WO2001046996A2

WO2001046996A2 - Substrathalter

Info

Publication number: WO2001046996A2
Application number: PCT/EP2000/012429
Authority: WO
Inventors: Joachim Pokorny
Original assignee: Steag Microtech Gmbh
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2001-06-28
Also published as: JP2003518333A; WO2001046996A3; KR20020064956A; DE19962170A1; TW512476B; US20030019744A1; EP1240663A2

Abstract

Die Erfindung sieht einen Substrathalter (1) zum Halten von Substraten (5), insbesondere Halbleiterwafern, mit ersten und zweiten Teilen (3, 4), zwischen denen das Substrat (5) aufnehmbar ist vor, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (3) einen Grundkörper (7) und wenigstens ein relativ bewegliches erstes Auflageelement (70) aufweist, das elastisch in Richtung des zweiten Teils (4) vorgespannt ist.

Description

Substrathalter

Die Erfindung betrifft ein Substrathalter zum Halten von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit ersten und zweiten Teilen, zwischen denen das Substrat aufnehmbar ist.

Ein derartiger Substrathalter ist beispielsweise in der auf die selbe Anmelderin zurückgehenden, nicht vorveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung Nr. 198 59 467 beschrieben. Der Substrathalter ist besonders zum Halten des Halbleiterwafers während einer Metallplatierung geeignet, bei der eine zu pla- tierende Oberfläche gegenüber einem Elektrolyten freiiiegt, während der Rest des Wafers gegenüber dem Elektrolyten abgedichtet ist. Um diese Abdichtung vorzusehen, ist an einem Teil des Substrathalters eine umlaufende Dichtung vorgesehen, die gegen den Wafer drückt, wenn er in dem Substrathalter ein- geklemmt ist.

Dabei sind die Abmessungen der beiden Teile des Substrathalters und die Form und Lage der Dichtung sind so gewählt, daß bei einer bestimmten Wa- ferdicke eine gute Abdichtung erreicht wird. Bei Substraten mit unterschiedli- chen Dicken verändert sich die Dichtwirkung, da ein Abstand zwischen der Dichtung und einer der Dichtung gegenüberliegenden Gegenfläche, zwischen denen der Wafer aufgenommen wird im wesentlichen fest vorgegeben ist. Eine nicht vollständige Dichtwirkung kann jedoch dazu führen, daß während der Platierung des Wafers Elektrolyt die nicht zu platierenden Bereiche des Wa- fers erreicht und beschädigt.

Die Dichtung weist femer eine Hinterschneidung auf, die eine elektrische Kontaktierung der zu platierenden Oberfläche des Wafers ermöglicht. Sie wird durch eine Vielzahl von sich im wesentlichen radial erstreckenden Kontaktfe- dem mit Kontaktkuppen erreicht, die sich in den Bereich der Hinterschneidung erstrecken und elastisch gegen die Waferoberfläche vorgespannt sind. Durch anlegen einer Spannung zwischen der durch die Kontaktfedern kontaktierten Oberfläche des Wafers und einer sich parallel zum Wafer erstreckenden Gegenelektrode wird die Metallplatierung gefördert.

Durch die Anordnung der einzelnen Kontaktfedern ergibt sich jedoch das Pro- blem, daß auf der Waferoberfläche kein homogenes elektrisches Feld erzeugt wird, was eine ungleichmäßige Metallabscheidung zur Folge hat. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig eine den Wafer radial umgebende Ringelektrode vorzusehen, über die eine Homogenisierung des elektrischen Feldes erreicht wird. Dabei sollte der radiale Abstand zwischen Elektrode und Wafer für ein homogenes Feld möglichst klein gehalten werden.

Ausgehend von der obigen Vorrichtung liegt der vorliegenden Erfindung die

Aufgabe zugrunde, einen Substrathalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der unabhängig von der Substratdicke eine gleichmäßige Aufnahme, insbesondere eine gleichmäßige Klemmwirkung zwischen den beiden Sub- stratteilen ermöglicht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die radiale Abmessung des Substrathalters im Bereich des Wafers zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Substrathalter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der erste Teil einen Grundkörper und wenigsten ein relativ dazu bewegliches erstes Auflageelement aufweist, das elastisch in Richtung des zweiten Teils vorgespannt ist. Hierdurch wird erreicht, daß Substrate mit unterschiedlichen Dicken bei im wesentlichen gleicher Klemmwirkung zwischen den beiden Teilen des Substrathalters aufnehmbar sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Feder zwischen dem Grundkörper und dem ersten Auflageelement vorgesehen, um die elastische Vorspannung zu erreichen.

Um eine genaue Positionierung des auf dem ersten Auflageelement befindlichen Substrats sicherzustellen, ist wenigstens ein Führungselement zum Führen des Grundkörpers und/oder des ersten Auflageelements bei der Relativ- bewegung vorgesehen. Vorzugsweise ist wenigstens ein Anschlag vorgesehen, der die Relativbewegung zwischen Grundkörper und erstem Auflageelement begrenzt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Auflageelement eine Auflageplatte mit einer dem Substrat angepaßten Auflagefläche, wodurch eine im wesentlichen durchgehende Unterstützung einer Substratseite vorgesehen wird. Dabei ist die Auflagefläche vorzugsweise aufgerauht, um zu verhindern, daß sich zwischen dem Substrat und der Auf- lagefläche ein Vakuum bildet, was ein Lösen des Substrats von der Auflageplatte erschweren würde.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein relativ zum Grundkörper und zum ersten Auflageelement beweg- liches zweites Auflageelement, das elastisch in Richtung des zweiten Teils vorgespannt ist, vorgesehen. Das zweite Auflageelement ermöglicht eine Relativbewegung eines darauf aufliegenden Substrats relativ zum Grundkörper und zum ersten Auflageelement, um es hiervon zu beabstanden und den Zugriff einer Handhabungsvorrichtung zu erleichtern. Hierzu ist das zweite Auf- lageelement vorzugsweise in eine erste Position bewegbar, in der seine Auflagefläche über der Auflagefläche des ersten Auflageelements liegt.

Um eine ebene Auflage des Substrats auf der ersten Auflagefläche zu gewährleisten, ist das zweite Auflageelement vorzugsweise in eine Position be- wegbar, in der seine Auflagefläche unter der Auflagefläche des ersten Auflageelements liegt.

Für eine gleichbleibende Positionierung der ersten und zweiten Auflageelemente zueinander, ist das zweite Auflageelement vorzugsweise in einer Öff- nung des ersten Auflageelements geführt. Vorzugsweise ist auch eine Einrichtung zum Begrenzen der Relativbewegung zwischen dem zweiten Auflageelement und dem Grundkörper und/oder dem ersten Auflageelement vorgesehen, um gleichmäßige Bewegungsvorgänge zu gewährleisten. Vorzugsweise ist die Aufiagefläche des zweiten Auflageelements kleiner als die des ersten Auflageelements, um eine möglichst gleichmäßige Unterstützung des Substrats durch das erste Auflageelement vorzusehen.

Um das Substrat sicher auf dem zweiten Auflageelement zu erhalten, ist wenigstens eine Ansaugöffnung in der Auflagefläche des zweiten Auflageelements vorgesehen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Teil des Substrathalters eine der Form des Substrats angepaßte Mittelöffnung auf, um einen Bereich der zum zweiten Teil weisenden Substratoberfläche freizulegen. Dabei ist vorzugsweise nur ein Randbereich der Substratoberfläche durch den zweiten Teil des Substrathalters abgedeckt und vorzugsweise ist ein zum Substrat weisendes, die Mittelöffnung umgebendes Dichtelement am zweiten Teil vorgesehen, um den freiliegenden Oberflächenbereich gegenüber den restlichen Oberflächenbereichen des Substrats abzudichten.

Für einen sicheren Halt der beiden Teile des Substrathalters aneinander ist vorzugsweise eine Verriegelungseinheit vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Verriegelungseinheit ein drehbares Verriegelungselement an einem Teil und eine Aufnahme zum Aufnehmen des Verriegelungselements am anderen Teil auf. Vorzugsweise ist das Verriegelungselement über wenigstens eine Feder in eine Verriegelungsposition vorgespannt und mit einem Betätigungsmechanismus entgegen der Vorspannung bewegbar, so daß eine automatische Verriegelung der beiden Teile beim Lösen des Betätigungsmechanismus erreicht wird. Vorteilhafterweise ist eine schräge Verriegelungsfläche am Verriegelungselement und/oder der Aufnahme vorgesehen, um die beiden Teile bei einer Relativbewegung zwischen Verriegelungselement und Aufnahme gegeneinander zu ziehen.

Um neben der Verriegelungsfunktion eine Bewegung des zweiten Auflageelements zu steuern, weist das Verriegelungselement wenigstens ein Halteteil zum Halten und Freigeben des zweiten Auflageelements auf. Vorzugsweise ist das zweite Auflageelement durch Relativbewegung zwischen dem Halteteil und dem zweiten Auflageelement entgegen seiner Vorspannung bewegbar, um auf einfache Art und Weise die Bewegung des zweiten Auflageelements zu steuern.

Vorzugsweise ist wenigstens ein Dichtelement zwischen den beiden Teilen des Substrathalters vorgesehen, um die zwischen den Substrathaltern eingeschlossenen Oberflächenbereiche des Substrats gegenüber der Umgebung abzudichten. Vorzugsweise weist der Substrathalter wenigstens eine Kontakteinrichtung zum elektrischen Kontaktieren der zum zweiten Teil weisenden Oberfläche des Substrats auf, um eine Metallplatierung der freiliegenden Substratoberfläche zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Substrathalter zum Halten von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit ersten und zweiten Teilen, zwischen denen das Substrat aufnehmbar ist und wenigstens einem Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren einer Oberfläche des Substrats, das ein Anschlußende, ein davon entferntes, das Substrat überlappendes Kon- taktende und ein Verbindungsteil zwischen den Enden aufweist, dadurch gelöst, daß das Verbindungsteil durch eine Führung im wesentlichen senkrecht zur kontaktierenden Substratoberfläche am Außenumfang des Substrats vor- beigeführt ist, und das Kontaktende elastisch in Richtung der Substratoberfläche vorgespannt ist. Hierdurch werden die radialen Abmessungen des Sub- strathalters im Bereich eines darin aufgenommenen Substrats klein gehalten um die Anordnung einer das Substrat radial umgebenden Ringelektrode zu ermöglichen.

Dabei ist der Verbindungsteil vorzugsweise parallel zur Führung beweglich und das Kontaktelement ist wenigstens in einem Bereich zwischen dem Anschlußende und der Führung federnd, um eine elastische Federwirkung entfernt vom Kontaktende vorzusehen. Vorzugsweise wird das Kontaktelement in einem Grundkörper getragen und bildet mit ihm einen Kontaktblock, wobei die Führung vorzugsweise ein Teil des Grundkörpers ist, um eine gute und definierte Lage des Kontaktelements vorzusehen. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Kontaktelementen in einem Kontaktblock vorgesehen, um eine Vielzahl von Kontaktpunkten auf dem Substrat und somit eine sichere elektrische Kontaktierung des Substrats vorzusehen. Dabei sind die Anschlußenden der Kontaktelemente vorzugsweise mit einem gemeinsamen Kontaktteil verbunden, um eine gleichmäßige elektrische Kontaktierung aller Kontaktelemente vorzusehen.

Für eine besonders gute elektrische Kontaktierung des Substrats, ist eine Vielzahl von Kontaktblöcken um den Außenumfang des Substrats herum angeordnet. Dabei sind vorzugsweise wenigstens zwei elektrische Leitungen zum Kontaktieren der Kontaktteile der Kontaktblöcke derart vorgesehen, daß jeder zweite Kontaktblock mit einer Leitung verbunden ist und die verbleiben- den Kontaktblöcke mit der anderen Leitung verbunden sind. Diese wechselseitige Kontaktierung ermöglicht eine Widerstandsmessung über die zwei Leitungen, um eine Feststellung der Kontaktierungsgüte zu erreichen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Substrathalters in einer geöffneten Position; Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Substrathalters in einer geschlossenen Position;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen ersten Teil des Substrathalters, wobei zur Vereinfachung der Darstellung einige Elemente weggelassen wurden; Fig. 4 eine Ansicht ähnlich zur Figur 3, wobei noch weitere Teile weggelassen wurden;

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht des Teils gemäß Figur 4; Fig. 6 eine schematische Ansicht von unten auf einen zweiten Teil des

Substrathalters gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei zur Vereinfachung einige Elemente weggelassen wurden;

Fig. 7 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie Vll-Vll in Fi- gur 6;

Fig. 8 eine vergrößerte Detailschnittansicht eines Verriegelungselement-Aufnahmeteils gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung der Anordnung von Kontaktelementen auf einer Substratoberfläche, sowie deren elektrische Kontaktierung;

Fig. 10 eine schematische Schnittdarstellung eines Kontaktblocks gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine schematische Schnittdarstellung des Kontaktblocks gemäß

Fig. 10 entlang der Linie Xl-Xl in Fig. 10; Fig. 12 eine vergrößerte Detailansicht des in Fig. 2 eingekreisten Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Substrathalter 1 mit einem Unterteil 3 und einem Oberteil 4, zwischen denen ein Substrat 5 aufnehmbar ist. Das Unterteil 3, das am be- sten in den Figuren 3 bis 5 zu erkennen ist, weist einen Grundkörper 7 in der Form einer Platte auf. In dem Grundkörper 7 befindet sich eine runde Ausnehmung 9, die dazu dient, einen Verriegelungsmechanismus aufzunehmen, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird. Im Bereich der Ausnehmung 9 sind zwei Führungswände 11 , 12 in der Form von zwei zueinander weisenden Ringsegmenten vorgesehen, die eine runde Führungsfläche 14 bilden, die durch zwei Ausschnitte 16, 17 unterbrochen ist. Die Funktion der runden Führungsfläche wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 3 näher erläutert.

Im Grundkörper 7 sind Führungsöffnungen 19 vorgesehen, in denen z. B. ein am Oberteil befindlicher Führungsstift einsetzbar ist, um beim Zusammenbringen des Oberteils und des Unterteils eine Zentrierung der beiden Teile zueinander zu gewährleisten. Natürlich ist es auch möglich, einen Führungsstift am Unterteil und eine Führungsöffnung am Oberteil oder andere Zentriervorrichtungen am Ober- und/oder Unterteil vorzusehen.

Im Bereich der Ausnehmung sind sechs Kontaktelemente 22a bzw. 22b vor- gesehen. Die Kontaktelemente 22a und 22b sind abwechselnd, mit einem Winkelabstand von 60° in einem äußeren Bereich der Ausnehmung 9 angeordnet. Die Kontaktelemente 22a sind mit einer gemeinsamen elektrischen Leitung verbunden und die Kontaktelemente 22b sind ebenfalls mit einer gemeinsamen elektrischen Leitung verbunden, die sich von der gemeinsamen elektrischen Leitung für die Kontaktelemente 22a unterscheidet.

Wie in Figur 4 zu erkennen ist, sind in dem Grundkörper 7 mit der Ausnehmung 9 in Verbindung stehende Bohrungen 24 vorgesehen, um beispielsweise eine Vakuumleitung, oder eine elektrische Leitung aufzunehmen und in den Bereich der Ausnehmung 9 einzuführen.

Radial außerhalb der Ausnehmung 9 weist der Grundkörper 7 eine im wesentlichen ebene Oberfläche 30 auf, die mit einer Beschichtung 31 versehen ist, die gegenüber den bei einer Behandlung eines Substrats eingesetzten Che- mikalien beständig ist. In der Oberseite 30 ist eine die Ausnehmung 9 radial umgebende Nut 33 zur Aufnahme eines O-Rings 35 vorgesehen.

Wie zuvor erwähnt, dient die Ausnehmung 9 zur wenigstens teilweisen Aufnahme einer Verriegelungseinrichtung 38, die am besten in Figur 3 zu erken- nen ist.

Die Verriegelungseinrichtung 38 weist einen Ringkörper 40 mit sechs radial nach außen vorstehenden Verriegelungsarmen 41 sowie zwei radial nach innen ragenden Haltearmen 42 auf. Der Ringkörper 40 besitzt einen Innenum- fang, der etwas größer ist als die runde Führungsfläche 14, die durch die Wände 1 1 , 12 gebildet wird. In dem Ringkörper 40 sind sechs nach innen weisende Führungsrollen 44 angeordnet, die die Führungsfläche 14 kontaktieren und so den Ringkörper 40 drehbar in der Ausnehmung 9 führen. Die Verriegelungsarme 41 sind gleichmäßig um den Außenumfang des Ringkörpers 40 herum angeordnet. Die Verriegelungsarme 41 weisen jeweils eine Aufnahme zum Einhängen eines Endes einer Zugfeder 48 auf, von denen in Figur 3 zur Vereinfachung der Darstellung nur zwei gezeigt sind. Das andere Ende der Zugfeder 48 ist in einer geeigneten Aufnahme 50 am Grundkörper 7 aufgenommen, so daß der Ringkörper 40 in eine Drehrichtung vorgespannt ist. Gemäß Figur 3 ist der Ringkörper 40 zur Drehung im Uhrzeigersinn vorgespannt. Über ein Zugseil 52, das in geeigneter Weise an einem Verriege- lungsarm 41 angebracht ist, ist der Ringkörper 40 entgegen der Federvorspannung bewegbar. Das Zugseil 52 wird über eine der Bohrungen 24 in den Bereich der Ausnehmung 9 eingeführt und ist um eine Führungsrolle 53 umgelenkt.

In einem radialen äußeren Bereich der Verriegelungsarme 41 ist jeweils eine Verriegelungsrolle 55 zum Kontakt mit einem Verriegelungsgegenelement am Oberteil 4 vorgesehen, das nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 8 noch näher beschrieben wird.

Die Haltearme 42 erstrecken sich durch die Ausschnitte 16, 17 zwischen den Wänden 11 , 12 hindurch radial nach innen und sind mit dem Ringkörper 40 drehbar und daher ebenfalls durch die Federn 48 im Uhrzeigersinn vorgespannt. Die Funktion der Haltearme 42 wird nachfolgend noch näher erläutert.

Anhand der Figur 1 , in der die Verriegelungseinrichtung 38 aus Klarheitsgründen weggelassen wurde, wird der weitere Aufbau des Unterteils 3 beschrieben. Auf den Wänden 11 , 12, von der in Figur 1 nur die Wand 11 zu sehen ist, ist eine Ringplatte 60 befestigt. Bei der derzeitig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ringplatte 60 auf den Wänden 11 , 12 festge- schraubt. In einer Oberseite der Ringplatte 60 sind Federaufnahmen 62 zur Aufnahme von Druckfedern 64, von denen eine in Figur 1 dargestellt ist, vorgesehen. Insgesamt sind um den Umfang der Ringplatte 60 sechs gleichmäßig verteilte Druckfedern 64 vorgesehen. Winkelmäßig zwischen den jeweili- gen Federaufnahmen weist die Ringplatte 60 Führungsöffnungen 66 zur Aufnahme von Führungsstiften 68 auf. Die Führungsstifte 68 sind in den Führungsöffnungen 66 vertikal bewegbar.

Oberhalb der Ringplatte 60 befindet sich eine Substrat-Auflageplatte, die auf ihrer Unterseite Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme der Druckfedern 64 aufweist. Die Druckfedern 64 erstrecken sich zwischen der Ringplatte 60 und der Substrat-Auflageplatte 70 und drücken die Substrat-Auflageplatte 70 von der Ringplatte 60 weg nach oben. Die Führungsstifte 68 sind an der Substrat- Auflageplatte 70 befestigt und sie ist somit bezüglich der Ringplatte 60 seitlich geführt. Die Führungsstifte 68 begrenzen darüber hinaus eine Bewegung der Substrat-Auflageplatte 70 von der Ringplatte 60 weg.

Die Auflageplatte 70 weist eine rauhe Oberfläche 72 auf, an der eine Seite des Substrats 5 bei geschlossenem Substrathalter 1 anliegt. Die Oberfläche 72 ist aufgerauht, um die Bildung eines Vakuums zwischen dem Wafer 5 und der Oberfläche 72 zu verhindern.

Die Auflageplatte 70 besitzt eine dem Wafer 5 entsprechende Größe und Form und weist eine Mittelöffnung 74 auf. In der Mittelöffnung 74 ist ein bewegliches Podest 76 aufgenommen. Das Podest 76 wird durch eine obere Wand 78 und sich senkrecht nach unten erstreckende Seitenwände 79 gebildet, so daß das Podest 78 die Form eines auf dem Kopf stehenden U besitzt. Eine Druckfeder 82 erstreckt sich zwischen einem Boden des Grundkörpers 7 und der Oberwand 78 und drückt das Podest nach oben. Eine nach oben gerichtete Bewegung des Podests 76 wird durch sich radial nach außen erstrek- kende Flansche 84 an den Seitenwänden 79, die mit einer Rückseite der Substrat-Auflageplatte 70 in Eingriff kommen, begrenzt.

Die Oberseite der Oberwand 78 bildet eine Substrat-Aufiagefläche 86. In der Oberseite 86 ist eine Ringnut 90 ausgebildet, die über eine Bohrung 92 in der Seitenwand 79 und dem Flansch 84 und eine entsprechende Leitung 94 mit einer Unterdruckquelle in Verbindung steht, um einen auf der Oberseite 86 aufliegenden Wafer 5 anzusaugen und fest daran zu halten.

Wie in Figur 1 zu erkennen ist, liegt die Oberseite 86 des Podests 76 über der Oberseite 72 der Substrat-Auflageplatte 70, so daß der Wafer 5 beabstandet von der Substrat-Auflageplatte 70 gehalten wird. Hierdurch wird ermöglicht, daß eine Substrat-Handhabungsvorrichtung zwischen das Substrat 5 und die Auflageplatte 70 fährt und das Substrat aufnimmt und abtransportiert. In umgekehrter Weise kann auch ein Wafer 5 auf dem Podest 76 abgelegt werden.

Das Oberteil 4 des Substrathalters 1 weist einen Ringkörper 100 auf, wie am besten in den Figuren 6 und 7 zu sehen ist. Ein sich nach unten erstreckender Flansch 102 ist im radial äußeren Bereich des Ringkörpers 100 vorgesehen. In einem radial inneren Bereich des Ringkörpers 100 ist ein sich nach oben erstreckender Flansch 104 vorgesehen, an dessen oberen Ende ein sich radial nach innen erstreckender Flansch 106 vorgesehen ist.

Wie in der vergrößerten Detailansicht gemäß Fig. 12 zu erkennen ist, ist an einer Unterseite 108 des Flansches 106 eine Dichtungsaufnahme 110 zur Aufnahme eines O-Rings 1 1 1 vorgesehen. Die Dichtungsaufnahme 110 ist am radial innersten Bereich des Flansches 106 vorgesehen.

Wie in der Ansicht gemäß Fig. 6 zu erkennen ist, sind in einer Unterseite 114 des Ringkörpers 100 sechs Kontaktblock-Aufnahmen 116 für Kontaktblöcke, die nachfolgend noch näher beschrieben werden, sowie sechs Verriegelungselementaufnahmen 118, zur Aufnahme eines Verriegelungselements, das nachfolgend noch näher beschrieben wird, vorgesehen. Die Kontaktblock- Aufnahmen 116 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig, d.h. jeweils mit 60 Grad Winkelabstand am Ringkörper 100 vorgesehen. Die Verriegelungselemente- Aufnahmen 118 sind in gleicher Weise mit einem 60 Grad Winkelabstand in Umfangsrichtung vorgesehen. Verriegelungselemente 12C , von denen eines in Fig. 1 dargestellt ist, sind in geeigneter Weise in der AuTiahme 118 aufgenommen und am Ringkörper 100 befestigt. Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Verriegelungsel- ments 120. Das Verriegelungselement 120 besitzt im wesentlichen die Form eines auf der Seite liegenden U mit einer oberen Wand 122, einer Endwand 124 sowie einer unteren Wand 126. Die obere Wand 122 wird zumindest teilweise in der Aufnahme 118 derart aufgenommen, daß eine Öffnung 128 der U-Form in Umfangsrichtung weist, und zwar entgegengesetzt zur Drehrichtung der Verriegelungseinheit 38 am Unterteil 3. Eine Oberseite der unteren Wand 126 bildet eine schräge Lauffläche 130, auf der die Verriegelungsrollen 55 der Verriegelungseinrichtung 38 bei einer Relativbewegung dazwischen laufen, wenn das Oberteil 4 am Unterteil 3 verriegelt wird, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.

Die Figuren 10 und 1 1 zeigen einen Kontaktblock 134, der in den Aufnahmen 116 des Ringkörpers 100 aufgenommen wird. Der Kontaktblock 134 weist einen Grundkörper 136 aus Isoliermaterial und eine Montageplatte 138, die ebenfalls aus Isoliermaterial besteht, auf. Der Grundkörper 136 weist einen Hauptteil 140 sowie einen davon beabstandeten Führungsteil 141 auf, wie am besten in Fig. 10 zu erkennen ist. Der Kontaktblock 134 weist sieben Substrat-Kontaktfedern 144 mit einem Kontaktende 145 und einem Anschlußende 146 auf. Die Anschlußenden 146 sind zwischen dem Grundkörper 136 und dem Hauptteil 140 eingeklemmt und werden gegen eine gemeinsame Anschluß-Kontaktfeder 148 gedrückt.

Der Grundkörper 136 weist Schlitze 150 auf, in denen ein mittlerer Bereich 152 der Substrat-Kontaktfeder 144 beweglich geführt ist. Das Kontaktende 145 der Substrat-Kontaktfeder 144 erstreckt sich senkrecht zu einem in der Führung 141 befindlichen Abschnitt des Zwischenbereichs 152 der Feder. Durch die Führung 141 ist das Kontaktende 145 vertikal auf- und abbewegbar geführt, wie durch den Doppelpfeil in Fig. 10 dargestellt ist. Das Kontaktende 145 ist relativ starr und selbst nicht federnd. Durch den Mittelbereich 152 ist das Kontaktende 145 nach unten vorgespannt. Der Kontaktblock 134 ist wie zuvor erwähnt in geeigneter Weise am Oberteil 4 befestigt und dient zur elektrischen Kontaktierung einer Seite des Wafers 5 wie in der Detailansicht gemäß Fig. 12 dargestellt ist. Fig. 12 zeigt, daß sich die Führung 141 im wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen des Wafers 5 erstreckt und somit eine parallele Bewegung des sich senkrecht zu der Führung erstreckenden Kontaktendes 145 bezüglich des Wafers 5 ermöglicht.

Es sei bemerkt, sind sechs Kontaktblöcke 134 am Oberteil 4 vorgesehen, um eine elektrische Kontaktierung einer Waferoberfläche an mehreren Punkten zu ermöglichen. Die Anschluß-Kontaktfedern 148 kommen im geschlossenen Zustand des Substrathalters mit den Kontaktelementen 22a bzw. 22b in Kontakt, wodurch drei der Kontaktblöcke mit einer ersten Leitung 150 und die ver- bleibenden drei Kontaktblöcke mit einer zweiten Leitung 152 verbunden sind, wie in der schematischen Ansicht gemäß Fig. 9 zu sehen ist. Dabei liegt jeweils ein mit der Leitung 150 verbundener Kontaktblock zwischen zwei mit der Leitung 152 verbundenen Kontaktblöcken und umgekehrt. Über eine Widerstandsmessung zwischen den beiden Leitungen ist es nunmehr möglich, die Qualität der Kontaktierung der Substratoberfläche festzustellen. Für eine Behandlung des Substrats werden beide Leitungen parallel geschaltet und dienen gemeinsam als stromführende Verbindung zum Substrat.

Anhand der Figuren und insbesondere anhand der Figuren 1 und 2 wird nun das Be- und Entladen des Substrathalters 1 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Substrathalter 1 in einer geöffneten Position, bei der das Oberteil 4 durch eine Unterdruck-Haltevorrichtung 160 beabstandet über dem Unterteil 3 gehalten wird. Die Substrat-Auflageplatte 70 sowie das Podest 76 sind durch ihre jeweiligen Federn 64, 82 vom Grundkörper 7 des Unterteils 3 wegbewegt. Eine Oberseite 86 des Podests 76 liegt über einer Auflagefläche 72 der Substrat-Auflage 70 und ein Halbleiterwafer 5 ist auf der Oberseite 86 derart abgelegt, daß eine zu platierende Oberfläche des Wafers 5 nach oben weist. Der Wafer 5 wird über einen an die Ringnut 90 angelegten Unterdruck fest auf der Oberseite 86 gehalten.

Ausgehend von dieser Position wird das Oberteil 4 nun durch die Haltevor- richtung 60 vertikal nach unten bewegt, bis die Kontaktenden 145 der Kontaktfedern 144 eine Oberseite des Wafers 5 kontaktieren. Durch eine weitere, nach unten gerichtete Bewegung wird das Kontaktende 145 relativ zur Führung 141 des Grundkörpers 136 vertikal nach oben bewegt, und zwar entgegen der durch den Mittelteil 152 erzeugten Federkraft. Hierdurch wird das Kontaktende 145 elastisch gegen die Oberseite des Wafers 5 gezogen.

Anschließend kommt die Dichtung 1 11 am Oberteil 4 mit der Oberseite des Wafers 5 in Kontakt.

Das Oberteil 4 wird noch weiter nach unten zum Unterteil 3 bewegt, wodurch nun der Wafer 5 das Podest 76 entgegen seiner Federvorspannung nach unten drückt, bis die Unterseite des Wafers auf der Auflagefläche 72 der Substrat-Auflage liegt. Aus dieser Stellung wird das Oberteil 4 noch weiter in Richtung des Unterteils 3 bewegt, bis die Flansche 102 des Oberteils 4 auf den O-Ringen 35 des Unterteils 3 aufliegen. Hierdurch werden das Podest 76 und die Substrat-Auflageplatte 70 gemeinsam gegen ihre Federvorspannung nach unten bewegt. Durch die Federvorspannung, insbesondere der Auflageplatte 70, werden die Randbereiche des Wafers 5 elastisch gegen die Dichtung 1 1 1 gedrückt, und zwar mit einer im wesentlichen gleichbleibenden An- druckkraft, unabhängig von der Dicke des Wafers 5 und somit wird eine konstante Dichtwirkung in diesem Bereich vorgesehen.

Während der oben beschriebenen Schließbewegung befindet sich die Verriegelungseinrichtung 38 in einer geöffneten, Stellung durch eine auf das Zugseil 52 ausgeübte Zugkraft. Die Verriegelungselemente 120 am Oberteil 4 werden in den Bereich der Ausnehmung 9 im Grundkörper 7 des Unterteils 3 bewegt. Anschließend wird das Zugseil 52 gelockert, so daß sich die Verriegelungseinrichtung 38 in ihre Verriegelungsposition dreht. Dabei kommen die Verriege- lungsrollen 55 der Verriegelungsarme 41 mit der schrägen Lauffläche 130 des Verriegelungselements 120 in Kontakt, wodurch das Oberteil 4 fest gegen das Unterteil 3 gezogen und damit verriegelt wird.

Gleichzeitig kommen die Haltearme 42 mit entsprechenden Laufflächen am Podest 76 in Eingriff, wodurch das Podest 76 entgegen seiner Federvorspannung von der Rückseite des Wafers 5 weg bewegt wird, wobei zu diesem Zeitpunkt in der Ringnut 90 ein normaler Druck herrscht. Hierdurch wird eine gleichmäßige Auflage des Wafers 5 auf der Auflagefläche 72 sichergestellt.

Anschließend wird die nach oben freiliegende Oberfläche mit einem flüssigen Elektrolyten in Kontakt gebracht, um eine Metallplatierung vorzunehmen. Eine Metall-Platierungsvorrichtung, in der der oben beschriebene Substrathalter einsetzbar ist, ist beispielsweise in der oben genannten auf die Anmelderin zurückgehenden Patentanmeldung beschrieben, die insofern zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird.

Während der Metallplatierung wird über die Kontaktfedern 144 eine Spannung zwischen der Oberfläche des Substrats 5 und einer entfernt dazu angeordne- ten Elektrode angelegt, wobei die Oberseite des Wafers 5 eine Kathode bildet, während die entfernte Elektrode eine Anode bildet.

Zum Erreichen eines homogenen elektrischen Feldes über die Substratoberfläche hinweg, ist ein Kathodenring 165 vorgesehen, der das Oberteil 4 des Substrathalters wie in Fig. 12 gezeigt, umgibt.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist es nicht notwendig, das Podest 76 vom Substrat wegbzubewegen, solange die durch die Feder 82 nicht so stark ist, daß das Podest ein Durchbiegen des Wafers 5 bewirkt. Ferner könnten statt eins einzelnen Podest 76 mehrere z.B. eine Dreipunktauflage bildende, sich durch die Ablageplatte erstreckende Auflagestifte vorgesehen werden. Die Auflagestifte könnten jeweils einzeln oder über ein gemeinsames Verbindungselement und entsprechende Federn vorgespannt sein. Einzelne Auflagestifte hätten den Vorteil, daß ein Ansaugen des Wafers entfallen kann, da ein Verkippen desselben nicht zu befürchten wäre. Darüber hinaus kann die Auflagefläche der Stifte gegenüber der Auflagefläche der Platte 70 auf einem Minimum gehalten werden. Ferner kann die Anzahl der Kontaktblöcke sowie die Anzahl der Kontaktelemente pro Kontaktblock von der dargestellten Anzahl abweichen. Die einzelnen Elemente des Substrathalters, insbesondere tragende Teile, weisen einen stabilen Kern auf, der beispielsweise aus Titan besteht. Der Kern ist mit einem nichtleitenden Material wie beispielsweise ECTFE, PFA oder FEP überzogen.

Claims

Patentansprüche

1 . Substrathalter (1 ) zum Halten von Substraten (5), insbesondere Halblei- terwafern, mit ersten und zweiten Teilen (3, 4), zwischen denen das Substrat (5) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil

(3) einen Grundkörper (7) und wenigstens ein relativ dazu bewegliches erstes Auflageelement (70) aufweist, das elastisch in Richtung des zweiten Teils (4) vorgespannt ist.

2. Substrathalter (1 ) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch wenigstens eine Feder (64) zwischen Grundkörper (7) und erstem Auflageelement (70).

3. Substrathalter (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenig- stens ein Führungselement (68) zum Führen des Grundkörpers (7) und/oder des ersten Auflageelements (70) bei der Relativbewegung.

4. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Anschlag, der die Relativbewegung zwischen Grundkörper (7) und erstem Auflageelement (70) begrenzt.

5. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Auflageelement (70) eine Auflageplatte mit einer dem Substrat (5) angepaßten Auflagefläche (72).

6. Substrathalter (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (72) aufgerauht ist.

7. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn- zeichnet durch wenigstens ein relativ zum Grundkörper (7) und zum ersten Auflageelemente (70) bewegliches zweites Auflageelement (70), das elastisch in Richtung des zweiten Teils (4) vorgespannt ist.

8. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Auflageelement (76) in eine erste Position bewegbar ist, in der seine Auflagefläche (86) über der Auflagefläche (72) des ersten Auflageelements (70) liegt.

9. Substrathalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Auflageelement (76) in eine zweite Position bewegbar ist, in der seine Auflagefläche (86) unter der Auflagefläche (72) des ersten Auflageelements (70) liegt.

10. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Auflageelement (76) in einer Öffnung (74) des ersten Auflageelements (70) geführt ist.

1 1. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (84) zum Begrenzen der Relativbewegung zwischen dem zweiten Auflageelement (76) und dem Grundkörper (7) und/oder dem ersten Auflageelement (70).

12. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Auflagefläche (86) des zweiten Auflageelements (76) kleiner als die des ersten Auflageelements (70) ist

13. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn- zeichnet durch wenigstens eine Ansaugöffnung (90) in der Auflagefläche

(86) des zweiten Auflageelements (76).

14. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das der zweite Teil (4) eine der Form des Substrats (5) angepaßte Mittelöffnung aufweist.

15. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zum Substrat (5) weisendes, die Mittelöffnung umgebendes Dichtelement (1 11 ).

16. Substrathalter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verriegelungseinheit (38) zum Verriegeln der beiden Teile (3, 4) des Substrathalters.

17. Substrathalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinheit (38) ein drehbares Verriegelungselement (40) an einem Teil und eine Aufnahme zum Aufnehmen des Verriegelungselements am anderen Teil aufweist.

18. Substrathalter (1 ) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement (40) über wenigstens eine Feder (84) in eine Verriegelungsposition vorgespannt und mit einem Betätigungsmechanismus (52) entgegen der Vorspannung bewegbar ist.

19. Substrathalter (1 ) nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch eine schräge Verriegelungsfläche (130) am Verriegelungselement (40) und/oder der Aufnahme (120).

20. Substrathalter (1 ) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement (40) wenigstens ein Halte- teil (42) zum Halten und Freigeben des zweiten Auflageelements (76) aufweist.

21 . Substrathalter (1 ) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Auflageelement (76) durch Relativbewegung zwischen dem Hal- teteil (42) und dem zweiten Auflageelement (76) entgegen seiner Vorspannung bewegbar ist.

22. Substrathalter (1) nac h einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Dichtelement (35) zwischen den beiden Teilen (3, 4) des Subs.trathalters.

23. Substrathalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Kontakteinrichtung (134) zum elektrischen Kontaktieren der zum zweiten Teil (4) weisenden Oberfläche des Substrats (5).

24. Substrathalter (1 ) zum Halten von Substraten (5), insbesondere Halblei- terwafern, mit ersten und zweiten Teilen (3, 4), zwischen denen das Substrat (5) aufnehmbar ist, und wenigstens einem Kontaktelement (144) zum elektrischen Kontaktieren einer Oberfläche des Substrats (5), das ein Anschlußende (146), ein davon entferntes, das Substrat (5) überlap- pendes Kontaktende (145) und einen Verbindungsteil (152) zwischen den Enden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsteil (152) durch eine Führung (141) im wesentlichen senkrecht zur kontaktierenden Substratoberfläche am Außenumfang des Substrats (5) vorbeigeführt ist, und das Kontaktende (145) elastisch in Richtung der Sub- stratoberfläche vorgespannt ist.

25. Substrathalter (1 ) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsteil (152) parallel zur Führung (141 ) beweglich ist.

26. Substrathalter (1 ) nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (144) wenigstens in einem Bereich (152) zwischen dem Anschlußende (146) und der Führung (141 ) federnd ist.

27. Substrathalter (1 ) nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (144) in einem Grundkörper (136) getragen ist und mit ihm einen Kontaktblock (134) bildet.

28. Substrathalter (1 ) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (141 ) ein Teil des Grundkörpers (136) ist.

29. Substrathalter (1 ) nach Ansprüche 27 oder 28, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Kontaktelementen (144) in einem Kontaktblock (134).

30. Substrathalter (1 ) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußenden (146) der Kontaktelemente (144) mit einem gemeinsamen Kontaktteil (148) verbunden sind.

31. Substrathalter (1 ) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl, von Kontaktblöcken (134) um den Außenumfang des Substrats (5) herum angeordnet ist.

32. Substrathalter (1) nach Anspruch 31 , gekennzeichnet durch zwei elektrische Leitungen (150, 152), die derart mit Kontaktteilen (148) der Kontaktblöcke (134) verbunden sind, daß jeder zweite Kontaktblock (134) mit einer Leitung (150) verbunden ist und die verbleibenden Kontaktblöcke (134) mit der anderen Leitung (152) verbunden sind.