CH684602A5 - Halterahmen zum Festhalten von einem scheibenartigen Substrat. - Google Patents
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Description
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Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halterahmen zum Festhalten von einem scheibenartigen Substrat gemäss dem Oberbegriff nach Anspruch 1.
Substrate, wie beispielsweise Halbleiterscheiben bzw. sog. Wafer, werden beim Bearbeiten der Substrate in einer Bearbeitungskammer mittels eines Halterahmens in Position gehalten. In diesem Zusammenhang zu nennen sind Bearbeitungsprozesse im Vakuum, wie beispielsweise Beschichtung durch Aufdampfen, Zerstäuben, CVD-Abscheidung etc., sowie Bearbeitung mit ionengestützten Verfahren, wie beispielsweise Ätzen usw. Dabei wird das Substrat entweder von einer Unterlage bzw. einem Hubtisch von unten an den Rahmen gedrückt oder aber vom Halterahmen auf einer Unterlage gehalten. Damit möglichst die gesamte Substratoberfläche, wie die Halbleiterscheibe, mit zu bearbeitenden Substraten, wie beispielsweise Chips, belegt werden kann, erfolgt das Fixieren bzw. Positionieren des Substrathalters vorzugsweise mittels vom Halterahmen vorstehenden Fingern, welche das Substrat an seiner Peripherie etwas überlappen. Würde der Halterahmen das Substrat ganzheitlich an der Peripherie zum Positionieren überlappen, ginge wichtiger Platz verloren, auf welchem, z.B. bei Wafern, keine der erwähnten Chips angeordnet werden könnten bzw. diese durch fehlerhafte Bearbeitung entfallen würden.
In diesem Zusammenhang sei auf die EP-A 0 350 752 verwiesen, in welcher ein derartiger Halterahmen zum Festhalten von Halbleiterscheiben in der Bearbeitungsposition in einer Kammer beschrieben ist, womit der Inhalt der genannten EP-A 0 350 752 ebenfalls Bestandteil dieser Beschreibung ist.
Beim Bearbeiten einer Halbleiterscheibe kann rückseitig ein Gasdruck aufgebaut werden, um mittels des Gases eine möglichst gute Wärmeleitung und einheitliche Wärmeverteilung an der Scheibe beim Aufheizen oder Kühlen zu erzeugen. Wie oben erwähnt, wird der Wafer mittels der beispielsweise fingerartigen Halteelementen an der Peripherie gehalten, wobei diese Finger am oder auf dem Halterahmen, wie beispielsweise einem ca. 1 kg schweren Haltering, auf- resp. angeschraubt sind.
Die naheliegende Lösung, nämlich drei Haltefinger am Umfang anzubringen (statisch bestimmt), erweist sich in diesem Fall als untauglich, da zwischen den Fingern sich der Wafer durch den Gasdruck hochwölben kann und dort zuviel Gas ausströmt, was die Temperaturegalität verhindert. Also müssen vier oder mehr Finger verwendet werden, wobei sich in der Praxis aber folgende Probleme eingestellt haben:
- Die Halteelemente bzw. Haltefinger müssen handwerklich möglichst genau, z.B. auf ein Hundertstel mm (1/100 mm) genau, in gegenseitiger Höhenposition eingestellt werden, um ein gleich-mässiges Festhalten der Halbleiterscheibe zu garantieren.
- Beim Erwärmen des Halteringes verwirft sich dieser, und die Höhen der Haltefinger stimmen nicht mehr überein. Dadurch strömt das Gas un-gleichmässig am Umfang des Wafers resp. der
Halbleiterscheibe ab, und der Wafer wird nicht mehr gleichmässig erwärmt.
- Durch die ungleiche Höhe der Haltefinger entsteht beim zuerst berührenden Finger eine hohe Pressung, was zu Rissen im Wafer führen kann.
Es wurde versucht, durch Verwendung von elastischen Fingern das Problem zu lösen, allerdings ohne befriedigende Resultate zu erzielen, da u.a. der Bauraum sehr beschränkt ist. Ein analoger Lösungsansatz wird in der EP 0 342 688 vorgeschlagen, wo ein federnd ausgebildeter Halterahmen für das Festhalten eines Wafers vorgesehen ist. Dieser Lösungsansatz ist für eine Beschichtungsaniage aus zwei Gründen nicht zielführend:
- Die ringförmige Ausgestaltung bewirkt eine zu grosse Abschattung bzw. Abdeckung des Wafers;
- mit der Änderung der Temperatur ändert sich der E-Modul des Federwerkstoffes und damit die Anpresskraft des segmentierten Anpressringes, was wohl bei einer Ausführung gemäss der EP 0 342 688 ausreichend sein mag, jedoch nicht für eine Gasheizung.
Die in der US-PS 4 724 621 beschriebene Wa-ferhalteeinrichtung mit federnd gelagerten Haltestiften hat ebenfalls den Nachteil der Federbelastung, sowie besteht die negative Möglichkeit, dass die Haltestifte eine radiale Verschiebung des Wafers bewirken können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halterahmen bzw. Haltering zu schaffen, der bei den erwähnten Rahmenbedingungen ein gleichmässiges Festhalten und Aufheizen des Substrathalters garantiert, so dass die erwähnten Probleme nicht auftreten können.
Ein weiteres Problem, das sich beim Halten eines sog. Wafers mittels der Haltefinger ergeben hat, besteht darin, dass beim Beschichtungsprozess gelegentlich die Haltefinger mit dem Wafer verklebt werden. Dadurch besteht beim Absenken eines Hubtisches, mittels welchem die Halbleiterscheibe bzw. der Wafer in einer Bearbeitungskammer gehalten wird, die Gefahr, dass der Wafer an den Haltefingern kleben bleibt, dann verkippt und schliesslich zerbricht. Es ist entsprechend eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Halterahmen bzw. den Haltering mit den Haltefingern derart auszugestalten, dass ein Verkippen des Wafers nach Beendigung des Bearbeitungsprozesses bzw. beim Absenken des Wafers nicht erfolgen kann.
Erfindungsgemäss wird ein Halterahmen nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
Im speziellen wird vorgeschlagen, dass der Halterahmen bzw. der Haltering gelenkig oder biegeweich ausgebildet ist.
Bevorzugte Ausführungsvarianten eines derartigen Halterahmens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 bzw. 11 charakterisiert.
Weiter wird vorgeschlagen, dass am Halterahmen nebst den angeordneten Halteelementen bzw. Haltefingern zum Festhalten des Substrathalters in Bearbeitungsposition federnd ausgebildete Abdrückelemente vorgesehen sind, welche das Substrat auf derselben Oberfläche, an welcher die Halteelemente das Substrat in Bearbeitungsposition festhalten,
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höhenbeabstandet an seiner Peripherie überlappen und welche Abdrückelemente gegenüber dem Halterahmen federnd vorgespannt sind und dazu geeignet sind, ein Festkleben des Substrats an den Halteelementen beim Absenken aus der Bearbeitungsposition zu verhindern.
Weitere erfindungsgemässe Ausführungsvarianten eines derartigen Halterahmens mit Abdrückelementen sind in den abhängigen Ansprüchen 8 bis 10 charakterisiert.
Die Erfindung wird nun beispielsweise und unter Bezug auf die angeführten Figuren näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 in Obendraufsicht einen erfindungsgemäss ausgebildeten Haltering mit Haltefingern, eine Halbleiterscheibe festhaltend,
Fig. 2 im Querschnitt den Haltering gemäss Fig. 1 entlang der Linie l-l,
Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung eines erfin-dungsgemässen Halteringes in Obendraufsicht, Abdrückelemente umfassend,
Fig. 4 und 5 im Querschnitt den Haltering von Fig. 3, die Funktionsweise der Abdrückelemente erläuternd.
In Fig. 1 ist ein Haltering 3 für das Festhalten einer Halbleiterscheibe bzw. eines Wafers 1 dargestellt, der in vier Segmente 3a bis 3d unterteilt ist. Die einzelnen Segmente 3a bis 3d sind untereinander gelenkartig über Gelenke 6 verbunden, die je zwei Schenkel 5a und 5b umfassen, welche beispielsweise mittels Schraubverbindungen fest mit den einzelnen Segmenten 3a bis 3d verbunden sind. Die Gelenke sind beispielsweise als Blattfedern ausgebildet, können aber auch scharnierartig sein oder mit elastischen Elementen, wie Federn, elastischen Kunststoffen usw., gebildet werden.
Mittig zwischen den Segmenten 3a bis 3d, im wesentlichen auf den Gelenken 6 aufliegend, sind Haltefinger 7 vorgesehen, welche mittels vorn vorspringender Nasen 9 die Halbleiterscheibe 1 in Bearbeitungsposition festhalten.
In Fig. 2 ist im Schnitt entlang der Linie l-l aus Fig. 1 der Haltering dargestellt, wobei die unter der Halbleiterscheibe 1 angeordnete Haltevorrichtung sichtbar wird. Diese umfasst beispielsweise einen Hubtisch 21 mit sich durch diesen hindurch erstrek-kenden Gasdurchgängen 23, womit sich zwischen dem Hubtisch 21 und der Halbleiterscheibe 1 ein kleines Gaspolster 25 bildet. Dies deshalb, um eine einheitliche Erwärmung der Halbleiterscheibe durch im Hubtisch 21 angeordnete Heizelemente (nicht dargestellt) zu erzielen.
Die Peripherie der Halbleiterscheibe überlappend und festhaltend sind die beiden Haltefinger 7 angeordnet, welche die Halbleiterscheibe 1 mit ihren Nasen 9 festhalten. Die Haltefinger 7 sind auf den Gelenken 6 angeordnet, welche je die Segmente 3a und 3b bzw. 3c und 3d verbinden.
Wenn nun beim Positionieren der Halbleiterscheibe 1 durch Aufwärtsbewegung des Hubtisches 21 die Halbleiterscheibe 1 gegen die Finger 7 mit ihren Nasen 9 drückt, so wird durch die segmentartige Unterteilung des Halteringes sichergestellt, dass schlussendlich die Pressung der Finger 7 gegen die Halbleiterscheibe 1 einheitlich verteilt ist. So wird der erste auf der Halbleiterscheibe 1 aufliegende Finger 7 mit seiner Nase 9 so weit nach oben ausgelenkt, bis auch die anderen Nasen 9 der Finger 7 auf der Scheibe 1 aufliegen. Um schlussendlich trotzdem ein nach unten dichtes Festhalten der Halbleiterscheibe 1 mittels des Halteringes 3 zu erzielen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die einzelnen Segmente aus einem im wesentlichen starren Material, wie beispielsweise Stahl, zu fertigen. Anderseits ist es auch möglich, statt der gelenkartigen Ausbildung der Verbindung der einzelnen Segmente die Verbindungen federnd auszugestalten. Aber wiederum sollten die Segmente selbst starr ausgebildet sein. Dasselbe gilt im übrigen auch für die Haltefinger 7, die vorteilhafterweise aus einem starren Material gefertigt sind.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Halteringes 3 dargestellt, der im wesentlichen demjenigen in den Fig. 1 und 2 entspricht. Neu hinzu kommt, dass beidseits der Haltefinger 7 sog. Abdrückfinger 31a und 31b angeordnet sind, welche federnd auf der Halbleiterscheibe 1 aufliegen.
Deren Funktion wird nun anschliessend anhand der Fig. 4 und 5 erläutert, wo im Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 3 der Haltering im Querschnitt dargestellt ist.
In Fig. 4 ist die Halbleiterscheibe 1 in Bearbeitungsposition dargestellt, d.h. mit angehobenem Hubtisch 21. Entsprechend liegt der Haltefinger 7 mit seiner Nase 9 peripher an der Halbleiterscheibe 1, diese festhaltend, auf. In der Praxis hat es sich nun gezeigt, dass beispielsweise bei Sputtervorgän-gen die Nase 9 eines derartigen Haltefingers 7 mit dem Wafer mitbeschichtet wird und somit an der Halbleiterscheibe festklebt. Beim Absenken des Wafers 1 hat dies gelegentlich dazu geführt, dass dieser an einigen Fingern festklebte, sich jedoch von anderen loslöste und somit verkippte und schliesslich zerbrach.
Aus Fig. 5 ist die Funktionsweise der Abdrückfinger 31a bzw. b ersichtlich, welche infolge ihrer Federwirkung beim Absenken des Hubtisches 21 den Wafer 1 nach unten drücken bzw. auf dem Hubtisch 21 festhalten. Damit wird der Wafer 1 auch dann vom Haltefinger 7 losgerissen, wenn dieser mit der Waferoberfläche verklebt ist. Dabei muss selbstverständlich die Presskraft des Abdrückfingers so gewählt werden, dass diese deutlich grösser ist als die Haftkräfte, welche am Haltefinger 7 auftreten können. Nach einer gewissen Absenkdistanz wird dann die Halbleiterscheibe 1 auch vom Abdrückfinger 31 a bzw. b freigegeben.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind am Hubtisch 21 Druckstifte 33 vorgesehen, welche die Abdrückfinger 31a, b in Bearbeitungsposition nach oben drük-ken, so dass diese nicht auf dem Wafer aufliegen. Dadurch wird erreicht, dass die Abdrückfinger infolge Aufliegens auf den Druckstiften 33 nur in Eingriff treten, wenn der Wafer tatsächlich an einem Haltefinger «festklebt». Bleibt der Wafer am Haltefinger kleben, so drückt entsprechend, wie aus Fig. 5 erkennbar, unmittelbar nach dem Absenkvorgang des
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Hubtisches der Abdrückfinger gegen die obere Oberfläche der Halbleiterscheibe 1 und bewegt sie somit nach unten. In den statistisch meisten Fällen «klebt» der Wafer jedoch nicht, womit die Abdrückfinger den Wafer überhaupt nicht berühren, wodurch auch keinerlei Partikel entstehen können.
Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten erfindungs-gemässen Halteringe können selbstverständlich in x-beliebiger Art und Weise abgeändert bzw. modifiziert werden. Insbesondere auch die Anzahl gewählter Segmente, die Ausgestaltung der federnden oder gelenkartigen Verbindung zwischen den Segmenten, die Ausgestaltung der Haltefinger bzw. der Abdrückfinger können beliebig gewählt werden. Auch ist es möglich, anstelle der Verwendung von Segmenten mit Gelenken den Haltering biegeweich auszubilden.
Erfindungswesentlich ist primär, dass der Haltering biegeweich ausgebildet und/oder in mindestens zwei Segmente unterteilt wird, die untereinander federnd oder gelenkartig verbunden sind.
Claims (11)
1. Halterahmen zum Festhalten von einem scheibenartigen Substrat in einer Vakuumprozesskammer in einer insbesondere horizontalen Bearbeitungsposition mittels vom Rahmen vorstehenden, das Substrat an der peripheren Oberfläche haltenden bzw. überlappenden Halteelementen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (3) gelenkig oder biegeweich ausgebildet ist.
2. Halterahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (3) in mindestens zwei Halteelemente tragende Segmente (a, b) unterteilt ist, wobei die Segmente (3a, 3b) federnd oder gelenkartig beweglich miteinander verbunden sind.
3. Halterahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (3) ein peripheres, ringartiges Band umfasst mit am Band verteilten Einzelgewichten und am Band und/oder an den Gewichten befestigten Haltefingern bzw. Halteelementen.
4. Halterahmen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen ein Haltering für eine Halbleiterscheibe (1) bzw. einen Wafer ist mit mindestens vier im wesentlichen gleich grossen Segmenten (3a-d), wobei mindestens je ein Halteelement (7), vorzugsweise als Haltefinger ausgebildet, im Bereich der federnden oder gelenkartigen Verbindungen (6) je zweier Segmente angeordnet ist.
5. Halterahmen nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen je zwei Segmenten je eine gelenkartige Verbindung (6) der Segmente vorgesehen ist und ein am Gelenk angeordnetes Halteelement (7) für das Festhalten des Substrates (1).
6. Halterahmen nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente im wesentlichen unelastisch bzw. starr ausgebildet sind.
7. Halterahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente bzw. Haltefinger im wesentlichen starr ausgebildet sind.
8. Halterahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Halterahmen federnd ausgebildete Abdrückelemente (31a, 31b) vorgesehen sind, welche gegenüber der Substratoberfläche bzw. den Halteelementen in der Bearbeitungsposition einen Höhenabstand aufweisen und die Substratoberfläche an ihrer Peripherie überlappen und gegenüber dem Halterahmen federnd vorgespannt sind.
9. Halterahmen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdrückelemente fingerartig ausgebildet sind und mindestens je eines davon in der Nähe eines Halteelementes am Rahmen angeordnet ist.
10. Halterahmen nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem das Substrat in Bearbeitungsposition in Richtung gegen die Halteelemente unterstützend haltenden Hubtisch (21) stiftartige Elemente (33) vorgesehen sind, die derart am Hubtisch angeordnet sind, dass sie sich ausserhalb der Peripherie des auf dem Hubtisch angeordneten Substrates vom Hubtisch weg erstrecken und gegen je ein Abdrückelement (31a, 31b) gerichtet sind, so dass bei in Bearbeitungsposition festgehaltenem Substrat die Abdrückfinger auf je einem Stiftelement federnd gegen dieses drückend aufliegen.
11. Halterahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Eigengewicht aufweisend, als Gewichtsrahmen ausgebildet ist und/oder mit Zusatzgewichten versehen ist, um das Substrat zusätzlich in der Bearbeitungsposition festzuhalten.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PL | Patent ceased |