DE69904755T2

DE69904755T2 - Electrostatische halterorrichtung

Info

Publication number: DE69904755T2
Application number: DE69904755T
Authority: DE
Inventors: Richard Claude; William Hale; Jose Hernandez; Yvon Pellegrin
Original assignee: Semco Engineering SA
Current assignee: Semco Engineering SA
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: AU1166500A; CA2350653A1; JP4763890B2; WO2000028654A1; EP1138111B1; ATE230526T1; DE69904755D1; FR2785737B1; EP1138111A1; JP2003520416A; DK1138111T3; CA2350653C; FR2785737A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrostatischen Halterung, insbesondere zur Halterung von Plaketten aus Leiter- oder Halbleiterwerkstoff, wie Silizium, welche einer Mikro-Behandlung oder jeder andere Art von Behandlung, wie einer Plasma-Behandlung in einem evakuierten Einschluß, unterzogen werden.
Die verschiedenen Behandlungsschritte während eines Herstellverfahrens erfordern eine solide Halterung der Plakette auf einem Substrat. Die Plaketten werden normalerweise von einer Station zu einer anderen Station durch automatisierte Mittel verlagert.
Es ist bekannt, die Plakette mittels Bügeln zu halten, die am Umfang der oberen Fläche der Plakette angreifen; solche Systeme haben jedoch den Nachteil, eine Partie der Plakette zu belegen, die nicht behandelt werden kann und somit verloren ist.
Es sind ferner Systeme zur elektrostatischen Halterung bekannt, deren Prinzip darin besteht, die Plakette aus dem Halbleitermaterial auf eine isolierende Oberfläche aufzubringen und zwei Elektroden unter dieser Oberfläche anzuordnen. Die beiden Elektroden werden einer Potentialdifferenz ausgesetzt. Das so durch die beiden Elektroden geschaffene elektrische Feld ruft ein als "elektrostatisches Kleben" bezeichnetes Phänomen hervor.
Die Behandlungen oder Mikrobearbeitungen an der Plakette erfordern sehr große Präzision, damit die Plakette perfekt über die Dauer des Bearbeitungszyklus gehalten werden kann. Wenn das die Plakette bildende Halbleitermaterial oder das Substratmaterial einem elektrischen Feld über einen bestimmten Zeitraum ausgesetzt sind, zeigt dieses Feld die Tendenz, Ladungen zu akkumulieren, welche die an der Oberfläche haftende Plakette selbst dann noch halten, wenn das äußere elektrische Feld nicht mehr angelegt ist.
US-Patent 5452177 beschreibt eine Vorrichtung zur elektrostatischen Halterung einer kreisförmigen, isolierenden Oberfläche, unterhalb deren mindestens sechs Elektroden paarweise regelmäßig bezüglich der Mitte der kreisförmigen Oberfläche angeordnet sind. Die Elektroden werden von einem Wechselspannungsgenerator versorgt, der sechs unterschiedliche Spannungen bereitstellt, wobei jedes Elektrodenpaar zyklisch bei unterschiedlichen Polaritä ten gespeist wird. Die drei Elektrodenpaare werden von in der Phase um 120º versetzten Signalen derart versorgt, daß zwei Elektrodenpaare zu dem Zeitpunkt versorgt werden, wenn das dritte Elektrodenpaar seine Polarität ändert. Die Kommutierungs-Frequenzen sind in der Größenordnung von 30 Hz.
Um dieses Ergebnis zu erreichen, benutzt das System sehr komplexe und deshalb teure Versorgungsmittel für die Elektroden. Zum anderen erzeugen die Wechselspannungen Ströme in der Plakette, welche schädliche Wirkungen zur Folge haben können, wenn die Plakette mit elektronischen Komponenten bestückt ist.
Das europäische Patent EP 294 556 beschreibt ein System zur elektrostatischen Halterung bestehend aus zwei von einer Gleichspannung versorgten Elektroden. Während jedes Haltezyklus des Objektes werden die Polaritäten der Elektroden umgekehrt, um die elektrostatischen Aufladungen freizusetzen. Die in diesem Patent beschriebene Konfiguration der Elektroden (in Gestalt von alternierenden Leitungen) ist nicht dazu geeignet, die Felderverteilung in dem Objekt zu optimieren. Somit besteht das Risiko, daß der elektrostatische Haftdruck nicht gleichförmig über die Oberfläche des Objekts verteilt ist. Ferner ist dieses Patent auf das Vorhandensein von zwei Elektroden beschränkt. Es ist also nicht möglich, die Polarität während der Behandlung der Plakette umzukehren, weil dies zum Zeitpunkt der Umkehrung der Polarität zu einer Aufhebung der Haftung führen würde. Wenn schließlich die Dauer der Objekthalterung relativ wichtig ist, erschweren die akkumulierten elektronischen Ladungen das Aufheben bzw. Lösen der Halterung.
Die hauptsächlichen Schwierigkeiten bei dem elektrostatischen Kleben beruhen auf der Tatsache, daß gleichzeitig eine starke Haltekraft für das Objekt und ein sehr einfaches Lösen, d. h. eine Vermeidung jeglicher Ladungsakkumulationen während der Haltephasen, erreicht werden müssen.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine neue Vorrichtung zur elektrostatischen Halterung von vereinfachtem und deshalb wirtschaftlich interessantem Aufbau zu schaffen, wobei einer perfekte Halterung der Plaketten und die Vermeidung jeglicher Akkumulierung von Ladungen erzielt sein sollen, welche das Lösen der Plakette erschweren könnten.
Zu diesem Zweck hat die Vorrichtung eine elektrisch isolierende Oberfläche, unter der mindestens zwei Elektrodenpaare angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare zyklisch bei unterschiedlichen Polaritäten derart versorgt werden, daß jederzeit mindestens ein Elektrodenpaar die Plakette hält.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist die Kreisförmigkeit der Elektroden. Deshalb ist der erzeugte Halterungsdruck auf die Plakette um den ganzen Umfang konstant. Daher wird die Plakette jederzeit über ihren Umfang gehalten, und es besteht keinerlei Risiko ihrer Verformung, wenn sie an einer punktförmigen Stelle ihrer Oberfläche einer Belastung ausgesetzt wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Oberfläche der Haltevorrichtung geometrische Variationen auf, welche erlauben, den Oberflächenkontakt zwischen der Plakette und der Vorrichtung zu begrenzen.
Die Vorteile und Merkmale werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung deutlich, die beispielshalber und nicht einschränkend in den Zeichnungen dargestellt sind, in denen zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt und eine Draufsicht auf ein Schema der Haltevorrichtung;
Fig. 2A eine andere Ausführung der Haltevorrichtung mit vier Elektroden und Fig. 2B eine Variante mit acht Elektroden;
Fig. 3A und 3B andere mögliche Konfigurationen der Elektroden.
Wie man in Fig. 1 erkennt, ist die Haltevorrichtung von einem Substrat (1) aus elektrisch isolierendem Werkstoff und einer darauf ruhenden Halteplakette (2) in Kontakt mit der Oberfläche (3) zusammengesetzt. Die Elektroden (4) und (5) sind unterhalb dieser Fläche (3) angeordnet. Gemäß einer speziellen Ausführung hat das Substrat (1) eine Grundplatte (22), auf welcher die Elektroden (4) und (5) angeordnet sind, worauf das Ganze von einer dielektrischen Schicht (23) überzogen ist. Die Elektroden (4) und (5) und die elektrische Schicht (23) können durch Siebdruck von dicken Schichten in dem Fachmann bekannten Techniken ausgeführt sein. Der Einsatz der Siebdrucktechnik für die dicken Schichten erlauben im Fall der dielektrischen Schicht (23) leicht das Erzeugen von geometrischen Variationen auf der Kontaktoberfläche mit der Plakette. Diese geometrischen Variationen können durch Rauhigkeiten oder beispielsweise Erhebungen gebildet sein, welche das Begrenzen der Kontaktoberfläche zwischen der Plakette und der Klebvorrichtung erlauben. Auch ist es möglich, eine zur guten Halterung der Plakette optimale Oberfläche zu erhalten. Tatsächlich reicht dann, wenn die Kontaktoberfläche zu klein ist, die Haltekraft nicht aus, und wenn die Kontaktoberfläche zu groß ist, ist es schwierig, die Plakette schnell zu lösen.
Die Grundplatte (22) kann aus jedem beliebigen dielektrischen, d. h. elektrisch isolierendem Werkstoff bestehen. Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung ist die Grundplatte (22) aus Reinaluminium (alumine vierge) hergestellt. Die Grundplatte (22) kann auch aus Titan oder Molybdän bestehen. Die dielektrische Schicht (23), welche die Elektroden bedeckt, kann ebenfalls aus jedem beliebigen dielektrischen Werkstoff bestehen, z. B. einem Werkstoff auf der Basis von Keramik.
Die Plakette (2) ist platt auf der Oberfläche (3) angeordnet. Gemäß einer Ausführung der Erfindung sind die Elektroden (4) und (5) ringförmig und parallel zur Plakette auf der Oberfläche (3) angeordnet. Bei dieser Konfiguration bilden die Elektroden konzentrische Ringe mit unterschiedlichen Durchmessern, deren Mitte der Mitte des Substrates (1) entspricht. Die Ringform der Elektroden ist bevorzugt, weil die Plakette (3) allgemein kreisförmige Gestalt hat, was ermöglicht, sie über ihren ganzen Umfang zu halten. Zur Halterung beispielsweise rechteckiger Werkstücke wäre denkbar, die Elektroden entsprechend auszubilden. Die Plakette (2) sollte so auf der Oberfläche (3) angeordnet sein, daß ihre Mitte derjenigen der Ringelektroden entspricht. Um eine gute Verteilung des elektrischen Feldes zu erzielen, haben die planen Oberflächen der Ringe, welche die Elektroden bilden, gleichen Flächeninhalt. Die zentrale Elektrode (5) kann als Ring oder als Scheibe realisiert sein. Die Elektroden (4) und (5) werden einer Potenzialdifferenz mittels einer Stromquelle (6) ausgesetzt, die eine Gleichspannung von beispielsweise 1000 V liefert. Die zwischen der Plakette und den beiden Elektroden erzeugten Feldlinien erlauben das elektrostatische Anhaften oder "Kleben" der Plakette (2) an der Oberfläche (3). Der Haftdruck ist proportional dem Quadrat der Potenzialdifferenz zwischen den beiden Elektroden.
Wenn diese einem intensiven elektrischen Feld ausgesetzt werden, haben die Werkstoffe für das Substrat (1) und die Plakette (2) die Tendenz, elektrostatische Ladungen zu akkumulieren, was die Gefahr mit sich bringt, das Ablösen der Plakette zu erschweren, und zwar selbst dann, wenn die Elektroden nicht mehr unter Strom stehen. Diese Akkumulation von elektrostati schen Ladungen ist proportional der Zeitdauer der Stromversorgung der Vorrichtung sowie des Spannungswertes.
Die auf der Oberfläche (3) ruhende Plakette ist generell von Stangen (20) unterstützt, die über die Oberfläche verteilt sind, um anschließend von einem Manipulatorarm gegriffen zu werden. Die Stangen werden vertikal in Bohrungen (21) durch das Substrat (1) hindurch mittels Betätigung beispielsweise eines Zylinders verlagert. Man kann sich deshalb sehr gut vorstellen, daß die Stangen die Plakette beschädigen, wenn diese an der Oberfläche (3) hatten bleibt.
Im Falle einer Vorrichtung mit zwei Elektroden und für eines Prozesses, welche eine Halterung von relativ kurzer Dauer erfordern, bei denen keine Zeit zum Aufladen der Plakette (2) verbleibt, besteht die Lösung im Umkehren der Polaritäten der beiden Elektroden zwischen jedem Plakettenwechsel. So können die von dem Substrat (1) akkumulierten Ladungen abfließen. Zu diesem Zweck ist die Versorgung mit einem automatischen System des Polaritätswechsels bekannter Bauart versehen, beispielsweise mit dem Zyklus der Bearbeitung oder der Behandlung synchronisiert, wobei beispielsweise am Ende jedes Zyklus die Polaritäten umgekehrt werden.
Bei längeren Behandlungszeiten oder bei Bedarf eines größeren Haftdruckes schlägt die Erfindung vor, mehrere Elektrodenpaare einzusetzen, die zyklisch bei unterschiedlichen Polaritäten gespeist werden, derart, daß jederzeit mindestens ein Elektrodenpaar das Werkstück hält. Gemäß einer denkbaren Ausführung der Erfindung nach Fig. 2A sind die Elektroden in Gestalt von vier konzentrischen Ringen (7), (8), (9) und (10) ausgebildet, die paarweise zusammenarbeiten. Die Versorgung ist hierzu von einem System mit zyklischer Polarisierung und Speisung der Elektroden bereitgestellt. Der Speise- und Polarisationszyklus der Elektroden kann beispielsweise wie folgt sein.
Von t0 bis t1 sind die Elektrode (7) an den Pluspol und die Elektrode (9) an den Negativpol angeschlossen.
Von t1 bis t2 sind die Elektrode (7) an den Pluspol und die Elektrode (9) an den Minuspol sowie die Elektrode (8) an den Pluspol und die Elektrode (10) an den Minuspol angeschlossen.
Zum Zeitpunkt t2 brauchen die Elektroden (7) und (9) nicht mit Strom versorgt werden, weil die Elektroden (8) und (10) übernommen haben.
Von t2 bis t3 sind die Elektrode (8) an den Pluspol und die Elektrode (10) an den Minuspol angeschlossen.
Von t3 bis t4 sind die Elektrode (8) an den Pluspol und die Elektrode (10) an den Minuspol angeschlossen, und die Elektroden (7) und (9) werden erneut gespeist, jedoch bei unterschiedlichen Polaritäten, welche das Abführen der Aufladungen ermöglichen.
Von t4 bis t5 sind die Elektrode (7) an den Minuspol und die Elektrode (9) an den Pluspol angeschlossen.
Der Zyklus wird so während der Behandlungs- oder Bearbeitungsphase der Plakette fortgesetzt.
Die oben bezeichneten Elektrodenpaare stellen lediglich ein Beispiel zum Deutlichmachen der Funktion der Vorrichtung dar; man könnte sich durchaus auch die Elektroden (7) und (10) oder jede andere mögliche Kombination als gemeinsam funktionierend vorstellen.
Gemäß einer anderen Ausführung nach Fig. 2B ist jede Elektrode zweigeteilt bzw. doppelt vorhanden, d. h. vier Elektrodenpaare stehen zur Verfügung, um eine bessere Verteilung des Haftdruckes zu erreichen. Der Versorgungszyklus ist gleich wie vorhergehend.
Nach diesem Prinzip der Umkehrung der Polaritäten kann das Substrat unbegrenzt von der Akkumulation von Ladungen freigehalten werden. Da darüberhinaus nicht mehr ein bedeutender Spannungswert die Gefahr heraufbeschwört, die Plakette zu schnell aufzuladen, können die Haftdrücke bedeutend größer werden.
Die Kommutierungszeiten der Elektroden können entsprechend der Versorgungsspannung und entsprechend der Kapazität der aufzuladenden Plakette variabel sein. Beispielsweise kann eine Plakette aus Silizium unter eine Spannung von 1000 V eine optimale Kommutierungszeit von einer Minute bei einer Kommutierungsfrequenz von 0,016 Hz haben. Es ist evident, daß diese Zeit variabel ist und auf einige Sekunden oder weniger reduziert sein kann; es ist jedoch wichtig, eine exzessive Kommutierung zu vermeiden, welche die Komponenten der Versorgung beschädigen könnte. Allgemein kann die Kommutierungsfrequenz zwischen 0,01 Hz und 1 Hz liegen. Die Komponenten und die Art der Realisierung der Stromquelle 6 brauchen nicht im einzelnen beschrieben zu werden, weil sie dem Fachmann vollständig bekannt sind. Beispielsweise können die Kommutierungen durch Relais erzeugt werden, welche von einem programmierbaren Automaten gesteuert sind,
Die Anzahl der die Elektroden bildenden Ringe ist in keiner Weise auf vier oder acht begrenzt, und ihre Anzahl kann größer sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Konfiguration der Elektroden kann ebenfalls in verschiedenen anderen Formen realisiert sein, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt. Die Symmetrie und die gleichen Flächeninhalte sind gemeinsame Merkmale aller möglichen Elektroden-Konfigurationen. Gemäß Fig. 3A bilden die Elektroden 15 Abschnitte einer Scheibe in einer Anzahl von insgesamt vier, die als gegenüberliegende Paare zusammenwirken. Die Anzahl der die Elektroden formenden Abschnitte ist variabel entsprechend den Zwängen des Substrats und der Verteilung der gewünschten Haftdrücke. Somit können bei Behandlungen, die einen schwachen Haftdruck erfordern, die Elektroden eine Gesamtanzahl von vier Abschnitten gemäß Fig. 3A haben. Bei größeren Haftdrücken kann man die Anzahl der Elektrodenpaare vervielfachen, wie dies in Fig. 3B veranschaulicht ist.

Claims

1. Verfahren zur elektrostatischen Halterung einer Plakette aus Leiter- oder Halbleiterwerkstoff auf einer Vorrichtung, die aus einem elektrisch isolierenden Substrat (1), auf der die besagte Plakette (2) angebracht ist, und aus mindestens zwei Elektrodenpaaren (7), (8), (9) und (10) besteht, wobei die beiden Elektroden jedes Paares einem Potenzialunterschied ausgesetzt werden, der von einer Stromquelle (5) erzeugt wird, die eine Gleichspannung liefert und so ein intensives elektrisches Feld erzeugt, und wobei die besagten Elektroden sich unter der isolierenden Fläche befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare zyklisch bei unterschiedlichen Polaritäten mit Strom versorgt werden, so daß jederzeit mindestens ein Elektrodenpaar die Plakette festhält.

2. Verfahren zur elektrostatischen Halterung einer Plakette aus Leiter- oder Halbleiterwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus der Stromversorgung wie folgt ist:

von t0 bis t1 werden die Elektrode (7) an den Pluspol und die Elektrode (9) an den Minuspol angeschlossen;

von t1 bis t2 werden die Elektrode (7) an den Pluspol und die Elektrode (9) an den Minuspol sowie die Elektrode (8) an den Pluspol und die Elektrode (10) an den Minuspol angeschlossen;

bei t2 brauchen die Elektroden (7) und (9) nicht mehr gespeist zu werden, weil die Elektroden (8) und (10) übernommen haben;

von t2 bis t3 werden die Elektroden (8) an den Pluspol und die Elektrode (10) an den Minuspol angeschlossen;

von t3 bis t4 werden die Elektrode (8) an den Pluspol und die Elektrode (10) an den Minuspol angeschlossen, und die Elektroden (7) und (9) werden erneut gespeist, jedoch bei unterschiedlichen Polaritäten, welche das Abführen der Aufladungen ermöglichen;

von t4 bis t5 werden die Elektrode (7) an den Minuspol und die Elektrode (9) an den Pluspol angeschlossen;

der Zyklus wird so während der gesamten Behandlungs- oder Bearbeitungsphase der Plakette fortgesetzt.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschaltfrequenz zwischen 0,01 Hz und 1 Hz liegt.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden konzentrische Ringe sind.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Elektroden symmetrisch oder konzentrisch bezüglich der Mitte des Substrates (1) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Flächen der beiden Elektroden eines Paares gleich groß sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche zwischen der Plakette und der Klebevorrichtung geometrische Variationen aufweist (z. B. Rauhigkeiten oder Erhebungen).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden und die dielektrische Schicht (23) durch Siebdruck dicker Schichten auf einer Grundplatte (22) erzeugt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (7), (8), (9) und (10) gedoppelt ist.