DD211675A5

DD211675A5 - Elektrostatische haftplatte

Info

Publication number: DD211675A5
Application number: DD82243929A
Authority: DD
Inventors: Toru Tojo; Ichiro Mori; Shunichi Sano
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1982-02-03
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1984-07-18
Also published as: FR2520930B1; JPS6059104B2; US4480284A; FR2520930A1; JPS58137536A

Abstract

Eine elektrostatische Haftplatte bestehend aus einer Elektrodenplatte 1 aus einem elektrisch leitenden Material und einer dielektrischen Schicht 2, die auf einer Seite der Elektrodenplatte durch Flammenspritzen eines dielektrischen Materials aufgebracht ist. Die Oberseite der dielektrischen Schicht 2 ist mit Plastmaterial 3 impraegniert, und die Oberflaeche der dielektrischen Schicht 2 ist glatt und eben. Eine Probe 4 wird von der Elektrodenplatte 1 elektrostatisch angezogen, und somit auf der glatten und ebenen Oberflaeche der dielektrischen Schicht 2 festgehalten.

Description

: Elektrostatische Haftplatte

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Haftplatte für das elektrostatische Halten von Proben aus elektrisch leitendem Material oder aus Halbleitermaterial', die bei der Bearbeitung und Untersuchung der Proben eingesetzt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Bei der Bearbeitung oder Untersuchung von Halbleitern ist es erforderlich, die Halbleiterscheiben (Wafers) in einer vorgeschriebenen Lage zu halten. Es ist notwendig, daß die Halbleiterscheiben auf einer flachen Auflage liegen, wenn insbesondere ein feines Muster auf der Scheibe aufzuzeichnen ist, um auf diese Weise eine integrierte Schaltung mit einer Anzahl von Transistoren herzustellen.

Gewöhnlich werden zum Einspannen und Halten von Proben mechanische Spannvorrichtungen, Hafimagnete, elektrische sowie Saugluftspannfutter unter Ausnutzung einer Druckdifferenz zwischen Halterungen fließenden Medien verwendet. Die elektrischen Halterungen sind bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen nützlich, da sie einfach zu betätigen sind und ι eine Probe auf einer flachen Ablage festhalten können.

; , Die elektrische Halterung, oder genauer gesagt, die elektrostatische Halterung, beruht auf der gegenseitigen Anziehung ι zwischen zwei Kondensatorplatten, die entgegengesetzt elektrisch aufgeladen werden. Sie umfaßt eine Elektrode und eine dielektrische Schicht auf einer Elektrode. Eine Probe eines elektrisch leitenden Materials oder Halbleitermaterials wird von der Elektrode angezogen und wird somit auf der dielektrischen Schicht festgehalten. Die Anziehungskraft F zwischen der Elektrode und der Probe hängt im wesentlichen von den physikalischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht ab. Die Anziehungskraft F ist im allgemeinen gegeben durch:

wobei ε₀ die dielektrische Konstante des Vakuums der dielektrischen Schicht ist, ε₅ die relative Dielektrizitätskonstante der Schicht, S der Bereich der Berührungsflächen zwischen Probe und Elektrode, V die an der Schicht angelegte Spannung und t die Dicke der Schicht ist. Aus der Formel geht hervor, daß die Spannung V mit zunehmendem ε₃ und abnehmender Dicke t kleiner wird. Die dielektrische Schicht muß sowohl verschleißfest als auch isolations- oder durchschlagfest sein, da eine Anzahl von Proben gleichzeitig auf diese gelegt werden. Eine elektrostatische Haftplatte mit einer dielektrischen Schicht aus Glimmer, Polyester oder Bariumtitanatwird in dem britischen Patent Nr. 144321 und in „EiectristaticWaferchuck for Electron Beam Microfabrication" (Elektrostatische Wafer-Halterung für die Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen mit Hilfe des Elektronenstrahls) von George A. Wardly, Rev. Sei. Instrum., Band 44, Nr. 10, Oktober 1973, S. 1506 offenbart. Das Klebemittel kann dünn aufgetragen werden, damit eine gleichmäßig dicke Schicht entsteht. In den meisten Fällen hai die dielektrische Schicht keine glatte Oberfläche, selbst wenn sie gleichmäßig dick ist.

In der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 55-145351 wird eine elektrostatische Haftplatte mit einer dielektrischen Schicht offenbart, die durch anodische Behandlung des Materials gebildet wird. Die dielektrische Schicht ist so dünn, daß sie Risse aufweist, nachdem mehrere Proben gleichzeitig auf ihm festgehalten wurden. Sobald Risse in der Schicht entstanden sind, kann sie nicht länger als Isolator dienen. Um dies zu vermeiden, läßt man das Elektrodenmaterial sehr stark oxidieren, so daß eine dickere dielektrische Schicht entsteht. Eine dicke dielektrische Schicht hat jedoch eine rauhe Oberfläche, und der Bereich der Berührungsfläche zwischen dielektrischer Schicht und Probe ist äußerst klein. In diesem Fall ist die Anziehungskraft zwischen. Probe und Elektrode vermindert. Des weiteren hat der poröse Teil der dicken dielektrischen Schicht eine relative Dielektrizitätskonstante von etwa 1, so daß die relative Dielektrizitätskonstante der Schicht klein ist. Folglich wird die Anziehungskraft zwischen Probe und Elektrode weit kleiner sein als gewünscht.

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist es, eine elektrostatische Halteplatte mit einer Schicht aus dielektrischem Material zu schaffen, das eine große Dielektrizitätskonstante, eine große mechanische Festigkeit und eine große Verschleißfestigkeit aufweist, wobei die Anziehungskraft zwischen der Probe und einer Elektrode stark ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Erfindungsgemäß wird eine elektrostatische Halteplatte geschaffen, deren dielektrische Schicht auf einer leitenden Platte, das heißt, Elektrode, durch Aufspritzen eines dielektischen Materials gebildet wird. Die dielektrische Schicht besteht aus Aluminiumoxid (AI₂O₃), Titandioxid (TiO₂) oder Bariumtitanat (BaTiO₃) oder einem Gemisch aus diesen Materialien und hat eine hinreichend große Dielektrizitätskonstante. Ein Gemisch aus diesen Materialien kann mit einer niedrigeren Temperatur aufgespritzt werden als jedes einzelne dieser Materialien. Wenn dies so ist, kann die dielektrische Schicht sehr einfach hergestellt und gut bearbeitet werden. Die durch Flammenspritzen aufgebrachte dielektrische Schicht haftet so fest auf der leitenden Platte, daß sie sich selbst dann nicht löst, wenn ihre Oberfläche poliert oder geschwabbelt wird, damit sie hinreichend glatt ist.

Kurz gesagt, eine erfindungsgemäße elektrostatische Haftplatte umfaßt eine Elektrodenplatte und eine isolierende dielektrische Schicht, die auf einer Oberfläche der Elektrodenplatte aufgebracht wurde. Die Platte dient der Anziehung einer Probe wie beispielsweise einer Halbleiterscheibe in Richtung dielektrischer Schicht, so daß die Probe völlig fest auf der Platte gehalten wird.

Ausführungsbeispie!:

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Figur 1: schematisch eine Querschnittsdarstellung einer elektrostatischen erfindungsgemäßen Haftplatte; Figur 2: ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Anziehungskraft und der Stärke des elektrischen Feldes

in der Haftplatte gemäß Figur 1 und von zwei bekannten elektrostatischen Haftplatten. Eine erfindungsgemäße elektrostatische Haftplatte wird in Figur 1 im Querschnitt dargestellt Die Hafiplstte besteht aus

einer flachen Elektrodenplatte 1 und einer dielektrischen Schicht 2, die auf einer flachen Oberfläche der Elektrodenplatte 2, durch Flammspritzen aufgebracht wurde. Die Elektrodenpiatte 1 besteht aus Aluminium, Titanium, Kupfer, nichtrostendem Stahl und dergleichen. Die dielektrische Schicht 2 besteht aus Aluminiumoxid (AI₂O₃). Sie kann aus anderem dielektrischem Material wie beispielsweise Titandioxid (TiO₂) oder Bariumtitanat (BaTiO₃), oder aus einem Gemisch dieser Materialien und Aluminiumoxid hergestellt werden. Die dielektrische Schicht 2 ist mit einem Plastmaterial 3, das im wesentlichen aus einem synthetischen oder halbsynthetischen hochmolekularem Material wie beispielsweise Epoxydharz, Methakrylharz oder Fluorharz hergestellt wird, imprägniert. Die Oberfläche der dielektrischen Schicht 2 wird durch Polieren, Schwabbeln oder Schleifen geglättet.

Eine Probe 4 wird auf eine dielektrische Schicht 2 gelegt, und ein elektrisches Feld wird zwischen der Elektrode 1 und der Probe 4 erzeugt. Die Probe 4 wird dann zur dielektrischen Schicht 2 gezogen und auf dieser somit festgehalten. Insbesondere wird, wie in Figur 1 dargestellt, die negative Klemme einer Gleichspannungsquelle 5 an der Elektrodenplatte 1 und die positive Klemme der Gleichspannungsquelle 5 an der Probe 4 angeschlossen. Es wird somit ein elektrisches Feld erzeugt, das sich im wesentlichen senkrecht zur dielektischen Schicht 2 erstreckt und das zwischen der Elektrodenplatte 1 und der Probe 4 aufgebaut wird. Die dielektrische Schicht 2 unterliegt einer dielektrischen Polarisierung, wobei ihre Unterseite positiv und ihre Oberseite negativ aufgeladen wird. Dadurch wird die Probe 4 von der Elektrodenplatte 1 elektrostatisch angezogen und somit auf der dielektrischen Schicht 2festgehalten. Die Probe 4 ist entweder elektrisch leitend oder halbleitend, und sie kann deshalb eine H^lblejterscheibesein. __ _

Die dielektrische Schicht 2 hat eine große mechanische und eine große Verschleißfestigkeit, da sie aus Aluminiumoxid besteht, das im Flammenspritzverfahren auf der Elektrodenplatte 1 aufgebracht wurde. Darüber hinaus wird die Schicht 2 mit einem Plastmaterial 3 imprägniert und ist in der im folgenden dargestellten Hinsicht vorteilhaft. Wäre sie nicht mit Plastmaterial 3 imprägniert, wäre sie porös und könnte zur gegenseitigen Anziehung zwischen Elektrodenplatte 1 und Probe 4 nicht beitragen. Die mit Piastmaterial 3 imprägnierte Schicht 2 hat eine große Dielektrizitätskonstante. Wäre die Schicht 2 nicht mit Plastmaterial 3 imprägniert, wurden verschiedene Gase aus den Poren in die Vakuumhülle strömen, in der die Haftplatte angeordnet ist, was unvermeidlich zu einer Herabsetzung des Vakuums führte. Diese unerwünschte Erscheinung tritt nicht auf, da der größte Teil der Poren der dielektrischen Schicht 2 mit einem Plastmaterial 3 angefüllt ist. Tatsächlich werden ein paar Poren nicht mit dem Plastmaterial ausgefüllt, aber die Menge der in ihnen enthaltenen Gase ist so klein, daß das Vakuum nur geringfügig vermindert wird. Das Plastmaterial 3 muß eine Fließfähigkeit aufweisen, die groß genug ist, damit es gut in die Poren der dielektrischen Schicht 2 eindringen kann. Es ist nicht erforderlich, daß alle Poren der Schicht 2 mit Plastmaterial 3 ausgefüllt werden. Es reicht völlig aus, wenn das Plastmaterial 3 die Poren der Oberseite der Schicht 2 ausfüllt.

Die Oberfläche der dielektrischen Schicht 2 wird poliert oder geschwabbelt, damit sie glatt und eben wird. Wäre die Schicht nicht mit Plastmaterial 3 imprägniert und porös, wäre ihre Oberfläche rauh, obwohl sie poliert oder geschwabbelt wurde. Mit Plastmaterial 3 imprägniert, kann die dielektrische Schicht 2 eine so glatte und ebene Oberfläche haben, wie dies in Figur 1 gezeigt wird.

Es wurden mehrere elektrostatische Haftplatten mit einem Aufbau hergestellt, wie er in Figur 1 gezeigt wird. Diese Haftplatten und die herkömmlichen elektrostatischen Haftplatten wurden einer Prüfung unterzogen. Die Ergebnisse dieser Prüfung werden in Figur 2 gezeigt, wobei die Stärke eines elektrischen Feldes auf der horizontalen Achse und die Anziehungskraft aufder senkrechten Achse aufgetragen wurde. In Figur 2 zeigt die Gerade I die Beziehung zwischen Feldstärke und Anziehungskraft der erfindungsgemäßen Haftplatte, die aus Aluminium besteht, die im Flammenspritzverfahren aufgebracht wurde. Die Gerade Il stellt die Beziehung zwischen Feldstärke und Anziehungskraft der bekannten Haftplatte dar, deren dielektrische Schicht durch anodisches Oxydieren einer Aluminiumplatte hergestellt wurde. Die Gerade Illzeigtdie Beziehung zwischen Feldstärke und Anziehungskraft der bekannten Haftplatte, deren dielektrische Schicht aus Epoxidharz hergestellt wurde.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform. Zum Beispiel muß das Plastmaterial nicht unbedingt ein hochmolekulares Material wie beispielsweise Epoxidharz oder Fluorharz sein. Andere Plaste können gemäß dem beabsichtigten Zweck verwendet werden. Des weiteren können verschiedene Methoden für das Anlegen der Spannung an Elektrodenplatte und Probe angewendet werden. Des weiteren muß die angelegte Spannung nicht konstant sein. Es kann an die Elektrodenplatte und Probe eine Spannung angelegt werden, die mit Eigenfrequenz schwingt. Innerhalb des Geltungsbereiches der Erfindung sind andere Änderungen und Modifikationen möglich. Wie oben beschrieben, können für die Herstellung einer dielektrischen Schicht verschiedene dielektrische Materialien verwendet werden. Die dielektrische Schicht muß eine hinreichend große Dielektrizitätskonstante, eine hinreichende große mechanische Festigkeit und eine große Verschleißfestigkeit aufweisen. Wenn die dielektrische Schicht durch Auftragen eines dielektrischen Materials auf der Elektrodenplatte nach dem Flammenspritzverfahren hergestellt wird, dann ist kein Klebemittel erforderlich. Die dielektrische Schicht hat sich selbst nach einer langen Nutzungsdauer der elektrostatischen Haftpiatte nicht verschlechtert.

Die bekannte Haftpiatte, deren dielektrische Schicht durch Oxidieren einer Elektrode hergestellt wird, kann sich bei Änderungen der Umgebungstemperatur werfen. Schlimmstenfalls kann sie Risse bekommen, wenn sie wiederholt erhitzt und abgekühlt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Elektrode und dielektrische Schicht unterschiedliche Koeffizienten der Wärmeausdehnung haben. Die Haftplatte der vorliegenden Erfindung wirft sich nicht und bekommt auch keine Risse, da die dielektrische Schicht durch Flammenaufspritzen eines dielektrischen Materials auf der Elektrode aufgebracht wird und somit die Elektrode aus einem Material hergestellt werden kann, das im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die dielektrische Schicht hat, oder aber, die dielektrische Schicht kann^aus einem Material hergestellt werden, das im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Elektrode hat. : Erfindungsgemäß wird die dielektrische Schicht durch Flammenaufspritzen des dielektrischen Materials auf der Elektrode : aufgebracht. Infolge der Oberlächenrauheit ist die dielektrische Festigkeit der dielektrischen Schicht nicht groß genug. Sobald jedoch die Oberseite mit einem Plastmaterial imprägniert wurde, ist ihre dielektrische Festigkeit groß genug.

Claims

1. Elektrostatische Haftpiatte, bestehend aus einer Elektrode, die aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt wird und eine flache Oberseite besitzt, sowie bestehend aus einer dielektrischen Schicht, die auf der Oberseite der Elektrode hergestellt wird und dafür bestimmt ist, eine Probe elektrostatisch zu halten, gekennzeichnet dadurch, daß die dielektrisch* Schicht durch Flammenaufspritzen eines dielektrischen Materials auf der Oberseite der Elektrode aufgebracht wird.

2. Elektrostatische Haftplatte nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Einrichtung für die Erzeugung eines elektrischen Feldes umfaßt, das sich zu der flachen Oberseite der dielektrischen Schicht im wesentlichen senkrecht erstreckt.

3. Elektrostatische Haftpiatte nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die dielektrische Schicht aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Bariumtitanat, Keramik oder aus einem Gemisch aus zumindest zwei dieser Materialien hergestellt wird.

4. Elektrostatische Haftplatte nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberseite der dielektrischen Schicht mit Plastmaterial imprägniert wird.

5. Elektrostatische Haftplatte nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Plastmaterial, ein hochpolymeres Material, aus einer Gruppe ausgewählt wird, zu der Methakrylharz, Epoxidharz und Fluorharz gehört.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen —