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Stationäre elektrostatische Halter werden seit Jahren bei der Handhabung von scheibenartigen leitenden und halbleitenden Werkstoffen, im Besonderen zur Handhabung als Haltevorrichtung für sogenannte Wafer in Produktionsanlagen der Halbleiterindustrie verwendet. Das Wirkprinzip ist eingehend in Veröffentlichungen beschrieben wie: Shermann et.al.: Semiconductor International V 20 Jul. 1997, 319-21; Olson et. al.: Rev. Sci. Instrum. 66 (2) Feb. 1995,
1108-14 ; Watanabe et al.: Jpn. J. Appl. Phys. Vol (32) 1993,864-71; Hartsough: Solid State Technology January 93, Seiten 87-90.
Die Verfahren zur Umsetzung dieser Prinzipien auf sogenannte mobile transportable elektrostatische Haltesysteme sind eingehend in EP 1 217 655 A1, US 2002/0110449 A1 sowie WO / 02 11184 A1 beschrieben und repräsentieren den Stand der Technik.
Die praktische Umsetzung der Verfahren zur mobilen elektrostatischen Handhabung führte zur Entwicklung erster mobiler elektrostatischer Haltevorrichtungen (sog. Tansfer-ESC's, abgekürzt T-ESC's) zum elektrostatischen Halten von folienartigen Werkstücken (z.B. Siliziumwafern) insbesondere für die Halbleitertechnik, vgl. EP 1 217 655 A1.
Die ersten vorgeschlagenen Lösungen erfüllen jedoch viele technische und wirtschaftliche Anforderungen an derartige, mobile, elektrostatische Halter (Substrathalter) nur unbefriedigend.
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Dieser Sachverhalt liegt daran, dass die transportablen elektrostatischen
Substrathalter nur im geringen Mass den unterschiedlichen
Einsatzbereichen und Prozessschritten bei dem Bearbeiten sowie dem
Handhaben von Wafern vor allem im Bereich der Halbleiterindustrie angepasst sind. Der gleiche Umstand gilt jedoch auch für andere wichtige fndustriebereiche, z. B. der Solar-, Medizin- und Audiotechnik beim
Handhaben dünner Substrate, u. a. von Solarzellen, Filtern,
Speichermedien. Hier existieren viele analoge Problemstellungen wie in der Halbleitertechnik.
Daher werden im Nachfolgenden verschiedene Ausführungen von mobilen transportablen elektrostatischen Substrathaltem (T-ESC's), insbesondere für den Bereich der Halbleiterindustrie vorgeschlagen, die vielfach auch unverändert in anderen Industriezweigen eingesetzt werden können.
Hierdurch wird in der Halbleiterindustrie vor allem die Gefahr von Ausbeuteverlusten, z. B. durch den Bruch bzw. die mechanische Zerstörung der Bauelemente, drastisch reduziert.
Neben der Dicke der mobilen elektrostatischen Substrathalter (vgl. hierzu EP 1 217 655 A1) ist ein weiteres wichtiges Mass deren Durchmesser. In der Regel bietet es sich in der Halbleitertechnik an, um das Kantenbruchrisiko der relativ spröden Wafer, z. B. aus Silizium bzw. anderen Halbleiterwerkstoffen, wie z. B. Galliumarsenid zu minimieren, den Durchmesser der Substrathalter gleich gross, wie die standardisierten Wafer (vgl. Semi-Standard, z. B. M1.9-0699) und weitgehend deckungsgleich zu den vorhandenen Wafergeometrien, z. B. rund oder mit Abkantung (sogenannte Flats, vgl. die einschlägigen Semi-Standards) auszulegen.
Für einige Prozesse, wie dem Plasmaätzen, ist es jedoch sinnvoll den Durchmesser (kreisförmiges, rundes Substrat, ggf. mit sogn. Fat) bzw. die äusseren Abmessungen (z. B. die Kantenlänge bei mehreckigen
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Substraten) des mobilen elektrostatischen Halters im Vergleich zum
Wafer um 0,1 bis zu 30 mm zu verringern. Hierdurch kommt es einerseits bei geringen Ätzabträgen zu Kantenrundungen, welche die Bruchgefahr der Wafer drastisch zu reduzieren vermögen und andererseits wird durch einen signifikant verkleinerten mobilen elektrostatischen Substrathalter im
Vergleich zum transportierten Wafer die Gefahr von elektrischen
Durchschlägen auf den mobilen elektrostatischen Halter verringert und auch eine schnelle Erosion des Transfer-ESC's im Plasma verhindert.
Wenn zum Halten des mobilen elektrostatischen Halters eine weitere fest eingebaute stationäre elektrostatische Haltevorrichtung verwendet wird, bietet es sich an, um die Haftung des mobilen elektrostatischen Halters zu erhöhen, die dem stationären elektrostatischen Halter zugewandte Seite mit Metallen (z. B. Aluminium, Nickel) und @ oder Halbmetallen (z. B.
Silizium) und @ oder Metalllegierungen (z. B. Nickelchromlegierungen) örtlich, stellenweise oder komplett zu beschichten. Hieran kann falls nötig ein zusätzliches elektrisches Potential angelegt werden. So können unipolare und / oder mehrpolare Rückseitenelektroden entstehen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, magnetische Werkstoffe (z. B.
Ferrite) massiv in den mobilen elektrostatischen Substrathalter einzuarbeiten oder diesen örtlich, stellenweise oder komplett mit derartigen Werkstoffen zu beschichten. Dieser kann dann magnetisch mittels einer entsprechend mit Magneten ausgestatteten Aufnahme(- vorrichtung) gehalten werden.
In anderen Fällen, wo es erforderlich ist den mit dem Substrat (z. B.
Wafer) beaufschlagten mobilen elektrostatischen Halter mechanisch, z. B. durch einen Greifer oder eine Klemmvorrichtung zu handhaben oder / und zu fixieren bietet es sich an, örtlich, stellenweise oder über alle äusseren Geometrien den mobilen elektrostatischen Substrathalter grösser als das zu transportierende Substrat (z. B. Wafer) auszulegen. Bezogen auf den Durchmesser oder die äusseren Abmessungen des Substrats {z. B. Wafer mit 300 mm Durchmesser) kann der mobile elektrostatische Halter bis zu
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150 mm grösser sein. Der überstehende Rand von bis zu 150 mm kann dann zum Klemmen bzw. zum mechanischen Handhaben des mit dem
Substrat (z. B. Wafer) beaufschlagten transportablen elektrostatischen
Halters genutzt werden. Durch einen zusätzlichen örtlich, stellenweise oder umlaufend den Rand überdeckenden, z.
B. aus einem aus
Kunststoff, wie Polyimid oder einer Keramik, wie Aluminiumoxid, bestehenden Klemm- und Schutzring kann der überstehende Rand des mobilen elektrostatischen Halters vor einem Plasmaangriff wirksam geschützt werden (Abbildung 1 a, 1 b).
Weiterhin ermöglicht das mechanische Klemmen der mobilen elektrostatischen Halter im Vergleich zu stationären, fest in die
Behandlungsmaschine eingebauten elektrostatischen Haltern eine signifikante Effizienzsteigerung (Produktivitätssteigerung) der Fertigungsmaschinen. So sind zum gegenwärtigem Zeitpunkt in der Halbleiterindustrie viele Fertigungsmaschinen, beispielsweise zum Plasmaätzen, in der Regel mit fest eingebauten stationären elektrostatischen Haltesystemen ausgestattet.
Das elektrische (elektrostatische) Laden und Entladen des elektrostatischen Haltesystems zum Anziehen (Laden) und Loslassen (Entladen) des Substrates (Wafer) kann dabei je nach verwendeten Werkstoffen für das Dielektrikum des elektrostatischen Halters (ggf. unterstützt durch sogn. Memory-Effekte), Grösse und Abmessungen der Wafer bis zu rd. 20 Sekunden bei stationären elektrostatischen Haltevorrichtungen nach dem Stand der Technik pro Prozesskammer dauern. Wird jedoch der zeitintensive Lade- und Entladevorgang durch das Verwenden eines hier beschriebenen mobilen elektrostatischen Halters ausserhalb der Fertigungsmaschine (z. B.
Plasmaanlage) vorgenommen und der mobile mit einem Wafer beaufschlagte Halter in die Maschine eingeschleust und innerhalb dieser durch Klemmen mechanisch gehalten und fixiert, kann der Durchsatz der äusserst teuren Behandlungsmaschinen um ca. 5-25% (je nach Prozesszeit) gesteigert
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werden. So können die Klemmringe bzw. -vorrichtungen in der seit langer
Zeit bekannten Weise, z. B. mittels Elektromotoren, pneumatischen
Vorschub sehr schnell auf und zu gefahren werden. Diese mechanischen
Klemmvorrichtungen wurden bereits als stationäre elektrostatische Halter noch nicht bekannt bzw. verbreitet waren, eingesetzt. Jedoch klemmten diese das Substrat (z. B. den Wafer) und nicht, wie hier beschrieben, den mobilen elektrostatischen Halter.
Da die zu behandelnden Wafer gemäss dieser Erfindung nicht von den Klemmringen überdeckt werden, entspricht die Grösse der bearbeitbaren Waferoberfläche der beim Verwenden von stationären elektrostatischen
Haltern, d. h. es gibt keine Ausbeuteverluste infolge des Oberdeckens der Waferoberfläche durch den Klemmring, wie bei alten Klemmvorrichtungen. Auch steigt hierdurch nicht die Partikelgenerartion, wie bei rein mechanischen Klemmsystemen alter Bauart. So wurden unerwünschte Partikel vor allem an der Schnitt- bzw. Kontaktstelle Wafer / Klemmring durch das Öffnen und / oder Schliessen der Klemmringe und z.
B. infolge des Zerreissens von Kontaminationsschichten, z. B. bestehend aus Plasmapolymeren, generiert.
Gleichzeitig verringert sich durch den Einsatz von mobilen elektrostatischen Haltern, gemäss der Erfindung, der Verbrauch an Betriebsstoffen (Gase ect. ) pro prozessiertem Substrat (Wafer) erheblich.
Da die mobilen elektrostatischen Halter ähnlich hohe Standzeiten, wie die teuren, fertigungstechnisch aufwendigen stationären elektrostatischen Halter erreichen können, jedoch wesentlich günstiger zu produzieren sind, sinken zudem signifikant die Instandhaltungskosten.
Der über den Abmessungen des Substrats (z. B. Wafer) hinausgehende Rand des mobilen elektrostatischen Halters kann örtlich, stellenweise oder umlaufend, um bis zu 30 mm dicker und bis zu 10 mm dünner, als der durch das Substrat abgedeckte Bereich sein. Dieses Auslegungsmerkmal ermöglicht es beispielsweise bei erhöhter Dicke, wie in EP 1 217 655 A1 beschrieben, Akkumulatoren, Batterien und aufwendige Elektronik
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grösserer Abmessungen in den mobilen elektrostatischen Haltern unterzubringen. Andererseits vereinfacht ein dünner Rand das mechanische Klemmen und Zentrieren des mobilen elektrostatischen
Haltesystems innerhalb der Fertigungsmaschine.
Natürlich können z. B. die Akkumulatoren, die Elektronik, wie in EP 1 217
655 A1 ausgeführt, auch in örtlich ständig oder nicht ständig vorhandenen
Gehäusen verschiedener Bauart untergebracht sein. Beispielsweise kann so ein flexibles, stetiges oder nicht stetiges automatisches oder manuelles
Handhaben, elektrisches Nachladen und Entladen der mobilen elektrostatischen Halter in sogenannten Wafer-Carriem ermöglicht werden.
Sehr hohe Scherkräfte treten im Bereich der Halbleiterindustrie insbesondere beim Schleifen und beim Polieren der Wafer auf .
Die elektrostatische Haltekraft ist bei hohen Abtragsraten oftmals nicht mehr ausreichend, um den Wafer sicher bei den vorgenannten mechanischen Bearbeitungsvorgängen zu fixieren.
In den meisten Fällen werden daher zum gegenwärtigem Zeitpunkt in Schleif- und Poliermaschinen und vielfach auch in anderen atmosphärischen Behandlungseinrichtungen zum Fixieren und Halten der Wafer sogenannte Vakuumhalter (Vakuumaufnahmen) eingesetzt. Hierbei wird durch eine Vakuumpumpe auf der Rückseite der Wafer ein Vakuum erzeugt. Entsprechend der jeweiligen Druckdifferenz kann die Haltekraft bis zu rd. 0,1N / mm2 betragen.
Vielfach bestehen, um eine gleichmässige Druckverteilung (Haltekraftverteilung) zu erzielen, die Vakuumhalter (Vakuumaufnahmen, Waferaufnahmen) aus (homogenen) porösen Werkstoffen oder aus gelochten und auch ringförmig perforierten Scheiben (Abbildung 2a, 2b).
Wird jedoch der mobile elektrostatische Halter in vergleichbarer Weise, wie der in der jeweiligen Schleif-, Polier- oder atmosphärischen Behandlungsmaschine (Z B. auch in einem Spinätzer oder diversen Lithographieeinrichtungen) vorhandene Vakuumhalter (Vakuumauf-
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nähme) perforiert (Abbildung 2a, 2b), kann neben der elektrostatischen
Haltekraft zusätzlich ein wesentlicher Teil der durch den Vakuumhalter (aufgrund der Druckdifferenz) erzeugten Haltekraft zum Fixieren des
Wafers auf dem elektrostatischen Halter genutzt werden.
Um eine gleichmässige Wirkung des Vakuums zum Festhalten der Wafer zu erreichen und das Eindringen von Flüssigkeiten, z. B.
Schleifemulsionen, Säuren zum Spinätzen, zu verhindern, bietet es sich an die mobilen elektrostatischen Halter an der dem Wafer zugewandten und / oder abgewandten Seite (vgl. Abbildung 2a, 2b) mit Dichtungen (Dichtflächen) zu versehen. Diese können z. B. aus Polymeren, wie Silikone, Fluorkunststoffe und / oder auf der Basis von geeigneten Metallen, z. B. galvanisch abgeschiedenes Nickel und # oder Metalllegierungen (vor allem für höhere Temperaturen) bestehen.
Diese Dichtungen werden meist im äusseren Bereich (Abbildung 1a, 1b) des mobilen elektrostatischen Halters ausgeführt. In ähnlicher Weise können zusätzliche Dichtungen aus Polymeren und # oder Metallen und # oder Metalllegierungen auch in den äusseren Bereich der Vakuumaufnahme eingebracht werden, um den Zwischenraum zwischen der Rückseite des mobilen elektrostatischen Halters und der Vakuumaufnahme abzudichten (nicht dargestellt in (Abbildung 2a, 2b)).
Mobile elektrostatische Halter vor allem zum Schleifen, Polieren, für die Photolithographie und zum nasschemischen Reinigen von Substraten (Wafem) sollten vorzugsweise aus Gläsern, Glaskeramiken, keramischen Werkstoffen oder Halbleiterwerkstoffen bestehen. So weisen diese einerseits ähnliche mechanische und physikalische Eigenschaften, wie die in der Halbleiterindustrie prozessierten Materialien (z. B. Silizium) auf und lassen sich beispielsweise leicht in einer Schleifmaschine zum Waferschleifen (vorab) hinsichtlich der erforderlichen Ebenheit bzw.
Planparallelität kalibrieren. Andererseits sind diese meist hervorragende Isolatoren oder lassen sich entsprechend leicht modifizieren, so dass die Verlustströme auch in nassen Medien klein sind.
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Vor allem die sogenannte Keramik- bzw. Glas- Multilayertechnik und der
Einsatz von (foto-)strukturierbaren Gläsern, u. a. bekannt als Fouturan#, hat sich bei der Herstellung von elektrostatischen Hartem, u. a. zum
Schleifen und Polieren, als sehr hilfreich erwiesen. Auch können durch das Verwenden von Gläsern durchsichtige mobile elektrostatische Halter, welche sich beispielsweise für eine optische Justage von
Schutzvorrichtungen (Verpackungen), z. B. für mikromechanische
Bauteile (sogn. MEMS) eignen, hergestellt werden.
Ferner empfiehlt sich die Multilayertechnik von Kunststoffen, wie beim
Herstellen von gedruckten Schaltungen, beispielsweise durch das Verwenden von chemisch sehr beständigen Polyimidfolien zum Herstellen von mobilen elektrostatischen Haltern zum Plasmaätzen, Spinätzen und für Transportaufgaben.
In vergleichbarer Weise, wie oben beschrieben, können mobile elektrostatische Halter auch für das Plasmaätzen, plasmaunterstütztes Abscheiden aus der Gasphase (PECVD), plasmaunterstütztes physikalisches Abscheiden (PVD) mit Perforierungen, Dichtungen, Dichtelementen und Strukturierungen der jeweiligen Oberflächen versehen werden.
So wird in der EP 1 217 655 A1 beschrieben, dass ein mobiler elektrostatischer Halter dazu verwendet werden kann, das Werkstück während der Bearbeitung, beispielsweise durch Plasmaätzen, zu fixieren.
Bei den bisher bekannten Ausführungen ist jedoch nicht vorgesehen, eine dabei oftmals auftretende für das Werkstück bzw. den Wafer schädliche Erwärmung durch eine Kühlvorrichtung zu verhindern.
Daher sind in einer weiteren erfindungsmässigen Ausführung eines mobilen elektrostatischen Halters im Substrathalter Bohrungen bzw.
Perforationen enthalten, durch die während einer Bearbeitung des Wafers auftretende Erwärmungen durch eine Gaskühlung, beispielsweise mittels Helium, verringert werden können. In diesem Fall wird der Gasfluss durch die Bohrungen (Anmerkung: Sowohl im obigen Text als auch im
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nachfolgenden Text sind unter der Bezeichnung Bohrungen stets nicht nur runde sondern auch Durchbrüche und Perforationen anderer Geometrie, wie eckig, oval ect. zu verstehen.) so gegen den Wafer geführt, dass ein gasgefüllter Zwischenraum zwischen dem vorgenannten Werkstück und dem mobilen elektrostatischen Halter entsteht.
Eine besonders sichere Kühlwirkung wird dann erreicht, wenn das
Kühlgas beispielsweise von einer oder von mehreren meist mittigen
Bohrungen im elektrostatischen Halter durch Kühlgaskanäle in der der
Waferrückseite zugewandten Oberfläche des mobilen elektrostatischen
Halters verteilt wird. Diese der Waferrückseite zugewandten
Kühlgaskanäle können, wie in EP 0 948 042 A1 und in US 6 215 641 B1 beschrieben, ausgeführt werden.
Die Bohrungen bzw. Perforationen des mobilen elektrostatischen Halters sind neben der Nutzung für ein nötiges Kühlgas auch erforderlich, um Abhebestifte, Sensoren und Kontaktstifte an den Wafer heranzuführen.
Die Abhebestifte dienen zum Abheben und Absetzen des mit dem Substrat (Wafer) beladenen mobilen elektrostatischen Halters von und / oder auf die stationäre Aufnahme(-vorrichtung) oder wenn diese oder zusätzliche Abhebestifte durch Perforationen bzw. Bohrungen durch den mobilen elektrostatischen Halter geführt werden, auch zum Abheben und Absetzen des Wafers auf dem auf der Aufnahme(-vorrichtung) fixierten (mobilen) elektrostatischen Halter (Abbildung 1a, 1 b). Das Abheben geschieht, um den mit dem Substrat (Wafer) beaufschlagten elektrostatischen Halter oder nur das Substrat (Wafer) mittels eines Roboterarmes erfassen und transportieren zu können. In der gleichen o. a. Weise ist es möglich Sensoren, z. B. Temperaturfühler an die Rückseite des Substrates (Wafer) bzw. des mobilen elektrostatischen Halters heranzuführen.
Ferner können Kontaktstifte an die Rückseite des mobilen elektrostatischen Halters geführt werden, um diesen falls nötig in der jeweiligen Fertigungsmaschine elektrisch nachzuladen. Das Nachladen in der Fertigungsmaschine ist vor allem dann nötig, wenn, wie
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es sich gezeigt hat, lange Prozesszeiten oder sehr hohe Temperaturen ( > rd. 150 C), die das in der Fertigungsmaschine unerwünschte elektrische
Entladen des mobilen elektrostatischen Halters stark begunstigen können, vorliegen.
Falls der mobile elektrostatische Halter auf Halbleiterbasis ausgeführt ist und der sogenannte Johnson-Rahbek-Effekt (bzw. -Anordnung) genutzt wird, sind die Verlustströme meist so hoch, dass ein elektrisches
Nachladen, wie o. a. in der Fertigungsmaschine vorgenommen werden muss. Hierdurch lässt sich oftmals nur die gewünschte Funktion sicherstellen.
Dadurch das in der Fertigungsrnaschine bzw. Fertigungsumgebung elektrisch nachgeladen werden kann, entsteht aus dem mobilen elektrostatischen Substrathalter und der jeweiligen stationären Aufnahme(-vorrichtung) ein zusammengesetztes elektrostatisches Haltesystem, welches falls nötig so lange und in vergleichbarer Weise, wie ein konventionelles aus einem oder mehreren stationären Teilen bestehendes, fest eingebautes elektrostatisches Haltesystem betrieben werden kann.
Ein derartiges erfindungsgemässes zwei- bzw. mehrteiliges Hattesystem hat gegenüber älteren, konventionellen Ausführungen den Vorteil, dass im Rahmen der Instandhaltung, z. B. in Vakuumanlagen zum Plasmaätzen, die Instandhaltung automatisch durch den Wechsel des meist als erstes Teil verschleissenden (mobilen) elektrostatischen Substrathalters mittels für die Wafer vorhandener Handhabungsroboter erfolgen kann, ohne die Vakuumkammern öffnen und diese mit der umgebenden Atmosphäre fluten zu müssen. Hierzu sind die mobilen elektrostatischen Halter hinsichtlich der Geometrie und den Abmessungen ähnlich der verwendeten Wafer auszulegen, damit spezielle Anpassungen der Maschinensysteme nicht nötig sind (vgl. auch EP 1 217 655 A1).
Bei konventionellen Systemen bisheriger Bauart benötigt die Instandhaltung zum Ein- und Ausbau der stationären elektrostatischen
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Haltesysteme und dem Einstellen eines stabilen Betriebszustandes (insbesondere eines stabilen Vakuums) in der Regel mehrere Stunden.
Zudem lassen sich, wie bereits erwähnt, mobile elektrostatische
Haltesysteme wesentlich kostengünstiger als die bekannten stationären elektrostatischen Haltesysteme herstellen.
Die Kontaktstifte können auch, wenn diese (infolge von Bohrungen,
Perforationen durch den mobilen elektrostatischen Halter) an der
Waferrückseite anliegen, zur elektrischen Entladung der Wafer bzw.
Substrate verwendet werden (Abbildung 1 b). Die vorgenannten Stifte können nur einzelne, alle oder mehrere der vorgenannten Funktionen aufweisen und beispielsweise sowohl als Abhebestifte, Kontaktstifte und
Träger von Sensoren verwendet werden.
Die Durchführungen durch den mobilen elektrostatischen Hatter sind meist, um einen erhöhten Abfluss des Kühlgases in den Prozessraum zu verhindern, mit weiteren Dichtungen umgeben (Abbildung 1 b).
Bei einer bevorzugten Ausführung verfügt der mobile elektrostatische Halter, beispielsweise um die Kühlwirkung auf dem Wafer zu verbessern. über zusätzliche Dichtungen aus Polymeren, z. B. Silikone, Fluorkunststoffe (z. B. Fluorelastomere) und / oder Metallen (z. B. Nickel) und # oder Metalllegierungen (z. B. aus Nickelchromlegierungen). Diese Dichtungen können auf der dem Wafer zugewandten und # oder dem Wafer abgewandten Seite auf dem mobilen elektrostatischen Halter angebracht werden (Abbildung 3a-3c).
Die auf der dem Wafer abgewandten Seite des mobilen elektrostatischen Halters angebrachten Dichtungen entfallen ggf. wenn eine oder mehrere Dichtungen in der Aufnahme(-vorrichtung) des mobilen elektrostatischen Halters eingebracht sind (Abbildung 3c).
Durch Polieren, Läppen, Schleifen, Feinstdrehen oder Fräsen der dichtenden Oberflächen des mobilen elektrostatischen Halters und / oder der Aufnahme(-vorrichtung) kann die Gasdichtheit weiter verbessert werden.
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Gegebenenfalls kann hierdurch auch örtlich, stellenweise oder insgesamt entsprechend der jeweiligen Druck- und Umgebungsverhältnisse auf
Dichtungen verzichtet werden.
Eine weiter verbesserte Ausführungsform zeigt die Abbildung 4. Hierbei wird das Kühlgas (bevorzugt Helium) durch z. B. die oftmals mit deionisiertem Wasser oder einem Glykolgemisch gekühlte Aufnahme(- vorrichtung) des elektrostatischen Halters in einen mit dem vorgenannten
Halter gebildeten Zwischenraum, durch z. B. eine oder mehrere ringförmige Gasbohrungen eingeleitet (Abbildung 4). Das Helium kühlt zunächst die dem Wafer abgewandte Rückseite des mobilen elektrostatischen Halters. Anschliessend wird das Kühlgas, z. B. über eine bevorzugt mittige oder mehrere Bohrungen in den Zwischenraum zwischen dem Wafer und dem mobilen elektrostatischen Halter (ein-) geleitet.
Hierdurch wird die Rückseite des Wafers sehr effektiv gekühlt.
Durch Gaskanäle (Abbildung 3a) auf der Oberfläche des mobilen elektrostatischen Halters oder / und der Aufnahme(-vorrichtung) kann die Effektivität der Kühlung weiter erhöht werden.
Am äusseren Rand des Wafers strömt falls nötig durch eine Absaugvorrichtung das Kühlgas zurück (Abbildung 4). Dieses kann somit zurückgewonnen werden und ggf. nach einer vorherigen Kühlung weiter verwendet werden. Aufgrund der zusätzlich verwendeten Dichtungen kann das Kühlgas nicht in den umgebenden Prozessraum strömen und die z. B. beim Plasmaätzen, Kathodenzerstäuben (PVD, Sputtern) nötigen Prozessparameter negativ beeinflussen.
Um eine effektive Kühlung der Wafer vorzugsweise mittels Gasen zu erreichen, ist eine möglichst grosse Kühloberfläche nötig. Beispielsweise bietet sich hierzu eine entsprechende Strukturierung der dem Wafer ab- und / oder zugewandten Seite des mobilen elektrostatischen Substrathalters sowie der Oberfläche der stationären Aufnahme(- vorrichtung) an. Die Strukturierung kann beispielsweise durch Schleifen,
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Sägen, chemisches Ätzen, Laserschneiden (gleichmässig strukturierte
Oberfläche, sogn. definierte Strukturierung) erfolgen oder z.B. durch
Sandstrahlen in Kombination mit den vorgenannten Verfahren erzeugt werden (ungleichmässig strukturierte Oberfläche, sogn. undefinierte
Strukturierung).
Bevorzugte Strukturierungen weisen ein gleichmässiges Gittermuster auf (Abbildung 5a-5c). Durch zusätzliches Polieren und / oder Läppen, mechanisches Bearbeiten (z. B. Schleifen, Feinstdrehen, Fräsen) werden die so erzeugten Oberflächen überarbeitet. Hierdurch können gute
Ebenheiten und Planparallelitäten der strukturierten Oberflächen hergestellt werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Die Abbildung la beschreibt einen Schnitt durch eine komplette elektrostatische Haltevorrichtung beispielsweise für das Plasmaätzen gemäss dieser Erfindung; dabei ist (1) das Substrat (Wafer), (2) der mobile elektrostatische Halter, (3) der Klemmring mit dem der mobile elektrostatische Halter (2) fixiert ist (4) ist (sind) umlaufende Dichtung (en) im mobilen elektrostatischen Halter (2), um die seitliche Abströmung der Gase für die Gaskühlung des Substrates (Wafer) (1) zu verhindern.
Weitere Dichtungen (4) um die Bohrung(en) für die Abhebe bzw.
Kontaktstifte (7) für den mobilen elektrostatischen Halter (2) reduzieren zusätzlich die Leckströme des Kühlgases. (5) ist die Bohrung für die Gaskühlung (hier beispielsweise zentrisch ausgeführt). Die stationäre Aufnahme(-vorrichtung) (6) mit ggf. vorhandenen Kühl- bzw.
Heizeinrichtungen, Durchführungen für Kühlgase, Abhebe- und geeignete Kontaktstifte (7) zum elektrischen Laden und / oder Entladen und Sensoren nimmt den mobilen elektrostatischen Halter (2) mit dem Substrat (Wafer) (1) auf. Durch die Abhebe- und Kontaktstifte (7) wird der
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mobile elektrostatische Halter (2), welcher das Substrat (Wafer) (1) festhält, von der stationären Aufnahme(-vorrichtung) (6) abgehoben bzw. auf dieser abgesetzt oder / und elektrisch geladen bzw. entladen.
Abbildung 1b beschreibt, ebenso wie Abbildung 1a, einen Schnitt durch eine komplette elektrostatische Haltevorrichtung, beispielsweise für das
Plasmaätzen gemäss dieser Erfindung, jedoch ist dieser Schnitt im Vergleich zum Schnitt in Abbildung 1a um 90 gedreht. Die Beschreibung ist hierbei mit der zur Abbildung 1a weitestgehend identisch, lediglich werden hier die gezeigten zusätzlichen Abhebe- bzw. Kontaktstifte (7) nur für das Abheben (Absenken) bzw. für das elektrische Kontaktieren (vor allem Entladen) des Substrates (Wafer) (1) verwendet.
Die Abbildung 2a zeigt in der Draufsicht einen Vorschlag gemäss der Erfindung für einen mobilen elektrostatischen Halter (2), welcher sich beispielsweise zum Schleifen und Polieren eignet. Zur besseren Verdeutlichung ist hier die Darstellung ohne Substrat (Wafer). Neben Bohrungen für Abhebe- und Kontaktstifte (8) verfügt der mobile elektrostatische Halter (2) über eine ringförmige Perforation (9) sowie über eine Reihe von zusätzlichen Bohrungen (10), um das mittels der Vakuumaufnahme (11) (vgl. Abbildung 2b) erzeugte Vakuum neben der elektrostatischen Haltekraft zum Fixieren und Hatten des Substrates (Wafer) (1) verwenden zu können. Zudem zeigt Abbildung 2a die umlaufende Dichtung (4).
Abbildung 2b beschreibt einen Schnitt durch Abbildung 2a. Die Darstellung ist hier, zur besseren Verdeutlichung, ohne Abhebe- bzw.
Kontaktstifte. Die Vakuumaufnahme (11), aus einem porösen z. B. keramischen Werkstoff gefertigt, hält mittels Vakuum den mobilen elektrostatischen Halter (2), der hält wiederum das Substrat (Wafer) (1) elektrostatisch und durch das erzeugte Vakuum. Zudem zeigt Abbildung
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2b umlaufende Dichtungen (4), die einerseits einen für das Vakuum schädlichen Leckstrom möglichst klein halten und andererseits das
Eindringen von Schleif- und Poliermitteln sowie ggf. vorhandener
Flüssigkeiten (z. B. Schleifemulsionen) verhindern. Ausserdem zeigt die
Abbildung 2b auch die beispielhafte ringförmige Perforation (9) sowie die für den zusätzlichen Vakuumhalt notwendigen Bohrungen (10) im mobilen elektrostatischen Halter (2).
Die Abbildungen 3a-3c beschreiben jeweils in der Draufsicht (3a) und im
Schnitt (3b, 3c) verschiedene Arten den mobilen elektrostatischen Halter (2), beispielsweise für das Plasmaätzen abzudichten, um möglichst geringe Leckströme zu erzielen.
Abbildung 3a zeigt in der Draufsicht die strukturierte Oberfläche zur Gasverteilung (13) mittels Gaskanälen des mobilen elektrostatischen Halters (2). Die Darstellung ist hier, zur besseren Verdeutlichung, ohne Substrat (Wafer) (1).
Der mobile elektrostatische Halter (2) wird über den Klemmring (3) fixiert.
Zudem zeigt die Abbildung (eine) zentrische und radiale Bohrungen zur Kühlgasverteilung (12) sowie Dichtungen (4) und die Bohrungen für die Abhebe- bzw. Kontaktstifte (8).
Abbildung 3b beschreibt den Schnitt durch Abbildung 3a. Hierbei sind in den mobilen elektrostatischen Halter (2) die Dichtungen (4) eingelassen.
Hierdurch werden einerseits die Rückseite des Substrates (Wafer) (1) als auch die dem Substrat (Wafer) (1) abgewandte Seite des mobilen elektrostatischen Halters (2) und die einzelnen Bohrungen für die Abhebe- bzw. Kontaktstifte (7), (8), abgedichtet. Der Klemmring (3) fixiert den mobilen elektrostatischen Halter (2). Die Bohrung für die Gaskühlung (5) setzt sich in der stationären Aufnahme(-vorrichtung) (6) fort. Durch die verwendeten Dichtungen (4) entstehen zwischen dem Substrat (Wafer)
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(1) und dem mobilen elektrostatischen Halter (2) als auch zwischen der stationären Aufnahme (-vorrichtung) abgedichtete, hoch wirksame
Zwischenräume (14) zur Kühlung des Substrates (Wafer) (1).
Abbildung 3c zeigt einen zusätzlichen Schnitt durch Abbildung 3a mit einem weiteren Vorschlag gemäss der Erfindung. Die Beschreibung ist hierbei mit der zur Abbildung 3b weitestgehend identisch; abweichend sind lediglich hierbei die Dichtungen (4), die hier auch in die stationäre Aufnahme(-vorrichtung) (6) des mobilen elektrostatischen Halters (2) eingelassen sind.
Die Abbildung 4 zeigt im Schnitt einen weiteren Teil der Erfindung. Der mobile elektrostatische Halter (2) wird durch einen Klemmring (3) auf der Aufnahme(-vorrichtung) (6) gehalten. Der mobile elektrostatische Halter (2) fixiert das Substrat (Wafer) (1). Durch die in den mobilen elektrostatischen Halter (2) und in die stationäre Aufnahme(-vorrichtung) (6) eingelassenen Dichtungen (4) bzw. Dichtflächen entstehen wiederum die zur Gaskühlung benötigten Zwischenräume (14). Durch den gekennzeichneten Kühlgasstrom (15), der in den Zwischenräumen (14) verläuft und der Flüssigkeitskühlung (16) in der stationären Aufnahme(- vorrichtung) (6) wird eine sehr effiziente Kühlung des Substrates (Wafer) (1) erreicht.
Durch einen geschlossenen Kreislauf des Kühlgases entsprechend dem dargestellten Kühlgasstrom (15) kann das Kühlgas wiederverwendet und falls notwendig temperiert (abgekühlt bzw. erwärmt) werden.
Abbildung 5a-5c zeigt einen Vorschlag gemäss einem Teil der Erfindung, um die Kühlwirkung des Kühlgases durch das Erzeugen einer möglichst grossen Kühloberfläche auf einer oder der beiden Seiten (dem Substrat (Wafer) (1) zu- und abgewandte Seite) des mobilen elektrostatischen Halters (2) oder / und der stationären Aufnahme (-vorrichtung) zu
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verbessern.
Abbildung 5a zeigt beispielhaft eine durch Sandstrahlen erzeugte ungleichmässig (undefiniert) strukturierte Oberfläche (17). Diese hat im Vergleich zu einer gleichmässig (definiert) strukturierten Oberfläche (18) gemäss Abbildung 5b den Vorteil einer meist grösseren spezifrschen
Oberfläche und ist in der Herstellung auch wirtschaftlich günstiger.
Die in Abbildung 5b dargestellte gleichmässig (definierte) strukturierte Oberfläche (18), welche beispielsweise mit Hilfe reproduzierbarer mechanischer Verfahren (z. B. Fräsen, Sägen, Schleifen) und Strahlverfahren mittels Laser-, Elektronenstrahl oder chemischer Verfahren (z. B. Nass- oder Trockenätzen (Plasmaätzen)) hergestellt werden kann, ermöglicht jedoch gegenüber den behandelten Oberflächen entsprechend Abbildung 5a wesentlich homogenere Kühleigenschaften.
Abbildung 5c zeigt in der Draufsicht das angestrebte Gittermuster (19) der durch das Strukturieren erzeugten Oberflächen gemäss Abbildung 5a und 5b. Durch ein dem Strukturieren nachfolgendes Überschleifen, Läppen, Polieren, Fräsen oder Fein (st)drehen strukturierten Oberflächen (17), (18) wird ein Gittermuster (19) gemäss Abbildung 5c der behandelten Oberfläche und eine gute Ebenheit und Planparallellität des mobilen elektrostatischen Halters (2) und der stationären Aufnahme(-vorrichtung) (6) des mobilen elektrostatischen Halters (2) erreicht
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BEZUGSZEICHENLISTE
1. Substrat (Wafer)
2. Mobiler elektrostatischer Halter
3. Klemmring
4. Dichtung(en)-fläche(n)
5. Bohrung für Gaskühlung
6. Stationäre Aufnahme(-vorrichtung) des mobilen elektrostatischen Halters
7. Abhebe- bzw. Kontaktstifte
8.
Bohrungen für Abhebe- bzw. Kontaktstifte
9. Ringförmige Perforation
10. Bohrungen (für zusätzlichen Halt durch Vakuum)
11. Vakuumaufnahme
12. Zentrische- bzw. radiale Bohrungen zur Kühlgasverteilung
13. Strukturierte Oberfläche zur Gasverteilung (Gaskanäle)
14. Zwischenraum für Gaskühlung
15. Kühlgasstrom (#)
16. Flüssigkeitskühlung (#)
17. Ungleichmässig strukturierte Oberfläche
18. Gleichmässig strukturierte Oberfläche
19. Gittermuster (in der Draufsicht)