KR101897480B1 - 이온 주입기용 증기 압축 냉동 척 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 양태는 증기 압축 냉각 시스템을 이용하는 이온 주입 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 증기 압축 시스템 내 열 제어기는, 주입 동안 공작물의 원치 않는 가열을 제한하거나 방지하는 것을 돕거나, 공작물을 능동적으로 냉각하기 위해, 이상적인 증기 압축 사이클에 따라 압축기 및 응축기를 통해 냉각 유체를 흘려 보낸다.

Description

이온 주입기용 증기 압축 냉동 척 {VAPOR COMPRESSION REFRIGERATION CHUCK FOR ION IMPLANTERS}
본 출원은, 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되며, 2008년 4월 30일자로 출원된 발명의 명칭이 "가스 베어링 정전 척(GAS BEARING ELECTROSTATIC CHUCK)"인 미국 비-가출원 번호 제12/113,091호의 일부 계속 출원이다.
반도체 장치 및 다른 생산품의 제조 시, 공작물(예를 들어, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널, 유리 기판)에 도펀트 요소를 주입하기 위해, 이온 주입 시스템이 사용된다. 이들 이온 주입 시스템은 전형적으로 "이온 주입기"라 불린다.
도 1은 단자(12), 빔라인 조립체(14) 및 단부 스테이션(16)을 갖는 이온 주입 시스템(10)의 일 예를 도시한다. 대체로, 단자(12) 내 이온 소스(18)는 도펀트 가스를 이온화하여 이온 빔(22)을 형성하기 위해, 전원(20)에 결합된다. 이온 빔(22)은 빔-조향 장치(24)를 거쳐 개구(26)를 통해 단부 스테이션(16)으로 안내된다. 단부 스테이션(16)에서는, 정전 척(30)에 분리 가능하게 장착되는 공작물(28)(예를 들어, 반도체 웨이퍼 또는 디스플레이 패널)에 이온 빔(22)이 가해진다. 공작물(28)의 격자에 삽입되면, 주입된 이온은 공작물의 물리적 및/또는 화학적 특성을 변화시킨다. 이 때문에, 이온 주입은 재료 과학 연구에 있어서의 다양한 응용예뿐만 아니라, 반도체 장치 제조 및 금속 처리에 사용된다.
별다른 조치 없이, 이온 주입 공정 동안, 대전된 이온이 공작물에 충돌함에 따라, 에너지는 열의 형태로 공작물(28)에 축적될 수 있다. 이러한 열은 공작물을 휘게 하거나 갈라지게 할 수 있는데, 이는 일부 구현예에서 공작물을 쓸모 없게 할 수 있다(또는 현저하게 가치를 떨어뜨릴 수 있다).
또한, 공작물을 쓸모 없게하지는 않더라도, 이러한 원치 않는 가열은 전달되는 이온의 양을 요구되는 양과 상이하게 할 수 있으며, 이는 기능을 요구되는 것으로부터 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 공작물의 외측면 바로 아래의 극박 영역에 1×1017 원자/cm3의 양을 주입하고자 하는 경우, 예상치 못한 가열로 인해, 전달된 이온이 이러한 극박 영역으로부터 분산되어 나갈 수 있어, 실제로 도달되는 양은 1×1017 원자/cm3 미만일 수 있다. 실제로, 예상치 못한 가열은 요구되는 것보다 넓은 영역에 걸쳐, 주입된 전하를 "퍼뜨릴" 수 있어, 유효 양을 요구되는 것보다 적게끔 감소시킨다. 바람직하지 않은 다른 효과가 발생할 수도 있다.
다른 예에서, 척이 매우 낮은 온도까지 냉각될 수 있도록, 주변 온도 미만의 온도에서 주입하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 이유 및 다른 이유로, 냉각 시스템이 개발되어 왔다. 비록, 냉각 시스템이 플라즈마 처리 장치와 같은 일부 분야에 공지되어 있지만, 공작물 근처의 구성요소의 기계적 밀도로 인해, 이온 주입기에 증기 냉각 시스템을 통합하는 것은 매우 어렵다. 예를 들어, 이온 주입기 내 정전 척은 통상의 플라즈마 처리 장치에 사용되는 것보다 현저하게 더 복잡한 경우가 있다. 그 결과, 발명자들은 이온 주입 시스템 내 정전 척을 냉각시키기 위한 기술로서, 주입에 따른 공작물의 바람직하지 않은 가열을 감소시킬 수 있는 기술을 개발해 왔다.
본 발명은 반도체 처리 시스템 내에서 공작물을 파지하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공함으로써, 종래 기술의 한계를 극복한다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 일부 양태에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해, 본 발명의 간략화된 요약을 제시한다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개요는 아니다. 본 발명의 핵심적이고 중요한 요소를 확인한다거나, 본 발명의 범주를 나타내고자 하는 것은 아니다. 이러한 요약의 목적은 후술될 발명의 상세한 설명에 대한 전조(prelude)로서 간략화된 형태로 본 발명의 일부 개념을 제시하고자 하는 것이다.
본 발명의 양태는 증기 압축 냉각 시스템을 사용하는 이온 주입 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 증기 압축 시스템 내 열 제어기는 주입 동안 공작물의 원치 않는 가열을 제한 또는 방지하는 것을 돕거나, 공작물을 능동적으로 냉각하기 위해, 이상적인 증기 압축 사이클에 따라 압축기 및 응축기를 통해 냉각 유체를 흘려 보낸다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 선회점과 말단부 사이에서 반경 방향으로 연장되는 스캔 아암으로서, 가스 공급 도관 및 별도의 냉각제 공급 도관 모두가 상기 스캔 아암의 선회점 근처로부터 상기 스캔 아암의 말단부를 향해 연장되는 스캔 아암과, 상기 스캔 아암의 말단부에 근접하여 결합되는 정전 척으로서, 공작물과 선택적으로 결합하도록 구성되는 결합 영역과, 상기 냉각제 공급 도관과 유체 연통하는 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널을 포함하는 정전 척을 포함하며, 상기 결합 영역과 공작물은 결합 시, 공동으로 이들 사이에 캐비티를 형성하고, 상기 캐비티는, 가스 공급 도관과 유체 연통하고 상기 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널로부터 유체적으로 분리되고, 상기 정전 척은, 상기 냉각제 공급 도관과 상기 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널 사이에 유동 제한 장치를 더 포함하며, 상기 유동 제한 장치는 제1 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 중심 영역, 및 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 말단 영역을 포함하는, 이온 주입 시스템이 제공된다.
상기 스캔 아암은 이온 빔이 제1 축선에 직교하는 제2 축선 상에 주사되는 동안 상기 제 1 축선 상에서 상기 공작물을 병진운동시키도록 구성될 수 있다.
상기 스캔 아암은 상기 선회점을 중심으로 추형 방식(pendulum-like manner)으로 회동운동하도록 구성될 수 있다.
상기 스캔 아암의 말단부에 근접하여 축선 방향 허브가 상기 정전 척과 결합하고, 상기 축선 방향 허브는 상기 정전 척을 회전시키도록 구성되어, 상기 스캔 아암이 추형 방식으로 이동하는 동안, 상기 공작물이 상기 축선 방향 허브를 중심으로 회전할 수 있다.
상기 결합 영역은, 하나 또는 그보다 많은 가스 공급 오리피스를 갖는 중심 영역과, 상기 중심 영역의 둘레 주변에 배치되는 환형 영역을 포함하며, 상기 중심 영역은, 결합 시 상기 정전 척의 표면과 상기 공작물 사이에 캐비티를 형성하도록, 상기 환형 영역에 대해 오목하게 되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 선회점과 말단부 사이에서 반경 방향으로 연장되는 스캔 아암으로서, 가스 공급 도관 및 별도의 냉각제 공급 도관 양자 모두가 상기 스캔 아암의 선회점 근처로부터 상기 스캔 아암의 말단부를 향해 연장되는 스캔 아암과, 상기 스캔 아암의 말단부와 관련되고, 공작물이 분리 가능하게 결합되는 결합 영역을 갖는 제1 플레이트로서, 상기 결합 영역은, 하나 또는 그보다 많은 가스 공급 오리피스를 갖는 중심 영역과, 상기 중심 영역의 둘레 주변에 배치되는 환형 영역을 포함하고, 상기 중심 영역은 상기 공작물과 상기 제1 플레이트 사이에 캐비티를 형성하도록, 상기 환형 영역에 대해 오목하게 되어 있으며, 상기 캐비티는 하나 또는 그보다 많은 가스 공급 오리피스를 통해 상기 가스 공급 도관과 유체 연통하는 제1 플레이트와, 상기 스캔 아암의 말단부와 상기 제 1 플레이트 사이에 위치되고, 상기 냉각제 공급 도관과 유체 연통하는 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널을 포함하는 제2 플레이트로서, 상기 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널이 상기 가스 공급 오리피스와 상기 캐비티 모두로부터 유체적으로 분리되는 제 2 플레이트를 포함하고, 상기 제 2 플레이트는 상기 냉각제 공급 도관과 상기 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널 사이에 유동 제한 장치를 더 포함하고, 상기 유동 제한 장치는 제 1 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 중심 영역과, 제 1 거리보다 큰 제 2 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 말단 영역을 포함하는, 이온 주입 시스템이 제공된다.
상기 스캔 아암은 상기 선회점을 중심으로 추형 방식으로 회동운동하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 플레이트는 축선 방향 허브를 중심으로 상기 스캔 아암의 말단부에 장착되고, 상기 축선 방향 허브는 상기 제1 플레이트를 회전시키도록 구성되어, 상기 스캔 아암이 추형 방식으로 이동하는 동안, 상기 공작물이 상기 축선 방향 허브를 중심으로 회전할 수 있다.
상기 이온 주입 시스템은 파지 전압 전위에 선택적으로 결합되도록 구성되는 하나 또는 그보다 많은 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 플레이트의 중심 영역은 평탄하고, 상기 중심 영역으로부터 외측으로 연장되는 어떠한 구조체도 존재하지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 양태에 따르면, 적어도 하나의 전극을 포함하고, 적어도 하나의 냉각 채널을 갖는 정전 척을 제공하는 단계와, 상기 정전 척의 중심 영역에 형성되는 적어도 하나의 가스 공급 오리피스를 통해, 제1 가스 압력의 완충 가스를 제공하는 단계와, 상기 적어도 하나의 전극에 전압 전위를 인가하여, 인력에 의해 공작물을 상기 정전 척으로 끌어 당기는 단계와, 상기 제 1 가스 압력 및 제 1 전압 전위를 제어하는 단계로서, 제 1 퇴피력 및 제 1 인력이 같아지게 하는 단계와, 상기 정전 척을 냉각시키도록 상기 정전 척에 유체를 제공하는 단계를 포함하고, 압축된 냉각제 유체가 유동 제한 장치를 통해 상기 정전 척에 제공되고, 상기 유동 제한 장치는 제 1 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 중심 영역과, 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 말단 영역을 포함하는, 공작물을 파지하는 방법이 제공된다.
따라서, 전술한 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하 상세하게 설명되고, 특히 특허청구범위에서 언급되는 특징들을 포함한다. 이하의 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 임의의 예시적인 실시예들을 보다 상세하게 개시한다. 그러나, 이들 실시예들은 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 다양한 방식들 중 일부를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규 특징들은 도면과 함께 고려 시, 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 종래의 이온 주입 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템의 블록도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 정전 척을 포함하는 스캔 아암의 사시도이다.
도 4는 도 3의 실시예에 따른 예시적인 정전 척의 간략화된 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 일 실시예에 따른 이온 빔에 관한 스캔 아암의 이동을 도시하는 일련의 도면이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 일 양태에 따른 정전 척에 대한 확대 사시도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 양태에 따른 예시적인 냉각 플레이트의 평면도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따라, 공작물을 파지하기 위한 예시적인 방법을 도시하는 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따라 실행될 수 있는 증기 압축 냉동 사이클을 도시한다.
본 발명은 일반적으로, 개선된 파지(clamping) 및 열 균일성과, 추가적으로 이면 입자 오염 감소를 제공하는 정전 클램프 또는 척(ESC)과 함께 사용될 수 있는 냉각 기술에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 이제, 전체적으로 동일한 도면부호가 동일한 구성 요소를 가리키는데 사용될 수 있는 도면을 참조하여 설명될 것이다. 이들 양태에 대한 설명은 단지 예시적인 것이고, 이들 양태는 제한적으로 해석되어서는 안된다는 점을 이해해야 한다. 이하의 개시내용에서, 설명 목적으로, 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해, 많은 특정 상세들이 개시된다. 그러나, 본 발명은 이들 특정 상세 없이도 실현될 수 있다는 점은 당업자에게 명백할 것이다.
도 2는 본 발명의 일부 양태에 따른 이온 주입 시스템(200)의 일 예를 도시한다. 특히, 도 2의 실시예는 파지 제어 시스템(204) 및 증기 압축 냉각 시스템(206) 양자 모두에 작동 가능하게 결합되는 정전 척(202)을 포함한다. 대체로, 파지 제어 시스템(204)은 선택적으로, 공작물(216)을 정전 척(202)의 결합 영역(218)에 부착한다. 공작물(216)이 선택적으로 결합 영역(218)에 부착되는 동안, 증기 압축 시스템은 주입 중, 공작물(216)의 원치 않는 가열을 제한하거나 방지하는 것을 돕도록, 척(202)을 냉각시킨다.
정전 척(202)은, 별도의 구성요소인 경우가 있으나, 일부 구현예에서는 단일체로 결합될 수 있는 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232)를 포함한다. 제1 플레이트(230)는 공작물(216)이 분리 가능하게 결합되는 결합 영역(218)을 포함한다.
간단히 도 3 및 도 4를 참조하면, 결합 영역(218)은 중심 영역(234)을 포함하고, 이 중심 영역은 중심 영역(234)의 둘레 주변에 배치되는 환형 영역(236)에 대해 종종 오목하게 되어 있는 경우가 있음을 알 수 있다. 중심 영역(234)이 환형 영역(236)에 대해 오목하게 되어 있기 때문에, 공작물(216)의 이면 영역과 중심 영역(234) 사이에 캐비티(238)가 형성된다. 이러한 캐비티(238)는 공작물(216)과 정전 척(202) 사이에서 표면 대 표면의 직접 접촉을 제한함으로써, 공작물의 오염을 제한하는 것을 돕고, 공작물 상의 여러 결점을 제한한다.
도 2로 돌아가면, 캐비티(238)를 가압된 가스 소스(212) 및 진공 소스(214)에 결합하기 위해, 공급 도관(240) 및 배출 도관(242) 각각이, 제1 플레이트의 중심 영역을 통해 연장되는 하나 이상의 가스 공급 오리피스(244)를 통해 캐비티(238)와 유체 연통한다.
공작물(216)을 정전 척에 부착하기 위해, 정전 척(202) 내 전극은 전압 소스(210)에 의해 바이어싱된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 파지 제어기(207)는 [공작물(216)을 결합 영역(218)으로부터 멀리 밀어내는 경향이 있는] 캐비티(238)에 공급되는 가스에 대해 [공작물(216)이 결합 영역(218)에 "부착"될 수 있도록 하는 경향이 있는] 전극 상의 바이어스 전압의 균형을 잡는다. 따라서, 전극이 바이어싱되면, 캐비티(238) 내의 가스는 일부 예에서 쿠션으로서 작용한다. 이렇게, 파지 제어 시스템(204)은 결합 영역(218)에 대해 공작물(216)을 선택적으로 탈부착할 수 있으며, 이로써 공작물에 대한 이온 주입이 정확하게 실행될 수 있다.
주입 동안, 공작물의 원치 않는 가열을 제한하거나 방지하기 위해, 또는 주입 동안, 공작물을 식히기 위해, 정전 척(202)의 제2 플레이트(232)는 또한 하나 이상의 냉각 채널(250) 및 유동 제한 장치(252)를 포함한다. 동작 동안, 압축기(222)는 증기상으로 존재할 수 있는 냉각 유체를 복귀 도관(254)으로부터 수용한다. 압축기(222)는 유체의 압력을 증가시키기 위해, 냉각 유체(예를 들어, 수소화불화탄소, 암모니아, 이산화탄소 등)를 압축한다. 그 후, 응축기(224)가 압축된 유체로부터 열을 제거함으로써, 압축된 유체를 응축시키고, 응축된 유체를 공급 도관(256)을 통해 정전 척(202) 쪽으로 제공한다. 유체는 유체가 팽창(증발)되어 냉각되는 유동 제한 장치(252) 내로 계속하여 유동한다. 냉각된 증기가 냉각 채널(250)을 지남에 따라, 증기는 정전 척으로부터 열을 흡수한다. 이제 가열되는 증기는 복귀 도관(254)을 통해 압축기(222)로 복귀하여 다른 사이클을 행한다. 이렇게, 증기 압축 냉각 시스템은 원치 않는 가열을 제한하거나 방지하기 위해, 또는 능동적으로 냉각시키기 위해, 척의 온도를 조정하는 것을 도울 수 있다.
유동 제한 장치(252)의 사용은, 중심 영역에서 서로 근접되도록 테이퍼지고 또한 유동 제한 장치의 말단부에서 이격되는 측벽이, 이온 주입 정전 척에 대해 사용되는 상대적으로 밀집한 배치와 양립 가능하기 때문에, 다른 구성요소에 비해 유리하다. 따라서, 다른 구성요소(예를 들어, 밸브)가 일부 구현예에 사용될 수도 있지만, 유동 제한 장치의 사용은, 정전 척의 경우에 종종 존재하는 기하학적 밀집 제약으로 인해, 특히 이온 주입 시스템에서 유리하다.
도 9는 증기 압축 냉각 시스템에 의해 실행될 수 있는 증기 압축 냉동 사이클(900)을 도시한다. 사이클에서, 유체는 먼저 압축기 내 압력을 증가시킴으로써 압축되며, 이로써 등엔트로피적 온도 상승(902)이 유발된다. 그 후, 유체는 열을 제거함으로써, 일정한 압력에서 응축기에 의해 응축된다(904). 그 후, 유동 제한 장치는 유체가 시스템 상에서 일을 하도록 하며, 그 후 유체는 냉각 채널에서 팽창한다(906). 유체가 팽창함에 따라, 유체는 정전 척으로부터 열을 흡수한다(908). 사이클은 이런 방식으로 반복할 수 있다.
도시된 바와 같이, 도 3은 정전 척(202)이 장착될 수 있는 스캔 아암(300)의 일 예를 도시하며, 도 4는 정전 척의 단면도를 도시한다. 명료화를 위해, 도 3은 공작물이 부착되지 않은 정전 척(202)을 도시하는 반면, 도 4는 정전 척(202)이 부착된 공작물(202)을 포함함을 인식해야 한다.
이하 보다 상세하게 알 수 있는 바와 같이, 스캔 아암(300)은 피봇점(302)과 말단부(304) 사이에서 반경 방향으로 연장되며, 말단부(304)는 공작물(216)이 선택적으로 부착될 수 있는 결합 영역(218)을 포함한다. 가스 공급 도관(306) 및 별도의 냉각제 공급 도관(308)이 피봇점(302)과 말단부(304) 사이에서 연장된다. 가스 공급 도관(306)은 하나 이상의 가스 공급 오리피스(244)를 통해 캐비티(238)와 유체 연통한다. 냉각제 공급 도관(308)은 가스 공급 오리피스(244) 및 캐비티(238) 양자 모두로부터 유체적으로 분리되어 있는 하나 이상의 냉각 채널(250)과 유체 연통된다. 스캔 아암은 또한, 축선방향 허브(310)를 포함하는데, 축선 방향 허브에 의해 정전 척이 스캔 아암의 말단부에 결합된다.
설명의 편의를 위해, 도 5a 내지 도 5f는 공작물(216)이 부착되어 있는 스캔 아암(300)이 시간의 흐름에 따라 이온 빔(22)을 쓸고 지나갈 수 있는 하나의 방식을 도시한다. 도 5a 내지 도 5c에서, 스캔 아암(300)은 선회점(302)을 중심으로 공작물(216)을 곡선 운동시킬 수 있으며, 선회점은 이온 빔(22)의 중심으로부터 제1 거리 y1만큼 이격되어 있다. 도 5d에서, 스캔 아암의 선회점(302)은 이온 빔(22)의 중심에 대해 거리 Δy만큼 점진적으로 이동되었다. 따라서, 도 5d 내지 도 5f에서 스캔 아암(300)이 공작물(216)을 곡선 운동시켜 이온 빔(22)을 통과시킬 때, 이온 빔(22)은 공작물(216) 상의 상이한 영역과 충돌한다. 전체 공작물이 주입 완료될 때까지, 이온 빔(22) 및 선회점(302)이 서로에 대해 점진적으로 이동됨에 따라, 이온 주입은 지속될 수 있다. 또한, 스캔 아암이 추(pendulum)형 방식으로 이동하는 동안, 정전 척이 축선방향 허브(310)를 중심으로 회전하는 경우(예를 들어, 312로 도시된 바와 같음)가 있을 수 있다.
도 5a 내지 도 5f가 추형 스캐닝 시스템의 일 예를 도시하고 있지만, 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 이온 빔은 제2 축선(예를 들어, 도 2를 기준으로 수평 축선)에서 고속 스캔 속도로 전기적 또는 자기적으로 전후로 스캔될 수 있으며, 공작물이 선택적으로 장착되는 스캔 아암은 제1 축선(예를 들어, 도 5를 기준으로 수직 축선)에서 저속 병진 속도로 병진 운동한다. 다른 실시예에서, 이온 빔은 공작물의 표면에 대해 고정될 수 있다.
도 6은 "ESC"로도 불리는 정전 클램프(600)의 다른 실시예의 확대 사시도를 도시한다. 도 6에 도시된 ESC(600)는 예를 들어, 파지 플레이트(604)(일부 실시예에서는 제1 플레이트로도 언급될 수 있음) 및 냉각 플레이트(608)(일부 실시예에서는 제2 플레이트로도 언급될 수 있음)를 포함한다. 제1 전극(606) 및 제2 전극(610) 또한 ESC에 포함된다. 비록, 제1 및 제2 전극(606, 610)이 도시되어 있지만, 임의의 개수의 전극이 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 고려된다는 것을 이해할 것이다.
파지 플레이트(604)는 환형 영역(612) 및 그 내부에 형성되는 중심 영역(614)을 포함하며, 환형 영역은 일반적으로 중심 영역의 둘레 주위에 배치된다. 환형 영역(612)은 그와 관련된 제1 표면(618)을 포함하고, 일 예에서, 제1 표면은 공작물(도시되지 않음)과 표면 대 표면 접촉하도록 구성된다. 중심 영역(614)은 일반적으로 미리 정해진 거리만큼 제1 표면(618)으로부터 오목한 제2 표면(628)을 포함한다. 따라서, 공작물이 파지 플레이트에 결합될 때, 파지 플레이트의 제2 표면(628)과 공작물의 이면 사이에 캐비티가 형성된다.
일반적으로, 제2 표면(628)은 일부 실시예에서, 대략 0 내지 100 마이크로미터만큼 공작물의 이면으로부터 오목하게 되어 있다. 특별한 일 예에서, 제2 표면(628)은 일반적으로 대략 10 마이크로미터만큼 제1 표면(618)으로부터 오목하다. 따라서, 공작물이 ESC(600)에 놓여 있을 때, 환형 영역(612)은 일반적으로 외부 환경(예를 들어, 진공실, 처리실 등)으로부터 중심 영역(614)을 분리하도록 작동 가능하다. 예시적인 일 양태에 따르면, 파지 플레이트(604)의 환형 영역(612)은 탄성 재료(예를 들어, 탄성 시일)로 구성되며, 탄성 재료는 일반적으로 제1 표면(618)을 형성한다. 따라서, 탄성 재료는 공작물과 파지 플레이트(604) 사이에 시일을 제공하고, 중심 영역(614)은 일반적으로 외부 환경으로부터 분리된다.
다른 예에 따르면, 파지 플레이트(604)의 환형 영역(612) 및 중심 영역(614)은 J-R형 재료(예를 들어, 티타늄이 함유된 알루미나, 산화 세륨이 함유된 질화 알루미늄 등)를 포함한다. J-R 재료(예를 들어, 1×108 내지 1×1012 Ohm-cm의 벌크 저항을 갖는 반도체성 유전체 재료)는 파지 플레이트(604)가 실질적으로 두꺼울 수 있고(예를 들어, 두께가 0.5 mm 이상), 차후에 유용한 파지력을 얻기 위해 기계가공, 그라인딩, 또는 다른 기술에 의해 박형화될 필요가 없기 때문에, J-R형 ESC(600)에서의 도핑되지 않은 재료에 비해 이점을 갖는다. 대안적으로, 파지 플레이트(604)의 환형 영역(612) 및 중심 영역(614)은 비-J-R 재료를 포함하고, ESC(600)는 비-J-R 또는 쿨롱형 클램프가 고려될 수 있다.
일 예에 따르면, 도 6에 도시된 ESC(600)의 제1 전극(606)은 중심 영역(614)과 관련되고, 제2 전극(610)은 환형 영역(612)과 관련되며, 제1 전극 및 제2 전극은 일반적으로 서로에 대해 전기적으로 분리된다. 제1 전극(606) 및 제2 전극(610) 중 하나 이상은 예를 들어, 은, 금, 티타늄, 텅스텐 또는 다른 전기 전도성 금속 또는 재료 중 하나 이상으로 구성된다. ESC(600)의 제1 전극(606) 및 제2 전극(610)은 각각, 각 제1 전압 소스(예를 들어, 제1 전압 전위) 및 제2 전압 소스(예를 들어, 제2 전압 전위)에 전기적으로 접속될 수 있다.
파지 플레이트(604)는 중심 영역(614)과 관련되는 복수의 가스 공급 오리피스(650)를 더 포함하며, 복수의 가스 공급 오리피스는 가압된 가스 소스 또는 공급원[예를 들어, 도 2의 가스 소스(212)]과 유체 연통한다. 복수의 가스 공급 오리피스(650)는 예를 들어, 파지면[예를 들어, 제2 표면(628)]과 공작물의 표면 사이에서 가스의 쿠션(도시되지 않음)을 제공하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 가스 복귀 오리피스(656)가 파지 플레이트(604)의 중심 영역(614) 및 환형 영역(612) 중 하나 이상에 형성된다. 하나 이상의 가스 복귀 오리피스(656)는 예를 들어, 진공 소스[예를 들어, 도 2의 진공 소스(214)]와 유체 연통한다. 하나 이상의 가스 복귀 오리피스(656)는 예를 들어, 환형 영역(612)과 중심 영역(614) 사이의 인터페이스 주위에 배치되는 하나 이상의 그루브 및 구멍을 포함할 수 있으며, 이로써 ESC(600)를 통해 완충 가스(도시되지 않음)용 배출 경로를 제공한다.
환형 영역(612)은 예를 들어, ESC(600)와 공작물의 표면(120) 사이에 실질적인 시일을 제공하도록 추가로 작동 가능하며, 완충 가스는 일반적으로 환형 영역, 중심 영역(614) 및 공작물에 의해 형성되는 체적 내에 유지된다. 복수의 가스 공급 오리피스(650)로부터, 그리고 하나 이상의 가스 복귀 오리피스(656)를 통해(예를 들어, 도 2의 가스 소스 및 진공 소스를 통해), 완충 가스의 압력 및 유동을 제어함으로써, 파지 플레이트(604)는 일반적으로 ESC(600)로부터 공작물을 퇴피시키는 제1 힘을 제공하도록 작동 가능하다. 따라서, 복수의 가스 공급 오리피스(650)로부터의 완충 가스의 압력 및 유동은 일반적으로 제1 전압 소스 및 제2 전압 소스를 통해 제1 전극(606)과 제2 전극(610)에 인가되는 전압 전위과 관련된 정전력에 대응할 수 있다. 따라서, 이러한 힘의 대응 또는 균형은 파지 플레이트(604)의 적어도 중심 영역(614)과 공작물 사이에 대체로 마찰 없는 인터페이스를 제공하도록 작동 가능하다. 또한, 복수의 가스 공급 오리피스(650)로부터, 그리고 하나 이상의 가스 복귀 오리피스(656)를 통한 완충 가스의 압력 및 유동을 제어함으로써, ESC(600)와 공작물 사이의 열의 전달 또한 완충 가스의 유동 및 온도에 따라 제어될 수 있다.
일 예에서, 하나 이상의 가스 복귀 오리피스(656)는 대략 2 밀리미터 이하의 직경을 갖지만, 다양한 다른 크기의 구멍도 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 고려된다. 예를 들어, 하나 이상의 가스 복귀 오리피스(656)는 대략 500 마이크로미터의 직경을 가질 수 있다. 가스 복귀 오리피스의 크기는 압력(들) 및 유동률(들)에 기초하여 변경될 수 있으며, 이에 따라 ESC(600)의 임의의 소정 응용에 대해 최적화될 수 있다.
일 대안예에서, 도 6의 하나 이상의 가스 복귀 오리피스(656)는 하나 이상의 슬릿(도시되지 않음)을 포함하며, 하나 이상의 슬릿은 일반적으로 환형 영역(612)과 중심 영역(614) 사이의 인터페이스를 따라 미리 정해진 거리(도시되지 않음)만큼 연장된다. 예를 들어, 하나 이상의 슬릿은 선형 또는 아치형 슬릿을 포함할 수 있으며, ESC(600)의 반경을 따라 연장되는 것을 측정할 때, 하나 이상의 아치형 슬릿의 반경 방향 폭은 환형 영역(612)과 중심 영역(614) 사이에서 측정될 때, 대략 2 밀리미터 이하일 수 있다. 하나 이상의 기다란 슬릿의 길이는 예를 들어, 반경 방향 폭보다 실질적으로 더 클 수 있다. 본 명세서의 다른 예시적인 양태에 따르면, 도 6의 ESC(600)의 냉각 플레이트(608)는 앞서 도 4에서 예시된 바와 같이, 파지 플레이트(604)의 이면(668)과 관련된다.
도 7은 하나 이상의 냉각 채널(702)을 포함하는 냉각 플레이트(608)의 다른 예를 도시한다. 하나 이상의 냉각 채널(702)은 예를 들어, 파지 플레이트(604)와 냉각 플레이트(608) 사이에서, 및/또는 반도체 처리 동안 ESC(600)의 냉각용 냉각 플레이트를 통해, 수소화불화탄소와 같은 냉각제 유체(도시되지 않음) 또는 다른 것을 안내하도록 구성된다. 도 7은 냉각 플레이트(608)의 예시적인 정면을 도시하며, 냉각 플레이트의 정면은 일반적으로, 예를 들어, 도 6의 파지 플레이트(604)의 이면(668)과 접속한다. 예시된 미리 정해진 냉각 채널의 패턴은 도면에 도시된 것과 상이할 수 있으며, 이러한 모든 패턴은 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 고려된다는 점을 인식해야 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(608)의 정면과 관련된 하나 이상의 냉각 채널(702)은 일반적으로 복수의 반경방향 통로(706)를 통해 상호접속되는 대체로 동심인 복수의 채널(704)을 포함한다. 예시적인 복수의 동심 채널(704), 반경방향 통로(706)는 예를 들어, 일반적으로 냉각 유체의 유리한 유동을 제공하며, 일반적으로 공기 버블이 최소화된다.
일부 예시되지 않은 실시예에서, 파지 플레이트(604)는 복수의 핀, 멈춤부 또는 그 둘레 주위에 배치되는 다른 특징부를 추가로 포함하며, 복수의 핀은 공작물의 취급 및/또는 처리 동안 공작물의 둘레 영역과 접속하도록 구성된다. 예를 들어, 3개 이상의 핀이 파지 플레이트의 둘레 주위에서 제1 표면에 대체로 직교하도록 연장되며, 핀은 일반적으로 공작물의 스캐닝 동안 공작물의 측방 이동을 방지한다. 핀은 예를 들어, 완충 가스가 공급될 때, 공작물의 위치를 유지하도록 선택적으로 위치설정된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 도 8은 정전 척을 개재하여 공작물을 파지하기 위한 예시적인 방법(800)을 도시한다. 예시적인 방법이 일련의 작업 또는 공정으로서 본 명세서에 도시 및 개시되어 있지만, 일부 단계들은 본 발명에 따라, 본 명세서에 도시 및 개시된 것과 상이한 순서로 및/또는 다른 단계와 동시에 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 이러한 작업 또는 공정의 개시된 순서에 의해 제한되지 않는다는 점을 인식할 것이라는 점을 주목해야 한다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 실행함에 있어 모든 예시된 단계들이 필요로되는 것은 아닐 수 있다. 또한, 상기 방법은 예시되지 않은 다른 시스템과 관련하여서뿐만 아니라, 본 명세서에 예시되고 설명된 시스템과 관련하여 실행될 수 있다는 점을 인식할 것이다.
도 8에 예시된 것과 같이, 방법(800)은 도 2 내지 도 7의 ESC와 같은 정전 척이 제공되는 작업(802)으로 개시된다. 작업(802)에 제공되는 ESC는 예를 들어, 파지 플레이트를 포함하며, 파지 플레이트는 중심 영역 및 이에 형성되는 환형 영역을 포함하고, 제1 전극은 적어도 중심 영역과 관련된다. 파지 플레이트는 중심 영역과 관련된 복수의 가스 공급 오리피스, 및 하나 이상의 가스 복귀 오리피스를 더 포함한다.
작업(804)에서, 공작물은 파지 플레이트 상에 위치되고, 일 예에서, 공작물의 주변 영역은 파지 플레이트의 환형 영역과 접촉한다. 작업(806)에서, 완충 가스는 제1 가스 압력으로 복수의 가스 공급 오리피스를 통해 완충 가스 공급부를 통해 제공되며, 완충 가스는 일반적으로 제1 퇴피력으로 공작물을 파지 플레이트로부터 퇴피시킨다. 완충 가스 압력은 일반적으로 공작물과 파지 플레이트 사이의 열 전달 및 힘의 양을 결정한다. 작업(808)에서, 제1 전압 전위가 제1 전극에 인가되며, 거기서 제1 인력(예를 들어, 제1 파지력)으로 공작물을 파지 플레이트로 끌어 당긴다.
작업(810)에서, 제1 전압 전위 및 완충 가스 압력이 제어되며, 제1 전압 전위는 일반적으로 제1 힘으로 공작물을 파지 플레이트로 끌어 당기고, 완충 가스 압력은 일반적으로 대향하거나 퇴피하는 힘을 제공한다. 일 예에서, 제1 인력 및 제1 퇴피력은 작업(810)의 제어에 의해 동등화되며, 여기서 파지 플레이트의 적어도 중심 영역과 공작물 사이에 대체로 마찰 없는 접속을 제공한다.
작업(812)에서, 압축된 냉각 유체가 정전 척에 제공되어, 척을 냉각시킨다. 일부 실시예에서, 압축된 냉각제가 유동 제한 장치를 통해 정전 척에 제공되며, 유동 제한 장치는 제1 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 중심 영역 및 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 말단 영역을 포함한다.
일 예에서, 작업(806)에서, 제1 전극에 인가된 제1 전압 전위과 관련된 제1 인력은, 일반적으로 파지 플레이트에 대해 공작물의 위치를 유지하고, 공작물과 환형 영역 사이에 실질적인 시일을 제공하여 외부 환경으로의 완충 가스의 누출을 방지하기에 충분하다. 다른 예에서, 차동 펌핑 그루브는 공작물과 파지 플레이트 사이에 시일을 제공하여, 외부 환경으로의 완충 가스의 누출을 방지한다.
따라서, 본 발명은 공작물에 대한 개선된 열 제어를 제공하는 정전 척을 제공한다. 비록, 본 발명은 임의의 바람직한 실시예 또는 실시예들에 대해 도시되고 설명되었지만, 본 명세서 및 첨부 도면을 읽고 이해할 때, 당업자는 동등한 변형예 및 변경예를 도출할 것이라는 점은 자명하다. 특히, 전술한 구성요소(조립체, 장치, 회로 등)에 의해 실행되는 다양한 기능에 대해, 이러한 구성요소를 기술하는데 사용되는 용어("수단"이란 언급 포함)는 달리 언급되지 않는 한, 비록 본 발명의 예시적인 실시예에 예시된 본 명세서의 기능을 수행하는 개시된 구성과 구조적으로 동등하지 않더라도, 개시된 구성요소의 특정 기능을 수행하는 (즉, 기능적으로 동등한) 임의의 구성요소에 대응하게 된다. 또한, 본 발명의 특정 특징부가 몇몇 실시예들 중 하나에 대해서만 개시된 경우도 있지만, 이러한 특징은 임의의 소정 또는 특정 응용에 요구되고 유리할 수 있는 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특징들과 조합될 수 있다.

Claims (14)

  1. 선회점과 말단부 사이에서 반경 방향으로 연장되는 스캔 아암으로서, 가스 공급 도관 및 별도의 냉각제 공급 도관 모두가 상기 스캔 아암의 선회점 근처로부터 상기 스캔 아암의 말단부를 향해 연장되는 스캔 아암과,
    상기 스캔 아암의 말단부에 근접하여 결합되는 정전 척으로서, 공작물과 선택적으로 결합하도록 구성되는 결합 영역과, 상기 냉각제 공급 도관과 유체 연통하는 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널을 포함하는 정전 척을 포함하며,
    상기 결합 영역과 공작물은 결합 시, 공동으로 이들 사이에 캐비티를 형성하고, 상기 캐비티는, 가스 공급 도관과 유체 연통하고 상기 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널로부터 유체적으로 분리되고,
    상기 정전 척은,
    상기 냉각제 공급 도관과 상기 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널 사이에 유동 제한 장치를 더 포함하며, 상기 유동 제한 장치는 제1 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 중심 영역, 및 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 말단 영역을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔 아암은 이온 빔이 제1 축선에 직교하는 제2 축선 상에 주사되는 동안 상기 제 1 축선 상에서 상기 공작물을 병진운동시키도록 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔 아암은 상기 선회점을 중심으로 추형 방식(pendulum-like manner)으로 회동운동하도록 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스캔 아암의 말단부에 근접하여 축선 방향 허브가 상기 정전 척과 결합하고, 상기 축선 방향 허브는 상기 정전 척을 회전시키도록 구성되어, 상기 스캔 아암이 추형 방식으로 운동하는 동안, 상기 공작물이 상기 축선 방향 허브를 중심으로 회전하는,
    이온 주입 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 영역은,
    하나 또는 그보다 많은 가스 공급 오리피스를 갖는 중심 영역과,
    상기 중심 영역의 둘레 주변에 배치되는 환형 영역을 포함하며,
    상기 중심 영역은, 결합 시 상기 정전 척의 표면과 상기 공작물 사이에 캐비티를 형성하도록, 상기 환형 영역에 대해 오목하게 되어 있는,
    이온 주입 시스템.
  6. 선회점과 말단부 사이에서 반경 방향으로 연장되는 스캔 아암으로서, 가스 공급 도관 및 별도의 냉각제 공급 도관 양자 모두가 상기 스캔 아암의 선회점 근처로부터 상기 스캔 아암의 말단부를 향해 연장되는 스캔 아암과,
    상기 스캔 아암의 말단부와 관련되고, 공작물이 분리 가능하게 결합되는 결합 영역을 갖는 제1 플레이트로서, 상기 결합 영역은, 하나 또는 그보다 많은 가스 공급 오리피스를 갖는 중심 영역과, 상기 중심 영역의 둘레 주변에 배치되는 환형 영역을 포함하고, 상기 중심 영역은 상기 공작물과 상기 제1 플레이트 사이에 캐비티를 형성하도록, 상기 환형 영역에 대해 오목하게 되어 있으며, 상기 캐비티는 하나 또는 그보다 많은 가스 공급 오리피스를 통해 상기 가스 공급 도관과 유체 연통하는 제1 플레이트와,
    상기 스캔 아암의 말단부와 상기 제 1 플레이트 사이에 위치되고, 상기 냉각제 공급 도관과 유체 연통하는 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널을 포함하는 제2 플레이트로서, 상기 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널이 상기 가스 공급 오리피스와 상기 캐비티 모두로부터 유체적으로 분리되는 제 2 플레이트를 포함하고,
    상기 제 2 플레이트는 상기 냉각제 공급 도관과 상기 하나 또는 그보다 많은 냉각 채널 사이에 유동 제한 장치를 더 포함하고, 상기 유동 제한 장치는 제 1 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 중심 영역과, 제 1 거리보다 큰 제 2 거리만큼 이격되어 있는 측벽을 갖는 말단 영역을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스캔 아암은 상기 선회점을 중심으로 추형 방식으로 회동운동하도록 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 플레이트는 축선 방향 허브를 중심으로 상기 스캔 아암의 말단부에 장착되고, 상기 축선 방향 허브는 상기 제1 플레이트를 회전시키도록 구성되어, 상기 스캔 아암이 추형 방식으로 운동하는 동안, 상기 공작물이 상기 축선 방향 허브를 중심으로 회전하는,
    이온 주입 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    파지 전압 전위에 선택적으로 결합되도록 구성되는 하나 또는 그보다 많은 전극을 더 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트의 중심 영역은 평탄하고, 상기 중심 영역으로부터 외측으로 연장되는 어떠한 구조체도 존재하지 않는,
    이온 주입 시스템.
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