DE112013007462T5

DE112013007462T5 - Aufspannvorrichtung zum Ansaugen und Halten eines Wafers

Info

Publication number: DE112013007462T5
Application number: DE112013007462.1T
Authority: DE
Inventors: Matthias Conradi; Sven Hansen
Original assignee: Suess Microtec Lithography GmbH
Current assignee: Suess Microtec Lithography GmbH
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2016-06-30
Also published as: KR20160062057A; WO2015043638A1; US20160240414A1; AT517792A3; CN105765708A; AT517792A2; JP2016532282A; CN105765708B; TW201526151A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufspannvorrichtung und ein Verfahren zum Ansaugen und Halten eines Wafers durch diese Aufspannvorrichtung, wobei die Aufspannvorrichtung Folgendes umfasst: eine plane obere Fläche, die in mehrere Ansaugsegmente untergliedert ist, wobei die Ansaugsegmente jeweils zum Absaugen eines Fluids ausgelegt sind; und eine untere Fläche. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Annähern von Wafer und oberer Fläche der Aufspannvorrichtung innerhalb eines Fluids, so dass zwei oder mehr der Ansaugsegmente vom Wafer bedeckt, zumindest locker bedeckt, sind; Auswählen eines Ansaugsegments, das einen minimalen Abstand zum Wafer aufweist, aus den noch nicht aktivierten Ansaugsegmenten; Aktivieren des im vorherigen Schritt ausgewählten Ansaugsegments; nachdem der Wafer im Bereich des letztaktivierten Ansaugsegments dicht auf der oberen Fläche der Aufspannvorrichtung anliegt und so lange wie wenigstens ein Ansaugsegment noch nicht aktiviert ist: Wiederholen der vorhergehenden Schritte.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufspannvorrichtung zum Ansaugen und Halten eines Wafers sowie auf ein Verfahren zum Ansaugen und Halten eines Wafers durch diese Aufspannvorrichtung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Aufspannvorrichtung mit verschiedenen Ansaugsegmenten, wobei jedes Ansaugsegment separat aktivierbar ist, und auf ein Verfahren zur Verwendung dieser Aufspannvorrichtung, wobei für die Abfolge der Aktivierung der Ansaugsegmente ein Ansaugsegment gewählt wird, das einen minimalem Abstand zum Wafer aufweist.
Aufspannvorrichtungen (auch bekannt als „Chuck“) sind Aufspannplatten zum Fixieren eines Substrats oder eines Wafers, während der Wafer im Zuge der Herstellung einer integrierten Schaltung (IC) oder eines ähnlichen Mikrogeräts bearbeitet wird. Wafer weisen typischerweise die Form einer Scheibe auf. Oftmals, zum Beispiel wenn die Dicke eines Wafers relativ gering ist, aber auch aus anderen Gründen wie aufgrund des Herstellungsverfahrens des Wafers, kommt es dazu, dass der Wafer entweder von sich aus nicht als vollkommen plane Scheibe gestaltet ist und/oder dass der Wafer sich während der Fixierung auf dem Chuck wölbt oder faltet. Zudem kann der Wafer sich dann verkrümmen oder verformen.
Zum Ansaugen von gewölbten und/oder verzogenen Wafern wurden bisher Dichtungen verwendet. Diese Dichtungen können am Rand des Wafers/Chucks sowie an verschiedenen Positionen der Auflageplatte des Chucks angeordnet sein (Saugnäpfe). Dadurch können die Dichtungen unterschiedlichen Vakuumkreisen zugeordnet werden. Diese Vakuumkreise (Chuck/Saugnapf) können gleichzeitig oder nacheinander geschaltet oder aktiviert werden.
In WO 2006/072453 wird ein Endeffektor (Chuck) mit wenigstens zwei Vakuumkreisen beschrieben. Eine solche Anordnung kann für das Ansaugen von verzogenen Wafern, insbesondere dünnen und ultradünnen Wafern verwendet werden. Gemäß WO 2006/072453 sind die Endeffektoren als Platten aus einem porösen Material, insbesondere porösen gesinterten Materialien aufgebaut.
Das Ansaugen mittels Dichtungen oder Lippendichtungen hat jedoch Nachteile. Es kann beispielsweise sein, dass die Dichtungen oder Lippendichtungen nicht hitzebeständig/temperaturbeständig sind und/oder eine mangelhafte Lösungsmittelbeständigkeit aufweisen. Außerdem können die Dichtungen oder Lippendichtungen Partikel produzieren. Aufgrund der inhärenten Grobkörnigkeit der Oberfläche eines porösen, z. B. gesinterten, Materials wird die Reinigung solcher Endeffektoren nicht selten erschwert, was auch die Lebensdauer des Endeffektors vermindern kann. Außerdem kann die grobe Oberflächenstruktur des Endeffektors die Oberflächenstruktur des Wafers übermäßig beeinträchtigen, wenn der im Endeffektor gehaltene Wafer an die Oberfläche des Endeffektors gepresst wird. Darüber hinaus sind beide Vakuumkreise des in WO 2006/072453 beschriebenen Endeffektors pneumatisch voneinander getrennt. Demzufolge muss für jeden der Vakuumkreise ein getrennter Vakuumanschluss vorgesehen werden. Falls nun zum Beispiel acht Vakuumkreise verwendet werden, muss die Vakuumerzeugung von acht entsprechenden Vakuumanschlüssen verwaltet werden, was sich als schwierig erweisen könnte.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Chucks und eines Verfahrens zur Verwendung dieses Chucks, die es ermöglichen, einen Wafer so anzusaugen, dass Verzerrungen, Wölbungen, Verkantungen, Knicke und/oder Schieflagen vermieden werden, wenn der Wafer vom Chuck gehalten wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen Nachteile der Verwendung von Dichtungen und/oder Dichtlippen und/oder die Verwendung eines Endeffektors mit poröser, z. B. gesinterter, Oberfläche zu vermeiden.
Diese Aufgaben werden durch die Aufspannvorrichtung und das Verfahren mit den Merkmalen gemäß den vorliegenden Ansprüchen erfüllt.
Zum Ansaugen eines schiefliegenden/verformten Wafers ist es zweckmäßig, den Wafer zuerst an denjenigen Stellen (Teilabschnitten) anzusaugen, wo eines der mehreren Ansaugsegmente des Chucks am dichtesten am Wafer bzw. entsprechenden Waferabschnitt sitzt. In anderen Worten: soweit der Chuck in verschiedene Vakuumbereiche oder Ansaugsegmente aufgeteilt ist, muss der Wafer zuerst an Positionen mit geringstem Druckverlust angesaugt werden. Diese Positionen sind gewöhnlich Bereiche, in denen der Wafer das entsprechende Ansaugsegment so vollständig wie möglich abdeckt.
Diese Ansaugsegmente können eine sehr glatte Oberfläche aufweisen, z. B. mit einer Ebenheit von 0,002 mm oder noch besser, und gestatten so eine vereinfachte Reinigung, eine längere Haltbarkeit und einen verbesserten Kontakt mit dem aufgelegten Wafer.
Falls die Schieflage/Verformung des Wafers durch den vorhergehenden Herstellungsprozess des Wafers bedingt ist, z. B. wenn die zu haltenden Wafer konvex sind, kann die Auswahl der Ansaugsegmente und/oder der Formgestalt der Ansaugsegmente so getroffen werden, dass an Positionen, wo der Wafer auf dem Chuck aufliegt, ein maximaler Volumenstrom bereitgestellt wird.
Im gesamten folgenden Text bezeichnet der Ausdruck "Anlegen von Vakuum" den Vorgang, dass Fluid aus einem bestimmten Bereich abgesaugt wird. Beispielsweise bedeutet Anlegen von Vakuum an ein Ansaugsegment, dass Fluid, z. B. Luft oder Flüssigkeit, im Bereich der Ansaugsegmente aus dem Bereich oberhalb der oberen Fläche (Auflagefläche) des Chucks abgesaugt wird. Dies entspricht dem Anlegen eines Unterdrucks an den entsprechenden Flächenbereich.
Da "Unterdruck" bedeutet, dass der Druck niedriger ist als ein Referenzdruck, z. B. als der Druck des Fluids in der Umgebung des Chucks, ist der zugewiesene Wert negativ (z. B. –1 bar). Der Klarheit halber sei angemerkt, dass im folgenden Text stets auf den Absolutwert des Unterdrucks verwiesen wird, der dann jeweils als positiver Wert erscheint (z. B. |–1| bar = 1 bar), und auch vergleichende Ausdrücke ("höher", "größer", "weniger als" usw.) beziehen sich auf die Absolutwerte. Beispielsweise bedeutet die Formulierung, dass ein erster Unterdruck "höher" als ein zweiter Unterdruck ist, dass der Absolutwert des ersten Unterdrucks größer als der Absolutwert des zweiten Unterdrucks ist.
Ferner wird der Ausdruck "Fluid" als generische Bezeichnung sowohl für Gase (wie Luft) als auch Flüssigkeiten verwendet.
Der Ausdruck "Hauptvakuum" bezieht sich auf einen Unterdruck, der stark genug ist, um den Wafer an die Auflagefläche des Chucks zu saugen und dort zu halten.
Der Ausdruck "Hilfsvakuum" bezieht sich auf ein Vakuum, das schwächer als ein Hauptvakuum ist, wobei das Hilfsvakuum nur verwendet wird, um den Abstand bestimmter Bereiche des Wafers zur Auflagefläche des Chucks zu messen, und wobei das Hilfsvakuum sich nicht für das Ansaugen des Wafers an die Auflagefläche des Chucks bzw. an das jeweilige Ansaugsegment des Chucks eignet.
Der Ausdruck "Aktivieren eines Ansaugsegments" bedeutet, dass an das entsprechende Ansaugsegment das Hauptvakuum angelegt wird (vgl. Begriffsbestimmung von "Anlegen eines Vakuums" oben). Der Ausdruck "Aktivieren" bezieht sich insbesondere auf das Anlegen eines Vakuums dergestalt, dass ein Wafer durch den bewirkten Volumenstrom eines Fluid angesaugt werden kann. Das heißt, von einem "Hilfsvakuum" bewirkte Fluidströme "aktivieren" kein Ansaugsegment, da ein Hilfsvakuum nur für Messzwecke gedacht ist und typischerweise für ein Ansaugen des Wafers nicht stark genug ist.
Für den Ausdruck "Abstand" zwischen Wafer und Ansaugsegment sind verschiedene Definitionen gleichermaßen möglich. Beispielsweise kann die mathematische Standarddefinition des Abstands zwischen zwei Objekten verwendet werden: dann ist der Abstand gegeben durch das minimale Element der Menge aller zwischen beliebigen zwei Punkten bestehenden Abstände, wobei einer der Punkte geometrisch zum Wafer gehört und der andere Punkt zum Ansaugsegment des Chucks gehört. Eine andere Definition, die hier gleichermaßen verwendet werden kann, ist folgende, vorausgesetzt, dass die (dem Wafer gegenüberliegende) Oberfläche des Ansaugsegments geometrisch als Ebene gestaltet ist: Betrachtet wird die Menge der einzelnen Abstände zwischen jeweils einem Punkt der Oberfläche des Ansaugsegments und einem Punkt der Oberfläche des Wafers, wobei die jeweiligen beiden Punkte auf einer Geraden liegen, die senkrecht zur Oberfläche des Ansaugsegments verläuft. Dann kann der Abstand zwischen dem Wafer und dem Ansaugsegment als Mittelwert aller Elemente der Menge definiert werden, z. B. als arithmetisches Mittel der Menge. (Dabei ist zu beachten, dass diese Definition auch dann gilt, wenn der Wafer das Ansaugsegment nicht vollständig bedeckt.) Natürlich kann auch jede andere geeignete Definition des Abstands zwischen dem Wafer und dem Ansaugsegment gleichermaßen verwendet werden. Im gesamten folgenden Text kann davon ausgegangen werden, dass der Abstand zwischen dem Wafer und dem Ansaugsegment wenigstens annähernd durch Messen des Unterdrucks (Hilfsvakuum) des zwischen einem Ansaugsegment und dem Wafer angeordneten Fluids bestimmt werden kann.
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen Chuck zum Ansaugen und Halten eines Wafers, der eine plane obere Fläche umfasst, die in mehrere Ansaugsegmente untergliedert ist, wobei die Ansaugsegmente jeweils zum Absaugen eines Fluids ausgelegt sind; und eine untere Fläche, wobei die obere Fläche so ausgelegt ist, dass sie innerhalb eines Fluids an einen Wafer angenähert wird, so dass zwei oder mehr der Ansaugsegmente vom Wafer bedeckt, zumindest locker bedeckt, sind; und die Ansaugsegmente jeweils separat aktivierbar sind.
Die Formulierung, dass ein Ansaugsegment vom Wafer "bedeckt" ist, bedeutet hier und im Folgenden, dass der Wafer (oder ein Teil desselben) sich in einem Bereich auf der Seite der oberen Fläche des Ansaugsegments befindet, wo der Wafer (oder ein Teil desselben) durch das Ansaugsegment angezogen wird, wenn das Ansaugsegment aktiviert wird. Die Formulierung bedeutet also nicht notwendigerweise, dass der Wafer (oder ein entsprechender Teil desselben) das Ansaugsegment berührt. Wenn allerdings der Wafer (oder ein entsprechender Teil desselben) das Ansaugsegment berührt, wird das Ansaugsegment vom Wafer bedeckt.
Der Ausdruck "locker bedeckt" bedeutet, dass ein bestimmtes Ansaugsegment vom Wafer "bedeckt" ist, wobei der Wafer jedoch die obere Fläche des Ansaugsegments nicht berührt.
Die Formulierung "die obere Fläche des Chucks an den Wafer annähern" bezeichnet alle Bewegungen der oberseitigen Fläche relativ zum Wafer, durch die zwei oder mehr Ansaugsegmente vom Wafer bedeckt, oder zumindest locker bedeckt, werden. Grundsätzlich kann während der Annäherung jegliche Position und/oder Ausrichtung des Wafers in Bezug zur oberseitigen Auflagefläche des Chucks gewählt werden. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Auflagefläche des Chucks sich so an den Wafer annähert, dass für die meisten Punkte des Wafers die jeweiligen Tangentialvektoren nur um einen geringen Betrag, z. B. weniger als 30 Grad, von einer Parallelausrichtung zur oberen Fläche des Chucks abweichen.
Vorzugsweise bezieht sich die obere Fläche auf die Oberfläche eines festen Werkstoffs wie eines Metalls oder Legierungen unterschiedlicher Metalle oder eines Polymers. Insbesondere kann sich dieser feste Werkstoff nicht auf ein poröses Material, wie z. B. ein gesintertes Material, beziehen.
Der Chuck kann ferner Folgendes umfassen: ein Mittel, vorzugsweise eine Drossel, ausgelegt zum Anlegen eines Hilfsvakuums an die einzelnen Ansaugsegmente; ein Mittel, das vorzugsweise wenigstens ein Druckerfassungsmittel oder wenigstens ein Durchflussmengenerfassungsmittel umfasst und so ausgelegt ist, dass es an jedem der Ansaugsegmente den Unterdruck oder die Durchflussmenge des Volumenstroms von Fluid misst, das vom jeweiligen Ansaugsegment bei entsprechender Anlegung eines Vakuums abgesaugt wird; und ein Mittel, vorzugsweise ein mechanisches und/oder elektrisches Mittel, das mit jedem der für die Messung des Unterdrucks oder der Durchflussmenge ausgelegten Mitteln verbunden ist und zum Bestimmen ausgelegt ist, an dem der Ansaugsegmente bem Anlagen des Hilfsvakuums ein maximaler Absolutwert des Unterdrucks oder eine minimale Durchflussmenge des Fluids gemessen wird.
Hier können die elektrischen Mittel z. B. eine elektronische Schaltung oder eine integrierte Schaltung (IC) sowie ein Mikrocontroller, ein Computer usw. sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Chucks ist die obere Fläche des Chucks eine Scheibe; ein inneres Ansaugsegment ist rings um den Mittelpunkt der oberen Fläche angeordnet; weitere Ansaugsegmente sind als Ringe rings um das innere Ansaugsegment angeordnet; und wobei die einzelnen Ansaugsegmente vorzugsweise von den anderen Ansaugsegmenten jeweils getrennt sind.
In einer Ausführungsform des Chucks umfasst jedes der Ansaugsegmente ein System von miteinander verbundenen Rillen, die an der oberen Fläche des Chucks angeordnet sind, und wobei vorzugsweise jedes System von miteinander verbundenen Rillen eine oder mehrere Rillen umfasst, die als konzentrische Kreise um den Mittelpunkt der oberen Fläche gestaltet sind.
In einer Ausführungsform des Chucks sind die mehreren Ansaugsegmente an der oberen Fläche so angeordnet, dass an der oberen Fläche ein virtueller spiralförmiger Pfad ausgehend von einem Punkt innerhalb eines der Ansaugsegmente und umlaufend bis zum Rand der oberen Fläche verläuft, wobei der Pfad jedes der Ansaugsegmente nur ein einziges Mal betritt und/oder verlässt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Chucks ist jedes Ansaugsegment mit einem Hauptvakuum-Verteilungsmittel verbunden, das an der unteren Fläche des Chucks angeordnet ist und für das Anlegen eines Vakuums an jedes einzelne Ansaugsegment ausgelegt ist; und das Anlegen eines Vakuums an die einzelnen Ansaugsegmente, eventuell mit Ausnahme eines Ansaugsegments, ist über ein Ventil steuerbar.
In einer Ausführungsform des Chucks umfasst das Mittel zum Anlegen des Hauptvakuums einen Hauptvakuumkanal, der einen für das Anlegen von Vakuum ausgelegten Eingang aufweist (das über diesen Eingang angelegte Hauptvakuum kann im Folgenden auch als "erstes Auflagevakuum" bezeichnet sein); jedes der Ansaugsegmente ist mit dem Hauptvakuumkanal über einen Seitenkanal verbunden, der eine Mündung zum Hauptvakuumkanal aufweist; im Hauptvakuumkanal ist zwischen zwei nebeneinanderliegenden Mündungen jeweils ein Ventil angeordnet, so dass der Hauptvakuumkanal mehrere Abschnitte aufweist, die durch diese Ventile getrennt sind; und die Seitenkanäle sind so angeordnet, dass zwei nebeneinanderliegende Abschnitte des Hauptvakuumkanals jeweils mit benachbarten Ansaugsegmenten verbunden sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Chucks ist jedes dieser Ventile ein Rückschlagventil, beispielsweise ein Kugelrückschlagventil, ein Membranrückschlagventil, ein Klappenrückschlagventil, ein Kippscheibenrückschlagventil, ein Absperrrückschlagventil, ein Kolbenrückschlagventil, ein Muffenrückschlagventil oder ein Lippenrückschlagventil; jedes der Rückschlagventile ist so ausgelegt, dass es automatisch öffnet, wenn der Absolutwert des Unterdrucks in dem Abschnitt, der in Richtung des Eingangs des Hauptvakuumkanals an das Rückschlagventil angrenzt, gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist; und jedes der Rückschlagventile ist vorzugsweise so ausgelegt, dass es erst öffnet, wenn der Absolutwert des Unterdrucks in dem Abschnitt, der in Richtung des Eingangs des Hauptvakuumkanals an das Rückschlagventil angrenzt, ein Wert ist, der einem Zustand entspricht, in dem der Wafer dicht an dem Ansaugsegment anliegt, das mit dem in Richtung des Kanaleingangs an das Rückschlagventil angrenzenden Abschnitt verbunden ist.
Ein anderer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansaugen und Halten eines Wafers durch einen Chuck, wobei der Chuck Folgendes umfasst: eine plane obere Fläche, die in mehrere Ansaugsegmente untergliedert ist, wobei die Ansaugsegmente jeweils zum Absaugen eines Fluids ausgelegt sind; und eine untere Fläche. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

(9a) Annähern von Wafer und oberer Fläche des Chucks innerhalb eines Fluids, so dass zwei oder mehr der Ansaugsegmente vom Wafer bedeckt, zumindest locker bedeckt, sind;
(9b) Auswählen eines Ansaugsegments, das einen minimalen Abstand zum Wafer aufweist, aus den noch nicht aktivierten Ansaugsegmenten;
(9c) Aktivieren des in Schritt (9b) ausgewählten Ansaugsegments;
(9d) nachdem der Wafer im Bereich des letztaktivierten Ansaugsegments dicht auf der oberen Fläche des Chucks anliegt und so lange wie wenigstens ein Ansaugsegment noch nicht aktiviert ist: Wiederholen der Schritte (9b) bis (9d).

Zu Schritt (9b): Falls mehrere Ansaugsegmente einen minimalen Abstand zum Wafer aufweisen, umfasst "Auswählen" eine Entscheidung, welche der mehreren Ansaugsegmente, die einen minimalen Abstand zum Wafer aufweisen, ausgewählt wird. Beispielsweise kann dieser Algorithmus einen Entscheidungsschritt dergestalt umfassen, dass von mehreren Ansaugsegmenten, die einen minimalen Abstand zum Wafer aufweisen, dasjenige ausgewählt wird, das sich am nächsten zum Mittelpunkt der oberen Fläche des Chucks befindet. Alternativ kann der Algorithmus einen Schritt umfassen, bei dem eines der Ansaugsegmente, die einen minimalen Abstand zum Wafer aufweisen, auf Zufallsbasis ausgewählt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst Schritt (9b) des Auswählens eines Ansaugsegments, das einen minimalen Abstand zum Wafer aufweist, die folgenden Schritte:

(10a) Messen des Abstands von jedem der Ansaugsegmente zu der dem jeweiligen Ansaugsegment gegenüberliegenden Oberfläche des Wafers;
(10b) Bestimmen eines Ansaugsegments, das einen minimalen Abstand zum Wafer aufweist, aus den noch nicht aktivierten Ansaugsegmenten.

In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt (10a) der Abstandsmessung die folgenden Schritte:

(11a) Anlegen jeweils eines Hilfsvakuums an die noch nicht aktivierten Ansaugsegmente, vorzugsweise über eine Drossel;
(11b) für jedes der Ansaugelemente, an das in Schritt (11a) das Hilfsvakuum angelegt wurde: Messen des Unterdrucks oder der Durchflussmenge des Volumenstroms des abgesaugten Fluids, vorzugsweise über ein Druckerfassungsmittel oder ein Durchflussmengenerfassungsmittel; und Schritt (10b) des Bestimmens eines minimalen Abstands umfasst den folgenden Schritt:
(11c) Bestimmen, an welchem der Ansaugelemente, an das das Hilfsvakuum angelegt wurde, ein maximaler Absolutwert des Unterdrucks oder eine minimale Durchflussmenge des Fluids gemessen wird, vorzugsweise über ein mechanisches und/oder elektrisches Mittel, das mit jedem der Druckerfassungsmittel oder jedem der Durchflussmengenerfassungsmittel verbunden ist.

Hier können die elektrischen Mittel z. B. eine elektronische Schaltung oder eine integrierte Schaltung (IC) sowie ein Mikrocontroller, ein Computer usw. sein.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist die Abfolge der in Schritt (9b) ausgewählten Ansaugsegmente entsprechend einer bekannten Gestalt des Wafers vordefiniert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die obere Fläche des Chucks eine Scheibe; ein inneres Ansaugsegment ist rings um den Mittelpunkt der oberen Fläche angeordnet; weitere Ansaugsegmente sind als Ringe rings um das innere Ansaugsegment angeordnet. Vorzugsweise sind die einzelnen Ansaugsegmente jeweils von den anderen Ansaugsegmenten getrennt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst jedes der Ansaugsegmente ein System von miteinander verbundenen Rillen, die an der oberen Fläche des Chucks angeordnet sind. Vorzugsweise umfasst jedes System von miteinander verbundenen Rillen eine oder mehrere Rillen, die als konzentrische Kreise um den Mittelpunkt der oberen Fläche herum gestaltet sind.
In einer Ausführungsform des Verfahrens sind die mehreren Ansaugsegmente an der oberen Fläche so angeordnet, dass an der oberen Fläche ein virtueller spiralförmiger Pfad ausgehend von einem Punkt innerhalb eines der Ansaugsegmente und umlaufend bis zum Rand der oberen Fläche verläuft, wobei der Pfad jedes der Ansaugsegmente nur ein einziges Mal betritt und/oder verlässt; und die Abfolge der in Schritt (9b) ausgewählten Ansaugsegmente folgt dem virtuellen spiralförmigen Pfad, wobei das erste Ansaugsegment das Ansaugsegment mit dem Ursprung des virtuellen spiralförmigen Pfades ist.
Vorzugsweise ist jedes Ansaugsegment mit einem Hauptvakuum-Verteilungsmittel verbunden, das an der unteren Fläche des Chucks angeordnet ist und für das Anlegen von Vakuum an jedes einzelne Ansaugsegment ausgelegt ist; und das Anlegen von Vakuum an die einzelnen Ansaugsegmente, eventuell mit Ausnahme eines Ansaugsegments, ist über ein Ventil steuerbar. Dann kann das Verfahren die folgenden Schritte umfassen:

(16a) Anlegen eines Vakuums an das Hauptvakuum-Verteilungsmittel, wobei dieser Schritt vor oder zusammen mit Schritt (9c) gestartet wird und so lange ausgeführt wird, wie der Wafer vom Chuck zu halten ist; und wobei Schritt (9c) des Aktivierens eines Ansaugsegments den folgenden Schritt umfasst:
(16b) falls das Ansaugsegment über ein Ventil steuerbar ist: Öffnen des Ventils, das auf die Steuerung des entsprechenden Ansaugsegments ausgelegt ist,

In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Mittel zum Anlegen des Hauptvakuums einen Hauptvakuumkanal, der einen für das Anlegen eines Vakuums ausgelegten Eingang aufweist; jedes der Ansaugsegmente ist mit dem Hauptvakuumkanal über einen Seitenkanal verbunden, der eine Mündung zum Hauptvakuumkanal aufweist; zwischen zwei nebeneinanderliegenden Mündungen ist im Hauptvakuumkanal jeweils ein Ventil angeordnet, so dass der Hauptvakuumkanal mehrere Abschnitte aufweist, die durch diese Ventile getrennt sind; die Seitenkanäle sind so angeordnet, dass zwei nebeneinanderliegende Abschnitte des Hauptvakuumkanals jeweils mit benachbarten Ansaugsegmenten verbunden sind; und Schritt (9b) des Auswählens eines Ansaugsegments umfasst Folgendes:
falls Schritt (9b) während der Durchführung des Verfahrens erstmalig ausgeführt wird: Auswählen des Ansaugsegments, das mit dem an den Eingang angrenzenden Abschnitt des Hauptvakuums verbunden ist;
sonst: Auswählen des Ansaugsegments, das mit demjenigen Abschnitt des Hauptkanals verbunden ist, der an den Abschnitt angrenzt, der mit dem in Schritt (9b) zuvor ausgewählten Ansaugsegment verbunden ist.
Vorzugsweise ist jedes dieser Ventile ein Rückschlagventil, beispielsweise ein Kugelrückschlagventil, ein Membranrückschlagventil, ein Klappenrückschlagventil, ein Kippscheibenrückschlagventil, ein Absperrrückschlagventil, ein Kolbenrückschlagventil, ein Muffenrückschlagventil oder ein Lippenrückschlagventil; wobei jedes der Rückschlagventile so ausgelegt ist, dass es automatisch öffnet, wenn der Absolutwert des Unterdrucks in dem Abschnitt, der in Richtung des Eingangs des Hauptvakuumkanals an das Rückschlagventil angrenzt, gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist; und wobei jedes der Rückschlagventile vorzugsweise so ausgelegt ist, dass es erst öffnet, wenn der Absolutwert des Unterdrucks in dem Abschnitt, der in Richtung des Eingangs des Hauptvakuumkanals an das Rückschlagventil angrenzt, ein Wert ist, der einem Zustand entspricht, in dem der Wafer dicht an dem Ansaugsegment anliegt, das mit dem in Richtung des Kanaleingangs an das Rückschlagventil angrenzenden Abschnitt verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden weiteren Schritt:

(19a) wenn der Wafer vollständig vom Chuck gehalten wird: Anlegen eines Zusatzvakuums (auch als "zweites Auflagevakuum" bezeichnet) an den Hauptvakuumkanal von der dem Eingang entgegengesetzten Seite.

Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden aus der obigen Kurzdarstellung sowie aus der nachfolgenden Beschreibung einschließlich der Figuren und Ansprüche deutlich.
1: Chuck mit Vakuumverteiler
2: Funktionsprinzip
3: Verfahrensweise zur sequenziellen Aktivierung von Ansaugsegmenten und dadurch Erzeugung eines maximalen Volumendurchsatzes zum Anlegen eines ausreichend starken Drucks an den Wafer
4: Veranschaulichung des Druckabfalls über verschiedene Ansaugsegmente
5: Vermeiden eines Druckabfalls durch Anlegen eines Zusatzvakuums
6: Veranschaulichung des durch ein Zusatzvakuum bewirkten konstanten Drucks
7: Skizze einer Schaltung zum Messen des Abstands zwischen dem Wafer und den Ansaugsegmenten
8: Mögliche Untergliederung einer Auflagefläche eines Chucks in mehrere Ansaugsegmente
9: Bild einer Ausführungsform des Chucks (obere Fläche)
10: Bild einer Ausführungsform des Chucks (untere Fläche mit Hauptvakuumkanal und Rückschlagventilen)
Kaskadenschaltung mit Rückschlagventilen
Um in den einzelnen Ansaugsegmenten einen höchstmöglichen Volumenstrom zu erzielen, können diese Ansaugsegmente jeweils durch Rückschlagventile, beispielsweise Kugelrückschlagventile, getrennt sein. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Chucks umfasst der Chuck einen Hauptvakuumkanal, der einen für das Anlegen eines Vakuums (Unterdruck) ausgelegten Eingang aufweist. Der Hauptvakuumkanal ist dann in mehrere Teilabschnitte unterteilt, wobei zwischen zwei benachbarten Teilabschnitten jeweils ein Rückschlagventil installiert ist. Zum Beispiel sind typischerweise N – 1 Rückschlagventile erforderlich, um den Hauptvakuumkanal in N Teilabschnitte zu gliedern. Über einen Seitenkanal ist dann jeder der Teilabschnitte mit einem der Ansaugsegmente verbunden. Diese Anordnung wird im gesamten vorliegenden Dokument als "Kaskadenschaltung" bezeichnet.
Im Folgenden entspricht die Nummerierung der Rückschlagventile und der Teilabschnitte des Hauptkanals – der Einfachheit und Klarheit halber – jeweils der Position relativ zum Kanaleingang: der erste Teilabschnitt des Hauptvakuumkanals ist ohne zwischengeschaltetes Rückschlagventil direkt mit dem Eingang verbunden. Dann trennt das erste Rückschlagventil den ersten Teilabschnitt vom zweiten Teilabschnitt des Hauptvakuumkanals. Der zweite Teilabschnitt ist dann über das zweite Rückschlagventil vom dritten Teilabschnitt getrennt usw. Die Nummerierung eines bestimmten Ansaugsegments entspricht ferner der Nummerierung des Teilabschnitts, mit dem das Ansaugsegment über den Seitenkanal verbunden ist.
Um einen Wafer über den Chuck anzusaugen, wird an die Kaskadenschaltung über den Eingang ein Vakuum angelegt. Da das erste Rückschlagventil noch geschlossen ist, tritt der "vollständige" Fluid-Volumenstrom (z. B. Luftstrom) vom ersten Ansaugsegment über den entsprechenden Seitenkanal und den ersten Teilabschnitt des Hauptvakuumkanals zur am Eingang angeschlossenen Vakuumversorgung ein. Dies bewirkt, dass der Wafer im Bereich des ersten Ansaugsegments in Richtung des Chucks angesaugt wird. Der Wafer schließt das erste Ansaugsegment schließlich dicht ab, d. h. er wird im Bereich des ersten Ansaugsegments vollständig angesaugt.
Idealerweise öffnet das (erste) Rückschlagventil erst, wenn der Wafer im ersten Ansaugsegment vollständig angesaugt ist. Anschließend liegt der "vollständige" Volumenstrom am zweiten Ansaugsegment an. Erst wenn der Wafer am zweiten Ansaugsegment vollständig fixiert ist und dieses vollständig abdichtet, wird dann das nächste Ansaugsegment durch ein Öffnen des nächsten Rückschlagventils aktiviert. Diese Vorgehensweise wiederholt sich (automatisch), bis das letzte Rückschlagventil offen ist und der "komplette" Volumenstrom am letzten Ansaugsegment anliegt. Am Ende wird der Wafer von jedem der Ansaugsegmente angesaugt und gehalten (vorausgesetzt, dass der Wafer groß genug ist, um jedes der Ansaugsegmente zu bedecken).
Da jedes Rückschlagventil einen Druckverlust verursacht, ist es möglich, dass das Vakuum (Unterdruck, gemessen als Absolutwert des Unterdrucks) im letzten Ansaugsegment relativ niedrig im Vergleich zum Vakuum (Unterdruck) des ersten Ansaugsegments ist. Zum Ausgleich kann an das letzte Ansaugsegment ein Zusatzvakuum angelegt werden, nachdem der Wafer vollständig vom Chuck angesaugt und gehalten wird.
Aktivierungsabfolge der Ansaugsegmente
Wie dies bereits oben erörtert ist, wird der Wafer zweckmäßigerweise zuerst im Bereich des Ansaugsegments angesaugt, das vom Wafer (oder von einem Teilabschnitt desselben) am dichtesten bedeckt wird. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Chucks wird ein Hilfsvakuum verwendet, um diesen Bereich zu bestimmen.
Beispielsweise kann folgende Anordnung erwogen werden. Ein Hauptvakuumkanal, der einen zum Anlegen eines Vakuums an den Kanal ausgelegten Eingang aufweist, spaltet sich in mehrere Abzweige auf, wobei jeder der Abzweige mit einem an einer oberen Fläche des Chucks angeordneten Ansaugsegment verbunden ist. Jeder der Abzweige umfasst einen Schalter (ein Ventil), der dazu ausgelegt ist, die Verbindung des entsprechenden Ansaugsegments zum Hauptvakuumkanal ein- und auszuschalten. Somit kann jedes der Ansaugsegmente unabhängig aktiviert/deaktiviert werden, indem der Schalter am entsprechenden Abzweig ein- oder ausgeschaltet wird und dadurch eine Vakuum (Unterdruck) an das Ansaugsegment ausgehend vom Hauptvakuumkanal angelegt oder nicht angelegt wird. Ferner ist jedes der Ansaugsegmente mit einem Kanalsystem verbunden, das dazu ausgelegt ist, an die Ansaugsegmente ein Hilfsvakuum anzulegen. Beispielsweise ist das Hilfsvakuumkanalsystem mit dem Hauptvakuumkanal verbunden und umfasst eine Drossel.
Mittels der Drossel wird dann der Volumenstrom des Hilfsvakuums gegenüber dem vom Hauptvakuum bewirkten Volumenstrom (z. B. Luftstrom) verringert. Das Hilfsvakuum ist über Rückschlagventile und Manometer mit den mehreren Ansaugsegmenten verbunden. Das heißt, je mehr ein Ansaugsegment von einem Wafer bedeckt wird, desto stärker sinkt der Druck (oder in anderen Worten: desto größer wird der Absolutwert des Unterdrucks) an diesem Ansaugsegment. An dem Ansaugsegment, an dem im Vergleich zu den übrigen Ansaugsegmenten der Wafer am dichtesten anliegt, weist der Unterdruck (im Absolutwert) ein Maximum auf.
Nachdem das vom Wafer am dichtesten bedeckte Ansaugsegment bestimmt wurde, wird das entsprechende Rückschlagventil aktiviert und der Wafer wird in diesem Bereich teilweise angesaugt, bis der Wafer das entsprechende Ansaugsegment dicht abschließt.
Dann wird für jedes der übrigen Ansaugsegmente der jeweilige (Unter-)Druck des Hilfsvakuums gemessen und nochmals das Ansaugsegment mit dem (im Absolutwert) maximalen Unterdruck bestimmt. Dieses Ansaugsegment wird aktiviert, indem der entsprechende Schalter geöffnet wird, um an das Ansaugsegment Vakuum aus dem Hauptvakuumkanal anzulegen. Der Wafer wird dann im Bereich dieses Ansaugsegments angesaugt, und die Prozedur kann wiederholt werden, bis jedes der Ansaugsegmente aktiviert und der Wafer vollständig angesaugt ist.
Spiralansaugung
Falls Wafer, z. B. aufgrund vorhergehender Produktionsprozesse, immer wieder die gleichen oder ähnliche Verformungen aufweisen, kann die Gestalt der Ansaugsegmente und/oder die Abfolge des Anlegens des Vakuums im Chuck an diese Verformung angepasst werden.
Im Falle von konkaven Wafern kann es beispielsweise zweckmäßig sein, einen Wafer beginnend vom Innenbereich der Auflagefläche des Chucks hin zu den äußeren Rändern der Auflagefläche anzusaugen.
Das kann durch einen hochvolumigen Vakuumkanal realisiert werden, der unterhalb einer oberen Fläche des Chucks angeordnet ist und von einem Mittelpunkt aus spiralförmig bis zum Rand der oberen Fläche des Chucks führt. An der oberen Fläche des Chucks sind zudem Vakuumrillen angeordnet. Die Vakuumrillen oder verschiedenen Systeme (Gruppen) von Vakuumrillen sind voneinander getrennt. Darüber hinaus kann der Chuck in verschiedene Ansaugbereiche oder Ansaugsegmente untergliedert werden. Das ist zum Ansaugen stark verformter/verzogener Wafer notwendig.
Kombination von Kaskadenschaltung und Spiralansaugung
Die Spiralansaugung kann mit der oben beschriebenen Kaskadenschaltung kombiniert werden. Dies ermöglicht eine Verringerung der Zahl von Vakuumrückschlagventilen. Zum Beispiel ist es dann möglich, stark verzogene Wafer mit nur zwei Rückschlagventilen statt drei oder mehr Rückschlagventilen anzusaugen.
Das kann beispielsweise besonders vorteilhaft sein, um Rückschlagventile aus wirtschaftlichen Gründen einzusparen und/oder weil die den Chuck steuernde Software auf eine beliebige Konfiguration, d. h. eine Ausrichtung von Kanälen, Rückschlagventilen usw., dieses Chucks angepasst werden muss.
1 zeigt zwei Teile einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Chucks. Die obere Fläche 10 des Chucks ist als Scheibe ausgebildet. Auf der Scheibe sind mehrere Rillen angeordnet. Kreisförmige Rillen 11 sind rings um den Mittelpunkt der oberen Fläche des Chucks so angeordnet, dass sie ein System konzentrischer Kreisen bilden. Außerdem sind Rillen in radialer Richtung (relativ zum Mittelpunkt der oberen Fläche 10) an der oberen Fläche 10 des Chucks angeordnet. Zum Beispiel verlaufen radial gerichtete Rillen 12a, 12b, 12c und 12d sternförmig vom Mittelpunkt der oberen Fläche 10 bis zur dritten kreisförmigen Rille (Zählrichtung vom Mittelpunkt zum Rand). Damit verbinden die radialen Rillen 12a bis 12d das System der drei inneren kreisförmigen Rillen. Gleichermaßen sind die vierten bis siebenten kreisförmigen Rillen über radial gerichtete Rillen miteinander verbunden, während jedoch diese Rillen nicht mit dem System der drei inneren kreisförmigen Rillen und Radialrillen 12a bis 12d verbunden sind. Auch die achten bis elften Rillen sind über radiale Rillen miteinander verbunden. Schließlich sind die zwölften bis fünfzehnten Rillen über radial ausgerichtete Rillen miteinander verbunden. Auf diese Weise gibt es vier an der oberen Fläche des Chucks angeordnete unabhängige (d. h. nicht miteinander verbundene) Rillensysteme. Jedes dieser Systeme kann als ein unabhängig aktivierbares Ansaugsegment betrachtet werden.
1 zeigt auch ein Gehäuse 16, das eine Kaskadenschaltung umfasst. Das Gehäuse 16 umfasst einen Eingang 18, der für den Anschluss an eine Hauptvakuumversorgung ausgelegt ist, und vier Ausgänge 17a, 17b, 17c und 17d, wobei jeder dieser Ausgänge für den Anschluss an eines der oben beschriebenen, an der oberen Fläche des Chucks angeordneten Rillensysteme ausgelegt ist.
2 zeigt einen Schnitt durch die obere Fläche des Chucks sowie einen Schnitt durch das Gehäuse 16 von 1. Das Gehäuse 216 umfasst einen Hautvakuumkanal 250, durch den das Fluid geführt werden kann. Das Fluid kann über den Eingang 218 aus diesem Kanal 250 abgezogen werden. Innerhalb des Kanals 250 sind drei Rückschlagventile 220a, 220b und 220c vorgesehen. Die drei Rückschlagventile 220a, 220b und 220c teilen den Kanal 250 in vier Teilabschnitte. Jeder der Teilabschnitte ist über einen Seitenkanal mit einem der Ausgänge 217a bis 217d verbunden. Ein weiterer Eingang 219 ist auf der dem Eingang 218 entgegengesetzten Seite des Kanals 250 vorgesehen. Der weitere Eingang 219 erlaubt das zusätzliche Anlegen eines Zusatzvakuums an den Hauptvakuumkanal 250.
Eingelassen in 2 ist ein Schnitt durch ein beispielhaftes Rückschlagventil 200 dargestellt. Das Rückschlagventil 200 umfasst ein Gehäuse 201. Innerhalb des Gehäuses 201 ist ein Kolben oder Stößel 202 angeordnet, der von einer Spiralfeder 203 in Position gehalten wird, um das Rückschlagventil 200 geschlossen zu halten. Wenn jedoch der Druck auf der der Spiralfeder 203 entgegengesetzten Seite des Kolbens 202 größer ist als der Druck, der von der Feder 203 auf den Kolben 202 ausgeübt wird, öffnet das Rückschlagventil 200, und das Fluid kann das Rückschlagventil 200 passieren.
An der oberen Fläche 210 des Chucks sind vier Systeme 211, 212, 213, 214 von Rillen angeordnet. Diese Rillensysteme können unabhängig aktiviert werden, indem über die Eingänge 221, 222, 223 und 224 Vakuum angelegt wird. Jeder dieser Eingänge 221 bis 224 ist über einen Seitenkanal mit einer der Rillengruppen verbunden. Zum Beispiel ist der Eingang 221 über Seitenkanal 230 mit dem Rillensystem 211 verbunden, das die drei innersten kreisförmigen Rillen umfasst. Das innerste Rillensystem, das ein erstes Ansaugsegment des Chucks bildet, kann dann über den Eingang 221 und den Ausgang 217a mit demjenigen Teilabschnitt des Kanals 250 der Kaskadenschaltung verbunden werden, der dem Eingang 218 am nächsten liegt. Das zweite Rillensystem 212 (gezählt von der Mitte der oberen Fläche 210 in Richtung Rand) kann zudem über den Eingang 222 und den Ausgang 217b mit demjenigen Teilabschnitt des Kanals 250 verbunden werden, der um nur ein Rückschlagventil 220a vom Eingang 218 getrennt ist. Das dritte Rillensystem 213 kann gleichermaßen mit dem dritten Teilabschnitt des Kanals 250 verbunden werden, und schließlich kann das äußere (vierte) Rillensystem 214 über den Eingang 224 und den Ausgang 217d mit einem Teilabschnitt des Kanals 250 verbunden werden, der über alle Rückschlagventile vom Eingang 218 getrennt ist.
Durch diesen Aufbau würde beim Anlegen eines Vakuums über den Eingang 218 kein Rückschlagventil öffnen, solange Fluid aus dem inneren Ansaugsegment 211 abgesaugt wird. Liegt jedoch ein Wafer (nicht dargestellt) am inneren Ansaugsegment 211 dicht an, würde das erste Rückschlagventil 220a so lange öffnen, wie das zweite Ansaugsegment 212 nicht von einem Teilabschnitt des Wafers dicht abgedeckt wird, wodurch sich ein Volumenstrom am zweiten Ansaugsegment 212 einstellt. Das zweite Rückschlagventil 220b ist jedoch noch immer in einem geschlossenen Zustand. Dann wird das "vollständige" Vakuum an das zweite Ansaugsegment 212 angelegt und übt im Bereich des zweiten Ansaugsegments 212 den stärksten (Unter-)Druck auf den Wafer aus. Erst nachdem der Wafer (bzw. ein Teilabschnitt des Wafers) das zweite Ansaugsegment 212 dicht abschließt, öffnet das zweite Rückschlagventil 220b, und das komplette Hauptvakuum wird an das dritte Ansaugsegment 213 angelegt. Nachdem das dritte Ansaugsegment 213 von einem Teilabschnitt des Wafers fest abgedeckt wird, öffnet das dritte Rückschlagventil 220c, und dann wird das komplette Vakuum an das äußerste Ansaugsegment 214 der oberen Fläche 210 des Chucks angelegt. Auf diese Weise kann ein Wafer beginnend von der Innenseite der oberen Fläche 210 des Chucks bis hin zur Außenseite problemlos angesaugt werden.
Wird schließlich der Wafer von den Ansaugsegmenten jeweils vollständig gehalten, wird ausgehend vom weiteren Eingang 219 der Kaskadenschaltung ein zusätzliches Vakuum angelegt, um an jedes der Ansaugsegmente einen ausreichenden Unterdruck anzulegen und so den Wafer stabil zu fixieren.
Diese Verfahrensweise wird von 3 weiter veranschaulicht. Zunächst liegt ein Wafer 36 mit der Form 36a auf der oberen Fläche 39 des Chucks auf, d. h. der Wafer 36 berührt die obere Fläche 39 nur im Bereich rund um die Mitte der oberen Fläche 39. Dann wird an die Kaskadenschaltung 38 ein Hauptvakuum 30 angelegt. Zuerst wird ein Vakuum 31a an das Ansaugsegment 32a rund um die Mitte der oberen Fläche 39 angelegt. Dementsprechend wird der Wafer 36 im Bereich des Ansaugsegments 32a fest angesaugt, so dass innerhalb dieses Bereichs kein Fluid mehr abgesaugt werden kann. Der Wafer befindet sich dann in einem Zustand der Form 36b. Demzufolge öffnet Rückschlagventil 33a, und es wird ein Vakuum 31b an das zweite Ansaugsegment 32b angelegt. Im Bereich des Ansaugsegments 32b wird dann Fluid abgesaugt, und der Wafer wird zum zweiten Ansaugsegment 32b hin gezogen, bis der Wafer das Ansaugsegment 32b bedeckt und dicht verschließt. Der Wafer befindet sich dann in einem Zustand der Form 36c. Anschließend wiederholt sich die Prozedur durch Öffnen von Rückschlagventil 33b und Ansaugen des Wafers im Bereich von Ansaugsegment 32c und schließlich durch Öffnen von Rückschlagventil 33c und Ansaugen des Wafers im Bereich von Ansaugsegment 32d. Danach ist der Wafer per Rückschlagventil vollständig angesaugt und in einem flachen Zustand 36d.
Jedes Rückschlagventil verursacht jedoch einen Abfall des (absoluten) Wertes des (Unter-)Drucks im Vakuumkanal 41. 4 zeigt eine Situation, bei der ein Wafer 45 vom Chuck vollständig angesaugt wird, so dass alle Ansaugsegmente 42a, 42b, 42c und 42d vom Wafer 45 dicht verschlossen werden. Am ersten Ansaugsegment 42a, das direkt mit der Hauptvakuumversorgung verbunden ist, liegt dann ein Unterdruck von minus 1 bar vor. Am zweiten Ansaugsegment 42b, das über das erste Rückschlagventil 40a mit dem Hauptvakuum verbunden ist, liegt jedoch ein verminderter (Absolut-)Wert des Unterdrucks vor, der nur –0,7 bar beträgt. Am dritten Ansaugsegment 42c ist der Unterdruck (im Absolutwert) noch weiter abgesunken und liegt bei –0,5 bar, was dadurch begründet ist, dass das dritte Ansaugsegment 42c über zwei Rückschlagventile 40a und 40b mit der Hauptvakuumversorgung verbunden ist. Schließlich liegt der Absolutwert des Unterdrucks am letzten (äußeren) Ansaugsegment 42d, das über drei Rückschlagventile 40a bis 40c mit der Hauptvakuumversorgung verbunden ist, nur noch bei ¼ vom entsprechenden Wert des inneren Ansaugsegments 42a, d. h. der Unterdruck am Ansaugsegment 42d beträgt –0,25 bar. Demzufolge ist der Druck, mit dem der Wafer 45 auf der oberen Fläche des Chucks gehalten wird, über die obere Fläche hinweg nicht konstant, sondern verringert sich von der Mitte zum Rand des Chucks. Der Wafer 45 kann demnach in den äußeren Regionen der Chuck-Auflagefläche (Ansaugsegment 42d) instabiler fixiert sein als in den inneren Regionen der Auflagefläche (Ansaugsegment 42a).
Um den Wafer 55 auf der oberen Fläche des Chucks 56 zu stabilisieren, kann an die Kaskadenschaltung ein Zusatzvakuum 52, 53 angelegt werden. 5 zeigt wiederum eine Situation, wo der Wafer 55 bereits vollständig vom Chuck angesaugt ist und alle Ansaugsegmente der oberen Fläche 56 fest abdichtet. Ein Hauptvakuum 50 wird an die Kaskadenschaltung angelegt und über die Vakua 51a, 51b, 51c und 51d auf die einzelnen Ansaugsegmente 57a, 57b, 57c und 57d verteilt. Wie dies im Bezug zu 4 erläutert ist, liegt das stärkste Vakuum 51a am inneren Ansaugsegment 57a an. Zum Rand der oberen Fläche 56 des Chucks hin nimmt das an den Ansaugsegmenten 57b bis 57d anliegende Vakuum ab. Zum Ausgleich dieser Wirkung kann ein zusätzliches Vakuum angelegt werden. Beispielsweise kann an die Kaskadenschaltung ein Zusatzvakuum 52 von der der Hauptvakuumversorgung 50 entgegengesetzten Seite angelegt werden. Dann ist das äußere Ansaugsegment 57d direkt (d. h. nicht über ein Rückschlagventil) mit dem Zusatzvakuum 52 verbunden, dessen Stärke so ausgewählt sein kann, dass es für einen ausreichenden Unterdruck am Ansaugsegment 57d sorgt, um den Wafer 55 in diesem Bereich stabil zu halten. Außerdem kann zusätzlich dazu ein Zusatzvakuum 53 an jedes der übrigen Ansaugsegmente 57a bis 57c oder an zwischen den Ansaugsegmenten befindliche Bereiche angelegt werden. Dann liegt an jedem der Ansaugsegmente ein konstanter und ausreichender Unterdruck an, und der Wafer 55 wird von der oberen Fläche 56 des Chucks stabil fixiert.
Diese Situation wird auch von 6 veranschaulicht. Ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Situationen werden ein Hauptvakuum 61 und ein Zusatzvakuum 62 an die Kaskadenschaltung 63 angelegt. Wie dies durch die Manometer veranschaulicht ist, die unterhalb der Ansaugsegmente 66a bis 66d skizziert sind, liegt das Vakuum (Unterdruck), das an jedem der Ansaugsegmente 66a bis 66d anliegt, bei –1 bar.
7 zeigt eine Ausführungsform einer Messschaltung zur Bestimmung, an welchem der Ansaugsegmente 71a, 71b und 71c ein Wafer das entsprechende Ansaugsegment am dichtesten abschließt. Dazu wird ein Hilfsvakuum 76 bereitgestellt, das über eine Drossel 75 vom Hauptvakuum 77 abgezweigt wird. Das Hilfsvakuum wird über die Rückschlagventile 73a bis 73c an jedes der Ansaugsegmente 71a bis 71c angelegt. Der Unterdruck an den einzelnen Ansaugsegmenten wird dann durch die Messmittel 72a, 72b bzw. 72c gemessen. Anschließend wird bestimmt, an welchem der Ansaugsegmente der Absolutwert des Unterdrucks maximal ist. Danach wird der entsprechende Schalter 74a, 74b bzw. 74c betätigt, um das Hauptvakuum 77 an das entsprechende Ansaugsegment anzulegen. Nach erfolgtem Ansaugen des Wafers in diesem Ansaugsegment wird die Verfahrensweise wiederholt, d. h. es wird erneut geprüft, bei welchem der (übrigen) Ansaugsegmente der Absolutwert des Unterdrucks ein Maximum aufweist, und das Hauptvakuum wird durch Schalten des entsprechenden Schalters an dieses Ansaugsegment angelegt.
8 zeigt eine mögliche Aufteilung der oberen Fläche 80 eines Chucks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die obere Fläche 80 ist als eine kreisrunde Scheibe ausgebildet. Durch die Aufteilung wird die obere Fläche 80 in mehrere Ansaugsegmente unterteilt. Beispielsweise ist rings um den Mittelpunkt der Scheibe ein kreisrundes Ansaugsegment 81 angeordnet. Gleichermaßen ist rings um den Mittelpunkt der oberen Fläche 80 eine größere kreisrunde Fläche angeordnet, die durch drei in Bezug auf den Mittelpunkt der oberen Fläche 80 radial verlaufende gerade Linien untergliedert wird, die diese größere kreisrunde Fläche in drei gleichgroße Ansaugsegmente 82a, 82b und 82c teilen. Die Fläche dieser Ansaugsegmente überlappt natürlich nicht mit der Fläche des inneren Ansaugsegments 81; mit anderen Worten: die Fläche des inneren Ansaugsegments 81 ist von den Flächen der Ansaugsegmente 82a bis 82c abgetrennt. Ein weiterer Bereich befindet sich zwischen den Ansaugsegmenten 82a bis 82c und dem Randradius der oberen Fläche 80 des Chucks. Dieser Bereich wird von vier geraden Linien, die in Bezug zum Mittelpunkt der oberen Fläche 80 radial ausgerichtet sind, in vier gleichgroße Ansaugsegmente 83a, 83b, 83c und 83d unterteilt.
9 zeigt ein Bild der bereits in den 1 und 2 dargestellten und dort schon erörterten Ausführungsform der oberen Fläche. In diesem Bild sind an mehreren Stellen in den Rillen 92 Durchgangslöcher 91 erkennbar, welche die Rillen 92 mit Eingängen (nicht dargestellt) verbinden, die unter der oberen Fläche 93 des Chucks vorgesehen sind, um das Vakuum anzulegen, wie dies im Bezug zu den 1 und 2 beschrieben ist.
10 zeigt ein Bild der unteren Fläche 100 einer Ausführungsform des Chucks. Ein Hauptvakuumkanal 101 ist spiralförmig an der unteren Fläche 100 angeordnet. Der Vakuumkanal 101 ist in mehrere Teilabschnitte untergliedert, die durch Rückschlagventile 102 voneinander getrennt sind. Die Anordnung bildet eine Ausführungsform der Kaskadenschaltung, wie dies im Bezug zu den 2 und 3 veranschaulicht und beschrieben ist.
Während die Erfindung in den Figuren und in der obigen Beschreibung im Detail veranschaulicht und beschrieben wurde, sind diese Veranschaulichung und Beschreibung als illustrativ oder beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten. Es versteht sich, dass vom Durchschnittsfachmann Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche vorgenommen werden können. Insbesondere erfasst die vorliegende Erfindung weitere Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen aus verschiedenen vorstehend und nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
In den Ansprüchen schließt das Wort "umfassend" zudem weitere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel "ein" oder "eine" schließt keine Mehrzahl aus. Eine einzelne Einheit kann die Funktionen von in den Ansprüchen aufgeführten mehreren Merkmalen erfüllen. Insbesondere bedeuten die Ausdrücke "wesentlich", "etwa, "annähernd" und dergleichen im Bezug zu einem Attribut oder einem Wert eine exakte Festlegung des entsprechenden Attributs bzw. Wertes. In den Ansprüchen enthaltene Bezugszeichen sind nicht als umfangseinschränkend zu lesen.

Claims

Aufspannvorrichtung zum Ansaugen und Halten eines Wafers, umfassend eine plane obere Fläche, die in mehrere Ansaugsegmente untergliedert ist, wobei die Ansaugsegmente jeweils zum Absaugen eines Fluids ausgelegt sind; und eine untere Fläche, wobei die obere Fläche so ausgelegt ist, dass sie innerhalb eines Fluids an einen Wafer angenähert wird, so dass zwei oder mehr der Ansaugsegmente vom Wafer bedeckt, zumindest locker bedeckt, sind; und die Ansaugsegmente jeweils separat aktivierbar sind.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aufspannvorrichtung ferner Folgendes umfasst: ein Mittel, vorzugsweise eine Drossel, das zum Anlegen jeweils eines Hilfsvakuums an die einzelnen Ansaugsegmente ausgelegt ist; ein Mittel, das vorzugsweise wenigstens ein Druckerfassungsmittel oder wenigstens ein Durchflussmengenerfassungsmittel umfasst und so ausgelegt ist, dass es an jedem der Ansaugsegmente den Unterdruck oder die Durchflussmenge des Volumenstroms von Fluid misst, das vom jeweiligen Ansaugsegment beim Anlegen des Hilfsvakuums abgesaugt wird; und ein Mittel, vorzugsweise ein mechanisches und/oder elektrisches Mittel, das mit jedem der für die Messung des Unterdrucks oder der Durchflussmenge ausgelegten Mitteln verbunden ist und zum Bestimmen ausgelegt ist, an welchem der Ansaugsegmente beim Anlegen des Hilfsvakuums ein maximaler Absolutwert des Unterdrucks oder eine minimale Durchflussmenge des Fluids gemessen wird.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Fläche der Aufspannvorrichtung eine Scheibe ist; ein inneres Ansaugsegment rings um den Mittelpunkt der oberen Fläche angeordnet ist; weitere Ansaugsegmente als Ringe rings um das innere Ansaugsegment angeordnet sind; und wobei die einzelnen Ansaugsegmente vorzugsweise von den anderen Ansaugsegmenten jeweils getrennt sind.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 3, wobei jedes der Ansaugsegmente ein System von miteinander verbundenen Rillen umfasst, die an der oberen Fläche der Aufspannvorrichtung angeordnet sind, und wobei vorzugsweise jedes System von miteinander verbundenen Rillen eine oder mehrere Rillen umfasst, die als konzentrische Kreise um den Mittelpunkt der oberen Fläche gestaltet sind.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Ansaugsegmente an der oberen Fläche so angeordnet sind, dass an der oberen Fläche ein virtueller spiralförmiger Pfad ausgehend von einem Punkt innerhalb eines der Ansaugsegmente und umlaufend bis zum Rand der oberen Fläche verläuft, wobei der Pfad jedes der Ansaugsegmente nur ein einziges Mal betritt und/oder verlässt.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, wobei jedes Ansaugsegment mit einem Hauptvakuum-Verteilungsmittel verbunden ist, das an der unteren Fläche der Aufspannvorrichtung angeordnet ist und für das Anlegen eines Vakuums an jedes einzelne Ansaugsegment ausgelegt ist; und wobei das Anlegen von Vakuum an die einzelnen Ansaugsegmente, eventuell mit Ausnahme eines Ansaugsegments, über ein Ventil steuerbar ist.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 6, soweit von Anspruch 5 abhängig, wobei das Mittel zum Anlegen des Hauptvakuums einen Hauptvakuumkanal umfasst, der einen für das Anlegen von Vakuum ausgelegten Eingang aufweist; jedes der Ansaugsegmente mit dem Hauptvakuumkanal über einen Seitenkanal verbunden ist, der eine Mündung zum Hauptvakuumkanal aufweist; zwischen zwei nebeneinanderliegenden Mündungen im Hauptvakuumkanal jeweils ein Ventil angeordnet ist, so dass der Hauptvakuumkanal mehrere Abschnitte aufweist, die durch diese Ventile getrennt sind; die Seitenkanäle so angeordnet sind, dass zwei nebeneinanderliegende Abschnitte des Hauptvakuumkanals jeweils mit benachbarten Ansaugsegmenten verbunden sind.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 7, wobei jedes dieser Ventile ein Rückschlagventil ist, beispielsweise ein Kugelrückschlagventil, ein Membranrückschlagventil, ein Klappenrückschlagventil, ein Kippscheibenrückschlagventil, ein Absperrrückschlagventil, ein Kolbenrückschlagventil, ein Muffenrückschlagventil oder ein Lippenrückschlagventil; wobei jedes der Rückschlagventile so ausgelegt ist, dass es automatisch öffnet, wenn der Absolutwert des Unterdrucks in dem Abschnitt, der in Richtung des Eingangs des Hauptvakuumkanals an das Rückschlagventil angrenzt, gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist; und wobei jedes der Rückschlagventile vorzugsweise so ausgelegt ist, dass es erst öffnet, wenn der Absolutwert des Unterdrucks in dem Abschnitt, der in Richtung des Eingangs des Hauptvakuumkanals an das Rückschlagventil angrenzt, ein Wert ist, der einem Zustand entspricht, in dem der Wafer dicht an dem Ansaugsegment anliegt, das mit dem in Richtung des Kanaleingangs an das Rückschlagventil angrenzenden Abschnitt verbunden ist.
Verfahren zum Ansaugen und Halten eines Wafers durch einen Aufspannvorrichtung, wobei die Aufspannvorrichtung Folgendes umfasst: eine plane obere Fläche, die in mehrere Ansaugsegmente untergliedert ist, wobei die Ansaugsegmente jeweils zum Absaugen eines Fluids ausgelegt sind; und eine untere Fläche; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (9a) Annähern von Wafer und oberer Fläche der Aufspannvorrichtung innerhalb eines Fluids, so dass zwei oder mehr der Ansaugsegmente vom Wafer bedeckt, zumindest locker bedeckt, sind; (9b) Auswählen eines Ansaugsegments, das einen minimalen Abstand zum Wafer aufweist, aus den noch nicht aktivierten Ansaugsegmenten; (9c) Aktivieren des in Schritt (9b) ausgewählten Ansaugsegments; (9d) nachdem der Wafer im Bereich des letztaktivierten Ansaugsegments dicht auf der oberen Fläche der Aufspannvorrichtung anliegt und so lange wie wenigstens ein Ansaugsegment noch nicht aktiviert ist: Wiederholen der Schritte (9b) bis (9d).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Schritt (9b) des Auswählens eines Ansaugsegments, das einen minimalen Abstand zum Wafer aufweist, die folgenden Schritte umfasst: (10a) Messen des Abstands von jedem der Ansaugsegmente zu der dem jeweiligen Ansaugsegment gegenüberliegenden Oberfläche des Wafers; (10b) Bestimmen eines Ansaugsegments, das einen minimalen Abstand zum Wafer aufweist, aus den noch nicht aktivierten Ansaugsegmenten;
Verfahren nach Anspruch 10 wobei Schritt (10b) des Messens des Abstands die folgenden Schritte umfasst: (11a) Anlegen jeweils eines Hilfsvakuums an die noch nicht aktivierten Ansaugsegmente, vorzugsweise über eine Drossel; (11b) für jedes der Ansaugelemente, an die in Schritt (11a) ein Hilfsvakuum angelegt wurde: Messen des Unterdrucks oder der Durchflussmenge des Volumenstroms des abgesaugten Fluids, vorzugsweise über ein Druckerfassungsmittel oder ein Durchflussmengenerfassungsmittel; und wobei Schritt (10b) des Bestimmens eines minimalen Abstands die folgenden Schritte umfasst: (11c) Bestimmen, an welchem der Ansaugelemente, an denen ein Hilfsvakuum anliegt, ein maximaler Absolutwert des Unterdrucks oder eine minimale Durchflussmenge des Fluids gemessen wird, vorzugsweise über ein mechanisches und/oder elektrisches Mittel, das mit jedem der Druckerfassungsmittel oder jedem der Durchflussmengenerfassungsmittel verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Abfolge der in Schritt (9b) ausgewählten Ansaugsegmente entsprechend einer bekannten Gestalt des Wafers vordefiniert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die obere Fläche der Aufspannvorrichtung eine Scheibe ist; ein inneres Ansaugsegment rings um den Mittelpunkt der oberen Fläche angeordnet ist; weitere Ansaugsegmente als Ringe rings um das innere Ansaugsegment angeordnet sind; und wobei die einzelnen Ansaugsegmente vorzugsweise von den anderen Ansaugsegmenten jeweils getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei jedes der Ansaugsegmente ein System von miteinander verbundenen Rillen umfasst, die an der oberen Fläche der Aufspannvorrichtung angeordnet sind, und wobei vorzugsweise jedes System von miteinander verbundenen Rillen eine oder mehrere Rillen umfasst, die als konzentrische Kreise um den Mittelpunkt der oberen Fläche gestaltet sind.
Verfahren nach Anspruch 12 wobei die mehreren Ansaugsegmente an der oberen Fläche so angeordnet sind, dass an der oberen Fläche ein virtueller spiralförmiger Pfad ausgehend von einem Punkt innerhalb eines der Ansaugsegmente und umlaufend bis zum Rand der oberen Fläche verläuft, wobei der Pfad jedes der Ansaugsegmente nur ein einziges Mal betritt und/oder verlässt; und wobei die Abfolge der in Schritt (9b) ausgewählten Ansaugsegmente dem virtuellen spiralförmigen Pfad folgt, wobei das erste Ansaugsegment das Ansaugsegment mit dem Ursprung des virtuellen spiralförmigen Pfades ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei jedes Ansaugsegment mit einem Hauptvakuum-Verteilungsmittel verbunden ist, das an der unteren Fläche der Aufspannvorrichtung angeordnet ist und für das Anlegen eines Vakuums an jedes einzelne Ansaugsegment ausgelegt ist; wobei das Anlegen eines Vakuums an die einzelnen Ansaugsegmente, gegebenenfalls mit Ausnahme eines Ansaugsegments, über ein Ventil steuerbar ist; wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: (16a) Anlegen eines Vakuums an das Hauptvakuum-Verteilungsmittels, wobei dieser Schritt vor oder zusammen mit Schritt (9c) gestartet wird und so lange ausgeführt wird, wie der Wafer von der Aufspannvorrichtung zu halten ist; und wobei Schritt (9c) des Aktivierens eines Ansaugsegments den folgenden Schritt umfasst: (16b) falls das Ansaugsegment über ein Ventil steuerbar ist: Öffnen des Ventils, das auf die Steuerung des entsprechenden Ansaugsegments ausgelegt ist, sonst: Starten von Schritt (16a).
Verfahren nach Anspruch 16, soweit von Anspruch 12 abhängig, wobei das Mittel zum Anlegen des Hauptvakuums einen Hauptvakuumkanal umfasst, der einen für das Anlegen von Vakuum ausgelegten Eingang aufweist; jedes der Ansaugsegmente mit dem Hauptvakuumkanal über einen Seitenkanal verbunden ist, der eine Mündung zum Hauptvakuumkanal aufweist; zwischen zwei nebeneinanderliegenden Mündungen im Hauptvakuumkanal jeweils ein Ventil angeordnet ist, so dass der Hauptvakuumkanal mehrere Abschnitte aufweist, die durch diese Ventile getrennt sind; die Seitenkanäle so angeordnet sind, dass zwei nebeneinanderliegende Abschnitte des Hauptvakuumkanals jeweils mit benachbarten Ansaugsegmenten verbunden sind; und wobei Schritt (9b) des Auswählens eines Ansaugsegments Folgendes umfasst: falls Schritt (9b) während der Durchführung des Verfahrens erstmalig ausgeführt wird: Auswählen des Ansaugsegments, das mit dem an den Eingang angrenzenden Abschnitt des Hauptvakuums verbunden ist; sonst: Auswählen des Ansaugsegments, das mit demjenigen Abschnitt des Hauptkanals verbunden ist, der an den Abschnitt angrenzt, der mit dem in Schritt (9b) zuvor ausgewählten Ansaugsegment verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 17 wobei jedes dieser Ventile ein Rückschlagventil ist, beispielsweise ein Kugelrückschlagventil, ein Membranrückschlagventil, ein Klappenrückschlagventil, ein Kippscheibenrückschlagventil, ein Absperrrückschlagventil, ein Kolbenrückschlagventil, ein Muffenrückschlagventil oder ein Lippenrückschlagventil; wobei jedes der Rückschlagventile so ausgelegt ist, dass es automatisch öffnet, wenn der Absolutwert des Unterdrucks in dem Abschnitt, der in Richtung des Eingangs des Hauptvakuumkanals an das Rückschlagventil angrenzt, gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist; und wobei jedes der Rückschlagventile vorzugsweise so ausgelegt ist, dass es erst öffnet, wenn der Absolutwert des Unterdrucks in dem Abschnitt, der in Richtung des Eingangs des Hauptvakuumkanals an das Rückschlagventil angrenzt, ein Wert ist, der einem Zustand entspricht, in dem der Wafer dicht an dem Ansaugsegment anliegt, das mit dem in Richtung des Kanaleingangs an das Rückschlagventil angrenzenden Abschnitt verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, umfassend den folgenden weiteren Schritt: (19a) wenn der Wafer vollständig von der Aufspannvorrichtung gehalten wird: Anlegen eines Zusatzvakuums an den Hauptvakuumkanal von der dem Eingang entgegengesetzten Seite aus.