DE112015000700T5 - System und Verfahren zum Klemmen eines Werkstücks - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Klemmsystem und ein Verfahren zum Klemmen eines Werkstücks offenbart. Das Klemmsystem weist eine elektrostatische Klemme und einen Hochimpedanz-Spannungsmesser (”HIV”) auf. Die elektrostatische Klemme kann eine Trägerplatte und mehrere in die Trägerplatte eingebettete Elektroden aufweisen. Bei der Verwendung stellen zumindest einige der eingebetteten Elektroden eine Seite eines Kondensators bereit und stellt ein Werkstück die andere Seite des Kondensators bereit, um das Werkstück in Bezug auf die Trägerplatte zu halten, wenn zumindest einige der eingebetteten Elektroden elektrisch geladen sind. Der HIV ist elektrisch mit zumindest einigen der eingebetteten Elektroden verbunden.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldung
  • Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität aus der am 7. Februar 2014 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 61/937 050. Der Inhalt der vorläufigen Patentanmeldung wird hier durch diesen Verweis aufgenommen.
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektrostatische Klemmen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Elektrostatische Klemmen werden in der Halbleiterindustrie verwendet, um einen Siliciumwafer sicher zu halten, während verschiedene Prozesse am Wafer ausgeführt werden. Gegenüber mechanischen Klemmen haben elektrostatische Klemmen erhebliche Vorteile, einschließlich (a) einer verbesserten Fähigkeit zum Übertragen von Wärme, (b) einer Verringerung einer mechanischen Abnutzung am Wafer, (c) einer Vergrößerung der wirksamen Fläche des Wafers, die für die Herstellung verkaufbarer Produkte verwendet werden kann, (d) einer Verringerung der Anzahl erzeugter Teilchen, (e) einer verringerten Verunreinigung der Klemme durch einen beim Sputtern verwendeten Ionenstrahl und (f) einer Gleichmäßigkeit der Klemmkraft über die Oberfläche des Wafers.
  • Die Halbleiterindustrie ist nicht die einzige Industrie, die elektrostatische Klemmen verwendet. Beispielsweise verwenden Hersteller von Flüssigkristallanzeigen elektrostatische Klemmtechniken, um ein spezielles Glas während der Herstellung zu halten. Auch Solarzellenhersteller verwenden elektrostatische Klemmen.
  • Eine elektrostatische Klemme hält ein Werkstück (beispielsweise einen Halbleiterwafer, Glas oder ein anderes Objekt, das bearbeitet wird) durch Erzeugen eines Kondensators. Damit das Werkstück an der elektrostatischen Klemme gehalten werden kann, ist das gesamte Werkstück oder ein Teil davon leitend. Beispielsweise kann ein Teil des Werkstücks nicht leitend sein, es kann jedoch eine leitende Auflage zum nicht leitenden Abschnitt des Werkstücks hinzugefügt werden, bevor das Klemmen geschieht. Bei einer einfachen elektrostatischen Klemme wird das Werkstück zu einer Elektrode des Kondensators, und ein leitender Abschnitt der Klemme stellt die andere Elektrode des Kondensators bereit. Falls die Klemme nur eine einzige Elektrode aufweist, muss das Werkstück eine elektrische Verbindung zur Masse haben, typischerweise über einen Leiter oder ein ionisiertes Gas. Wenn die Klemmelektroden geladen sind, wird das Werkstück zur Klemmelektrode hingezogen. Die Klemmkraft kann unter Verwendung des coulombschen Gesetzes berechnet werden.
  • Die elektrostatische Klemme stellt eine dünne Materialschicht zwischen den Klemmelektroden und dem Werkstück bereit. In diesem Dokument wird das durch die elektrostatische Klemme bereitgestellte Material, das sich zwischen der einen oder den mehreren Klemmelektroden und dem Werkstück befindet, als ”Barrierematerial” bezeichnet. Typischerweise liegt die Dicke des Barrierematerials in der Größenordnung von einigen zehn bis einigen hundert Mikrometern. Abhängig von der elektrostatischen Klemmtechnologie kann das Barrierematerial entweder ein reines Dielektrikum (im Fall einer coulombschen Klemme) oder ein halbisolierendes Material (im Fall einer Johnsen-Rahbek-Klemme) sein.
  • Bei komplexeren elektrostatischen Klemmen hat die Klemme mehr als eine Elektrode. Im Fall einer Klemme, die zwei Elektroden hat (d. h. einer bipolaren Klemme), ist die Polarität der Ladung auf einer ersten der Klemmelektroden entgegengesetzt zur Polarität der Ladung auf der zweiten der Elektroden. Diese Anordnung bildet eine Kapazität von einer Klemmelektrode, durch das Barrierematerial, zum Werkstück, zurück durch das Barrierematerial und dann zur anderen Klemmelektrode. Elektrostatische Klemmen mit mehr als zwei Elektroden sind eine Variation der bipolaren Klemme, arbeiten jedoch ähnlich wie die bipolare Klemme.
  • Aus einer Vielzahl von Gründen ist es wünschenswert, das Werkstück zu überwachen, insbesondere während Prozesse am Werkstück ausgeführt werden. Beispielsweise ist es wünschenswert zu wissen, wie viel Spannung an das Werkstück angelegt wird. Bei Vorrichtungen aus dem Stand der Technik zur Überwachung der an das Werkstück angelegten Spannung müssen leitende Kontakte das Werkstück berühren, und diese Kontakte können das Werkstück während der Verarbeitung beschädigen. Daher wäre es vorteilhaft, wenn die an ein Werkstück angelegte Spannung bestimmt werden könnte, ohne das Werkstück physikalisch mit einem leitenden Kontakt zu berühren.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung kann als ein Klemmsystem mit einer elektrostatischen Klemme und einem Hochimpedanz-Spannungsmesser (”HIV”) verwirklicht werden. Die elektrostatische Klemme kann eine Trägerplatte und mehrere in die Trägerplatte eingebettete Elektroden (die ”eingebetteten Elektroden”) aufweisen. Zumindest einige der Elektroden stellen eine Seite eines Kondensators bereit, und ein Werkstück stellt die andere Seite des Kondensators bereit, um das Werkstück an der Trägerplatte zu halten, wenn zumindest einige der eingebetteten Elektroden elektrisch geladen sind. Ein dielektrisches Material oder ein halbisolierendes Material befindet sich zwischen den eingebetteten Elektroden und dem Werkstück. Der HIV ist elektrisch mit zumindest einigen der eingebetteten Elektroden verbunden und kann eine Impedanz von wenigstens 1016 Ohm aufweisen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung können einige der eingebetteten Elektroden nicht elektrisch mit dem HIV verbunden sein. Gemäß diesen Ausführungsformen besteht der Hauptzweck dieser Elektroden (jener, die nicht mit dem HIV verbunden sind) im Klemmen. Andere der eingebetteten Elektroden sind elektrisch mit dem HIV verbunden, und der Hauptzweck dieser Elektroden besteht darin, die Spannung des Werkstücks zu messen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden, die nicht elektrisch mit dem HIV verbunden sind, größer als die Elektroden, die elektrisch mit dem HIV verbunden sind.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Werkstück in Bezug auf eine Trägerplatte einer elektrostatischen Klemme geklemmt. Mehrere Elektroden sind in die Trägerplatte eingebettet. Es wird ein Hochimpedanz-Spannungsmesser bereitgestellt, so dass er elektrisch mit zumindest einigen der eingebetteten Elektroden verbunden ist. Ein Werkstück wird in der Nähe der Trägerplatte angeordnet (gewöhnlich derart, dass das Werkstück von der Trägerplatte getragen wird), und zumindest einige der eingebetteten Elektroden werden elektrisch geladen, so dass diese eingebetteten Elektroden eine Seite eines Kondensators bereitstellen und das Werkstück die andere Seite des Kondensators bereitstellt, um das Werkstück in Bezug auf die Trägerplatte zu halten. Die Spannungen von zumindest einigen der Elektroden werden unter Verwendung des HIV überwacht. Auf das Werkstück einwirkende Bedingungen (in der Art einer Spannung) können infolge der oder ansprechend auf die überwachten Spannungen wenigstens einiger der eingebetteten Elektroden eingestellt werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Für ein vollständigeres Verständnis der Natur und der Aufgaben der Erfindung sollten die anliegende Zeichnung und die folgende Beschreibung herangezogen werden. Kurz gesagt, zeigen:
  • 1 ein Schema eines erfindungsgemäßen Systems,
  • 2 ein Schema eines anderen erfindungsgemäßen Systems,
  • 3 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte und
  • 4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Weitere Beschreibung der Erfindung
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems. 1 zeigt ein Werkstück 10 in Form eines Siliciumwafers, das in Bezug auf eine Trägerplatte 13 einer elektrostatischen Klemme 16 geklemmt ist. Zwei der eingebetteten Klemmelektroden 19 (ECE#1 und ECE#N) sind in diese bestimmte Trägerplatte 13 eingebettet dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf zwei ECE 19 beschränkt, und 1 legt nahe, dass es wenigstens fünf ECE 19 geben kann. Zusammen mit dem Werkstück 10 bilden die ECE 19 einen ”Kondensator”, und die zwischen dem Werkstück 10 und den ECE 19 entwickelte anziehende Kraft hält das Werkstück 10 fest an der Trägerplatte 13.
  • Ein Hochimpedanz-Spannungsmesser 22 (”HIV”) ist über Leiter 25 elektrisch mit den ECE 19 verbunden, um die Spannung der ECE 19 zu überwachen. Die hohe Impedanz des HIV 22 verhindert, dass der HIV 22 einen erheblichen Einfluss auf die Klemmfähigkeit der ECE 19 hat, so dass die ECE 19 weiter als eine Seite des ”Kondensators” dienen können, der dazu führt, dass das Werkstück 10 in Bezug auf die Trägerplatte 13 geklemmt wird. Es wird angenommen, dass ein HIV 22 mit einer Impedanz von 1016 Ohm oder darüber gut geeignet ist, es können jedoch auch andere Impedanzen geeignet sein. Ein HIV 22, der für diesen Zweck verwendet werden kann, ist der von Trek, Inc. aus Lockport, New York hergestellte Spannungsmesser sehr hoher Impedanz vom Modell 800 (”Model 800 Ultra-High Impedance Voltmeter”).
  • Beim in 1 dargestellten Beispiel sind fünf Kanäle des HIV 22 dargestellt. Jeder der Kanäle kann zur Überwachung einer anderen ECE 19 und daher zur Überwachung einer anderen Spannung verwendet werden. Es sei bemerkt, dass die Erfindung nicht auf einen HIV 22 mit fünf Kanälen beschränkt ist. Ein HIV kann einen einzigen Kanal oder mehrere Kanäle aufweisen. Zwei der fünf in 1 dargestellten Kanäle werden, wie dargestellt, jeweils verwendet, um die Spannung einer anderen der ECE 19 zu messen. Bei der in 1 dargestellten Anordnung überwacht der Kanal #1 (”CH#1”) die Spannung der ersten ECE 19 und überwacht der Kanal #2 (”CH#2”) die Spannung der zweiten ECE 19.
  • Durch Überwachen der Spannung der ECE 19 kann die an das Werkstück 10 angelegte Spannung überwacht werden. Dieser Überwachungsprozess kann in sehr rauhen Umgebungen ausgeführt werden, wo (beispielsweise) die an das Werkstück 10 angelegte Spannung von einer Plasmazerstäubung, einer Ionenimplantation oder einer anderen Spannungsquelle ausgeht. Ferner ist es nicht erforderlich, einen leitenden Kontakt in das Werkstück einzubringen, wodurch das Risiko einer Beschädigung des Werkstücks 10 durch eine Berührung des Werkstücks 10 ausgeschlossen wird. Zusätzlich kann durch Überwachen der Spannung des Werkstücks 10 durch die ECE 19 festgestellt werden, wenn ein Werkstück für das Klemmen verfügbar gemacht wurde. Schließlich kann ein solches Überwachungssystem an existierenden elektrostatischen Klemmen nachgerüstet oder leicht als Merkmal zu neuen elektrostatischen Klemmen hinzugefügt werden.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines anderen Systems gemäß der Erfindung. In 2 sind die verhältnismäßig großen eingebetteten Klemmelektroden 19 für das Klemmen des Werkstücks 10 an die Trägerplatte 13 bereitgestellt und sind kleinere Sensorelektroden 31 (”ESE”) in die Trägerplatte 13 eingebettet. Wenngleich die ESE 31 zur Klemmkraft beitragen, besteht ihre Hauptrolle darin, einen Ort für das Messen der Spannung bereitzustellen. Somit hat das in 2 dargestellte System einige eingebettete Elektroden, die nicht auf eine Spannung überwacht werden (die ECE 19), und diese sind verglichen mit den eingebetteten Elektroden, die auf eine Spannung überwacht werden (die ESE 31), verhältnismäßig groß.
  • Eine eingebettete Elektrode, die zur Bestimmung der Spannung des Werkstücks überwacht wird, wird nachstehend als ”überwachte eingebettete Elektrode” oder kurz ”MEE” bezeichnet. Folglich sind die ECE 19 aus 1 MEE. Die ESE 31 aus 2 sind MEE, die ECE 19 aus 2 sind jedoch keine MEE.
  • 3 ist eine Draufsicht einer Trägerplatte gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung. In 3 sind die MEE 34 in unterbrochenen Linien dargestellt, um die Tatsache widerzuspiegeln, dass die MEE 34 in die Trägerplatte 13 eingebettet sind.
  • MEE, die leitend mit dem HIV 22 verbunden sind, können etwa 100 Mikrometer von einer Außenfläche 37 der Trägerplatte 13, die dem Werkstück 10 am nächsten liegt, eingebettet sein. Bei einer solchen Anordnung können die MEE verwendet werden, um festzustellen, wenn ein Werkstück 10 in eine Position für das Klemmen gebracht ist (d. h. das Werkstück 10 von der Trägerplatte 13 getragen wird, jedoch nicht in Bezug auf diese geklemmt ist). Wenn keine Spannung an das Werkstück 10 angelegt ist, geht die Spannung an den MEE auf Null, wenn ein Werkstück 10 in eine Position für das Klemmen (in Bezug auf die Trägerplatte 13) gebracht wird. Somit können die MEE verwendet werden, um festzustellen, wenn ein Werkstück 10 für das Klemmen bereit ist. Sobald eine Klemmspannung angelegt wurde, sind die MEE gut positioniert, um Spannungen von 0 Volt bis ±3000 Volt, die an das Werkstück 10 angelegt werden, zu messen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die durch die MEE gemessene Spannung ±3000 Volt überschreiten. Die Differenz zwischen der tatsächlichen Spannung des Werkstücks 10 und der von den MEE gemessenen Spannung kann kleiner als 100 Millivolt sein.
  • Wenn die MEE sehr nahe der Trägerplattenfläche 37 liegen, die dem Werkstück 10 am nächsten ist, ist die Differenz zwischen der tatsächlichen und der gemessenen Spannung wahrscheinlich kleiner als wenn die MEE weiter von der Trägerplattenfläche 37 entfernt sind. Es wird angenommen, dass ein Abstand zwischen der Elektrode und der Trägerplattenfläche verwendet werden kann, der größer als 100 Mikrometer ist. Beispielsweise wird angenommen, dass ein Abstand von 1 Millimeter zwischen einem Sensor und der Trägerplattenfläche genaue Spannungsmessungen bereitstellt, es können jedoch bei diesem Abstand einige Kompensationsmaßnahmen erforderlich sein. Beispielsweise kann ein Spannungsversatz verwendet werden und/oder kann eine zeitliche Verzögerung erkannt werden müssen. In diesen Fällen kann die gemessene Spannung um den Versatz erhöht werden, um eine Spannungsmessung bereitzustellen, die in der Nähe der tatsächlichen Spannung liegt, und/oder kann die gemessene Spannung zeitlich erhöht werden, um die tatsächliche Spannung in Bezug auf eine bestimmte Zeit genauer anzugeben.
  • Der Ausgang des HIV 22 kann ohne eine periodische Kalibrierung des HIV 22 driften. Daher kann die Erfassung der Spannungen der MEE durch den HIV 22 von Zeit zu Zeit kurz unterbrochen werden, um dem HIV 22 eine bekannte Spannung (beispielsweise 0 Volt) bereitzustellen, um dadurch den HIV 22 zu kalibrieren. Sobald der HIV 22 kalibriert wurde, würde er die Spannungen der MEE wieder messen.
  • Anhand der vorstehenden Beschreibung wird nun verständlich sein, dass die Trägerplatte 13 mit ihren eingebetteten Elektroden und der HIV 22 verwendet werden können, um die Spannung des Werkstücks 10 zu überwachen, und dass diese Überwachung verwendet werden kann, um die Bedingungen des Werkstücks 10 zu ändern, so dass die Spannung des Werkstücks 10 in einem gewünschten Bereich bleibt. 4 zeigt ein solches Verfahren. Beim in 4 dargestellten Verfahren wird eine elektrostatische Klemme bereitgestellt 100. Diese Klemme kann eine Trägerplatte 13 und mehrere in die Trägerplatte 13 eingebettete Elektroden aufweisen. Ein HIV 22 kann bereitgestellt werden 103, so dass der HIV 22 über elektrische Leiter 25 elektrisch mit zumindest einigen der eingebetteten Elektroden verbunden ist. Das Werkstück 10 wird so positioniert 106, dass ein dielektrisches oder halbisolierendes Material 40 zwischen dem Werkstück 10 und der Trägerplatte 13 verbleibt und das Werkstück 10 von der Trägerplatte 13 getragen wird. Zumindest einige der eingebetteten Elektroden werden dann elektrisch geladen 109, so dass die eingebetteten Elektroden eine Seite eines Kondensators bereitstellen und das Werkstück 10 die andere Seite des Kondensators bereitstellt und das Werkstück 10 dadurch in Bezug auf die Trägerplatte 13 gehalten wird. Spannungen von wenigstens einigen der eingebetteten Elektroden werden unter Verwendung des HIV 22 überwacht 112, und Bedingungen am Werkstück 10 können ansprechend auf die Überwachung von Spannungen zumindest einiger der Elektroden eingestellt werden 115.
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gebildet werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher ist die vorliegende Erfindung als nur durch die anliegenden Ansprüche und die vernünftige Interpretation davon beschränkt anzusehen.

Claims (8)

  1. Klemmsystem, umfassend: eine elektrostatische Klemme mit einer Trägerplatte und mehreren Elektroden (den ”eingebetteten Elektroden”), die in die Trägerplatte eingebettet sind, wobei die eingebetteten Elektroden eine Seite eines Kondensators bereitstellen und ein Werkstück die andere Seite des Kondensators bereitstellt, um das Werkstück an der Trägerplatte zu halten, wenn zumindest einige der eingebetteten Elektroden elektrisch geladen sind, und einen Hochimpedanz-Spannungsmesser (”HIV”), der elektrisch mit zumindest einigen der eingebetteten Elektroden verbunden ist.
  2. Klemmsystem nach Anspruch 1, wobei zumindest einige der eingebetteten Elektroden nicht elektrisch mit dem HIV verbunden sind.
  3. Klemmsystem nach Anspruch 2, wobei die eingebetteten Elektroden, die nicht elektrisch mit dem HIV verbunden sind, größer als die eingebetteten Elektroden sind, die elektrisch mit dem HIV verbunden sind.
  4. Klemmsystem nach Anspruch 1, wobei der HIV eine Impedanz von wenigstens 1016 Ohm aufweist.
  5. Verfahren zum Klemmen eines Werkstücks, umfassend: Bereitstellen einer elektrostatischen Klemme mit einer Trägerplatte und mehreren in die Trägerplatte eingebetteten Elektroden (den ”eingebetteten Elektroden”), Bereitstellen eines Hochimpedanz-Spannungsmessers (”HIV”), der elektrisch mit zumindest einigen der eingebetteten Elektroden verbunden ist, Tragen eines Werkstücks durch die Trägerplatte, Veranlassen, dass zumindest einige der eingebetteten Elektroden elektrisch geladen werden, so dass die eingebetteten Elektroden eine Seite eines Kondensators bereitstellen und das Werkstück die andere Seite des Kondensators bereitstellt, um das Werkstück in Bezug auf die Trägerplatte zu halten, und Überwachen von Spannungen von zumindest einigen der eingebetteten Elektroden unter Verwendung des HIV und Einstellen einer Spannung am Werkstück ansprechend auf die Überwachung von Spannungen zumindest einiger der eingebetteten Elektroden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zumindest einige der eingebetteten Elektroden nicht elektrisch mit dem HIV verbunden sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die eingebetteten Elektroden, die nicht elektrisch mit dem HIV verbunden sind, größer als die eingebetteten Elektroden sind, die elektrisch mit dem HIV verbunden sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der HIV eine Impedanz von wenigstens 1016 Ohm aufweist.
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