DE102014008029B4

DE102014008029B4 - Elektrostatische Haltevorrichtung mit einer Elektroden-Trägerscheibe und Verfahren zur Herstellung der Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE102014008029B4
Application number: DE102014008029.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Baldus
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: US9673079B2; DE102014008029A1; US20150348815A1

Abstract

Haltevorrichtung (100), die zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils (1), insbesondere eines Siliziumwafers, eingerichtet ist, umfassend:
- einen Grundkörper (10), der aus mindestens einer Platte (11, 12) hergestellt ist,
- eine Vielzahl von vorstehenden Noppen (14), die an einer Oberseite (13) des Grundkörpers (10) angeordnet sind und eine Auflage für das Bauteil (1) bilden, und
- eine Elektrodeneinrichtung (20) mit einer Vielzahl von Elektroden (21), die an der Oberseite (13) des Grundkörpers (10) in Abständen zwischen den Noppen (14) angeordnet sind, wobei
- die Elektrodeneinrichtung (20) eine Silizium-Trägerscheibe (22) mit einer Vielzahl von Löchern (23) umfasst,
- die Trägerscheibe (22) derart auf der Oberseite (13) des Grundkörpers (10) angeordnet ist, dass die Noppen (14) durch die Löcher (23) ragen und von der Trägerscheibe (22) beabstandet sind, und
- die Elektroden (21) auf Scheibenabschnitten zwischen den Löchern (23) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung, die zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Siliziumwafers, eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der Haltevorrichtung. Anwendungen der Erfindung sind bei der Bereitstellung von Geräten oder Werkzeugen zur Halterung von Bauteilen mit elektrostatischen Kräften, insbesondere für die Halterung von Halbleiter-Bauteilen, zum Beispiel von Siliziumwafern, gegeben.
Haltevorrichtungen zur elektrostatischen Halterung von Bauteilen, die auch als elektrostatische Haltevorrichtungen, elektrostatische Klemmvorrichtungen, elektrostatische Clamps, ESC's oder elektrostatische Chucks bezeichnet werden, sind allgemein bekannt. Eine wichtige Anwendung elektrostatischer Haltevorrichtungen ist bei der Halterung von Siliziumwafern in der lithographischen Halbleiterprozessierung, zum Beispiel in der Chip-Produktion, gegeben, wobei die besonderen Vorteile der elektrostatischen Halterung, wie die einfache Schaltung von elektrostatischen Halte- oder Klemmkräften, eine hohe Positioniergenauigkeit und die zuverlässige Fixierung von Siliziumwafern ausgenutzt werden.
Typischerweise weist eine elektrostatische Haltevorrichtung eine Struktur mit mehreren platten- oder schichtförmigen Elementen auf, die verschiedene Funktionen erfüllen (siehe z. B. US 4 502 094 A oder US 2013 / 0 308 116 A1 ). Mindestens ein plattenförmiges Element ist mit einer Elektrodeneinrichtung ausgestattet, mit der die elektrostatischen Haltekräfte erzeugt werden. Gemäß US 2013 / 0 308 116 A1 umfasst die Elektrodeneinrichtung eine Vielzahl von Elektroden, die in ein mehrschichtiges plattenförmiges Element eingebettet sind. Mindestens ein weiteres plattenförmiges Element ist für die Erfüllung einer Träger- und Kühlungsfunktion aus einer mechanisch steifen Keramik hergestellt. Des Weiteren weist eine elektrostatische Haltevorrichtung typischerweise an ihrer Oberseite eine Vielzahl von vorstehenden oberen Noppen auf, die eine Auflagefläche für den Siliziumwafer bilden.
Die herkömmliche elektrostatische Haltevorrichtung, z. B. gemäß US 2013 / 0 308 116 A1 , hat die folgenden Nachteile. Die Herstellung der Haltevorrichtung ist wegen der Einbettung der Elektroden in ein plattenförmiges Element aufwändig. Die zur Beaufschlagung mit einer elektrischen Haltespannung erforderlichen Anschlussleitungen der Elektroden müssen ebenfalls in die erste Platte eingebettet sein. Im Ergebnis können die elektrostatischen Haltekräfte entlang der Auflagefläche inhomogen verteilt sein und ggf. zu einer zeitlichen Veränderung (Alterung) neigen. Die eingebetteten Elektroden haben einen relativ großen Abstand vom zu halternden Bauteil und erfordern daher eine hohe Haltespannung. Des Weiteren ist die herkömmliche elektrostatische Haltevorrichtung partikelempfindlich. Partikel, die etwa so groß oder größer als der Abstand zwischen dem zu halternden Bauteil und dem darunter liegenden Dielektrikum sind, stören die Ebenheit erheblich und können das Dielektrikum beschädigen. Die Haltekraft (Klemmdruck) ist durch den von Partikeln verursachten Abstand reduziert. Weitere Nachteile ergeben sich daraus, dass bei den meisten elektrostatischen Haltern die Noppen aus einem dielektrischen Material gefertigt sind. Dadurch ist der Wärmetransfer vom Wafer in den temperierten Körper des Halters beeinträchtigt.
Ein weiteres Problem bei der Herstellung der herkömmlichen Haltevorrichtung besteht darin, dass die plattenförmigen Elemente zeitlich aufeinander folgend hergestellt werden müssen, indem zuerst das mechanisch steife plattenförmige Element hergestellt und anschließend das plattenförmige Element mit den eingebetteten Elektroden aufgebaut wird. Dadurch wird die Herstellungszeit verlängert und eine flexible Anpassung der Haltevorrichtung an die Anforderungen einer konkreten Anwendung erschwert.
Die genannten Nachteile treten nicht nur bei elektrostatischen Haltevorrichtungen für Siliziumwafer, sondern auch bei Haltevorrichtungen mit eingebetteten Elektroden für andere Bauteile auf, wie z. B. für Glasplatten mit transparenter Elektrode (ITO), die AMLCD-Substrate bilden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte elektrostatische Haltevorrichtung bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Die Haltevorrichtung soll insbesondere eine vereinfachte Herstellung, eine verkürzte Herstellungszeit, eine Verringerung der Haltespannung ohne Beeinträchtigung der Haltekräfte, eine verringerte Partikelempfindlichkeit und/oder eine homogenere Verteilung von elektrostatischen Haltekräften ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung der elektrostatischen Haltevorrichtung bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden und das sich insbesondere durch eine vereinfachte Verfahrensführung auszeichnet.
Diese Aufgaben werden jeweils durch eine Haltevorrichtung und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Haltevorrichtung zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Siliziumwafers, mit einem plattenförmigen Grundkörper und einer Elektrodeneinrichtung bereitgestellt. Die Haltevorrichtung ist mit einer Vielzahl von vorstehenden Noppen (auch als Trägerelemente bezeichnet) ausgestattet, die an einer Oberseite des Grundkörpers angeordnet sind und eine Auflage für das Bauteil bilden. Die Elektrodeneinrichtung umfasst eine Vielzahl von Elektroden, die an der Oberseite des Grundkörpers in Abständen zwischen den Noppen angeordnet sind. Gemäß der Erfindung umfasst die Elektrodeneinrichtung eine Trägerscheibe, die aus Silizium hergestellt ist und eine Vielzahl von Löchern entsprechend der Anordnung der Noppen umfasst. Die Trägerscheibe ist auf der Oberseite des Grundkörpers so angeordnet, dass die Noppen durch die Löcher ragen und von der Trägerscheibe beabstandet sind. Die Elektroden sind auf Scheibenabschnitten zwischen den Löchern angeordnet.
Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung für die elektrostatische Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Siliziumwafers, aus einem Grundkörper, umfassend mindestens eine Platte und eine Vielzahl von vorstehenden Noppen, und einer Elektrodeneinrichtung mit einer Vielzahl von Elektroden bereitgestellt. Gemäß der Erfindung wird die Elektrodeneinrichtung derart hergestellt, dass eine Trägerscheibe aus Silizium mit einer Vielzahl von Löchern hergestellt und die Elektroden auf Scheibenabschnitten zwischen den Löchern gebildet werden. Anschließend wird gemäß der Erfindung die Trägerscheibe auf der Oberseite des Grundkörpers aufgelegt, so dass die Noppen durch die Löcher der Trägerscheibe ragen und die Elektroden an der Oberseite des Grundkörpers in Abständen zwischen den Noppen angeordnet sind. Die Löcher der Trägerscheibe sind so geformt und angeordnet, dass die Noppen von der Trägerscheibe beabstandet sind. Anschließend werden gemäß der Erfindung die Trägerscheibe und der Grundkörper miteinander verbunden.
Die Verwendung der Silizium-Trägerscheibe zur Herstellung der Elektrodeneinrichtung bietet eine Reihe von Vorteilen. Erstens hat die aus Silizium bestehende Trägerscheibe eine hohe Eigenstabilität, so dass sie getrennt vom Grundkörper herstellbar ist und mit den Elektroden versehen werden kann. Die Stabilität ist sogar bei geringen Dicken der Trägerscheibe im Sub-mm-Bereich, insbesondere bei einer Dicke geringer als 700 um, besonders bevorzugt unterhalb von 300 µm gegeben. Des Weiteren kann mit der Dicke der Trägerscheibe der Abstand der Elektroden vom auf den Noppen aufliegenden Bauteil eingestellt werden. Die Trägerscheibe mit den Elektroden einerseits und der Grundkörper andererseits können zeitlich parallel als separate Module hergestellt werden, so dass die Herstellungszeit der Haltevorrichtung im Vergleich zur herkömmlichen Technik verkürzt wird. Des Weiteren kann die Haltevorrichtung leichter an Anforderungen einer konkreten Anwendung angepasst werden, indem beispielsweise die Trägerscheibe mit den Elektroden modifiziert wird, ohne dass der Grundkörper verändert wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Verfahren zur Silizium-Prozessierung, wie sie an sich aus der Halbleitertechnik bekannt sind, bei der Strukturierung der Trägerscheibe und/oder der Bereitstellung der Elektroden, zum Beispiel der Abscheidung von schichtförmigen Elektroden, verwendet werden können. Die Silizium-Trägerscheibe ist vorzugsweise ein an sich bekannter Siliziumwafer, insbesondere aus kristallinem Silizium, der mit Verfahren der Halbleitertechnik mit den in Dickenrichtung der Trägerscheibe durchgehenden Löchern und den Elektroden auf Scheibenabschnitten zwischen den Löchern ausgestattet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrodeneinrichtung mit Leiterbahnen ausgestattet, die auf der Trägerscheibe angeordnet sind. Die Leiterbahnen sind schichtförmig auf der Oberfläche der Trägerscheibe gebildet, und sie verbinden die Elektroden mit einer Spannungsquelle zur Erzeugung einer elektrostatischen Haltespannung. Vorteilhafterweise können die Leiterbahnen wie die Elektroden durch eine Strukturierung und/oder Schichtabscheidung auf der Silizium-Trägerscheibe gebildet werden.
Die elektrostatische Haltespannung wird zwischen den Elektroden und dem zu halternden Bauteil erzeugt, wobei dieses mit einem separaten Spannungsanschluss oder, wenn Noppen aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind, durch die Auflage auf den Noppen mit der Spannungsquelle verbunden wird. Vorteilhafterweise ist es daher ausreichend, wenn jede Elektrode mit genau einer Leiterbahn ausgestattet ist.
Vorteilhafterweise bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Elektroden über die Leiterbahnen mit der Spannungsquelle zu verbinden. Beispielsweise können alle Elektroden parallel geschaltet werden. Diese Variante der Erfindung bietet den Vorteil, dass die Anordnung der Leiterbahnen vereinfacht wird. Alternativ kann mindestens eine der Elektroden mit der Spannungsquelle über eine Leiterbahn verbunden sein, die von den übrigen Leiterbahnen elektrisch getrennt und zur Beaufschlagung der zugehörigen Elektrode mit einer spezifischen Haltespannung eingerichtet ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dies, dass die Haltespannung entlang der Oberfläche der Haltevorrichtung variiert werden kann, beispielsweise um lokale Schwankungen der elektrostatischen Haltekraft zu kompensieren. Beispielsweise kann jede der Elektroden über eine zugehörige, von allen anderen Leiterbahnen getrennte Leiterbahn mit der Spannungsquelle verbunden und mit einer spezifischen Haltespannung beaufschlagt werden. Alternativ können Elektroden gruppenweise mit elektrisch verbundenen Leiterbahnen ausgestattet sein, so dass die Elektroden einer Gruppe von Elektroden mit einer gemeinsamen spezifischen Haltespannung beaufschlagt werden können. Dies ermöglicht vorteilhafterweise, dass die elektrostatische Haltekraft entlang der Oberfläche der Haltevorrichtung optimiert und die Ebenheit des gehalterten Bauteils, zum Beispiel am äußeren Rand der Haltevorrichtung, verbessert werden kann. Des Weiteren bietet die einzelne oder gruppenweise Beaufschlagung von Elektroden mit spezifischen Haltespannungen die Möglichkeit, den Klemmvorgang, zum Beispiel beim Ablegen eines gehalterten Bauteils, gezielt zu steuern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Grundkörper aus einer ersten Platte und einer zweiten Platte zusammengesetzt, wobei die erste Platte aus einer elektrisch leitfähigen, Si-basierten Keramik, wie zum Beispiel SiSiC oder SSiC, hergestellt und die zweite Platte aus einer elektrisch isolierenden Keramik, zum Beispiel Si₃N₄- oder SiC-Keramik, oder aus Borosilikatglas hergestellt ist. Vorteilhafterweise kann die erste Platte zur Kontaktierung des zu halternden Bauteils, zum Beispiel zur Verbindung des zu halternden Bauteils mit Massepotential verwendet werden. Des Weiteren besitzt die zweite Platte vorteilhafterweise eine hohe mechanische Steifigkeit und Stabilität. Vorzugsweise weist die zweite Platte auf ihrer zur Oberseite des Grundkörpers weisenden Seite eine Ausnehmung auf, in die die erste Platte eingelassen ist. Die erste Platte ist außer an ihrer Oberseite von der zweiten Platten eingeschlossen. Vorteilhafterweise werden damit eine elektrische Isolation und ein Schutz der ersten Platte erreicht.
Gemäß weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung kann die Elektrodeneinrichtung mit mindestens einer Isolationsschicht aus einem dielektrischen Material ausgestattet sein. Der Einsatz von Beschichtungen zur elektrischen Isolierung zwischen Elektrode und Wafer erlaubt es vorteilhafterweise, lokal, also oberhalb der Elektroden, den Abstand zwischen Elektrode und Wafer zu verringern, wodurch der Klemmdruck signifikant ansteigt, bzw. die Betriebsspannung gesenkt werden kann. Gemäß einer ersten Variante der Erfindung kann die Silizium-Trägerscheibe auf ihrer Oberfläche eine geschlossene erste Isolationsschicht aufweisen, auf der die Elektroden und vorzugsweise auch die Leiterbahnen angeordnet sind. Die erste Isolationsschicht kann bevorzugt durch thermische Oxidation hergestellt sein. Besonders bevorzugt wird die erste Isolationsschicht durch das Oxid des Silizium-Materials der Trägerscheibe gebildet. Vorzugsweise weist die Silizium-Trägerscheibe eine Oxidschicht (SiO₂) auf, die zum Beispiel eine Dicke von 1 µm besitzt. Alternativ kann die erste Isolationsschicht durch Abscheidung von Siliziumnitrid oder Siliziumoxid aus einem PECVD-Prozess hergestellt sein. Die erste Isolationsschicht bietet den Vorteil, dass die Elektroden in Bezug auf die Trägerscheibe elektrisch isoliert sind.
Gemäß einer zweiten Variante kann alternativ oder zusätzlich eine zweite Isolationsschicht vorgesehen sein, welche die Trägerscheibe einschließlich der Elektroden bedeckt. Die zweite Isolationsschicht kann beispielsweise aus einem SiNbasierten Dielektrikum mit einer relativen Dielektrizitätskonstante im Bereich von 4 bis 10 hergestellt sein, wobei die derart geringe Dielektrizitätskonstante Vorteile für ein schnelles Schalten der Haltevorrichtung hat. Alternativ kann die zweite Isolationsschicht beispielsweise aus Ta₂O₅, Al₂O₃, ZrO₂, oder HfO₂ mit einer relativen Dielektrizitätskonstante zwischen 10 und 100 oder aus einem piezo-keramischen Werkstoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante oberhalb von 100 hergestellt sein. In diesem Fall werden zwar die Schaltzeiten verringert. Durch die hohe Permittivität steigt aber die Klemmkraft entsprechend. Somit kann die Betriebsspannung verringert werden, wenn die Klemmkraft nicht weiter steigen soll.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden auf der Oberfläche der Silizium-Trägerscheibe aus Polysilizium oder Titannitrid hergestellt. Elektroden aus Polysilizium, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 50 nm bis 1000 nm, haben den Vorteil einer geringen Differenz in der Austrittsarbeit zum angrenzenden kristallinen Silizium, so dass unerwünschte Aufladungseffekte vermieden werden. Titannitrid-Elektroden, die vorzugsweise ebenfalls mit einer Dicke im genannten Dickenbereich hergestellt werden, haben hingegen den Vorteil, eine besonders wirksame Diffusionssperre zu bilden und eine Elektromigration und chemische Umwandlung in angrenzenden Isolationsschichten zu verringern. Letzteres wirkt sich positiv auf die Langlebigkeit der Haltevorrichtung aus.
Vorteilhafterweise bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Noppen in Abhängigkeit von den Anforderungen einer konkreten Anwendung zu gestalten. Gemäß einer ersten Variante sind die Noppen mit der ersten Platte des Grundkörpers elektrisch leitend verbunden. Da der Betrag der elektrischen Haltekraft abstandsabhängig ist, erlaubt diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Kontaktierung des Bauteils, z. B. Verbindung des Bauteils mit Massepotential, über die Noppen. Besonders bevorzugt sind gemäß einer weiteren Variante die Noppen aus derselben elektrisch leitfähigen, Si-basierten Keramik hergestellt wie die erste Platte. Beispielsweise können die Noppen einstückig mit der ersten Platte verbunden sein. Die Noppen können durch eine Strukturierung der ersten Platte, z. B. mittels Ätzen hergestellt sein, so dass die Herstellung der Haltevorrichtung weiter vereinfacht wird. Von besonderem Vorteil ist es, z. B. SiC- oder SiSiC-Noppen zu verwenden.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Haltevorrichtung auf der zur Oberseite gegenüberliegenden Seite, das heißt an einer Unterseite des Grundkörpers mit einer zweiten Elektrodeneinrichtung (untere Elektrodeneinrichtung) ausgestattet. Vorzugsweise ist auch die Unterseite der Haltevorrichtung mit vorstehenden Noppen (untere Noppen, untere Stützelemente) ausgestattet, die eine Stützfläche für die Haltevorrichtung auf der Trägerplattform bilden. Die unteren Noppen sind an der Unterseite des Grundkörpers über die Ausdehnung der Haltevorrichtung verteilt mit gegenseitigen Abständen angeordnet, so dass unerwünschte Partikel in den Abständen zwischen den unteren Noppen aufgenommen werden können. Vorteilhafterweise ermöglicht dies die temporäre Fixierung der Haltevorrichtung unter der Wirkung elektrostatischer Haltekräfte auf einer ortsfesten Trägerplattform. Die zweite Elektrodeneinrichtung wird vorteilhafterweise durch eine weitere Silizium-Trägerscheibe gebildet, die wie die Silizium-Trägerscheibe auf der Oberseite der Haltevorrichtung aufgebaut ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Haltevorrichtung mit mindestens einer Temperierungseinrichtung, insbesondere einer Widerstandsheizung, einer Peltierkühlung und/oder mindestens einer Temperierungsmittelleitung ausgestattet. Die mindestens eine Temperierungseinrichtung ist in den Grundkörper, vorzugsweise zwischen der ersten und zweiten Platte oder in die dritte Platte, eingebettet. Die mindestens eine Temperierungsmittelleitung ist für eine Temperierung der Haltevorrichtung mit einem strömenden Temperierungsmittel, insbesondere Kühlmittel oder Heizmittel, ausgelegt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1: eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Haltevorrichtung;
2: eine schematische Schnittansicht eines Trägerelements an der Oberseite einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung; und
3: eine schematische Ansicht der elektrischen Verbindung der Elektroden über Leiterbahnen mit einer Spannungsquelle.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrostatischen Haltevorrichtung und des Verfahrens zu deren Herstellung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf Merkmale einer schematisch, nicht maßstäblich gezeigten elektrostatischen Haltevorrichtung für Siliziumwafer beschrieben. Es wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung nicht auf Haltevorrichtungen für Siliziumwafer beschränkt ist. Vielmehr sind auch andere Anwendungen der Haltevorrichtung denkbar, wie zum Beispiel zur Halterung von Elektroden tragenden Glasplatten, wobei in diesen Fällen die Gestalt der Auflage- und/oder Stützflächen, deren Strukturierung, die Gestalt der Noppen, die Materialien und die Dimensionen an die konkreten Anforderungen angepasst sind. Des Weiteren wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung nicht auf die beispielhaft gezeigten Varianten der Haltevorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Platte des Grundkörpers beschränkt ist, die jeweils einstückig hergestellt sind. Alternativ kann mindestens eine der Platten mehrschichtig aus mehreren Teilplatten hergestellt sein. Schließlich zeigen die Figuren keine maßstäblichen Illustrationen von Haltevorrichtungen, sondern verdeutlichen insbesondere die Bereitstellung der Trägerscheibe zur Aufnahme der Elektroden.
Die Struktur des Grundkörpers der Haltevorrichtung kann gewählt werden, wie es an sich von herkömmlichen Haltevorrichtungen bekannt ist. Weitere Einzelheiten der konkreten Gestaltung der Haltevorrichtung, zum Beispiel als monopolare oder bipolare Haltevorrichtung, der Temperierung und der Beaufschlagung mit elektrischen Spannungen zur Erzeugung der elektrostatischen Haltekräfte werden nicht beschrieben, soweit diese von herkömmlichen Haltevorrichtungen bekannt sind.
Schließlich wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht auf die illustrierte Ausführungsform beschränkt ist, bei der vorstehende oberen Noppen nur an der Oberseite der Haltevorrichtung zur Aufnahme des zu halternden Bauteils vorgesehen sind. Die Umsetzung der Erfindung ist entsprechend mit vorstehenden unteren Noppen auch auf der Unterseite zur Positionierung der Haltevorrichtung auf einer Trägerplattform möglich, wobei bei dieser in den Figuren nicht dargestellten Variante vorzugsweise auch an der Unterseite der Haltevorrichtung eine Silizium-Trägerscheibe mit Elektroden zur Erzeugung elektrostatischer Haltekräfte vorgesehen ist.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Haltevorrichtung 100 bei Anwendung in der Halbleiterprozessierung in schematischer Schnittansicht. Die Haltevorrichtung 100 umfasst einen Grundkörper 10 mit einem Stapelaufbau, umfassend eine erste Platte 11 und eine zweite Platte 12. Die erste Platte 11 ist zum Beispiel aus SiSiC hergestellt. Für eine monopolare Haltevorrichtung hat die erste Platte 11 beispielsweise eine Kreisform mit einem Durchmesser von 30 cm und einer Dicke von 5 mm. Die zweite Platte 12 ist beispielsweise aus Si₃N₄ mit einer Dicke von 5 mm bis 10 mm hergestellt. In die zweite Platte 12 sind Temperierungsmittelleitungen 17 eingelassen, die mit einer Temperierungseinrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt sind. Mit der Temperierungseinrichtung wird ein Temperierungsmittel-Kreislauf gebildet, mit dem die Temperatur der Haltevorrichtung 100 einstellbar ist. Die erste Platte 11 ist mit der zweiten Platte 12 verbunden. Die zweite Platte 12 weist auf ihrer Oberseite eine Ausnehmung auf, in welche die erste Platte 11 eingelassen ist.
Die erste Platte 11 weist an der Oberseite 13 des Grundkörpers 10 vorstehende obere Noppen 14 auf, die eine Auflagefläche für einen Siliziumwafer 1 aufspannen. Die Noppen 14 haben beispielsweise die Form von Quadern, Zylindern, Pyramiden, Kegeln, Pyramidenstümpfen und/oder Kegelstümpfen, vorzugsweise mit einer Höhe von 5 µm bis 25 um, einem Durchmesser von 20 µm bis 100 µm und einem gegenseitigen Abstand von 1 mm.
Die erste Platte 11 ist elektrisch leitfähig. Zur Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung ist die erste Platte 11 mit einem Kontaktbereich (nicht dargestellt) ausgestattet, der für eine elektrische Verbindung mit einer Spannungsquelle konfiguriert ist. Der Kontaktbereiche umfasst zum Beispiel eine Sackloch-Bohrung in der ersten Platte 11, die einen Durchmesser von zum Beispiel 0,5 mm aufweist und als Passung ausgeführt ist. In die Bohrung wird eine Metallhülse, zum Beispiel aus Gold, eingepresst, die eine elektrische Leitung zur Verbindung mit der Spannungsquelle aufnimmt.
Des Weiteren umfasst die Haltevorrichtung 100 eine Elektrodeneinrichtung 20 mit einer Vielzahl von schichtförmigen Elektroden 21, die auf einer Trägerscheibe 22 aus Silizium angeordnet sind. Die Trägerscheibe 22 ist ein Siliziumwafer mit der Dicke von zum Beispiel 300 um, der sich an der Oberseite des Grundkörpers 10 erstreckt und Löcher 23 zur Aufnahme der Noppen 14 aufweist. Der Innendurchmesser der Löcher 23 ist größer als die Querschnittsdimension, zum Beispiel der Außendurchmesser, der Noppen 14, so dass die Trägerscheibe 22 von den Noppen 14 beabstandet ist. Zwischen den Noppen 14 und der Trägerscheibe 22 sind Lücken gebildet, welche vorteilhafterweise Taschen zur Aufnahme unerwünschter Partikel bilden. In den Lücken können sich die Partikel sammeln, ohne die Planarität der Auflage des Bauteils 1 auf den Noppen 14 zu stören.
Auf der Oberfläche der Trägerscheibe 22 ist eine erste Isolationsschicht 25 vorgesehen (siehe 2), die durch ein natürliches Oxid des Silizium-Materials der Trägerscheibe 22 gebildet wird. Des Weiteren ist die gesamte Trägerscheibe einschließlich der Elektroden 21 mit einer zweiten Isolationsschicht 26 bedeckt, die ebenfalls aus SiO₂ gebildet ist.
2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer Haltevorrichtung 100 gemäß der Erfindung mit der ersten Platte 11, einer vorstehenden Noppe 14, der Trägerscheibe 22 und der Elektrode 21. Die Elektrode 21 ist auf der ersten Isolationsschicht 25 angeordnet und über eine Leiterbahn 24 mit einer Spannungsquelle (siehe 3) verbunden. Die erste Elektrode 21 und die Leiterbahn 24 sind mit einer zweiten Isolationsschicht 26 bedeckt, um unerwünschte Kurzschlüsse zu vermeiden. 2 illustriert einen besonderen Vorteil der Erfindung: der Abstand zwischen der Noppe 14 und der Elektrode 21 dient als Partikelfalle. Der Abstand kann in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung sogar gezielt vergrößert werden, um die Wirkung als Partikelfalle zu verstärken. Des Weiteren kann der Abstand zwischen Elektrode und Wafer kleiner sein, auch weil hier eine Beschichtung verwendet werden kann.
Bei Beaufschlagung der Elektrode 21 mit einer elektrischen Haltespannung wird eine elektrische Haltekraft F in den Abschnitten zwischen den Noppen 14 ausgeübt, so dass der zu halternde Siliziumwafer 1 an die Haltevorrichtung 100 angezogen wird. Um elektrostatische Effekte der Leiterbahn 24 zu vermeiden, ist diese vorzugsweise mit einer leitenden Beschichtung 27 bedeckt, die auf dem selben Potential wie der Siliziumwafer 1, insbesondere auf Massepotential, liegt.
Die Haltevorrichtung 100 wird hergestellt, indem der Grundkörper 10 und die Elektrodeneinrichtung 20 einzeln als getrennte Module vorgefertigt werden. Zur Herstellung des Grundkörpers 10 werden die ersten und zweiten Platten 11, 12 einzeln geformt und durch Hochtemperaturlöten miteinander verbunden. Die Elektrodeneinrichtung 20 wird hergestellt, indem ein Siliziumwafer mit einer oxidierten Oberfläche mit den Löchern 23, zum Beispiel durch anisotropes Ätzen oder Bohren, versehen wird. Anschließend werden die Elektroden 21 auf den Scheibenabschnitten zwischen den Löchern 23 abgeschieden, zum Beispiel durch örtlich selektives Aufdampfen von Polysilizium, Gold oder Aluminium unter Verwendung von Masken. Alternativ können zuerst die Elektroden und anschließend die Löcher zwischen den Elektroden gebildet werden. Schließlich wird die zweite Isolationsschicht 26, zum Beispiel durch Aufsputtern, aufgebracht.
Die Elektrodeneinrichtung 20 wird auf den Grundkörper 10 aufgelegt, so dass die Noppen durch die Trägerscheibe ragen, ohne diese zu berühren. Anschließend werden der Grundkörper 10 und die Elektrodeneinrichtung 20 miteinander verbunden, zum Beispiel durch Kleben oder eutektisches Bonden.
3 illustriert in schematischer Draufsicht die elektrische Verbindung der Elektroden 21 über die Leiterbahnen 24 mit einer Spannungsquelle 30. Die Elektroden 21 sind beispielsweise gruppenweise jeweils über eine gemeinsame Leiterbahn 24 miteinander verbunden. Die jeweilige Gegenelektrode wird durch den Siliziumwafer 1 gebildet, der über die im rechten Teil von 3 schematisch gezeigten Noppen 14 mit Massepotential verbunden ist. Alternativ kann jede Elektrode 21 über eine zugeordnete Leiterbahn 24 mit der Spannungsquelle 30 verbunden sein, um selektiv mit einer vorbestimmten Haltespannung beaufschlagt zu werden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine separate Ansteuerung jeder einzelnen Elektrode, z. B. um die Ebenheit des Siliziumwafers 1 gezielt einstellen zu können.
Die erste Platte 11 aus SiSiC liegt z. B. auf der mittleren Spannung der verwendeten Elektroden (z. B. 0 V bei ± 1000 V). Alternativ kann auch ein wesentlich anderer Spannungswert vorgesehen sein: so könnte die erste Platte 11 auf 10 kV liegen und die Klemmelektroden auf 9000 V resp. 11000 V. Der hier dargestellte Aufbau hat den besonderen Vorteil, dass die erste Platte 11 aus SiSiC in einem isolierenden Körper eingebettet ist, wodurch ermöglicht wird, bestimmte Bias-Spannungen anzulegen.

Claims

Haltevorrichtung (100), die zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils (1), insbesondere eines Siliziumwafers, eingerichtet ist, umfassend: - einen Grundkörper (10), der aus mindestens einer Platte (11, 12) hergestellt ist, - eine Vielzahl von vorstehenden Noppen (14), die an einer Oberseite (13) des Grundkörpers (10) angeordnet sind und eine Auflage für das Bauteil (1) bilden, und - eine Elektrodeneinrichtung (20) mit einer Vielzahl von Elektroden (21), die an der Oberseite (13) des Grundkörpers (10) in Abständen zwischen den Noppen (14) angeordnet sind, wobei - die Elektrodeneinrichtung (20) eine Silizium-Trägerscheibe (22) mit einer Vielzahl von Löchern (23) umfasst, - die Trägerscheibe (22) derart auf der Oberseite (13) des Grundkörpers (10) angeordnet ist, dass die Noppen (14) durch die Löcher (23) ragen und von der Trägerscheibe (22) beabstandet sind, und - die Elektroden (21) auf Scheibenabschnitten zwischen den Löchern (23) angeordnet sind.
Haltevorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der - die Elektrodeneinrichtung (20) Leiterbahnen (24) umfasst, die auf der Trägerscheibe (22) zur Verbindung der Elektroden (21) mit einer Spannungsquelle (30) angeordnet sind.
Haltevorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der - die Leiterbahnen (24) und die Spannungsquelle (30) so konfiguriert sind, dass mindestens eine der Elektroden (21) selektiv mit einer spezifischen Haltespannung beaufschlagt werden kann.
Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - der Grundkörper (10) aus einer ersten Platte (11) aus SiSiC- oder SSiC-Keramik und einer zweiten Platte (12) aus Si₃N₄- oder SiC-Keramik oder aus Borosilikatglas-Glas hergestellt ist.
Haltevorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der - die zweite Platte (12) auf ihrer zu der Oberseite (13) des Grundkörpers (10) weisenden Seite eine Ausnehmung aufweist, in die die erste Platte (11) eingelassen ist.
Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Elektrodeneinrichtung (20) umfasst - eine erste Isolationsschicht (25), die zwischen der Trägerscheibe (22) und den Elektroden (21) angeordnet ist, und/oder - eine zweite Isolationsschicht (26), welche die Trägerscheibe (22) mit den Elektroden (21) bedeckt.
Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Elektroden (21) aus Polysilizium oder Titannitrid hergestellt sind, und/oder - die Noppen (14) mit dem Grundkörper (10) einstückig verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung (100), die zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils (1), insbesondere eines Siliziumwafers, eingerichtet ist, umfassend die Schritte: - Herstellung eines Grundkörpers (10), der mindestens eine Platte (11, 12) und eine Vielzahl von vorstehenden Noppen (14) aufweist, die an einer Oberseite (13) des Grundkörpers (10) angeordnet sind und eine Auflage für das Bauteil (1) bilden, und - Herstellung einer Elektrodeneinrichtung (20) mit einer Vielzahl von Elektroden (21), die an der Oberseite (13) des Grundkörpers (10) in Abständen zwischen den Noppen (14) angeordnet sind, wobei die Herstellung der Elektrodeneinrichtung (20) die Schritte umfasst - Herstellung einer Trägerscheibe (22) aus Silizium mit einer Vielzahl von Löchern (23) und mit einer Vielzahl von Elektroden (21) auf Scheibenabschnitten zwischen den Löchern (23) der Trägerscheibe (22), - Auflage der Trägerscheibe (22) auf der Oberseite (13) des Grundkörpers (10) derart, dass die Noppen (14) durch die Löcher (23) ragen und von der Trägerscheibe (22) beabstandet sind, und - Verbindung der Trägerscheibe (22) und des Grundkörpers (10) .
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem - die Verbindung der Trägerscheibe (22) und des Grundkörpers (10) ein Kleben oder eutektisches Bonden umfasst.