-
Querverweis auf verwandte Anmeldung
-
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 7. August 2009 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 61/232,028.
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrostatische Klemmen. Die vorliegende Erfindung kann als ein System oder Verfahren zum Optimieren des Betriebs elektrostatischer Klemmen verwirklicht werden.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Elektrostatische Klemmen werden in der Halbleiterindustrie verwendet, um einen Siliciumwafer sicher zu halten, während an dem Wafer verschiedene Prozesse ausgeführt werden. Gegenüber mechanischen Klemmen haben elektrostatische Klemmen unter anderem folgende erhebliche Vorteile: (a) eine erhöhte Fähigkeit zur Wärmeübertragung, (b) eine Verringerung der mechanischen Beanspruchung des Wafers, die zu einer Absplitterung und anderen mechanischen Fehlern führt, (c) eine Erhöhung der effektiven Fläche des Wafers, die verwendet werden kann, um verkaufbare Produkte zu erzeugen, (d) eine Verringerung der Anzahl der erzeugten Teilchen, (e) eine verringerte Verunreinigung der Klemme durch den beim Sputtern verwendeten Ionenstrahl und (f) die Gleichmäßigkeit der Klemmkraft über die Oberfläche des Wafers.
-
Die Halbleiterindustrie ist nicht die einzige Industrie, die elektrostatische Klemmen verwendet. Beispielsweise verwenden mehrere Hersteller von LCDs (Flüssigkristallanzeigen) elektrostatische Klemmtechniken, um spezielles Glas während der Verarbeitung zu halten. Die Solarzellenindustrie verwendet auch elektrostatische Klemmen.
-
Eine elektrostatische Klemme hält ein Werkstück (beispielsweise einen Halbleiterwafer, Glas oder einen anderen Gegenstand, der bearbeitet wird) durch Erzeugen eines Kondensators. Damit das Werkstück an der elektrostatischen Klemme gehalten werden kann, ist entweder das Werkstück leitend oder wird eine leitende Beschichtung vor dem Klemmen auf das Werkstück aufgebracht. Bei einer einfachen elektrostatischen Klemme wird das Werkstück zu einer Elektrode des Kondensators, und die Klemme stellt die andere Elektrode bereit. Falls die Klemme nur eine einzige Elektrode aufweist, muss das Werkstück eine elektrische Verbindung zur Masse, typischerweise durch einen Leiter oder ionisiertes Gas, aufweisen. Wenn die Klemmelektroden geladen werden, wird das Werkstück im Bereich der Elektrode entgegengesetzt geladen und zur Klemmelektrode gezogen. Die Klemmkraft kann unter Verwendung des Coulombschen Gesetzes berechnet werden.
-
Die elektrostatische Klemme stellt eine dünne Materialschicht zwischen den Klemmelektroden und dem Werkstück bereit. In diesem Dokument wird das von der elektrostatischen Klemme bereitgestellte Material, das zwischen der Klemmelektrode bzw. den Klemmelektroden und dem Werkstück liegt, als das ”Barrierematerial” bezeichnet. Typischerweise liegt die Dicke des Barrierematerials in der Größenordnung einiger zehn Mikrometer. Abhängig von der Technologie der elektrostatischen Klemme, kann das Barrierematerial entweder ein reines Dielektrikum (im Fall einer Coulomb-Klemme) oder ein halbisolierendes Material (im Fall einer Johnsen-Rahbek-Klemme) sein.
-
Bei komplexeren elektrostatischen Klemmen stellt die Klemme mehr als eine Elektrode bereit. Im Fall einer Klemme, die zwei Elektroden aufweist (d. h. einer bipolaren Klemme) weist die Ladung auf der ersten Klemmelektrode eine entgegengesetzte Polarität zu der Ladung auf der zweiten Elektrode auf. Diese Anordnung bildet eine Kapazität von einer Klemmelektrode, durch das Barrierematerial, zum Werkstück, zurück durch das Barrierematerial und dann zur anderen Klemmelektrode. Elektrostatische Klemmen, die mehr als zwei Elektroden aufweisen, sind eine Variation der bipolaren Klemme, arbeiten jedoch ähnlich wie die bipolare Klemme.
-
Eines der Probleme, die bei elektrostatischen Klemmen auftreten, ist die Zeitdauer, die erforderlich ist, damit das Werkstück ”entklemmt” wird. Das Entklemmen ist ein Prozess, bei dem das Werkstück von der elektrostatischen Klemme gelöst wird und dann zur nächsten Verarbeitungsstation bewegt wird. Das Entklemmen kann durch eine aufgebaute restliche statische Ladung unterbunden werden, welche das Lösen des Werkstücks verhindert.
-
Ein anderes Problem ergibt sich aus der Dicke des Barrierematerials, das sich zwischen dem Werkstück und den Elektroden befindet. Das Barrierematerial ist sehr dünn und kann leicht beschädigt werden. Eine Beschädigung des Barrierematerials kann dazu führen, dass ein feststellbarer Strom zwischen der Elektrode und dem Werkstück fließt. Ein solcher Fehler führt zu einer verringerten Kraft, die das Werkstück an der Klemme hält, was dazu führen kann, dass sich das Werkstück während der Verarbeitung bewegt oder die Klemmfläche ganz verlässt. Auch kann ein Funkenschlag zwischen dem Werkstück und den Elektroden auftreten, wodurch das Werkstück beschädigt werden kann.
-
Es ergeben sich zusätzliche Probleme, die nicht direkt in Zusammenhang mit der elektrostatischen Klemme selbst stehen. Wenn beispielsweise ein Werkstück beschädigt ist, leidet die Klemmqualität. Falls ein Werkstück erheblich verwölbt ist, kann es durch das Klemmen nicht ausreichend abgeflacht werden, was zu einer unvollkommenen oder nicht vorhandenen Kraft zwischen dem Werkstück und der Klemme führt. Zusätzlich kann in dem Fall, dass ein offener Stromkreis erzeugt wird, beispielsweise infolge einer elektrischen oder mechanischen Beanspruchung in der Schaltungsanordnung zwischen der Hochspannungsversorgung und der elektrostatischen Klemme, keine Hochspannung an den Elektroden auftreten, wodurch das Werkstück teilweise oder vollständig entklemmt wird.
-
Zum Lösen einiger oder aller dieser Probleme wird ein Hilfsmittel benötigt, das verwendet werden kann, um Fehler festzustellen und Betriebsparameter einer elektrostatischen Klemme zu optimieren. Ein solches Hilfsmittel würde es Wissenschaftlern und Ingenieuren ermöglichen, Leckströme, Werkstückspannungen und Kapazitäten in Zusammenhang mit dem elektrostatischen Klemmen zu überwachen, während es gleichzeitig ermöglicht werden würde, eindeutige Wellenformen für das Klemmen, das Verarbeiten von Werkstücken und das Entklemmen an die elektrostatische Klemme auszugeben. Gegenwärtig neigen Hersteller elektrostatischer Klemmen, Entwickler von Leistungsversorgungen und Endbenutzer dazu, unabhängig zu arbeiten, um ein System zu erzeugen, das funktioniert, und ein solches Hilfsmittel würde eine Flexibilität zwischen diesen Gruppen ermöglichen, um ein robustes System zu erzeugen, das nicht nur den Prozessablauf, sondern auch Sicherheitskonzeptmargen optimiert.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die Erfindung kann als ein System zum Steuern und Überwachen des Betriebs und der Funktionsweise einer elektrostatischen Klemme (manchmal als ”ESC” bezeichnet) verwirklicht werden. Ein solches System kann mit folgendem versehen sein: (a) einem Computer, der programmiert ist, um Steuerinformationen von einem Benutzer entgegenzunehmen und den Steuerinformationen entsprechende digitale Befehle bereitzustellen, (b) einer Steuerschaltung, die eine Schaltungsanordnung aufweist, welche in der Lage ist, die digitalen Befehle entgegenzunehmen, und die ein den digitalen Befehlen entsprechendes Ausgangssignal bereitstellt, (c) mindestens einem Verstärker mit einem Eingangsanschluss zum Empfangen des Ausgangssignals von der Steuerschaltung und einem Ausgangsanschluss zum Bereitstellen eines Hochspannungs-Steuersignals für mindestens eine Elektrode einer ESC.
-
Der Computer kann dem Benutzer eine Schnittstelle in Form einer Tabelle zur Eingabe der Steuerinformationen bereitstellen. Die Tabelle kann Eingabekästchen zum Eintrag der Steuerinformationen aufweisen.
-
Das System kann eine Signalauswerteschaltung zum Bereitstellen eines Messsignals für das Ausgangssignal der Steuerschaltung aufweisen. Das Messsignal kann eine Spannungssinuswelle sein.
-
Die Signalauswerteschaltung kann die Funktionsweise der ESC überwachen. Um diese Aufgabe auszuführen, kann die Signalauswerteschaltung eine Stromüberwachungs-Schaltungsanordnung aufweisen, die Ströme des Verstärkers überwachen kann. Ferner kann die Signalauswerteschaltung eine Schaltungsanordnung zum Überwachen von Spannungen des Verstärkers aufweisen.
-
Die Erfindung kann als ein Überwachungsverfahren für das Optimieren des Betriebs einer elektrostatischen Klemme verwirklicht werden. Bei einem solchen Verfahren werden einem Computer Steuerinformationen bereitgestellt, wobei der Computer programmiert ist, um den Steuerinformationen entsprechende digitale Befehle bereitzustellen. Digitale Befehle können mit dem Computer erzeugt werden. Die digitalen Befehle können an einer Steuerschaltung empfangen werden, welche eine Schaltungsanordnung aufweist, die in der Lage ist, die digitalen Befehle entgegenzunehmen und ein den digitalen Befehlen entsprechendes Ausgangssignal bereitzustellen. Die Steuerschaltung erzeugt das Ausgangssignal und sendet es zum Verstärker. Der Verstärker empfängt das Ausgangssignal und verstärkt es, um einer Elektrode einer elektrostatischen Klemme ein Hochspannungs-Steuersignal bereitzustellen. Der Betrieb des Verstärkers kann überwacht werden, und es können dem Betrieb des Verstärkers entsprechende Überwachungsinformationen bereitgestellt werden. Nachfolgende Steuerinformationen, die dem Computer bereitgestellt werden, können auf der Grundlage der Überwachungsinformationen angepasst werden.
-
Ein Messsignal kann bereitgestellt und mit dem Ausgangssignal kombiniert werden. Das Vorhandensein eines bekannten Messsignals kann verwendet werden, um den Betrieb der Verstärker zu überwachen.
-
Der Überwachungsvorgang des Verstärkers kann durch Überwachen von Strömen und/oder Spannungen des Verstärkers ausgeführt werden. Beispielsweise können die überwachten Ströme mit den Verstärkern in Zusammenhang stehende Wechsel- oder Gleichströme sein, wie jene, die von den Verstärkern erzeugt werden. Die überwachten Spannungen können mit den Verstärkern in Zusammenhang stehende Wechsel- oder Gleichspannungen sein, wie jene, die von den Verstärkern erzeugt werden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Zum besseren Verständnis der Natur und der Aufgaben der Erfindung sollte auf die anliegenden Zeichnungen und die folgende Beschreibung Bezug genommen werden. In den Zeichnungen zeigen kurz gesagt:
-
1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems,
-
2 eine Eingabetabelle, die verwendet werden kann, um Steuerinformationen bereitzustellen,
-
3 ein Blockdiagramm von Stromüberwachungseinrichtungen, die in der SAC verwendet werden können,
-
4 ein Blockdiagramm einer phasenempfindlichen Demodulatorschaltung,
-
5 einen Graphen eines demodulierten Stromsignals,
-
6 ein Blockdiagramm einer zusätzlichen Demodulatorschaltung,
-
7 einen Graphen eines demodulierten Stromsignals, der eine Phasenverschiebung in Bezug auf 5 zeigt, die durch einen kleinen Widerstand in Reihe mit dem Ausgang des Hochspannungsverstärkers hervorgerufen wurde,
-
8 eine Schaltung zum Messen eines Wechselstroms,
-
9 eine ESC ohne ein Werkstück (beispielsweise ein Wafer),
-
10 eine ESC mit einem entklemmten Werkstück,
-
11 eine ESC mit einem geklemmten Werkstück und
-
12 einen Graphen, der die durch die Wechselstromamplitude angegebenen kapazitiven Niveaus zeigt.
-
Weitere Beschreibung der Erfindung
-
Die Erfindung kann als ein System 10 verwirklicht werden, das in der Lage ist, den Klemmelektroden 13 einer ESC Signale zuzuführen und verschiedene Komponenten eines elektrostatischen Klemmsystems zu überwachen. 1 ist ein Blockdiagramm, das Komponenten eines Systems 10 gemäß der Erfindung zeigt. In 1 ist ein Computer 16 dargestellt, der einen Mikroprozessor 19 aufweist. Der Computer 16 ist kommunikativ mit einer Steuerschaltung (”CC”) 22 verbunden. Der Computer 16 kann der CC 22 Informationen zuführen, und die CC 22 kann dem Computer 16 Informationen zuführen. Eine Signalauswerteschaltung (”SAC”) 25 ist, wie in 1 dargestellt, kommunikativ mit der CC 22 verbunden. Die SAC 25 kann einem Ausgang der CC 22 bestimmte Signale zuführen, und die SAC 25 kann der CC 22 Betriebsdaten zuführen. Das von der CC 22 und der SAC 25 bereitgestellte Klemmsignal, das typischerweise eine Niederspannung ist, wird einem oder mehreren Verstärkern 28 zugeführt. 1 zeigt zwei Verstärker 28 (A1 und A2), die Erfindung kann jedoch auch mit einem Verstärker 28 oder einer größeren Anzahl von Verstärkern 28 verwirklicht werden. Die Verstärker 28 verstärken das Niederspannungs-Klemmsignal, um einer oder mehreren Klemmelektroden 13 ein Hochspannungs-Steuersignal zuzuführen. 1 zeigt zwei Elektroden 13 (E1 und E2), die Erfindung kann jedoch auch mit einer Elektrode 13 oder mit einer größeren Anzahl von Elektroden 13 verwirklicht werden. Die Elektroden 13 werden verwendet, um ein Werkstück 31 in der Art eines Wafers oder eines anderen Objekts durch kapazitive Kräfte zu halten.
-
Nachdem ein allgemeiner Überblick über ein erfindungsgemäßes System gegeben wurde, werden nun zusätzliche Einzelheiten bereitgestellt. Auf dem Computer 16 kann eine Software zum Ausführen bestimmter Funktionen laufen. Beispielsweise kann der Computer 16 einem Benutzer als eine Schnittstelle dienen, um der CC 22 Steuerinformationen zuzuführen und von der CC 22 Betriebsinformationen zu empfangen. Um einem Benutzer, der Steuerinformationen bereitstellen möchte, als Schnittstelle zu dienen, wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung über den Computer 16 eine Tabelle 34 bereitgestellt. Beispielsweise kann die Tabelle 34 auf einem Bildschirm 37 angezeigt werden, und der Benutzer kann ein Eingabesystem mit einer Tastatur 40 und einer Maus 43 verwenden, um die Steuerinformationen einzugeben.
-
2 zeigt eine erfindungsgemäße Tabelle 34. In 2 sind zwei Spalten dargestellt, die jeweils einen Teil der Steuerinformationen aufweisen. In der einen Spalte sind Zeiten aufgelistet, und in der anderen Spalte sind Spannungen aufgelistet. Jede Zeile der Tabelle 34 stellt die Zeit dar, zu der die Spannung an die Elektroden 13 angelegt werden sollte. Dabei sind die in der Tabelle 34 dargestellten Steuerinformationen die Zeiten, zu denen die entsprechenden Spannungen an die Elektroden 13 angelegt werden sollten.
-
Unter Verwendung der Tabelle 34 kann der Benutzer leicht Befehle über ein Hochspannungs-Steuersignal bereitstellen, das er an die Klemmelektroden 13 anlegen möchte. Ein Benutzer des Systems kann Steuerinformationen in die Kästchen 45 der Tabelle 34 eingeben. Auf dem Computer 16 läuft Software zum Übersetzen der über die Tabelle 34 bereitgestellten Steuerinformationen in einen Satz digitaler Befehle, die der CC 22 zugeführt werden. Hierfür weist die CC 22 eine Schaltungsanordnung auf, welche die digitalen Befehle vom Computer 16 empfängt und ein den digitalen Befehlen entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.
-
Die SAC 25 weist eine Schaltungsanordnung auf, die ausgerüstet ist, um ein Messsignal zu erzeugen und dieses zum Ausgangssignal der CC 22 zu addieren, und das kombinierte Signal ist ein Niederspannungs-Klemmsignal. Das Messsignal von der SAC 25 kann eine Niederspannungs-Sinuswelle sein, die verwendet werden kann, um die Kapazität der ESC zu erfassen.
-
Das Niederspannungs-Klemmsignal wird den Verstärkern 28 zugeführt. Die Verstärker 28 erzeugen ein Hochspannungs-Steuersignal, das dem Niederspannungs-Klemmsignal entspricht. Das Hochspannungs-Steuersignal wird den Klemmelektroden 13 zugeführt.
-
Zusätzlich zum Bereitstellen eines Messsignals für das Ausgangssignal der CC 22 kann die SAC 25 eine Schaltungsanordnung aufweisen, die derart kommunikativ mit den Verstärkern verbunden ist, dass es der SAC 25 ermöglicht wird, den Betrieb der Klemme zu überwachen. Beispielsweise sind in 1 zwei Verstärker 28 dargestellt. Für jeden Verstärker 28 ist ein Kommunikationsmittel dargestellt, das als ”CVM Feed 1” bzw. ”CVM Feed 2” bezeichnet ist. Hier steht ”CVM” für Strom/Spannung-Überwachungseinrichtung. Demgemäß stellen die CVM-Feed-Leitungen der SAC 25 Informationen bereit, die in Form von Spannungen und Strömen, die innerhalb der Verstärker 28 existieren, bereitgestellt werden können. Die SAC 25 kann Überwachungsschaltungen aufweisen, die nützliche Informationen über die Funktionsweise und den Betrieb der ESC bereitstellen können. 3 zeigt einen Abschnitt der SAC 25, der für das Überwachen von Strömen vorgesehen ist.
-
Die SAC 25 kann Schaltungsanordnungen aufweisen, um folgendes auszuführen:
- (a) Überwachen der Spannung der Phase A und Sammeln von Daten in Bezug auf diese.
- (b) Überwachen der Spannung der Phase B und Sammeln von Daten in Bezug auf diese.
- (c) Überwachen der Summe der Hochspannungs-Steuersignalströme von den Phasen A und B und Sammeln von Daten in Bezug auf diese, welche verwendet werden können, um Fehler in dem Systembetrieb zu suchen und den Systembetrieb zu charakterisieren.
- (d) Überwachen der Differenz zwischen den jeden Verstärker 28 verlassenden Ausgangsströmen und Sammeln von Daten in Bezug auf diese, welche verwendet werden können, um Fehler in dem Systembetrieb zu suchen und den Systembetrieb zu charakterisieren.
- (e) Erfassen der Kapazität, welche durch Addieren des von der SAC 25 bereitgestellten Messsignals zum Ausgangssignal der CC 22 erfasst werden kann.
- (f) Überwachen der Summe der Gleichströme von den Verstärkern 28.
- (g) Überwachen der Differenzen der Gleichströme von den Verstärkern 28 (die verwendet werden können, um Leckströme zu erfassen).
- (h) Überwachen des Wechselstroms von den Verstärkern 28, der verarbeitet und zur Kapazitätsmessung verwendet werden kann.
-
Die Überwachungsschaltungsanordnung der SAC 25 kann der CC 22 Analogsignale bereitstellen, welche die überwachten und erfassten Informationen darstellen. Die CC 22 kann dann Digitalsignale erzeugen, die den analogen Überwachungssignalen der SAC 25 entsprechen. Die von der CC 22 bereitgestellten digitalen Überwachungssignale können dem Computer 16 zur Analyse zugeführt werden. Die vom Computer 16 ausgeführte Analyse kann durch auf diesem laufende Software ausgeführt werden. Die Software kann den Mikroprozessor 19 veranlassen, die digitalen Überwachungssignale in einer solchen Weise zu verarbeiten, dass dem Benutzer über den Bildschirm 37 nützliche Informationen bereitgestellt werden. Auf diese Weise können dem Benutzer nützliche Informationen über den Betrieb der ESC bereitgestellt werden. Beispielsweise können die dem Computer 16 durch die CC 22 bereitgestellten Informationen dem Benutzer in Form einer Tabelle 34, einer Graphik oder auf andere Weise bereitgestellt werden.
-
Nachdem einige Einzelheiten über eine Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt wurden, werden nachstehend zusätzliche Einzelheiten über die Erfindung bereitgestellt. Der Computer 16, die CC 22 und die SAC 25 können zu einem Werkzeug zusammengefasst werden, um dem Hersteller der elektrostatischen Klemme, dem Entwickler einer Leistungsversorgung und/oder dem Endbenutzer dabei zu helfen, die optimale Funktionsweise ihrer individuellen Verantwortlichkeiten zu erreichen. Beispielsweise können gemäß der Erfindung Informationen über (1) Ströme und Kapazitäten, die sich aus dem Vorhandensein und der Klemmqualität des Werkstücks 31 ergeben, und (2) Restklemmspannungen verwendet werden, um Informationen bereitzustellen, die beim Bestimmen optimaler Entklemmwellenformen nützlich sind, oder um mit Klemm- und Entklemmparametern zu experimentieren, um für verschiedene Typen von Werkstücken 31 die optimale Funktionsweise eines Klemmsystems zu erreichen.
-
Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform gibt es zwei Hochspannungsverstärker 28. Diese Verstärker 28 erzeugen Hochspannungs-Steuersignale, die an die Elektroden 13 der ESC angelegt werden. Die Eingabe für diese Verstärker 28 wird durch die CC 22 bereitgestellt, und die Eingabe für die CC 22 wird durch den Computer 16 bereitgestellt. Der Computer 16 kann programmiert werden, um einen benutzerdefinierten Prozess zum (a) Klemmen des Werkstücks 31, (b) Halten des Werkstücks 31, während andere Prozesse, wie eine Ionenimplantation, chemische Dampfabscheidung und dergleichen, auf es einwirken, und (c) Entklemmen des Werkstücks 31 bereitzustellen. Anweisungen zu einer gewünschten Klemmprozedur können dem Computer 16 durch eine Tabelle 34 zugeführt werden. Auf diese Weise kann das Klemmsystem leicht gesteuert werden, um (unter anderem) folgendes zu erzielen:
- (a) Optimieren der Klemmkraft,
- (b) Vermeiden einer Belastung der ESC durch Anlegen einer zu hohen Spannung,
- (c) Vermeiden einer Belastung der ESC, indem sie einem zu hohen Strom ausgesetzt wird,
- (d) Testen neuer und verschiedener Barrierematerialien,
- (e) Minimieren der Restladung (Restspannung) auf dem Werkstück 31,
- (f) Testen verschiedener den Klemmelektroden zugeführter Signale, um optimale Parameter zu identifizieren, und
- (g) Bestimmen der optimalen Entklemmwellenform, um den schnellsten Durchsatz der Werkstücke 31 zu ermöglichen.
-
In Bezug auf den Punkt ”c” in der unmittelbar vorhergehenden Liste sei bemerkt, dass das Vermeiden schneller Spannungsänderungen (dV/dT) wichtig ist, um zu hohe Ströme zu vermeiden, was aus zumindest den folgenden zwei Gründen wichtig ist. Erstens kann ein sich aus einem hohen Wert dV/dt ergebender zu hoher Strom die Schaltung von den Hochspannungsverstärkern 28 zu den ESC-Elektroden 13 schmelzen und sogar öffnen. Zweitens kann sich eine Umordnung der Dipole in dem Barrierematerial aus einer schnellen Polaritätsänderung ergeben, insbesondere wenn das Barrierematerial eine kristalline Struktur aufweist, und diese Dipolumordnung kann mechanische Störungen hervorrufen, die bewirken können, dass das Barrierematerial reißt und fehlerhaft wird. Der erwartete Strom kann leicht durch die Gleichung i = C dV/dt berechnet werden, wobei ”i” der Strom in A ist, ”C” die Kapazität ist und ”dV/dt” die Änderung der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit ist. Beispielsweise kann ein typisches Klemmsystem mit einem Wafer 31 an der Klemme eine Kapazität von bis zu 20 nf (jedoch ohne Einschränkung auf diesen Wert) aufweisen. Falls die Klemmspannung auf 1000 V gelegt wird und dann während des Entklemmprozesses in einer Zeit von 20·10–6 Sekunden auf 0 V verringert wird, müssen die Klemmelektroden 13 für mehr als 1 A ausgelegt sein, um eine Belastung der Elektrodenverdrahtung zu vermeiden.
-
Um die Überwachung zu erleichtern, können die Überwachungsschaltungen der SAC 25 empfindliche Stromüberwachungseinrichtungen 48 aufweisen. Die von diesen Stromüberwachungseinrichtungen 48 erzeugten Informationen können verwendet werden, um folgendes auszuführen:
- (a) Prüfen eines Lecks von Elektrode zu Elektrode, was durch Überwachen des zu den Elektroden 13 zurückkehrenden Gleichstroms erreicht werden kann. Die Größe der Gleichstromdifferenz kann mit einem Schwellenwert verglichen werden, um festzustellen, ob ein zu hoher Leckstrom fließt.
- (b) Überwachen der Kapazität des Werkstücks 31, was durch Messen des Betrags des sinusförmigen Stroms, der durch die der Hochspannungsausgabe überlagerte Niederspannungs-Sinuswellenform erzeugt wird, erreicht werden kann. Der Betrag des Stroms ist gemäß der Gleichung i = C dV/dt proportional zu der Lastkapazität der Elektroden 13.
- (c) Überwachen der Qualität des Klemmvorgangs, was durch Überwachen der Kapazität des Systems in verschiedenen Zuständen, wie ohne Wafer 31, Wafer 31 vorhanden und Wafer 31 geklemmt, erreicht werden kann, wodurch Informationen darüber gewonnen werden, wie sich eine bestimmte Klemme unter diesen Bedingungen verhält, und den verschiedenen Zuständen entsprechende Standardkapazitätswerte festgelegt werden. Später kann die Qualität des Klemmens vom Benutzer hinterfragt und untersucht werden, falls der überwachte Kapazitätswert erheblich von den Standardwerten abweichen sollte.
- (d) Überwachen eines offenen Stromkreises, was durch Überwachen der auftretenden Kapazität, wenn kein Wafer 31 vorhanden ist, erreicht werden kann. Wenn ein offener Stromkreis existiert, ist die Kapazität null oder sehr klein (eine Abweichung von der empirisch bestimmten Systemnormalen).
- (e) Überwachen anderer Lecks in der Art eines Stromwegs zur Masse, der nicht in Zusammenhang mit einem Leck von Elektrode zu Elektrode steht. Das Überwachen eines Stromwegs zur Masse kann durch Überwachen der Summe der Gleichströme erreicht werden. Wenn die Summe nicht null ist, tritt ein Leckstrom auf, d. h. ein Strom entlang einem anderen Weg als jenem zu der Elektrode 13.
-
Ausführungsformen der Erfindung können mit einem elektrostatischen Voltmeter 51 (”ESVM”) versehen sein, welches eine Sonde aufweist, die in der Nähe einer Fläche des Wafers 31 angeordnet werden kann. Der Zweck des Voltmeters 51 kann darin bestehen, eine Rückkopplung in Bezug auf die Restspannung an dem Werkstück 13, nachdem eine Entklemmsequenz ausgeführt worden ist, bereitzustellen. Die von der ESVM-Sonde erfasste Restspannung ist ein Indikator für den Erfolg des Beseitigens der Restladung nach Abschluss des Entklemmprozesses. Der Erfolg eines Entklemmprozesses kann dadurch beurteilt werden, wie dicht die Restspannung bei null ist.
-
Vorstehend wurde erwähnt, dass die SAC 25 dem Ausgangssignal der CC 22 eine Sinuswelle bereitstellen kann, wobei dieses dann den Verstärkern 28 zugeführt wird. Das Messsignal ist nützlich, um die Kapazität der ESC zu bestimmen. Die Kapazität kann durch Messen der Amplitude des Wechselstroms bestimmt werden, der sich aus dem Niederspannungs-Sinuswellen-Messsignal ergibt, das von der SAC 25 bereitgestellt, verstärkt und zu den Elektroden 13 gesendet wurde. Dieser Wechselstrom kann durch eines der folgenden Verfahren gemessen werden.
-
Beim ersten dieser Verfahren wird in der SAC 25 ein phasenempfindlicher Demodulator 54 (”PSD”) bereitgestellt. 4 zeigt eine PSD-Schaltung 57. Weil bekannt ist, dass der Strom infolge der Kapazität gegenüber der Spannung um 90 Grad außer Phase ist, wird die Phase des Demodulators 54 gegenüber der Ausgangsspannungs-Sinuswelle auf 90 Grad außer Phase gesetzt. Die PSD-Schaltung 57 überwacht die Stromänderung und erzeugt ein Signal, das zum Wechselstrom proportional ist. Das Signal von der PSD-Schaltung 57 wird von der SAC 25 zur CC 22 gesendet, wo es in ein Digitalsignal umgewandelt und dem Computer 16 zugeführt wird. Der Computer 16 kann dann einen dem Digitalsignal entsprechenden Graphen bereitstellen. 5 zeigt einen solchen Graphen.
-
Nach dem Filtern und einer geeigneten Verstärkung ist dieses Signal proportional zur Kapazität des elektrostatischen Klemmsystems. Ferner kann ein zusätzlicher Demodulator 60 in Phase mit der Verstärkerspannung hinzugefügt werden, und der resistive Strom kann abgetrennt werden. 6 zeigt eine Schaltung 63, die einen zusätzlichen Demodulator 60 aufweist. Leider weist dieses Verfahren eine Lastphasenverschiebung auf. Falls es beispielsweise eine Impedanz in Reihe mit einem Ausgang des Hochspannungsverstärkers 28 gibt, die nicht rein kapazitiv ist, kann die phasenverschobene Demodulatorschaltung 57 eine fehlerhafte Ablesung herbeiführen. In 7 ist eine Phasenverschiebung gegenüber 5 dargestellt, die durch einen kleinen Widerstand in Reihe mit dem Ausgang des Hochspannungsverstärkers 28 hervorgerufen wurde. Dies ist in der Halbleiterindustrie üblich, wo RF-Filter häufig in Reihe mit der ESC angeordnet werden, um eine Hochspannungs-Funkfrequenz an Masse nebenzuschließen.
-
Bei einem zweiten Verfahren, das dem Messen des Wechselstroms dient, wird der Wechselstromanteil durch einen großen Kondensator 66 und einen Operationsverstärker 69 mit hoher Impedanz von der Stromüberwachungseinrichtung 48 entkoppelt. 8 zeigt eine solche Schaltung. Das entkoppelte Wechselsignal wird dann gleichgerichtet und gefiltert. Nach einer gewissen Verstärkung ist das Ausgangssignal nun proportional zur Kapazität des elektrostatischen Klemmsystems. Weil dieses Verfahren die Phaseninformationen ignoriert, bewirkt eine zu einem phasenverschobenen Signal führende nichtkapazitive Impedanz nicht mehr einen Demodulatorverschiebungsfehler.
-
Die Kapazität der ESC weist auf den Zustand (wovon drei nachstehend beschrieben werden) der Klemme hin. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Amplitude des Wechselstroms (die zur Kapazität proportional ist) überwacht und verwendet, um festzustellen, welcher der drei Zustände vorhanden ist. Die drei Zustände sind:
-
Zustand #1. Kein Werkstück:
-
Dieser Zustand ist durch eine sehr kleine Wechselstromamplitude gekennzeichnet (in erster Linie infolge der Streukapazität zur Masse und der internen kapazitiven Kopplung von Elektrode zu Elektrode). Eine ESC ohne ein Werkstück 31 ist in 9 dargestellt.
-
Zustand #2. Werkstück vorhanden, aber nicht geklemmt:
-
Dieser Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass er infolge des Vorhandenseins des Werkstücks 31 eine Wechselstromamplitude moderater Höhe aufweist. Das Werkstück 31, das Barrierematerial und die Klemmelektrode 13 bilden einen Kondensator, jedoch verhindern Verzerrungen und Plateaus der elektrostatischen Klemme, dass eine höhere Kapazität erzeugt wird. Eine ESC mit einem entklemmten Werkstück 31 ist in 10 dargestellt.
-
Zustand #3. Werkstück geklemmt:
-
Wenn das Werkstück 31 sehr nahe zu den Klemmelektroden 13 gezogen wird, weist die Kapazität ihren höchsten Wert auf, und die Wechselstromamplitude ist groß. Eine ESC mit einem geklemmten Werkstück 31 ist in 11 dargestellt.
-
Die durch die Wechselstromamplitude angegebenen Kapazitätsniveaus sind in dem Graphen aus 12 dargestellt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die SAC 25 mit Filtern 72 versehen werden, welche die Ausgabe der Stromüberwachungseinrichtungen 48 filtern, um nicht nur den Wechselstromanteil, sondern auch das System- und Leistungsversorgungsrauschen zu beseitigen. 3 zeigt solche Filter 72. Auf diese Weise können Gleichströme mit einem niedrigen Pegel überwacht werden. Dies kann wünschenswert sein, weil niedrige Gleichstrompegel ein früher Hinweis auf ein bevorstehendes Versagen der Klemme sind. In dieser Hinsicht können die Schaltungen der SAC 25 dafür ausgelegt werden, Gleichströme im Mikroamperebereich zu erfassen und zu messen, um festzustellen, ob die Klemme richtig funktioniert. Falls der Benutzer feststellt, dass die Klemme nicht richtig funktioniert, können vom Benutzer geeignete Tätigkeiten vorgenommen werden, um dafür zu sorgen, dass die Klemme richtig funktioniert.
-
Zusätzlich weist die SAC 25 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Schaltungsanordnung zum Überwachen der Gleichstromsumme von den Verstärkern 28 und der Gleichstromdifferenz zwischen den Verstärkern 28 auf. Falls eine ESC resistive Eigenschaften aufweist, kann die Stromdifferenz (im Fall gleicher, jedoch entgegengesetzter Spannungen an der ESC) überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Ströme in einem zulässigen Bereich liegen.
-
Zusätzlich kann die Gleichstromsumme auf Fehler überwacht werden. Falls die Summe nicht null ist, kann ein Leck zur Masse oder ein Leck von Phase zu Phase ein Problem darstellen. Ferner kann die SAC 25 mit einer Schaltungsanordnung zum Überwachen der Polarität des Lecks sowie zum Bestimmen der Phase, während derer das Leck auftritt, versehen sein. Bei bekannter Polarität der Phase A kann die Polarität des Lecks bestimmt werden. Falls die Summe der Gleichströme beispielsweise nicht null, sondern ein positiver Wert ist und die Ausgangspolarität der Phase A positiv ist, kann festgestellt werden, dass das Leck von der Phase A zur Masse auftritt. Falls umgekehrt die Summe der Gleichströme negativ ist und die Phase B negativ ist, kann festgestellt werden, dass das Leck von der Phase B zur Masse auftritt.
-
Die Signale von der SAC 25 können der CC 22 zur Überwachung durch den Computer zugeführt werden. Die folgenden Signale können überwacht werden, es handelt sich hierbei jedoch um keine umfassende Liste von dem, was überwacht werden könnte:
- a. Hochspannung der Phase A
- b. Hochspannung der Phase B
- c. Stromsumme
- d. Stromdifferenz
- e. Kapazität
- f. Ausgabe des elektrostatischen Voltmeters 51
-
Der Computer 16 kann programmiert werden, um diese Signale in Form einer Graphik oder einer Tabelle über einen Bildschirm zur Analyse darzustellen.
-
Wenngleich die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass auch andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher soll die vorliegende Erfindung nur durch die anliegenden Ansprüche und ihre vernünftige Interpretation eingeschränkt sein.
