DE202005004589U1 - Mobiler elektrostatischer Substrathalter aus hoch- und höchstreinen Werkstoffen - Google Patents

Mobiler elektrostatischer Substrathalter aus hoch- und höchstreinen Werkstoffen Download PDF

Info

Publication number
DE202005004589U1
DE202005004589U1 DE200520004589 DE202005004589U DE202005004589U1 DE 202005004589 U1 DE202005004589 U1 DE 202005004589U1 DE 200520004589 DE200520004589 DE 200520004589 DE 202005004589 U DE202005004589 U DE 202005004589U DE 202005004589 U1 DE202005004589 U1 DE 202005004589U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate holder
holder according
mobile electrostatic
electrostatic substrate
mobile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE200520004589
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PROTEC CARRIER SYSTEMS GMBH, DE
Original Assignee
IXMOS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IXMOS GmbH filed Critical IXMOS GmbH
Priority to DE200520004589 priority Critical patent/DE202005004589U1/de
Publication of DE202005004589U1 publication Critical patent/DE202005004589U1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50—Substrate holders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/6875—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a plurality of individual support members, e.g. support posts or protrusions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

Mobiler elektrostatischer Substrathalter, dadurch gekennzeichnet, dass die nötigen Dielektrika (4) und Elektroden (3,5) zumindest teilweise aus chemisch hoch- und höchstreinen Werkstoffen und Schichten bestehen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf mobile, elektrostatische Substrathalter vorzugsweise für Temperaturen von > 200°C oder/und sehr langen Anwendungszeiten von > 24h ohne ein elektrisches Nachladen.
  • Stationäre elektrostatische Halter (englisch auch „Electrostatic Chucks" oder „ESC's" genannt) werden seit Jahren bei der Handhabung von scheibenartigen, leitenden und halbleitenden Werkstoffen, im Besonderen zur Handhabung als Haltevorrichtung für Halbleiter substrate (sogenannte Wafer) in Produktionsanlagen der Halbleiterindustrie verwendet. Das Wirkprinzip ist eingehend in Veröffentlichungen beschrieben wie Watanabe et. al.: Jpn. J. Appl. Phys., Vol. (32) 1993, 864–871 und Mahmood Naim: Semiconductor Manufacturing, Aug. 2003, 94–106. Die hier beschriebenen stationären elektrostatischen Halter werden für den Betrieb fest in Anlagen installiert und können somit permanent mit Strom versorgt werden. In Abhängigkeit der Materialauswahl und Geometriewahl zeigen sich hierbei unterschiedlich hohe dielektrische Verluste (Leckströme).
  • Bei stationären elektrostatischen Haltern, die den „Johnsen-Rahbeck-Effekt" nutzen, wird der hierbei tolerierte Leckstrom zu einer Verstärkung der Klemmkraft genutzt. Dabei muss der spezifische elektrische Widerstand der dielektrischen Schicht sehr genau kontrolliert werden und liegt typischerweise bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 109 bis 1 × 1011 Ωm. Als dielektrische Materialien werden beispielsweise technisch reines Titanoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid oder dotiertes Aluminiumoxid verwendet, die als keramische Schicht mittels Green Body oder Green Tape – Techniken, thermischer Spritzverfahren oder über Sinterprozesse hergestellt werden. Relevante technische Lösungen hierzu sind in US 6.174.538 , US 5.151.845 , US 5.909.355 , US 6.268.944 sowie EP 768.389 beschrieben. Keramischen stationäre elektrostatische Halter zeichnen sich durch eine hohe Spannungsfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber vielen Chemikalien und Plasmaprozessen aus.
  • Elektrostatische Halter welche vergleichsweise geringe Leckströme aufweisen, werden auch als sogenannte „Coulomb-Chucks" bezeichnet. Hierbei liegt der spezifische elektrische Widerstand der dielektrischen Schicht bei Raumtemperatur bei Werten größer als 1 × 10+13 Ωm. Werte in diesem Bereich können insbesondere durch Folien aus Polyimiden oder PTFE erzielt werden, aber auch durch hochohmiger Al2O3-Keramik oder Siliziumcarbid – siehe hierzu US 5.255.153 , EP 693771 , EP 948042 und US 6.483.690 . Um beim „Coulomb-Chuck" eine vergleichbare Klemmkraft wie beim vorgenannten „Johnson-Rahbeck-Chuck" zu erzielen, muss bei gleich hoher angelegter Spannung eine wesentlich dünnere dielektrische Schicht realisiert werden, die eine vergleichbare Spannungsfestigkeit aufweist.
  • Die Verfahren zur Umsetzung dieser Wirkprinzipien auf mobile, transportable elektrostatische Haltesysteme sind eingehend in EP 1 217 655 A1 , US 2002/0110449 A1 sowie WO/02 11184 A1 beschrieben. Mobile, elektrostatische Substrathalter werden als mechanische Träger für dünne, fragile Transportgüter (z.B. Halbleitersubstrate) genutzt. Mittels dieser Trägertechnik wird die Handhabung von dünnen Substraten auf bereits existierenden Produktionsanlagen ermöglicht, da die Größe und Dicke des Verbundes aus einem mobilen elektrostatischen Substrathalter und einem dünnem Substrat vorzugsweise ähnliche Abmessungen wie ein normal dickes Standardsubstrat aufweist. Die praktische Umsetzung der Verfahren zur mobilen elektrostatischen Handhabung führte zur Entwicklung erster mobiler elektrostatischer Substrathalter, auch sogenannter Transfer-ESC®, vgl. Gebrauchsmuster DE 203 11 625.9 .
  • Die bisher vorgeschlagenen Lösungen erfüllen jedoch einige technische und wirtschaftliche Anforderungen an derartige mobile, elektrostatische Substrathalter nur ungenügend. Obwohl die Bruchgefahr bei der Handhabung dünner (< 150 μm) und ultradünner (< 50μm) fragiler Transportgüter durch den Einsatz von Transfer-ESC®'s beim Bearbeiten und Transportieren der Transportgüter drastisch reduziert wird, ist die Haltekraft bei einigen Prozessschritten mit erhöhter Temperatur (> 200°C) zu gering. Insbesondere dann wenn hierbei zusätzlich auftretende thermische Verspannungen durch erhöhte Haftkräfte kompensiert werden müssen.
  • Eines der wesentlichen Merkmale der Transfer-ESC®'s ist es, dass diese nicht permanent mit Strom versorgt werden und deshalb das Wirkprinzip von „Coulomb-Chucks" angewendet wird. Das bedeutet aber, dass hierbei die isolierende Wirkung der dielektrischen Schicht besonders hoch sein muss, da sonst die in den Kondensatorstrukturen gespeicherte Ladungsmenge frühzeitig durch Leckströme aufgebraucht ist und zum schnellen Haftkraftverlust führen kann. Die Haltekraft von „Coulomb-Chucks" ist proportional zum Quadrat der angelegten Spannung (U), der Dielektrizitätskonstanten (εr) des eingesetzten Dielektrikum und umgekehrt proportional zum Quadrat der Dicke der dielektrischen Schicht (d). Zur Steigerung der Haltekraft von „Coulomb-Chucks" wird typischerweise die elektrische Einsatzspannung erhöht und/oder die Dielektrikumsdicke reduziert und/oder die Dielektrizitätskonstante erhöht. In der Praxis führen alle diese Maßnahmen jedoch zu erhöhten elektrischen Leckströmen, wodurch die erhöhte Haftkraft durch eine beträchtlich reduzierte Haltezeit erkauft werden muss. Anderseits ist zu bedenken, dass bei Temperaturen von mehr als 200°C, selbst bei sehr hochwertigen Isolatorschichten, deutliche Eigenleitungseffekte zum Tragen kommen.
  • Die Aufgabe besteht demnach darin kostengünstig mobile elektrostatische Chucks (Transfer-ESC®) herzustellen, die auch bei höheren Temperaturen vorzugsweise zwischen 200°C und 500°C möglichst geringe Leckströme aufweisen, um somit eine hohe Haltekraft (z.B. > 10 N) über einen möglichst langen Handhabungszeitraum (z.B. > 1h bei 400°C oder > 24h bei 20°C) zu gewährleisten.
  • Die erfindungsgemäße Lösung der vorgenannten Aufgabenstellung wird durch den Einsatz von chemisch hoch- und höchstreinen Werkstoffen laut Anspruch 1 vorgeschlagen. Die Schichtdicke dieser hoch- und höchstreinen Funktionsschichten (Elektrodenschichten und Dielektrikaschichten) liegt hierbei laut Anspruch 2 im Bereich von 0,1 μm bis 50μm. Diese Funktionsschichten werden vorzugsweise auf hoch- und höchstreinen Trägersubstraten wie beispielsweise einkristallines Silizium, GaAs-Substrate oder hochreinem Graphit abgeschieden. Zur Anwendung kommen hierbei erfindungsgemäß vorzugsweise pyrolitische Abscheideverfahren und/oder Dünnschicht-Abscheideverfahren, wie sie beispielsweise in der Halbleiter- oder Mikrosystemtechnik Anwendung finden. Neben der geeigneten Werkstoffauswahl sind die Wahl des Herstellungsverfahrens und die Prozesskonditionen entscheidend, da diese im Besonderen die Defektdichte beeinflussen. Eine möglichst geringe Defektdichte und hohe Werkstoffreinheit (> 99,8%) entscheiden über das elektrische Isolationsvermögen und die elektrische Spannungsfestigkeit. Vorzugsweise erfolgt deshalb die Abscheidung der dünnen Schichten unter Vakuumbedingungen und die Prozessierung der Trägersubstrate während deren Herstellung unter Reinraumbedingungen.
  • Der erfindungsgemäße mobile elektrostatische Substrathalter in Kombination mit dem Transportgut (wie beispielsweise das Halbleitersubstrate) bildet eine Kondensatoranordnung, wobei das Transportgut eine Elektrode des Kondensators darstellt.
  • Erfindungsgemäß werden zur Verbesserung und Einstellung der dielektrischen Eigenschaften von Isolationsschichten (Dielektrikas) neben dem Einsatz von hoch- und höchstreinen Werkstoffen und hochreinen Beschichtungsverfahren zusätzliche Ofenprozesse vorgeschlagen, wie beispielsweise Diffusions- Legier- und thermische Verdichtungsprozesse, die teilweise mit erhöhten Prozessdrücken angewendet werden.
  • Zur Verbesserung der Kratzfestigkeit der abschließenden Oberflächenbeschichtung kommen erfindungsgemäß kratzfeste Dünnschichten, wie beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Titannitrid oder synthetische Diamantschichten zum Einsatz, um Beschädigungen, z.B. durch Verschleiß, der obersten Dielektrikaschicht während des Gebrauchs zu vermeiden.
  • Für die Anwendungen der mobilen elektrostatischen Substrathalter bei Temperaturen von über 200°C ist der Ladungsträgerleckstrom im Kondensatorverbund entscheidend. Geringe elektrische Verluste (Leckströme) werden erfindungsgemäß durch einen möglichst hohen elektrischen spezifischen Widerstand erreicht, wie dieses nur hoch- und höchstreine Werkstoffe ermöglichen. Die Werte für den spezifischen Widerstand müssen im erforderlichen Temperaturbereich größer als 1 × 1013 Ωm sein, damit eine genügend lange Haltedauer (> 1h) gewährleistet wird. Durch optimierte Niederdruckabscheidungen aus der Gasphase (LPCVD- und PECVD-Verfahren) und/oder Oxidationsprozesse für Halbleiterwerkstoffen, wie beispielsweise für Silizium, können spezifischen Widerstandswerte von bis zu 1 × 1015 Ωm bei 400°C erreicht werden. Pyrolitische Abscheidungen, wie beispielsweise Bornitrid, ermöglichen bei 400°C typischerweise den Bereich 0,1–10 × 1013 Ωm. Ferner sind auch PVD-Verfahren für Werkstoffe wie beispielsweise Aluminiumoxid, Titanoxide und Magnesiumoxid verwendbar, jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, dass diese hinsichtlich der Defektdichte weitaus schwieriger kontrollierbar sind und daher nicht zu einer kostengünstigen Lösung führen.
  • Neben dem spezifischen Widerstand ist auch die maximale Durchbruchsfeldstärke von Bedeutung, da diese die maximale Ladespannung und somit die Klemmkraft definiert. Vor allem wird die maximale Durchbruchsfeldstärke (Spannungsfestigkeit) durch Defekte in den Dielektrikawerkstoffen bestimmt. Daher kann die maximale Durchbruchsfeldstärke als Maß für die Defektdichte herangezogen werden. Für die hier beschriebene Erfindung liegen die Werte für die maximale Durchbruchsfeldstärke bei mehr als 30V pro Mikrometer Dielektrikumsdicke bei Raumtemperatur.
  • Hinsichtlich der Werkstoffauswahl für die Dielektrika haben sich im besonderen Oxid- und Nitridverbindungen bewährt wie z.B. SiO2, Si3N4 und BN. Jedoch sind auch andere Werkstoffe wie beispielsweise Ta2O5, TiO2, Al2O3, MgO, HfO2 oder TiN und AIN möglich, jedoch bei hochreiner Herstellung wesentlich kostenintensiver und erheblich aufwendiger in der Sicherstellung der Prozessstabilität.
  • In der technischen Realisierung von hoch- und höchstreinen Dielektraschichten hat sich gezeigt, dass oftmals auch der Elektrodenwerkstoff und der Trägersubstratwerkstoff, auf welchem die dielektrischen Schichten abgeschieden werden, aus hoch- und höchstreinen Werkstoffen realisiert werden müssen, damit die gewünschten hochwertigen dielektrischen Eigenschaften in den dielektrischen Schichten möglich werden. Durch diese Maßnahmen werden insbesondere unerwünschte Fremdstoffeinlagerungen in die Dielektrikas, infolge von Eigendiffusion bei erhöhter Temperatur, umgangen. Typischerweise kommen daher polierte hochreine Substrate (Reinheit > 99,8%), wie beispielweise einkristalline Halbleiter (z.B. Silizium), hochreine Keramiken und Gläser oder auch hochreine Graphitsubstrate zum Einsatz. Erfindungsgemäß weisen diese Substrate vorzugsweise polierte Oberflächen mit Rauheitswerten (Ra) von kleiner 100 nm auf. Der verwendete Elektrodenwerkstoff sollte Rauheitswerte in der gleichen Größenordung aufweisen, um elektrische Feldspitzen durch Rauheit zu vermeiden. Ggf. muss die Rauheit durch zusätzliche Polierschritte, z.B. durch sogenannte CMP-Prozesse (Chemical Mechanical Polishing), nach dem Abscheiden auf den erforderlichen Rauheitswert eingestellt werden. Da Feldspitzen auch durch die Elektrodengeometrie erzeugt werden weisen die Elektrodenstrukturen vorzugsweise abgerundete Ecken auf. Zur weiteren Verringerung von Feldspitzen an den Kanten der Elektrodenstrukturen bietet es sich an diese mittels, auf den Elektrodenwerkstoff angepassten, Nassätzprozessen abzurunden.
  • Typische Elektrodenwerkstoffe sind beispielsweise hochreines Silizium, Graphit, Galliumarsenid, Silizide aber auch temperaturfeste hochreine metallische Werkstoffe und deren Legierungen, wie beispielsweise aus Wolfram, Titan, Platin, Molybdän, Tantal, Palladium und Chrom.
  • Bedingt durch die spezifische Eigenverspannung des Transportguts ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Haftkraft flächendeckend gleich große Beträge aufweisen muss. Beispielsweise ist es bei einer konkaven Transportgutverspannung sinnvoll hohe Haftkräfte im Randbereich zu realisieren, da durch die Eigenverspannung genügend Druck im Mittenbereich erzeugt wird. Unterschiedliche Haftkräfte können über eine Anpassung der Elektrodenstruktur und/oder die Variation der Dielektrikaschichtdicken, wie auch durch die Auswahl der verwendeten Materialien erzielt werden. Erfindungsgemäß kommen unipolare, bipolare und multipolare Elektrodenstrukturen zum Einsatz, die je nach Elektrodendesign auf unterschiedliche Haftkraftverteilungen ausgelegt sind.
  • Da sich die Eigenverspannungen des Transportguts in der Regel beim Durchlaufen von Temperaturprozessen ändert, kann die Haltedauer des Substrats auch dadurch verlängert werden, dass der elektrostatische Substrathalter ein ähnliches Eigenverspannungsverhalten aufweist, wie das Transportgut. Erfindungsgemäß wird dieses durch eine oder mehrere zusätzliche Schichten, vorzugsweise auf der Rückseite des mobilen elektrostatischen Substrathalters, realisiert. Durch diese Vorgehensweise kann die temperaturabhängige Eigenverspannung des elektrostatischen Substrathalters auf die spezifische Eigenverspannung des Transportguts eingestellt werden, wodurch Eigenverspannungsunterschiede zwischen dem Substrathalter und dem Transportgut minimiert werden und somit die ganzflächige Auflage auch bei starken Temperaturänderungen gewährleistet werden kann.
  • Da die mobilen elektrostatischen Substrathalter auch in konventionellen Fertigungsanlagen zum Einsatz kommen sollen, welche typischerweise für Transportgüter mit ausreichender Eigenstabilität ausgelegt sind, ist es zweckmäßig für die elektrostatischen Substrathalter die gleiche Außengeometrie beizubehalten. Beispielsweise würde bei Metallisierungsprozessen ein überstehender Rand mitbeschichtet werden und müsste nach Prozessende gereinigt werden. Daher empfiehlt es sich die Kontaktflächen zum Auf- und Entladen der mobilen elektrostatischen Träger auf der Rückseite (der dem Substrat abgewandten Seite) anzubringen.
  • Bedingt durch Sicherheitsaspekte, aber auch zur Vermeidung einer ungewollten Entladung unter Vakuumbedingungen, ist es ferner zweckmäßig die rückseitigen Kontaktflächen mittels Funktionsschichten zu isolieren.
  • Erfindungsgemäß wird dies zum Einen durch mehrlagige unterschiedliche Funktionsschichten erreicht, wie beispielsweise dotiertes Silizium, Bariumtitanat oder Siliziumcarbid, die in Verbindung mit metallischen Kontaktwerkstoffen eine sogenannte elektrische Schottky-Diode bilden und in Sperrrichtung betrieben wird, oder zum Anderen durch duktile Isolationswerkstoffe, wie beispielsweise Silikone, PTFE, FEP oder temperaturstabile Kautschukverbindungen, die zum Auf- und Entladen durchdrungen werden können und sich nach der Durchdringung ausreichend wieder verschließen. Technisch ist dies auch durch Isolationsöle möglich. Diese Vorgehensweise ist jedoch technisch nur mit hohem Aufwand realisierbar und führt nicht zu einer kostengünstigen Lösung.
  • Da sich im praktischen Einsatz der mobilen elektrostatischen Substrathalter Luft- oder Vakuumeinschlüsse zwischen dem Transportgut und dem elektrostatischem Substrathalter bilden können, kann dies zu Haft- oder Ablöseproblemen führen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen oder mehrere Durchbrüche und/oder Bohrungen im Substrathalter gelöst, die eine Vakuumanbindung während des Verbindungsprozesses bzw. eine Druckbeaufschlagung des Substrats zum Ablösen mittels eines gasförmigen Mediums, wie beispielsweise Luft, ermöglichen.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen mobilen elektrostatischen Substrathalter (1) mit unipolarer Elektrodenkonfiguration. Das Transportgut (2) stellt hierbei eine ganzflächige Gegenelektrode (3) dar. Die Substratelektrode ist durch einen halbleitenden Trägersubstrat (6) realisiert. Das Trägersubstrat (6) ist vom Dielektrikum (4) umgeben (isoliert). Rückseitig sind Beschichtungen (7) zur Einstellung der Eigenverspannung aufgebracht.
  • 2 zeigt einen mobilen elektrostatischen Substrathalter (1) ähnlich wie 1, jedoch mit einer bipolaren Elektrodenkonfiguration (5) auf einem elektrisch isolierten Trägersubstrat (6).
  • 3 zeigt einen mobilen elektrostatischen Substrathalter (1) ähnlich wie 2 mit einer bipolaren Elektrodenkonfiguration (5), jedoch in diesem Fall mit einem elektrisch halbleitenden Trägersubstrat (6).
  • 4 verdeutlicht beispielhaft die Gasdurchlassbohrungen (7), sowie den Rückseitenkontakt (8) mit den isolierenden Funktionsschichten (9) zur Abdeckung (Isolation) der Kontaktflächen (10).
    • 1
    Transfer-ESC, mobiler elektrostatischer Substrathalter
    2
    Transportgut
    3
    Gegenelektrode(n), welche sich im Transportgut bildet
    4
    Dielektrikum
    5
    Substrathalterelektrode(n)
    6
    Trägersubstrat bzw. Substratelektrode bei Verwendung von
    Halbleiterwerkstoffen
    7
    Rückseitenbeschichtung zur Einstellung der Substrathalterverspannung
    8
    Gasdurchlassbohrungen
    9
    Rückseitenankontaktierung
    10
    Isolierende Funktionsschicht (Isolierung der Kontaktflächen)
    11
    Kontaktfläche

Claims (24)

  1. Mobiler elektrostatischer Substrathalter, dadurch gekennzeichnet, dass die nötigen Dielektrika (4) und Elektroden (3,5) zumindest teilweise aus chemisch hoch- und höchstreinen Werkstoffen und Schichten bestehen.
  2. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen und auf den Elektroden befindliche Isolationsschicht(en) (Dielektrika) (4) bevorzugt eine Dicke von jeweils 0,1μm bis 50μm aufweisen.
  3. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus metallischen, nichtmetallischen und halbleitenden Werkstoffen hoher Reinheit (> 99,8%) besteht, die hinsichtlich geringer Defektdichte, hohem elektrischen Isolationsvermögen, hoher Spannungsfestigkeit und mechanischer Kratzfestigkeit optimiert sind.
  4. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum bzw. die Dielektrika bei Temperaturen von mehr als 200°C einen spezifischen elektrischen Widerstand von größer 1 × 1013 Ωm aufweisen.
  5. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum bzw. die Dielektrika bei Raumtemperatur eine spezifische elektrische Durchschlagsfestigkeit von mindestens 30V/μm aufweist.
  6. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum bzw. die Dielektrika vorzugsweise unter Verwendung von hochreinen Abscheideverfahren hergestellt werden, wie beispielsweise durch pyrolitische Abscheideverfahren und/oder durch Dünnschicht-Abscheideverfahren, wie sie in der Mikroelektronik angewendet werden.
  7. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum bzw. die Dielektrika aus ein- oder mehrlagigen Schichten aufgebaut sind und diese aus Oxid- und/oder Nitridverbindungen, wie beispielweise Si3N4, SiO2 und BN, bestehen.
  8. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere die mechanische Stabilität des mobilen elektrostatischen Substrathalters durch die Verwendung von Halbleiter-, Keramik-, Quarz-, Glas- oder Graphitwerkstoffen als Trägergrundwerkstoff erreicht wird.
  9. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrodenwerkstoff hochreine metallische Werkstoffe und/oder Halbleiterwerkstoffe, wie beispielsweise Silizium, Galliumarsenid und Graphitwerkstoffe, verwendet werden.
  10. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer geeigneten Formgebung der Elektrode(n) und Dielektrika, wie auch einer geeigneten Materialauswahl des Dielektrikums bzw. der Dielektrika und deren Schichtabfolge die Haftkräfte an die Haftkraftanforderungen der Transportgüter angepasst sind.
  11. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von Halbleiterwerkstoffen Halbleiterbeschichtungsverfahren zum Einsatz kommen, wie beispielsweise PVD- und LPCVD-Verfahren, sowie thermische Oxidationsverfahren.
  12. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Eigenschaften des Dielektrikums bzw. der Dielektrika durch thermische Prozesse, wie Diffusion, Legieren und thermische Verdichtung, teilweise unter Nutzung von erhöhten Prozessdrücken, optimiert und eingestellt werden können.
  13. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ankontaktierung zum elektrischen Laden bzw. Nachladen und Entladen vorzugsweise auf der dem Transportgut abgewandten Seite des Substrathalters (Rückseite) angebracht ist und eine oder mehrere Kontaktflächen aufweist.
  14. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenankontaktierung über der oder den Kontaktfläche(n) organische und/oder anorganische, elektrisch leitende und/oder halbleitende Funktionsschichten aufweisen, die ein elektrisches Aufladen ermöglichen, aber ein ungewolltes Entladen, wie beispielsweise unter Vakuum, durch isolierende Eigenschaften vermeiden.
  15. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese Funktionsschichten auch halbleitende Eigenschaften aufweisen und als elektrische Diode in Sperrrichtung wirken und somit ein ungewolltes elektrisches Entladen vermeiden.
  16. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Funktionsschicht(en) aus duktilen Werkstoffen, wie z.B. aus Silicon, Kautschuk, PTFE oder FEP, bestehen, die ein weitestgehend zerstörungsfreies Durchdringen mittels Ankontaktierungsnadeln ermöglicht, aber ein ungewolltes Entladen weitestgehend vermeiden.
  17. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Transportgut zugewandte Elektrodenstruktur unipolare, bipolare oder multipolare Elektrodenpotentiale aufweist.
  18. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter eine oder mehrere Durchbrüche bzw. Durchgangsbohrung(en) aufweist, die einen Gaskanal von der Substrathalterrückseite zur Transportgutrückseite bilden und somit eine Druck- oder Vakuumbeaufschlagung des Transportguts ermöglichen.
  19. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat, auf welchem der Aufbau des mobilen Substrathalters realisiert wird, vor der ersten Abscheidung bzw. Strukturierung, eine Rauheit (Ra) von 1 nm bis 100 nm aufweist.
  20. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken der Elektrodenstruktur Radien aufweisen, die im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm liegen.
  21. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der Elektrodenstruktur mittels Nassätzverfahren abgerundet sind.
  22. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer oder mehreren Rückseitenbeschichtungen die Eigenverspannung (Verwölbung) eingestellt werden kann.
  23. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Elektrodenstrukturen nach der Abscheidung durch hochwertige Polierprozesse, wie beispielsweise CMP-Prozesse („Chemical Mechanical Polishing"), eingeebnet werden und hierbei eine Rauheit (Ra) von 1 nm bis 100 nm erreicht wird.
  24. Mobiler elektrostatischer Substrathalter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die abschließende, oberste Dielektrikaschicht aus einer kratzfesten Dünnschicht besteht, wie beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Titannitrid oder synthetischem Diamant, und diese während des Gebrauchs zum Schutz vor Beschädigungen, wie beispielsweise durch Verschleiß oder falsche Handhabung, dient.
DE200520004589 2005-03-18 2005-03-18 Mobiler elektrostatischer Substrathalter aus hoch- und höchstreinen Werkstoffen Expired - Lifetime DE202005004589U1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200520004589 DE202005004589U1 (de) 2005-03-18 2005-03-18 Mobiler elektrostatischer Substrathalter aus hoch- und höchstreinen Werkstoffen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200520004589 DE202005004589U1 (de) 2005-03-18 2005-03-18 Mobiler elektrostatischer Substrathalter aus hoch- und höchstreinen Werkstoffen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202005004589U1 true DE202005004589U1 (de) 2005-07-07

Family

ID=34745658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200520004589 Expired - Lifetime DE202005004589U1 (de) 2005-03-18 2005-03-18 Mobiler elektrostatischer Substrathalter aus hoch- und höchstreinen Werkstoffen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202005004589U1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007016029A1 (de) * 2007-03-30 2008-10-02 Sig Technology Ag Haltevorrichtung für eine CVD- oder PVD-Beschichtungsanlage
US7652867B2 (en) 2006-05-03 2010-01-26 Udo Heinz Retzlaff Mobile, transportable, electrostatic chuck for wafers made of semiconductor material
EP2209130A2 (de) * 2007-11-12 2010-07-21 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'VOSTOK' Mehrschichtige anode
DE102012010151A1 (de) 2012-05-24 2013-11-28 Manz Ag Thermisch optimierter elektrostatischer Substrathalter
DE102018116756A1 (de) * 2018-07-11 2020-01-16 Hanwha Q Cells Gmbh Haltevorrichtung, Verfahren zur Beschichtung einer Haltevorrichtung und Verwendung der Haltevorrichtung

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7652867B2 (en) 2006-05-03 2010-01-26 Udo Heinz Retzlaff Mobile, transportable, electrostatic chuck for wafers made of semiconductor material
DE102007016029A1 (de) * 2007-03-30 2008-10-02 Sig Technology Ag Haltevorrichtung für eine CVD- oder PVD-Beschichtungsanlage
EP2209130A2 (de) * 2007-11-12 2010-07-21 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'VOSTOK' Mehrschichtige anode
EP2209130A4 (de) * 2007-11-12 2013-12-04 C K Group Ltd Mehrschichtige anode
DE102012010151A1 (de) 2012-05-24 2013-11-28 Manz Ag Thermisch optimierter elektrostatischer Substrathalter
DE102018116756A1 (de) * 2018-07-11 2020-01-16 Hanwha Q Cells Gmbh Haltevorrichtung, Verfahren zur Beschichtung einer Haltevorrichtung und Verwendung der Haltevorrichtung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100618530B1 (ko) 정전 척과 그 제조 방법 및 알루미나 소결 부재와 그 제조방법
EP1604384B1 (de) Anlage zur bearbeitung eines substrats
DD211675A5 (de) Elektrostatische haftplatte
TW201545268A (zh) 靜電夾具以及製造其之方法
DE102012010151A1 (de) Thermisch optimierter elektrostatischer Substrathalter
JP3699349B2 (ja) ウエハー吸着加熱装置
DE202005004589U1 (de) Mobiler elektrostatischer Substrathalter aus hoch- und höchstreinen Werkstoffen
CN108346611B (zh) 静电吸盘及其制作方法与等离子体处理装置
TW200935555A (en) Electrostatic chuck and method of forming
KR20030040066A (ko) 정전 척 및 그 제조방법
JP3808286B2 (ja) 静電チャック
JP4369765B2 (ja) 静電チャック
KR20160130999A (ko) 다층막의 제조 방법 및 다층막
KR102126872B1 (ko) 정전 척 유전체층 및 정전 척
Stojanovic et al. Electrical properties of screen printed BaTiO3 thick films
JP3271389B2 (ja) 静電チャックの使用方法
US20070274021A1 (en) Electrostatic chuck apparatus
JP4307195B2 (ja) 静電チャック
TWI386383B (zh) 氮化鋁燒結體
JP3662909B2 (ja) ウエハー吸着加熱装置及びウエハー吸着装置
DE102004041049A1 (de) Mobiler, elektrostatischer Substrathalter und Verfahren zur Herstellung des Substrathalters
US20050128674A1 (en) Ceramic chuck
DE202004010351U1 (de) Mobiler, elektrostatischer Substrathalter
JP5225043B2 (ja) 静電チャック
DE10235814B3 (de) Verfahren zur lösbaren Montage eines zu prozessierenden Halbleitersubstrats auf einem Trägerwafer

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification

Effective date: 20050811

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PROTEC CARRIER SYSTEMS GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: IXMOS GMBH, 57234 WILNSDORF, DE

Effective date: 20050905

R163 Identified publications notified

Effective date: 20051027

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PROTEC CARRIER SYSTEMS GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: VENTEC GESELLSCHAFT FUER VENTUREKAPITAL UND UNTERNEHMENSBERATUNG MBH, 57078 SIEGEN, DE

Effective date: 20070622

R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years

Effective date: 20080409

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PROTEC CARRIER SYSTEMS GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: TECHNOLOGIEZENTRUM SIEGEN GMBH, 57078 SIEGEN, DE

Effective date: 20100319

R151 Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years

Effective date: 20110407

R152 Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years
R152 Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years

Effective date: 20130409

R082 Change of representative

Representative=s name: PATENTANWAELTE LIPPERT, STACHOW & PARTNER, DE

Representative=s name: BUNGARTZ CHRISTOPHERSEN PARTNERSCHAFT MBB PATE, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: PATENTANWAELTE LIPPERT, STACHOW & PARTNER, DE

Representative=s name: BUNGARTZ CHRISTOPHERSEN PARTNERSCHAFT MBB PATE, DE

R071 Expiry of right
R071 Expiry of right
R082 Change of representative

Representative=s name: BTB IP BUNGARTZ BALTZER PARTNERSCHAFT MBB PATE, DE

Representative=s name: BUNGARTZ CHRISTOPHERSEN PARTNERSCHAFT MBB PATE, DE