DE10240356A1 - Electrostatic holding element used in the lithographic structuring of semiconductor elements or substrates has a dielectric part with a specified thickness and having a structured surface - Google Patents

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Abstract

Electrostatic holding element has a dielectric part with a thickness of less than 0.5 mm and having a structured surface. The holding element is made from a material having a specific electrical resistance of more than 10 1>3>omega cm at 20[deg] C and a heat expansion coefficient of less than 10 ->7>/K in the temperature range of 0-50[deg] C. Preferred Features: The material of the holding element is an alkali/alkaline earth-alumino silicate, preferably LiAlSiO 4, LiAlSi 2O 6or Zn 0.5AlSi2O6, in a SiO 2matrix. The structured surface has protrusions with recesses between them having a depth of 0.5-0.001 mm.

Description

Die Erfindung betrifft elektrostatische Halteelemente, die für die Herstellung von Elementen, die bei der lithographischen Strukturierung von Halbleiterelementen sowie Substrate für Halbleiterelemente, die bei der Herstellung lithographisch strukturiert werden, einsetzbar sind. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Halteelemente bietet sich insbesondere dann an, wenn für die lithographische Strukturierung kurzwellige elektromagnetische Strahlung, wie beispielsweise der Strahlung im Wellenlängenbereich des extremen ultravioletten Lichtes, also mit Wellenlängen < 100 nm, eingesetzt werden soll.The invention relates to electrostatic Holding elements for the manufacture of elements used in lithographic structuring of semiconductor elements and substrates for semiconductor elements, which at are structured lithographically during production, can be used. The use of the holding elements according to the invention is particularly useful when shortwave for lithographic structuring electromagnetic radiation, such as radiation in the Wavelength range of the extreme ultraviolet light, i.e. with wavelengths <100 nm shall be.

Da die Strahlung für sehr feine Strukturierungen genutzt wird und in diesem Wellenlängenbereich eine relativ kleine optische Tiefenschärfe vorliegt, sind die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit der jeweiligen Elemente oder Substrate sehr hoch, wobei es sich im erstgenannten Fall in der Regel um die sogenannten Masken und bei den Substraten in der Regel um die sogenannten Wafer handelt.Because the radiation for very fine Structuring is used and in this wavelength range the requirements are relatively small optical depth of field the positioning accuracy of the respective elements or substrates very high, which in the former case is usually the so-called masks and usually the so-called Wafer trades.

Da die kurzwellige Strahlung von Gasen absorbiert wird und daher die Herstellung der Strukturen in der Regel innerhalb von Vakuumkammern durchgeführt wird, scheiden Halteelemente, deren Haltekräfte durch Erzeugung von Unterdruck aufgebracht werden, eigentlich aus.Because the shortwave radiation from Gases is absorbed and therefore the manufacture of the structures in usually carried out within vacuum chambers, holding elements separate, their holding forces applied by generating negative pressure, actually from.

In der jüngsten Vergangenheit haben sich daher Lösungen herauskristallisiert, bei denen das Halten der scheibenförmigen Elemente oder Substrate elektrostatisch bewirkt wird. Dazu muß das Element oder Substrat eine endliche elektrische Leitfähigkeit besit zen, wobei erfahrungsgemäß die intrinsische Leitfähigkeit von Halbleitern wie Silizium, Germanium oder Gallium-Arsenid völlig ausreicht, wenigstens aber ein um 3 Größenordnungen geringerer spezifischer elektrischer Widerstand des Elements oder Substrats gegenüber jenem des Halteelementes vorliegen muß. Ist dies nicht der Fall (z.B. bei Glas), so kann durch Aufbringen (Aufdampfen, Sputtern) einer hinreichend dikken Metallschicht (erfahrungsgemäß d > 20 nm) auf der dem Halteelement zugewandten Seite eine ausreichende Haltekraft erreicht werden.Have in the recent past therefore solutions crystallized out, in which the holding of the disc-shaped elements or substrates are caused electrostatically. To do this, the element or substrate have a finite electrical conductivity, experience has shown that the intrinsic conductivity of semiconductors such as silicon, germanium or gallium arsenide is completely sufficient, at least one by three orders of magnitude lower specific electrical resistance of the element or Opposite substrate that of the holding element must be present. This is not the case (e.g. in the case of glass), this can be done by applying (vapor deposition, sputtering) a sufficiently thick metal layer (experience d> 20 nm) on the Holding element facing side achieved a sufficient holding force become.

Bei den bekannten Lösungen wird zwischen einer Elektrode und dem jeweils zu fixierenden Element oder Substrat ein elektrischer Isolator als Halteelement angeordnet und mit einer elektrischen Gleich- oder Wechselspannung mittels Coulomb-Kräften eine Kraftwirkung zur Fixierung des jeweiligen Elementes oder Substrates bewirkt. Sofern es sich bei dem Halteelementwerkstoff einen relativ „schlechten" Isolator mit nicht unendlich großem spezifischen elektrischen Widerstand handelt (in praxi sind bisher 1010 – 1013 Ohm cm in Gebrauch, so wird eine weitere attraktive Kraft, die sogenannte Johnson-Rahbek-Kraft beobachtet.In the known solutions, an electrical insulator is arranged as a holding element between an electrode and the element or substrate to be fixed in each case, and a force effect for fixing the respective element or substrate is effected with an electrical direct or alternating voltage by means of Coulomb forces. If the holding element material is a relatively "bad" insulator with a specific electrical resistance that is not infinitely large (in practice, 10 10 - 10 13 ohm cm have been used so far, another attractive force, the so-called Johnson-Rahbek force, is observed ,

Für die elektrostatischen Halteeinrichtungen sind einpolare, bipolare oder auch multipolare Lösungen bekannt. Dabei werden bei einer einpolaren Lösung eine Elektrode eingesetzt und der eine Pol einer Gleichspannungsquelle an diese Elektrode und der andere Pol der Gleichspannungsquelle an das jeweilige Element oder das jeweilige Substrat angeschlossen.For the electrostatic holding devices are unipolar, bipolar or multipolar solutions known. An electrode is used for a single-polar solution and the one pole of a DC voltage source to this electrode and the other pole of the DC voltage source to the respective element or the respective substrate connected.

Bei einer bipolaren Lösung werden zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Elektroden an die beiden unterschiedlichen Pole einer Gleichspannungsquelle angeschlossen und die beiden Elektroden sind auf der einen Seite des elektrisch isolierenden Halteelementes und das jeweilige Element oder Substrat auf der jeweils anderen Seite dieses Halteelementes angeordnet. Dabei kann das erfindungsgemäße Halteelement sowohl bei einpolaren, wie auch bipolaren Lösungen eingesetzt werden.With a bipolar solution two electrodes arranged at a distance from each other on the two different ones Poles connected to a DC voltage source and the two electrodes are on one side of the electrically insulating holding element and the respective element or substrate on top of each other Side of this holding element arranged. The holding element according to the invention can can be used with both unipolar and bipolar solutions.

Ein bekanntes Beispiel für solche elektrisch isolierenden Halteelemente ist in US 5,777,838 beschrieben.A well-known example of such electrically insulating holding elements is in US 5,777,838 described.

Es sind an einer Oberfläche des dort beschriebenen Halteelementes Erhebungen ausgebildet, an deren Oberflächen das jeweils zu fixierende Element oder Substrat aufliegt, so dass infolge der verkleinerten Berührungsflächen zwischen Halteelement und dem zu fixierenden Element oder Substrat eine erhöhte Haltekraft erreichbar ist und zum anderen durch die zwischen den Erhebungen ausgebildeten Hohlräume Helium zur Kühlung des gehaltenen Elementes geführt werden kann.It is on a surface of the Holding element described there formed elevations on the surfaces the element or substrate to be fixed lies on top, so that due to the reduced contact areas between Holding element and the element or substrate to be fixed an increased holding force is attainable and on the other hand through the between the surveys trained cavities Helium for cooling of the held element can be.

Wegen der bereits eingangs erwähnten weiter erhöhten Positioniergenauigkeitsanforderungen würde sich aber eine solche Gaszufuhr nachteilig auswirken, da gegebenenfalls Partikel eindringen können, da inhomogene Temperaturverteilungen auftreten können und im Rahmen der thermischen Ausdehnung geometrische Verzerrungen von z.B. Wafer/Maske bewirken können. Außerdem ist ein erheblicher Aufwand nötig, um eine derartige Kühlung zu gewährleisten und es schränkt die Verwendbarkeit ein. Z.B. kann ein bewegliches Halteelement nur schwer mit einer Kühlleitung versehen werden.Because of the already mentioned at the beginning increased Positioning accuracy requirements would be such a gas supply have a disadvantageous effect, since particles may penetrate there, because inhomogeneous temperature distributions can occur and within the thermal Expansion of geometric distortions e.g. Effect wafer / mask can. Moreover a lot of effort is required to such cooling to ensure and it limits the usability. For example, a movable holding element is difficult with a cooling line be provided.

Des weiteren kann mit einer solchen Gaskühlung nicht gewährleistet werden, dass eine gleichmäßige Temperatur an allen Positionen eines solchen Halteelementes eingehalten wird und dadurch ebenfalls Lageabweichungen des jeweiligen Elementes oder Substrates auftreten können.Furthermore, such gas cooling not guaranteed be that even temperature is observed at all positions of such a holding element and therefore also positional deviations of the respective element or substrate can occur.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung elektrostatische Halteelemente zur Verfügung zu stellen, die im Vakuum eingesetzt werden können und mit denen eine fixierte Positionierung von Elementen oder Substraten mit erhöhter Positioniergenauigkeit und ausreichend hoher Haltekraft erreichbar sind.It is therefore an object of the invention to provide electrostatic holding elements that are in a vacuum can be used and with which a fixed positioning of elements or substrates with increased Positioning accuracy and sufficiently high holding force can be achieved are.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit elektrostatischen Halteelementen, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweisen, gelöst.According to the invention, this object is achieved with electrostatic Holding elements having the features of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen erreicht werden.Advantageous refinements and developments of the invention can have the features mentioned in the subordinate claims can be achieved.

Für die erfindungsgemäßen elektrostatischen Halteelemente wird ein Werkstoff eingesetzt, dessen spezifischer elektrischer Widerstand bei einer Raumtemperatur von 20°C oberhalb 1013 Ωcm liegt. Er weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, dessen absoluter Betrag < 10–7/K, zumindest in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und 50°C liegt.A material is used for the electrostatic holding elements according to the invention, the specific electrical resistance of which is above 10 13 Ωcm at a room temperature of 20 ° C. It has a coefficient of thermal expansion, the absolute value of which is <10 -7 / K, at least in a temperature range between 0 ° C and 50 ° C.

Die Dicke des erfindungsgemäßen Halteelementes ist dabei kleiner als 0,5 mm, was zumindest auf den dielektrischen Teil zutrifft.The thickness of the holding element according to the invention is less than 0.5 mm, which is at least on the dielectric Part applies.

Dabei können infolge der relativ hohen elektrischen Haltekräfte besondere Einebnungseffekte am Element bzw. Substrat erzielt werden und dadurch die Belich tungsergebnisse bei geringer Schärfentiefe deutlich verbessert werden.Here, due to the relatively high electrical holding forces special leveling effects can be achieved on the element or substrate and thereby the exposure results with a shallow depth of field be significantly improved.

Insbesondere die äußerst kleine Wärmeausdehnung wirkt sich auf die Positioniergenauigkeit vorteilhaft aus.In particular the extremely small thermal expansion has an advantageous effect on the positioning accuracy.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Werkstoff weist dabei innerhalb seines Gefüges mikroskopisch kleine Bereiche mit negativem Wärmeausdehnungsverhalten zumindest innerhalb eines Temperaturintervalles auf.The material to be used according to the invention points within its structure microscopic areas with negative thermal expansion behavior at least within a temperature interval.

Besonders geeignet als Dielektrikum für das Halteelement sind Glaskeramiken basierend auf einem Alkali/Erdalkali-Alumino-Silikat-System mit hohem SiO2-Gehalt (> 50 Masse-%).Glass ceramics based on an alkali / alkaline earth alumino-silicate system with a high SiO 2 content (> 50% by mass) are particularly suitable as a dielectric for the holding element.

Besonders geeignete Zusätze sind beispielsweise LiAlSiO4, LiAlSi2O6 bzw. Zno0,5 AlSi2O6, die zu Ausscheidungen im Werkstoffgefüge mit Bereichen führen, die eine negative thermische Ausdehnung aufweisen und die positive thermische Ausdehnung von umgebenden SiO2-Phasen zu nahezu „Null" kompensieren.Particularly suitable additives are, for example, LiAlSiO 4 , LiAlSi 2 O 6 or Zno 0.5 AlSi 2 O 6 , which lead to precipitations in the material structure with areas that have a negative thermal expansion and the positive thermal expansion of surrounding SiO 2 phases compensate almost "zero".

Entsprechend sollte der Werkstoff eine sogenannte „High-Quarz" Struktur aufweisen, wie dies beispielsweise von H. Bach in „Low Thermal Expansion Glass Ceramics"; Springer Verlag; 1999, Seiten 13 bis 24 beschrieben ist, eingesetzt werden.The material should be accordingly have a so-called "high quartz" structure, such as that of H. Bach in “Low Thermal Expansion Glass Ceramics "; Springer Publishing company; 1999, pages 13 to 24 is used.

Insbesondere durch diese günstigen thermischen Eigenschaften ist es möglich, während des Einsatzes der erfindungsgemäßen elektrostatischen Halteelemente auf eine Kühlung zu verzichten oder eine reduzierte Kühlung verwenden zu können und somit deren Nachteile und den damit verbundenen zusätzlichen Aufwand weit gehend zu vermeiden und trotzdem eine hohe Positioniergenauigkeit der zu fixierenden Elemente oder Substrate zu erreichen.In particular through these cheap thermal properties, it is possible to use the electrostatic holding elements according to the invention on cooling to do without or to use reduced cooling and thus their disadvantages and the associated additional effort largely to avoid and still a high positioning accuracy of the to achieve fixing elements or substrates.

Durch den erhöhten spezifischen elektrischen Widerstand kann mit entsprechend erhöhten elektrischen Spannungen gearbeitet werden und dadurch erhöhte Haltekräfte erreicht werden.Due to the increased specific electrical Resistance can with correspondingly increased electrical voltages be worked and thereby increased holding forces can be achieved.

Im einfachsten Fall kann ein erfindungsgemäßes elektrostatisches Halteelement ein plattenförmiges Gebilde mit quadratischer, rechteckiger oder kreisförmiger Außenkontur sein.In the simplest case, an electrostatic according to the invention Holding element a plate-shaped Structures with a square, rectangular or circular outer contour his.

Dabei sollte die gesamte Berührungsfläche oder mehrere diskret angeordnete Berührungsflächen, wobei auf Beispiele für solche Ausbildungsformen noch zurückzukommen sein wird, sehr eben sein, so dass Abweichungen nicht größer als 1 μm sein sollten.The entire contact area or several discretely arranged contact surfaces, whereby on examples of such forms of training will still come back, very much be even so that deviations should not be greater than 1 μm.

Aufgrund des elektrischen Verhaltens des obenbeschriebenen Werkstoffes kann davon ausgegangen werden, dass die Haltekräfte zum allergrößten Teil durch den sogenannten „Johnson-Rahbek-Effekt" aufgebracht werden, der zu Haltekräften/Anziehungskräften unmittelbar an den Stellen der mechanischen Berührung von Element oder Substrat (Wafer/Maske) und Halteelement (Auflagefläche) führt.Because of the electrical behavior of the material described above can be assumed that the holding forces for the most part are applied by the so-called "Johnson Rahbek effect", of the holding forces / attractions directly at the points of mechanical contact between element or substrate (wafer / mask) and holding element (contact surface) leads.

Die ebenfalls vorhandenen – auf der gesamten Fläche auch über Vertiefungen wirkenden – Coulombkräfte sind demgegenüber vernachlässigbar gering. Somit liegen bei strukturierten Oberflächen mit Vertiefungen im Dielektrikum näherungsweise „keine" Anziehungskräfte auf das zu haltende Objekt unmittelbar über den Vertiefungen vor und es kommt entsprechend auch nicht zu einer Durchbiegung von Element oder Substrat (Wafer/Maske) in diesem Bereich.The also existing - on the entire area also about Indentations - Coulombic forces are In contrast, negligible low. This means that structured surfaces with recesses lie in the dielectric approximately "no" attractions the object to be held immediately above the wells in front of and accordingly, there is no deflection of the element or substrate (wafer / mask) in this area.

Es ist vorteilhaft, die Oberfläche für das Halten des jeweiligen Elementes oder Substrates zu strukturieren, so dass sich die gesamte Berührungsfläche gegenüber der Gesamtfläche eines Halteelementes entsprechend verringert.It is advantageous to keep the surface structure of the respective element or substrate, so that the entire contact area is opposite the total area a holding element reduced accordingly.

Dies dient z.B. auch dazu, Partikel aufzunehmen und bei Partikeln kontaminierten Elementen/Substraten die Auflageebenheit zu erhöhen.This serves e.g. also about particles record and in the case of particles contaminated elements / substrates to increase the flatness.

So besteht die Möglichkeit die Strukturierung in Form von Erhebungen auszubilden, die wiederum durch entsprechende Vertiefungen zwischen den Erhebungen voneinander getrennt sind. Die Erhebungen sollten abgeflachte Berührungsflächen aufweisen und alle Berührungsflächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, wobei die Abweichungen der Anordnungen der Berührungsflächen von der gemeinsamen Ebene < 0,5 μm sein sollen.So there is the possibility of structuring in Form surveys, which in turn by appropriate Wells between the elevations are separated. The elevations should have flattened contact surfaces and all contact surfaces in be arranged on a common plane, the deviations the arrangements of the contact surfaces of the common level should be <0.5 μm.

Die Erhebungen können zylinderförmig, quaderförmig, als Kegel- oder auch Pyramidenstümpfe ausgebildet sein. Die Tiefe der zwischen den Erhebungen vorhandenen Vertiefungen sollte < 0,5 mm und > 0,001 mm sein.The elevations can be cylindrical, cuboid, as Truncated cones or truncated pyramids his. The depth of the depressions between the surveys should be <0.5 mm and> 0.001 mm.

Die Strukturierung an der entsprechenden Oberfläche des erfindungsgemäßen Halteelementes kann aber auch durch die Ausbildung von Vertiefungen in Form von kleinen Kratern oder auch Sacklöchern bzw. auch als Durchbrechungen ausgebildet sein. Dabei können Halteelemente mit Durchbrechungen ähnlich wie ein Gitternetzwerk eine Mehrlochblende oder auch ein Sieb ausgebildet sein.The structuring on the corresponding surface of the holding element according to the invention can but also through the formation of deepening in the form of small ones Craters or blind holes or also be formed as openings. Thereby holding elements with breakthroughs similar a multi-hole screen or a sieve is formed like a grid network his.

Für die Einhaltung der gewünschten Positioniergenauigkeit der zu fixierenden Elemente oder Substrate sollte die eine oder bei strukturierter Oberfläche alle Berühungsflächen eine mittlere Rauhtiefe Ra und/oder quadratischen Mittelrauhwert Rq < 1 μm, bevorzugt < 0,5 μm aufweisen.In order to maintain the desired positioning accuracy of the elements or substrates to be fixed, one or, in the case of a structured surface, all contact surfaces should have an average roughness depth Ra and / or square mean roughness value R q <1 μm, preferably <0.5 μm.

Vorteilhaft kann es sein, dass die Strukturierung über die gesamte Fläche des Halteelemente gleichmäßig ausgebildet worden ist. Hierfür können die Erhebungen, Vertiefungen oder Durchbrechungen jeweils gleich dimensioniert und äquidistant angeordnet sein. Dabei ist unter gleicher Dimensionierung insbesondere die gleichmäßige Größe der Berührungsfläche und auch deren Gestalt zu verstehen.It can be advantageous that the structure tion has been formed uniformly over the entire surface of the holding elements. For this purpose, the elevations, depressions or perforations can each have the same dimensions and be arranged equidistantly. The same dimension is to be understood in particular as the uniform size of the contact surface and also its shape.

Das Verhältnis der Summe der Berührungsflächen in Bezug zur Gesamtfläche des Halteelementes kann zwischen 1 : 1,01 und 1 : 200 liegen, wobei ein Verhältnis von 1 : 4 zu bevorzugen ist.The ratio of the sum of the contact areas in Reference to the total area the holding element can be between 1: 1.01 and 1: 200, with a relationship 1: 4 is preferred.

Es besteht aber auch die Möglichkeit die Strukturierung so auszubilden, dass die Summe der Berührungsflächen innerhalb eines äußeren Randbereiches des Halteelementes mindestens zweimal so groß, wie in einem zentralen Innenbereich des Halteelementes ist. Dabei sollte dieser Randbereich umlaufend um das Halteelement verstanden werden. Die Breite dieses äußeren Randbereiches sollte < als ein 1/4 der Diagonale oder des Durchmessers eines Halteelementes sein.But there is also the possibility the structuring so that the sum of the contact areas within an outer edge area of the holding element at least twice as large as in a central interior of the holding element. This border area should run all the way around to be understood around the holding element. The width of this outer edge area should <as a 1/4 of the diagonal or the diameter of a holding element.

Auf der der strukturierten Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Halteelementes ist mindestens eine Elektrode für den Anschluss einer elektrischen Spannung vorhanden.On the opposite side of the structured surface Side of the holding element is at least one electrode for the connection an electrical voltage is present.

Eine Weiterbildungsmöglichkeit für ein erfindungsgemäßes Halteelement besteht darin, zumindest eine Durchbrechung innerhalb eines zentralen Innenbereiches auszubilden. Mit Hilfe einer solchen Durchbrechung kann beispielsweise eine Ent- oder auch Belüftung erreicht werden, wobei eine Belüftung beispielsweise das Lösen des vorab fixierten Elementes oder Substrates erleichtern kann.A training opportunity for a holding element according to the invention consists of at least one opening within a central inner area train. With the help of such an opening, for example a ventilation or ventilation be achieved with ventilation for example loosening of the previously fixed element or substrate.

Mit Hilfe der Durchbrechung kann aber auch eine Unterdruck-Haltefunktion realisiert werden, so dass eine zweite Funktionalität bei Bedingungen gegeben ist, bei denen kein Vakuum erforderlich ist. So kann an eine oder auch mehrere solcher Durchbrechungen eine Unterdruck erzeugende Einheit (z.B. eine Vakuumpumpe) angeschlossen sein oder temporär angeschlossen werden. Mit Hilfe des Unterdruckes kann eine Haltekraftwirkung für zu fixierende Elemente bereits vorab und/oder eine die elektrostatisch erzeugte Kraft unterstützende zusätzliche Haltekraft ausgeübt werden. Letzteres wirkt sich vorteilhaft aus, da für die volle elektrostatisch erreichbare Haltekraftwirkung ein bestimmter Zeitraum erforderlich ist.With the help of the breakthrough but also a vacuum holding function can be realized, so that a second functionality in conditions where no vacuum is required is. So one or more such openings can be made Vacuum generating unit (e.g. a vacuum pump) connected be or temporary be connected. With the help of negative pressure, a holding force effect for too Fixing elements in advance and / or electrostatically generated force supporting additional Holding force exerted become. The latter has an advantageous effect, as for the full electrostatically achievable holding force effect for a certain period of time is required.

Die mindestens eine Durchbrechung oder ein zusätzlicher Freiraum können ein Unterdruckreservoir bilden, an die eine einen Unterdruck erzeugende Einrichtung angeschlossen und mittels eines Ventils verschlossen werden kann.The at least one breakthrough or an additional Free space form a vacuum reservoir, to which one creates a vacuum Device connected and closed by means of a valve can be.

Außerdem können über eine oder mehrere solcher Durchbrechungen auch gegebenenfalls Partikel abgesaugt und eine Reinigung erreicht werden.You can also have one or more of these Breakthroughs also suctioned off particles and a Cleaning can be achieved.

Die erfindungsgemäßen elektrostatischen Halteelemente können günstigerweise auch mindestens zwei reflektierende Flächen aufweisen. Diese reflektierenden Flächen sind unmittelbar am Halteelement ausgebildet und sowohl orthogonal zueinander, wie auch orthogonal in Bezug zur Ebene der Berührungsfläche(n) ausgerichtet. Mit Hilfe dieser mindestens zwei reflektierenden Flächen kann eine interferometrische Positionsbestimmung des Halteelementes erfolgen. Die Ebenheit der reflektierenden Flächen sollte hierzu in einem für die interferometrische Positionsbestimmung ausreichend großen Bereich mindestens 0,05 μm betragen. Die mittlere Rauhtiefe Ra und/oder die geometrische Rauheit Rq der reflektierenden Flächen sollte möglichst < 0,05 μm sein.The electrostatic holding elements according to the invention can advantageously also have at least two reflecting surfaces. These reflecting surfaces are formed directly on the holding element and are aligned both orthogonally to one another and orthogonally with respect to the plane of the contact surface (s). With the aid of these at least two reflecting surfaces, an interferometric position determination of the holding element can be carried out. For this purpose, the flatness of the reflecting surfaces should be at least 0.05 μm in a range large enough for the interferometric position determination. The average roughness depth Ra and / or the geometric roughness R q of the reflecting surfaces should be <0.05 μm if possible.

Die erfindungsgemäßen elektrostatischen Halteelemente können bei einer Dicke von 0,2 mm ohne weiteres beim Betrieb mit elektrischer Gleichspannung bis zu 500 V und unter bestimmten Umständen auch darüber hinaus betrieben werden, wobei sich grundsätzlich die anlegbare Spannung nach der Dicke des Halteelementes richtet und mit dünnerem Halteelement auch die Spannung verringert werden muß um Durchschläge zu vermeiden.The electrostatic holding elements according to the invention can with a thickness of 0.2 mm without any problems when operating with electrical DC voltage up to 500 V and under certain circumstances also about that be operated, whereby basically the voltage that can be applied depends on the thickness of the holding element and with a thinner holding element the voltage must also be reduced to avoid breakdowns.

Da sich die elektrostatische Haltekraftwirkung bei dem angegebenen Werkstoff mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung zur vollen Stärke entwickelt und nachfolgend wieder abgebaut wird, ist insbesondere der Einsatz für die Herstellung und/oder die Halterung von Masken, die für die photolitographische Strukturierung von Halbleiterelementen eingesetzt werden können, günstig, da es hierbei auf sehr kurze Haltezeiten nicht unbedingt ankommt.Because the electrostatic holding force effect with the specified material with a certain time delay full strength developed and subsequently dismantled is special the commitment to the manufacture and / or mounting of masks for photolithographic Structuring of semiconductor elements can be used, favorably because very short stopping times are not essential.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen elektrostatischen Halteelemente kann mit an sich bekannten Ver fahren, wie sie für die Herstellung optischer Elemente eingesetzt werden, erfolgen. So kann die Bearbeitung durch Schleifen, Läppen, Polieren und gegebenenfalls auch durch das in jüngster Zeit eingeführte Ionenstrahlpolieren oder eine lokale mechanische Korrektur durch Polieren durchgeführt wird. Die Strukturierung kann beispielsweise ebenfalls photolithographisch erfolgen. Für die Ausbildung von Strukturierungen nach der Entwicklung können sowohl Naßätzverfahren wie Trockenätzverfahren eingesetzt werden.The production of the electrostatic according to the invention Holding elements can drive with known Ver, such as for the manufacture optical elements are used. So can the editing by grinding, lapping, Polishing and possibly also by the recently introduced ion beam polishing or a local mechanical correction is carried out by polishing. The structuring can also be photolithographic, for example respectively. For the formation of structuring after development can both wet etching like dry etching become.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft beschrieben werden.The invention is described below by way of example become.

Dabei zeigen:Show:

1 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Halteelementes mit einer Oberflächenstrukturierung in Form von quaderförmigen Erhöhungen und 1 a perspective view of an example of an electrostatic holding element according to the invention with a surface structure in the form of cuboid elevations and

2 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels für ein elektrostatisches Halteelement mit einer Strukturierung in Form zylinderförmiger Erhebungen. 2 a perspective view of an example of an electrostatic holding element with a structure in the form of cylindrical elevations.

Für die Herstellung der in den 1 und 2 gezeigten Beispiele für erfindungsgemäße elektrostatische Halteelemente wurde ein Alkali-Erdalkali-Alumino-Silikat in einer SiO2-Matrix eingesetzt, dessen spezifischer elektrischer Widerstand bei einer Raumtemperatur von 20°C bei ca. 2,5 × 1013 Ωcm liegt.For the production of in the 1 and 2 shown examples of electrostatic holding elements according to the invention, an alkali-earth alkali-alumino-silicate was used in an SiO 2 matrix, the specific electrical resistance at ei ner room temperature of 20 ° C is approx. 2.5 × 10 13 Ωcm.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient dieses für die Her stellung eingesetzten Werkstoffes hatte einen absoluten Betrag von ≤ 0,1 × 10–6/K zumindest im Temperaturbereich zwischen 0°C und 50°C.The coefficient of thermal expansion of this material used for the manufacture had an absolute value of ≤ 0.1 × 10 –6 / K at least in the temperature range between 0 ° C and 50 ° C.

Bei dem in 1 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Halteelementes wurde die Oberfläche, die für die Fixierung des jeweiligen Elementes oder Substrates eingesetzt wird, mit einer Strukturierung versehen, wobei dabei quaderförmige Erhebungen ausgebildet worden sind. Dabei wurde die Summe aller Berührungsflächen auf 1/4 der Gesamtfläche des Halteelementes reduziert.At the in 1 Example shown of an electrostatic holding element according to the invention, the surface, which is used for fixing the respective element or substrate, was provided with a structuring, cuboid elevations being formed. The sum of all contact areas was reduced to 1/4 of the total area of the holding element.

Die Gesamtdicke h0 betrug bei diesem Beispiel 0,2 mm. Die Tiefe der zwischen den Erhebungen ausgebildeten Vertiefungen h betrug bei diesem Beispiel 0,05 mm und die Verhältnisse w : w0 hatte ein Verhältnis 1 : 2.The total thickness h 0 was 0.2 mm in this example. The depth of the depressions h formed between the elevations in this example was 0.05 mm and the ratios w: w 0 had a ratio of 1: 2.

Bei dem in 2 gezeigten Beispiel wurde die Strukturierung in Form zylinderförmigen Erhebungen ausgebildet, wobei diese Erhebungen, wie auch beim Beispiel nach 1 jeweils gleich dimensioniert und äquidistant angeordnet worden sind.At the in 2 In the example shown, the structuring was designed in the form of cylindrical elevations, with these elevations, as in the example according to 1 each have the same dimensions and are arranged equidistantly.

Beim Beispiel nach 2 war jedoch die Summe der Berührungsflächen an den oberen Stirnflächen der zylinderförmigen Erhebungen gegenüber dem Beispiel nach 1 erhöht, so dass die Gesamtfläche dieses Halteelementes doppelt so groß, wie die Summe aller Berührungsflächen ist.In the example after 2 was, however, the sum of the contact areas on the upper end faces of the cylindrical elevations compared to the example 1 increased so that the total area of this holding element is twice as large as the sum of all contact areas.

Mit dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Halteelementen kann die jeweilige Größe der Berührungsflächen für die jeweilige Anwendung optimiert werden. Ein weiterer Parameter insbesondere für die jeweils erreichbaren elektrostatischen Haltekräfte ist außerdem die Tiefe von Vertiefungen h, über die die jeweiligen Anteile an den Haltekräften, die über das Coulomb und das Johnson-Rahbek Verhalten aufgebracht werden können, beeinflussbar sind und über die auch festgelegt wird, welche Partikelgröße dort abgeschieden werden kann, ehe eine Deformation des aufliegenden Substrats oder Elementes erfolgt. Bei beiden, in den 1 und 2 gezeigten Beispielen, wurde herstellungsgemäß sichergestellt, dass alle Berührungsflächen mit einer Toleranz < 1 μm innerhalb einer gemeinsamen Ebene lagen und so eine hochebene Auflagefläche für ein Element oder Substrat auf einer Fläche von mindestens 150 mm × 150 mm bzw. über einen Durchmesser von 200 mm bildeten.With the electrostatic holding elements according to the invention, the respective size of the contact surfaces can be optimized for the respective application. Another parameter, in particular for the electrostatic holding forces that can be achieved in each case, is also the depth of depressions h, via which the respective proportions of the holding forces that can be applied via the Coulomb and Johnson-Rahbek behavior can be influenced and via which what particle size can be deposited there before deformation of the substrate or element lying on it. In both, in the 1 and 2 shown examples, it was ensured in the manufacture that all contact surfaces with a tolerance <1 μm were within a common plane and thus formed a high-level contact surface for an element or substrate on an area of at least 150 mm × 150 mm or over a diameter of 200 mm ,

Es konnten Haltedrücke pro Flächeneinheit an Auflagefläche in Höhe von etwa 400 mbar bei einer angelegten Gleichspannung von 500 V und Dicke des dielektrischen Teils von etwa 0,2 mm des Halteelementes erreicht werden.Holding pressures per Area unit bearing surface in height of approximately 400 mbar with an applied DC voltage of 500 V. and thickness of the dielectric part of about 0.2 mm of the holding element can be achieved.

Claims (18)

Elektrostatisches Halteelement für bei der lithographischen Strukturierung von Halbleiterelementen zu fixierenden Elementen oder Substraten für Halbleiterelemente, das aus einem Werkstoff, der einen spezifischen elektrischen Widerstand bei einer Temperatur von 20 °C > 1013 Ωcm und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, dessen absoluter Betrag mindestens im Temperaturbereich zwischen 0 und 50 °C < 10–7/K aufweist, besteht sowie der dielektrische Teil des Halteelementes eine Dicke < 0,5 mm aufweist und die Oberfläche zum Halten des Elementes oder Substrates strukturiert ist.Electrostatic holding element for elements or substrates for semiconductor elements to be fixed in the lithographic structuring of semiconductor elements, which is made of a material which has a specific electrical resistance at a temperature of 20 ° C> 10 13 Ωcm and a coefficient of thermal expansion, the absolute value of which is at least in the temperature range between 0 and 50 ° C <10 -7 / K, there is and the dielectric part of the holding element has a thickness <0.5 mm and the surface for holding the element or substrate is structured. Halteelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Alkali/Erdalkali – Alumino – Silikat in einer SiO2-Matrix ist .Holding element according to claim 1, characterized in that the material is an alkali / alkaline earth - alumino - silicate in an SiO 2 matrix. Halteelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkali/Erdalkali – Alumino – Silikat LiAlSiO4, LiAlSi2O6 oder Zn0,5AlSi2O6 ist.Holding element according to claim 1 or 2, characterized in that the alkali / alkaline earth metal - aluminosilicate is LiAlSiO 4 , LiAlSi 2 O 6 or Zn 0.5 AlSi 2 O 6 . Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung in Form von Erhebungen, deren abgeflachte Berührungsflächen in einer gemeinsa men Ebene angeordnet sind, ausgebildet ist, deren Lageabweichungen in Bezug zu dieser Ebene < 1 μm sind.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized that the structuring in the form of surveys, whose flattened contact surfaces in a common level are arranged, is formed, the Position deviations in relation to this plane <1 μm are. Halteelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen zylinderförmig, quaderförmig, in Form von Kegel- oder Pyramidenstümpfen ausgebildet sind.Holding element according to claim 4, characterized in that the Elevations cylindrical, cuboid, in Shape of truncated cones or pyramids are trained. Halteelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Erhebungen Vertiefungen ausgebildet sind, deren Tiefe < 0,5 mm und > 0,001 mm ist.Holding element according to claim 4 or 5, characterized in that that depressions are formed between the elevations, the Depth <0.5 mm and> 0.001 mm. Halteelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung in Form von Vertiefungen oder Durchbrechungen ausgebildet ist.Holding element according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that that structuring in the form of depressions or breakthroughs is trained. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsflächen für das Element oder Substrat eine mittlere Rauhtiefe Ra und/oder einem quadratischen Mittenrauhwert Rq < 1 μm aufweisen.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the contact surfaces for the element or substrate have an average roughness depth Ra and / or a square mean roughness value R q <1 μm. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung über die Fläche des Halteelementes gleichmäßig ausgebildet ist.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the structuring is uniform over the surface of the holding element is. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen, Vertiefungen oder Durchbrechungen jeweils gleich dimensioniert und äquidistant angeordnet sind.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized that the elevations, depressions or breakthroughs are equally dimensioned and arranged equidistantly. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Summe der Berührungsflächen in Bezug zur Gesamtfläche des Halteelementes zwischen 1 : 1,01 und 1 : 200 liegt.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized that ratio the sum of the contact areas in Reference to the total area of the holding element is between 1: 1.01 and 1: 200. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Berührungsflächen innerhalb eines äußeren Randbereiches des Halteelementes mindestens zweimal so groß, wie in einem zentralen Innenbereich des Halteelementes ist.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the sum of the contact areas within an outer edge area of the holding element at least twice as large as in a central interior of the holding element. Halteelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des äußeren Randbereiches ≤ einem viertel der Diagonalen oder des Durchmessers des Halteelementes ist.Holding element according to claim 12, characterized in that the width of the outer edge area ≤ a quarter the diagonal or the diameter of the holding element. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines zentralen Innenbereiches des Halteelementes mindestens eine Durchbrechung ausgebildet ist.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that within a central interior of the Holding element is formed at least one opening. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Durchbrechung eine einen Unterdruck erzeugende Einheit angeschlossen oder anschließbar ist.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one opening a Vacuum generating unit is connected or connectable. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei orthogonal zueinander und orthogonal in Bezug zur Ebene der Berührungsfläche(n) ausgerichtete reflektierende Flächen für eine interferometrische Positionsbestimmung des Halteelementes am Halteelement vorhanden sind.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that at least two are orthogonal to each other and orthogonal aligned with respect to the plane of the contact surface (s) reflective surfaces for one interferometric position determination of the holding element on the holding element available. Halteelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Rauhtiefe Ra und/oder der quadratische Mittenrauhwert Rq der reflektierenden Flächen < 0,05 μm ist.Holding element according to claim 16, characterized in that the average roughness R a and / or the square mean roughness R q of the reflecting surfaces is <0.05 μm. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Halteelement zu fixierende Element oder Substrat eine Maske oder ein Wafer ist.Holding element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the element to be fixed with the holding element or substrate is a mask or a wafer.
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