DE102018116463A1 - Elektrostatische Haltevorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Lars Ziegenhagen
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Abstract

Eine Haltevorrichtung 100 zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils 1, insbesondere eines Siliziumwafers, umfasst einen plattenförmigen Grundkörper 10 mit einer Vielzahl von vorstehenden Noppen 11, deren Stirnflächen 12 eine Noppenauflage-Ebene für das Bauteil 1 aufspannen, und eine Elektrodeneinrichtung 20, die schichtförmig in Abständen zwischen den Noppen 11 angeordnet ist und eine Kunststoff-Isolatorschicht 21, die mit dem Grundkörper 10 verbunden ist, eine Elektrodenschicht 22 und eine Dielektrikumsschicht 23 aufweist, wobei die Elektrodenschicht 22 zwischen der Isolatorschicht 21 und der Dielektrikumsschicht 23 angeordnet ist, wobei zwischen der Noppenauflage-Ebene und einer Oberseite der Dielektrikumsschicht 23 ein vorbestimmter Spaltabstand A eingestellt ist, und die Dielektrikumsschicht 23 ein anorganisches Dielektrikum umfasst und mindestens teilweise in die Isolatorschicht 21 eingebettet ist. Es werden auch Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung 100 zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils 1, insbesondere eines Siliziumwafers, beschrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zur elektrostatischen Halterung eines Bauteiles, insbesondere eines Halbleiterwafers. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung der Haltevorrichtung. Anwendungen der Erfindung sind bei der Bereitstellung von Geräten oder Werkzeugen zur Halterung von Bauteilen mit elektrostatischen Kräften, insbesondere zur Halterung von Halbleiterwafern, wie z.B. Siliziumwafern, gegeben.
  • Eine elektrostatische Haltevorrichtung, die auch als elektrostatische Klemmvorrichtung, elektrostatischer Clamp (ESC) oder elektrostatischer Chuck bezeichnet wird, weist allgemein einen plattenförmigen Grundkörper zur Aufnahme des Bauteils und eine Elektrodeneinrichtung zur Erzeugung einer elektrostatischen Haltekraft oder, bei Bezug auf die Fläche, eines elektrostatischen Klemmdrucks auf. Der Grundkörper kann allgemein einstückig aus einer Platte oder mehrlagig aus mehreren Platten aufgebaut sein. An mindestens einer Oberfläche ist der Grundkörper mit vorstehenden Noppen ausgestattet, deren Stirnflächen eine Noppenauflage-Ebene aufspannen. Die Noppenauflage-Ebene definiert die Auflagefläche für das gehalterte Bauteil.
  • Die Elektrodeneinrichtung umfasst eine Vielzahl von Elektroden, mit denen durch Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung der elektrostatische Klemmdruckerzeugt wird. Der elektrostatische Klemmdruck hängt insbesondere von der Spannung, vom Abstand der Elektroden von der Noppenauflage-Ebene und von den dielektrischen Eigenschaften der Materialzusammensetzung in diesem Abstand ab. Letztere umfasst das Dielektrikum oberhalb der Elektroden mit gegebener Schichtdicke und relativer Permittivität εr,d und den freien, mit einem Gas der Permittivität εr,g gefüllten Spaltabstand zwischen der Noppenauflage-Ebene und der Oberseite der Haltevorrichtung zwischen den Noppen. Da das Verhältnis εr,d / εr,g typischerweise deutlich größer als 1 ist, wird der elektrostatische Klemmdruck in der Regel wesentlich durch den Spaltabstand mitbestimmt. Für die Erzielung eines hohen und homogenen Klemmdrucks besteht deshalb ein besonderes Interesse an einem möglichst geringen und konstanten Spaltabstand über die Fläche der Haltevorrichtung hinweg.
  • Es gibt zwei Arten von elektrostatischen Clamps. Bei einer ersten Variante 1 werden Isolator, Elektrode und Dielektrikum in Schichten vollflächig übereinander auf einen Grundkörper aufgebracht. Da das Material des Grundkörpers bei dieser Variante nicht durch die Einzellagen ragt, müssen die Noppen auf der Clamp-Oberfläche aus dem Material des Dielektrikums hergestellt werden, welches in der Regel empfindliches Glas ist. Bei einer zweiten Variante werden die Isolatorschicht zusammen mit der Elektrode und dem Dielektrikum zwischen den Noppenstrukturen eines Grundkörpers eingebracht. Wählt man für den Grundkörper ein Material welches deutlich härter als Glas ist z.B. SiSiC, wird die mechanische Festigkeit der Noppen und damit der Auflagefläche wesentlich verbessert.
  • Grundsätzlich resultiert ein komplexer Multischichtaufbau in einer langen, nahezu voll-seriellen Prozesskette mit hohen Kosten, beschränkter Ausbeute, einem hohen Aufwand und hohen Kosten durch Nacharbeiten in der Fertigung und lange Lieferzeit. Wenn die Noppen aus einem weichen Dielektrikumsmaterial (z.B. Glas) bestehen, weisen sie eine geringere Verschleißfestigkeit auf, als Keramik-Noppen. In diesem Fall erhöhen zusätzlich aufgebrachte Verschleißschutzschichten noch den Fertigungsaufwand, und sie erfordern eine Erneuerung in regelmäßigen Zyklen.
  • In US 2015/0348816 A1 ist eine Vorrichtung gemäß der o. g. ersten Variante elektrostatischer Clamps beschrieben. Hierbei wird eine mit einer Elektrode beschichtete Dielektrikumsscheibe vollflächig auf einen Grundkörper geklebt. Der Klebstoff ist so gewählt, dass er neben seinen adhäsiven Eigenschaften auch als Isolator zwischen Grundkörper und Elektrode dient. Die Noppenauflagefläche wird bei der in US 2015/0348816 A1 beschriebenen Vorrichtung in das Dielektrikum eingebracht. Bei dieser Vorrichtung kann sich die vollflächige Klebung der Dielektrikumsscheibe, wodurch sich der Klebstoff auch unterhalb der einzelnen Noppen befindet, nachteilig auswirken. Ein Schrumpfen oder ein Altern des Klebstoffpolymeres können zu einer Lageänderung der Noppe in z-Richtung führen und somit die Ebenheit auf der Clamp-Auflagefläche nachteilig verändern. Weiterhin wird in US 2015/0348816 A1 beschrieben, dass der Klebstoff Unebenheiten zwischen Dielektrikum und Grundkörper ausgleicht. Das kann jedoch dazu führen, dass sich unter den einzelnen Noppen unterschiedliche Klebstoffschichtdicken befinden und somit die Kompressibilität der einzelnen Noppen variiert, was sich im späteren Betrieb der Vorrichtung und dem Einwirken eines Klemmdrucks ebenfalls auf die Ebenheit der Auflagefläche auswirken kann.
  • Eine Haltevorrichtung, bei der die Elektrodeneinrichtung nicht in den Grundkörper integriert, sondern auf dessen Oberfläche zwischen den Noppen (Noppengrund) angeordnet ist, ist beispielsweise in US 2009/0079525 A1 und in US 2013/0308116 A1 beschrieben. In diesem Fall umfasst die Elektrodeneinrichtung einen Schichtaufbau zwischen benachbarten Noppen mit einer unteren Kunststoff-Isolatorschicht, in deren Oberseite die Elektroden eingefügt sind, und einer Dielektrikumsschicht aus einem Kunststoff oder Glas, die sich über der Isolatorschicht mit der Elektrode erstreckt. Diese Konfiguration stellt einen Vorschlag für die Anordnung der Elektroden zwischen den Noppen dar, wobei keine Verfahren offenbart sind, wie der Schichtaufbau an einer Haltevorrichtung für praktische Anwendungen mit z.B. mehreren Tausend Noppen hergestellt werden soll. Von Nachteil ist insbesondere, dass keine Einstellung des Abstandes der Elektroden von der Noppenauflage-Ebene oder des Spaltabstandes vorgesehen ist, so dass der elektrostatische Klemmdruck über die Fläche der Haltevorrichtung hinweg variieren kann.
  • Aus US 9 673 079 B1 ist bekannt, zur Herstellung einer elektrostatischen Haltevorrichtung die Elektrodeneinrichtung als separates Bauteil mit einer selbsttragenden Siliziumscheibe, Elektrodenschichten auf der Siliziumscheibe und einer abdeckenden SiN-Dielektrikumsschicht bereitzustellen. Die Siliziumscheibe weist Löcher zur Aufnahme der Noppen des Grundkörpers auf. Zur Verbindung der Elektrodeneinrichtung mit dem Grundkörper wird die Siliziumscheibe auf den Grundkörper geklebt, wobei die Noppen durch die Löcher der Elektrodeneinrichtung ragen. Bei diesem Verfahren ergeben sich zwar besondere Vorteile aus der separaten Herstellung der Elektrodeneinrichtung und deren einfacher Verbindung mit dem Grundkörper. Von Nachteil kann jedoch sein, dass z.B. durch Dickenschwankungen der Klebeverbindung zwischen der Elektrodeneinrichtung und dem Grundkörper Variationen des Spaltabstandes über der Elektrodeneinrichtung auftreten können. Des Weiteren ist es erforderlich, dass die Siliziumscheibe möglichst dünn oder die Noppenhöhe möglichst groß ist, was zu einer komplexen, zeitaufwändigen Bearbeitung führt.
  • Gemäß US 2012/0274920 A1 wird vorgeschlagen, die Elektrodeneinrichtung mit Dünnschichttechnologie in den Abständen zwischen den Noppen herzustellen. Auf dem Grundkörper wird zwischen den Noppen zunächst eine Planarisierungsschicht gebildet, auf der eine Polymer- oder SiOx-basierte Isolatorschicht, die Elektrodenschicht und eine Polymer- oder SiOx-basierte Dielektrikumsschicht abgeschieden werden. Die Planarisierungsschicht erlaubt zwar bei dieser Technik eine Planarisierung der Elektrodeneinrichtung. Von Nachteil kann jedoch sein, dass auch in diesem Fall durch Schwankungen bei der Dünnschichtabscheidung Variationen des Spaltabstandes und damit des elektrostatischen Klemmdrucks auftreten. Des Weiteren sind die dünnen Schichten empfindlich gegen Beschädigungen bei Verwendung der Haltevorrichtung.
  • Zur Vermeidung von Schwankungen des Spaltabstandes wird in US 2018/0047605 A1 vorgeschlagen, die Elektrodeneinrichtung in den Abständen zwischen den Noppen durch eine Polymerbasierte Isolatorschicht, Elektrodenschichten auf der Isolatorschicht und eine abdeckende, Polymer-basierte Dielektrikumsschicht zu bilden. Variationen des Spaltabstandes sollen ausgeschlossen werden, indem die Oberseiten der Isolator- und Dielektrikumsschichten vor deren Aushärtung jeweils mit einem Referenzwerkzeug eingestellt werden. Mit dieser Technik werden zwar Schwankungen der Haltekräfte durch Variationen des Spaltabstandes vermieden.
  • Ein Nachteil der in US 2018/0047605 A1 beschriebenen Technik ergibt sich jedoch aus der Vielzahl der aufeinanderfolgend auszuführenden Arbeitsschritte. Ein weiterer, noch wichtigerer Nachteil ist durch die Verwendung von Polymeren für die Bildung der Isolator- und Dielektrikumsschichten gegeben. Polymer-Kunststoffe weisen unter den Einsatzbedingungen von elektrostatischen Haltevorrichtungen, insbesondere bei der Prozessierung von Halbleiterwafern eine beschränkte chemische und/oder physikalische Beständigkeit auf. Es können unerwünschte Stoffe freigesetzt werden und/oder Alterungsprozesse der Polymere die Lebensdauer der Haltevorrichtung beschränken.
  • Die genannten Probleme treten nicht nur bei Haltevorrichtungen zur Halterung von Halbleiterwafern, sondern auch bei anderen Anwendungen auf, wie z. B. bei Haltevorrichtungen zur Halterung von Glasplatten.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Haltevorrichtung zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Halbleiterwafers, bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Die Haltevorrichtung soll insbesondere ermöglichen, Variationen des Spaltabstandes entlang der Noppenauflage-Ebene zu minimieren oder vollständig zu vermeiden, Nachteile durch die Verwendung von Polymer-Kunststoffen zu minimieren oder vollständig zu vermeiden, und/oder die Haltevorrichtung mit einem vereinfachten Verfahren herzustellen. Die Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrostatischen Haltevorrichtung bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Das Verfahren soll sich insbesondere durch eine vereinfachte Herstellung der Haltevorrichtung auszeichnen und/oder eine zuverlässige Einstellung des Spaltabstandes entlang der Noppenauflage-Ebene ermöglichen.
  • Diese Aufgaben werden durch eine elektrostatische Haltevorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrostatischen Haltevorrichtung 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 die oben genannte Aufgabe durch eine elektrostatische Haltevorrichtung zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils, insbesondere eines Halbleiterwafers, wie z.B. eines Siliziumwafers, gelöst, die einen plattenförmigen Grundkörper und eine Elektrodeneinrichtung umfasst. Der Grundkörper ist aus einer oder mehreren Platten zusammengesetzt und auf mindestens einer Platten-Oberfläche mit vorstehenden Noppen ausgestattet. Ebene Stirnflächen der Noppen sind in einer gemeinsamen Noppenauflage-Ebene angeordnet. Bei Betrieb der Haltevorrichtung liegt das zu halternde Bauteil auf den Stirnflächen der Noppen auf.
  • Die Elektrodeneinrichtung ist schichtförmig in Abständen zwischen den Noppen, d. h. auf dem Noppengrund, angeordnet. Die Elektrodeneinrichtung umfasst eine Kunststoff-Isolatorschicht am Noppengrund, eine Elektrodenschicht mit mindestens einer Elektrode und eine Dielektrikumsschicht. Die Isolatorschicht ist mit dem Grundkörper verbunden, und sie trägt die Elektrodenschicht. Der Kunststoff der Isolatorschicht ist ein (insbesondere thermisch und/oder strahlungsinduziert und/oder lösungsmittelinduziert) aushärtbarer Kunststoff, dessen Zustand als ein fließfähiger oder ein ausgehärteter Zustand einstellbar ist. Die Dielektrikumsschicht deckt die Elektrodenschicht auf der Isolatorschicht ab. Der senkrechte Abstand zwischen der Oberseite der Haltevorrichtung zwischen den Noppen, insbesondere zwischen der Oberseite (vom Grundkörper wegweisende Seite) der Dielektrikumsschicht, und der Noppenauflage-Ebene bildet den Spaltabstand der Haltevorrichtung, d.h. insbesondere den Abstand zwischen der obersten, freiliegenden Oberfläche der Dielektrikumsschicht (oder einer optional auf dieser vorgesehenen weiteren Schicht) und der zum Grundkörper weisenden Oberfläche des gehalterten Bauteils.
  • Gemäß der Erfindung ist die Dielektrikumsschicht aus einem anorganischen Dielektrikum gebildet. Die Verwendung eines anorganischen Dielektrikums hat mehrere Vorteile. Erstens sind die dielektrischen Eigenschaften von anorganischen Dielektrika, wie z.B. von Glas, gut bekannt. Es sind insbesondere Dielektrika, wie z.B. Alkaliionen-freie Gläser, verfügbar. Alkaliionen-freie Gläser ermöglichen vorteilhafterweise ein schnelles Schalten und Umladen der Haltevorrichtung unter Vermeidung von elektrischen Relaxationseffekten. Des Weiteren stellt die Dielektrikumsschicht eine Abdeckung der Kunststoff-Isolatorschicht dar, so dass der Kunststoff von chemischen und/oder physikalischen Einflüssen während des Betriebs der Haltevorrichtung geschützt wird. Nachteile, wie sie bei der Verwendung von Polymer-Kunststoffen z. B. gemäß US 2018/0047605 A1 auftreten, können vermieden werden.
  • Des Weiteren ist die Dielektrikumsschicht der Elektrodeneinrichtung mindestens teilweise in die Isolatorschicht eingebettet. Die Einbettung der Dielektrikumsschicht bedeutet, dass diese in Dickenrichtung zumindest teilweise in die Isolatorschicht ragt. Die Einbettung ermöglicht, dass der Spaltabstand der Haltevorrichtung unabhängig von der Dicke der Isolatorschicht gebildet wird. Die mindestens teilweise Einbettung der Dielektrikumsschicht in die Isolatorschicht ermöglicht eine Herstellung der Haltevorrichtung mit einem präzis eingestellten Spaltabstand.
  • Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung besitzt des Weiteren die folgenden Vorteile. Die insbesondere bei der Prozessierung von Halbleiterbauelementen erforderliche Homogenität des Klemmdrucks wird gegenüber herkömmlichen Techniken verbessert. Inhärente Beschränkungen z. B. der herkömmlichen Dünnschicht-Techniken in Bezug auf die erreichbare globale und lokale Schichtdickenhomogenität auf dem benötigten Werkstückdurchmesser und die zusätzliche Notwendigkeit zum Ausgleich vorhandener Unebenheiten des Grundkörpers relativ zur Ebene der Noppenflächen werden überwunden. Des Weiteren werden funktionelle Beschränkungen herkömmlicher Haltevorrichtungen hinsichtlich der chemischen und physikalischen Beständigkeit von Kunststoffen, z.B. gegenüber Reinigungsmedien, Luftfeuchtigkeit, EUV-Strahlung und lokaler mechanischer Last, überwunden und eine bessere Definition der dielektrischen Eigenschaften erzielt, welche die Klemmdruck-Dynamik definieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung ist die Dielektrikumsschicht aus einer formhaltigen, selbsttragenden Dielektrikumsscheibe gebildet. In Abhängigkeit vom angewendeten Herstellungsverfahren umfasst die Dielektrikumsschicht die Dielektrikumsscheibe oder eine durch Materialabtrag (Abdünnung) gebildete Lage der Dielektrikumsscheibe. Die Dielektrikumsschicht besitzt eine konstante Dicke, die vorzugsweise mindestens 60 % der Höhe der Noppen über dem Noppengrund beträgt. Beispielsweise ist die Dicke der Dielektrikumsscheibe im Bereich von 50 µm bis 200 µm gewählt. Vorteilhafterweise ermöglicht die Verwendung der formhaltigen Dielektrikumsscheibe deren Ausrichtung relativ zur Noppenauflage-Ebene und damit die präzise Einstellung des Spaltabstandes.
  • Die Dielektrikumsschicht weist Löcher auf, durch welche die Noppen des Grundkörpers ragen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann an den Löchern ein seitlicher Abstand zwischen der Dielektrikumsschicht und den Noppen gebildet sein. Vorteilhafterweise wird damit ein Raum zur Aufnahme von Kunststoff bei der Herstellung der Isolatorschicht, zur Aufnahme von Fertigungstoleranzen und zur lateralen Ausrichtung des Dielektrikums geschaffen.
  • Der Grundkörper der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung ist vorzugsweise so gebildet, dass der Noppengrund in den Abständen zwischen den Noppen eben geformt ist und insbesondere derart parallel zur Noppenauflage-Ebene verläuft, dass bei der Bildung der Isolatorschicht unerwünschte, ausgedehnte Hohlräume vermieden werden. Besonders bevorzugt hat der Noppengrund eine Struktur, welche die Haftung zwischen dem Grundkörper und der Isolatorschicht fördert. Hierzu weist der Grundkörper in den Abständen zwischen den Noppen eine Rauheit mit Unebenheiten auf, deren Höhe über dem mittleren Niveau des Noppengrundes deutlich geringer als die Dicke der Isolatorschicht ist. Vorzugsweise sind die Unebenheiten kleiner als 10 % der Dicke der Isolatorschicht. Bei einer Dicke der Dielektrikumsschicht von z. B. 40 µm haben Vorsprünge, die aus der Oberfläche herausragen, vorzugsweise eine Höhe über dem mittleren Niveau des Noppengrundes kleiner als 4 µm. Alternativ oder zusätzlich kann der Noppengrund haftungsfördernde Vertiefungen (z.B. Poren oder Spalte) im Grundkörper aufweisen. Die Vertiefungen können tiefer als die Dicke der Isolatorschicht in den Grundkörper reichen. Der Kunststoff kann bei der Herstellung der Haltevorrichtung in die Vertiefungen fließen und diese füllen, so dass durch die Vertiefungen die Vakuumstabilität des Grundkörpers nicht beeinträchtigt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Grundkörper, insbesondere seine mit den Noppen versehene Platte, Si-infiltriertes SiC (SiSiC). SiSiC ist eine Keramik, die aufgrund ihrer hohen Formhaltigkeit und Temperaturstabilität besondere Vorteile für die Anwendung in einer elektrostatischen Haltevorrichtung hat. Besonders bevorzugt kann der Grundkörper am Noppengrund eine Kohlenstoff-Anreicherung aufweisen. Vorteilhafterweise wird damit die Haftung zwischen dem Grundkörper und dem Kunststoff der Isolatorschicht verbessert. Die SiC-Anreicherung kann z. B. durch eine Si-Entfernung durch eine Laser-Bestrahlung erzielt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann auf den Noppen eine Deckschicht vorgesehen sein, welche die Stirnflächen der Noppen bedeckt und optional bis zu Randabschnitten der Isolatorschicht oder sogar bis zu Randabschnitten der Dielektrikumsschicht reichen kann. Die Deckschicht ist vorzugsweise aus DLC (Diamond-like Carbon) und/oder einer Nitrid-Verbindung gebildet. Vorteilhafterweise ermöglicht sie eine Verbesserung von Reibungs- und Abnutzungseigenschaften der Haltevorrichtung, eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Bauteilablage und der Ablagesicherheit von Bauteilen auf den Noppen, und/oder einen zusätzlichen Schutz des Kunststoffs der Isolatorschicht vor physikalischen und/oder chemischen Umwelteinflüssen, wie z.B. einer EUV-Bestrahlung bei der Anwendung der Haltevorrichtung oder Reinigungsmitteln.
  • Die Haltbarkeit und Stabilität der Elektrodeneinrichtung kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verbessert werden, wenn die Elektrodenschicht eine haftungsfördernde Oberfläche aufweist, über welche die Elektrodenschicht mit der Isolatorschicht verbunden ist. Die haftungsfördernde Oberfläche umfasst vorzugsweise eine Haftvermittlerschicht, z.B. aus SiO2 oder Si3N4. Alternativ oder zusätzlich kann die haftungsfördernde Oberfläche durch eine Vorbehandlung der Elektrodenschicht, wie z.B. die Einstellung einer vorbestimmten Rauheit, bereitgestellt werden. Die Haftvermittlerschicht zwischen dem Elektrodenmaterial und der Isolatorschicht erfüllt vorteilhafterweise neben einer verbesserten Haftung noch eine weitere Funktion. Da während des Betriebes der Haltevorrichtung zwischen der Elektrodenschicht und dem Grundkörper, z. B. einem SiSiC- Grundkörper, mehrere 1000 V Spannung anliegen, könnte eine Migration von Metallionen in die Kunststoff-Isolatorschicht erfolgen. Die Haftvermittlerschicht kann eine Diffusionsbarriere gegen diese Migration bilden.
  • Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrostatischen Haltevorrichtung gelöst, bei dem ein plattenförmiger Grundkörper mit einer Vielzahl von vorstehenden Noppen bereitgestellt wird, deren ebene Stirnflächen eine Noppenauflage-Ebene für ein zu haltendes Bauteil, insbesondere einen Halbleiterwafer, aufspannen, und eine Elektrodeneinrichtung in Abständen zwischen den Noppen schichtförmig mit einer Kunststoff-Isolatorschicht am Noppengrund, einer Elektrodenschicht und einer Dielektrikumsschicht hergestellt wird. Die Elektrodenschicht ist zwischen den Isolator- und Dielektrikumsschichten angeordnet. Die Elektrodeneinrichtung wird so hergestellt, dass zwischen der Noppenauflage-Ebene und der Oberseite der Dielektrikumsschicht ein vorbestimmter Spaltabstand eingestellt wird. Vorzugsweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Haltevorrichtung gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung hergestellt.
  • Gemäß der Erfindung umfasst die Herstellung der Elektrodeneinrichtung die folgenden Schritte. Zunächst wird eine Dielektrikumsscheibe aus einem anorganischen Dielektrikum bereitgestellt. Die Dielektrikumsscheibe weist Ausnehmungen mit einer Anordnung gemäß der Anordnung der Noppen und auf einer Seite die Elektrodenschicht auf. Vorteilhafterweise kann die Dielektrikumsscheibe als vorgefertigtes Bauteil bereitgestellt oder unmittelbar bei Herstellung der Haltevorrichtung hergestellt werden. Die Dielektrikumsscheibe besteht vorzugsweise aus einem mechanisch festen, formhaltigen, selbsttragenden Material. Als Dielektrikum wird vorzugsweise ein Material gewählt, das bei Anwendung der Haltevorrichtung, insbesondere bei der Prozessierung von Halbleiterwafern, chemisch und physikalisch inert ist. Die Elektrodenschicht umfasst eine oder mehrere Elektroden. Die Elektrodenschicht kann optional vorstrukturiert werden, so dass die Elektrodenschicht nicht bis zu den Ausnehmungen der Dielektrikumsscheibe reicht. Optional kann ein ringförmiger Oberflächenabschnitt um jede der Ausnehmungen frei von der Elektrodenschicht sein.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Schicht eines fließfähigen, aushärtbaren Kunststoffs auf die mit den Noppen versehene Oberfläche des Grundkörpers und/oder auf die mit der Elektrodenschicht versehene Seite der Dielektrikumsscheibe aufgetragen. Mit dem fließfähigen, aushärtbaren Kunststoff wird die Oberfläche des Grundkörpers und/oder der Dielektrikumsscheibe flächig bedeckt.
  • Anschließend wird gemäß der Erfindung die Dielektrikumsscheibe auf den Grundkörper so aufgelegt, dass die Noppen in die Ausnehmungen der Dielektrikumsscheibe ragen. Die Dielektrikumsscheibe wird so auf den Grundkörper aufgelegt, dass die Elektrodenschicht zu dem Grundkörper weist und die zum Grundkörper weisende, mit der Elektrodenschicht versehene Seite der Dielektrikumsscheibe relativ zu der Noppenauflage-Ebene ausgerichtet wird. Die Ausrichtung erfolgt vorzugsweise, wie unten mit weiteren Einzelheiten dargestellt wird, indem ein Referenzwerkzeug, mit dem die Dielektrikumsscheibe verbunden ist, unmittelbar auf die Noppen aufgesetzt wird oder indem abgesenkte Auflageabschnitte der Dielektrikumsscheibe selbst unmittelbar auf die Noppen aufgesetzt werden. Bei der Ausrichtung der zum Grundkörper weisenden, die Elektrodenschicht tragenden Seite der Dielektrikumsscheibe wird diese mindestens teilweise in den Kunststoff eingebettet. Bei der Auflage der Dielektrikumsscheibe wird der Kunststoff seitlich und/oder in verfügbaren Raum in der Umgebung der Noppen verdrängt, wobei zwischen der Dielektrikumsscheibe und dem Grundkörper eine geschlossene Kunststoffschicht gebildet wird.
  • Danach erfolgt eine Aushärtung des Kunststoffs zur Bildung der Kunststoff-Isolatorschicht der Elektrodeneinrichtung, z.B. durch eine Wärmebehandlung und/oder eine Strahlungsbehandlung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Ausrichtung der Dielektrikumsscheibe relativ zur Noppenauflage-Ebene die Einstellung des Spaltabstandes zuverlässig vereinfacht wird. Die Gestaltung der Ausnehmungen in der Dielektrikumsscheibe bietet mehrere Vorteile. Erstens können fertigungsbedingte Abweichungen zwischen der Anordnung der Noppen und der Anordnung der Ausnehmungen durch ausreichend große Ausnehmungen leicht toleriert werden. Zweitens ermöglichen die Ausnehmungen die Aufnahme überflüssigen Kunststoffs bei der Bildung der Isolatorschicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich vorteilhafterweise durch eine vereinfachte Prozesskette aus, die in deutlich geringeren Herstellungskosten und einer deutlich verkürzten Lieferzeit resultiert. Vorteilhafterweise können Grundkörper mit Noppen aus keramischem Material mit hoher Verschließfestigkeit bei geringem Fertigungs- und Wiederaufarbeitungsaufwand verwendet werden. Nacharbeitskosten durch eventuelle Fertigungsfehler werden erheblich verringert. Schließlich können durch die Verwendung der anorganischen Dielektrikumsschicht die vorteilhaften Eigenschaften anorganischer Dielektrika, insbesondere von Glas, z. B. beim schnellen Schalten von Haltekräften, ausgenutzt werden.
  • Vorteilhafterweise bietet das erfindungsgemäße Verfahren verschiedene Möglichkeiten der Ausrichtung der Dielektrikumsscheibe relativ zur Noppenauflage-Ebene. Gemäß einer ersten Variante erfolgt die Ausrichtung der Dielektrikumsscheibe unter Verwendung eines Referenzwerkzeugs (im Folgenden: erste Ausführungsform der Erfindung). Gemäß einer zweiten Variante ist die Dielektrikumsscheibe so geformt, dass sie selbst zur Ausrichtung relativ zu den Noppen des Grundkörpers verwendet werden kann (im Folgenden: zweite Ausführungsform der Erfindung).
  • Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Ausnehmungen der Dielektrikumsscheibe Löcher in der Scheibe. Die Löcher sind so angeordnet, dass die Dielektrikumsscheibe auf den Grundkörper aufgelegt werden kann, wobei die Noppen durch die Löcher ragen. Die Dielektrikumsscheibe wird mit einem Referenzwerkzeug (oder: Masterwerkzeug) verbunden, mit dem die Auflage der Dielektrikumsscheibe auf den Grundkörper und eine Ausrichtung relativ zu den Stirnflächen der Noppen erfolgen. Das Referenzwerkzeug weist eine ebene Referenzoberfläche auf, an der die Dielektrikumsscheibe befestigt ist. Des Weiteren weist das Referenzwerkzeug Auflageabschnitte auf, an denen die Referenzoberfläche abgesenkt ist. Die Auflageabschnitte haben die Form und Anordnung der Löcher in der Dielektrikumsscheibe. Die Auflageabschnitte sind ebene Abschnitte der Referenzoberfläche, die parallel zur übrigen Referenzoberfläche ausgerichtet sind und von dieser einen senkrechten Abstand aufweisen. Das Referenzwerkzeug hat eine Ebenheit der Referenzoberfläche und ein Tiefenmaß der abgesenkten Auflageabschnitte, welche die Genauigkeit der Einstellung des Spaltabstands der Haltevorrichtung bestimmen. Das Referenzwerkzeug ist aus einem Material mit einer Steifigkeit und Temperaturstabilität gebildet, wie sie beispielsweise durch Zerodur K20 (Produktbezeichnung) bereitgestellt wird. Zur späteren Abtrennung der Dielektrikumsscheibe von der Referenzoberfläche kann diese vorteilhafterweise mit einer haftungsmindernden Beschichtung ausgestattet sein.
  • Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Dielektrikumsscheibe mit der Referenzoberfläche verbunden und das Referenzwerkzeug auf den Grundkörper so aufgesetzt, dass die Noppen durch die Löcher in der Dielektrikumsscheibe ragen und die Auflageabschnitte des Referenzwerkzeugs berühren. Mit anderen Worten, die Auflageabschnitte des Referenzwerkzeugs liegen auf den Stirnflächen der Noppen auf. Damit wird vorteilhafterweise die zum Grundkörper weisende Seite der Dielektrikumsscheibe und insbesondere auch deren vom Grundkörper weg weisende Seite relativ zur Noppenauflage-Ebene ausgerichtet. Mit dem Referenzwerkzeug wird die Dielektrikumsscheibe in den noch nicht ausgehärteten Kunststoff zwischen der Oberfläche des Grundkörpers und der Dielektrikumsscheibe gepresst.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Dielektrikumsschicht durch die Dielektrikumsscheibe selbst gebildet. Der Spaltabstand wird durch das Tiefenmaß der Auflageabschnitte relativ zur Referenzoberfläche des Referenzwerkzeugs festgelegt. Vorteilhafterweise ist eine Nachbearbeitung der Dielektrikumsscheibe nicht erforderlich.
  • Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung bilden die Ausnehmungen der Dielektrikumsscheibe keine durchgehenden Löcher, sondern Vertiefungen in der mit der Elektrodenschicht versehenen Seite der Dielektrikumsscheibe. Die Vertiefungen weisen ebene Bodenflächen auf, die sich parallel zur Ausdehnung der Dielektrikumsscheibe erstrecken.
  • An den Bodenflächen können in die Vertiefung vorragende Vorsprünge (so genannte Gegen-Noppen) vorgesehen sein. Die Bereitstellung der Gegen-Noppen hat den Vorteil, dass zusätzliches Volumen für die Aufnahme von Kunststoff geschaffen wird. Die Gegen-Noppen können größer, gleich groß oder kleiner als die Noppen des Grundkörpers sein. Eine wesentliche Funktion der Gegen-Noppen besteht beim mechanischen Abdünnen des Dielektrikums darin, die Bohrungen an den Positionen der Noppen zu öffnen noch bevor das Dielektrikum auf die Noppenebene abgedünnt ist. Hierdurch ist es möglich Kratzer auf der Oberfläche des Dielektrikums, verursacht durch Materialaussprüngen beim Öffnen der Bohrungen, während der noch durchzuführenden Restbearbeitung d.h. bis zum Erreichen der Noppenebene wieder entfernen zu können. Gegen-Noppen können auch an den Auflageabschnitten des Referenzwerkzeugs bei der ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein.
  • Die Vertiefungen sind so konfiguriert, dass bei Auflage der Dielektrikumsscheibe auf den Grundkörper die Noppen in die Vertiefungen ragen und die Stirnflächen der Noppen die Bodenflächen bzw. die optional vorgesehenen Gegen-Noppen berühren. Die Dielektrikumsscheibe wird an den Bodenflächen oder den Gegen-Noppen von den Noppen abgestützt. Die auf den Grundkörper aufgelegte Dielektrikumsscheibe wird bei der zweiten Ausführungsform gegen den Grundkörper gepresst, so dass die Dielektrikumsscheibe in den Kunststoff eingebettet wird.
  • Nach Aushärtung des Kunststoffs und Bildung der Isolatorschicht wird die Dielektrikumsscheibe bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einem abtragenden Verfahren abgedünnt, um die Dielektrikumsschicht zu bilden. Die Dielektrikumsscheibe wird über ihre Fläche hinweg gleichmäßig abgetragen, bis die Noppen freiliegen und der Spaltabstand gebildet ist.
  • Vorzugsweise erfolgt die Abdünnung der Dielektrikumsscheibe mit einem zweistufigen Verfahren, wobei in einer ersten Phase, z.B. durch ein Schleif- und/oder Polierverfahren die Dielektrikumsscheibe abgetragen wird, bis die Stirnflächen der Noppen freiliegen. Da die Noppen aus einem Material, wie z.B. SiSiC, gebildet sind, welches härter als das Dielektrikum der Dielektrikumsscheibe ist, können die Noppen als Referenz für die Abdünnung der Dielektrikumsscheibe in der ersten Phase verwendet werden. Anschließend erfolgt in einer zweiten Phase die Anwendung eines Ätzverfahrens, um den Spaltabstand einzustellen. Die Erfinder haben festgestellt, dass die nachträgliche Abdünnung der Dielektrikumsscheibe vorteilhafterweise mit einer derartigen Homogenität möglich ist, dass der Spaltabstand über die gesamte Fläche des Grundkörpers hinweg konstant eingestellt werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung können nach der Bildung der Dielektrikumsschicht durch die Abdünnung der Dielektrikumsscheibe Randabschnitte der Isolatorschicht, die an die Noppen angrenzen und zwischen den Noppen und der Dielektrikumsschicht freiliegen, abgetragen werden, so dass zwischen der Noppenauflage-Ebene und der Oberfläche der Isolatorschicht in den Randabschnitten ein senkrechter Abstand gebildet wird.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Haltevorrichtung;
    • 2: eine schematische Illustration der Herstellung der Haltevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • 3: eine schematische Illustration der Herstellung der Haltevorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
    • 4: eine schematische Illustration der Bildung einer Deckschicht.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf Merkmale einer schematisch, nicht maßstäblich gezeigten elektrostatischen Haltevorrichtung für Siliziumwafer beschrieben. Die Umsetzung der Erfindung ist nicht auf diese Anwendung beschränkt. Andere Anwendungen der Haltevorrichtung sind denkbar, wie z.B. bei der Halterung von Glasplatten mit Metallbeschichtungen, oder von Belichtungsmasken, wobei für andere Anwendungsfälle die Gestalt der Grundkörper, insbesondere der Noppen, die Materialien und die Dimensionen der Elektrodeneinrichtung an die konkreten Anforderungen angepasst sind. Abweichend von der Illustration kann der Grundkörper eine einzige Platte umfassen oder mehrschichtig aus mehreren Teilplatten hergestellt sein. Des Weiteren ist der Grundkörper für praktische Anwendungen der Haltevorrichtung bei der Handhabung von Halbleiterwafern beidseitig mit Noppen und jeweils mit einer Elektrodeneinrichtung ausgestattet. Einzelheiten der konkreten Konfiguration der Elektroden entlang der Haltefläche der Haltevorrichtung werden nicht beschrieben, da diese an sich von herkömmlichen Haltevorrichtungen bekannt sind und in Abhängigkeit von der konkreten Aufgabe der Haltevorrichtung gewählt werden können. Schließlich zeigen die Figuren keine maßstäblichen Illustrationen von Haltevorrichtungen, sondern verdeutlichen insbesondere die Bereitstellung der Elektrodeneinrichtung in den Abständen zwischen den Noppen des Grundkörpers.
  • Die Struktur des Grundkörpers der Haltevorrichtung kann gewählt werden, wie es an sich von herkömmlichen Haltevorrichtungen bekannt ist. Die Haltevorrichtung kann z.B. als monopolare oder bipolare Haltevorrichtung konfiguriert sein. Einzelheiten zur Temperierung der Haltevorrichtung und der Anwendung von elektrischen Spannungen zur Erzeugung von elektrostatischen Haltekräften werden nicht beschrieben, da diese an sich von herkömmlichen Haltevorrichtungen bekannt sind.
  • 1 illustriert in schematischer Schnittansicht eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Haltevorrichtung 100, die für Anwendungen in der Halbleiterprozessierung konfiguriert ist. Die Haltevorrichtung 100 umfasst einen Grundkörper 10 und eine Elektrodeneinrichtung 20. Der Grundkörper 10 ist mit einer ersten Platte 10A und einer zweiten Platte 10B aufgebaut. Die zweite Platte 10B enthält Temperierungsmittelleitungen 16, und sie ist beispielsweise so konfiguriert, wie in US 9 673 079 B1 beschrieben ist. US 9 673 079 B1 wird in Bezug auf insbesondere den Aufbau des Grundkörpers und die Verbindung der Haltevorrichtung mit einer Spannungsquelle durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung eingeführt.
  • Die erste Platte 10A weist an ihrer Oberseite vorstehende obere Noppen 11 auf, deren ebenen Stirnflächen 12 eine Noppenauflagen-Ebene für einen Siliziumwafer 1 aufspannen. Die Noppen 11 haben beispielsweise die Form von Quadern, Zylindern, Pyramiden, Kegeln, Pyramidenstümpfen und/oder Kegelstümpfen, vorzugsweise mit einer Höhe im Bereich von 100 µm bis 300 µm, insbesondere 150 µm, einem Durchmesser im Bereich von 50 µm bis mehrere mm und einem gegenseitigen Abstand von einem bis mehrere mm. In einem praktischen Beispiel sind 40000 Noppen 11 vorgesehen. Der Noppengrund 13 zwischen den Noppen 11 ist aufgeraut (siehe 2A).
  • Die Elektrodeneinrichtung 20 umfasst einen Schichtaufbau mit einer unteren Kunststoff-Isolatorschicht 21, einer mittleren Elektrodenschicht 22 und einer oberen Dielektrikumsschicht 23, die teilweise in die Isolatorschicht 21 eingebettet angeordnet ist. Die Kunststoffschicht 21 ist aus einem aushärtbaren Kunststoff gebildet. Vorzugsweise ist ein Kunststoff vorgesehen, der durch die Bereitstellung von Lösemittel und/oder durch eine Temperatureinstellung und/oder durch eine Bestrahlung, z. B. IR-Bestrahlung, und/oder eine temperaturinduzierte Polymerisierung flüssig oder fließfähig oder pastös sein und durch Lösemittelentzug und/oder Tempern und/oder Bestrahlung z.B. UV-Licht in den festen Zustand überführt werden kann. Der Kunststoff ist elektrisch isolierend, so dass vorzugsweise kein oder nur ein vernachlässigbar geringer elektrischer Leckstrom von der Elektrodenschicht 22 zum Grundkörper 10 auftritt. Des Weiteren hat der Kunststoff vorzugsweise keinen oder einen für die Anwendung vernachlässigbaren Aushärteschrumpf und/oder keine oder eine vernachlässigbare Feuchtigkeitsaufnahme/abgabe. Ein bevorzugtes Beispiel eines Kunststoffs für die Isolatorschicht 21 ist Benzocyclobuten (BCB), der auch in US 2012/0274920 A1 erwähnt wird, oder vorpolymerisiertes BCB. Alternativ sind die Kunststoffe aus den Gruppen der Parylene, Polyimide oder Polyethylenterephthalate verwendbar, die in US 2009/0079525 A1 oder US 2013/0308116 A1 erwähnt sind. Die Dicke der Isolatorschicht 21 zwischen der Elektrodenschicht 22 und dem Noppengrund 13 beträgt z.B. 40 µm.
  • Die Elektrodenschicht umfasst mindestens eine Elektrode, die über eine Leiterbahn mit einer Spannungsquelle verbunden ist (nicht dargestellt). Die Elektrodenschicht 22 ist z.B. aus Polysilizium, Gold, Chrom oder Aluminium mit einer Dicke von z.B. 300 nm gebildet. Die Konfiguration der mindestens einen Elektrode erfolgt z.B. unter Verwendung eines örtlich selektiven Abscheidungsverfahrens (insbesondere Aufdampfen unter Verwendung von Masken) und/oder ein nachträgliches Ätzverfahren.
  • Die Dielektrikumsschicht 23 ist aus einem alkaliionenfreien Glas, wie z.B. Eagle XG-Glas (Produktbezeichnung), mit einer Dicke im Bereich von 50 µm bis 200 µm, insbesondere 110 µm gebildet.
  • Die Gesamtdicke der Elektrodeneinrichtung 20 ist so gewählt, dass zwischen der Oberseite der Dielektrikumsschicht 23 und der Noppenauflage-Ebene ein Spaltabstand A zum Beispiel im Bereich von 5 µm bis 20 µm gebildet wird. Der Spaltabstand A ist über die gesamte Fläche der Haltevorrichtung 100 konstant. Die Einstellung des Spaltabstands A erfolgt durch die teilweise Einbettung der Dielektrikumsschicht 23 in die Isolatorschicht 21 mit einem der in den 2 und 3 illustrierten Verfahren.
  • Bei der in 2 schematisch, an einer einzelnen Noppe illustrierten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Einstellung des Spaltabstandes A ein Referenzwerkzeug 200 verwendet. Das Referenzwerkzeug 200 ist in 2 nur teilweise dargestellt. Es umfasst einen Referenzkörper (Stempel) 201, auf dessen Unterseite eine ebene Referenzoberfläche 202 mit abgesenkten ebenen Auflageabschnitten 203 vorgesehen ist (siehe insbesondere 2B). Die Auflageabschnitte 203 sind parallel zur Referenzoberfläche 202 angeordnet. Die Tiefe T1 der Auflageabschnitte 203 relativ zur Referenzoberfläche 202 ist in Abhängigkeit von der Geometrie des Grundkörpers 10, insbesondere der Noppen 11, der gewünschten Dicke der Elektrodeneinrichtung 20 und dem gewünschten Spaltabstand A gewählt. Die Tiefe T1 beträgt z.B. 5 µm bis 20 µm. Die Auflageabschnitte 203 weisen eine geometrische Anordnung entsprechend der geometrischen Anordnung der Noppen 11 des Grundkörpers auf. Der Durchmesser der vorzugsweise kreisrunden Absenkungen, an denen die Auflageabschnitte 203 gebildet sind, ist vorzugsweise größer als der größte Durchmesser der Noppen 11 gewählt und beträgt z.B. 100 µm bis mehrere mm. Abweichend von der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform können die Auflageabschnitte 203 vorzugsweise mittig mit vorragenden Vorsprüngen (so genannte Gegen-Noppen) versehen sein, wie sie unten unter Bezug auf 3A beschrieben werden. Weitere Komponenten des Referenzwerkzeugs 200, die in 2 nicht dargestellt sind, umfassen eine Auflageplattform für den Grundkörper und eine Halterung des Referenzkörpers 201 mit einem Translationsmechanismus zur Verschiebung des Referenzkörpers 201 senkrecht zur Ausdehnung der Referenzoberfläche 202 hin zum Grundkörper auf der Auflageplattform und optional auch zur lateralen Justage. Das Referenzwerkzeug 200 kann für einen Betrieb unter Normalbedingungen (Raumtemperatur/Atmosphärendruck) oder in einem Ofen, insbesondere unter Vakuum, ausgelegt sein.
  • Zur Herstellung der Haltevorrichtung 100 werden zunächst der Grundkörper und eine Dielektrikumsscheibe 24 voneinander getrennt hergestellt bzw. bereitgestellt. Die Herstellung des Grundkörpers erfolgt entsprechend US2016/0354864 , insbesondere mit der Bereitstellung einer Keramik-Platte 10A (siehe 1) mit den vorstehenden Noppen 11. Am Noppengrund 13 ist der Grundkörper aufgeraut und/oder mit einer SiC-Anreicherung versehen, wodurch vorteilhafterweise die Haftung der Isolatorschicht 21 begünstigt wird. Die Noppen 11 weisen ebene Stirnflächen 12 auf, welche die Noppenauflage-Ebene aufspannen. Die Noppenauflage-Ebene erstreckt sich parallel zum Noppengrund zwischen den Noppen. Vorteilhafterweise ist der senkrechte Abstand zwischen der Noppenauflage-Ebene und dem Noppengrund mit hoher Genauigkeit (besser als 1 bis 2 µm) einstellbar. Die Stirnflächen 12 können eine Oberflächenrauigkeit aufweisen.
  • Die Dielektrikumsscheibe 24 ist eine formhaltige, selbsttragende Scheibe aus Glas, z. B. vom Typ Eagle XG oder Schott AF32 (Produktbezeichnungen) mit einer konstanten Dicke von z. B. 110 µm. Auf einer Seite trägt die Dielektrikumsscheibe 24 die Elektrodenschicht 22, die mit einer Haftvermittlerschicht 29 bedeckt sein kann. Die Elektrodenschicht 22 umfasst z. B. Cr oder AI, insbesondere mit einer Dicke im Bereich von 100 nm bis 500 nm. Die Haftvermittlerschicht 29 umfasst z.B. SiO2 oder Si3N4, insbesondere mit einer Dicke im Bereich von 10 nm bis 1 µm. Die Dielektrikumsscheibe 24 weist Ausnehmungen 25 in Gestalt von durchgehenden Löchern auf. Die Anordnung der Ausnehmungen 25 ist gleich der Anordnung der Noppen 11. Der Durchmesser der Ausnehmungen 25 ist größer als der größte Durchmesser der Noppen 11, z.B. im Bereich von 100 µm bis mehrere mm, gewählt. Die Innenflächen der Ausnehmungen 25 können, wie in 2 dargestellt, zur Anpassung an die Außenform der Noppen 11 angeschrägt oder alternativ senkrecht zur Ausdehnung der Dielektrikumsscheibe 24 ausgerichtet sein.
  • Zur Herstellung der Haltevorrichtung 100 wird die Dielektrikumsscheibe 24 mit der Referenzoberfläche 202 verbunden. Dabei sind die Ausnehmungen 25 der Dielektrikumsscheibe 24 mit den Auflageabschnitten 203 ausgerichtet. Die Verbindung der Dielektrikumsscheibe 24 mit der Referenzoberfläche 202 erfolgt unter Verwendung von Unterdruck oder von elektrostatischen Haltekräften des Referenzwerkzeugs 200 oder durch Ansprengen. Zur vereinfachten Ablösung des Referenzwerkzeugs 200 von der Haltevorrichtung 100 kann auf der Referenzoberfläche 202 eine Antihaftbeschichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
  • In einem Vorbereitungsschritt wird zur Verbindung der Dielektrikumsscheibe 24 mit dem Grundkörper 10 die Oberfläche des Grundkörpers 10 mit den Noppen 11 und/oder die untere Oberfläche der Dielektrikumsscheibe 24 am Referenzwerkzeug 200, optional einschließlich der Auflageabschnitte 203, mit dem Kunststoff, z. B. BCB oder einem der in US 2009/0079525 A1 oder US 2013/0308116 A1 erwähnten Kunststoffe, beschichtet. Der Kunststoff ist zunächst in einem flüssigen Zustand, der z.B. mit einem Lösemittel eingestellt ist. Nach der Beschichtung mit dem flüssigen Kunststoff wird das Lösemittel durch eine Erwärmung des Grundkörpers 10A und/oder des Referenzwerkzeugs 200 mit der Dielektrikumsscheibe 24, z.B. in einem Ofen, so entfernt, dass die verbleibende Kunststoffschicht fest, aber noch duktil ist. In diesem Zustand können beide Fügepartner relativ zueinander ausgerichtet und aufeinandergelegt werden.
  • Anschließend wird der Verbund aus dem Grundkörper 10 und dem Referenzwerkzeug 200 mit der Dielektrikumsscheibe 24 einem Unterdruck, z.B. in einem Vakuumofen, ausgesetzt. Lufteinschlüsse im Verbund werden durch die Wirkung des Unterdrucks entfernt.
  • Danach wird unter Beibehaltung des Unterdrucks die Temperatur so erhöht, dass der Kunststoff flüssig wird. Beispielsweise wird der Kunststoff BCB bei einer Temperatur von ca. 150°C flüssig ähnlich wie Wasser. Mit einem Gewicht oder dem Translationsmechanismus des Referenzwerkzeugs 200 werden die Fügepartner miteinander verpresst (2A), wobei die Auflageabschnitte 203 unmittelbar auf den Stirnflächen 12 der Noppen 11 aufliegen. Die Dielektrikumsscheibe 24 wird in die Kunststoffschicht gedrückt, wobei der Kunststoff in Seitenrichtungen und in die Ausnehmung 25 verdrängt wird. Da das Referenzwerkzeug 200 auf den Stirnflächen 12 der Noppen 11 angeordnet und die Dielektrikumsscheibe 24 mit der Referenzoberfläche 202 fest verbunden ist, wird der Spaltabstand A mit hoher Genauigkeit und Konstanz über die gesamte Fläche der Haltevorrichtung eingestellt.
  • Nach dem Verpressen der Fügepartner wird die Temperatur beibehalten oder erhöht, so dass der Kunststoff aushärtet und die Isolatorschicht 21 gebildet wird. Beispielsweise kann bei einer Temperatur im Bereich von 250 °C bis 300 °C eine Polymerisation ausgelöst werden. Eventuell überschüssige Reste des Kunststoffs im Abstand zwischen den Noppen 11 und der Dielektrikumsscheibe 24 können nachträglich, z.B. durch Ätzen, entfernt werden.
  • Im Ergebnis bildet die Dielektrikumsscheibe 24 die fertige Dielektrikumsschicht 23 der Elektrodeneinrichtung 20. Anschließend kann eine Nachbearbeitung der Oberfläche der Haltevorrichtung, z.B. die Aufbringung einer Deckschicht 15 auf den Noppen 11 (siehe 4) vorgesehen sein.
  • Bei der in 3 schematisch, an einer einzelnen Noppe gezeigten zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Ausrichtung der Dielektrikumsschicht 23 relativ zur Noppenauflage-Ebene mit der Einstellung des Spaltabstands A ohne ein Referenzwerkzeug. In diesem Fall bildet eine strukturierte Dielektrikumsscheibe 24 eine Referenz, wie im Folgenden beschrieben wird.
  • Zunächst werden der Grundkörper, insbesondere die Platte 10A (siehe 1) mit den Noppen 11 und die Dielektrikumsscheibe 24 mit der Elektrodenschicht 22 und der Haftvermittlerschicht 29 als separate Bauteile bereitgestellt. Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Dielektrikumsscheibe 24 verwendet, deren Ausnehmungen 26 Vertiefungen auf der mit der Elektrodenschicht 22 versehenen Seite der Dielektrikumsscheibe 24 umfassen. Bodenflächen 27 der Vertiefungen weisen vorzugsweise Vorsprünge 28 jeweils mit einer ebenen Stirnfläche („Gegen-Noppen“) auf. Die Anordnung der Ausnehmungen 26 ist gleich der Anordnung der Noppen 11 des Grundkörpers 10. Die Durchmesser der Ausnehmungen 26 sind größer als der größte Durchmesser der Noppen 11 und z.B. im Bereich von 100 µm bis mehrere mm gewählt. Die Größe der Stirnflächen der Vorsprünge 28 kann (wie dargestellt) kleiner als die Stirnfläche 12 der Noppen 11 sein. Vorteilhafterweise wird in diesem Fall die Kontaktfläche zwischen den Noppen und der Dielektrikumsscheibe minimiert. Alternativ können beide Stirnflächen die gleiche Größe haben, oder die Stirnfläche 12 kann kleiner als die Stirnfläche des Vorsprungs 28 sein.
  • Die Stirnflächen der Vorsprünge 28 verlaufen parallel zur Ausdehnung der Dielektrikumsscheibe 24, insbesondere parallel zu der mit der Elektrodenschicht 22 versehenen Oberfläche. Das Tiefenmaß T2, d.h. der senkrechte Abstand der Stirnflächen der Vorsprünge 28 von der Oberfläche der Dielektrikumsscheibe 24 wird in Abhängigkeit von der Höhe der Noppen 11 gewählt. Das Tiefenmaß T2 wird insbesondere so gewählt, dass, wenn die Vorsprünge 28 auf den Noppen 11 aufliegen, zwischen der Elektrodenschicht 22 und dem Noppengrund 15 ein Abstand zur Bildung der Isolatorschicht 21 bleibt. Die Herstellung der strukturierten Dielektrikumsscheibe 24 erfolgt z. B. mittels Laserablation, wobei die das Tiefenmaß T2 vorteilhafterweise mit einer Genauigkeit besser als 1 µm einstellbar ist.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung wird in einem Vorbereitungsschritt eine Schicht flüssigen Kunststoffs auf die Oberfläche der Platte 10A des Grundkörpers mit den Noppen 11 und/oder auf die strukturierte Oberfläche der Dielektrikumsscheibe 24 aufgebracht. Der Kunststoff ist beispielsweise wie bei der ersten Ausführungsform das Polymer BCB in einem flüssigen Zustand, der z.B. mit einem Lösemittel eingestellt ist. Nach der Beschichtung wird das Lösemittel durch Erwärmung der Platte 10 A des Grundkörpers und/oder der Dielektrikumsscheibe 24, z.B. in einem Ofen, so entfernt, dass die verbleibende Kunststoffschicht fest, aber noch duktil ist. In diesem Zustand können beide Fügepartner relativ zueinander ausgerichtet und aufeinander gelegt werden.
  • Anschließend wird der Verbund aus dem Grundkörper 10A und der Dielektrikumsscheibe 24 einem Unterdruck, z.B. in einem Vakuumofen, ausgesetzt. Lufteinschlüsse im Verbund werden durch die Wirkung des Unterdrucks entfernt.
  • Danach wird unter Beibehaltung des Unterdrucks die Temperatur so erhöht, dass der Kunststoff flüssig wird. Beispielsweise wird der Kunststoff BCB bei einer Temperatur von ca. 150°C flüssig ähnlich wie Wasser. Wenn der Kunststoff geschmolzen ist, ruht die Dielektrikumsscheibe 24 schwimmend auf der den Noppen 11. Zur korrekten Ausrichtung der Dielektrikumsscheibe 24 in lateraler Richtung, d. h. parallel zur Noppenauflage-Ebene, können seitliche mechanische Anschläge am Rand des Grundkörpers (nicht dargestellt) und/oder eine Stelleinrichtung zur Positionierung der Dielektrikumsscheibe 24 in lateraler Richtung, z. B. mit einem Regelkreis unter Verwendung einer optischen Messeinrichtung, vorgesehen sein. Mit einem Gewicht oder dem Translationsmechanismus werden die Fügepartner miteinander verpresst (3A), wobei die Vorsprünge 28 unmittelbar auf den Stirnflächen 12 der Noppen 11 aufliegen, so dass die Ebene der Elektrodenschicht präzise zur Ebene der Noppenstirnfläche ausgerichtet wird. Die Dielektrikumsscheibe 24 wird in die Kunststoffschicht gedrückt, wobei der Kunststoff in Seitenrichtungen und in die Ausnehmung 26 verdrängt wird. Nach dem Verpressen der Fügepartner wird die Temperatur erhöht, so dass der Kunststoff aushärtet und die Isolatorschicht 21 gebildet wird.
  • Anschließend erfolgen die in den 3B bis 3D schematisch illustrierten Nachbearbeitungsschritte zur Einstellung des Spaltabstands A. Zuerst erfolgt ein Abtragen der Dielektrikumsscheibe 24, bis die Stirnflächen 12 der Noppen 11 freiliegen (3B). Dieses Abtragen erfolgt vorzugsweise durch ein abrasives Verfahren, wie Schleifen und/oder Polieren. Da das Material der Dielektrikumsscheibe 24 weicher als das Material der Noppen 11 ist, können die Noppen 11 unmittelbar als Referenz beim Abtragen der Dielektrikumsscheibe 24 verwendet werden. Die Dielektrikumsscheibe 24 wird gleichmäßig abgedünnt, bis die Stirnflächen 12 der Noppen 11 freiliegen (3B).
  • Danach erfolgt ein selektives Ätzen des Materials der Dielektrikumsscheibe 24 zur Fertigstellung der Dielektrikumsschicht 23 mit der Einstellung des Spaltabstandes A (3C). Das Ätzen erfolgt z.B. durch nasschemisches Ätzen mit HF. Dabei ist der Spaltabstand A vorteilhafterweise mit einer Genauigkeit unterhalb 200 nm einstellbar. Das Ätzen wirkt nicht auf den vorragenden Kunststoff der Dielektrikumsschicht 23, so dass die Noppe 11 seitlich im Kunststoff eingebettet ist.
  • Schließlich kann optional ein Abtragen des verbleibenden Kunststoffs bis zum Niveau der Oberseite der Dielektrikumsschicht 23 (3D) erfolgen. Das Abtragen erfolgt z. B. mittels mechanisch wirkender Verfahren, chemischer Verfahren oder Laserablation. Alternativ kann der Kunststoff in den Abständen zwischen den Noppen 11 und der Dielektrikumsschicht 23 weiter abgetragen werden (siehe 2B).
  • Die Herstellung einer beidseitig mit Noppen und jeweils einer Elektrodeneinrichtung ausgestatteten Haltevorrichtung kann derart erfolgen, dass zunächst Platten (z.B. 10A, siehe 1) mit der Elektrodeneinrichtung 20 ausgestattet und anschließend zum Grundkörper 10 verbunden werden.
  • Alternativ wäre es ebenfalls möglich, Platte 10A und 10B miteinander zu fügen, beide Seiten mit Noppen zu strukturieren und anschließend nacheinander oder simultan die Elektrodeneinrichtung 20 auf die jeweilige Seite aufzukleben.
  • 4 zeigt schematisch die optional vorgesehene Bereitstellung einer Deckschicht 15 auf den Stirnflächen 12 der Noppen 11. Die Deckschicht 15 besteht z.B. aus DLC mit einer Dicke von 1 µm. Vorzugsweise erstreckt sich die Deckschicht 15 nicht nur auf den Stirnflächen 12, sondern auch über die angrenzenden Randabschnitte 21A des Kunststoffs der Isolatorschicht 21 bis hin zur Dielektrikumsschicht 23. Vorteilhafterweise liefert die Abdeckung des Kunststoffs einen zusätzlichen Schutz der Isolatorschicht 21.
  • Die Haltevorrichtung kann gemäß einer weiteren Variante der Erfindung so modifiziert sein, dass auf der Dielektrikumsschicht 23 mindestens eine weitere funktionelle Schicht vorgesehen ist, die z. B. eine Schutzfunktion erfüllt. In diesem Fall wird die oberste, freiliegende Oberfläche der weiteren Schicht als die Oberseite der Dielektrikumsschicht betrachtet, die den Spaltabstand der Haltevorrichtung bestimmt.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Subkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (15)

  1. Haltevorrichtung (100), die zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils (1), insbesondere eines Siliziumwafers, eingerichtet ist, umfassend: - einen plattenförmigen Grundkörper (10) mit einer Vielzahl von vorstehenden Noppen (11), deren Stirnflächen (12) eine Noppenauflage-Ebene für das Bauteil (1) aufspannen, und - eine Elektrodeneinrichtung (20), die schichtförmig in Abständen zwischen den Noppen (11) angeordnet ist und eine Kunststoff-Isolatorschicht (21), die mit dem Grundkörper (10) verbunden ist, eine Elektrodenschicht (22) und eine Dielektrikumsschicht (23) aufweist, wobei die Elektrodenschicht (22) zwischen der Isolatorschicht (21) und der Dielektrikumsschicht (23) angeordnet ist, wobei - zwischen der Noppenauflage-Ebene und einer Oberseite der Dielektrikumsschicht (23) ein vorbestimmter Spaltabstand (A) eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Dielektrikumsschicht (23) ein anorganisches Dielektrikum umfasst und mindestens teilweise in die Isolatorschicht (21) eingebettet ist.
  2. Haltevorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der - die Dielektrikumsschicht (23) aus einer formhaltigen Dielektrikumsscheibe (24) gebildet ist.
  3. Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Noppen (11) durch Löcher in der Dielektrikumsschicht (23) ragen, wobei ein seitlicher Abstand zwischen der Dielektrikumsschicht (23) und den Noppen (11) gebildet ist.
  4. Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - der Grundkörper (10) in Abständen zwischen den Noppen (11) eine Rauheit aufweist, die durch vorstehende Unebenheiten mit einer Höhe geringer als die Dicke der Isolatorschicht (21) und/oder durch haftungsfördernde Vertiefungen im Grundkörper (10) bestimmt wird.
  5. Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - der Grundkörper (10) Si-infiltriertes SiC umfasst und an seiner Oberseite in den Abständen zwischen den Noppen (11) eine Kohlenstoff-Anreicherung aufweist.
  6. Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend - eine Deckschicht (15), die auf den Noppen (11) und auf Randabschnitten (21A) der Isolatorschicht (21) angeordnet ist, die an die Noppen (11) angrenzen.
  7. Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Elektrodenschicht (22) über eine haftungsfördernde Oberfläche, insbesondere eine Haftvermittlerschicht (29), mit der Isolatorschicht (21) verbunden ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung (100), die zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils (1), insbesondere eines Siliziumwafers, eingerichtet ist, umfassend die Schritte: - Bereitstellung eines plattenförmigen Grundkörpers (10) mit einer Vielzahl von vorstehenden Noppen (11), deren Stirnflächen (12) eine Noppenauflage-Ebene für das Bauteil (1) aufspannen, und - Herstellung einer Elektrodeneinrichtung (20) in Abständen zwischen den Noppen (11), wobei eine Kunststoff-Isolatorschicht (21), die mit dem Grundkörper (10) verbunden ist, eine Elektrodenschicht (22) und eine Dielektrikumsschicht (23) gebildet werden, wobei die Elektrodenschicht (22) zwischen der Isolatorschicht (21) und der Dielektrikumsschicht (23) angeordnet wird, wobei - zwischen der Noppenauflage-Ebene und einer Oberseite der Dielektrikumsschicht (23) ein vorbestimmter Spaltabstand (A) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der Elektrodeneinrichtung (20) die Schritte umfasst - Bereitstellung einer Dielektrikumsscheibe (24) aus einem anorganischen Dielektrikum, wobei die Dielektrikumsscheibe (24) Ausnehmungen (25, 26), die zur Aufnahme der Noppen (11) angeordnet sind, und auf einer Seite die Elektrodenschicht (22) aufweist, - Beschichtung des Grundkörpers (10) mit den Noppen (11) und/oder der mit der Elektrodenschicht (22) versehenen Seite der Dielektrikumsscheibe (24) mit einem fließfähigen, aushärtbaren Kunststoff, - Auflage der Dielektrikumsscheibe (24) auf den Grundkörper (10), wobei die Noppen (11) in die Ausnehmungen (25, 26) der Dielektrikumsscheibe (24) ragen, die mit der Elektrodenschicht (22) versehene Seite der Dielektrikumsscheibe (24) relativ zu der Noppenauflage-Ebene ausgerichtet wird und die Dielektrikumsscheibe (23) mindestens teilweise in den Kunststoff eingebettet wird, und - Bildung der Kunststoff-Isolatorschicht (21) durch eine Aushärtung des Kunststoffs. 2
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei - die Ausnehmungen (25) durchgehende Löcher in der Dielektrikumsscheibe (24) umfassen, und - die Auflage der Dielektrikumsscheibe (24) auf den Grundkörper (10) mit einem Referenzwerkzeug (200) mit einer zum Grundkörper (10) weisenden Referenzoberfläche (202) mit abgesenkten Auflageabschnitten (203) erfolgt, wobei - die Dielektrikumsscheibe (24) relativ zu der Noppenauflage-Ebene ausgerichtet wird, indem die Dielektrikumsscheibe (24) mit der Referenzoberfläche (201) verbunden und das Referenzwerkzeug (200) auf den Grundkörper aufgesetzt wird, so dass die Auflageabschnitte (203) an den Löchern (25) der Dielektrikumsscheibe (24) auf den Noppen (11) aufliegen.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei - die Dielektrikumsscheibe (24) die Dielektrikumsschicht (23) bildet.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei - die Ausnehmungen (26) Vertiefungen in der mit der Elektrodenschicht (22) versehenen Seite der Dielektrikumsscheibe (24) umfassen, wobei die Vertiefungen (26) Bodenflächen (27) aufweisen, die sich parallel zur Ausdehnung der Dielektrikumsscheibe (24) erstrecken, wobei - die Dielektrikumsscheibe (24) relativ zu der Noppenauflage-Ebene ausgerichtet wird, indem die Dielektrikumsscheibe (24) mit den Bodenflächen (27) auf die Noppen (11) aufgelegt wird, und - nach der Aushärtung des Kunststoffs die Dielektrikumsschicht (23) gebildet wird, indem die Dielektrikumsscheibe (24) abgetragen wird, bis die Noppen (11) freiliegen und der Spaltabstand (A) gebildet ist.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei - die Bodenflächen (27) Vorsprünge (28) mit ebenen Stirnflächen aufweisen, die sich parallel zur Ausdehnung der Dielektrikumsscheibe (24) erstrecken, wobei - die Dielektrikumsscheibe (24) relativ zu der Noppenauflage-Ebene ausgerichtet wird, indem die Dielektrikumsscheibe (24) mit den Vorsprüngen (28) der Bodenflächen (27) auf die Noppen (11) aufgelegt wird.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei - die Dielektrikumsscheibe (24) zuerst mit einem abtragenden Verfahren mit den Noppen (11) als Referenz abgetragen wird, bis die Noppen (11) freiliegen, und anschließend mit einem Ätzverfahren abgetragen wird, um den Spaltabstand (A) einzustellen. 3
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei - Randabschnitte (21A) der Isolatorschicht (21), die an die Noppen (11) angrenzen, abgetragen werden, so dass ein Abstand zwischen Noppenauflage-Ebene und der Oberfläche der Randabschnitte (21A) der Isolatorschicht (21) gebildet wird.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, mit mindestens einem der Schritte - Bildung des Grundkörpers (10) in den Abständen zwischen den Noppen (11) mit einer Rauheit, die durch vorstehende Unebenheiten mit einer Höhe geringer als die Dicke der Isolatorschicht (21) und/oder durch haftungsfördernde Vertiefungen im Grundkörper (10) bestimmt wird, - Herstellung des Grundkörpers (10) aus Si-infiltriertem SiC und Kohlenstoff-Anreicherung in den Abständen zwischen den Noppen (11), und - Bildung einer Deckschicht (15), die auf den Noppen (11) angeordnet ist.
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