DE69631523T2

DE69631523T2 - Mehrschichtiger elektrostatischer substrathalter und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE69631523T2
Application number: DE69631523T
Authority: DE
Inventors: Anwar Husain
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2016-03-02
Also published as: ATE259542T1; US5880922A; WO1996028842A1; CN1178600A; DE69631523D1; KR100369106B1; CN1123062C; US5671116A; EP0813748B1; CN1515380A; EP0813748A1; JP4059349B2; KR19980702925A; CN1242453C; JPH11502062A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Festspannvorrichtung bzw. Haltevorrichtung, welche bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen und Flachtafelbildschirmen nützlich ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verschiedene Typen von elektrostatischen Festspannvorrichtungen zum Aufspannen/Festklemmen von Substraten, wie zum Beispiel Halbleiter-Wafer, sind in den US-Patenten mit den Nummern 3,993,509; 4,184,188; 4,384,918; 4,431,473; 4,554,611; 4,502,094; 4,645,218; 4,665,463; 4,692,836; 4,724,510; 4,842,683; 4,897,171; 4,962,441; 5,055,964; 5,103,367; 5,110,438; 5,117,121; 5,160,152; 5,179,498; 5,326,725; und 5,350,479 und in dem britischen Patent mit der Nummer 1,443,215 offenbart.
Mehrschichtige elektrostatische Festspannvorrichtungen, welche keramische Werkstoff verwenden, sind in den US-Patenten mit den Nummern 5,151,845 und 5,191,506 offenbart. Das Patent '845 offenbart eine Anordnung, umfassend eine Basisplatte aus Aluminium, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid oder Ähnliches, und erste und zweite Schichten aus Titan-dotiertem Aluminium, welche ein Silber-/Palladium-Elektrodenfilmmuster aufweisen, welches auf die unteren Oberflächen derselben gedruckt ist, wobei die Elektroden individuell und wahlweise mit einer Spannung versorgt werden, um einen Wafer elektrostatisch anzuziehen. Das Patent'506 offenbart eine Anordnung, umfassend eine obere 0,05 Millimeter dicke Keramikschicht, ein elektrisch leitendes elektrostatisches Muster aus 0,75 Millimeter breiten Streifen, welche durch Lücken von 0,25 Millimeter getrennt sind, auf einer keramischen Schicht, eine keramische Tragschicht und eine wassergekühlte metallische Wärmesenkenbasis aus Kovar (29Ni/17Co/53Fe).
Elektrostatische Festspannvorrichtungen sind für den Wafer-Transport und als Halter während der Behandlung, wie zum Beispiel einer Abscheidung, einem Ätzen, einer Veraschung, etc. verwendet worden. Zum Beispiel sind solche Festspannvorrichtungen verwendet worden, um Wafer in einer Plasma-Reaktionskammer zu halten. In Abhängigkeit des Prozesstyps, welcher an dem Wafer ausgeführt wird, kann die Festspannvorrichtung jedoch korrosiven Wirkungen des Plasmas und/oder Temperaturzyklen ausgesetzt sein, welche die Festspannvorrichtungen schädlich beeinflussen.
Verschiedene andere elektrostatische Festspannvorrichtungen sind bekannt, zum Beispiel diejenigen, welche in den Schriften EP-A-0512936 und EP-A-0506537 offenbart sind. EP-A-0512936 bezieht sich auf eine Festspannvorrichtung (Chuck), welche zum Aufspannen/Festklemmen von Wafern bei der Herstellung von Halbleitern verwendet wird, und offenbart insbesondere einen keramischen, elektrostatischen Temperaturzyklus-Festspannvorrichtungsaufbau, welcher in weit variierenden Temperaturzyklen verwendet werden kann. EP-A-0506537 bezieht sich auf eine elektrostatische Festspannvorrichtung, welche zum Halten oder Transportieren eines Siliziumwafers (Silizium-Halbleiters) geeignet ist. Diese Schrift offenbart eine elektrostatische Festspannvorrichtung, welche eine Struktur mit fünf Schichten aufweist.
US-A-5294778 offenbart ein Plattenheizersystem, welches eine Vielzahl von Heizern verwendet, um ein vorbestimmtes Temperaturprofil zu erzeugen, das für die chemische Gasphasenabscheidung von Dünnfilmen in Halbleiter-Wafern geeignet ist.
Substrathalter, welche Heizeinrichtungen einbinden, sind im Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel offenbart die US-A-4983254 eine einen Wafer tragende Stufe, welche eine Heizvorrichtung umfasst. Das Patent '254 offenbart keine Anordnung zum elektrostatischen Festklammern des Wafers.
Es ist im Stand der Technik bekannt, Elektroden vorzusehen, welche mit Hochfrequenzen bei unterschiedlichen Frequenzbereichen versorgt werden, und Elektroden, welche an Gleichstrom- und HF-Quellen angeschlossen sind. Zum Beispiel offenbart US-A-4579618 eine Bodenelektrode, welche als ein Werkstückhalter dient, und welche an eine niederfrequentige Leistungsversorgung und eine hochfrequentige Leistungsversorgung angeschlossen ist, wobei beide an die Elektrode durch Kopplungsnetzwerke gekoppelt sind, welche zum Ziel haben, die HF-Übertragung durch Impedanz-Abgleichung zu optimieren. US-A-4464223 offenbart eine Bodenelektrode zum Tragen eines Werkstückes, und welche an eine niederfrequentige Wechselstrom-Leistungsversorgung durch ein Abgleichungsnetzwerk angeschlossen ist, zum Erzeugen eines niederfrequentigen elektrischen Feldes in einer Plasma-Kammer und wobei die untere Elektrode ebenso an eine Gleichstrom-Versorgung gekoppelt ist, um zu ermöglichen, dass das Ausmaß des Gleichspannungs-Vorspannens, welches durch das Plasma induziert wird, unabhängig des Druckes oder der Leistung geändert werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine mehrschichtige, elektrostatische Festspannvorrichtung zur Verfügung, umfassend:
eine erste Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff;
eine zweite Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff;
eine elektrostatische Klemmelektrode zwischen der ersten und der zweiten Isolierschicht, die Klemmelektrode umfasst erste und zweite Streifen eines elektrisch leitenden Werkstoffs;
dadurch gekennzeichnet, dass die Festspannvorrichtung ferner eine Vielzahl von diskreten Gruppen von elektrisch leitenden Durchführungen in der zweiten Isolierschicht aufweist, wobei ein erster Satz der gesagten diskreten Gruppen von Durchführungen elektrisch an dem ersten Streifen angeschlossen ist und ein zweiter Satz der gesagten diskreten Gruppen von Durchführungen elektrisch an dem zweiten Streifen angeschlossen ist.
Der erste Streifen kann elektrisch an eine erste Gleichstrom-Leistungsversorgung angeschlossen sein, und der zweite Streifen kann elektrisch an eine zweite Gleichstrom-Leistungsversorgung angeschlossen sein, wobei die erste und die zweite Gleichstrom-Leistungsversorgung entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Zudem kann die Klemmelektrode elektrisch an eine hochfrequentige Energieversorgung angeschlossen sein. Die Gleichstrom-Leistung versorgt die Klemmelektrode mit Energie, welche ausreichend ist, um ein Substrat auf der ersten Isolierschicht festzuklemmen/zu fixieren, und die hochfrequentige Energieversorgung versorgt die Klemmelektrode mit Energie, welche ausreichend ist, um ein Substrat auf der ersten Isolierschicht mit einer HF-Vorspannung festgeklemmt/fixiert zur Verfügung zu stellen, während einer plasma-unterstützten Abscheidung.
Die Festspannvorrichtung kann ferner eine dritte Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff aufweisen, und eine Heizelektrode, umfassend diskrete innere und äußere Heizelektroden, welche individuell mit elektrischer Leistung versorgt werden, um unterschiedliche Heizwirkungen zur Verfügung zu stellen, zwischen der zweiten und dritten Isolierschicht.
Die Heizelektrode kann einen oder mehrere sich spiralförmig erstreckende Streifen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfassen. Zum Beispiel kann die Heizelektrode eine innere Heizelektrode und eine äußere Heizelektrode, welche die innere Heizelektrode umschließt, umfassen. Die Festspannvorrichtung kann eine Wärmesenkenbasis aufweisen, wobei die dritte Isolierschicht zwischen der Wärmesenkenbasis und der Heizelektrode angeordnet ist.
Die Festspannvorrichtung kann zusätzliche Schichten aus keramischem Werkstoff aufweisen, wie zum Beispiel eine vierte Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff und eine Metallisierungsschicht auf der vierten Isolierschicht. Die Metallisierungsschicht kann eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Beinen aufweisen, welche elektrisch an die Klemmelektrode angeschlossen sind. Die Festspannvorrichtung kann ebenso Öffnungen aufweisen, welche sich axial durch die gesagten ersten, zweiten, dritten und weiteren Isolierschichten erstrecken, und wenigstens einige der Öffnungen können groß genug sein, um zu ermöglichen, dass Hubstifte durch die Festspannvorrichtung hindurchtreten.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren des Herstellens einer mehrschichtigen, elektrostatischen Festspannvorrichtung zur Verfügung, umfassend die Schritte:
das Vorsehen einer ersten Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand; das Vorsehen einer zweiten Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand, wobei die zweite Isolierschicht ein elektrostatisches Klemmelektrodenmuster aus ersten und zweiten Streifen aus elektrisch leitendem Werkstoff auf ihrer Oberseite aufweist, die zweite Isolierschicht erste und zweite Sätze von diskreten Gruppen von elektrisch leitenden Durchführungen aufweist, welche sich durch diese erstrecken, der erste Satz der diskreten Gruppen der Durchführungen in einem elektrischen Kontakt mit dem ersten Streifen steht, und der zweite Satz der diskreten Gruppen von Durchführungen in einem Kontakt mit dem zweiten Streifen steht; das Montieren der ersten Isolierschicht auf der Oberseite der zweiten Isolierschicht; und das gemeinsame Brennen der ersten und der zweiten Isolierschichten, um einen gesinterten Körper auszubilden.
Die Erfindung kann ferner die Schritte des Vorsehens einer ersten Metallisierungsschicht auf einer Oberseite einer dritten Isolierschicht umfassen, wobei die dritte Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand besteht und einen dritten Satz diskreter Gruppen aus elektrisch leitenden Durchführungen aufweist, welche sich durch diese erstrecken, wobei die erste Metallisierungsschicht ein Leistungsverteilungs-Elektrodenmuster aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfasst, und des Montierens der dritten Isolierschicht auf einer Bodenseite der zweiten Isolierschicht vor dem Schritt des gemeinsamen Brennens, wobei die ersten und dritten Sätze von diskreten Gruppen von Durchführungen in einem elektrischen Kontakt miteinander stehen.
Das Verfahren kann ferner das Vorsehen einer zweiten Metallisierungsschicht auf der Oberseite einer vierten Isolierschicht umfassen, wobei die vierte Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand ausgebildet ist, und die zweite Metallisierungsschicht ein Leistungsverteilungs-Elektrodenmuster aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfasst, und des Montierens der vierten Isolierschicht auf einer Bodenseite der zweiten Isolierschicht vor dem Schritt des gemeinsamen Brennens.
Das Verfahren kann ferner die Schritte des Vorsehens einer dritten Metallisierungsschicht auf der Oberseite einer fünften Isolierschicht umfassen, wobei die fünfte Isolierschicht einen elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand umfasst, wobei die dritte Metallisierungsschicht ein Leistungsverteilungs-Elektrodenmuster aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfasst, und des Montierens der fünften Isolierschicht auf der Bodenseite der zweiten Isolierschicht vor dem Schritt des gemeinsamen Brennens.
Die Heizelektrode kann einen oder mehrere sich spiralförmig erstreckende Streifen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfassen. Zum Beispiel kann die Heizelektrode eine innere Heizelektrode und eine äußere Heizelektrode, welche die innere Heizelektrode umschließt, umfassen. Das Verfahren kann die Schritte des Anschließens einer Wärmesenkenbasis an den gesinterten Körper umfassen.
Die ausgesetzte Oberfläche der oberen Isolierschicht kann geschliffen und/oder poliert sein, um einen vorbestimmten Abstand zwischen der Oberseite der Klemmelektrode und der ausgesetzten Oberfläche der oberen Isolierschicht zur Verfügung zu stellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 zeigt eine Explosionsansicht einer Festspannvorrichtung (Chuck) gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
die 2 zeigt einen Aufbau der Schichten, welche in der 1 gezeigt sind;
die 3 zeigt eine obere Ansicht einer weiteren Festspannvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
die 4 zeigt eine Seitenansicht der Festspannvorrichtung, welche in der 3 gezeigt ist;
die 5 bis 10 zeigen Details der Schichten der Festspannvorrichtung, welche in den 3 und 4 gezeigt ist; und
die 11 zeigt ein geeignetes Elektrodenmuster für eine Heizelektrode.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORZUZIEHENDEN AUSFÜHRUNGEN
Die vorliegende Erfindung stellt eine mehrschichtige, elektrostatische Festspannvorrichtung zur Verfügung, welche Vorteile über existierende Festspannvorrichtungen hinsichtlich der Leistung, der Kosten und/oder des einfachen Aufbaus derselben bietet.
Die elektrostatische Festspannvorrichtung gemäß der Erfindung kann zum Transportieren und/oder Halten eines Halbleiter-Wafers oder eines Glassubstrats (das heißt einer Flachtafel-Anzeige) während des Behandelns verwendet werden, zum Beispiel in einem CVD-, PVD- oder Ätz-Reaktor. Die Festspannvorrichtung (Chuck) kann verwendet werden, um den Wafer/das Substrat der Flachtafel-Anzeige während des Behandelns und/oder des Transports desselben zu halten. Die Festspannvorrichtung kann optional die Fähigkeit des Anlegens einer hohen HF-Vorspannung an das Substrat während der plasma-unterstützten Abscheidung umfassen. Gemäß der Erfindung enthält die Festspannvorrichtung keramische Werkstoffe wie zum Beispiel Aluminium, Aluminiumnitnd, etc. Ferner kann die Festspannvorrichtung Heizvonichtungen/Heizer aufweisen, welche darin eingebettet sind, wodurch ein Wafer auf eine konstante Temperatur vorgeheizt werden kann und auf einer solchen konstanten Temperatur während der Behandlung desselben gehalten werden kann.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung sind gemeinsam gebrannte Aluminiumbandschichten mit hitzebeständiger Metallisierung (Metallen, wie zum Beispiel Wolfram, etc.) in der Festspannvorrichtung enthalten. Diese Technik ermöglicht Vorteile, wie zum Beispiel einen beträchtlichen Spielraum beim Auslegen der Festspannvorrichtung im Hinblick auf das Vorsehen von mehreren Metallschichten, welche in den keramischen Schichten eingebettet sind. Zum Beispiel kann die Festspannvorrichtung Elektroden zum Klemmen und für HF umfassen, mit oder ohne zusätzliche Heizvorrichtungen, welche in dem keramischen Werkstoff eingebettet sind. Eine HF-Vorspannung, so groß wie 10 Watt/cm² kann erreicht werden. Zudem kann, aufgrund der Verwendung der keramischen Schichten, die Porosität, welche Techniken, wie zum Beispiel Eloxierung und Flammensprühtechniken mit sich bringen, vermieden werden. Solch eine Porosität ist schädlich, weil das Vorhandensein der Porosität zu einer höheren Spannung führt, welche für das Klemmen notwendig ist.
Die Festspannvorrichtung gemäß der Erfindung kann verwendet werden, um Siliziumwafer während Prozessen, wie zum Beispiel Ätzen, CVD, PVD, etc., zu behandeln. Mit der Festspannvorrichtung gemäß der Erfindung können Klemmdrücke von 30 Torr (1 Torr = 133 Pa) erreicht werden, bei einer angelegten Spannung von 1500 Volt. Zudem können solche Klemmkräfte erreicht werden mit weniger als sccm Helium-Leckage zwischen der Festspannvorrichtung und der Unterseite des Wafers. Ferner kann mit einer Festspannvorrichtung gemäß der Erfindung die obere dielektrische Schicht dick sein, was ein Kerbendesign für das Helium-Wärmeübertragungsmedium zwischen dem Wafer und der Festspannvorrichtung ermöglicht und ermöglicht, dass der Oberflächenabschluss in Abhängigkeit des besonderen Prozesses, der in der Reaktionskammer ausgeführt wird, in welcher die Festspannvorrichtung verwendet wird, optimiert wird.
Die Festspannvorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders nützlich beim Klemmen/Fixieren von Flachtafel-Displays. Solche Displays sind typischerweise aus Glas hergestellt. Die Festspannvorrichtung kann solche Glassubstrate mit einem Klemmdruck von 5 Torr und einer angelegten Spannung von 2000 Volt fixieren. Die Festspannvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet mehrere Schichten aus keramischen Werkstoffen, wobei eine Metallisierung zwischen benachbarten keramischen Schichten ausgeführt werden kann. Bei dieser Anordnung können Heizelektroden zwischen einem Satz von keramischen Schichten vorgesehen werden, und die Klemmelektroden können zwischen einem unterschiedlichen Satz von keramischen Schichten vorgesehen werden. Ferner kann die Festspannvorrichtung, weil die Festspannvorrichtung aus keramischen Werkstoffen besteht, einem oxidierenden Plasma ausgesetzt werden, ohne dass sie einen Schaden nimmt. In Fällen, in welchen die Festspannvorrichtung in einer Reaktionskammer, in welcher Abscheidung ausgeführt wird, verwendet wird, können die Abscheidungsnebenprodukte chemisch von der Festspannvorrichtung in einer Reinigung entfernt werden, ohne dass diese Schaden nimmt.
Die Festspannvorrichtung gemäß der Erfindung kann eine oder mehrere Heizelektroden zwischen benachbarten keramischen Schichten oder angeordnet zwischen unterschiedlichen Sätzen von keramischen Schichten aufweisen. In dem Fall, dass die Festspannvorrichtung in einer Reaktionskammer, in welcher Abscheidung ausgeführt wird, verwvendet wird, können die Heizeinrichtungen individuell mit elektrischer Leistung versorgt werden, um unterschiedliche Heizwirkungen zur Verfügung zu stellen. Wenn zum Beispiel eine Heizeinrichtung in dem mittleren Bereich der Festspannvorrichtung positioniert ist und die andere Heizvorrichtung am Umfang der Festspannvorrichtung positioniert ist, ist es möglich, die Heizeinrichtungen in einer Art mit Leistung zu versorgen, welche eine Nichtgleichförmigkeit des Plasmas und/oder Kanteneffekte kompensiert. Die Heizeinrichtungen können ebenso verwendet werden, um eine Temperatursteuerung während des Wafer-Transports zur Verfügung zu stellen, wie zum Beispiel in einer Metallätzanwendung.
Die Festspannvorrichtung wird durch gemeinsames gleichzeitiges Sintern von allen keramischen Schichten zusammen mit den Klemmelektroden und optionalen Elektroden/Heizelektroden hergestellt.
Die keramische Festspannvorrichtung kann auf einer Wärmesenkenbasis getragen werden. Zum Beispiel kann die Basis ein nichtmagnetischer Werkstoff, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, rostfreier Stahl, Molybdän, Aluminiumnitrid, etc. sein.
Die 1 zeigt eine Explosionsansicht einer Festspannvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung. Die Festspannvorrichtung (Chuck) umfasst eine obere/oberste Isolierschicht 2, eine Metallisierungsschicht 3, umfassend erste und zweite ineinandergreifende Klemmelektroden, eine Isolierschicht 4, eine Metallisierungsschicht 5 zum Verteilen von Leistung auf eine der Klemmelektroden, eine Isolierschicht 6, eine Metallisierungsschicht 7 zum Verteilen von Leistung auf die andere Klemmelektrode, eine Isolierschicht 8, eine Metallisierungsschicht 9, umfassend innere und äußere Heizelektroden, eine Isolierschicht 10, eine Metallisierungsschicht 11 zum Verteilen von Leistung an die Heizelektroden, eine Isolierschicht 12 und eine Isolierschicht 13. Zudem sind Durchführungen 14 in der Isolierschicht 4 vorgesehen, Durchführungen 15 sind in der Isolierschicht 6 vorgesehen, Durchführungen 16 sind in der Isolierschicht 8 vorgesehen, Durchführungen 17 sind in der Isolierschicht 10 vorgesehen, Durchführungen 18 sind in der Isolierschicht 12 vorgesehen und Durchführungen 19 sind in der Isolierschicht 13 vorgesehen. Eine oder mehrere Bohrungen 20 können durch den gesamten Aufbau vorgesehen sein, um zu ermöglichen, dass Hubstifte und/oder Temperatursonden und/oder Wärmeübertragungsfluid, wie zum Beispiel Helium, die Unterseite eines Substrats, welches auf der Isolierschicht 2 getragen wird, berührt/berühren.
Die Metallisierungsschicht 11 verteilt elektrische Leistung auf die innere Heizelektrode 9a und die äußere Heizelektrode 9b. Insbesondere die breiten Enden der Leiterwege 11a, 11b, 11c und 11d sind jeweils elektrisch an die Leiter 11e, 11f, 11g und 11h angeschlossen. Die Leiter 11e, 11f, 11g und 11h füllen vier der Durchgangsbohrungen 18 und 19 aus. Jeweils die dünnen Enden der Leiterwege 11a und 11b sind an die inneren und äußeren Bereiche einer eine Spule formenden inneren Heizelektrode 9a angeschlossen, und jeweils die dünnen Enden der Leiterwege 11c und 11d sind an die inneren und äußeren Bereiche einer eine Spule formenden äußeren Heizelektrode 9b angeschlossen.
Die 2 ist ein Querschnitt durch die Festspannvorrichtung 1 aus der 1 in einem zusammengebauten Zustand. Wie in der 2 gezeigt ist, sind die sich radial erstreckenden Beine der Metallisierungsschichten 5, 7 derart versetzt, dass die Beine mit einem Abstand entsprechend 60 Grad zueinander angeordnet sind. Ferner umfasst die Festspannvorrichtung 1 fünf Öffnungen 20, von denen drei mit einem Abstand entsprechend 120 Grad zueinander entfernt angeordnet sind und für den Durchtritt der Hubstifte und zum Zuführen von Helium auf die Rückseite des Wafers verwendet werden, und die anderen zwei Öffnungen um Temperatursonden aufzunehmen.
Die 3 bis 10 zeigen eine weitere Ausführung einer Festspannvorrichtung gemäß der Erfindung. Insbesondere zeigt 3 eine Draufsicht auf eine Festspannvorrichtung 21, und die 4 zeigt eine Seitenansicht der Festspannvorrichtung, welche in der 3 gezeigt ist. Wie in der 4 gezeigt ist, umfasst die Festspannvorrichtung 21 eine oberste/obere Isolierschicht 22, eine Metallisierungsschicht 23, umfassend ineinandergreifende erste und zweite Elektroden zum Anlegen einer elektrostatischen Klemmkraft an den Wafer und zum Zuführen einer HF-Vorspannung in ein Plasmagas, welches verwendet wird, um ein Substrat, welches auf der Isolierschicht 22 montiert ist, zu behandeln. Die Isolierschicht 24 trennt die Metallisierungsschicht 25 von der Isolierschicht 26, und die Metallisierungsschicht 27 liegt zwischen der Isolierschicht 26 und der Isolierschicht 28. Die Festspannvorrichtung umfasst ferner die Isolierschichten 29 bis 33. Die Metallisierungsschicht 25 führt elektrische Leistung zu einer der Elektroden, welche die Metallisierungsschicht 23 umfasst, zu. Die Metallisierungsschicht 27 führt elektrische Leistung zu der anderen Elektrode, welche die Metallisierungsschicht 23 umfasst, zu. Details der Schichten 24 bis 29 werden in den 5 bis 9 zur Verfügung gestellt.
Die 5 zeigt Details der Isolierschicht 24. Insbesondere umfasst die Isolierschicht 24 die elektrischen Durchführungsöffnungen 34, welche mit einem leitenden Werkstoff zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer der Elektroden, welche die Metallisierungsschicht 23 umfasst, gefüllt sind. Fünf Öffnungen 35 sind für den Durchtritt von Hubstiften und/oder Temperatursonden und/oder die Durchführung eines Kühlmediums, wie zum Beispiel Helium, zu der Unterseite des Substrats, welches auf der Isolierschicht 22 getragen wird, vorgesehen. Die elektrischen Durchführungen 34 sind in diskreten Gruppen von Bohrungen angeordnet. Zum Beispiel, wenn die Klemmelektroden Streifen umfassen, welche eine Breite von (rund) 10 Millimeter aufweisen und durch Lücken, wie zum Beispiel von (rund) 0,5 Millimeter, getrennt sind, können die elektrischen Durchführungen 34 Bohrungen von (rund) 0,02 Inch (1 Inch = 2,54 cm) im Durchmesser umfassen, und diese Bohrungen können voneinander mit einem Abstand, wie zum Beispiel von (rund) 4 Millimetern, getrennt sein. Somit können fünf Bohrungen auf dem ersten Segment eines Kreises liegen, fünf Bohrungen können auf einem zweiten Segment eines Kreises eines größeren Durchmessers liegen und fünf Bohrungen können auf einem Segment eines noch größeren Kreises liegen, wobei jeder der Kreise radial um (rund) 4 Millimeter zueinander mit Abstand angeordnet ist und jede der Bohrungen auf jedem Segment der Kreise um (rund) 4 Millimeter voneinander getrennt sind. Ferner können die Gruppen von Bohrungen derart angeordnet sein, dass drei diskrete Gruppen von Bohrungen in Umfangsrichtung mit Abstand in sich radial erstreckenden Mustern angeordnet sind, welche voneinander mit einem Abstand entsprechend 120 Grad angeordnet sind. Die Verwendung einer großen Anzahl von Bohrungen ermöglicht, dass die Leistungsanforderungen der Elektroden eingehalten werden. Das heißt, wenn nur ein paar Bohrungen verwendet werden, wirkt der leitende Werkstoff in den Bohrungen als ein Widerstand und verursacht, dass sich die Festspannvorrichtung aufheizt. Auf der anderen Seite, durch Vorsehen einer großen Anzahl von Bohrungen als elektrische Durchführungen ist es möglich, eine hohe Leistungsdichte den Elektroden zuzuführen, während die Aufheizung der Festspannvorrichtung minimiert wird.
Die 6 zeigt Details der Metallisierungsschicht 25. Die Metallisierungsschicht 25 umfasst insbesondere drei sich radial erstreckende Beine 36, welche zueinander mit einem Abstand von 120 Grad angeordnet sind. Die Metallisierungsschicht 25 steht in einem elektrischen Kontakt mit dem leitenden Werkstoff, welche in die elektrischen Durchführungen 34 eingefüllt ist. Somit verteilt die Metallisierungsschicht 25 elektrische Leistung auf eine der Elektroden, welche die Metallisierungsschicht 23 umfasst.
Die 7 zeigt Details der Isolierschicht 26. Die Isolierschicht 26 umfasst elektrische Durchführungen 34 und Öffnungen 35, welche in Verbindung mit der 5 beschrieben wurden. Zudem umfasst die Isolierschicht 26 elektrische Durchführungen 37 zum Zuführen von elektrischer Leistung zu der Metallisierungsschicht 25.
Die 8 zeigt Details der Metallisierungsschicht 27. Die Metallisierungsschicht 27 umfasst drei sich radial erstreckende Beine 38, welche mit einem Abstand von 120 Grad zueinander angeordnet sind. Die Metallisierungsschicht 27 unterscheidet sich von der Metallisierungsschicht 25 darin, dass die Metallisierungsschicht 27 nicht eine zentrale Öffnung, welche darin ausgebildet ist, aufweist. Die zentrale Öffnung in der Metallisierungsschicht 25 ermöglicht, dass die elektrischen Durchführungen 34 die Metallisierungsschicht 27 an eine Elektrode anschließen, welche in einem mittleren Bereich der Metallisierungsschicht 23 angeordnet ist.
Die 9 zeigt Details der Isolierschicht 28. Die Isolierschicht 28 umfasst elektrische Durchführungen 37 zum Zuführen von Leistung zu der Metallisierung 25 und den Öffnungen 35 für den Durchtritt der Hubstifte und/oder von Temperatursonden und/oder von gasförmigem Helium. Zudem umfasst die Isolierschicht 28 elektrische Durchführungen 39 zum Zuführen elektrischer Leistung zu der Metallisierungsschicht 27. Die Isolierschichten 29 bis 32 sind identisch mit der Isolierschicht 28.
Die 10 zeigt Details der Isolierschicht 39. Insbesondere umfasst die Isolierschicht 39 Öffnungen 35 und elektrische Leiter 40, 41 zum Zuführen von Leistung zu jeweils den elektrischen Durchführungen 37, 39.
Die elektrostatische Festspannelektrode 3, 23 kann verwendet werden, um eine HF-Vorspannung einem Substrat während einer plasma-unterstützten Abscheidung zuzuführen. In solchen Fällen kann der Klemmelektrode eine Gleichstromspannung zugeführt werden, welche ausreichend ist, um das Substrat auf der Festspannvorrichtung zu fixieren und Hochfrequenzenergie, welche ausreichend ist, um das Substrat mit einer HF-Vorspannung zu versehen. Die Leistungszufuhren und die zugehörige Schaltungsanordnung, um diese Aufgaben zu lösen, wird für den Fachmann in der Technik naheliegend sein. Zum Beispiel offenbart das US-Patent mit der Nummer 4,464,223 Details von Leistungsversorgungen und einer Schaltungsanordnung, um Gleichspannungs- und HF-Leistung einer Elektrode zum Tragen eines Werkstücks zuzuführen.
Die keramische Festspannvorrichtung gemäß der Erfindung wird durch gemeinsames Brennen der verschiedenen keramischen und Metallisierungsschichten hergestellt. Die oberste Schicht 22 kann einen geeigneten keramischen Werkstoff, wie zum Beispiel Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, umfassen. Der Werkstoff der obersten Schicht 22 kann in einer Puderform als eine ungebrannte Lage zur Verfügung gestellt werden, welche eine geeignete Dicke, wie zum Beispiel 0,028 Inch, aufweist. Nachdem die oberste Schicht gebrannt worden ist, kann die oberste Schicht 22 auf eine geeignete Dicke abgeschliffen werden, mit dem Zweck des Einstellens der elektrostatischen Klemmkraft. Zum Beispiel kann die oberste Schicht derart abgeschliffen werden, dass sie eine Dicke von 0,008 Inch zur Verfügung stellt.
Die Metallisierungsschichten können auf keramischen ungebrannten Lagen durch jegliches geeignetes Verfahren vorgesehen/zur Verfügung gestellt werden. Zum Beispiel kann eine elektrisch leitende Paste, wie zum Beispiel Wolfram, mit einer Druckrakel in gewünschten Mustern auf Aluminiumlagen aufgebracht werden. Alternativ kann die Metallisierungsschicht abgeschieden und nachfolgend geätzt werden, um das gewünschte Mustern der Klemmelektroden zur Verfügung zu stellen. In dem Fall der Metallisierungsschicht 23 kann das Muster alternierende Ringe aufweisen, welche eine Höhe, die senkrecht zu der Ebene der Aluminiumlage ist, von 0,0008 Inch haben, eine Breite, die parallel zu der Ebene der Aluminiumlage ist, von (rund) 10 Millimeter, und die Ringe können durch Lücken von (rund) 0,5 Millimeter voneinander getrennt sein.
Die Bohrungen 34 der elektrischen Durchführungen in den Isolierschichten 24, 26 und 28 können jeden geeigneten Durchmesser aufweisen und mit jedem geeigneten Abstand voneinander angeordnet sein. Zum Beispiel können die Bohrungen Durchmesser von 0,02 Inch aufweisen und mit einem Abstand von (rund) 4 Millimeter zueinander angeordnet sein. Die Anzahl der Bohrungen kann eingestellt werden, um die Erfordernisse der Leistungsdichte der Elektroden zu erfüllen, während eine ungewünschte Aufheizung der Festspannvorrichtung aufgrund von einer Widerstandserwärmung des elektrisch leitenden Werkstoffes, welcher in den Durchführungen vorgesehen ist, vermieden wird.
Die Metallisierungsschichten 25, 27 können durch Auftragen mittels einer Druckrakel eines geeigneten leitenden Werkstoffs, wie zum Beispiel Wolfram, auf Aluminiumlagen aufgetragen werden. Die Metallisierungsschichten 25, 27 können eine propellerähnliche Form aufweisen, mit einer Breite der Beine in einer Richtung parallel zu der Ebene der Aluminiumlagen von (rund) 20 Millimetern und einer Dicke in einer Richtung senkrecht zu den Aluminiumlagen von (rund) 0,0008 Inch.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, kann die Festspannvorrichtung Heizelektroden umfassen. Zum Beispiel kann die Metallisierungsschicht 9 zwei Gruppen von Spiralringen umfassen, mit kleinen Umleitungen um die Leistungsfüße und die Bohrungen für die Hubstifte/die Temperatursonden. Die Heizelektroden können verwendet werden, um eine nicht gleichförmige Wärmeverteilung während der Behandlung eines Wafers, welches auf der Festspannvorrichtung fixiert ist, zu kompensieren. Zum Beispiel kann eine Heizeinrichtung eine innere Gruppe von Ringen umfassen, welche 66 Prozent des Durchmessers der Schicht 9 ausmachen. Die andere Heizeinrichtung kann eine äußere Gruppe von Ringen umfassen, welche 33 Prozent des Durchmessers der Schicht 9 ausmachen. Die Heizeinrichtungen werden mit elektrischer Leistung durch getrennte Leistungsversorgungen versorgt, um eine individuelle Steuerung der Heizeinrichtungen zu ermöglichen. Zum Beispiel können die Heizeinrichtungen mit elektrischer Leistung durch die Metallisierungsschicht 11 versorgt werden, wobei die Metallisierungsschicht vier Zwischenverbindungen (Interconnects) aufweist, von denen zwei an der inneren Heizeinrichtung angeschlossen sind und von denen zwei an der äußeren Heizeinrichtung angeschlossen sind. Die Metallisierungsschicht 11 kann mittels einer Druckrakel auf einer Aluminiumlage in derselben Art aufgebracht werden, wie die anderen Metallisierungsschichten aufgebracht werden.
Um die Ebenheit der Festspannvorrichtung während des Betriebs derselben beizubehalten (zum Beispiel um eine Biegung während des Aufheizens und Abkühlens der Festspannvorrichtung zu vermeiden), können die Schichten 2 bis 13 wiederholt werden, um ein Spiegelbild der Anordnung, welche in der 1 gezeigt ist, zur Verfügung zu stellen. Dies bedeutet, die Schichten 2 bis 13 würden eine Hälfte der keramischen Festspannvorrichtung umfassen, und ein weiterer Satz von Schichten 2 bis 13 würde sich ausgehend von der Schicht 13 in einer umgekehrten Reihenfolge erstrecken, derart, dass die Isolierschicht 2 auf der Oberseite und auf dem Boden der Festspannvorrichtung liegen würde.
Alternativ könnte jede gewünschte Anzahl von Metallisierungsschichten auf nur einer Seite der Festspannvorrichtung vorgesehen werden.
Details eines geeigneten Heizelektrodenmusters sind in der 11 gezeigt, wobei die Heizelektrode 9 eine innere Heizelektrode 9a und eine äußere Heizelektrode 9b umfasst. Weil die Heizeinrichtung 9 primär verwendet wird, um einen Wafer auf eine gewünschte Temperatur vor dem Ausführen einer Abscheidungsbehandlung darauf aufzuheizen, kann die Heizeinrichtung in Festspannvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung eingespart werden, in welchen die Festspannvorrichtung nur zum Transport eines Substrats verwendet wird (zum Beispiel wenn die Festspannvorrichtung 1, 21 auf einem geeigneten Transportmechanismus, wie zum Beispiel einem vertikal beweglichen Podest, einem gelenkigen Roboterarm oder Ähnlichem montiert ist) oder wenn die Festspannvorrichtung in einer Ätzumgebung verwendet wird.
Das Vorhergehende hat die Prinzipien, vorzuziehende Ausführungen und Betriebsmodi der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung soll jedoch nicht derart ausgelegt werden, dass sie auf die besonderen diskutierten Ausführungen beschränkt ist. Somit sollen die oben beschriebenen Ausführungen eher als beispielhaft denn als beschränkend betrachtet werden, und es soll verständlich sein, dass Variationen durch den Fachmann an diesen Ausführungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche beschrieben wird, abzuweichen.

Claims

Eine mehrschichtige, elektrostatische Festspannvorrichtung (1, 21), umfassend: eine erste Isolierschicht (2, 22) aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff; eine zweite Isolierschicht (4, 24) aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff; eine elektrostatische Klemmelektrode (3, 23) zwischen der ersten und der zweiten Isolierschicht, die Klemmelektrode umfasst erste und zweite Streifen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff; dadurch gekennzeichnet, dass die Festspannvorrichtung ferner eine Vielzahl von diskreten Gruppen von elektrisch leitenden Durchführungen (14, 34) in der zweiten Isolierschicht aufweist, wobei ein erster Satz der gesagten diskreten Gruppen von Durchführungen elektrisch an den ersten Streifen angeschlossen ist und ein zweiter Satz der gesagten diskreten Gruppen von Durchführungen elektrisch an den zweiten Streifen angeschlossen ist.
Die Festspannvorrichtung aus Anspruch 1, wobei der erste Streifen elektrisch an eine erste Gleichstrom-Leistungsversorgung angeschlossen ist, und der zweite Streifen elektrisch an eine zweite Gleichstrom-Leistungsversorgung angeschlossen ist, wobei die ersten und die zweiten Gleichstrom-Leistungsversorgungen eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
Die Festspannvorrichtung aus Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Klemmelektrode elektrisch an eine Gleichstrom-Leistungsversorgung und eine Hochfrequenz-Energieversorgung angeschlossen ist, die Gleichstrom-Leistungsversorgung versorgt die Klemmelektrode mit Energie, die ausreichend ist, um ein Substrat auf der ersten Isolierschicht elektrostatisch zu fixieren, und die Hochfrequenz-Energieversorgung versorgt die Klemmelektrode mit Energie, die ausreichend ist, um ein Substrat auf der ersten Isolierschicht mit einer HF-Vorspannung während einer plasma-unterstützten Abscheidung zu fixieren.
Die Festspannvorrichtung aus einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine dritte Isolierschicht (10) aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff und eine Heizelektrode (9), umfassend diskrete innere (9a) und äußere (9b) Heizelektroden, welche individuell mit elektrischer Leistung versorgt werden, um unterschiedliche Heizwirkungen zur Verfügung zu stellen, zwischen der zweiten und der dritten Isolierschicht.
Die Festspannvorrichtung aus Anspruch 4, wobei eine oder beide der inneren Heizelektrode und der äußeren Heizelektrode einen sich spiralförmig erstreckenden Streifen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfasst.
Die Festspannvorrichtung aus Anspruch 4 oder 5, weiterhin umfassend eine Wärmesenkenbasis, wobei die dritte Isolierschicht zwischen der Wärmesenkenbasis und der Heizelektrode angeordnet ist.
Die Festspannvorrichtung aus einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine weitere Isolierschicht (6, 8) aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff und eine Metallisierungsschicht (5, 7) auf der weiteren Isolierschicht, wobei die Metallisierungsschicht eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Beinen aufweist, welche elektrisch an die Klemmelektrode angeschlossen sind.
Die Festspannvorrichtung aus Anspruch 7, weiterhin umfassend Öffnungen (20), welche sich axial durch die gesagten ersten, zweiten, dritten und weiteren Isolierschichten erstrecken, wobei die Öffnungen groß genug sind, um zu ermöglichen, dass Hubstifte durch die Festspannvorrichtung hindurch treten.
Die Festspannvorrichtung aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine große Anzahl von elektrisch leitenden Durchführungen derart vorgesehen sind, dass sie eine große elektrische Leistungsdichte zu den ersten und zweiten Streifen zuführen; während sie eine Aufheizung der Festspannvorrichtung minimieren.
Ein Verfahren des Herstellens einer mehrschichtigen, elektrostatischen Festspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte: das Vorsehen einer ersten Isolierschicht (2, 22) aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand; das Vorsehen einer zweiten Isolierschicht (4, 24) aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand, wobei die zweite Isolierschicht ein Muster (3, 23) einer elektrostatischen Klemmelektrode aus ersten und zweiten Streifen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff auf ihrer Oberseite aufweist, die zweite Isolierschicht erste und zweite Sätze von diskreten Gruppen von elektrisch leitenden Durchführungen (14, 34) aufweist, der erste Satz der diskreten Gruppen der Durchführungen in einem elektrischen Kontakt mit dem ersten Streifen steht und der zweite Satz der diskreten Gruppen der Durchführungen in einem Kontakt mit dem zweiten Streifen steht; das Montieren der ersten Isolierschicht auf der Oberseite der zweiten Isolierschicht; und das gemeinsame Brennen der ersten und der zweiten Isolierschichten, um einen gesinterten Körper auszubilden.
Das Verfahren aus Anspruch 10, weiterhin umfassend, das Vorsehen einer ersten Metallisierungsschicht (5, 25) einer Oberseite einer dritten Isolierschicht (6, 26), wobei die dritte Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand besteht und einen dritten Satz von diskreten Gruppen von elektrisch leitenden Durchführungen (15, 35) aufweist, welche sich durch diese erstreckt, die erste Metallisierungsschicht ein Leistungsverteilungs-Elektrodenmuster (36) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff aufweist, und das Montieren der dritten Isolierschicht auf der Bodenseite der zweiten Isolierschicht vor dem Schritt des gemeinsamen Brennens, wobei die ersten und dritten Sätze der diskreten Gruppen der Durchführungen in einem elektrischen Kontakt miteinander stehen.
Das Verfahren aus Anspruch 11, weiterhin umfassend das Vorsehen einer zweiten Metallisierungsschicht (7, 27) auf der Oberseite einer vierten Isolierschicht (8, 28), wobei die vierte Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand besteht, die zweite Metallisierungsschicht ein Leistungsverteilungs-Elektrodenmuster (38) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfasst, und das Montieren der vierten Isolierschicht auf der Bodenseite der dritten Isolierschicht vor dem Schritt des gemeinsamen Brennens.
Das Verfahren aus Anspruch 12, weiterhin umfassend eine dritte Metallisierungsschicht (9) auf der Oberseite einer fünften Isolierschicht (10), wobei die fünfte Isolierschicht aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff in einem ungebrannten Zustand besteht, die dritte Metallisierungsschicht ein Heizelektrodenmuster aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfasst, und das Montieren der fünften Isolierschicht auf der Bodenseite der vierten Isolierschicht vor dem Schritt des gemeinsamen Brennens.
Das Verfahren aus Anspruch 13, wobei die Heizelektrode einen sich spiralförmig erstreckenden Streifen aus einem leitenden Werkstoff umfasst.
Das Verfahren aus Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei die Heizelektrode eine innere Heizelektrode (9a) umfasst, die Festspannvorrichtung ferner eine äußere Heizelektrode (9b) umfasst, welche die innere Heizelektrode umschließt.
Das Verfahren aus einem der Ansprüche 10 bis 15, weiterhin umfassend das Anschließen einer Wärmesenkenbasis an den gesinterten Körper.
Das Verfahren aus einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Leistungsversorgungs-Elektrodenmuster (36, 38) eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Beinen aufweist.
Das Verfahren aus Anspruch 17, weiterhin umfassend das Schleifen einer ausgesetzten Oberfläche der obersten Isolierschicht, um einen vorbestimmten Abstand zwischen der Oberfläche der Klemmelektrode und der ausgesetzten Oberfläche der obersten Isolierschicht zur Verfügung zu stellen.
Das Verfahren aus Anspruch 10, wobei eine große Anzahl von elektrisch leitenden Durchführungen derart vorgesehen sind, dass sie eine hohe elektrische Leistungsdichte zu den ersten und zweiten Streifen zuführen, während sie eine Aufheizung der Festspannvorrichtung minimieren.