KR101849392B1

KR101849392B1 - 가열된 환형 척

Info

Publication number: KR101849392B1
Application number: KR1020137000266A
Authority: KR
Inventors: 윌리암 데이비스 이; 개리 엠. 쿡; 페리 제이.아이. 저스테센; 아쉬윈 푸로히트; 로버트 라트멜; 알란 디. 위드
Original assignee: 액셀리스 테크놀러지스, 인크.
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2018-04-16
Also published as: KR20130112022A; CN102934219A; JP5806300B2; JP2013534049A; WO2011155987A1; CN102934219B

Abstract

상이한 사이즈들을 갖는 제1 및 제2 워크피스들을 클램핑 디바이스에 고정하고 거기에 열적 컨디셔닝을 제공하기 위한 클램핑 디바이스 및 방법이 제공된다. 제1 워크피스와 연관된 직경을 갖는 정전 클램핑 플레이트는 클램프의 중앙 부분을 둘러싼다. 비-정전 중앙 부분은 환형체(annulus) 내에 히터를 제공하고, 여기서 중앙 부분은 제2 워크피스와 연관되는 직경을 갖는다. 워크피스 캐리어가 제공되며, 여기서 워크피스 캐리어는 히터 위에 제2 워크피스를 홀딩하도록 구성되며, 여기서 워크피스 캐리어의 직경은 정전 클램핑 플레이트 환형체와 연관된다. 환형체는 그것의 클램핑 표면에 제2 워크피스의 둘레 부분 또는 워크피스 캐리어를 정전기력으로 선택적으로 클램핑하며, 환형체에서, 환형체 또는 비-정전 중앙 부분에 대하여 제1 또는 제2 워크피스의 위치를 선택적으로 유지시킨다.

Description

가열된 환형 척 {HEATED ANNULUS CHUCK}

이 출원은 2010년 6월 8일자로 출원된, "HEATED ANNULUS CHUCK"라는 제목의 미국 가출원 일련 번호 제61/352,665호 및 2010년 6월 8일자로 또한 출원된, "HEATED ELECTROSTATIC CHUCK INCLUDING MECHANICAL CLAMP CAPABILITY AT HIGH TEMPERATURE"라는 제목의 미국 가출원 일련 번호 제61/352,554호의 이익 및 우선권을 주장하며, 상기 출원들 전부는 본 명세서에 완전히 설명된 것처럼 이에 의하여 참조에 의해 통합된다.

본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템들을 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 반도체 프로세싱 장비, 그리고 더욱 구체적으로 이온 주입 애플리케이션들에서의 사용을 위한 정전 환형체 및 가열된 중앙 부분을 갖는 정전 척과 관련된다.

정전 클램프들 또는 척들(ESC들)은 종종 이온 주입, 에칭, 화학적 기상 증착(CVD) 등과 같은 플라즈마-기반 또는 진공-기반 반도체 프로세스들 동안에 지지 또는 클램핑 표면에 관해 고정된 위치에 워크피스들 또는 기판들을 클램핑하고 유지시키기 위하여 반도체 산업에서 이용된다. 워크피스 온도 제어 뿐 아니라 ESC들의 정전 클램핑 능력들은 실리콘 웨이퍼들과 같은 반도체 기판들 또는 웨이퍼들을 프로세싱하는데 있어 상당히 가치가 있는 것으로 증명되었다. 통상적인 ESC는 예를 들어, 전도성 전극 또는 백킹 플레이트 위에 위치된 유전체 층을 포함하며, 여기서 반도체 웨이퍼는 ESC의 표면 상에 배치된다(예를 들어, 웨이퍼는 유전체 층의 표면 상에 배치됨). 반도체 프로세싱(예를 들어, 이온 주입) 동안에, 클램핑 전압은 통상적으로 웨이퍼와 전극 사이에 인가되고, 여기서 웨이퍼는 정전력들에 의해 척 표면에 기대어 클램핑된다.

몇몇 환경들에서, 상이한 사이즈의 워크피스들을 프로세싱하는 것이 바람직하다. 그러나 종래의 시스템들은 단일 사이즈 워크피스를 다루도록, 또는 가변 워크피스 사이즈들을 수용하기 위해 워크피스 클램핑 디바이스들을 교환하도록 설계된다. 더 나아가, 특정 애플리케이션들에 대한 프로세싱 동안에 워크피스의 원하는 가열 및/또는 냉각에 따라, 원하는 프로세싱을 달성하기 위하여 클램핑 디바이스에 대한 상당한 그리고 시간-소모적 변화들이 필요할 수 있다.

발명자들은 향상된 정전 클램프에 대한 필요성을 인식하며, 여기서 고온 프로세싱 및 저온 프로세싱 양자 모두는 워크피스 상에서 클램핑 힘을 적절히 유지시키고, 클램핑 디바이스들을 변화시킴으로써 야기되는 다운타임(downtime)을 최소화하면서, 다양하게 크기설정된 워크피스들을 수용하고 지지할 수 있는 단일 ESC를 통해 달성될 수 있다.

본 개시물은 반도체 프로세싱 시스템에서 다양한 사이즈의 워크피스들을 클램핑하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 제한들을 극복한다. 게다가, 본 발명은 반도체 프로세싱 시스템에서 다양한 사이즈의 워크피스들을 선택적으로 가열하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 제한들을 극복하며, 여기서 워크피스들은 정전력들, 기계력들, 또는 양자 모두에 의하여 클램핑 표면 상의 고정된 위치에 유지될 수 있다.

다음은 발명의 몇몇 양상들의 기본적 이해를 제공하기 위하여 발명의 간략화된 요약을 제시한다. 이 요약은 발명의 광범위한 개관이 아니다. 이것은 발명의 주요 또는 핵심 엘리먼트들을 식별하거나 또는 발명의 범위를 설명하도록 의도되지 않는다. 이것의 목적은 추후에 제시되는 더욱 상세한 설명의 서문으로써 간략화된 형태로 발명의 몇몇 개념들을 제시하는 것이다.

본 개시물은 일반적으로 공통 워크피스 클램핑 디바이스를 이용하는 워크피스들의 가열 및/또는 냉각을 추가로 제공하면서, 다양하게 크기설정된 워크피스들의 위치를 선택적으로 유지시키기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

그러므로 전술한 그리고 관련된 목적들의 달성을 위해, 발명은 이하에서 완전히 설명되고 특히 청구항들에서 지적된 피쳐들을 포함한다. 하기의 설명 및 첨부된 도면들은 발명의 특정 예시적 실시예들을 상세히 진술한다. 그러나 이들 실시예들은 발명의 원리들이 이용될 수 있는 다양한 방식들 중 몇몇을 표시한다. 발명의 다른 목적들, 장점들 및 신규한 특징들은 도면들과 함께 고려될 때, 발명의 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 개시물의 일 양상에 따른 예시적인 이온 주입 시스템의 개략도이다.
도 2는 개시물의 다른 양상에 따른 예시적인 스캔 암(scan arm)의 사시도이다.
도 3은 개시물에 따른 변화하는 사이즈들의 워크피스들을 클램핑하는 예시적인 클램핑 디바이스의 평면도이다.
도 4는 개시물의 다른 양상에 따른 예시적인 클램핑 디바이스의 평면도이다.
도 5는 개시물의 다른 예시적인 양상에 다른 환형 정전 척의 사시도이다.
도 6은 개시물의 다른 예시적 양상에 따른 환형 정전 클램프의 횡단면도이다.
도 7은 개시물의 다른 예에 따른 클램핑 디바이스에 클램핑되는 제2 워크피스의 평면도이다.
도 8은 제2 워크피스를 홀딩하는 예시적 캐리어의 부분적 횡단면도이다.
도 9는 제2 워크피스를 홀딩하는 다른 예시적 캐리어의 부분적 횡단면도이다.
도 10은 램프 히터들을 갖는 예시적 클램핑 디바이스의 횡단면도이다.
도 11은 저항성 히터들을 갖는 다른 예시적 클램핑 디바이스의 횡단면도이다.
도 12는 개시물의 다양한 양상들을 도시하는 예시적 클램핑 디바이스의 횡단면도이다.
도 13은 개시물의 다른 다양한 양상들을 보여주는 다른 예시적인 클램핑 디바이스의 확대된(blown-up) 사시도이다.
도 14는 개시물의 추가적 양상에 다른 다양한 사이즈의 워크피스들을 클램핑하기 위한 예시적 방법이다.

본 개시물은 동일한 정전 클램프를 사용하여 다양하게-크기설정된 워크피스들의 클램핑 및 온도 제어 양자 모두를 제공하는, 일반적으로 정전 클램프(ESC)(또한 정전 척으로도 불림)에 관한 것이다. 개시물은 반도체 프로세싱 시스템에서 다양한 사이즈의 워크피스들의 가열을 가능하게 하는 클램핑 메커니즘 및 방법에 추가로 관련되며, 여기서 워크피스들은 정전력들, 기계력들 또는 양자 모두에 의하여 클램핑 표면 상의 고정된 위치에 유지될 수 있다.

그에 따라, 본 발명은 도면들을 참고로 이제 설명될 것이며, 여기서 동일한 참조 번호들은 명세서 전반에 걸쳐 동일한 엘리먼트들을 지칭하는데 사용될 수 있다. 이들 양상들의 설명은 단지 예시적인 것이고, 이들은 제한의 의미로 해석되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 하기의 설명에서, 설명을 목적으로, 다수의 특정 세부사항들이 본 발명의 전반적 이해를 제공하기 위하여 진술된다. 그러나 본 발명은 이들 특정 세부사항들 없이도 실행될 수 있음이 본 기술분야의 당업자들에게 명백할 것이다.

이온 주입 시스템에서, 예를 들어, ESC는 이온 주입 및 프로세싱 동안에 클램핑 표면 상의 고정된 위치에 워크피스를 유지하기 위하여 그것의 클램핑 표면에 워크피스(예를 들어, 실리콘, 실리콘 탄화물, 게르마늄 및 갈륨 비화물 중 하나 또는 그 초과를 포함하는 반도체 웨이퍼)를 정전기력으로 클램핑하는데 이용된다. 워크피스의 이온 주입 및 프로세싱은 예를 들어, 워크피스의 이송 및 워크피스가 다양한 직진 힘(translational force)들로 처리되는 것을 수반할 수 있다.

본 개시물에 따라, ESC는 100mm 내지 150mm의 직경, 300mm에 달하는 직경 또는 그 초과의 사이즈에서 변화하는 반도체 웨이퍼들과 같은 다양한 사이즈의 워크피스들을 홀딩 및/또는 클램핑하도록 구성된다. 실로, 상업적 로드맵들은 직경이 450mm로 스케일링되는 다음 세대의 반도체 웨이퍼 사이즈들을 고려한다. 더 나아가, 발명자들은 웨이퍼로 열적 에너지를 인가하기 위해 및/도는 웨이퍼로부터 열적 에너지를 제거하기 위해 ESC의 열적 특성들을 변경하는 능력에 대해 존재하는 필요성을 인식한다. 워크피스로의 열적 에너지의 인가는 예를 들어, 선택적으로 워크피스의 사이즈에 적어도 부분적으로 기반한다. 본 발명은 바람직하게 동일한 정전 척을 이용하는 가변적 또는 다양하게 크기설정된 워크피스들을 프로세싱하도록 구성되는 예시적 정전 척을 제공한다. 더 나아가, 작은 및/또는 큰 워크피스들의 선택적인 가열 및/또는 냉각은 그것의 구성에 기반하여, 동일한 정전 척 상에 수용된다. 예를 들어, 본 개시물의 정전 척은 다양한 프로세싱 사이클들 동안에 더 큰-직경의 워크피스들의 선택적 냉각 및 클램핑 뿐 아니라 작은-직경 워크피스들의 선택적 가열 및 클램핑을 제공한다.

이제 도면들을 참고하여, 본 발명의 예시적 일 양상에 따라, 도 1은 예시적인 이온 주입 시스템(100)을 예시하며, 여기서 이온 주입 시스템은 워크피스(102)(예를 들어, 이온 빔(104)에 관해 워크피스(102)(예를 들어, 실리콘, 실리콘 탄화물, 게르마늄 및 갈륨 비화물 중 하나 또는 그 초과를 포함하는 반도체 기판 또는 웨이퍼)를 스캔하도록 동작가능하여, 이온 주입 시스템에서, 워크피스로 이온들을 주입한다. 정전 클램프(105)(또한 정전 척 또는 ESC로도 불림)는 일반적으로 아래에서 더욱 상세히 논의될 바와 같이, 거기에 워크피스(102)를 클램핑한다. 상기 진술된 바와 같이, 본 발명의 다양한 양상들은 도 1의 예시적인 이온 주입 시스템(100)을 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 임의의 타입의 반도체 프로세싱 장치 또는 시스템과 공동으로 구현될 수 있다.

예시적인 이온 주입 시스템(100)은 예를 들어, 단자(106), 빔라인 어셈블리(108), 및 일반적으로 프로세스 챔버(112)를 형성하는 종단국(110)을 포함하며, 여기서 이온 빔(104)은 일반적으로 워크피스 로케이션(114)에 위치되는 워크피스(102)에서 지향된다. 단자(106)의 이온 소스(116)는 추출된 이온 빔(120)(예를 들어, 분화되지 않은 이온 빔)을 빔라인 어셈블리(108)에 제공하기 위하여 파워 서플라이(118)에 의해 전력이 공급되며, 여기서 이온 소스는 소스 챔버로부터 이온들을 추출하기 위하여, 그리고 그에 의해 추출된 이온 빔을 빔라인 어셈블리(108)를 향해 지향시키기 위하여, 하나 또는 그 초과의 추출 전극들(122)을 포함한다.

빔라인 어셈블리(108)는 예를 들어, 소스(116)에 인접한 입구(126) 및 종단국(110)에 인접한 출구(128)를 갖는 빔가이드(124)를 포함한다. 빔가이드(124)는 예를 들어, 추출된 이온 빔(120)을 수용하고 쌍극자 자계를 생성하여, 리졸빙 개구(132)를 통해 워크피스(102)로 그것의 적절한 에너지-대-질량 비 또는 범위의 이온들만을 전달하는, 질량 분석기(130)(예를 들어, 질량 분석 마그넷)를 포함한다. 질량 분석기(130)를 통과하고 리졸빙 개구(132)를 빠져나간 이온들은 일반적으로 그것의 원하는 에너지-대-질량비 또는 범위의 이온들을 갖는 질량 분석된 또는 원하는 이온 빔(134)을 정의한다. 이온 빔이 원하는 빔 경로(136)를 따라 워크피스(102)로 이송될 때, 이온 빔(104)을 유지시키고 이온 빔(104)에 접하도록(bound), 빔라인 어셈블리(108)와 연관되는 다양한 빔 형성 및 성형(shaping) 구조들(미도시)이 추가로 제공될 수 있다.

일 예에서, 원하는 이온 빔(134)은 워크피스(102)를 향해 지향되고, 여기서 워크피스는 일반적으로 종단국(110)과 연관되는 워크피스 스캐닝 시스템(138)을 통해 위치된다. 도 1에 예시된 종단국(110)은 예를 들어, 진공 프로세스 챔버(112) 내에 워크피스의 기계적 스캐닝을 제공하는 "직렬" 타입의 종단국을 포함할 수 있으며, 여기서 워크피스(102)(예를 들어, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널 또는 다른 워크피스)는 워크피스 스캐닝 시스템(138)을 통해 하나 또는 그 초과의 방향들로 빔 경로(136)를 통하여 기계적으로 병진운동된다(translate). 본 발명의 예시적 일 양상에 따라, 이온 주입 시스템(100) 일반적으로 정적인 것으로서 원하는 이온 빔(134)(예를 들어, "스팟 빔" 또는 "펜슬 빔(pencil beam)"으로서 또한 지칭됨)을 제공하며, 여기서 워크피스 스캐닝 시스템(138)은 일반적으로 정적인 이온 빔에 대하여 2개의 일반적으로 직교하는 축들로 워크피스(102)를 병진운동시킨다. 그러나 배치(batch) 또는 다른 타입의 종단국들이 대안적으로 이용될 수 있으며, 여기서 다수의 워크피스들(102)이 동시에 스캐닝될 수 있고, 그러한 종단국들은 본 발명의 범위 내에 들어가는 것으로 간주됨이 유념되여야 한다.

다른 예에서, 시스템(100)은 워크피스(102)에 관해 하나 또는 그 초과의 스캔 평면들을 따라 이온 빔(104)을 스캔하도록 동작가능한 정전 빔 스캐닝 시스템(미도시)을 포함할 수 있다. 그에 따라, 본 발명은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로서 임의의 스캐닝된 또는 비-스캐닝된 이온 빔(104)을 추가로 고려한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 워크피스 스캐닝 시스템(138)은 스캔 암(140)을 포함하고, 여기서 스캔 암은 이온 빔(104)에 대하여 워크피스(102)를 상호적으로(reciprocally) 스캐닝하도록 구성된다. 이온 주입 시스템(100)은 예를 들어, 제어기(150)에 의하여 추가로 제어되며, 여기서 이온 주입 시스템 및 워크피스 스캐닝 시스템(138)의 기능은 제어기를 통해 제어된다.

개시물에 따라, 예시적인 ESC(105)는 그것의 클램핑 표면(152)에 워크피스(102)를 정전기력으로 홀딩하는데 이용된다. 일 예에 따라, 워크피스 스캐닝 시스템(138)은 도 2에 예시된 바와 같이 스캔 암(154)을 포함하며, 여기서 ESC(105)는 스캔 암에 동작가능하게 커플링된다. 예를 들어, ESC(105)는 스캔 암(154)에 회전가능하게 커플링되며, 여기서 ESC는 제1 축(156) 주위에서 회전하도록 구성된다. 스캔 암(154)은 예를 들어, 일반적으로 제2 축에 수직한 제3 축(160)을 따르는 것과 같이 병진운동할 뿐 아니라, 제2 축(158) 주위에서 회전하도록 추가로 구성된다. 그러므로 스캔 암(154)은 이온 빔(134)을 통해 도 1의 워크피스(102)를 선택적으로 병진운동시키고 및/또는 회전시키도록 구성된다.

개시물의 예시적 일 양상에 따라, 도 1 및 2의 ESC(105)는 도 3에 상세히 예시되는 예시적인 클램핑 디바이스(200)를 포함한다. 도 3의 클램핑 디바이스(200)는 예를 들어, 이하에 추가로 논의될 바와 같이, 프로세싱 동안에 워크피스(들)의 가변적 열적 컨디셔닝을 추가로 제공하면서, 도 1 및 2의 가변적으로-크기설정된 워크피스들(102)을 클램핑하도록 구성된다. 도 3의 클램핑 디바이스(200)를 통한 그것의 클램핑 동안에 워크피스(들)의 프로세싱은 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 이온 주입 시스템(100) 또는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템을 통한 이온 주입을 포함하며, 여기서 가변적으로-크기설정된 워크피스들의 클램핑이 바람직하다.

도 3에 예시된 바와 같이, 클램핑 디바이스(200)는 예를 들어, 제1 모드에서 클램핑 디바이스에 제1 사이즈(204)(예를 들어, 300mm의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼)의 제1 워크피스(202)를 선택적으로 클램핑하고, 제2 모드에서 클램핑 디바이스의 클램핑 표면(210)에 대하여 제2 사이즈(208)(예를 들어, 점선들로 예시된, 150mm의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼)의 제2 워크피스(206)를 클램핑하도록 구성된다. 본 예에서, 제1 워크피스(202)의 제1 사이즈(204)는 제2 워크피스(206)의 제2 사이즈(208)보다 크다. 다른 예에서, 제1 워크피스(202)는 150mm 실리콘 웨이퍼를 포함하는 한편, 제2 워크피스(206)는 100mm 실리콘 탄화물 워크피스를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 도 4에 더욱 상세히 예시되는 바와 같이, 클램핑 디바이스(200)는 예를 들어, 환형체(212) 및 환형체에 의하여 둘러싸이는 중앙 부분(214)을 포함한다. 이하에서 추가로 상술될 바와 같이, 환형체(212)는 예를 들어, 환형 정전 척(216)을 포함하고, 클램핑 디바이스(200)의 중앙 부분(214)은 히터(218)를 포함한다. 환형체(212)(예를 들어, 환형 정전 척(216))는 예를 들어, 도 5 및 6에 더욱 상세히 예시되며, 유전체 층(222)(예를 들어, 유전체 층) 아래에 배치되는 하나 또는 그 초과의 전극들(220)을 포함하고, 여기서, 유전체 층은 일반적으로 클램핑 표면(224)을 정의하고, 일반적으로 예컨대 도 3의 제1 워크피스(202)와 환형 정전 척(216) 내에 위치된 하나 또는 그 초과의 전극들 사이에 캐패시턴스가 구축되도록 허용한다.

환형체(212)는 예를 들어, 제1 워크피스(202)의 도 3의 주변 영역(226)을 정전기력으로 클램핑하도록 크기설정되고 구성된다. 도 5 및 6에 예시된 바와 같이, 환형체(212)는 예를 들어, 백킹 플레이트(228)(예를 들어, 알루미늄 플레이트)를 추가로 포함하며, 여기서 백킹 플레이트는 환형 ESC(216)에 대해 구조적 강성(rigidity)을 제공한다. 백킹 플레이트(228)는 구조를 또한 제공할 수 있으며, 상기 구조에 의해 냉각 또는 가열이 예컨대, 하나 또는 그 초과의 냉각 채널들(230), 하나 또는 그 초과의 히터들(미도시) 등을 통해, 환형 ESC(216)에 적용될 수 있다.

다른 예에서, 환형체(212)는 도 3의 제1 워크피스(202)가 상부에 정전기력으로 클램핑되는 경우, 제1 워크피스의 주변 영역(226)이 클램핑 디바이스(200)에 접촉하는 한편, 제1 워크피스의 중앙 영역(232)이 클램핑 디바이스의 중앙 부분(214)(예를 들어, 히터(218))에 접촉하거나 접촉하지 않을 수 있도록 구성된다. 환형체(212)에 의하여 제공되는 클램핑 힘들은 예를 들어, 클램핑 디바이스(200)의 클램핑 표면(224)에 관해 고정된 위치에 제1 워크피스(202)를 유지시키기에 충분하다는 것이 이해될 것이다. 제1 모드에서 동작될 때, 예를 들어, 여기서 제1 워크피스(202)는 환형체(212)의 클램핑 표면(224)에 클램핑되며, 히터(218)는 동작되지 않고, 클램핑 디바이스(200)는 환형체가 클램핑 표면(224) 상의 고정된 위치에 제1 워크피스를 유지시키도록 동작한다.

이로써, 제1 모드에서 동작될 때, 환형체(212)는 예를 들어 내부에 규정되는 하나 또는 그 초과의 냉각 채널들(230)에 의하여 열적으로 냉각될 수 있으며, 여기서 물 또는 다른 냉각제가 하나 또는 그 초과의 냉각 채널들을 통해 유동된다. 예를 들어, 도 1의 이온 주입 시스템(100)을 통한 제1 워크피스(202)로의 이온 주입 동안에, 제1 워크피스의 열 용량이 제1 워크피스에 의해 경험되는 최대 온도를 제한하기에 충분하도록 보장하기 위해 이온 주입의 선량(dosage)이 제한된다. 이로써, 본 예에서 제1 모드에서 작동될 때, 클램핑 디바이스(200)는 제1 워크피스가 워크피스를 바람직하게 프로세싱하기 위해 냉각되도록, 제1 워크피스(202)에 열적 제어를 제공한다.

개시물의 다른 예시적 양상에 따라, 도 4의 클램핑 디바이스(200)는 도 7에 더욱 상세히 예시되는 바와 같이, 제2 모드에서 제2 워크피스(206)의 위치를 선택적으로 유지시키도록 추가로 구성된다. 동작의 제2 모드에서, 클램핑 디바이스(200)는 도 4에 예시되는 히터(218)를 통해 프로세싱(예를 들어, 이온 주입) 동안 제2 워크피스(206)를 가열하도록 추가로 구성된다. 상기 진술된 바와 같이, 제2 워크피스(206)는 예를 들어, 제1 워크피스(202)의 제1 사이즈보다 작은, 제2 사이즈(208)이다. 이로써, 도 7-9에 예시되는 캐리어(234)가 제공되며, 여기서 캐리어는 일반적으로 제2 워크피스(206)를 지지하도록 구성된다. 예를 들어, 도 7에 예시된 바와 같이, 제2 워크피스(206)는 캐리어(234) 상에 로딩되고, 여기서 캐리어는, 제2 워크피스가 제1 워크피스가 다뤄지는 것과 동일한 방식으로 다뤄지도록(예를 들어, 이송되고 클램핑됨) 도 3의 제1 워크피스(202)와 동일한 사이즈(예를 들어, 제1 사이즈(204))를 갖도록 크기설정된다. 예를 들어, 캐리어(234)는 제3 사이즈(236)(예를 들어, 제3 직경)이며, 여기서 캐리어(300)의 제3 사이즈는 도 3의 제1 워크피스(202)의 제1 사이즈(204)와 대략적으로 동일하다. 도 7-9의 캐리어(234)는 예를 들어, 알루미늄 산화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 이산화물 중 하나 또는 그 초과, 그리고 제2 워크피스(206)의 프로세싱에 따른 임의의 다른 물질로 구성된다.

그에 따라, 캐리어(234)는 예컨대, 이온 주입에 의해, 그것의 프로세싱 동안에 및/또는 이전에 가열되도록, 제2 워크피스(206)가 도 4의 히터(218)와 일반적인 정렬로 배치되는 것을 허용하도록 구성된다. 도 10에 예시되는 바와 같이, 일 예에서, 히터(218)는 하나 또는 그 초과의 램프 엘리먼트들(236)을 포함하며, 여기서 하나 또는 그 초과의 램프 엘리먼트들은 제2 워크피스(206)를 선택적으로 가열하도록 구성된다. 대안적으로, 도 11의 다른 예에 예시되는 바와 같이, 히터(218)는 제2 워크피스(206)를 선택적으로 가열하도록 구성되고 내부에 내장되는 하나 또는 그 초과의 내장된 저항성 코일들(238)을 포함한다. 히터(218)는 제2 워크피스(206)로 열을 전달하도록 구성되는, 클램핑 디바이스(200) 내에 내장된 임의의 다른 가열 디바이스(미도시)를 대안적으로 포함할 수 있으며, 그러한 모든 가열 디바이스들은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 고려된다.

본 개시물의 다른 예에 따라, 캐리어(234)는 도 7-8에 예시된 바와 같이, 예컨대, 하나 또는 그 초과의 보유 디바이스들(240)(예를 들어, 멈춤쇠(pawl)들, 핑거부(finger)들, 핀들 등)에 의해, 내부에 선택적으로 제2 워크피스(206)를 보유하도록 구성된다. 하나 또는 그 초과의 보유 디바이스들(240)은 예를 들어, 프로세스 요건들에 따라, 정적이거나 수축가능하도록 구성된다. 대안적으로, 다른 예에 따라, 캐리어(234)의 형상은 도 9에 예시된 바와 같이, 제2 워크피스가 캐리어에 끼워넣어지도록(nested) 제2 워크피스(206)가 스텝(242) 상에 놓이게 구성되며, 스텝(242)에서, 하나 또는 그 초과의 보유 디바이스들(240)을 규정한다. 제2 워크피스(206)의 표면(244)은 예를 들어, 캐리어(300)와 연관되는 캐리어 표면(246)으로부터 플러싱되거나(flush), 승강되거나, 또는 눌러질 수 있다. 도 7에 예시된 바와 같이, 하나 또는 그 초과의 핀들(248)은 예를 들어, 제2 워크피스의 주변부를 따라 위치되는 평탄부(250)에 대한 제2 워크피스(206)를 정렬하기 위해 캐리어(234)로 추가로 통합될 수 있다. 부가적으로, 도 10 및 11에 예시된 바와 같이, 다른 예에서 하나 또는 그 초과의 보조 기계적 클램프들(252)이 제공되며, 여기서 하나 또는 그 초과의 보조 기계적 클램프들은 환형 정전 척(216)에 의하여 제공되는 정전 클램핑에 부가하여 또는 그를 대체하여, 클램핑 디바이스에 대한 제1 워크피스(202) 및/또는 캐리어(234)의 추가적 클램핑을 제공한다. 예를 들어, 하나 또는 그 초과의 보조 기계적 클램프들(252)은 제1 및 제2 워크피스 및 환형 정전 척(216) 중 하나 또는 그 초과의 미리 결정된 온도에 기반하여, 제1 워크피스(202) 및/또는 캐리어(234) 중 하나 또는 그 초과를 클램핑하도록 구현된다. 또 다른 실시 예에서, 하나 또는 그 초과의 미리 결정된 조건들에 기반하여, 제1 워크피스, 제2 워크피스 및 워크피스 캐리어 중 하나 또는 그 초과의 것에 보조 기계적 클램핑 힘이 선택적으로 인가될 수 있다.

그에 따라, 제1 사이즈(204)의 제1 워크피스(202)(예를 들어, 표준(더 큰) 웨이퍼들)로의 이온 주입들은 더 낮은 온도들에서 실행될 수 있으며, 제2 사이즈의 제2 워크피스(206)(예를 들어, 더 작은 웨이퍼들)로의 이온 주입들은 더 높은 온도들에서 실행될 수 있어, 동일한 상기 설명된 클램핑 디바이스(200)를 이용한다.

다른 예에 따라, 도 12-13에 더욱 상세히 예시된 바와 같이, 일반적으로 중앙 부분(214) 및 환형체(212) 중 하나 또는 그 초과를 둘러싸는 하나 또는 그 초과의 립들, 스텝들, 또는 배리어들(254)이 추가로 제공된다. 하나 또는 그 초과의 립들, 스텝들 및/또는 배리어들(254)은 예를 들어, 일반적으로 열적 전도성 가스에 대한 배리어를 제공하며, 여기서 열적 전도성 가스는 예를 들어, 공급 튜브(258)를 통해 하나 또는 그 초과의 립들, 스텝들 및/또는 배리어들에 의하여 규정되는 체적(예를 들어, 본 예에서 중앙 부분(214)의 체적(256)으로서 예시됨)으로 펌핑된다. 공급 튜브(258)는 예를 들어, 온도 제어를 목적으로 가스 및 전기 신호들(예를 들어, 열전대 등) 중 하나 또는 그 초과를 전달하도록(relay) 동작가능하다. 열적 전도성 가스는 프로세싱되는 워크피스(예를 들어, 제1 또는 제2 워크피스)에 따라, 개별적인 히터(218) 및/또는 환형체(212)를 통해 도 3의 제1 워크피스(202) 또는 제2 워크피스(206)로의 더 큰 열 전도를 제공한다.

상기 논의된 바와 같이, 히터(218)는 그 위에 위치되는 제2 워크피스(206)를 선택적으로 가열하도록 구성된다. 이로써, 다른 예시적 양상에 따라, 도 12의 클램핑 디바이스(200)는 온도 조절 장치, 열전대, 또는 워크피스(예를 들어, 도 3의 제1 워크피스(202) 및/또는 제2 워크피스(206)) 및/또는 클램핑 디바이스의 클램핑 표면(210) 중 하나 또는 그 초과의 온도를 결정하도록 구성되는 다른 온도 모니터링 디바이스와 같은, 온도 모니터링 장치(260)를 더 포함한다. 그에 따라, 도 1의 제어기(150)는 선택적으로 프로세스 요건들 및 워크피스 선택(예를 들어, 제1 및 제2 워크피스 사이즈들(204 및 208))에 기반하여, 히터(218), 환형 정전 척(216) 및 하나 또는 그 초과의 냉각 채널들(230)을 통한 냉각, 하나 또는 그 초과의 보조 기계적 클램프들(252) 뿐 아니라, 클램핑 디바이스(200)의 다른 양상들 및 기능들을 선택적으로 작동시키도록 추가로 구성된다. 게다가, 다른 예시적 양상에 따라, 클램핑 디바이스(200)는 도 12-13에 예시되는 히터 실드(262)를 더 포함하며, 여기서 히터 실드는 일반적으로 히터(218)를 둘러싸며, 클램핑 디바이스의 환형체(212)를 히터에 의하여 생성되는 고온들에 노출되는 것으로부터 보호한다. 다른 예에 따라, 디바이스 실드(264)는 프로세스로부터, 예컨대, 이온 빔 충돌(ion beam strike) 등으로부터, 클램핑 디바이스(200)에 대한 손상을 최소화시키기 위하여 제공된다.

본 개시물은 도 14에 예시된 바와 같이, 다양하게 크기설정된 워크피스들을 정전 척에 효율적으로 클램핑하기 위한 방법(300)을 추가로 제공한다. 예시적인 방법들이 본 명세서에서 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 예시되고 설명되나, 발명에 따라, 몇몇 단계들이 본 명세서에 도시되고 설명된 것 외에 다른 단계들과 동시에 및/또는 상이한 순서들로 발생할 수 있으므로, 본 발명은 그러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서에 의해 제한되지 않음이 인식될 것임이 유념되어야 한다. 게다가, 본 발명에 따른 방법을 구현하는데 모든 예시된 단계들이 요구되지는 않을 수 있다. 또한, 방법들이 예시되지 않은 다른 시스템들과 공동으로뿐 아니라 본 명세서에 예시되고 설명된 시스템들과 공동으로 구현될 수 있음이 인식될 것이다.

일 예에 따라, 도 14에 예시되는 바와 같이, 방법은 동작(302)에서 제1 워크피스 및 제2 워크피스를 제공하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 및 제2 워크피스들은 크기가 상이하다(예를 들어, 제1 워크피스는 제2 워크피스보다 더 큰 직경을 갖는다). 동작(3040)에서 결정이 이루어지며, 여기서 제1 워크피스 또는 제2 워크피스가 프로세싱될지 결정된다. 동작(304)에서의 결정이, 제1 사이즈의 제1 워크피스가 제공되는 것이라면, 동작(306)에서, 제1 워크피스가 클램핑 디바이스의 클램핑 표면 상에 직접 배치되고, 동작(308)에서, 제1 워크피스가 거기 클램핑된다. 동작(310)에서, 프로세싱 동안에 제1 워크피스는 어쨌든(either) 냉각된다. 일 예에 따라, 환형체는 유체를 냉각시킴으로써 냉각되고, 히터에는 에너지가 공급되지 않아, 환형체에서, 제1 워크피스의 일반적 냉각을 허용한다. 클램핑 디바이스의 중앙 부분은 예를 들어, 제1 워크피스에 접촉하지 않는다. 동작(312)에서, 추가로 제1 워크피스가 클램핑 디바이스의 클램핑 표면으로부터 제거된다.

동작(304)에서의 결정이 제2 사이즈의 제2 워크피스가 제공되는 것이라면, 동작(314)에서, 워크피스 캐리어가 추가로 제공되고, 여기서 워크피스 캐리어는 제1 워크피스의 사이즈(예를 들어, 직경)와 유사한 사이즈(예를 들어, 직경)를 가지며, 상기 설명된 바와 같이, 여기서 워크피스 캐리어는 내부에 선택적으로 제2 워크피스를 보유하도록 추가로 구성된다. 일 예에서, 동작(314)에서 제2 워크피스가 워크피스 캐리어에 배치되고, 동작(316)에서 워크피스 캐리어가 정전 클램프 상에 배치되며, 여기서 제2 워크피스는 클램핑 디바이스의 중앙 부분 위에(예를 들어, 히터 위에) 위치된다. 캐리어는 그 후 동작(318)에서 클램핑 디바이스에 (예를 들어, 상기 설명된 환형체 또는 보조 기계적 클램프들을 통해 정전기력으로) 클램핑된다. 예를 들어, 클램핑 전압이 정전 클램프 환형체에 인가되어, 정전 클램프 환형체에서, 워크피스 캐리어를 클램핑 표면에 정전기력으로 선택적으로 클램핑한다. 동작(320)에서, 제2 워크피스는 가열되고, 여기서, 일 예에서, 제2 워크피스는 실리콘 탄화물을 포함하고, 여기서 고온 주입이 요구되며, 여기서 히터는 실질적 열(예를 들어, 600-1400C)을 제공하도록 구성된다. 동작(322)에서, 캐리어는 클램핑 디바이스로부터 제거되고, 동작(324)에서 제2 워크피스는 추가로 캐리어로부터 제거된다.

그러므로 본 발명에 따라, 공통 클램핑 디바이스는 거기에 상이한 직경들을 갖는 제1 및 제2 워크피스들을 클램핑하기 위해 이용되며, 여기서 정전 클램프는 바람직한 프로세스 조건들 및/또는 요건들에 기반하여, 개별적인 워크피스를 열적으로 가열 또는 냉각시키도록 추가로 구성된다. 그에 따라, 본 발명은 다양하게 크기설정된 워크피스들에 대한 향상된 클램핑 용량들을 제공하는 정전 척을 제공하며, 추가로, 특히 승강된 프로세싱 온도들에서 바람직한 프로세싱을 제공한다.

발명이 특정 바람직한 실시예 또는 실시예들에 대하여 도시되고 설명되었으나, 이 명세서 및 첨부된 도면들의 판독 및 이해 시, 본 기술분야의 당업자에게 동등한 변경들 및 변형들이 발생할 것임이 명백하다. 특히. 상기 설명된 컴포넌트들(어셈블리들, 디바이스들, 회로들 등)에 의하여 수행되는 다양한 기능들에 관하여, 그러한 컴포넌트들을 설명하는데 사용되는 용어들("수단"에 대한 참조를 포함함)은 달리 표시되지 않는 한, 발명의 본 명세서에 예시된 예시적 실시예들에서의 기능을 수행하는 개시된 구조에 대하여 구조적으로 동등하지 않더라도, 설명된 컴포넌트의 명시된 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 동등한) 임의의 컴포넌트에 대응하도록 의도된다. 게다가, 발명의 특정 피쳐가 수 개의 실시예들 중 단 하나에 관해 개시되었을 수 있으나, 그러한 피쳐는 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 대하여 요구되고 바람직할 수 있음에 따라, 다른 실시예들의 하나 또는 그 초과의 다른 피쳐들과 결합될 수 있다.

Claims

제1 워크피스 및 제2 워크피스의 위치를 선택적으로 유지시키기 위한 클램핑 디바이스로서,
일반적으로 비-정전 중앙 부분을 둘러싸는 정전 클램핑 플레이트 환형체(electrostatic clampling plate annulus) ― 상기 정전 클램핑 플레이트 환형체는 클램핑 표면을 포함하고, 상기 제1 워크피스의 직경과 연관되는 직경을 가지며, 상기 제1 워크피스의 상기 직경은 상기 제2 워크피스의 직경보다 크고, 상기 정전 클램핑 플레이트 환형체는 상기 제1 워크피스의 둘레(circumferential) 부분을 자신의 상기 클램핑 표면에 정전기력으로(electrostatically) 선택적으로 클램핑하도록 구성됨 ―;
히터를 포함하고, 상기 제2 워크피스의 직경과 연관되는 직경을 가지는 상기 비-정전 중앙 부분; 및
워크피스 캐리어 ― 상기 워크피스 캐리어는 상기 제2 워크피스를 홀딩하도록 구성되고, 상기 워크피스 캐리어의 직경은 상기 정전 클램핑 플레이트 환형체의 직경과 연관되며, 상기 정전 클램핑 플레이트 환형체는 자신의 상기 클램핑 표면에 상기 워크피스 캐리어를 선택적으로 클램핑하도록 추가로 구성되며, 상기 정전 클램핑 플레이트 환형체에서는, 상기 비-정전 중앙 부분에 대해 상기 제2 워크피스의 위치가 선택적으로 유지됨 ―
를 포함하는, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 정전 클램핑 플레이트 환형체는 상기 제1 워크피스의 상기 둘레 부분과 연관되는 하나 또는 그 초과의 전극들을 포함하며, 상기 하나 또는 그 초과의 전극들에 인가되는 전압은 적어도 상기 제1 워크피스를 상기 클램핑 표면에 정전기력으로 선택적으로 끌어당기도록 동작가능한, 클램핑 디바이스.
제2항에 있어서,
상기 하나 또는 그 초과의 전극들에 인가되는 전압은 상기 워크피스 캐리어를 상기 클램핑 표면에 정전기력으로 선택적으로 끌어당기도록 동작가능한, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 제1 워크피스 및 상기 워크피스 캐리어 중 하나 또는 그 초과의 것의 적어도 일부를 상기 클램핑 표면에 선택적으로 고정하도록 구성되는 하나 또는 그 초과의 보조 클램핑 부재들을 더 포함하는, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 제1 워크피스 및 제2 워크피스 중 하나 또는 그 초과의 것은 실리콘, 실리콘 탄화물, 게르마늄 및 갈륨 비화물 중 하나 또는 그 초과의 것을 포함하는, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 워크피스 캐리어는 알루미늄 산화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 이산화물 중 하나 또는 그 초과의 것을 포함하는, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 히터는 상기 비-정전 중앙 부분과 연관되는 저항 히터들 및 히트 램프(heat lamp)들 중 하나 또는 그 초과의 것을 포함하는, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 히터는 상기 제2 워크피스가 상기 워크피스 캐리어에 홀딩될 때, 적어도 상기 제2 워크피스의 평면 아래에 위치되는, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 비-정전 중앙 부분과 상기 정전 클램핑 플레이트 환형체 사이에 위치되는 실드(shield)를 더 포함하며, 상기 실드는 일반적으로 상기 비-정전 중앙 부분과 상기 정전 클램핑 플레이트 환형체 사이에 열적 배리어를 제공하는, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 워크피스 캐리어는, 상기 워크피스 캐리어 내에 상기 제2 워크피스를 선택적으로 속박하도록(restrain) 구성되는 하나 또는 그 초과의 보유 디바이스(retention device)들을 더 포함하는, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 워크피스 캐리어는, 상기 워크피스 캐리어에 대해 고정된 회전 위치에 상기 제2 워크피스를 선택적으로 보유(retain)하도록 구성되는 핀 및 평탄부(flat) 중 하나 또는 그 초과의 것을 포함하는, 클램핑 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 정전 클램핑 플레이트 환형체는 상기 워크피스 캐리어를 자신의 상기 클램핑 표면에 정전기력으로 선택적으로 클램핑하도록 추가로 구성되어, 상기 정전 클램핑 플레이트 환형체에서, 상기 비-정전 중앙 부분에 대해 상기 제2 워크피스의 위치가 선택적으로 유지되는, 클램핑 디바이스.
가변 사이즈들의 워크피스들을 클램핑하는 방법으로서,
제1 사이즈의 제1 워크피스 및 제2 사이즈의 제2 워크피스를 제공하는 단계 ― 상기 제1 사이즈는 상기 제2 사이즈보다 더 큼 ― ;
상기 제1 사이즈와 동일한 제3 사이즈를 갖는 워크피스 캐리어를 제공하는 단계 ― 상기 워크피스 캐리어는 상기 워크피스 캐리어 내에 상기 제2 워크피스를 선택적으로 보유하도록 구성됨 ― ;
상기 워크피스 캐리어에 상기 제2 워크피스를 배치하는 단계;
클램핑 디바이스의 클램핑 표면 상에 상기 제1 워크피스 및 워크피스 캐리어 중 하나를 배치하는 단계 ― 정전 클램프 환형체를 포함하는 상기 클램핑 디바이스는 일반적으로 비-정전 중앙 부분을 둘러쌈 ― ; 및
상기 정전 클램프 환형체에 클램핑 힘을 선택적으로 제공하여, 상기 정전 클램프 환형체에서, 개별적인 제1 워크피스 및 워크피스 캐리어를 상기 클램핑 표면에 선택적으로 클램핑하는 단계
를 포함하는, 가변 사이즈들의 워크피스들을 클램핑하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 제2 워크피스를 홀딩하는 상기 워크피스 캐리어가 상기 클램핑 표면에 클램핑될 때, 상기 클램핑 디바이스의 상기 비-정전 중앙 부분을 가열하는 단계를 더 포함하는, 가변 사이즈들의 워크피스들을 클램핑하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 비-정전 중앙 부분을 가열하는 단계는, 상기 제2 워크피스와 연관되는 히트 램프 어셈블리 및 저항성 히터 어셈블리 중 하나 또는 그 초과의 것에 에너지를 공급하는(energize) 단계를 포함하는, 가변 사이즈들의 워크피스들을 클램핑하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 워크피스가 상기 클램핑 표면에 클램핑될 때, 상기 정전 클램프 환형체를 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 가변 사이즈들의 워크피스들을 클램핑하는 방법.
제13항에 있어서,
하나 또는 그 초과의 미리 결정된 조건들에 기반하여, 상기 제1 워크피스, 제2 워크피스 및 워크피스 캐리어 중 하나 또는 그 초과의 것에 보조 기계적 클램핑 힘을 선택적으로 인가하는 단계를 더 포함하는, 가변 사이즈들의 워크피스들을 클램핑하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 하나 또는 그 초과의 미리 결정된 조건들은, 상기 제1 및 제2 워크피스 및 정전 척 중 하나 또는 그 초과의 것의 미리 결정된 온도를 포함하는, 가변 사이즈들의 워크피스들을 클램핑하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 정전 클램프에 클램핑 힘을 선택적으로 제공하는 단계는, 상기 정전 클램프 환형체에 클램핑 전압을 선택적으로 제공하고, 상기 정전 클램프 환형체에서, 상기 클램핑 표면에 개별적인 제1 워크피스 및 워크피스 캐리어를 정전기력으로 선택적으로 클램핑하는 단계를 포함하는, 가변 사이즈들의 워크피스들을 클램핑하는 방법.
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