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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung, die zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Siliziumwafers, eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft auch eine mit diesem Verfahren hergestellte Haltevorrichtung. Anwendungen der Erfindung sind bei der Herstellung von Geräten oder Werkzeugen zur Halterung von Bauteilen mit elektrostatischen Kräften, insbesondere für die Halterung von Halbleiter-Bauteilen, wie zum Beispiel Siliziumwafern, gegeben.
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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 als besondere Vorteile der elektrostatischen Halterung eine einfache Schaltung von elektrostatischen Haltekräften, eine hohe Positioniergenauigkeit und eine zuverlässige Fixierung der Siliziumwafer im Vakuum ausgenutzt werden.
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Bei der Halbleiterprozessierung bestehen besondere Anforderungen an die Positioniergenauigkeit. Siliziumwafer sind typischerweise biegsame Halbleiterscheiben, die für Belichtungen im Lithographieprozess mit möglichst vollkommener Planarität, z. B. mit Abweichungen von der ebenen Form kleiner als 15 nm, gehaltert werden müssen. Für diesen Zweck ist es erforderlich, dass die Haltevorrichtung eine ebene freie Auflagefläche zur Aufnahme des Siliziumwafers und eine hohe mechanische und thermische Stabilität aufweist.
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Typischerweise weist eine elektrostatische Haltevorrichtung eine Struktur mit mehreren platten- oder schichtförmigen Elementen auf, die verschiedene Funktionen erfüllen. Beispielsweise wird in
US 2013/0033690 A1 eine elektrostatische Haltevorrichtung mit mehreren plattenförmigen Elementen beschrieben. Mindestens ein plattenförmiges Element (im Folgenden als Kernelement bezeichnet), das zum Beispiel aus einer mechanisch steifen Keramik hergestellt ist, hat eine Träger- und Kühlfunktion. Mindestens ein weiteres plattenförmiges Element (im Folgenden als Halteelement bezeichnet) erfüllt die elektrostatische Haltefunktion der Haltevorrichtung. Hierzu ist das Halteelement mit einer Elektrodeneinrichtung ausgestattet, mit der die elektrostatischen Haltekräfte erzeugt werden. Da sich die elektrostatischen Haltekräfte mit zunehmendem Abstand von der Elektrodeneinrichtung verringern, weist das Halteelement eine möglichst geringe Dicke auf. Um das Halteelement dennoch mit der erforderlichen mechanischen und thermischen Stabilität zu versehen, ist es mit dem Kernelement fest verbunden, beispielsweise gemäß
US 2013/0033690 A1 durch anodisches Bonden.
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Die herkömmliche Haltevorrichtung hat den Nachteil, dass die Form der Auflagefläche des Halteelements aufgrund der Verbindung mit dem Kernelement durch anodisches Bonden der Oberflächenform des Kernelements folgt. Das Kernelement kann jedoch Formabweichungen von der gewünschten Gestalt der Auflagefläche, insbesondere von einer ebenen Form aufweisen, so dass durch das anodische Bonden auch die Auflagefläche deformiert wird. Formabweichungen relativ zur Auflagefläche können zusätzlich auf der zum Kernelement weisenden Oberfläche des Halteelements vorhanden sein. Im Ergebnis können bei der herkömmlichen elektrostatischen Haltevorrichtung Abweichungen der Gestalt der Auflagefläche, zum Beispiel von der gewünschten Planarität, auftreten, die sich nachteilig auf die Halbleiterprozessierung des Siliziumwafers, insbesondere bei dessen Belichtung, auswirken. Diese Probleme können bisher nur durch aufwändige Prozesse zur Einstellung der Planarität vermieden werden, was sich nachteilig auf die Herstellungsdauer auswirkt.
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Der genannte Nachteil tritt nicht nur bei elektrostatischen Haltevorrichtungen für Siliziumwafer, sondern allgemein bei allen Haltevorrichtungen auf, deren Anwendung eine Auflagefläche mit hoher Formgenauigkeit erfordert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer elektrostatischen Haltevorrichtung bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Das Verfahren soll insbesondere die Herstellung der Haltevorrichtung mit einer verbesserten Formgenauigkeit der Auflagefläche zur Aufnahme des Bauteils und/oder mit einer verkürzten Herstellungsdauer ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte elektrostatische Haltevorrichtung bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Haltevorrichtungen vermieden werden und die sich insbesondere durch eine erhöhte Formgenauigkeit der Auflagefläche zur Aufnahme des Bauteils auszeichnet.
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Diese Aufgaben werden jeweils durch ein Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung und durch eine Haltevorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils, wie zum Beispiel eines Siliziumwafers, bereitgestellt, bei dem ein plattenförmiges erstes Halteelement (oberes Halteelement), das eine erste Elektrodeneinrichtung (obere Elektrodeneinrichtung) aufweist und eine Auflagefläche zur Aufnahme des Bauteils aufspannt, und ein plattenförmiges Kernelement miteinander verbunden werden. Gemäß der Erfindung werden das erste Halteelement und das Kernelement miteinander verklebt. Es wird ein flüssiger Klebstoff verwendet, der z. B. durch eine chemische Umsetzung und/oder eine Erwärmung verfestigt wird (beispielsweise durch Polymerisation). Das erste Halteelement wird mit einem ersten Formwerkzeug (oberes Formwerkzeug) ausgerichtet, wobei die Auflagefläche des ersten Halteelements an eine vorbestimmte Master-Fläche des ersten Formwerkzeugs angepasst ist. Die Auflagefläche des ersten Halteelements und die Master-Fläche berühren sich formschlüssig. Vorteilhafterweise wird damit, abweichend zum Beispiel von anodischen Bonden, die Form der Auflagefläche durch die Form der Master-Fläche des ersten Formwerkzeugs bestimmt, wobei die Formung der Auflagefläche von den Formen der zueinander weisenden Oberflächen des ersten Halteelements und des Kernelements unbeeinflusst ist. Gemäß der Erfindung erfolgt eine Aushärtung (Verfestigung) des Klebstoffs zwischen dem ersten Halteelement und dem Kernelement, wobei eine erste Klebstoffverbindungsschicht (obere Klebstoffverbindungsschicht) gebildet wird, die Abweichungen der Formen der zueinander weisenden Oberflächen des ersten Halteelements und des Kernelements von der gewünschten Form der Auflagefläche kompensiert. Die erste Klebstoffverbindungsschicht zeichnet sich durch Dickenschwankungen aus, welche durch Formabweichungen zwischen der Auflagefläche, zum Beispiel der ebenen Form der Auflagefläche, und den zueinander weisenden Oberflächen des ersten Halteelements und des Kernelements gebildet werden.
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Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Haltevorrichtung zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils, wie zum Beispiel eines Siliziumwafers, gelöst, die einen Grundkörper mit einem plattenförmigen ersten Halteelement und einem plattenförmigen Kernelement aufweist. Das erste Halteelement und das Kernelement sind stapelförmig übereinander angeordnet. Das erste Halteelement ist mit einer ersten Elektrodeneinrichtung ausgestattet. Gemäß der Erfindung sind das erste Halteelement und das Kernelement über eine erste Klebstoffverbindungsschicht verbunden, die Dickenschwankungen aufweist, welche durch Formabweichungen zwischen der Form der Auflagefläche und mindestens einer der zueinander weisenden Oberflächen des ersten Halteelements und des Kernelements gebildet werden. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Haltevorrichtung mit dem Verfahren gemäß dem oben genannten ersten Gesichtspunkt der Erfindung hergestellt.
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Die Erfindung bietet die folgenden Vorteile. Erstens wird die Herstellung der elektrostatischen Haltevorrichtung erheblich vereinfacht, ohne dass die Genauigkeit der Form der Auflagefläche beeinträchtigt wird. Das Kernelement, das vorzugsweise aus einer Keramik hergestellt wird, kann vereinfacht bereitgestellt werden, da an die Formgenauigkeit der Oberfläche des Kernelements geringere Anforderungen gestellt werden, als bei herkömmlichen Haltevorrichtungen. Die Form der Auflagefläche zur Aufnahme des Bauteils ist gleich der Form der Master-Fläche des ersten Formwerkzeugs. Anders als bei herkömmlichen Haltevorrichtungen wirken sich Deformationen in der Stapelstruktur der plattenförmigen Elemente nicht auf die Form der Auflagefläche aus. Ein besonderer, von den Erfindern erkannter Vorteil besteht ferner darin, dass die Klebstoffverbindungsschicht eine hohe Formstabilität aufweist, so dass die erfindungsgemäße Haltevorrichtung dauerhaft betrieben werden kann.
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Vorteilhafterweise ist die Erfindung allgemein zur Herstellung von Haltevorrichtungen anwendbar, die ein plattenförmiges (oder: schichtförmiges) Kernelement und ein plattenförmiges (oder: schichtförmiges) erstes Halteelement aufweisen. Beschränkungen hinsichtlich des Aufbaus des Kernelements oder des ersten Halteelements bestehen nicht. Das Kernelement kann ein- oder mehrschichtig aus einer einzigen oder mehreren (Teil-)Platten oder (Teil-)Schichten hergestellt sein, die einen mechanisch und thermisch stabilen Träger des ersten Halteelements und ggf. weiterer Teile der Haltevorrichtung bilden.
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Das Kernelement ist typischerweise frei von Elektroden für die elektrostatische Haltefunktion, und es kann optional mit einer Temperierungseinrichtung, insbesondere einer Widerstandsheizung, einer Peltierkühlung und/oder mindestens einer Temperierungsmittelleitung ausgestattet sein. Die Temperierungsmittelleitung ist zur Aufnahme eines Temperierungsmittels (Heiz- oder Kühlmittel) eingerichtet.
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Das erste Halteelement kann ebenfalls ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein. Die erste Elektrodeneinrichtung umfasst entlang der Ausdehnung des ersten Halteelements eine einzige oder nebeneinander mehrere Elektrodenschichten, die in das erste Halteelement eingebettet oder auf dessen freier Oberfläche angeordnet sind. Vorzugsweise weist das erste Halteelement an seiner freien Oberfläche eine Vielzahl von vorstehenden ersten Noppen (obere Noppen) auf, die auch als erste Trägerelemente bezeichnet werden können und deren freie Enden die Auflagefläche zur Aufnahme des Bauteils aufspannen. Die Noppen sind voneinander beabstandet mit Lücken angeordnet, die vorteilhafterweise unerwünschte, die Auflage des Bauteils auf der Aufnahmefläche störende Partikel, z. B. Staubpartikel oder andere Verunreinigungen, aufnehmen können.
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Das Kernelement ist zum Beispiel aus Keramik, wie zum Beispiel SiSiC, Al2O3, AlN, Si3N4, LiAl-Silikat oder Glas, wie zum Beispiel Borosilikatglas hergestellt. Das erste Halteelement besteht aus einer oder mehreren Schichten aus dielektrischen Materialien, wie zum Beispiel aus alkalifreiem Borosilikatglas oder Keramik wie Al2O3, AlN oder Si3N4. Ggf. ist eine elektrisch isolierende Schicht wie zum Beispiel eine Borosilikatglas-Scheibe vorgesehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das erste Halteelement an der Master-Fläche des ersten Formwerkzeugs ausgerichtet, während mit dem Formwerkzeug das erste Halteelement und das Kernelement gegeneinander gedrückt werden. Mit dem Formwerkzeug wird eine Andruckkraft ausgeübt, während das Kernelement von einer ortsfesten Plattform, z. B. einer Referenzplatte, gestützt wird. Das gegenseitige Andrücken des ersten Halteelements und des Kernelements erfolgt vorzugsweise derart, dass die Dicke der ersten Klebstoffverbindungsschicht geringer als 100 μm, insbesondere geringer als 50 μm, oder z. B. geringer als 30 μm ist. Derart geringe Dicken der Klebstoffverbindungsschicht begünstigen vorteilhafterweise eine Klebeverbindung mit einer verschwindenden oder vernachlässigbaren Schrumpfung des Klebstoffs und die thermische Kopplung zwischen dem Kernelement und dem ersten Halteelement. Vorzugsweise erfolgt das Andrücken so, dass während der Aushärtung der Druck nicht mehr das gesamte Bauteil verformt.
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Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Ausrichtung des ersten Halteelements eine temporäre und spannungsfreie Halterung des ersten Halteelements und des Kernelements auf einer formstabilen, ortsfesten Referenzplatte umfassen. Die Halterung ist spannungsfrei in Bezug auf Haltekräfte, die das Bauteil verformen könnten. Der Verbund aus Kernelement und erstem Halteelement ist auf der Referenzplatte schwimmend gelagert. Die spannungsfreie Halterung kann durch eine deformierbare Trägerschicht, zum Beispiel aus einem Kunststoff, oder eine weitere, lösbare Klebstoffverbindungsschicht zwischen dem Kernelement und der Referenzplatte gebildet werden. Die spannungsfreie Halterung des ersten Halteelements und des Kernelements während des Verklebens kann Vorteile für die dauerhafte mechanische und thermische Stabilität der Haltevorrichtung haben. Des Weiteren kann die spannungsfreie Halterung eine größere Dicke der Klebeverbindungsschicht als bei der Ausübung einer Andruckkraft ergeben, zum Beispiel eine Dicke oberhalb von 150 μm. Zur Vermeidung von Schrumpfungseffekten wird in diesem Fall ein Klebstoff mit einem Volumenschrumpf vorzugsweise kleiner als 1%, besonders bevorzugt kleiner als 0,1% verwendet.
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In Abhängigkeit von den Eigenschaften des verwendeten Klebstoffs kann es ausreichend sein, wenn die Ausrichtung des ersten Halteelements mit dem ersten Formwerkzeug bis zum Beginn der Aushärtung des Klebstoffs aufrechterhalten wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass bis zur vollständigen Aushärtung das erste Halteelement mit dem ersten Formwerkzeug formschlüssig verbunden bleibt. Vorzugsweise wird die Andruckkraft während der gesamten Aushärtung aufrechterhalten. Vorteilhafterweise wird damit eine nachträgliche Verformung der Klebstoffverbindungsschicht, zum Beispiel durch Kapillarkräfte, ausgeschlossen. Die Andruckkraft kann zum Beispiel durch elektrostatische Kräfte und/oder durch hydrostatische Kräfte, zum Beispiel einen Unterdruck, erzeugt werden. Hierzu ist das erste Formwerkzeug entsprechend mit einer Elektrode und/oder einem Vakuum-System ausgestattet.
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Vorteilhafterweise bestehen keine Beschränkungen in Bezug auf die Form der Master-Fläche des ersten Formwerkzeugs. Gemäß einer ersten Variante kann die Master-Fläche eine ebene Oberfläche sein, so dass die erfindungsgemäße Haltevorrichtung mit einer ebenen Auflagefläche gebildet wird. Alternativ kann die Master-Fläche des ersten Formwerkzeugs eine gekrümmte Form haben, beispielsweise um eine Auflagefläche für gekrümmte Bauteile, wie zum Beispiel vorgeformte Siliziumwafer, zu schaffen, oder um eine eventuelle nachträgliche Deformation der Auflagefläche durch eine Schrumpfung des Klebstoffs oder Verformungen der Haltevorrichtung zu kompensieren.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Haltevorrichtung für eine Halterung von Siliziumwafern konfiguriert. Für diese Anwendung weist das erste Halteelement die Noppen auf, deren freie Stirnseiten die Auflagefläche zur Aufnahme des Bauteils bilden. Gemäß einer ersten Variante können die Noppen bei der Herstellung des ersten Halteelements vor dessen Verbindung mit dem Kernelement hergestellt werden. Es kann beispielsweise eine Strukturierung der Oberfläche des ersten Halteelements vorgesehen sein. Die Strukturierung kann ausgeführt werden, wie es von der Herstellung herkömmlicher Haltevorrichtungen bekannt ist, beispielsweise durch Ätzen. In diesem Fall umfasst die Ausrichtung des ersten Halteelements und die Aushärtung des Klebstoffs ein formschlüssiges Anliegen der Stirnflächen der Noppen an der Master-Fläche des ersten Formwerkzeugs. Gemäß einer zweiten Variante kann das erste Halteelement zunächst eine glatte, unstrukturierte Oberfläche aufweisen, während es mit dem Kernelement verbunden wird, und die Strukturierung des ersten Halteelements zur Bildung der vorstehenden Noppen kann nach der Verbindung des ersten Haltelements und des Kernelements erfolgen. In diesem Fall ist das erste Formwerkzeug vorzugsweise mit vorstehenden Stützelementen ausgestattet, die über die Ausdehnung der Unterseite des ersten Formwerkzeugs mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind und die Master-Fläche aufspannen. Mit den Stützelementen wird die effektive Berührungsfläche reduziert und somit der Einfluss von Partikeln auf die erreichbare Ebenheit minimiert. In den Abständen zwischen den Stützelementen können vorteilhafterweise unerwünschte Partikel aufgenommen werden, welche das Anliegen der Oberfläche des ersten Halteelements an der Master-Fläche stören könnten.
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Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Haltevorrichtung mit einem plattenförmigen, zweiten Halteelement (unteres Halteelement) ausgestattet sein, das auf der zum ersten Halteelement entgegengesetzten Seite des Kernelements angeordnet ist, eine zweite Elektrodeneinrichtung aufweist und eine Trägerfläche zur Auflage der Haltevorrichtung auf einer Plattform aufspannt. Das zweite Halteelement ermöglicht vorteilhafterweise eine Positionierung und temporäre Fixierung der Haltevorrichtung auf der Plattform unter der Wirkung elektrostatischer Kräfte. Vorzugsweise wird das zweite Halteelement über eine zweite Klebstoffverbindungsschicht (untere Klebstoffverbindungsschicht) mit dem Kernelement verbunden. Dabei ist vorteilhafterweise eine Ausrichtung des zweiten Halteelements mit einem zweiten Formwerkzeug (unteres Formwerkzeug) mit einer Anpassung der Trägerfläche an eine vorbestimmte Master-Fläche des zweiten Formwerkzeugs und eine Aushärtung des Klebstoffs zwischen den zueinander weisenden Oberflächen des zweiten Halteelements und des Kernelements vorgesehen.
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Vorteilhafterweise können einerseits die Verbindung des ersten Halteelements und des Kernelements und andererseits die Verbindung des zweiten Halteelements und des Kernelements gleichzeitig erfolgen. Durch eine Einstellung eines Arbeitsabstands zwischen den ersten Formwerkzeug und dem zweiten Formwerkzeug werden das erste Halteelement und das zweite Halteelement jeweils an den Master-Formflächen des ersten Formwerkzeugs oder des zweiten Formwerkzeugs ausgerichtet. Diese Variante der Erfindung vereinfacht vorteilhafterweise die oben genannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der eine spannungsfreie Halterung des ersten Halteelements und des Kernelements vorgesehen ist.
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Gemäß einer anderen Variante der Erfindung können die genannten Verbindungen sequenziell erfolgen, indem zuerst die Verbindung des ersten Halteelements und des Kernelements und anschließend die Verbindung des zweiten Halteelements und des Kernelements (oder umgekehrt) erfolgen.
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Vorteilhafterweise können die oben in Bezug auf das erste Halteelement genannten Verfahrensmerkmale einzeln oder in Kombination auch bei der Verbindung des zweiten Halteelements mit dem Kernelement vorgesehen sein. Insbesondere kann ein gegenseitiges Andrücken des zweiten Halteelements und des Kernelements derart vorgesehen sein, dass die Dicke der zweiten Klebstoffverbindungsschicht geringer 100 μm, insbesondere geringer als 50 μm oder geringer als 30 μm ist. Des Weiteren kann die formschlüssige Verbindung des zweiten Halteelements mit dem zweiten Formwerkzeug während der gesamten Aushärtung des Klebstoffs vorgesehen sein. Schließlich kann die Master-Fläche des zweiten Formwerkzeugs in Abhängigkeit von den Anforderungen der konkreten Anwendung der Erfindung eben oder gekrümmt sein.
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Vorzugsweise ist auch das zweite Halteelement mit einer Vielzahl von vorstehenden zweiten Noppen (untere Noppen) ausgestattet, die auch als zweite Trägerelemente bezeichnet werden können und über die Trägerfläche verteilt mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind und deren freie Stirnseiten die Trägerfläche zur Auflage der Haltevorrichtung auf der Plattform aufspannen. Wie beim ersten Halteelement können die zweiten Noppen des zweiten Halteelements vor oder nach der Verbindung mit dem Kernelement durch eine Strukturierung der freien Oberfläche des zweiten Halteelements gebildet werden.
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Die Auswahl des Klebstoffs zur Verbindung der ersten und/oder zweiten Halteelemente mit dem Kernelement kann in Abhängigkeit von den Materialien der aneinandergrenzenden Elemente erfolgen. Vorzugsweise wird ein Klebstoff verwendet, der bei dem Fügen der Halte- und Kernelemente, das heißt während der Ausrichtung des ersten und/oder zweiten Halteelements fließfähig ist, so dass die Klebstoffverbindungsschicht formbar und der Klebstoff entlang der Ausdehnung der Klebstoffverbindungsschicht verschiebbar ist. Besonders bevorzugt weist der Klebstoff beim Zusammenfügen eine Viskosität geringer als 1000 cPs auf. Des Weiteren wird vorzugsweise ein Klebstoff verwendet, der während der Aushärtung einen Volumenschrumpf kleiner als 5%, insbesondere kleiner als 1% aufweist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Haltevorrichtung;
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2 und 3: schematische Illustrationen der Bildung von vorstehenden Trägerelementen;
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4: eine schematische Illustration einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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5: eine schematische Illustration einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrostatischen Haltevorrichtung und des Verfahrens zu deren Herstellung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf eine elektrostatische Haltevorrichtung für Siliziumwafer beschrieben. Die Umsetzung der Erfindung ist jedoch nicht auf Haltevorrichtungen für Siliziumwafer beschränkt. Vielmehr sind auch andere Anwendungen der Haltevorrichtung denkbar, wie zum Beispiel zur Halterung von Displaygläsern, wobei in diesen Fällen die Gestalt der Auflage- und/oder Trägerflächen der ersten und/oder zweiten Halteelemente, deren Strukturierung, 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 einem einstückigen Kernelement und mit einem mehrschichtigen Halteelement beschränkt ist. Die Struktur des Grundkörpers der Haltevorrichtung, umfassend die Halte- und Kernelemente, 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.
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Schließlich wird betont, dass die Figuren keine maßstäblichen Illustrationen von Haltevorrichtungen zeigen, sondern die Herstellung der Klebstoffverbindungsschichten zwischen dem Kernelement und den ersten und/oder zweiten Halteelementen verdeutlichen. Insbesondere die Formabweichungen zwischen den Auflage- und Trägerflächen der ersten und zweiten Halteelemente und der zueinander weisenden Oberflächen des Kernelements und der ersten und zweiten Halteelemente sind zu Illustrationszwecken überhöht dargestellt. In der Praxis sind die Formabweichungen bei einer Ausdehnung der entsprechenden Flächen von z. B. 30 cm bis 45 cm geringer als 1 μm.
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1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Haltevorrichtung 100 bei Anwendung in der Halbleiterprozessierung. Die Haltevorrichtung 100 ist zur Halterung eines Bauteils 1, z. B. eines Siliziumwafers, auf einer Plattform 2 fixiert. Sowohl die Halterung des Bauteils 1 als auch die Fixierung auf der Plattform 2 erfolgen unter Wirkung schaltbarer elektrostatischer Kräfte. Die Haltevorrichtung 100 umfasst einen Grundkörper 10, eine erste (obere) Elektrodeneinrichtung 20 und eine zweite (untere) Elektrodeneinrichtung 30. Der Grundkörper 10 weist eine Stapelstruktur auf, die aus einem Kernelement 13, einem ersten (oberen) Halteelement 11, 12 und einem zweiten (unteren) Halteelement 16, 17 zusammengesetzt ist. Das Kernelement 13 umfasst einen plattenförmigen Keramikkörper, der beispielsweise aus SiSiC hergestellt ist und in den eine Temperierungseinrichtung mit Temperierungsmittelleitungen 13A eingebettet ist. Das Kernelement besitzt zum Beispiel eine laterale Dimension (Durchmesser) von 45 cm und eine Dicke von 10 mm, wobei der Durchmesser der Temperierungsmittelleitungen 13A zum Beispiel 2 mm beträgt. Die oberen und unteren Oberflächen des Kernelements 13 sind planar, wobei aufgrund von Beschränkungen durch die Feinstruktur der Keramik Abweichungen von der Planarität im Bereich von rund 40 nm gegeben sind. Die Abweichungen von der Planarität können in Abhängigkeit von der Gefügestruktur (Zweiphasigkeit der Keramik) auch größer sein, z. B. bis 20 μm betragen. Diese Abweichungen werden in 1 durch die gekrümmten Oberflächen des Kernelements 13 verdeutlicht.
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Das erste Halteelement 11, 12 ist aus zwei elektrisch isolierenden Schichten hergestellt, von denen die obere Schicht 11 beispielsweise aus alkalifreiem Borosilikatglas hergestellt ist und an ihrer freien Oberfläche die vorstehenden Noppen 14 (Noppen) mit einer Höhe von z. B. 5 μm bis 25 μm aufweist. Die Noppen 14 haben eine quader- oder zylinderförmige Gestalt, wie in 1 dargestellt ist. Alternativ können sie eine andere Gestalt, wie zum Beispiel eine Kegelstumpf-, Kegel-, Pyramidenstumpf- oder Pyramidenform aufweisen. Die freien Stirnflächen der oberen Noppen 14 spannen eine ebene Auflagefläche für das Bauteil 1 auf. Die untere Schicht 12 des ersten Haltelements 11, 12 ist zum Beispiel ebenfalls alkalifreiem Borosilikatglas aus hergestellt. Zwischen den Schichten 11, 12 ist die erste Elektrodeneinrichtung 20 eingebettet, die über eine elektrische Leitung (nicht dargestellt) mit einer Spannungsversorgung verbunden und zur Beaufschlagung mit einer elektrischen Haltespannung konfiguriert ist. Die Elektrodeneinrichtung 20 umfasst zum Beispiel eine durchgehende Elektrodenschicht, die aus Chrom hergestellt ist. Die Dicke des ersten Halteelements 11, 12 ist vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm gewählt und beträgt z. B. 0,5 mm.
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Das zweite Halteelement 16, 17 ist ebenfalls aus einer unteren Schicht 16 mit nach unten weisenden, zweiten Noppen 18 und einer oberen Schicht 17 aus elektrisch isolierenden Materialien ausgestattet. Zwischen den Schichten 16, 17 ist die zweite Elektrodeneinrichtung 30 in Gestalt einer Elektrodenschicht eingebettet. Die zweite Elektrodeneinrichtung 30 ist ebenfalls über eine Leitung (nicht dargestellt) mit der Spannungsquelle zur Beaufschlagung mit einer elektrischen Haltespannung verbunden. Die zweiten Noppen 18 spannen eine Stützfläche auf, mit der die Haltevorrichtung 100 auf der Plattform 2 aufliegt, und sie können die gleiche Gestalt wie die ersten Noppen 14 oder eine abweichende Gestalt aufweisen. Die Höhe der zweiten Noppen 18 ist wie die Höhe der ersten Noppen gewählt und beträgt zum Beispiel z. B. 5 μm bis 25 μm.
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Die 2 und 3 zeigen zwei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich durch die Strukturierung der ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 vor (2) oder nach (3) der Verbindung mit dem Kernelement 13 unterscheiden. Gemäß 2A werden das erste Halteelement 11, 12, das Kernelement 13 und das zweite Halteelement 16, 17 als vorgefertigte Komponenten separat bereitgestellt. Die Seiten der ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17, die in der fertigen Haltevorrichtung als freie Oberflächen vorgesehen sind, weisen die Noppen 14, 18 auf. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das mit bevorzugten Merkmalen unten unter Bezug auf die 4 und 5 erläutert werden, werden die Komponenten mit einem Klebstoff zusammengeklebt. In der fertigen Haltevorrichtung 100 (2B) sind die ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 jeweils über obere und untere Klebstoffverbindungsschichten 15, 19 mit dem Kernelement 13 verbunden.
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Bei der Variante gemäß 3 werden zunächst die ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 mit unstrukturierten Oberflächen bereitgestellt (3A). Nach der Verbindung der ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 mit dem Kernelement gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren (3B) erfolgt die Strukturierung der freien Oberflächen der Haltevorrichtung 100 zur Bildung der Noppen 14, 18 (3C).
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Gemäß 2 sind während der Ausrichtung der ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 und der Aushärtung des Klebstoffs die Noppen 14, 18 mit den jeweiligen Master-Formflächen 41, 51 der ersten und zweiten Formwerkzeuge 40, 50 (siehe 4) formschlüssig verbunden. Eventuell vorhandene Partikel, welche die Ausrichtung stören und eine Verbiegung der Auflagefläche bewirken könnten, werden in den Abständen zwischen den Noppen 14 bzw. 18 aufgenommen. Bei der Variante gemäß 3 können die unstrukturierten Oberflächen der ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 an ebenfalls unstrukturierten Master-Formflächen 41, 51 der ersten und zweiten Formwerkzeuge 40, 50 anliegen. Zur Vermeidung unerwünschter Störungen durch Partikel sind jedoch in diesem Fall vorzugsweise die Master-Formflächen 41, 51 mit Stützelementen 42, 52 ausgestattet. Die Stützelemente 42, 52 sind mit gegenseitigen Abständen über die Master-Formflächen 41, 51 oder, wie in den 4 und 5 schematisch gezeigt, an deren Rändern verteilt angeordnet. Zwischen den Stützelementen 42, 52 sind Abstände gebildet, die gegebenenfalls störende Partikel während des Fügeprozesses aufnehmen können.
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In 4 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch illustriert, bei dem das erste Halteelement 11, 12 und das zweite Halteelement 16, 17 gleichzeitig mit dem Kernelement 13 verbunden werden. In einem Vorbereitungsschritt werden die separat vorbereiteten Komponenten (siehe 2A) für das Fügen vorbereitet. Ein Klebstoff, wie zum Beispiel ein Zweikomponenten-Epoxy-Klebstoff oder ein UV-härtender Klebstoff, wird auf mindestens einer der zueinander weisenden Oberflächen des Kernelements 13 und der ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 aufgetragen. Die Auftragung des Klebstoffs kann mit an sich bekannten Verfahren, wie zum Beispiel Aufgießen oder Aufsprühen, erfolgen. Es wird eine Schicht flüssigen Klebstoffs gebildet, deren Dicke so gering wie möglich derart gewählt ist, dass die Schicht geschlossen ist und die jeweilige Oberfläche vollständig bedeckt.
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Anschließend werden die in 4 gezeigten Formwerkzeuge 40, 50 zum Zusammenfügen der Komponenten verwendet. Das untere Formwerkzeug 50 hat eine ebene Master-Formfläche 51, gegebenenfalls mit Stützelementen 52. Das zweite Halteelement 16, 17 wird mit den Noppen 18 auf die Master-Formfläche 51 aufgesetzt. Anschließend wird das Kernelement 13 auf das zweite Halteelement 16, 17 aufgesetzt, wobei der Spalt zwischen beiden Komponenten vollständig und blasenfrei mit dem Klebstoff gefüllt ist. In einem weiteren Schritt wird das erste Halteelement 11, 12 auf das Kernelement 13 aufgesetzt, wobei ebenfalls der Spalt zwischen beiden Komponenten vollständig und blasenfrei mit Klebstoff gefüllt ist. Über dem ersten Halteelement 11, 12 wird das obere Formwerkzeug 40 angeordnet, so dass deren Matrix-Formfläche 41, gegebenenfalls mit Stützelementen 42, die freie Oberfläche des ersten Halteelements 11, 12, insbesondere die vorstehenden Noppen 14 berührt.
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Die Formwerkzeuge 40, 50 sind mit einer Justiereinrichtung 60 ausgestattet, die eine Einstellung des Abstandes zwischen den Matrix-Formflächen 41, 51 der oberen und unteren Formwerkzeuge 40, 50 erlaubt. Die Justiereinrichtung 60 umfasst beispielsweise stabförmige Abstandhalter 61. Die Abstandhalter 61 sind zur Einstellung des gewünschten Abstandes der Matrix-Formflächen 41, 51 mit einer verstellbaren Länge, wie in 4 schematisch gezeigt, oder als austauschbare Stäbe vorgesehen.
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In dem in 4 gezeigten Zustand erfolgt die Ausrichtung der ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 an den Matrix-Formflächen 41, 51 der oberen und unteren Formwerkzeuge 40, 50. Die Form der von den Noppen 14, 18 aufgespannten Auflage- oder Trägerflächen wird durch die Form der Matrix-Formflächen 41, 51 bestimmt. Im illustrierten Beispiel sind die Matrix-Formflächen 41, 51 ebene Flächen, so dass die von den oberen Noppen 14 aufgespannte Auflagefläche und die von den unteren Noppen 18 aufgespannte Stützfläche ebenfalls ebene Flächen sind. Abweichungen von der Planarität, die an den zueinander weisenden Oberflächen des Kernelements 13 und der ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 vorhanden sind, werden von der Klebstoffverbindungsschicht 15, 19 aufgenommen. In diesem Zustand erfolgt die Aushärtung des Klebstoffs, beispielsweise unter Zuführung von Wärme oder UV-Strahlung.
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Die formschlüssige Verbindung der Matrix-Formflächen 41, 51 mit den jeweiligen Oberflächen der ersten und zweiten Halteelemente 11, 12 und 16, 17 wird durch eine Andruckkraft bewirkt, die zum Beispiel durch das Gewicht des oberen Formwerkzeugs 40, einen Unterdruck oder elektrostatische Haltekräfte zwischen dem ersten Halteelement 11, 12 und dem oberen Formwerkzeug 40 und zwischen dem zweiten Halteelement 11, 12 und dem unteren Formwerkzeug 50 erzeugt wird. Die formschlüssige Verbindung wird vorzugsweise während der gesamten Aushärtung beibehalten. Nach der Aushärtung wird der Stapelaufbau aus dem ersten Halteelement 11, 12 der ersten Klebstoffverbindungsschicht 15, dem Kernelement 13, der zweiten Klebstoffverbindungsschicht 19 und dem zweiten Halteelement 16, 17 aus den Formwerkzeugen 40, 50 entnommen und einer Nachbearbeitung unterzogen. Die Nachbearbeitung umfasst z. B. die Deposition einer Verschleißschutzschicht auf den Oberflächen der Halteelemente. Des Weiteren werden Klebstoffreste von den Rändern der Komponenten entfernt und die ersten und zweiten Elektrodeneinrichtungen 20, 30 sowie die Temperierungsmittelleitungen 13A mit Anschlüssen versehen.
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In 5 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der das Kernelement 13 nur einseitig mit dem ersten Halteelement verbunden wird. Diese Variante der Erfindung ist beispielsweise vorgesehen, wenn kein zweites Halteelement auf der Unterseite der Haltevorrichtung erforderlich ist oder falls das zweite Halteelement nachfolgend in einem gesonderten Schritt mit dem Kernelement 13 verbunden werden soll.
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Bei der Ausführungsform gemäß 5 wird eine untere Referenzplatte 70 bereitgestellt, die beispielsweise wie das untere Formwerkzeug 50 gemäß 4 oder einfach durch eine mechanische stabile Platte, zum Beispiel aus Stahl oder Kunststoff gebaut sein kann. Auf der oberen Oberfläche der Referenzplatte 70 ist eine fließfähige Trägerschicht 71 angeordnet, auf der das Kernelement 13 gebettet wird. Auf dem Kernelement 13 wird das erste Halteelement 11, 12 mit den nach oben vorstehenden Noppen 14 angeordnet, wobei der Spalt zwischen den zueinander weisenden Oberflächen dieser Komponenten vollständig und blasenfrei mit Klebstoff gefüllt ist. Der Abstand zwischen der Referenzplatte 70 und dem ersten Formwerkzeug 40 wird, wie in 4 gezeigt, durch eine Justiereinrichtung 60 eingestellt. Die Form der von den Noppen 14 aufgespannten Auflagefläche wird durch die Matrix-Formfläche 41 des oberen Formwerkzeugs 40 unabhängig von eventuellen Deformationen der zueinander weisenden Oberflächen des ersten Halteelements 11, 12 oder des Kernelements 13 eingestellt.
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Mit der Ausführungsform gemäß 5 wird eine schwimmende Lagerung des Kernelements 13 und des ersten Halteelements 11, 12 mit der Klebstoffverbindungsschicht 15 der Trägerschicht 71 erzielt, so dass das erste Halteelement 11, 12 während der Ausrichtung und der Aushärtung des Klebstoffs frei von mechanischen Spannungen ist. Die Trägerschicht 71 ist z. B. eine temporäre Klebstoffverbindungsschicht, die nach der Aushärtung der Klebstoffverbindungsschicht 15 durch Wärmezufuhr verflüssigt und entfernt werden kann.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln oder in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0033690 A1 [0004, 0004]
