DE3438980A1

DE3438980A1 - Halterung zum stuetzen eines werkstuecks

Info

Publication number: DE3438980A1
Application number: DE19843438980
Authority: DE
Inventors: Joseph W. Wheaton Ill. Franklin; Armand Palo Alto Calif. Neukermans; Graham J. Woodside Calif. Siddall
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1983-11-01
Filing date: 1984-10-24
Publication date: 1985-05-09
Also published as: GB2149697A; FR2554250A1; GB8427544D0; NL8403227A; GB2149697B; JPS6099538A

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung zum Stützen eines Werkstücks.

Bei photolithographischer Bearbeitung wird ein Halbleiterplättchen sicher auf einem Spannfutter angebracht, um es in genaue Lage zu bringen. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn das Plättchen sicher am Spannfutter befestigt ist und das Spannfutter dem Plättchen eine ebene Haltefläche· bietet.

Aus US-PS 4 213 698 geht ein Stiftspannfutter hervor, welches, wie Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen zeigen, mit einer Vakuumquelle zusammenwirkt, die das Plättchen gegen eine Anzahl metallischer Stützstäbe zieht. Die Herstellung solcher bekannten Futter ist teuer, und das Plättchen kann verspannt werden und sich verziehen, da das Metallfutter und das Halbleiterplättchen unterschiedliche Wärmedehnungsbeiwerte haben. Da die Haltefläche für das Plättchen aus Metall besteht, kann es außerdem zum Kaltverschweißen und anschliessend zu einer Verschmutzung in der Diffusionskammer kommen.

Das hier gezeigte, bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht ein Vakuumstiftspannfutter vor, welches aus einem einzigen Stück monolithischen Siliciums hergestellt ist. Die Oberfläche des Spannfutters ist eben poliert und geätzt, so daß eine äußere ringförmige Dichtfläche einen Innenbereich abgeflachter Spitzen oder Gipfel und Täler umgibt. Durch den Innenbereich gebohrte Löcher erlauben es Unterdruck anzulegen. Eine Berührung mit dem zu bearbeitenden Halbleiterplättchen erfolgt nur längs der ringförmigen Fläche und an den Spitzen im Innenbereich. Luftströmungswege durch die Täler ermöglichen es, mit Unterdruck das Plättchen sicher an die abgeflachten Gipfel und die ringförmige Dichtfläche anzuziehen. Da der Flächenbereich der Stützfläche (bestehend aus der ringförmigen Dichtfläche und den Oberseiten der Spitzen) etwa nur 4 % der Oberfläche des Stiftspannfutters ausmacht, besteht nur geringe Wahrscheinlichkeit, daß ein Staubkorn oder dergleichen zwischen das Halbleiterplättchen und die stützende

Oberfläche gelangt. Da ferner der gleiche Werkstoff zur Herstellung des Spannfutters und des Plättchens benutzt werden kann, haben beide den gleichen Wärmedehnungskoeffizienten. Außerdem wird durch Kaltverschweißung zwischen dem Spannfutter und dem Plättchen der ebene Charakter des Spannfutters nicht beeinträchtigt, da ein Bruch einer Spitze oder eines Gipfels ohne Gratbildung erfolgt. Außerdem kann die Kaltverschweißung des Spannfutters mit dem Plättchen keinerlei Verschmutzung einer in einem späteren Verfahrensschritt zu benutzenden Diffusionskammer hervorrufen, da das Material des Spannfutters inert ist.

Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird auf eine elektrostatische Kraft zurückgegriffen, um das Plättchen sicher an das Spannfutter anzuziehen. Auf die Plättchenhalteflache wird ein dielektrischer Werkstoff aufgetragen, das Plättchen wird geerdet, und an das Stiftspannfutter wird eine hohe Spannung angelegt. Die Vakuumquelle kann zunächst benutzt werden, um das Plättchen mit dem Spannfutter in Berührung zu ziehen, während die elektrostatische Kraft dazu dient, das Plättchen sicher am Spannfutter zu halten, sobald der Abstand zwischen Plättchen und Spannfutter gering ist.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Ein zelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 und 2 eine perspektivische Ansicht bzw. einen Schnitt eines bekannten Stiftspannfutters;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Stiftspannfutters gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erf indung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Spannfutter gemäß Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie A-A des Spannfutters gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht des Innenbereichs des Spannfutters gemäß Fig. 3;

Fig. 7 eine Ansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels, bei dem eine elektrostatische Kraft zum sicheren Halten eines Plättchens an dem Stiftspannfutter gemäß Fig. 5 benutzt wird.

In Fig. 1 und 2 ist ein typisches, bekanntes Stiftspannfutter gezeigt/ bei dem einzelne Stützen oder Stäbe, die meist aus Metall bestehen, zum Abstützen des Plättchens bei seiner Bearbeitung vorgesehen sind. >

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Form eines monolithischen mit Stiften versehenen Spannfutters 1, welches mit Unterdruck arbeitet. Das Spannfutter 1 weist ein einziges Stück monolithischen Siliciums auf, dessen Durchmesser 76,20 mm (3 Zoll) und dessen Dicke 12,70 mm (0,5 Zoll) beträgt. Es ist auch möglich, das Spannfutter 1 aus anderen kristallinen Stoffen, wie GaAs, Quarz oder Saphir herzustellen und ihm andere Abmessungen zu geben, je nach der Größe des vom Spannfutter 1 zu haltenden Plättchens. Längs des Außenrandes der Oberfläche des Spannfutters 1 liegt eine ebene, ringförmige Dichtfläche 3, die einen Innenbereich 5 umgibt. Durch das Spannfutter 1 sind sechs durchgehende Luftlöcher 7 gebohrt, die den Anschluß an eine Vakuumquelle ermöglichen.

In Fig. 4 ist das Spannfutter 1 von oben gezeigt, während Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie A-A darstellt; der Innenbereich 5 ist in den beiden Figuren nicht maßstabsgerecht gezeigt, um die Spitzen 11 und Täler 13 hervorzuheben. Bei einem typischen Spannfutter 1 mit einem Durchmesser von 76,20 mm, wie oben erwähnt, ist die ringförmige Dichtfläche 3 in einer Breite von 5 mm ausgebildet, die abgeflachten Gipfel der Spitzen 11 haben eine Abmessung von 200 μπι χ 200 um, die Mitten der Spitzen 11 haben etwa einen Abstand von 1000 um voneinander, und die abgeflachten Gipfel der Spitzen 11 liegen 50 um über dem Boden der Täler 13. Die Locher 7 haben einen

Durchmesser von 0,76 mm (0,03 Zoll) und in die Unterseite des Spannfutters 1 kann eine Sammelleitung 15 gefräst sein, um den Anschluß an eine Vakuumquelle 17 zu erleichtern.

Es sind verschiedene Spannfutter 1 hergestellt worden, bei denen die Höhe der Spitzen 11 über den Tälern 13 auf bis zu 100 um erhöht wurde.

Fig. 6 zeigt eine Wiedergabe einer Elektronen-Scanner-Mikrographie eines Teils des Innenbereichs 5. Diese Ansicht zeigt die Spitzen 11 als Pyramidenstümpfe mit abgeflachter Spitze, obwohl auch .andere Gestalten, beispielsweise quadratische Säulen nach Wunsch benutzt werden

■ können.

Das Spannfutter 1 wird aus einem einzigen Stück eines monolithischen Siliciums mit einer <100> Kristallgitterorientierung hergestellt. Es kann aber auch nach Wunsch Silicium mit anderer räumlicher Lage des Kristallgitters benutzt werden, um Spitzen 11 herzustellen, die verschiedene andere geometrische Formen haben. Das Spannfutter 1 wird zunächst zu der gewünschten Größe geschnitten und dann die Sammelleitung 15 eingefräst. Die Oberseite, die die ringförmige Dichtfläche 3 und den Innenbereich 5 aufweist, wird unter Anwendung bekannter, moderner Techniken auf den gewünschten Grad an Ebenheit poliert, der unter 1 pm

liegen kann. Auf der Oberseite wird zur Spannungsentlastung eine Oxidschicht niedergeschlagen, und über dieser Oxidschicht wird eine Nitridmaske aufgetragen, deren Muster das gewünschte Ätzen von Spitzen 11 und Tälern 13 ermöglicht. Zum Ätzen der Spitzen 11 und Täler 13 wird dann ein von der Ausrichtung abhängiges Ätzmittel benutzt, z. B. KOH für das oben erwähnte <100> Silicium. Schließlich wird die Nitridmaske entfernt und eine Verschleißschicht aus Nitrid auf der Oxidentspannungsschicht niedergeschlagen.

Im Gebrauch wird auf der Oberseite des Spannfutters 1 ein Plättchen angeordnet, dessen Durchmesser etwa dem des Spannfutters entspricht. Die ebene, ringförmige Dichtfläche 3 bildet um den Rand des Plättchens herum eine Luftabdichtung.

Das Plättchen wird dann durch Unterdruck, der von der Vakuumquelle 17 über die Sammelleitung 15 und die Löcher 7 aufgebracht wird, nach unten auf die ringförmige Dichtfläche 3 und die Spitzen 11 gezogen. Die vielen Spitzen 11 bilden eine große Anzahl ebener Abstützpunkte für das Plättchen..

In Fig. 7 ist ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem sowohl Unterdruck als auch elektrostatische Kräfte benutzt werden, um ein Plättchen 21 gegen ein in Fig. 5 gezeigtes Spannfutter 1 mit Stiften zu ziehen. Über die Spitzen 11 und Täler 13 des Spannfutters 1 hinweg ist eine dielektrische Schicht 23 aufgetragen. Die dielektrische Schicht 23 kann z. B. eine 2 bis 3 μπι dicke Schicht aus Siliciumdioxid aufweisen. An das Spannfutter 1 wird eine hohe Spannung im Größenordnungsbereich von 1000 V von einer Spannungsquelle 25 angelegt, und das Plättchen 21 wird geerdet. Im Betrieb dient zunächst die Vakuumquelle 17 dazu, das Plättchen 21 nahe an das Spannfutter 1 zu ziehen. Dann wird die Spannungsquelle 25 erregt und eine elektrostatische Kraft proportional zum Quadrat der Versorgungsspannung (und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen Spannfutter 1 und Plättchen 21) aufgebracht, um das Plättchen 21 an die Spitzen 11 des Spannfutters 1 anzuziehen. Die Fläche der Spitzen 11 kann im Verhältnis zur Fläche der ganzen Oberseite vergrößert werden, um die elektrostatische Kraft zu erhöhen. In diesem Fall ist unter Umständen die Vakuumquelle 17 und die ringförmige Dichtfläche 3 nicht nötig.

Claims

Halterung zum Stützen eines Werkstücks Priorität: 1. November I983 -USA- Serial No. 5^7 811 Patentansprüche

1. Halterung zum Stützen eines Werkstücks, gekennzeichnet durch ein Spannfutter mit einer Vielzahl von Spitzen, die das Werkstück abstützen, wobei das Spannfutter aus einem einzigen Stück kristallinen Stoffs besteht.

2. Halterung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Spitzen durch Ätzen des einzigen Stücks aus kristallinem Werkstoff gebildet sind.

3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die Spitzen Oberseiten haben, die im wesentlichen eben sind.

4. Halterung nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die Oberseiten der " Spitzen im wesentlichen in einer Ebene liegen.

5. Halterung nach Anspruch 3 oder 4 ,

dadurch gekennzeichnet , daß die Spitzen Pyramidenstumpfe mit im wesentlichen ebenen Oberseiten sind.

6. Halterung nach einem .der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß eine ringförmige Dichtfläche vorgesehen ist, die im wesentlichen eben ist und mit den Oberseiten der Spitzen in einer Ebene liegt.

7. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß von den Spitzen Täler begrenzt sind, daß eine Sammelleitung zur Aufnahme von Unterdruck vorgesehen ist, und daß in dem Spannfutter ein oder mehrere Löcher ausgebildet sind, durch die die Sammelleitung mit einem oder mehreren der Täler verbindbar ist.

8. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der kristalline Stoff Silicium ist.

9. Halterung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet , daß das Silicium eine <100> Kristallgitterorientierung hat.

10. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet , daß das Werkstück aus dem kristallinen Stoff besteht.

11. Halterung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet , daß das Werkstück aus einem Halbleiterplättchen besteht.

12. Halterung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß an die Sammelleitung eine Vakuumquelle angeschlossen ist.

13. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß den Spitzen eine dielektrische Schicht überlagert ist, und daß mit dem Spannfutter eine Hochspannungsquelle verbunden ist.

14. Halterung nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet , daß das Werkstück geerdet ist.

15. Halterung nach Anspruch .13 oder 14,

dadurch gekennzeichnet , daß an die Sammelleitung eine Vakuumquelle angeschlossen ist.