KR102019529B1 - 기판 클램핑 시스템 및 기판 클램핑 시스템 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

정전 척은 전기 전도성 베이스플레이트 및 상기 베이스플레이트 상에 배치된 전기 비전도성 기판 지지 부재를 포함한다. 클램핑 전극들의 제1 세트 및 제2 세트는 상기 기판 지지 부재 내에 배치된다. 전력 공급 시스템은 클램핑 전력 공급부, 센터 탭 전력 공급부, 및 베이스플레이트 전력 공급부를 포함한다. 상기 클램핑 전력 공급부는 양의 출력 전압 및 음의 출력 전압을 생성하며, 양의 출력 전압 및 음의 출력 전압 각각은 센터 탭 전압으로부터 등간격이 된다. 상기 양의 출력 전압은 상기 클램핑 전극들의 제1 세트에 전기적으로 접속된다. 상기 음의 출력 전압은 상기 클램핑 전극들의 제2 세트에 전기적으로 접속된다. 상기 센터 탭 전력 공급부는 상기 클램핑 전력 공급부의 상기 센터 탭 전압을 제어하도록 구성된다. 상기 베이스플레이트 전력 공급부는 상기 센터 탭 전압으로부터 독립된 베이스플레이트 출력 전압을 생성하도록 구성된다. 상기 베이스플레이트 출력 전압은 상기 베이스플레이트에 전기적으로 접속된다.

Description

기판 클램핑 시스템 및 기판 클램핑 시스템 동작 방법 {SUBSTRATE CLAMPING SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
집적 회로 및 메모리 셀 등과 같은 반도체 디바이스들의 제조에서, 일련의 제조 동작들은 반도체 웨이퍼들과 같은, 기판들 상의 피쳐들을 구성하도록 수행된다. 에칭 및 증착과 같은, 몇몇의 제조 동작들은, 프로세스 가스 (process gas) 가 플라즈마로 변형되는 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 수행되는 플라즈마 프로세싱 동작들을 포함하며, 플라즈마는 기판에 노출될 경우 기판 상에서 작업을 수행할 수 있는 반응성 있는 구성성분들을 포함한다. 그러한 플라즈마 프로세싱 동작 동안, 기판은 플라즈마에 노출된 상태로 정전 척 (electrostatic chuck) 상에 홀딩 (hold) 된다. 정전 척은 기판을 정전 척의 지지 표면으로 끌어당기는 정전기장 (electrostatic field) 을 확립하도록 구성되며, 이로써 기판을 정전 척에 고정시킨다.
정전 척에 의해 생성되는 정전기장의 제어는 플라즈마 프로세싱 동작 동안 기판을 고정하고 플라즈마 프로세싱 동작이 완료되었을 때 정전 척으로부터 기판을 안전하게 제거함에 있어서 중요하다. 정전 척에 의해 생성되는 정전기장의 제어는 정전 척을 통하여 흐를 수도 있는 라디오주파수 (radiofrequency) 전류에 의해 복잡할 수 있다. 이러한 맥락에서 본 발명이 도출되었다 (arise).
일 실시예에서, 기판 클램핑 시스템은 개시된다. 기판 클램핑 시스템은 베이스플레이트 (baseplate) 및 베이스플레이트 상에 배치되는 기판 지지 부재를 포함하는 정전 척 (electrostatic chuck) 을 포함한다. 베이스플레이트는 전기 전도성 재료로 형성된다. 또한, 정전 척은 기판 지지 부재 내에 배치되는 클램핑 전극들의 제1 세트 및 기판 지지 부재 내에 배치되는 클램핑 전극들의 제2 세트를 포함한다. 또한, 기판 클램핑 시스템은 클램핑 전력 공급부, 센터 탭 (center tab) 전력 공급부, 및 베이스플레이트 전력 공급부를 포함하는 전력 공급 시스템을 포함한다. 클램핑 전력 공급부는 양의 출력 전압 및 음의 출력 전압을 생성하도록 구성된다. 양의 출력 전압들 및 음의 출력 전압들은 센터 탭 전압으로부터 등간격 (equidistant) 이다. 양의 출력 전압은 클램핑 전극들의 제1 세트에 전기적으로 접속된다. 음의 출력 전압은 클램핑 전극들의 제2 세트에 전기적으로 접속된다. 센터 탭 전력 공급부는 클램핑 전력 공급부의 센터 탭 전압을 제어하도록 구성된다. 베이스플레이트 전력 공급부는 센터 탭 전압으로부터 독립적인 베이스플레이트 출력 전압을 생성하도록 구성된다. 베이스플레이트 출력 전압은 베이스플레이트에 전기적으로 접속된다.
일 실시예에서, 정전 척을 위한 전력 공급 시스템이 개시된다. 전력 공급 시스템은 양의 출력 전압 및 음의 출력 전압을 생성하도록 구성된 클램핑 전력 공급부를 포함한다. 양의 출력 전압 및 상기 음의 출력 전압은 센터 탭 전압으로부터 등간격이다. 양의 출력 전압 및 상기 음의 출력 전압은 정전 척의 한 쌍의 인터리브드 (interleaved) 클램핑 전극들의 각각에 송신된다. 또한, 전력 공급 시스템은 클램핑 전력 공급부의 센터 탭 전압을 제어하도록 구성되는 센터 탭 전력 공급부를 포함한다. 전력 공급 시스템은 센터 탭 전압으로부터 독립된 베이스플레이트 출력 전압을 생성하도록 구성되는 베이스플레이트 전력 공급부를 더 포함한다. 베이스플레이트 출력 전압은 정전 척의 베이스플레이트로 송신된다.
일 실시예에서, 기판 클램핑 시스템을 동작시키기 위한 방법이 개시된다. 방법은 정전 척 상에 기판을 위치시키는 동작을 포함한다. 또한, 방법은 센터 탭 전압을 생성하는 동작을 포함한다. 또한, 방법은 양의 클램핑 전압 및 음의 클램핑 전압 각각이 센터 탭 전압으로부터 등간격이 되도록, 양의 클램핑 전압 및 음의 클램핑 전압을 생성하는 동작을 포함한다. 또한, 방법은 정전 척 내의 클램핑 전극들 각각에 양의 클램핑 전압 및 음의 클램핑 전압을 공급하는 동작을 포함한다. 방법은 센터 탭 전압을 생성하는 동작으로부터 독립적으로 베이스플레이트 전압을 생성하는 동작을 더 포함한다. 또한, 방법은 정전 척의 베이스플레이트에 베이스플레이트 전압을 공급하는 동작을 포함한다.
본 발명의 다른 이점들과 양태들은 본 발명의 예로서 도시한 첨부되는 도면들과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 플라즈마 구동 (plasma-driven) 기판 프로세싱 시스템의 수직 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 정전 척의 격리도 (isolated view) 를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 평균 클램핑 전극 전압 VCT 과 동일한 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 을 공급하도록 구성된 전력 공급 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 시간의 함수로서 RF 전력 공급부에 의한 펄싱된 RF 전력 생성 (pulsed RF power generation) 의 도표를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 평균 클램핑 전극 전압 VCT (즉, 전력 공급부의 센터 탭 전압) 및 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 공급의 독립적인 제어를 제공하도록 구성된 전력 공급 시스템의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 5의 전력 공급 시스템 (213B) 의 변형예인 전력 공급 시스템 (213C) 의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 클램핑 시스템 동작 방법의 플로우차트를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 클램핑 시스탬 동작 방법의 플로우차트를 도시한다.
이하의 설명에서, 많은 특정한 구체사항들은 본 발명에 대한 철저한 이해를 제공하기 위하여 제시된다. 다만, 이러한 특정한 구체사항들 중 일부 또는 전부 없이 본 발명이 실시될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 공지의 프로세스 동작들은 불필요하게 본 발명을 모호하게 하지 않도록 상세히 설명하지 않았다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 플라즈마 구동 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 수직 단면도를 도시한다. 시스템 (100) 은 상부 구조 (101B), 하부 구조 (101C), 및 상부 구조 (101B) 와 하부 구조 (101C) 사이에 연장된 측벽들 (101A) 에 의해 형성된 챔버 (101) 를 포함한다. 챔버 (101) 는 기판 프로세싱 영역 (102) 을 둘러싸며, 기판 프로세싱 영역 (102) 에서 기판 (109) 은 정전 척 (103) 상에 고정된 방식으로 홀딩되고 기판 프로세싱 영역 (102) 내에 형성된 플라즈마 (125) 의 반응성 있는 구성성분들에 노출된다. 일 실시예에서, 도어 어셈블리 (door assembly) (113) 는 기판 (109) 의 챔버 (101) 내로의 삽입 및 기판 (109) 의 챔버 (101) 로부터의 제거가 가능하도록 챔버 벽 (101) 내에 배치된다.
일 실시예에서, 본 명세서에서 사용된 용어 "기판" 은 반도체 웨이퍼를 지칭한다. 다만, 다른 실시예에서, 본 명세서에서 사용된 용어 "기판" 은 사파이어, 질화갈륨, 갈륨비소 또는 탄화규소, 또는 다른 기판 재료들로 형성된 기판들을 지칭하며, 유리 패널들, 유리 기판들, 금속 박들 (metal foils), 금속 시트들 (metal sheets) 또는 폴리머 재료들 등을 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 다양한 실시예들에서, 본 명세서에서 지칭된 "기판" 은 형태, 형상 및/또는 크기에서 변화할 수 있다. 예를 들어, 몇몇의 실시예들에서, 본 명세서에서 지칭된 "기판" 은 200 mm (밀리미터) 반도체 웨이퍼, 300 mm 반도체 웨이퍼, 또는 450 mm 반도체 웨이퍼에 대응할 수 있다. 또한, 몇몇의 실시예들에서, 본 명세서에서 지칭된 "기판" 은, 다른 형상들 중에서 평면 패널 디스플레이용 직사각형의 기판 등과 같은, 비원형 (non-circular) 기판에 대응할 수 있다. 본 명세서에서 지칭된 "기판" 은 다양한 예시적인 실시 도면들에서 기판 (109) 으로 표시된다.
다양한 실시예들에서, 한 예로써, 챔버 (101) 재료들이 플라즈마 프로세싱 동안 챔버 측벽들 (101A), 상부 구조 (101B), 및 하부 구조 (101C) 가 노출되는 온도 및 압력 차이를 구조적으로 견뎌낼 수 있고, 플라즈마 프로세싱 환경과 화학적으로 호환이 되는 한, 챔버 측벽들 (101A), 상부 구조 (101B), 및 하부 구조 (101C) 는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄과 같은, 상이한 재료로부터 형성될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 챔버 측벽들 (101A), 상부 구조 (101B), 및 하부 구조 (101C) 는 전기 전도성 재료로 형성되고, 전기적 접지 (157) 에 접속된다.
기판 프로세싱 영역 (102) 은 프로세스 가스 소스 (source) (119) 와 유체로 연통한다. 시스템 (100)의 동작 동안, 하나 이상의 프로세스 가스들은 프로세스 가스 소스 (119) 로부터 기판 프로세싱 영역 (102)으로 흐른다. 일 실시예에서, 기판 프로세싱 영역 (102) 에 진입 시, 프로세스 가스들은 기판 프로세싱 영역 (102) 을 통하여 주변 벤트들 (vents) (127) 로 흐르고, 화살표들 (181) 에 의해 지시되는 것처럼, 배기 펌프 (131) 에 의해 배기 포트들 (129) 을 통하여 배출된다 (pumped out). 일 실시예에서, (진자 밸브 (pendulum valve) 와 같은) 밸브는 그것의 입력부 근처의 배기 펌프 (131) 를 스로틀링 (throttle) 하도록 구현될 수 있으며, 그리하여 기판 프로세싱 영역 (102) 으로부터 프로세스 가스들의 플로우 레이트 (flow rate) 를 제어하기 위한 수단들을 제공한다.
일 실시예에서, 기판 프로세싱 영역 (102) 은 약 1 밀리토르 (milliTorr; mT) 로부터 약 100 mT 까지의 압력 범위 내에서 동작된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 시스템 (100) 은 약 100 밀리초 (milliseconds; ms) 의 기판 프로세싱 영역 (102) 내 플라즈마 (125) 의 반응성 있는 구성성분들의 체류시간 및, 약 1000 scc/minute (standard cubic centimeters per minute) 의 프로세스 가스 스루풋 (throughput) 플로우 레이트로, 약 10 mT 의 기판 프로세싱 영역 (102) 압력을 제공하도록 동작된다. 상기 예시적인 동작 조건들은 시스템 (100) 으로 달성될 수 있는 본질적으로 무한한 수의 동작 조건들 중 하나를 나타낸다는 점이 이해되고 유의되어야 한다. 상기 예시적인 동작 조건들은 시스템 (100) 의 가능한 동작 조건들에 어떠한 한정을 나타내거나 암시하는 것이 아니다.
또한, 시스템 (100) 은 기판 프로세싱 영역 (102) 내의 프로세스 가스들을 플라즈마 (125) 로 변형시키도록 전력을 제공하기 위해 배치되는 코일 어셈블리 (coil assembly) (151) 를 포함한다. 시스템 (100) 에서, 챔버 상부 플레이트 (101B) 는 코일 어셈블리 (151) 로부터 기판 프로세싱 영역 (102) 내로 RF (radiofrequency) 전력의 송신에 적합한 윈도우 (153) 를 포함한다. 일 실시예에서, 윈도우 (153) 는 석영으로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 윈도우 (153) 는 산화 알루미늄 같은, 세라믹 재료로 형성된다. 코일 어셈블리 (151) 로부터 송신되는 RF 전력은 기판 프로세싱 영역 (102) 내의 프로세스 가스들이, 예를 들어 이온과 같은 대전된 종 구성성분들 및 라디칼 (radical) 구성성분들을 포함하는, 플라즈마 (125) 의 반응성 있는 구성성분들로 변형되도록 한다. 플라즈마 (125) 의 반응성 있는 구성성분들은 기판 (109) 의 프로세싱에 영향을 미친다. 예를 들어, 일 실시예에서, 플라즈마 (125) 의 반응성 있는 구성성분들은 기판 (109) 의 에칭 프로세스를 수행한다.
일 실시예에서, RF 전력은 하나 이상의 RF 전력 소스들 (191A-191n) 로부터 코일 어셈블리 (151) 로 전달된다. RF 전력 소스 (191A-191n) 각각은 코일 어셈블리 (151) 로의 효율적인 RF 전력 송신을 보장하도록 각 매칭 회로망 (matching circuitry) 을 통하여 접속된다. 다수의 RF 전력 소스들 (191A-191n) 의 경우에서, RF 전력 주파수 및/또는 진폭에 관하여 다수의 RF 전력 소스들 (191A-191n) 각각은 독립적으로 제어될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 RF 전력 소스들 (191A-191n) 은 약 13.56 MHz 의 주파수를 갖는 RF 전력을 공급하도록 정의된다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 RF 전력 소스들 (191A-191n) 은 약 2 MHz, 또는 약 4 MHz, 또는 약 13.56 MHz, 또는 약 200 kHz 로부터 약 400 kHz 까지의 범위 내, 또는 이들을 조합한 주파수를 갖는 RF 전력을 공급하도록 정의된다.
한 예로서 도 1의 유도성 전력 전달 시스템이 도시된 점이 이해되어야 한다. 다른 실시예에서, 시스템 (100) 은 상이한 방법들로 플라즈마 (125) 를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 시스템 (100) 은 용량성 커플링 된 챔버로서 구성되며, 용량성으로 커플링 된 챔버에서 프로세스 가스 소스 (119) 로부터 전달된 프로세스 가스를 플라즈마 (125) 로 변형시키기 위하여, 전력 (직류, RF, 또는 이들의 조합) 이 공간 분리 전극 쌍들 사이 및 기판 프로세싱 영역 (102) 을 통해 송신되도록, 기판 프로세싱 영역 (102) 은 하나 이상의 전력 공급부들에 전기적으로 접속된 한 쌍의 이격된 전극에 노출된다. 또 다른 실시예에서, 시스템 (100) 은 마이크로웨이브 전력 소스가 프로세스 가스 소스 (119) 로부터 전달된 프로세스 가스를 플라즈마 (125) 로 변형시키도록 사용되는 마이크로웨이브 구동 챔버 (microwave-driven chamber) 로서 구성된다. 플라즈마 (125) 의 생성을 위한 시스템 (100) 에서 구현되는 특정한 전력 전달 실시예와 무관하게, 시스템 (100) 의 동작 동안, 플라즈마 (125) 의 반응성 있는 구성성분들이 정전 척 (103) 상에 배치되는 기판 (109) 에 노출되도록, 프로세스 가스 소스 (119) 에 의해 공급되는 프로세스 가스들은 플라즈마 (125) 로 변형된다는 점이 이해되어야 한다.
도 1의 시스템 (100) 의 예시적인 실시예에서, 정전 척 (103) 은 챔버 (101) 의 벽 (101A) 에 부착된 캔틸레버 암 (cantilevered arm) (105) 에 의해 홀딩된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 정전 척 (103) 은 챔버 (101) 의 하부 플레이트 (101C) 또는 챔버 (101) 내에 배치된 또 다른 부재에 부착될 수 있다. 챔버 (101) 내에 정전 척 (103) 을 지지하도록 사용되는 실시예와 무관하게, 정전 척 (103) 이 기판 프로세싱 영역 (102) 에 노출되는 기판 (109) 을 상태로 지지하도록 배치된다는 점이 이해되어야 한다.
도 1의 예시적인 실시예에서, 정전 척 (103) 은 베이스플레이트 (209) 및 베이스플레이트 (209) 상에 배치된 기판 지지 부재 (205) 를 포함한다. 일 실시예에서, 베이스플레이트 (209) 는 금속과 같은, 전기 전도성 재료로 형성된다. 일 실시예에서, 베이스플레이트 (209) 는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 베이스프레이트 (209) 는 스테인리스 스틸로 형성된다. 일 실시예에서, 베이스플레이트 (209) 로의 효율적인 RF 전력 송신을 보장하도록 구성된 매칭 유닛 (matching unit) (219) 을 통하여, 정전 척 (103) 의 베이스플레이트 (209) 는 RF 전력 소스 (217) 로부터 RF 전력을 수신하도록 접속된다.
일 실시예에서, 기판 지지 부재 (205) 는 세라믹 재료로 형성된다. 다양한 실시예들에서, 기판 지지 부재 (205) 는 탄화규소 또는 산화알루미늄으로 형성된다. 일 실시예에서, 기판 지지 부재 (205) 는 기판 지지 부재 (205) 와 베이스플레이트 (209) 사이의 열적 스트레스들 (thermal stresses) 을 완화하기 위한 탄성 중합체 본딩들 (elastomeric bonds) 을 포함하는 정전 척 (103) 의 층 (207) 에 의하여 베이스플레이트 (209) 로부터 분리된다. 다만, 다른 실시예들에서, 기판 지지 부재 (205) 및 베이스플레이트 (209) 사이의 열적 스트레스들을 완화할 다른 적합한 재료들에 의하여 기판 지지 부재 (205) 및 베이스플레이트 (209) 가 분리될 수 있다는 점은 이해되어야 한다. 다양한 실시예들에서, 한 예로써, 정전 척 (103) 의 재료가 플라즈마 프로세싱 환경과 화학적으로 호환 가능하고, 플라즈마 프로세싱 동안 노출될 온도들 및 압력 차이들을 구조적으로 견뎌낼 수 있는 한, 정전 척 (103)이 스테인리스 스틸, 알루미늄, 또는 세라믹과 같은, 상이한 재료들로부터 형성될 수 있다는 점은 이해되어야한다.
불필요하게 본 발명을 모호하게 하지 않도록, 정전 척 (103) 의 많은 특징들이 본 명세서에 상세히 설명되지 않는다. 예를 들어, 정전 척 (103) 의 구체사항들은 다른 아이템들 중에서, 에지 링들 (edge rings), 예를 들어, 기판 리프팅 핀들 (lifting pins) 과 같은 기판 핸들링 시스템, 후면 가스 전달 시스템 및, 가열 시스템들 및 냉각 시스템들에 대한 명확성을 위하여 생략된다.
일 실시예에서, 정전 척 (103) 은 기판 (109) 상 플라즈마 프로세싱 동작들의 수행 동안 기판 (109) 의 온도를 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서, 정전 척 (103) 은 기판 (109) 의 온도 제어를 유지하도록 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 냉각 유체가 흐를 수 있는 많은 냉각 채널들 (channels) 을 포함한다. 또한, 일 실시예에서, 정전 척 (103) 은 기판 (109) 의 온도를 증가시키기 위한 많은 가열 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 층 (207), 베이스플레이트 (209), 및 기판 지지 부재 (205) 의 각각이 정전 척 (103) 의 가열 시스템들 및 냉각 시스템들의 파트들을 포함한다는 점은 이해되어야 한다.
또한, 일 실시예에서, 헬륨과 같은, 후면 가스는 정전 척 (103) 과 기판 (109) 사이의 열적 전송을 향상시키도록 정전 척 (103) 의 후면 가스 전달 시스템을 통하여 정전 척 (103) 의 기판 지지 부재 (205) 와 기판 (109) 사이 영역으로 흐른다. 층 (207), 베이스플레이트 (209), 및 기판 지지 부재 (205) 각각이 정전 척 (103) 의 후면 가스 전달 시스템의 파트들을 포함한다는 점은 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 정전 척 (103) 의 격리도를 도시한다. 앞에서 언급한 것과 같이, 일 실시예에서, 정전 척 (103) 의 베이스플레이트 (209) 는 베이스플레이트 (209) 로의 효율적인 RF 전력 송신을 보장하기 위하여 구성된 매칭 유닛 (219) 을 통하여, RF 전력 소스 (217) 으로부터 RF 전력을 수신하도록 접속된다. 보다 구체적으로는, 베이스플레이트 (209) 는 RF 전력 소스 (217) 로부터 송신된 RF 전력으로 에너자이징 되고 (energized), RF 전력 소스 (217) 임피던스는 매칭 유닛 (219) 에 의하여 부하 (load) 에 매칭된다. 이러한 방식으로, 정전 척 (103) 은 이온들을 정전 척 (103) 방향으로 끌어당겨 정전 척 (103) 상에 홀딩된 기판 (109) 을 향하게 하기 위해 RF 바이어스를 제공하도록 구성된다. 보다 구체적으로는, 정전 척 (103) 은 정전 척 (103) 의 구조를 통하여 기판 (109) 에 용량성으로 커플링된 베이스플레이트 (209) 상의 RF 전압을 수신하고 유지하도록 구성된다.
기판 (109) 상에서 플라즈마 프로세싱 동작들의 수행 동안, 정전 척 (103) 은 고정 방식으로 기판 (109) 을 홀딩하도록 구성된다. 일 실시예에서, 정전 척 (103) 은 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 정전 척 (103) 상에 기판 (109) 을 단단히 홀딩하기 위한 정전기장을 생성하도록 구성된 한 쌍의 인터리브드 클램핑 전극들 (interleaved clamp electrodes) (201 및 203) 을 포함한다. 설명의 편의를 위하여 도 2의 예시에 중앙 클램핑 전극 (203) 및 외곽 클림핑 전극 (201) 이 도시되어 있으나, 다른 실시예들에서 한 쌍의 인터리브드 클램핑 전극들 (201 및 203) 각각이 다수의 인터리브드 전극 세그먼트들 (segments) 을 포함할 수 있다는 점은 이해되어야 한다. 일반적으로, 기판 (109) 이 위에 배치되는 기판 지지 부재 (205) 의 구역을 통하여 클램핑 전극들의 제1 세트 및 클램핑 전극들의 제2 세트들이 서로 인터리브드 되도록, 정전 척 (103) 은, 기판 지지 부재 (205) 내에 배치된, 예를 들어 도면 부호 201과 같은 클램핑 전극들의 제1 세트, 및 기판 지지 부재 (205) 내에 배치된, 예를 들어 도면 부호 203과 같은 클램핑 전극들의 제2 세트를 포함한다.
클램핑 전극들 (201 및 203) 은 전력 공급 시스템 (213) 으로부터 DC 전압을 수신하도록 전기적으로 접속된다. 전력 공급 시스템 (213)은 필터 네트워크 (filter network) (211) 를 통하여 각 클램핑 전극들 (201 및 203) 에 클램핑 전압들 V1 및
V2 를 공급하도록 구성된다. 일 실시예에서, 필터 네트워크 (211) 는 전력 공급 시스템 (213) 에 의해 출력된 각 전압을 위한 분리형 로우 패스 필터 회로망 (separate low pass filtering circuitry) 을 포함한다. 이러한 방식으로, 필터 네트워크 (211) 의 로우 패스 필터 회로망은 베이스플레이트 (209) 및 클램핑 전극들 (201 및 203) 에 존재하는 고주파수 RF 전압들로부터 전력 공급 시스템 (213) 을 보호한다. 또한, 전력 공급 시스템 (213) 은 베이스플레이트 (209) 에 DC 오프셋 전압 VBP 를 공급하도록 접속되고 구성된다. 또한, 필터 네트워크 (211) 는 베이스플레이트 (209) 에 송신된 DC 오프셋 전압 VBP 를 위한 분리형 로우 패스 필터 회로망을 포함한다. 또한, 이하에서 좀더 구체적으로 논의되듯이, 피크 전압 검출기 (peak voltage detector) (215) 는 베이스플레이트 (209) 에 인가되는 DC 오프셋 전압 VBP 를 제어하기 위한 전력 공급 시스템 (213) 에 설정값 전압 (set point voltage) 을 제공하도록 접속된다. 일 실시예에서, 피크 전압 검출기 (215) 는 피크 RF 전압을 측정하도록 구성된다.
또한, 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템 (221) 은 RF 전력 공급부 (217), 매칭 유닛 (219), 및 전력 공급 시스템 (213) 을 제어하도록 접속되고 구성된다. 또한, 컴퓨터 시스템 (221) 은 RF 전력 공급부 (217), 매칭 유닛 (219), 피크 전압 검출기 (215), 및 전력 공급 시스템 (213) 의 동작을 포함하는 정전 척 (103) 의 동작에 관하여 다수의 아날로그 채널들 및/또는 디지털 채널들에 대한 진단 정보를 얻도록 접속되고 구성된다. 컴퓨터 시스템 (221) 은 RF 전력 공급부 (217), 매칭 유닛 (219), 및 전력 공급 시스템 (213) 에 설정값들을 제공하도록 더 구성될 수 있다.
클램핑 전극들 (201 및 203) 에 각각 클램핑 전압들 V1 및 V2 을 공급하고, 베이스플레이트 (209) 에 DC 오프셋 전압 VBP 를 공급하도록 구성된 전력 공급 시스템 (213) 에 대하여 본 명세서에서 실시예들이 개시된다. 전력 공급 시스템 (213) 에 대한 실시예들은 기판 (109) 클램핑력들이 기판 (109) 상에 존재하는 전하와 기판 지지 부재 (205) 내에 내장된 클램핑 전극들 (201 및 203) 상에 존재하는 전하 사이에 있는, 쿨롱 타입 (Coulomb type) 의 정전 척 (103) 의 맥락 내에서 본 명세서에서 개시된다. 다만, 본 명세서에 개시된 전력 공급 시스템 (213) 실시예들이 기판 (109) 클램핑력들이 기판 (109) 상에 존재하는 전하와 기판 지지 부재 (205) 의 표면 상에 존재하는 전하 사이에 있는, 존슨-라벡 타입 (Johnson-Rahbek type) 의 정전 척에 동일하게 적용된다는 점이 이해되어야 한다.
정전 척 (103) 내 단위 면적당 클램핑력들은 클램핑 전극들 (201 및 203) 로부터 기판 (109) 까지 측정된 인가된 전압의 제곱에 비례한다. ε 은 기판 (109) 과 클램핑 전극들 (201 및 203) 사이 재료의 (즉, 기판 지지 부재 (205) 및 존재한다면 후면 가스의) 유전 상수이고, d 는 기판 (109) 과 클램핑 전극들 (201 및 203) 사이 재료의 두께이며, 클램핑 전극들 (201 및 203) 상 전압 V 및, 기판 (109) 상 전압 VW 에 대해 VC=|V-VW| 이고, k 는 클램핑 전극들 (201 및 203) 의 지오메트리에 대한 1에 근사한 상수인 경우, 단위 면적당 클램핑력 (F) 은 식 1과 같이 계산된다. 기판 전압 VW 는 플라즈마 상태들 및 RF 전력 공급부 (217) 로부터 기판 (109) 에 인가되는 바이어스 전압에 의하여 결정된다. Vp 는 플라즈마 포텐셜, 즉, 도 1을 참조하면 플라즈마 (125) 의 포텐셜이고, Vpp 는 RF 전력 공급부 (217) 로부터 베이스플레이트 (109) 를 통하여 송신된 피크 투 피크 (peak-to-peak) RF 전압인 경우, RF 전력 공급부 (217) 로부터 송신된 RF 전력의 많은 사이클들을 통해 평균을 내면, 기판 전압 VW 의 양호한 근사는 식 2에 의해 주어진다.
식 1.
Figure 112014052859558-pct00001
식 2.
Figure 112014052859558-pct00002
정전 척 (103) 과 같은, 쌍극의 정전 척에서, 예를 들어, 반대로 대전된 클램핑 전극들 (201 및 203) 과 같은, 두 개의 클램핑 전극들이 있다. 이 쌍극의 클램핑 전극 배열 (arrangement) 은, 올바르게 구현되면, 기판 (109) 상에서 유도된 전체 전하를 0에 가깝게 감소시켜, 클램핑 전력 공급부가 턴오프된 (turned off) 경우에도 기판 (109) 이 정전 척에 붙을 위험을 낮춘다. 두 개의 클램핑 전극들 (201 및 203) 과 기판 (109) 사이의 클램핑력이 동일하기 위하여, 두 개의 클램핑 전극들 (201 및 203) 상의 클램핑 전압들 V1 및 V2 는 식 3의 조건을 충족해야 한다. 즉, 두 개의 클램핑 전극들 (201 및 203) 과 기판 (109) 사이의 클램핑력이 동일하기 위하여, 두 개의 클램핑 전극들 (201 및 203) 상의 클램핑 전압들 V1 및 V2 의 평균은 기판 전압 VW 에 세팅되어야 한다. 기판 전압 VW 으로 두 개의 클램핑 전압들 V1 및 V2 의 세팅은 "바이어스 보상 (bias compensation)" 이라 지칭된다.
식 3.
Figure 112014052859558-pct00003
바이어스 보상 수행에서, 수단들은 기판 전압 VW 을 예측하는데 사용된다. 이때, "보상된" 정전 척 (103) 전력 공급 시스템 (213) 을 사용하여 클램핑 전압들 V1 및 V2 의 평균은 예측된 기판 전압 VW 에 세팅된다. 바이어스 보상이 수행되지 않으면, 또는 올바르지 않게 수행되면, 클램핑 전극들 (201 및 203) 과 기판 (109) 사이의 클램핑력들은 동일하지 않을 것이고, 전하가 기판 (109) 상에 유도될 수도 있으며, 이는, 디척킹 (de-chucking) 동안 기판 (109) 이 손상될 수도 있는 위험을 증가시키고 정전 척 (103) 으로부터 기판 (109) 을 제거하는 것, 즉 디척킹을 더 어렵게 할 것이다. 또한, 클램핑 전극들 (201 및 203) 과 기판 (109) 사이의 같지 않은 클램핑력들에 대응하는 비대칭 클램핑과 함께, 불필요하게 높은 클램핑 전압들 V1 및 V2 이 요구될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 헬륨과 같은, 후면 가스는 정전 척 (103) 과 기판 (109) 사이의 열적 접촉을 개선하도록 정전 척 (103) 의 기판 지지 부재 (205) 와 기판 (109) 사이에 도입될 수 있다. 기판 지지 부재 (205) 상의 장소에서 기판 (109) 을 홀딩하는데 최소한의 클램핑이 요구되도록, 후면 가스의 도입은 기판 (109) 을 가로질러 압력 차이를 만든다. 그러므로, 최소 클램핑 전압 Vmin 은 기판 (109) 을 가로지른 압력 차이와 적합한 세이프티 마진의 합에 의해 요구되는 최소 클램핑력에 대응한다.
정전 척 (103) 의 적절한 바이어스 보상을 위하여, 클램핑 전압들 V1 및 V2 모두는 VC 가 대략적으로 최소 클램핑 전압 Vmin 에 동일하도록 세팅될 수 있다. 다만, 그렇지 않으면, 클램핑 전압들 V1 및 V2 중 하나는 최소 클램핑 전압 Vmin 보다 커야한다. 클램핑 전압들 V1 또는 V2 를 최소 클램핑 전압 Vmin 보다 크게 하는 것은, 챔버 (101) 내 근처의 컴포넌트의 전기적 아킹 (arcing), (더 높은 전압 클랩핑 전극에서 불필요하게 높은 클램핑력으로 인한) 기판 (109) 과 기판 지지 부재 (205) 사이의 인터페이스에 생성된 증가된 숫자의 입자들, 디바이스 손상, 및 디척킹 프로세스 동안 정전 척 (103) 에 기판 (109) 이 붙는 위험을 증가시킨다.
유도성으로 커플링된 플라즈마 반응기를 위하여, 플라즈마 퍼텐셜 Vp 는 0에 가까우며, 즉, 베이스플레이트 (109) 를 통하여 RF 전력 공급부 (217) 로부터 송신된 피크 투 피크 RF 전압 Vpp 과 비교하여 양이고 대체로 작다. 플라즈마 퍼텐셜 Vp 가 양이기 때문에, 식 5는 베이스플레이트 (109) 를 기판 전압 Vw 보다 항상 낮은 전압에 세팅한다. 평균 기판 전압 <Vw> 은 식 4에 주어진다. 이때, 두 개의 클램핑 전극들 (201 및 203) 상 클램핑 전압들 V1 및 V2 의 평균이 기판 전압 VW 에 세팅되어야 한다는 식 3으로부터 상기하면, 유도성으로 커플링된 플라즈마 반응기를 위하여, 평균 클램핑 전극 전압 VCT (또한, 센터 탭 전압 VCT 로 지칭됨) 은 식 5에서 보듯이, 베이스플레이트 (109) 를 통하여 RF 전력 공급부 (217) 로부터 송신된 평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 의 절반의 음의 값으로 세팅될 수 있다. 그러므로, 식 5는 유도성으로 커플링된 플라즈마 반응기와 같은, 플라즈마 퍼텐셜이 본질적으로 0인 플라즈마 프로세싱 시스템 내의 바이어스 보상을 위한 요구를 나타낸다. 이 경우에, 평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 은 적합한 주기의 시간에 걸친 Vpp 의 평균이다. 실제로는, Vpp 의 로우 패스 필터된 값이 평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 으로 사용될 수 있다.
식 4.
Figure 112014052859558-pct00004
식 5.
Figure 112014052859558-pct00005
정전 척 동작과 연관된 또 다른 위험은 베이스플레이트 (209) 와 기판 (109) 사이, 또는 베이스플레이트 (109) 와 챔버 (101) 내 이웃한 컴포넌트들 사이의 전기적인 아킹이다. 이 현상은 "베이스플레이트 아킹" 으로 지칭된다. 베이스플레이트 아킹이 RF 전력 공급부 (217) 에 의해 전력을 공급받는, 금속성 베이스플레이트 (209)가 플라즈마 (125) 에 대해 순간적으로 양으로 대전될 경우 발생할 수 있다는 점은 이해되어야 한다. 베이스플레이트 아킹은 정전 척 (103) 의 동작상 수명을 제한하고, 기판 (109) 을 오염시킬 수 있는 미립자들을 만드는 손상 방전들 (damaging discharges) 을 야기한다. 베이스플레이트 아킹을 방지하기 위하여, 베이스플레이트 (209) 퍼텐셜 (Vbp), 즉, 베이스플레이트 전압 Vbp 은, 전력 공급 시스템 (213) 내의 높은 전압 전력 공급부를 사용하여 식 6에서 보듯이 세팅된다. 식 6에서, 함수 max(Vpp) 는 적합한 시간 스케일을 통한 최대 Vpp 를 지칭한다. 그러므로, 식 6에 따르면, 베이스플레이트 전압 Vpp 는 베이스플레이트 (109) 를 통하여 RF 전력 공급부 (217) 로부터 송신된 공급되는 RF 전력의 최대 피크 투 피크 전압의 절반의 음의 값과 실질적으로 동일하도록 제어된다. 다시 말해서, 베이스플레이트 전압 Vbp 은 베이스플레이트 (109) 에 인가되는 RF 전압의 최대 양의 값에 실질적으로 동일하도록 제어된다. 베이스플레이트 (209) 상의 피크 RF 전압이 플라즈마 퍼텐셜과 동일하거나 플라즈마 퍼텐셜보다 작게 유지되도록 베이스플레이트 전압 Vbp 이 세팅된다는 점은 이해되어야 한다.
식 6.
Figure 112014052859558-pct00006
평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 및 최대 피크 투 피크 RF 전압 (max(Vpp)) 이 결정되는 시간스케일과 비교하여 베이스플레이트 바이어스 전압 (Vbp) 이 긴 시간동안 일정한 레벨로 있는 경우, 이때 평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 는 최대 피크 투 피크 Rf 전압 (max(Vpp)) 과 실질적으로 동일하게 된다. 이러한 경우, 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 은 평균 클램핑 전극 전압 VCT 와 동일하게, 즉, Vbp=VCT 로 세팅될 수 있고, 정전 척 (103) 바이어스 보상을 위한 요구 (식 5) 및 베이스플레이트 (109) 아킹을 위한 요구 (식 6) 는 충족될 것이다. 그러므로, 긴 시간 주기에 걸쳐 평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 이 최대 피크 투 피크 RF 전압 (max(Vpp)) 과 실질적으로 동일한 실시예에서, 전력 공급 시스템 (213) 은 평균 클램핑 전극 전압 VCT 과 실질적으로 동일한 (즉, 센터 탭 전압 VCT 과 실질적으로 동일한) 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 을 공급하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 평균 클램핑 전극 전압 VCT 과 동일한 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 을 공급하도록 구성된 전력 공급 시스템 (213A) 의 개략도를 도시한다. 명확성을 위하여, 내부 접지들 및 내부 전력 공급부는 도 3의 개략도에 도시되지 않는다. 또한, 명확성을 위하여, 단순한 레벨의 시프팅 (shifting) 및 증폭 동작들을 수행하는 회로 블록들 (blocks) 은 도 3의 개략도에 도시되지 않는다.
클램핑 전극 전압들 (V1-V2) 사이에 원하는 차이와 비례하는 클램핑 전극 설정값 전압 신호는 입력 VC_IN 으로 세팅된다. 베이스플레이트 (209) DC 오프셋 설정값 전압 신호는 입력 VB_IN 으로 세팅된다. 일 실시예에서, 입력 VB_IN 에서의 베이스플레이트 (209) DC 오프셋 설정값 전압 신호는 Vpp/2 와 등가인 측정된 피크 RF 전압으로서 피크 전압 검출기 (215) 로부터 제공된다.
베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 는 출력부 VBP 로 제공된다. VBP 로 제공된 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 은, 적분기 (321) 로의 입력으로서 베이스플레이트 바이어스 전압 출력 모니터링 신호 BIAS_MON 를 차례로 제공하는 스케일링 (scaling) 회로 (341) 에 의해 감지된다. 적분기 (321) 는 베이스플레이트 오프셋 오류 신호를 생성하기 위하여 입력 VB_IN 에서 수신한 베이스플레이트 (209) DC 오프셋 설정값 전압과 신호 BIAS_MON 을 비교하도록 동작한다. 적분기 (321) 는 베이스플레이트 오프셋 오류 신호의 통합된 버전을 생성하도록 더 동작한다. 베이스플레이트 오프셋 오류 신호의 통합된 버전은 높은 전력 연산 증폭기들 (323 및 327) 를 통하여, 각각 한 쌍의 고립된 높은 전압 전력 공급부 (325 및 329) 를 구동시키도록 사용된다. 일 실시예에서, 높은 전압 전력 공급부 (325 및 329) 는 (접지 퍼텐셜을 기준으로) 양의 2000 볼트와 음의 2000 볼트 사이의 바이어스 출력 전압을 감지 회로 (331) 에 제공하도록 접속되고 구성된다. 감지 회로 (331) 는 4쿼드런트 (four-quadrant) 동작을 위해 제공하는, 즉, 출력의 극성과 무관하게 전류를 소싱하거나 싱킹 (sink) 하는 능력을 제공하는 다이오드들 (335 및 339) 및 저항들 (333 및 337) 의 네트워크이다.
감지 회로 (331) 의 출력부는 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 출력부 VBP 에 접속된다. 또한, 감지 회로 (331) 의 출력부는 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 위치 VCT 에 접속된다. 이러한 방식으로, 출력부 VBP 에서 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 은 평균 클랭핑 전극 전압과 동일한 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 위치 VCT 에서의 센터 탭 전압 VCT 과 동일하다. 그러므로, 전력 공급 시스템 (213A) 은 평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 이 긴 시간 주기에 걸쳐 최대 피크 투 피크 RF 전압 (max(Vpp)) 과 실질적으로 동일한 상황을 위하여, 평균 클램핑 전극 전압 VCT 과 동일한 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 을 공급하도록 구성된다.
일 실시예에서, 전력 공급부 (307) 는 고립된 쌍극의 높은 전압 전력 공급부 (307) 이다. 이 실시예에서, 전력 공급부 (307) 는 클램핑 전압 피드백 루프 (feedback loof) 에 의해 구동되고 양의 출력 전압 VPOS 및 음의 출력 전압 VNEG 각각이 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 위치 VCT 의 센터 탭 전압 VCT 으로부터 등간격이 되도록, 즉, VPOS-VCT = VCT-VNEG 이도록, 고립된 양의 출력 전압 VPOS 및 고립된 음의 출력 전압 VNEG 를 제공한다. 일 실시예에서, 공급부 (307) 는 적분기 회로 (303) 로부터 입력 신호를 수신하는, 높은 전압 연산 증폭기 (305) 에 의하여 구동된다.
전력 공급부 (307) 의 출력 전압들 VPOS 및 VNEG 은 전력 공급 시스템 (213A) 의 제1 클램핑 전극 전압 출력부 V1 및 제2 클램핑 전극 전압 출력부 V2 에 전기적으로 접속된다. 출력부들 V1 및 V2 에 존재하는 출력 전압들 VPOS 및 VNEG 이 클램핑 전극 전압들 V1 및 V2 로서 클램핑 전극들 (201 및 203) 에 인가되기 위하여, 출력부들 V1 및 V2 은 클램핑 전극들 (201 및 203) 에 전기적으로 접속된다. 일 실시예에서, 출력부들 V1 및 V2 로의 루트 (route) 에서, 전력 공급부 (307) 의 출력부들 VPOS 및 VNEG 은 전류 감지 저항들 (309 및 313) 에 각각 접속된다. 두 개의 클램핑 전극 전압 출력부들 V1 및 V2 에서 측정된 출력 전류들을 나타내면서, 전류 모니터링 신호들 I_POS 및 I_NEG 을 각각 제공하도록, 각각의 전류 감지 저항들 (309 및 313) 을 가로지른 전압 차이는 감지회로들 (311 및 315) 에 의하여 각각 측정되고 프로세싱된다 (processed).
감지 회로 (319) 는 두 개의 클램핑 전극 전압 출력부들 V1 및 V2 에 전기적으로 접속된다. 감지 회로 (319) 는 두 개의 출력부 V1 및 V2 사이의 전압 차이에 비례하는, 즉, VPOS-VNEG 에 비례하는 클램핑 전압 모니터링 신호 (CLAMP_MON) 을 출력하고 생성하도록 구성된다. 적분기 회로 (303) 는 감지 회로 (319) 로부터 입력으로서 클램핑 전압 모니터링 신호 CLAMP_MON 를 수신한다. 적분기 회로 (303) 는 클램핑 오류 신호를 형성하도록 입력 VC_IN 에서 수신한 클램핑 전극 설정값 전압 신호로부터 클램핑 전압 모니터링 신호 CLAMP_MON 을 빼도록 구성된다. 적분기 (303) 는 클램핑 오류 신호의 통합된 버전을 생성하도록 더 동작한다. 클램핑 오류 신호의 통합된 버전은 높은 전력 연산 증폭기 (305) 를 통하여 전력 공급부 (307) 를 구동시키도록 사용된다. 이러한 방식으로, 감지 회로 (310) 로부터 적분기 (303) 로의 클램핑 전압 모니터링 신호 CLAMP_MON 의 송신은 상술한 클램핑 전압 피드백 루프를 제공한다.
일 실시예에서, 전력 공급 시스템 (213A) 은 클램핑 전극들 (201 및 203) 에 인가된 클램핑 전압들 V1 및 V2 의 극성의 스위칭 (switching) 을 가능하도록 구성된다. 이러한 극성 스위칭 능력을 구현하기 위하여, 전력 공급 시스템 (213A) 은 각각이 입력 REVERSE 에서 극성 전환 제어 신호를 수신하는 VC_IN 극성 제어 회로 (301) 및 릴레이 (relay) (317) 를 포함한다. 동작 동안, 출력 전압들 VPOS 및 VNEG 은 전류 감지 저항들 (309 및 313) 로부터 릴레이 (317) 로 송신된다. REVERSE 입력에서 수신한 입력 신호가 아무런 극성 전환을 지시하지 않는다면, V1 및 V2 가 각각 양 및 음이 되도록 일반적으로 기대되는 것을 고려하여, 릴레이 (317) 는 양의 출력 전압 VPOS 을 출력부 V1 에 접속시키고, 음의 출력 전압 VNEG 을 출력부 V2 에 접속시킨다.
해당 방식에서, REVERSE 입력에서 수신한 입력 신호가 극성 전환이 수행되도록 지시한다면, V1 및 V2 가 각각 양 및 음이 되도록 일반적으로 기대되는 것을 다시 고려하여, 릴레이 (317) 는 양의 출력 전압 VPOS 을 출력부 V2 에 접속시키고, 음의 출력 전압 VNEG 를 출력부 V1 에 접속시킨다. REVERSE 입력 신호가 확정된 경우 감지 회로 (319) 의 출력이 극성을 전환하기 때문에, VC_IN 극성 제어 회로 (301) 는 REVERSE 입력 신호가 확정된 경우 입력 VC_IN 에서 수신한 클램핑 전극 설정값 전압 신호의 극성을 전환하도록 구성된다.
평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 이 긴 시간 주기에 걸쳐 최대 피크 투 피크 RF 전압 (max(Vpp)) 과 실질적으로 동일한 경우 허용가능한, 평균 클램핑 전극 전압 VCT 과 동일하게 도 3의 전력 공급 시스템 (213) 이 베이스 플레이트 바이어스 전압 Vbp 을 세팅하도록 구성된다는 점이 이해되어야 한다. 다만, 피크 투 피크 RF 전압 Vpp 이 최대 피크 투 피크 RF 전압 (max(Vpp)) 및 평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 을 계산하는데 사용된 시간 스케일에 걸쳐 변화한다면, <Vpp> 및 (max(Vpp)) 는 매우 상이할 수 있다.
예를 들어, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 시간의 함수로서 RF 전력 공급부 (217) 에 의한 펄싱된 RF 전력 생성 (pulsed RF power generation) 의 도표를 도시한다. 펄싱된 RF 전력 생성 실시예에서, 연속적인 RF 펄스들이 아무런 RF 전력이 생성되지 않는 지속기간 Toff 에 의해 분리되고, 각각의 RF 펄스가 지속기간 Ton 동안 지속되도록, RF 전력 공급부 (217) 는 펄스 방식으로 베이스플레이트 (209) 에 RF 전력을 송신하고 생성하도록 동작된다. 도 4에서 보듯이, RF 바이어스 전압이 펄싱되면, 평균 피크 투 피크 RF 전압 <Vpp> 은 식 7에서 보듯이 계산되고, 최대 피크 투 피크 RF 전압 (max(Vpp)) 은 식 8에서 보듯이 계산된다.
펄싱된 RF 전력 실시예에서, 보상 전압 Vbp 및 VCT 은 현저하게 상이할 수 있다. 그러므로, 전력 공급 시스템 (213A) 와 무관하게 상술한 공통의 전기적인 노드로의 연결을 거쳐, 이 실시예에서 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 을 평균 클램핑 전극 전압 VCT 과 동일하게 하는 것은 허용될 수 없다. 그러므로, 펄싱된 RF 전력이 RF 전력 공급부 (217) 로부터 베이스플레이트 (209) 로 공급되는 경우, 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 및 평균 클램핑 전극 전압 VCT (즉, 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 전압) 의 독립적인 제어를 갖는 것이 필요하다.
식 7.
Figure 112014052859558-pct00007
식 8.
Figure 112014052859558-pct00008
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 평균 클램핑 전극 전압 VCT (즉, 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 전압) 및 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 공급의 독립적인 제어를 제공하도록 구성된 전력 공급 시스템 (213B) 의 개략도를 도시한다. 명확성을 위해, 내부 접지들 및 내부 전력 공급부들은 도 5의 개략도에 도시되지 않는다. 또한, 명확성을 위해, 단순한 레벨의 시프팅 (shifting) 및 증폭 동작들을 수행하는 회로 블록들은 도 5의 개략도에 도시되지 않는다.
도 5에서 보듯이, 전력 공급 시스템 (213B) 은 도 3의 전력 공급 시스템 (213A) 에 대해 상술한 바와 유사한 클램핑 전압 공급 체인 (chain) 을 구현한다. 구체적으로는, 전력 공급 시스템 (213B) 은 전력 공급부 (307), 드라이버 (driver) 회로 (305), 적분기 (303), 저항들 (309 및 313), 감지 회로들 (311 및 315), 감지회로 (319), 릴레이 (317), 및 VC_IN 극성 제어부 (301) 를 구현한다. 또한, 전력 공급 시스템 (213A) 에 대해 상술한 바와 같이, 전력 공급 시스템 (213B) 은 두 개의 클램핑 전극 전압 출력들 V1 및 V2 을 공급하며, 입력 VC_IN 에서 클램핑 전극 설정값 전압 신호를 수신하고 클램핑 전압 모니터링 신호 CLAMP_MON 및 전류 모니터링 신호들 I_POS 및 I_NEG 을 출력하도록 구성된다.
일 실시예에서, 전력 공급 시스템 (213B) 내의 전력 공급부 (307) 는 대칭적인 이중 출력 (dual-output) 고립된 높은 전압 출력 공급부 (307) 로서 구성된다. 일 실시예에서, 전력 공급 시스템 (213B) 내의 전력 공급부 (307) 는 고립된 높은 전압 스위칭 전력 공급부 (307) 로서 구성된다. 일 실시예에서, VPOS 및 VNEG 모두가 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 위치 VCT 에서 센터 탭 전압 VCT 에 관하여 측정되는 경우, 전력 공급 시스템 (213B) 의 클램핑 전압 공급 체인은 0 볼트로부터 양의 약 10 볼트까지의 범위 내로 입력 VC_IN 에서 클램핑 전극 설정값 전압 신호를 수신하고, 0 볼트로부터 양의 약 3000 볼트까지의 범위 내로 VPOS 에서 고립된 출력 전압을 생성하며, 0 볼트로부터 음의 약 3000 볼트까지의 범위 내로 VNEG 에서 고립된 출력 전압을 생성한다. 또한, 일 실시예에서, VPOS 밖으로의 최대 출력 전류는 음의 약 1 밀리암페어이고, VNEG 밖으로의 최대 출력 전류는 약 1 밀리암페어이다. 다만, 상술한 VPOS 및 VNEG 의 전압 범위 및 전류 범위가 하나의 예시적인 실시예를 위해 제공된다는 점은 이해되어야 한다. 다른 실시예들은 예시적인 실시예를 위해 위에서 개시된 범위들 외부에 있는 VPOS 및 VNEG 에서의 전류들 및 전압들을 생성하도록 구성된 전력 공급부 (307) 를 구현할 수 있다.
전력 공급부 (307) 의 출력 전압 차이 VCLAMP (VCLAMP=V1-V2) 가 입력 VC_IN 에서 클램핑 전극 설정값 전압 신호를 거쳐 프로그래밍될 수 있다는 점은 이해되어야 한다. 구체적으로, 일 실시예에서, VCLAMP_MAX 가 약 2000 볼트로부터 약 10000 볼트까지의 범위 내에 있는 경우, 0 볼트로부터 최대 값 VCLAMP_MAX 까지의 범위 내의 출력 전압 차이 VCLAMP 를 얻기 위하여 입력 VC_IN 에서 클램핑 전극 설정값 전압 신호의 세팅을 허용하도록 접속되고 구성된다. 일 실시예에서, VCLAMP_MAX 는 약 6000 볼트이다. 일 실시예에서, 입력 VC_IN 에서 제공된 클램핑 전극 설정값 전압 신호는 0 볼트로부터 양의 10 볼트까지의 범위 내의 전압을 갖거나, 약 4 밀리암페어로부터 약 20 밀리암페어까지의 범위 내의 전류를 갖는 아날로그 신호이다. 또한, 일 실시예에서, 입력 VC_IN 에서 제공된 클램핑 전극 설정값 전압 신호는 하나 이상의 디지털 입력들로부터 얻을 수 있다. 예를 들어, RS232, Ethernet, CAN, DeviceNet, LonWorks 와 같은 시리얼 인터페이스 (serial interface), 또는 유사한 인터페이스는 시리얼 인터페이스에 걸쳐 수신한 명령들에 응하여 클램핑 전극 설정값 전압 입력 신호를 생성하도록, 다른 것들 중에서 ASIC, FPGA, DSP, 또는 회로망 기반 마이크로컨트롤러와 함께 사용될 수 있다.
유사한 방식으로, 다양한 실시예들에서, 모니터링 신호 CLAMP_MON, I_POS, 및 I_NEG 는 제어 컴퓨터 시스템 (221) 에 아날로그 전압들 또는 아날로그 전류들로써, 또는 ASIC, FPGA, DSP 또는 회로망 기반 마이크로컨트롤러를 사용하는 아날로그 디지털 전환 (analog-to-digital conversion) 후의 디지털 인터페이스에 걸쳐 반환될 수 있다. 일 실시예에서, 모니터링 신호들 CLAMP_MON, I_POS, 및 I_NEG 은 음의 약 10 볼트로부터 양의 약 10 볼트까지의 범위 내의 아날로그 전압들로서 생성될 수 있다. 또한, CLAMP_MON, I_POS, 및 I_NEG 이상의 추가적인 모니터링 신호들은 클램핑 전압 공급 체인 내에 접속되고 구성된 적합한 회로망에 의하여 제공될 수 있다.
또한, 전력 공급 시스템 (213B) 은 클램핑 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 전압 VCT 을 제어하도록 구성된 센터 탭 전력 공급부 (503) 를 포함한다. 또한, 전력 공급 시스템 (213B) 은 센터 탭 전압 VCT 으로부터 독립된 출력부 VBP 에서 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp (즉, 베이스플레이트 출력 전압 Vbp ) 을 생성하도록 구성된 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 를 포함한다. 상술한 바와 같이, 출력부 VBP 는 베이스플레이트 (209) 에 전기적으로 접속되며, 이로 인하여 베이스플레이트 (209) 에 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 을 제공한다. 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 센터 탭 전력 공급부 (503) 로부터 분리되도록 구성되고, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 센터 탭 전력 공급부 (503) 로부터 독립하여 동작하도록 구성된다는 점은 이해되어야 한다. 베이스플레이트 출력 전압 Vbp 및 센터 탭 전압 VCT 의 분리되고 독립적인 제어를 제공함으로써, 전력 공급 시스템 (213B) 이 정전 척 (103) 의 클램핑 전극들 (201 및 203) 및 베이스플레이트 (209) 모두를 정확하게 바이어싱 (biasing) 하기 위해 제공한다는 점은 이해되어야 한다.
센터 탭 전력 공급부 (503) 에 의해 생성되고 출력된 센터 탭 전압 VCT 이 클램핑 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 위치 VCT 에 인가되도록 센터 탭 전력 공급부 (503) 는 센터 탭 전력 공급부 (503) 의 센터 탭 위치 VCT 에 전기적으로 접속된 출력부를 포함한다. 일 실시예에서, 센터 탭 전력 공급부 (503) 는 0 볼트로부터 음의 약 5000 볼트까지의 범위 내의 센터 탭 전압 VCT 을 생성하도록 정의된다.
센터 탭 전력 공급부 (503) 는 센터 탭 전력 공급부 (503) 에 의해 생성되고 출력되기 위하여 센터 탭 전압 VCT 을 지시하는 센터 탭 전압 입력 제어 신호 VCT_IN 를 수신하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, VCT_IN 제어 신호는 측정된 피크 투 피크 RF 전압 Vpp 에 기반을 둔 VCT_IN 제어 신호를 컴퓨팅하도록 컴퓨터 시스템 (221) 을 동작시키거나, 피크 전압 검출기 (215) 에 의해 측정된 피크 투 피크 RF 전압 Vpp 의 로우 패스 필터링으로써 생성된다.
일 실시예에서, 컴퓨터 시스템 (221) 은 VCT_MAX 가 음의 약 100 볼트로부터 음의 5000 볼트까지의 범위 내인 경우, 0 볼트로부터 최대값 VCT_MAX 까지의 범위 내의 센터 탭 전압 VCT 을 생성하도록 센터 탭 전력 공급부 (503) 를 향하게 하기 위하여 센터 탭 전압 입력 제어 신호 VCT_IN 의 세팅을 허용하도록 접속되고 구성된다. 일 실시예에서, VCT_MAX 는 음의 약 2000 볼트이다. 일 실시예에서, 센터 탭 전압 입력 제어 신호 VCT_IN 는 약 4 밀리암페어로부터 약 20 밀리암페어까지의 범위 내의 전류를 갖거나, 0 볼트로부터 양의 10 볼트까지의 범위 내의 전압을 갖는 아날로그 신호이다. 또한, 일 실시예에서, 센터 탭 전압 입력 제어 신호 VCT_IN 는 하나 이상의 디지털 입력들로부터 얻을 수 있다. 예를 들어, RS232, Ethernet, CAN, DeviceNet, LonWorks 와 같은 시리얼 인터페이스 (serial interface), 또는 유사한 인터페이스는 시리얼 인터페이스에 걸쳐 수신한 명령들에 응하여 센터 탭 전압 입력 제어 신호 VCT_IN 를 생성하도록, 다른 것들 중에서 ASIC, FPGA, DSP, 또는 회로망 기반 마이크로컨트롤러와 함께 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 센터 탭 전력 공급부 (503) 는 센터 탭 전류 모니터링 신호 I_CT 및 센터 탭 전압 모니터링 신호 CT_MON 을 출력하도록 구성된다. 일 실시예에서, 센터 탭 전력 공급부 (503) 는 정전 척 (103) 의 양의 클램핑 전극들 및 음의 클램핑 전극들에서의 전류들 사이의 불균형을 탐지하도록 사용될 수 있는 전류 모니터를 포함한다. 일 실시예에서, 센터 탭 전력 공급부 (503) 내의 전류 모니터의 민감도 (sensitivity) 는 측정될 수 있는 전류의 동적인 범위를 증가시키도록 디지털 입력들에 의해 선택될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 모니터링 신호들 I_CT 및 CT_MON 은 제어 컴퓨터 시스템 (221) 에 아날로그 전압들 또는 아날로그 전류들로써, 또는 ASIC, FPGA, DSP 또는 회로망 기반 마이크로컨트롤러를 사용하는 아날로그 디지털 전환 (analog-to-digital conversion) 후의 디지털 인터페이스에 걸쳐 반환될 수 있다. 일 실시예에서, 모니터링 신호들 I_CT 및 CT_MON 은 음의 약 10 볼트로부터 양의 약 10 볼트까지의 범위 내의 아날로그 전압들로서 생성된다. 또한, I_CT 및 CT_MON 이상의 추가적인 모니터링 신호들은 센터 탭 전력 공급부 (503) 내에 접속되고 구성된 적합한 회로망에 의하여 제공될 수 있다는 점은 이해되어야 한다.
다양한 실시예들에서, 센터 탭 전력 공급부 (503) 및/또는 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 4 쿼드런트 출력들을 가질 수 있다. 더 구체적으로는, 센터 탭 전력 공급부 (503) 및/또는 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 그들의 출력 전압의 극성과 무관하게 전류를 소싱 및 싱킹 모두 하도록 구성될 수 있다. 다만, 4 쿼드런트 출력들을 갖는 전력 공급부들은 일반적으로 비싸고 크다. 대부분의 실시예에서, 센터 탭 전력 공급부 (503) 및 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 의 출력들이 접지에 대해 음인 것은 충분하다. 이는 기판 전압 Vw 이 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 접지에 대해 현저하게 양이 되지 않기 때문이다. 그러므로, 일 실시예에서, 단극의, 음의 출력의, 전력 공급부는 센터 탭 전력 공급부 (503) 및 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 각각을 위해 사용될 수 있다.
작고, 저렴한, 음의 전압 전력 공급부들은 일반적으로 약간의 전류 소싱 (sourcing) 능력을 갖거나, 전류 소싱 능력을 갖지 않는다. 그러므로, 단극의, 음의 출력의, 센터 탭 전력 공급부 (503) 의 사용은 센터 탭 전력 공급부 (503) 가 그것의 출력을 통해 전류를 소싱하는 것이 필요할 경우 문제가 될 수 있다. 예를 들면, 전력 공급부 (307) 의 VPOS 및 VNEG 출력들 사이에 불균형이 존재하면, 이 전류 불균형은 센터 탭 전력 공급부 (503) 에 의하여 보상되어야 한다. 이 전력 공급부 (307) 의 VPOS 및 VNEG 출력들 사이의 전류 불균형은 센터 탭 위치 VCT 내로 또는 센터 탭 위치 VCT 밖으로 흐르는 전류에 대응하는, 양 또는 음이 될 수 있다. (단극의, 음의 출력의, 센터 탭 전력 공급부 (503) 의 경우로서) 센터 탭 전력 공급부 (503) 가 전류를 싱킹 (sink) 할 수만 있고, 전류를 소싱할 수 없다면, 전력 공급부 (307) 의 VPOS 및 VNEG 출력들에서 전류 불균형에 대한 보상하는데 음의 전류가 필요한 경우 센터 탭 전력 공급부 (503) 는 그것의 출력을 제어할 수 없을 것이다.
단극의, 음의 출력의, 센터 탭 전력 공급부 (503) 의 전류 소싱 제한을 다루기 위하여, 센터 탭 전력 공급부 (503) 가 센터 탭 위치 VCT 에 전류를 소싱하기 위해 요청되지 않도록, 전력 공급 시스템 (213B) 은 전력 공급부 (307) 의 VPOS 및 VNEG 출력들 사이의 전류를 의도적으로 불균형하게 하도록 구성될 수 있다. 전력 공급부 (307) 의 VPOS 및 VNEG 출력들 사이의 전류들을 불균형하게 하기 위하여, 전력 공급 시스템 (213B) 은 전력 공급부 (307) 의 VNEG 출력과 접지 GND 사이의 큰 바이어스 저항 (505) 의 접속을 구현한다. 다시 말해서, 센터 탭 전력 공급부 (503) 의 출력과 클램핑 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 위치 VCT 사이에 바이어스 전류를 유도하기 위하여, 바이어스 저항 (505) 은 음의 출력 전압 VNEG 가 생성되는 클램핑 전력 공급부 (307) 의 단자와 접지 기준 퍼텐셜 GND 사이에 전기적으로 접속된다.
클램핑 전력 공급부 (307) 의 VPOS 및 VNEG 출력들에서 출력 전류가 동일하다면, 바이어스 전류는 클램핑 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 위치 VCT 에 흐를 것이다. VCT 가 센터 탭 전력 공급부 (503) 에 의한 센터 탭 전압 출력이고, VCLAMP = V1 - V2 이며, R 은 바이어스 저항 (505) 의 저항 값인 경우로서, iPOS 는 VPOS 출력부 밖으로의 전류이고, iNEG 는 VNEG 출력부 밖으로의 전류이며, iB 는 식 9에 주어진 바이어스 전류인 경우, 출력은 iPOS-iNEG<iB 로 정확하게 제공될 것이다.
식 9.
Figure 112014052859558-pct00009
일 실시예에서, 바이어스 저항 (505) 은 약 10 킬로옴으로부터 약 1000 메가옴까지의 범위 내의 저항 값을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 바이어스 저항 (505) 은 약 50 메가옴의 저항 값을 가진다. 동작 조건들에 따라, 약 50 메가옴의 저항 값을 갖는 바이어스 저항 (505) 의 사용은 약 10 마이크로암페어로부터 약 50 마이크로암페어까지의 범위 내의 바이어스 전류 iB 를 허용한다. 바이어스 저항 (505) 의 사용을 통한 센터 탭 전력 공급부 (503) 의 전류 바이어싱이, 도 3의 전력 공급 시스템 (213A) 에서 수행된 바와 같이, 더 복잡한 피드백 회로망 및 더 높은 전압의 센터 탭 전력 공급부를 사용할 필요를 회피하는 점에서 유리하다는 점을 유의해야 한다. 또한, 일 실시예에서, 바이어스 저항 (505) 이 넓은 전압의 범위에 걸친 전압에 대해 독립적인 전류를 제공하는 디바이스와 같은, 적당하게 구성된 능동 부하에 의하여 대체될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
앞서 언급된 바와 같이, 베이스플레이트 (209) 에 전기적으로 접속된 출력부 VBP 에서 베이스플레이트 출력 전압 Vbp 가 제공되는 경우, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 센터 탭 전압 VCT 으로부터 독립된 베이스플레이트 출력 전압 Vbp 를 생성하도록 구성된다. 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 가 센터 탭 전력 공급부 (503) 로부터 분리되도록 구성되며, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 가 센터 탭 전력 공급부 (503) 으로부터 독립하여 동작하도록 구성된다는 점은 유의해야 한다. 그러므로, 전력 공급 시스템 (213B) 에서, 베이스플레이트 출력 전압 Vbp 은 센터 탭 전압 VCT 과 전기적으로 접속되지 않는다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 일 실시예에서 4 쿼드런트 출력을 갖도록 구성될 수 있다. 다만, 또 다른 실시예에서, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 단극의, 음의 출력의, 전력 공급부, 즉, 단일 쿼드런트 (single-quadrant) 출력 전력 공급부로서 구성된다. 일반적인 상황들 하에, 임의의 DC 전류가 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 의 출력으로 흐름으로써, 단극의, 음의 전력의, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 의 사용은 충분하다.
베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 베이스플레이트 출력 전압 Vbp 을 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 에 의하여 생성되고 출력되도록 지시하는 베이스플레이트 전압 입력 제어 신호 VB_IN 을 수신하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, VC_IN 제어 신호는 RF 펄스 사이클 동안 피크 전압 검출기 (215) 에 의해 측정되는 피크 투 피크 RF 전압 Vpp 의 최대 값을 샘플링하는 외부 샘플링 회로/외부 홀딩 회로로부터 제공된다. 일 실시예에서, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 VB_IN 으로부터 얻어지는 전압 입력에 의해 베이스플레이트 출력 전압의 세팅을 허용하는 피드백 회로망을 포함한다.
일 실시예에서, 컴퓨터 시스템 (221) 은 VBIAS_MAX 가 음의 약 100 볼트로부터 음의 약 5000 볼트까지의 범위 내인 경우, 0 볼트로부터 최대값 VBIAS_MAX 까지의 범위 내의 베이스플레이트 출력 전압 Vbp 을 생성하기 위하여 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 를 향하는 베이스플레이트 전압 입력 제어 신호 VB_IN 의 세팅을 허용하도록 접속되고 구성된다. 일 실시예에서, VBIAS_MAX 는 음의 약 2000 볼트이다. 일 실시예에서, 베이스플레이트 전압 입력 제어 신호 VB_IN 는 약 4 밀리암페어로부터 약 20 밀리암페어까지의 범위 내의 전류를 갖거나, 0 볼트로부터 10 볼트까지의 범위 내의 전압을 갖는 아날로그 신호이다. 또한, 일 실시예에서 베이스플레이트 전압 입력 제어 신호 VB_IN 은 하나 이상의 디지털 입력들로부터 얻어질 수 있다. 예를 들어, RS232, Ethernet, CAN, DeviceNet, LonWorks 와 같은 시리얼 인터페이스, 또는 유사한 인터페이스는 시리얼 인터페이스에 걸쳐 수신한 명령들에 응하여 베이스플레이트 전압 입력 제어 신호 VB_IN 를 생성하도록, 다른 것들 중에서 ASIC, FPGA, DSP, 또는 회로망 기반 마이크로컨트롤러와 함께 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 베이스플레이트 전류 모니터링 신호 I_BP 및 베이스플레이트 전압 모니터링 신호 BIAS_MON 를 출력하도록 구성된다. 그러므로, 일 실시예에서, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 는 베이스플레이트 (209) 에 공급된 전류의 측정 및,베이스플레이트 바이어스 전압 출력 VBP 에서 전류 I_BP 의 측정을 제공하는 전류 감지 컴포넌트를 포함하도록 구성된다. I_BP 신호가 정전 척 (103) 의 동작을 모니터링하고 특징짓도록 사용될 수 있는 점은 유의해야 한다. 일 실시예에서, 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 내의 전류 모니터의 민감도는 측정될 수 있는 전류의 동적인 범위를 증가시키도록 디지털 입력들에 의하여 선택될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 모니터링 신호들 I_BP 및 BIAS_MON 은 제어 컴퓨터 시스템 (221) 에 아날로그 전압들 또는 아날로그 전류들로써, 또는 ASIC, FPGA, DSP 또는 회로망 기반 마이크로컨트롤러를 사용하는 아날로그 디지털 전환 (analog-to-digital conversion) 후의 디지털 인터페이스에 걸쳐 반환될 수 있다. 일 실시예에서, 모니터링 신호들 I_BP 및 BIAS_MON 은 음의 약 10 볼트로부터 양의 약 10 볼트까지의 범위 내의 아날로그 전압들로서 생성된다. 또한, I_BP 및 BIAS_MON 이상의 추가적인 모니터링 신호들은 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 내에 접속되고 구성된 적합한 회로망에 의하여 제공될 수 있다는 점은 이해되어야 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 5의 전력 공급 시스템 (213B) 의 변형예인 전력 공급 시스템 (213C) 의 개략도를 도시한다. 또한, 도 5의 전력 공급 시스템 (213B) 와 같이, 도 6의 전력 공급 시스템 (213C) 은 상대적인 클램핑 전극 전압 출력들 V1 및 V2 을 공급하는 베이스플레이트 바이어스 전압 Vbp 의 독립적인 제어를 제공하도록 구성된다. 다만, 도 5의 전력 공급 시스템 (213B) 과 대조적으로, 도 6의 전력 공급 시스템 (213C) 은 단일 전력 공급부 (307) 및 그것의 관련된 센터 탭 전력 공급부 (503) 를 대신하여 두 개의 분리된 독립적으로 제어가능한 전력 공급부들 (601 및 603) 을 활용한다. 전력 공급 시스템 (213C) 에서, VCT_IN 입력 신호는 극성 제어 회로 (301) 및 적분기 회로 (303) 사이에 전기적으로 접속된 레벨 시프팅/감산 모듈 (605) 로 향한다. VCT_IN 제어 신호를 거쳐, 레벨 시프팅/감산 모듈 (605) 은 양의 전력 공급부 (601) 및 음의 전력 공급부 (603) 의 VPOS 및 VNEG 출력들의 제어를 위해 각각 제공한다.
양의 전력 공급부 (601) 및 음의 전력 공급부 (603) 의 각각이, 전력 공급 시스템 (213C) 에 센터 탭 전력 공급부가 없더라도, 전압에 있어서 센터 탭 전압과 유사한 중앙 전압 세팅으로부터 등간격이 되도록, 독립적으로 세팅될 수 있다는 점은 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 양의 전력 공급부 (601) 은 쌍극의, 4 쿼드런트 능력을 갖도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 양의 전력 공급부 (601) 및 음의 전력 공급부 (603) 모두는 쌍극의, 4 쿼드런트 능력을 갖도록 구성된다. 베이스플레이트 전력 공급부 (501) 가 양의 전력 공급부 (601) 및 음의 전력 공급부 (603) 로부터 분리되어 동작되고 구성된다는 점은 이해되어야 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 클램핑 시스템 동작 방법의 플로우차트를 도시한다. 도 7의 방법은 도 5의 전력 공급 시스템 (213B) 을 사용하여 구현될 수 있다는 점은 이해되어야 한다. 방법은 정전 척 (103) 상에 기판 (109) 을 위치시키는 동작 (701) 을 포함한다. 또한, 방법은 센터 탭 전압 VCT 을 생성하는 동작 (703) 을 포함한다. 또한, 방법은 양의 클램핑 전압 VPOS 및 음의 클램핑 전압 VNEG 각각이 센터 탭 전압 VCT 으로부터 등간격이 되도록, 양의 클램핑 전압 VPOS 및 음의 클램핑 전압 VNEG 을 생성하는 동작 (705) 을 포함한다. 또한, 방법은 정전 척 (103) 내의 클램핑 전극들 (201 및 203) 각각에 양의 클램핑 전압 VPOS 및 음의 클램핑 전압 VNEG 을 공급하는 동작 (707) 을 포함한다. 방법은 센터 탭 전압 VCT 을 생성하는 단계로부터 독립적으로 베이스플레이트 전압 Vbp 을 생성하는 동작 (709) 을 더 포함한다. 또한, 방법은 정전 척 (103) 의 베이스플레이트 (209) 에 베이스플레이트 전압 Vbp 을 공급하는 동작 (711) 을 포함한다.
일 실시예에서, 센터 탭 전압 VCT 은 센터 탭 전력 공급부 (503) 에 의해 생성된다. 또한, 이러한 실시예에서 양의 클램핑 전압 VPOS 및 음의 클램핑 전압 VNEG 은 클램핑 전력 공급부 (307) 에 의해 클램핑 전력 공급부 (307) 의 양의 출력 단자 및 음의 출력 단자 각각에 생성된다. 또한, 일 실시예에서, 방법은 센터 탭 전력 공급부 (503) 의 출력으로부터 클램핑 전력 공급부 (307) 의 센터 탭 위치 VCT 로 센터 탭 전압 VCT 을 송신하는 동작을 포함한다. 또한, 일 실시예에서, 방법은 센터 탭 전력 공급부 (503) 가 전류 소싱을 필요로 하는 것을 방지하기 위하여, 센터 탭 전력 공급부 (503) 의 출력부에서 바이어스 전류 iB 가 흐르게 하도록 클램핑 전력 공급부 (307) 의 음의 출력 단자에서 전류를 유도하는 동작을 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 정전 척 (103) 의 베이스플레이트 (209) 에 RF 전력을 공급하는 동작을 포함한다. 일 실시예에서, RF 전력은 펄스 방식으로 베이스플레이트 (209) 에 공급된다. 또 다른 실시예에서, RF 전력은 실질적으로 연속적인 방식으로 베이스플레이트 (209) 에 공급된다. 또한, 방법은 공급된 RF 전력의 최대 피크 투 피크 전압 Vpp 의 음의 절반과 실질적으로 동일하도록 베이스플레이트 전압 Vbp 을 제어하는 동작을 포함할 수 있다. 또한, 방법은 공급된 RF 전력의 평균 피크 투 피크 전압 Vpp 의 음의 절반과 실질적으로 동일하도록 센터 탭 전압 VCT 을 제어하는 동작을 포함할 수 있다. 상기 방법에서, 베이스플레이트 전압 Vpp 및 센터 탭 전압 VCT 은 서로로부터 독립적으로 생성되고 제어된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 클램핑 시스탬 동작 방법의 플로우차트를 도시한다. 도 8의 방법은 도 6의 전력 공급 시스템 (213C) 을 사용하여 구현될 수 있다는 점은 이해되어야 한다. 방법은 정전 척 (103) 상에 기판 (109) 을 위치시키는 동작 (801) 을 포함한다. 또한, 방법은 양의 클램핑 전압 VPOS 및 음의 클램핑 전압 VNEG 각각이 중앙 전압 세팅으로부터 (VCT_IN 에 의해 세팅됨으로써) 등간격이 되기 위하여, 양의 클램핑 전압 VPOS 을 생성하도록 양의 전력 공급부를 독립적으로 동작시키고, 음의 클램핑 전압 VNEG 을 생성하도록 음의 전력 공급부를 독립적으로 동작시키는 동작 (803) 을 포함한다. 또한, 방법은 정전 척 (103) 내의 클램핑 전극들 (201 및 203) 각각에 양의 클램핑 전압 VPOS 및 음의 클램핑 전압 VNEG 을 공급하는 동작 (805) 을 포함한다. 방법은 양의 클램핑 전압 VPOS 및 음의 클램핑 전압 VNEG 의 생성으로부터 독립적으로 베이스플레이트 전압 Vbp 을 생성하는 동작 (807) 을 더 포함한다. 또한, 방법은 정전 척 (103) 의 베이스플레이트 (209) 에 베이스플레이트 전압 Vbp 을 공급하는 동작 (809) 을 포함한다.
본 발명이 몇몇의 실시예들에 관하여 설명되었지만, 앞의 구체적인 내용을 읽고 도면들을 학습한 당업자가 다양한 변경, 추가, 치환 및 본 발명의 균등범위를 인식할 것이라는 점을 유의해야한다. 본 발명은 본 발명의 범위 및 진정한 기술적 사상 내의 범위에 포함되는 그러한 변경, 추가, 치환 및 균등범위를 모두 포함한다.

Claims (26)

  1. 베이스플레이트 (baseplate) 및 상기 베이스플레이트 상에 배치되는 기판 지지 부재를 포함하는 정전 척 (electrostatic chuck) 으로서, 상기 베이스플레이트는 전기 전도성 재료로 형성되며, 상기 정전 척은 상기 기판 지지 부재 내에 배치되는 클램핑 전극들의 제1 세트 및 상기 기판 지지 부재 내에 배치되는 클램핑 전극들의 제2 세트를 포함하는, 상기 정전 척;
    클램핑 전력 공급부, 센터 탭 (center tab) 전력 공급부 및 베이스플레이트 전력 공급부를 포함하는 전력 공급 시스템으로서, 상기 클램핑 전력 공급부는 양의 출력 전압 및 음의 출력 전압을 생성하도록 구성되고, 상기 양의 출력 전압들 및 음의 출력 전압들은 센터 탭 전압으로부터 등간격 (equidistant) 이며, 상기 양의 출력 전압은 상기 클램핑 전극들의 제1 세트에 전기적으로 접속되고, 상기 음의 출력 전압은 상기 클램핑 전극들의 제2 세트에 전기적으로 접속되며, 상기 센터 탭 전력 공급부는 상기 클램핑 전력 공급부의 상기 센터 탭 전압을 제어하도록 구성되고, 상기 베이스플레이트 전력 공급부는 상기 센터 탭 전압으로부터 독립적인 베이스플레이트 출력 전압을 생성하도록 구성되며, 상기 베이스플레이트 출력 전압은 상기 베이스플레이트에 전기적으로 접속되는, 상기 전력 공급 시스템; 및
    접지 기준 퍼텐셜과 상기 음의 출력 전압이 생성되는 상기 클램핑 전력 공급부의 단자 사이에 전기적으로 접속되는 바이어스 저항을 포함하는, 기판 클램핑 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트 전력 공급부는, 상기 센터 탭 전력 공급부로부터 분리되도록 구성되고, 상기 베이스플레이트 전력 공급부는 상기 센터 탭 전력 공급부로부터 독립하여 동작하도록 구성되는, 기판 클램핑 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 센터 탭 전력 공급부는, 상기 센터 탭 전력 공급부에 의하여 생성되고 출력되는 상기 센터 탭 전압이 상기 클램핑 전력 공급부의 센터 탭 위치에 인가되도록, 상기 클램핑 전력 공급부의 상기 센터 탭 위치에 전기적으로 접속된 출력부를 포함하는, 기판 클램핑 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 센터 탭 전력 공급부는 0 볼트로부터 음의 5000 볼트까지의 범위 내의 상기 센터 탭 전압을 생성하도록 정의되는, 기판 클램핑 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 센터 탭 전력 공급부는 음의 센터 탭 전압을 생성하고 출력하도록 구성된 단극의 전력 공급부로 구성되는, 기판 클램핑 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 바이어스 저항은 상기 클램핑 전력 공급부의 센터 탭 위치와 상기 센터 탭 전력 공급부의 출력부 사이에 바이어스 전류를 유도하는, 기판 클램핑 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 바이어스 저항은 10 킬로옴으로부터 1000 메가옴 까지의 범위 내의 전기적인 저항을 갖는, 기판 클램핑 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 바이어스 전류는 10 마이크로암페어로부터 50 마이크로암페어까지의 범위 내인, 기판 클램핑 시스템.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 음의 출력 전압이 생성되는 상기 클램핑 전력 공급부의 단자는 전압에 독립적인 전류를 제공하는 디바이스와 전기적으로 접속되는, 기판 클램핑 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트 전력 공급부는 0 볼트로부터 음의 5000볼트까지의 범위 내의 상기 베이스플레이트 출력 전압을 생성하도록 정의되는, 기판 클램핑 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트 전력 공급부는 음의 베이스플레이트 전압을 생성하고 출력하도록 구성되는 단극의 전력 공급부로 구성되는, 기판 클램핑 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 클램핑 전력 공급부는 0 볼트로부터 10000 볼트까지의 범위 내의 클램핑 전압을 생성하도록 정의되며, 상기 클램핑 전압은 상기 양의 출력 전압과 상기 음의 출력 전압 사이의 전압 차이인, 기판 클램핑 시스템.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 클램핑 전력 공급부는 상기 클램핑 전력 공급부에 의해 생성되는 클램핑 전압을 지시하는 클램핑 전압 입력 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 클램핑 전압은 상기 양의 출력 전압과 상기 음의 출력 전압 사이의 전압 차이이며, 상기 센터 탭 전력 공급부는 상기 센터 탭 전력 공급부에 의하여 생성되고 출력되는 상기 센터 탭 전압을 지시하는 센터 탭 전압 입력 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 베이스플레이트 전력 공급부는 상기 베이스플레이트 전력 공급부에 의하여 생성되고 출력되는 상기 베이스플레이트 출력 전압을 지시하는 베이스플레이트 전압 입력 제어 신호를 수신하도록 구성되는, 기판 클램핑 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 센터 탭 전력 공급부는 센터 탭 전압 모니터링 신호 및 센터 탭 전류 모니터링 신호를 출력하도록 구성되고, 상기 베이스플레이트 전력 공급부는 베이스플레이트 전압 모니터링 신호 및 베이스플레이트 전류 모니터링 신호를 출력하도록 구성되는, 기판 클램핑 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 클램핑 전압 입력 제어 신호, 상기 센터 탭 전압 입력 제어 신호, 및 상기 베이스플레이트 전압 입력 제어 신호를 포함하는 입력 신호들을 생성하고 송신하도록 구성되는 컴퓨터 시스템으로서, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 센터 탭 전류 모니터링 신호, 상기 센터 탭 전압 모니터링 신호, 상기 베이스플레이트 전류 모니터링 신호, 및 상기 베이스플레이트 전압 모니터링 신호를 포함하는 모니터링 신호들을 수신하고 프로세싱 (process) 하도록 더 구성되고, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 모니터링 신호들에 기초하여 상기 입력 신호들의 적절한 세팅들 (settings) 을 유지하도록 구성되는, 상기 컴퓨터 시스템을 더 포함하는, 기판 클램핑 시스템.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트로의 라디오주파수 (radiofrequency) 전력의 공급이 가능하도록 매칭 회로망 (matching circuitry) 을 통해 상기 베이스플레이트에 전기적으로 접속된 라디오주파수 전력 공급부를 더 포함하는, 기판 클램핑 시스템.
  17. 정전 척을 위한 전력 공급 시스템으로서,
    양의 출력 전압 및 음의 출력 전압을 생성하도록 구성된 클램핑 전력 공급부로서, 상기 양의 출력 전압 및 상기 음의 출력 전압은 센터 탭 전압으로부터 등간격이며, 상기 양의 출력 전압 및 상기 음의 출력 전압은 상기 정전 척의 한 쌍의 인터리브드 (interleaved) 클램핑 전극들의 각각에 송신될, 상기 클램핑 전력 공급부;
    상기 클램핑 전력 공급부의 상기 센터 탭 전압을 제어하도록 구성되는 센터 탭 전력 공급부;
    상기 센터 탭 전압으로부터 독립된 베이스플레이트 출력 전압을 생성하도록 구성되는 베이스플레이트 전력 공급부로서, 상기 베이스플레이트 출력 전압은 상기 정전 척의 베이스플레이트로 송신되는, 상기 베이스플레이트 전력 공급부; 및
    접지 기준 퍼텐셜과 상기 음의 출력 전압이 생성될 상기 클램핑 전력 공급부의 단자 사이에 전기적으로 접속되는 바이어스 저항을 포함하는, 전력 공급 시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트 전력 공급부는 상기 센터 탭 전력 공급부로부터 분리되도록 구성되고, 상기 베이스플레이트 전력 공급부는 상기 센터 탭 전력 공급부로부터 독립되어 동작되도록 구성되는, 전력 공급 시스템.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 센터 탭 전력 공급부는, 상기 센터 탭 전력 공급부에 의해 생성되고 출력되는 상기 센터 탭 전압이 상기 클램핑 전력 공급부의 센터 탭 위치에 인가되기 위하여, 상기 클램핑 전력 공급부의 상기 센터 탭 위치와 전기적으로 접속되는 출력부를 포함하는, 전력 공급 시스템.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 센터 탭 전력 공급부는 음의 센터 탭 전압을 생성하고 출력하도록 구성되는 단극의 전력 공급부로 구성되며, 상기 베이스플레이트 전력 공급부는 음의 베이스플레이트 전압을 생성하고 출력하도록 구성되는 단극의 전력 공급부로 구성되는, 전력 공급 시스템.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 바이어스 저항은 상기 클램핑 전력 공급부의 센터 탭 위치와 상기 센터 탭 전력 공급부의 출력부 사이에 바이어스 전류를 유도하도록 구성되는, 전력 공급 시스템.
  22. 정전 척 상에 기판을 위치시키는 단계;
    센터 탭 전압을 생성하는 단계;
    양의 클램핑 전압 및 음의 클램핑 전압 각각이 상기 센터 탭 전압으로부터 등간격이 되도록, 상기 양의 클램핑 전압 및 상기 음의 클램핑 전압을 생성하는 단계;
    상기 정전 척 내에 클램핑 전극들 각각에 상기 양의 클램핑 전압 및 상기 음의 클램핑 전압을 공급하는 단계;
    상기 센터 탭 전압을 생성하는 단계와는 독립적으로 베이스플레이트 전압을 생성하는 단계;
    상기 정전 척의 베이스플레이트에 상기 베이스플레이트 전압을 공급하는 단계;
    센터 탭 전력 공급부의 출력부로부터 클램핑 전력 공급부의 센터 탭 위치로 상기 센터 탭 전압을 송신하는 단계; 및
    접지 기준 퍼텐셜과 상기 클램핑 전력 공급부의 음의 출력 단자 사이에 전기적으로 접속되는 바이어스 저항을 이용하여, 상기 클램핑 전력 공급부의 상기 음의 출력 단자에서 전류를 유도하는 단계를 포함하고,
    상기 센터 탭 전압은 상기 센터 탭 전력 공급부에 의해 생성되며, 상기 양의 클램핑 전압 및 상기 음의 클램핑 전압은 상기 클램핑 전력 공급부의 양의 출력 단자와 상기 음의 출력 단자 각각에서 상기 클램핑 전력 공급부에 의하여 생성되는, 기판 클램핑 시스템 동작 방법.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 클램핑 전력 공급부의 상기 음의 출력 단자에서 유도된 전류는 상기 센터 탭 전력 공급부로 하여금 전류 소싱을 필요로 하는 것을 방지하기 위하여 상기 센터 탭 전력 공급부의 상기 출력부에서 바이어스 전류가 흐르게 하는, 기판 클램핑 시스템 동작 방법.
  24. 제22 항에 있어서,
    상기 정전 척의 상기 베이스플레이트로 라디오주파수 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는, 기판 클램핑 시스템 동작 방법.
  25. 제24 항에 있어서,
    공급된 상기 라디오주파수 전력의 최대 피크 투 피크 전압 (maximum peak-to-peak voltage) 의 음의 절반과 동일하도록 상기 베이스플레이트 전압을 제어하는 단계; 및
    공급된 상기 라디오주파수 전력의 평균 피크 투 피크 전압 (average peak-to-peak voltage) 의 음의 절반과 동일하도록 상기 센터 탭 전압을 제어하는 단계를 더 포함하며,
    상기 베이스플레이트 전압 및 상기 센터 탭 전압은 서로로부터 독립적으로 제어되는, 기판 클램핑 시스템 동작 방법.
  26. 삭제
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