DE102006030632A1 - Transfer-ESC auf Wafer-Basis - Google Patents

Abstract

Ein mobiler, transportabler, elektrostatischer Substrathalter zum Halten von dünnen Wafern, der ohne permanente Strom- oder Spannungsversorgung arbeitet, wird beschrieben. Er erlaubt die sichere Handhabung dünner Wafer auf bereits existierenden Produktionsanlagen, da die Größe und Dicke der Kombination aus mobilem elektrostatischen Substrathalter und dünnem Substrat ähnlich groß, formstabil und dick ist, wie ein standardisierter Wafer. Der Halter wird aus einem Silizium Wafer als Basis-Material (11) mit Verfahren der Chip-Fertigung hergestellt. Bipolare Elektroden-Elementarzellen (10), die in Clustern (4) angeordnet und mit integrierten Überlast-Sicherungen (5) verbunden sind, generieren ein stark inhomogenes elektrisches Feld mit zusätzlichen Kraftkomponenten. Innere Elektroden-Spitzen (1) erzeugen eine hohe Feldliniendichte im Bereich der Spitzen und somit ein dreidimensionales elektrisches Feld mit der Elektroden-Ummantelung (3). Quadratische und hexagonale Formen der Elektroden-Elementarzellen (10) ergeben die größte Flächendichte dieser Zellen. Dünne Wafer (12) werden dadurch auch bei höheren Temperaturen effektiv an die Oberfläche (8a) des mobilen Halters elektrostatisch angezogen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Träger für Wafer und insbesondere auf mobile, transportable elektrostatische Substrathalter (Transfer-ESC), wobei der mobile Chuck nach dem Ladevorgang dünne Wafer bis zu mehreren Sunden festhält und den Transport sowie die Durchführung von Prozessschritten erlaubt, ohne eine permanente Verbindung zu einer Strom- oder Spannungsquelle zu haben.
• Mobile, transportable elektrostatische Substrathalter (Transfer-ESC) werden als mechanische Träger für dünne Substrate genutzt. Ein Anwendungsbereich hierfür ist die Herstellung von IC's in der Halbleiterindustrie. Die Tendenz zu immer dünneren Chips bzw. Wafern zeigt sich bei RFID-Chip-Produkten genau so wie bei Power-Chips und vielfältigen anderen Anwendungen. Mittels dieser Hilfsträgertechnik wird eine sichere Handhabung von dünnen, bruchanfälligen Wafern auf bereits existierenden Produktionsanlagen ermöglicht, da die Größe und Dicke der Kombination aus mobilem elektrostatischen Substrathalter und dünnem Substrat ähnlich groß, formstabil und dick ist, wie ein standardisierter Wafer. Vorteilhaft für diese Hilfsträgertechnik ist, dass die zu transportierenden Substrate außerhalb der Bearbeitungsmaschinen mit dem dünnen Substrat reversibel verbunden werden können. Zudem benötigen die Transfer-ESC nach ihrem Aufladen über einen langen Zeitraum keine weitere externe Strom- oder Spannungsversorgung. Dadurch kann das Packet aus Transfer-ESC und dünnem Wafer nun genau so gehandhabt werden wie ein normal dicker Wafer. Bereits installierte Transporteinrichtungen und Bearbeitungsmaschinen (Schleif-, Ätz- oder Poliermaschinen, Implanter, PVD-, Sputter- oder CVD-Anlagen – siehe DE 20311625 U1 ) können dadurch weiterhin genutzt werden. Nach erfolgtem Prozessdurchlauf können die dünnen Wafer oder auch die vereinzelten Chips durch Deaktivierung der elektrostatischen Klemmkraft vom Transfer-ESC abgenommen werden oder man kann den Chuck wieder aufladen. Der Transfer-ESC ist mehrfach wieder verwendbar. Ähnliche Aufgabenstellungen, wie oben beschrieben, finden sich auch in anderen Industriezweigen, wie der Medizintechnik sowie der Solar- und Displayindustrie. Unter dem Begriff „Wafer" werden Substrate verstanden, die auf einem Chuck gehalten werden können, insbesondere Platten aus Halbleiter-, Glas- oder Keramik-Material.
• Im Stand der Technik werden für 150 μm dünne Wafer Polymer-Schutzfolien zur mechanischen Stabilisierung verwendet. Diese Trägertechnik scheint anwendbar für Waferdicken bis ca. 100 μm. Die aufgeklebten Schutzfolien müssen nach späteren Prozessschritten wieder mechanisch entfernt werden. Das kann zum Bruch der empfindlichen dünnen Wafer führen. Zudem weist diese Technik den Nachteil auf, dass die benutzten Folien weder wieder verwendbar noch temperaturstabil sind. Ihre Einsatzfähigkeit ist auf Prozessschritte beschränkt, die bei Temperaturen unter 150 Grad Celsius ablaufen.
• Alternativ zu den Schutzfolien können stattdessen Transfer-ESC als stabilisierende Träger benutzt werden. Das Verbinden zwischen dünnem Wafer und dem Transfer-ESC erfolgt durch das Anlegen einer Klemmspannung (typisch 300 V bis 3000 V), wodurch zwischen einer Elektrodenstruktur im Transfer-ESC und dem Wafer ein elektrisches Feld aufgebaut wird. Die resultierende elektrostatische Haltekraft ist vergleichbar mit der Coulomb-Kraft beim Platten-Kondensator. Danach kann der Transfer-ESC mit geklemmtem Wafer ohne weitere Strom- oder Spannungsversorgung transportiert und bearbeitet werden. Zumeist ist nach einigen Stunden ein weiteres Aufladen der Transfer-ESC nötig, da sich die Kondensator-Struktur durch Leckströme (typisch < 5 nA bei Raumtemperatur) mit der Zeit entlädt, wodurch sich die Haltekraft verringert. Dieses kann bis zum Ablösen des Wafers führen. In EP 1217655 A1 wird eine Methode zur Handhabung dünner Wafer beschrieben, bei der erstmals der Begriff „Transfer-ESC" für transportable, elektrostatische Substrathalter eingeführt wird. Landesberger et al, beschreibt in US 2004/0037692 A1 eine Matrix Elektrodenstruktur mit deren Hilfe individuelle Elektroden kontrolliert werden und dadurch ein pixelweises Abnehmen von Chips mittels eines mobilen, elektrostatischen Substrathalters möglich wird. Hierzu beschreibt Landesberger et al. in 2 eine runde Elektrodenstruktur, welche aus so genannten Viertel-Rund-Segmenten besteht. Je zwei der Viertel-Rund-Segmente sind miteinander verbunden und werden im aktivierten Zustand auf positives (+) bzw. negatives (–) Potential geschaltet. Zum Lösen eines vorher vereinzelten Chips wird über eine Matrix-Anordnung die entsprechende Elektrodenstruktur angesteuert und durch Umkehrung der Polarität von mindestens zwei der Viertel-Rund-Segmente kann dieser Chip selektiv entfernt werden.
• Im Unterschied zu mobilen, transportablen elektrostatischen Substrathaltern werden stationäre elektrostatische Chucks (ESC) seit einigen Jahrzehnten für das Klemmen von Wafern in Bearbeitungsmaschinen für die Chipindustrie verwendet. Stationäre ESC wie auch elektrostatische Wafer-Greifer (end effector) unterscheiden sich dadurch, dass diese permanent mit Strom versorgt werden und nicht mobil sind. Leckströme im Sinne einer nicht mehr hinreichenden Energieversorgung sind für diese Chucks deshalb von untergeordnetem Interesse. Diese ESC sind oft hinsichtlich kurzer Zeiten für das Klemmen und Lösen von Wafern optimiert worden. Zudem wurden unterschiedliche Designs für die Elektrodenstrukturen entwickelt. Einige Beispiele für unipolare, bipolare und multipolare Elektrodenstrukturen finden sich in US 4551192 , US 4480284 , US 4184188 , US 4384918 , US 4692836 , US 4724510 , US 5572398 , US 5151845 , US 6174583 , EP 0692814 , EP 0460955 , EP 1070381 .
• In EP 0880818 B1 wird eine elektrostatische Niederspannungsklemmvorrichtung beschrieben. Hierbei ist die Haltekraft nicht nur von der angelegten Spannung abhängig, sondern wird entscheidend von der Elektrodenstruktur beeinflusst. Dieser Einfluss ist prinzipiell für unipolare und bipolare Chucks aus Analogiebetrachtungen zum Platten-Kondensator bekannt. Mittels zweier unterschiedlich geladener, lang gestreckter, mäanderförmig angeordneter Elektrodenstrukturen mit einer Breite von < 100 μm und einem Abstand voneinander von weniger als 100 μm konnte eine wesentlich verbesserte Kraftwirkung erzielt werden, die über den erwarteten Werten lag. Es wird argumentiert, dass ein nicht-uniformes elektrisches Feld erzeugt wurde. Dieses nicht-uniforme elektrische Feld entfaltet eine zusätzliche Kraftwirkung, die ein dielektrisches Objekt (Wafer) in die Region des stärksten elektrischen Feldes hineinzieht. Dadurch war eine Verringerung der angelegten Klemmspannung bei gleich bleibender Kraftwirkung möglich. Die mittels Flat-Panel-Display (AMLCD) Herstellungsverfahren erzeugten Leiterbahnen hatten eine kleinste Breite von 20 μm und ein darauf abgeschiedenes Deckdielektrikum von 5 μm Dicke. Die benötigte Klemmspannung lag bei weniger als 1 kV. Konventionelle stationäre ESC benutzen hingegen Linienbreiten von ca. 3 mm mit einem Abstand von etwa 1 mm und arbeiten mit Klemmspannungen von 1 kV bis 3 kV, wobei ein Deckdielektrikum mit Schichtdicken von 10 μm bis 500 μm verwendet wird. Zur Herstellung von stationären ESC kommen dabei unterschiedliche Dickfilm-Techniken zur Anwendung.
• In EP 805487 A2 wird die Möglichkeit des Einsatzes von Schmelzsicherungen zur elektrischen Abtrennung einzelner Elektroden beschrieben. Die Anwendung bezieht sich auf stationäre, permanent mit Strom versorgte ESC, die mittels dünner Drähte aus Nickel-Phosphor, Nickel-Chrom oder andern Materialien Schmelzsicherungen mit bis zu 5 mm Länge verwenden, die den Mangel aufweisen, dass diese nicht in Dünnschichtprozesse integrierbar sind.
• Die vorgeschlagenen Lösungen erfüllen jedoch weitere technische und wirtschaftliche Anforderungen an derartige mobile, transportable elektrostatische Substrathalter nur teilweise. Obwohl die Bruchgefahr bei der Handhabung dünner (< 150 μm) und ultradünner (< 50 μm) Substrate durch den Einsatz von Transfer-ESC beim Bearbeiten und Transportieren von Wafern drastisch reduziert wird, bleibt die Haltekraft bei einigen Prozessschritten problematisch. Hierzu zählen CVD-, Metallisierungs- und Ausheilschritte, die bei Temperaturen bis zu 750°C durchgeführt werden. Die Haltekraft von Coulomb-Chucks ist proportional zum Quadrat der angelegten Spannung (U), der Dielektrizitätskonstanten (ε_r) des eingesetzten Dielektrikum und umgekehrt proportional zum Quadrat der Dicke der dielektrischen Schicht (d). Um eine hohe Haltekraft zu erzielen, nutzt man deshalb hohe Spannungen (U > 1000 V), Materialien mit einem hohen ε_r-Wert (3,5 bis 9) und möglichst geringe Dicken der dielektrischen Schicht. Die üblicherweise verwendeten dielektrischen Materialien, wie in den oben genannten Patenten ausgeführt, zeigen eine drastische Verschlechterung ihrer Isolationseigenschaft bei Temperaturen ab ca. 250 Grad Celsius, was zu großen Leckströmen und somit zu kurzen Haltezeiten führt. Mangelhaft ist auch, dass eine defekte Stelle der dielektrischen Schicht zum Totalausfall des gesamten Transfer-ESC führen kann.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, kostengünstig einen mobilen, transportablen elektrostatischen Substrathalter (Transfer-ESC) herzustellen, der bei höheren Temperaturen möglichst geringe Leckströme aufweist, eine erhöhte Haltekraft erzielt und gleichzeitig in der Lage ist, seine Funktionalität beizubehalten, wenn einzelne Defekte im Deckdielektrikum auftreten.
• Die erfindungsgemäße Lösung der vorher genannten Aufgabe wird durch einen mobilen, transportablen elektrostatischen Substrathalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Durch den Einsatz einer großen Anzahl von Elektroden-Elementarzellen, die in Clustern zusammengefasst, über integrierte Überlast-Sicherungen verfügen, wird eine zusätzliche Kraftwirkung durch inhomogene elektrische Felder erzielt, eine Absicherung gegenüber einzelnen Defekten erreicht und somit die Aufgabenstellung erfüllt.
• Um möglichst viele bipolar wirkende Elektrodenstrukturen auf dem Transfer-ESC zu erzeugen, wird dabei auf bekannte Dünnschicht-Verfahren der Chipherstellung zurückgegriffen. Eine Elektroden-Elementarzelle besteht im Sinne der Erfindung aus einer inneren Elektroden-Spitze, einer lateralen isolierenden Schicht, einer äußeren, umschließenden Elektroden-Ummantelung und einem Deckdielektrikum. Es ist bekannt, dass hoch spannungsfestes SiO₂ eine Durchbruchfeldstärke von bis zu 1000 V pro μm aufweist. Zudem kann diese Schicht sehr rein und defektarm hergestellt werden, was zu geringeren Leckströmen bei Einsatztemperaturen über 300 Grad Celsius führt, Geht man von einer benötigten Spannungsfestigkeit von 200 V bis zu 2000 V aus, ergibt sich die Breite der isolierenden Schicht von 2 μm, welche die Elektroden-Spitze elektrisch von der Elektroden-Ummantelung trennt.
• Eine quadratische oder hexagonale Form der Elektroden-Elementarzelle bietet sich als dichteste Packung von Elementarzellen an.
• Derzeitig werden bei der Chipherstellung Strukturen mit einer Breite von 0,5 μm sicher beherrscht. Für eine quadratische Form einer Elektroden-Elementarzelle ergibt sich somit die Breite der Elektroden-Spitze mit 0,5 μm * 0,5 μm, die sie vollständig umfassende Breite der isolierenden Schicht von 2 μm und die Breite der Elektroden-Ummantelung mit 0,5 μm. Hieraus lässt sich eine kleinste Elementarzelle mit einer Kantenlänge von 5 μm ableiten. Werden zum Beispiel 6 * 6 solcher Elementarzellen zu einem Cluster zusammengefasst, entsteht ein Flächenbedarf von 30 * 30 μm². Jedes dieser Cluster wird mit mindestens einer integrierten Überlast-Sicherung versehen. Diese Sicherung trennt bei Überbelastung die elektrische Verbindung zu diesem Cluster. Das kann zum Beispiel durch einen Defekt im Deckdielektrikum ausgelöst werden. Bei der Chipherstellung ist die typische Defektgröße kleiner 1 μm. Durch den Defekt kommt es zu einem erhöhten Leckstrom (Stromstoß) welcher die üblichen Leckströme um ein Mehrfaches überschreitet. Dieser Leckstrom (Stromstoß bis zu einigen mA) bringt die Sicherung zum Schmelzen, indem eine kritische Stromdichte für einen kurzen Zeitraum überschritten wird. Folglich wird der Kontakt zu diesem Cluster unterbrochen. Da eine Elektrode aus mehreren Clustern aufgebaut ist, bleibt die Elektrode weiterhin funktionstüchtig.
• Die integrierte Sicherung ist zudem so ausgelegt, dass der Auf- und Endladevorgang des Transfer-ESC möglichst nicht beeinflusst wird. Nach bisheriger Erfahrung bemerkt man Defekte bei Transfer-ESC bereits beim Aufladevorgang. Beim Aufladen der Transfer-ESC wird mit ansteigender Ladespannung aber begrenztem Ladestrom von 30 bis 300 μA gearbeitet. Erst dieser geringe, kontrollierte Ladestrom, verteilt über ein Bus-System auf eine große Anzahl (bis zu einer Million oder mehr) integrierter Überlast-Sicherungen ermöglicht eine technisch realisierbare Lösung dieser Überlast-Sicherungen mittels Dünnfilmtechnik und damit eine von der Halbleitertechnologie her bekannten Integration.
• Fällt nun ein Cluster beim Laden aus, kann der Transfer-ESC, bestehend aus Millionen solcher Cluster, weiterhin betriebsbereit bleiben. Bei 5 μm Elementarzellen ergibt sich eine Cluster-Dichte von ca. 1000 Cluster pro Quadratmillimeter. Für einen 150 mm Transfer-ESC bedeutet dieses somit mehr als 500 Millionen einzelne, aktive Elektroden-Elementarzellen.
• Im folgenden Ausführungsbeispiel soll unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen die Erfindung näher erläutert werden.
• 1a und 1b zeigen eine Draufsicht einer quadratischen und einer hexagonalen Elektroden-Elementarzelle.
• 2 zeigt die Draufsicht auf einen Cluster von Elektroden-Elementarzellen.
• 3 zeigt die Draufsicht auf eine integrierte Überlast-Sicherung, wobei das Cluster mittels gestrichelter Linien angedeutet wird.
• 4 zeigt die Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Bus-Systems.
• 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch eine Elektroden-Elementarzelle mit darunter angeordneter Überlast-Sicherung und einen Teil des Bus-Systems.
• 6 zeigt eine Querschnittsdarstellung mit Einbeziehung von zusätzlich integrierter Kondensatoren im Basis-Material der Transfer-ESC sowie den darauf geklemmten Wafer. Zudem sind die Rückseiten-Kontakte zu Laden und Entladen der Elektroden und die zusätzlichen Kontakte für die autarken Kondensatoren dargestellt.
• In 1a ist eine quadratische und in 1b eine hexagonale Form einer Elektroden-Elementarzelle (10) dargestellt. Sie bestehen aus einer inneren Elektroden-Spitze (1), einer isolierenden Schicht (2), einer äußeren, umschließenden Elektroden-Ummantelung (3) und einem Deckdielektrikum (8). Die Materialien für die Elektroden-Spitze (1) und die Elektroden-Ummantelung (3) können elektrisch leitende Metalle wie z.B. Kupfer, Aluminium oder Wolfram sein oder es können auch niederohmiges Polysilizium oder amorphes Silizium zum Einsatz gelangen. Die Materialien für die dielektrischen Schichten sind üblicherweise thermische, CVD oder Plasma Oxide, Nitride oder andere nicht leitende Schichten oder Schichtkombinationen.
• Fügt man diese Elektroden-Elementarzellen (10) aneinander, so ergibt sich eine vollständige Bedeckung der Oberfläche, wie in 2 dargestellt. Hier werden je 6 * 6 Elementarzellen zu einem Cluster (4) zusammengefasst.
• Wie bei der Chip-Herstellung üblich, kann man verschiedene Funktionsebenen übereinander anordnen. So wird je eine Überlast-Sicherung (5) in der Ebene unterhalb jedes Clusters (4) erzeugt. In 3 wird eine mäanderförmige Leiterbahnführung der Überlast-Sicherung (5) dargestellt. Die Leiterbahn (6) ist so dimensioniert, dass typischerweise ein Länge/-Breite-Verhältnis von 300 zu 1 angestrebt wird. Der Widerstand der Überlast-Sicherung (5) ist in diesem Ausführungsbeispiel auf mehr als 10.000 Ohm ausgelegt. Das wird durch die Verwendung von amorphen oder polykristallinen Silizium-Leiterbahnen mit entsprechender Dotierung erzielt. Aber auch der Einsatz dünner Metallschichten ist möglich.
• In 3 ist eine 125 μm lange Leiterbahn (6) abgebildet, die bei kritischen Stromstößen schmilzt und den Kontakt des Clusters (4) zum Bus-System (7) trennt. Einzelne Überlast-Sicherungen (5) werden über ein Bus-System (7) miteinander verbunden, wie in 4 gezeigt.
• 5 zeigt eine Elektroden-Elementarzelle mit elektrischem Feld. Hier ist der Querschnitt durch eine Elektroden-Elementarzelle (10) mit darunter angeordneter Überlast-Sicherung (5) und einem Teil des Bus-Systems (7) abgebildet. In dieser Ausführungsform ist das Bus-System (7) über die Überlast-Sicherung (5) mit dem Cluster (4), bestehend aus 36 Elektroden-Spitzen (1), elektrisch verbunden und liegt auf einem gemeinsamen Potential, hierbei negativ (–). Die Elektroden-Ummantelung (3) liegt auf positivem (+) Potential, wie in 2 bereits dargestellt. Zur Verdeutlichung des inhomogenen Verlaufes des elektrischen Feldes sind Feldlinien von (+) nach (–) angedeutet. Diese Inhomogenität des Feldes ist besonders im Nahbereich, wenige μm vom Deckdielektrikum (8) des Transfer-ESC entfernt, ausgeprägt. Die Form des inhomogenen Feldes wird besonders durch die Ausführung von Elektroden-Spitzen (1) hervorgerufen. Die Feldliniendichte ist im Bereich der Elektroden-Spitzen (1) größer als im Bereich der Elektroden-Ummantelung (3). Obwohl die dem Wafer zugewandte Fläche der Elektroden-Ummantelung (3) etwa 10 mal größer ist als die Fläche der Elektroden-Spitzen (1) – und demzufolge die Wahrscheinlichkeit eines Defektes im Deckdielektrikum (8) höher erscheint – wird in diesem Ausführungsbeispiel die Überlast-Sicherung (5) mit den Elektroden-Spitzen (1) in Reihe geschaltet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Überlast-Sicherung (5) auch mit der Elektroden-Ummantelung (3) in Reihe geschaltet sein. Bereits einige 10 μm weit von der dem Wafer zugewandten Oberfläche des Transfer-ESC (8a) entfernt, verlaufen die Feldlinien fast gleichförmig. Somit wird der Effekt eines nicht-uniformen elektrischen Feldes, mit zusätzlicher Kraftwirkung, die ein dielektrisches Objekt (Wafer) in die Region des stärksten elektrischen Feldes hineinzieht, speziell im Nahbereich zur Oberfläche des Transfer-ESC (8a) genutzt.
• In 6 ist ein erweiterter Querschnitt der in 5 bereits beschriebenen Strukturen dargestellt, wobei auch das verwendete Basis-Material (11) des Transfer-ESC mit geklemmtem Wafer (12) zu sehen ist. Als Basis-Material (11) für den Transfer-ESC wird vorzugsweise ein halbleitender Silizium-Wafer verwendet. Die externen Kontakte (13) der Elektroden befinden sich typischer Weise auf der Rückseite des Transfer-ESC, wie in DE 102004041049 A1 und DE 102004030723 A1 beschrieben. Zur verbesserten Ladungsspeicherung sind zusätzliche Kondensatoren (9) senkrecht zur Oberfläche (8a) in das Basis-Material (11) eingebracht. Diese beispielsweise mittels Deep-Trench-Technik erzeugten Kondensatoren (9) ermöglichen eine längere Haltezeit der Transfer-ESC durch die so gespeicherte Energie. Die Details der Verbindung zwischen den Elektroden und den Kondensatoren (9) sind hier nicht dargestellt, da diese aus den Herstellverfahren und Designs der Chip-Industrie wohlbekannt sind. Die Verwendung von Silizium-Wafern bietet zudem die Möglichkeit Halbleiter-Bauelemente, wie Mess-, Steuer- und Regeleinheiten, Prozessoren oder Datenspeicher mit zu integrieren, da die für die Funktionsfähigkeit des Transfer-ESC notwendigen Strukturen – Elektroden-Elementarzelle (10), Bus-Systems (7) und die Überlast-Sicherung (5) – in den Deckschichten des Basis-Material (11) untergebracht sind. Aktive und passive Bauelementestrukturen wie Transistoren, Dioden oder Widerstände sind bevorzugt im Basis-Material (11) integriert. Allerdings ist ihr Einsatz typischerweise auf niedrige Temperaturen (< 120 Grad Celsius) beschränkt. Die Strom- und Spannungsversorgung der aktiven und passiven Bauelementestrukturen erfolgt autark, mittels separater Kondensatoren (9), Batterien oder Akkumulatoren, welche mit den Elektroden des Transfer-ESC nicht oder nur zu Zwecken der Messung und Steuerung gekoppelt sind. Diese Kondensatoren (9) oder Akkumulatoren werden über separate Kontakte (14) des Transfer-ESC aufgeladen. Durch die Integration von aktiven und passiven Bauelementestrukturen können Prozessparameter wie beispielsweise Zeit, Temperatur oder Prozessschrittfolgen bei der Bearbeitung der Prozess-Wafer (12) aufgezeichnet werden. Die Parameter werden dann über eine hier nicht dargestellte Datenleitung ausgelesen und wieder neu programmiert. Mittels einer integrierten Steuerelektronik ist auch das gezielte Zusammen- oder Abschalten von Elektroden mit elektronischen Schaltern, z.B. mit vollständig dielektrisch isolierten Hochvolt-DMOS-Transistoren, über das Bus-System (7) gesteuert. Eine Anwendung dazu ist das Abnehmen (pick and placing) vereinzelter Chips. Durch frei programmierbare Elektroden (an oder aus) wird die lokale Kraftwirkung des Transfer-ESC auf einzelne Bereiche des zu haltenden Prozess-Wafers (12) gesteuert. So wird durch gezieltes Abschalten von Elektroden im Zentrum des Transfer-ESC die relative Kraftwirkung am Rand erhöht. Im Zusammenwirken mit der verwendeten Klemmspannung des Transfer-ESC ist so ein modifiziertes Klemmverhalten, beispielsweise für konkav oder konvex durchgebogene Prozess-Wafer (12), regelbar. Eine Anwendung hierfür ist die Fotolithographie. Bei fotolithographischen Prozessschritten ist die Ebenheit der geklemmten Prozess-Wafer (12) für eine gute Auflösung der Strukturen von herausragender Bedeutung. Nur durch eine sehr große Anzahl von Elektroden lassen sich lokale Unterschiede in der Ebenheit des geklemmten Prozess-Wafers (12) ausgleichen. In Kombination mit einem Ebenheitsmessgerät und der Rückkopplung der Messergebnisse auf die Steuerelektronik des Transfer-ESC ist der Aufbau eines Regelkreises zur Erzielung hoher Ebenheiten gegeben.
• Transfer-ESC, die mittels Methoden der Dickschicht-Techniken hergestellt werden, sind nicht in der Lage solche Ebenheiten zu erzielen. Durch Druck- und Sintervorgänge werden an der Oberfläche des Deckdielektrikums (8) mikroskopisch feine Hügel und Täler erzeugt von ca. 3 bis 30 μm Höhe oder Tiefe. Hierdurch entsteht ein zusätzlicher Spalt zwischen dem zu haltenden Wafer (12) und der Transfer-ESC Oberfläche (8a), was die effektive Dicke des Deckdielektrikums (8) erhöht. Mit steigender Dicke der dielektrischen Schicht (d) nimmt aber die Haltekraft drastisch ab. Die Transfer-ESC auf Wafer-Basis (11) sind genau so eben wie normale Wafer (12) und deshalb sehr gut für diese Anwendungen geeignet, Diese Ebenheit wird speziell bei der Wirkung des inhomogenen elektrostatischen Feldes im Nahbereich genutzt.
• Der Vorteil der Erfindung besteht im vollständig auf die Chip-Herstellungstechnologie abgestimmten Aufbau von zahlreichen kleinsten Elektroden-Elementarzellen und die somit mögliche Integration von Halbleiter-Bauelementen. Durch die Ausgestaltung von inneren Elektroden-Spitzen wird ein dreidimensionales, inhomogenes elektrisches Feld erzeugt, das effektiv Wafer sowohl senkrecht zur Oberfläche des Transfer-ESC klemmt als auch eine Kraftkomponente erzeugt, die der horizontalen Verschiebung des Wafers entgegenwirkt. Die Verwendung von hochreinen und defektfreien Schichten als auch die Absicherung gegenüber einzelnen Defekten durch die Integration von Überlast-Sicherungen sind weitere Vorteile. Damit erhält man robuste, für Temperaturen über 300 Grad Celsius geeignete, hocheffektive Haltevorrichtungen für dünne Wafer, welche selbst aus einem Wafer hergestellt werden. Durch die Verwendung von Silizium-Wafern (oder auch anderer Wafer mit Materialien die zur Integration von Bauelementen geeignet sind) als Basis-Material von Transfer-ESC, können für spezielle Anwendungen Bauelemente, wie Mess-, Steuer- und Regeleinheiten, Prozessoren oder Datenspeicher mit integriert werden. Durch die Verwendung von elektronischen Schaltern sind einzelne Elektroden gezielt steuerbar. Der Einsatz gleicher Materialien reduziert zudem mechanische Spannungen bei höheren Temperaturen, die Partikelgeneration und das Risiko der Kontamination.

1

Innere Elektroden-Spitze

2

Isolierende Schicht

3

Elektroden-Ummantelung

4

Cluster aus Elektroden-Elementarzellen

5

Überlast-Sicherung

6

Leiterbahn

7

Bus-System

8

Deckdielektrikum

8a

Oberfläche des Transfer-ESC

9

Kondensatoren

10

Elektroden-Elementarzelle

11

Basis-Material für den Transfer-ESC

12

Prozess-Wafer der auf dem Transfer-ESC geklemmt ist

13

Externer Kontakt der Elektroden

14

Separater Kontakt für autarke Kondensatoren

Claims (8)

1. Mobiler, transportabler elektrostatischer Substrathalter mit einer ersten Oberfläche (8a) zum Halten von dünnen Wafern (12), wobei der mobile Substrathalter nach dem Ladevorgang die dünnen Wafer bis zu mehreren Sunden festhält und den Transport sowie die Durchführung von Prozessschritten erlaubt, ohne eine permanente Verbindung zu einer Strom- oder Spannungsquelle zu haben und die Größe und Dicke der Kombination aus mobilem Substrathalter und dünnem Wafer ähnlich groß, formstabil und dick ist, wie ein standardisierter Wafer, dadurch gekennzeichnet, dass: der Substrathalter aus einem halbleitenden Basis-Material (11) mit darauf angeordneten Elektroden besteht, die ein inhomogenes elektrisches Feld ausbilden, wobei die Elektroden modular aus einer Vielzahl einzelner, bipolarer Elektroden-Elementarzellen (10) zusammengesetzt sind; die Elektroden-Elementarzelle (10) aus jeweils einer inneren Elektroden-Spitze (1), einer isolierenden Schicht (2), einer äußeren, umschließenden Elektroden-Ummantelung (3) und einem Deckdielektrikum (8) besteht und diese zu Clustern (4) verbunden sind.
2. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden-Elementarzellen (10) eine Länge von 5 μm und eine Breite vom 5 μm nicht überschreiten.
3. Substrathalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Cluster (4) aus 4 bis 100.000 Elektroden-Elementarzellen (10) zusammengesetzt ist.
4. Substrathalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode aus mehreren Clustern (4) zusammengesetzt ist.
5. Substrathalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Cluster (4) mit mindestens einer integrierten Überlast-Sicherung (5) verbunden ist.
6. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mess-, Steuer- und Regeleinheiten, Prozessoren, Datenspeicher oder andere Bauelemente im Basis-Material (11) integriert sind.
7. Substrathalter nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass aktive und passive Bauelementestrukturen über separate Kondensatoren (9), Batterien oder Akkumulatoren mit Strom und Spannung versorgt sind.
8. Substrathalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zusammen- oder Abschalten von Elektroden elektronische Schalter wie Hochvolt-DMOS-Transistoren im Basis-Material (11) integriert sind.