KR101687536B1 - 응축을 방지하는 보온용기형 척 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 이온 주입 중에 웨이퍼를 유지하기 위한 척을 둘러싸는 보온용기 층을 형성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보온용기 층은 클램핑 표면의 아래쪽에 위치되고, 그리고 진공 갭 및 그러한 진공 갭을 캡슐화하는 외측 케이싱을 포함한다. 냉각된 척과 보다 높은 온도의 프로세스 챔버 내의 분위기 사이의 열전달을 실질적으로 차단함으로써, 상기 보온용기 층은 프로세스 챔버 내의 척의 외부에 응축물이 생성되는 것을 차단하는 배리어를 제공한다.

Description

응축을 방지하는 보온용기형 척{NON-CONDENSING THERMOS CHUCK}
개략적으로 설명해서, 본원 발명은 반도체 프로세싱 시스템에 관한 것이고, 보다 구체적으로 기판을 클램핑하고 관련 열 에너지를 전달하기 위한 정전기 척을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼를 프로세싱하는 것은 최근의 미세전자 소자 제조에 있어서 일반적인 것이다. 플라즈마 프로세싱 및 이온 주입을 포함하는 그러한 프로세싱은 저압에서 실시될 수 있을 것이며, 이때 RF 또는 마이크로파 플라즈마, 또는 고-전력(power) 입자 비임이 웨이퍼로 전달되고, 프로세싱 동안에 웨이퍼에서 높은 온도를 생성한다. 그러나, 그러한 높은 온도(예를 들어, 통상적인 주입 경우에 100 ℃를 초과하는 온도, 그리고 다른 프로세스에서는 400 ℃까지의 온도)는 웨이퍼에 유해한 영향을 미칠 수 있다.
많은 프로세스들에서, 예를 들어 이온 주입에서의 100 ℃ 미만 또는 일반적인 경우의 400 ℃ 미만과 같은 소정 한계치 보다 낮게 웨이퍼 온도가 유지되는 한, 정밀한 온도 제어는 요구되지 않는다. 그러나, 이온 주입에서의 현재의 경향은 고전력 직렬(serial) 주입장치를 향하고 있으며, 그러한 주입장치는 일반적으로 열전달계수(HTC) > 200 mW/cm2C 의 냉각 그리고 ± 5% 이내의 온도 제어를 필요로 한다. 진보된 주입 및 웨이퍼 프로세싱 작업에서, 통상적으로 정밀한 온도 제어가 요구되고, 예를 들어 300 mm 웨이퍼에 걸친 열전달계수 균일도는 1% 이내로 유지될 필요가 있다. 그러한 프로세스는 예를 들어 500 mW/cm2C 정도로 높은 열전달계수 값을 가질 수 있다.
웨이퍼 온도 제어 및 반도체 프로세싱과 관련된 문헌에서는 얼마 전부터 정전기 척(ESCs)을 이용하고 있다. 통상적인 단일-극성(polar) 정전기 척이 도 1에 도시되어 있으며, 여기에서 정전기 척(10)은 웨이퍼(20)를 정전기력으로 정위치에서 유지한다. 웨이퍼(20)는 절연 층(40)에 의해서 전극(30)으로부터 분리된다. 전압(예를 들어, + 로 도시되어 있다)이 전압 공급원(50)에 의해서 전극(30)으로 인가된다. 전극으로 인가되는 전압은 웨이퍼(20)에서 정전기장(예를 들어, "-"로 도시된 바와 같음)을 생성하고, 그러한 정전기장은 웨이퍼(20)에서 동일하고 반대되는 전하(예를 들어, + 로 도시된 바와 같음)를 유도한다. 웨이퍼(20) 상의 정전기장은 웨이퍼와 정전기 척(10) 사이에서 정전기력을 생성한다. 결과적으로, 정전기력이 절연 층(40)에 대해서 웨이퍼(20)를 유지한다.
정전기 척을 이용할 때, 웨이퍼와 절연 층(40)의 접촉 표면(60) 사이의 접촉 전도에 의해서 웨이퍼(20)의 냉각이 제공될 수 있으며, 이때 절연 층은 냉각 웨이퍼 또는 냉각 매체에 의해서 냉각될 수 있을 것이다. 통상적으로, 웨이퍼(20)의 냉각은 일반적으로 정전기 척으로 인가되는 전압에 따라서 증대될 것이다. 그러나, 상당히 높은 전압이 웨이퍼에 유해한 영향을 미칠 수 있고(예를 들어, 입자 생성을 유발), 비용이 많이 소요되는 전력 공급 및 소비를 추가적으로 고려하여야 할 것이고, 또한 문제발생 비율이 더 높아질 것이다. 추가적으로, 정전기 척이 위치되는 프로세싱 챔버의 높은(warm) 온도 분위기와 정전기 척의 내부 온도 사이에 형성되는 온도 편차는 응축을 일으킬 수 있고, 성분 불량(component failure)을 유발할 수 있다.
진공 분위기에서, 종래의 정전기 척은 웨이퍼(20)와 절연 층(40) 사이에서 냉각 가스를 이용하며, 여기에서 절연 층(40)의 접촉 표면(60)은 절연 층 내로 가공된 복수의 돌기(도시하지 않음)를 포함하고, 냉각 가스가 잔류할 수 있는 영역을 제공한다. 통상적으로, 종래에는 세라믹 층을 가공하여 돌기들을 내부에 형성하였으며, 그러한 돌기는 비드 브래스팅(bead blasting)에 의해서 형성될 수 있다.
비록, 저온 이온 주입이 시도되고 있지만, 현재의 접근 방법은 많은 결함을 가지고 있다. 예를 들어, 진공 챔버를 저온 웨이퍼 및/또는 냉각된 척에 노출시키면 저온에서의 작동 중에 척 표면의 외부에 수분 또는 응축 물질(예를 들어, 물)을 초래할 수 있으며, 이는 결빙(icing)을 유발할 수 있을 것이다.
전술한 내용에 비추어 볼 때, 전술한 단점들 및 불합리한 점들을 극복한 것으로서 높은-처리량의 이온 주입장치를 위한 저온 이온 주입에 대한 해결책의 제공이 요구된다 할 것이다.
본원 발명의 일부 측면에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 이하에서는 간단한 요약을 제시한다. 이러한 요약은 광범위한(extensive) 설명이 아니다. 그러한 요약은 본원 발명의 범위를 제한하는 것도 아니고 중요한 또는 핵심적인 요소들을 규정하기 위한 것도 아니다. 그 목적은 이하의 보다 구체적인 설명에 대한 서두로서 단순화된 형태의 하나 또는 둘 이상의 개념을 제공하기 위한 것이다.
전체적으로, 본원 발명은 척의 외부에서 응축물이 발생하는 것을 방지하면서 반도체 기판을 가열 또는 냉각하기 위한 임의 타입의 기판/웨이퍼 척에 대한 클램핑 표면을 가지는 클램핑 플레이트를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 그러한 방법은, 반도체 기판을 유지하기에 적합한 모든 기계적 또는 전기적 척일 수 있는 척과 같은 지지 기구를 형성하는 것을 포함한다. 그러한 척은 기판의 후면과 접촉하는 지지 표면 또는 클램핑 표면을 포함할 수 있다. 그러한 방법은 또한 지지 기구를 캡슐화(incapsulate)하기 위한 보온용기 층을 형상하는 것을 포함하며, 그러한 보온용기 층은 지지 기구 주위로 단열 시일을 제공할 수 있고 그리고 프로세스 챔버 또는 종료(end) 스테이션에서 성분에 대한 결빙 및 응축물 형성을 방지할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 이온 주입 동안에 웨이퍼를 지지하는 척을 형성하는 방법이 척 주위로 단열 층을 형성하는 것을 포함한다. 척은 클램핑 표면과 같이 웨이퍼를 유지하기 위한 표면을 포함할 수 있으며, 단열 층은 웨이퍼를 지지하는 표면 아래쪽에서 척을 캡슐화한다. 단열 층은 알루미늄, 스틸 및/또는 세라믹 물질과 같은 외측 케이싱 또는 스킨을 포함한다. 외측 케이싱 또는 스킨은 보다 낮은 온도의 내측 표면 상에서의 응축을 방지하거나 상당히 차단하기 위해서 척과 케이싱 사이의 진공 갭을 추가로 캡슐화할 수 있을 것이다. 외측 케이싱 및 진공 갭은 단열 층을 함께 형성하고 그리고 응축물이 척의 외측에 생성되는 것을 방지하고 및/또는 이온 주입 중에 종료 스테이션 프로세싱 챔버 내에서 생성되는 것을 방지한다.
전술한 목적들 및 관련 목적들을 달성하기 위해서, 본원 발명은 이하에서 전체적으로 설명되고 특히 특허청구범위에 기재된 특징들을 포함한다. 이하의 기재내용 및 첨부 도면들은 특정의 예시적인 실시예를 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본원 발명의 원리가 채용될 수 있는 여러 방식들 중 소수만을 설명한 것이다. 다른 목적, 이점 및 신규한 특징들은 첨부 도면을 참조할 때 이하의 설명으로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 종래 기술의 정전기 척의 부분 단면도이다.
도 2는 본원 발명의 일 측면에 따른 예시적인 정전기 척의 시스템-레벨(level) 블록도이다.
도 3은 본원 발명의 일 측면에 따라 저온 이온 주입에 맞춰 변형될 수 있는 웨이퍼 지지 조립체의 부분 단면도이다.
도 4는 본원 발명의 일 측면에 따라 저온 이온 주입에 맞춰 변형될 수 있는 웨이퍼 지지 조립체의 부분 단면도이다.
도 5는 본원 발명에 따른 반도체-기본(based) 정전기 척을 형성하기 위한 예시적인 방법론을 도시한 흐름도이다.
본원 발명은 클램핑 척 및 상기 클램핑 척의 몇 가지 진보적인 특징들을 포함하는 클램핑 플레이트를 형성하기 위한 관련 방법에 관한 것이다. 특히, 본원 발명의 정전기 척은 웨이퍼 기판을 균일하게 냉각시킬 수 있는 능력을 향상시킨다. 따라서, 본원 발명은 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이고, 이때 동일한 도면부호는 유사한 요소들을 나타내기 위해서 사용되었다. 이들 측면들에 대한 설명은 단지 예시적인 것이고 그리고 그러한 설명이 제한적인 것으로 이해되지 않아야 할 것이다. 이하의 설명에서, 설명을 위해서, 청구 대상의 완전한 이해를 제공하기 위해서 많은 상세 사항들을 설명하였다. 그러나, 청구 대상은 이들 상세 사항이 없이도 실시될 수 있다는 것이 분명할 것이다.
본원 발명은 척의 외측 표면으로의 열 전달을 차단하기 위해서 웨이퍼 지지 조립체 또는 기판 척을 둘러싸는 단열 층을 통해서 종래 기술의 문제점을 극복한다. 단열 층은 저온 주입 설비들을 작동시킬 때 척의 외부에 응축물이 형성되는 것과 관련한 우려를 완화시킬 수 있다. 예를 들어, 지지 조립체가 냉각 시스템을 통해서 약 10 ℃의 온도 또는 그 보다 낮은 온도까지 냉각될 수 있을 것이다. 웨이퍼 지지 조립체는 웨이퍼 지지 조립체의 온도에 비해서 상당히 높은 온도를 가질 수 있는 종료 스테이션 또는 프로세싱 챔버 내에 존재할 수 있다. 결과적으로, 그러한 온도 편차는 척의 외부에서의 응축물 형성을 유도할 수 있고 그에 따라 결빙을 초래할 수 있으며, 따라서 시스템 상의 문제를 초래할 수 있다. 본원 명세서에 기재된 구조 및 기술은, 예를 들어, 정전기 척 및/또는 기계적 척과 같은 이온 주입 시스템을 위한 모든 타입의 기판/웨이퍼 지지 조립체에도 적용될 수 있을 것이다.
도 2는 본원 발명의 몇 가지 측면에 따라 도시된 정전기 척(200)을 포함하는 시스템(230)의 블록도이다. 비록, 정전기 척이 여기에 도시되어 있지만, 본원 명세서에 기재된 측면들은 반도체 기판으로 이온을 주입하기 위한 모든 기판 척 또는 지지 조립체에도 적용될 수 있을 것이며, 그에 따라 본원 발명은 특정 타입의 척 조립체로 제한되는 것이 아니라 할 것이다. 예를 들어, 웨이퍼를 클램핑하기 위한 기계적 척, 플래튼(platen) 조립체, 및/또는 전기적 척도 포함될 수 있을 것이다.
본원 발명의 예시적인 측면에 따라서, 정전기 척(200)을 제어하기 위한 시스템(230)은 전압 공급부(240)로 작동적으로 커플링된(operatively coupled) 제어기(235)를 포함할 수 있다. 이러한 제어기(235)는 전압 공급부(240)를 제어함으로써 정전기 척(200)의 전극(poles; 231A, 231B)으로 공급되는 전압(V)을 제어하도록 작동될 수 있으며, 그러한 전압은 전압에 의해서 유도되는 정전기에 기인한 것으로서 기판(205)에서 예상되는 클램핑력의 크기에 비례한다. 하나의 예에 따라서, 제어기(235)는 전압(V)을 높이거나 낮춤으로써 정전기 척(200)의 접촉 열전달계수(HTC)의 양을 추가적으로 제어할 수 있으며, 그에 따라 정전기력 및 그에 따른 클램핑력이 각각 증대되거나 감소된다. 전술한 예에 따라서, 도 2의 정전기 척(200)에 인가되는 전압(V)을 제어하는 것은 클램핑 플레이트(210)를 통한 열 전도의 양을 바람직하게 제어한다. 낮은 접촉 압력에서, 기판(205)은 여전히 클램핑 또는 고정되지만, 기판(205)과 정전기 척(200) 사이에서는 최소량의 열 에너지가 전달되며, 이때 척의 열적 부분(thermal portion)은 실질적으로 "오프(off)"가 된다. 큰 전압(V)(예를 들어, 약 600 볼트)이 정전기 척(200)에 인가될 때, 기판(205)과 클램핑 플레이트(210) 사이의 접촉 압력이 상당히 높아질 수 있고, 그에 따라 기판(205)과 클램핑 플레이트(210) 사이의 열전달계수가 급속히 증대되고, 그리고 기판을 가열 또는 냉각하기 위해서 척의 열적 부분을 효과적으로 "온"시킨다.
이러한 예에서, 제어기(235)는 정전기 척(200)에 인가되는 전압(V)을 신속하게 제어함으로써 접촉 압력을 제어하도록 작동될 수 있고, 그에 따라 정전기 척이 상태를 신속하게 변경할 수 있게 허용한다(예를 들어, 가열 조건으로부터 냉각 조건으로). 예를 들어, 제어기(235)는 정전기 척과 관련된 온도 센서(245)로부터 웨이퍼 온도 데이터(T)를 피드백하도록 추가적으로 작동될 수 있으며, 이때 전압 공급부(240)가 폐쇄-루프 피드백 장치에서 제어될 수 있을 것이다. 그 대신에, 제어기(235)는 소정 온도에 도달하였을 때 기판(205)과 정전기 척(200) 사이의 열전달계수를 전체적으로 제한하도록 작동될 수 있다.
다른 예시적인 측면에 따라서, 도 2의 시스템(230)이 하나 또는 둘 이상의 밸브(250A-250C)를 더 포함할 수 있고, 이때 하나 또는 둘 이상의 밸브는 하나 또는 둘 이상의 진공 펌프가 기판과 정전기 척 사이의 다양한 모드의 가스 열 전도도에서 냉각 가스(260)를 정전기 척(200)을 통해서 펌핑하도록 선택적으로 허용할 수 있게 작동될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 밸브(250A-250C)가 신속-작동 솔레노이드 밸브 또는 포핏 밸브와 같은 하나 또는 둘 이상의 자동 밸브(예를 들어, 밸브(250A)), 또는 소위 당업자에게 공지된 것과 같은 임의의 밸브도 포함할 수 있을 것이다.
다른 예시적인 측면에 따라서, 제어기(235)는 하나 또는 둘 이상의 진공 펌프(255A-255B), 가스 공급원(265), 전압 공급부(240), 및 하나 또는 둘 이상의 밸브(250A-250C)에 작동적으로 커플링될 수 있을 것이다. 이러한 예에서 정전기 척(200)에 인가되는 진공을 제어하는 것은 바람직하게 냉각 가스를 통한 열 전도의 양을 제어할 것이다. 그에 따라, 후면 압력을 제어할 수 있는 밸브(250A)는 정전기 척(100)이 상태를 신속하게 변경할 수 있게 허용한다(예를 들어, 가열 조건으로부터 냉각 조건으로). 그에 따라, 제어기(235)는 하나 또는 둘 이상의 자동 밸브(250)의 제어를 통해서 기판(205)과 정전기 척(200) 사이의 가스 압력을 제어하도록 추가적으로 작동될 수 있을 것이다. 정전기 척(200)은 소위 당업자에게 공지된 것과 같은 임의의 적절한 냉각 기구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체 냉각제가 웨이퍼(105)의 후면으로부터 과다한 열을 제거할 수 있는 냉각제 루프(도시하지 않음)를 통해서 유동할 수 있을 것이다.
이온 주입장치(도시하지 않음)에서의 이용에 대한 하나의 예로서, 60 keV의 비임 에너지 및 20 mA 의 비임 전류에서의 비소(As) 주입은 정전기 척(200) 및 웨이퍼(205)를 포함하는 종료-스테이션(도시하지 않음)으로 약 1200 W의 에너지를 전달할 수 있다. 이러한 이온 주입 프로세스 동안에, 웨이퍼(205)와 정전기 척(200) 사이의 온도 편차는 약 40 ℃ 일 수 있다. 예를 들어, 외부의 수냉식 열 교환기(도시하지 않음)에 의해서 20 ℃까지 냉각된 물의 유동이 일종의 파이프, 튜브 또는 채널을 통해서 0.6 gpm(분당 갤런)의 유량으로 정전기 척(200)으로 순환될 수 있다. 이러한 물의 유동은 물 온도가 상한선(예를 들어, 100 ℃, 그 이상에서는 웨이퍼를 마스킹하는 포토레지스트가 저하되기 시작하는 것으로 알려져 있다)을 초과하지 않도록 충분히 보장할 수 있을 것이다. 일부 경우에, 척이 낮은 온도(예를 들어 20 ℃ 미만)로 냉각된다. 이러한 상황에서 물질이 척에 응축될 수 있고 많은 문제를 초래할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 정전기 척(200)은 정전기 척(200)의 외부에 응축물이 형성되는 것을 방지하는 보온용기 층(203)을 더 포함한다. 그러한 보온용기 층(203)은 정전기 척을 캡슐화하여 척의 외측 표면으로 열이 전달되는 것을 차단한다. 그에 따라, 척은 보온용기 스킨 또는 외측 케이싱(213)을 포함할 수 있을 것이며, 그러한 외측 케이싱은 배리어(205)의 양 측부에 큰 온도차가 존재할 수 있도록 허용하기 위해서 정전기 척(200)을 둘러싸는 보온용기 응축 배리어(205)를 생성한다.
일 실시예에서, 보온용기 층(203)은 외측 스킨 및/또는 케이싱 그리고 그 내부에 형성된 진공 갭(207)을 포함한다. 진공 갭은 클램핑 플레이트(210) 아래쪽에서 척(200)의 외부를 둘러쌀 수 있다. 진공 갭(207)은 외측 케이싱(213)에 의해서 분리된 영역 내의 외부 제 2 진공으로부터 생성된 제 1 진공을 포함할 수 있다. 이러한 외부 케이싱은 오리피스(도시하지 않음)를 내부에 포함할 수 있고, 그에 따라 진공 갭 내의 제 1 진공이 외부의 제 2 진공에 의해서 생성될 수 있게 허용되며, 그러한 오리피스는 상당한 응축물이 통과하는 것을 방지할 수 있을 정도로 작을 것이다.
도 3은 이온 주입 동안에 웨이퍼를 지지하기 위한 일 실시예의 예로서 웨이퍼 지지 조립체(300)를 도시한다. 웨이퍼 지지 조립체(300)는 종료 스테이션 또는 진공 챔버(326) 내에서 그리고 그를 통해서 주입될 수 있을 것이다. 웨이퍼 지지 조립체(300)는 웨이퍼 지지 척(328), 그리고 하나 또는 둘 이상의 베어링 및/또는 조인트(도시하지 않음)를 통해서 함께 커플링될 수 있는 장착 지지 블록(308)과 같은 다른 장착 기구를 포함할 수 있다. 웨이퍼(327)가 이온 비임(도시하지 않음)으로부터 이온 주입을 수용하기 위해서 클램핑력에 의해서 웨이퍼 지지 척(328)에서 유지될 수 있을 것이다. 웨이퍼(327)는 정전기적으로 클램핑될 수 있고, 기계적으로 클램핑될 수 있으며 또는 당업자가 적합하다고 생각하는 다른 기구에 의해서 클램핑될 수 있을 것이다.
웨이퍼 지지 척(328) 또는 플래튼은 클램핑력을 생성하기 위한 세라믹 물질 내에 매립된 전극 부재(301)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 공급원(330)은 척(328)의 표면에 대해서 웨이퍼(327)의 배면을 클램핑하기 위한 전극 부재(301)를 통해서 정전기력을 생성하기 위해서 제공된다. 추가적으로, 냉각 시스템(도시하지 않음)이 웨이퍼 지지 조립체(300) 내에 포함되거나 또는 그러한 웨이퍼 지지 조립체(300)와 커플링될 수 있을 것이고 그리고 당업자가 적합하다고 생각하는 웨이퍼 지지 척(328) 냉각용 냉각 시스템을 포함할 수 있을 것이다. 웨이퍼(327)는 가스 공급원(332)에 의해서 생성된 후방면 가스를 통해서 웨이퍼 지지 척(328)으로 열을 전달할 수 있을 것이고, 그리고 통과하여 유동하는 냉각제(예를 들어, 액체 냉각제)가 과다한 열을 제거할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 척이 10 ℃ 내지 마이너스 80 ℃로 냉각될 수 있을 것이고, 또는 척 내에 응축물을 형성할 수 있을 정도로 낮은 온도로 냉각될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 보온용기 단열 층(314)은 웨이퍼(327)의 배면이 마주하는 척 표면 아래쪽의 배면에서 웨이퍼 지지 척(328)을 캡슐화한다. 도 2에 도시된 내용에서, 이는 표면의 좌측을 의미할 것이며, 척(328)의 배면을 캡슐화하는 것은 접촉 표면을 제외한 모든 곳을 의미할 수도 있을 것이다. 또한, 보온용기 단열 층(314)은 제 1 진공을 내부에 포함하는 진공 갭(306)을 포함하고, 그리고 진공 갭(306) 주위의 밀봉된 배리어를 포함하는 외측 스킨(312) 또는 외측 케이싱을 포함한다. 외측 스킨(312)은 알루미늄, 스틸 및/또는 세라믹 인케이싱을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 종료 스테이션(326) 내의 고진공이 제 2 진공이 될 수 있을 것이며, 그러한 제 2 진공은 진공 갭(306) 내에서와 같이 보온용기 단열 층(314) 내의 제 1 진공을 생성한다. 외측 스킨(312)은 종료 스테이션(326) 내의 진공이 진공 갭(306) 내의 제 1 진공을 생성할 수 있게 허용하는 작은 개구부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 종료 스테이션(326) 내의 제 2 진공은 약 10-3 내지 10-7 Torr, 예를 들어, 약 10-5 Torr인 챔버 내의 배경 압력을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 진공 갭(306) 내의 제 1 진공은 종료 스테이션(326) 또는 진공 펌프(332)로부터 생성된 다른 프로세싱 챔버 내의 제 2 진공으로부터가 아니라 독립된 진공 펌프(336)에 의해서 생성될 수 있을 것이다.
보온용기 단열 층(314)은 냉각된 척(328)을 절연시키고, 그리고 내용물(contents)과 분위기(예를 들어, 종료 스테이션 분위기) 사이의 단열을 제공하기 위해서 배기된 구역을 중간에 배치함으로써, 압력을 변화시킬 필요가 없이, 분위기 보다 더 고온으로 또는 더 저온으로 성분들을 유지한다. 제 1 진공은 단열을 위해서 이용되고; 내용물들은 반드시 진공 조건일 필요는 없다. 절연체로서 진공을 이용하는 것은 전도 또는 대류에 의한 열 전달을 방지할 수 있다. 또한, 은을 선택적으로 이용하는 Dewar 보온용기와 유사하게, 반사 코팅을 표면에 도포하여 복사 열 손실을 최소화할 수 있다.
진공 챔버 또는 종료 스테이션의 내외로 웨이퍼가 이동할 때마다, 갑작스런 약간의 공기 유입(small burst of air)이 있을 수 있을 것이다. 결과적으로, 포토레지스트로부터의 모든 종류의 생성물(products) 및 다른 외부의 가스배출 물질이 웨이퍼 자체로부터 유래할 수 있다. 진공 내의 압력은 낮으나, 특히 낮은 온도에서 작동될 때, 척 상에서 응축될 수 있는 많은 응축가능 물질이 존재할 것이다. 그에 따라, 보온용기 단열 층이 그러한 응축으로부터 척을 보호할 수 있을 것이다.
도 4는 웨이퍼(408) 내로 이온을 주입하기 위한 진공 챔버 또는 프로세스 챔버와 같은 진공 공간(402)을 둘러쌀 수 있는 종료 스테이션(400)을 도시한다. 웨이퍼(408)는 웨이퍼 홀더(412)에 의해서 고정 위치에 셋팅될 수 있을 것이며, 이때 내부의 전극(414) 및 냉각 유닛(도시하지 않음)이 웨이퍼 홀더(412)에 커플링될 것이다. 통상적으로, 웨이퍼 홀더(412)는 이동 또는 고정될 수 있는 장착 베이스(418)에 의해서 지지될 수 있고 그리고 예를 들어 정전기력에 의해서 정위치에서 웨이퍼(408)를 고정할 수 있는 고정형(fixed) 플래튼이다. 그 대신에, 웨이퍼 홀더가 기계적 시스템일 수도 있을 것이다.
웨이퍼(408)와 웨이퍼 홀더(412) 사이의 가스 열 전도도에 대한 다양한 모드에서 홀더를 통해서 냉각 가스를 펌핑하기 위해서 하나 또는 둘 이상의 진공 펌프(406)가 웨이퍼 홀더(412)에 커플링될 수 있을 것이다. 바람직하게, 이러한 예에서, 진공이 종료 스테이션(400)에 적용되어 냉각 가스를 통한 열 전도의 양을 제어할 수 있을 것이다. 그에 따라, 압력은 웨이퍼 홀더(412)가 상태를 신속하게 변할 수 있게 허용한다(예를 들어, 가열 조건으로부터 냉각 조건으로). 또한, 웨이퍼(408)와 웨이퍼 홀더(412) 사이에서 가스 압력을 공급하는 가스 펌프(410)를 통해서 가스 압력을 제어하기 위해서 진공 펌프(406)가 이용될 수 있을 것이다. 웨이퍼 홀더(412)는 당업자가 적합하다고 생각하는 임의의 적합한 냉각 기구를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 웨이퍼(408)의 배면으로부터 과다한 열을 제거할 수 있는 냉각제 루프(도시하지 않음)를 통해서 액체 냉각제가 유동할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 웨이퍼 홀더(412)는 웨이퍼(408)가 지지되지 않는 표면과 같은 웨이퍼 홀더(412)의 배면을 캡슐화하는 보온용기 단열 층(422)을 포함한다. 보온용기 단열 층(422)은 웨이퍼 홀더(412)의 배면을 종료 스테이션(400)으로부터 열적으로 절연시키는 외측 스킨 또는 케이싱(404)을 포함할 수 있다. 외측 스킨(408)은 배기 공간을 포함하는 진공 갭(420)을 추가로 캡슐화할 수 있다. 일 실시예에서, 외측 스킨(408)은 알루미늄, 스틸 및/또는 세라믹 인케이싱을 포함할 수 있다. 진공 갭(420)은 웨이퍼 홀더(412)를 종료 스테이션(400)의 나머지로부터 열적으로 절연시키고 그리고 그로부터 응축물이 형성되는 것을 방지하는 진공 공간일 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 외측 스킨(404)은 하나 또는 둘 이상의 작은 개구부 또는 오리피스(도시하지 않음)를 포함할 수 있고, 그러한 오리피스는 종료 스테이션(400) 내의 진공(402)으로부터 기원하는 진공 압력을 진공 갭(420)이 가질 수 있게 허용한다.
일 실시예에서, 종료 스테이션(400) 내의 고진공이 제 2 진공(402)이 될 수 있을 것이며, 그러한 제 2 진공은 진공 갭(420) 내에서와 같이 보온용기 단열 층(422) 내의 제 1 진공을 생성한다. 외측 스킨(408)은 종료 스테이션(400) 내의 진공이 진공 갭(420) 내의 제 1 진공을 생성할 수 있게 허용하는 작은 개구부(416)를 포함할 수 있다. 종료 스테이션(400) 내의 제 2 진공은 약 10-3 내지 10-7 Torr, 예를 들어, 약 10-5 Torr인 챔버 내의 배경 압력을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 진공 갭(420) 내의 제 1 진공은 종료 스테이션(402) 또는 프로세싱 챔버 내의 제 2 진공으로부터가 아니라 독립된 진공 펌프(도시하지 않음)에 의해서 생성될 수 있다.
도 5를 참조하여, 기판 웨이퍼 척/플래튼과 같은 웨이퍼 지지부를 제조하기 위한 예시적인 방법(500)이 이하에서 설명된다. 비록 방법(500) 및 본원 명세서에 기재된 기타 방법이 이하에서 일련의 작용 또는 이벤트로서 기재되어 있지만, 그러한 기재 내용은 그러한 작용이나 이벤트의 제시된 순서에 의해서 제한받지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본원 발명에 따라서, 일부 작용들은 기재된 것과 상이한 순서로 실시될 수 있을 것이고 및/또는 설명된 및/또는 도시된 것과 다른 작용 또는 이벤트와 동시에 실시될 수도 있을 것이다. 또한, 본원 발명에 따른 방법론을 실행하기 위해서 반드시 모든 단계들을 실시할 필요도 없을 것이다. 또한, 본원 발명에 따른 방법은 본원 명세서에서 설명되고 도시된 구조의 형성 및/또는 프로세싱과 관련하여 그리고 설명되지 않은 다른 구조와 관련하여 실시될 수 있을 것이다.
방법(500)은 단계(502)에서 시작되고, 단계(504)에서 기판을 클램핑하기 위한 지지 기구가 형성된다. 지지 기구는 이온 주입 프로세스를 위한 기판 또는 기판들을 유지하기 위한 임의의 지지 기구가 될 수 있을 것이다. 예를 들어, 지지 기구는 임의 타입의 냉각 기구에 의해서 내부에서 냉각되는 정전기 척 또는 기계적 플래튼을 포함할 수 있다. 단계(506)에서, 기판의 배면과 같은 기판에 접촉하는 표면 외부의 표면들 에서 지지 기구를 캡슐화하기 위해서 보온용기 절연 층이 형성된다. 일 실시예에서, 보온용기 층이 클램핑 표면 아래에 형성될 수 있다. 단계(508)에서 외측 케이싱 또는 외측 스킨을 먼저 형성함으로써 보온용기 절연 층이 형성될 수 있을 것이다. 외측 케이싱은 외측 케이싱과 지지 기구 사이에서 단계(510)에서 형성된 진공 갭을 캡슐화할 수 있다. 진공 갭 내에 진공이 존재할 수 있게 허용하기 위한 오리피스 개구부를 외측 케이싱이 포함할 수 있을 것이며, 그러한 진공은 지지 기구를 수용하는 챔버 내의 다른 진공으로부터 기원한다. 단계(512)에서 방법이 종료된다.
특정의 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 본원 발명을 도시하고 설명하였지만, 소위 당업자는 본원 명세서 및 첨부 도면으로부터 균등한 변형 및 변경 실시예들을 인식할 수 있을 것이다. 특히, 전술한 성분들(조립체, 장치, 회로 등), 그러한 성분을 설명하기 위한 용어("수단"에 대한 언급 포함)에 의해서 실행되는 다양한 기능들은, 다른 언급이 없는 한, 설명된 성분의 특정 기능을 수행하는 임의 성분들에 대응할 것이며(즉, 기능적으로 균등하다), 이는 본원 발명의 예시적인 실시예들에서의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 균등하지 않더라도 마찬가지일 것이다. 또한, 본원 발명의 특징들을 몇 가지 실시예들 중 하나와 관련하여 설명하였지만, 필요에 따라서 그리고 주어진 또는 특별한 적용을 위해서 그러한 특징이 다른 실시예의 하나 또는 둘 이상의 다른 특징들과 조합될 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 기판을 지지하고 그와 관련된 열 전달을 제어하기 위한, 이온 주입(ion implantation) 시스템의 진공 챔버 내의 기판 척(substrate chuck)으로서:
    이온 주입 동안에 기판을 유지하고 그리고 적어도 일차원으로(at least one dimension) 웨이퍼를 용이하게 이동시키기 위한 클램핑 표면을 포함하는 지지 기구(support mechanism);
    상기 지지 기구에 커플링된 냉각 기구(cooling mechanism); 및
    상기 클램핑 표면의 외측에서 기판 척을 캡슐화하는(encapsulate) 보온용기 층(thermos layer)을 포함하고;
    상기 보온용기 층은:
    상기 지지 기구의 외측을 둘러싸는 진공 갭; 그리고
    상기 진공 갭을 캡슐화하는 외측 케이싱(outer casing)을 포함하며;
    상기 보온용기 층이 상기 지지 기구 외측과 상기 지지 기구 사이에 진공 배리어(vacuum barrier)를 생성하고 그에 따라 상기 지지 기구의 벽들에서의 응축 및 상기 지지 기구의 벽들로의 열 전달을 방지하고,
    상기 지지 기구의 외측 케이싱이 오리피스(orifice)를 더 포함하고, 그리고 상기 진공 갭이 상기 진공 챔버 내에서 제 2 진공에 의해서 생성되는 제 1 진공을 포함하는,
    기판 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 갭은 상기 진공 챔버로 제 2 진공을 제공하는 제 2 진공 펌프로부터 독립된(separate) 제 1 진공 펌프로부터의 제 1 진공을 포함하는
    기판 척.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기구에서, 냉각 기구를 이용하여 지지 기구의 외측 표면 상에 응축물이 형성되는 것을 방지할 수 있을 정도로 냉각한 후에, 상기 보온용기 층 내의 온도가 일정한
    기판 척.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기구에 커플링된 냉각 기구는 상기 지지 기구를 기판 온도 보다 낮은 온도로 냉각하기 위한 지지 기구 내의 냉각 구조물들(cooling structures)을 포함하는
    기판 척.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 케이싱이 알루미늄 인케이싱(encasing), 스틸 인케이싱 또는 세라믹 인케이싱을 포함하는
    기판 척.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기구가 10 ℃ 내지 마이너스 80 ℃의 온도까지 냉각되는
    기판 척.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 척은 상기 보온용기 층에 의해서 캡슐화되는 정전기 척(electrostatic chuck)을 더 포함하는
    기판 척.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 케이싱은 상기 진공 갭으로부터 외측 챔버 내의 분위기(environment)로의 개구부를 제어하기 위한 밸브를 포함하는
    기판 척.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기구의 외측 표면 상에 응축물이 형성되는 것을 차단하도록 상기 보온용기 층은 지지 기구로부터 상기 지지 기구의 외측 표면으로의 열 전달을 감소시키고, 그리고 상기 보온용기 층은 0.1 mm 내지 10 mm의 두께를 가지는
    기판 척.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 케이싱은 이온 주입 중에 웨이퍼가 내부에서 유지되는 진공 챔버 내의 진공 공간으로부터 지지 기구를 분리하는
    기판 척.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 진공 및 상기 제 2 진공이 동등한(equal)
    기판 척.
  12. 표면 위에서 웨이퍼를 지지하고 그와 관련된 열 전달을 제어하기 위한 이온 주입 시스템의 웨이퍼 지지 척으로서:
    상기 표면의 아래에서 웨이퍼 지지 척을 캡슐화하는 보온용기 층을 포함하고,
    상기 보온용기 층은:
    상기 표면의 아래에서 상기 웨이퍼 지지 척의 외측을 둘러싸는 진공 갭; 그리고
    상기 진공 갭을 캡슐화하는 외측 케이싱을 포함하고,
    상기 진공 갭이 제 1 진공 영역 내의 제 1 진공을 포함하고 그리고 프로세스 챔버가 제 2 진공 영역 내의 제 2 진공 및 웨이퍼 지지 척을 포함하고, 그리고 상기 제 2 진공은 상기 보온용기 층 내의 오리피스를 통해서 상기 제 1 진공을 생성할 수 있는 압력을 가지는,
    웨이퍼 지지 척.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보온용기 층이 상기 웨이퍼 지지 척과 프로세스 챔버 사이에 보온용기 응축 배리어(thermos condensation barrier)를 포함하고 그에 따라 상기 웨이퍼 지지 척의 외측 및 프로세스 챔버에 대한 응축을 방지하며, 그리고 상기 웨이퍼 지지 척을 둘러싸는 보온용기 층의 배면(backside)에 위치된 오리피스 개구부를 더 포함하는
    웨이퍼 지지 척.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내에 응축물이 형성되는 것을 차단할 수 있도록 상기 보온용기 층은 상기 웨이퍼 지지 척으로부터 상기 프로세스 챔버로의 열 전달을 감소시키고, 그리고 상기 보온용기 층은 0.1 mm 내지 10 mm의 두께를 가지는
    웨이퍼 지지 척.
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