripheren Abschnitt verschieden sein von derjenigen in dem zentralen Abschnitt, da in dem äußeren peripheren Abschnitt des Substrats der Abschnitt zum Erzeugen der Reaktionsprodukte nicht außerhalb des Substrats existiert und die Strömungsgrenze der Gasströmung sich abrupt ändert. Hierzu ist der Suszeptor 36 nahezu auf der gleichen Ebene wie das Substrats 1 angeordnet, um zu verhindern, dass sich der Gasfluss abrupt ändert. Die Strömung des Ätzgases und der Reaktionsprodukte ist leicht nach oben gerichtet auf Grund des Vorhandenseins der Oberfläche des Suszeptors 36, wobei ein stagnierender Effekt des Ätzgases und der Reaktionsprodukte stattfindet und ein Phänomen bewirkt, als wenn ein Ätzreaktionsabschnitt in dem äußeren peripheren Abschnitt des Substrats vorliegen würde. Hierzu wird das Ätzen in dem peripheren Abschnitt des Substrats gleichförmig durchgeführt.
  • Zusätzlich zu dem obigen ist ein Effekt vorhanden, dass, da sich die Peripherie des Substrats 1 in einen Zustand befindet, indem es in dem Suszeptor 36 enthalten ist, und die Seitenwand 36A des Suszeptors 36 ein größeres Verschieben des Substrats 1 begrenzt, es möglich ist, die Situation zu vermeiden, bei welcher das Substrat nicht transportiert werden kann und das Vakuum der Ätzkammer aufgebrochen werden muss, selbst wenn die elektrostatische Adhäsionskraft mit einem abnormalen Zustand verschwunden ist und das Substrat durch den Druck des Heliumgases, der an der hinteren Oberfläche des Substrats 1 angelegt ist, bewegt wird. Zu diesem Zeitpunkt wandert das Substrat 1 nicht auf der horizontalen Oberfläche des Suszeptors 36, selbst wenn das Substrat 1 gleitet, da die innere Oberfläche 36A des Suszeptors 36, die der äußeren peripheren Oberfläche des Substrats 1 gegenüberliegt, nahezu vertikal ist. Dieser Fall unterscheidet sich von einem Fall, bei welchem das Substrat des Suszeptors 36 konisch geformt ist.
  • Im Nachfolgenden wird der Spalt zwischen der hinteren Oberfläche des Substrats 1 und des Suszeptors 36 beschrieben.
  • Auf der Seite der Substratätzoberfläche wird das Plasma 16 erzeugt und das Ätzgas und die Reaktionsprodukte fließen dort. Deshalb, wenn der Spalt zwischen der hinteren Oberfläche des Substrats 1 und dem Suszeptor 36 vorliegt, dringen das Ätzgas und die Reaktionsprodukte in den Spalt ein und sammeln sich auf der hinteren Oberfläche des Substrats. Sie bilden Fremdsubstanzen aus. Dies ist nicht zu bevorzugen, da der Produktertrag des Ätzprozesses abnimmt. Andererseits, wenn der Spalt zwischen diesen so schmal wie möglich reduziert wird, wird ein Eindringen des Ätzgases und der Reaktionsprodukte in den Spalt verringert und die auf der hinteren Oberfläche des Substrats angesammelten Fremdsubstanzen können reduziert werden. Gemäß dem Ergebnis eines anderen Experiments, war der oben beschriebene Effekt effektiv, wenn der Spalt weniger als 0,3 mm betrug.
  • Das Ätzverfahren wird durchgeführt, indem die Hochfrequenzspannung an das Substrat 1 angelegt wird. Zu diesem Zeitpunkt gibt es einige Fälle, bei denen eine abnormale Entladung zwischen dem Halteelement 2, an dem die Hochfrequenzspannung direkt angelegt wird, und der Basis 41 stattfindet. Wenn die abnormale Entladung auftritt, ist die Hochfrequenzspannung nicht korrekt an dem Substrat 1 angelegt, das Ätzen selbst wird abnormal. Dies ist nicht auf das Ätzen begrenzt, sondern kann im Allgemeinen für den Typ eines Substratbehandlungsgeräts behauptet werden, bei welchem Plasma unter Verwendung einer Hochfrequenzspannung erzeugt wird. Um dieses Phänomen zu verhindern, ist in diesem Substrathaltesystem die Basis 41, die in einem unterschiedlichen elektrischen Potential von dem Abschnitt vorliegt, an dem die Hochfrequenzspannung angelegt wird, speziell durch Einfügen des Isolationsrohres 44 isoliert. Dadurch kann eine abnormale Entladung verhindert werden.
  • Es folgt die Beschreibung des Transports des Substrats 1. Ladung sammelt sich auf dem Substrat 1 an, während es elektrostatisch angezogen ist. Die Ladung besitzt die Fähigkeit, das Substrat 1 an das dielektrische Material 18 anzuziehen, das Substrat 1 wird sogar an den dünnen dielektrischen Film elektrostatisch angezogen, wenn die direkte Stromquelle 13 für die elektrostatische Adhäsion ausgeschaltet wird. Deshalb muss mit dem Transport des Substrat 1 gewartet werden, bis die angesammelte Ladung verschwunden ist. Es besteht das zusätzliche Problem, zu beurteilen, ob die angesammelte Ladung vorliegt oder nicht. Um dieses Problem zu lösen, ist der Ausstoßer 19 aus einem Material gemacht, der eine geringe Leitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise Siliziumkarbid, wie in Fig. 12 gezeigt. Dadurch fließt die angesammelte Ladung zu einer geerdeten Leitung durch den Ausstoßer 19, um zu verschwinden. Hiermit kann ein Problem des Transports des Substrats vermieden werden und ein zuverlässiger Substrattransport realisiert werden. Der geerdete Schaltkreis, der mit dem Ausstoßer 19 verbunden ist, kann während der Erzeugung des Plasmas getrennt werden. Es ist vorzuziehen, diese Art und Weise anzuwenden, wenn die geerdete Leitung und der Abschnitt, an dem die Hochfrequenz angelegt wird, nah zueinander angeordnet sind und die abnormale Entladung stattfindet.
  • Obwohl das Substrat 1 mit der Auf-/Abbewegung des Ausstoßers 19 transportiert wird, tritt ein abnormaler Zustand auf, wenn das Substrat während des Transports in Schwingung versetzt wird. Hierzu muss der Ausstoßer 19 sich sanft bewegen. Um den Ausstoßer mit Sicherheit zu führen, ist in der vorliegenden Erfindung eine Führung 45 auf dem Schaft 63 vorgesehen, dadurch wird die Länge des Ausstoßers 19 nicht übermäßig lang und ein hochzuverlässiger Transport kann realisiert werden.
  • Wie oben beschrieben konnten die Elemente des hochzuverlässigen Substrathaltesystems geklärt werden. Die Lösung des Problems in einem Fall wird nachfolgend beschrieben werden, bei welchem die Substrattransportebene von der Ebene der Substratbehandlungsposition (die der in Fig. 10 illustrierten Position entsprechende Substratposition) verschieden ist.
  • Fig. 13 zeigt die umfassende Konstruktion eines Substrathaltesystems. Der obere Abschnitt des Systems ist nahezu derjenige wie in Fig. 9. Der unterschiedliche Abschnitt von Fig. 9 ist, dass die äußere seitliche Oberfläche des Halteelements 2, an die die Hochfrequenzspannung angelegt wird, mit einem Isolationselement 40 abgedeckt ist. Dadurch wird der Abstand zwischen dem Abschnitt, an dem die Hochfrequenzspannung angelegt wird, und dem geerdeten Abschnitt lang und der verhindernde Effekt gegen die abnormale Entladung kann verbessert werden.
  • Um zwischen der Substrattransportstellung und der Substratätzstellung auf und ab bewegt zu werden, ist ein Balg 50 zwischen dem Schaft 63 des Substrathaltesystems und dem Flansch 49 vorgesehen. Der Balg 50 dient auch als Vakuumdichtung zwischen der Atmosphäre und der Ätzkammer und verlängert sich mit einer Führung für den Schaft 63, und Auf und Abantriebsmechanismen sind in der atmosphärischen Umgebung installiert, die in Fig. 13 nicht gezeigt sind. Der Balg ist zwischen dem Schaft 63 und dem Flansch 49 angeordnet, um den Durchmesser des Balgs zu minimieren. Wenn der Durchmesser des Balgs 50 klein ist, ist die Kraft, die auf dem Substrattransportmechanismus wirkt, ebenso klein und demzufolge ist es einfach, zu erreichen, den Auf und Abantriebsmechnismus einfach und hochgenau herzustellen. Es erübrigt sich, zu erwähnen, dass die durch Abrasion in dem gleitenden Abschnitt erzeugten Fremdsubstanzen eliminiert sind und die Zuverlässigkeit gegen die Vakuumdichtung verbessert ist im Vergleich zu einem Fall, in den ein gleitender Abschnitt unter Verwendung einer Elastomerdichtung verwendet wird.
  • Obwohl unter Einbeziehung solch einer Konstruktion das Substrathaltesystem auf und abbewegt wird, ist die Aussetzung des Balgs 50, des Schafts 63 und des Ausstoßers 19 gegenüber dem Plasma nicht bevorzugt ein Problempunkt hinsichtlich von Fremdsubstanzen, die durch anhaftende Ätzprodukte gebildet werden, oder hinsichtlich der Plasmaresistenzfähigkeit der Materialien. Deshalb sind miteinander kreuzende zylindrische Abdeckungen 67A und 67B in der Basis 41 und in dem Flansch 49 vorgesehen. Die Abdeckungen 67A, 67B kreuzen miteinander und haben solche Dimensionen, dass das Kreuzen beibehalten wird, selbst wenn sich das Substrathaltesystem auf und abbewegt. Beide Abdeckungen 67A und 67B werden auf dem geerdeten elektrischen Potential gehalten, die Elemente innerhalb der Abdeckungen sind stets von dem Plasma isoliert, um vor Kontamination geschützt zu werden.
  • Wie oben beschrieben, kann ein Substrathaltesystem und ein Verfahren zum Halten eines Substrats erhalten werden, das weniger Fremdsubstanzen aufweist und ein gleichförmiges Ätzen kann durchführt werden.
  • Es ist verständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das Ätzgerät beschränkt ist, sondern weit anwendbar auf Substratbehandlungsgeräte und Behandlungsverfahren ist, die es erfordern, dass das Substrat (zu behandelndes Objekt) mit elektrostatischer Adhäsion gehalten wird.
  • Ausgehend vom Gesichtspunkt der Herstellung des obigen Substrathaltesystems unter Begutachtung der Fig. 9 oder Fig. 13, ist es schwierig, das Halteelement 2 herzustellen, da es die Strömungspassage für das Kühlmittel aufweist. Tatsächlich ist es möglich, ein Element zu erhalten, dass den gleichen Effekt mittels Herstellen des Halteelements 2 durch Trennen in zwei Teile mittels Bearbeitung, wie in Fig. 9 gezeigt, zu erhalten, die miteinander verbunden werden, wobei das Kühlmittel unter Verwendung einer Elastomerdichtung abgedichtet wird. Jedoch entstehen bei diesem Verfahren Probleme, wie Schwierigkeiten, Komplexität und Abnahme der Zuverlässigkeit, so dass zusätzliche Verbindungsabschnitte oder zusätzliches Volumen benötigt wird, da eine Dichtoberfläche 55 notwendig ist, wobei eine Dichtung in jedem Loch der Teile benötigt wird, wenn ein Durchgangsloch (beispielsweise das Loch, in das das Isolationsrohr 44 in Fig. 9 eingefügt ist) in dem Halteelement 2 vorgesehen ist, wie in Fig. 9 gezeigt.
  • Daher kann ein Herstellungsverfahren zur Anwendung kommen, bei welchem das Halteelement 2 in einer einstückigen Struktur ausgebildet ist.
  • Die Technik des Wachsausschmelzgießens wird als ein Verfahren zur Lösung dieses Problems herangezogen. Fig. 14 zeigt diese Technik. Zuerst wird unter Verwendung von Wachs ein Element hergestellt, das die gleiche Gestalt wie die Strömungspassage 42 für das Kühlmittel aufweist. Als nächstes wird eine Gussform vorbereitet, die die gleiche Gestalt wie die äußere Form des Halteelements 2 aufweist, und die aus Wachs hergestellte Gussform der Strömungspassage wird innerhalb der Gussform angeordnet und dann das Gießen durchgeführt. Nach Entfernen des Wachses ist das Halteelement 2 fertiggestellt.
  • Fig. 15 und Fig. 16 zeigen eine alternative Technik. Ein metallisches Element 52, in dem die Strömungspassage 42 für das Kühlmittel vorab bearbeitet wurde, und ein Halteelement 53 werden miteinander durch ein Verbindungsmaterial 54 gekoppelt. Wenn das Halteelement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, wird eine Aluminiumlegierung, die eine geringe Schmelztemperatur aufweist (beispielsweise eine Silizium enthaltende Aluminiumlegierung), als das Verbindungsmaterial 54 verwendet. Dann werden die Elemente 52, 53 auf nahezu 600ºC in einer Vakuumumgebung unter Pressen erhitzt, wobei das Verbindungsmaterial 54, das eine geringe Schmelztemperatur aufweist, schmilzt und mit den metallischen Elementen 52 und 53 reagiert, um miteinander verbunden zu werden. Da die in Fig. 16 gezeigte Dichtungsoberfläche 55 sicher verbunden werden kann, indem das Diffusionsschweißverfahren angewandt wird, kann das Durchgangsloch 66 ohne weitere spezielle Beachtung hergestellt werden. Da in dem Schweißverfahren viele Mengen von Elementen, nicht limitiert auf eine Menge, auf einmal geschweißt werden können, gibt es nicht das Problem hinsichtlich des Kostenverlaufs mittels der Vorab-Herstellung vieler metallischer Elemente 52, 53 und deren Schweißen auf einmal.
  • Wie vorhergehend beschrieben, gemäß der vorliegenden Erfindung, da das Halten des Substrats durch elektrostatische Adhäsion sicher ohne Verwendung eines Elements durchgeführt werden kann, wie beispielsweise ein Gewicht auf der Substratoberfläche zum Verhindern des Gleitens eines Substrattransports oder zum Verhindern des Anhebens auf Grund vom Gasdruck auf der hinteren Oberfläche des Substrats, gibt es einen Effekt, dass die Produktion der Fremdsubstanzen während des Substratätzens verringert werden kann und ist es zu erwarten, dass der Produktionsertrag des Substrats verbessert wird. Des Weiteren, da die Betriebszeit zwischen Reinigungsarbeiten des Substratätzgeräts zum Entfernen der Fremdsubstanzen verlängert ist, gibt es einen Effekt, dass erwartet werden kann, dass die Betriebsfähigkeit des Gerätes verbessert werden kann.
  • Darüber hinaus, da keine Elastomerdichtung benötigt wird zum Dichten des Kühlmittels beim Formen des Substratshaltesystems, gibt es einen Effekt, dass das Substratshaltesystem leicht herzustellen ist.

Claims (12)

  1. Ein Substrathaltesystem zum Halten eines Substrats (1) durch elektrostatische Anziehungskräfte während einer Behandlung des Substrats (1) auf einem Probentisch, aufweisend:
    eine Mehrzahl von Kontakt-Halteteilen (20; 22; 62b, c), die an einem Halteelement (2) des Probentisches gebildet sind zum Kontaktieren gegen eine Rückoberfläche des Substrats (1);
    Mittel (21) zum Zuführen eines Kühlgases (7) zu dem Haltesystem; wobei das Haltesystem (9) eine ringförmige gasdichte Oberfläche (3; 62a) aufweist, welche eine glatte Oberfläche in einer Position aufweist, welche der Peripherie des Substrates (1) entspricht zum Kontaktieren der Rückoberfläche eines Substrates an seiner Peripherie, wobei
    die Kontakthalteteile (20; 22; 62b, c) zwischen der ringförmigen Oberfläche und dem Zentrum des Halteelementes (2) positioniert sind mit einem eingedrückten Abschnitt (8) dazwischen, welcher nicht in Kontakt mit der Rückoberfläche des Substrats (1) ist und einen Spalt zwischen dem Substrat (1) und dem Halteelement (2) schafft zum Kühlen des Substrats (1) durch Zuführen von Kühlgas (7) zu dem Spalt, wobei die Gaszufuhr in dem eingedrückten Abschnitt (8) ist;
    der Kontaktbereich der ringförmigen dichten Oberfläche und die Kontakthalteteile zu dem Substrat weniger als die Hälfte des Bereiches des Substrates sind,
    wobei der Spalt, in welchem das Kühlgas (7) fließt, zwischen der Rückoberfläche des Substrats (1) und Bereichen des Halteelements (2), welche das Substrat (1) nicht kontaktieren, 15 um bis 20 um beträgt, und wobei des weiteren die Kontakthalteteile (20, 22; 62b, c) Durchgangsöffnungen mit Zapfen aufweisen, die in den Öffnungen angeordnet sind, um das Substrat (1) nach oben zu drücken, wobei diese Durchgangsöffnungen verschieden von den Mitteln (21) zum Zuführen eines Kühlgases (7) zu dem Haltesystem sind und es ermöglichen, dass das Kühlgas nach außen entweicht.
  2. 2. Substrathaltesystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrathalteelement (2) auch als ein Temperaturmesselement (23) dient.
  3. 3. Substrathaltesystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Region auf dem Halteelement (2) aufweist zum Kontaktieren der Rückoberfläche des Substrats (1) um das Temperaturmesselement (23), um zu verhindern, dass das Kühlgas durch den Installationsteil des Temperaturmesselements leckt.
  4. 4. Substrathaltesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakthalteteile (20; 22; 62b, c) auf dem Probentisch aus einer Mehrzahl von inselförmigen vorstehenden Teilen bestehen, die konzentrisch um das Zentrum des Probentisches in einem Doppel- Feld in einer beabstandeten Beziehung zueinander angeordnet sind.
  5. 5. Substrathaltesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Deckel (67) aufweist, der auf der Rückseite des Probentisches vorgesehen ist.
  6. 6. Substrathaltesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingedrückten Abschnitte (8) zumindest einen radialen Pfad zwischen dem zentralen Teil des Probentisches und der ringförmigen dichten Oberfläche (3) bilden, um den Fluss des Wärmeübertragungsgases unter dem Substrat (1) zwischen dem Zentrum und der Peripherie des Substrates (1) zu fördern.
  7. 7. Substrathaltesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingedrückten Abschnitte (8) zumindest zwei konzentrische, im wesentlichen kreisförmige Pfade bilden, um den Fluss des Wärmeübertragungsgases in im wesentlichen konzentrischen kreisförmigen Bereichen unter dem Substrat (1) zu fördern.
  8. 8. Substrathaltesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakthalteteile (20; 22; 62b, c) so angeordnet sind, dass sie zumindest zwei konzentrische, im wesentlichen kreisförmige obere Stützregionen zwischen dem Zentrum und der Peripherie des Substrates (1) bilden, und wobei sich der radiale Pfad, der durch die eingedrückten Teile gebildet ist, durch die zwei konzentrischen, im wesentlichen kreisförmigen oberen Stützregionen erstreckt.
  9. 9. Plasmabehandlungsgerät mit einer Vakuumbehandlungskammer, einem Gaseinführmittel und einem Probetisch zum Montieren eines Substrats (1) in der Vakuumbehandlungskammer, welches das Substrathaltesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche beinhaltet.
  10. 10. Ein Verfahren zum Halten eines Substrats mittels eines Substrathaltesystems gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches die Schritte aufweist:
    - Montieren des Substrats (1) auf dem Halteelement (2),
    - Zuführen eines Kühlgases zwischen dem Halteelement (2) und der Rückoberfläche des Substrats (1), um das Substrat (1) zu kühlen,
    - Kontaktieren des peripheren Abschnittes des Substrats (1) an eine ringförmige gasdichte Oberfläche (3), die auf der Peripherie des Halteelements (2) vorgesehen ist, und Kontaktieren zumindest eines anderen Teils des Substrats (1) zwischen dem peripheren Teil und einem zentralen Teil eines Substrats (1) an zumindest einem Kontakthalteteil (20; 22; 62b, c) des Halteelements (2); wobei das Kühlgas zu einem eingedrückten Abschnitt (8) geführt wird, der einen Spalt zwischen dem Substrat und dem Halteelement schafft zwischen den Kontakthalteteilen und der ringförmigen Oberfläche,
    wobei der gesamte Kontaktbereich zwischen der Substratrückoberfläche und der ringförmigen dichten Oberfläche (3; 62a) und den Kontakthalteteilen (20; 22; 62b, c) weniger beträgt als die Hälfte der Fläche des Substrats,
    wobei der Spalt, in welchem das Kühlgas (7) zwischen der rückseitigen Oberfläche des Substrates (1) und Bereichen des Halteelements (2) fließt, welche das Substrate (1) nicht kontaktieren, 15 um bis 200 um beträgt, und wobei darüber hinaus die Kontakthalteteile (20; 22; 62a, b, c) Durchgangsöffnungen mit Zapfen aufweisen, die in den Öffnungen angeordnet sind, um das Substrat (1) nach oben zu drücken, wobei diese Öffnungen verschieden sind von dem Mittel (21) zum Zuführen eines Kühlgases (7) zu dem Haltesystem und ermöglichen, dass das Kühlgas entweicht.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Steuern der Temperatur des Substrats mittels eines Temperaturmesselements (23), das in dem Halteelement (2) vorgesehen ist, und Zuführen des Kühlgases entsprechend.
  12. 12. Verfahren zum Halten eines Substrates mittels eines Substrathaltesystems gemäß Anspruch 5, welches den Schritt aufweist eines Beibehaltens des Druckes innerhalb des Deckels (67) höher als jener in der Behandlungskammer während einer Behandlung mittels eines Einführens des Überschussgases des Kühlgases ins Innere des Deckels (67), um zu verhindern, dass die Produkte einer Reaktion in der Behandlungskammer in das Innere des Deckels (67) eintreten.
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