DE102019108855B4

DE102019108855B4 - Elektrostatische Haltevorrichtung mit einer Schichtverbund-Elektrodeneinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102019108855B4
Application number: DE102019108855.0A
Authority: DE
Inventors: Lars Ziegenhagen; Simon HALM
Original assignee: Berliner Glas KGaA Herbert Kubatz GmbH and Co
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2039-04-05
Also published as: JP2020188253A; JP7312720B2; US20200321233A1; US11508601B2; DE102019108855A1

Abstract

Eine Haltevorrichtung 100 zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils 1, insbesondere eines Halbleiterwafers, umfasst einen Grundkörper 10 mit mindestens einer Grundkörperplatte 10A, eine Vielzahl von vorstehenden Noppen 11, die an einer Oberseite der Grundkörperplatte 10A angeordnet sind und deren Stirnflächen 12 eine Noppenauflage-Ebene zur Auflage des Bauteils 1 aufspannen, und eine Elektrodeneinrichtung 20, die schichtförmig in Abständen zwischen den Noppen 11 angeordnet ist und eine Isolatorschicht 21, die mit der Grundkörperplatte 10A verbunden ist, eine Elektrodenschicht 22 und eine Dielektrikumsschicht 23 aus einem anorganischen Dielektrikum 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, die Elektrodeneinrichtung 20 eine Vielzahl von Ausnehmungen 24 aufweist und an der Oberseite der Grundkörperplatte 10A zwischen den Noppen 11 so angeordnet ist, dass die Noppen 11 durch die Ausnehmungen 24 ragen, die Isolatorschicht 21 ein anorganisches Dielektrikum umfasst und mittels eines Klebstoffs 13 zwischen den Noppen 11 mit der Oberseite des Grundkörpers 10 verbunden ist, und die Elektrodeneinrichtung 20 in den Klebstoff 13 eingebettet ist und in den Ausnehmungen 24 ein Abstand zwischen den Noppen 11 und der Elektrodeneinrichtung 20 mit dem Klebstoff 13 gefüllt ist. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung 100 beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zur elektrostatischen Halterung eines Bauteiles, insbesondere eines Halbleiterwafers. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der Haltevorrichtung. Anwendungen der Erfindung sind bei der Bereitstellung von Geräten oder Werkzeugen zur Halterung von Bauteilen mit elektrostatischen Kräften, insbesondere 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 oder mehrere Elektroden, mit denen durch Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung der elektrostatische Klemmdruck erzeugt 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 ε_r,d und den freien, mit einem Gas der Permittivität ε_r,g gefüllten Spaltabstand zwischen der Noppenauflage-Ebene und der Oberseite der Haltevorrichtung zwischen den Noppen. Da das Verhältnis ε_r,d / ε_r,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 können zwei Varianten von elektrostatischen Clamps unterschieden werden. Bei einer ersten Variante werden Isolator, Elektrode und Dielektrikum als 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. Wenn die Noppen aus einem weichen Dielektrikumsmaterial, wie z. B. Glas, bestehen, weisen sie eine geringere Verschleißfestigkeit auf als z. B. Keramik-Noppen. In diesem Fall sind zusätzliche Verschleißschutzschichten erforderlich, die den Fertigungsaufwand erhöhen, und sie erfordern eine Erneuerung in regelmäßigen Zyklen.
Bei der zweiten Variante, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind die Noppen einstückig als Teil des Grundkörpers gebildet, und es wird die Isolatorschicht zusammen mit den Elektroden und dem Dielektrikum als Schichtverbund zwischen den Noppen angeordnet. Wählt man für den Grundkörper ein Material, das deutlich härter als Glas ist, wie z. B. SiSiC, wird die mechanische Festigkeit der Noppen und damit der Auflagefläche wesentlich verbessert. Der komplexe Multischichtaufbau der Elektrodeneinrichtung ist jedoch bisher mit einer langen, nahezu vollseriellen Prozesskette mit hohen Kosten, beschränkter Ausbeute, einem hohen Aufwand und hohen Kosten durch Nacharbeiten in der Fertigung und mit langen Lieferzeiten verbunden.
In US 2015 / 0 348 816 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 / 0 348 816 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 Klebstoffpolymers können zu einer Lageänderung der Noppen in z-Richtung führen und somit die Ebenheit auf der Clamp-Auflagefläche nachteilig verändern. Weiterhin wird in US 2015 / 0 348 816 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 gemäß der o. g. zweiten Variante elektrostatischer Clamps, bei der also die Elektrodeneinrichtung nicht in den Grundkörper integriert, sondern auf dessen Oberfläche zwischen den Noppen (Noppengrund) angeordnet ist, ist beispielsweise in US 2009 / 0 079 525 A1 und in US 2013 / 0 308 116 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 B2 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 / 0 274 920 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 SiO_xbasierte Isolatorschicht, die Elektrodenschicht und eine Polymer- oder SiO_x-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 / 0 047 605 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 ergibt sich jedoch aus der Vielzahl der aufeinanderfolgend auszuführenden Arbeitsschritte bei der Herstellung der Haltevorrichtung. 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.
In der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 116 463 A1 wird ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung gemäß der obigen zweiten Variante beschrieben. Dabei wird eine Elektrodeneinrichtung hergestellt, indem eine Dielektrikumsscheibe, die eine Elektrodenschicht trägt, auf die Oberseite des Grundkörpers geklebt und anschließend für die Einstellung der Dicke der fertigen Dielektrikumsschicht und des Spaltabstands zwischen der Noppenauflage-Ebene und der Oberseite der Dielektrikumsschicht abgedünnt wird. Dieses Verfahren ermöglicht zwar vorteilhafterweise die Einstellung eines gewünschten Spaltabstands. Da der Klebstoff die Isolatorschicht zwischen der Elektrodenschicht und dem Grundkörper bildet, können jedoch Nachteile hinsichtlich der Zuverlässigkeit der elektrischen Isolation auftreten. Beispielsweise können Inhomogenitäten im Klebstoff, wie z. B. Partikel, die Durchschlagfestigkeit der Isolatorschicht beeinträchtigen.
Die WO 2011 / 053 145 A1 beschreibt Herstellungsverfahren für elektrostatische Haltevorrichtungen, die eine vergrabene Elektrodenstruktur sowie eine noppenartige Oberflächenstruktur aufweisen.
Ein genereller Nachteil herkömmlicher Haltevorrichtungen besteht schließlich darin, dass die Funktion der Haltevorrichtung bisher erst am fertigen Produkt geprüft werden kann, indem die Elektrodeneinrichtung mit einer Arbeitsspannung beaufschlagt und die erzielte Haltekraft gemessen wird. Bei Funktionsfehlern oder ungenügender Haltekraft ist eine Korrektur typischerweise nicht möglich, so dass die Haltevorrichtung als Ausschuss verworfen werden muss.
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, die Haltevorrichtung mit einem vereinfachten Verfahren herzustellen, und/oder die Haltevorrichtung mit einer verringerten Ausschussquote herzustellen. Die Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, ein verbessertes 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, eine Parallelisierung von Herstellungsschritten vereinfachen, eine Ausschussquote verringern 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, ebenen Grundkörper und eine Elektrodeneinrichtung umfasst. Der Grundkörper ist aus einer oder mehreren Grundkörperplatten zusammengesetzt und auf einer Oberfläche mindestens einer der Grundkörperplatten 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. Hierzu weist die Elektrodeneinrichtung eine Vielzahl von Ausnehmungen auf, und sie ist entlang der lateralen Ausdehnung der Oberseite der obersten Grundkörperplatte zwischen den Noppen so angeordnet, dass die Noppen durch die Ausnehmungen ragen. Die Elektrodeneinrichtung umfasst eine Schichtanordnung aus einer Isolatorschicht, die mit der Grundkörperplatte verbunden ist, einer Elektrodenschicht und einer Dielektrikumsschicht aus einem anorganischen Dielektrikum.
Die Elektrodenschicht umfasst einen einheitlichen Elektrodenabschnitt oder mehrere, voneinander elektrisch getrennte Elektrodenabschnitte, die entsprechend eine oder mehrere Elektroden bilden. Die Elektrodenschicht ist zwischen der Isolatorschicht und der Dielektrikumsschicht angeordnet, d. h. die Isolatorschicht und die Dielektrikumsschicht schließen die Elektrodenschicht senkrecht zu ihrer Ausdehnung beidseitig ein.
Der senkrechte Abstand zwischen der Oberseite der Haltevorrichtung zwischen den Noppen, insbesondere zwischen der Oberseite (d. h. vom Grundkörper wegweisende Seite) der Dielektrikumsschicht, und der Noppenauflage-Ebene bildet den Spaltabstand der Haltevorrichtung. Der Spaltabstand ist insbesondere der senkrechte 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, d. h. der Ebene der Stirnflächen der Noppen (oder einer optional auf dieser vorgesehenen weiteren Schicht).
Gemäß der Erfindung umfasst die Isolatorschicht ein anorganisches Dielektrikum. Die Isolatorschicht bildet die unterste, d. h. zum Grundkörper weisende Schicht der Elektrodeneinrichtung. Entlang der Isolatorschicht ist die Elektrodeneinrichtung mit einem Klebstoff mit der Oberseite des Grundkörpers verbunden. Vorteilhafterweise ist die Elektrodenschicht beidseitig durch anorganische Dielektrika eingeschlossen. Die Materialien der Isolatorschicht und der Dielektrikumsschicht können gleich oder verschieden gewählt sein.
Die Verwendung anorganischer Dielektrika, insbesondere die Bereitstellung der Isolatorschicht aus einem anorganischen Dielektrikum, hat mehrere Vorteile. Erstens sind die dielektrischen Eigenschaften von anorganischen Dielektrika, wie z. B. von Glas, gut bekannt. Es sind insbesondere Alkaliionen-freie 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 stellen die dielektrischen Schichten der Elektrodeneinrichtung eine Abdeckung der Klebstoffschicht dar, die zwischen der Isolatorschicht und dem Grundkörper gebildet ist. Vorteilhafterweise wird damit der Klebstoff von chemischen und/oder physikalischen Einflüssen während des Betriebs der Haltevorrichtung geschützt. Nachteile, wie sie bei der Verwendung von Polymer-Kunststoffen z. B. gemäß US 2018 / 0 047 605 A1 auftreten, können vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Bereitstellung der Isolatorschicht aus einem anorganischen Dielektrikum die Dicke der Klebstoffschicht im Vergleich zur Kunststoff-Isolatorschicht gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 116 463 A1 verringert werden kann, so dass mögliche Einflüsse des Klebstoffs auf die elektrischen Eigenschaften der Haltevorrichtung und die Haltekraft minimiert oder ausgeschlossen werden.
Schließlich ist von besonderem Vorteil, dass durch die erfindungsgemäß vorgesehene Isolatorschicht die Funktionen der elektrischen Isolation und der Fixierung am Grundkörper, wie sie bei der herkömmlichen Haltevorrichtung durch die Kunststoff-Isolatorschicht gemeinsam erfüllt wurden, getrennt werden. Die Isolatorschicht kann für die elektrische Isolation optimiert werden, während der Klebstoff hinsichtlich optimaler Klebefestigkeit und Dauerhaftigkeit ausgewählt werden kann. Zugleich kann die Elektrodeneinrichtung, wie mit weiteren Einzelheiten unten unter Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wird, separat vom Grundkörper hergestellt und getestet werden, so dass die Ausschussquote durch fehlerhafte Elektrodeneinrichtungen vermindert werden kann.
Des Weiteren ist die Elektrodeneinrichtung gemäß der Erfindung in den Klebstoff eingebettet, wobei der Klebstoff seitlich, d. h. in Richtungen parallel zur Oberseite des Grundkörpers, zwischen den Noppen und der Elektrodeneinrichtung angeordnet ist. Die Einbettung der Elektrodeneinrichtung bedeutet, dass diese in Dickenrichtung in die Klebstoff-Schicht zur Verbindung mit dem Grundkörper ragt. Die Einbettung ermöglicht, dass der Spaltabstand der Haltevorrichtung unabhängig von der Dicke der Elektrodeneinrichtung gebildet wird, und insbesondere 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 herkömmlich angewendeten 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.
Der Grundkörper der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung ist vorzugsweise so gebildet, dass ein Noppengrund in den Abständen zwischen den Noppen eben geformt ist und insbesondere derart parallel zur Noppenauflage-Ebene verläuft, dass durch die Klebeverbindung der Isolatorschicht mit dem Grundkörper unerwünschte, ausgedehnte Hohlräume vermieden werden. Besonders bevorzugt hat der Noppengrund eine Struktur, welche die Haftung zwischen dem Grundkörper und der Isolatorschicht fördert. Hierzu kann der Grundkörper in den Abständen zwischen den Noppen eine Rauheit mit Unebenheiten aufweisen, deren Höhe über dem mittleren Niveau des Noppengrundes deutlich geringer als die Dicke der Klebstoffschicht ist. Vorzugsweise sind die Unebenheiten kleiner als 10 % der Dicke der Klebstoffschicht. Alternativ oder zusätzlich kann der Noppengrund haftungsfördernde Vertiefungen (z. B. Poren oder Spalte) im Grundkörper aufweisen. Die Vertiefungen können tiefer als die Dicke der Klebstoffschicht in den Grundkörper reichen. Der Klebstoff 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 bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Oberfläche des Klebstoffs in den Abständen zwischen den Noppen und der Elektrodeneinrichtung und die Oberfläche der Dielektrikumsschicht zwischen den Noppen zueinander fluchtend gebildet. Vorteilhafterweise kann somit der Spaltabstand zwischen der Noppenauflage-Ebene und der Oberfläche zwischen den Noppen einheitlich gebildet werden. Abstufungen in der Umgebung der Noppen können vermieden werden, so dass auch unerwünschte Ansammlungen von Partikeln minimiert werden können.
Der Klebstoff, mit dem die Elektrodeneinrichtung, insbesondere die Isolatorschicht, mit dem Grundkörper verbunden ist, ist vorzugsweise ein aushärtbarer Kunststoff, dessen Zustand als ein fließfähiger oder ein ausgehärteter Zustand einstellbar ist. Der Kunststoff ist insbesondere thermisch und/oder strahlungsinduziert und/oder lösungsmittelinduziert aushärtbar. Gemäß bevorzugten Varianten wird Benzocyclobuten (BCB), vorpolymerisiertes BCB, ein Parylen-Kunststoff, ein Polyimid-Kunststoff und/oder ein Polyethylenterephthalat-Kunststoff als Klebstoff verwendet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrodenschicht zwischen der Isolatorschicht und der Dielektrikumsschicht an den seitlichen Rändern der Elektrodenschicht hin zu den Ausnehmungen, durch welche die Noppen ragen, durch Isolationsabschnitte elektrisch isoliert. Die Isolationsabschnitte umfassen Randbereiche der Elektrodeneinrichtung, in denen die Isolatorschicht und die Dielektrikumsschicht unmittelbar aneinandergrenzen oder in denen zwischen der Isolatorschicht und der Dielektrikumsschicht eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist. Die Isolationsabschnitte können z. B. durch eine strukturierte (maskierte) Abscheidung des Materials der Elektrodenschicht und/oder ein Ätzverfahren gebildet werden, so dass die gewünschten Randbereiche frei bleiben. Vorzugsweise ist die Schicht aus elektrisch isolierendem Material jedoch durch eine lokal begrenzte Umwandlung des Materials der Elektrodenschicht gebildet, wie unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben ist. Vorteilhafterweise können mit den Isolationsabschnitten Elektroden mit unterschiedlichem Potential zueinander und hin zur Umgebung, insbesondere den Noppen, getrennt bzw. elektrisch isoliert werden.
Falls die Elektrodenschicht mehrere elektrisch getrennte Elektrodenabschnitte umfasst, können die genannten Isolationsabschnitte auch zwischen den Elektrodenabschnitten mit einem Abstand von den Rändern der Elektrodeneinrichtung gebildet sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Grundkörper, insbesondere seine mit den Noppen versehene oberste Grundkörperplatte, 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 Klebstoff verbessert. Die SiC-Anreicherung kann z. B. durch eine Si-Entfernung durch eine Laser-Bestrahlung erzielt werden. Besonders bevorzugt sind die Noppen mit der obersten Grundkörperplatte einstückig verbunden, insbesondere aus dem gleichen Material wie die Grundkörperplatte hergestellt.
Vorteilhafterweise sind verschiedene Materialien zur Bildung der Elektrodenschicht verfügbar. Diese umfasst ein Metall, eine Metalllegierung, ein Halbleitermaterial oder eine elektrisch leitfähige Keramik. Wenn die Elektrodenschicht insbesondere Chrom, Titan und/oder Aluminium umfasst, ergeben sich besondere Vorteile für die lokal begrenzte, strahlungsinduzierte Umwandlung der Elektrodenschicht zur Bildung der Isolationsabschnitte.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann auf den Noppen eine Deckschicht vorgesehen sein, welche die Stirnflächen der Noppen bedeckt und optional auf den Klebstoff 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 Isolatorschicht eine haftungsfördernde Oberfläche aufweist, über welche die Isolatorschicht an den Klebstoff angrenzt. Die haftungsfördernde Oberfläche umfasst vorzugsweise eine Haftvermittlerschicht, z. B. aus Si₃N₄ oder SiC oder einem kommerziell angebotenen, zum verwendeten Klebstoff passenden Haftvermittler (wie z. B. das Produkt mit dem Handelsnamen AP300 für den Klebstoff BCB). Alternativ oder zusätzlich kann die haftungsfördernde Oberfläche durch eine Vorbehandlung der Isolatorschicht, wie z. B. die Einstellung einer vorbestimmten Rauheit mittels Laserbestrahlung, bereitgestellt werden.
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 halterndes Bauteil, insbesondere einen Halbleiterwafer, aufspannen, und eine Elektrodeneinrichtung in Abständen zwischen den Noppen schichtförmig mit einer 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. Die Elektrodeneinrichtung weist eine Vielzahl von Ausnehmungen auf, durch welche die Noppen ragen. 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 erfolgt die Herstellung eines Verbundes aus einer Isolatorscheibe und einer Dielektrikumsscheibe mit der zwischen der Isolatorscheibe und der Dielektrikumsscheibe angeordneten Elektrodenschicht. Die Isolatorscheibe und die Dielektrikumsscheibe sind vorzugsweise jeweils eine formhaltige Scheibe aus einem anorganischen Dielektrikum. Die Elektrodenschicht wird z. B. durch Vakuumdeposition auf mindestens einer der Scheiben flächig oder mit einem Maskierungsverfahren strukturiert abgeschieden. Die Isolatorscheibe und die Dielektrikumsscheibe werden miteinander z. B. durch anodisches Bonden gefügt. In den Verbund werden von der Seite der Isolatorscheibe Vertiefungen abgesenkt, welche die Ausnehmungen in der Elektrodeneinrichtung bilden und deren Größe und Positionen für die Aufnahme der Noppen gewählt sind. Die Vertiefungen sind Sacklöcher, die bis in die Dielektrikumsscheibe ragen. Die Böden der Vertiefungen können eben oder mit Vorsprüngen ausgestattet sein.
Anschließend erfolgen eine Applikation eines Klebstoffs auf der Oberseite der mindestens einen Grundkörperplatte des Grundkörpers und/oder der Oberfläche der Isolatorscheibe und ein Auflegen des Verbundes aus der Dielektrikumsscheibe und der Isolatorscheibe auf den Grundkörper, so dass die Noppen in die Vertiefungen durch die Isolatorscheibe ragen und die Dielektrikumsscheibe mit den Böden der Vertiefungen auf den Stirnflächen der Noppen aufliegt. Dabei ist die Elektrodeneinrichtung, außer an der oberen Oberfläche der Dielektrikumsscheibe, in den Klebstoff eingebettet. In jeder Ausnehmung wird ein Abstand zwischen der Noppe und dem inneren Rand der Elektrodeneinrichtung mit dem Klebstoff gefüllt. Durch eine Aushärtung des Klebstoffs wird der Verbund aus der Dielektrikumsscheibe und der Isolatorscheibe mit dem Grundkörper gefügt. Die Aushärtung des Klebstoffs zur Verbindung der Isolatorschicht mit dem Grundkörper umfasst z. B. eine Wärmebehandlung und/oder eine Strahlungsbehandlung. Zur Bildung der Dielektrikumsschicht erfolgt danach ein Abdünnen der Dielektrikumsscheibe, bis der gewünschte Spaltabstand eingestellt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Ausrichtung der Dielektrikumsscheibe relativ zur Noppenauflage-Ebene die zuverlässige Einstellung des Spaltabstandes 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 z. B. aus keramischem Material mit hoher Verschließfestigkeit bei geringem Fertigungs- und Wiederaufarbeitungsaufwand verwendet werden. Nacharbeitskosten durch eventuelle Fertigungsfehler werden erheblich verringert. Des Weiteren können durch die Verwendung der anorganischen Isolator- und Dielektrikumsschichten die vorteilhaften Eigenschaften anorganischer Dielektrika, insbesondere von Glas, z. B. beim schnellen Schalten von Haltekräften, ausgenutzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den besonderen Vorteil, dass der Verbund aus der Isolatorscheibe und der Dielektrikumsscheibe ein Vorprodukt der Elektrodeneinrichtung darstellt, wobei die Isolatorscheibe für die Bildung der Isolatorschicht und die Dielektrikumsscheibe für die Bildung der Dielektrikumsschicht vorgesehen ist. Der Verbund kann getrennt vom Grundkörper hergestellt werden, so dass sich die Herstellung der Haltevorrichtung parallelisieren lässt. Des Weiteren ist der Verbund aus der Isolatorscheibe und der Dielektrikumsscheibe formhaltig und mechanisch stabil. Er hat die Funktionalität eines elektrostatischen Clamps und erlaubt einen Test der Haltefunktion durch Beaufschlagung der Elektrodenschicht mit einer elektrischen Spannung. Da die Dielektrikumsscheibe noch eine größere Dicke aufweist als die Dielektrikumsschicht in der fertigen Haltevorrichtung, erfolgt der Test mit einer im Vergleich zur Betriebsspannung der Haltevorrichtung höheren Testspannung.
Die Dicke der Isolatorscheibe kann so gewählt sein, dass die Isolatorscheibe ohne weiteres Abdünnen als die Isolatorschicht verwendet werden kann. Für die Praxis ist es jedoch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von Vorteil, zunächst eine Isolatorscheibe mit einer größeren Dicke zu verwenden und nachträglich abzudünnen, um die gewünschte Dicke der Isolatorschicht einzustellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden in der Elektrodeneinrichtung in der Umgebung der Ausnehmungen Isolationsabschnitte gebildet, so dass die Elektrodenschicht von den Ausnehmungen durch die Isolationsabschnitte elektrisch isoliert ist. Die Erzeugung der Isolationsabschnitte erfolgt vorzugsweise durch eine lokale thermische Umwandlung der Elektrodenschicht in ein elektrisch isolierendes Material, z. B. mit dem in US 2012 / 0 236 458 A1 beschriebenen Verfahren. Die lokale thermische Umwandlung der Elektrodenschicht kann vor oder nach der Absenkung der Vertiefungen in den Verbund aus der Isolatorscheibe und der Dielektrikumsscheibe erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt das Abdünnen 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 das Abdünnen 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 das nachträgliche Abdünnen der Dielektrikumsscheibe vorteilhafterweise mit einer derartigen Homogenität möglich ist, dass der Spaltabstand über die gesamte Fläche des Grundkörpers hinweg konstant eingestellt werden kann.
Abschließend kann gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ein Abtragen von Klebstoffresten im Abstand zwischen den Noppen und der Elektrodeneinrichtung vorgesehen sein, bis die Oberflächen des Klebstoffs und der Dielektrikumsschicht zwischen den Noppen zueinander fluchtend gebildet sind.
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 Schnittansicht von weiteren Einzelheiten eines Teils der erfindungsgemäßen elektrostatischen Haltevorrichtung in der Umgebung einer Noppe;
3: eine schematische Illustration einer ersten Folge von Schritten bei der Herstellung der Haltevorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
4: eine schematische Illustration einer zweiten Folge von Schritten bei der Herstellung der Haltevorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

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 möglich, 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 (mit einem einzigen Elektrodenabschnitt) oder bipolare Haltevorrichtung (mit zwei oder mehr Elektrodenabschnitten) 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 Grundkörperplatte 10A und einer zweiten Grundkörperplatte 10B aufgebaut. Die erste Grundkörperplatte 10A weist an ihrer Oberseite vorstehende obere Noppen 11 auf, deren ebenen Stirnflächen 12 eine Noppenauflagen-Ebene für einen Siliziumwafer 1 aufspannen. Die zweite Grundkörperplatte 10B enthält Temperierungsmittelleitungen 16, und sie ist beispielsweise so konfiguriert, wie in beschrieben ist. wird in Bezug auf insbesondere den Aufbau des Grundkörpers und die Verbindung der Haltevorrichtung mit einer Spannungsquelle durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung eingeführt. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Haltevorrichtung 100 mit weiteren Einzelheiten und insbesondere mit einer optional vorgesehenen Deckschicht 17 auf den Noppen 11.
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 200 µm bis 250 µm, einem Durchmesser im Bereich von 50 µm bis mehrere mm und einem gegenseitigen Abstand von einem bis mehreren mm. In einem praktischen Beispiel sind 40.000 Noppen 11 auf der ersten Grundkörperplatte 10A vorgesehen. Der Noppengrund 14 zwischen den Noppen 11 kann aufgeraut sein.
Die Elektrodeneinrichtung 20 umfasst einen Schichtaufbau mit einer unteren Isolatorschicht 21, einer mittleren Elektrodenschicht 22 und einer oberen Dielektrikumsschicht 23. Die Isolatorschicht 21 ist mit einer Dicke von z. B. 30 µm bis 100 µm aus einem anorganischen Dielektrikum, z. B. Borofloat-Glas, gebildet. Die Elektrodenschicht 22 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 mit seitlichen Isolationsabschnitten 25 erfolgt z. B. unter Verwendung eines örtlich selektiven Abscheidungsverfahrens (insbesondere Aufdampfen unter Verwendung von Masken) und/oder ein nachträgliches Ätzverfahren und/oder eine thermische Umwandlung in ein isolierendes Material (siehe 3B). 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 Elektrodeneinrichtung 20 weist Ausnehmungen 24 auf, deren Ausdehnung entlang der Elektrodeneinrichtung 20 größer als der Durchmesser der Noppen 11 ist und durch welche die Noppen 11 ragen. Zwischen den inneren Rändern der Elektrodeneinrichtung 20 an den Ausnehmungen 24 und den Noppen 11 ist ein Abstand gebildet. Hierzu haben die Ausnehmungen 24 eine Ausdehnung, die z. B. 30 µm bis 100 µm größer als der Durchmesser der Noppen 11 ist. Die Ausnehmungen 24 sind z. B. kreisförmig mit einem Durchmesser von 600 µm bis 800 µm.
Die Elektrodeneinrichtung 20 ist mittels eines Klebstoffs 13 mit dem Grundkörper verbunden. Der Klebstoffs 13 umfasst einen Kunststoff, 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 Elektrodeneinrichtung 20 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 BCB oder vorpolymerisiertes BCB. Die Dicke der Schicht des Kunststoffs 13 zwischen der Isolatorschicht 21 und dem Noppengrund 14 beträgt z. B. 20 µm bis 30 µm.
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 Einbettung der Elektrodeneinrichtung 20 in den Klebstoff 13 mit dem in den 3 und 4 illustrierten Verfahren.
Ein Ausschnitt einer Haltevorrichtung 100 in der Umgebung einer einzelnen Noppe 11 zeigt in 2 zusätzlich optional vorgesehene Schichten, umfassend die Deckschicht 17 und eine Haftvermittlerschicht 26. Die Deckschicht 17 ist z. B. aus DLC mit einer Dicke von z. B. 500 nm auf den Stirnflächen 12 der Noppen 11 und in deren Umgebung bis zur Dielektrikumsschicht 23 vorgesehen. Durch die Deckschicht 17 wird ein effektiver Spaltabstand A* gebildet, der aufgrund der gleichmäßigen Abscheidung der Deckschicht 17 auf allen Noppen 11 über die gesamte Oberfläche der Haltevorrichtung 100 konstant ist.
Die Herstellung der Haltevorrichtung 100 gemäß 1 oder 2 ist in den 3 und 4 anhand einer einzelnen Noppe 11 illustriert, wird in der Praxis jedoch an allen Noppen gleichzeitig ausgeführt. Zur Herstellung der Haltevorrichtung werden zunächst gemäß den 3A und 3B bis 3E der Grundkörper 10 und ein Verbund 20A aus einer ebenen Isolatorscheibe 21A, der Elektrodenschicht 22 und der ebenen Dielektrikumsscheibe 23A voneinander getrennt hergestellt bzw. bereitgestellt. Die Herstellung des Grundkörpers 10 (3A) erfolgt entsprechend mit der Bereitstellung einer Keramik-Platte 10A (siehe 1) mit den vorstehenden Noppen 11. Am Noppengrund 14 ist der Grundkörper 10 aufgeraut und/oder mit einer SiC-Anreicherung versehen, wodurch vorteilhafterweise die Haftung der Isolatorschicht 21 (3F) begünstigt wird. Die Noppen 11 weisen ebene Stirnflächen 12 auf, welche die Noppenauflage-Ebene aufspannen. Die Noppenauflage-Ebene erstreckt sich parallel zum Noppengrund 14 zwischen den Noppen 11. 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.
Zur Herstellung des Verbunds 20A aus Glaslagen werden gemäß 3B zunächst die Isolatorscheibe 21A und die Dielektrikumsscheibe 23A mit der zwischen diesen angeordneten Elektrodenschicht 22 anodisch gebondet. Die Elektrodenschicht 22 bildet später die Elektrode der Haltevorrichtung. Die Isolatorscheibe 21A ist eine formhaltige, selbsttragende Scheibe aus Glas, z. B. Borofloat-Glas, mit einer konstanten Dicke von z. B. 1 mm. Die Dielektrikumsscheibe 23A ist ebenfalls eine formhaltige, selbsttragende Scheibe aus Glas, z. B. vom Typ Eagle XG ® oder Schott AF32 ® (Produktbezeichnungen), mit einer konstanten Dicke von z. B. 1 mm. Auf einer Seite trägt die Dielektrikumsscheibe 23A die Elektrodenschicht 22. Die Elektrodenschicht 22 umfasst z. B. Cr oder AI, insbesondere mit einer Dicke im Bereich von 100 nm bis 500 nm.
Im nächsten Schritt gemäß 3C wird die Elektrodenstruktur in der Ebene der Elektrodenschicht 22 eingebracht. Bei dem bevorzugt angewendeten Verfahren, das in US 2012 / 0 236 458 A1 beschrieben ist, wird die Elektrodenschicht 22 durch eine Laserbestrahlung gezielt umgewandelt, so dass Isolationsabschnitte 25 gebildet werden. Die Umwandlung der Elektrodenschicht 22 erfolgt lokal begrenz derart, dass nach dem späteren Absenken von Vertiefungen in den Verbund 20A (siehe 3E) an den inneren Rändern der Elektrodenschicht 22 allseits die Isolationsabschnitte 25 gebildet werden. US 2012 / 0 236 458 A1 wird in Bezug auf die Umwandlung einer zwischen Dielektrika eingebetteten Metallschicht in einen elektrisch isolierenden Abschnitt durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung eingeführt.
Anschließend wird die Isolatorscheibe 21A zur Bildung der Isolatorschicht 21 gemäß 3D durch Läppen und Polieren parallel zur Elektrodenschicht 22 abgedünnt, z. B. auf die gewünschte Dicke von 30 µm bis 100 µm nm. Vorzugsweise wird die Oberfläche der Isolatorschicht 21, um eine optimale Haftung beim späteren Fügeprozeß zu erreichen, mit einer Haftvermittlerschicht 26 versehen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Aufrauen der Oberfläche vorgesehen sein. Die Haftvermittlerschicht 26 umfasst z. B. Si₃N₄ oder SiC, insbesondere mit einer Dicke im Bereich von 10 nm bis 1 µm.
Die folgende Strukturierung des Verbundes 20A (3E) und das Fügen mit dem Grundkörper 10 (3F) umfassen die folgenden Schritte.
Gemäß 3E werden in den Verbund 20A Vertiefungen 20B abgesenkt, die sich durch die Isolatorschicht 21 und die Elektrodenschicht 22 bis in die Dielektrikumsscheibe 23A erstrecken. Bodenflächen 23B der Vertiefungen 20B weisen vorzugsweise Vorsprünge 23C jeweils mit einer ebenen Stirnfläche („Gegen-Noppen“) parallel zur Ausdehnung der Dielektrikumsscheibe 23A auf. 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 weiterer wesentlicher Vorteil der Gegen-Noppen besteht beim mechanischen Abdünnen (4B) der Dielektrikumsscheibe 23A darin, dass die Vertiefungen 20B an den Positionen der Noppen 11 geöffnet werden, bevor die Dielektrikumsscheibe 23A auf die Ebene der Stirnflächen 12 der Noppen 11 abgedünnt ist. Hierdurch ist es möglich, Kratzer auf der Oberfläche des Dielektrikums, verursacht durch Materialaussprünge beim Öffnen der Vertiefungen 20B, während der noch durchzuführenden Restbearbeitung, d.h. bis zum Erreichen der Noppenebene, wieder zu entfernen.
Die Anordnung der Vertiefungen 20B im Verbund 10A ist gleich der Anordnung der Noppen 11 des Grundkörpers 10. Die Durchmesser der Vertiefungen 20B sind z. B. 30 µm bis 100 µm größer als der größte Durchmesser der Noppen 11. Die Größe der Stirnflächen der Vorsprünge 23C kann (wie dargestellt) kleiner als die Größe der Stirnflächen 12 der Noppen 11 sein. Vorteilhafterweise wird in diesem Fall die Kontaktfläche zwischen den Noppen 11 und der Dielektrikumsscheibe 23A minimiert. Alternativ können beide Stirnflächen die gleiche Größe haben, oder die Stirnflächen 12 können kleiner als die Stirnflächen der Vorsprünge 23C sein. Die Bodenflächen 23B der Vertiefungen 20B und/oder die Stirnflächen der optional vorgesehenen Vorsprünge 23C liegen in einer Ebene parallel zur Elektrodenschicht 22 und dienen beim späteren Kleben als Referenzebene zum Ausrichten der ebenen Elektrodenschicht 22 parallel zur Noppenauflage-Ebene des Grundkörpers 10.
Ein Tiefenmaß T, d. h. der senkrechte Abstand der Stirnflächen der Vorsprünge 23C von der unteren Oberfläche des Verbundes 20A wird in Abhängigkeit von der Höhe der Noppen 11 gewählt. Das Tiefenmaß T wird insbesondere so gewählt, dass, wenn die Vorsprünge 23C auf den Noppen 11 aufliegen, zwischen dem Verbund 20A und dem Noppengrund 14 ein Abstand zur Aufnahme des Klebstoffs 13 zwischen der Isolatorschicht 21 (ggf. mit der Haftvermittlerschicht) und dem Noppengrund 14 bleibt. Die Herstellung des strukturierten Verbundes 20A erfolgt z. B. mittels Laserablation, wobei das Tiefenmaß T vorteilhafterweise mit einer Genauigkeit besser als 1 µm einstellbar ist.
In dem in 3E gezeigten Zustand bildet der Verbund 20A als solcher bereits einen elektrostatischen Clamp, der zwar noch nicht für den praktischen Einsatz vollständig ist, aber bereits in Bezug getestet werden kann. Hierzu kann die Elektrodenschicht 22 über eine Bohrung an eine Spannungsquelle angeschlossen und vor dem folgenden Fügeschritt auf ihre Funktion hin getestet werden.
Anschließend erfolgt gemäß 3F das Fügen des Verbundes 20A mit dem Grundkörper 10, wobei eine Ausrichtung der Dielektrikumsscheibe 23A relativ zur Noppenauflage-Ebene mit der Einstellung des Spaltabstands A vorteilhafterweise ohne ein Referenzwerkzeug vorgesehen ist. Die strukturierte Dielektrikumsscheibe 23A bildet eine Referenz, wie im Folgenden beschrieben wird.
In einem Vorbereitungsschritt wird eine Schicht flüssigen Klebstoffs 13 auf die Oberfläche der Grundkörperplatte 10A des Grundkörpers mit den Noppen 11 und/oder auf die strukturierte untere Oberfläche des Verbundes 20A aufgebracht. Der Klebstoff ist beispielsweise das Polymer BCB in einem flüssigen Zustand, der z. B. mit einem Lösemittel eingestellt ist. Nach der Beschichtung wird das Lösemittel durch Erwärmung der Grundkörperplatte 10A und/oder des Verbundes 20A, 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 der Grundkörperplatte 10A und dem Verbund 20A einem Unterdruck, z. B. in einem Vakuumofen, ausgesetzt. Lufteinschlüsse, z. B. im Klebstoff oder im übrigen Material werden durch die Wirkung des Unterdrucks entfernt.
Danach wird unter Beibehaltung des Unterdrucks die Temperatur so erhöht, dass der Klebstoff flüssig wird. Beispielsweise wird als Klebstoff der Kunststoff BCB bei einer Temperatur von ca. 150°C flüssig ähnlich wie Wasser. Wenn der Kunststoff geschmolzen ist, ruht der Verbund 20A schwimmend auf den Noppen 11. Zur korrekten Ausrichtung des Verbundes 20A 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 des Verbundes 20A 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 (siehe Pfeil in 3F), wobei die Vorsprünge 23C unmittelbar auf den Stirnflächen 12 der Noppen 11 aufliegen, so dass die Ebene der Elektrodenschicht 22 präzise zur Ebene ausgerichtet wird, die von den Stirnflächen 12 aufgespannt wird. Der Verbund 20A wird in die Klebstoffschicht gedrückt, wobei der Klebstoff in Seitenrichtungen und in die Vertiefung 20B verdrängt wird. Nach dem Verpressen der Fügepartner wird die Temperatur erhöht, so dass der Kunststoff aushärtet und der Verbund 20A mit der Grundkörperplatte 10A fest verbunden ist.
Anschließend erfolgen die in den 4A bis 4E schematisch illustrierten weiteren Bearbeitungsschritte zur Einstellung des Spaltabstands A. 4A zeigt den Zustand des Grundkörpers 10 und des Verbundes 20A gemäß 3F nach dem Fügen. Zuerst erfolgt gemäß 4B ein Abtragen der Dielektrikumsscheibe 23A, bis die Stirnflächen 12 der Noppen 11 freiliegen. Dieses Abtragen erfolgt vorzugsweise durch ein abrasives Verfahren, wie Läppen und/oder Polieren. Da das Material der Dielektrikumsscheibe 23A weicher als das Material der Noppen 11 ist, können die Noppen 11 unmittelbar als Referenz beim Abtragen der Dielektrikumsscheibe 23A verwendet werden. Die Dielektrikumsscheibe 3A wird gleichmäßig abgedünnt, bis die Stirnflächen 12 der Noppen 11 freiliegen (4B).
Danach erfolgt gemäß 4C ein selektives Ätzen des Materials der Dielektrikumsscheibe zur Fertigstellung der Dielektrikumsschicht 23 mit der Einstellung des Spaltabstandes A. Das Ätzen erfolgt z. B. durch nasschemisches Ätzen mit HF oder durch Trockenätzen. Dabei ist der Spaltabstand A vorteilhafterweise mit einer Genauigkeit unterhalb 200 nm einstellbar. Das Ätzen wirkt nicht auf den vorragenden ausgehärteten Klebstoff 13, so dass die Noppe 11 seitlich im Kunststoff 13 eingebettet bleibt.
Danach kann gemäß 4D optional ein Abtragen des verbleibenden Kunststoffs 13 bis zum Niveau der Oberseite der Dielektrikumsschicht 23 erfolgen. Das Abtragen erfolgt z. B. mittels mechanisch wirkender Verfahren, chemischer Verfahren oder Laserablation.
Schließlich kann eine Deckschicht 17 als Verschleißschutzschicht aus DLC aufgebracht werden, wie in 2 gezeigt ist.
Die Herstellung einer beidseitig mit Noppen und jeweils einer Elektrodeneinrichtung ausgestatteten Haltevorrichtung kann derart erfolgen, dass zunächst Grundkörperplatten (z. B. 10A, siehe 1) mit der Elektrodeneinrichtung 20 ausgestattet und anschließend zum Grundkörper 10 verbunden werden.
Alternativ wäre es ebenfalls möglich, die zwei Grundkörperplatten miteinander zu fügen, beide Seiten mit Noppen zu strukturieren und anschließend nacheinander oder simultan einen Verbund gemäß dem Verbund 20A in 3E auf die jeweilige Seite aufzukleben und gemäß 4 zur Bildung der Elektrodeneinrichtungen zu bearbeiten.

Claims

Haltevorrichtung (100), die zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils (1), insbesondere eines Halbleiterwafers, eingerichtet ist, umfassend: - einen Grundkörper (10) mit mindestens einer Grundkörperplatte (10A, 10B), - eine Vielzahl von vorstehenden Noppen (11), die an einer Oberseite der Grundkörperplatte (10A) angeordnet sind und deren Stirnflächen (12) eine Noppenauflage-Ebene zur Auflage des Bauteils (1) aufspannen, und - eine Elektrodeneinrichtung (20), die schichtförmig in Abständen zwischen den Noppen (11) angeordnet ist und eine Isolatorschicht (21), die mit der Grundkörperplatte (10A) verbunden ist, eine Elektrodenschicht (22) und eine Dielektrikumsschicht (23) aus einem anorganischen Dielektrikum 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 Elektrodeneinrichtung (20) eine Vielzahl von Ausnehmungen (24) aufweist und an der Oberseite der Grundkörperplatte (10A) zwischen den Noppen (11) so angeordnet ist, dass die Noppen (11) durch die Ausnehmungen (24) ragen, wobei - die Isolatorschicht (21) ein anorganisches Dielektrikum umfasst und mittels eines Klebstoffs (13) zwischen den Noppen (11) mit der Oberseite des Grundkörpers (10) verbunden ist, und - die Elektrodeneinrichtung (20) in den Klebstoff (13) eingebettet ist und in den Ausnehmungen (24) ein Abstand zwischen den Noppen (11) und der Elektrodeneinrichtung (20) mit dem Klebstoff (13) gefüllt ist.
Haltevorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der - eine Oberfläche des Klebstoffs (13) und der Dielektrikumsschicht (23) zwischen den Noppen (11) zueinander fluchtend gebildet sind, so dass zwischen der Noppenauflage-Ebene und der Oberfläche des Klebstoffs (13) und der Dielektrikumsschicht (23) der Spaltabstand (A) gebildet ist.
Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - der Klebstoff (13) Benzocyclobuten (BCB), vorpolymerisiertes BCB, einen Parylen-Kunststoff, einen Polyimid-Kunststoff und/oder einen Polyethylenterephthalat-Kunststoff umfasst.
Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Elektrodenschicht (23) von den Ausnehmungen (24) durch Isolationsabschnitte (25) getrennt ist.
Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Grundkörperplatte (10A) SiSiC- oder SSiC-Keramik umfasst, und/oder - die Noppen (11) mit der Grundkörperplatte (10A) einstückig verbunden sind.
Haltevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Elektrodenschicht (23) ein Metall, eine Metalllegierung, ein Halbleitermaterial oder eine elektrisch leitfähige Keramik, insbesondere Chrom, Titan und/oder Aluminium umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung (100), die zur elektrostatischen Halterung eines Bauteils (1), insbesondere eines Halbleiterwafers, eingerichtet ist, umfassend die Schritte: - Herstellung eines Grundkörpers (10), der mindestens eine Grundkörperplatte (10A) und eine Vielzahl von vorstehenden Noppen (11) aufweist, die an einer Oberseite (13) der mindestens einen Grundkörperplatte (10A) angeordnet sind und deren Stirnflächen (12) eine Noppenauflage-Ebene zur Auflage des Bauteils (1) aufspannen, - Herstellung einer Elektrodeneinrichtung (20), die einen Schichtaufbau aus einer Isolatorschicht (21) und einer Dielektrikumsschicht (22) mit einer zwischen der Isolatorschicht (21) und der Dielektrikumsschicht (23) angeordneten Elektrodenschicht (22) umfasst, wobei die Elektrodeneinrichtung (20) Ausnehmungen (24) zur Aufnahme der Noppen (11) aufweist, und - Verbindung der Elektrodeneinrichtung (20) mit dem Grundkörper (10), wobei Noppen (11) durch die Ausnehmungen (24) in der Elektrodeneinrichtung (20) ragen, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: - Herstellung eines Verbundes aus einer Isolatorscheibe (21A), die für die Bildung der Isolatorschicht (21) vorgesehen ist, und einer Dielektrikumsscheibe (23A), die für die Bildung der Dielektrikumsschicht (23) vorgesehen ist, mit der zwischen der Isolatorscheibe (21A) und der Dielektrikumsscheibe (23A) angeordneten Elektrodenschicht (22), mit einem Absenken von Vertiefungen (20B) durch die Isolatorscheibe (21A) bis in die Dielektrikumsscheibe (23A), wobei die Vertiefungen (20B) zur Bildung der Ausnehmungen (24) vorgesehen sind, - Applikation eines Klebstoffs auf der Oberseite (13) der mindestens einen Grundkörperplatte (10A) und/oder der Isolatorscheibe (21A), - Auflegen des Verbundes aus der Dielektrikumsscheibe (23A) und der Isolatorscheibe (21A) auf den Grundkörper (10), so dass die Noppen (11) in die Vertiefungen durch die Isolatorscheibe (21A) ragen und die Dielektrikumsscheibe (23A) in den Vertiefungen auf den Stirnflächen (12) der Noppen (11) aufliegt, mit einem Fügen der Dielektrikumsscheibe (23A) und der Isolatorscheibe (21A) mit dem Grundkörper (10), und - Abdünnen der Dielektrikumsscheibe (23A) zur Bildung der Dielektrikumsschicht (23), wobei - die Elektrodeneinrichtung (20) in den Klebstoff (13) eingebettet und in den Ausnehmungen (24) ein Abstand zwischen den Noppen (11) und der Elektrodeneinrichtung (20) mit dem Klebstoff (13) gefüllt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die Herstellung des Verbundes aus der Isolatorscheibe (21A) und der Dielektrikumsscheibe (23A) die Schritte umfasst: - Fügen der Isolatorscheibe (21A) und der Dielektrikumsscheibe (23A) mit der zwischen diesen angeordneten Elektrodenschicht (22), und - Abdünnen der Isolatorscheibe (21A) zur Bildung der Isolatorschicht (21).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, mit dem Schritt: - Umwandeln der Elektrodenschicht (22) in der Umgebung der Ausnehmungen (24) in Isolationsabschnitte (25), so dass die Elektrodenschicht (22) von den Ausnehmungen (24) durch die Isolationsabschnitte (25) elektrisch isoliert ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Abdünnen der Dielektrikumsscheibe (23A) umfasst: - Abdünnen der Dielektrikumsscheibe (22A) durch Läppen und Polieren, bis die Stirnflächen (12) der Noppen (11) freiliegen, und - weiteres Abdünnen der Dielektrikumsscheibe (22A) durch Ätzen, bis zwischen der Noppenauflage-Ebene und der Oberfläche der Dielektrikumsschicht (23) ein vorbestimmter Spaltabstand (A) gebildet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, mit dem Schritt - Abtragen des Klebstoffs (13) im Abstand zwischen den Noppen (11) und der Elektrodeneinrichtung (20), bis Oberflächen des Klebstoffs (13) und der Dielektrikumsschicht (23) zwischen den Noppen (11) zueinander fluchtend gebildet sind.