DE4216218A1 - Elektrostatische spannvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft im wesentlichen das Gebiet der Teilehandhabung und insbesondere elektrostatische Halte­ vorrichtungen zum Halten von Halbleiter-Scheiben und ande­ ren Körpern bei Behandlungen wie dem Vakuumsputtering und anderen damit verbundenen Vorgängen, beispielsweise bei dem Transport der Scheiben zu einer Ätzstation. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum elektrostatischen Halten einer Halbleiter-Scheibe oder eines anderen Körpers bei derartigen Behandlungen und damit verbundenen Vorgängen.

Die Halbleiter-Industrie benötigt das Festklemmen und Transportieren von kristallinen Halbleiterscheiben (Wafern) in verschiedenen Bearbeitungsmaschinen. Die Scheiben sind auf einer Oberfläche mit einem komplizierten Muster ver­ sehen und können bei Berührung dieser Oberfläche zerstört werden. Zusätzlich kann Berühren der Scheibenkanten zum Splittern führen, was nicht nur Schmutzpartikel auf der bemusterten Oberfläche, sondern auch ein späteres Brechen des Wafers zur Folge haben kann. Aus diesem Grunde sind mehrere Rückkontakt-Transportverfahren entwickelt worden, bei denen die Scheiben an der Rückseite gehalten werden (s. PH Singer, "The Role of Wafer Transport in Front- End Automation", Semiconductor International, August 1983, Seiten 69/65), von denen jedoch keines die Bewegung der Scheibe aus einer horizontalen Ebene infolge ihres Vertrau­ ens auf Schwerkraft und Reibungskräfte zuläßt.

Bei Anwendungen, die ein Festklemmen des Wafers im Va­ kuum erfordern, beispielsweise die Ionen-Implantation oder das Trockenätzen mit hoher Geschwindigkeit, hat man sich auf mechanische Klemmen oder elektrostatische Kräf­ te verlassen, um dem Kühlgasdruck, der auf die Scheiben­ rückseite aufgebracht wird, entgegenzuwirken.

Elektrostatische Verfahren zum Halten von Halbleiter- Wafern wurden jahrelang untersucht, da bei dem elektro­ statischen Klemmen die Möglichkeit besteht, ohne Berüh­ rung der empfindlichen Vorderseite der mit einem Muster versehenen Halbleiter-Scheibe zu arbeiten. Beispiele die­ ser Versuche sind aus der US 39 83 401, US 45 20 421, US 43 84 918, EP 01 71 011 A2, US 5 47 811, GB 20 50 064 A, US 44 80 284, US 45 02 094 und US 44 12 133 bekannt.

Der Ladungstransfer zur Vorder- bzw. Spannfläche der­ artiger elektrostatischer Vorrichtungen hat viele Proble­ me aufgeworfen und zu vielen Lösungsversuchen geführt. Die Ladungen entstehen auf der Vorderfläche der Spannvor­ richtungen und weisen eine derartige Polarität auf, daß sie die Spannwirkung teilweise negieren bzw. aufheben. Derartige Ladungen verbleiben nach Abnahme des aufgege­ benen spannenden Potentials und können nach dem Entfernen des gespannten Objekts reduziert werden, indem die Spann­ fläche mit einem geerdeten Gegenstand mechanisch überstri­ chen oder einem Ionisator ausgesetzt wird.

Eine der ersten Publikationen, in denen die genannten Ladungstransferprobleme bei der Verwendung von elektro­ statischen Vorrichtungen erwähnt sind, ist die Veröf­ fentlichung von George A. Wardly, "Electrostatic Wafer Chuck for Electron Beam Microfabrication" in Rev. Sci. Instrum., Vol. 44, No. 10, Oktober 1973, Seiten 1506-1509. Gemäß dieser Schrift trennt ein Glimmerisolator die Sili­ cium-Scheiben von der rückwärtigen Anzugs-Elektrode. Der Ladungstransfer zu der Vorderseite des Glimmerisolators wurde im Vakuum sowie in verschiedenen Atmosphären gemes­ sen und in Form der Strecke, um die das Wafer auf die Glimmeroberfläche gezogen wurde, bestimmt. Es wurde fest­ gestellt, daß eine oszillierende Steuerspannung notwen­ dig war, um ein starkes Anzugsvermögen zu erzielen, d. h. um den Ladungstransfer zu der Spannfläche der Vorrich­ tung zu verhindern, wobei die notwendige Oszillationsfre­ quenz mit der natürlichen Konduktivität des umgebenden Gases ansteigt. Eine derartige oszillierende Steuerspan­ nung induziert in der Scheibe infolge kapazitiver Ladungs­ effekte einen Stromfluß und die rechteckige, von Wardly untersuchte Wellenform führt zu sehr hohen Ausgleichs­ strömen an Wellenformübergängen. Diese Ströme entwickeln Spannungen in der Silicium-Scheibe, die die Vorrichtungen auf der Scheibe zerstören können.

Falls eine weniger abrupte Wellenform, z. B. eine Sinus­ welle verwendet wird, kann die resultierende Scheibenvibra­ tion unter ungedämpften Bedingungen zu einer Schwächung und einem Zerbrechen der kristallinen Scheibe, insbeson­ dere einer Scheibe mit geringen Randfehlern führen. Es führt auch zu kurzen Perioden in jedem Halbzyklus, in dem die Scheibe nicht gehalten ist, so daß sie sich unter dem Einfluß von anderen Kräften, beispielsweise dem Gasdruck, Zentrifugalkräften und Trägheit oder Schwerkraft, bewegen kann.

In anderen Veröffentlichungen, beispielsweise der US 45 51 192 und der US 45 54 611, wurde gelegentlich hervorgehoben, daß eine Ladungsstreuung aufgrund der Aufrechterhaltung der Kraft selbst bei Abnahme der auf­ gebrachten Spannung vorteilhaft sei.

Überwiegend wird jedoch die Meinung vertreten, daß die Ladungsaufrechterhaltung den Betrieb der Vorrichtung auf ein nicht akzeptables Maß verlangsamt und daß die mecha­ nische Abnahme der Scheiben von einer zurückhaltenden Oberfläche diese unerwünschten Risiken von Stößen, Brüchen und Teilchenbildung aussetzt.

Verschiedene Wechselspannungsverfahren sind eingesetzt worden, um die auf der Isolatorvorderseite der elektro­ statischen Vorrichtung gebildete Ladung abzuleiten. Aus der Patentliteratur einschließlich der Wechselstrom-An­ regungsvorrichtungen sei auf die JP 60-1 10 133, die JP 61-2 70 046 und die PCT/AU88/00 133 verwiesen.

Eine Wechselstrom-Feldanregung kann das Maß der Oberflä­ chenladung auf einen niedrigen Wert reduzieren, jedoch ist die Geschwindigkeit einer derartigen Reduzierung so­ wohl durch das Maß der Oberflächenladungsbewegung als auch durch das Maß beschränkt, bei dem die Spannungen auf der Rückseite der Scheibe gewechselt werden können, ohne hohe Spannungen auf der empfindlichen Wafer-Vorder­ seite zu induzieren. Im allgemeinen führen derartige Be­ grenzungen zu einer etwa zwei bis vier Sekunden dauern­ den Freigabezeit. Dies ist langsam im Verhältnis zur be­ nötigten Geschwindigkeit von üblichen Roboter-Handhabungs­ vorrichtungen. Zusätzlich kann eine geringe Restkraft infolge des Unvermögens einer schnellen Entladung der Vorderseite während der Freigabezyklen unter Anwendung der Niederfrequenz-Wechselstromanregung auftreten. Eine derartige Restkraft kann eine Scheibe zu einem Herunter­ rutschen von einem Halter in einer unvorhersehbaren Rich­ tung zu einem unvorhersehbaren Zeitpunkt veranlassen. Sie kann auch zum Scheibenbruch beitragen, falls die Scheibe von dem elektrostatischen Halter mechanisch wegge­ drängt wird.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, um die Freigabe einer Halbleiter-Scheibe oder anderer elektrostatisch gehaltener Bauteile oder Körper zu ermöglichen, wobei die Scheibe bzw. die anderen Bauteile im Bedarfsfall durch die Vorrichtung bzw. gemäß dem Verfahren fest gehalten werden können.

Gemäß einem ersten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfah­ ren zur Freigabe eines Körpers vor, der elektrostatisch auf einer Haltevorrichtung mittels einer elektrostatischen Restladung gehalten ist, wobei das Verfahren das Anlegen einer Spannung an die Haltevorrichtung umfaßt, so daß die Haltewirkung der elektrostatischen Restladung auf den Körper im wesentlichen aufgehoben bzw. negiert wird.

Die Haltevorrichtung weist vorzugsweise eine Elektrode auf, an der eine Steuerspannung angelegt werden kann, um eine Haltekraft an der Oberfläche der Haltevorrichtung zu erzeugen, durch die ein Körper, bei dem es sich insbe­ sondere um eine Halbleiter-Scheibe handeln kann, auf ihr gehalten werden kann.

Das Verfahren der Erfindung umfaßt vorzugsweise die Schrit­ te des Bestimmens des Wertes einer Steuerspannung, die an der Elektrode angelegt werden muß, um die Effekte jeglicher Restladung, durch die der Körper an der Halte­ vorrichtung gehalten wird, zu negieren, und dann das An­ legen dieser Steuerspannung, um den Körper zu lösen.

Dieser Wert der Steuerspannung wird vorzugsweise durch Überwachung der Bewegung des gehaltenen Körpers bestimmt, wobei die Bewegung sich ändert, wenn die Steuerspannung variiert. Diese Variation der Bewegung kann dazu verwen­ det werden, die optimale, zum Lösen des Körpers an der Elektrode anzulegende Steuerspannung zu bestimmen. Wenn diese optimale Steuerspannung bestimmt ist, kann sie an der Elektrode angelegt werden, um die Freigabe des Kör­ pers zu ermöglichen.

In einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Spannungssignal auf die Elektrode aufgegeben, das zu ei­ ner Bewegung des Körpers führt, wobei die Bewegung mit der an der Elektrode angelegten Steuerspannung vari­ iert. Wenn die Bewegung des Körpers bei einer Grundfre­ quenz (erste Harmonische) des Spannungssignals einen mi­ nimalen Wert oder ein Maximum einer zweiten harmonischen Bewegung zeigt, ist dies der optimale Zeitpunkt für die Freigabe des Körpers, und die Steuerspannung zu diesem Zeitpunkt entspricht der optimalen Freigabespannung, die den überwiegenden Anteil der Restspannung an der Vorrich­ tung infolge der Umkehrung der Bewegung infolge des Span­ nungssignals aufhebt bzw. negiert. Dieser Punkt der Pha­ senumkehr kann bestimmt werden, um den Freigabepunkt zu bestimmen.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird die Körperbewe­ gung infolge der Biegung unter den Spannkräften überwacht, während die Steuerspannung bis zur Freigabe des Körpers abgesenkt wird. Wenn die Steuerspannung abgesenkt wird, gibt es einen Punkt, bei dem die Freigabe auftritt und der Körper sich bewegt. Die Steuerspannung kann dann auf diesen Freigabespannungswert zurückgeführt werden, um die Freigabe des Körpers zu erreichen.

In beiden Fällen ist die zum Halten des Körpers aufgegebene Steuerspannung vorzugsweise eine Gleichstrom-Steuerspan­ nung. Die Polarität der Gleichstrom-Steuerspannung wird vorzugsweise nach jedem "Haltezyklus" umgekehrt, d. h. nachdem ein Körper zur Bearbeitung festgehalten und dann freigegeben wurde, wird die Steuerspannung für den näch­ sten festzuhaltenden Körper umgekehrt. Dies beugt dem Aufbau von Restladungen auf der Haltevorrichtung im Lau­ fe der Zeit vor.

Die vorliegende Erfindung sieht des weiteren ein Verfah­ ren zum elektrostatischen Spannen und Freigeben eines Körpers mittels einer elektrostatischen Haltevorrichtung vor, bei dem eine Steuerspannung an einer Elektrode, die in der Haltevorrichtung angeordnet ist, angelegt wird, um den Körper festzuspannen, und die Bewegung des Körpers überwacht wird, während die Steuerspannung variiert wird, um einen Wert der Steuerspannung zu bestimmen, der die Freigabe des Körpers erlaubt, sowie weiterhin die Steuer­ spannung auf diesen Wert gebracht wird, um die Freigabe des Körpers zu ermöglichen.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform, wie in Zu­ sammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung oben be­ reits ausgeführt wurde, wird ein Spannungssignal mit der Steuerspannung überlagert, um eine oszillierende Bewegung des Körpers zu erreichen. Diese Bewegung wird überwacht, während die Steuerspannung variiert wird, und der Punkt, an dem die minimale Bewegung auftritt und der der Phasen­ umkehr der Bewegung infolge des Spannungssignals entspricht, ist der Punkt, an dem die Freigabe des Körpers ermöglicht ist.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird, wie oben in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfin­ dung ausgeführt wurde, keine Spannung aufgebracht, um eine Oszillation zu erzeugen, jedoch wird der Steuerspan­ nungswert, bei dem der Körper freigegeben wird, durch Überwachung der Bewegung des Körpers ermittelt, während die Steuerspannung variiert wird, und diese Steuerspan­ nung entspricht dann der Spannung, bei der eine Freigabe ermöglicht ist.

Der Körper ist vorzugsweise eine Halbleiter-Scheibe (Wafer), die beispielsweise durch Ionenbeschuß oder Sputtering etc. im Vakuum bearbeitet wird und deshalb im Vakuum auf einer Haltevorrichtung, beispielsweise einer elektrosta­ tischen Spannvorrichtung, gehalten sein muß.

Die Steuerspannung wird vorzugsweise als Gleichstrom- Spannung angelegt, deren Polarität nach jedem "Haltezyklus" umgekehrt wird, um das Aufbauen von Restladungen im Laufe der Zeit zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung sieht des weiteren eine Vorrich­ tung zum elektrostatischen Halten eines Körpers mit einer Haltevorrichtung vor, die eine Oberfläche zum Auflegen des Körpers, eine Elektrode und Mittel zum Anlegen einer Steuerspannung an die Elektrode besitzt, um den Körper elektrostatisch gegen die Oberfläche zu spannen, und mit Mitteln zur Bestimmung eines Wertes der an der Elektrode anzulegenden Steuerspannung, um eine Freigabe des Körpers zu ermöglichen.

Die Mittel zur Bestimmung umfassen vorzugsweise eine Über­ wachungsvorrichtung zur Überwachung der Bewegung des Kör­ pers, während die Steuerspannung variiert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vorrichtung vorgesehen, um der Steuerspannung ein Spannungssignal zu überlagern, um eine oszillierende Bewegung des Körpers zu erzeugen. Diese Bewegung wird überwacht, während die Steuerspannung variiert wird, und an dem Punkt, an dem die geringste fundamentale (erste harmonische) Bewegung entsprechend dem Punkt der Phasenumkehr der Bewegung in­ folge des Spannungssignals auftritt, ist derjenige Punkt, an dem die Freigabe des Körpers möglich ist.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Steuerspannung, bei der der Körper freigegeben ist, da­ durch bestimmt, daß die Bewegung des Körpers überwacht und die Steuerspannung auf diesen Wert gebracht wird, um eine Freigabe des Körpers zu ermöglichen. Diese Aus­ führungsform benötigt kein der Steuerspannung zu überla­ gerndes Spannungssignal, um eine Bewegung zu erzeugen.

Die Oberfläche der Haltevorrichtung und/oder der Körper sind vorzugsweise derartig geformt, daß eine Bewegung des Körpers möglich ist, wenn die Steuerspannung variiert wird. Wenn der Körper eine Halbleiter-Scheibe ist, kann entweder die Scheibe eine Restkrümmung besitzen und/ oder die Oberfläche der Haltevorrichtung abgestuft ausgebildet sein, so daß die Scheibe sich an einigen Punkten nicht mit der Oberfläche in Kontakt befindet. Das Anlegen einer Steuerspannung führt zu einer Verformung der Scheibe, wenn die Scheibe festgespannt und freigegeben wird. Das Anlegen eines Spannungssignals führt zu einer oszillierenden Vi­ bration der Scheibe.

Beispielsweise kann die Oberfläche von einem Grat oder einer Stufe umgeben sein, auf der die Ränder der Scheibe aufliegen, wobei die Verformung auftritt, wenn die Scheibe auf die restliche Oberfläche der Haltevorrichtung ge­ spannt wird.

Es ist dafür Sorge zu tragen, daß die Verformung und das Schwingen der Scheibe nicht so groß sind, daß es zu Fehl­ stellen oder Brüchen in der Scheibe kommt.

Zwei "spannende" Elektroden sind vorzugsweise in der Haltevorrichtung nahe der Spannfläche vorgesehen, wobei sie voneinander durch eine isolierende Schicht getrennt sind. Auf die Elektroden werden Steuerspannungen entgegengesetz­ ter Polarität aufgebracht.

Eine weitere Referenzelektrode ist vorzugsweise ebenfalls vorgesehen, um ein Referenzpotential für die Haltevorrich­ tung zu bilden.

Die vorliegende Erfindung sieht des weiteren ein Verfah­ ren zur Überwachung der Bewegung eines mittels einer Haltevorrichtung elektrostatisch festgespannten Körpers vor, mit den Schritten des Anlegens eines Spannungssignals an einer Elektrode in der Haltevorrichtung, dem Empfan­ gen eines Rücksignals, das über den Körper und eine Elek­ trode in der Haltevorrichtung geführt ist, und dem Ver­ arbeiten des Rücksignals, um einen Hinweis auf die Bewe­ gung des Körpers zu erhalten.

Das Signal ist dabei vorzugsweise ein Hochfrequenzsignal.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vor­ richtung zur Überwachung der Bewegung eines elektrosta­ tisch festgespannten Körpers vorgesehen, die eine Halte­ vorrichtung mit einer Oberfläche zum Festspannen des Kör­ pers, eine erste und zweite Spannelektrode, eine Vorrich­ tung zum Anlegen einer Steuerspannung an jeder Elektrode, um den Körper festzuspannen, eine Vorrichtung zum Anlegen eines Spannungssignals an der ersten Elektrode, eine Vor­ richtung zum Empfangen eines Rücksignals, das über den Körper und die zweite Elektrode geführt ist, sowie eine Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten des Rücksignals aufweist, um einen Hinweis auf die Bewegung des Körpers zu erhalten.

Das Spannungssignal ist vorzugsweise ein Hochfrequenz­ signal.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine vollstän­ dige Freigabe einer Halbleiter-Scheibe, die zur Bearbei­ tung mittels einer elektrostatischen Vorrichtung festge­ halten ist, durch Bestimmen eines Steuerspannungswertes möglich ist, um zumindest den überwiegenden Teil der Rest­ ladungen auf der Haltevorrichtung zu negieren oder zu kompensieren, die ansonsten das Wafer weiter festspannen würden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Arbeitsgeschwindigkeit der elektrostatischen Spannvorrich­ tungen erhöht werden kann, während ein Schutz für die Schaltungen auf der Oberfläche der Halbleiter-Scheibe be­ stehen bleibt. Die Möglichkeit, gemäß der Erfindung eine Gleichstrom-Steuerspannung zu verwenden, die sich während des Festspannens und der Freigabe der Scheibe nur in ge­ ringem Maße ändert, bringt mit sich, daß die transienten Ströme, die zu einem Zerstören der Schaltungen der Halb­ leiter-Scheibe führen können, minimiert sind im Gegen­ satz zu den Wechselstrom-Steuerströmen einiger bekannter Verfahren.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß aufeinanderfolgende Spannzyklen keine verringerten Spanneigenschaften zeigen, da die Gleichstrom-Steuerspannung für jeden Zyklus vor­ zugsweise umgekehrt wird.

Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der fol­ genden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen un­ ter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Haltevorrichtung und deren Schaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Spannvorrich­ tung mit einer Darstellung der Elek­ trodenanordnung;

Fig. 3 ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Positions-Detektorschaltung nach Fig. 1 in vereinfachter Form zeigt;

Fig. 4 eine Darstellung der "Gleichstrom- Wafer-Sensorspannung" über dem "effek­ tiven Abstand von den Elektroden" zur Verdeutlichung des Positions-Erfas­ sungsverfahrens gemäß der Erfindung;

Fig. 5 Spann- und Freigabe-Wellenformen für die Steuerspannung der Schaltung in Fig. 1;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Demodulationsschaltung gemäß Fig. 1 zur Demodulation des Positions­ Sensorsignals;

Fig. 7 eine Darstellung des "demodulierten Wechselstrom-Sensorausgangs" über dem "durchschnittlichen Steuerwert" zur Verdeutlichung des Verfahrens zum Auffinden des Freigabepunktes zur Freigabe des elektrostatisch gehalte­ nen Körpers;

Fig. 8 eine Spann- und Freigabe-Wellenform gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung;

Fig. 9 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Ausgangsabschnitts eines der Hochspannungsverstärker 84, 85 nach Fig. 1; und

Fig. 10 ein detailliertes schematisches Schal­ tungsdiagramm des Wechselstrom-Ver­ stärkers 28 gemäß Fig. 1.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird im folgenden eine Gesamtbeschreibung der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gegeben.

Eine elektrostatische Spannvorrichtung zur Lagerung einer Halbleiter-Scheibe (Wafer) während seiner Bearbeitung, beispielsweise bei einem Ionenbeschuß im Vakuum, weist einen Isolationskörper 14 (der aus Quarz bestehen kann), Steuerelektroden 12 und 13 und eine Schutz- bzw. Referenz­ elektrode 11 auf. In den Fig. 1 und 2 ist die Spannvor­ richtung im Querschnitt dargestellt. Die Spannvorrichtung kann jede beliebige Form aufweisen. Vorzugsweise besitzt sie eine plattenähnliche Gestalt, so daß sie mit der üb­ lichen Form einer Halbleiter-Scheibe zusammenpaßt.

Ein Grat oder eine Stufe 15 kann um die Außenseite der Oberseite 16 der Spannvorrichtung herum ausgebildet sein. Wenn die Steuerspannung an den Elektroden 12 und 13 an­ gelegt wird, wird die der Spannvorrichtung naheliegende Halbleiter-Scheibe 10 gegen die Oberfläche 16 der Spann­ vorrichtung gespannt. Der Spannvorgang in Zusammenwir­ ken mit der Stufe 15 bedingt eine Verformung der Scheibe, wenn sie gegen die Oberfläche 16 gezogen wird, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die Spannvorrichtung und die Stufe 15 sind so dimensioniert, daß die Verfor­ mung der Scheibe 10 nicht zu übermäßigen Spannungen in der Scheibe 10 führt.

Halbleiter-Scheiben besitzen üblicherweise eine inhärente Krümmung, d. h. daß die Oberfläche der Spannvorrichtung kann auch eben sein, und sie kann trotzdem eine Bewegung der Scheibe gemäß der Erfindung bewirken. Die Oberfläche der Spannvorrichtung kann somit im Gegensatz zu der in Fig. 2 gezeigten "Stufe" auch eben sein.

Die Schutzelektrode 11, die mit der Erde oder einer Quelle für Wafer-Behandlungsenergie, beispielsweise einem Hoch­ frequenz-Leistungserzeuger, verbunden sein kann, dient als Referenzelektrode und erlaubt gewünschtenfalls die Koppelung von Energie in die Scheibe 10. Die Scheibe 10 hat die Neigung, die gleiche Spannung wie die Schutzelek­ trode 11 beizubehalten, falls die Steuerspannungen an den Spannelektroden 12 und 13 bezüglich der Schutzelektrode ausgeglichen sind (s. Patentanmeldung PCT/AU88/00 133).

Bei der Bearbeitung von Halbleiter-Scheiben werden häufig Ionen zur Oberfläche der in der Spannvorrichtung gehalte­ nen Scheibe beschleunigt, indem Strom durch die Scheibe und in die Plasmaentladung geleitet wird. In diesem Fall tritt an den elektrostatischen Steuerelektroden eine Hoch­ frequenz (Radiofrequenz - rf) auf. Es ist dann notwendig, die Steuerelektronik vor einem Überhitzen infolge der Hochfrequenz mittels Filternetzwerken zu schützen. In der Vergangenheit war die Leitung von Hochfrequenz durch die Elektroden, indem eine von ihnen kontaktiert und die andere kapazitiv gekoppelt wurde, so schwierig, daß die meisten in der Industrie verwendeten elektrostatischen Spannvor­ richtungen nur eine elektrostatische Steuerelektrode verwen­ deten. Die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Schutzelektrode 11 kann an Hochfrequenz angelegt werden. Diese hintere Elektrode steht (kapazitiv) mit den beiden Steuerelektroden 12, 13 in gleicher Weise in Kontakt. Die Steuerelektroden 12, 13 stehen in gleicher Weise in Kontakt mit der Scheibe 10, was zu einer gleichförmigen Auf­ bringung des Hochfrequenz-Signals über der Scheibenoberflä­ che führt.

Wie in der Einleitung ausgeführt wurde, können sich während der Bearbeitung der in einer Spannvorrichtung gehaltenen Halbleiter-Scheibe 10, wie es beispielsweise in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, infolge der von den Elektroden 12 und 13 aufgebrachten elektrostatischen Kraft auf der Oberfläche 16 der Spannvorrichtung Restladungen bilden. Ein Ladungstransfer kann über die in dem Zwischenraum zwischen der Spannvorrichtung und der Halbleiter-Scheibe verwendeten Gase oder auch über das Isolationsmaterial 14 auftreten. Bei herkömmlichen Spannvorrichtungen können die Restladungen auf der Oberfläche 16 das Abnehmen der Scheibe 10 stören, wenn die Steuerspannung von den Elektroden abgeschaltet ist. Dies führt zu Verarbeitungsschwierigkei­ ten. Gemäß der Erfindung wird ein Wert der Steuerspannung bestimmt, der an die Elektroden 12 und 13 angelegt werden kann, um eine störungsfreie Abnahme der Scheibe 10 zu erlauben, unabhängig davon, ob sich auf der Oberfläche 16 Restladungen befinden oder nicht. Das Maß der Steuerspan­ nung reicht aus, um zumindest den überwiegenden Teil der Restladungen zu kompensieren. Wenn die Elektroden 12 und 13 auf dieser Steuerspannung gehalten werden, kann das Wafer 10 in einfacher Weise entfernt werden.

Die Bestimmung der Steuerspannung, die zur Ermöglichung der Abnahme des Wafers 10 notwendig ist, wird gemäß der Erfindung vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Bewegung der Scheibe 10 überwacht wird und aufgrund der Bewegung bestimmt wird, wann die Steuerspannung den "Freigabepunkt" erreicht.

Die Form der Spannvorrichtung gemäß der Erfindung, d. h. die Anordnung der Stufe 15, ermöglicht die Bewegung der Scheibe 10 in Abhängigkeit von der Veränderung der Steuer­ spannung. Statt der Spannvorrichtung kann auch die Schei­ be eine bestimmte Form aufweisen, um ihre Verformung zu ermöglichen. Eine Vielzahl verschiedener Variationen außer den in den Figuren gezeigten sind möglich.

Die Spannvorrichtung kann darüber hinaus andere Formen als die abgestufte Form gemäß der Figuren besitzen. Die einzige Voraussetzung ist, daß die gewählte Form die ge­ wünschte Relativbewegung des Körpers, beispielsweise der Scheibe, und der Spannvorrichtung zulassen muß. Wie oben ausgeführt wurde, kann die Spannvorrichtung auch flach sein, während der Körper einen inhärenten Bogen besitzt.

Gemäß Fig. 1 wird die Steuerspannung von einem Rampen­ generator 92 über einen Summenverstärker 90 und einen Hochspannungsverstärker 84 und 85 an Leitungen 26 und die Elektroden 12 und 13 angelegt.

Die Bewegungserfassung wird durch eine Schaltung ausge­ führt, die einen Hochfrequenzgenerator 20, Leitungen 26, die Elektroden 12 und 13, einen Demodulator 25 und einen Wechselstromverstärker und Filter 28 umfaßt. Das Gleich­ strommeßsignal 27 kann dazu verwendet werden, die Scheiben­ bewegung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung zu überwachen. Das Wechselstrommeßsignal 29, das durch diese Schaltung bereitgestellt ist, liefert einen Hinweis auf die Bewegung des Wafers 10 und wird durch den Demodu­ lator 52 demoduliert, dessen anderer Eingang mit einem Phasenschieber 54 verbunden ist, damit er ein demoduliertes Wechselstrom-Meßausgangssignal 53 liefert, das die Phase der Scheibenbewegung relativ zu der Phase des Generators 50 anzeigt.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird eine Wechsel­ spannung 51 von einer Audio-Wechselstrom-Quelle 50 mit der Steuerspannung überlagert, um ein Schwingen der Scheibe 10 zu erzeugen. Das Schwingen der Scheibe 10 wird mit Hilfe des Positionserfassungsschaltkreises überwacht, um ein den Schwingungen entsprechendes, demoduliertes Wechselstrom- Meßausgangssignal 53 zu erzeugen. Wenn die Haupt-Steuer­ spannung variiert wird, wird ein Punkt erreicht, bei dem die Scheibe freigegeben wird, und dieser Punkt kann durch Überwachen des demodulierten Wechselstrom-Meßausgangs­ signals 53 bestimmt werden.

Die Schaltung gemäß Fig. 1 wird im später im Detail be­ schrieben.

Im folgenden werden sowohl die einzelnen Teile der Schal­ tung und ihre jeweilige Funktion als auch das Verfahren zur Erzielung der Freigabe des Wafers, das diese Schaltung verwendet, im Detail beschrieben.

Die Elektroden 12 und 13 sind üblicherweise auf gleich große oder entgegengesetzte Spannungen gebracht bzw. ener­ gisiert, wie dies in der PCT/AU88/00 133 beschrieben ist, mit der Ausnahme, daß die in diesem Fall aufgebrachte Spannung eine Gleichstrom-Spannung ist, während die in dem dort beschriebenen Fall aufgebrachte Spannung eine Wech­ selstrom-Spannung ist.

Eine derartige Erregung hält das Scheibenpotential in etwa auf dem Potential der Schutzelektrode 11. Dies ist üblicher­ weise bei der Scheibenbearbeitung erwünscht, stellt jedoch keinen wesentlichen Bestandteil des hier beschriebenen Freigabeverfahrens dar.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Detail der Schaltung zur Erfassung der Scheibenposition gemäß Fig. 1, wie sie zur Erfassung der Bewegung der Scheibe 10 infolge der Variation der auf die Elektroden 12 und 13 aufgebrachten Steuerspan­ nung verwendet wird. Ein Hochfrequenzsignal im MHz-Bereich, beispielsweise etwa 8MHz, wird von dem Hochfrequenzgenera­ tor 20 erzeugt. Der Generator 20 legt dieses Hochfrequenz­ signal sowohl als Referenz an einen doppelt abgeglichenen Modulator-Phasendetektor 25 als auch an die Elektrode 12 über die Leitung 26. Das von der Elektrode 13 aufgenommene Signal wird durch die Leitung 26 zu dem Phasendetektor- Signaleingang übermittelt.

Das Ausgangs-Gleichstromniveau 27 liefert ein Maß der Scheibenposition relativ zu der Spannfläche, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Figur zeigt eine Kurvendarstel­ lung des Ausgangs-Gleichstroms über dem effektiven Abstand von Elektroden zu Wafer. Dieser effektive Abstand ist der gesamte effektive Luftabstand, den man durch Aufsummieren des Luftspaltabstandes und der Isolatordicke, geteilt durch deren Dielektrizitätskonstante erhält. Bei Abständen, die geringer als die Isolatordicke sind (Kurvenbereich links oben), wird die mechanische Testausrüstung zusammengedrückt, was zu einer Kurvensättigung führt. Eine Empfindlichkeit von 40 mV/µm ist in dieser Zeichnung nahe der Spannfläche gezeigt und ein gebräuchlicher Bereich bis zu 3 mm ist mit Schaltungen erzielbar, die gegenüber geringen Änderungen von der Nullsignal-Position empfindlich sind.

Die Signalaufnahme an der Elektrode 13 ist abgeleitet von der Kopplung der Signale von der Elektrode 12 durch die Kapazitäten 23 und 24 und die Scheibe 10 zu der Elek­ trode 13. Eine derartige Kopplung ist proportional den Kapazitäten 23 und 24, und somit dem Inversen des Ab­ standes zwischen der Scheibe 10 und den Elektroden. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird eine derartige inverse Beziehung in dem Mittelabschnitt der Kurvendarstellung erreicht. Sowohl die Amplitude des Signals an der Elek­ trode 13 als auch - was häufig wichtiger ist - dessen Phase variieren mit der Position der Scheibe 10. Die wei­ tere Verarbeitung des Gleichstromsignals 27 mit Wechsel­ stromverstärkern und Filtern 28 liefert ein Wechselstrom­ signal 29 mit einer Empfindlichkeit gegenüber der Wafer­ bewegung von 40 mV/µm. Dieses Wechselstromsignal wird in dem Freigabeverfahren verwendet.

Eine nicht dargestellte Schaltung zur Phaseneinstellung für das "r"-Signal ist bevorzugterweise ebenfalls zwischen den Hochfrequenzgenerator 20 und den Demodulator 25 ge­ schaltet. Dies erlaubt die Einstellung der Erfassungs­ empfindlichkeit der Scheibenposition auf ein optimales, d. h. hochsensibles Niveau, indem bei auf der Klemmfläche angeordneter Scheibe die Phase des Referenzsignals gesetzt wird. Diese Phaseneinstellung wird üblicherweise nur beim ersten Einrichten des Systems durchgeführt.

Die Steuerspannung wird den Elektroden 12 und 13 mit der Schaltung gemäß Fig. 1 mit den in Fig. 5 dargestellten Spann-/Freigabewellenformen zugeführt.

Die Elektroden 12 und 13 werden in Gegenphase angesteuert, so daß es ausreicht, nur einen Satz von Wellenformen vor­ zusehen. Ausgehend von Nullspannung werden die Scheiben durch Anlegen von Hochspannung während des Zeitabschnitts 41 festgespannt. Diese Spannung wird allmählich aufgebracht, um den kapazitiven Stromfluß zu minimieren und so die Spannungsbelastungen innerhalb der Scheibe gering zu halten. Während des Zeitabschnitts 42 kann die Scheibe mit oder ohne oszillierende Spannungsmodulation der Steuerspannung gehalten sein. Ein Oszillieren der Steuerspannung führt zu einer Bewegung des Wafers, die dazu verwendet werden kann, den Freigabepunkt zu bestimmen, wie oben dargestellt wurde. Es ist lediglich notwendig, das oszillierende Span­ nungssignal zum Ende des Spannzyklus vorzusehen, obwohl ein vorheriges Einsetzen zur Kalibrierung der Phasenver­ gleichsschaltung hilfreich sein kann, wie später erläutert wird. Eine Oszillation ist im Zeitabschnitt 42 gestrichelt dargestellt, um ihren wahlweisen Charakter anzudeuten. Bei vorhandener Modulation wird die Scheibe mit der Frequenz der Modulationswellen gebogen, die im Audiofrequenzbereich zwischen 1 Hz und 20 kHz liegen kann, jedoch üblicherweise zwischen 30 Hz und 200 Hz liegt, um eine maximale Bie­ gung und somit Betriebsempfindlichkeit bei gegebener Scheibe und Bearbeitungsumgebung zu erzielen.

Die Freigabe wird erzielt, während die Steuerwellen modu­ liert und das durchschnittliche Steuerniveau reduziert werden, wie es für den Zeitabschnitt 43 dargestellt ist. Der Betrieb in diesem Zeitabschnitt wird im folgenden erläutert. Im Zeitabschnitt 44 braucht die Spannung nicht moduliert zu werden, sondern wird auf dem Freigabepunkt gehalten, bei dem äußere elektrische Felder infolge von Ladungen in dem Bereich 16 durch das von den Elektroden 12 und 13 erzeugte Feld aufgehoben werden. In dieser Be­ triebsart wird auf einen Körper, der nahe der Spannfläche angeordnet ist, keine Kraft ausgeübt. Im Zeitabschnitt 45 wird ein zweiter Spannzyklus initiiert. Es ist anzumerken, daß die Steuerpolarität an den Elektroden umgekehrt wird, so daß der wiederholte Spannzyklus nicht zu einem gleich­ gerichteten Aufbau von Ladungen führt, die den Spannvorgang eventuell hindern könnten.

Während dem Spann-Zeitabschnitt 42 und dem Freigabe-Zeit­ abschnitt 43 führen die Scheibenbewegungen, die von einer Niederfrequenz-Modulation des Steuersignals herrühren, zu einem Wechselstrom-Signal 29 der Scheibenpositions-Er­ fassungsschaltung. Eine demodulierte Form dieses Wechsel­ strom-Signals ist notwendig und kann durch Probentechniken in Verbindung mit einer Computersteuerung der Signalerzeu­ gung, Phaseneinstellung und Signalverarbeitung erreicht werden. Für eine analoge Ausführung ist das Prinzip in Fig. 6 dargestellt. Fig. 6 zeigt ein Detail der Freiga­ besignaldemodulationsschaltung gemäß Fig. 1 in schemati­ scher Darstellung. Das Wechselstrom-Signal 51 des Modula­ tionsgenerators 50 wird dem Elektrodensteuersignal über­ lagert, um eine oszillierende Bewegung der Scheibe 10 zu erreichen, wie oben erläutert wurde. Zusätzlich wird das Generatorsignal durch ein Phasenschieber-Netzwerk 54 mit dem Referenzeingang des Demodulators 52 gekoppelt. Das Wechselstrom-Scheibenpositions-Erfassungssignal 29 wird auf den Signaleingang des Demodulators gegeben, was zu einem demodulierten Wechselstrom-Erfassungssignal 43 führt, das proportional zu dem Wert des Signals 29 ist, das in Phase mit dem Referenzsignal ist. Die Phasenein­ stellung 54 ist derart justiert, daß ein maximales Sig­ nalniveau an dem Ausgang 53 während dem Spann-Zeitabschnitt 42 erreicht wird. Daher ist es hilfreich, das Signal 50 während dem Abschnitt 42 anzulegen. Bei Reduzierung der Elektrodensteuerspannung im Zeitabschnitt 43 zeigt das Aus­ gangssignal 53 das in Fig. 7 gezeigte Verhalten an. Zu Beginn ist die Scheibe bei hoher Steuerspannung stark fest­ geklemmt, was zu einem geringen Maß an Scheibenvibration 60 führt. Wenn die Steuerspannung reduziert wird, wachsen die Scheibenvibrationen auf einen maximalen Wert am Punkt 61 an. Wenn die Steuerspannung den "Freigabepunkt" 62 durch­ läuft, befindet sich die Scheibenbewegung bei der funda­ mentalen Frequenz der Modulation auf einem minimalen Niveau, während jegliche Spannungsabweichung von der Freigabepunkt-Spannung zu einer erhöhten Anziehung der Scheibe auf der Spannfläche führt, was zu einer Scheiben­ bewegung gemäß der zweiten harmonischen Wechselstrom- Modulationswellenform 51 führt. Eine weitere Reduzie­ rung der durchschnittlichen Steuerspannung führt zu einer Gegenphasenvibration der Scheibe bei der fundamentalen Frequenz des Generators 50, die auf einen maximalen Wert 63 ansteigt und dann abfällt, wenn die Spannkräfte mit fallender durchschnittlicher Steuerspannung 64 ansteigen.

Das bipolare Ausgangssignal 53, das in Fig. 7 dargestellt ist, ermöglicht viele Arten, den Freigabepunkt automatisch zu erreichen und beizubehalten. Das lineare Verstärkungs­ feedback, das Testen-und-Halten und eine Computersteuerung sind beispielsweise Techniken, die jede für sich oder in Kombination verwendet werden können, um eine schnelle Scheibenfreigabe zu erzielen.

Die Schaltung in Fig. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbei­ spiel wird im folgenden im einzelnen beschrieben.

Die Scheibe 10 ist in einer entsprechenden elektrostati­ schen Vorrichtung gehalten, die eine Bewegung der Scheibe zuläßt, wenn die Erregungsspannung der Elektroden 12 und 13 variiert wird. Die Erfassung der Scheibenposition und -bewegung wird unter Verwendung von Hochfrequenzerregung und Demodulation durchgeführt, wie vorher beschrieben wurde. In diesem Fall wird die Hochfrequenz in die Elektrodenerre­ gerleiter über Filterkapazitoren 83 und 84 eingekoppelt, die eine geringe Impedanz zu dem Hochfrequenzsignal, je­ doch eine relativ hohe Impedanz für die Hauptsteuerspan­ nungen und Scheibenposition-Oszillationssteuerspannungen besitzt. Im Gegensatz dazu weisen die Hochfrequenz-Dros­ selspulen 81 und 82 eine geringe Impedanz für die Steuer- und Scheibenbewegungsspannungen, jedoch eine hohe Impedanz für das Hochfrequenzsignal auf. Diese Entkopplung verhin­ dert ungünstige Beeinflussungen zwischen den unterschied­ lichen Schaltungsbereichen.

Die Hauptsteuersignale, die die Scheibenspann- und Posi­ tionsoszillation induzieren, werden von den Hochspannungs­ verstärkern 84 und 85 über weitere Entkoppelungswiderstände 86 und 87 geführt, die jeweils zur bipolaren Ausgangs­ spannungssteuerung fähig sind. Der Verstärker 85 ist derart ausgebildet, daß er einen Ausgang entgegengesetzter Polarität zu dem Verstärker 84 liefert, wobei sein Aus­ gangslevel mit dem Potentiometer 88 einstellbar ist, um eine derartig balancierte Steuerung zu erreichen, daß die in der Scheibe 10 induzierten Spannungen sich auf einem Minimum befinden. Diese Einstellung wird mit Hilfe eines grundsätzlich sinusförmigen Wechselstrom-"Balance-Test"- Signals zu dem Eingang der Verstärker durchgeführt, wo­ bei dieses Balance-Test-Signal durch den Auf-/Ab-Rampen­ generator 92 bereitgestellt wird.

Signale zu den Ausgangs-Verstärkerschaltungen werden durch eine Steuerniveau-Steuerung 89 von einem Summenverstärker 90 erhalten. Dieser Verstärker kann sowohl Signale von dem Scheibenpositionsoszillationsgenerator 50 und den Scheibenspann- und Freigabegeneratoren 92 und 93 unter Steuerung durch die Logik 91 erhalten, die durch Benutzer­ eingabekommandos 94 instruiert wird. Der Oszillator 50 braucht nicht die gesamte Zeit in Betrieb zu sein, sondern kann so lange ausgeschaltet werden, bis die Scheibe freige­ geben werden soll.

Bei Betrieb von der Ausgangsstellung wird der Eingang des Verstärkers 90 mit dem Rampengenerator 92 verbunden, der ein Null-Ausgangssignal erzeugt. Wenn eine Scheibe prä­ sent ist, wird dies durch das Scheibenerfassungs-Gleich­ stromsignal 27 angezeigt. Aufgrund eines Eingangskommandos, die Scheibe zu spannen, befiehlt die Steuerlogik dem Ram­ pengenerator, das Festspannen des Wafers durch Erhöhung der Steuerspannung in einer Richtung zu beginnen. Hohe und entgegengesetzte Spannungen werden dann den Elektro­ den 12 und 13 zugeführt. Während der Spannperiode können den Steuersignalen eine Schwingungen durch den Genera­ tor 50 überlagert werden, um die korrekte Phaseneinstel­ lung des Phasenschiebers 54 zu bewirken, wodurch ein maxi­ males Signal 53 am Ausgang des Demodulators 52 erreicht wird. Der Generator 50 kann dann bis zur Freigabezeit ausgeschaltet werden.

Aufgrund eines Kommandos 94, die Scheibe freizugeben, schal­ tet die Steuerlogik den Generator 50 an und beginnt ein Absenken der Spannspannung. Der Generator 92 kann anfäng­ lich beginnen, die Steuerspannung auf ein vorbestimmtes geringeres Niveau zu reduzieren. Der Freigabeprozeß wird unter Verwendung des Signals 53 zur Steuerung der Steuer­ spannung an dem Ausgang des Verstärkers 90 derart abge­ schlossen, daß das Signal 53 auf null gehalten wird, wenn es gerade seine Polarität ändert. Der Eingang zu dem Summenverstärker wird dann durch eine Halteschaltung 93 für die Spannung bis zum nächsten Spannzyklus auf diesem Punkt gehalten. Die Elektrodenspannung wird durch die Schaltung 93 auf einem Niveau gehalten, in dem das durch­ schnittliche elektrische Feld der Elektroden im wesentli­ chen die durchschnittlichen elektrischen Oberflächenla­ dungsfelder, die von der Spannfläche ausgehen, aufhebt. Wenn zwischen den Scheibenspannzyklen lange Zwischenräume auftreten, braucht dieses Spannungsniveau nicht beibehalten zu werden. Die Ladungen auf der Scheiben-Spannfläche können dann abgeführt werden.

Eine Minimierung der Spannungen auf der Oberfläche der Scheibe, die durch die Elektrodensteuerspannung induziert werden, wird durch Ausgleichen der Steuerspannungen an den Elektroden 12 und 13 erreicht. Wenn die Elektroden gleich mit der Scheibe 10 gekoppelt sind, d. h. wenn die Elektrodenbereiche und Isolatordicken für beide Elektro­ den unter der Scheibe identisch sind, führen gleiche und entgegengesetzte Spannungen an den Elektroden zu einer Scheiben-Nullspannung. In der Praxis jedoch führen Unregel­ mäßigkeiten in der Kopplung zwischen der jeweiligen Elek­ trode und der Scheibe und in der Schaltungsgenauigkeit zu der Notwendigkeit, die Schaltung unter Verwendung der Steuerung 88 auszugleichen, um die induzierten Scheibenspan­ nungen gering zu halten. Ein derartiges Ausgleichen wird durch den Steuerverstärker 90, d. h. die Verstärker 84 und 85, erreicht, der ein ständiges Wechselstrom-Signal in einem Ausgleichs-Test-Modus aufweist. Die Spannung an einer Testscheibe auf der Spannfläche wird überwacht und die Steuerung 88 eingestellt, um diese Spannung zu minimieren. Das System ist dann ausgeglichen und betriebs­ fertig.

Fig. 8 zeigt Spann-/Freigabe-Wellenformen für ein zwei­ tes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das keine Phasen­ erfassung der Bewegung der Scheibe 10 verwendet.

Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine einfache monoton-variierende Steuerungswellenform verwendet, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist. Der obere Abschnitt der Fig. 8 (Fig. 8a) zeigt eine der Elektro­ densteuerspannungen. Die andere Elektrodensteuerspannung ist aus Gründen der Klarheit weggelassen, würde jedoch entsprechend invers proportional der dargestellten Wel­ lenform verlaufen. Während des Beginns des Spannens einer Scheibe kann das Wechselstrom-Erfassungsausgangssignal 29 (Fig. 8b) einen Transienten- bzw. Schwingungsvorgang am Punkt 71 zeigen, da die Scheibe teil- und zeitweise von der Spannfläche gelöst und so weniger verformt ist. Anschließend wird die Scheibe jedoch mit hohen Spannkräften in der Periode 72 festgehalten. Die Scheibe steht dann unter einer relativ hohen Belastung während der Spannpe­ riode 72. Bei Freigabebeginn wird die Steuerspannung redu­ ziert und es wird ein Transient- bzw. Schwingungsvorgang 73 von entgegengesetzter Form zu dem Anfangstransienten 71 in dem Signal 29 festgestellt. Dieser Transient beruht darauf, daß die Scheibe freigegeben und dann aufgrund des Durchlaufens des Freigabepunktes bei 73 nochmals festge­ spannt wird. Ein derartiger kombinierter Freigabe- und Spannvorgang führt zu einer Scheibenbiegung infolge des Fe­ dererinnerungsvermögens der Scheibe. Die Steuerspannung wird dann auf die Freigabespannung bei 74 zurückgeführt, um die Freigabe zu vervollständigen.

Das Gleichstrom-Erfassungssignal 27 kann also dazu ver­ wendet werden, den Scheiben-Freigabepunkt zu bestimmen, wie in Fig. 8c gezeigt ist. Das Signal zeigt Minima entspre­ chend den Nulldurchgängen des Wechselstrom-Erfassungssig­ nals 29. Bei der Freigabe weist das Gleichstrom-Signal entsprechend einem maximalen Abstand zwischen der Scheibe und der Spannvorrichtung ein Maximum auf und an diesem Punkt kann das Gleichstrom-Signal aus dem Meßbereich her­ ausfallen, wenn die Scheibe herunterfallen kann.

Die Steuerung der Spannungen, wie sie oben beschrieben wurde, kann durch Verwendung von Test-und-Halte- oder Computer-Techniken erreicht werden, jedoch müssen Zeit­ verzögerungen in der Elektronik sowohl bei der Messung des Steuerlevels über Feedback-Schaltungen als auch in der Waferpositions-Erfassungsschaltung berücksichtigt werden. Derartige Zeitverzögerungen könnten ansonsten zu einer ungenauen Bestimmung der Freigabepunktspannung führen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Spannung über den festgestellten Freigabepunkt in zwei Richtungen hin­ wegzuführen, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, und den Freigabepunkt auf diese Weise einzuschließen. Weiteres Abfallen mit geringerer Steigung kann verwendet werden, um den Freigabepunkt genauer zu bestimmen.

Eine bevorzugte Methode besteht darin, die Spannung schnell abfallen zu lassen und über den Freigabepunkt hinwegzugehen. Dies führt zu einem geringeren Niveau der Steuerspannung, über der Freigabepunkt liegt. Wenn dann die Spannung langsamer über den Freigabepunkt hinaus ansteigen gelassen wird, wird eine obere Grenze der Position der Freigabepunkt- Steuerspannung gesetzt. Auf diese Weise ist der Freigabe­ punkt zwischen zwei Steuerspannungsniveaus eingeklammert.

Für folgende Abläufe wird eine feste Fehlergröße im Frei­ gabeniveau bestimmt. Wenn das rampenartige Ansteigen oder Abfallen der Steuerspannung um die geeignete Freigabeposi­ tion zu ausreichend geringen Änderungen des Gleichstrom- Erfassungssignals führt, wird die Freigabe durch Zurück­ führen zu der wahrscheinlichsten Steuerspannung zu Frei­ gabe und Halten bestimmt.

Aufeinanderfolgende Spannungsänderungen besitzen entgegen­ gesetzte Richtung und sind allmählich langsamer, bis die Freigabe mit ausreichender Genauigkeit erhalten wird. Eine Alternative besteht in der "goldenen Suche" (golden search), die verwendet wird, wenn die Freigabe unter Verwendung aufeinanderfolgender Spannungsänderungen zu lange dauert. Derartige "golden search"-Verfahren sind in der Computer­ literatur wohl bekannt und können mit einer optimalen Suchstrategie verwendet werden, wenn die oberen und unteren Suchgrenzen durch die ersten zwei Spannungsänderungen klar definiert und ein Fehlerwert bestimmt ist, der den Abbruch der Suche erlaubt.

Ein Ausgangsteil einer der Hochspannungsverstärker 84 oder 85 ist in Fig. 9 genauer dargestellt. Es ist üblicherweise schwierig, eine Ausgangsstufe für eine bipolare Hochspan­ nungssteuerung zu erhalten, jedoch wird dies mit dieser Schaltung ermöglicht. Um die Schaltung herum sind nicht dargestellte oszillierende Treiber und Feedback-Betriebs- Verstärker angeordnet, um eine lineare Reaktion am Ausgang auf die Eingangssignale von dem Verstärker 90 sicherzu­ stellen. Der Durchschnittsfachmann dürfte in der Lage sein, derartige Schaltungen zu konstruieren. Die Niederspannung, die von der Energieversorgung 95 der elektrostatischen Steuerschaltung erhalten wird, liegt üblicherweise im Bereich von 30 Volt. Jede Elektrode in der Spanneinheit muß in linearer und bipolarer Weise über einen Bereich von näherungsweise plus oder minus 10 Kilovolt mit Raten von etwa 10 Hz für große Signalschwingungen betrieben werden. Transiente Ausgangsströme sind notwendig, um die Elektro­ denkapazitäten zu ändern, wobei hohe Niveaus von Ausgangs­ strömen nicht notwendig sind. Diese Ausbildung wird in einfacher und wirtschaftlicher Weise erreicht, indem Hoch­ spannung erzeugende, gegenläufig arbeitende Versorgungs­ einrichtungen verwendet werden, von denen eine für positive und eine für negative Ausgangsspannungsschwingungen ver­ wendet wird. Die oszillierende Steuerspannung 96, die auf den positiven Ausgangstransformator 98 aufgebracht wird, führt nach Gleichrichtung und Ausfilterung in dem Netzwerk 100 zu einem positiven Ausgang, der durch den Widerstand 86 an dem Ausgang auftritt. Dieser Ausgang steht in Reihe mit einem den negativen Ausgang filternden Netzwerk 101, und ein Stromfluß ist durch den Filternetzwerkwiderstand zugelassen, der in der Lage sein muß, jegliche Ströme, die für einen annehmbaren Spannungsabfall notwendig sind, durchzulassen. Negative Ausgangsspannungen werden durch Aufbringung der Steuerspannung 97 erhalten, während die positive Steuerung 96 entfernt wird. Der Widerstand 86 und der Filterkondensator 83 wirken des weiteren zusam­ men, um die Ausgangsspannung zu filtern, während unter Mitwirkung der Spule 91 die Scheibenpositions-Erfassungs­ signale von der Hochspannungsschaltung ferngehalten wer­ den.

Fig. 10 zeigt ein detaillierteres schematisches Schal­ tungsdiagramm einer bevorzugten Ausführung des Verstär­ kers 28 der Fig. 1, der zur Verstärkung des Gleichstrom- Scheibenbewegungserfassungssignals 27 dient.

Die Anordnung verwendet einen selbstrückstellenden Gleich­ strom-Verstärker, der dem Demodulator 25 (Fig. 1) nachge­ schaltet ist und einen Wechselstrom-Verstärker 28 mit guten Transient-Eigenschaften bildet. Der Gleichstrom-Verstärker wird mit dem Signal 27 auf Null gesetzt, das gerade vor der Scheibenfreigabe auftritt. Der Verstärker 28 verstärkt dann Signaländerungen relativ zu diesem Ausgangspunkt während des Freigabezyklus. Wie in Fig. 10 dargestellt ist, wird der Schalter 118 während der Spannperiode ge­ schlossen gehalten mit der Folge, daß die Verstärker 116 und 117 die gleiche Eingangsspannung aufweisen. Das Ver­ hältnis der Widerstände 112, 113 ist gleich dem Verhältnis der Widerstände 115, 114 gewählt, was zu einem ungefähren Nullausgang des Verstärkers 116 führt. Dies wird in einen etwa Nullausgang des nicht-linearen, d. h. logarithmischen Verstärkers 119 umgesetzt. Bei Beginn des Freigabezyklus ist der Schalter 118 geöffnet, wodurch der Kondensator 110 den Wert des Gleichstrom-Signals 27 unmittelbar vor der Freigabe beibehält. Im folgenden gibt der Ausgang der Verstärker 116 und 119 die Abweichung des Signals 27 von seinem Vor-Freigabe-Wert wieder. Der Kondensator 111 fil­ tert diesen Ausgang, um übermäßige Störungen aus dem auf den nicht-linearen Verstärker 119 aufgebrachten Signal zu entfernen. Der Verstärker 119 ist so ausgebildet, daß schwache Ausgangssignale des Verstärkers 118 mit hoher Verstärkung verstärkt werden und daß dann, wenn die Signale des Verstärkers 116 stärker werden, die Verstärkung des Verstärkers 119 nachläßt. Dies ermöglicht einen Betrieb über einen breiten dynamischen Bereich der Eingangssignalle­ vels ohne Sättigung bei hohen Signalen oder einem Empfind­ lichkeitsverlust bei schwachen Signalen, wodurch ein wei­ ter Bereich der Zustände zwischen der Spannfläche und dem Wafer toleriert werden kann, ohne daß Einstellungen in der Schaltungsverstärkung oder dem Nullniveau vorgenom­ men werden müssen.

Es ist anzumerken, daß es gemäß der Erfindung möglich ist, die Bewegung der Scheibe auf andere Weise als durch die Spannung, beispielsweise durch eine mechanische Vor­ richtung, insbesondere in dem ersten beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel, zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung ist darüber hinaus nicht auf die Verwendung von Halbleiter-Scheiben oder deren Behand­ lung beschränkt. Es ist möglich, daß sie bei der Handha­ bung anderer Materialien oder Bauteile, die mittels einer elektrostatischen Vorrichtung gehalten werden und bei denen der Aufbau von Ladungen ein Problem darstellt, ver­ wendet werden kann.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer elektrosta­ tischen Spannvorrichtung zum Halten eines Halbleiter- Wafers während dessen Behandlung beschrieben wurde, ist es ebenso möglich, daß sie für andere Vorrichtungen, beispielsweise Paddel, wie sie zum Transport von Halb­ leiter-Wafern verwendet werden (s. PCT/AU88/00 133), Ver­ wendung finden kann.

Obwohl des weiteren eine Gleichstrom-Steuerspannung, de­ ren Polarität nach jedem Haltezyklus umgekehrt wird, bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet wird, ist es möglich, daß statt dessen eine Wechselstrom-Steuer­ spannung aufgebracht wird. Eine Wechselstrom-Steuerspan­ nung würde beispielsweise dann das dominante Signal lie­ fern und eine geringe Gleichstrom-Steuerspannung würde dann aufgebracht, wenn die Scheibe freigegeben wird. Diese Gleichstrom-Spannung wird erreicht unter Überwachung der Scheibenbewegung wie zuvor, während die Gleichstrom-Spann­ ung erhöht und das Wechselstrom-Spannungsniveau abgesenkt wird. An einem bestimmten Gleichstrom-Spannungspunkt würde die Erste Harmonische des Wechselstroms für die Scheiben­ position auf null abgeglichen und die Wechselstrom-Spann­ spannung könnte dann vollständig auf null reduziert werden, um die Scheibe in vollem Umfang freizugeben.

Es liegt für den Fachmann auf der Hand, daß zahlreiche Änderungen und/oder Abwandlungen der gezeigten spezifi­ schen Ausführungsbeispiele der Erfindung möglich sind, ohne den Rahmen und den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Die beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich der Verdeutlichung der Erfindung und beschrän­ ken diese nicht.

Claims (28)

1. Verfahren zur Freigabe eines Körpers, der elektrosta­ tisch auf einer Haltevorrichtung mittels einer elektro­ statischen Restladung gehalten ist, gekennzeichnet durch das Anlegen einer Spannung an die Haltevor­ richtung, so daß die Haltewirkung der elektrostati­ schen Restladung auf den Körper im wesentlichen auf­ gehoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Bestimmen des zum Aufheben der Haltewirkung der elek­ trostatischen Restladung anzulegenden Spannungswertes, wobei das Bestimmen das Aufbringen einer Kraft zum Erzeugen einer Reaktion in dem Körper, das Anlegen und Variieren einer Steuerspannung und das Überwachen der Reaktion in dem Körper während des Variierens der Steuerspannung umfaßt, um denjenigen Wert der Steuer­ spannung zu ermitteln, bei dem die Reaktion des Körpers, die die Haltewirkung der elektrostatischen Restladung anzeigt, im wesentlichen aufgehoben ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die von der aufgebrachten Kraft hervorgerufene und überwachte Reaktion die Bewegung des Körpers ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reaktion in dem Körper durch Überwa­ chen des elektrischen Signals überwacht wird, das von der Haltevorrichtung zurückgeführt wird und entspre­ chend der Reaktion des Körpers variiert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung die aufgebrachte Kraft bewirkt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Kraft anders als mit der Steuerspannung aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung eine elektro­ statische Spannvorrichtung zum Halten von als Körper dienenden Halbleiter-Scheiben und anderen Bauteilen in verschiedenen Bearbeitungsabläufen ist.

8. Verfahren zum elektrostatischen Spannen und Freigeben eines Körpers mittels einer elektrostatischen Halte­ vorrichtung, gekennzeichnet durch das Aufbringen einer Steuerspannung auf eine Elektrode, die in einer Halte­ vorrichtung angeordnet ist, um den Körper festzuspan­ nen, das Überwachen der Bewegung des Körpers, während die Spannung variiert wird, um einen Wert der Steuer­ spannung zu bestimmen, der die Freigabe des Körpers erlaubt, und das Einstellen der Steuerspannung auf diesen Wert, um die Freigabe des Körpers zu ermögli­ chen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachen der Bewegung des Körpers das Auf­ bringen eines Signals auf die Elektrode, das über die Elektrode und den Körper angelegt wird und als ein Rückmeldungs-Positionserfassungssignal zurück­ kommt, und das Feststellen des Rückmeldungs-Positions­ erfassungssignals umfaßt, wobei das Rückmeldungssi­ gnal einen Hinweis auf die Bewegung des Körpers gibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückmeldungs-Positionssignal demoduliert wird, um ein Gleichstrom-Erfassungssignal für die Position des Körpers zu erzeugen, das mittels eines Wechselstrom­ Verstärkers verstärkt und anschließend demoduliert wird, um ein Wechselstrom-Positionserfassungsausgangs­ signal zu erzeugen.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das angelegte Signal ein Hochfrequenz­ signal ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bestimmen des Wertes der Steuer­ spannung, der die Freigabe des Körpers erlaubt, das Vergleichen der Phase der Bewegung des Körpers mit der Phase des Wechselstrom-Positionserfassungssignals umfaßt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Körpers durch Modulieren der Steuerspannung mittels eines vorbe­ stimmten Signals bewirkt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Signal an der Elektrode angelegt und über die Elektrode und den Körper geführt so­ wie als ein Positionserfassungssignal zurückgeführt wird, wobei das Bestimmen des Wertes der Steuerspan­ nung, der eine Freigabe des Körpers erlaubt, das Ver­ gleichen der Phase des Positionserfassungssignals und des vorbestimmten Signals zum Modulieren der Steu­ erspannung umfaßt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestimmen eines Wertes für die Steuerspannung, der eine Freigabe des Körpers erlaubt, das Überwachen des Positionserfassungssignals während des Variierens der Steuerspannung und das Festsetzen des Wertes der Steuerspannung, wenn der Körper am geringsten festgespannt ist, sowie das Verwenden dieses Wertes als einen Wert der Steuerspannung zur Freigabe des Körpers umfaßt.

16. Verfahren zum Überwachen der Bewegung eines mittels einer Haltevorrichtung elektrostatisch festgespannten Körpers, gekennzeichnet durch das Aufbringen eines Spannungssignals auf eine Elektrode in der Haltevor­ richtung, das Empfangen eines Rücksignals, das über den Körper und eine Elektrode in der Haltevorrichtung angelegt ist, und das Verarbeiten des Rücksignals, um einen Hinweis auf die Bewegung des Körpers zu er­ halten.

17. Vorrichtung zur elektrostatischen Halterung eines Kör­ pers, gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung, die eine Fläche zum Lagern des Körpers, eine Elektrode und Mittel zum Anlegen einer Steuerspannung an die Elektrode besitzt, um den Körper elektrostatisch gegen die Fläche zu spannen, und mit Mitteln zur Bestimmung eines Wertes der auf die Elektrode auf zubringenden Steuerspannung, um eine Freigabe des Körpers zu ermög­ lichen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung eine Überwachungsvor­ richtung zur Überwachung der Bewegung des Körpers während eines Variierens der Steuerspannung aufwei­ sen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsvorrichtung zur Überwachung der Bewegung eine Vorrichtung zur Aufbringung eines Si­ gnals auf die Elektrode, eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Rücksignals, das über die Hal­ tevorrichtung, den Körper und eine Elektrode angelegt ist, und eine Verarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung des Rücksignals zur Erzeugung eines Körperpositionser­ fassungssignals aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, des weiteren gekenn­ zeichnet durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Bewegung des Körpers mittels Aufbringung eines vor­ bestimmten Modulationssignals auf die Steuerspannung.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsvorrichtung des weiteren Mittel zum Vergleichen der Phase des Körperpositionserfas­ sungssignals und der Phase des vorbestimmten Modula­ tionssignals aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung des weiteren eine Vor­ richtung zum Erhalten eines Wertes der Steuerspannung aufweisen, der dann auftritt, wenn der Körper während des Variierens der Steuerspannung am geringsten fest­ gespannt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Haltevorrichtung derart geformt ist, daß eine Bewegung des Körpers ermöglicht ist.

24. Vorrichtung zur Überwachung der Bewegung eines elek­ trostatisch festgespannten Körpers, gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung mit einer Fläche zum Fest­ spannen des Körpers, einer ersten und zweiten Spann­ elektrode, einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Steuerspannung auf jede Elektrode, um den Körper fest­ zuspannen, einer Vorrichtung zum Anlegen eines Span­ nungssignals an die erste Elektrode, einer Vorrichtung zum Empfangen eines Rücksignals, das durch den Körper und die zweite Elektrode geführt ist, sowie einer Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten des Rücksi­ gnals zur Erzielung eines Hinweises auf die Bewegung des Körpers.

25. Vorrichtung zur Überwachung der Bewegung eines fest­ gespannten Körpers, gekennzeichnet durch eine erste und zweite Spannelektrode, eine Vorrichtung zum An­ legen einer Steuerspannung an jede Elektrode zum Fest­ spannen des Körpers, eine Vorrichtung zum Anlegen eines Spannungssignals an die erste Elektrode, eine Vorrichtung zum Empfangen eines Rücksignals, das durch den Körper und die zweite Elektrode geführt ist, und eine Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten des Rücksignals zum Anzeigen der Anordnung des Körpers unter Verwendung einer phasen-sensitiven Erfassung.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine weitere Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbei­ ten des Rücksignals, um einen Hinweis auf die Bewe­ gung des Körpers zu erhalten.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Verarbeitung des auf die Bewe­ gung des Körpers hinweisenden Signals mit einem nicht-linearen Verstärker.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht-lineare Verstärker eine relativ große Verstärkung für schwache Eingangssignale vorsieht, wobei die Verstärkung abnimmt, wenn der Signalein­ gangslevel zunimmt.