KR101896127B1 - 고 전도성 정전 척 - Google Patents

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KR101896127B1
KR101896127B1 KR1020137008752A KR20137008752A KR101896127B1 KR 101896127 B1 KR101896127 B1 KR 101896127B1 KR 1020137008752 A KR1020137008752 A KR 1020137008752A KR 20137008752 A KR20137008752 A KR 20137008752A KR 101896127 B1 KR101896127 B1 KR 101896127B1
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데이비드 수우로넨
리우드밀라 스톤
줄리안 블레이크
데일 케이 스톤
리차드 에이 쿡
스티븐 돈넬
찬드라 벤카트라만
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엔테그리스, 아이엔씨.
베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 정전 척의 가스 기밀 링의 작업편-접촉 표면의 적어도 일부를 덮으며, 전기적 접지 경로의 적어도 일부를 포함하는 전도성 경로 및 평방 당 약 108옴 내지 약 1012옴의 범위 내의 표면 저항을 포함하는 상기 정전 척의 작업편-접촉 표면의 메인 필드 영역을 포함하는 정전 척이 제공된다.

Description

고 전도성 정전 척{HIGH CONDUCTIVITY ELECTROSTATIC CHUCK}
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2010년 9월 8일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/380,970호 및 2011년 7월 20일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/509,970호의 이익을 주장한다. 상기 출원의 전체 내용을 본원에 참조로 통합한다.
압반(platen)으로서 또한 알려진 정전 척은 처리용 작업편을 고정시키고 지지하는데 이용된다. 작업편 및 작업편을 지지하는 압반 표면 상에도 정전하가 축적될 수 있다. 작업편에 축적된 전하는 압반 표면으로 전달될 수 있으며, 압반 표면에 축적된 전하는 작업편으로 전달될 수 있다.
전하 축적은 작업편 "고착" 문제를 야기시킬 수 있다. 일 예에서, 전하 축적이 너무 많아질 수 있어 일반적인 푸는 힘(unclamping force)이 작업편을 해제시키지 못할 수 있다. 예를 들어, 전형적인 푸는 힘은 리프트 핀을 상승시켜 작업편의 배면과 접촉시킴으로써 제공될 수 있다. 다른 예에서, 리프트 핀은 작업편의 일부를 상승시킬 수 있지만, 남아있는 부분은 여전히 작업편과 접할 수 있다. 작업편이 디스크 형상의 반도체 웨이퍼일 때, 웨이퍼는 압반의 가장자리에 고착된 듯이 "기울어"질 수 있다. 연계된 로봇 암이 웨이퍼를 회수하도록 시도할 때, 웨이퍼와 적절하게 맞물리지 못할 수 있으며, 심지어 압반에서 웨이퍼를 밀어낼 수 없어, 웨이퍼 손상 및 공정 중단의 가능성으로 이어질 수 있다. 다른 작업편 "고착" 문제는 "압반 둘레에서의 댄싱(dancing)"으로서 언급될 수 있다. 이 경우, 작업편은 처리 동안 또는 로드 위치에서 압반에 조여질 수 있다. 반도체 웨이퍼와 같은 임의의 원형 또는 디스크 형상의 작업편에 있어서, 웨이퍼는 압반의 외주 둘레에서 일반적인 진동 선행운동을 시작할 수 있고 이는 웨이퍼를 떨어뜨릴 위험성을 크게 만든다. 다른 경우에 있어서, 상승 동안 압반에 웨이퍼 가장자리가 부분적으로 고착되어 일어날 수 있는 "웨이퍼 워커(walk)"가 발생할 수 있으며, 그 결과 상승 핀 상에서 웨이퍼의 요동 및 핀 상에서 가능성 있는 오정렬로 인한 웨이퍼 처리 문제로 이어질 수 있다.
전하 축적이 작업편 "고착" 문제로 이어지지 않더라도, 작업편 상에 형성된 소자의 손상으로 이어질 수 있다. 작업편이 플라즈마와 동일한 챔버 내에 위치하는 플라즈마 도핑 이온 주입기에 있어서, 과도한 전하 축적은 도핑 비-균일성, 마이크로-로딩, 및 아킹(arcing)을 초래할 수 있다. 이런 이유로, 플라즈마 도핑 이온 주입기의 처리량은 과도한 전하 축적을 피하기 위해 몇몇 예시에서 의도적으로 제한될 수 있다.
전하 축적을 제어하기 위한 한 가지의 종래 해결책은 작업편이 조임 위치에 있을 때, 작업편의 배면에 접촉하여 접지 경로를 제공하는 세 개의 스프링 로드 접지 핀을 이용하는 것이다. 이 해결책 중 하나의 단점은 스프링 하중 접지 핀이 세 개로 제한된다는 점이다. 따라서, 과도한 전하 증가를 없애는 접지 배열의 효과가 제한된다. 이 해결책의 다른 결점은 스프링 로드 접지 핀의 접점이 작업편의 배면에 손상을 발생시킬 수 있는 예리한 가장자리를 가지고 있다는 것이다. 작업편 배면의 손상은 또한, 몇몇의 처리 적용에서 제한되도록 매우 중요할 수 있는 원하진 않는 입자들(오염)을 생성시킬 수 있다.
따라서, 정전 척의 성능을 향상시키기 위한 지속적인 필요성이 존재한다.
본 발명의 일 실시에 따르면, 정전 척의 가스 기밀 링의 작업편-접촉 표면의 적어도 일부를 덮으며, 전기적 접지 경로의 적어도 일부를 포함하는 전도성 경로; 및 평방 당 약 108옴 내지 약 1012옴의 범위 내의 표면 저항을 포함하는 정전 척의 작업편-접촉 표면의 메인 필드 영역을 포함하는 정전 척이 제공된다.
다른 관련 실시예들에서, 전도성 경로는 평방 당 약 105옴 내지 약 107옴의 범위 내의 표면 저항과 같이, 평방 당 약 107옴 미만의 표면 저항을 포함할 수 있다. 전도성 경로는 도핑된 다이아몬드상 탄소, 예를 들어, 질소로 도핑된 수소첨가 탄소와 같은 다이아몬드상 탄소를 포함할 수 있다. 전도성 경로는 약 1미크론 미만의 두께의 코팅을 포함할 수 있다. 전도성 경로는 정전 척의 외측 가장자리의 적어도 일부를 덮는 코팅을 포함할 수 있다. 전도성 경로는 정전 척의 절연층 아래를 감쌀 수 있다. 메인 필드 영역은 탄화규소를 포함할 수 있으며, 평방 당 약 109옴 내지 약 1011옴의 범위 내의 표면 저항을 포함할 수 있다.
다른 관련 실시예들에서, 정전 척은, 적어도 일부가 정전 척의 절연층 아래에 배치되며, 전도성 경로와 전기적으로 접촉하는 전도성 접지층을 포함할 수 있다. 전도성 접지층은 평방 당 약 103옴 미만의 표면 저항을 포함할 수 있으며, 알루미늄을 포함할 수 있다. 전도성 접지층의 외측 가장자리의 적어도 일부는 전도성 경로에 의해 덮일 수 있다. 전도성 접지층은 정전 척의 접지 핀과 전기적으로 접촉할 수 있다. 정전 척은 전도성 접지층의 적어도 일부 아래에 놓여지는 전기 전도성 에폭시층을 더 포함할 수 있다.
또 다른 관련 실시예들에서, 메인 필드 영역은 메인 필드 영역의 주변부 상으로 연장되는 적어도 하나의 요철부(embossment)를 포함할 수 있다. 정전 척은 적어도 하나의 요철부의 작업편-접촉 표면 상에 전도성 코팅을 더 포함할 수 있다. 정전 척의 전도성 경로 및 적어도 하나의 요철부의 작업편-접촉 표면 상의 전도성 코팅 각각은 다이아몬드상 탄소 코팅을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 요철부를 구비한 정전 척은, 적어도 일부가 정전 척의 절연층 아래에 배치되며 전도성 경로와 전기적으로 접촉하는 전도성 접지층을 포함할 수 있다. 정전 척의 베이스는 베이스의 하나 이상의 가장자리에 모따기된 영역을 포함할 수 있다. 전도성 경로는 모따기된 영역에서 흑연 전도성 에폭시와 같은 전기 전도성 에폭시를 통하여 베이스와 전기적으로 접촉할 수 있다. 전도성 경로는 정전 척의 외측 가장자리의 적어도 일부를 덮는 코팅을 포함할 수 있으며, 정전 척의 절연층 아래를 감쌀 수 있다.
다른 관련 실시예들에서, 정전 척은 그 작업편-접촉 표면 상에 전도성 경로와 전기적으로 접촉하는 적어도 하나의 전도성 패턴을 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전도성 패턴은 다이아몬드상 탄소가 도포된 알루미늄과 같은 전도성 코팅이 도포된 금속을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전도성 패턴은 정전 척의 중심쪽으로 연장되는 스포크; 정전 척의 가스 홀 둘레의 링; 및 정전 척의 작업편-접촉 표면 상의 적어도 하나의 요철부 사이의 트레이스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 관련 실시예들에서, 정전 척의 메인 필드 영역은 폴리머를 포함할 수 있다. 메인 필드 영역은, 메인 필드 영역의 주변부 상으로 연장되며, 폴리머를 포함하는 적어도 하나의 요철부를 포함할 수 있다. 메인 필드 영역은 평방 당 약 108옴 내지 약 1010옴의 범위 내의 표면 저항을 포함할 수 있다. 폴리머는 폴리에테르 이미드; 폴리에테르 에테르 케톤; 및 폴리이미드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 폴리머 메인 필드 영역을 포함하는 정전 척의 전도성 경로는 정전 척의 외측 가장자리의 적어도 일부 상에 다이아몬드상 탄소 코팅을 포함하며, 정전 척은 그 절연층의 적어도 일부 아래에 전도성 경로와 전기적으로 접촉하는 알루미늄 접지 코팅을 더 포함할 수 있다. 폴리머 메인 필드 영역을 포함하는 정전 척의 전도성 경로는 메인 필드 영역의 적어도 일부를 덮는 전도성 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 코팅은 메인 필드 영역의 적어도 일부 및 가스 기밀 링의 적어도 일부를 덮는 다이아몬드상 탄소를 포함할 수 있으며, 정전 척은 그 절연층의 적어도 일부 아래에 전도성 경로와 전기적으로 접촉하는 알루미늄 접지 코팅을 더 포함할 수 있다. 전도성 경로는 도핑된 탄화규소를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 정전 척의 작업편-접촉 표면의 적어도 일부에 전기적으로 연결되며, 접지로 전기적 경로의 적어도 일부를 포함하는 전도성 경로; 및 평방 당 약 108옴 내지 약 1010옴의 범위 내의 표면 저항을 포함하며, 탄소 나노튜브를 포함하는 폴리머를 포함하는 상기 정전 척의 작업편-접촉 표면의 메인 필드 영역을 포함하는 정전 척이 제공된다. 예들 들어, 폴리머는 탄소 나노튜브 충진된 폴리에테르 이미드; 탄소 나노튜브 충진된 폴리에테르 에테르 케톤; 및 탄소 나노튜브 충진된 폴리이미드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 접지로 전기적 경로의 적어도 일부를 포함하는, 정전 척의 가스 기밀 링의 작업편-접촉 표면의 적어도 일부를 덮는 전도성 경로는 가스 기밀 링의 가스 기밀 특징을 또한 유지시킬 수 있다.
상이한 도면들에에 걸쳐 동일한 참조 부호들이 동일한 부재들을 나타내는 첨부된 도면들에 도시된 바와 같이, 전술한 것은 본 발명의 예시적인 실시예들의 뒤따르는 더 구체적인 설명으로부터 분명해질 것이다. 도면들은 반드시 일정한 비율로 도시될 필요는 없으며, 대신 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 강조될 수 있다. 더욱이, 구성요소들이 서로 인접하게 도시된 경우, 비록 명확성을 위하여 도면에서 요소들 사이에 소정의 거리를 갖는 것으로 도시되더라도, 그들이 전기적으로 서로 접촉할 수 있는 것으로 이해될 수 있으며, 여기에서 도면을 참조한 설명의 내용으로부터 분명해질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척의 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하나 이상의 요철부의 작업편-접촉 표면 상에 전도성 코팅을 포함하는 정전 척의 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전도성 접지층이 정전 척의 가장자리 둘레의 전도성 경로 외측에 배치된, 도 2의 정전 척의 대안적인 형태의 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전기 전도성 에폭시가 전기적 연결을 형성하는데 사용되는 정전 척의 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 정전 척의 작업편-접촉 표면 상에 전도성 패턴을 포함하는 정전 척의 도면이다.
도 6은 표면이 탄소 나소 튜브 충진된 폴리머를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전하용 접지 경로를 제공하는 폴리머-표면 처리된 정전 척의 도면이다.
도 7은 접지 경로가 가스 기밀 접촉을 갖는 전도성 코팅 블랭킷 필름에 의해 제공되는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전하용 접지 경로를 제공하는 폴리머-표면 처리된 정전 척의 도면이다.
도 8은 접지 경로는 가스 기밀 접촉을 갖는 전도성 코팅에 의해 제공되는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전하용 접지 경로를 제공하는 폴리머-표면 처리된 정전 척의 도면이다.
도 9는 하부 전도층이 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척의 도면이다.
도 10은 블랭킷이 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척의 도면이다.
본 발명의 예시적인 실시예의 설명은 다음과 같다.
몇몇 종래의 정전 척에 있어서, 다수의 작업편 조임 사이클 후, 상면이 파괴되어 "아일랜드"를 생성한다. 이러한 "아일랜드" 사이에서는, 물질 단면적이 감소하여 상부 도핑된 층 전반에 걸쳐 전하의 분포를 제한할 수 있다. 이는 차후에 "전하 극성이 몇 밀리미터에 걸쳐 반전되는 것으로 관찰될 수 있는 "전하의 아일랜드"를 발생시킨다. 4 내지 6 밀리미터 거리에 걸쳐 +/- 400V 이상의 변화가 드물지 않다. 이러한 국부적인 표면 전하는 외부 전압의 부재인 경우에도 의도되지 않는 웨이퍼 조임을 야기시킬 수 있다.
따라서, 정전 척에서 전하 축적을 제어할 수 있는 향상된 압반이 요구된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척(100)의 도면이다. 정전 척(100)은, 접지로 과도한 표면 전하기 방전될 수도 있도록 하여 표면 전하 포집에 기인한 웨이퍼 고착을 감소시키는 전도성 접지 경로(101)를 특징으로 한다. 도 1의 실시예의 이득은 여기에서 제시된 엄선된 표면 저항 및 접지 경로를 이용함으로써 조임력에 악영향을 끼치지 않고 표면 전하를 제거할 수 있다는 것이다. 전도성 경로(101)는, 예를 들어, 적절한 표면 저항을 얻도록 도핑될 수 있는 다이아몬드상 탄소(DLC)로 만들어 질 수 있다. 예를 들어, 전도성 코팅(101)은 DLC 코팅 및 접지 사이(102)에서 도시된 바와 같이 측정된 평방 당 약 107옴 미만의 표면 저항, 예를 들어, 평방 당 약 105옴 및 평방 당 약 107옴 사이의 표면 저항을 가질 수 있다. 전도성 경로(101)는 예를 들어, 약 1 마이크로미터의 두께를 갖는 질소로 도핑된 수소첨가 탄소 필름으로 만들어 질 수 있다. 전도성 경로(101)는 척의 가장자리 둘레의 가스 기밀 링(103) 전반을 덮으며, 도면 번호 104에서 척의 측면 아래를 감싸는 전도성 코팅일 수 있다. 게다가, 스퍼터링된 알루미늄 또는 다른 금속층과 같은 전도성 접지층(105)은 척의 세라믹층(106) 아래에 위치할 수 있으며, 척의 가장자리 둘레의 전도성 경로(101)에 의해 덮일 수 있다. 전도성 접지층(105)는 예를 들어, DLC 코팅일 수 있는 전도성 경로(101)로 덮임으로써 기판(또는 다른 작업편)이 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 전도성 접지층(105)은 예를 들어, 접지핀(107) 그리고/또는 전기 전도성 에폭시(108)의 하부층을 이용하여 접지와 접촉한다. 전도성 접지층(105)은, 예를 들어, 약 0.5마이크로미터 두께의 알루미늄층일 수 있다. 척 표면의 메인 필드 영역(109)은 메인 필드 영역(109)의 주변 영역 상으로 연장되는 요철부(110)를 구비한 탄화규소 표면일 수 있다. 전도성 경로(101) 및 접지 사이의 표면 저항이 평방 당 약 107옴일 때, 메인 필드 영역(109)과 접지 사이의 표면 저항은 평방 당 약 108옴 내지 약 1012옴, 예를 들어, 평방 당 1010옴의 범위일 수 있다. 전도성 경로(101)가 단지 정전 척의 작업편-접촉 표면 상으로 짧은 거리만큼 연장되는 한, 아마 전도성 경로(101)과 접지 사이의 더 낮은 표면 저항은 유해하지 않다. 정전 척(100)은, 예를 들어, 알루미늄으로 만들어진 베이스(111)를 또한 포함한다. DLC 코팅과 같은 전도성 경로(101)는 가스 기밀 링(103)을 덮을 수 있으며, 도면 번호 104에서처럼, 압반의 가장자리 둘레로 연장되어 세라믹 조립체의 측면을 덮을 수 있다. 더욱이, 전기 접촉은 정전 척(100)의 외측 가장자리에서 전기 전도성 흑연 에폭시를 이용하여 형성될 수 있다. 가스 기밀 링(103)(전도성 경로(101) 내측)으로부터 접지까지의 평방 당 약 5x1005옴의 표면 저항이 사용될 수 있다. 정전 척은 가스 홀, 리프트 핀 및 다른 표준 구성요소들(미도시)을 더 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에 따르면, 다이아몬드상 탄소의 코팅과 같은 전도성 경로(101)는 가스 기밀 링(103) 상에서 반도체 웨이퍼와 같은 작업편과 접촉하기 위하여 정전 척(100)의 가장자리에 또는 정전 척(100)의 가장자리 근처에 배치될 수 있다. 정전 척(100)의 중심으로부터 접지까지의 표면 저항은 가능한 한 많은 전하 이동성을 얻기 위하여 평방 당 1011옴보다 적을 수 있다. 정전 척의 중심으로부터 가장자리까지의 양호한 전하 이동성을 얻기 위하여, 탄화규소와 같은 낮은 표면 저항 소재가 메인 필드 영역(109)에 사용될 수 있다. 전도성 경로(101)를 갖는 도 1에 따른 실시예는 가스 누출 및 정전 척의 조임력에 최소한의 영향을 가지며, 양호한 내마모성 및 견고성을 갖는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하나 이상의 요철부(210)의 작업편-접촉 표면 상에 전도성 코팅(212)을 포함하는 정전 척의 도면이다. 본 실시예에서, 요철부(210)의 상면의 다이아몬드상 탄소와 같은 전도성 코팅(212)은, 예를 들어, 척이 태양 전지판 또는 기판의 정밀한 정렬이 척의 표면을 가로지르는 위치로 기판이 미끄러지는 것을 요구하는 다른 기판과 함께 사용되는 경우, 내마모성에 도움을 준다. 이러한 경우, 다이아몬드상 탄소와 같은 전도성 코팅(212)은 기판에 대하여 낮은 마찰 계수를 가짐으로써 도움이 될 수 있다. 도 2의 실시예는, 다이아몬드상 탄소(212)와 같은 전도성 코팅에 의해 덮인, 탄화규소와 같은 메인 필드 영역(209)을 위한 물질로 양면 코팅(즉, 두 물질로 만들어진 코팅으로서, 하나의 물질 상부에 다른 하나의 물질이 형성됨)을 만들고, 그런 다음, 물질을 식각하여, 도포된 요철부(210/220)를 형성함으로써 제조될 수 있다.
도 2의 실시예에 따르면, 정전 척은 정전 척의 표면의 양면 코팅 구조(210/212) 및 배면 전도성 접지층(205)을 포함한다. 메인 필드 영역(209)은 양면 코팅없이 기타 유사한 정전 척보다 얇은 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 기타 유사한 정전 척보다 1.5미크론 얇은 탄화규소로 만들어질 수 있고, 평방 당 약 2x1010옴의 표면 저항을 가질 수 있다. 도 1의 실시예와 유사한 방식으로, 전도성 경로(201)가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 약 1.5미크론의 두께 및 평방 당 약 107옴의 표면 저항을 갖는 다이아몬드상 탄소로 만들어 질 수 있다. 평방 당 약 108의 약간 더 높은 표면 저항은 정전 척의 조임력에 영향을 주지 않고 작업할 수 있다. 정전 척은 정전 척의 베이스에 접지 핀(207)을 이용하여 접지될 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 접지 나사 또는 다른 유사한 접지 구조가 접지 핀 대신에 사용될 수 있는 것으로 이해할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전도성 접지층(305)이 정전 척의 가장자리 둘레의 전도성 경로(301) 외측에 배치된, 도 2의 정전 척의 대안적인 형태의 도면이다. 이러한 배열은, 도 2의 배열과 비교할 때, 압반의 가장자리를 통한 표면 저항을 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 전도성 접지층이 전도성 경로 내측에 위치하는 도 2의 배열은 작업편 상에 금속 오염을 감소시키기 위해 바람직할 수 있다. 전도성 접지층(305)이 연장되는 정전 척의 가장자리까지의 거리를 판단함에 있어, 보다 짧은 전도성 접지층(305)의 사용을 권장하는, 작업편으로부터 금속 오염을 방지하려고 하는 목표와, 이에 대비하여 보다 긴 전도성 접지층(305)의 사용을 권장하는, 경로(301)의 전도성을 향상시키도록 하려는 욕구 사이에서의 균형이 존재한다. 도 3의 실시예에서, 여기의 다른 실시예에서와 같이, 평방 당 약 109옴 및 약 1011옴 사이의 표면 저항은 메인 필드 영역(309)을 위하여; 평방 당 약 105옴 및 약 107옴 사이의 표면 저항은 다이아몬드상 탄소 코팅과 같은 전도성 경로(301)를 위하여; 그리고 평방 당 약 103옴 미만의 표면 저항은 알루미늄층과 같은 전도성 접지층(305)을 위하여 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전기 전도성 에폭시가 전기적 연결을 형성하는데 사용되는 정전 척의 도면이다. 본 실시예에서, 베이스(411)가 하나 이상의 가장자리(413) 상에서 모따기되며, 전기적 연결이 흑연 전도성 에폭시와 같은 전기 전도성 에폭시를 이용하여 모따기된 영역(414)에 구성되어 있다는 점을 제외하고, 도 2의 기술들과 유사한 기술들이 사용될 수 있다. 이에 더하여, 다이아몬드상 탄소 코팅과 같은 전도성 경로(401)는 도면 번호 415에서와 같이, 세라믹 절연층(406) 아래의 정전 척의 배면을 감쌀 수 있다. 이에 더하여, 접지 나사, 접지 핀 또는 다른 유사한 접지 구조가 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 정전 척의 작업편-접촉 표면 상에 전도성 패턴을 포함하는 정전 척의 도면이다. 전도성 패턴은 전도성 경로(101)(도 1 참조)에 전기적으로 접촉될 수 있으며, 그리고, 예를 들어, 정전기 척 표면의 중심으로부터 척의 가장자리까지 높은 전도성 스포크(spoke)(516)를 포함할 수 있다. 이와 같은 전도성 패턴은 높은 전도성의 접지 경로를 제공할 수 있으며, 척의 표면 전반과 접지로의 전하 이동성을 용이하게 할 수 있다. 스포크(516)는, 예를 들어, DLC, 알루미늄 또는 다른 고전도성 물질과 같은 전도성 코팅으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 전도성 패턴은 알루미늄과 같은 금속으로 만들어질 수 있으며, 작업편으로의 금속 오염을 방지하기 위하여 DLC와 같은 전도성 코팅으로 도포될 수 있다. 더욱이, 전도성 패턴은 탄화규소와 같은, 메인 필드 영역(도 1의 참조 번호 109 참조)의 나머지를 위하여 사용되는 물질이 도포된 금속으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 패턴은 1000 옴스트롱의 두께로 증착되고 질소로 도핑된 수소첨가 탄소가 도포된 알루미늄으로 형성될 수 있다. 전도성 패턴은 또한, 예를 들어, 정전 척의 가스 홀 둘레 및 가스 기밀 링(503) 상에 링(517)을 포함한다. 스포크(516)와 같은 전도성 패턴은 정전 척 표면상에 요철부와 같은 특징을 방지하기 위하여 곡선 경로를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 고전도성 물질의 작은 트레이스형 경로는 정전 척의 요철부들 사이로, 궁극적으로는 접지로 이어지도록 형성될 뿐만 아니라 요철부의 상부에 고전도성 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 경로들의 기생효과에 의해 생성된 조임력의 손실을 최소화하기 위하여, 전도성 패턴은 총 경로 영역을 최소화하도록 설계될 수 있다.
도 6은 표면이 탄소 나소 튜브 충진된 폴리머를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전하용 접지 경로를 제공하는 폴리머-표면 처리된 정전 척의 도면이다. 폴리머-표면 정전 척은 폴리머 표면과 작업편 사이에 우수한 접촉을 가짐으로써 우수한 입자-생성 능력을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 폴리머-표면 정전 척은, 폴리머/작업편 접촉을 유지시키고, 금속 오염 문제를 방지하며, 정전 척 표면이 재생되도록 할 수 있으면서, 척 표면과 작업편으로부터 접지로 전하를 이동시킬 수 있는 능력을 갖는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리머-표면 처리된 정전 척의 표면 저항은, 척 표면의 메인 필드 영역에서 평방 당 약 108옴 내지 약 1010옴이고, 가스 기밀 영역에서 평방 당 약 105옴 내지 107옴이며, 척의 가장자리로부터 접지로 높은 전도성의 경로에서는 예를 들어, 약 104옴이다.
도 6의 실시예에서, 정전 척의 표면은 블랭킷(609) 및 요철부(610)를 형성하는 탄소 나노튜브 충진된 폴리머를 포함한다. 폴리머 표면(609/610)은 정전 척의 가장자리 둘레 및 알루미나 절연층(606) 아래에서, 블랭킷(609) 바로 아래로부터 연장될 수 있는 전도성 경로(601)에 의해 접지된다. 전도성 경로(601)는, 예를 들어, 물리 기상 증착(PVD)에 의해 형성된 알루미늄 코팅 또는 다이아몬드상 탄소, 예를 들어, 질소로 도핑된 수소첨가 탄소와 같은 다른 전도성 코팅으로 형성될 수 있다. 접지 나사(607)는 전도성 경로(601)를 알루미늄 베이스/냉각 구조(611)에 전기적으로 연결할 수 있다. 정전 척은 또한 가스 기밀 링(603), 전기 전도성 에폭시층(608), 접착 코팅(618), 알루미나 유전체(619), 금속 전극(620), (퍼플루오로알콕시(PFA) 본드와 같은)플루오르화 폴리머 본드(621), 전기 전도성 에폭시 본드(622) 및 전극 핀(623)을 포함한다. 접착 코팅층은, 예를 들어, SiOxNy, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 또는 실리콘 탄화물에 한정되지는 않지만, 실리콘 함유 질화물, 산화물, 탄화물 및 이들의 비화학량적 버전 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 접착 코팅층은 또한 탄소 또는 탄소의 질소 화합물을 포함할 수 있으며, 다이아몬드상 탄소를 포함할 수도 있다. 폴리머 표면(609/610)은, 예를 들어, 탄소 나노튜브 충진된 폴리에테르 이미드(PEI), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 또는 폴리이미드와 같은 탄소 나노튜브 충진된 폴리머일 수 있다. 탄소 나노튜브 표면(609/610)의 표면 저항은, 예를 들어, 평방 당 약 108옴 내지 약 1010옴의 범위일 수 있다. 탄소 나노튜브 표면(609/610)은, 예를 들어, 그 전문이 여기에서 참조로서 통합된 "폴리머 돌출부를 갖는 정전 척(Electrostatic Chuck with Polymer Protrusions)"이라는 표제로, Entegris, Inc.,의 PCT 국제공개 번호 WO 2010/132640 A2호에서 설명된 방법과 유사한 방법으로 반응성 이온 식각에 의한 적층 및 패터닝에 의해 형성될 수 있다. 도 6의 실시예의 탄소 나노튜브 충진된 폴리머 표면의 이점은 저항이 물질 전반에 걸쳐 균일하며, 시간에 따라 또는 세정으로 저항이 소멸하거나 떨어지지는 않는다는 것이다.
도 7은 접지로의 경로가 가스 기밀 접촉을 갖는 전도성 코팅 블랭킷 필름에 의해 제공되는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전하용 접지 경로를 제공하는 폴리머-표면 처리된 정전 척의 도면이다. 도 7의 실시예에서, 정전 척의 표면은 블랭킷(709) 및 요철부(710)를 형성하는 폴리머를 포함한다. 폴리머 표면(709/710)은 알루미나 절연층(706) 하부, 가스 기밀 링(703) 상측, 정전 척의 가장장리 둘레 및 요철부(710) 사이 필드 영역에 존재할 수 있는 전도성 경로(701)에 의해 접지된다. 전도성 경로(701)는, 예를 들어, 다이아몬드상 탄소와 같은 전도성 코팅, 예를 들어, 질소로 도핑된 수소첨가 탄소로 형성될 수 있다. 이에 더하여, 전도성 경로(701)는 물리 기상 증착(PVD)에 의해 형성된 알루미늄 코팅과 같은 다른 코팅층(724)에 의해 접지로 전기적으로 연결될 수 있다. 접지 나사(707)는 코팅 경로(724)를 알루미늄 베이스/냉각 구조(711)에 전기적으로 연결할 수 있다. 정전 척은 또한 가스 기밀 링(703), 알루미나 절연층(706), 전기 전도성 에폭시층(708), 접착 코팅(718), 알루미나 유전체(719), 금속 전극(720), 세라믹-세라믹 본드(721), 전기 전도성 에폭시 본드(722) 및 전극 핀(723)을 포함한다. 접착 코팅층은 도 6의 실시예를 위한 접착 코팅층과 유사한 물질을 포함할 수 있다. 폴리머 표면(709/710)은, 예를 들어, 폴리에테르 이미드(PEI), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 또는 폴리이미드와 같은 폴리머일 수 있다. 폴리머 표면(709/710)의 표면 저항은, 예를 들어, 평방 당 약 108옴 내지 약 1010옴의 범위일 수 있다. 폴리머 표면(709/710)은, 예를 들어, 그 전문이 여기에서 참조로서 통합된 "폴리머 돌출부를 갖는 정전 척(Electrostatic Chuck with Polymer Protrusions"이라는 표제로, Entegris, Inc.,의 PCT 국제공개 번호 WO 2010/132640 A2호에서 설명된 방법과 유사한 방법으로 반응성 이온 식각에 의한 적층 및 패터닝에 의해 형성될 수 있다.
도 7의 실시예의 이점은 폴리머/작업편 접촉이 요철부(710) 상에서 유지되며, 접지로의 전도성 경로가 비-작업편-접촉 필드 영역을 이용하여 척의 중간에 전하를 위해 제공되며, 견고한 코팅이 세정 작업에서도 잔존할 수 있다는 것이다.
도 8은 접지로의 경로가 가스 기밀 접촉을 갖는 전도성 코팅에 의해 제공되는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전하용 접지 경로를 제공하는 폴리머-표면 처리된 정전 척의 도면이다. 도 8의 실시예에서, 도 7의 방법과 유사한 방법으로, 정전 척의 표면은 블랭킷 층(809) 및 요철부(810)를 형성하는 폴리머를 포함한다. 폴리머 표면(809/810)은 알루미나 절연층(806) 하부,가스 기밀 링(803) 상측 및 정전 척의 가장장리 둘레로 연장되는 전도성 경로(801)에 의해 접지된다. 전도성 경로(801)는, 예를 들어, 다이아몬드상 탄소와 같은 전도성 코팅, 예를 들어, 질소로 도핑된 수소첨가 탄소로 형성될 수 있다. 이에 더하여, 전도성 경로(801)는 물리 기상 증착(PVD)에 의해 형성된 알루미늄 코팅과 같은 다른 코팅층(824)에 의해 접지로 전기적으로 연결될 수 있다. 접지 나사(807)는 코팅 경로(824)를 알루미늄 베이스/냉각 구조(811)에 전기적으로 연결할 수 있다. 정전 척은 또한 가스 기밀 링(803), 알루미나 절연층(806), 전기 전도성 에폭시층(808), 접착 코팅(818), 알루미나 유전체(819), 금속 전극(820), (퍼플루오로알콕시(PFA) 본드와 같은)플루오르화 폴리머 본드(821), 전기 전도성 에폭시 본드(822) 및 전극 핀(823)을 포함한다. 접착 코팅층은 도 7의 실시예를 위한 접착 코팅층과 유사한 물질을 포함할 수 있다. 폴리머 표면(809/810)은, 예를 들어, 폴리에테르 이미드(PEI), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 또는 폴리이미드와 같은 폴리머일 수 있다. 폴리머 표면(809/810)의 표면 저항은, 예를 들어, 평방 당 약 108옴 내지 약 1010옴의 범위일 수 있다. 폴리머 표면(809/810)은, 예를 들어, 그 전문이 여기에서 참조로서 통합된 "폴리머 돌출부를 갖는 정전 척(Electrostatic Chuck with Polymer Protrusions)"이라는 표제로, Entegris, Inc.,의 PCT 국제공개 번호 WO 2010/132640 A2호에서 설명된 방법과 유사한 방법으로 반응성 이온 식각에 의한 적층 및 패터닝에 의해 형성될 수 있다.
도 8의 실시예의 이점은 폴리머/작업편 접촉이 요철부(810) 상에서 유지되며, 코팅층이 요철부를 둘러싸는 영역에 부가되지 않기 때문에, 제조 공정이 도 7의 실시예의 제조 공정보다 단순하며, 접지로의 전도성 경로가 척의 가장자리로부터 제공되고, 견고한 코팅이 세정 작업에서도 잔존할 수 있다는 것이다.
도 9는 하부 전도층(925)이 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척(900)의 도면이다. 전도층(925)은, 이에 한정되지는 않지만, 다이아몬드상 탄소(DLC) 또는 알루미늄을 포함할 수 있는 전도성 물질로 제조될 수 있다. 전도층(925)의 표면 저항은 평방 당 약 109옴 내지 약 1011옴의 범위일 수 있다. 전도층(925)의 큰 표면 영역(96% 내지 98%)은 전기적 비아 또는 압반의 접지된 베이스로 압반의 일측 둘레의 전도층을 감싸는 것 중 하나를 통하여 전하 소멸을 위한 충분한 경로를 제공한다.
압반 표면상에 축척될 수 있는 정전하는 작업편 "고착" 문제의 원인이 되는 주요 인자일 수 있다. 압반 표면상의 이러한 정전하는 전도층(925)에 의해 제어되고 소멸될 수 있다. 전도층(925)은 또한 작업편과 접지 사이에서의 전하 전송을 용이하게 할 수 있다. 이에 더하여, 전도층(925)이 조임 위치에서 작업편의 배면과 접촉하지 않기 때문에, 접촉 저항에 기인한 전도층(925)의 마모를 방지할 수 있다.
도 10은 블랭킷 층(1025)이 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척(1000)의 도면이다. 도 9의 실시예와 비교하면, 전도층(1025)은 가스 기밀 링 및 요철부 전체에 "블랭킷"층으로서 증착된다. 접지로의 전기적 연결은 도 9의 전기적 연결과 유사할 수 있다. 전도층(1025)의 표면 저항은 또한 평방 당 약 109옴 내지 약 1011옴의 범위일 수 있다. 전기 전도성 요철부의 상면을 이용함으로써, 전하는 요철부들 사이의 일반적인 영역으로 전체 작업편을 가로질러 전달될 수 있으며, 접지로 소멸될 수 있다. 이에 더하여, 낮은 저항의 경로, 예를 들어, 채널은 압반 구조로 포함되어 압반 베이스를 경유한 접지로의 웨이퍼 전하 및 압반 표면 전하를 배출을 제어할 수 있다. 전도성 경로는 전도성 비아 또는 접지에 부착된 채널을 이용하여 정전 구성 요소의 두께를 통해 만들어질 수 있다.
높은 전도성의 접지 경로를 제공함으로써, 본 발명의 실시예는 정전 척에 의한 기판 처리 속도를 고려할 때 충분히 짧은 시간 내에서 정전 척을 벗어나도록 하여 웨이퍼 고착 또는 다른 웨이퍼 처리 문제를 방지하거나 완화시킨다. 이 점에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 접지로의 전도성 경로의 표면 저항은 정전 척이 사용되고 있는 공정에 의해 허용되는 시간에 접지로 전하를 운반하기에 충분해야 한다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 작업편 당 10초의 처리 시간 대 작업편 당 1초의 처리 시간은, 필요한 시간 내에 접지로 전하를 운반하기 위하여 표면 저항의 세기 정도의 차이를 요구할 수 있다. 주입 공정을 위하여, 10분의 1초의 주기 시간은 여기에서 제시된 표면 저항을 요구하지만, 다른 표면 저항이 필요에 따라 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 접지로의 전도성 경로는, 전도성 경로 자체가 정전 척의 조임력을 감소시킬 수 있는 과도한 기생 효과를 또한 방지하면서, 접지로 전하의 누출을 허용하는 정전 척을 위하여 제공된다. 비록 일부 기생 효과가 생성되더라도, 예를 들어, DLC 코팅과 같은 전도성 경로가 척의 가장자리에 단지 존재하는 조임력을 매우 감소시키지는 않는 것으로 여겨진다.
여기에서 사용된 바와 같이, "작업편-접촉 표면"이라는 용어는 정전 척의 사용 동안 정전 척에 의해 조이는 작업편과 접촉하는 표면을 의미한다.
본 발명에 따른 실시예는 Coulombic 척 및 Johnsen-Rahbek 척과 사용될 수 있다. 더욱이, 전도성 코팅이 여기에 설명되는 경우, 매우 다양한 가능한 전도성 물질들이 사용될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이며, 예들 들어, 도핑된 탄화규소, 알루미늄과 같은 금속 또는 다른 물질이 다이아몬드상 탄소 대신에 사용될 수 있다. 폴리싱은 전도성 경로의 유효 표면 저항을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 이중 구조는 정전 척의 메인 필드 영역을 위하여, 전도성 경로의 고농도 도핑된 탄화규소와 결합한 탄화규소로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척은, 예를 들어, 반응성 이온 식각 공정을 이용하여 재생될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예는, 이에 한정되지는 않지만, 빔 라인 이온 주입기, 플라즈마 도핑 이온 주입기, 플라즈마 침지 이온 주입 시스템, 플러드(flood) 이온 주입기, 집속 플라즈마 시스템, 플라즈마 쉬스를 조절하는 시스템, 식각 시스템, 광학 기반 처리 시스템 및 화학 기상 증착 시스템을 포함하는 서로 다른 시스템에 사용될 수 있다.
여기에 인용된 모든 특허, 개시된 명세서 및 참조 문헌들의 교시내용은 그 전문을 참조로서 통합된다.
본 발명이 그들의 예시적인 실시예들을 참조하여 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 포함되는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 형식 및 내용이 다양하게 변형될 수 있다는 것은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 것이다.

Claims (31)

  1. 정전 척으로서,
    정전 척의 가스 기밀 링의 작업편-접촉 표면의 적어도 일부를 덮는 전도성 경로 - 전도성 경로는 정전 척의 외측 가장자리의 적어도 일부 및 가스 기밀 링의 외측 가장자리의 적어도 일부를 덮고 접지로의 전기적 경로의 적어도 일부를 포함하는 코팅을 포함하고, 전도성 경로는 평방 당 105옴 내지 평방 당 107옴 범위 내의 표면 저항을 포함함 -;
    평방 당 108옴 내지 1012옴 범위 내의 표면 저항을 포함하는 정전 척의 작업편-접촉 표면의 메인 필드 영역 - 메인 필드 영역은 메인 필드 영역의 주변부 위로 연장되는 적어도 하나의 요철부를 포함함 -; 및
    적어도 하나의 요철부의 작업편-접촉 표면 상의 전도성 코팅
    을 포함하는 정전 척.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 다이아몬드상 탄소를 포함하는 정전 척.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 도핑된 다이아몬드상 탄소를 포함하는 정전 척.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 질소로 도핑된 수소첨가 탄소를 포함하는 정전 척.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 1마이크로미터 미만의 두께의 코팅을 포함하는 정전 척.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 상기 정전 척의 절연층 아래를 감싸는 정전 척.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 메인 필드 영역은 탄화규소를 포함하는 정전 척.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메인 필드 영역은 평방 당 109옴 내지 1011옴의 범위 내의 표면 저항을 포함하는 정전 척.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척은, 적어도 일부가 상기 정전 척의 절연층 아래에 배치되며, 상기 전도성 경로와 전기적으로 접촉하는 전도성 접지층을 포함하는 정전 척.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전도성 접지층의 외측 가장자리의 적어도 일부는 상기 전도성 경로에 의해 덮이는 정전 척.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전도성 접지층은 상기 정전 척의 접지 핀과 전기적으로 접촉하는 정전 척.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 전도성 접지층의 적어도 일부 아래에 놓여지는 전기 전도성 에폭시층을 더 포함하는 정전 척.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척의 전도성 경로 및 상기 적어도 하나의 요철부의 상기 작업편-접촉 표면 상의 상기 전도성 코팅 각각은 다이아몬드상 탄소 코팅을 포함하는 정전 척.
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척의 베이스는 상기 베이스의 하나 이상의 가장자리에 모따기된 영역을 포함하는 정전 척.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 상기 모따기된 영역에서 전도성 에폭시를 통하여 상기 베이스와 전기적으로 접촉하는 정전 척.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 상기 정전 척의 외측 가장자리의 적어도 일부를 덮는 코팅을 포함하며, 상기 정전 척의 절연층 아래를 감싸는 정전 척.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척의 상기 작업편-접촉 표면 상에 상기 전도성 경로와 전기적으로 접촉하는 적어도 하나의 전도성 패턴을 더 포함하는 정전 척.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 패턴은 전도성 코팅이 도포된 금속을 포함하는 정전 척.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 패턴은 상기 정전 척의 중심 쪽으로 연장되는 스포크; 상기 정전 척의 가스 홀 둘레의 링; 및 상기 정전 척의 상기 작업편-접촉 표면 상의 두 요철부 사이의 트레이스 중 적어도 하나를 포함하는 정전 척.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척의 상기 메인 필드 영역은 폴리머를 포함하는 정전 척.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 메인 필드 영역은 상기 메인 필드 영역의 주변부 상으로 연장되며, 폴리머를 포함하는 적어도 하나의 요철부를 포함하는 정전 척.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 메인 필드 영역은 평방 당 108옴 내지 1010옴의 범위 내의 표면 저항을 포함하는 정전 척.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 상기 메인 필드 영역의 적어도 일부를 또한 덮는 전도성 코팅을 포함하는 정전 척.
  30. 정전 척으로서,
    정전 척의 외측 가장자리의 적어도 일부를 덮고 접지로의 전기적 경로의 적어도 일부를 포함하는 코팅을 포함하는 전도성 경로; 및
    평방 당 108옴 내지 1010옴 범위 내의 표면 저항을 포함하는 정전 척의 작업편-접촉 표면의 메인 필드 영역 - 메인 필드 영역은 메인 필드 영역의 주변부 위로 연장되는 적어도 하나의 요철부 및 블랭킷 층을 포함하고, 블랭킷 층 및 적어도 하나의 요철부 각각은 탄소 나노튜브를 포함하는 폴리머를 포함하고, 전도성 경로는 블랭킷 층 아래로부터 정전 척의 외측 가장자리의 적어도 일부를 덮는 코팅까지 연장되는 부분을 더 포함함 -;
    을 포함하는 정전 척.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 폴리머는 탄소 나노튜브 충전된 폴리에테르 이미드; 탄소 나노튜브 충전된 폴리에테르 에테르 케톤; 및 탄소 나노튜브 충전된 폴리이미드 중 적어도 하나를 포함하는 정전 척.
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