KR20010040072A - 웨이퍼-접촉 전극을 지닌 정전 척 및 웨이퍼를 처킹하는방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 장치 및 방법이 비-도전성 웨이퍼를 정전 처킹하는데 제공된다. 웨이퍼-접촉 전극은 샘플 웨이퍼에 예로서 SEM에 의해 주입된 초기 빔의 양호한 전기적 드레인을 제공하는데 이용되며 또한 외부적으로 인가된 전압이 웨이퍼의 벌크 실리콘에 균일하게 전달될 수 있도록 실리콘 기판 재료에 전기적 접촉을 허용한다. 실리콘 기판 전압의 성공적인 제어는 웨이퍼의 후면에 대하여 상대적으로 큰 웨이퍼-접촉 전극의 접촉영역을 통해 달성된다. 이를테면 웨이퍼의 강제된 평탄함과 또한 웨이퍼의 기계적인 접촉으로 인한 입자 발생을 피하는 표준 정전척의 이점을 유지한다.

Description

웨이퍼-접촉 전극을 지닌 정전 척 및 웨이퍼를 처킹하는 방법{ELECTROSTATIC CHUCK WITH WAFER-CONTACT ELECTRODE AND METHOD OF CHUCKING A WAFER}
발명의 배경
1999년 10월 14일 출원된 미국 가 출원번호(60/159,308)의 35 USC §119(e)하에 우선권이 주장되었으며, 1999년 10월 14일자 출원된 미국 가 출원번호 (60/159,308) 의 내용이 참조로 여기에 편입되었다.
발명의 분야
본 발명은 비-도전성 웨이퍼를 그리핑(gripping)하기위한 정전 척에 관한 것으로, 특히 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극을 갖는 정전 척에 관한 것이다.
종래기술
정전 척과 기계적인 척의 메카니즘은 진공 척이 이용될 수 없도록 진공 환경에서 수행되는 제조 작업의 관련단계를 여러가지 검사 또는 처리하는 동안 적소에 실리콘 웨이퍼와 다른 기판을 유지시키는데 공통으로 이용된다. 그러한 단계는 이온 주입에 제한되지 않고, 플라즈마 에칭, 하전 입자 빔에 의한 검사(SEM( 주사 전자 마이크로스코프, FIB(집광된 이온 빔)), 이온 주입, X-선 및 하전된 종을 샘플에 주입하거나 또는 하전된 입자를 기판으로 부터 추출할 수 있는 다른 처리를 포함 할 수 있다. 그러한 단계는 기판의 표면에 가까운 표면의 전기 전압 또는 전기장을 고의로 또는 무심코 발생시킬 수 있다. 소정의 원하는 효과를 낳게하고 또는 예로서 높은 전기장에 의한 기판의 원치 않은 손상을 방지하기 위해 웨이퍼의 표면이나 기판주위에서 전기장을 제어할 수 있도록 하는 것이 일반적으로 필요하다.
이를테면, 웨이퍼의 엣지 또는 기판을 그리핑하기 위한 기계적인 핑거를 지닌 척과 같은 기계적인 척은 전류의 누출 경로를 제공하기 위해 넓은 영역이 웨이퍼의 후면과 전기적인 접촉상태로 있는 이점을 갖는다. 하지만, 기계적인 척은 웨이퍼의 모양을 왜곡시키는 경향이 있으며 또한 기계적 그리핑 동작에 의해 원치 않는 입자 오염을 야기하는 경향이 있는 것은 단점이다.
정전 척은 정전기의 그리핑 력이 처킹 표면에 대하여 웨이퍼를 잡아당길 때 웨이퍼를 평평하게 하는 경향이 있으며 또한 기계적인 척보다 원치않은 입자 오염을 덜 야기하여 더욱 청결한 장점을 갖는다. 정전 척의 설계는 본질적으로 웨이퍼와의 접촉으로 도전성 표면보다는 차라리 유전체를 요구한다. 몇몇 기판과의 신뢰성 있는 전기적 접촉은 매우 어렵다는 것이 증명되었다. 웨이퍼는 전형적으로 비-도전성이거나, 그렇지 않으면 후면상에서 비-도전성 층(이를테면, 산화물층)을 지닐수 있다. 전기적 접촉을 달성하는데 그러한 비-도전성 층의 불이행(breaching)은 예를들어 비-도전성 층이 입자 오염을 발생하거나 또는 수반되는 제조 공정 단계와 타협할 수 있기 때문에 처리관점에서 수용할 수 없다. 따라서 정전 척은 웨이퍼로 부터 무의미한 전류 누출 경로를 제공하는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 비-도전성 웨이퍼를 그리핑하는데 있어 기계적인 접촉으로 인한 입자 오염과 전류누출을 방지하기위해 신뢰성 있는 전기적 접촉을 갖는 정전척 장치를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명에 따른 도전성 링 전극을 지닌 정전 척의 일부 절단된 투시도.
도2는 본 발명에 따른 집적된 전극을 지닌 정전 척의 단면 투시도.
도3은 본 발명에 따른 집적된 전극을 지닌 다른 정전 척의 단면 투시도.
도4는 웨이퍼가 설치되어 있는 종래의 기계적인 척의 투시도.
도5A는 본 발명에 따른 원리를 설명하기 위해 변형된 종래의 기계적인 척의 투시도.
도5B는 도5A의 변형된 기계적인 척의 부분 단면도.
도6A는 본 발명에 따른 원리를 설명하기 위해 변형된 척의 투시도.
도6B는 도6A의 변형된 척의 부분 단면도.
도7A는 웨이퍼의 설치이전에 본 발명에 따른 접촉 전극을 지닌 정전척의 단단면 투시도.
도7B는 웨이퍼가 로봇 작동체를 이용하여 설치되는 것으로 도7A의 척의 단면 정면도.
도7C는 후퇴하여 위치된 척과 로봇 작동체상에서 그리핑된 웨이퍼를 도시하는 도7A 및 도7B의 척의 단면 정면도.
도8은 웨이퍼와의 전기적 접촉을 설정하기 위해 점 접촉을 이용하는 종래의 기계적 척의 부분 단면 정면도.
도9A는 웨이퍼의 비-도전성 층을 통해 드릴링하기 위해 점 접촉을 이용하는 종래의 척 장치의 개략도.
도9B는 웨이퍼의 비-도전성 층을 통해 드릴링하기 위해 점 접촉을 이용하는 종래의 기술을 보인 웨이퍼의 부분 단면 정면도.
도10은 8-인치와 12-인치 웨이퍼의 성능을 지닌 본 발명에 따른 정전 척의 투시도.
도11은 본 발명에 따른 도전성 링 전극을 지닌 정전 척의 투시도와 로봇 엔드-작동체에 의해 위치되는 웨이퍼를 도시하는 도면.
도12는 도11에서 도시한 척의 단면 정면도.
도13은 8-인치와 12-인치 웨이퍼의 성능을 지닌 본 발명에 따른 정전척의 평면도.
도14는 도13의 척의 단면 정면도.
도15는 본 발명에 따른 웨이퍼-접촉 링에 부가하여 도13 및 도14의 척의 투시도.
도16은 본 발명에 따른 방법의 흐름도.
본 발명에 따른 실시예는 정전척의 이점을 유지하면서 달리 전기적으로 절연된 기판과의 전기적 접촉을 제공한다.
본 발명의 실시예는 정전 척 장치를 제공하는데, 상기 정전 척 장치는 웨이퍼에 전류 경로를 제공하기 위해 비-도전성 웨이퍼를 수용하기 위한 처킹 표면, 처킹 전극이 에너지화될 경우 처킹 표면에 대하여 웨이퍼를 그리핑하는 정전력을 발생시키는 처킹 전극, 및 웨이퍼를 그리핑하였을 경우 웨이퍼와 접촉하여 전기적으로 도전성 표면을 지닌 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극을 포함한다.
본 발명의 여러 실시예는 하나 또는 그 이상의 유리한 특징을 지닐수 있다.예를들어, 처킹 표면과 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 웨이퍼의 후면과 접촉상태로 있는 것이 바람직하다. 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 적어도 15cm2의 접촉 영역을 갖는 것이 바람직하다. 처킹 표면은 실질적으로 평평하며 유전체 재료로 이루어진 원형 면을 포함할 수 있으며 또한 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 처킹 표면을 적어도 부분적으로 둘러싸는 적어도 하나의 환형 세그먼트를 포함할 수 있다. 처킹 표면은 실질적으로 평평하며 유전체 재료로 이루어진 원형면을 포함할 수 있으며 또한 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 처킹 표면을 실질적으로 둘러싸는 환형 링을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 웨이퍼가 척상에 그리핑되어 있을 경우 웨이퍼의 후면에 대하여 견고하게 유지되도록 처킹 표면위로 돌출될 수 있으며 또한 스프링상에 설치될(또는 달리 탄성적으로 바이어스될)수 있다.
적어도 하나의 웨이퍼 접촉 전극은 "L"자형 단면을 가지며, 그 결과 단면의 상부는 웨이퍼가 척상에 그리핑되어 있을 경우 웨이퍼의 후면과 접촉해 있으며 또한 단면의 하부는 웨이퍼를 처킹 표면에 배치하는 동안 웨이퍼로부터 떨어져서 웨이퍼-접촉 전극을 이동시키는데 이용될 수 있다.
처킹 전극의 제1 세트는 상기 제1세트가 에너지화될 경우 처킹 표면의 제1 영역에서 그리핑 력을 웨이퍼에 인가하기 위해 제공될 수 있으며 또한 처킹 전극의 제2 세트는 처킹 전극의 제2 세트가 에너지화될 경우 처킹 표면의 제2 영역에서 그리핑 력을 웨이퍼에 인가하기 위해 제공될 수 있다. 처킹표면의 제1 영역은 실질적으로 처킹표면의 중심에 놓인 원형 영역을 포함할 수 있으며, 또한 처킹표면의 제2 영역은 상기 제1 영역을 둘러싸는 보통의 환형 영역을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극의 전기적-도전성 표면은 처킹 표면의 제1 영역과 처킹 표면의 제2 영역사이에 위치될 수 있다.
처킹 표면은 유전체 재료로 이루어질 수 있으며 또한 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 유전체 재료내에 메몰될 수 있다. 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 금속 또는 다른 도전성 재료의 일부를 스퍼터링, 도금, 증착 또는 위치시키는 공정중 한 공정에 의해서 유전체 재료상에 디포지트될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 웨이퍼에 전류 경로를 설정하면서 비-도전성 웨이퍼를 처킹하는 방법을 부가적으로 제공할 수 있는데, 상기 방법은 처킹 표면상에 웨이퍼를 위치시키는 단계, 상기 처킹 표면에 대하여 웨이퍼 그리핑하는 정전력을 발생하도록 처킹 전극을 에너지화하는 단계, 및 상기 웨이퍼가 그리핑되어 있을경우 웨이퍼와의 접촉으로 전기적으로 도전성 표면을 갖는 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극과 상기 웨이퍼의 후면을 접촉시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 이들 특징 및 다른 특징은 다음 설명으로부터 본 기술분야에 숙련된 사람에게 명확해 질것이다.
실시예
본 발명에 따른 실시예는 달리 비-도전성 웨이퍼와의 전기적 접촉을 허용하는 전극 구조를 포함한다. 웨이퍼(이를테면, 실리콘 웨이퍼)의 후면에 충분한 접촉 영역을 달성함으로서 기계적인 척의 이점 즉 넓은 전기적 접촉 영역과 함께, 정전척의 이점 즉 청결함과 평평함을 모두 유지할 수 있으며 그리고 웨이퍼로 하여금 모양을 울퉁불퉁하게 하고 또한 입자오염을 일반적으로 발생케하는 기계적인 척의 한계를 극복할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 달리 전기적으로 절연된 기판과의 성공적인 전기적 접촉을 허용하는 현재의 정전척에 부가될 수 있는 전극을 포함한다.
특히 비-도전성 웨이퍼와의 신뢰성있는 접촉을 달성하는 것을 보이는 실험에서는 웨이퍼의 중요 영역이 접촉되어 있어야 하거나 또는 비-도전성 재료가 국부적으로 제거되어 있어야 하며 또한 접촉이 이 위치에서 이루어져야 한다.
도1은 본 발명에 따른 도전성-링 웨이퍼-접촉 전극(105)을 지닌 정전 척 장치(100)의 일부 절단 투시도이다. 장치(100)는 유전체 재료의 처킹 표면(115)과 유전체 재료내에 메몰된 내부 전극(120)을 지닌 정전척(110)을 포함한다. 도1은 달리 숨겨진 전극이 보일수 있도록 절단해서 나타내었다. 도전성 링 전극(105)은 웨이퍼가가 처킹 표면(115)에 대하여 그리핑되어있을 경우 웨이퍼의 후면(도1에 도시하지 않음)과 긴밀하게 접촉해서 유지되도록 스프링(125,130)이나 또는 다른 탄성 바이어싱 요소에 의해 탄성적으로 위쪽으로 바이어스된다. 또한 스프링(125,130)은 웨이퍼-접촉 전극(105)과 전기적 접촉을 제공하는데 이용될 수 있다. 전극은 원하는 전기적 접촉을 만들기 위해 중요한 접촉 영역을 갖는다. 도1의 실시예에서, 동축 환형 링인 웨이퍼 접촉 전극(105)은 웨이퍼의 후면에 대하여 유지되지만, 웨이퍼의 접촉 전극의 모양과 방향은 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 변형될 수 있다. 웨이퍼 접촉 전극(105)이 처킹 표면을 둘러싸고 있기 때문에, 웨이퍼 접촉 전극은 상기 후면에서 유전체 재료로 이루어진 절연층을 갖는 웨이퍼와 일관성 있고 또한 신뢰성 있는 전기적 접속을 허용하도록 종래의 정전 웨이퍼 척에 부가될 수 있다.
전형적으로 정전 척은 유전체 재료내에 메몰된 전극을 포함한다. 유전체 재료로서, 즉 수정, 유리 또는 사파이어가 보통 이용된다. 전극 재료는 본 기술에 숙련된 사람이 알고 있는 바와 같이, 반도체 처리 산업에서 이용되는 공통 재료의 목록으로 부터 선택될 수 있다. 그러한 재료는 스테인레스 스틸과 알루미늄에 한정되어 있지 않다. 전형적으로 금, 황동 및 구리와 같은 재료는 공통 반도체 재료상에서 이들 재료에 해로운 영향을 주기 때문에 이용되지 않는다. 처킹 전극은 개략적으로 도1의 120으로 나타낸바와 같이 동일면으로 서로 수평적으로 대향된 유전체내에서 반원판으로 설계될 수 있다. 양극성 및 음극성 처킹 전극은 또한 동일한 표면 영역을 가진 동심 링이 될 수 있다.
다른 실시예는 여러개의 서로 맞물린 핑거 구조와 결합하는 설계를 지닌 처킹-전극 레이아웃을 갖는다. 이들 처킹-전극은 그리핑하는동안 전기적으로 바이어스되며 또한 외부 전력 공급원으로부터 이들 전극에 인가되는 전압을 갖는다. 전형적으로 그리핑 전압은 유전체 재료, 그의 두께 및 원하는 그리핑 력에 따라 500V와 4000V사이에서 변화한다. 전력 공급원은 DC이며 또한 수 mV의 정도의 매우 낮은 전압 리플을 갖는다. 보다 큰 그리핑 전극 바이어스 리플은 웨이퍼의 표면위에서 필드로 나타나며 또한 예컨데 척상에 그리핑된 웨이퍼의 SEM 이미지에서 노이즈 원인을 제공한다.
단일 사이즈 웨이퍼 척에 대한 바람직한 웨이퍼-접촉 전극 설계는 도1의 링 전극(105)과 같이 정전척의 외부 둘레에 단독으로- 매달린 환형 링을 포함한다. 상기 링은 접지로부터 전기적으로 절연되어 있으며 또한 절연 포스트상에서 수개의 스프링으로부터 매달려 있다. 스프링은 척상에 그리핑된 웨이퍼의 이를테면 SEM 이미지의 자기장 왜곡을 피하기 위해 베릴륨-구리 합금과 같은 비-자기 재료로 제조된다. 환형 링의 상측면은 그리핑된 웨이퍼가 척상에 제공될 경우 웨이퍼의 후면에 대해 견고하게 유지되도록 척의 표면위로 약간 돌출된다. 링은 "L"자형 단면 일수 있으며 또한 "L"자의 상부는 웨이퍼와 접촉하며 또한 "L"자의 수평 하부는 척에 웨이퍼를 로봇 배치하는 동안 웨이퍼로 부터 떨어져서 링을 이동시키는데 이용된다. 웨이퍼를 운반하는 로봇은 웨이퍼 척상의 위치로 웨이퍼를 운반하는 "U"자형 엔드 작동체를 갖는다. 엔드 작동체의 내부 크기는 내부 에지가 척의 직경보다 좀더 떨어져 있을 정도의 크기이다. 웨이퍼가 척위에 위치되었을 때 상기 엔드 작동체는 아래로 이동되며, 상기 이동하는 웨이퍼가 링위에 위치되는 동안 엔드 작동체는 계속해서 아래로 이동하며 결국 링의 "L"자형 단면의 수평부분에서 아래로 내려간다. 이러한 점에서 이제 웨이퍼는 링상에 정지하고 있으며, 링이 아래로 내려갈때 웨이퍼는 결국 척의 유전체 표면상에서 정지할 수 있다. 일단 웨이퍼가 척상에 정지하면 웨이퍼 그리핑 전압이 인가되며 또한 웨이퍼는 정전 그리핑 력에 의해 적소에 유지된다. 로봇 엔드 작동체는 상기 엔드 작동체의 두께가 링의 수직형"L"단면의 높이보다 상당히 낮아지도록 크기를 갖는다. 따라서 웨이퍼의 후면에 대하여 링이 유지되는 위치까지 엔드 작동체를 이동시킬수 있으며 또한 상기 엔드 작동체의 어느 한 부분과 더 이상 접촉하여 있지 않도록 할 수 있는데, 상기 위치는 입자의 생성을 야기할 수 있는 웨이퍼 또는 링중 어느 하나와 접촉함이 없이 상기 엔드 작동체가 수평으로 후진하도록 허용한다.
도2는 본 발명에 따른 다른 실시예로서 집적된 웨이퍼-접촉 전극(205)을 지닌 정전 척(200)의 투시 단면도이다. 그리핑 전극(210,215)은 처킹 표면(225)을 지닌 유전체 재료(220)의 몸체 내부에 메몰된다. 본 실시예에서 웨이퍼-접촉 전극(205)은 정전 척의 유전체 재료(220)의 몸체내부에 메몰되며 또한 그리핑 전극(210,215)이 에너지화될 경우 처킹 표면(225)에 대하여 그리핑된 웨이퍼의 후면과 표면접촉하도록 처킹 표면(225)에서 노출된다. 또한 웨이퍼-접촉 전극(205)으로부터 리드되는 전기 컨덕터(230)가 도2에 도시되었다.
도3은 본 발명에 따른 집적된 전극을 지닌 다른 정전척의 실시예를 나타내는 투시 단면도이다. 도3에 나타낸바와 같이, 정전척 장치(300)는 이를테면 유전 척 몸체의 표면상의 전기적 도전성 막과 같은 도전성 재료를 도금하고, 주입하고, 증착하고, 스퍼터링하거나 또는 달리 디포지팅시킴으로서 처킹 표면(310)상에서 도전성 영역으로 형성되는 웨이퍼-접촉 전극(305)를 갖는다. 예를들어, 금속 또는 도전성 금속 산화물의 얇은 층이 정전척의 다른 영역으로 스퍼터링 되거나 또는 증착될 수 있다. 웨이퍼-접촉 전극(305)의 연장부(315)는 적합한 소스 또는 드레인과의 전기적 전달이 이루어지도록 척 몸체의 에지로 리드된다. 그리핑 전극(320,325)은 척의 유전체 몸체내부에 메몰된다.
각각의 실시예에서, 전극의 영역은 필요한 전기 전도성을 달성하는데 결정적이며 그 영역은 전형적으로 35cm2이다. 15cm 길이당 1cm 폭 정도의 작은 표면이 여전히 효과적이다. 웨이퍼-접촉 전극의 모양과 수는 중요하지만 도시하지 않았다. 특히, 웨이퍼-접촉 전극 또는 전극은 환형 링의 모양으로 될 필요는 없다. 약간의 오버랩이 그리핑 력에 과도하게 영향을 주지않고 허용될 수 있지만, 도전성 재료는 정전 그리핑 효과를 발생하는 메몰된 전극위로 연장하지 않는 것이 중요하다.
이를테면 200mm와 300mm와 같은 다른 직경의 웨이퍼가 척의 엣지위에 걸칠수 있는 300mm 웨이퍼와 함께 단일 정전 척을 이용하여 수용될 수 있다. 다른 실시예는 부가적인 그립을 제공하기 위해 링 외부에서 정전 척의 부가 영역을 포함하며 또한 300mm웨이퍼의 평평함은 특수한 적용에서 필요한 것으로 판명되었다.
도4는 웨이퍼(405)가 설치된 종래의 기계적인 척(400)의 투시도이다. 척은 기계적 클램프 또는 클립(410,415)과, 도전성 플레이트(425)상에 웨이퍼를 유지시키기 위해 결합된 기계적 암(420)을 포함한다. 또한 도전성 표면을 지닌 기계적 인 척은 웨이퍼의 후면과의 전기적으로 큰 도전성 접촉 영역 및 웨이퍼의 정면과의 전기적으로 도전성 클램핑 요소의 점 접촉으로 인해 원하는 효과를 발생하지만, 웨이퍼가 척상의 적소에 유지될 경우 웨이퍼의 입자 오염과 물리적인 비-평탄함에 의하여 정전척에 걸쳐 상당히 불리한 조건을 갖는다.
도5A는 본 발명에 따른 예시적인 원리에 대한 변형으로서 종래의 기계적인 척(500)의 투시도이다. 도5B는 도5A의 변형된 기계적인 척의 부분 단면도이다. 척(500)은 비-도전성 테이프(530)로 덮힌 상부 표면을 갖는 도전성 베이스 플레이트(525)를 갖는다. 웨이퍼(535)는 비도전성 형태의 스트립(540,545)을 지닌 척상에 유지되며, 그 결과 전기적 접촉은 웨이퍼(535)와 척(500)사이에 설정되지 않는다. 예시된 바와 같은 웨이퍼(535)는 실리콘 산화물 코팅(555)에 의해 둘러싸인 벌크 실리콘(550)의 코어를 갖는다.
도6A는 본 발명에 따른 예시적인 원리에 대해 변형된 것으로 척의 투시도이다. 도6B는 척에 테이프된 웨이퍼의 부가와 함께 도6A의 변형된 척의 부분 단면도이다. 도6A 및 도6B에서, 도5A 및 도5B의 장치는 도전성 바이어스와 드레인 접촉(610)을 통해 소스(605)와의 전기적 전달상태로 있는 구리 테이프의 환형 링(600)을 부가함으로서 변형된다. 척은 전형적으로 200-300cm의 직경을 갖는다. 환형 링(600)은 1cm 정도의 반경 폭을 갖는다.
도7A은 웨이퍼의 설치에 앞서 본 발명에 따른 웨이퍼-접촉 전극(705)을 지닌 정전 척(700)의 부분 투시도이다. 링-형 웨이퍼-접촉 전극(705)은 "L"자형 단면이며 또한 예를들어 스프링(710,715)에 의해 탄성적으로 위로 바이어스되며 그 결과 웨이퍼-접촉 전극(705)의 상부 표면은 척(700)의 처킹 표면(720)위로 돌출된다.
도7B는 도7A의 정전척(700)의 단면 정면도로서, 웨이퍼(725)가 지지암 (730,735)을 갖는 로봇 엔드-작동체를 이용하여 설치되어 있다. 웨이퍼가 처킹 표면위에 위치될 경우 로봇 엔드-작동체는 도7B에 도시된 위치보다 더 낮아지며, 그 결과 웨이퍼-접촉 전극은 웨이퍼로부터 떨어져 들어가며 또한 웨이퍼는 처킹 표면(720)상에 위치된다. 그 후 그리핑 전극(도시하지 않음)은 웨이퍼가 도7B에 도시한바와 같이 처킹 표면에 대하여 그리핑되도록 에너지화된다.
도7C는 척상에 그리핑된 웨이퍼(725)와 후진을 위해 위치된 로봇 엔드-작동체를 도시하는 도7A 및 도7B의 척의 단면 정면도이다. 로봇 엔드-작동체의 아암(730 및 845)은 웨이퍼-접촉 링(705)과의 접촉으로 부터 벗어나서 그에 따라 웨이퍼-접촉 링(705)의 상부 표면이 웨이퍼(725)의 후면과 접촉할 수 있을 만큼 충분히 상승되어 있다. 링을 이동시키는데 로봇 엔드-작동체를 이용하기 보다는 오히려 분리 작동기가 이 목적을 위해 제공될 수 있다. 웨이퍼는 초기 그리핑 동작을 수행하기 위해 처킹 표면과 접촉할 수 있도록 아래쪽으로 링을 이동시키는것이 바람직하다. 스프링(710,715)의 스프링 력은, 척의 그리핑 력이 스프링 력을 압도하는데 보다 더 충분할 만큼 약한 것이 바람직하다. 대안으로, 웨이퍼-접촉 전극에 인가된 상승 스프링 력은 웨이퍼에 인가된 하강 중력보다 작으며, 그 결과 웨이퍼는 웨이퍼-접촉 전극을 집어넣지 않고도 척에 의해 그리핑될 수 있다.
도8은 웨이퍼(810)와 전기적 접촉을 설정하기 위해 점 접촉(805)과 같은 점접촉을 이용하는 종래의 기계적 척(800)의 부분 단면 정면도이다. 웨이퍼(810)는 실리콘 산화물 코팅(820)에 의해 둘러싸인 벌크 실리콘 코어(725)를 갖는다. 척 몸체(825)는 전기적으로 절연된 테이프(730)와 함께 위에 놓인다. 실리콘 산화물 코팅(820) 영역은 벌크 실리콘(825)과의 점접촉(805)의 전기적 및 물리적 접촉을 보장하기 위해 835에서 제거된다.
도9A는 웨이퍼(915)의 비-도전성 층을 통해 드릴링하기 위해 점접촉 (905,910)을 이용하는 종래의 척 장치(900)의 개략도이다. 이 경우에 점 접촉은 척상의 웨이퍼의 로딩중에 드릴링을 수행하기위해 바이브레이터(920)에 부여된다. 도9B는 웨이퍼(915)의 벌크 실리콘 영역(930)과 접촉하도록 비-도전성 층(925)을 통해 드릴링이나 또는 스크래칭을 위해 점접촉(905,910)을 이용하는 종래의 기술을 도시하는 웨이퍼(915)의 부분 단면 정면도이다. 상기 종래 기술은 대부분의 웨이퍼에서 성공적이지 못한것으로 증명되었으며 또한 원치않은 입자 오염을 발생하는 단점을 갖는다.
도4, 8 및 도9A, 9B에서 처럼 점접촉을 갖는 전기적 측정은 30-40 메가 오옴이상이되도록 접촉의 저항을 나타내었으며, 또한 여러 경우에 저항은 웨이퍼의 비도전성 코팅에 따르면 10e7 및 10e11 오옴정도로 높다.
도6A 및 도6B에서 처럼 넓은 접촉 영역 ~1cm 폭과 수 cm의 길이를 이용함으로서, 충분한 표면 접촉이 이루어질 수 있으며 또한 충분한 누설 전류가 SEM 초기 빔의 성공적인 드레인을 만들어 내며 또한 웨이퍼위에서 전기장을 제어하기 위해 웨이퍼 벌크 실리콘에 대해 충분한 전도율을 발생시키는것이 달성된다. 벌크 실리콘은 웨이퍼의 영역에 걸쳐 도전성 전극으로 작용한다. 바람직한 실시예에서 웨이퍼의 후면과 웨이퍼-접촉 전극의 접촉 영역에 대한 전형적인 값은 35cm2이다. 15cm길이 당 1cm폭정도로 작은 표면은 여전히 효과적일 수 있다.
도10은 8인치 및 12인치 웨이퍼의 성능을 갖는 본 발명에 따른 정전척(1000)의 투시도이다. 시스템이 동일 척상에서 8인치 및 12인치 웨이퍼를 수용하면 바람직한 설계는 4 또는 그 이상의 메몰된 그리핑 전극을 포함하게 되고, 또한 상술한 것과 유사한 하나의 세트와 전극의 외부 세트가 내부 세트둘레에 동축으로 배치되어 8인치 척이상으로 척의 면이 연장된다. 전극의 내부 세트는 단지 8인치 웨이퍼상에서 이용하기 위해 자극될 것이며, 전극의 외부 세트는 12인치 웨이퍼로 이용될 경우 부가적으로 자극될 것이다. 상술한 로봇 엔드 작동체가 12인치 척의 엣지를 통과하고 여전히 8인치 웨이퍼를 지지할 수 있도록 하기 위해, 슬롯 또는 홈이 웨이퍼의 바닥면 또는 척의 표면을 따라 스크랩하지 않고 상기 로봇 엔드 작동체가 제거될 수 있도록 척의 표면에 제공될 수 있다. 엔드 작동체 홈은 그리핑 전극을 커버하는 유전체 보다 훨씬 더 두꺼운 수 밀리미터 깊이가 될 수 있다. 그러한 홈이 제공되면, 전극 패턴은 전극이 홈의 영역으로 연장되지 않도록 만들어져야만 한다. 척내에 홈을 제공하는 대신에 웨이퍼 리프팅 디바이스가 처킹 표면으로부터 웨이퍼를 들어올리는데 제공될 수 있으며 그에 따라 엔드 작동체는 웨이퍼를 붙잡거나 디포지트하기 위해 웨이퍼 및 처킹 표면사이에 삽입될 수 있다. 웨이퍼 리프팅 디바이스는 예컨데, 척을 통해 돌출되며 또한 제거를 위해서 웨이퍼를 들어올리거나 웨이퍼를 위로 지지하기 위해 위아래로 이동될 수 있는 3개 또는 그 이상의 리프팅 핀의 형태를 취할 수 있으며 그 결과 엔드 작동체는 디포지트하는 동안 제거될 수 있다. 웨이퍼의 디포지트 및 제거를 위해 어떤 다른 적합한 장치가 이용될 수 있다. 링 설계를 복잡하게 하는 것을 피하고 또한 처킹 표면을 감소시키는 것을 피하는 장치를 이용하는 것이 바람직하다.
도10을 보면, 척 본체(1005)는 유전체 재료로 이루어지며 또한 8인치 웨이퍼용으로 메몰된 그리핑 전극(1010,1015)과 12인치 웨이퍼용으로 부가의 메몰된 그리핑 전극(1020,1025)을 갖는다. 전극(1010,1015)은 단지 8인치 웨이퍼를 그리핑할때 에너지화된다. 전극(1010,1015,1020,1025)모두는 12인치 웨이퍼를 그리핑할 때 에너지화된다. 이러한 설계를 위해, 2개의 그리핑 영역에서 매달린 링 처럼 웨이퍼-접촉 전극을 실행할 수 있지만, 이것은 메몰된 웨이퍼-접촉 전극(1035)과 같이 그리핑 전극 패턴사이에서 유전체 매질의 처킹 표면(1030)으로 웨이퍼-접촉 전극을 결합하는데 더욱 실용적으로 된다. 예를들어 웨이퍼-접촉 전극(1035)은 이를테면 금속의 얇은 부분을 유전체 재료의 선정된 영역에 놓이게 하는 스퍼터링 또는 플레이팅 공정에 의해서 유전체의 표면에 직접 도전성 재료를 디포지팅함으로서 만든다. 홈(1040, 1045)은 처킹 표면(1030)위에 웨이퍼를 배치하고 또한 엔드-작동체의 후진을 허용하기 위해 로봇 엔드-작동체의 아암에 제공된다. 처킹 표면(1030)의 외경은 예를들어 12인치(300mm)이며 또한 웨이퍼 접촉 전극의 외경은 8인치(200mm)이다.
도11 및 도12는 본 발명에 따른 도1의 것과 유사한 보다 상세한 정전 척 장치를 나타낸다. 도11은 본 발명에 따른 도전성-링 웨이퍼-접촉 전극(1105)을 갖는 정전척 장치(1100)의 투시도로서 200mm 웨이퍼(1110)가 로봇 엔드 작동체(1115)에 의해서 위치되어 있다. 도12는 도11의 척(1100)의 단면 정면도이다. 본 실시예에서, 척 장치(1100)는 정전 척 유닛(1125)이 설치되어 있는 알루미늄 설치 대(1120)를 갖는다. 정전척 유닛(1125)은 예를들어 쿄세라 코포레이션 파인 세라믹 그룹(Kyocera Corporation Fine Ceramics Group)으로부터 이용할 수 있는 알루미늄 질화물, 알루미나 또는 사파이어로 이루어진 유전체 척 본체를 갖는 종래의 유닛이 될 수 있다. 웨이퍼-접촉 전극(1105)은 예를들어 알루미늄으로 기계화된 링이 될 수 있다. 척상에 그리핑된 웨이퍼의 후면과 접촉하는 웨이퍼-접촉 전극(1105)의 상부 표면은 웨어 저항(wear resistance)과 입자오염을 최소화하기 위해 크롬 도금될 수 있다. 웨이퍼-접촉 전극(1105)은 스프링과 같은 적절한 요소에 의해 상향으로 탄성적으로 바이어스될 수 있다. 그러한 하나의 스프링이 1125로 도시되어 있다. 스프링은 SEM 이미징 또는 다른 대전된-입자-빔 동작을 방해할 수 있는 원치않는 전자기장을 도입함이 없이 웨이퍼-접촉 링(1105)에 전기적 연결을 제공하기 위해 베릴륨-구리 합금으로 제조될 수 있다. PEEK(폴리테르테르케톤)와 같은 적절한 재료로 이루어진 이를테면 절연체(1130)과 같은 절연체는 설치대(1120)로부터 스프링을 전기적으로 절연시키기 위해 제공될 수 있으며 그 결과 웨이퍼-접촉 전극은 설치대(1120)로부터 전기적으로 절연된다. 이를테면 리테인닝 나사와 같은 리테인닝 나사는 웨이퍼가 척상에 존재하지 않을경우 웨이퍼-접촉 전극(1105)의 상향 이동을 제한하기 위해 작용하며 또한 웨이퍼가 척상에 존재하지 않을 경우 접지 웨이퍼-접촉 전극(1105)으로 작용할 수 있다. 단순한 전기 회로와 함께 이용될 경우 나사(1140)의 헤드에 대하여 웨이퍼-접촉 전극(1105)의 접지는 척상의 웨이퍼의 존재를 검출하는데 이용될 수 있는데, 상기 척상의 웨이퍼의 존재는 웨이퍼-접촉 전극(1105)으로 하여금 하향으로 위치되게 하며 또한 척상의 웨이퍼의 존재를 신호로 나타내기 위해 접지 연결을 차단한다. 도11 및 도12에 예시된바와 같이, 웨이퍼-접촉 링(1105)은 "L"자형 단면을 지니어 도7A, 7B,7C의 순서로 나타낸바와 같이 웨이퍼(1110)가 처킹표면(1135)에 디포지트될때 로봇 엔드-작동체(1115)의 아암으로 하여금 웨이퍼 접촉 링(1105)을 들어갈 수 있도록 허용한다. 로봇 엔드-작동체(1115)의 한 아암(1145)은 도11에서 볼수 있다.
도13은 8인치 및 12인치 웨이퍼의 성능을 지닌 본 발명에 따른 정전 척(1300)의 평면도이다. 도14는 도13의 척 장치(1300)의 일부분을 나타낸 단면 정면도이다. 척(1300)은 메몰된 그리핑 전극(도시하지 않음)을 지닌 유전체 척 몸체(1305)를 포함한다. 척 몸체(1305)의 처킹 표면은 중심 원형 영역(1310)과 환형 외부 영역(1315)으로 분할된다. 영역(1310 및 1315)은 환형 홈(1320)에 의해 분할된다. 환형 홈(1320)의 외경은 예를들어 8인치(200mm)이며 또한 영역(1315)의 외경은 12인치(300mm)이다. 정전 그리핑 전극(도시않됨)은 8인치 웨이퍼를 그리핑하기위해 영역(1310)의 표면아래에 메몰되며, 또한 부가의 정전 그리핑 전극(도시않됨)은 12인치 웨이퍼를 그리핑하기위해 그리핑 전극이 메몰된 아래 영역(1310)을 조력하도록 영역(1315)의 표면아래에 메몰된다. 채널은 척 몸체를 통과하여 그리핑 전극으로 통과되도록 전력 공급 케이블에 1325, 1330으로 제공된다.
도15는 환형 홈(1320)에 설치된 웨이퍼-접촉 링(1335)의 부가로서 도13 및 도14의 척(1300)의 투시도이다. 웨이퍼-접촉 링(1335)은 예를들어 알루미늄으로 기계화되어 있으며 또한 웨어 저항과 입자 생성을 최소화하기 위해 견고한 크롬 코팅을 한다. 웨이퍼-접촉 링(1335)은 상향으로 탄성적으로 바이어스되며 그 결과 그의 상부 표면은 영역(1310 및 1315)에 의해 한정된, 이를테면 절연체 (1355,1360,1365)에 의해서 척 몸체(1305)로 부터 전기적으로 절연되는 베릴륨-구리 합금 스프링(1340,1345,1350)에 지지됨으로서 한정된 평면상의 처킹 표면위로 돌출된다. 리테인닝 나사(1370, 1375,1380)는 도12의 리테인닝 나사(1140)에 대하여 상술한 바와 같이 웨이퍼-접촉 링(1335)의 상향 이동을 제한하며 또한 웨이퍼-존재 검출을 지시하기 위해 작용한다. 또한 도15는 웨이퍼를 전달하는 동안 처킹 표면(1305)에 대해 웨이퍼를 올리거나 낮추기위해 웨이퍼 리프팅 디바이스의 개개의 핀(1520; 도시하지 않음,1525, 1530)을 통과하는 홀(1505,1510,1515)를 나타내는데, 이것은 처킹 표면에서 슬롯이 필요성 없이도 웨이퍼와 처킹 표면사이에서 로봇 엔드 작동체가 통과되도록 허용한다.
도16은 본 발명에 따른 웨이퍼에 전류 경로를 설정하면서 비-도전성 웨이퍼를 처킹하는 방법(1600)에 대한 순서도이다. 단계(1605)에서 웨이퍼는 처킹 표면상에 위치된다. 단계(1610)에서 처킹 전극은 처킹 표면에 대해 웨이퍼를 그리핑하는 정전력을 발생하기 위해 에너지화된다. 단계(1615)에서, 웨이퍼에 전류 경로를 제공하기 위해 웨이퍼가 그리핑될 때 웨이퍼와의 접촉으로 전기적으로 도전성 표면을 갖는 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극과 웨이퍼의 후면이 접촉된다.
단계의 순서는 예를들어 웨이퍼-접촉 전극이 전극상에 웨이퍼를 배치하고 그리핑하는 동안 집어넣어졌을 경우에 도16으로 나타낼 수 있다. 대안으로 단계의 순서는 예를들어 그리핑 표면에 대해 웨이퍼를 그리핑하는 정전력을 발생하도록 처킹 전극을 에너지화하기 전 웨이퍼가 처킹 표면쪽으로 이동할 경우 웨이퍼 접촉 전극에 의해 웨이퍼가 접촉되도록 변형될 수 있다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 실시예는 예컨데 SEM에 의해 샘플 웨이퍼에 주입된 제1 차 빔의 양호한 전기적 드레인을 제공하며 또한 외부적으로 인가된 전압을 웨이퍼의 벌크 실리콘으로 균일하게 전송되도록 허용하는 실리콘 기판 재료에 전기적 접촉을 허용한다. 실리콘 기판 전압의 성공적인 제어는 웨이퍼 면 또는 웨이퍼의 후면과의 점 접촉을 이용하여 달성하는데 매우 어려운 바이어스 전극의 비교적 큰 접촉 영역을 통해 달성된다. 영역 바이어스 전극은 웨이퍼에 대한 기계적인 손상을 종종 발생하여 입자 오염을 발생하고 또한 여러 경우에 웨이퍼로 하여금 기계적으로 왜곡되도록 야기하는 점접촉 및 클립과 관련한 문제를 극복한다. 본 발명에 따른 실시예는 웨이퍼와의 기계적 접촉으로 인한 입자 발생을 피하고 또한 웨이퍼의 평평함이 강제되어 있는 표준 정전척의 이점을 유지한다.
본 발명은 신뢰성 있는 전기적 접촉을 갖는 정전척 장치를 제공하여 비-도전성 웨이퍼를 그리핑하는데 있어 기계적인 접촉으로 인한 입자 오염과 전류누출을 방지하게 된다.
본 기술 분야에 숙련된 사람은 청구범위에 한정된 본 발명의 사상과 범위내에서 이들 및 다른 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (15)

  1. a. 비-도전성 웨이퍼를 수용하는 처킹 표면,
    b. 처킹 전극이 에너지화될 경우 상기 처킹 표면에 대해 웨이퍼를 그리핑하는 정전력을 발생시키는 처킹 전극, 및
    c. 상기 웨이퍼에 전류 경로를 제공하기 위해 상기 웨이퍼가 그리핑될 때 웨이퍼와 접촉하여 전기적으로 도전성 표면을 지닌 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처킹 표면과 상기 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 상기 웨이퍼의 후면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 최소한 15cm2의 접촉영역을 갖는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처킹 표면은 유전체 재료로 이루어진 실질적으로 평평한 원형면을 포함하며 또한 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 상기 처킹 표면을 적어도 부분적으로 둘러싸는 적어도 하나의 환형 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처킹 표면은 유전체 재료로 이루어진 실질적으로 평평한 원형 면을 포함하며 또한 상기 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 상기 처킹 표면을 실질적으로 둘러싸는 환형 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 웨이퍼가 척상에 그리핑될 경우 웨이퍼의 후면에 대하여 견고하게 유지되도록 상기 처킹 표면위로 돌출되며 또한 스프링상에 설치되는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 "L" 자형 단면을 지님으로서 상기 단면의 상부는 웨이퍼가 척상에 그리핑될 경우 웨이퍼의 후면과 접촉하며 또한 상기 단면의 하부는 처킹 표면위에 웨이퍼를 배치하는 동안 웨이퍼로부터 떨어져서 상기 웨이퍼-접촉 전극을 이동시키는데 이용될 수 있는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    제1세트의 처킹 전극은 이 전극이 에너지화될 때 상기 처킹 표면의 제1 영역에서 웨이퍼에 그리핑 력을 인가하기 위해 제공되며 또한 제2 세트의 처킹 전극은 이 전극이 에너지화될 때 상기 처킹 표면의 제2 영역에서 웨이퍼에 그리핑 력을 인가하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 처킹 표면의 제1 영역은 상기 처킹 표면상에 실질적으로 중앙에 놓인 원형 영역을 포함하며 또한 상기 처킹 표면의 제2 영역은 상기 제1 영역을 둘러싸는 보통의 환형 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극의 전기적-도전성 표면은 상기 처킹 표면의 제1 영역과 상기 처킹 표면의 제2 영역사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 처킹 표면은 유전체 재료로 이루어지며 또한 상기 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극은 상기 유전체 재료에 메몰되는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극이 금속의 일부분 또는 다른 도전성 재료를 상기 유전체 재료에 스퍼터링, 도금, 증착 또는 배치시키는 공정 중 한 공정에 의해 상기 유전체 재료 상에 디포지트되는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서,
    웨이퍼-존재 지시기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 웨이퍼-존재 지시기는 웨이퍼가 상기 정전척 어셈블리에 존재할 경우 제1 조건으로 있으며 또한 웨이퍼가 상기 정전척 어셈블리에서 부재로 있는경우 제2 조건으로 있는 전기적 접촉을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 어셈블리.
  15. 웨이퍼에 전류 경로를 설정하는 동안 비-도전성 웨이퍼를 처킹하는 방법에 있어서,
    a. 상기 웨이퍼를 처킹 표면에 위치시키는 단계,
    b. 상기 처킹 표면에 대하여 웨이퍼를 그리핑하는 정전력을 발생하도록 처킹 전극을 에너지화하는 단계, 및
    c. 상기 웨이퍼에 전류 경로를 제공하기 위해 상기 웨이퍼가 그리핑될 경우 웨이퍼와 접촉하여 전기적으로 도전성 표면을 지닌 적어도 하나의 웨이퍼-접촉 전극을 상기 웨이퍼의 후면과 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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