KR20040053310A - 플라스마 에칭 장치에 반도체 웨이퍼를 고정하기 위한고정 장치 및 기판에 열을 공급하거나 또는 상기기판으로부터 열을 방출하기 위한 방법 - Google Patents

플라스마 에칭 장치에 반도체 웨이퍼를 고정하기 위한고정 장치 및 기판에 열을 공급하거나 또는 상기기판으로부터 열을 방출하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고정 장치에 관한 것이고, 기판 전극(19)에 고정 부재(11)가 배치되고, 상기 고정 부재에는 기판(12)이 정전 고정된다. 제 1 실시예에서 로드 바디(10)가 기판 전극(19)에 제공되고, 상기 로드 바디는 고정 부재(11)를 기판 전극으로 가압하고, 로드 바디(10)는 고정 부재를 기판 전극(19)으로 가압하는 클램핑 장치(22, 23, 24)를 통해, 기판 전극(19)을 지지하는 베이스 바디(17)에 연결되고, 로드 바디(10) 및 베이스 바디(17)는 기판 전극(19)에 대해 전기 절연된다. 제 2 실시예에서 기판(12)을 향한 고정 부재(11)의 측면은 전기 절연 강유전체 또는 압전 유전체(26)를 포함한다. 제 3 실시예는 장치(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36)를 제공하고, 상기 장치에 의해 유체 대류 매체(30)는 고정 부재(11) 및 기판(19)에 의해 형성된 중간 챔버(27)로 공급될 수 있고 또는 거기서부터 다시 배출될 수 있다. 마지막으로 전면으로부터 열이 제공된 기판(12)의 열을 후면에 공급하거나 또는 상기 후면으로부터 방출하기 위한 방법이 제시되고, 상기 기판은 제안된 고정 장치(5)에 의해 고정된다.

Description

플라스마 에칭 장치에 반도체 웨이퍼를 고정하기 위한 고정 장치 및 기판에 열을 공급하거나 또는 상기 기판으로부터 열을 방출하기 위한 방법{Retaining device, especially for fixing a semiconductor wafer in a plasma etching device, and method for supply heat to or discharging heat from a substrate}
예컨대 DE 42 41 045 C1의 방식에 따른 실리콘 기판의 이방성 고율 에칭시 기판의 후면으로부터 기판의 냉각이 요구되는데, 그 이유는 웨이퍼 표면에 대한 빔, 전극 및 이온의 작용 및 발생하는 작용열에 의해 열이 플라스마로부터 상당히 광범위하게 상기 기판에 유입되기 때문이다. 상기 열이 제어되지 않고 방출되면, 기판은 가열되고 에칭 결과는 상당히 불량해진다.
US 6, 267, 839 B1, US 5, 671, 116, EP 840 434 A2 또는 JP-11330056 A에 소위 정전 "척(Chuks)", 즉 고정 장치가 공지되어 있고, 상기 고정 장치에 의해 반도체 웨이퍼, 특히 실리콘 웨이퍼가 예컨대 플라스마 에칭 장치에서 기판 전극에정전 고정될 수 있다. 선행 기술에 공지된 추가 고정 장치는 정전 "척"의 형태로 도 1에 도시된다. 상기 실시예는 현재 다수의 플라스마 에칭 장치에서 나타나며 선행 기술에 있어서 전형적이다.
이 경우 상세하게 말하자면, 예컨대 고주파 전압이 제공되는 기판 전극이 세라믹 절연체 및 적합한 클램핑 장치에 의해 접지된 베이스 플레이트에 클램핑되고, O-링은 진공 밀도를 보장함으로써, 에칭될 기판이 진공에 노출될 수 있다. 또한 기판 전극이 내부에서 냉각제, 예컨대 탈이온수, 메탄올 또는 다른 알콜, 플루오르 카본 또는 실리콘에 의해 관류된다. 바람직한 클램핑력을 그 위에 배치된 웨이퍼에 가하기 위해, 기판 전극에는 그 위에 놓인 웨이퍼 또는 기판의 정전 클램핑용 "척"이 자동으로 배치되고, 상기 척에는 통상적인 고전압 실행을 통해 고전압이 제공된다. 마지막으로 도 1에 따른 선행 기술에서, 기판에 의해 커버되지 않은 "척" 및 둘러싸는 기판 전극 표면의 표면이 기판 전극 위에 놓인 세라믹 플레이트에 의해 커버되어, 그 위에 놓인 또는 발생된 플라스마가 기판 전극의 금속면에 제공되는 것이 방지되고, 이것은 금속의 스퍼터링 및 바람직하지 않은 플라스마로의 전류 흐름을 야기할 수 있다.
놓여있는 웨이퍼의 하부측으로부터 정전 "척" 또는 기판 전극으로의 열흐름은 결국 헬륨 쿠션을 보장하는데, 즉 웨이퍼 하부측과 "척" 사이 그리고 "척"과 기판 전극 표면 사이에 적합하게 형성된 중간 챔버가 제공되고, 상기 중간 챔버는 압력이 수 mbar 내지 최대 대략 20 mbar 일 경우 헬륨으로 충전된다.
웨이퍼의 정전 클램핑 또는 고정에 대해 대안적으로 선행 기술에서는 기계적클램핑 장치도 공지되어 있고, 상기 기계적 클램핑 장치는 웨이퍼를 기판 전극으로 가압하여 웨이퍼의 후면에 대류 매체로서 헬륨이 공급되도록 한다. 그러나 기계적 클램핑은 많은 단점을 가지고 있고, 무엇보다 바람직한 평탄한 웨이퍼 클램핑을 보장하는 정전 "척"으로 대체된다.
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 특히 플라스마 에칭 장치에 반도체 웨이퍼를 고정하기 위한 고정 장치 및 상기 고정 장치에 의해 진공 챔버에 고정된 기판의 후면에 열을 공급하거나 또는 상기 후면으로부터 방출하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 선행 기술에 공지된 정전 고정 장치이고,
도 2는 도 1에 비해 변형된 정전 고정 장치를 포함하는 본 발명의 제 1 실시예이고,
도 3은 도 2에 점선으로 표시된 영역만 도시된 본 발명의 제 2 실시예이고,
도 4는 유체 대류 매체에 의한, 진공 챔버에 고정된 기판의 후면의 냉각이 도시된 본 발명의 제 3 실시예를 도시한다.
본 발명에 따른 고정 장치 및 진공 챔버에 고정된 기판의 후면에 열을 공급하거나 또는 상기 후면으로부터 방출하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 웨이퍼와 그 아래 위치하는 "척" 또는 기판 전극과의 현저하게 개선된 열적 결합이 달성되고, 기판의 후면에 열을 공급하거나 또는 상기 후면으로부터 방출하는 것이 더 신뢰할만하고, 균일하고 효과적으로 이루어지는 장점을 가진다.
특히 통상적인 플라스마 고율 에칭 방법과 결합하여, 웨이퍼의 주변 그리고 특히 도 1에 따라 놓여진 세라믹 플레이트의 온도는 프로세스 결과와 관련하여 중요 역할을 하고, 상기 세라믹 플레이트는 에칭된 웨이퍼와 직접 연결되지는 않는다.
따라서 지금까지 사용된, 단독으로 놓여진 세라믹 플레이트는 웨이퍼의 중간부터 웨이퍼 에지까지의 에칭의 상당한 불균일성 및 특히 웨이퍼 에지 영역의 에칭율의 과도한 상승을 야기하고, 이는 세라믹 플레이트로부터 기판 전극으로의 불충분하고 및/또는 불균일한 열 방출을 의미하며, 상기 열 방출은 플레이트의 주변, 즉 웨이퍼 에지 영역에서도 가열되고 손상된 효과를 발생시킨다. 이러한 단점들은 본 발명에 따른 고정 장치에 의해 극복된다.
또한 도 1에 도시된 구조에서의 단점으로서, 대류 매체로서 헬륨은 비교적 제한된 열 전도만을 실행할 수 있고, 상기 열 전도는 더 큰 가스 압력에 의해서만 상승될 수 있다는 것이다. 그러나 여기서 통상적인 정전 "척"의 정전 고정력은 10 mbar 내지 20 mbar의 상한치를 조정한다. 또한 웨이퍼 에지의 영역에서 대안적인 기계적 웨이퍼 클램핑은 만족할만한 해결책을 제공하지 못하는데, 그 이유는 20 mbar 이상의 압력으로 인해, 웨이퍼가 이로 인해 여기에 가해진 힘을 받으면 파괴될 수 있기 때문이다. 이러한 단점은 무엇보다 본 발명에 따른 실시예에 사용된 전기 절연 강유전체 또는 압전 유전체에 의해 극복되고, 이들에 의해 상당히 높은 정전 클램핑력이 웨이퍼에 가해질 수 있고, 이들은 대류 매체, 특히 헬륨의 압력을 20 mbar 이상으로 상승시킬 수 있다.
또한 지금까지 통상적인 정전 "척"에 의해 달성될 수 있는 정전 고정력은, "척"에서 사용된 유전체의 파열 강도에 의해 제한되기 때문에 불충분하다. 이러한 점에서 클램핑 전압은 지금까지 1000 V 내지 2000 V 사이의 범위로 제한되었다. 전압이 더 높을 경우, 파열 위험이 상당히 증가할 뿐만 아니라, 사용된 유전체의 수명도 감소된다. 파열 위험과 함께 상당한 EMV-위험이 발생하고(EMV = elektomagnetische Vertraeglichkeit(electro magnetic compatibility)전자기 적합성), 상기 EMV-위험을 통해 플라스마 에칭 장치의 전자 장치에 손상이 생긴다. 이러한 문제점은 본 발명에 따른 고정 장치에 의해 상당히 무마된다.
또한 한편으로는 개선되고 균일한 기판의 후면으로부터의 열 방출 및 에칭된 기판의 주변에서 균일한 열 분할을 겨냥하고, 그리고 다른 한편으로는 정전 클램핑력의 상승 및 고정 장치에 의한 웨이퍼의 간단한 고정 또는 분리를 위해 사용되는 상이한 본 발명에 따른 고정 장치가 임의로 서로 조합될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 개선예는 종속항에 제시된 조치로부터 제시된다.
본 발명은 도면에 의해 그리고 하기의 설명부에 더 자세히 설명된다.
도 1은 우선 선행 기술에 공지된 정전 "척"을 설명하고, 즉 기판(12)용 정전 고정 장치, 예컨대 통상적인 실리콘 웨이퍼이다. 기판(12) 하부에는 상기 고정식 고정 부재(11), 예컨대 고정 플레이트 형태로 구현된 정전 "척"이 제공된다. 또한 고정 부재(11)는 금속 기판 전극(19)에 놓이고, 상기 금속 기판 전극은 바람직하게 세라믹 절연체(18)를 통해 베이스 바디 또는 지지 바디(17)에 연결되고, 상기 베이스 바디 또는 지지 바디도 마찬가지로 금속으로 이루어진다. 진공 밀도를 보장하기 위해, 절연체(18)와 기판 전극(19) 사이 또는 절연체(18)와 베이스 바디(17) 사이에 밀봉부(21), 예컨대 고무로 이루어진 O-링이 제공된다.
또한 도 1에는, 베이스 바디(17)가 금속 홀더(20)를 통해 기판 전극(19)에 연결되고, 홀더(20)와 기판 전극(19) 사이에 마찬가지로 바람직한 세라믹 절연체(18)가 제공됨으로써, 베이스 바디(17)는 전체적으로 기판 전극(19)에 대해 전기 절연되는 것이 도시된다. 또한 기판 전극(19)에 세라믹 플레이트가 로드 바디(10)로서 높이고, 상기 로드 바디는 그 중간에 예컨대 기판보다 더 큰 원형 개구를 가지도록 형성되고, 또한 상기 로드 바디는 돌출 부분(10') 또는 "노우즈"에 의해, 상기 돌출 부분이 고정 부재(11)를 그의 중량으로 기판 전극(19)에 가압하도록 형성된다. 이러한 방법으로 기판(12)을 커버하지 않고도 로드 바디(10)는 고정 부재(11)에 부하를 가함으로써, 상기 기판은 상부로부터 예컨대 플라스마 에칭에 접근된다.
도 1에 따른 베이스 바디(17)가 접지되는 반면에, 기판 전극(19)은 공지된 방식으로 고압 공급부(15)에 연결되고, 상기 고압 공급부를 통해 기판 전극에 고주파 전력이 제공될 수 있다. 또한 기판 전극(19)은 이에 대해 전기 절연된 통과부, 예컨대 세라믹 통과부를 포함함으로써, 클램핑 전압 공급부(16)를 통해 고정 부재(11)에는 예컨대 1000 V 내지 2000 V의 전기 정전압이 제공될 수 있다. 이 경우 기판 전극(19)이 상기 전압에 대해 절연됨으로써, 상기 전압은 고정 부재(11)에만 인가되고, 거기서 정전 클램핑을 통해 또는 클램핑 전압 공급부(16)를 통해 유도된 정전력을 통해 고정 부재(11)에 대한 기판(12)의 클램핑 또는 고정을 야기한다. 동시에 고정 부재(11)는 이런 정전력에 의해서도 그의 하부측으로부터 출발하여 기판 전극(19)에 대해 클램핑된다.
마지막으로 도 1에서는, 공급부(14)를 통해 기판 전극(19)을 향한 고정 부재(11)의 측면에 대류 매체(30)로서 기체 헬륨이 공급될 수 있고, 상기 헬륨은 고정 부재(11) 내에 제공된 채널(25)을 통해 고정 부재(11)와 기판(12) 사이의 영역에도 확산될 수 있다. 대류 매체(30)는 기판 전극(19)과 고정 부재(11) 사이의 영역으로부터 그리고 고정 부재(11)와 기판(12) 의 후면 사이의 영역으로부터의 열방출을 위해 사용된다. 이에 상응하도록 고정 플레이트(11)는 그의 상부측 및 하부측에 바람직하게 공지된 방식으로 상응하게 구조화된 고정면(13)을 가진다.
도 2는 고정 장치(5)에 대한 본 발명의 제 1 실시예를 도시하고, 상기 고정 장치는 도 1에 따른 고정 장치와 유사하게 형성되지만, 상기 고정 장치에서 무엇보다 도 1에 도시된 세라믹 로드 바디의 열적 "플로우팅"은 기판(12)을 중심으로 제거된다.
도 2에 따라 상세하게, 알루미늄 링 또는 양극처리(anodizing) 링 또는 일반적으로 바람직하게 클램핑 링 형태로 구현된 클램핑 장치(22)에 의해 로드 바디(10)가 접지된 베이스 바디(17)에 고정 연결되고, 따라서 기판 전극(19)의 표면에 대해 가압된다. 이 경우 클램핑 장치(22) 및 베이스 바디(17)와 클램핑 장치(22)와의 연결은 고정 부재(23) 및 연결 부재(24)를 통해, 세라믹 또는 석영 유리와 같은 절연체로 이루어진 로드 바디(10) 및 베이스 바디(17)가 기판 전극(19)에 대해 전기 절연되도록 구현된다. 고정 부재(23)는 상기 실시예에서 나사인 반면에, 연결 부재(24)는 예컨대 부시, 바아 또는 마찬가지로 나사이다. 클램핑 링을 클램핑 장치(22)로서 사용하여 바람직하게 로드 바디(10)에 매우 균일한클램핑력이 가해짐으로써, 전단 또는 분열의 위험이 제거된다.
전체적으로 도 2에 따른 고정 장치(5)에 의해 기판 전극(19)의 온도에 대한 로드 바디(10)의 개선된 열적 결합이 달성되고, 이것은 무엇보다 기판(12)의 에지 영역에서, 예컨대 DE 42 41 045 C1의 방식에 따른 고율 플라스마 에칭 프로세스의 특성을 현저하게 개선시킨다. 또한 가열된 장치 상태와 냉각된 장치 상태 사이의 바람직하지 않은 프로세스 드리프트도 방지되거나 또는 감소되고, 상기 바람직하지 않은 프로세스 드리프트는 실질적으로, 예컨대 세라믹 플레이트로서 구현된 로드 바디(10)의 가열에 의해 직접 기판(12)을 중심으로 나타난다.
상기 실시예의 바람직한 형태에서 로드 바디(10)와 기판 전극(19)의 표면 사이에 추가로 표면의 울퉁불퉁함을 보상하고 및/또는 균일한, 가급적 양호한 열 방출을 보장하는 층, 바람직하게는 실리콘 그리스층 또는 크리톡스®-그리스 또는 폼블린®-그리스(Krytox®또는 Fomblin®)와 같은 퍼플루오르화된 그리스로 이루어진 그리스층이 제공된다.
일반적으로, 바람직한 클램핑이 접지된 베이스 바디(17)를 통해 그리고 고주파 전력이 제공되는 기판 전극(19)을 통하지 않고 자동으로 이루어지는 것이 중요한데, 그 이유는 이러한 경우 고주파가 클램핑 장치(22)에 제공되기 때문이고, 이것은 플라스마 에칭 프로세스에 부정적인 영향을 미치며 또한 스퍼터링 효과를 야기한다. 이러한 점에서 도 2에 따른 본 발명에 따른 실시예의 경우 전기적인 이유로 인해, 베이스 바디(17)를 통해 접지된 클램핑 링(22)이 기판(12)을 중심으로 진행하고 도전되는 것이 바람직하다.
도 3은 도 2에 점선으로 도시된 도 2의 섹션을 도시하고, 우선 도 2에 따른 고정 부재(11)가 바람직하게 다수의, 예컨대 6 개 내지 8 개의, 이것에 의해 관통하는 채널(25)을 포함하고, 상기 채널은 기판 전극(18)을 향한 고정 부재(11)의 측면으로부터 기판(12)을 향한 고정 부재(11)의 측면으로 안내되는 것을 알 수 있다. 채널(25)을 통해 공급부(14)에 의해 공급된 대류 매체가 기판(12)의 하부 영역에 도달할 수 있다. 또한 고정 부재(11)는 기판(12)을 향한 측면에서 공지된 방식으로 구조화된 고정면(13)을 포함하고, 상기 고정면은 도 2에 따른 실시예에서 우선 Al2O3과 같은 유전체로 형성된다. 구조화된 고정면(13)에 의해 기판(12)의 하부측은 예컨대 유전체 물질에 의해 지지되는 반면, 다른 영역에서는 중공실(27)이 형성되고, 상기 중공실은 기판(12)에 의해 고정 부재(11)의 표면에 제공된 리세스 내에서 제한된다.
중공실(27)은 적어도 부분적으로 채널(25)에 연결됨으로써, 대류 매체, 예컨대 헬륨이 이 안으로 침투할 수 있다. 또한 도 3에서는, 클램핑 전압 공급부(16)가 고정 부재(11)의 표면의 주변까지 도달하고, 거기서 전기 정전압이 인가되고, 상기 전기 정전압은 고정 부재(11)에 대한 기판의 정전 고정을 야기한다. 채널(25)의 구조 및 그의 형성 그리고 고정 바디(11)를 통과하는 통과부는 예컨대 선행 기술에서 공지된 정전 "척"과 같이 구현된다.
마찬가지로 도 3에 의해 설명되는 제 2 실시예에서, 상기 실시예에 대해 대안적으로 기판(12)을 향한 고정 부재(11)의 측면에 제공된 유전체(Al2O3)가 강유전 물질 또는 바람직하게 납-지르코늄-티탄산염-세라믹(PZT-세라믹)과 같은 압전 물질(26)로 대체되고, 상기 물질은 Al2O3대신 유전체로서 사용된다. 이 경우 장점으로서, 압전 유전체(26) 또는 대안적으로 사용될 수 있는 강유전체에 이미 존재하는 영구 쌍극자가 클램핑 전압 공급부(16)를 통해 인가된 전기 자계 또는 그 위에 인가된 전기 정전압에 의해 정렬되고, 따라서 상기 전기 자계가 분극화됨으로써, 기판(12)에 가해지는 정전 클램핑력이 Al2O3와 같은 유전체의 경우보다 훨씬 더 커진다.
따라서 분극화는 클램핑 전압 공급부(16)를 통해 인가된 외부 전기 자계를 지지하고, 고정 부재(11)에 대한 기판의 고정을 강화시킴으로써, 전기 고정 전압이 동일한 경우 기판(12)에 더 높은 고정력이 가해질 수 있다.
도 3에 따른 실시예의 바람직한 개선예에서 상승된 정전 고정력은, 대류 매체인 헬륨의 압력을 상승시키고, 따라서 기판(12)의 후면으로부터 기판 전극(19)으로의 열 방출을 확실히 개선시킨다. 특히 그렇지 않은 경우 통상적인 공급된, 10 내지 20 mbar의 헬륨 압력 대신에 50 mbar 내지 300 mbar, 특히 100 mbar 내지 200 mbar 의 압력이 사용되고, 이는 수배로 개선된 열전도를 야기한다. 따라서 기판(12)을 향한 고정 부재(11)의 측면에 있는 압전 유전체(26) 또는 강유전체의 중요한 장점은 우선 상승된 고정력 자체가 아니라, 무엇보다 이로 인해 가능한 고정 부재(11)와 기판(12) 사이의 중공실(27)의 영역에서의 대류 매체(30)의 높은 압력이다.
또한 압전체 또는 강유전체의 사용에 의해, 유도된 정전 고정력이 외부 전기 자계의 차단에 의해 또는 인가된 전압의 차단에 의해 사라지지 않는데, 그 이유는 존재하는, 우선 정렬된 쌍극자가 적어도 광범위하게 전압이 없는 또는 자계가 없는 상태로 유지되기 때문이다. 따라서 본 실시예의 범위에서는 기판(12)을 고정 부재(11)로부터 분리하기 위해 외부 자계 또는 외부로부터 인가된 전압을 간단하게 차단하는 것은 더 이상 충족되지 않는다. 오히려 고정 부재(11)로부터 기판(12)을 내려놓거나 또는 분리할 경우 소위 "탈분극 사이클(depolarizationscycle)"이 교류 전압의 사용시 사용되어야 한고, 상기 교류 전압의 진폭은 예컨대 천천히 출발값으로부터 0으로 되돌아간다. 이 경우 쌍극자 모멘트의 방향이 광범위하게 사라지고, 즉 상기 방향은 이후에 혼란스러운 방향 분할로 존재한다. 이러한 공지된 방법은 물질의 탈자기화시 통상적이고, 여기서 더 큰 힘을 들이지 않고 기판(12)을 다시 고정부재(11)로부터 분리할 수 있기 위해 필요하다. 또한 여기서는, 압전 유전체(26)가 유전체로서 사용됨으로써 그리고 상기 탈분극 사이클에 의해, 압전 효과를 통해 바람직한 진동 운동(무게 진동)이 압전 유전체(26)로 유도되고, 이로 인해 기판(12)이 고정 부재(11)로부터 더 잘 분리되고, 인접한 표면 사이에 존재하는 접착력이 간단하게 극복된다. 특히 도 3에 도시된 바와 같이, 포지티브 또는 네가티브 극성이 제공되는 존(zone)은 각각 대립 상태에 있고, 즉 상기 존은 수축하거나 또는 팽창하고, 이것은 표면의 분리를 더 용이하게 한다. 요약하자면, 압전 유전체(26)의 사용에 의해 소위 "디클램핑(declamping)"이 매우 용이해지는데,이로 인해 통상적인 정전 "척"에서 분리시 "접착된" 웨이퍼가 다시 분리된다.
도 4는 추가 실시예를 도시하고, 이제 헬륨과 같은 기체 대류 매체(30) 대신에 유체가 대류 매체(30)로서 또는 일반적으로 기판(12)과 고정 부재(11) 및/또는 고정 부재(11)와 기판 전극(19) 사이의 열 운송제(30)로서 사용된다. 이 경우 유체는 열을 가스보다 더 잘 전도하고, 그 자체가 헬륨을 훨씬 더 능가하는 것이 이용된다. 다른 한편으로는 매우 많은 유체가 기판의 냉각을 위해 플라스마 에칭 장치에 증착하는데, 그 이유는 상기 유체가 기판(12) 또는 장치를 오염시키거나 또는 그 자체가 가장 적은 양으로, 실행되는 각 에칭 프로세스에 유해한 영향을 가하기 때문이다. 예외적으로 플루오르카본이 형성되고, 즉 퍼플루오르화된 장쇄 알칸 또는 유사한 결합물이 형성되고, 이는 예컨대 3M사에서 FC77, FC84 또는 소위 "퍼포먼스 플루이드(Performance Fluids)"("PFXYZ")로 판매된다. 이러한 플루오르카본은 고순도인데, 그 이유는 그 안에 실제로 어떤 물질도 용해되어 있지 않기 때문이고 완전히 불활성화되어 매우 높은 전기 파열 자계 강도를 가진다. 또한 플루오르카본의 열전도력은 우수하며 그의 점도는 낮다.
또한 고율 에칭을 위해 플라스마 에칭 장치에서 일반적으로 플루오르가 기본이 되는 프로세스가 사용됨으로써, 플루오르카본이 에칭 챔버 또는 진공 챔버에 도달할 때, 상기 플루오르카본 자체는 실행된 에칭 프로세스에 결합되지 않음으로 에칭 프로세스에 나쁜 작용을 하지 않는다.
이러한 점에서 도 4에 의해 설명된 실시예는 특히 DE 42 41 045 C1의 방식에따른 플라스마 에칭 방법에 있어 적합함으로, 열 방출 또는 원하는 경우 진공 챔버에 고정된 기판(12)의 후면으로 또는 후면으로부터의 열 공급이 보장되고, 상기 기판은 예컨대 그 전면의 열 입사에 노출된다.
상세하게 말하자면, 도 4에 의해 설명된 실시예는 우선 도 2, 도 3 또는 선행 기술에 공지된 도 1에 따른 고정 장치(5)로부터 출발하지만, 이제 가스 형태의 대류 매체(30)인 헬륨 대신에 유체 대류 매체, 바람직하게 플루오르카본이 사용된다.
구체적으로 각각 개별 경우에 나타나는 온도 범위용으로 선택된 플루오르카본, 예컨대 3M사의 생산물 FC77은 여기서 기판 전극(19)에 공급되고, 그렇지 않은 경우 헬륨이 유입된다. 또한 도 4에는 기판 전극(19)이 도시되고, 상기 기판 전극은 도 1 또는 2에 따른 공급부(14)를 포함하고, 상기 공급부를 통해 기판 전극(19)의 상부측에 유체 대류 매체가 공급된다. 기판 전극(19)에 고정 부재(11)가 위치하면, 기판 전극과 고정 부재(11) 사이에 우선 제 2 중간 챔버(37)가 형성된다. 또한 공급된 유체 대류 매체(30)는 예컨대 채널(25)을 통해 고정 부재(11)를 통과하여 중공실 영역 또는 리세스(27)로 확산되고, 상기 리세스는 고정 부재(11)와 기판(12) 사이에 제공된다.
유체 대류 매체를 제공하기 위해 도 4에 따라 우선 통상적인 질량 흐름 조절기(31)가 제공되고, 상기 질량 흐름 조절기에 유체 대류 매체(30)가 제공되고, 상기 질량 흐름 조절기는 제어 유닛(36)에 연결된다. 통상적인 조절 및 설정값/실제값을 비교하여 제어 유닛(36)은 유체 대류 매체(30)의 흐름을 제어한다. 기판(12)이 기판 전극(19) 또는 고정 부재(11) 상에 제공되면, 질량 흐름 조절기(31) 및 추가로 제공된, 예컨대 전기 제어 가능한 스로틀 밸브(33)가 제어 유닛(36)에 의해 크게 개방됨으로써, 압력 센서(32), 예컨대 통상적인 바라트론에서는, 기판(12)의 후면, 즉 고정 부재(11)로 향한 기판(12)의 측면에서 유체 대류 매체(30)의 바람직한 압력이 측정되거나 또는 조정된다. 이러한 정유압은 기판(12) 하부에 유포된다. 질량 흐름 조절기(31)의 개방 이전에 기판(12) 하부에는 진공 조건이 제공되기 때문에, 유체 대류 매체(30)는 기판(12)과 고정 부재(11) 사이 그리고 고정 부재(11)와 기판 전극(19) 사이의 전체 챔버를 즉시 채운다.
유체 대류 매체(30)는 바람직하게 기판 전극(19)의 중심 및/또는 기판(12)의 중심으로 안내되고, 거기서부터 바람직하게 콜렉팅 파이프(28)를 통해 기판(12)의 에지 영역에 다시 축적되고, 배출구(29)를 통해 배출된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 콜렉팅 파이프(28)는 바람직하게 기판 전극(19)의 영역에서 상기 기판 전극으로 유입되고, 기판(12)을 향한 고정 부재(11)의 측면으로도 유입된다. 전체적으로 이러한 방식으로 공급부(14)를 통해 공급된 유체 대류 매체(30)가 콜렉팅 파이프(28)를 통해 다시 축적되고 도시되지 않은 진공 펌프를 통해 흡인된다. 구현된 바와 같이, DE 42 41 045 C1 의 방식에 따른 고율 에칭 방법과 유체 대류 매체(30)로서 플루오르카본 사이의 적합성 문제가 발생하지 않기 때문에, 이를 위해 장치 펌핑 스테이션 또는 진공 챔버용으로 제공된 터보 분자 펌프에 대한 통상적인 바이패스가 사용될 수 있다.
유체 대류 매체(30)의 배출은 바람직하게 전기 또는 매뉴얼로 조정될 수 있는 스로틀(33)을 통해 이루어지고, 상기 스로틀을 통해 예컨대 0.1 ccm/min 내지 1 ccm/min 의 적은 양의 흐름이 기판(12)의 후면의 바람직한 압력에 상응하도록 한번만 고정적으로 조정된다. 이러한 점에서 질량 흐름 조절기(31)를 흐름 영역에서 매우 작은 최대 흐름으로 설계하는 것이 바람직하고, 이는 유체가 프로세스 챔버로 범람하는 문제를 현저하게 무마시킨다.
전체적으로 유체 대류 매체(30)는 바람직하게 대기압 하에 있는 저장 탱크로부터 질량 흐름 조절기(31)를 통해 기판(12)과 기판 전극(19) 사이의 챔버로 흐르고, 제어 유닛(36)은 질량 흐름 조절기(31)의 제어에 의해, 거기서 지속적으로 예컨대 5 내지 20 mbar의 바람직한 정유압이 제공되도록 한다. 또한 유체 대류 매체(30)는 가급적 기판(12)과 기판 전극(19) 사이의 전체 중간 챔버를 완전히 채우고, 마지막으로 스로틀 밸브(33)를 통해 다시 흡인되고, 상기 스로틀 밸브에는 선택적으로 제공된 흐름 측정 장치(34)가 연결되고, 상기 흐름 측정 장치를 통해 배출되는 대류 매체(30)의 양이 결정될 수 있고, 제어 유닛(36)으로 전달될 수 있다.
마지막으로 바람직한 실시예에서 여전히 증발 장치(35), 예컨대 전기 증발기가 제공되고, 상기 증발 장치는 스로틀 밸브(33) 또는 흐름 측정 장치(34)에 연결되고, 상기 증발 장치는 유체 대류 매체(30)를 증발시켜서 기체 상태로 여기에 연결된 진공 펌프에 공급한다.
제어 유닛(36)은 바람직하게, 에러 기능을 검출하는데 사용되고, 즉 가끔 프로세스 동안 일어날 수 있는, 기판(12)이 더 이상 충분히 고정 부재(11)에 고정되지 않을 경우 이러한 상태가 제어 유닛(36)을 통해 검출되고, 상기 제어 유닛은 유체 대류 매체의 추가 공급을 중단시킨다. 이러한 경우 기판 전극(12)과 기판(12) 사이의 열 접촉이 상실되기 때문에, 열적 과열 및 기판(12)으로서 사용된 실리콘 웨이퍼의 파괴 이전에, 실행된 프로세스는 각 경우에 중지되어야 한다.
이미 실행된 바와 같이, 플루오르카본이 유체 대류 매체(30)로서 DE 42 41 045 C1에 따른 플라스마 에칭 프로세스용으로 무해하며 사용된 진공 장치도 손상시키지 않기는 하지만, 그럼에도 불구하7고 에칭 챔버에 유입되는 플루오르카본의 양은 지속적으로 가급적 적게 유지되어야 한다. 이러한 목적은, 제어 유닛(36)이 질량 흐름 조절기(31)에 의해 검출된 유체 대류 매체(30)의 공급량과 흐름 측정 장치(34)에 의해 검출된 유체 대류 매체(30)의 배출량을 계속 비교함으로써 달성된다. 이러한 비교시 소정의 공차를 넘어서는 차이가 발생하면, 유체 대류 매체(30)의 공급이 제어 유닛(36)을 통해 중지되고 프로세스는 에러 메시지에 의해 종결된다. 또한 진공 흡인을 통해 기판(12)과 기판 전극(19) 사이의 중간 챔버(27, 37)가 신속하게 비워짐으로써, 적절하게 고정되지 않은 기판(12)이 이후에 분리될 경우 유체 대류 매체(30)는 더 이상 제공되지 않는다.
유체 대류 매체(30)의 배출양의 측정에 대해 대안적으로, 스로틀 밸브(33)를 한번 보정할 수 있고, 따라서 스로틀 밸브(33)가 고정적으로 위치할 경우 질량 흐름 조절기(31)를 통해 공급되는 유체 대류 매체(30)의 양을 결정할 수 있고, 상기 유체 대류 매체 양은 시간의 함수로서 바람직한 정유압을 형성하기 위해 필요하다. "흐름의 함수로서 압력" 형태의 이러한 값 또는 값 테이블은 제어 유닛(36)에 의해사용되어, 상기 공급값의 편차시, 특히 증가시, 즉시 누출이 검출되고, 프로세스 및 대류 매체(30)의 추가 공급이 중단된다. 또한 기체 헬륨을 대류 매체로서 사용할 때와는 달리, 전극 영역에서 지속적으로 누설이 존재하는 곳에서, 헬륨은 기판(12)의 정전 클램핑을 통해 한번도 완전히 밀봉될 수 없기 때문에, 유체-누설은 적절하게 고정된 기판(12)에서 최소화됨으로써, 스로틀 밸브(33)는 매우 작은 값으로 조정될 수 있다. 또한 헬륨 후면 냉각시의 경우와 같이, 제어 유닛(36)에 의해 영구적인 누설이 상응하는 오프셋 또는 안전 유도 작용으로서 더 이상 고려될 필요가 없다.
마지막으로, 프로세스의 차단을 야기하는 상기 안전 장치는 기판(12)이 제공된 이후에 제 1 세컨드동안 비활성화되는 것이 당연한데, 그 이유는 콜렉팅 파이프(28)를 통해 배출이 실행되기 이전에, 이러한 시작 단계에서 우선 유체 대류 매체(30)는 존재하는 중간 챔버(27, 37)로 흘러 들어가서 이를 채워야 하기 때문이다. 반대로 기판(12)이 분리되기 이전에, 즉 대류 매체(30)의 공급이 차단된 경우도, 여전히 배출이 확인됨으로써, 기판이 결국 건조되어 고정 부재(11)로부터 들어올려져서 분리될 수 있기 이전에, 진공 펌프는 기판(12)의 하부 영역을 진공시킨다.
또한 상기한, 유체 대류 매체(30)의 사용에 의해 조정되는 상승된 전기 파열 강도는, 유전체의 파열이 소위 핀홀, 중공실, 포함부, 균열부 및 국지적으로 감소된 응력 세기를 가진 트렌치등과 같은 실질적으로 전기 절연된, 점형태의 결함으로부터 출발함으로써 발생되며, 상기 결함은 국지적으로 유전체의 표면에 위치하며,그렇지 않은 경우 손상되지 않은 정전 고정 부재(11)의 표면의 가장 약한 지점으로서 전체 부품의 파괴를 결정한다. 따라서 정전 고정 부재(11)의 표면의 가장 큰 부분이 더 높은 전압 또는 전기 자계를 허용함에도 불구하고, 실제 적용될 수 있는 전압은 수개의 점 결함에 의해 제한된다. 도 4에 의해 설명된 실시예에서 전체 정전 고정 부재(11)가 작동시 높은 전기 파열 강도 및 자동 분리 특성에 의해 유체의 유전체 대류 매체(30)로 매립되기 때문에, 이러한 점 결함은 상기 대류 매체에 의해 회복된다. 전체적으로 이러한 효과는 추가로 매우 높은 클램핑력 및 전기 파열의 위험에 대한 전체 고정 장치(5)의 더 안전한 작동을 야기한다.

Claims (23)

  1. 기판 전극(19)에 배치된 고정 부재(11)를 포함하고, 상기 고정 부재 위에 기판(12), 특히 반도체 웨이퍼가 정전 고정될 수 있는,
    특히 플라스마 에칭 장치에 반도체 웨이퍼를 고정하기 위한 고정 장치에 있어서,
    상기 기판 전극(19)에 배치된 로드 바디(10)가 제공되고,
    상기 로드 바디는 고정 부재(11)를 기판 전극(19)으로 가압하고, 상기 로드 바디(10)는 로드 바디(10)를 기판 전극(19)으로 가압하는 클램핑 장치(22, 23, 24)를 통해 기판 전극(19)을 지지하는 베이스 바디(17)에 연결되고, 상기 로드 바디(10) 및 상기 베이스 바디(17)는 기판 전극(19)에 대해 전기 절연되는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  2. 기판 전극(19)에 배치된 고정 부재(11)를 포함하고, 상기 고정 부재 위에 기판(12), 특히 반도체 웨이퍼가 정전 고정될 수 있는,
    특히 플라스마 에칭 장치에 반도체 웨이퍼를 고정하기 위한 고정 장치에 있어서,
    적어도 상기 기판(12)을 향한 고정 부재(11)의 측면이 적어도 표면에, 전기 절연 강유전체 또는 전기 절연 압전 유전체(26)를 포함하고, 이들을 통해 전기 유도된 분극에 의해 정전력이 고정 부재(11)로부터 기판(12)에 가해질 수 있는 것을특징으로 하는 고정 장치.
  3. 기판 전극(19)에 배치된 고정 부재(11)를 포함하고, 상기 고정 부재 위에 기판(12), 특히 반도체 웨이퍼가 정전 고정될 수 있는,
    특히 플라스마 에칭 장치에 반도체 웨이퍼를 고정하기 위한 고정 장치에 있어서,
    장치(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36)가 제공되고, 상기 장치에 의해 유체 대류 매체(30)가 적어도 하나의 공급부(14)를 통해 고정 부재(11)와 그 위에 배치된 기판(19)에 의해 적어도 영역마다 그 둘 사이에 형성된 제 1 중간 챔버(27)로 공급될 수 있고, 거기서부터 적어도 하나의 배출구(29)를 통해 다시 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  4. 제 1,2 또는 3항에 있어서,
    상기 고정 부재(11)가 고정 플레이트의 형태로 형성되고, 적어도 기판(12)을 향한 측면에 Al2O3와 같은 유전체, 강유전체 또는 납-지르코늄-티탄산염-세라믹(PZT-세라믹)과 같은 압전 유전체(26)를, 특히 상응하는 층 또는 코팅의 형태로 포함하고, 상기 유전체들은 고정 부재(11)를 기판(12)에 대해 전기 절연시키는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서,
    전기 부품이 제공되고, 상기 전기 부품에 의해 강유전체 또는 압전 유전체(26) 내에 존재하는 영구 쌍극자가 특히 일시적으로, 적어도 정렬된 상태의 지속 시간동안 고정 부재(11)에 배치된 기판(12)의 고정 또는 고정의 강화가 유도되도록 정렬될 수 있고, 및/또는
    전기 부품이 제공되고, 상기 전기 부품에 의해 강유전체 또는 압전 유전체(26) 내에 존재하는 영구 쌍극자가 특히 일시적으로, 적어도 상기 지속 시간동안 고정 부재(11)에 배치된 기판(12)이 고정 부재(11)로부터 분리되는 것이 유도되거나 또는 용이해지도록, 그 방향이 설정될 수 있거나, 변경될 수 있거나 또는 통계상 평균적으로 적어도 거의 정렬되지 않은 상태로 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 기판 전극(19)에 배치된 로드 바디(10)가 제공되고, 상기 로드 바디는 고정 부재(11)를 기판 전극(19)으로 가압하는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 로드 바디(10)가 클램핑 장치(22, 23, 24)를 통해, 기판 전극(19)을 지지하는 베이스 바디(17)에 연결되고, 상기 클램핑 장치(22, 23, 24)는 로드 바디(10)를 기판 전극(19)으로 가압하고, 상기 로드 바디(10) 및 베이스 바디(17)는 기판 전극(19)에 대해 전기 절연되는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 로드 바디(10)가 세라믹, 특히 실질적으로 링형 플레이트 또는 개구를 가진 스크린이고, 상기 개구는 고정 부재(11)의 반대편에 있는 기판(12)의 표면에 특히 완전히 접근되도록 설계되어 배치되는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    기판 전극(19)에 특히 고주파 전압을 제공하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 부재(11)에는 대류 매체, 특히 유체 대류 매체(30)용 공급부(14)에 연결된 적어도 하나의 채널(25) 또는 가스 통과 또는 유체 통과 영역이 제공되고, 이들에 의해 기판(12)을 향한 고정 부재(11)의 표면에 대류 매체(30), 플루오르카본 또는 퍼플루오르화된, 장쇄 알칸과 같은 유체(30) 또는 헬륨과 같은 가스가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(12)을 향한 고정 부재(11)의 표면에 적어도 하나의 리세스(27)를규정하는 구조화가 제공되고, 상기 리세스(27)는 적어도 하나의 채널 또는 가스 통과 또는 유체 통과 영역에 연결되고, 또한 그것을 통해 대류 매체(30)가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 전극(19)은 절연체(18), 특히 하나 또는 다수의 세라믹 링을 통해 특히 플레이트형 베이스 바디(17)에 대해 전기 절연되는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 클램핑 장치(22, 23, 24)가 특히 금속 클램핑 링(22)을 포함하고, 상기 클램핑 링은 적어도 하나의 특히 금속 고정 부재(23) 및/또는 적어도 하나의 특히 금속 연결 부재(24)를 통해 베이스 바디(17)에 도전 접속되는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 바디(17) 및/또는 클램핑 장치(22, 23, 24)가 접지되는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    부품이 제공되고, 상기 부품에 의해 기판(12)과 고정 부재(11) 사이 및/또는 고정 부재(11)와 기판 전극(19) 사이에 클램핑 응력이 인가될 수 있고, 상기 클램핑 응력은 고정 부재(11)에 대한 기판(12)의 정전 고정을 야기하는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 클램핑 링(22)은 특히 표면이 양극 처리된 알루미늄 링인 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 로드 바디(10)가 영역마다 기판 전극(19)에 접촉되고 및/또는 로드 바디(10)와 기판 전극(19) 사이에, 표면의 울퉁불퉁함을 보상하는 및/또는 균일한, 가급적 양호한 열 방출을 보장하는 층, 특히 실리콘 그리스층 또는 퍼플루오르화된 그리스 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  18. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    장치(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36)가 제공되고, 상기 장치에 의해 유체 또는 기체 대류 매체(30)가 적어도 하나의 공급부(14)를 통해 고정 부재(11) 및 그 위에 배치된 기판(12)에 의해 적어도 영역마다 그 둘 사이에 형성된 제 1 중간 챔버(27)로 공급될 수 있고, 거기서부터 적어도 하나의 배출구(29)를 통해 다시 배출될 수있는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(31, 32, 33, 34, 35, 36)가 특히 전기로 조정될 수 있는 스로틀 밸브 또는 질량 흐름 조절기(31), 압력 센서(32), 전자 제어 유닛(36) 및 증발 장치(35) 및 경우에 따라 특히 매뉴얼로 조정될 수 있는 스로틀 밸브(33) 및/또는 흐름 측정 장치(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 전극(19)이 하나 또는 다수의, 특히 그 중심 또는 중심 주변에서 이를 횡단하는 공급부(14)를 포함하고, 상기 공급부에 의해 대류 매체(30)가 채널(25)의 적어도 한 부분 또는 가스- 또는 유체- 통과 영역에 연결되는, 고정 부재(11)와 기판 전극(19) 사이의 제 2 중간 챔버(37)로 공급될 수 있고,
    상기 기판 전극(19)은 하나 또는 다수의, 특히 기판 전극의 중심으로부터 가급적 멀리 떨어진, 이를 횡단하는 배출구(29)를 포함하고, 상기 배출구에 의해 대류 매체(30)가 제 2 중간 챔버(37)로부터 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출구(29)가 고정 부재(11)로 향한 기판 전극(19)의 표면 영역에서 특히 기판 전극(19)에 통합된, 대류 매체(30)용 콜렉팅 파이프(28)와 연결되고,
    상기 콜렉팅 파이프(28)는 적어도 채널(25)의 한 부분 또는 가스- 또는 유체-통과 영역 및/또는 제 2 중간 챔버(37)에 연결되는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 채널(25) 또는 가스- 또는 유체-통과 영역이 기판(12)과 고정 부재(11) 사이에 있는 적어도 하나의 제 1 중간 챔버(27)를, 고정 부재(11)와 기판 전극(19) 사이에 있는 적어도 하나의 제 2 중간 챔버(37)에 연결하는 것을 특징으로 하는 고정 장치.
  23. 열이 특히 플라스마 에칭에 의해 기판(12)의 전면으로 유입되는,
    진공 챔버에 고정된 기판의 후면에 열을 공급하거나 또는 상기 후면으로부터 방출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 기판(12)이 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 따른 고정 장치(5)에 의해 진공 챔버에 고정되고, 상기 기판(12)의 후면에는 유체 대류 매체(30), 특히 플루오르카본이 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
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