DE102017000528A1

DE102017000528A1 - Verfahren zur Bearbeitung einer Halteplatte, insbesondere für einen Clamp zur Waferhalterung

Info

Publication number: DE102017000528A1
Application number: DE102017000528.1A
Authority: DE
Inventors: Volker Schmidt; Dr. Hammer Ralf; Gregor Hasper; Mike Fischer
Original assignee: Berliner Glas KGaA Herbert Kubatz GmbH and Co
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-26
Also published as: US10475689B2; GB2560425A; GB201800819D0; GB2560425B; US20180211861A1

Abstract

Ein Verfahren zur Bearbeitung einer Halteplatte (10) einer Klemmvorrichtung (insbesondere Clamp, Waferchuck) zur Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Wafers, wobei die Halteplatte (10) eine SiC-basierte Oberfläche (12) aufweist, auf der mindestens ein vorstehendes, SiC-basiertes Oberflächenelement (13) gebildet wird, umfasst die Schritte lokal begrenzte Erwärmung der Halteplatte (10) in einem vorbestimmten Oberflächenabschnitt und Bildung des Oberflächenelements (13) an dem vorbestimmten Oberflächenabschnitt mittels chemischer Dampfabscheidung, insbesondere mittels Laser-CVD. Verwendungen des Verfahrens sind bei der Reparatur einer Halteplatte (10) einer Klemmvorrichtung oder bei der Herstellung einer Halteplatte (10) einer Klemmvorrichtung gegeben. Es wird auch eine Halteplatte einer Klemmvorrichtung zur Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Wafers, beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere Herstellung und/oder Reparatur einer Halteplatte, die eine SiC-basierte Oberfläche aufweist und für eine Klemmvorrichtung (Clamp, Waferchuck) zur Halterung eines Bauteils durch elektrostatische Kräfte oder Unterdruck vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Bearbeitung einer Halteplatte, die für die Halterung eines Halbleiter-Bauteils, wie zum Beispiel eines Wafers, mit elektrostatischen Kräften oder mittels Unterdruck ausgelegt ist und mit einer strukturierten Oberfläche mit SiC-basierten Oberflächenelementen (Vorsprünge, wie z. B. vorstehende Noppen) bereitgestellt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Klemmvorrichtung, die mit der Halteplatte ausgestattet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Halteplatte mit einer strukturierten, SiC-basierten Oberfläche mit Oberflächenelementen, die zur Halterung eines Bauteils eingerichtet ist, und eine Klemmvorrichtung mit einer derartigen Halteplatte, insbesondere einen elektrostatischen Clamp oder einen Vakuum-Clamp. Anwendungen der Erfindung sind z. B. bei der Herstellung von Werkzeugen, Maschinen oder Wafer für die Halbleiterindustrie gegeben.
Es ist allgemein bekannt, integrierte Schaltungen (Halbleiter-Chips) durch lithographisches Prozessieren von Halbleiter-Wafern herzustellen, die mit einer Klemmvorrichtung mit elektrostatischen Kräften (elektrostatischer Clamp) oder mittels Unterdruck (Vakuum-Clamp) gehalten werden. Weitere Anwendungen von Klemmvorrichtungen sind bei Inspektions- oder Messverfahren gegeben, bei denen z. B. die Planarität eines Wafers erfasst wird. Die Klemmvorrichtung umfasst eine oder zwei Halteplatten mit freiliegenden Oberflächen zur Aufnahme von Halbleiter-Wafern, sowie Elektrodeneinrichtungen, Kühleinrichtungen und ggf. weitere elektrische, mechanische oder pneumatische Komponenten. Mit wachsender Integrationsdichte bei der Chip-Herstellung werden an die Planarität der Halbleiter-Wafer, zum Beispiel bei Belichtungsschritten, extrem hohe Anforderungen gestellt, welche durch die mechanische Stabilität und die Planarität der Oberfläche(n) der Halteplatte(n) gewährleistet werden müssen.
Da Halbleiter-Wafer bereits durch Staubpartikel auf der Oberfläche der Halteplatte in störender Weise deformiert werden können, wird die Halteplatte typischerweise mit einer Vielzahl von Vorsprüngen ausgestattet, deren freie Stirnseiten (Stirnflächen) eine ebene Trägerfläche aufspannen. Die Vorsprünge umfassen z. B. so genannte Noppen. Die Noppen bieten den Vorteil, dass die Berührungsfläche zwischen der Halteplatte und dem Halbleiter-Wafer minimiert und eventuell anfallende Staubpartikel in den Abständen zwischen den Noppen gesammelt werden können. Des Weiteren werden Halteplatten typischerweise aus einem Keramikmaterial hergestellt, da Keramikmaterialien mit einer besonders hohen mechanischen Stabilität und Festigkeit verfügbar sind.
Bei der Herstellung einer herkömmlichen Klemmvorrichtung wird zunächst die Halteplatte aus dem Keramikmaterial mit einer freien ebenen Oberfläche gefertigt. Anschließend werden die Noppen durch einen Materialabtrag aus dem Keramikmaterial gebildet. Hierfür sind verschiedene Abtragsverfahren bekannt, wie zum Beispiel spanende Verfahren unter Verwendung einer CNC-Fräsmaschine, der Abtrag mittels Senkerodieren oder der Abtrag mittels Laserablation ( DE 10 2015 007 216 A1 ).
Die herkömmlichen Verfahren zeichnen sich insbesondere bei der Herstellung von Noppen mit geringen Durchmessern (z. B. 500 µm oder geringer) durch die folgenden Nachteile aus. Erstens muss zur Bereitstellung der freistehenden Noppen relativ viel Material abgetragen werden, was zeit- und energieaufwändig ist. Insbesondere bei der spanenden Bearbeitung und dem Senkerodieren können unerwünschte Keramikpartikel auftreten und eine Beschädigung des Keramikmaterials auftreten. Zweitens können kleine Bearbeitungsfehler, beispielsweise durch den Wegfall einiger Noppen bei der Herstellung, bereits zur Unbrauchbarkeit der Halteplatte führen. Bei vielen praktischen Anwendungen von Klemmvorrichtung in der Halbleiterbearbeitung wird eine verschwindende Fehlerquote gefordert. Drittens lassen sich Bearbeitungsfehler oder spätere Beschädigungen der Halteplatte nicht korrigieren. Ein versehentlich beschädigter, z. B. abgebrochener Vorsprung lässt sich mit den herkömmlichen Techniken nicht wieder herstellen.
Die genannten Probleme bei der Herstellung von Halteplatten treten nicht nur bei Halteplatten für Wafer-Clamps mit vorstehenden Noppen, sondern auch bei Halteplatten für andere Aufgaben auf, bei denen Oberflächenelemente mit komplizierteren Formen gebildet werden.
Von Jian Mi, Josh Gillespie, Ryan W. Johnson, Scott N. Bondi, and W. Jack Lackey wurde beim „Solid Freeform Fabrication Symposium" in Austin, Texas, USA, 2003, unter dem Titel „Silicon Carbide Growth using Laser Chemical Vapor Deposition" die Abscheidung von SiC mittels Laser-basierter chemischer Dampfabscheidung vorgeschlagen. Die dabei erzeugten Strukturen hatten jedoch aufgrund ihrer geringen Dimensionen von nur rd. 10 µm und stark unregelmäßige Geometrien keine praktische Anwendungen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Bearbeitung einer Halteplatte für die elektrostatische Halterung oder Unterdruck-Halterung eines Bauteils bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Verfahren vermieden werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, die Halteplatte so herzustellen, dass vorstehende Oberflächenelemente mit einem verringerten Zeit- und Energieaufwand gebildet werden und/oder die Halteplatte mit einer verringerten Ausschussquote hergestellt wird und/oder Bearbeitungsfehler (oder Beschädigungen) leichter korrigiert werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer mit der Halteplatte ausgestatteten Klemmvorrichtung bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, eine verbesserte Halteplatte mit vorstehenden Oberflächenelementen zur elektrostatischen Halterung oder Unterdruck-Halterung eines Bauteils und eine mit der Halteplatte ausgestattete Klemmvorrichtung bereitzustellen, mit denen Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren, eine Halteplatte bzw. eine Klemmvorrichtung 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 ein Verfahren zur Bearbeitung einer Halteplatte bereitgestellt, die für eine Klemmvorrichtung zur Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Wafers, konfiguriert wird. Die Halteplatte weist eine SiC-basierte Oberfläche auf, auf der mindestens ein vorstehendes, SiC-basiertes Oberflächenelement gebildet wird. Vorzugsweise ist ein Plattenkörper der Halteplatte aus SiC hergestellt, besonders bevorzugt besteht der Plattenkörper aus SiC oder SiSiC (Si-infiltriertes SiC). Die Bearbeitung der Halteplatte umfasst vorzugsweise eine Herstellung des mindestens einen Oberflächenelements auf der Oberfläche des Plattenkörpers und/oder eine Reparatur einer Halteplatte (Aufbau oder Ergänzung fehlender Oberflächenelemente) einer Klemmvorrichtung.
Gemäß der Erfindung erfolgen eine lokal begrenzte Erwärmung der Halteplatte in einem vorbestimmten Oberflächenabschnitt (Depositionsbereich) und eine Bildung des mindestens einen Oberflächenelements an dem lokal erwärmten vorbestimmten Oberflächenabschnitt mittels chemischer Dampfabscheidung (CVD). Erfindungsgemäß wird das mindestens eine Oberflächenelement aus Si (Silizium) und C (Kohlenstoff) auf der Oberfläche mit dem CVD-Verfahren abgeschieden, wobei die Beschränkung auf die gewünschten Position des mindestens einen Oberflächenelements durch die lokale Erwärmung der Halteplatte, insbesondere der Oberfläche des Plattenkörpers, ausschließlich im Depositionsbereich auf eine Prozesstemperatur der CVD-Abscheidung von Si und C erfolgt, während in der Umgebung des betreffenden Oberflächenabschnitts die Prozesstemperatur der CVD-Abscheidung nicht erreicht und damit keine Abscheidung bewirkt wird. Die Prozesstemperatur der chemischen Dampfabscheidung ist vorzugsweise im Bereich von 800 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 900 °C bis 1100 °C gewählt.
Der Erfinder hat festgestellt, dass Oberflächenelemente von Halteplatten überraschenderweise mit in der Praxis interessierenden Dimensionen und für die Clamp-Anwendung ausreichender mechanischer Stabilität hergestellt werden können. Vorteilhafterweise erfolgt erfindungsgemäß zur Bildung des mindestens einen Oberflächenelements kein Materialabtrag von dem Plattenkörper, sondern ein Materialaufbau auf dem Plattenkörper. Damit werden Energie und Zeit eingespart, was sich insbesondere bei der Bildung einer Vielzahl von Oberflächenelementen auswirkt. Wenn mehrere Oberflächenelemente erzeugt werden, können diese sequentiell oder gleichzeitig in einem gemeinsamen Abscheidungsprozess hergestellt werden. Des Weiteren wird die Ausschussquote drastisch reduziert, indem fehlerhafte Oberflächenelemente nachgearbeitet oder neu aufgebaut werden können.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der chemischen Dampfabscheidung besteht darin, dass die Zusammensetzung der Oberflächenelemente durch Prozessparameter der CVD-Abscheidung beeinflusst werden kann. Insbesondere die Einstellung des quantitativen Verhältnisses von Precursor-Substanzen (Prozessgase), welche die Abscheidung von Si bzw. SiC bewirken, erlaubt die Einstellung des Si-Anteils im SiC. Vorteilhafterweise kann damit die Zusammensetzung der Oberflächenelemente an die Zusammensetzung des Plattenkörpers angepasst werden und/oder die Oberfläche der Oberflächenelemente so gebildet werden, dass eine Anreicherung von Si im Vergleich zum Si-Anteil im Volumenmaterial der Halteplatte gegeben ist.
Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Klemmvorrichtung bereitgestellt, die zur Halterung eines Bauteils durch elektrostatische Kräfte oder Unterdruck konfiguriert ist, wobei mindestens eine Halteplatte der Klemmvorrichtung mit dem Verfahren gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung hergestellt wird. Des Weiteren wird zur Bildung der Klemmvorrichtung die mindestens eine Halteplatte mit mindestens einem von einer Elektrodeneinrichtung, einer Kühleinrichtung, einer Unterdruckeinrichtung und weiteren elektrischen Komponenten, mechanischen Komponenten und pneumatischen Komponenten verbunden.
Gemäß einem dritten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Halteplatte bereitgestellt, die für eine Klemmvorrichtung zur Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Wafers, konfiguriert ist, wobei die Halteplatte eine SiC-basierte Oberfläche aufweist, auf der eine Vielzahl von vorstehenden, SiC-basierten Oberflächenelementen gebildet sind. Gemäß der Erfindung weist mindestens eines der Oberflächenelemente der Halteplatte eine Korn-Mikrostruktur auf, die durch chemische Dampfabscheidung gebildet ist. Vorzugsweise ist die Halteplatte mit dem Verfahren gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung hergestellt. Die erfindungsgemäße Halteplatte hat den Vorteil einer hohen mechanischen Stabilität der mit dem CVD-Verfahren hergestellten Oberflächenelemente. Die Korn-Mikrostruktur zeichnet sich insbesondere durch geringerer innere Spannungen als die Mikrostruktur von gesintertem SiC oder SiSiC aus. Der Erfinder hat festgestellt, dass sich die durch das CVD-Verfahren gebildete Mikrostruktur überraschenderweise durch eine höhere Stabilität als das Volumenmaterial der Halteplatte auszeichnet und den starken Beanspruchungen bei Verwendung der Klemmvorrichtung zur Halterung eines Bauteils standhält.
Gemäß einem vierten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Klemmvorrichtung zur Halterung eines Bauteils durch elektrostatische Kräfte oder Unterdruck bereitgestellt, die mindestens eine Halteplatte gemäß dem dritten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung aufweist. Die Klemmvorrichtung ist eine elektrostatische Klemmvorrichtung oder eine Unterdruck-Klemmvorrichtung zur Halterung von Bauteilen, insbesondere von Halbleiter-Wafern.
Vorteilhafterweise sind verschiedene Verfahren zur lokal begrenzten Erwärmung der Halteplatte verfügbar, wie z. B. eine lokale Widerstandsheizung oder ein lokaler Energieeintrag mittels Elektronen-Bestrahlung. Vorzugsweise umfasst die lokal begrenzte Erwärmung jedoch eine Laser-Bestrahlung der Halteplatte an dem vorbestimmten Oberflächenabschnitt. Vorteilhafterweise können SiC-basierte Oberflächenelemente mit dem Verfahren der Laser-induzierten chemischen Dampfabscheidung (Laser-CVD-Verfahren, LCVD-Verfahren) hergestellt werden. Bestrahlungsparameter, insbesondere die Leistung, der Laser-Bestrahlung werden so eingestellt, dass an den bestrahlten Oberflächenabschnitten die Prozesstemperatur der Dampfabscheidung von Si und C überschritten wird. Die Anwendung des Laser-CVD-Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass die Depositionsbereiche einfach durch eine Ausrichtung der Laser-Bestrahlung auf die Oberfläche der Halteplatte gewählt werden können. Vorzugsweise wird das Laser-CVD-Verfahren mit einer Lasereinrichtung mit kontinuierlicher Abstrahlung (cw-Laser) ausgeführt.
Wenn mehrere Oberflächenelemente sequentiell erzeugt werden, erfolgt die Laser-Bestrahlung und lokale Erwärmung des Plattenkörpers zeitlich aufeinanderfolgend an den gewünschten Oberflächenabschnitten, an denen die Oberflächenelemente aufgebaut werden sollen. Bei gleichzeitiger Bildung der Oberflächenelemente umfasst die Laser-Bestrahlung eine gleichzeitige Muster-Bestrahlung der gesamten Oberfläche mit einem Bestrahlungsmuster gemäß den gewünschten Oberflächenabschnitten, an denen die Oberflächenelemente aufgebaut werden sollen, oder eine Scanner-Bestrahlung, bei der unter Verwendung eines Shutters im Strahlengang der Laser-Bestrahlung die Oberflächenabschnitte sequentiell mit derart hoher Geschwindigkeit bestrahlt werden, dass die Prozesstemperatur an diesen gleichzeitig eingestellt wird. Die Muster-Bestrahlung oder die Scanner-Bestrahlung stellt eine positives Bild der Oberflächenelemente mit einer Bestrahlung an den gewünschten Oberflächenabschnitten dar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Prozessparameter der chemischen Dampfabscheidung, insbesondere die in einer CVD-Reaktionskammer im gas- oder dampfförmigen Zustand bereitgestellten Precursor-Substanzen, deren Konzentration und Druck, so eingestellt, dass das Oberflächenelement die gleiche chemische Zusammensetzung aufweist, wie die Oberfläche der Halteplatte, vorzugsweise wie der Plattenkörper der Halteplatte. Die Bereitstellung dieses Merkmals konnte vom Erfinder durch EDX-Messungen an erfindungsgemäß hergestellten Halteplatten nachgewiesen werden. Vorteilhafterweise kann damit die Haftung der Oberflächenelemente auf der Halteplatte optimiert werden.
Alternativ kann die chemische Zusammensetzung und insbesondere die Mikrostruktur der Oberflächenelemente durch die Wahl der Prozessparameter der chemischen Dampfabscheidung so eingestellt werden, dass sie von der chemischen Zusammensetzung und Mikrostruktur des Volumenmaterials der Halteplatte, insbesondere des Plattenkörpers abweichen. Der Plattenkörper hat z. B. eine Mikrostruktur, die durch Sintern und Infiltrieren von SiSiC bestimmt ist. Die Oberflächenelemente können mit einem im Vergleich zum Plattenkörper geringeren Si-Anteil abgeschieden werden, so dass sich eine kompaktere Mikrostruktur der Oberflächenelemente ergibt. Diese beeinflusst in vorteilhafter Weise die mechanische Stabilität und Haltbarkeit der Oberflächenelemente und damit der gesamten Halteplatte, insbesondere bei der vorzugsweise vorgesehenen Nachbearbeitung der Oberflächenelemente oder dem Gebrauch der Halteplatte im Clamp.
Vorteilhafterweise kann eine Temperung der Halteplatte auf eine Plattentemperatur unterhalb der Prozesstemperatur der chemischen Dampfabscheidung vorgesehen sein. Bei der Plattentemperatur, die z. B. im Bereich von 500°C bis 800°C und/oder z. B. 100 bis 400 Grad unterhalb der Prozesstemperatur gewählt ist, erfolgt keine Abscheidung auf der Halteplatte. Vorteilhafterweise erlaubt die Temperung, dass die Prozesstemperatur schnell erzielt wird, so dass sie das Gesamtverfahren beschleunigt und Anforderungen an die Leistung der Strahlungsquelle des Laser-CVD-Verfahrens verringert sind. Des Weiteren werden durch die Temperung Temperaturgradienten bei der lokal begrenzten Erwärmung der Halteplatte und damit Verspannungen und Beschädigungen des Volumenmaterials der Halteplatte vermieden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Halteplatte mit mindestens einem Vorstrukturierungselement an der Position ausgestattet sein, an der das mindestens eine Oberflächenelement gebildet werden soll. Das Vorstrukturierungselement umfasst eine lokale Vertiefung oder einen lokalen Vorsprung des Plattenkörpers der Halteplatte. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ragt die Korn-Mikrostruktur des mindestens einen erfindungsgemäß hergestellten Oberflächenelements vorzugsweise in die Halteplatte, oder das Vorstrukturierungselement der Halteplatte ragt in die Korn-Mikrostruktur des Oberflächenelements.
Das mindestens eine Vorstrukturierungselement kann z. B. durch ein mechanisch abtragendes Verfahren oder Laserablation hergestellt werden. Bei Abscheidung des Oberflächenelements am Vorstrukturierungselement wird vorteilhafterweise die mechanische Verbindung des Oberflächenelements mit der Halteplatte verbessert. Es wird die Kontaktfläche zwischen dem Oberflächenelement und der Halteplatte im Vergleich zu einer ebenen Oberfläche der Halteplatte vergrößert und eine mechanische Verankerung erzielt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Nachbearbeitung des mindestens einen Oberflächenelements vorgesehen. Die Nachbearbeitung umfasst eine Formung und Dimensionierung des Oberflächenelements, wobei die Höhe und/oder die Dicke (Querschnittsdimension, z. B. Durchmesser) des fertigen Oberflächenelements durch einen Materialabtrag von dem durch das CVD-Verfahren abgeschiedenen Oberflächenelement (Roh-Element) eingestellt werden. Des Weiteren umfasst die Nachbearbeitung eine Ausheilung der Oberflächen der Oberflächenelemente, insbesondere mit einer Beseitigung von Rissen oder Poren.
Vorzugsweise umfasst die Nachbearbeitung einen Materialabtrag mittels gepulster Laser-Bestrahlung und/oder mittels eines mechanisch wirkenden Abtragsverfahrens (abrasiver Prozess, z. B. Läppen, z. B. mit einer Läppscheibe und einer Diamantsuspension, Schleifen und/oder Polieren). Vorteilhafterweise erlaubt die Nachbearbeitung eine Gestaltung des mindestens einen Oberflächenelements derart, dass es die für die jeweilige Anwendung der Halteplatte gewünschte Form und Größe aufweist. Des Weiteren können durch die Formgebung auch mechanische Eigenschaften des Oberflächenelements eingestellt werden. Wenn eine Vielzahl von Oberflächenelementen vorgesehen ist, umfasst die Nachbearbeitung vorzugsweise die Einstellung einer gemeinsamen Höhe. Wenn alle Oberflächenelemente die gleiche Höhe aufweisen, können sie vorteilhafterweise eine ebene Trägerfläche zur Halterung des Bauteils aufspannen. Besonders bevorzugt erhalten alle Oberflächenelemente des Weiteren die gleiche Form. Optional kann die Nachbearbeitung weitere Schritte, wie die Abscheidung zusätzlicher Substanzen auf den Oberflächenelementen zur Bildung von Funktionsschichten, wie z. B. von elektrisch leitfähigen Schichten und/oder Härtungsschichten, umfassen.
Vorzugsweise umfasst die Nachbearbeitung des mindestens einen Oberflächenelements eine Laserbearbeitung. Dieser kann vorteilhafterweise in der gleichen Prozesskammer wie das LCVD-Verfahren erfolgen, wobei beim LCVD-Verfahren und bei der Nachbearbeitung verschiedene Strahlungsquellen verwendet werden können. Besonders bevorzugt ist eine Laserbearbeitung mit einer ersten Phase, in der Laserparameter der Laserbestrahlung so eingestellt werden, dass eine Laserablation erfolgt, und mit einer zweiten Phase vorgesehen, in der Laserparameter der Laserbestrahlung so eingestellt werden, dass eine Ausheilung der Oberfläche des Oberflächenelements und dessen Umgebung, insbesondere ein Verschließen von Poren oder Rissen, erfolgt. Vorteilhafterweise kann die Oberfläche der Oberflächenelemente oder der gesamten Halteplatte im Ergebnis der Nachbearbeitung einen im Vergleich zum Volumenmaterial des Plattenkörpers erhöhten Si-Anteil aufweisen (siehe DE 10 2015 007 216 A1 ). Wie bei der Bildung der Oberflächenelemente kann die Laserbearbeitung eine gleichzeitige Muster-Bestrahlung oder eine Scanner-Bestrahlung der Oberfläche umfassen. Die Muster-Bestrahlung oder die Scanner-Bestrahlung stellt ein negatives Bild der fertigen Oberflächenelemente mit einer Bestrahlung der Bereiche zwischen den Oberflächenelementen dar.
Die Laserablation hat besondere Vorteile bei der Bearbeitung der seitlichen Flanken des Oberflächenelements und der Einstellung der Dicke des Oberflächenelements. Die Laserablation umfasst eine lokale, vorzugsweise fokussierte gepulste Bestrahlung z. B. mit einem Kurzpuls-(ns)- oder einem Ultrakurzpuls-(fs)-Laser, so dass eine Ablationstemperatur von z. B. 3000 °C erreicht wird. In einem ersten Schritt können die Oberflächenelemente geformt werden, wobei vorzugsweise ein Pulslaser mit einer Pulsdauer im Bereich von 2 ns bis 500 ns verwendet wird. In einem zweiten Schritt werden die Rundheit und der Durchmesser der Oberflächenelemente vorzugsweise ein Pulslaser mit einer Pulsdauer im Bereich von 100 fs bis 500 fs eingestellt.
Vorteilhafterweise ist die Umsetzung der Erfindung nicht auf bestimmte Formen des Oberflächenelements beschränkt. Dieses ist vielmehr in Abhängigkeit von der Verteilung der lokal begrenzten Einstellung der Prozesstemperatur (lokale Erwärmung im Oberflächenabschnitt) und der optionalen Nachbearbeitung frei formbar. Bevorzugt umfasst das Oberflächenelement die Form einer Noppe (insbesondere Zylinder-, Kegel- oder Pyramidenstumpf-Form), eines Stegs oder einer Wand mit einer entlang der Oberfläche der Halteplatte geraden oder gekrümmten Form. Verschiedene Formen von Oberflächenelementen könne auf einer gemeinsamen Halteplatte gebildet werden.
Die Erfindung erlaubt verschiedene Materialkombinationen. Beispielsweise kann der Plattenkörper der Halteplatte aus SiC oder SiSiC hergestellt sein, und das mindestens eine Oberflächenelement kann aus SiC oder SiSiC hergestellt sein. Das Oberflächenelement hat vorzugsweise eine Höhe von mindestens 5 µm und/oder höchstens 500 µm, während die Dicke des Oberflächenelements, z. B. der Durchmesser der Noppe oder die Dicke einer Wand, vorzugsweise mindestens 50 µm und/oder höchstens 5000 µm beträgt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1: eine schematische Illustration einer Prozesskammer, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist;
2: eine schematische Schnittansicht einer Halteplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3: eine schematische Illustration der bevorzugt vorgesehen Nachbearbeitung von Oberflächenelementen; und
4: elektronenmikroskopische Bilder von Noppen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, vor und nach der Nachbearbeitung.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden insbesondere unter Bezug auf die Fertigung der Halteplatte mit Vorsprüngen beschrieben. Weitere Verfahrensschritte zur Herstellung der Halteplatte und der Klemmvorrichtung, wie zum Beispiel die Herstellung des Plattenkörpers der Halteplatte und/oder die Kombination der Halteplatte mit weiteren mechanischen, elektrischen und/oder pneumatischen Komponenten, werden nicht erläutert, da diese an sich von der Herstellung herkömmlicher Klemmvorrichtungen (Clamps) bekannt sind.
Beispielhaft wird auf Laser-CVD Bezug genommen. Das Laser-CVD-Verfahren kann z. B. realisiert werden, wie von Jian Mi et al. (siehe oben) beschrieben wurde. Die Umsetzung der Erfindung ist jedoch nicht auf Laser-CVD beschränkt, sondern mit anderen CVD-Verfahren mit lokal begrenzter Erwärmung des Plattenkörpers der Halteplatte, wie z. B. mit streifen- oder punktförmigen Widerstandselementen am Plattenkörper oder durch lokale Elektronen-Bestrahlung möglich. Die Widerstandsheizung kann insbesondere bei der Herstellung von Oberflächenelementen mit Ausdehnungen im mm- bis cm-Bereich von Vorteil sein. Obwohl die Herstellung der Vorsprünge auf nur einer Oberfläche der Halteplatte beschrieben wird, kann alternativ die Herstellung der Vorsprünge auf beiden Oberflächen der Halteplatte vorgesehen sein.
1 zeigt in schematischer Seitenansicht eine Laser-CVD-Apparatur 20, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bearbeitung einer SiC-Halteplatte vorgesehen ist. Eine schematische, vergrößerte Schnittansicht einer Halteplatte 10 (teilweise dargestellt), die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, ist in 2 gezeigt. Die bevorzugt vorgesehene Nachbearbeitung von mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Oberflächenelementen 13 ist in den 3 und 4 illustriert.
Gemäß 1 umfasst die Laser-CVD-Apparatur 20 eine Reaktionskammer 21, in der ein verstellbarer Tisch 22 mit einem regelbares Temperierungselement 23 (Heiz- und/oder Kühlelement) zur Aufnahme des Plattenkörpers 11 der zu bearbeitenden Halteplatte angeordnet ist. Der Tisch 23 ist in einer horizontalen Ebene (x-y-Ebene) verstellbar und in dieser drehbar (Winkel Φ in x-y-Ebene). In an sich bekannter Weise ist die Reaktionskammer 21 des Weiteren mit mindestens einer ersten Leitung 24 zur Zuführung von Precursor-Substanzen, einer zweiten Leitung 25 zum Auslass von Restgasen und einem optischen Fenster 26 ausgestattet. Weitere Einzelheiten der Laser-CVD-Apparatur 20, wie zum Beispiel Reservoire zur Bereitstellung der Precursor-Substanzen, Monitoreinrichtungen, z. B. mit einem Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Plattenkörpers 11, Steuerelemente in der mindestens einen ersten Leitung 24, ein Auffanggefäß für die Restgase und/oder eine Steuervorrichtung der Laser-CVD-Apparatur 20 sind in 1 nicht gezeigt.
Außerhalb der Reaktionskammer 21 sind eine Lasereinrichtung 27 und eine Bestrahlungsoptik 28, insbesondere mit einer Umlenkoptik 28.1 und einer Strahlformungsoptik 28.2 vorgesehen. Die Lasereinrichtung 27 umfasst beispielsweise einen Faser-Laser (z. B. YLR-Serie, Hersteller IPG Photoncis) mit einer Emissionswellenlänge von 1064 nm, einem Gauss-förmigen Energieprofil und einer maximalen Ausgangsleistung von 100 W. Die schematisch gezeigte Umlenkoptik 28.1 kann für eine Umlenkung des von der Lasereinrichtung 27 bereitgestellten Laserlichts hin zu verschiedenen Oberflächenabschnitten auf dem Plattenkörper 11 ausgelegt sein. Die Umlenkoptik 28.1 kann zum Beispiel ein verstellbares Prisma oder einen verstellbaren Spiegel umfassen. Die Strahlformungsoptik 28.2 umfasst zum Beispiel optische Linsen zur Fokussierung und/oder Strahlformung des Laserlichts auf der Oberfläche des Plattenkörpers 11. Die Spotgröße der Laser-Bestrahlung auf der Oberfläche des Plattenkörpers 11 beträgt z. B. 30 µm.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung kann die Umlenkoptik 28.1 als Scannerkopf mit einem schaltbaren Shutter für eine sequentielle, schaltbare Bestrahlung vorbestimmter Positionen auf dem Plattenkörper 11 mit einer derart hohen Geschwindigkeit konfiguriert sein, dass die Prozesstemperatur des Laser-CVD-Verfahrens an den bestrahlten Abschnitten gleichzeitig eingestellt wird und die Oberflächenelemente gleichzeitig wachsen. Der bestrahlte Oberflächenabschnitt kann sich z. B. mit einer Scann-Geschwindigkeit von 100 mm/s über die Oberfläche des Plattenkörpers bewegen.
Zur Ausführung des LCVD-Verfahrens wird der Plattenkörper 11 auf dem Tisch 22 positioniert und auf eine Plattentemperatur von z. B. 600 °C getempert. 2 zeigt beispielhaft und schematisch, dass der Plattenkörper 11 an den Positionen der abzuscheidenden Oberflächenelemente Vorstrukturierungselemente 14 in Gestalt von lokalen Vertiefungen oder Vorsprüngen aufweisen kann. Der Plattenkörper 11 wird relativ zum vertikalen Lichtweg des Laserlichts so positioniert, dass mit der Bestrahlungsoptik 28 die gewünschten Oberflächenabschnitte des Plattenkörpers 11 von der Laser-Bestrahlung erreicht werden. Die Laser-CVD-Apparatur 20 wird so angesteuert, dass während der Zuführung der Precursor-Substanzen durch die Laser-Bestrahlung lokal die Prozesstemperatur der CVD-Abscheidung der Oberflächenelemente erreicht wird. Es werden bei der Herstellung der Halteplatte in einem Arbeitsschritt z. B. 20 oder mehr Oberflächenelemente aufeinanderfolgend oder gleichzeitig durch die Bestrahlung der entsprechenden Oberflächenabschnitte auf der Oberfläche des Plattenkörpers aufgebaut. Für die Herstellung der kompletten Halteplatte können entsprechend mehrere Arbeitsschritte vorgesehen sein. Bei der Reparatur einer Halteplatte werden beispielsweise fehlende Oberflächenelemente neu aufgebaut oder durch Gebrauch verschlissene Oberflächenelemente ergänzt. Letzteres umfasst z. B. den Abtrag von einem oder mehreren benachbarten Oberflächenelementen, zum Beispiel um 20 µm, eine lokale Deposition von SiC oder SiSiC und eine erneute Höheneinstellung gemeinsam mit den übrigen Oberflächenelementen zur Bereitstellung der ebenen Trägerfläche.
Im Ergebnis der CVD-Deposition haben die Oberflächenelemente ggf. Dimensionen und Formen, die sich voneinander unterscheiden. Wenn diese Unterschiede für die gewünschte Anwendung der Erfindung zu stark sind und die Oberflächenelemente bevorzugt mit gleichen Höhen H und Dicken D (z. B. mittlerer Durchmesser auf halber Höhe der Noppe) und gleichen Formen, wie in 2 schematisch gezeigt, hergestellt werden, ist die in den 3 und 4 illustrierte Nachbearbeitung vorgesehen.
Das im Ergebnis der CVD-Deposition gebildete Oberflächenelement 13A ist in 3 in schematischer Schnittansicht und in 4A in mikroskopischer Draufsicht gezeigt. Der Durchmesser des Oberflächenelements 13A beträgt z. B. rd. 500 µm bis 1 mm. Durch die Nachbearbeitung wird der Durchmesser des Oberflächenelements 13A mittels Laserablation auf den Durchmesser des fertigen Oberflächenelements 13B auf z. B. 450 µm verringert. Anschließend erhalten alle Oberflächenelemente durch mechanischen Abtrag die gleiche Höhe von z. B. 200 µm. 4B zeigt das fertige Oberflächenelement 13B (Noppe), in dessen Umgebung auf der Oberfläche des Plattenkörpers 11 eine ringförmige Vertiefung 15 im Plattenkörper 11 erkennbar ist, die sich im Ergebnis der Laserablation bildet.
Die Beschichtungs- und die anschließenden Ablations- und Temperprozesse können in einer gemeinsamen Apparatur zeitlich nacheinander durchgeführt werden, wobei die gleiche Bestrahlungsoptik 28, jedoch für die Nachbearbeitung optional eine andere Lasereinrichtung 27, wie z. B. ein gepulster Faser-Laser verwendet wird. Nach der Beschichtung (Zufuhr Precursor-Gase in die Reaktionskammer 21 und LCVD-Prozess) wird die Reaktionskammer 21 belüftet oder mit einem Schutzgas, z. B. N oder Ar gefüllt. Über die Bestrahlungsoptik 28 wird anschließend eine Laser-Bestrahlung in die Umgebung der beschichteten Abschnitte geführt (3). Durch Ablation wird die endgültige Form der Noppe eingestellt, und die darunterliegenden Bereiche werden durch eine Temperierung ausgeheilt, d. h. vorhandene Risse und Poren geschlossen. Dies kann in zwei Phasen erfolgen, bei denen in der ersten Phase die Laserparameter so eingestellt werden, dass optimale Bedingungen für die Ablation und in der zweiten Phase optimale Bedingungen für die Ausheilung das Verschließen von Poren und Rissen gegeben sind. Bei der Ablation beträgt die Leistung der Laser-Bestrahlung z. B. 2 ... 50W, wobei in einem ersten Schritt der Formgebung ein Puls-Laser mit einer Pulslänge im Bereich 2 ... 500 ns und bei einem zweiten Schritt der Abrundung von Kanten ein Puls-Laser mit einer Pulslänge im Bereich 100 ... 500 fs verwendet wird. In der zweiten Phase wird zur Ausheilung und Schließung von Rissen ein Laser mit einer Leistung der Laser-Bestrahlung im Bereich 2 ... 50 W und einer Pulslänge im Bereich 2 ... 50 ns verwendet. Durch Wahl der Pulsdauer 2 ... 50 ns bei einer mittleren Leistung von < 30W wird der Prozess vorzugsweise gezielt so eingestellt, dass in Kombination mit der Ablationswirkung eine thermischer Abbau von Spannungen sowie die Schließung von Rissen und Poren mit mindestens einer Phase des Werkstoffes erfolgt.
Oben wird beispielhaft auf die Bildung von Oberflächenelementen 13 in Gestalt von Noppen mit einem kreisrunden Querschnitt und einer Zylinder-, Kegel- oder Pyramidenstumpfform Bezug genommen (siehe insbesondere 2 und 4). Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die Bildung dieser speziellen Formen beschränkt, sondern bei Wahl eines geeigneten Bestrahlungsmusters der Laser-CVD und/oder einer angepassten Nachbearbeitung auch zur Bereitstellung anderer Formen und Strukturen geeignet. Beispielsweise lassen sich Oberflächenelemente mit einer Querschnittsform in Gestalt einer Ellipse oder eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken, oder Strukturen mit einem linienförmigen Querschnitt, wie z. B. Stege oder Wände mit geraden oder gekrümmten Wandflächen, mit der erfindungsgemäßen Anwendung der Laser-CVD und der optionalen Nachbearbeitungs-Laserablation formen. Strukturen mit einem linienförmigen Querschnitt z. B. bei der Bildung von Dichtungsstrukturen („Seals“) auf Clamp-Halteplatten von Interesse.
Um den Oberflächenelementen eine bestimmte Form zu geben, kann der zweidimensionale Strahlquerschnitt der Laser-Bestrahlung durch eine angepasste Formgebung eingestellt werden. Zum Beispiel mit der Strahlformungsoptik 28.2 kann die punktförmige Laserexposition durch eine zweidimensionale Form, wie z.B. eine Linie, ein Kreis, ein Vieleck, oder eine Freiform, auf der Oberfläche des Plattenkörpers 11 ersetzt werden. Dadurch lassen sich alternativ zu Noppen (1-dimensionale Exposition) auch linienartige Strukturelemente, z.B. auf Waferchucks generieren, so z.B. Seals, Stege, o.ä.. Die Laser-Bestrahlung mit zweidimensional geformtem Strahlquerschnitt kann z.B. durch die Verwendung von asphärischen Optiken, Zylinderlinsen, Scannern oder Arrays von Laserdioden realisiert werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Unterkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015007216 A1 [0004, 0026]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Von Jian Mi, Josh Gillespie, Ryan W. Johnson, Scott N. Bondi, and W. Jack Lackey wurde beim „Solid Freeform Fabrication Symposium“ in Austin, Texas, USA, 2003, unter dem Titel „Silicon Carbide Growth using Laser Chemical Vapor Deposition“ [0007]

Claims

Verfahren zur Bearbeitung einer Halteplatte (10) einer Klemmvorrichtung zur Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Wafers, wobei die Halteplatte (10) eine SiC-basierte Oberfläche (12) aufweist, auf der mindestens ein vorstehendes, SiC-basiertes Oberflächenelement (13) gebildet wird, gekennzeichnet durch die Schritte - lokal begrenzte Erwärmung der Halteplatte (10) in einem vorbestimmten Oberflächenabschnitt, und - Bildung des Oberflächenelements (13) an dem vorbestimmten Oberflächenabschnitt mittels chemischer Dampfabscheidung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem - die lokal begrenzte Erwärmung mittels Laser-Bestrahlung der Halteplatte (10) an dem vorbestimmten Oberflächenabschnitt erfolgt, und - die chemische Dampfabscheidung ein Laser-CVD-Verfahren umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - Prozessparameter der chemischen Dampfabscheidung so eingestellt werden, dass das Oberflächenelement (13) die gleiche chemische Zusammensetzung aufweist wie die Oberfläche der Halteplatte (10), oder - Prozessparameter der chemischen Dampfabscheidung so eingestellt werden, dass das Oberflächenelement (13) einen geringeren Si-Anteil hat als die Halteplatte (10).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt - Temperung der Halteplatte (10) auf eine Plattentemperatur unterhalb einer Prozesstemperatur der chemischen Dampfabscheidung.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - an dem vorbestimmten Oberflächenabschnitt ein Vorstrukturierungselement (14) der Halteplatte (10) vorgesehen ist, das eine lokale Vertiefung oder einen lokalen Vorsprung der Halteplatte (10) umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt - Nachbearbeitung des Oberflächenelements (13), wobei mindestens eines von einer Höhe (H) und einer Dicke (D) des Oberflächenelements (13) eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem - die Nachbearbeitung des Oberflächenelements (13) mittels Laserbestrahlung und/oder mittels eines mechanisch wirkenden Abtragsverfahrens erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem - die Nachbearbeitung des Oberflächenelements (13) mittels Laserbestrahlung erfolgt, wobei in einer ersten Phase Laserparameter der Laserbestrahlung so eingestellt werden, dass eine Laserablation erfolgt und in einer zweiten Phase Laserparameter der Laserbestrahlung so eingestellt werden, dass eine Ausheilung der Oberfläche des Oberflächenelements (13) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem der Merkmale - die Halteplatte (10) besteht aus SiC oder SiSiC, - das Oberflächenelement (13) umfasst mindestens eines von einer Noppe, einem Steg und einer Wand, - das Oberflächenelement (13) hat eine Höhe von mindestens 5 µm und/oder höchstens 5000 µm, und - das Oberflächenelement (13) hat eine Dicke von mindestens 50 µm und/oder höchstens 5000 µm.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - eine Vielzahl von vorstehenden Oberflächenelementen (13) an einer Vielzahl von vorbestimmten Oberflächenabschnitten gebildet werden.
Verwendung des Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche - zur Reparatur einer Halteplatte (10) einer Klemmvorrichtung , und/oder - zur Herstellung einer Halteplatte (10) einer Klemmvorrichtung .
Verfahren zur Herstellung einer Klemmvorrichtung zur Halterung eines Bauteils durch elektrostatische Kräfte oder Unterdruck, bei dem mindestens eine Halteplatte (10) der Klemmvorrichtung mit dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wird.
Halteplatte einer Klemmvorrichtung zur Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Wafers, wobei die Halteplatte (10) eine SiC-basierte Oberfläche aufweist, auf der eine Vielzahl von vorstehenden, SiC-basierten Oberflächenelementen (13) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass - mindestens eines der Oberflächenelemente (13) eine Korn-Mikrostruktur aufweist, die durch chemische Dampfabscheidung gebildet ist.
Halteplatte gemäß Anspruch 13, bei der - das mindestens eine der Oberflächenelemente (13) mit der Korn-Mikrostruktur einen lokalen Vorsprung der Halteplatte (10) enthält oder lokal in die Halteplatte (10) ragt.
Halteplatte gemäß Anspruch 13 oder 14, bei der - das mindestens eine der Oberflächenelemente (13) einen im Vergleich zum Volumenmaterial der Halteplatte (10) geringeren Si-Anteil aufweist.
Halteplatte gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der - alle Oberflächenelemente (13) die gleiche Höhe (H) aufweisen und eine ebene Trägerfläche zur Halterung des Bauteils aufspannen.
Klemmvorrichtung zur Halterung eines Bauteils durch elektrostatische Kräfte oder Unterdruck, umfassend mindestens eine Halteplatte (10) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16.