Ventilmodul und

Verfahren zum Betreiben eines derartigen Ventilmoduls

Die Erfindung betrifft ein Ventilmodul zur Verwendung mit einem Auf spanntisch für flexible Materialien, insbesondere für Siliziumscheiben, wie sie bei der Herstellung von Halbleiter- Bauelementen eingesetzt werden. Hierbei bilden das Ventilmodul und der Auf spanntisch eine Auf spanneinrichtung, mit der das flexible Material, insbesondere die jeweilige Siliziumscheibe, die auch als Wafer bezeichnet wird, in reproduzierbarer Weise auf einer Auf spannfläche des Auf spanntischs möglichst eben auf gespannt werden kann. Hierdurch wird gewährleistet, dass beispielhaft vorzunehmende Bearbeitungsvorgänge an der Oberfläche der Siliziumscheibe, ein sogenanntes Waferprocessing, bei ebener Oberfläche durchgeführt werden können. Eine solche Auf spanneinrichtung kann auch zur Festlegung von dünnen Metallblechen oder Kunststofffolien mit Gewebeverstärkung oder ohne Gewebeverstärkung, eingesetzt werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Ventilmoduls.

Um eine möglichst ebene Aufspannung für das flexible Material, insbesondere für eine Siliziumscheibe, zu gewährleisten ist der Auf spanntisch mit einer Auf spannfläche versehen, die von mehreren Ansaugöffnungen durchsetzt ist, wobei diese Ansaugöffnungen jeweils mit einem Ansaugkanal verbunden sind, durch den für die Festlegung der Siliziumscheibe eine Ansau- gung von Luf t und damit eine Unterdruckerzeugung an der Unterseite der auf zuspannenden Siliziumscheibe hervorgerufen werden kann . Die Auf spannf läche ist typischerweise mit einer Vielzahl von kleinen Erhebungen versehen, die sich alle bis zu einer gemeinsamen Auf spannebene erstrecken und die eine Ansaugung der Siliziumscheibe auch abseits der Ansaugöf fnungen ermöglichen sowie einen Druckausgleich zwischen den Ansaugöf fnungen gewährleisten .

Jeder der Ansaugkanäle ist , insbesondere durch einen zwi schengeschalteten Schlauchabschnitt , mit einer Fluidkupplung des Ventilmoduls verbunden . Ausgehend von der Fluidkupplung erstreckt sich im Ventilmodul ein Fluidkanal , in dem eine Ventilanordnung angeordnet ist , die für eine Beeinf lussung eines Fluidstroms zwischen der Fluidkupplung und einem an der Ventilanordnung ausgebildeten Versorgungsanschluss vorgesehen ist . An diesem Versorgungsanschluss kann beispielsweise eine Bereitstellung von Druckluf t , die einen Überdruck gegenüber einer Umgebung des , insbesondere in einer Prozesskammer auf - genommenen, Auf spanntischs aufweist , oder eine Bereitstellung eines Unterdrucks , der verglichen mit einer Umgebung des , insbesondere in einer Prozesskammer auf genommenen, Auf spann- tischs einen negativen Druck auf weist , vorgenommen werden .

Ferner ist j edem der Fluidkanäle des Ventilmoduls eine Sensoranordnung zugeordnet , mit der ein Durchf lusswert im j eweili gen Fluidkanal ermittelt werden kann . Ein von der Sensoranordnung ermittelter Durchf lusswert wird an eine Ventilsteuerung bereitgestellt , die in elektrische Verbindung mit der j eweiligen Sensoranordnung steht und die beispielsweise als Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgebildet sein kann . In der Ventilsteuerung ist ein Computerprogramm hinterlegt , mit dessen Hilfe eine Auswertung der Sensorsignale der j eweiligen Sensoranordnung vorgenommen werden kann . Die Aufgabe der Erf indung besteht darin, ein Ventilmodul und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Ventilmoduls bereitzustellen, mit denen unterschiedlich gekrümmte f lexible Materialien zuverlässig auf den Auf spanntisch aufgespannt werden können .

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erf indungsaspekt für das Ventilmodul gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst , dass das Ventilmodul wenigstens einen Fluidkanal auf - weist , der an einem ersten Endbereich mit einer Fluidkupplung zur Verbindung mit einem Ansaugkanal des Auf spanntischs aus gebildet ist und der an einem zweiten Endbereich mit einer Ventilanordnung verbunden ist , wobei die Ventilanordnung für eine Beeinf lussung eines Fluidstroms zwischen der Fluidkupplung und einem an der Ventilanordnung ausgebildeten Versorgungsanschluss ausgebildet ist , wobei dem Fluidkanal eine Sensoranordnung zugeordnet ist , die für eine Ermittlung eines Durchf lusswerts im j eweiligen Fluidkanal ausgebildet ist und die elektrisch mit einer Ventilsteuerung verbunden ist und wobei die Ventilsteuerung für eine modellbasierte Ermittlung eines Fluiddrucks an einem außerhalb des Fluidkanals angeordneten Messpunkt , insbesondere an einem Messpunkt im Ansaugkanal des Auf spanntischs oder an einem Messpunkt an einer Ansaugöf fnung des Ansaugkanals , unter Verwendung des Durchf lusswerts ausgebildet ist .

Durch die Verwendung einer modellbasierten Ermittlung eines Fluiddrucks kann mit hoher Präzision ein Fluiddruck an einem Messpunkt bestimmt werden, der abseits des Ventilmoduls liegt . Hierzu ist es erforderlich, dass die f luidtechnischen Eigenschaf ten wie beispielsweise ein Strömungswiderstand und/oder eine Länge einer Fluidleitung zwischen der Sensoranordnung und dem Messpunkt bekannt sind und dass in der Ventilsteuerung ein Algorithmus auf Basis eines mathematischen Modells hinterlegt ist , mit dessen Hilfe aus den von der Sensoranordnung zur Verfügung gestellten Sensorsignalen unter Einbeziehung der f luidtechnischen Eigenschaf ten der Fluidlei tung ein Durchf lusswert am gewünschten Messpunkt errechnet werden kann . Bei einer solchen Vorgehensweise wird auch von einem Beobachter gesprochen, da eine physikalische Größe in Form eines Messwerts für den Messpunkt ermittelt werden kann, obwohl am Messpunkt kein Sensor der Sensoranordnung platziert ist . Diese modellbasierte Ermittlung des Fluiddrucks ist ins besondere dann von großem Interesse , wenn aus technischen Gründen eine Platzierung der Sensoranordnung unmittelbar am Messpunkt aus räumlichen und/oder technischen Gründen schwierig oder gar unmöglich ist .

Für die Ermittlung des Fluiddrucks auf Basis des Durchf luss werts , der mit der Sensoranordnung abseits des Messpunkts ermittelt wird, kann beispielsweise auf ein abstrakt def iniertes Modell zurückgegrif fen werden, das ausschließlich auf theoretischen Überlegungen basiert . Bevorzugt ist vorgesehen, dass in dem verwendeten Modell zur Ermittlung des Fluiddrucks auch eine empirische Komponente enthalten ist , die beispiels weise auf einer vorab durchgeführten Messereihe mit der konkreten Kombination aus Ventilmodul , Fluidschläuchen und Auf - spanntisch basiert . Hierzu kann auch die Verwendung eines neuronalen Netzwerks vorgesehen werden, mit dem beispielswei se eine Interpolation von Fluiddrücken vorgenommen werden kann, für die keine konkreten Messwerte ermittelt wurden .

Beispielhaf t ist vorgesehen, dass der Messpunkt im Ansaugkanal des Auf spanntischs oder an einer Ansaugöf fnung, die an einer Auf spannf läche des Auf spanntischs angeordnet ist , lokalisiert ist . Dies ist insbesondere dann von Interesse , wenn der modellbasiert ermittelte Fluiddruck eine Aussage darüber ermöglichen soll , in welcher Weise ein auf den Auf spanntisch auf zu spannendes f lexibles Material , insbesondere eine Sili ziumscheibe , mit Hilfe des entsprechenden Ansaugkanals , ins besondere unter Verwendung der entsprechenden Ansaugöf fnung, auf der Auf spannf läche des Auf spanntischs auf liegt .

Vorteilhaf te Weiterbildungen der Erf indung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Zweckmäßig ist es , wenn die Sensoranordnung einen am Fluidkanal angebrachten ersten Drucksensor und einen beabstandet zum ersten Drucksensor am Fluidkanal angebrachten zweiten Drucksensor auf weist , wobei der Fluidkanal zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor als ein, insbesondere mit einer Drossel versehener , Messabschnitt mit def iniertem Strömungswiderstand ausgebildet ist und wobei der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor elektrisch mit der Ventilsteuerung verbunden sind, die für eine Verarbeitung ei nes ersten Sensorsignals des ersten Drucksensors und eines zweiten Sensorsignals des zweiten Drucksensors zu dem modell basierten Fluiddruck an dem Messpunkt ausgebildet ist .

Eine solche Sensoranordnung kann kostengünstig realisiert werden und an die j eweiligen Gegebenheiten im Fluidkanal angepasst werden, auch wenn das im Fluidkanal strömenden Fluid ausschließlich gasförmig ist . Hierzu ist vorgesehen, dass an einem ersten Ende des Messabschnitts der erste Drucksensor angebracht ist und dass an einem hiervon beabstandeten zwei ten Ende des Messabschnitts der zweite Drucksensor angebracht ist , wobei die f luidtechnischen Eigenschaf ten des Messabschnitts , insbesondere der Strömungswiderstand für den Mess abschnitt , für den in der Praxis interessierenden Durchf luss bekannt sind und in einer mathematischen Formel oder in einer Wertetabelle in der Ventilsteuerung abgelegt sind . Zur präzisen Ermittlung kleiner Durchf lusswerte ist es vorteilhaf t , wenn der Messabschnitt einen größeren Strömungswi derstand wie angrenzende Abschnitte des Fluidkanals aufwei sen, um eine möglichst große Druckdif ferenz über dem Messab- schnitt erzeugen zu können und damit ein besonders präzises Messergebnis zu gewährleisten . Für diesen Fall ist es vorteilhaf t , wenn im Bereich des Messabschnitts zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor eine auch als Drossel bezeichnete Querschnittsverengung des Fluidkanals vorgesehen ist . Eine solche Querschnittsverengung kann insbesondere als kreisringförmige Blende ausgebildet sein, wobei in diesem Zusammenhang davon ausgegangen wird, dass der Fluidkanal einen kreisrunden Querschnitt aufweist . Es versteht sich, dass auch andere Querschnitte für den Fluidkanal und die im Bereich des Messabschnitts vorzusehende Querschnitts verengung verwirklicht werden können .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ventilsteuerung für die Ermittlung des Fluiddrucks an dem Messpunkt unter Verwendung des Durchf lusswerts sowie eines Drucksignals aus der Gruppe : erstes Drucksignal , zweites Drucksignal , ausgebildet ist . Hierbei ist das Modell zur Ermittlung des Fluiddrucks am Messpunkt derart konf iguriert , dass zusätzlich zum ermittel ten Durchf lusswert wenigstens ein Drucksignal der Sensoranordnung einbezogen wird . Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Drucksignal desj enigen Drucksensors der Sensoranordnung in das Modell einbezogen wird, der den kleineren Abstand gegenüber dem Messpunkt aufweist .

Bei einer Weiterbildung der Erf indung ist vorgesehen, dass die Ventilsteuerung für eine Durchführung einer Druckregelung am Messpunkt ausgebildet ist . In diesem Fall ist vorgesehen, dass für den Messpunkt , der beispielsweise an der Ansaugöf f nung des Ansaugkanals positioniert sein kann, der Fluiddruck wiederkehrend, insbesondere in zeitlich konstanten Abschnitten, ermittelt wird und als Istwert für einen in der Ventilsteuerung ausgebildeten Druckregler verwendet wird, wobei dieser Druckregler wahlweise für eine Einhaltung eines zeitlich konstanten oder eines zeitlich variablen Drucks am Messpunkt ausgebildet sein kann.

Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt ist ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Ventilmoduls vorgesehen, das die nachfolgenden Schritte umfasst: Verbinden von Fluidkupplungen mit Ansaugkanälen eines Auf spanntischs und Durchführen einer druckgeregelten Unterdruckbeaufschlagung an Ansaugöffnungen der Ansaugkanäle, wobei die Ansaugöffnungen unterschiedlicher Ansaugkanäle jeweils in voneinander abgegrenzten Oberflächenbereichen des Auf spanntischs angeordnet sind, unter Verwendung der modellbasiert ermittelten Fluiddrücke an den als Messpunkten dienenden Ansaugöffnungen. Mit dieser Vorgehensweise kann eine Festlegung eines flexiblen Materials, insbesondere einer Siliziumscheibe, auf der Aufspannfläche des Auf spanntischs vorgenommen werden. Durch die Verwendung einer Druckregelung, die die modellbasiert ermittelten Fluiddrücke an den jeweiligen Ansaugöffnungen verwendet, eine möglichst homogene und damit ebene Ansaugung und Festlegung des flexiblen Materials erzielt werden kann.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass vor dem Schritt der Unterdruckbeaufschlagung der Oberflächenbereiche des Auf spanntischs eine Unterdruckbeaufschlagung oder eine Überdruckbeaufschlagung der Oberflächenbereiche des Auf spanntischs vorgenommen wird und dass die der während der Unterdruckbeaufschlagung oder Überdruckbeaufschlagung modell- basiert für die Ansaugöffnungen der jeweiligen Oberflächenbereiche ermittelten Fluiddrücke als Referenzdrücke in der Ventilsteuerung gespeichert werden. Beispielhaft kann für die Ermittlung der Referenzdrücke vorgesehen werden, dass alle Ventilanordnungen mit dem gleichen Betrag teilweise oder al ternativ vollständig geöf fnet werden und somit eine rein gesteuerte Überdruckbeauf schlagung oder Unterdruckbeauf schlagung stattf indet . Mit den dadurch ermittelten Referenzdrücken kann beispielsweise ein Rückschluss auf den j eweiligen Strömungswiderstand im zugeordneten Fluidkanal und/oder auf die Geometrie des auf dem Auf spanntisch auf liegenden aber noch nicht festgelegten f lexiblen Materials gezogen werden .

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Unterdruckbeauf schlagung oder Überdruckbeauf schlagung der Oberf lächenbereiche des Auf spanntischs ohne ein auf dem Auf spanntisch auf liegenden f lexiblen Material , insbesondere ohne eine Siliziumscheibe , vorgenommen wird und dass die ermittel ten Referenzdrücke als erste Gruppe von Referenzdrücken in der Ventilsteuerung gespeichert werden . Hierdurch wird eine Charakterisierung der Eigenschaf ten des j eweiligen Fluidkanals sowie des damit verbundenen Ansaugkanals ermöglicht . Die erste Gruppe von Referenzdrücken kann unter Anderem dazu genutzt werden, einen individuellen Öf fnungsgrad für j ede der Ventilanordnungen festzulegen, wenn beispielsweise für alle Fluidkanäle und die damit verbundenen Ansaugkanäle und Ansaugöf fnungen bei einer Unterdruckbeauf schlagung oder Überdruckbeauf schlagung j eweils der gleiche Durchf lusswert vorliegen soll .

Zweckmäßig ist es , wenn die Unterdruckbeauf schlagung oder Überdruckbeauf schlagung der Oberf lächenbereiche des Auf spanntischs mit einem auf dem Auf spanntisch auf liegenden f lexiblen Material , insbesondere mit einer Siliziumscheibe , vorgenommen wird und dass die ermittelten Referenzdrücke als zweite Gruppe von Referenzdrücken in der Ventilsteuerung gespeichert werden . Auf diesem Wege kann eine qualitative Ermittlung ei - nes lokalen Strömungswiderstands für jeden der Ansaugkanäle sowie die mit den Ansaugkanälen verbundenen Fluidkanäle ermittelt werden, um daraus beispielsweise Rückschlüsse über die Geometrie des auf dem Auf spanntisch aufliegenden und noch nicht durch Unterdrück festgelegten flexiblen Materials gewinnen zu können. Die auf diesem Wege zumindest qualitativ ermittelte Geometrie des flexiblen Materials, insbesondere der Siliziumscheibe, kann dann bei der nachfolgenden geregelten Unterdruckbeaufschlagung für die Vorgabe der jeweiligen Unterdruck-Sollwerte an den jeweiligen Ansaugöffnungen genutzt werden, um die gewünschte ebene Anlage des flexiblen Materials an der Auf spannfläche zu bewirken.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in der Ventilsteuerung für jeden Oberflächenbereiche aus dem zugehörigen Referenzdruck der ersten Gruppe von Referenzdrücken und aus dem zugehörigen Referenzdruck aus der zweiten Gruppen von Referenzdrücken ein Abstand zwischen dem auf dem Auf spanntisch aufliegenden flexiblen Material, insbesondere der Siliziumscheibe, und dem jeweiligen Oberflächenbereich des Auf spanntischs ermittelt wird und dass für jeden der Oberflächenbereiche in Abhängigkeit von einem Betrag des ermittelten Abstands ein Zieldruck die eine nachfolgende Unterdruckbeaufschlagung des jeweiligen Oberflächenbereichs ermittelt wird.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass von der Ventilsteuerung eine zeitlich aufeinanderfolgende Unterdruckbeaufschlagung der Oberflächenbereiche des Auf spanntischs vorgenommen wird, wobei Oberflächenbereiche mit geringerem Abstand zum flexiblen Material, insbesondere zur Siliziumscheibe, vor Oberflächenbereichen mit größerem Abstand zur Siliziumscheibe mit Unterdrück beaufschlagt werden und wobei für jeden der Oberflächenbereiche ein modellbasierter Istdruck ermittelt wird, der in der Ventilsteuerung zusammen mit dem jeweiligen Zieldruck für eine Unterdruckregelung im j eweiligen Oberf lächenbereich verwendet wird . Durch die Beeinf lussung der zeitlichen Abfol ge für die Unterdruckbeauf schlagung der einzelnen Oberf lächenbereiche des Auf spanntischs kann eine vorteilhaf te Auf spannung des f lexiblen Materials erzielt werden, da in Kennt nis der Geometrie des f lexiblen Materials und einer darauf abgestimmten Abfolge der Unterdruckbeauf schlagung der einzel nen Oberf lächenbereiche das Entstehen von Luf tpolstern vermieden werden kann, die eine f lächige Anlage des f lexiblen Materials , insbesondere der Siliziumscheibe , in Frage stellen würden .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Ansaugkanal , der sich zwi schen der wenigstens einen Ansaugöf fnung und der Fluidkupplung erstreckt , in einen ersten Ansaugkanalabschnitt und in einen zweiten Ansaugkanalabschnitt aufgeteilt ist . Hierbei kann vorgesehen sein, dass der erste Ansaugkanalabschnitt im Auf spanntisch verläuf t , und der zweite Ansaugkanalabschnitt außerhalb des Auf spanntischs verläuf t , wobei die Sensoranordnung dem zweiten Ansaugkanalabschnitt zugeordnet ist . Bevorzugt ist die j eweilige Sensoranordnung in der j eweiligen Fluidkupplung oder benachbart zur j eweiligen Fluidkupplung des Ventilmoduls angeordnet . Beispielhaf t ist der erste Ansaugkanalabschnitt als Bohrung in dem aus einem gestaltfesten Material hergestellten Auf spanntisch ausgebildet , während der zweite Ansaugkanalabschnitt beispielhaf t als Rohrabschnitt eines gestaltfesten Rohrs oder als Schlauchabschnitt eines f lexiblen, unterdruckfest ausgebildeten Schlauchs verwirklicht werden kann .

Entscheidend ist , dass durch die Auf teilung des Ansaugkanals in den ersten Ansaugkanalabschnitt und den zweiten Ansaugkanalabschnitt gewährleistet werden kann, dass die Sensoranordnung abseits des Auf spanntischs , der typischerweise in einer Prozesskammer einer Bearbeitungsmaschine für Siliziumscheiben angeordnet ist , platziert werden kann . Hierdurch kann bei spielsweise eine Wartung der Sensoranordnung vorgenommen werden, ohne dass hierfür in die Prozesskammer eingegrif fen werden muss . Ferner wird hierdurch vermieden, dass die Sensoranordnung denj enigen Einf lüssen ausgesetzt wird, die zur Bearbeitung der Siliziumscheiben in der Prozesskammer vorgesehen sind .

Bevorzugt ist für den Auf spanntisch vorgesehen, dass die Ansaugöf fnungen des j eweiligen Ansaugkanals innerhalb eines Oberf lächenbereichs der Auf spannf läche angeordnet sind und dass an der Auf spannf läche mehrere benachbart zueinander angeordnete Oberf lächenbereiche ausgebildet sind . Hierdurch wird eine lokale unterschiedliche Druckbeauf schlagung bzw . Unterdruckbeauf schlagung von Bereichen der Siliziumscheibe ermöglicht , um hiermit eine vorteilhaf te Ansaugung der Sili ziumscheibe für die Durchführung des vorzunehmenden Bearbei tungsschritts gewährleisten zu können . Diese lokal unterschiedliche Überdruckbeauf schlagung bzw . Unterdruckbeauf schlagung für die Siliziumscheibe ist insbesondere dann von Interesse , wenn die Siliziumscheibe die ursprünglich zu Beginn der Bearbeitungsschritte für die Siliziumscheibe vorliegende Ebenheit verloren hat . Dies könnte beispielsweise durch zeitlich vorausgegangene Bearbeitungsschritte für die Silizi umscheibe hervorgerufen worden sein . In diesem Fall ist es vorteilhaf t , für eine möglichst f lächige und ebene Anlage der Siliziumscheibe an der Auf spannf läche eine zunächst lokal unterschiedliche und zeitlich koordinierte Ansteuerung der j eweiligen Ventilanordnungen und eine daraus resultierende lokal Überdruckbeauf schlagung oder Unterdruckbeauf schlagung für die j eweiligen Oberf lächenbereiche vorzusehen . In weiterer Ausgestaltung der Erf indung ist vorgesehen, dass aneinander angrenzende Oberf lächenbereiche überlappungsf rei ausgebildet sind . Dies bedeutet , dass Begrenzungen aneinander grenzender Oberf lächenbereiche vorzugsweise geradlinig oder mit konstanter Krümmung ausgebildet sind . Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass Begrenzungen aneinander angrenzende Oberf lächenbereiche mit variablem Krümmungsradius ausgebildet sind, wobei in diesem Fall davon ausgegangen wird, dass die Krümmung dieser Begrenzungen keine Wendepunkte auf - weist und somit keine Aussackungen eines Oberf lächenbereichs gegenüber einem benachbart angeordneten anderen Oberf lächenbereich vorliegen .

Besonders vorteilhaf t ist es , wenn die Ventilsteuerung für eine sequenzielle Ansteuerung der den j eweiligen Oberf lächenbereichen zugeordneten Ventilanordnungen in einer vorgegebenen Abfolge ausgebildet ist . Hierdurch wird angestrebt , dass die Siliziumscheibe trotz einer eventuellen für Krümmung vollf lächig an die Auf spannf läche angesaugt werden kann . Zur Durchführung dieser Maßnahme kann es vorgesehen sein, einen oder mehrere Oberf lächenbereiche mit Druckluf t zu versorgen, während andere der Oberf lächenbereiche in einer vorgegebenen Reihenfolge mit Unterdrück versorgt werden und abschließend auch die mit Überdruck versorgten Oberf lächenbereiche mit Unterdrück versorgt werden . Alternativ kann auch eine sequenti elle Unterdruckbeauf schlagung der Oberf lächenbereiche vorgesehen werden, ohne dass eine zeitweilige Überdruckbeauf schlagung einzelner Oberf lächenbereiche vorgenommen wird .

Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass für j eden der Oberf lächenbereiche eine Druckregelung oder Durchf lussregelung durchgeführt wird, womit eine auf die tatsächliche Geometrie der Siliziumscheibe angepasste Überdruckbeauf schlagung bzw . Unterdruckbeauf schlagung für j eden der Oberf lächenbereiche erzielt werden kann . Beispielhaf t kann ferner vorgesehen sein, dass für die Ansaugung der Siliziumscheibe zunächst radial weiter innenliegende Oberf lächenbereiche mit Unterdrück beauf schlagt werden, während weiter außen liegende Oberf lächenbereiche entweder drucklos gehalten werden oder gegebenenfalls mit Druckluf t für eine Überdruckbeauf schlagung versorgt werden . Im Zuge der weiteren Durchführung des Auf spann - Vorgangs werden auch diese radial weiter außen liegenden Oberf lächenbereiche mit Unterdrück beauf schlagt .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Oberf lächenbereiche kreis förmig oder kreisringförmig oder kreisringabschnittsförmig ausgebildet sind und in konzentrisch zueinander angeordneten Kreiszonen oder Ringzonen oder Ringabschnittszonen angeordnet sind . Hiermit kann für die typischerweise kreisförmig ausgebildete Siliziumscheibe eine sequenzielle , in radialer Richtung nach außen fortschreitende Unterdruckbeauf schlagung durch entsprechende Ansteuerung der zugeordneten Ventilanordnungen erzielt werden, um dadurch eine ebene Auf lage auch gekrümmter Siliziumscheiben auf dem Auf spanntisch zu gewährleisten .

Eine vorteilhaf te Aus führungs form der Erf indung ist in der Zeichnung dargestellt . Hierbei zeigt :

Figur 1 eine streng schematische Darstellung einer Auf spanneinrichtung für Siliziumscheiben mit einem Auf - spanntisch, einer Ventilanordnung sowie einer Ventilsteuerung,

Figur 2 eine Drauf sicht auf den Auf spanntisch gemäß der Fi gur 1 mit mehreren Oberf lächenbereichen, die von der zugeordneten Ventilsteuerung versorgt werden können, Figur 3 eine streng schematische Darstellung eines Aus schnitts des Auf spanntischs und mehrerer Ansaugkanäle mit zugeordneten Ansaugöf fnungen sowie den zugeordneten Sensoranordnungen, und

Figur 4 ein streng schematisches zeitliches Ablauf schema für eine Überdruckbeauf schlagung bzw . Unterdruckbeauf schlagung einer Siliziumscheibe .

Eine in der Figur 1 gezeigte Auf spanneinrichtung 1 dient zur Auf spannung und damit zur zeitweiligen Festlegung einer auch als Wafer bezeichneten, kreisförmig planparallel ausgebildeten Siliziumscheibe 4 , wie sie bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen eingesetzt wird .

Hierzu umfasst die Auf spanneinrichtung 1 einen Auf spanntisch 2 , der rein exemplarisch als kreisringförmige Platte ausgebildet ist und dessen Oberseite eine Auf spannf läche 3 bildet . Wie der teilweise geschnitten Darstellung der Figur 1 entnommen werden kann, sind in dem Auf spanntisch 2 eine Vielzahl von ersten Ansaugkanalabschnitten 17 ausgebildet , die die j eweils rein exemplarisch den Auf spanntisch 2 durchsetzen und im Bereich der Auf spannf läche 3 eine rein exemplarisch konus - abschnittsförmig ausgebildete Ansaugöf fnung 6 aufweisen . Jeder der Ansaugkanalabschnitte 17 im Auf spanntisch 2 steht über einen auch als Ansaugleitung 16 bezeichneten zweiten Ansaugkanalabschnitt 18 in f luidisch kommunizierender Verbindung mit einer Ventilinsel 14 . Dabei bilden der innerhalb des Auf spanntischs 2 ausgebildete erste Ansaugkanalabschnitt 17 und der außerhalb des Auf spanntischs 2 ausgebildete zweite Ansaugkanalabschnitt 18 einen Ansaugkanal 5 .

An der Ventilinsel 14 ist für j eden der Ansaugkanäle 5 eine nur schematisch dargestellte Fluidkupplung 8 angeordnet , von der sich ein Fluidkanal 13 bis zu einer Ventilanordnung 7 erstreckt .

Die Ventilanordnungen 7 in der Ventilinsel 14 sind über zugeordnete Verbindungsanschlüsse 43 , 44 mit einer Druckquelle 19 und mit einer Drucksenke 20 verbunden, um eine Bereitstellung eines Überdrucks sowie eine Bereitstellung eines Unterdrucks (gegenüber einem Umgebungsdruck) an j ede der Ventilanordnungen 7 zu ermöglichen . Die rein exemplarisch als 3/3 -Wege- Proportionalventile ausgebildeten Ventilanordnungen 7 können j eweils individuell für j eden der Ansaugkanäle 5 wahlweise eine Verbindung mit der Druckquelle 19 oder eine Verbindung mit der Drucksenke 20 herstellen oder können auch eine Sperrstellung einnehmen, bei der weder eine f luidisch kommunizierende Verbindung mit der Druckquelle 19 oder der Drucksenke 20 vorliegt .

Beispielhaf t sind die Ventilanordnungen 7 als elektromagnetisch gesteuerte Schieberventile ausgebildet . Alternativ können die Ventilanordnungen auch als f luidisch vorgesteuerte Schieberventile oder als Piezoventile , insbesondere als Pie- zobiegerventile , ausgebildet sein .

Jede der Ventilanordnungen 7 ist elektrisch mit einer Ventil steuerung 10 verbunden, bei der es sich beispielsweise um ei nen Mikroprozessor handeln kann, auf dem ein Computerprogramm zur Durchführung einer Ansteuerung der j eweiligen Ventilanordnungen 7 abläuf t . Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich zwischen einer Ventilanordnung 7 und der Ventil steuerung 10 elektrische Verbindungsleitungen 41 , 42 eingezeichnet . Tatsächlich sind sämtliche Ventilanordnungen 7 über zugeordnete elektrische Verbindungsleitungen mit der Ventil steuerung 10 verbunden, so dass die Ventilsteuerung 10 j ede der Ventilanordnungen 7 individuell ansteuern kann . Darüber hinaus ist j edem der Ansaugkanäle 5 eine Sensoranordnung 9 zugeordnet , die rein exemplarisch unmittelbar an der Ventilinsel 14 angeordnet ist . Die Sensoranordnung 9 umfasst , wie dies auch der Detaildarstellung der Figur 1 entnommen werden kann, einen Abschnitt des Ansaugkanals 5 , in dem eine Drosselblende 15 angeordnet ist , wobei beidseitig zur Dros selblende 15 j eweils ein Drucksensor , hier als erster Drucksensor 11 und ein zweiter Drucksensor 12 bezeichnet , angeordnet sind . Da die Geometrie des Ansaugkanals 5 sowie der Dros selblende 15 bekannt sind, kann anhand eines Dif ferenzdrucks , der durch Dif ferenzbildung zwischen einem elektrischen Sensorsignal des ersten Drucksensors 11 und einem elektrischen Sensorsignal des zweiten Drucksensors 12 in der Ventilsteuerung 10 bestimmt wird, ein Durchf luss im Ansaugkanal 5 bestimmt werden . Anhand des Vorzeichens des Dif ferenzdrucks kann ein Rückschluss auf eine Strömungsrichtung für den im Ansaugkanal 5 stattf indenden Fluidstrom vorgenommen werden .

Aus der Darstellung der Figur 2 ist zu entnehmen, dass an der Auf spannf läche 3 des Auf spanntischs 2 eine Vielzahl von Ansaugöf fnungen 6 ausgebildet ist . Ferner ist der Darstellung der Figur 2 zu entnehmen, dass die Ansaugöf fnungen 6 in mehreren Oberf lächenabschnitten 21 bis 29 angeordnet sind, die sich nicht gegenseitig überlappen . Hierbei ist vorgesehen, dass die Ansaugöf fnungen 6 des j eweiligen Oberf lächenabschnitts 21 bis 29 j eweils mit einem gemeinsamen, nicht dargestellten ersten Ansaugkanalabschnitt 17 kommunizierend verbunden sind, der innerhalb des Auf spanntischs 2 ausgebildet ist . Jeder der nicht dargestellten ersten Ansaugkanalabschnitte 17 ist seinerseits mit einem zweiten Ansaugkanalabschnitt 18 verbunden, der mit der zugeordneten Sensoranordnung 9 an der Ventilinsel 14 gekoppelt ist . Nur zur Illustration sind zwischen den einzelnen Oberflächenabschnitten 21 bis 29 jeweils gestrichelt gezeigte Begrenzungen 31 bis 39 eingezeichnet, mit denen die Geometrie der einzelnen Oberflächenabschnitte 21 bis 29 beschrieben werden kann .

Rein exemplarisch ist der erste Oberflächenabschnitt 21 als Kreisfläche mit einer kreisförmigen ersten Begrenzung 31 ausgebildet .

In radialer Richtung nach außen grenzen an den ersten Oberflächenabschnitt 21 beispielhaft vier jeweils gleichartig als Kreisringabschnitte ausgebildete zweite, dritte, vierte und fünfte Oberflächenabschnitte 22, 23, 24 und 25 an, die zusätzlich zur ersten kreisförmigen Begrenzung 31 von geradlinigen zweiten, dritten, vierten und fünften Begrenzungen 32, 33, 34 sowie 35 und kreisabschnittsförmigen sechsten, siebten, achten und neunten Begrenzungen 36, 37, 38, 39 begrenzt werden .

Weiterhin schließen sich an die zweiten, dritten, vierten und fünften Oberflächenabschnitte 22, 23, 24 und 25 jeweils kreisringabschnittsförmig ausgebildete sechste, siebte, achte und neunte Oberflächenabschnitte 26, 27, 28 und 29 an, die ebenfalls von den geradlinigen zweiten, dritten, vierten und fünften Begrenzungen 32, 33, 34, 35 sowie von den kreisab- schnittsf örmigen sechsten, siebten, achten und neunten Begrenzungen 36, 37, 38, 39 und von einer radial außenliegenden, kreisförmig ausgebildeten zehnten Begrenzung 40 begrenzt werden .

Da die Ansaugöffnungen 6 in jedem der Oberflächenabschnitte 21 bis 29 jeweils mit einem zugeordneten Ansaugkanal 5 fluidisch kommunizierend verbunden sind, der seinerseits mit der individuell zugeordneten Sensoranordnung 9 und der zugeordneten Ventilanordnung 7 fluidisch kommunizierend verbunden ist, kann die Ventilsteuerung 10 jede der Oberflächenabschnitte 21 bis 29 mit einem individuellen Unterdrück (gegenüber einer Umgebungsatmosphäre) oder einem individuellen Überdruck (gegenüber einer Umgebungsatmosphäre) versorgen.

Beispielhaft kann vorgesehen werden, die Ansaugöffnungen 6 in den unterschiedlichen Oberflächenabschnitte 21 bis 29 zeitlich versetzt mit Unterdrück zu beaufschlagen, um hierdurch eine vorteilhafte Ansaugung und Festlegung einer Siliziumscheibe 4 auf der Auf spannfläche 3 bewirken zu können.

Nachstehend wird rein exemplarisch eine Vorgehensweise zum Betrieb der Auf spanneinrichtung 1 beschrieben:

In einem ersten Schritt erfolgt eine Kalibrierung der Sensoranordnungen 9, die den jeweiligen Ansaugkanälen 5 zugeordnet sind. Hierzu erfolgt zunächst, insbesondere in sequenzieller zeitversetzter Abfolge, eine Beaufschlagung der den jeweiligen Oberflächenabschnitten 21 bis 29 zugeordneten Ansaugkanälen 5 mit dem von der Druckquelle 19 bereitgestellten Arbeitsdruck und eine Messung des hierbei an der jeweiligen Drosselblende 15 auf tretenden Differenzdrucks. Anhand des ermittelten Differenzdrucks erfolgt eine Berechnung des hieraus resultierenden Durchflusses im jeweiligen Ansaugkanal 5 in der Ventilsteuerung 10 sowie eine Speicherung des Durchflusses in einer nicht dargestellten Speichereinrichtung der Ventilsteuerung 10.

Nachdem für alle Oberflächenabschnitte 21 bis 29 die Überdruckbeaufschlagung vorgenommen wurde, erfolgt in einem zweiten Schritt eine Unterdruckbeaufschlagung für alle Oberflächenabschnitte 21 bis 29, wobei diese Unterdruckbeauf schla- gung vorzugsweise in sequenzieller und zeitversetzter Abfolge für die einzelnen Oberf lächenabschnitte 21 bis 29 durchgeführt wird . Hierbei erfolgt ebenfalls eine Messung des hierbei an der j eweiligen Drosselblende 15 auf tretenden Dif ferenzdrucks . Anhand des ermittelten Dif ferenzdrucks erfolgt eine Berechnung des hieraus resultierenden Durchf lusses im j eweiligen Ansaugkanal 5 in der Ventilsteuerung 10 sowie die Speicherung des Durchf lusses in der Speichereinrichtung der Ventilsteuerung 10 .

Durch diese beiden Kalibrierungsschritte ist für j eden der Ansaugkanäle 5 für die mit der Auf Spanneinrichtung 1 durchzuführende Auf spannung einer Siliziumscheibe 4 eine präzise Durchf lussermittlung möglich, so dass in Kenntnis der Anzahl von Ansaugöf fnungen 6 auch eine Aussage darüber getrof fen werden kann, welcher Unterdrück bzw . Überdruck im j eweiligen Oberf lächenabschnitt 21 bis 29 vorliegt .

Die vorgenannten Schritte werden typischerweise vor einer ersten Auf spannung einer Siliziumscheibe 4 durchgeführt . Ergänzend können diese Schritte auch in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen durchgeführt werden, um gegebenenfalls Veränderungen in den Durchf lusseigenschaf ten für die einzel nen Ansaugkanäle 5 bzw . in den Sensorsignalen der von den Drucksensors 11 , 12 bereitgestellten Sensorsignalen erkennen zu können . Hierzu ist es besonders vorteilhaf t , wenn eine Speicherung der j eweils ermittelten Durchf lusswerte zusammen mit einem Zeitstempel vorgenommen wird, so dass zu einem späteren Zeitpunkt eine Analyse eventuell auf tretender Veränderungen in den einzelnen Ansaugkanälen 5 und/oder den zugeordneten Ansaugöf fnungen 6 des j eweiligen Oberf lächenabschnitts 21 bis 29 durchgeführt werden kann . In einem dritten Schritt kann nunmehr eine Festlegung einer in der Figur 2 nicht gezeigten Siliziumscheibe 4 auf der Auf spannf läche 3 vorgenommen werden . Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Auf spannf läche 3 im Rahmen der für die Durchführung der Bearbeitung der Siliziumscheibe 4 erforderlichen Toleranzen als eben zu betrachten ist . Ferner wird hierbei davon ausgegangen, dass die Siliziumscheibe 4 auf grund von inneren Spannungen, die beispielsweise durch vorausgegangene Bearbeitungsprozesse hervorgerufen sein können, nicht plan auf der Auf spannf läche 3 auf liegt und beispiels weise eine konkave oder konvexe Krümmung ihrer kreisscheibenförmigen Oberf läche aufweist .

Um trotz einer Krümmung der Siliziumscheibe 4 eine zuverläs sige Festlegung an der Auf spannf läche 3 gewährleisten zu können, kann in einem dritten Schritt bei bereits auf der Auf spannf läche 3 auf liegender , j edoch noch nicht festgelegter Siliziumscheibe 4 , eine Durchf lussmessung für die einzelnen Oberf lächenabschnitte 21 bis 29 während einer Unterdruckbeauf schlagung dieser Oberf lächenabschnitte 21 bis 29 durchgeführt werden, um hiermit eine qualitative Ermittlung der Geometrie der Siliziumscheibe 4 zu ermöglichen . Hierbei wird davon ausgegangen, dass Oberf lächenabschnitte 21 bis 29 , bei denen verglichen mit der Durchf lussermittlung im vorausgegangenen zweiten Schritt keine oder nur eine geringe Durchf luss reduzierung vorliegt , einen größeren Abstand zur Auf spannf läche 3 aufweisen als Oberf lächenabschnitte 21 bis 29 , bei denen eine größere Durchf lussreduzierung oder möglicherweise ein vollständiger Verschluss sämtlicher Ansaugöf fnungen 6 des j eweiligen Oberf lächenabschnitts 21 bis 29 vorliegt .

Sobald die Ventilsteuerung 10 auf diesem Weg eine qualitative Bestimmung der Geometrie der Siliziumscheibe 4 vorgenommen hat , kann in einem nachfolgenden vierten Schritt eine geziel - te Unterdruckbeauf schlagung der einzelnen Oberf lächenabschnitte 21 bis 29 vorgenommen werden . Hierzu können in Abhängigkeit von der ermittelten Geometrie der Siliziumscheibe 4 unterschiedliche Strategien verfolgt werden .

Beispielhaf t kann vorgesehen werden, in einem fünf ten Schritt zunächst eine Unterdruckbeauf schlagung des ersten Oberf lächenabschnitts 21 durch eine entsprechende Ansteuerung der zugeordneten Ventilanordnungen 7 durch die Ventilsteuerung 10 vorzunehmen und hierbei eine Durchf lussregelung anhand der Sensorsignale der beiden Drucksensoren 11 , 12 für diesen ers ten Oberf lächenabschnitt 21 vorzusehen . Zur Unterstützung der Ansaugung der Siliziumscheibe 4 kann zusätzlich vorgesehen werden, für den sechsten bis neunten Oberf lächenabschnitt 26 bis 29 eine zumindest geringfügige Überdruckbeauf schlagung vorzusehen, um in dem Spalt zwischen der Siliziumscheibe 4 und der Auf spannf läche 3 einen vorteilhaf ten Luf tstrom hervorzurufen .

Beispielhaf t kann in einem sechsten Schritt vorgesehen werden, zusätzlich zur Unterdruckbeauf schlagung des ersten Oberf lächenabschnitts 21 eine Unterdruckbeauf schlagung des zwei ten Oberf lächenabschnitt 22 und des diagonal gegenüberliegenden vierten Oberf lächenabschnitts 24 durchzuführen .

Bei einem nachfolgenden siebten Schritt kann vorgesehen werden, die Überdruckbeauf schlagung des sechsten bis neunten Oberf lächenabschnitts 26 bis 29 abzuschalten und zusätzlich zu den Oberf lächenabschnitten 21 , 22 und 24 auch die Oberf lächenabschnitte 23 und 25 mit Unterdrück zu beauf schlagen .

In einem achten Schritt kann vorgesehen werden, auch eine Unterdruckbeauf schlagung des sechsten Oberf lächenabschnitt 26 und des achten Oberf lächenabschnitts 28 vorzunehmen und dann in einem neunten Schritt auch eine Unterdruckbeaufschlagung des 17 Oberflächenabschnitts 27 und des neunten Oberflächenabschnitts 29 herbeizuführen.

Es versteht sich, dass, insbesondere in Abhängigkeit von der ermittelten Geometrie der Siliziumscheibe 4, auch andere Vorgehensweisen für die Belüftung und Entlüftung der jeweiligen Oberflächenabschnitte 21 bis 29 möglich sind, um zu einer flächigen Anlage der Siliziumscheibe 4 an der Auf spannfläche 3 zu gelangen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für jeden der Oberflächenabschnitte 21 bis 29 in Abhängigkeit von Sensorsignalen der jeweils zugeordneten Sensoranordnung 9 eine individuelle Durchflussregelung oder eine durch Einbeziehung der jeweiligen Oberfläche des Oberflächenabschnitts 21 bis 29 ermöglichte, individuelle Kraftregelung durchgeführt wird.

Die Figur 3 zeigt rein schematisch mehrere Ansaugkanäle 5 mit zugeordneten Ansaugöffnungen 6, wobei jedem der Ansaugkanäle 5 eine Sensoranordnung 9 zugeordnet ist. An jeder der Sensoranordnungen 9 wird jeweils ein erster Druck pl, p3, p5 und jeweils ein zweiter Druck p2, p4, p6 ermittelt, wobei jeder dieser Drücke in nicht näher dargestellter Weise als elektrische Sensorsignal an die in der Figur 1 dargestellte Ventilsteuerung 10 bereitgestellt wird. In der Ventilsteuerung 10 werden für die in der Figur 3 gezeigten Sensoranordnungen 9 aus den jeweiligen Druckbeträgen pl und p2, p3 und p4 sowie p5 und p6 jeweils Differenzdrücke ermittelt, aus denen die Durchflüsse an den Drosselblenden 15 der Sensoranordnungen 9 ermittelt werden können. Ferner ist vorgesehen, dass in der Ventilsteuerung 10 unter Verwendung eines geeigneten Algorithmus und gegebenenfalls unter Verwendung von Parametern, die für die einzelnen Ansaugkanäle 5 sowie die in der Figur 3 nicht dargestellten Ventilanordnungen 7 ermittelt wurden, jeweils modellbasierte Drücke für die Ansaugöffnungen 6 errechnet werden können, die in der Figur 3 als Drücke pml, pm2 und pm3 angegeben sind.

Ferner ist in der Figur 3 ein Ausschnitt einer nicht maßstäblich gezeigten Siliziumscheibe 4 dargestellt, die auf den Auf spanntisch 2 aufgespannt werden soll und die beispielsweise aufgrund vorausgegangener Bearbeitungsprozesse eine erhebliche Oberflächenverkrümmung aufweist.

Um eine möglichst ebenen Auflage der Siliziumscheibe 4 auf den Auf spanntisch 2 zu erzielen, ist für die jeweiligen Ansaugkanäle 5 ein individueller Druckverlauf vorgesehen, wie er in der Figur 4 rein schematisch näher dargestellt ist.

Beispielhaft ist vorgesehen, dass an der Ansaugöffnung 6.1, an der der modellbasierte Druck pml von der Ventilsteuerung 10 ermittelt werden kann, zu einem Zeitpunkt tl eine Überdruckbeaufschlagung mit einem hohen Überdruckniveau vorgenommen wird. Ferner wird an der Ansaugöffnung 6.2, an der der modellbasierte Druck pm2 von der Ventilsteuerung 10 ermittelt werden kann, zum Zeitpunkt tl eine Überdruckbeaufschlagung mit einem mittleren Überdruckniveau vorgenommen. An der Ansaugöffnung 6.3, an der der modellbasierte Druck pm3 von der Ventilsteuerung 10 ermittelt werden kann, wird zum Zeitpunkt tl eine Unterdruckbeaufschlagung mit einem Unterdruckniveau vorgenommen. Durch diese Kombination von Überdruckbeaufschlagung und der Unterdruckbeaufschlagung wird einerseits eine Anhaftung des Siliziumscheibe 4 im Bereich der Ansaugöffnung 6.3 erzielt, während die Siliziumscheibe 4 in den Bereichen der Ansaugöffnungen 6.1 und 6.2 zunächst noch einen erheblichen Abstand gegenüber dem Auf spanntisch 2 aufweist. Die Unterdruckbeaufschlagung an der Ansaugöffnung 6.3 wird ab dem Zeitpunkt tl konstant aufrechterhalten und nachstehend nicht mehr erwähnt .

Zum Zeitpunkt t2 erfolgt an der Ansaugöffnung 6.1 eine Absenkung der Überdruckbeaufschlagung auf ein mittleres Überdruckniveau und an der Ansaugöffnung 6.2 eine Absenkung der Unterdruckbeaufschlagung auf ein geringes Überdruckniveau.

Zum Zeitpunkt t3 erfolgen an der Ansaugöffnung 6.1 und an der Ansaugöffnung 6.2 ein Wechsel zu einer Unterdruckbeaufschlagung mit einem geringen Unterdruckniveau.

Zum Zeitpunkt t4 erfolgt an der Ansaugöffnung 6.1 eine weitere Absenkung des Unterdruckniveaus auf ein hohes Unterdruckniveau während an der Ansaugöffnung 6.2 eine weitere Absenkung des Unterdruckniveaus auf ein mittleres Unterdruckniveau erfolgt .

Durch diese Abfolge unterschiedlicher über Druckniveaus und unter Druckniveaus soll eine Bildung von Luftkissen zwischen der Siliziumscheibe 4 und dem Auf spanntisch 2 vermieden werden. Ungeachtet der jeweils zur Anwendung kommenden Strategie hinsichtlich der Abfolge der Druckniveaus für die Überdruckbeaufschlagung und Unterdruckbeaufschlagung der jeweiligen Ansaugkanäle 5 ist für die zuverlässige Aufspannung des flexiblen Materials von Bedeutung, dass durch die Verwendung der modellbasierten Druckermittlung eine präzise Druckregelung für jede der Ansaugöffnungen 6 vorgenommen werden kann.