JP2006080509A - 薄い基板支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ媒質を用いた真空においてその処理のために薄い半導体基板ウエハを支持するように適合されたデバイスを提供する。
【解決手段】半導体基板デバイスを支持するデバイスは、冷却システムおよび電気的接続手段を含んだ処理室に取り付けられたサンプルホルダ１を備える。このデバイスは静電的手段によって、またはクランプを用いてサンプルホルダ１に固定されるとともに電気的かつ熱的にサンプルホルダ１に接続された中間要素５ａを備える。中間要素５ａは取外し可能であり、支持する薄い基板４の操作を可能にするのに十分な剛性を有し、かつ基板４よりも高い導電率を有する第１の材料から成るベース７を含む。ベース７を被覆する第１の層８は高い誘電強度を有する第２の材料から成る。第１および第２の電極９ａ、９ｂが第１の層８上に配設される。第１の層８および電極を被覆する第２の層１２は高い誘電強度を有する第３の材料から成る。
【選択図】図１

Description

本発明は２００４年９月８日に出願された仏国特許出願第０４５１９９２号に基づき、その開示全体を本願明細書に援用し、本願明細書にその優先権を主張する。
本発明は半導体基板のプラズマ処理に関し、特にエッチングおよび／またはプラズマ堆積に関する。本発明はより正確には、厚さ５００μｍ未満の基板用の支持体に関する。

半導体産業では、ウエハ形態の基板の操作は製造工程の重要な性格を表す。厚い半導体基板ウエハ、例えば、シリコンウエハ上に集積回路を製造した後、このウエハは機械的作用によってその用途に必要な厚さに薄くされなければならない。

この薄くすることは次の２つの結果を生む：
ａ）薄くされる前には剛性であった基板を約１００μｍ以下に薄くすると、撓み易くなり、操作が非常に困難になる。
ｂ）機械的作用によって材料の構造が１０μｍ〜３０μｍの深さに変わる。すなわち、単結晶であった基板の構造が非結晶質になる。したがって、次にこの層を除去するために、薄くされた基板を処理しなければならない。

先行技術のある薄くする方法では、集積回路が製造されたウエハの前面はプラスチック材料でのフィルムで被覆される。次に、このウエハはその後面に機械的作用を加えることにより薄くする研磨機に導入される。次に、薄くされたウエハは第２の処理を受けて薄くすることによって改変された表面層を、機械的または化学的研磨によって除去する。

上記２工程の後、半導体基板の薄くされた面は、金属フレームによって支持されたプラスチック材料のフィルムから成る支持体に固定される。次に、このプラスチック材料のフィルムが基板の前面から除去される。次に、支持されたフィルム／基板アセンブリは鋸盤に導入され、そこで切断ラインのすべてを通過しながら鋸歯が基板の厚さ全体を貫通して、まだプラスチック材料のフィルムに固定されている回路を個々に分離する。次に、支持されたフィルム／基板アセンブリが鋸盤から取り外され、回路はそれぞれのパッケージング内に搭載される準備ができる。この方法の大きな欠点は回路のエッジ部にシリコンの削片が発生することにある。鋸刃によって作られるこれらの削片は、回路を破壊することもある欠陥の原因である。

ダイシングバイグラインディング（ＤＢＧ）またはダイシングバイシニング（ＤＢＴ）として知られている上記方法の変形例は、鋸歯により生じる欠陥の数を低減させるが、完全には除去しない。薄くする操作の前に、厚い半導体基板ウエハはその前面から部分的に切断され、鋸歯は基板の最終的な厚さより僅かに大きい深さまで基板を貫通するだけである。次に、ウエハの前面が保護的なプラスチック材料のフィルムで被覆され、厚いウエハは研磨機に導入されて、鋸の底が切断するまで、機械的作用によってその中で薄くされる。したがって、回路が分離されて、薄くされた基板ウエハの形態を取り、非結晶質になった層を除去するために後から機械的または化学的に研磨される。

この後、回路の機械的分離に用いた鋸に代えて、回路の間の溝をマシニングまたはプラズマエッチングする新しい技術が導入された。プラズマエッチングは物理化学的現象によって材料を除去することを伴う作用であるので、機械的原因による欠陥を生じるリスクはない。したがって、この操作から生じる欠陥は最小になる。有利にはプラズマエッチングが、薄くすることの前後に回路を分離するための鋸歯の代わりとなるかもしれず、研磨による薄くされた後に非結晶化したシリコンの層を除去するための研磨技術の代わりにもなるかもしれない。

プラズマエッチング技術では、フォトリソグラフィの工程が半導体基板の面の１つに適用され、これによってプラズマに晒される領域、故にエッチングされる領域が定められ、その他の領域が感光性樹脂マスクによってプラズマから保護される。半導体基板はエンクロージャ内に設置されたサンプルホルダ上に置かれる。プラズマはこのエンクロージャ内で例えばＳＦ_６などのフッ素を含んだ低圧ガスを用いて生成される。同時に、サンプルホルダは負に分極されて陽イオンによる基板表面のボンバードメントを加速するので、材料のエッチングが加速されるとともにエッチングの垂直度が強調される。

エッチング中、基板は熱に晒されて、その表面温度が上昇する。感光性樹脂のエッチングマスクおよび基板内に存在する電子回路を損傷しないように、エッチング操作を通して基板を冷却してその温度を８０℃〜１００℃以下の値に維持しなければならない。基板を冷却するために、基板は機械的または静電的手段によって、冷却システムを備えたサンプルホルダの表面に接触した状態に保たれ、ヘリウムガスがサンプルホルダの上面と基板の下面との間に注入される。このガスは基板からサンプルホルダに熱を伝達する。

熱的に効果的であるように、ヘリウムの圧力は約１０ｍｂａｒより大きくなければならない。厚い基板の場合、この圧力は問題を生じさせないが、特に個々の回路から構成されているときには薄くされた基板ウエハを変形させ易い。したがって、薄くされた後、剛性支持体に基板ウエハを反転可能に固定することが不可欠である。

第１の技術は粘着性ポリマーフィルムを用いて薄くされた基板ウエハを剛性支持体に固定することに存する。

高温に晒されるとその接着性が失われる特性を有する（熱テープとして知られている）フィルムを用いて、標準的な厚さの半導体基板に薄くされた基板を固定することが示唆され、これは個々の回路の摘み取りを可能にするはずである。実際、一旦加熱されたフィルムは薄いシリコンの機械的強度よりも大きな接着性を保持するので、個々の回路を完全に破壊せずに、その支持体から個々の回路を分離することは極めて困難である。

石英を通して紫外線が照射されるとその接着性が失われる特性を有する（ＵＶテープとして知られている）フィルムを用いて、厚さ約１ｍｍの石英の剛性片に薄くされた基板を固定することも想定されてきた。この技術には大きな２つの欠点がある。第１に、シリコン（１５６Ｗ／ｍ．Ｋ）に比して、石英は非常に劣る（１Ｗ／ｍ．Ｋ）熱導体である。したがって、その熱抵抗は非常に高く、シリコン基板の表面はすぐに８０℃〜１００℃を超える温度に達する。唯一の解決策はエッチング速度を遅くすることであるが、これは生産性を低下させる。また、石英は電気的に絶縁性があり、このことは基板が静電的手段によってサンプルホルダ上に保持され得ないことを意味する。

第２の技術は静電的手段によって薄くされた基板ウエハを可動支持体に固定することにある。

米国特許出願第２００２／１１０４４９号明細書は、工程中および工程段階の間に基板がそこに固定されたままになる搬送可能な支持体上に基板を保持することを提案している。この支持体は石英、ガラス、アルミニウム、または酸化チタンなどのセラミックおよびチタン酸バリウムの形態の誘電材料を含む。この支持体は静電力を発生する電荷を生成かつ蓄積させる電気回路を組み込む。

このシステムには大きな２つの欠点がある。第１に、厚さ０．３ｍｍ〜２．５ｍｍのセラミックは熱抵抗が高い。機械的手段を用いてサンプルホルダ上に搬送可能な支持体を保持する場合、ヘリウムの圧力が薄いセラミックの中央を変形させる。この変形によって熱伝達が不均一になり（熱はその中央にさらに伝わる）、この変形を被るシリコン基板を劣化させるリスクが極めて高くなる。

この後、電極は次の工程の前に荷電されるので、電極に蓄積された電荷が操作中にその中に残っている場合に限り、静電的システムは動作することができる。プラズマ媒質を用いた真空でドライエッチングを行い、かつ３０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数で基板の極性を交番する操作の現状では、永久的には付勢されない電極は放電して、基板を保持する静電力が失われるかもしれない。

米国特許第出願２００４／０３７６９２号明細書は、（例えば、その後面に金属を堆積させるか、またはベースに基板を溶接する）基板の温度が４００℃を超え得る間に基板の処理に耐えることが意図された可動基板ホルダを記載している。この基板ホルダは、好適には絶縁材料（ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４）の層で被覆された熱伝導率が著しくは高くはないセラミック半導体材料（ＡＬＯ２、カプトン、ＳｉＣ）から成るベースを含む。高温で使用されるように設計されたこの基板ホルダは、基板を効果的に冷却して８０℃以下の温度に維持することができない。

また、基板は処理中に外部からの付勢を必要としない静電的システムによって基板ホルダ上に保持される。このシステムは可動イオンを含む材料（ホウケイ酸ガラス）または高い誘電率を有する材料（チタン酸バリウムまたはチタン酸ストロンチウム）の機能層に配置された金属電極から構成される。基板を固定するために、電圧が２本の電極の端子に印加される。可動イオンは印加された電界によって移動され、個々の電気的双極子を生成する。この双極子によって生じた個々の電界の合計は、電圧が除去された後に残存する高い電界を発生する。処理中に基板ホルダ上に基板を保持するのは、この残留電界である。

プラズマ媒質を用いた真空でドライエッチングを行い、かつ３０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数で基板の極性を交番する操作の現状では、この解決策は使用され得ない。これは交流電圧の作用が、電気的双極子を反転させて、基板を固定している電界を無効にするので、基板ホルダ上に基板を保持することができないためである。

米国特許第６２６８９９４号明細書はサンプルを支持するように適合されたチャック（ｃｈｕｃｋ）を開示しており、これは冷却システムを備え、導電性ベースのオリフィスに挿入されるボルトによって共に留められた導電性ベースおよびフレームである２つの部分から構成されている。この２つの部分は電気的かつ熱的に接続される。導電性ベースとフレームとの接合はエポキシ接着剤、熱伝導性グリス、またはろう付けによって行われ得る。サンプルは第１の絶縁層、導電層、および第２の絶縁層により連続的に被覆された導電性部分から成るベースに静電的に固定される。このチャックは薄いかもしくは壊れやすいサンプルの捜査の問題を解決していない。
仏国特許出願第０４５１９９２号明細書 米国特許出願第２００２／１１０４４９号明細書 米国特許出願第２００４／０３７６９２号明細書 米国特許第６２６８９９４号明細書 欧州特許第１２６３０２５号明細書 欧州特許出願第１３５９４６６号明細書

本発明は、先行技術のデバイスの欠点を有さず、かつプラズマ媒質を用いた真空においてその処理のために薄い半導体基板ウエハを支持するように適合されたデバイスを提案する。特に、本発明のデバイスは、基板に取り付けられ、かつ容易に操作できるようにするために該基板から取外し可能な基板用の剛性支持体を提供する。さらに、本発明のデバイスは処理中に基板の温度を８０℃以下に保持することができる。最終的に、本発明のデバイスは処理後に基板の容易かつ全体的な解放を可能にするはずであり、妥当な場合には切断して回路を形成することも可能にするはずである。

本発明は半導体基板を支持するデバイスに存し、本デバイスは冷却システムおよび電気的接続手段を含んだ処理室に取り付けられたサンプルホルダを備え、本デバイスは静電的手段によって、またはクランプを用いてサンプルホルダに固定されるとともに電気的かつ熱的にサンプルホルダに接続された中間要素をさらに備えており、該中間要素は取外し可能であり、それが支持する薄い基板の操作を可能にするのに十分な剛性を有し、かつ
基板よりも高い導電率を有する第１の材料から成るベースと、
ベースを被覆しかつ高い誘電強度を有する第２の材料から成る第１の層と、
第１の層上に配設された第１および第２の電極と、
第１の層および電極を被覆しかつ高い誘電強度を有する第３の材料から成る第２の層とを含む。

中間要素は取外し可能であり、それが支持する薄い基板の操作を可能にするのに十分な剛性を有する。

本発明のデバイスは有利には、中間要素および薄い基板を組み合せたものを何回もサンプルホルダに固定することを可能にし、基板単独の場合と同じオーダーの大きさである組み合せたものをそこから分離することを可能にする。本発明は改変していない標準的な装置（ロボットアーム、室扉、基板ホルダ、搬送カセット等）を使用できるようにし、合理的な漏れ量で中間要素の下にヘリウムを注入することに存する従来の冷却システムを用いて中間要素を冷却する。

上記方法で得られた中間要素−基板アセンブリは、薄くする前の基板だけの大きさとほぼ同じ寸法、すなわち直径１５０ｍｍ〜２００ｍｍ、薄くする前の基板の大きさとほぼ同じ厚さ、および５００ｇ未満の重量を有する。この中間要素−基板アセンブリは軽量で、容易に搬送可能であり、薄くされた基板を損傷させることはない。

中間要素のベースを構成する材料は、基板のプラズマ処理によって生成される熱を冷却されたサンプルホルダに容易に排出できるように、基板よりも一層高い熱伝導率を、好適にはできるだけ高い熱伝導率を有していなければならない。本発明の第１の実施形態では、第１の材料は金属であり、好適には銅またはアルミニウムである。

誘電材料の第１の層はベースから電極を絶縁する。この材料は数ｋＶの破壊電圧を生じずに、耐える能力がなければならない。第１の層を構成するこの材料は基板と中間要素のベースとの間に熱障壁を生じないように、できるだけ高い熱伝導率も有さなければならない。当然、可能であれば、このような２つの基準は同時に最適化されなければならない。第２の実施形態では、第２の材料は酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３、例えば、ベースの表面または電極の表面に形成されたアノード処理されたアルミの層であり、これはどちらがアルミニウムで製造されているかによる。

この第１の絶縁層は電極と接触している。電極は、例えば、特に第１の絶縁層の上に導電性材料を堆積させることによって得られる導電性材料の薄層の形態であってよい。第３の実施形態では、電極は金属、好適には銅またはアルミニウムである。

この電極は、数ｋＶの破壊電圧を起こさずに抵抗する能力があり、かつ基板を冷却するのに役立つように非常に良好な熱の伝導体である第２の絶縁層で被覆される。この第２の絶縁層に選択した材料は、第１の絶縁層の材料に適用する基準と同様の電気的および熱的基準を満たさなければならない。しかし、この材料はプラズマの分解作用に局所的に晒されるので、交換および除去が容易になり得る材料を使用することが有利である。第４の実施形態では、第３の材料は可撓性ポリマーである。一変形例では、可撓性ポリマーは粘着性樹脂である。別の変形例では、可撓性ポリマーはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、およびポリアミド（ＰＡ）から選択される。

第２の絶縁層は、例えば好ましくは電極と接触する側に接着性のあるポリマーフィルム、またはスピナを用いて堆積され得、かつ適した溶剤、例えばポリアミドを用いて化学的に除去され得る材料から構成されてよい。この絶縁層の上面の表面が、それが支持する薄い基板に応力を生じないように完全に平坦になっていることも重要である。

本発明のデバイスは多数の利点を有する。第１に、中間要素は石英と比べて安価なアルミニウムディスクなどの材料から作製され得る。第２に、石英を損傷させかつその透過性の一部を損なわせる引っかき傷などの欠陥の影響を受け難い。第３に、紫外線に反応し易い石英およびフィルムの場合、本デバイスは化学線作用のない光線などの特別な環境を必要としない。最後に、磨耗が生じた場合、上部の誘電体、特にそれがポリマーフィルムであるか、またはスピナを用いて堆積されている場合には交換が非常に簡単である。

本発明の一実施形態では、基板は静電的手段によって中間要素に固定され、かつ中間要素は静電的手段によってサンプルホルダに固定される。サンプルホルダは電極を含み、中間要素が電圧を印加した結果生じる静電圧によってサンプルホルダに対して保持されるように、数ｋＶの電圧が該電極の間に印加される。静電的手段によってサンプルホルダに中間要素を固定する方法は、上記のような中間要素に基板を固定する方法に類似する。中間要素がサンプルホルダに対して保持されるように、電極の間に数ｋＶの電圧が印加される。

この場合、中間要素は直径が基板の寸法とほぼ同じ大きさであるディスクであることが好ましい。

別の実施形態では、基板は静電的手段によって中間要素に固定され、中間要素はクランプを用いてサンプルホルダに固定される。「クランプ」という用語は、中間部材に力を及ぼし、かつサンプルホルダ上に中間部材を押圧する作用を有し、この力を無効にすることによってサンプルホルダから中間要素を簡単に分離することを可能にする任意の固定手段を意味する。この種の固定手段は、特に欧州特許第１２６３０２５号明細書に記載されている。

この実施形態では、中間要素はクランプの支持領域を提供するように直径が基板の寸法よりも僅かに大きいディスクである。

この場合、前記ベースはクランプの顎部の間にそれを把持できるように少なくとも１ｍｍ、より好適には１ｍｍ〜２ｍｍの厚さを有することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、加圧ヘリウムのフィルムが中間要素とサンプルホルダとの間に形成される。熱交換を可能にする不活性ガスとして用いられるヘリウムの流れは、このガスを用いてそれを一掃して恒久的なガスのフィルムを形成するために、サンプルホルダの上面および中間要素の下面と反対に導かれる。

本発明の第２の態様によれば、加圧ヘリウムのフィルムは中間要素と基板との間に形成される。ヘリウムは中間要素の上面と基板の下面との間にも導入される。

効果的な熱移動を提供するために、ヘリウム圧は少なくとも１０ｍｂａｒでなければならない。

このプラズマはガス状で導電性の媒質であるので、ガスが導入されるとすぐに静電圧が再び確立される。この静電圧のために、シリコン基板は中間要素に対して押圧され、その表面に生じた熱は最適な条件下で排出される。この処理の最後には、ガスおよびプラズマの導入が停止され、中間要素の接点から電圧が除去される。次に、この薄い基板を保持している中間要素がこの装置から取り出される。

必要であれば、中間−基板アセンブリは装置の外部で、基板を保持するのに用いられる電圧と逆符号の電圧がその間に印加される２つの電気接点を備えた、サンプルホルダと同様の部材上に設置されてよい。この段階では基板は完全に解放されており、次の工程の用意ができている。

本発明の特定の一実施形態では、第１の電極は実質的にディスク状であり、第２の電極は第１の電極を囲繞する実質的にリング状である。サンプルホルダとの電気的導通を確立するために、電極の各々は、中間要素のベースからそれを絶縁するために第１の層で被覆された個々の延長部を含み、ベースを貫いてベースの後面まで通って２つの電気的接点を形成する。このプラズマ処理装置の外部で、基板はサンプルホルダの電気接点と向かい合う２つの電気接点を備えた中間要素上に設置される。数ｋＶの電圧が２本の電極間に数分間印加される。次に、基板は電圧を印加することにより生じる静電圧によって中間部材に保持される。次に、この中間要素−基板アセンブリは装置に挿入され、静電圧によって、または開けるのが簡単なクランプを用いて、サンプルホルダに固定される。サンプルホルダ上に設置されるとすぐに、電気的導通が中間要素の接点とサンプルホルダの接点との間に確立され、数ｋＶの電圧が電極間に確立される。

本発明の別の実施形態では、中間要素は、
高い誘電強度を有する第４の材料から構成され、かつ第１の層の反対側にあるベースを被覆する第３の層と、
該第３の層上に配設された第３および第４の電極と、
高い誘電強度を有する第５の材料から構成され、かつ第３の層ならびに第３および第４の電極を被覆する第４の層とを含む。

この第３の絶縁層はベースの反対側にある第１の絶縁層と同じ機能、すなわちベースから電極を電気的に絶縁する機能を有する。したがって、第４の材料は第１の絶縁層を構成する第２の材料の特性と類似する特性を有していなければならない。第４の材料は、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３、例えば、ベースの表面または電極の表面に形成されたアノード処理されたアルミの層であることが好ましく、これはベースか電極のうちのどれがアルミニウムで製造されているかによる。

例えば、第３および第４の電極は、特に第３の絶縁層の上に導電性材料を堆積させることによって得られる導電性材料の薄層の形態であってよい。この電極は金属、好適には銅またはアルミニウムである。

第４の絶縁層はベースの反対側にある第２の絶縁層と同じ機能を有する。したがって、第５の材料は第２の絶縁層を構成する第３の材料の特性と類似する特性を有していなければならない。第２の材料は可撓性ポリマーであることが好ましい。可撓性ポリマーの一変形例は粘着性樹脂である。別の変形例では、可撓性ポリマーはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、およびポリアミド（ＰＡ）から選択される。

本発明の特定の一実施形態では、第３の電極は実質的にはディスク状であり、第４の電極は実質的には第３の電極を囲繞するリング状である。サンプルホルダとの電気的導通を確立するために、各電極はベースから電極を中間要素のベースから絶縁するために第３の層で被覆された個々の延長部を含み、ベースを貫いてベースの後面まで通って２つの電気的接点を形成する。第３の電極の延長部は有利には第１の電極の延長部と共通であり、第４の電極の延長部は有利には第２の電極の延長部と共通である。このように、中間要素がサンプルホルダと電気的に接触するのは２点だけである。

本発明は上記のようなデバイスを用いて半導体基板を操作する方法をさらに提供する。この方法は、
静電的手段によって基板を中間要素に固定する工程、
基板を保持する中間要素を処理室に導入する工程、
処理室に取り付けられ、かつ冷却システムおよび中間要素と電気的に接続するための手段を備えたサンプルホルダに、中間要素を固定する工程、
プラズマ媒質を用いて真空で基板を処理する工程、
処理した基板を保持する中間要素からサンプルホルダを取り外す工程、
中間要素から基板を取り外す工程を含む。

中間要素はサンプルホルダに静電的に固定されることが好ましい。中間要素がサンプルホルダに対して保持されるように、数ｋＶの電圧が電極間に印加される。中間要素はクランプを用いてサンプルホルダに固定されてもよい。

本発明は処理速度の点で最適な条件下で基板に損傷を及ぼすことなく薄い基板のプラズマ処理を可能にするという利点を有する。第一に、高速の処理を可能にすると同時に、基板の温度は約８０℃以下の値に保持され得る。第二に、分離後、これによって分離された回路を楽に取り上げることが可能となるので、損傷は生じない。最後に、温度または紫外線に反応し易いフィルムを用いて薄くした基板を石英支持体に固定する方法とは異なり、基板はプラズマ処理の前または後で危険な操作に晒されない。

本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例として示した以下の実施形態の説明の過程および添付図面において明白となろう。

図１に示したように、本発明のデバイスは、処理室に取り付けられ冷却システムを備えたサンプルホルダ１を備えており、この冷却システムは熱交換流体を供給するとともに該流体を例えば熱交換デバイスに排出する管２およびこの流体用の通路３を含んでいる。中間要素５ａに固定された基板４がサンプルホルダ１上に設置されている。ヘリウムなどの不活性熱交換ガスがサンプルホルダ１の上面と中間要素５ａの下面との間および基板４の下面と中間要素５ａの上面との間に注入されて薄層６を形成する。

ここではディスク状である中間要素５ａは、金属、例えば銅（熱係数Ｃ_ｔｈ＝４０１Ｗ／ｍ．Ｋ）またはアルミニウム（Ｃ_ｔｈ＝２３７Ｗ／ｍ．Ｋ）などの非常に良好な熱の導体である材料から成るベース７を含んでいる。ベース７を構成するこの材料の熱伝導率は、プラズマ処理によって基板４に発生した熱をヘリウム層６に伝えるために、高くなければならず、基板４の熱伝導率よりも一層高くなければならない。

ベース７はアルミニウムであることが好ましい。基板を受け取ることになっている側にあるベース７の面７ａは、高い誘電強度を有する絶縁性材料、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３の層８で被覆される。この絶縁層は、特にベース７の上面のアルミニウムをアノード処理することによって得られ得る。層８は電極を構成する導電層９で被覆される。層８の機能は導電層９からベース７の材料を電気的に絶縁することである。不連続な導電層９は厚さが数μｍであり、銅の層であることが好ましい。導電層９は２本の同心電極を含み、中心ディスク９ａの形状を有する一方の電極はリング９ｂの形状を有する第２の電極によって囲繞されている。導電層９は層８によってベース７から電気的に絶縁された２つの延長部９ｃを有している。すなわち、一方は中心ディスク９ａに延び、他方は周縁部でリング９ｂに延びている。このような延長部９ｃは中間要素５ａの後面に現れて２つの電気的接点領域１０を形成する。一旦中間要素５ａがサンプルホルダ１上に設置されると、この領域１０は、サンプルホルダ１から現れるそれに対応する２つの電気的接続部１１と接触して、電極９ａと９ｂとの間に電圧を印加できるようにする。

導電層９は高い誘電強度を有する材料の第２の絶縁層１２によって保護される。この例では、導電層９の上面と接触するその下方側で接着性のある厚さが７０μｍ〜１７０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィルムが使用される。

この実施形態では、中間要素５ａは基板４と同じ直径Ｄを有する。ベース７およびこれを被覆する各層８、９、１２は同じ直径Ｄを有する。中間要素５ａは、基板４が中間要素５ａに固定されるのと同じ方法で、サンプルホルダ１に組み込まれた電極（図示せず）を用いた静電的手段によってサンプルホルダ１に固定されてよい。

図２は先の実施形態の変形例に相当する中間要素５ｂを示している。第３の絶縁層１３が、基板の反対側にあり、かつ第１の絶縁層８によって被覆されていない側にあるベース７の面７ｂ上に堆積される。絶縁層１３は層８の特性と類似する特性を有する。これは高い誘電強度を有する絶縁性材料、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３から構成される。

厚さ数μｍであり、好適には銅である不連続な導電層１４が絶縁層１３上に堆積される。導電層１４は２本の同心電極を含み、中心ディスク１４ａの形状を有する一方の電極はリング１４ｂの形状を有する第２の電極によって囲繞されている。電極１４ａおよび１４ｂは電極９ａおよび９ｂの延長部にそれぞれ電気的に接続されており、接点領域１０を介して中間要素から現れる。

導電層１４は高い誘電強度を有する材料の第４の絶縁層１５によって保護される。第２の層１２と同様、導電層１４の上面と接触するその下方側で接着性のある絶縁層１５は厚さが７０μｍ〜１７０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムから構成され得る。

この実施形態では、中間要素５ｂは基板４と同じ直径Ｄを有する。ベース７およびこれを被覆する各層１３、１４、１５は同じ直径Ｄを有する。中間要素５ｂは、中間要素５ｂに組み込まれた電極１４ａおよび１４ｂを使用する静電的手段により、これらもまた中間要素５ｂに組み込まれている電極９ａおよび９ｂによる静電的手段によって基板４が中間要素５ｂに固定されるのと同じ方法で、サンプルホルダ１に固定されてよい。

図３に示した本発明の実施形態では、図１に示したものと同様の要素には同じ参照番号で示している。この実施形態はクランプによってサンプルホルダ１に固定できるように中間要素２５が基板４の直径よりも大きい直径Ｄ’を有しているという点で図１の実施形態とは異なっている。この固定形態は、特に欧州特許第１２６３０２５号明細書に記載されている。ベース２７および第１の絶縁層２８は要素２５と同じ直径Ｄ’を有する。導電層９および第２の絶縁層１２は基板４と同じ直径Ｄを有する。したがって、第１の絶縁層２８は直径の差を補償するために、その周縁部において層９および１２の厚さの合計に等しい厚さが増大した部分２８ａを有する。サンプルホルダ１に要素２５を固定する手段は、この厚さが増大した部分２８ａに影響する。

本発明の一実施形態による中間要素を含んだ本発明のデバイスを示す断面図である。 図１の実施形態の変形例を示す断面図である。 本発明の別の実施形態による中間要素を示す断面図である。

符号の説明

１ サンプルホルダ
３ 通路
４ 基板
５ａ、２５ 中間要素
６ ヘリウム層
７ ベース
７ａ 面
８ Ａｌ_２Ｏ_３層
９、１４ 導電層
９ａ、９ｂ、１４ 電極
９ｃ 延長部
１０ 電気的接点領域
１１ 電気的接続部
１２、１３、１５、１８、２８ 絶縁層
１４ａ 電極

Claims (26)

1. 冷却システムおよび電気的接続手段を含んだ処理室に取り付けられたサンプルホルダを備えた、半導体基板を支持するデバイスであって、該デバイスは、静電的手段によって、またはクランプを用いて前記サンプルホルダに固定されるとともに電気的かつ熱的に前記サンプルホルダに接続された中間要素をさらに備え、該中間要素は取外し可能であり、それが支持する薄い基板の操作を可能にするのに十分な剛性を有し、かつ
   前記基板よりも高い導電率を有する第１の材料から成るベースと、
   前記ベースを被覆しかつ高い誘電強度を有する第２の材料から成る第１の層と、
   前記第１の層上に配設された第１および第２の電極と、
   前記第１の層および前記電極を被覆しかつ高い誘電強度を有する第３の材料から成る第２の層とを含んだデバイス。
2. 前記第１の材料は金属である請求項１に記載のデバイス。
3. 前記電極は金属から形成される請求項１に記載のデバイス。
4. 前記金属は銅およびアルミニウムから選択される請求項２および３に記載のデバイス。
5. 前記第１および第２の電極の各々は、前記ベースから該電極を絶縁するように前記第１の層で被覆され、かつ前記ベースを貫いてベースの後面まで通って２つの電気的接点を形成する延長部を有する請求項１に記載のデバイス。
6. 前記第２の材料は酸化アルミニウムである請求項１に記載のデバイス。
7. 前記第３の材料は可撓性ポリマーである請求項１に記載のデバイス。
8. 前記第１の電極は実質的にディスク状であり、かつ前記第２の電極は前記第１の電極を囲繞する実質的にリング状である請求項１に記載のデバイス。
9. 加圧ヘリウムのフィルムが前記中間要素と前記サンプルホルダとの間に形成される請求項１に記載のデバイス。
10. 加圧ヘリウムのフィルムが前記中間要素と前記基板との間に形成される請求項１に記載のデバイス。
11. 前記中間要素はクランプを用いて前記サンプルホルダに固定される請求項１に記載のデバイス。
12. 前記中間要素は前記基板よりも直径が大きいディスクである請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記ベースの厚さは少なくとも１ｍｍである請求項１１または１２に記載のデバイス。
14. 前記中間要素は静電的手段によって前記サンプルホルダに固定される請求項１に記載のデバイス。
15. 前記サンプルホルダは電圧が印加される電極を含む請求項１４に記載のデバイス。
16. 前記中間要素は、
    高い誘電強度を有する第４の材料から構成され、かつ前記第１の層の反対側にある前記ベースを被覆する第３の層と、
    前記第３の層上に配設された第３および第４の電極と、
    前記第３の層ならびに前記第３および第４の電極を被覆し、かつ高い誘電強度を有する第５の材料から構成された第４の層とを含む請求項１４に記載のデバイス。
17. 前記第４の材料はアルミニウムの酸化物Ａｌ_２Ｏ_３である請求項１６に記載のデバイス。
18. 前記電極は金属製である請求項１６または１７に記載のデバイス。
19. 前記金属は銅またはアルミニウムである請求項１８に記載のデバイス。
20. 前記第３の電極は実質的にディスク状であり、かつ前記第４の電極は前記第３の電極を囲繞する実質的にリング状である請求項１６に記載のデバイス。
21. 前記第３および第４の電極の各々は、前記ベースから該電極を絶縁するように前記第３の層で被覆され、かつ前記ベースを貫いてベースの後面まで通って２つの電気的接点を形成する延長部を有する請求項１６に記載のデバイス。
22. 前記第３および第４の電極の延長部は、前記第１および第２の電極の延長部とそれぞれ共通している請求項１８に記載のデバイス。
23. 前記第５の材料は可撓性ポリマーである請求項１６に記載のデバイス。
24. 請求項１に記載のデバイスを用いて半導体基板を操作する方法であって、該方法は、
    静電的手段によって前記基板を中間要素に固定する工程と、
    前記基板を保持する前記中間要素を処理室に導入する工程と、
    前記処理室に取り付けられ、かつ冷却システムおよび前記中間要素と電気的に接続する手段を備えたサンプルホルダに、前記中間要素を固定する工程と、
    プラズマ媒質を用いて真空で前記基板を処理する工程と、
    処理した基板を保持する前記中間要素から前記サンプルホルダを取り外す工程と、
    前記中間要素から前記基板を取り外す工程とを含む半導体基板を操作する方法。
25. 前記中間要素は静電的手段によって前記サンプルホルダに固定される請求項２４に記載の方法。
26. 前記中間要素はクランプによって前記サンプルホルダに固定される請求項２４に記載の方法。

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