DE69636094T2

DE69636094T2 - Elektrostatischer Halter

Info

Publication number: DE69636094T2
Application number: DE69636094T
Authority: DE
Inventors: Naohito Kasugai City Yamada; Masashi Mizuho-Ku Nagoya City Ohno; Ryusuke Tajimi City Ushikoshi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: US5946183A; EP0791956B1; US6134096A; EP0791956A2; EP0791956A3; DE69636094D1; JPH09134951A; JP3457477B2; KR100256995B1

Description

Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen Halter.
(2) Anmerkungen zum Stand der Technik
Gegenwärtig werden elektrostatische Halter für die Anziehung und zum Halten von Halbleiterwafern beim Transport, für Filmbildungsverfahren, wie z.B. Belichten, CVD-Verfahren und zum Sputtern, Feinbearbeiten, Waschen, Ätzen, Dicen, etc. für Halbleiterwafer verwendet. In der JP-B 5-87177 wird ein Laminat in einer Film-Dicke von 30 bis 400 μm hergestellt, indem nacheinander eine erste Isolierschicht, eine erste Haftschicht, eine Elektrodenschicht, eine zweite Haftschicht und eine zweite Isolierschicht laminiert wird, wobei ein elektrostatischer Halter durch Haften dieses Laminats an ein Metallsubstrat hergestellt wird. Die erste Isolierschicht, die zwischen der Elektrodenschicht und einem zu bearbeitenden Gegenstand angeordnet ist, weist vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 75 μm auf, die so gering wie möglich gehalten wird, sofern die Isolierschicht der angelegten Spannung standhalten kann. Dies stimmt mit der Theorie überein, dass je geringer die Dicke der dielektrischen Isolierschicht des elektrostatischen Halters ist, desto größer die Anziehungskraft ist.
Bei näherer Betrachtung dieses Punkts stellt sich heraus, dass die elektrostatische Anziehungskraft (Coulomb-Kraft) umgekehrt proportional zum Quadrat eines Abstands zwischen den Gegenständen steht, auf die diese Kraft ausgeübt wird. Mit zunehmender Dicke der dielektrischen Isolierschicht des elektrostatischen Halters nimmt der Abstand zwischen der Elektrode und dem zu bearbeitenden Gegenstand zu. Folglich nimmt die elektrostatische Anziehungskraft umgekehrt proportional zum Quadrat der Dicke der dielektrischen Isolierschicht ab. Deshalb ist es erforderlich, dass die Isolierschicht so dünn wie möglich gemacht wird, so dass die elektrostatische Anziehungskraft zunimmt.
In der JP-A 2-160444 sind zwei oder mehr Laminatschichten, die jeweils aus einer Elektrode und einer Isolierschicht bestehen, auf einem Substrat ausgebildet. Die Isolierwiderstände dieser Isolierfilme unterscheiden sich voneinander, so dass die auf jede der Elektroden anzulegende Spannung selektiv gesteuert werden kann. Diese Veröffentlichung beschreibt, dass die Dicke jedes der Isolierfilme ungefähr 300 μm beträgt. Zur Erhöhung der elektrostatischen Anziehungskraft muss der Isolierfilm dünner als oben dargestellt sein, während zur Verhinderung eines dielektrischen Durchschlags unter hoher Spannung eine bestimmte Dicke erforderlich ist. Zur Erfüllung dieser beiden gegensätzlichen Erfordernisse erwies sich eine Dicke von wenigen Zehnteln μm bis 300 μm als geeignet. Wie in der JP-A 2-160444 beschrieben, nimmt der spezifische Volumenwiderstand des Isolierfilms mit steigender Temperatur ab. Folglich nimmt der Ableitstrom im Isolierfilm mit steigender Temperatur zu, so dass der bereits auf dem Halbleiterwafer ausgebildete Halbleiterfilm nachteilig zu Bruch kommt.
In der JP-A-05 008140 ist ein elektrostatischer Halter mit einer dielektrischen Isolierschicht offenbart, worin die Porosität der dielektrischen Isolierschicht nicht mehr als 3% und der maximale Porendurchmesser davon nicht mehr als 5 μm beträgt.
In der EP-A-0 506 537 ist ein elektrostatischer Halter mit einer dielektrischen Isolierschicht offenbart, die eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 4,0 mm aufweisen kann, wobei die Dicke hinsichtlich der Anziehungskraft, die umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Elektroden und dem gehaltenen Werkstück ist, jedoch so gering wie möglich sein sollte.
Zudem ist in der Offenlegungsschrift der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 2-120831 offenbart, dass auf einer Halbleiterwafer-Platzierungsfläche Rillen ausgebildet sind, in die Heliumgas zugeführt wird. Dies bedeutet, dass ein zu behandelndes Substrat, wie z.B. ein Halbleiterwafer, je nach Zweck des angewandten Verfahrens erhitzt oder abgekühlt werden muss. Deshalb ist es erforderlich, dass eine Heizquelle oder eine Abkühlungsquelle unter dem Substrat des elektrostatischen Halters angebracht und zwischen Substrat und Halbleiterwafer oder dergleichen Wärme ausgetauscht wird. Zu diesem Zeitpunkt kontaktiert der Halbleiterwafer nur die Anziehungsoberfläche des elektrostatischen Halters, so dass diese in der Vakuumkammer einer halbleiterherstellenden Vorrichtung in einen adiabatischen Vakuumzustand versetzt werden. Da es zu keiner Wärmeleitung durch Konvektion kommt, bedeutet dies, dass die Wärmeleitung sehr gering ist. Folglich werden, wie oben dargestellt, die Rillen mit Heliumgas befüllt, so dass Wärme effektiv zwischen dem Halbleiterwafer und der Anziehungsoberfläche mittels Heliumgas geleitet werden kann.
Wenn ein Halbleiterwafer in einem Zustand behandelt wird, in dem dieser auf einem elektrostatischen Halter angezogen ist, wird ein solcher elektrostatischer Halter in einem breiten Temperaturbereich verwendet. Wie bereits erwähnt, nimmt der Ableitstrom aus dem Isolierfilm bei über 300°C stark zu, wenn die Dicke des Isolierfilms des elektrostatischen Halters etwa wenige μm bis 300 μm beträgt, obwohl äußerst starke Anziehungskräfte bei Raumtemperatur erhalten werden können. Folglich stellte sich heraus, dass ein bereits auf einem Halbleiterwafer ausgebildeter Halbleiterfilm zu Bruch kommen kann. Deshalb musste ein wie in der JP-A 2-160444 beschriebener spezieller Aufbau angewandt werden, so dass der elektrostatische Halter in einem hohen Temperaturbereich verwendet werden konnte. Ein solcher Aufbau ist jedoch äußerst komplex und stellt keine direkte Lösung der obigen Probleme dar.
Die Auswahl oder Entwicklung eines Materials, das sogar bei hohen Temperaturen einen hohen spezifischen Volumenwiderstand beibehalten kann, kann in Betracht gezogen werden. Ein Kunststoffmaterial mit hohem spezifischem Widerstand verfügt im Allgemeinen jedoch über geringe Hitzebeständigkeit, und es ist im Wesentlichen schwierig, ein solches Kunststoffmaterial in einem hohen Temperaturbereich einzusetzen. Andererseits weisen viele der Keramikmaterialien mit hoher Hitzebeständigkeit einen spezifischen Volumenwiderstand auf, der in hohen Temperaturbereichen abnimmt. Zusätzlich zur Erfordernis nach spezifischem Volumenwiderstand muss das Substrat des elektrostatischen Halters andere Erfordernisse, wie z.B. mechanische Festigkeit, ebenfalls erfüllen, wobei es im Allgemeinen schwierig ist, ein Materi al auszuwählen oder zu entwickeln, das den obigen Erfordernissen gerecht wird. Die Offenlegungsschrift der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 2-120831 weist ebenfalls obige Probleme auf.
Angesichts obiger Erläuterungen stellten die Erfinder der vorliegenden Erfindung dielektrische Isolierschichten mit Dicken von wenigen Zehnteln μm bis 300 μm aus verschiedenen keramischen Materialien her und untersuchten diese hinsichtlich Anziehungskraft und Ableitstrom. Im Allgemeinen muss die dielektrische Isolierschicht einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10¹³ Ω·cm oder weniger im angewandten Temperaturbereich aufweisen, um eine zufrieden stellende Anziehungskraft auszuüben.
Es hat sich herausgestellt, dass ein elektrostatischer Halter mit einer dielektrischen Isolierschicht mit einem spezifischen Volumenwiderstand in beispielsweise einem Bereich von 1 × 10¹¹ bis 1 × 10³ Ω·cm bei Raumtemperatur hohe Anziehungskraft im Bereich von Raumtemperatur bis 200°C aufwies, wobei der Ableitstrom bei Temperaturen über 200°C jedoch stark zunahm, was zur Beschädigung eines Halbleiterwafers führen könnte. Darüber hinaus wurde klar, dass der elektrostatische Halter mit einer dielektrischen Isolierschicht, die einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10¹⁴ bis 1 × 10¹⁶ Ω·cm bei Raumtemperatur aufwies, über eine hohe Anziehungskraft im Temperaturbereich von 100°C bis 500°C verfügte, deren Ableitstrom bei Temperaturen über 500°C jedoch stark zunahm, so dass der Halbleiterwafer mitunter beschädigt wird. Es wurde außerdem klar, dass die dielektrische Isolierschicht mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10⁹ bis 1 × 10¹⁰ Ω·cm bei Raumtemperatur eine hohe Anziehungskraft im Temperaturbereich von –20°C bis 100°C aufwies, deren stark erhöhter Ableitstrom bei Temperaturen über 100°C den Halbleiterwafer jedoch beschädigte.
Somit wurde festgestellt, dass obwohl herkömmliche keramische elektrostatische Halter alle ausreichende Anziehungskräfte in einem optimalen Temperaturbereich aufwiesen, der Ableitstrom stark zunahm, wenn die angewandte Temperatur zunahm und der spezifische Volumenwiderstand der keramischen dielektrischen Isolierschicht auf 10⁹ Ω·cm oder weniger sank. Deshalb wurde klar, dass herkömmliche elektrostatische Halter bei Anwendungen problematisch waren, bei denen ein breiter Temperaturbereich angewandt wurde, was der Fall bei verschiedenen Behandlungen war, die für gehaltene Halbleiterwafer durchgeführt wurden.
In der Offenlegungsschrift der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 2-120831 muss Wärme einheitlich zwischen dem Halbleiterwafer und dem elektrostatischen Halter geleitet werden, wie planar von der Anziehungsoberfläche davon gesehen. Sogar wenn die Temperatur der Anziehungsoberfläche des elektrostatischen Halters gleich ist, kommt es zwischen einem heliumbefüllten Abschnitt und einem nicht mit Helium befüllten Abschnitt in den Rillen zu starken Temperaturunterschieden der Waferoberflächen. Folglich variiert die Qualität des resultierenden Halbleiterfilms, was während des Herstellungsverfahrens nicht annehmbare Produkte hervorbringen kann. Deshalb ist es erforderlich, den Druck des Heliumgases in jedem der Rillenabschnitte konstant zu halten.
Die Stellen des eigentlichen Anziehungshalters, aus denen das Heliumgas zugeführt werden soll, sind jedoch eingeschränkt und die Zuführöffnungen der Heliumgaszuführstellen grenzen nicht an benachbarte Stellen an. Deshalb kommt es dazu, dass je weiter eine Stelle von einer Ausblasöffnung entfernt ist, der Gasdruck stark abnimmt. Wie bereits erwähnt, beträgt insbesondere die Dicke der dielektrischen Isolierschicht lediglich etwa ein Dutzend μm bis 300 μm, und die dielektrische Isolierschicht weist eine minimale Dicke auf, die erforderlich ist, um eine notwendige dielektrische Durchschlagfestigkeit beizubehalten. Diese dielektrische Durchschlagfestigkeit ist ein Wert, der sich auf den Minimaldickenabstand der dielektrischen Isolierschicht bezieht. Deshalb muss die Dicke der Rillen unbedingt auf wenige μm bis auf ein Dutzend μm eingestellt sein. Die Rillen mit einer Tiefe von wenigen μm bis einem Dutzend μm stellen jedoch einen starken Widerstand gegenüber der Gasdiffusion dar, so dass das Gas nicht ausreichend diffundiert wird. Folglich kommt es in den Rillen zu starken Druckunterschieden und im Halbleiterwafer zu Temperaturunterschie den, so dass die Qualität des ausgebildeten Films nicht einheitlich ist. Gleichzeitig bewirkt eine größere Rillentiefe, dass es zu einem dielektrischen Durchschlag zwischen Rillen und der Elektrode kommen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines elektrostatischen Halters für die Anziehung eines zu bearbeitenden Gegenstands, der den Ableitstrom in einem dielektrischen Isolierfilm reduzieren kann, damit der Gegenstand nicht beeinträchtigt wird und gleichzeitig die Anziehungskraft für den Gegenstand sogar dann hoch bleibt, wenn der elektrostatische Halter in einem Temperaturbereich verwendet wird, bei dem der spezifische Widerstand des dielektrischen Isolierfilms niedrig ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines elektrostatischen Halters für die Anziehung eines zu bearbeitenden Gegenstands, der Gasdruckunterschiede in den Rillen reduzieren kann, damit Wärme zwischen sämtlichen Abschnitten des Gegenstands und der Anziehungsoberfläche des elektrostatischen Halters einheitlich geleitet werden kann und gleichzeitig das Auftreten eines dielektrischen Durchschlags so gering wie möglich gehalten wird, und zwar wenn ein Gaszuführloch bereitgestellt wird, das an der Anziehungsfläche der dielektrischen Isolierschicht des elektrostatischen Halters geöffnet werden soll und das Gas zu den Rillen oder den Rundhöhlungen einer Anziehungsflächenseite zugeführt wird.
Der erfindungsgemäße elektrostatische Halter dient zur Anziehung eines zu bearbeitenden Gegenstands und umfasst ein Substrat, eine dielektrische Isolierschicht auf dem Substrat und eine Elektrode, die zwischen dem Substrat und der dielektrischen Isolierschicht bereitgestellt ist, wobei der zu bearbeitende Gegenstand über die dielektrische Isolierschicht zur Elektrode angezogen werden soll, worin die Porosität der dielektrischen Isolierschicht nicht mehr als 3% beträgt und deren maximaler Porendurchmesser nicht mehr als 5 μm beträgt, und die mittlere Dicke der dielektrischen Isolierschicht nicht weniger als 1,0 mm und nicht mehr als 3,0 mm beträgt, und ihre Oberflächenrauigkeit Rmax nicht mehr als 3 μm beträgt.
Diese und andere optionale Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen klar ersichtlich, wobei es sich versteht, dass einige Modifizierungen, Variationen und Veränderungen der Erfindung ohne weiteres von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung vorgenommen werden könnten.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine Schnittansicht zur schematischen Veranschaulichung eines Teils einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrostatischen Halters;
2 ist eine Schnittansicht zur schematischen Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrostatischen Halters;
3 ist eine Teilansicht zur Veranschaulichung einer Elektrode des elektrostatischen Halters in 2 und dessen Nähe;
4 ist eine Schnittansicht einer bevorzugten netzförmigen Elektrode als eine Elektrode;
5(a) ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines bevorzugten gelochten Metalls als Elektrode, 5(b) eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer runden dünnen Platte zur Verwendung als Elektrode und 5(c) eine Draufsicht zur Veranschaulichung einer dünnen Platte zur Verwendung als Elektrode;
6 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrostatischen Halters;
7 ist eine Draufsicht zur schematischen Veranschaulichung des elektrostatischen Halters in 6; und
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Oberflächenrauigkeit, Rmax, der dielektrischen Isolierschicht, der angelegten Spannung auf die dielektrische Isolierschicht und der Anziehungskraft des elektrostatischen Halters zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich mit der Erforschung von elektrostatischen Haltern auseinandergesetzt, die aus einem keramischen Isoliermaterial gefertigt sind, so dass der Ableitstrom reduziert und die Anziehungskraft bei verschiedenen Temperaturen unter Vakuumbedingungen erhöht werden kann. Im Zuge dieser Forschungen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass der Ableitstrom durch Erhöhung der Dicke der dielektrischen Isolierschicht auf nicht weniger als 500 μm auf einem geringen Grad gehalten werden kann. Da diese Dicke etwa das Zehnfache der Dicke der dielektrischen Isolierschichten herkömmlicher elektrostatischer Halter beträgt, kann die Menge des Ableitstroms auf etwa 1/10 reduziert werden, wenn das gleiche Material verwendet wird.
Zusätzlich zu obiger Erkenntnis haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass sogar wenn die Dicke der dielektrischen Isolierschicht auf nicht weniger als 500 μm erhöht wird, die Anziehungskraft des Halbleiterwafers nicht auffallend abnimmt und eine ausreichende Anziehungskraft zur Anziehung des Halbleiterwafers gewährleistet werden kann. Dies bedeutet, dass aufgrund der Tatsache, dass die Anziehungskraft umgekehrt proportional zum Quadrat zur Dicke der dielektrischen Isolierschicht abnimmt, davon ausgegangen wurde, dass ein elektrostatischer Halter mit einer dielektrischen Isolierschicht mit einer solchen wie oben erhöhten Dicke nicht verwendet werden konnte.
Wenn ein elektrostatischer Halter eine dielektrische Isolierschicht mit geringem spezifischem Volumenwiderstand verwendet, bewegen sich Ladungen, erscheinen an der Oberfläche der dielektrischen Schicht und führen zu einer hohen elektrostatischen Kraft zwischen Halbleiterwafer und der Oberfläche der dielektrischen Schicht unter Spannungsanlegung. Die Beziehung zwischen der Dicke der dielektrischen Isolierschicht und der Anziehungskraft ist jedoch bisher weder formuliert noch vermutet worden. Deshalb sind elektrostatische Halter mit dielektrischen Isolierschichten mit einer Dicke, die über dem herkömmlichen Bereich liegt, bisher mittels herkömmlicher Theorie nicht erforscht worden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch herausgefunden, dass ein elektrostatischer Halter mit einer dielektrischen Isolierschicht mit einer Dicke von 500 μm bis 5,0 mm eine ausreichend hohe Anziehungskraft in einem Temperaturbereich aufweist, was zur Reduktion des spezifischen Volumenwiderstands der dielektrischen Isolierschicht führt. Zusätzlich wird der Ableitstrom auffallend reduziert und die Möglichkeit von Schädigungen eines Gegenstands, der vom elektrostatischen Halter angezogen wird, verringert.
Insbesondere wurde herausgefunden, dass der elektrostatische Halter mit der dielektrischen Isolierschicht mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10¹¹ bis 1 × 10¹³ Ω·cm eine hohe Anziehungskraft in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 200°C aufwies, und den Halbleiterwafer sogar bei mehr als 200°C stabil anziehen konnte, wobei der Halbleiterwafer sogar bei einem Gasdruck von 1.330 bis 2.670 Pa (10 bis 20 Torr) zwischen dem Halbleiterwafer und der Anziehungsfläche des Halters auf herkömmliche Weise nicht vom Halter abfiel. Es wurde auch herausgefunden, dass ähnliche Ergebnisse für den elektrostatischen Halter mit der dielektrischen Isolierschicht mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10¹⁴ Ω·cm bis 1 × 10¹⁶ Ω·cm bei Raumtemperatur sogar bei Temperaturen von nicht weniger als 500°C erhalten wurden. Zudem wurde herausgefunden, dass ähnliche Ergebnisse für den elektrostatischen Halter mit der dielektrischen Isolierschicht mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10⁹ Ω·cm bis 1 × 10¹⁰ Ω·cm bei Raumtemperatur sogar bei Temperaturen von nicht weniger als 100°C erhalten wurden.
Wie oben erwähnt, wurde bestätigt, dass, entgegen der Annahmen von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung, eine ausgezeichnete Anziehungskraft im elektrostatischen Halter mit der dielektrischen Isolierschicht mit einer solchen großen Dicke erhalten werden kann und dass gleichzeitig eine starke Reduktion des Ableitstroms erzielt kann.
Wenn der elektrostatische Halter darüber hinaus für eine Halbleiterherstellungsvorrichtung verwendet wird, wird der Halter einem korrosiven Gas auf Halogenbasis, das als Ätz- oder Reinigungsgas verwendet wird, ausgesetzt. In einem Verfahren, wie z.B. Sputtern, CVD oder Ätzen, wird der Halter Plasma ausgesetzt. Wenn die sogar aus keramischem Material bestehende dielektrische Isolierschicht einem korrosiven Gas aus Halogenbasis ausgesetzt ist, wird auf ihrer Oberfläche ein Reaktionsprodukt ausgebildet, und dadurch kann es an jeder beliebigen Stelle in der Schicht des Reaktionsprodukts durch Langzeitverwendung unter Plasmaeinwirkung zu einem dielektrischen Durchschlag kommen. Ein dielektrischer Durchschlag kann hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und Plasmabeständigkeit sicher verhindert werden, indem die Dicke der dielektrischen Isolierschicht auf nicht weniger als 500 μm eingestellt wird.
Gemäß vorliegender Erfindung wird der Ableitstrom stärker reduziert, wenn die Dicke der dielektrischen Isolierschicht nicht weniger als 1,0 mm beträgt, während die obige Anziehungskraft durch Einstellen der Dicke der dielektrischen Isolierschicht auf nicht mehr als 3,0 mm zusätzlich erhöht wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Halter beträgt die Oberflächenrauigkeit, Rmax, der Oberfläche der dielektrischen Isolierschicht darüber hinaus nicht mehr als 3 μm. Dadurch wird die Anziehungskraft insbesondere erhöht. Wenn die Oberflächenrauigkeit, Rmax, der dielektrischen Isolierschicht nicht weniger als 4 μm beträgt, wird die Anziehungskraft kaum erhöht, auch wenn die an die Elektrode angelegte Spannung erhöht wird; wenn jedoch die Oberflächenrauigkeit, Rmax, nicht mehr als 3 μm beträgt, wird nicht nur die Anziehungskraft stark erhöht, sondern diese variiert auch stark, um auf die an die Elektroden angelegte Spannungszunahme zu reagieren.
Wenn der maximale Porendurchmesser der dielektrischen Isolierschicht nicht mehr als 5 μm beträgt, kann die Oberflächenrauigkeit davon, Rmax, auf nicht mehr als 3 μm eingestellt werden, während bei einem maximalen Porendurchmesser von mehr als 5 μm die Oberflächenrauigkeit, Rmax, der Oberfläche der dielektrischen Isolierschicht sogar bei einer glattpolierten Oberfläche nicht auf mehr als 3 μm eingestellt werden.
Die Porosität der dielektrischen Isolierschicht beträgt nicht mehr als 3%. Es wurde nämlich herausgefunden, dass wenn die Dicke der dielektrischen Isolierschicht im Bereich der vorliegenden Erfindung liegt und die Oberflächenrauigkeit, Rmax, auf nicht mehr als 3 μm eingestellt ist, die Anziehungskraft am stärksten erhöht werden kann, wenn die Porosität nicht mehr als 3% beträgt. Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass wenn die Porosität mehr als 3% beträgt, die Anziehungskraft nicht auffallend erhöht wurde, sogar wenn die Dicke und Rmax der dielektrischen Isolierschicht auf die oben erwähnten jeweiligen Bereiche eingestellt waren.
Der erfindungsgemäße elektrostatische Halter mit der dielektrischen Isolierschicht mit einem spezifischen Volumenwiderstand von nicht mehr als 1 × 10¹³ Ω·cm kann eine hohe Anziehungskraft bereitstellen und vorteilhaft in der Praxis angewandt werden. Insbesondere wenn der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht sogar im Bereich von nicht mehr als 1 × 10⁹ Ω·cm bis nicht weniger als 1 × 10⁷ Ω·cm liegt, kann eine ausreichend hohe Anziehungskraft erhalten und der Ableitstrom deutlich reduziert werden.
Der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht ist hinsichtlich der Reduzierung von Ableitstrom vorzugsweise auf nicht weniger als 1 × 10⁸ Ω·cm eingestellt. Wenn ein Ableitstrom von bis etwa 10 mA, bezogen auf einen 8-Zoll-Wafer, annehmbar ist, können jedoch ausgezeichnete Wirkungen gemäß der vorlie genden Erfindung erzielt werden, sogar wenn der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht im Bereich von 1 × 10⁷ Ω·cm bis 1 × 10⁸ Ω·cm liegt.
Wenn die dielektrische Isolierschicht des erfindungsgemäßen elektrostatischen Halters mit Rillen oder Vertiefungen zum Dispergieren eines Gases über der Anziehungsfläche der wie oben erläuterten dielektrischen Isolierschicht bereitgestellt ist, kann das Gas in der Gasdiffusionsvertiefung einheitlich dispergiert oder diffundiert werden, wenn die Tiefe der Vertiefung auf nicht weniger als 100 μm eingestellt ist, so dass die Temperatur eines zu behandelnden Zielgegenstands, wie z.B. eines Halbleiterwafers, vereinheitlicht werden kann. Wie oben erwähnt, nimmt die Anziehungskraft bei einer Dicke der dielektrischen Isolierschicht von mehr als 5,0 mm ab. Deshalb beträgt die Tiefe der Gasdiffusionsvertiefung vorzugsweise nicht mehr als 5,0 mm.
Die vorliegende Erfindung kann die Ausführungsform eines wie in 1 angeführten elektrostatischen Halters aufweisen. Eine Elektrode 33 ist auf einem Substrat 31 ausgebildet, und eine dielektrische Isolierschicht 32 ist auf der Elektrode 33 bereitgestellt. Eine Gasdiffusionsvertiefung 34 ist so bereitgestellt, dass sie auf der Oberflächenseite der dielektrischen Isolierschicht 32 geöffnet werden kann, und ein Gaszufuhrloch 35 ist mit der Gasdiffusionsvertiefung 34 verbunden. Das Gaszufuhrloch 35 ist auf der Oberflächenseite des Substrats 31 geöffnet und mit einer nicht gezeigten Gaszuführung verbunden. Ein Gas wird in die Gasdiffusionsvertiefung 34 durch das Gaszufuhrloch 35, wie durch Pfeil E dargestellt, eingeströmt.
Die Tiefe t der Gasdiffusionsvertiefung 34 ist, von der Anziehungsfläche her gemessen, größer als die von g der Elektrode 33 von der Anziehungsfläche her gemessen, so dass die Elektrode im Substrat eingebettet ist, während die Position der Gasdiffusionsvertiefung 34 vermieden wird. Dies bedeutet, dass die Elektrode 33 im Substrat so eingebettet ist, dass sie aus einem Bereich entfernt ist, in dem die Gasdiffusionsvertiefung 34 vorliegt und der Randabschnitt der Elektrode 33 keiner Gasdiffusionsvertiefung ausgesetzt ist. In diesem Fall muss der Abstand "I" zwischen dem Rand abschnitt der Elektrode 33 und der Gasdiffusionsvertiefung 34 etwa 1 mm betragen, so dass ein dielektrischer Durchschlag verhindert wird. Infolge dessen kann es dort zu gar keiner Anziehungskraft kommen, da die Elektrode 33 in der Gasdiffusionsvertiefung 34 und deren Umgebung vollständig fehlt.
Deshalb wird die Elektrode vorzugsweise weiter unter die Gasdiffusionsvertiefung gelegt, so dass die Anziehungskraft über der gesamten Anziehungsfläche des Halters, einschließlich der Gasdiffusionsvertiefung, erzeugt werden kann. In diesem Fall kann ein dielektrischer Durchschlag sicher verhindert werden, indem der Abstand zwischen der Bodenoberfläche der Gasdiffusionsvertiefung und der Elektrode auf nicht weniger als 500 μm eingestellt ist.
In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke der dielektrischen Isolierschicht auf nicht weniger als 1 mm, die Tiefe der Gasdiffusionsvertiefung auf nicht weniger als 100 μm und vorzugsweise nicht weniger als 500 μm, eingestellt und die Elektrode ist weiter unter die Gasdiffusionsvertiefung gelegt, während der Abstand zwischen der Elektrode und der Bodenoberfläche der Gasdiffusionsvertiefung auf nicht weniger als 500 μm eingestellt ist. Wenn die Dicke der dielektrischen Isolierschicht auf diese Weise erhöht wird, muss die Elektrode nicht teilweise weggelassen werden, sogar wenn die Tiefe der Gasdiffusionsvertiefung groß genug ist, um das Gas ausgezeichnet zu diffundieren. In der Folge kommt es zu einer großflächig erzielten elektrostatischen Anziehungskraft. In dieser Ausführungsform beträgt die Dicke der dielektrischen Isolierschicht nicht mehr als 3,0 mm, während die Tiefe der Gasdiffusionsvertiefung nicht mehr als 3,0, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 2,0 mm, beträgt. Zusätzlich beträgt der Abstand zwischen der Elektrode und der Bodenfläche der Gasdiffusionsvertiefung vorzugsweise nicht mehr als 3,0 mm, insbesondere nicht mehr als 2,0 mm.
Da die Dicke der dielektrischen Isolierschicht bei herkömmlichen elektrostatischen Haltern nicht mehr als 300 μm beträgt, ist es erforderlich, ein Rohkeramik-Folienlaminierungsverfahren, ein Gasphasenwachstumsverfahren oder ein Plasmaspritzverfah ren anzuwenden, was die Herstellungskosten nachteilig erhöht. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein dielektrischer Isolierkörper mit einer Dicke von wenigen mm jedoch durch Sintern hergestellt und grundiert, um die Anziehungsfläche der resultierenden dielektrischen Isolierschicht flach zu machen, während eine Gasdiffusionsvertiefung durch mechanisches Bearbeiten ausgebildet wird. Dadurch können die Herstellungskosten deutlich reduziert werden.
Der erfindungsgemäße elektrostatische Halter kann als plasmaerzeugende Elektrodeneinheit verwendet werden, indem die Halterelektrode an eine elektrische Hochfrequenz-Energiequelle gespeist wird und gleichzeitig eine Gleichspannung und eine hochfrequente Spannung an die Elektrode angelegt wurden. Dabei beträgt die Elektrodendicke vorzugsweise nicht weniger als 430 μm, wenn die Elektrode aus Wolfram besteht und die Frequenz der hochfrequenten Spannung 13,56 MHz beträgt. Da es jedoch schwierig ist, eine Elektrode mit einer solchen Dicke mittels Siebdruck auszubilden, besteht die Elektrode vorzugsweise aus einem Metallmassekörper. Wenn die Dicke der dielektrischen Isolierschicht im Bereich von 1,0 mm bis 3,0 mm liegt, ist die Eigenwärmeerzeugung aufgrund des Energieverlusts des dielektrischen Körpers nicht so groß, wenn die dielektrische Verlustziffer bei obiger Frequenz nicht mehr als 0,1 beträgt. Folglich kann der elektrostatische Halter ohne weiteres als Hochfrequenz-Elektrodeneinheit verwendet werden.
Wenn der erfindungsgemäße elektrostatische Halter in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung unter Verwendung eines korrosiven Gases auf Halogenbasis eingebaut wurde, wurde der Halter mit dem korrosiven Gas auf Halogenbasis, wie z.B. in manchen Fällen ClF₃, korrodiert. Wenn ein solcher elektrostatischer Halter dem korrosiven Gas auf Halogenbasis ausgesetzt wird, kann der elektrostatische Halter vorzugsweise in einem solchen Fall verwendet werden, bei dem ein Substrat aus einem dichten keramischen Material, eine dielektrische Isolierschicht aus dichtem keramischem Material und eine Elektrode aus einem planaren Metallmassekörper, der integriert gesintert ist, miteingeschlossen sind. In diesem elektrostatischen Halter kann die Elektrode vor Korrosion geschützt werden, da das Substrat um die Elektrode ein einstückig gesinterter Körper mit keiner Verbindungsfläche ist.
Als keramisches Material, aus dem das Substrat und die dielektrische Isolierschicht bestehen, werden keramische Materialien auf Nitridbasis, wie z.B. Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid und Sialon, sowie Siliciumcarbid und Aluminiumoxid-Silicium-Nitrid-Verbundmaterialien bevorzugt. Hinsichtlich Temperaturwechselbeständigkeit wird Siliciumnitrid insbesondere bevorzugt. Bezüglich Korrosionsbeständigkeit gegen korrosives Gas auf Halogenbasis wird Aluminiumnitrid insbesondere bevorzugt.
Aluminiumnitrid ist ein Material, das insbesondere hart zu sintern ist. Deshalb ist es schwierig, einen Sinterkörper mit relativ hoher Dichte mittels herkömmlicher druckloser Sinterverfahren zu erhalten. Deshalb war es bisher allgemeine Praxis, das Sintern von Aluminiumnitrid durch Einführen einer großen Menge an Sinterhilfen in das Aluminiumnitridpulver zu beschleunigen. Insbesondere wenn der resultierende Halter in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung eingebaut wird, stellen solche Sinterhilfen Verunreinigungen dar, die zu einer Verschmutzung des Halbleiters führen können.
Ein Sinterkörper, der durch Heißpresssintern eines Gemischs aus Aluminiumnitridpulver mit zugesetzten 5% Yttriumoxid als Sinterhilfe erhalten wurde, wies eine relative Dichte von mehr als 99% auf und verfügte über ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber korrosivem Gas auf Halogenbasis. Wenn zudem ein Aluminiumnitridpulver, das nicht mehr als 1% Verunreinigungen enthielt, verwendet wurde, konnte durch Heißpressintern des Pulvers ein dichter Sinterkörper mit einer relativen Dichte von mehr als 99% erhalten werden. Somit konnte ein elektrostatischer Halter aus Aluminiumnitrid mit einer Reinheit von nicht weniger als 95% und insbesondere nicht weniger als 99% mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit hergestellt werden.
Der erfindungsgemäße elektrostatische Halter kann durch folgendes Verfahren hergestellt werden. Zuerst wird eine planare Elektrode, die aus einem Metallmassekörper besteht, in einen Rohkeramikkörper eingebettet. Dieser Schritt wird Folgendermaßen ausgeführt:
Verfahren 1:
Ein vorläufiger Rohkörper wird hergestellt und die obige Elektrode auf diesen vorläufigen Rohkörper platziert. Anschließend wird ein keramisches Pulver über diese Elektrode auf den vorläufigen Rohkörper gegossen und das Resultat einachsig pressgeformt.
Verfahren 2
Zwei planare Rohkörper werden durch isostatisches Kaltpressen hergestellt und eine Elektrode zwischen zwei planaren Rohkörpern gehalten. Anschließend wird die Anordnung der beiden Rohkörper und der Elektrode in diesem Zustand heißgepresst.
In Verfahren 2 wird die Dichte des vorläufigen Rohkörpers erhöht und die Abweichung der Dichte des Rohkörpers ist aufgrund des isostatischen Kaltpressens, verglichen mit Verfahren 1, geringer. Deshalb kommt es, verglichen mit Verfahren 1, zu einem geringen Schrumpfen des Rohkörpers während des Heißpressens und zu einer geringeren Abweichung der Dichte nach dem Brennen. Daraus geht hervor, dass die mittlere dielektrische Festigkeit des Sinterkörpers im Vergleich größer ist.
Die obige Funktion und Wirkung spielt insbesondere für den elektrostatischen Halter eine wichtige Rolle. Denn aufgrund oben angeführter Gründe kann die mittlere dielektrische Festigkeit der dielektrischen Schicht des elektrostatischen Halters zusätzlich erhöht werden und dessen Verlässlichkeit kann äußerst hoch sein.
Deshalb beträgt die relative Dichte des durch isostatisches Kaltpressen erhaltenen Rohkörpers vorzugsweise nicht weniger als 60%.
Zum Siebdrucken einer Elektrode auf eine Oberfläche des durch isostatisches Kaltpressen erhaltenen Rohkörpers muss der Rohkörper darüber hinaus über einen langen Zeitraum hinweg unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre entwachst werden. Da ein Entwachsungsschritt, der einen solch langen Zeitraum in Anspruch nimmt, nicht erforderlich ist, wenn die Elektrode zwischen den Rohkörpern gehalten wird, die durch isostatisches Kaltpressen erhalten werden, ist dieser Fall hinsichtlich Massenherstellung von Vorteil.
Unter der Annahme, dass die Film-Elektrode mittels Siebdruck gebildet wird, wird die Meinung vertreten, dass es, dadurch dass die Film-Elektrode während des Heißpressens deformiert wird, zu dem weiteren ständig auftretenden Problem kommt, dass die Dicke der dielektrischen Schicht auf dem Elektrodenfilm uneinheitlich wird. Da die Deformierung der Elektrode durch die Steife der Elektrode selbst während des Heißpressens verhindert werden kann, wenn die aus einem planaren Metallmassekörper bestehende Elektrode eingebettet wird, kann in diesem Zusammenhang die uneinheitliche Dicke der dielektrischen Schicht verhindert werden. Die Dicke der dielektrischen Schicht ist für den elektrostatischen Halter wichtig, da diese Dicke das Halterleistungsverhalten beeinflusst. Die hierin verwendete Bezeichnung "planarer Metallmassekörper" steht beispielsweise für einen Metallmassekörper, der, wie in den 3, 4 und 5 dargestellt, einstückig planar ausgebildet ist, ohne die Bildung eines Drahtkörpers oder eines spiralförmigen, meanderförmigen oder zickzackförmigen planaren Körpers.
Da die Elektrode in ihrer Dickenrichtung einem Heißpressverfahren unterzogen wird, ist diese hinsichtlich Verbiegungsverhinderung während des Heißpressens vorzugsweise eine planare Elektrode. Die Elektrode besteht in einer Anwendung, bei der die Temperatur auf eine hohe Temperatur von 600°C oder bis zum Maximum erhöht wird, vorzugsweise aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt.
Als solche Metalle mit hohem Schmelzpunkt kommen Tantal, Wolfram, Molybdän, Platin, Rhenium, Hafnium und deren Legierungen in Frage. Zur Verhinderung der Verunreinigung der Halbleiter werden Tantal, Wolfram, Molybdän, Platin und deren Legierungen bevorzugt. Als zu behandelnde Gegenstände unter Verwendung des elektrostatischen Halters kommen neben Halbleiterwafern Aluminiumwafer in Frage.
Der Elektrodenaufbau umfasst eine planare Elektrode mit einer Anzahl an kleinen Löchern und eine netzförmige Elektrode neben der dünnen planaren Elektrode. Wenn die planare Elektrode mit einer Anzahl an kleinen Löchern oder die netzförmige Elektrode als Elektrode verwendet werden, strömt das keramische Pulver um die Anzahl an kleinen Löchern oder Maschen durch und die Verbindungskraft zwischen Substrat und der dielektrischen Isolierschicht auf einander gegenüberliegenden Seiten der Elektrode wird stärker, um die Substratfestigkeit zu erhöhen. Wenn die Elektrode eine dünne planare Form aufweist, kommt es zudem insbesondere am Randabschnitt der Elektrode zu starker mechanischer Spannung, so dass das Substrat dadurch zu Bruch kommen könnte. Wenn die Elektrode jedoch ein planarer Körper mit einer Anzahl an kleinen Löchern oder der Netzkörper ist, wird diese Spannung wirksam durch die Anzahl an kleinen Löchern und Maschen dispergiert.
Als planarer Körper mit zahlreichen kleinen Löchern kommt ein gelochtes Metall in Frage. Wenn die Elektrode jedoch aus einem gelochten Metall mit hohem Schmelzpunkt hergestellt werden soll, muss ein solches Metall mit hohem Schmelzpunkt über eine hohe Härte verfügen. Folglich ist es schwierig, zahlreiche kleine Löcher in ein solches Metall mit hohem Schmelzpunkt zu lochen und ein solches Lochen erhöht die Arbeitskosten.
Wenn die Elektrode auf einem Metallnetz besteht, sind Drähte aus Metall mit hohem Schmelzpunkt leicht verfügbar, und das Metallnetz kann ohne weiteres durch Flechten der Drähte hergestellt werden. Deshalb kann die Elektrode unter Verwendung von solchen Drähten leicht hergestellt werden.
Die Maschenform, der Drahtdurchmesser, etc. des Metallnetzes unterliegen keiner besonderer Einschränkung. Metallnetze mit einem Drahtdurchmesser im Bereich von 0,03 mm bis 0,5 mm und einem Maschenbereich von 150 Maschen bis 6 Maschen könnte jedoch ohne besondere Probleme verwendet werden. Darüber hinaus kann die Schnittform der Drähte, aus denen das Metallnetz besteht, aus der Breitenrichtung betrachtet, kreisförmig, elliptisch, rechtwinklig oder unterschiedlich gerollt sein.
Im Folgenden werden bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen anhand der Zeichnungen erläutert. 2 ist eine Schnittansicht, die einen elektrostatischen Halter schematisch darstellt. 3 ist Schnittansicht, die den elektrostatischen Halter von 2 teilweise aufgeschnitten darstellt. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine aus Metallnetz gefertigte Elektrode 3 darstellt.
Ein ringförmiger Flansch 1c ist an einer Randfläche 1d eines Substrats 1, der fast die Form einer Scheibe aufweist, bereitgestellt, wobei eine Elektrode 9 aus einem Metallnetz 3 im Substrat 1 eingebettet ist. Auf einer Oberfläche des Substrats 1 ist auf einer Seite 1a, auf die ein zu behandelnder Gegenstand, wie z.B. ein Halbleiterwafer, platziert werden muss, die dielektrische Isolierschicht 4 in vorbestimmter Dicke ausgebildet. Die Dicke der dielektrischen Isolierschicht 4 wird gemäß der vorliegenden Erfindung selektiv bestimmt. Ein Anschluss 10 ist im Trägerabschnitt 8 des Substrats 1 eingebettet, wobei ein Ende des Anschlusses 10 mit der Elektrode 9 verbunden ist, während die andere Endfläche des Anschlusses 10 an der hinteren Oberfläche 1b des Substrats außerhalb bereitgestellt ist. Im Substrat 1 sind an vorbestimmten Stellen Löcher 2 zum Anheben von Stiften zur vertikalen Bewegung des Halbleiterwafers ausgebildet.
Die elektrische Gleichspannungsquelle 7 ist mit dem Anschluss 10 über einen elektrischen Draht 5A verbunden. Zur Messung der Anziehungskraft des elektrostatischen Halters wird auf der Anziehungsfläche 1a ein Edelstahlgewicht 6 angeordnet und ein elektrischer Draht (geerdeter Draht) 5B mit dem Edelstahlgewicht 6 verbunden. Das Edelstahlgewicht 6 ist mit einer Messdose 11 zur Messung einer Last verbunden, wobei das mit der Messdose 11 verbundene Edelstahlgewicht 6 mittels Schrittmotor 12 in Richtung des Pfeils A hinaufgezogen wird. Die Anziehungskraft kann durch folgende Formel bestimmt werden: (Last, bei der das Gewicht 6 aus der Anziehungsfläche der dielektrischen Schicht freigesetzt wird – Gewichtsmasse)/(Querschnittsbereich des Gewichts auf der Anziehungsoberfläche).
Die Elektrode 9 besteht, wie in den 3 und 4 dargestellt, aus einem Metallnetz 3. Das Metallnetz besteht aus einem kreisförmigen Rahmendraht 3a und den Dräh ten 3b, die vertikal und lateral im Rahmendraht 3a angeordnet sind, um zwischen diesen Maschen zu bilden.
5(a) ist eine perspektivische Ansicht eines als Elektrode 9 zu verwendenden gelochten Metalls 14. Das gelochte Metall 14 ist kreisförmig und eine Reihe von runden Löchern 14b sind in einer kreisförmigen flachen Platte 14a wie in einem schachbrettartigem Muster ausgebildet.
5(b) ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer runden dünnen Platte 15 zur Verwendung als Elektrode 9. In der dünnen Platte 16 sind lineare schmale Schnitte 16b und 16c parallel in insgesamt sechs Linien ausgebildet. Unter diesen linearen schlanken Schnitten sind drei lineare schmale Schnitte 16b zur unteren Seite in 5c geöffnet und die restlichen drei linearen schlanken Schnitte 16c sind zur oberen Seite geöffnet. Diese Schnitte 16b und 16c sind abwechselnd angeordnet. Da für die Elektrode eine solche Anordnung verwendet wird, bildet sich in der dünnen Platte ein dünner und langer stromleitender Durchgang. Die Anschlüsse sind an einander gegenüberliegende Enden 16a des stromleitenden Durchgangs verbunden.
6 ist eine Schnittansicht zur schematischen Veranschaulichung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrostatischen Halters und 7 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung des elektrostatischen Halters von 6. An der Randfläche 18d des Substrats 18, das fast die Form einer Scheibe hat, ist ein ringförmiger Flansch 18c bereitgestellt, wobei die Elektrode 9 im Substrat 9 eingebettet ist. Auf einer Oberfläche des Substrats 18 ist auf der Seite 18a, auf die ein zu behandelnder Gegenstand, wie z.B. ein Halbleiterwafer, platziert werden muss, eine dielektrische Isolierschicht 40 ausgebildet. Der Anschluss 10 ist im Trägerabschnitt 8 des Substrats 18 eingebettet, wobei ein Ende des Anschlusses 10 mit der Elektrode 9 verbunden ist, während die andere Endfläche des Anschlusses 10 an der hinteren Oberfläche 18b des Substrats 18 außerhalb bereitgestellt ist.
Eine elektrische Gleichspannungsquelle 7 ist mit dem Anschluss 10 über einen elektrischen Draht 5A verbunden. Der Gegenstand 41 wird auf die Anziehungsfläche 18a platziert und mit einem negativen Pol der elektrischen Gleichspannungsquelle 7 und einer Erdung 23 über einen elektrischen Draht 5B verbunden. Gaszuführlöcher 42 sind im Substrat 18 an entsprechenden Stellen ausgebildet und verlaufen in eine Gasdiffusionsvertiefung 24A. In dieser Ausführungsform umgibt die Gasdiffusionsvertiefung einen kreisförmigen scheibenförmigen Abschnitt 27, und die vier Gaszuführlöcher 42 sind zur Gasdiffusionsvertiefung 24A hin offen. Zahlreiche kleine Vorsprünge 26 sind in regelmäßigen Abständen auf dem scheibenförmigen Abschnitt 27 bereitgestellt.
Lineare Gasdiffusionsvertiefungen 24B verlaufen aus der Gasdiffusionsvertiefung 24A radial nach außen. Unter den Gasdiffusionsvertiefungen 24B sind insbesondere acht trapezförmige Teilabschnitte 29 ausgebildet. Eine Reihe von kreisförmigen Vorsprüngen 26 ist ebenfalls in regelmäßigen Abständen auf jedem der trapezförmigen Teilabschnitte 29 bereitgestellt. Ein ringförmiger Vorsprung 25 ist an einer äußeren Randseite der trapezförmigen Teilabschnitte 29 so bereitgestellt, dass die gesamte Anziehungsfläche umgeben ist. Das Ende jeder der Gasdiffusionsvertiefungen 24B wird durch den Vorsprung 25 geteilt.
Gaszuführleitungen 22 sind mit den Öffnungen der Gaszuführlöcher 42 auf der hinteren Flächenseite 18b verbunden, wobei diese Zuführleitungen 22 ihrerseits mit einem nicht gezeigten Zuführer verbunden sind. Ein widerstandsbehaftetes Heizelement 19 ist im Trägerabschnitt 8 des Substrats 18 eingebettet, und die Anschlüsse 20 sind mit den einander gegenüberliegenden Enden des widerstandsbehafteten Heizelements 19 verbunden. Jede der Anschlüsse 20 ist mit einem elektrischen Stromzuführkabel 21 verbunden, wobei das Kabel 21 seinerseits mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte die Dicke g der dielektrischen Isolierschicht 40 so ausgewählt sein, dass sie im Bereich von 1,0 mm bis 3,0 mm liegt. Die Tiefe t der Gasdiffusionsvertiefungen 24A und 24B sowie der Abstand s zwischen der Bo denoberfläche der Gasdiffusionsvertiefung und der Elektrode sind gemäß der vorliegenden Erfindung selektiv bestimmt. Wenn der elektrostatische Halter in Betrieb genommen wird, wird ein Gas durch die Zuführleitungen 22 in Richtung des B-Pfeils zugeführt, durch die Gaszuführlöcher 42 geleitet und aus den Auslässen auf der Anziehungsoberflächenseite in C-Pfeilrichtung ausgeblasen. Das Gas strömt, wie von der Ebene aus gesehen, kreisförmig in die Gasdiffusionsvertiefungen 24A in D-Pfeilrichtung und ebenso in Richtung des Vorsprungs 25 durch die Gasdiffusionsvertiefungen 24B in C-Pfeilrichtung. Das Gas wird über die kreisförmigen, scheibenförmigen und trapezförmigen Teilabschnitte 27, 29, ausschließlich der runden Vorsprünge 26, so dispergiert, dass das Gas über der gesamten Hinterfläche des zu behandelnden Gegenstands einheitlich dispergiert werden kann.
Die restliche Anziehungskraft auf dem zu behandelnden Gegenstand kann durch das Design der Vorsprünge 26 so gesteuert werden, dass die restliche Anziehungskraft nicht überschüssig wird.
Versuche
Im Folgenden werden konkretere Versuchsergebnisse erläutert.
Versuch 1
Ein wie in den 6 und 7 dargestellter elektrostatischer Halter wurde hergestellt. Eine Elektrode wurde in einem aus Aluminiumnitridpulver mit einer Reinheit von 99,9% bestehenden Rohkörper eingebettet und ein Sinterkörper durch Heißpresssintern des Rohkörpers bei einer Heißpresstemperatur von 1.910°C so erhalten, dass der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht bei Raumtemperatur auf 1 × 10¹¹ Ω·cm eingestellt wurde.
Als Elektrode wurde ein aus Molybdän bestehendes Metallnetz verwendet. Dieses Metallnetz wurde erhalten, indem Molybdändrähte mit einem Durchmesser von 0,12 mm bei einer Dichte von 50 Drähten pro Zoll (1 Zoll = 2,54 cm) geflochten wurden.
Die Oberfläche der dielektrischen Isolierschicht wurde mechanisch bearbeitet, um deren Dicke einzustellen. Im Sinterkörper wurde von einer Hinterflächenseite aus unter Verwendung eines Bearbeitungszentrums ein Loch ausgebildet und ein Anschluss mit der Elektrode verbunden. Die relative Dichte des Aluminiumnitrid-Sinterkörpers, aus dem das Substrat und die dielektrische Isolierschicht bestanden, betrug 99%.
Die mittlere Dicke der dielektrischen Isolierschicht war, wie in Tabelle 1 angeführt, unterschiedlich. Jeder der elektrostatischen Halter wurde in eine Vakuumkammer platziert und elektrischer Strom auf ein widerstandsbehaftetes Heizelement 19 auf kontrollierte Art und Weise angelegt, so dass die Temperatur des elektrostatischen Halters 200°C betragen könnte. Der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht betrug bei 200°C 2 × 10⁸ Ω·cm. Die Anziehungskraft wurde durch das Verfahren, das anhand 2 erläutert wurde, gemessen. Die Spannung betrug 500 V oder 1.000 V. Die Ergebnisse bei einer Spannung von 500 V sind in Tabelle 1 angegeben, während die bei einer Spannung von 1.000 V in Tabelle 2 angeführt sind. Die Messwerte sind in 5-g/cm²-Einheiten angegeben.
Tabelle 1
Tabelle 2
Wie aus den Ergebnissen hervorgeht, kommt es zu einer relativ geringen Reduktion der Anziehungskraft, wenn die dielektrische Isolierschicht eine Dicke im Bereich von 1,0 bis 3,0 mm aufweist. Insbesondere ein Halbleiter könnten ausreichend stabil angezogen werden, wenn der Gasdruck etwa 2.670 Pa (20 Torr) betrüge.
Versuch 2
Ein elektrostatischer Halter wurde auf gleiche Weise wie im Versuch 1 hergestellt und die Anziehungskraft gleich wie im Versuch 1 getestet. Im Versuch 2 betrug die Heißpresstemperatur 1.800°C und der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht wurde bei Raumtemperatur auf 1 × 10¹⁵ Ω·cm eingestellt.
Der elektrostatische Halter wurde in eine Vakuumkammer platziert und auf 400°C erhitzt, indem elektrischer Strom auf ein widerstandsbehaftetes Heizelement eingespeist wurde. Der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht betrug bei 400°C 5 × 10⁸ Ω·cm. Die auf den elektrostatischen Halter angelegte Spannung betrug 500 V. Die Ergebnisse hinsichtlich der dielektrischen Isolierschichten mit unterschiedlichen mittleren Dicken sind in 3 angeführt. Eine Fläche des Anziehungsabschnitts des Edelstahlgewichts 6, die zum Testen der Anziehungskraft verwendet wurde, betrug 1 cm² und der durch das Gewicht geleitete Ableitstrom wurde auf ähnliche Weise gemessen. Da die Fläche eines 20-cm-Halbleiterwafers (8 Zoll) etwa 300 cm² beträgt, wurde ein Ableitstrom, der durch den 8-Zoll-Wafer strö men würde, durch Multiplizieren eines Messwerts mal 300 angenommen. Die so erhaltenen Ableitströme sind in Tabelle 3 angeführt.
Tabelle 3
Je kleiner die Dicke der dielektrischen Isolierschicht, desto stärker die Intensität des elektrischen Felds (Spannung/Dicke). Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, scheint es, dass je stärker die Intensität des elektrischen Felds, desto eher fließt der Strom, wobei die Strommenge nicht umgekehrt proportional zur Dicke der dielektrischen Isolierschicht war.
Deshalb konnte der Ableitstrom im Wafer mit einer Fläche, die so groß war wie der 8-Zoll-Wafer, im Wesentlichen reduziert werden, sogar wenn der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht auf 10⁸ Ω·cm reduziert wurde, wobei die Anziehungskraft ausreichte, um einen so großflächigen Wafer zu halten.
Versuch 3
Ein elektrostatischer Halter mit einem wie in den 6 und 7 dargestellten Aufbau wurde auf gleiche Weise wie im Versuch 1 hergestellt. Die Heißpresstemperatur betrug 1.910°C und der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht wurde bei Raumtemperatur auf 1 × 10¹¹ Ω·cm eingestellt. Die Dicke der dielektrischen Isolierschicht wurde auf 1,0 mm eingestellt.
Die Porosität, der maximale Porendurchmesser und die Oberflächenrauigkeit, Rmax, der dielektrischen Isolierschicht wurde wie in den Tabelle 4 und 5 angeführt, eingestellt.
Die Porosität von 0,1% und der maximale Porendurchmesser von 0,5 μm wurden beibehalten, indem der Heißpressdruck auf 200 kg/cm² eingestellt wurde. Die Verdichtung wurde durch Einstellen der Heißpresse auf nicht mehr als 50 kg/cm² unterdrückt, so dass ein Sinterkörper mit einer Porosität von 3% oder 5% und einem maximalen Porendurchmesser von 1 μm oder 2 μm erhalten wurde. Zudem wurde metallisches Aluminiumoxid als Porenbildner in ein pulverartiges Rohmaterial aufgenommen, so dass ein Sinterkörper mit einem maximalen Porendurchmesser von 5 μm oder 10 μm erhalten wurde, und der Einfluss von mechanischen Bearbeitungsbedingungen auf die Oberflächenrauigkeit, Rmax, wurde unter verschiedenen Aspekten untersucht.
Jeder der elektrostatischen Halter wurde in eine Vakuumkammer platziert und auf 100°C gehalten, indem elektrischer Strom auf ein widerstandsbehaftetes Heizelement 19 eingespeist wurde. Der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht betrug bei 100°C 8 × 10⁹ Ω·cm. Die Anziehungskraft wurde mit dem Verfahren, das anhand von 2 erläutert wurde, gemessen. Die Spannung wurde auf 250 V, 500 V oder 750 angelegt. Die Messergebnisse hinsichtlich Anziehungskraft sind in den Tabellen 4 und 5 und in 8 angeführt.
Tabelle 4
Tabelle 5
Wie aus obigen Ergebnissen hervorgeht, erhöht sich die Anziehungskraft kaum, wenn die Oberflächenrauigkeit, Rmax, der dielektrischen Isolierschicht nicht weniger als 4 μm beträgt, sogar wenn die auf die dielektrische Isolierschicht angelegte Spannung erhöht wird, während bei einer Oberflächenrauigkeit, Rmax, von nicht mehr als 3 μm die Anziehungskraft nicht nur erhöht wird, sondern auch stark variiert, um auf die Erhöhung der auf die dielektrische Isolierschicht angelegten Spannung zu reagieren. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass wenn die Oberflächenrauigkeit, Rmax, auf nicht mehr als 3 μm und die Porosität auf nicht mehr als 3% eingestellt ist, die Anziehungskraft am stärksten erhöht wird. Eine Untersuchung der verschiedenen mechanischen Bearbeitungsbedingungen ergab, dass wenn der maximale Poren durchmesser der dielektrischen Isolierschicht nicht mehr als 5 μm beträgt, die Oberflächenrauigkeit, Rmax, auf 3 μm eingestellt werden kann.
Versuch 4
Ein wie in den 6 und 7 angeführter elektrostatischer Halter wurde hergestellt. Dabei wurde als Sinterhilfe yttriumoxidhältiges Aluminiumnitridpulver mit einer Reinheit von 95% verwendet. Eine Elektrode wurde in einen aus diesem Pulver bestehenden Rohkörper eingebettet und ein Sinterkörper durch Heißpresssintern des Rohkörpers hergestellt. Als Elektrode wurde ein aus Molybdän gefertigtes Metallnetz verwendet. Es wurde ein durch Flechten von Molybdändrähten erhaltenes Metallnetz mit einem Durchmesser von 0,3 mm und einer Dichte von 20 Drähten pro Zoll verwendet. Ein Molybdändraht wurde als widerstandsbehaftetes Heizelement eingebettet. Die Oberfläche einer dielektrischen Isolierschicht wurde mechanisch bearbeitet, um ihre Dicke auf 3,0 mm einzustellen. Es wurde von einer Hinterflächenseite aus unter Verwendung eines Bearbeitungszentrums ein Loch ausgebildet und eine Klemme mit der Elektrode verbunden.
Mittels Sandstrahlen wurden runde Vorsprünge 26, ein kreisförmiger Abschnitt und trapezförmige Teilabschnitte so ausgebildet, dass die Höhe der Vorsprünge 26 vom kreisförmigen Abschnitt oder den trapezförmigen Teilabschnitten 20 μm betrug. Jede der Gasdiffusionsvertiefungen war 3,0 mm breit und 1,0 mm tief. Der Abstand zwischen Bodenoberfläche der Gasdiffusionsvertiefung und der Elektrode betrug 2,0 mm.
Die relative Dichte des Aluminiumoxidnitrid-Sinterkörpers, aus dem das Substrat und die dielektrische Isolierschicht bestanden, betrug 99,9%. Wenn in diesem Fall die dielektrische Durchschlagsfestigkeit zumindest 10 kV/mm und der Abstand zwischen Bodenoberfläche der Gasdiffusionsvertiefung und der Elektrode 500 μm beträgt, beträgt die dielektrische Durchschlagsfestigkeit nicht weniger als 5 kV. Dies ergibt, hinsichtlich der Steuerspannung des elektrostatischen Halters bei 500 V bis 1.000 V, ei nen 5-fach höheren Sicherheitsgrad. Wenn die mittlere Dicke der dielektrischen Isolierschicht auf 3,0 mm eingestellt ist kann der Abstand zwischen der Bodenoberfläche der Gasdiffusionsvertiefung und der Elektrode zudem 2,0 mm betragen, sogar wenn die Tiefe der Gasdiffusionsvertiefung 1,0 mm beträgt. Folglich ist es nicht erforderlich, dass die Elektrode dort teilweise entfernt wird.
Wie oben erwähnt, kann der Ableitstrom im dielektrischen Isolierschicht reduziert und gleichzeitig die Gegenstandsanziehungskraft ausreichend hoch gehalten werden, sogar wenn der elektrostatische Halter zur Anziehung eines zu bearbeitenden Gegenstands in einem Temperaturbereich verwendet wird, worin der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Isolierschicht abnehmen würde.
Wenn im elektrostatischen Halter ein Gaszuführloch ausgebildet und an der Anziehungsfläche der dielektrischen Isolierschicht geöffnet ist und Gas in die Vertiefung an der Anziehungsfläche geleitet wird, kann der Druckunterschied in der Vertiefung so reduziert werden, dass die Wärmeleitung zwischen der Anziehungsoberfläche des Halters und jeder der Abschnitte des zu behandelnden Gegenstands vereinheitlicht und der dielektrische Durchschlag zwischen der Vertiefung und der Elektrode verhindert werden kann.

Claims

Elektrostatischer Halter für die Anziehung eines zu bearbeitenden Gegenstands, umfassend ein Substrat (1, 18, 31), eine dielektrische Isolierschicht (4, 32, 40) auf dem Substrat und zumindest eine Elektrode (9, 33), die zwischen dem Substrat und der dielektrischen Isolierschicht bereitgestellt ist, sodass bei der Verwendung der zu bearbeitende Gegenstand über die dielektrische Isolierschicht zur Elektrode angezogen wird, worin die Porosität der dielektrischen Isolierschicht (4, 32) nicht mehr als 3% beträgt und deren maximaler Porendurchmesser nicht mehr als 5 μm beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dicke der dielektrischen Isolierschicht nicht weniger als 1,0 mm und nicht mehr als 3,0 mm beträgt, und dass ihre Oberflächenrauigkeit Rmax nicht mehr als 3 μm beträgt.
Elektrostatischer Halter nach Anspruch 1, worin die Elektrode (9, 33) aus einem planaren Metallmassekörper besteht und das Substrat, die dielektrische Isolierschicht und die Elektrode einstückig gesintert sind.
Elektrostatischer Halter nach Anspruch 1 oder 2, worin ein widerstandsbehaftetes Heizelement (19) im Substrat eingebettet ist.
Elektrostatischer Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiters umfassend eine elektrische Hochfrequenz-Energiequelle zur Speisung der Elektrode mit elektrischer Hochfrequenz-Energie, um auf dem Gegenstand Plasma zu erzeugen.
Elektrostatischer Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin zumindest eine Gasdiffusionsvertiefung (24A, 24B) in der dielektrischen Isolierschicht bereitgestellt ist, die eine Tiefe von nicht weniger als 100 μm aufweist, und worin der Abstand zwischen der Bodenoberfläche der Gasdiffusionsvertiefung und der Elektrode zumindest 500 μm beträgt.
Halbleiterwafer-Bearbeitungsvorrichtung mit einem elektrostatischen Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 5.