KR100583562B1 - 가동 이송가능한 정전 기판 홀더 - Google Patents

가동 이송가능한 정전 기판 홀더 Download PDF

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Abstract

각종의 사용 분야, 특히 반도체 산업에서의 웨이퍼의 취급을 위한 소위 가동 이송가능한 정전 기판 홀더(transfer-ESC's)의 각종의 구성을 개시한다. 그러한 가동 이송가능한 정전 기판 홀더에 의해, 무엇보다도 기존의 제조 과정에 잘 맞추는 것이 구현되고, 소자의 제조시에 수율 감소의 위험도 현격히 감소되게 된다.
정전 기판 홀더, 기판, 수납부, 패킹, 냉각 가스, 구멍, 천공부, 제거 핀, 접촉 핀

Description

가동 이송가능한 정전 기판 홀더{MOBILE TRANSPORTABLE ELECTROSTATIC SUBSTRATE HOLDER}
도 1a는 예컨대 플라즈마 식각용의 본 발명에 따른 완비된 정전 홀더 장치의 단면도,
도 1b는 도 1a와 유사하지만 그에 비해 90°회전된 예컨대 플라즈마 식각용의 본 발명에 따른 완비된 정전 홀더의 단면도,
도 2a는 예컨대 연마 및 폴리싱에 적합한 가동 정전 홀더에 대한 본 발명에 따른 조치를 평면도로 나타낸 도면,
도 2b는 도 2a의 단면도,
도 3a 내지 도3c는 가능한 한 누출 흐름을 적게 하려고 예컨대 플라즈마 식각을 위해 밀봉시킨 가동 정전 홀더를 평면도 및 단면도로 다양하게 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 또 다른 부분의 단면도, 및
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 부분 조치를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판(웨이퍼)
2 : 가동 정전 홀더
3 : 클램핑 링
4 : 밀봉 면
5 : 가스 냉각용 구멍
6 : 가동 정전 홀더의 고정 수납부(수납 장치)
7 : 제거 핀 또는 접촉 핀
8 : 제거 핀 또는 접촉 핀용 구멍
9 : 환형 천공부
10 : 구멍(진공에 의한 추가의 유지를 위한)
11 : 진공 수납부
12 : 냉각 가스 분포용 중심 구멍 또는 반경 방향 구멍
13 : 패터닝된 가스 분포용 표면
14 : 가스 냉각용 개재 공간
15 : 냉각 가스 흐름
16 : 액체 냉각
17 : 불균일하게 패터닝된 표면
18 : 균일하게 패터닝된 표면
19 : 격자 패턴(평면도로)
본 발명은 가동 이송가능한 정전 기판 홀더에 관한 것이다.
고정 정전 홀더(stationary electrostatic holder)는 수년 전부터 디스크형 도체 및 반도체 재료를 취급함에 있어 무엇보다도 반도체 산업의 제조 설비의 소위 웨이퍼용 홀더 장치로서 조작하는데 사용된다. 그 작동 원리는 다음과 같은 간행물에 상세하게 개시되어 있다: Shermann et. al.: semiconductor International V 20 Jul. 1997, 319-21; Olson et. al.: Rev. Sci. Instrum. 66 (2) Feb. 1995, 1108-14; Watanabe et. al.: Jpn. J. Appl. Phys. Vol (32) 1993, 864-71; Hartsough: Solid State Technology, Jan. 1993, 87-90.
그러한 원리를 소위 가동 이송가능한 정전 홀더 시스템으로 전환하는 방법이 EP 1 217 655 A1, US 2002/0110449 A1, 및 WO 02 11184 A1에 상세하게 개시되어 있는 바, 그들은 선행 기술을 대표한다.
그러한 방법을 실제로 가동 정전 조작으로 전환한 결과, 특히 반도체 기술용 포일형 재료(예컨대, 실리콘 웨이퍼)를 정전기에 의해 유지시키는 첫 번째의 가동 정전 홀더 장치(소위 Transfer-ESC's, 약칭하여 T-ESC's)가 개발되기에 이르렀다. 그에 관해서는 EP 1 217 655 A1을 참조하면 된다.
하지만, 첫 번째로 제안된 그 방안은 그러한 유형의 가동 정전 홀더(기판 홀더)에 요구되는 다수의 기술적 및 경제적 요건을 단지 불만족스럽게 충족시킬 뿐이다.
그것은 이송가능한 정전 기판 홀더가 무엇보다도 반도체 산업의 분야에서 웨이퍼를 가공하고 취급할 경우에 여러 사용 부문 및 공정 단계에 단지 덜 맞을 뿐이라는데 그 실상이 있다. 그러나, 예컨대 태양광 기술, 약제 기술, 및 오디오 기술 과 다른 중요한 산업 분야에서 얇은 기판, 특히 태양 전지, 필터, 메모리 매체를 취급할 경우에도 사정은 마찬가지이다. 그 경우에도 반도체 기술에서와 유사한 문제점이 발생된다.
따라서, 이하에서는 다른 산업 부문에서도 변함이 없이 다양하게 사용될 수 있는 특히 반도체 산업 분야용의 가동 이송가능한 정전 기판 홀더(T-ESC's)의 각종의 구성을 제시하기로 한다.
그러한 구성에 의해, 반도체 산업에서 무엇보다도 예컨대 소자의 파손 또는 기계적 파괴로 인한 수율 감소의 위험이 현격히 감소되게 된다.
가동 정전 기판 홀더의 두께(그에 관해서는 EP 1 217 655 A1을 참조하면 됨) 이외에, 또 다른 중요한 척도는 그 직경이다. 통상적으로, 반도체 산업에서는 상대적으로 부서지기 쉬운 웨이퍼, 예컨대 실리콘 또는 갈륨비소와 같은 다른 재료로 이뤄진 웨이퍼의 에지 파손의 위험을 최소화시키기 위해, 기판 홀더의 직경을 표준화된 웨이퍼(반도체 표준, 예컨대 M1.9-0699를 참조)의 직경과 동일한 크기로 하고, 예컨대 원형이거나 모서리(소위, 플랫, 해당 반도체 표준을 참조)를 갖는 현존의 웨이퍼 기하 형태와 거의 합치시켜 설계할 것을 제안하고 있다.
그러나, 플라즈마 식각과 같은 단일의 공정에서는 가동 정전 기판 홀더의 직경(원형의 둥근 기판, 경우에 따라서는 소위 플랫을 동반한 기판) 또는 외부 치수(예컨대, 다각형 기판에서의 에지 길이)를 웨이퍼에 비해 0.1 내지 30㎜만큼 줄이는 것이 중요하다. 그럼으로써, 한편으로 식각 제거를 적게 하더라도 웨이퍼의 파손 위험을 현격히 감소시킬 수 있는 에지 원형 형태가 생기게 되고, 다른 한편으로 이송되는 웨이퍼에 비해 현저히 작아진 가동 정전 기판 홀더로 인해 가동 정전 홀더 상에서의 파열 방전의 위험이 감소되어 플라즈마 중에서의 Transfer-ESC's의 급속한 침식이 방지되게 된다.
고정적으로 장착된 고정 정전 홀더 장치를 가동 정전 홀더를 유지시키는데 사용할 경우에는 가동 정전 홀더의 부착을 증진시키기 위해 고정 정전 홀더 쪽을 향한 측면을 금속(예컨대, 알루미늄, 니켈) 및/또는 반금속(예컨대, 실리콘)으로 국부적으로, 도처에서, 또는 전면적으로 코팅할 것을 제안한다. 필요할 경우, 그러한 코팅에는 부가의 전위가 인가될 수 있다. 즉, 단극 및/또는 다극 배면 전극이 생길 수 있다.
또 다른 방안은 자기 재료(예컨대, 페라이트)를 통째로 가동 정전 기판 홀더 중에 박아 넣거나 국부적으로, 도처에서, 또는 전면적으로 그러한 유형의 재료를 코팅하는 것이다. 그 경우, 그러한 재료는 자석을 구비한 대응 수납부(수납 장치)에 의해 자기적으로 유지되게 된다.
기판(예컨대, 웨이퍼)을 장전한 가동 정전 홀더를 기계적으로, 예컨대 그립퍼(gripper) 또는 클램핑 장치에 의해 조작하고/조작하거나 고정시키는 것이 필요한 다른 경우에는 국부적으로, 도처에서, 또는 모든 외부 기하 형태에 걸쳐 가동 정전 홀더를 이송하려는 기판(예컨대, 웨이퍼)보다 더 크게 설계할 것을 제안한다. 기판(예컨대, 직경이 300㎜인 웨이퍼)의 직경 또는 외부 치수에 있어서는 가동 정 전 홀더가 150㎜까지 더 클 수 있다. 그 경우, 약 150㎜까지의 돌출된 에지는 기판(예컨대, 웨이퍼)을 장전한 이송가능한 정전 홀더의 클램핑 또는 기계적 조작에 활용될 수 있다. 국부적으로, 도처에서, 또는 두루 둘러서 에지를 추가로 덮는, 예컨대 폴리아미드와 같은 플라스틱 또는 산화알루미늄과 같은 세라믹으로 이뤄진 클램핑 및 보호 링에 의해, 가동 정전 홀더의 돌출된 에지가 플라즈마 침식에 대해 효과적으로 보호될 수 있다(도 1a, 도 1b를 참조).
또한, 가동 정전 홀더를 기계적으로 클램핑하는 것은 처리 장치에 고정적으로 장착된 고정 정전 홀더에 비해 제조 장치의 효율을 현저히 상승시킬 수 있다(생산성 향상). 즉, 현 시점의 반도체 산업 분야에서는 다수의 제조 장치, 예컨대 플라즈마 식각용 장치가 통상 고정적으로 장착된 정전 홀더 시스템을 구비한다.
그와 관련하여, 기판(웨이퍼)의 흡인(충전) 및 해제(방전)를 위해 정전 홀더 시스템을 전기적(정전기적)으로 충전 및 방전하는 것이 선행 기술에 따른 고정 정전 홀더 장치의 경우에는 정전 홀더(경우에 따라, 소위 메모리 효과에 의해 지원됨)의 유전체에 사용되는 재료, 웨이퍼의 크기 및 치수에 따라 공정실마다 약 20초까지 지속될 수 있다. 그러나, 그러한 시간 집약적인 충전 및 방전 과정을 여기서 설명되는 가동 정전 홀더의 사용에 의해 제조 장치(예컨대, 플라즈마 설비)의 외부에서 행하고, 웨이퍼를 장전한 가동 홀더를 장치에 집어넣은 후에 그 내부에서 가동 정전 홀더를 클램핑에 의해 기계적으로 유지시키면, 매우 고가인 처리 장치의 단위 시간당 처리량이 약 5 내지 25%(공정 시간에 따라) 정도 상승될 수 있다. 즉, 클램핑 링 또는 클램핑 장치는 오래 전부터 공지된 형식으로, 예컨대 전동기, 공압 급송 장치에 의해 매우 신속하게 이쪽저쪽으로 이동될 수 있다. 그러한 기계적 클램핑 장치는 아직 공지되거나 반포되지 않은 고정 정전 홀더로서 이미 사용된 적이 있다. 그러나, 그것은 기판(예컨대, 웨이퍼)을 클램핑하지도 않고 여기서 설명되는 바와 같이 가동 정전 홀더를 클램핑하지도 않는다.
본 발명에 따라 처리하려는 웨이퍼는 클램핑 링으로 덮이지 않기 때문에, 처리될 수 있는 웨이퍼 표면의 크기는 고정 정전 홀더를 사용할 경우에서와 동일하다. 즉, 예컨대 예전의 클램핑 장치에서와 같이 클램핑 링으로 웨이퍼 표면을 덮음으로 인한 수율 손실이 생기지 않게 된다. 그럼으로써, 예전의 구조 형식의 순전한 기계적 클램핑 시스템에서처럼 입자가 발생되는 일이 늘어나지 않는다. 즉, 예전에는 무엇보다도 웨이퍼/클램핑 링의 인터페이스 또는 접촉 지점에서 클램핑 링의 개방 및/또는 폐쇄로 인해, 그리고 예컨대 플라즈마 중합체로 이뤄진 오염 층의 흩어짐으로 인해 바람직하지 않은 입자가 발생했었다.
그와 동시에, 본 발명에 따른 가동 정전 홀더의 사용에 의해, 처리되는 기판(웨이퍼) 당의 작업 재료(가스 등)의 소비가 현격히 감소되게 된다. 가동 정전 홀더는 제조 기술상으로 복잡한 고가의 고정 정전 홀더와 유사한 정도의 내구 수명을 얻을 수 있으면서도 훨씬 더 양호하게 제조될 수 있기 때문에, 유지비도 아울러 현저히 감소되게 된다.
기판(예컨대, 웨이퍼)의 치수를 넘어 돌출되는 가동 정전 홀더의 에지는 국부적으로, 도처에서, 또는 두루 둘러서 기판에 의해 덮인 구역보다 30㎜까지 더 두껍게, 그리고 10㎜까지 더 얇게 될 수 있다. 그러한 설계 특징은 예컨대 두께를 두껍게 한 경우에는 EP 1 217 655 A1에 개시된 바와 같이 보다 더 큰 크기의 축전기, 배터리, 및 복잡한 전자 부품을 가동 정전 홀더에 갖다 놓는 것을 가능하게 한다. 다른 한편으로, 보다 더 얇은 에지는 제조 장치 내에서의 가동 정전 홀더 시스템의 기계적 클램핑 및 센터링을 단순화시킨다.
물론, 예컨대 축전기, 전자 부품은 EP 1 217 655 A1에 설명된 바와 같이 잠정적으로 상시 존재하거나 항상 존재하지 않는 각종의 구조 형식의 하우징에 수납될 수도 있다. 즉, 예컨대 가동 정전 홀더의 가변적, 상시적, 또는 비상시적인 자동 또는 수동 조작, 전기적 재충전 및 방전이 소위 웨이퍼 캐리어에서 구현될 수 있게 된다.
반도체 산업의 분야에서는 특히 연마 및 폴리싱시에 매우 높은 전단력이 발생된다.
절삭 속도가 높을 경우에는 정전 유지력이 전술된 기계적 가공 공정에서의 웨이퍼 고정에 더 이상 충분하지 않은 일이 빈번하다.
따라서, 현 시점에서는 대부분의 경우 연마 및 폴리싱 장치에서, 그리고 다른 각종의 대기압 처리 장치에서도 웨이퍼의 고정 및 유지에 진공 홀더(진공 수납부)를 사용한다. 그 경우에는 진공 펌프에 의해 웨이퍼의 배면에 진공이 생성된다. 유지력은 그때마다의 압력차에 따라 약 0.1 N/㎟까지일 수 있다.
균일한 압력 분포(유지력 분포)를 구현하기 위해, 진공 홀더(진공 수납부, 웨이퍼 수납부)는 자주 균질한 다공 재료 또는 구멍이 뚫리거나 환형으로 천공된 디스크(도 2a, 도 2b를 참조)로 이뤄진다.
그러나, 가동 정전 홀더가 각각의 연마, 폴리싱, 또는 대기압 처리 장치(예컨대, 회전 식각이나 분산 사진 식각 장치)에 있는 진공 홀더(진공 수납부)와 필적하게 천공되면, 정전 유지력 이외에도 진공 홀더(압력차에 의거한)에 의해 생성되는 유지력의 대부분이 정압 홀더 상에 웨이퍼를 고정시키는데 사용될 수 있게 된다.
웨이퍼를 고정시키는 진공의 균일한 작용을 얻고, 예컨대 연마 에멀션, 회전 식각용 산소와 같은 액체의 침투를 방지하기 위해, 가동 정전 홀더가 웨이퍼 쪽을 향한 측면 및/또는 그 반대쪽 측면(도 2a, 도 2b를 참조)에서 패킹(밀봉 면)을 구비하도록 하는 것을 제안한다. 그러한 패킹은 예컨대 실리콘, 불소계 플라스틱과 같은 중합체 및/또는 적절한 금속을 기반으로 예컨대 전해 도금된 니켈 및//또는 금속 합금(특히 고온용)으로 이뤄질 수 있다.
그러한 패킹은 주로 가동 정전 홀더의 외측 구역(도 1a, 도 1b를 참조)에서 실시된다. 유사하게, 중합체 및/또는 금속 및/또는 금속 합금으로 이뤄진 추가의 패킹이 진공 수납부이 외측 구역에도 마련되어 가동 정전 홀더의 배면과 진공 수납부 사이의 개재 공간을 밀봉할 수 있다(도 2a, 도 2b에는 도시를 생략함).
가동 정전 홀더는 무엇보다도 기판(웨이퍼)의 연마, 폴리싱, 사진 식각, 및 습식 화학 세정을 위해 유리, 유리 세라믹, 세라믹 재료, 또는 반도체 재료로 이뤄질 수 있다. 즉, 가동 정전 홀더는 한편으로 반도체 산업에서 처리되는 재료(예컨대, 실리콘)와 유사한 기계 특성 및 물리 특성을 나타내어 예컨대 웨이퍼 연마(사전에 행해짐)용 연마 장치에서 필요한 평탄도 또는 평면 평행도에 있어 용이하게 교정될 수 있다. 다른 한편으로, 가동 정전 홀더는 주로 탁월한 절연체로 되거나 그와 상응하게 쉽게 개질될 수 있어 습식 매체 중에도 손실 전류가 작아지게 된다.
무엇보다도, 세라믹 또는 유리 다층 기법 및 특히 FoturanR로 공지된 사진 패터닝 가능한 유리의 사용이 정전 홀더의 제조시에, 특히 연마 및 폴리싱을 위해 매우 도움이 되는 것으로 판명되었다. 아울러, 유리의 사용에 의해, 예컨대 마이크로메카니컬(micro-mechanical) 소자용 보호 장치(포장)의 광학 조정에 적합한 투명 가동 정전 홀더가 제조될 수도 있게 된다.
또한, 인쇄 회로의 제조시에서와 같이, 예컨대 화학적으로 매우 내성이 있는 폴리이미드 포일의 사용에 의한 플라스틱 다층 기술을 플라즈마 식각, 회전 식각용, 및 이송용 가동 정전 홀더를 제조하는데 적용할 것을 권장할만하다.
전술된 바와 유사하게, 가동 정전 홀더는 플라즈마 식각, 가스 상으로부터의 플라즈마 보조 침착(PECVD), 플라즈마 보조 물리 침착(PVD)용으로서도 역시 각각의 표면의 구멍, 패킹, 밀봉 요소, 및 패턴을 구비할 수 있다.
즉, EP 1 217 655 A1에는 가동 정전 홀더를 예컨대 플라즈마 식각에 의한 처리 동안 공작물을 고정시키는데 사용할 수 있음을 개시하고 있다. 그러나, 지금까지 공지된 구성에서는 그 때에 냉각 장치로 인해 흔히 발생되는 공작물 또는 웨이퍼에 해로운 가열을 방지하는 조치를 취하지 못하고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 가동 정전 홀더의 또 다른 구성에서는 기판 홀더에 구멍 또는 천공부를 포함시키고, 그를 통해 예컨대 헬륨을 사용하여 가스 냉각시킴 으로써 웨이퍼의 가공 동안 발생되는 가열을 감소시킬 수 있게 된다. 그 경우, 구멍(전술된 내용에서는 물론 후술되는 내용에서도 구멍이란 용어는 항상 둥근 기하 형태뿐만 아니라 각이 지거나 타원형 등인 다른 기하 형태의 틈새 및 천공부를 의미함)을 통한 가스 흐름이 웨이퍼 쪽으로 안내되어 전술된 공작물과 가동 정전 홀더 사이의 가스 충전된 개재 공간이 생기게 된다.
냉각 가스가 예컨대 정전 홀더에 있는 주로 하나 이상의 중심 구멍으로부터 냉각 채널을 통해 웨이퍼 배면 쪽을 향한 가동 정전 홀더의 표면에 분포될 경우에 확실한 냉각 작용이 얻어지게 된다. 웨이퍼 배면 쪽을 향한 냉각 채널은 EP 0 948 042 A1 및 US 6 215 641 B1에 개시된 바와 같이 구성될 수 있다.
가동 정전 홀더의 구멍 또는 천공부는 필요한 냉각 가스의 사용 이외에 제거 핀, 센서, 및 접촉 핀을 웨이퍼에 반입하는데도 역시 필요하다.
제거 핀은 기판(웨이퍼)을 장전한 가동 정전 홀더를 고정 수납부로부터 및/또는 고정 수납부 상에 떼어내고 내려놓는 역할을 하거나, 그것이 또는 추가의 제거 핀이 구멍 또는 천공부를 통해 가동 정전 홀더를 통과하여 안내될 때에 수납부(수납 장치) 상에 고정된 가동 정전 홀더(도 1a, 도 1b를 참조) 상에서 웨이퍼를 떼어내고 내려놓은 역할을 한다. 그와 같이 떼어내는 것은 기판(웨이퍼)을 장전한 정전 홀더를 또는 기판(웨이퍼) 만을 로봇 암으로 붙잡아 이송할 수 있도록 하기 위해 행해진다. 동일한 방식으로, 센서, 예컨대 온도 프로브를 기판(웨이퍼) 또는 가동 정전 홀더의 배면에 반입하는 것이 가능하다. 또한, 접촉 핀은 필요한 경우에 가동 정전 홀더를 각각의 제조 장치 내에서 전기적으로 재충전하가 위해 가동 정전 홀더의 배면으로 안내될 수 있다. 제조 장치 내에서의 재충전은 무엇보다도 판명되어 있는 바와 같이 제조 장치 내에서의 가동 정전 홀더의 원하지 않는 방전을 강렬하게 조장할 수 있는 긴 공정 시간 또는 높은 온도(> 약 150℃)가 존재하는 경우에 필요하다.
가동 정전 홀더가 반도체 계열로 구성되어 소위 존슨-라흐벡 효과(Johnson-Rahbek effect)(또는 존슨-라흐벡 장치)가 사용될 경우에는 대체로 손실 전류가 매우 높아서 전술된 바와 같이 재충전이 제조 장치 내에서 행해져야 한다. 그럼으로써, 원하는 기능만을 흔히 확보할 수 있게 된다.
가동 정전 홀더가 제조 장치 또는 제조 환경 내에서 전기적으로 재충전될 수 있음으로써, 가동 정전 홀더와 각각의 고정 수납부(수납 장치)로 이뤄진 정전 홀더 시스템이 생기게 되는데, 그러한 정전 홀더 시스템은 필요한 경우에 다수의 고정 부품으로 이뤄져 고정적으로 장착되는 종래의 정전 홀더 시스템만큼 오랫동안, 그리고 그에 필적하게 작동될 수 있게 된다.
그러한 형식의 본 발명에 따른 2부품 또는 다부품 홀더 시스템은 예전의 종래의 구성에 비해 예컨대 플라즈마 식각용 진공 설비에서의 유지의 측면에서 대부분 첫 번째 부품으로서 마모된 가동 정전 기판 홀더를 웨이퍼용으로 마련된 로봇 암에 의해 교체함으로써 유지가 자동으로 이뤄질 수 있되, 그 때에 진공실을 열어 그것을 주위 대기에 통하게 할 필요가 없다는 장점을 갖는다. 그를 위해, 가동 정전 홀더는 가하 형태 및 치수에 있어 사용되는 웨이퍼와 유사하게 설계될 수 있고, 그에 따라 장치 시스템에 특정하게 맞춰질 필요가 없게 된다(EP 1 217 655 A1을 아 울러 참조).
종래의 구조 형식의 통상적인 시스템에서는 가동 정전 홀더 시스템을 통째로 분해 및 조립하고 안정된 작동 상태(특히, 안정된 진공)를 세팅하기 위한 유지에 통상 수 시간이 소요된다. 또한, 전술된 바와 같이, 가동 정전 홀더는 공지의 고정 정전 홀더 시스템보다 훨씬 더 저렴하게 제조될 수 있다.
접촉 핀은 그것이(가동 정전 홀더를 통한 구멍, 천공부로 인해)에 웨이퍼 배면에 접할 경우에는 웨이퍼 또는 기판을 전기적으로 방전하는데도 사용될 수 있다. 그러한 핀은 전술된 기능을 개별적으로만, 모두, 또는 다수로 구비할 수 있고, 예컨대 제거 핀, 접촉 핀, 및 센서용 캐리어로서 사용될 수 있다.
가동 정전 홀더를 관통부는 주로 냉각 가스가 공정실로 많이 배출되는 것을 방지하기 위해 추가의 패킹으로 둘러싸인다(도 1b를 참조).
바람직한 구성에서는 예컨대 웨이퍼 상에서의 냉각 작용을 개선시키기 위해 예컨대 실리콘, 불소계 플라스틱(예컨대, 불소계 탄성 중합체) 및/또는 금속(예컨대, 니켈) 및/또는 금속 합금(예컨대, 니켈/크롬 합금)으로 이뤄진 패킹이 가동 정전 홀더에 제공된다. 그러한 패킹은 웨이퍼 쪽을 향한 측면 및/또는 그 반대 측면에서 가동 정전 홀더 상에 장착될 수 있다(도 3a 내지 도 3c를 참조).
웨이퍼의 반대쪽을 향한 가동 정전 홀더의 측면 상에 장착된 패킹은 하나 이상의 패킹이 가동 정전 홀더의 수납부(수납 장치)에 장착된 경우에는 필요에 따라 생략될 수도 있다(도 3c를 참조).
가동 정전 홀더 및/또는 수납부(수납 장치)의 밀봉 표면의 폴리싱, 연마, 연 삭, 정밀 선삭, 또는 프레이즈반 절삭에 의해, 가스 밀봉성이 더욱 개선될 수 있다.
그럼으로써, 경우에 따라서는 국부적으로, 도처에서, 또는 전체적으로 각각의 압력 상황 및 주위 상황에 따라 패킹을 생략할 수 있다.
더욱 개선된 구성 형태는 도 4에 도시되어 있다. 그 경우, 냉각 가스(바람직하게는 헬륨)는 예컨대 흔히 탈이온수 또는 글리콜 혼합물로 냉각되는 가동 정전 홀더의 수납부(수납 장치)를 통해 전술된 홀더에 의해 형성된 개재 공간으로 예컨대 하나 이상의 환형 가스 구멍을 통해 도입된다. 헬륨은 우선 웨이퍼의 반대쪽을 향한 가동 정전 홀더의 배면을 냉각시킨다. 이어서, 냉각 가스는 예컨대 바람직하게는 중심 구멍 또는 다수의 구멍을 거쳐 웨이퍼와 가동 정전 홀더 사이의 개재 공간으로 도입된다.
그럼으로써, 웨이퍼의 배면이 효과적으로 냉각되게 된다.
가동 정전 홀더 및/또는 수납부(수납 장치)의 표면에 있는 가스 채널(도 3a를 참조)에 의해, 냉각의 효율이 더욱 향상될 수 있다.
필요한 경우에는 흡인 장치에 의해 냉각 가스가 웨이퍼의 외측 에지로 환류된다(도 4를 참조). 즉, 냉각 가스가 회수될 수 있고, 경우에 따라서는 이전의 냉각 후에 재사용될 수 있게 된다. 추가로 사용되는 패킹에 의거하여, 냉각 가스는 주위 공정실로 흐를 수 없어 예컨대 플라즈마 식각, 음극 분사(PVD, 스퍼터링) 시에 필요로 하는 공정 파라미터에 악영향을 미치지 않게 된다.
웨이퍼의 효과적이 냉각을 바람직하게는 가스에 의해 구현하려면, 가능한 한 넓은 냉각 표면이 필요하다. 그를 위해, 예컨대 웨이퍼의 반대쪽을 향한 가동 정전 홀더의 측면 및/또는 웨이퍼 쪽을 향한 가동 정전 홀더의 측면 및 고정 수납부(수납 장치)의 표면을 상응하게 패터닝할 것을 제안한다. 그러한 패터닝은 예컨대 연마, 톱질, 화학 식각, 레이저 절단(균일하게 패터닝되는 표면, 소위 정형 패터닝)에 의해 이뤄질 수 있거나, 예컨대 전술된 방법과 조합된 샌드블라스팅(sand blasting)에 의해 생성될 수 있다(불균일하게 패터닝된 표면, 소위 비정형 패터닝).
바람직한 패터닝은 균일한 격자 패턴(도 5a 내지 도 5c를 참조)을 나타낸다. 그와 같이 생성된 표면은 추가의 폴리싱 및/또는 연마, 기계 가공(예컨대, 연삭, 정밀 선삭, 프레이즈반 절삭)에 의해 교정된다. 그럼으로써, 패터닝된 표면의 우수한 평탄도 및 평면 평행도가 조성될 수 있게 된다.
도 1a는 예컨대 플라즈마 식각용의 본 발명에 따른 완비된 정전 홀더 장치의 단면도를 나타낸 것이다. 그 도면에서, 도면 부호"1"은 기판(웨이퍼)을, 도면 부호 "2"는 가동 정전 홀더를, 도면 부호 "3"은 가동 정전 홀더(2)를 고정시키는 클램핑 링(3)을 각각 지시하고 있다.
가동 정전 홀더(2)에 있는 환형 패킹(4)은 기판(웨이퍼)(1)의 가스 냉각용 가스가 옆으로 배출되는 것을 방지하기 위한 것이다.
가동 정전 홀더(2)용 제거 핀 또는 접촉 핀(7)을 위한 구멍의 둘레에 있는 추가의 패킹은 냉각 가스의 추가의 누출 흐름을 감소시킨다. 도면 부호 "5"는 가스 냉각용 구멍(여기서는, 예컨대 중앙에 형성됨)을 지시한다. 필요에 따라 냉각 또는 가열 장치, 냉각 가스용 관통부, 제거 핀과 전기 충전 및/또는 방전용의 적절한 접촉 핀, 및 센서가 마련되는 고정 수납부(수납 장치)(6)는 기판(웨이퍼)(1)을 장전한 가동 정전 홀더(2)를 수납한다. 제거 핀 및 접촉 핀(7)에 의해, 기판(웨이퍼)(1)을 고정적으로 유지시키는 가동 정전 홀더(2)가 고정 수납부(수납 장치)(6)로부터 떼어내어지거나 그 위에 내려놓여지고/내려놓여지거나 전기적으로 충전 또는 방전되게 된다.
도 1b는 도 1a와 유사하지만 그 도 1a의 단면도에 비해 90°회전된 예컨대 플라즈마 식각용의 본 발명에 따른 완비된 정전 홀더의 단면도를 나타낸 것이다. 그에 관한 설명은 도 1a에 대한 것과 거의 동일하고, 다만 여기에는 도시된 추가의 제거 핀 또는 접촉 핀(7)이 기판(웨이퍼)(1)의 떼어냄(내려놓음) 내지 전기 접촉(무엇보다도 방전용)에 사용될 뿐이다.
도 2a는 예컨대 연마 및 폴리싱에 적합한 가동 정전 홀더(2)에 대한 본 발명에 따른 조치를 평면도로 나타낸 것이다. 잘 알아볼 수 있도록 하기 위해, 여기서는 기판(웨이퍼)이 도시되어있지 않다. 가동 정전 홀더(2)에는 제거 핀 및 접촉 핀(8)용 구멍 이외에도 환형 천공부(9) 및 추가의 구멍(10)이 제공되어 진공 수납부(11)(도 2b를 참조)에 의해 생성된 진공을 정전 유지력과 더불어 기판(웨이퍼)(1)의 고정 및 유지에 사용할 수 있도록 하고 있다. 또한, 도 2a는 환형 패킹(4)을 도시하고 있다.
도 2b는 도 2a의 단면도를 나타낸 것이다. 여기서는, 잘 알아볼 수 있도록 하기 위해 재거 핀 또는 접촉 핀이 도시되어 있지 않다. 예컨대 세라믹 다공 재료 로 제조되는 진공 수납부(11)는 가동 정전 홀더(2)를 진공에 의해 유지시키고, 가동 정전 홀더(2)는 다시 기판(웨이퍼)(1)을 정전기에 의해, 그리고 생성된 진공에 의해 유지시킨다. 또한, 도 2b는 한편으로 진공에 해로운 누출 흐름을 가능한 한 낮게 유지시키고 다른 한편으로 연마제 및 폴리싱 제제와 경우에 따라 존재하는 액체(예컨대, 연마 에멀션)의 침투를 방지하는 환형 패킹(4)을 도시하고 있다. 아울러, 도 2b는 가동 정전 홀더(2)에 있는 예컨대 환형 천공부(9) 및 부가의 진공 유지에 필요한 구멍(10)도 도시하고 있다.
도 3a 내지 도3c는 가능한 한 누출 흐름을 적게 하려고 예컨대 플라즈마 식각을 위해 밀봉시킨 가동 정전 홀더(2)를 평면도 및 단면도로 다양하게 나타낸 것이다.
도 3a는 가동 정전 홀더(2)의 가스 채널에 의해 가스를 분포시키는 패터닝된 표면(13)을 평면도로 나타낸 것이다. 본 도면은 잘 알아볼 수 있도록 하기 위해 기판(웨이퍼)(1)을 생략하고 있다.
가동 정전 홀더(2)는 클램핑 링(3)에 의해 고정된다. 또한, 본 도면은 냉각 가스 분포용 중심 및 반경 방향 구멍(12), 패킹(4), 및 제거 핀 또는 접촉 핀(18)용 구멍을 도시하고 있다.
도 3b는 도 3a의 단면도를 나타낸 것이다. 여기서는, 패킹(4)이 가동 정전 홀더(2)에 박혀 있다. 그럼으로써, 한편으로 기판(웨이퍼)(1)의 배면은 물론 기판(웨이퍼)(1)의 반대쪽을 향한 가동 정전 홀더(2)의 측면과 제거 핀 또는 접촉 핀(7, 8)용 개개의 구멍이 밀봉되게 된다. 클램핑 링(3)은 가동 정전 홀더(2)를 고정시킨다. 가스 냉각용 구멍(5)은 고정 수납부(수납 장치(6)로 연장된다. 사용된 패킹(4)에 의해, 기판(웨이퍼)(1)과 가동 정전 홀더(2) 사이에는 물론 가동 정전 홀더(2)와 고정 수납부(수납 장치)(6) 사이에 기판(웨이퍼)(1)의 냉각에 아주 효과적인 밀봉된 개재 공간이 생성된다.
도 3c는 본 발명에 따른 또 다른 조치를 수반한 도 3a의 다른 단면도를 나타낸 것이다. 여기서의 설명은 도 3b에 대한 것과 거의 동일하다. 단지, 여기서는 가동 정전 홀더(2)의 고정 수납부(수납 장치)(6)에 패킹(4)이 박힌다는 점만이 다를 뿐이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 부분의 단면도를 나타낸 것이다. 가동 정전 홀더(2)는 클램핑 링(3)에 의해 수납부(수납 장치)(6) 상에 유지된다. 가동 정전 홀더(2)는 기판(웨이퍼)(1)을 고정시킨다. 가동 정전 홀더(2)와 고정 수납부(수납 장치)(6)에 박힌 패킹(4) 또는 밀봉 면에 의해, 역시 가스 냉각에 필요한 개재 공간(14)이 생성된다. 개재 공간(14)으로 진행되는 표시된 냉각 가스 흐름(16)과 고정 수납부(수납 장치)(6)에서의 액체 냉각(16)에 의해, 기판(웨이퍼)(1)의 효과적인 냉각이 구현되게 된다. 도시된 냉각 흐름(15)에 상응하는 냉각 가스의 폐쇄 순환 회로에 의해, 냉각 가스가 재사용될 수 있고, 필요한 경우에는 조절(냉각 또는 가열)될 수 있게 된다.
도 5a 내지 도 5c는 가동 정전 홀더(2) 및/또는 고정 수납부(수납 장치)(6)의 일 측면 또는 양 측면(기판(웨이퍼)(1)쪽을 향한 측면 및 그 반대쪽을 향한 측면)에 가능한 한 넓은 냉각 표면을 생성함으로써 냉각 가스의 냉각 작용을 개선시 키는 본 발명에 따른 부분 조치를 나타낸 것이다.
도 5a는 샌드블라스팅에 의해 생성된 불균일하게(비정형적으로) 패터닝된 표면(17)을 예시적으로 나타내고 있다. 그러한 표면은 도 5b에 따른 균일하게(정형적으로) 패터닝된 표면에 비해 대체로 더 큰 비 표면적을 갖고, 제조에 있어서도 경제적으로 더 유리하다.
그러나, 예컨대 재현될 수 있는 기계적 방법(예컨대, 프레이즈반 절삭, 톱질, 연마) 및 레이저 빔, 전자 빔에 의한 방사 방법 또는 화학적 방법(예컨대, 습식 식각 또는 건식 식각(플라즈마 식각))에 의해 제조될 수 있는 도 5b에 도시된 균일하게(정형적으로) 패터닝된 표면(18)은 도5a에 따라 처리된 표면에 비해 더 균질한 냉각 특성을 가능하게 한다.
도 5c는 패터닝에 의해 생성된 도 5a 및 도 5b에 따른 표면에 대해 얻고자 하는 격자 패턴을 평면도로 나타낸 것이다. 패터닝에 후속되는 과도 연마, 연마, 폴리싱, 프레이즈반 절삭, 또는 정밀 선삭에 의해, 처리된 표면의 도 5c에 따른 격자 구조가 얻어지고, 그에 따라 가동 정전 홀더(2)와 그 가동 정전 홀더(2a)의 고정 수납부(수납 장치)(6)의 우수한 평탄도 및 평면 평행도가 얻어지게 된다.
본 발명에 따른 가동 이송가능한 정전 홀더에 의해, 다른 산업 부문에서도 불변적으로 다양하게 사용될 수 있는 특히 반도체 산업 분야용의 가동 이송가능한 정전 기판 홀더가 제공되는 한편, 무엇보다도 반도체 산업에서 예컨대 소자의 파손 또는 기계적 파괴로 인한 수율 감소의 위험이 현격히 감소되게 된다.

Claims (23)

  1. 직경 또는 에지 길이가 국부적으로, 도처에서, 또는 전체적으로 0.1㎜ 미만의 정밀도를 갖는 기판(예컨대, 웨이퍼)의 그것과 일치되며, 홀더는 예컨대 기판에 작용하는 가동 정전 기판 홀더의 유지력을 진공 홀더로서의 동시적 사용에 의해 강화시키기 위해 한 개 이상의 구멍이 뚫리거나 한 번 이상 천공되는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  2. 직경 또는 에지 길이가 국부적으로, 도처에서, 또는 전체적으로 이송하려는 기판(예컨대, 웨이퍼)의 그것보다 0.1 내지 30㎜만큼 더 작으며, 홀더는 예컨대 기판에 작용하는 가동 정전 기판 홀더의 유지력을 진공 홀더로서의 동시적 사용에 의해 강화시키기 위해 한 개 이상의 구멍이 뚫리거나 한 번 이상 천공되는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  3. 직경 또는 에지 길이가 국부적으로, 도처에서, 또는 전체적으로 이송하려는 기판(예컨대, 웨이퍼)의 그것보다 0.1 내지 150㎜만큼 더 크고, 홀더는 예컨대 기판에 작용하는 가동 정전 기판 홀더의 유지력을 진공 홀더로서의 동시적 사용에 의해 강화시키기 위해 한 개 이상의 구멍이 뚫리거나 한 번 이상 천공되는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 이송하려는 기판(예컨대, 웨이퍼)에 의해 덮이지 않는 구역은 국부적으로, 도처에서, 또는 전체적으로 덮인 구역보다 30㎜까지 더 두껍게 또는 10㎜까지 더 얇게 될 수 있는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 홀더 또는 홀더용 수납부(수납 장치)에 기판 냉각을 위한 가스 통과용 구멍 또는 천공부 또는 제거 핀 또는 접촉 핀 또는 센서용 구멍 또는 천공부가 마련되는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  7. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 홀더는 접촉 핀에 의해 제조 장치 또는 기판(예컨대, 웨이퍼)의 내외에서 전기적으로 충전 또는 방전될 수 있는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  8. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 홀더는 제거 핀 또는 기판(예컨대, 웨이퍼)과 함께 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  9. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판(예컨대, 웨이퍼)의 반대쪽을 향한 홀더의 측면 또는 그 양측면 상에 또는 수납부(수납 장치)의 표면에 하나 이상의 가스 통과용 구멍(천공부)에 접속되어 냉각 가스 흐름을 안내할 수 있는 하나 이상의 채널이 마련되는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  10. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 홀더는 기판(예컨대, 웨이퍼)의 반대쪽을 향한 배면 또는 정면상에 하나 이상의 밀봉 면 또는 패킹(밀봉 요소)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  11. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 홀더는 예컨대 실리콘, 불소계 플라스틱과 같은 중합체, 금속(예컨대, 니켈) 또는 금속 합금(예컨대, 니켈/크롬 합금)으로 이뤄진 패킹을 중실로 또는 코팅의 형태로 국부적으로 또는 다수의 지점에 구비하는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  12. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판(예컨대, 웨이퍼)과 홀더 사이 또는 정전 홀더의 수납부(수납 장치)와 정전 홀더 사이에 냉각 가스에 의한 냉각에 적합한 하나 이상의 개재 공간이 존재하는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  13. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각 가스는 순환 회로에서 안내되어 재사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  14. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 홀더용 수납부(수납 장치)에는 밀봉 면 또는 패킹(밀봉 요소)이 박히는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  15. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판(예컨대, 웨이퍼)의 반대쪽을 향한 홀더 또는 그 수납부(수납 장치)의 정면 또는 배면은 톱질, 프레이즈반 절삭, 선삭, 연마, 또는 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 절단, 습식 식각, 플라즈마 식각, 샌드블라스팅에 의해 바람직하게는 격자 형태로 패터닝되어 가능한 한 넓은 냉각 가스용 냉각 표면을 얻도록 하는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  16. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판(예컨대, 웨이퍼)의 반대쪽을 향한 홀더 또는 그 수납부(수납 장치)의 정면 또는 배면은 연삭 또는 연마 또는 폴리싱 또는 프레이즈반 절삭 또는 선삭에 의해 가공되어 가능한 한 우수한 평탄도 및 평면 평행도를 생성하도록 하는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  17. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판(예컨대, 웨이퍼) 쪽을 향한 홀더의 측면 또는 그 반대쪽을 향한 홀더의 측면에 국부적으로, 도처에서, 또는 전체적으로 하나 이상의 자성 금속 또는 금속 합금 또는 반금속이 중실로 박히거나 홀더의 상기 측면이 국부적으로, 도처에서, 또는 전체적으로 그로써 코팅되는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  18. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판(예컨대, 웨이퍼) 쪽을 향한 홀더의 측면 또는 그 반대쪽을 향한 측면상에 하나 이상의 단극 또는 다극 전극이 마련되는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  19. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 홀더용 수납부(수납 장치)에 하나 이상의 자석이 박히는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  20. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 정전 홀더는 유리 다층 기술 또는 세라믹 다층 기술 또는 플라스틱 다층 기술에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  21. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 정전 홀더는 세라믹, 유리, 사진 식각 가능한 유리, 유리 세라믹, 반도체 재료, 또는 금속 및 금속 합금과 조합된 플라스틱으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  22. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 기판(예컨대, 웨이퍼) 쪽을 향한 홀더 또는 정전 홀더의 수납부(수납 장치)의 측면 또는 그 반대쪽을 향한 홀더 또는 정전 홀더의 수납부(수납 장치)의 측면은 연삭, 폴리싱, 연마, 프레이즈반 절삭, 선삭과 같은 정밀 가공에 의해 가공되어 높은 가스 밀봉성을 얻는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
  23. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 홀더는 상시적으로 또는 비상시적으로 급전, 전기 충전, 또는 전기 방전되는 것을 특징으로 하는 가동 이송가능한 정전 기판 홀더.
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