Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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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
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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.
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Es gibt unterschiedliche Typen an mit Gas gekühlten Substrathaltesystemen.
Diese können grob in den folgenden Gruppen kategorisiert werden:
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(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
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(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.
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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.
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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.
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Charakteristiken und Probleme in unterschiedlichen Kühlverfahren eines
Substrats werden nachfolgend beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Substrathaltesystem nach Anspruch 1
bereitgestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Fig. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Umriss eines
Substratsbehandlungsgeräts zeigt, an welchem ein Substrathaltesystem
angewandt wird;
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Fig. 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform
des Substrathaltesystem nach Fig. 1 zeigt;
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Fig. 3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine weitere
Ausgestaltung des Substrathaltesystems aus Fig. 1 zeigt;
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Fig. 4 ist eine obere Draufsicht, die das Substrathaltesystem aus Fig. 3
zeigt;
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Fig. 5 ist eine obere Draufsicht, die eine weitere Ausgestaltung eines
Substrathaltesystems zeigt;
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Fig. 6 ist eine obere Draufsicht, die eine weitere Ausgestaltung eines
Substrathaltesystems zeigt;
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Fig. 7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine weitere
Ausgestaltung eines Substrathaltesystems gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 8 ist eine Ansicht, die die Eigenschaft des Wärmetransfers im
Vakuum erläutert;
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Fig. 9 ist eine erläuternde Ansicht, die das Substrathaltesystem zeigt, das
nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 10 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Substratätzgerät zeigt, das ein
Substrathaltesystem gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
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Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht, die den äußeren peripheren Abschnitt
des Substrathaltesystems zeigt;
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Fig. 12 ist eine erläuternde Ansicht, die das Entfernen der während des
Transports eines Substrats angesammelten Ladung zeigt;
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Fig. 13 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Substrathaltesystem
zeigt, dass nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 14 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zum Herstellen einer
Strömungspassage für ein Kühlmittel in dem Substrathaltesystem
zeigt;
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Fig. 15 ist eine erläuternde Ansicht eines Substrathaltesystems; und
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Fig. 16 ist eine erläuternde Ansicht der Strömungspassage für das
Kühlmittel in einem Halteelement aus Fig. 15.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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(1) um das überschüssige Gas abzuleiten,
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(2) um die Fremdsubstanzen, die an dem Ausstoßerabschnitt erzeugt werden, mit
dem Gasfluss abzuleiten, und
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(3) um eine abnormale Entladung zu verhindern.
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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.
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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.
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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.
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In einem Gerät, das Plasma verwendet und in dem ein fluoreszierendes
Thermometer als der Temperatursensor 23 implementier ist, eliminiert das Lärmproblem.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der auf Grund einer herkömmlichen elektrostatischen Adhäsionselektrode
auftretende Schaden des Substrats wird nicht verursacht in der vorliegenden Erfindung,
was den Produktionsertrag verbessert.
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Ein weiteres Substrathaltesystem, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,
wird im Detail nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im Nachfolgenden wird der Spalt zwischen der hinteren Oberfläche des Substrats
1 und des Suszeptors 36 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Daher kann ein Herstellungsverfahren zur Anwendung kommen, bei welchem das
Halteelement 2 in einer einstückigen Struktur ausgebildet ist.
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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.
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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.
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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.
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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.