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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Spannen,
d. h. Halten, und Freigeben eines Körpers mittels einer elektrostatischen
Haltevorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum elektrostatischen Halten eines
Körpers
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 16.
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Die
Erfindung bezieht sich somit im wesentlichen auf das Gebiet der
Teilehandhabung und insbesondere auf elektrostatische Haltevorrichtungen
zum Halten von Halbleiter-Scheiben und anderen 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.
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Die
gattungsgemäße
EP 0 395 340 A2 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anlegen von Spannung an eine
elek trostatische Haltevorrichtung, wobei zum Eliminieren von Restladungen
bzw. Rest-Haltekräften
eine umgekehrt zu einer zuvor angelegten Haltespannung gepolte Spannung
an die Haltevorrichtung angelegt wird, deren Betrag 1,5 bis 2 mal
größer als
der Betrag der Haltespannung ist. Dabei wird die größere Spannung
kontinuierlich während
einer Zeit angelegt, die umgekehrt proportional zu ihrem Betrag
ist.
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Die
Halbleiterindustrie benötigt
das Festklemmen und Transportieren von kristallinen Halbleiterscheiben
(Wafern) in verschiedenen Bearbeitungsmaschinen. Die Scheiben sind
auf einer Oberfläche
mit einem komplizierten Muster versehen 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. P. H. Singer, The Role of Wafer Transport in Front-End
Automation", Semiconductor
International, August 1983, Seiten 60–65), von denen jedoch keines
die Bewegung der Scheibe aus einer horizontalen Ebene infolge ihres
Vertrauens auf Schwerkraft und Reibungskräfte zuläßt.
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Bei
Anwendungen, die ein Festklemmen des Wafers im Vakuum erfordern,
beispielsweise die Ionen-Implantation oder das Trockenätzen mit
hoher Geschwindigkeit, hat man sich auf mechanische Klemmen oder
elektrostatische Kräfte
verlassen, um dem Kühlgasdruck,
der auf die Scheibenrückseite aufgebracht
wird, entgegenzuwirken.
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Elektrostatische
Verfahren zum Halten von Halbleiter-Wafern wurden jahrelang untersucht,
da bei dem elektrostatischen Klemmen die Möglichkeit besteht, ohne Berührung der
empfindlichen Vorderseite der mit einem Muster versehenen Halbleiter-Scheibe
zu arbeiten. Beispiele dieser Versuche sind aus der
US 3 983 401 A ,
US 4 520 421 A ,
US 4 384 918 A ,
EP 0 171 011 A2 ,
GB 2 050 064 A ,
US 4 480 284 A ,
US 4 502 094 A und
US 4 412 133 A bekannt.
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Der
Ladungstransfer zur Vorder- bzw. Spannfläche derartiger elektrostatischer
Vorrichtungen hat viele Probleme aufgeworfen und zu vielen Lösungsversuchen
geführt.
Die Ladungen entstehen auf der Vorderfläche der Spannvorrichtungen
und weisen eine derartige Polarität auf, daß sie die Spannwirkung teilweise
negieren bzw. aufheben. Derartige Ladungen, verbleiben nach Abnahme
des aufgegebenen spannenden Potentials und können nach dem Entfernen des
gespannten Objekts reduziert werden, indem die Spannfläche mit
einem geerdeten Gegenstand mechanisch überstrichen oder einem Ionisator
ausgesetzt wird.
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Eine
der ersten Publikationen, in denen die genannten Ladungstransferprobleme
bei der Verwendung von elektrostatischen Vorrichtungen erwähnt sind,
ist die Veröffentlichung
von George A. Wardly, "Electrostatic
Wafer Chuck for Electron Beam Microfabrication" in Rev. Sci. Instrum., Vol. 44, No. 10,
October 1973, Seiten 1506–1509.
Gemäß dieser Schrift
trennt ein Glimmerisolator die Silizium-Scheiben von der rückwärtigen Anzugs-Elektrode.
Der Ladungstransfer zu der Vorderseite des Glimmerisolators wurde
im Vakuum sowie in verschiedenen Atmosphären gemessen und in Form der
Strecke, um die der Wafer auf die Glimmeroberfläche gezogen wurde, bestimmt.
Es wurde festgestellt, daß eine
oszillie rende Steuerspannung notwendig war, um ein starkes Anzugsvermögen zu erzielen,
d. h. um den Ladungstransfer zu der Spannfläche der Vorrichtung zu verhindern,
wobei die notwendige Oszillationsfrequenz mit der natürlichen
Konduktivität
des umgebenden Gases ansteigt. Eine derartige oszillierende Steuerspannung
induziert in der Scheibe infolge kapazitiver Ladungseffekte einen
Stromfluß und
die rechteckige, von Wardly untersuchte Wellenform führt zu sehr
hohen Ausgleichsströmen
an Wellenformübergängen. Diese
Ströme
entwickeln Spannungen in der Silizium-Scheibe, die die Vorrichtungen
auf der Scheibe zerstören
können.
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Falls
eine weniger abrupte Wellenform, z. B. eine Sinuswelle, verwendet
wird, kann die resultierende Scheibenvibration unter ungedämpften Bedingungen
zu einer Schwächung
und einem Zerbrechen der kristallinen Scheibe, insbesondere 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.
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In
deren Veröffentlichungen,
beispielsweise der
US 4 551
192 A und der
US 4
554 611 A , wurde gelegentlich hervorgehoben, daß eine Ladungsstreuung
aufgrund der Aufrechterhaltung der Kraft selbst bei Abnahme der
aufgebrachten Spannung vorteilhaft sei.
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Überwiegend
wird jedoch die Meinung vertreten, daß die Ladungsaufrechterhaltung
den Betrieb der Vorrichtung auf ein nicht akzeptables Maß verlangsamt
und daß die
mechanische Abnahme der Scheiben von einer zurückhaltenden Oberfläche diese
unerwünschten
Risiken von Stößen, Brüchen und Teilchenbildung
aussetzt.
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Verschiedene
Wechselspannungsverfahren sind eingesetzt worden, um die auf der
Isolatorvorderseite der elektrostatischen Vorrichtung gebildete Ladung
abzuleiten. Aus der Patentliteratur einschließlich der Wechselstrom-Anregungsvorrichtungen
sei auf die
JP 60-110
133 A , die
JP
61-270 046 A und die
WO 88/09054 A1 (=
PCT/AU88/00133 ) verwiesen.
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Eine
Wechselstrom-Feldanregung kann das Maß der Oberflächenladung
auf einen niedrigen Wert reduzieren, jedoch ist die Geschwindigkeit
einer derartigen Reduzierung sowohl 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-Vorderseite zu induzieren.
Im allgemeinen führen derartige
Begrenzungen zu einer etwa zwei bis vier Sekunden dauernden Freigabezeit.
Dies ist langsam im Verhältnis
zur benötigten
Geschwindigkeit von üblichen
Roboter-Handhabungsvorrichtungen. 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 Herunterrutschen
von einem Halter in einer unvorhersehbaren Richtung zu einem unvorhersehbaren Zeitpunkt
veranlassen. Sie kann auch zum Scheibenbruch beitragen, falls die
Scheibe von dem elektrostatischen Halter mechanisch weggedrängt wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren
und eine gattungsgemäße Vorrichtung der
eingangs genannten Art unter Vermeidung der vorstehend aufgeführten Nachteile
dahingehend weiterzuentwickeln, daß bei ihrer Verwendung eine
Halbleiter-Scheibe oder ein anderes, elektrostatisch gehaltenes
Bauteil oder ein so gehaltener Körper
unter Rückgriff
auf optimale Freigabeparameter, wie angelegte Spannung oder Freigabezeitpunkt,
freigegeben werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird diese Aufgabe
bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 16 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beinhaltet somit das Bestimmen des Wertes einer Steuerspannung,
die an der Elektrode 1 angelegt werden muß, um die
Effekte jeglicher Restladung, durch die der Körper an der Haltevorrichtung
gehalten wird, zu negieren, und dann das Anlegen dieser Steuerspannung,
um den Körper
zu lösen.
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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 verwendet werden,
die optimale, zum Lösen
des Körpers
an der Elektrode anzulegende Steuerspannung zu bestimmen. Wenn diese
optimale Steuerspannung bestimmt worden ist, kann sie an der Elektrode
angelegt werden, um die Freigabe des Körpers zu ermöglichen.
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Die
Haltevorrichtung weist somit 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 insbesondere um eine Halbleiter-Scheibe handeln kann,
auf ihr gehalten werden kann.
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In
einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird ein Spannungssignal auf die Elektrode aufgegeben, das zu einer
Bewegung des Körpers führt, wobei
die Bewegung mit der an der Elektrode angelegten Steuerspannung
variiert. Wenn die Bewegung des Körpers bei einer Grundfrequenz
(erste Harmonische) des Spannungssignals einen minimalen 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 Vorrichtung infolge der Umkehrung
der Bewegung infolge des Spannungssignals aufhebt bzw. negiert.
Dieser Punkt der Phasenumkehrung kann bestimmt werden, um den Freigabepunkt
zu bestimmen.
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Die
vorliegende Erfindung sieht des weiteren ein Verfahren zur Überwachung
der Bewegung eines mittels einer Haltevorrichtung elektrostatisch
festgespannten Körpers
vor, mit den Schritten des Aufbringens eines Spannungssignals auf
eine Elektrode in der Haltevorrichtung, dem Empfangen eines Rücksignals,
das über
den Körper
und eine Elektrode in der Haltevorrichtung angelegt ist, und dem
Verarbeiten des Rücksignals,
um einen Hinweis auf die Bewegung des Körpers zu erhalten.
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Das
Rücksignal
ist dabei vorzugsweise ein Hochfrequenzsignal.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
wird die Körperbewegung
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.
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In
beiden Fällen
ist die zum Halten des Körpers
angelegte Steuerspannung vorzugsweise eine Gleichstrom-Steuerspannung.
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 nächsten
festzuhaltenden Körper
umgekehrt. Dies beugt dem Aufbau von Restladungen auf der Haltevorrichtung
im Laufe der Zeit vor.
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Die
vorliegende Erfindung sieht folglich ein Verfahren zum elektrostatischen
Spannen, d. h. Halten, und Freigeben eines Körpers mittels einer elektrostatischen
Haltevorrichtung vor, bei dem eine Steuerspannung an eine 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 Steuerspannung auf diesen Wert gebracht wird, um die Freigabe
des Körpers
zu ermöglichen.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
wie im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung oben bereits
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 Phasenumkehrung der Bewegung infolge
des Spannungssignals entspricht, ist der Punkt, an dem die Freigabe
des Körpers
ermöglicht
ist.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird, wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung
ausgeführt
wurde, keine Spannung aufgebracht, um eine Oszillation zu erzeugen,
jedoch wird der Steuerspannungswert, bei dem der Körper freigegeben
wird, durch Überwachung
der Bewegung des Körpers
ermittelt, während
die Steuerspannung variiert wird, und diese Steuerspannung entspricht
dann der Spannung, bei der eine Freigabe ermöglicht ist.
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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 elektrostatischen
Spannvorrichtung, gehalten sein muß.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung sieht des weiteren eine Vorrichtung 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.
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Die
Mittel zur Bestimmung umfassen eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung
der Bewegung des Körpers,
während
die Steuerspannung variiert wird.
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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 infolge des Spannungssignals auftritt,
ist derjenige Punkt, an dem die Freigabe des Körpers möglich ist.
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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 befinden. 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 Vibration der Scheibe.
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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 gespannt wird.
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Es
ist dafür
Sorge zu tragen, daß die
Verformung und das Schwingen der, Scheibe nicht so groß sind,
daß es
zu Fehlstellen oder Brüchen
in der Scheibe kommt.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
wird die Steuerspannung, bei der der Körper freigegeben ist, dadurch
bestimmt, daß die
Bewegung des Körpers überwacht
und die Steuerspannung auf diesen Wert gebracht wird, um eine Freigabe
des Körpers
zu ermöglichen.
Diese Ausführungsform
benötigt
kein der Steuerspannung zu überlagerndes
Spannungssignal, um eine Bewegung zu erzeugen.
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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 entgegengesetzter Polarität aufgebracht.
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Eine
weitere Referenzelektrode ist vorzugsweise ebenfalls vorgesehen,
um ein Referenzpotential für
die Haltevorrichtung zu bilden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überwachung
der Bewegung eines elektrostatisch festgespannten Körper vorgesehen,
die eine Halte vorrichtung mit einer Oberfläche zum Festspannen des Körpers, eine
erste und zweite Spannelektrode, eine Vorrichtung zum Anlegen einer
Steuerspannung an jeder Elektrode, um den Körper festzuspannen, eine Vorrichtung
zum Anlegen eines Spannungssignals an der ersten Elektrode, eine
Vorrichtung 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.
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Das
Spannungssignal ist vorzugsweise ein Hochfrequenzsignal.
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Ein
Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine vollständige Freigabe
einer Halbleiter-Scheibe, die zur Bearbeitung mittels einer elektrostatischen
Vorrichtung festgehalten ist, durch Bestimmen eines Steuerspannungswertes
möglich
ist, um zumindest den überwiegenden
Teil der Restladungen auf der Haltevorrichtung zu negieren oder
zu kompensieren, die ansonsten den Wafer weiter festspannen würden.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Arbeitsgeschwindigkeit
der elektrostatischen Spannvorrichtungen erhöht werden kann, während ein
Schutz für
die Schaltungen auf der Oberfläche der
Halbleiter-Scheibe bestehen bleibt. Die Möglichkeit, gemäß der Erfindung
eines Gleichstrom-Steuerspannung zu verwenden, die sich während des
Festspannens und der Freigabe der Scheibe nur in geringem Maße ändert, bringt
mit sich, daß die
transienten Ströme,
die zu einem Zerstören
der Schaltungen der Halbleiter-Scheibe führen können, minimiert sind im Gegensatz
zu den Wechselstrom-Steuerströmen
einiger bekannter Verfahren.
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Ein
weiterer Vorteil liegt darin, daß aufeinanderfolgende Spannzyklen
keine verringerten Spanneigenschaften zeigen, da die Gleichstrom-Steuerspannung
für jeden
Zyklus vorzugsweise umgekehrt wird.
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Merkmale
und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
beispielhafter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung ersichtlich.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Haltevorrichtung und deren Schaltung
gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 einen
schematischen Querschnitt durch die in 1 gezeigte
Spannvorrichtung mit einer Darstellung der Elektrodenanordnung;
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3 ein
schematisches Schaltungsdiagramm, das die Positions-Detektorschaltung
nach 1 in vereinfachter Form zeigt;
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4 eine
Darstellung der "Gleichstrom-Wafer-Sensorspannung" über dem "effektiven Abstand von den Elektroden" zur Verdeutlichung
des Positions-Erfassungsverfahrens gemäß der Erfindung;
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5 Spann-
und Freigabe-Wellenformen für
die Steuerspannung der Schaltung in 1;
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6 eine
schematische Darstellung der Demodulationsschaltung gemäß 1 zur
Demodulation des Positions-Sensorsignals;
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7 eine
Darstellung des "demodulierten Wechselstrom-Sensorausgangs" über dem "durchschnittlichen Steuerwert" zur Verdeutlichung
des Verfahrens zum Auffinden des Freigabepunktes zur Freigabe des
elektrostatisch gehaltenen Körpers;
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8 eine
Spann- und Freigabe-Wellenform gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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9 ein
schematisches Schaltungsdiagramm eines Ausgangsabschnitts eines
der Hochspannungsverstärker 84, 85 nach 1;
und
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10 ein
detailliertes schematisches Schaltungsdiagramm des Wechselstrom-Verstärkers 28 gemäß 1.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 wird im
folgenden eine Gesamtbeschreibung der Vorrichtung und des Verfahrens
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung gegeben.
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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 1 und 2 ist
die Spannvorrichtung im Querschnitt dargestellt. Die Spannvorrichtung kann
jede beliebige Form aufweisen. Vorzugsweise besitzt sie eine plattenähnliche
Gestalt, so daß sie mit
der üblichen
Form einer Halbleiter-Scheibe zusammenpaßt.
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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 angelegt wird, wird
die der Spannvorrichtung naheliegende Halbleiter-Scheibe 10 gegen
die Oberfläche 16 der
Spannvorrichtung gespannt. Der Spannvorgang in Zusammenwirken mit
der Stufe 15 bedingt eine Verformung der Scheibe, wenn
sie gegen die Oberfläche 16 gezogen
wird, wie in den 1 und 2 dargestellt
ist. Die Spannvorrichtung und die Stufe 15 sind so dimensioniert,
daß die
Verformung der Scheibe 10 nicht zu übermäßigen Spannungen in der Scheibe 10 führt.
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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 2 gezeigten "Stufe" auch eben sein.
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Die
Schutzelektrode
11, die mit der Erde oder einer Quelle
für Wafer-Behandlungsenergie, beispielsweise
einem Hochfrequenz-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 Schutzelektrode
11 beizubehalten,
falls die Steuerspannungen an den Spannelektroden
12 und
13 bezüglich der Schutzelektrode
ausgeglichen sind (s.
WO
88/09054 A1 ).
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Bei
der Bearbeitung von Halbleiter-Scheiben werden häufig Ionen zur Oberfläche der
in der Spannvorrichtung gehaltenen Scheibe beschleunigt, indem Strom
durch die Scheibe und in die Plasmaentladung geleitet wird. In diesem
Fall tritt an den elektrostatischen Steuerelektroden eine Hochfrequenz
(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 Spannvorrichtungen nur
eine elektrostatische Steuerelektrode verwendeten. 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
Aufbringung des Hochfrequenz-Signals über der Scheibenoberfläche führt.
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Wie
in der Einleitung ausgeführt
wurde, können
sich während
der Bearbeitung der in einer Spannvorrichtung gehaltenen Halbleiter-Scheibe 10, wie
es beispielsweise in den 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
Steuerspannung 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.
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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.
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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 Steuerspannung. Statt der Spannvorrichtung kann auch die Scheibe
eine bestimmte Form aufweisen, um ihre Verformung zu ermöglichen.
Eine Vielzahl verschiedener Variationen außer den in den Figuren gezeigten
sind möglich.
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Die
Spannvorrichtung kann darüber
hinaus andere Formen als die abgestufte Form gemäß der Figuren besitzen. Die
einzige Voraussetzung ist, daß die
gewählte
Form die gewünschte
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.
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Gemäß 1 wird
die Steuerspannung von einem Rampengenerator 92 über einen
Summenverstärker 90 und
einen Hochspannungsverstärker 84 und 85 an
Leitungen 26 und die Elektroden 12 und 13 angelegt.
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Die
Bewegungserfassung wird durch eine Schaltung ausgeführt, die
einen Hochfrequenzgenerator 20, Leitungen 26,
die Elektroden 12 und 13, einen Demodulator 25 und
einen Wechselstromverstärker
und Filter 28 umfaßt.
Das Gleichstrommeßsignal 27 kann
dazu verwendet werden, die Scheibenbewegung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung zu überwachen.
Das Wechselstrommeßsignal 29,
das durch diese Schaltung bereitgestellt ist, liefert einen Hinweis
auf die Bewegung des Wafers 10 und wird durch den Demodulator 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.
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In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 wird
eine Wechselspannung 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-Steuerspannung variiert wird, wird ein
Punkt erreicht, bei dem die Scheibe freigegeben wird, und dieser
Punkt kann durch Überwachen
des demodulierten Wechselstrom-Meßausgangssignals 53 bestimmt
werden.
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Die
Schaltung gemäß 1 wird
im später im
Detail beschrieben.
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Im
folgenden werden sowohl die einzelnen Teile der Schaltung und ihre
jeweilige Funktion als auch das Verfahren zur Erzielung der Freigabe
des Wafers, das diese Schaltung verwendet, im Detail beschrieben.
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Die
Elektroden
12 und
13 sind üblicherweise auf gleich große oder
entgegengesetzte Spannungen gebracht bzw. energisiert, wie dies
in der
WO 88/09054
A1 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 Wechselstrom-Spannung
ist.
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Eine
derartige Erregung hält
das Scheibenpotential in etwa auf dem Potential der Schutzelektrode 11.
Dies ist üblicherweise
bei der Scheibenbearbeitung erwünscht,
stellt jedoch keinen wesentlichen Bestandteil des hier beschriebenen
Freigabeverfahrens dar.
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3 zeigt
ein schematisches Detail der Schaltung zur Erfassung der Scheibenposition,
gemäß 1,
wie sie zur Erfassung der Bewegung der Scheibe 10 infolge
der Variation der auf die Elektroden 12 und 13 aufgebrachten
Steuerspannung verwendet wird. Ein Hochfrequenzsignal im MHz-Bereich,
beispielsweise etwa 8 MHz, wird von dem Hochfrequenzgenerator 20 erzeugt.
Der Generator 20 legt dieses Hochfrequenzsignal 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.
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Das
Ausgangs-Gleichstromniveau 27 liefert ein Maß der Scheibenposition
relativ zu der Spannfläche,
wie in 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.
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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 Elektrode 13. Eine derartige
Kopplung ist proportional den Kapazitäten 23 und 24,
und somit dem Inversen des Abstandes zwischen der Scheibe 10 und
den Elektroden. Wie aus 4 ersichtlich ist, wird eine
derartige inverse Beziehung in dem Mittelabschnitt der Kurvendarstellung
erreicht. Sowohl die Amplitude des Signals an der Elektrode 13 als
auch – was
häufig
wichtiger ist – dessen
Phase variieren mit der Position der Scheibe 10. Die weitere Verarbeitung
des Gleichstromsignals 27 mit Wechselstromverstärkern und
Filtern 28 liefert ein Wechselstromsignal 29 mit
einer Empfindlichkeit gegenüber
der Waferbewegung von 40 mV/μm.
Dieses Wechselstromsignal wird in dem Freigabeverfahren verwendet.
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Eine
nicht dargestellte Schaltung zur Phaseneinstellung für das "r"-Signal ist bevorzugterweise ebenfalls
zwischen den Hochfrequenzgenerator 20 und den Demodulator 25 geschaltet.
Dies erlaubt die Einstellung der Erfassungsempfindlichkeit 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.
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Die
Steuerspannung wird den Elektroden 12 und 13 mit
der Schaltung gemäß 1 mit
den in 5 dargestellten Spann-/Freigabewellenformen zugeführt.
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Die
Elektroden 12 und 13 werden in Gegenphase angesteuert,
so daß es
ausreicht, nur einen Satz von Wellenformen vorzusehen. 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 Spannungssignal zum Ende des Spannzyklus
vorzusehen, obwohl ein vorheriges Einsetzen zur Kalibrierung der
Phasenvergleichsschaltung 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 Biegung und somit
Betriebsempfindlichkeit bei gegebener Scheibe und Bearbeitungsumgebung
zu erzielen.
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Die
Freigabe wird erzielt, während
die Steuerwellen moduliert 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 Betriebsart 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 gleichgerichteten Aufbau von Ladungen führt, die
den Spannvorgang eventuell hindern könnten.
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Während dem
Spann-Zeitabschnitt 42 und dem Freigabe-Zeitabschnitt 43 führen die
Scheibenbewegungen, die von einer Niederfrequenz-Modulation des
Steuersignals herrühren,
zu einem Wechselstrom-Signal 29 der Scheibenpositions-Erfassungsschaltung.
Eine demodulierte Form dieses Wechselstrom-Signals ist notwendig
und kann durch Probentechniken in Verbindung mit einer Computersteuerung
der Signalerzeugung, Phaseneinstellung und Signalverarbeitung erreicht
werden. Für
eine analoge Ausführung
ist das Prinzip in 6 dargestellt. 6 zeigt
ein Detail der Freigabesignaldemodulationsschaltung gemäß 1 in
schematischer Darstellung. Das Wechselstrom-Signal 51 des
Modulationsgenerators 50 wird dem Elektrodensteuersignal überlagert,
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 Phaseneinstellung 54 ist derart justiert, daß ein maximales
Signalniveau 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 Ausgangssginal 53 das
in 7 gezeigte Verhalten aus. Zu Beginn ist die Scheibe
bei hoher Steuerspannung stark festgeklemmt, 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 durchläuft, befindet
sich die Scheibenbewegung bei der fundamentalen 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 Scheibenbewegung gemäß der zweiten
harmonischen Wechselstrom-Modulationswellenform 51 führt. Eine
weitere Reduzierung 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.
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Das
bipolare Ausgangssignal 53, das in 7 dargestellt
ist, ermöglicht
viele Arten, den Freigabepunkt automatisch zu erreichen und beizubehalten.
Das lineare Verstärkungsfeedback,
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.
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Die
Schaltung in 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
wird im folgenden im einzelnen beschrieben.
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Die
Scheibe 10 ist in einer entsprechenden elektrostatischen
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
Elektrodenerregerleiter über
Filterkapazitoren 83 und 84 eingekoppelt, die
eine geringe Impedanz zu dem Hochfrequenzsignal, jedoch eine relativ
hohe Impedanz für
die Hauptsteuerspannungen und Scheibenposition-Oszillationssteuerspannungen
besitzt. Im Gegensatz dazu weisen die Hochfrequenz-Drosselspulen 81 und 82 eine
geringe Impedanz für
die Steuer- und
Scheibenbewegungsspannungen, jedoch eine hohe Impedanz für das Hochfrequenzsignal
auf. Diese Entkopplung verhindert ungünstige Beeinflussungen zwischen
den unterschiedlichen Schaltungsbereichen.
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Die
Hauptsteuersignale, die die Scheibenspann- und Positionsoszillation
induzieren, werden von den Hochspannungsverstärkern 84 und 85 über weitere
Entkoppelungswiderstände 86 und 87 geführt, die
jeweils zur bipolaren Ausgangsspannungssteuerung fähig sind.
Der Verstärker 85 ist
derart ausgebildet, daß er
einen Ausgang entgegengesetzter Polarität zu dem Verstärker 84 liefert,
wobei sein Ausgangslevel 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, wobei
dieses Balance-Test-Signal durch den Auf-/Ab-Rampengenerator 92 bereitgestellt
wird.
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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 Benutzereingabekommandos 94 instruiert
wird. Der Oszillator 50 braucht nicht die gesamte Zeit
in Betrieb zu sein, sondern kann so lange ausgeschaltet werden, bis
die Scheibe freigegeben werden soll.
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Bei
Betrieb von der Ausgangsstellung wird der Eingang des Verstärkers 90 mit
dem Rampengenerator 92 verbunden, der ein Null-Ausgangssignal erzeugt.
Wenn eine Scheibe präsent
ist, wird dies durch das Scheibenerfassungs-Gleichstromsignal 27 angezeigt.
Aufgrund eines Eingangskommandos, die Scheibe zu spannen, befiehlt
die Steuerlogik dem Rampengenerator, das Festspannen des Wafers durch
Erhöhung
der Steuerspannung in einer Richtung zu beginnen. Hohe und entgegengesetzte Spannungen
werden dann den Elektroden 12 und 13 zugeführt. Während der
Spannperiode können
den Steuersignalen eine Schwingungen durch den Generator 50 überlagert
werden, um die korrekte Phaseneinstellung des Phasenschiebers 54 zu
bewirken, wodurch ein maximales Signal 53 am Ausgang des Demodulators 52 erreicht
wird. Der Generator 50 kann dann bis zur Freigabezeit ausgeschaltet
werden.
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Aufgrund
eines Kommandos 94, die Scheibe freizugeben, schaltet 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 Steuerspannung
an dem Ausgang des Verstärkers 90 derart
abgeschlossen, 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 durchschnittliche elektrische Feld der Elektroden im wesentlichen
die durchschnittlichen elektrischen Oberflächenladungsfelder, 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.
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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 beiden
Elektroden unter der Scheibe identisch sind, führen gleiche und entgegengesetzte
Spannungen an den Elektroden zu einer Scheiben-Nullspannung. In
der Praxis jedoch führen
Unregelmäßigkeiten
in der Kopplung zwischen der jeweiligen Elektrode und der Scheibe und
in der Schaltungsgenauigkeit zu der Notwendigkeit, die Schaltung
unter Verwendung der Steuerung 88 auszugleichen, um die
induzierten Scheibenspannungen 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 betriebsfertig.
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8 zeigt
Spann-/Freigabe-Wellenformen für
ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das keine Phasenerfassung der Bewegung der Scheibe 10 verwendet.
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Bei
dieser zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird eine einfache monoton-variierende Steuerungswellenform
verwendet, wie sie in 8 dargestellt ist. Der obere
Abschnitt der 8 (8a) zeigt
eine der Elektrodensteuerspannungen. Die andere Elektrodensteuerspannung
ist aus Gründen
der Klarheit weggelassen, würde
jedoch entsprechend invers proportional der dargestellten Wellenform
verlaufen. Während
des Beginns des Spannens einer Scheibe kann das Wechselstrom-Erfassungsausgangssignal 29 (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 Spannperiode 72.
Bei Freigabebeginn wird die Steuerspannung reduziert 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
festgespannt wird. Ein derartiger kombinierter Freigabe- und Spannvorgang
führt zu
einer Scheibenbiegung infolge des Federerinnerungsvermögens der
Scheibe. Die Steuerspannung wird dann auf die Freigabespannung bei 74 zurückgeführt, um die
Freigabe zu vervollständigen.
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Das
Gleichstrom-Erfassungssignal 27 kann also dazu verwendet
werden, den Scheiben-Freigabepunkt zu bestimmen, wie in 8c gezeigt
ist. Das Signal zeigt Minima entsprechend den Nulldurchgängen des
Wechselstrom-Erfassungssignals 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 herausfallen, wenn
die Scheibe herunterfallen kann.
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Die
Steuerung der Spannungen, wie sie oben beschrieben wurde, kann durch
Verwendung von Test-und-Halte- oder Computer-Techniken erreicht
werden, jedoch müssen
Zeitverzögerungen
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 hinwegzuführen, wie
es in 8 dargestellt ist, und den Freigabepunkt auf diese
Weise einzuschließen.
Weiteres Abfallen mit geringerer Steigung kann verwendet werden,
um den Freigabepunkt genauer zu bestimmen.
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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 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 Freigabepunkt zwischen zwei Steuerspannungsniveaus
eingeklammert.
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Für folgende
Abläufe
wird eine feste Fehlergröße im Freigabeniveau
bestimmt. Wenn das rampenartige Ansteigen oder Abfallen der Steuerspannung
um die geeignete Freigabeposition zu ausreichend geringen Änderungen
des Gleichstrom-Erfassungssignals
führt,
wird die Freigabe durch Zurückführen zu
der wahrscheinlichsten Steuerspannung zu Freigabe und Halten bestimmt.
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Aufeinanderfolgende
Spannungsänderungen
besitzen entgegengesetzte 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 Computerliteratur 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.
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Ein
Ausgangsteil einer der Hochspannungsverstärker 84 oder 85 ist
in 9 genauer dargestellt. Es ist üblicherweise schwierig, eine
Ausgangsstufe für
eine bipolare Hochspannungssteuerung 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 sicherzustellen.
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 Elektrodenkapazitäten zu laden,
wobei hohe Niveaus von Ausgangsströmen nicht notwendig sind. Diese
Ausbildung wird in einfacher und wirtschaftlicher Weise erreicht,
indem Hochspannung erzeugende, gegenläufig arbeitende Versorgungseinrichtungen
verwendet werden, von denen eine für positive und eine für negative
Ausgangsspannungsschwingungen verwendet 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 zusammen,
um die Ausgangsspannung zu filtern, während unter Mitwirkung der
Spule 91 die Scheibenpositions-Erfassungssignale von der
Hochspannungsschaltung ferngehalten werden.
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10 zeigt
ein detaillierteres schematisches Schaltungsdiagramm einer bevorzugten
Ausführung
des Verstärkers 28 der 1,
der zur Verstärkung
des Gleichstrom-Scheibenbewegungserfassungssignals 27 dient.
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Die
Anordnung verwendet einen selbstrückstellenden Gleichstrom-Verstärker, der
dem Demodulator 25 (1) nachgeschaltet
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 10 dargestellt ist, wird der Schalter 118 während der
Spannperiode geschlossen gehalten mit der Folge, daß die Verstärker 116 und 117 die
gleiche Eingangsspannung aufweisen. Das Verhältnis 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 filtert 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 Eingangssignallevels ohne
Sättigung
bei hohen Signalen oder einem Empfindlichkeitsverlust bei schwachen
Signalen, wodurch ein weiter Bereich der Zustände zwischen der Spannfläche und
dem Wafer toleriert werden kann, ohne daß Einstellungen in der Schaltungsverstärkung oder
dem Nullniveau vorgenommen werden müssen.
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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 Vorrichtung, insbesondere in
dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel, zu
erzeugen.
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Die
vorliegende Erfindung ist darüber
hinaus nicht auf die Verwendung von Halbleiter-Scheiben oder deren
Behandlung beschränkt.
Es ist möglich, daß sie bei
der Handhabung anderer Materialien oder Bauteile, die mittels einer
elektrostatischen Vorrichtung gehalten werden und bei denen der
Aufbau von Ladungen ein Problem darstellt, verwendet werden kann.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit einer elektrostatischen 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 Transpport von
Halbleiter-Wafern verwendet werden (s.
WO 88/09054 A1 ), Verwendung
finden kann.
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Obwohl
des weiteren eine Gleichstrom-Steuerspannung, deren Polarität nach jedem
Haltezyklus umgekehrt wird, bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen
verwendet wird, ist es möglich,
daß statt
dessen eine Wechselstrom-Steuerspannung aufgebracht wird. Eine Wechselstrom-Steuerspannung
würde beispielsweise
dann das dominante Signal liefern 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-Spannung
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-Spannung könnte dann vollständig auf
null reduziert werden, um die Scheibe in vollem Umfang freizugeben.