DE10240356B4 - Electrostatic holding element - 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 The invention relates to electrostatic holding elements used in the manufacture of elements involved in the lithographic patterning of semiconductor elements as well as substrates for Semiconductor elements, which are lithographically structured during production, can be used. The use of the holding elements according to the invention offers itself especially if for the lithographic structuring shortwave electromagnetic Radiation, such as the radiation in the wavelength range of extreme ultraviolet light, ie with wavelengths <100 nm used 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.There the radiation for very fine structuring is used and in this wavelength range a relatively small optical depth of field, are the requirements to the positioning accuracy of the respective elements or substrates very high, which in the former case is usually the so-called masks and with the substrates usually around the so-called Wafer acts.

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.There the shortwave radiation of gases is absorbed and therefore the Production of the structures is usually carried out within vacuum chambers, Divide holding elements whose holding forces by generating negative pressure to be applied, actually out.

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 dicken Metallschicht (erfahrungsgemäß d > 20 nm) auf der dem Halteelement zugewandten Seite eine ausreichende Haltekraft erreicht werden.In the youngest Therefore, the past has solutions crystallized, in which holding the disc-shaped elements or substrates is effected electrostatically. This requires the element or substrate has a finite electrical conductivity zen, which is known to be the intrinsic conductivity of semiconductors such as silicon, germanium or gallium arsenide, but at least one order of magnitude lower specific electrical resistance of the element or Substrate opposite that of the holding element must be present. This is not the case (for example in the case of glass), it is possible by application (vapor deposition, sputtering) a sufficiently thick metal layer (according to experience d> 20 nm) on the Holding element facing side reaches 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 um 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 between an electrode and the respectively to be fixed element or substrate as a holding element and causes an electric DC or AC voltage by means of Coulomb forces a force acting to fix the respective element or substrate. If the holding element material is a relatively "bad" insulator with not infinitely high specific electrical resistance (in practice 10 10 -10 13 ohm cm are currently in use), then another attractive force, the so-called Johnson-Rahbek Strength 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 einpolare, bipolar or multipolar solutions known. In this case, an electrode is used in a monopolar solution and 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.at a bipolar solution become two spaced-apart electrodes on the two different poles of a DC voltage source connected and the two electrodes are on one side of the electrically insulating Retaining element and the respective element or substrate on the respective arranged on the other side of this holding element. In this case, the holding element according to the invention be used both in monopolar, as well as 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 are on a surface of the holding element described there surveys formed on their surfaces the respective element or substrate to be fixed rests, so that due to the reduced contact areas between Holding element and the element or substrate to be fixed an increased holding power is attainable and on the other by the between the elevations trained cavities Helium for cooling led 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 above further increased But positioning accuracy requirements would be such a gas supply adversely affect, because if necessary particles can penetrate since inhomogeneous temperature distributions can occur and in the context of thermal Extension geometric distortions of e.g. Wafer / mask cause can. Furthermore a considerable effort is needed for such cooling to ensure and it restricts the availability. For example, a moving 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.Of further can not be guaranteed with such a gas cooling be that a uniform temperature is maintained at all positions of such a holding element and thereby also positional deviations of the respective element or substrates can occur.

Des Weiteren ist in US 5,886,863 ein Trägerelement für Wafer beschrieben, das aus einem keramischen Basiskörper, einer metallischen Elektrodenplatte gebildet ist, wobei auf der Oberfläche ein Aluminiumnitridfilm ausgebildet wurde. Diese Elemente sollen eine gute Wärmeleitfähigkeit und ein nahezu gleiches Wärmeausdehnungsverhalten aufweisen.Furthermore, in US 5,886,863 a lethargic described wafer for wafer, which is formed of a ceramic base body, a metallic electrode plate, wherein on the surface of an aluminum nitride film was formed. These elements should have a good thermal conductivity and a nearly equal thermal expansion behavior.

In EP 0 680 075 A1 ist eine Elektrode zur Erzeugung von Plasma, ein Element zum Einbetten einer Elektrode und ein Verfahren zur Herstellung von Elektrode und dem Element beschrieben.In EP 0 680 075 A1 For example, an electrode for generating plasma, an element for embedding an electrode, and a method for producing the electrode and the element are described.

Aus US 5,923,521 ist eine Vorrichtung mit einem elektrostatischen Halteelement bekannt, wobei die elektrostatische Haltekraft, die auf ein zu haltendes Werkstück wirkt, eingestellt werden kann.Out US 5,923,521 a device with an electrostatic holding element is known, wherein the electrostatic holding force acting on a workpiece to be held, can be adjusted.

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 electrostatic holding elements for disposal to put, which can be used in a vacuum and with which a fixed Positioning of elements or substrates with increased positioning accuracy and sufficiently high holding power can be achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit elektrostatischen Halteelementen, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweisen, gelöst.According to the invention this Task with electrostatic holding elements, which have the characteristics of Claim 1, solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen erreicht werden.advantageous Embodiments and developments of the invention can with in the subordinate claims 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.For the electrostatic holding elements according to the invention a material is used whose specific electrical resistance at a room temperature of 20 ° C is above 10 13 Ωcm. It has a thermal expansion coefficient whose absolute value 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 retaining 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.there can due to the relatively high electrical holding forces special leveling effects on Element or substrate are achieved and thereby the Belich processing results at shallow depth of field be significantly improved.

Insbesondere die äußerst kleine Wärmeausdehnung wirkt sich auf die Positioniergenauigkeit vorteilhaft aus.Especially the extremely small one 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.Of 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 aluminosilicate system with a high SiO 2 content (> 50% by weight) are particularly suitable as a dielectric for the retaining element.

Besonders geeignete Zusätze sind beispielsweise LiAlSiO4, LiAlSi2O6 bzw. Zn0,5 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 and Zn 0.5 AlSi 2 O 6 , which lead to precipitations in the material structure with areas having a negative thermal expansion and the positive thermal expansion of surrounding SiO 2 phases compensate for 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; 1995, Seiten 13 bis 24 beschrieben ist, eingesetzt werden.Corresponding should the material have a so-called "high-quartz" structure, as for example by H. Bach in "Low Thermal Expansion Glass Ceramics "; Springer Publishing company; 1995, pages 13 to 24 are 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.Especially through this cheap thermal properties, it is possible during the use of the electrostatic holding elements according to the invention on a cooling to be able to do without or to be able to use a reduced cooling and thus their disadvantages and the associated additional expense as far as possible to avoid and still a high positioning accuracy of 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.By the raised Specific electrical resistance can be correspondingly increased with electrical Tensions are 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 In the simplest case, an inventive electrostatic holding element a plate-shaped Structures with square, rectangular or circular outer contour be.

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.there should be the entire interface or a plurality of discretely arranged contact surfaces, wherein on examples for such forms of training will still come back, very much be even, so that deviations should not be greater than 1 micron.

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.by virtue of the electrical behavior of the above-described material can It can be assumed that the holding forces for the most part be applied by the so-called "Johnson-Rahbek effect", directly to holding forces / attractions at the points of mechanical contact of element or substrate (wafer / mask) and holding element (bearing 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 available - on the entire surface also on depressions - Cou In contrast, lombkräfte are negligible. Thus, in structured surfaces with depressions in the dielectric, there are approximately "no" forces of attraction on the object to be held directly above the depressions, and accordingly no deflection of the element or substrate (wafer / mask) in this region occurs.

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 beneficial to the surface for the Holding the respective element or substrate to structure, so that the entire contact surface opposite the total area a holding element correspondingly reduced.

Dies dient z.B. auch dazu, Partikel aufzunehmen und bei Partikeln kontaminierten Elementen/Substraten die Auflageebenheit zu erhöhen.This serves e.g. also to pick up particles and contaminate particles Elements / substrates to increase the bearing 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 it is possible the structuring in the form of surveys, in turn, through corresponding recesses between the surveys separated from each other are. The elevations should have flat contact surfaces and all contact surfaces in a common plane, the deviations the arrangements of the contact surfaces of the common level <0.5 microns should be.

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 Surveys can cylindrical, cuboid, designed as cones or truncated pyramids be. The depth of the pits existing between the elevations 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 by the formation of depressions in the form of small Craters or blind holes or be designed as openings. This can be holding elements similar to breakthroughs as a lattice network a multi-hole or a sieve formed be.

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, the one or, in the case of a structured surface, all contact surfaces should have a mean roughness Ra and / or square mean roughness 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.Advantageous It may be that the structuring over the entire surface of the Holding elements formed uniform has been. Therefor can they Elevations, depressions or openings in each case the same dimensions and equidistant be arranged. It is under the same dimensions in particular the uniform size of the touchpad and also to understand their 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 relationship the sum of the contact areas in Relation to the total area of the holding element can be between 1: 1.01 and 1: 200, wherein a relationship of 1: 4 is preferable.

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.It But there is also the possibility form the structuring so that the sum of the contact surfaces within an outer edge area of the holding element at least twice as large as in a central interior area of the holding element is. This edge area should be circumferential be understood to 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 structured surface opposite Side of the holding element is at least one electrode for connection an electrical voltage available.

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 opportunities for a Inventive retaining element consists in at least one opening within a central interior area train. With the help of such an opening, for example a vent or ventilation be achieved, with a ventilation for example, the release of the previously fixed element or substrate can facilitate.

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 Help the opening can also be a vacuum holding function be realized, so that a second functionality under conditions is given, where no vacuum is required. So can on one or more such openings a negative pressure generating Unit (e.g., a vacuum pump) may be connected or temporarily connected become. With the help of the negative pressure can be a holding force effect for fixing elements already in advance and / or an electrostatically generated power supporting additional Holding force exercised become. The latter has an advantageous effect, since for the full Electrostatically achievable holding force effect a certain period 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 opening or an additional free space can Form negative pressure reservoir to which a negative pressure generating Device connected and closed by a valve can be.

Außerdem können über eine oder mehrere solcher Durchbrechungen auch gegebenenfalls Partikel abgesaugt und eine Reinigung erreicht werden.You can also use a or more such openings also optionally particles sucked off 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 also have at least two reflecting surfaces. These reflective surfaces are directly on the Haltee Lement formed and aligned both orthogonal to each other, as well as orthogonal with respect to the plane of the contact surface (s). With the help of these at least two reflective surfaces, an interferometric position determination of the holding element can take place. For this purpose, the flatness of the reflecting surfaces should be at least 0.05 μm in a region which is sufficiently large for the interferometric position determination. The average roughness Ra and / or the geometric roughness R q of the reflective surfaces should be as <0.05 μm as 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 at a thickness of 0.2 mm readily when operating with electrical DC voltage up to 500 V and in certain circumstances also about that are operated, in principle, the voltage applied directed according to the thickness of the holding element and with a thinner holding element also the voltage must be reduced in order 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.There the electrostatic holding force effect at the specified Material developed with a certain time delay to full strength and subsequently dismantled, is in particular the use for the Manufacture and / or mounting of masks used for photolithographic Structuring of semiconductor elements can be used, low, since It does not necessarily depend on very short holding times.

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 Preparation of the electrostatic according to the invention Retaining elements can drive with known per se, as they are for the production optical elements are used, carried out. So can the editing by grinding, lapping, Polishing and possibly also by the recently introduced ion beam polishing or a local mechanical correction is performed by polishing. The structuring, for example, also photolithographically respectively. For the formation of structurings after the development can both wet etching used as dry etching become.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft beschrieben werden.following the invention should be described by way of example.

Dabei zeigen:there demonstrate:

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 structuring in the form of cuboidal 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 structuring 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-alkaline earth aluminosilicate in an SiO 2 matrix was used, the specific electrical resistance at a room temperature of 20 ° C at about 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 preparation 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 shown example of an electrostatic holding element according to the invention, the surface which is used for the fixation of the respective element or substrate, provided with a structuring, in which case cuboidal elevations have been formed. The sum of all contact surfaces 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 recesses h formed between the protrusions was 0.05 mm in this example 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 As shown in the example, the structuring was formed in the form of cylindrical elevations, these elevations, as in the example according to 1 each have the same dimensions and 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.For example 2 However, the sum of the contact surfaces on the upper end faces of the cylindrical projections was compared to the example 1 increases, so that the total area of this holding element is twice as large as the sum of all contact surfaces.

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 respectively achievable electrostatic holding forces, 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 behaviors can be influenced and also determined which particle size can be deposited there before a deformation of the overlying substrate or element takes place. In both, in the 1 and 2 As shown, it was ensured by the manufacturer that all contact surfaces with a tolerance <1 .mu.m within a common Ebe ne and thus formed a plateau 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.It could hold backs per unit area bearing surface in height of about 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 be achieved.

Claims (18)

Elektrostatisches Halteelement für bei der lithographischen Strukturierung von Halbleiterelementen zu fixierenden Elementen oder Substraten für Halbleiterelemente, das eine Glaskeramik in einer SiO2-Matrix, als Werkstoff für das Dielektrikum, 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 in the lithographic patterning of semiconductor elements to be fixed elements or substrates for semiconductor elements comprising a glass ceramic in a SiO 2 matrix, as a material for the dielectric, a specific electrical resistance at a temperature of 20 ° C> 10 13 Ωcm and a coefficient of thermal expansion whose absolute value at least in the temperature range between 0 and 50 ° C <10 -7 / K has, and the dielectric part of the holding element has a thickness <0.5 mm and the surface is structured to hold the element or substrate. Halteelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Alkali/Erdalkali-Alumino-Silikat in einer SiO2-Matrix ist.Retaining element according to claim 1, characterized in that the material is an alkali / alkaline earth aluminosilicate in a SiO 2 matrix. Halteelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkali/Erdalkali-Alumino-Silikat LiAlSiO4, LiAl-Si2O6 oder Zn0,5AlSi2O6 ist.Retaining element according to claim 1 or 2, characterized in that the alkali / alkaline earth aluminosilicate LiAlSiO 4 , LiAl-Si 2 O 6 or Zn 0 , 5 AlSi 2 O 6 is. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung in Form von Erhebungen, deren abgeflachte Berührungsflächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, ausgebildet ist, deren Lageabweichungen in Bezug zu dieser Ebene < 1 μm sind.Retaining element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the structuring in the form of elevations, their flattened contact surfaces in a common plane are arranged, is formed, whose Position deviations with respect to this plane <1 μm are. Halteelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen zylinderförmig, quaderförmig, in Form von Kegel- oder Pyramidenstümpfen ausgebildet sind.Retaining element according to claim 3, characterized in that the Elevations cylindrical, cuboid, in Shape of cone or truncated pyramids are formed. Halteelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Erhebungen Vertiefungen ausgebildet sind, deren Tiefe < 0,5 mm und > 0,001 mm ist.Retaining element according to Claim 3 or 4, characterized that are formed between the elevations depressions whose 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 Durch- brechungen ausgebildet ist.Retaining element according to at least one of claims 1 to 5, characterized that the structuring in the form of depressions or perforations 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.Retaining element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the contact surfaces for the element or substrate has a mean roughness Ra and / or a square Average roughness Rq <1 μm. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung über die Fläche des Halteelementes gleichmäßig ausgebildet ist.Retaining element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the structuring over the surface of the holding element is uniform is. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen, Vertiefungen oder Durchbrechungen jeweils gleich dimensioniert und äquidistant angeordnet sind. Retaining element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the elevations, depressions or openings each equidistant 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.Retaining element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the ratio the sum of the contact areas in Relation 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.Retaining element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the sum of the contact surfaces within an outer edge region of the holding element at least twice as large as in a central interior area of the holding element is. Halteelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des äußeren Randbereiches ≤ einem viertel der Diagonalen oder des Durchmessers des Halteelementes ist.Retaining element according to claim 11, characterized in that the width of the outer edge area ≤ one quarter the diagonal or the diameter of the holding element is. Halteelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines zentralen Innenbereiches des Halteelementes mindestens eine Durchbrechung ausgebildet ist.Retaining element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that within a central interior of the Retaining 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.Retaining 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 Positonsbestimmung des Halteelementes am Halteelement vorhanden sind. Retaining element according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that at least two orthogonal to each other and orthogonal oriented with respect to the plane of the interface (s) reflective surfaces for one interferometric position determination of the holding element on the holding element available. Halteelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Rauhtiefe Ra und/oder der quadratische Mittenrauhwert Rq der reflektierenden Flächen < 0,05 μm ist.Retaining element according to claim 15, characterized in that the average roughness depth R a and / or the square mean roughness Rq of the reflective surfaces is <0.05 μm. Verwendung eines Halteelements nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Fixieren von Masken oder Wafern.Use of a holding element after min at least one of the preceding claims, for fixing masks or wafers.
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