JP4550420B2 - 保持装置、特にプラズマエッチング装置内で半導体ウェーハを位置固定するための保持装置、および基板への熱供給または基板からの熱導出のための方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した形式の保持装置、特にプラズマエッチング装置内で半導体ウェーハを位置固定するための保持装置と、該保持装置によって真空室内に保持された基板の裏側から熱を供給または導出するための、独立請求項の上位概念部に記載したような方法とに関する。

従来技術
例えばドイツ連邦共和国特許第４２４１０４５号明細書の形式による、シリコン基板の異方性の高率エッチングに際して、基板の、その裏側からの冷却が必要とされる。なぜならば、プラズマに基づいてビームと電子とイオンとの作用によって並びにウェーハ表面における発生した反応熱によって、かなりな量の熱が基板内にもたらされるからである。前記熱がコントロールされた状態で導出されない場合、基板は著しく過熱され、エッチング結果は著しく悪化する。

アメリカ合衆国再審査証明書第６２６７８３９号明細書、アメリカ合衆国特許第５６７１１１６号明細書、ヨーロッパ特許出願公開第８４０４３４号明細書または日本国特許出願公開第１１３３００５６号明細書に基づいて、いわゆる静電式の「チャック（Chucks）」、すなわち、半導体ウェーハ、特にシリコンウェーハが、例えばプラズマエッチング装置内で基板電極上に静電式に位置固定可能である保持装置が公知である。静電式の「チャック」としての、公知先行技術に基づき公知のさらなる保持装置が、図１に示してある。この実施形態は、目下、多くのプラズマエッチング装置において見受けられ、かつ従来技術に典型的なものである。

この場合、個別的には、例えば高周波の電圧が印加される基板電極が、セラミック絶縁体と適当なクランピング装置とによって、接地された底プレート上へクランプされるようになっており、この場合、Ｏリングが真空シール性を保証しているので、エッチングしたい基板が真空に晒され得る。さらに、基板電極は内部で冷媒、例えば脱イオン水、メタノールまたは他のアルコール、フルオロカーボンまたはシリコーンによって通流されるようになっている。この場合、基板電極自体の上には、基板電極上に載置されているウェーハまたは基板を静電式にクランプするための「チャック」が存在する。この「チャック」には、「チャック」上に配置されたウェーハに所望のクランピング力を加えるために、一般的な高圧貫通案内部を介して高圧が供給される。最後に、図１による従来技術では、「チャック」と周囲を取り囲んでいる基板電極表面との、基板によって覆われていない表面は、基板上に存在するかもしくは生ぜしめられたプラズマの、基板電極の金属面への作用（これは金属の有害なスパッタ放出作用（Absputtern）とプラズマ内への好ましくない電流流れとを生ぜしめる恐れがある）を排除するために、基板電極上へ載置されたセラミックプレートによって覆われるようになっている。

最後に、載置されたウェーハの下面から静電式の「チャック」もしくは基板電極への熱流を保証するのは、ヘリウムクッションである。すなわち、ウェーハ下面と「チャック」との間および「チャック」と基板電極表面との間に、適当に成形された中間室が設けられており、この中間室が、数ｍｂａｒから最大約２０ｍｂａｒの圧力のヘリウムで満たされている。

ウェーハの静電式のクランピングもしくは位置固定に対して択一的に、従来技術では、ウェーハを基板電極に押し付け、かつウェーハの裏面を対流媒体としてのヘリウムによって負荷することを許容する機械的なクランピング装置も、公知である。しかしながら、機械的なクランピングは重大な欠点を有していて、とりわけ有利な面状のウェーハクランピングを保証する静電式の「チャック」によってますます押し退けられている。

発明の利点
本発明による保持装置と、真空室内に保持された基板の裏側から熱を供給または導出するための、本発明による方法とは、従来技術に比べて、ウェーハとこのウェーハの下方に存在する「チャック」もしくは基板電極との、明らかに改善された熱連結（thermische Ankopplung）が達成され、かつ基板の裏側からの熱の供給もしくは導出がはるかに高い信頼度で、均等にかつ有効に行われるという利点を有している。

特に、まさしく汎用のプラズマ高率エッチング方法と相まって、ウェーハの周囲と、とりわけ図１に従って載置されたセラミックのプレート（このプレートは、エッチングされるウェーハに直接的に結合していない）の温度とが、プロセス結果に関して本質的な役割を果たすことがわかっている。

すなわち、従来使用されてきた単に載置されたセラミックのプレートは、ウェーハの中央からウェーハ縁部に向かってエッチングの著しい不均等性を生ぜしめ、かつ特にウェーハ縁部領域におけるエッチング率の過度の上昇を生ぜしめる。これは、加熱された状態で有害な作用をその周囲に、すなわちウェーハ縁部領域にも生ぜしめるセラミックのプレートから基板電極への不十分および／または不均等な熱導出のせいである。これらの欠点は、本発明による保持装置によって克服される。

さらに、図１に概略的に示した構造では、対流媒体としてのヘリウムが比較的に制限された熱導出しか行うことができず、この熱導出が、より大きいガス圧力によってしか高められ得ないことが、不利である。しかもここでは、汎用の静電式の「チャック」の静電的な保持力は、１０ｍｂａｒから２０ｍｂａｒまでの上限を設ける。ウェーハ縁部の領域における択一的な機械的なウェーハクランピングも、満足のいく解決手段を提供しない。なぜならば、２０ｍｂａｒよりも大きい圧力は、この圧力によってウェーハに加えられた力のもとでウェーハが破断する結果を招くことがあり得るからである。この欠点は、とりわけ、本発明による実施形態で使用される電気絶縁性の強誘電体または圧電体によって克服される。前記強誘電体または圧電体によって、著しく高い静電的なクランピング力がウェーハに加えられ得、かつ前記強誘電体または圧電体は、対流媒体、特にヘリウムの圧力を、２０ｍｂａｒよりも大きい圧力に高めることを可能とする。

この他の点では、従来汎用の静電式の「チャック」によって達成可能な静電的な保持力は、これらの保持力が、「チャック」において使用される誘電体の絶縁破壊の強さ（Durchschlagsfestigkeit）によって制限されるという理由でも、不十分である。この意味でクランピング電圧は、従来、１０００Ｖ〜２０００Ｖの範囲に制限されてきた。より高い電圧では、絶縁破壊のリスクが著しく増大するのと同様に、使用される誘電体の寿命も著しく短縮する。絶縁破壊リスクには、さらに、甚大なＥＭＶリスク（ＥＭＶ＝電磁的両立性（elektromagnetische Vertraeglichkeit））が伴い、このＥＭＶリスクを介して、プラズマエッチング装置の電子機器は損傷によって脅かされている。この問題性も、本発明による保持装置によって明らかに緩和される。

この他の点では、一方では基板の裏側からの、改善されかつより均等化された熱導出と、エッチングされた基板の周囲における、より均等な熱分布とを目標としていて、他方では静電的なクランピング力の増大と、ウェーハの簡単化された位置固定もしくは保持装置からの取外しとのために働く、本発明による種々異なる複数の保持装置が、任意に互いに組合わせ可能であることが、有利である。

本発明の有利な構成は、従属請求項に記載の手段から得られる。

実施例
以下に、本発明を図面につき詳しく説明する。

図１は、まず、公知先行技術に基づき公知の静電式の「チャック」、すなわち、基板１２、例えば汎用のシリコンウェーハのための、静電式の保持装置を示してある。基板１２の下方には、この基板１２を位置固定する保持エレメント１１、例えば保持エレメントとして構成された静電式の「チャック」が存在する。保持エレメント１１は、さらに、金属の基板電極１９上へ載置されている。この基板電極１９は、有利にはセラミックの絶縁体１８を介して、同じく金属から成っている基体または支持体１７に結合されている。真空シール性を保証するために、絶縁体１８と基板電極１９との間もしくは絶縁体１８と基体１７との間には、シール部材２１、例えばゴム製のＯリングが設けられている。

図１には、さらに、基体１７が、金属の保持体２０を介して基板電極１９に結合されていることを示してある。この場合、保持体２０と基板電極１９との間には、やはり有利にはセラミックの絶縁体１８が設けられている。これにより基体１７は、総じて、基板電極１９に対して電気絶縁されている。さらに、基板電極１９上へ、セラミックのプレートが負荷体１０として載置されている。この負荷体１０は、その中央に基板１２よりも大きい例えば円形の開口を有しているように成形されている。負荷体１０は、さらに、突出している部分１０′または「ノーズ」によって、負荷体１０自身の重さによって保持エレメント１１を基板電極１９に押し付けるように形成されている。これにより、負荷体１０は保持エレメント１１を、基板１２を覆うことなく負荷する。したがって、基板１２は上方から、例えばプラズマエッチングを受入れ可能である。

図１による基体１７が接地されているのに対して、基板電極１９は、公知の形式では高圧供給部１５に結合されており、この高圧供給部１５を介して基板電極１９に高周波電力が供給可能である。さらに基板電極１９は、この基板電極１９に対して絶縁された貫通案内部、例えばセラミック貫通案内部を有している。これにより、クランピング電圧供給部１６を介して、保持エレメント１１に直流電圧、例えば１０００Ｖ〜２０００Ｖの電圧を印加することが可能となる。この場合、基板電極１９は前記電圧に対して電気絶縁されている。したがって、基板電極１９は単に保持エレメント１１に接触しているにすぎず、この場所で静電式のクランピングを介してかもしくはクランピング電圧供給部１６を介して誘導された静電力によって、保持エレメント１１における基板１２のクランピングまたは位置固定を行う。同時に保持エレメント１１も、まさに前記のような静電力によって、保持エレメント１１の下面を起点として基板電極１９に対してクランプされる。

最後に図１には、保持エレメント１１の、基板電極１９に向けられた側の供給部１４を介して、対流媒体３０としてガス状のヘリウムが供給可能であることが考えられている。このヘリウムは、保持エレメント１１内に設けられた通路２５を介して、保持エレメント１１と基板１２との間の領域にも侵入し得る。対流媒体３０は、基板電極１９と保持エレメント１１との間の領域から、かつ保持エレメント１１と基板１２の裏面との間の領域から熱を導出するために働く。したがって、保持皿１１がその上側および下側に公知の形式で相応に構造化された保持面１３を有していると、有利である。

図２には、図１による保持装置と同じように形成されているが、この場合、とりわけ図１において設けられたセラミックの負荷体が、基板１２の周囲で熱により「フロートすること（Floaten）」が排除された保持装置５の、本発明の第１の実施例を示してある。

個別的には、図２によれば、アルミニウムリングまたはアルマイトリング（Eloxalring）または、より一般的には、有利にはクランピングリングとして構成されたクランピング装置２２によって、負荷体１０は、接地された基体１７に堅固に結合され、したがって基板電極１９の表面に押し付けられるようになっている。この場合、クランピング装置２２、およびこのクランピング装置２２と基体１７との、固定エレメント２３と結合エレメント２４を介した結合部は、いずれにせよセラミックまたは石英ガラスのような絶縁体から成っている負荷体１０と、基体１７とが、基板電極１９に対して電気絶縁されているように構成されている。固定エレメント２３がここで説明する例ではねじであるのに対して、結合エレメント２４は例えばスリーブ、棒材またはやはりねじである。クランピングリングをクランピング装置２２として使用することにより、有利には、極めて均等なクランピング力が負荷体１０に加えられるので、剪断または分裂の危険が排除される。

総じて、図２による保持装置５によって、負荷体１０と基板電極１９の温度との、改善された熱連結が達成される。これにより、例えばドイツ連邦共和国特許第４２４１０４５号明細書の形式による、高率プラズマエッチングプロセスの特性が、とりわけ基板１２の縁部領域において著しく改善される。さらに同時に、熱い接触状態と冷たい接触状態との間の好ましくないプロセスドリフト（Prozessdrift）も回避されるかまたは減少される。このプロセスドリフトは本質的に、例えば依然としてセラミックのプレートとして構成されている負荷体１０が基板１２のすぐ周囲で加熱することから、結果として生じる。

ここで本発明では、負荷体１０と基板１９の表面との間で表面非平坦性が均されており、かつ良好な熱流出を保証する均等な層、有利にはシリコーングリース層、または過フッ素化されたグリース例えばクライトックス（Krytox）^（Ｒ）・グリースまたはフォンブリン（Fomblin）^（Ｒ）・グリースから成るグリース層が設けられている。

一般的に、所望のクランピングが接地された基体１７を介して行われ、かつ高周波の電力が供給される基板電極１９自体を介しては行われないことが重要である。なぜならば、基板電極自体を介して行うと、高周波がクランピング装置２２に作用し、このことがプラズマエッチングプロセスに不都合な影響を及ぼし、かつスパッタ放出作用（Absputtereffekten）をも生ぜしめてしまうからである。この限りでは、図２に示した本発明による実施例の場合、基体１７を介して接地されたクランピングリング２２が基板１２の周囲に延びていてかつ導電性であると、電気的な理由からも有利である。

図３には、図２において破線で示した図２の部分図を示してある。この場合、まず、図２による保持エレメント１１が、有利には、この保持エレメント１１を貫通横断する複数の、例えば６〜８個の通路２５を有していることを示してある。これらの通路２５は、保持エレメント１１の、基板電極１９に向けられた面から、保持エレメント１１の、基板１２に向けられた面まで通じている。通路２５を介して、供給部１４によって供給された対流媒体が、基板１２の下方の領域に到達し得る。さらに、保持エレメント１１は、基板１２に向けられた側に、自体公知の形式で構造化された保持面１３を有している。この保持面１３は、図２による実施例では、まず、Ａｌ_２Ｏ_３のような誘電体によって形成される。構造化された保持面１３によって、基板１２の下面が部分的に誘電性材料によって支持されるのに対して、別の領域には中空室２７が形成される。これらの中空室２７は、基板１２と、保持エレメント１１の表面に設けられた切欠とによって制限もしくは画成されている。

中空室２７は少なくとも部分的に通路２５に接続しているので、対流媒体、例えばヘリウムが中空室２７内に侵入し得る。この他の点では、図３には、クランピング電圧供給部１６が保持エレメント１１の表面の周辺に至るまで延びており、かつこの場所に直流電圧が印加されており、この直流電圧が保持エレメント１１における基板１２の静電式の位置固定を行うことを示してある。通路２５の構造およびその形成および保持体１１を通る貫通案内部は、例えば公知先行技術に基づき公知の静電式の「チャック」の場合のように構成されている。

同じく図３を用いて説明する第２の実施例では、先述の実施例に対して択一的に、保持エレメント１１の、基板１２に向けられた側に設けられた誘電体Ａｌ_２Ｏ_３は、Ａｌ_２Ｏ_３に代わって誘電体として働く強誘電性材料または、有利には、圧電性材料２６例えばジルコン酸チタン酸鉛・セラミック（ＰＺＴセラミック）によって代替されている。この場合、利点は、圧電体２６または択一的に使用可能な強誘電体にいずれにせよ既に存在する永久双極子が、クランピング電圧供給部１６を介して印加された電界によってかもしくはクランピング電圧供給部１６を介して印加された直流電圧によって配向され、ひいては前記圧電体または強誘電体が分極させられ、したがって基板１２に加えられる静電的なクランピング力が、Ａｌ_２Ｏ_３のような誘電体の場合よりも著しく大きいことにある。

したがって分極は、クランピング電圧供給部１６を介して印加された外側の電界を助成し、保持エレメント１１における基板１２の位置固定を強化する。これにより、同じ保持電圧で、今や、はるかに高い保持力が基板１２に加えられ得る。

増大された静電的な保持力は、図３による実施例の有利な構成では、さらに、対流媒体ヘリウムの圧力を高めること、およびひいては基板１２の裏面から基板電極１９に向かう熱導出を著しく改善することを可能にする。特に、供給されるヘリウムの１０ｍｂａｒ〜２０ｍｂａｒの一般的な圧力の代わりに、５０ｍｂａｒ〜３００ｍｂａｒ、特に１００ｍｂａｒ〜２００ｍｂａｒの圧力が使用され、この結果として、より多くのオーダだけより良好な熱導出がもたらされる。したがって、保持エレメント１１の、基板１２に向けられた側における圧電体２６または強誘電体の本質的な利点は、まず第一に、増大された保持力それ自体にはなく、とりわけ、保持エレメント１１と基板１２との間の中空室２７の領域における対流媒体３０の、前記保持力によって可能となった比較的に高い圧力にある。

その他の点では、さらに言及しておきたいのは、圧電性または強誘電性の誘電体の使用によって、誘導された静電的な保持力は、外側の電界の崩壊または印加された電圧の遮断と共に消滅しないということである。なぜならば前記誘電体の、既に存在する、まずもって配向された双極子が、電圧なしもしくは電界なしの状態でも少なくともほぼ残されるからである。したがってこの実施例の枠内では、基板１２を保持エレメント１１から引き離すために、外側の電界または外側から印加された電圧を単純に遮断することでは、もはや十分ではない。むしろ、保持エレメント１１からの基板１２の取外しまたは引離しに際して、振幅が例えば緩慢に初期値からゼロに戻される交流電圧の利用下のいわゆる「復極サイクル」が使用されなければならない。この場合、双極子モーメントの配向はほぼ消滅し、すなわちこの後、双極子モーメントは無秩序な方向分布で存在する。自体公知のこの方法は、一般的に、基板１２を比較的に大きい力なしに再び保持エレメント１１から分離することもできるようにするために、材料の消磁に際してかつこの箇所で必要とされる。さらに、ここでなお強調しておきたいのは、圧電体２６を誘電性材料として使用することと、記述の復極サイクルとによって、圧電効果を介して有利な振動運動（厚さ振動）が圧電体２６内に誘導され、これにより、保持エレメント１１からの基板１２のさらに改善された解放が行われ、かつ隣接する表面間に存在する付着力の簡単化された克服が行われることである。特に、正または負の極性によって負荷された区域は、図３に略図で示してあるように、それぞれ対照的であり、すなわち、これらの区域は収縮するかまたは膨張する。これにより、表面の分離がはるかに容易になる。要約すれば、圧電体２６の使用によっていわゆる「デクランピング（Declamping）」がはるかに容易になるが、汎用の静電式の「チャック」の場合には、再三再四、取外しに際して「はりついた」ウェーハの破断を招く。

図４には、さらに別の実施例を示してある。この場合、ヘリウムのようなガス状の対流媒体３０の代わりに液体が、基板１２と保持エレメント１１との間および／または保持エレメント１１と基板電極１９との間で、対流媒体３０としてまたはより一般的には熱搬送媒体３０として働く。しかも、液体がガスよりもはるかに良好に熱を伝導し、かつヘリウムよりも著しく優れてさえいることが、利用される。他方では、極めて多くの液体が、プラズマエッチング装置内の基板を冷却するために除外され、なぜならば、これらの液体は基板１２または装置を汚染するか、またはどれほど僅かな量でも、その都度実施されるエッチングプロセスに有害な影響を及ぼすからである。１つの例外がフルオロカーボン、すなわち、過フッ素化された長鎖アルカンまたはこれに類する化合物、例えば３Ｍ社によってＦＣ７７，ＦＣ８４という名称により販売されるかまたはいわゆる「パフォーマンスフルイド（Performance Fluids）」（,,ＰＦ_ＸＹＺ''）としても販売されるような化合物である。このようなフルオロカーボンは、このようなフルオロカーボンには事実上いかなる物質も溶解しないので高純度であり、絶対的に不活性であり、かつ極めて高い絶縁破壊電界強さを有している。さらに、フルオロカーボンの熱伝導能力は抜群であり、その粘性は低い。

さらに、プラズマエッチング装置内における高率エッチングのためには、通常、フッ素をベースとしたプロセスが使用される。したがってフルオロカーボンは、たとえエッチング室もしくは真空室内に到達したとしても、実施されるエッチングプロセスに干渉せず、エッチングプロセスに不利な影響を及ぼさない。

この限りでは、図４を用いて説明する実施例は、熱導出を行うためのまたは、所望される場合には、真空室内に保持された基板１２（この基板は、例えば基板１２の表側面の熱損害に晒されている）の裏面へのまたは裏面からの熱の供給をも行うための、ドイツ連邦共和国特許第４２４１０４５号明細書の形式によるプラズマエッチング方法に特に適している。

個別的には、図４を用いて説明する実施例は、まず、図２、図３または公知先行技術に基づき公知の図１による保持装置５から出発する。しかしながらこの場合、ガス状の対流媒体３０ヘリウムの代わりに、液状の対流媒体３０、有利にはフルオロカーボンが使用される。

具体的には、その都度個別の事例で生じる温度領域のために選び出されたフルオロカーボン、例えば３Ｍ社の製品ＦＣ７７が、基板電極１９の、フルオロカーボンではない場合にはヘリウムが流入させられる箇所に供給される。このために図４には、図１または図２による供給部１４を有していて、この供給部１４を介して基板電極１９の上面に液状の対流媒体が供給されるようになっている基板電極１９を示してある。基板電極１９上には保持エレメント１１が存在するので、基板電極１９と保持エレメント１１との間に、まず、第２の中間室３７が形成される。さらに、供給された液状の対流媒体３０は、例えば通路２５を通って保持エレメント１１を貫通し、保持エレメント１１と基板１２との間に存在する中空室または切欠２７の領域に侵入する。

液状の対流媒体を調達するために、図４によればまず、汎用の質量流量調整器３１が設けられている。この質量流量調整器３１に液状の対流媒体３０が供給されるようになっており、前記質量流量調整器３１は制御ユニット３６に接続している。この制御ユニット３６は、液状の対流媒体３０の流入を、一般的な調整と目標値・実際値比較とを介して制御する。基板１２が基板電極１９上もしくは保持エレメント１１上に存在する場合、質量流量調整器３１と、例えば電気制御可能な、さらに設けられた絞り弁３３とが、制御ユニット３６によって、圧力センサ３２、例えば汎用のバラトロン（Baratron）で基板１２の裏面、すなわち基板１２の、保持エレメント１１に向けられた面における液状の対流媒体３０の所望の圧力が測定されるかまたは調節されるまで開放される。この流体静力学的な圧力は、基板１２の下方で伝播する。質量流量調整器３１の開放前は基板１２の下方で真空条件が保たれているので、したがって、液状の対流媒体３０は、基板１２と保持エレメント１１との間および保持エレメント１１と基板電極１９との間の全室を即時に満たす。

液状の対流媒体３０は、有利には、基板電極１９の中心部および／または基板１２の中心部に誘導され、この場所から有利には基板１２の縁部領域における集合細溝２８を介して再び集合させられ、かつ導出部２９を介して導出される。集合細溝２８は、図４に示してあるように、有利には基板電極１９の領域においてこの基板電極１９に設けられているのと同様に、保持エレメント１１の、基板電極１２に向けられた面にも設けられている。これにより、供給部１４を介して供給された液状の対流媒体３０は、総じて、集合細溝２８を介して再び集合させられ、かつ真空ポンプ（図示せず）を介して吸い出される。既述のように、ドイツ連邦共和国特許第４２４１０４５号明細書の形式による高率エッチング方法と液状の対流媒体３０としてのフルオロカーボンとの間にはいかなる適合性問題も存在しないので、このために、装置ポンプスタンドに通じるかまたはいずれにせよ真空室のために設けられたターボ分子ポンプに通じる汎用のバイパスが使用され得る。

液状の対流媒体３０の流出は、有利には、電気式または手動式に調節可能な絞り弁３３を介して行われる。この絞り弁３３を介して、例えば０．１ｃｃｍ／ｍｉｎ〜１ｃｃｍ／ｍｉｎの僅かな流量が、基板１２の裏面における所望の圧力に応じて一度固定的に調節される。この限りでは、流入領域における質量流量調整器３１を極めて少ない最大流量に合わせて設計することでも十分であり、これにより、プロセス室内への液体侵入の問題が著しく緩和される。

総じて、液状の対流媒体３０は、有利には大気圧下にあるリザーブタンクから流出し、質量流量調整器３１を介して基板１２と基板電極１９との間の室内に流入する。この場合、制御ユニット３６は質量流量調整器３１を制御することによって、この場所で例えば５〜２０ｍｂａｒの所望の流体静力学的な圧力が常時形成されているようにするために働く。さらに、液状の対流媒体３０は、基板１２と基板電極１９との間のできるだけ全ての中間室を満たし、最後に絞り弁３３を介して再び吸い出される。この絞り弁３３には、オプションで設けられた流量測定装置３４が接続されており、この流量測定装置３４を介して対流媒体３０の流出量が測定可能であり、かつこの流出量は制御ユニット３６へ伝送され得る。

最後に、有利な実施態様では、さらに蒸発装置３５、例えば電気式の蒸発器が設けられている。蒸発装置３５は絞り弁３３もしくは流量測定装置３４に接続されていて、液状の対流媒体３０を蒸発させ、かつこの対流媒体３０をガス状の状態で、蒸発装置３５に接続されている真空ポンプに供給する。

制御ユニット３６は、有利には、誤機能を検知するためにも用いられる。すなわち、基板１２がもはや十分には保持エレメント１１上にクランプされていない（これは時折、プロセス中に起こり得る）場合に、この状態は制御ユニット３６を介して検知され、これに基づいて制御ユニット３６は、液状の対流媒体のさらなる供給を停止する。このような場合には基板電極１９と基板１２との間の熱接触がどのみち失われているので、実施されたプロセスはいずれにせよ、基板１２として使用されたシリコンウェーハの熱による過熱およびひいては破壊という事態になる前に、停止されなければならない。

確かに、液状の対流媒体３０としてのフルオロカーボンは、既述のように、ドイツ連邦共和国特許第４２４１０４５号明細書によるプラズマエッチングプロセスにとってはそれ自体無害なものであり、使用される真空装置を損傷することもない。それにもかかわらず、エッチング室内に流入するフルオロカーボンの量は、常時、できるだけ僅かに維持されるべきであろう。この目標は、制御ユニット３６が、液状の対流媒体３０の、質量流量調整器３１によって検出された供給量と、液状の対流媒体３０の、流量測定装置３４によって検出された流出量とを、常時比較することによって達成される。この比較に際して所定の許容差を上回る不一致が生じた場合、液状の対流媒体３０のさらなる供給は、制御ユニット３６を介して停止され、プロセスはエラーメッセージによって終了される。この場合、さらに、真空吸出しを介して基板１２と基板電極１９との間の中間室２７，３７が急速に空にされるようになっている。したがって、正確にはクランプされていない基板１２の後続の取外しに際して、前記中間室に液状の対流媒体３０はもはや存在しない。

液状の対流媒体３０の流出量の測定に対して択一的に、絞り弁３３を一度較正すること、およびひいては絞り弁３３の定位置において、質量流量調整器３１を介して供給したい液状の対流媒体３０の、所望の流体静力学的な圧力を時間の関数として形成するために必要とされる量を測定することも、同じく可能である。したがって、「流量の関数としての圧力」という形をとるこの値または値表は、この流入値の偏差、特に過度な上昇に際して、直ちに漏れを検知するために、かつプロセスと対流媒体３０のさらなる供給とを中断するために、制御ユニット３６によって考慮に入れられる。この他の点では、ガス状のヘリウムを対流媒体として使用する場合（この場合、ヘリウムが基板１２の静電式のクランピングを介して決して完全にはシールされ得ないので、電極領域に漏れが常時存在する）とは異なって、液体・漏れは、基板１２が正確にクランプされた状態では極めて僅かである。したがって、絞り弁３３は極めて小さい値に調節され得る。さらに、ヘリウムによる裏面冷却に際して生じるような、相応のオフセットまたは安全見込み量（Sicherheitsvorhalt）としての永続的な漏損も、制御ユニット３６によってもはや考慮に入れられる必要がない。

最後に、プロセスの停止をもたらす先述の安全装置が、基板１２の載置後の最初の数秒のうちに作動停止されなければならないのは、自明のことである。なぜならばこの初期段階では、まず、液状の対流媒体３０は、集合細溝２８を介した流出が行われ得る前に、設けられた中間室２７，３７に流入し、かつこれらの中間室２７，３７を満たさなければならないからである。これとは逆に基板１２の取出し前には、すなわち対流媒体３０の供給が停止された状態では、もはや所定の流出しか確認されない。したがって真空ポンプは、基板１２が最後に乾燥した状態で保持エレメント１１から取り上げられかつ取り外され得る前に、基板１２の下方の領域を排気する。

保持装置５の、液状の対流媒体３０の使用により生じる、高められた前記電気的絶縁破壊の強さは、さらに、誘電体の破壊が実質的に、孤立した点状の欠陥例えば局部的に減少された絶縁耐力を備えたピンホール、空洞、混在物、亀裂および溝に由来することからも結果として生じる。これらの欠陥は、局部的に誘電体の表面に存在していて、静電式の保持エレメント１１の、欠陥の無い場所では無傷の表面の最弱の点として全構成部分の機能故障を決定する。したがって、静電式の保持エレメント１１の表面の最大部分が、比較的に高い電圧または電界を十分に許容するにもかかわらず、実際に印加可能な電圧は、ほんの幾つかの点欠陥によって制限される。図４を用いて説明した実施例では、静電式の保持エレメント１１の全体が、運転時に、高い電気的絶縁破壊の強さと自己急冷特性（selbstloeschenden Eigenschaften）とを備えた液状の誘電性の対流媒体３０内に埋め込まれているので、このことによって前記のような点欠陥は埋め合わせがつく。総じて、この効果も、電気的な絶縁破壊のリスクに比べて、さらに著しく高いクランピング力と全保持装置５のより確実な運転とを生ぜしめる。

公知先行技術に基づき公知の、静電式の保持装置を示す図である。

図１に対して部分変更された静電式の保持装置を備えた、本発明の第１の実施例を示す図である。

本発明の第２の実施例を示す図である。この場合、図２において破線で示した領域だけを示してある。

本発明の第３の実施例を示す図である。この場合、真空室内に保持された基板の裏側を、液状の対流媒体を用いて冷却することを示してある。

Claims (19)

1. 保持装置、特にプラズマエッチング装置内で半導体ウェーハを位置固定するための保持装置であって、
   基板電極（１９）上に配置された保持エレメント（１１）が設けられており、
   該保持エレメント（１１）上に、基板（１２）、特に半導体ウェーハが、静電式に位置固定可能である形式のものにおいて、
   前記基板電極（１９）上に配置された、絶縁体から成る負荷体（１０）が設けられており、
   該負荷体（１０）が、前記保持エレメント（１１）を前記基板電極（１９）に押し付けるようになっており、
   この場合、前記負荷体（１０）が、該負荷体（１０）を前記基板電極（１９）に押し付けるクランピング装置（２２，２３，２４）を介して、前記基板電極（１９）を支持する基体（１７）に結合されており、
   前記負荷体（１０）と前記基体（１７）とが、前記基板電極（１９）に対して電気絶縁されており、
   前記負荷体（１０）が、部分的に前記基板電極（１９）に接触しているか、または、
   前記負荷体（１０）と前記基板電極（１９）との間で表面非平坦性が均されており、かつ良好な熱流出を保証する均等な層、特にシリコーングリース層、または過フッ素化されたグリース層が設けられている、
   ことを特徴とする保持装置。
2. 前記保持エレメント（１１）が、保持皿の形状で形成されていて、該保持エレメント（１１）の、少なくとも基板（１２）に向けられた側に、特に相応の層または被覆層の形状の、Ａｌ_２Ｏ_３のような誘電体、または強誘電体、またはジルコン酸チタン酸鉛・セラミック（ＰＺＴセラミック）のような圧電体（２６）を有しており、
   前記誘電体または強誘電体または圧電体が、前記保持エレメント（１１）を前記基板（１２）に対して電気絶縁している、請求項１記載の保持装置。
3. 電気的な構成素子が設けられており、これらの構成素子によって、強誘電体または圧電体（２６）内に存在する永久双極子が、特に一時的に配向可能であり、この結果、少なくとも配向された状態の持続時間中、保持エレメント（１１）上に配置された基板（１２）の位置固定または位置固定の強化が誘導されるようになっており、または、
   電気的な構成素子が設けられており、これらの構成素子によって、強誘電体または圧電体（２６）内に存在する永久双極子が、特に一時的に、これらの永久双極子の配向に関して調節可能であるかまたは変化可能であるかまたは統計的に平均して少なくともほぼ配向されていない状態に移行可能であり、この結果、前記永久双極子上で少なくとも前記持続時間中に、保持エレメント（１１）上に配置された基板（１２）の、保持エレメント（１１）からの引離しが、誘導されるかまたは容易にされるようになっている、請求項２記載の保持装置。
4. 前記負荷体（１０）が、開口を備えたセラミックの、特に実質的にリング状のプレートまたはパネルであり、
   保持エレメント（１１）とは反対の側の基板（１２）の表面に接近可能であるように、前記開口が前記基板（１２）よりも大きく寸法設計されていてかつ配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の保持装置。
5. 前記基板電極（１９）に特に高周波の電圧を印加する手段が設けられている、請求項１から４までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
6. 前記保持エレメント（１１）が、対流媒体、特に液状の対流媒体（３０）のための供給部（１４）に接続された少なくとも１つの通路（２５）またはガス透過性または液体透過性の領域を備えており、
   前記通路（２５）または前記領域によって、保持エレメント（１１）の、基板（１２）に向けられた表面に、対流媒体（３０）、すなわちフルオロカーボンまたは過フッ素化された長鎖アルカンのような液体（３０）またはヘリウムのようなガスが供給可能である、請求項１から５までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
7. 前記保持エレメント（１１）の、前記基板（１２）に向けられた表面が、少なくとも１つの切欠（２７）を規定している構造化部分を備えており、
   前記切欠（２７）が、前記通路（２５）またはガス透過性または液体透過性の前記領域のうちの少なくとも１つの通路または領域に接続しており、
   前記基板（１２）の裏面が、前記対流媒体（３０）によって負荷可能である、請求項１から６までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。（２３）
8. 前記基板電極（１９）が、特にプレート状の基体（１７）から、絶縁体（１８）、特に１つまたは複数のセラミックリングを介して電気絶縁されている、請求項１から７までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
9. クランピング装置（２２，２３，２４）が、特に金属のクランピングリング（２２）を有しており、
   該クランピングリング（２２）が、少なくとも１つの特に金属の固定エレメント（２３）および少なくとも１つの特に金属の結合エレメント（２４）を介して、前記基体（１７）に導電接続されている、請求項１から８までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
10. 前記基体（１７）または前記クランピング装置（２２，２３，２４）が、接地されている、請求項１から９までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
11. 前記基板（１２）と前記保持エレメント（１１）との間で、または前記保持エレメント（１１）と前記基板電極（１９）との間でクランピング電圧が印加可能であるようになっている構成部材が設けられており、
    前記クランピング電圧が、前記保持エレメント（１１）における前記基板（１２）の静電式の位置固定を行う、請求項１から１０までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
12. 前記クランピングリング（２２）が、特に表面的に陽極酸化されたアルミニウムリングである、請求項１から１１までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
13. 装置（３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６）が設けられており、
    該装置（３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６）によって、液状またはガス状の対流媒体（３０）が、少なくとも１つの供給部（１４）を介して、保持エレメント（１１）と該保持エレメント（１１）上に配置された基板（１２）とによって少なくとも部分的に両者間に形成された第１の中間室（２７）内に供給可能であり、かつこの場所から、少なくとも１つの導出部（２９）を介して再び導出可能である、請求項１記載の保持装置。
14. 前記装置（３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６）が、電気式に調節可能な絞り弁または質量流量調整器（３１）、圧力センサ（３２）、電子式の制御ユニット（３６）および蒸発装置（３５）、並びに手動式に調節可能な絞り弁（３３）または流量測定装置（３４）を有している、請求項１から１３までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
15. 基板電極（１９）が、特にその中央または該中央の周囲で基板電極（１９）を貫通横断する１つまたは複数の供給部（１４）を有しており、
    該供給部（１４）によって、対流媒体（３０）が、保持エレメント（１１）と基板電極（１９）との間の、前記通路（２５）またはガス透過性または液体透過性の前記領域の少なくとも一部に接続されている第２の中間室（３７）に供給可能であり、
    基板電極（１９）が、特に基板電極の中央からできるだけ遠く離れていて基板電極を貫通横断する１つまたは複数の導出部（２９）を有しており、
    該導出部（２９）によって、対流媒体（３０）が第２の中間室（３７）から導出可能である、請求項１から１４までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
16. 導出部（２９）が、基板電極（１９）の、保持エレメント（１１）に向けられた表面の領域で、特に基板電極（１９）に組み込まれた、対流媒体（３０）のための集合細溝（２８）に接続しており、
    該集合細溝（２８）が、前記通路（２５）またはガス透過性または液体透過性の前記領域の少なくとも一部に、または第２の中間室（３７）に接続されている、請求項１から１５までの少なくともいずれか１項記載の保持装置。
17. 前記通路（２５）またはガス透過性または液体透過性の前記領域のうちの少なくとも１つの通路または領域が、基板（１２）と保持エレメント（１１）との間に存在する少なくとも１つの第１の中間室（２７）を、保持エレメント（１１）と基板電極（１９）との間に存在する少なくとも１つの第２の中間室（３７）に接続する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の保持装置。
18. 真空室内に保持された基板（１２）の裏側から熱を供給または導出するための方法であって、
    この場合、熱が特にプラズマエッチングによって基板（１２）の表側面にもたらされるようになっている方式のものにおいて、
    基板（１２）を、請求項１から１７までのいずれか１項記載の保持装置（５）によって、真空室内に保持し、基板（１２）の裏面を、液状の対流媒体（３０）によって負荷する、
    ことを特徴とする、真空室内に保持された基板の裏側から熱を供給または導出するための方法。
19. 前記液状の対流媒体（３０）は、フルオロカーボンである、請求項１８記載の方法。

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