KR20020041448A

KR20020041448A - 표면 구조 및 그 제조 방법, 및 표면 구조가 결합된 정전웨이퍼 클램프

Info

Publication number: KR20020041448A
Application number: KR1020027004166A
Authority: KR
Inventors: 그란트 켄지 라르센
Original assignee: 추후보정; 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-06-01
Also published as: JP4854056B2; WO2001026141A2; WO2001026141A3; JP2003511856A; EP1224687A2; TW466560B

Abstract

소재를 접촉시키는 표면 구조는 지지부에 부착된 플렉시블층, 및 상기 플렉시블층 상의 코팅을 포함한다. 이 코팅은 표면 상에 리플을 가진다. 플렉시블층은 열전도성일 수 있다. 표면 상의 리플은 소재로부터의 열 전사를 향상시키고, 소재의 낮은 파티클 발생 및 낮은 파티클 오염이라는 특징을 가진다. 코팅의 리플은, 플렉시블층을 확장시키고, 확장된 플렉시블층에 코팅을 도포하고, 플렉시블층을 수축시킴으로써, 형성된다. 한 애플리케이션에서는, 표면 구조는 정전 웨이퍼 클램프에서 사용된다. 표면 구조는, 소재와 표면 구조 사이에 저압 냉각 가스와 함께 사용될 때, 진공 처리 시스템에서의 고효율의 열 전사를 제공한다.

Description

표면 구조 및 그 제조 방법, 및 표면 구조가 결합된 정전 웨이퍼 클램프{SURFACE STRUCTURE AND METHOD OF MAKING, AND ELECTROSTATIC WAFER CLAMP INCORPORATING SURFACE STRUCTURE}

관련 출원에의 상호 참조

본 출원은 1999년 10월 1일 출원된 미국 특허출원 번호 제60/157,398호 및 2000년 9월 15일 출원된 미국 특허출원 번호 제60/233,039호를 우선권 주장의 기초로 한다.

집적 회로의 제조시, 다수의 잘 확립된 공정은 진공 상태의 반도체 웨이퍼로의 이온 빔의 적용을 포함한다. 이러한 공정은, 예를 들어, 이온 주입, 이온 빔 밀링(milling) 및 반응성 이온 에칭을 포함한다. 각 경우에, 이온 빔은 소오스에서 발생되고 목표 웨이퍼를 향해 가속된다.

이온 주입은 도펀트 재료를 반도체 웨이퍼에 도입하는 표준 기술이 되었다. 원하는 도펀트 재료는 이온 소오스 내에서 이온화되고, 이 이온은 가속화되어 소정의 에너지의 이온 빔을 형성하고, 이 이온 빔은 웨이퍼의 표면으로 향하게 된다. 이온 빔의 강력한 이온은 반도체 재료의 벌크로 침투하고, 반도체 재료의 결정 격자 내로 매립되어 원하는 전도도의 영역을 형성한다.

목표 장착 장소는 이온 주입 시스템 또는 다른 이온 빔 시스템의 중요한 부분이다. 목표 장착 장소는 이온 주입을 위해 반도체 웨이퍼를 플래턴(platen)에 견고하게 클램핑하는 것이 요구되고, 대부분의 경우, 웨이퍼를 냉각하는 것이 요구된다. 또한, 웨이퍼 처리 시스템은, 웨이퍼를 목표 장착 장소에 적재하고 이온 주입의 종료 후에 웨이퍼를 이동하기 위해 제공된다.

웨이퍼의 냉각은, 단위 시간당 처리되는 웨이퍼의 관점에서 높은 생산량을 달성하는 것이 주목적인 상업적 반도체 처리에 있어서 특히 중요하다. 높은 생산량을 달성하는 한 가지 방법은, 이온 주입 처리가 비교적 단시간에 종료될 수 있도록 고전류 이온 빔을 사용하는 것이다. 그러나, 고전류 이온 빔에 의해 상당한 양의 열이 발생될 수 있다. 이 열은, 웨이퍼의 상술한 한계를 넘어서 제어할 수 없는 불순물의 확산, 및 패터닝된 포토레지스트층의 품질의 저하를 가져온다. 통상, 웨이퍼의 최대 온도를 약 100℃로 제한하기 위해 웨이퍼 냉각을 제공하는 것이 필요하다.

반도체 웨이퍼를 목표 장착 장소에 클램핑하는 다수의 기술은 당해 기술분야에서 공지되어 있다. 한 공지 기술에 따르면, 웨이퍼의 전면의 외부 주위를 둘러싸는 주위의 클램핑 링에 의해 웨이퍼가 플래턴에 클램핑된다. 클램핑 링에 의해 차단되는 영역을 제외하고는, 웨이퍼의 전면(front surface)은 이온 주입을 위해 노출된다.

주위의 클램핑 링의 필요성을 제거하고 평평한 플래턴 표면을 사용할 수 있게 하는 웨이퍼 클램핑 기술은 원심성 클램핑이다. 원심성 클램핑에서, 웨이퍼 장착 장소는 회전축 주위로 회전된다. 플래턴 표면은, 원심력이 웨이퍼를 플래턴 표면에 붙이도록 회전축에 대해 일정 각도로 향하게 된다. 그러나, 원심성 클램핑을 제공하기 위해 웨이퍼 장착 장소를 회전시켜야 하는 것은 더욱 복잡하게 하고, 항상 실시할 수 있는 것은 아니다.

반도체 웨이퍼를 클램핑하는 다른 공지 기술은 정전력을 사용하는 것이다. 반도체 웨이퍼와 전도성 지지판 사이에 유전체층이 배치된다. 반도체 웨이퍼와 지지판간에 전압이 인가되고, 웨이퍼는 정전력에 의해 유전체층에 클램핑된다. 정전 웨이퍼 클램프는, 예를 들어, 1995년 9월 19일 등록된 Frutiger에 의한 미국 특허 번호 제5,452,177호 및 1999년 10월 19일 등록된 Larsen에 의한 미국 특허 번호 제5,969,934호에 개시된다.

이용되는 클램핑 기술에도 불구하고, 반도체 웨이퍼로부터 진공 상태의 열 싱크(sink)로의 열 전사는 문제점이 있다. 저전류 이온 빔을 제외하고는, 웨이퍼로부터 방사에 의한 열 전사는 부적당하다. 웨이퍼가 플래턴 표면과 물리적으로 접촉하는 경우라도, 웨이퍼 및 플래턴 표면 상의 표면의 불규칙성은 실제적인 접촉을 두 표면 영역의 약 5%로 제한하여 고체간 열 전도를 제한한다.

웨이퍼로부터 플래턴 또는 열 싱크로의 열 전사의 높은 비율을 확실하게 하는 다양한 기술이 개시되었다. 웨이퍼와 열 싱크간의 전도성 열 전사를 최적화하는 콘투어링된(contoured) 열 싱크는 1985년 8월 20일 등록된 Holden에 의한 미국 특허 번호 제4,535,835호에 개시된다. 열 싱크 표면은 균일한 접촉 압력 분포를 가져오는 하중, 및 클램핑된 웨이퍼에 대한 웨이퍼의 신축성 있는 제한에 접근하는 응력을 부과하기 위해 콘투어링된다.

진공 상태에서의 열 전사를 위한 다른 종래 기술은 반도체 웨이퍼와 열 싱크간의 열전도성 폴리머를 사용하는 것을 포함한다. 웨이퍼와 열 싱크간의 열적 접촉을 제공하는 점착성의 비활성 폴리머막이 1979년 2월 13일 등록된 Jones 등에 의한 미국 특허 번호 제4,139,051호에 개시된다. 반도체 웨이퍼와 열 싱크간의 연성(pliable) 열전도층을 사용하는 자동화된 웨이퍼 클램핑 메커니즘이 1981년 8월 11일 등록된 Faretra에 의한 미국 특허 번호 4,282,924호에 개시된다. 웨이퍼는 그 주변에서 열전도성 실리콘 러버층을 표면 상에 가지는 볼록한 형태의 플래턴에 클램핑된다. 원심성 클램핑, 및 효율적인 열 전사를 위해 연성 열전도성 폴리머층을 가지는 평평한 플랜턴 표면을 사용하는 열 전사 기술이 1989년 5월 23일 등록된 Mears에 의한 미국 특허 번호 제4,832,781호에 개시된다.

종래 기술의 실리콘 러버층은 비교적 두꺼웠다. 이러한 재료는 본질적으로 열전도성이 아니라는 결점이 있다. 이러한 결점은, 이 재료를 열전도성 파티클로 도핑함으로써 및/또는 접촉점의 수가 각 접촉점에서 제한된 열 전사를 보상할 정도로 증가하도록 웨이퍼에 압력을 가함으로써 보상할 수 있다. 이러한 도핑 방법은,별도의 프로세스 단계를 추가해야 하고 열전도성 파티클에 의한 파티클 또는 원소의 오염 가능성이라는 결점을 가진다. 압력을 가하는 방법은, 이러한 압력을 웨이퍼에 가해야 하는 어려움과 함께, 증가된 압력이 웨이퍼 균열을 가져올 수 있는 결점을 가진다. 기계적인 클램프 링으로써 압력이 웨이퍼 에지에 가해질 때, 웨이퍼의 중심에서의 압력은 웨이퍼 휨에 의해 제한된다. 정전 클램프로 압력이 웨이퍼에 가해질 때, 소정의 냉각 용량을 달성하기 위해 높은 전압을 사용해야 할뿐만 아니라, 충분히 강력한 클램프의 제조 비용 및 제조의 어려움이라는 결점을 가진다. 이중의 한 방법으로, 통상 유기성인 플렉시블 재료의 사용은 유기성 오염을 일으키며, 이는 웨이퍼 처리에 있어서 결함을 가져오는 것으로 알려져 있다.

또한, 가스 전도 기술은 진공에서의 웨이퍼 냉각에 사용되었다. 가스는 반도체 웨이퍼 뒤의 공동(cavity) 또는 초소형 공극(void)으로 도입되고, 웨이퍼와 열 싱크간의 열적 결합에 영향을 준다. 반도체 웨이퍼와의 가스 원용(Gas-assisted) 고체간 열 전사는 1984년 7월 3일 등록된 Holden에 의한 미국 특허 번호 제4,457,359호에 개시된다.

가스 전도 기술은, 열 싱크 표면이 엄격하게 제어되어 사용되는 냉각 가스의 압력에서 분자 이동의 특성 거리를 수치적으로 일치시켜야 하는 결점이 있다. 또한, 냉각 가스의 누설로 인해 불균일한 냉각을 가져오고, 누설 영역에서의 국부적인 가스 농도에 의해 공정에서의 품질의 저하를 가져올 수 있는 문제점이 있다. 소정의 냉각 용량을 위해, 가스 압력은 웨이퍼를 휘게 할 수 있어, 공정의 완전도를 저하시킬 수 있다.

반도체 장치의 기하 구조는 점점 소형화되고 웨이퍼 크기는 점점 대형화됨에 따라, 허용가능한 파티클 오염 요구조건은 더욱 제한된다. 웨이퍼 클램핑 메커니즘의 파티클 성능은, 웨이퍼가 클램핑 표면에 물리적으로 접촉하기 때문에, 특히 중요하다. 정전 웨이퍼 클램프의 경우에, 웨이퍼를 클램핑하기 위해 사용되는 정전력이 파티클을 유인하기도 한다.

따라서, 소재의 낮은 파티클 발생 및 낮은 파티클 오염이라는 특징을 가지는 소재를 접촉시키고, 소재로부터 효율적인 열 전사라는 특징을 가지는 표면 구조를 제공하는 것이 바람직하다.

<발명의 개요>

본 발명의 일 태양에 따르면, 소재를 접촉시키는 표면 구조가 제공된다. 이 표면 구조는 지지부에 부착된 플렉시블층, 및 상기 플렉시블층 상의 코팅을 구비한다. 이 코팅은 표면 상에 리플들을 가진다. 소재는 반도체 웨이퍼일 수 있다.

리플들은 코팅의 표면에 패턴을 형성할 수 있고, 통상, 코팅 표면의 국부적인 영역에 규칙적인 패턴을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 리플들의 파장들은 코팅과 소재 사이에 도입된 가스의 평균 자유 경로 이하이다. 그러나, 리플들의 진폭들이 가스의 평균 자유 경로 이하일 때, 리플들의 파장들은 가스의 평균 자유 경로보다 클 수 있다. 리플들은 어떠한 형태 및 길이를 가질 수 있다. 특히, 리플들은 어느 한 방향으로 길어짐으로써, 평행하지만 직선이지는 않은 일련의 채널들을 형성하거나, 또는 비교적 짧아 표면 상의 다수의 마디들 또는 범프들을 형성할 수 있다.

코팅은 양호한 구조적 완전도 및 양호한 전단 응력 강도를 가지는 세라믹 또는 다른 비활성의 무기성 재료를 구비할 수 있고, 플렉시블층은 폴리머층을 구비할 수 있다. 일 실시예에서는, 플렉시블층은 약 5 내지 10 ㎛ 범위의 두께를 가지는 실리콘 러버이고, 코팅은 약 0.25 내지 0.50 ㎛ 범위의 두께를 가지는 실리콘 탄화질화물, 이산화 실리콘 또는 탄소이다. 이 실시예는 소재로부터 지지부로의 효율적인 열 전사를 나타낸다. 다른 실시예에서는, 플렉시블층은 바람직하게는 약 2.5 내지 250 ㎛ 범위의 두께를 가지고, 더욱 바람직하게는 약 7.5 내지 15 ㎛ 범위의 두께를 가진다. 2개의 실시예 모두는 소재의 낮은 파티클 발생 및 낮은 파티클 오염이라는 특징을 가진다.

표면 구조는 소재와 양립하기 위해 선택된 코팅 상의 막을 더 포함한다. 선택적인 접착층은 플렉시블층을 지지부에 부착하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 표면 구조의 제조 방법이 제공된다. 이 제조 방법은 플렉시블층을 형성하는 단계, 플렉시블층을 확장시키는 단계, 확장된 플렉시블층에 코팅을 도포하는 단계, 및 플렉시블층을 수축시켜 코팅의 리플들을 형성하는 단계를 구비한다.

플렉시블층을 가열하여 확장시킬 수 있고, 냉각하여 수축시킬 수 있다. 플렉시블층을 가열하기 전에 지지부 상에 플렉시블층을 형성할 수 있거나, 또는 지지부와는 별도로 형성할 수 있다. 다른 접근 방법에서는, 플렉시블층을 기계적으로 확장시키고 수축시킨다.

일 실시예에서는, 피착에 의해 코팅을 형성한다. 다른 실시예에서는, 확장된 플렉시블층을 가스 또는 다른 반응성 재료와 반응시킴으로써, 코팅을 형성한다. 예를 들어, 실리콘층은 산소와 반응하여 이산화 실리콘 코팅을 형성할 수 있다.

본 발명의 또다른 태양에 따르면, 진공 처리 시스템에서의 소재를 냉각하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 소재 지지부, 상기 소재 지지부에 부착된 탄성층, 및 상기 탄성층 상에 있고 리플들을 표면 상에 가지는 코팅을 구비하고, 상기 소재를 접촉시키는 표면 구조, 소재를 표면 구조에 붙이는 장치, 및 선택된 압력으로 상기 코팅과 소재 사이에 가스를 도입하는 냉각 가스 시스템을 구비한다.

본 발명의 또다른 태양에 따르면, 소재를 정전 클램핑하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 소재를 받아들이기 위해 전기적으로 절연성의 클램핑 표면을 형성하고, 하부에 클램핑 표면과 전기적으로 절연된 전극 및 상기 전극과 클램핑 표면 사이의 유전체층을 구비하는 플래턴 어셈블리, 및 상기 소재를 클램핑 표면 상의 고정된 위치에 정전 클램핑하기 위해 클램핑 전압을 전극에 인가하는 클램핑 제어 회로를 구한다. 상술한 바와 같이, 클램핑 표면은 플렉시블층, 및 리플들을 표면 상에 가지는 코팅을 포함하는 표면 구조를 구비한다.

본 발명은 소재를 접촉시키는 표면 구조, 및 표면 구조의 제조 방법으로서, 특히, 진공 처리 채임버 내에서 반도체 웨이퍼를 접촉시키는 표면 구조에 관한 것이다. 이 표면 구조는, 고효율의 열 전사 및 낮은 파티클 오염이라는 특징을 가진다. 이 표면 구조는 이온 주입 시스템에서 사용되는 정전 웨이퍼 클램프에 특히 유용하지만, 이러한 사용에 한정되지 않는다.

본 발명의 명확한 이해를 위해, 첨부된 도면을 참조한다.

도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 표면 구조의 제1 실시예가 결합된 소재 지지 장치의 단면도.

도 2는 도 1의 표면 구조의 확대 부분 단면도.

도 3A는 소재와 표면 구조 사이의 접촉 영역의 확대 부분 단면도.

도 3B는 표면 구조 상의 리플에 의해 제공된 향상된 냉각을 나타내는 도 3A의 확대도.

도 3C는 길고 평행한 리플을 가지는 표면 구조의 평면도.

도 3D는 마디가 있는 리플을 가지는 표면 구조의 평면도.

도 4A 내지 4C는 본 발명의 다른 태양에 따른 표면 구조의 제조 방법의 일 실시예를 도식적으로 나타내는 도.

도 5는 표면 구조의 제2 실시예의 부분 단면도.

도 6은 도 5의 표면 구조가 결합된 정전 웨이퍼 클램프의 부분 단면도.

도 7은 본 발명의 또다른 태양에 따른 정전 웨이퍼 클램핑 장치의 일 예의 단면도.

도 8은 도 7의 선(2-2)을 따라 절단된 웨이퍼 클램핑 장치의 단면도.

도 9는 클램핑 제어 회로의 일 예를 나타내는 정전 웨이퍼 클램핑 장치의 블록도.

도 10은 정전 웨이퍼 클램핑 장치의 구현례의 부분 단면도.

본 발명의 일 태양에 따르면, 소재를 접촉시키는 표면 구조가 제공된다. 이 표면 구조는 소재의 낮은 파티클 발생 및 낮은 파티클 오염 상태를 나타낸다. 표면 구조의 일부 실시예는 소재로부터 지지부로의 효율적인 열 전사라는 특징을 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소재 지지 장치(10)가 도 1에 도시된다. 도 1의 실시예에서는, 열 전사 구조는 표면 구조를 이룬다. 소재 지지 장치(10)는 열전도성 지지부(12), 및 표면(18)을 가지는 열 전사 구조(14)를 포함한다. 소재(16)는 열 전사 구조(14)의 표면 상에 장착된다. 지지부(12)는 소재(16)를 지지하기에 충분한 기계적 강도를 가지지만, 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 열 전사 구조(14)는 소재(16)와 지지부(12)간에 열 전사를 향상시키도록 구성된다. 또한, 열 전사 구조(14)는 소재(16)의 낮은 파티클 발생 및 낮은 파티클 오염 상태라는 특징을 가진다. 도 1에 도시된 소재 지지 장치(10)는 진공 환경에서 우수한 활용성을 가지지만, 이러한 애플리케이션에 한정되지 않는다.

냉각 가스원(20)은 열 전사 구조(14)의 표면(18)에 연결되어, 소재(16)과 열 전사 구조(14) 사이에 가스를 제공할 수 있다. 냉각 가스는 소재 지지 장치(10)의 하나의 홀을 통해 또는 다수의 홀을 통해 도입될 수 있다. 일 실시예에서는, 냉각 가스는 소재 지지 장치(10)의 중앙과 외부 영역의 중간에 원형 패턴으로 배열된 다수의 홀을 통해 도입된다. 냉각 가스는, 예를 들어, 공기, 질소, 헬륨, 아르곤 또는 이산화탄소와 같은 가스일 수 있고, 통상 약 0.1 내지 50 Torr 범위의 압력을 가진다.

한 가지 중요한 애플리케이션에서는, 소재(16)는 반도체 웨이퍼이고, 소재 지지 장치(10)는 진공 처리 시스템의 반도체 웨이퍼를 지지하기 위해 사용된다. 예를 들어, 소재 지지 장치(10)는 이온 주입 시스템의 플래턴 어셈블리의 일부일 수 있다. 플래턴 어셈블리는 이온 주입시 반도체 웨이퍼를 적당한 위치에 클램핑하고, 반도체 웨이퍼의 냉각을 제공한다. 플래턴 어셈블리는 반도체 웨이퍼를 열전사 구조(14)에 붙이는 기계적인 클램핑, 원심성 클램핑, 정전 클램핑 또는 다른 적당한 클램핑 기술을 이용할 수 있다. 소재 지지 장치(10)는 이온 주입 시스템에서의 사용에 한정되지 않고, 반도체 웨이퍼에의 사용 및 진공 상태에서의 사용에 한정되지 않는다. 더욱 일반적으로는, 소재 지지 장치(10)는 소재와 지지부간의 열 전사를 필요로 하는 다른 애플리케이션에 사용될 수도 있다. 다른 예에서, 소재 지지 장치(10)는 반도체 웨이퍼 처리 시스템에서의 웨이퍼 로봇의 웨이퍼 지지부로서 사용된다.

열 전사 구조(14)의 일 실시예의 확대 부분 단면도가 도 2, 3A 및 3B에 도시된다. 구조 및 동작의 이해를 용이하게 하기 위해 열 전사 구조(14)가 확대되고 동일 축적으로 도시되지 않는다. 열 전사 구조(14)는 지지부(12)에 부착된 플렉시블 탄성 열전도층(30), 및 비활성 저마찰성 재료의 코팅(32)을 포함한다. 코팅(32)은 양호한 전단 응력 강도, 양호한 구조적 안정도 및 국부적인 경도를 가지는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서는, 플렉시블층(30)은 약 5 내지 10 ㎛ 범위의 두께를 가지는 실리콘 러버를 구비한다. 코팅(32)은, 예를 들어, 탄소, 실리콘 질화물 또는 실리콘 탄화질화물일 수 있다. 다른 가능한 재료는 실리콘, 알루미늄과 같은 금속, 알루미늄 실리케이트, 이산화 실리콘 및 높게 교차 결합된 폴리머를 포함한다. 코팅(32)은 약 0.25 내지 0.50 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서는, 코팅은 피착에 의해 형성된다. 다른 실시예에서는, 코팅은 확장된 플렉시블 열전도층의 가스 또는 다른 반응성 재료와의 반응에 의해 형성된다. 예를 들어, 실리콘층은 산소와 반응하여 이산화 실리콘 코팅을 형성할 수 있다. 상술한 재료 및 두께는 예로써만 주어진 것이고 본 발명의 범위로 한정되지 않는다.

열 전사 구조의 다른 태양이 도 2에 도시된다. 리플들(40)은 아래에서 설명하는 바와 같이 코팅(32)의 표면 상에 형성된다. 리플들(40)은 적어도 국부적인 영역에 규칙적인 패턴을 가질 수 있고, 파장(W) 및 진폭(A)의 특징을 가진다. 파장(W)은 지지면에 평행한 방향으로 리플들(40)의 중심간 간격이고, 진폭(A)은 지지면에 수직인 방향으로 리플들(40)의 크기이다. 바람직하게는, 리플들(40)은 반도체 웨이퍼 또는 다른 소재와 접촉하는 영역에서 둥근 상부를 가져 파티클의 발생을 제한한다. 반도체 웨이퍼로부터 지지부(12)로의 최적의 열 전사를 위해, 리플들(40)의 파장(W)은 웨이퍼와 코팅(32) 사이에 도입된 가스 분자의 평균 자유(free) 경로 이하인 것이 바람직하다. 10 Torr의 압력의 공기에 대해, 평균 자유 경로는 약 4.7 ㎛ 이다. 따라서, 리플들(40)의 파장(W)은 4.7 ㎛ 이하이어야 한다. 일 실시예에서는, 리플들(40)의 파장(W)은 약 2 내지 3 ㎛ 이다. 최적의 열 전사를 위해, 리플들(40)의 진폭(A)은 비교적 커야 하고 반도체 웨이퍼의 배면 또는 다른 소재의 표면 조도와 거의 동일한 정도이다. 이로 인해, 코팅(32) 및 플렉시블층(30)은 아래에서 설명하는 바와 같이 반도체 웨이퍼의 배면에 합치하게 되고 열 전사를 향상시킨다. 그러나, 리플들의 진폭이 가스의 평균 자유 경로 이하일 때, 리플들의 파장은 가스의 평균 자유 경로보다 크다.

리플들은 어떠한 형태 및 길이를 가질 수 있다. 특히, 리플들은 어느 한 방향으로 길어질 수 있어, 평행하지만 직선이지는 않은 일련의 채널을 형성하거나,또는 비교적 짧아 표면 상의 다수의 돔, 마디 또는 범프를 형성한다. 표면의 국부적인 영역에 길고 평행한 리플들을 가지는 표면의 평면도가 도 3C에 도시된다. 도 3C에서, 리플들은 약 2 내지 3 ㎛의 파장을 가진다. 마디가 있는 리플들을 가지는 표면의 평면도가 도 3D에 도시된다.

코팅(32)과 반도체 웨이퍼(16)간의 접촉 영역의 확대 부분 단면도는 도 3A 및 3B에 도시된다. 코팅(32)의 리플들(40)은 웨이퍼(16)로부터 고효율의 열 전사를 제공한다. 리플형 코팅(32)의 한 가지 특징은, 리플들(40)이 웨이퍼(16)의 배면의 불규칙성에 의해 변형될 수 있음으로써, 표면의 유연성으로 인해 접촉 영역을 증가시킨다는 것이다. 도 3A를 예로 참조하면, 웨이퍼(16)의 배면 상의 돌출부(42 및 44)는 인접한 리플들(40)을 변형시킴으로써, 표면들간의 접촉 영역을 증가시킨다.

또한, 코팅(32) 상의 리플들(40)은 웨이퍼(16)의 배면보다 큰 표면 영역을 제공한다. 도 3B에 도시된 바와 같이, 영역들간의 차이는 가스 분자가 열 싱크 표면의 리플들 및 폴드(folds)에서 다수 회 통계적으로 뛰게 한다. 분자의 경로(50)의 일 예가 도시된다. 분자의 경로(50)에 의해 나타내는 가스 분자는 웨이퍼(16)에서 열에너지를 얻고, 웨이퍼(16)로 복귀하기 전에, 리플들(40)의 폴드에서 다수 회 튀어 오르고, 튀어 오를 때마다 에너지를 잃는다. 리플들(40)을 제공하는 방법으로 열 전사를 증가시키는 것은, 열 싱크 표면의 조절(accommodation) 계수를 높이는 것으로서 알려져 있다. 조절 계수는 표면과의 상호 작용 후의 가스 분자의 온도차의 상호 작용 전의 온도차에 대한 비율로서 정의된다.

열 전사 효율은, 가스 분자가 웨이퍼(16)로 복귀하기 전에 코팅(32)의 표면 상에서 한 번만 튀어 오르는 경우와 비교하여, 웨이퍼(16)의 뜨거운 표면으로 복귀하기 전에 코팅(32)의 차가운 표면 상에서 다수 회 튀어 오르고, 튀어 오를 때마다 에너지를 잃는 경우에 증가된다. 따라서, 열 전사 효율은, 지지 웨이퍼(16)가 초미세 단위로 웨이퍼(16)의 배면 영역보다 더 큰 코팅(32)의 표면 영역, 및 표면 불규칙성이 특정의 치수로 만들어져 다수의 분자가 코팅(32)의 냉각된 표면 상에서 튀어 오르게 하는 경우에, 향상될 수 있다.

도 2에 도시되고 상술한 열 전사 구조(14)는 추가적인 이점을 가진다. 상부의 비활성 표면은 하부의 플렉시블 재료에 의해 웨이퍼의 유기적인 오염 상태를 실질적으로 감소시킨다. 또한, 기하 구조는, 열 싱크 표면의 접촉점이 통상 둥글고 분자적으로 매끄럽게 되어, 파티클을 발생시키기에는 충분히 뾰족하지 않은 열전도성의 접촉점이 밀집한 반복적인 네트워크를 가져온다. 전체 층은 여전히 초미세 유연성을 유지하지만, 표면이 웨이퍼 기하 구조에 일치하게 하여, 접촉 영역을 다시 최대화한다.

여기서 개시된 열 전사 구조(14) 및 다른 표면 구조의 제조 방법의 일 실시예를 도 4A 내지 4C를 참조하여 설명한다. 도 4A에서는, 플렉시블층(30)을 접착하기 위해 선택된 선택적인 접착제를 지지부(12)에 도포함으로써, 지지부(12)의 표면을 형성한다. 접착제는 플렉시블층(30) 및 지지부(12)와 화학적으로 양립시켜야 한다. 실리콘 러버 플렉시블층(30)의 경우에, 접착제는 실리콘 질화물인 것이 바람직하다. 통상 실리콘인 플렉시블층을 지지부(12) 상에 분사하거나 스핀온(spin-on) 방법에 의해 형성할 수 있다. 화살표(60)로 나타낸 바와 같이, 플렉시블층(30)을 지지부(12)의 표면에 평행한 방향으로 확장시킨다. 통상, 플렉시블층(30)을 가열하여 확장시킨다. 상술한 바와 같이, 플렉시블층(30)은 약 5 내지 10 ㎛ 범위의 두께를 가지는 실리콘 러버일 수 있지만, 이러한 재료 및 두께 범위에 한정되지 않는다. 약 70℃ 내지 120℃ 범위의 온도로 가열시킴으로서, 실리콘 러버를 확장시킬 수 있다.

도 4B에 도시된 바와 같이, 확장된 상태의 플렉시블층(30)에 코팅(32)을 도포할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 강화 화학적 기상 피착(PECVD;plasma enhanced chemical vapor deposion) 또는 CVD에 의해 코팅(32)을 피착시킬 수 있다. 이러한 접근 방법의 이점은, 플렉시블층(30)을 가열하여 코팅(32)을 피착하기 위해 사용되는 채임버 내의 확장을 효과적이게 할 수 있다는 것이다. 상술한 바와 같이, 코팅(32)은 약 0.25 내지 0.5 ㎛ 범위의 두께를 가지는 탄소, 실리콘 질화물 또는 실리콘 탄화질화물인 것이 바람직하지만, 이러한 재료 및 재료 범위에 한정되지 않는다.

상술한 일 실시예에서는, 피착에 의해 코팅(32)을 형성한다. 다른 실시예에서는, 확장된 플렉시블층(30)을 가스 또는 다른 반응성 재료와 반응시킴으로써, 코팅(32)을 형성한다. 예를 들어, 실리콘 러버 플렉시블층(30)은 산소와 반응하여 이산화 실리콘 코팅을 형성할 수 있다. 실리콘 러버층 상에 이산화 실리콘 코팅을 형성하는 것은 여기서 참조로 인용된 미국 특허 번호 제4,832,781호에 개시된다.

도 4C에 도시된 바와 같이, 표면 구조를 냉각하여, 화살표(62)로 나타낸 바와 같이, 원래 크기로 수축시킨다. 코팅(32)의 전단 응력 저항은, 플렉시블층(30)에서 얇은 조각으로 나뉘어지지 않고, 코팅이 냉각됨에 따라 수축시켜 리플들(40)을 형성하게 한다. 이러한 공정은 웨이퍼 지지부(12)의 표면을 가로지르는 리플들(40)의 패턴을 형성한다. 리플들은 상당히 일치하는 파장 및 진폭을 가진다.

도 4A 내지 4C의 공정에서, 플렉시블층(30)을 지지부(12)에 도포하고 코팅(32)의 피착을 위해 가열시킴으로써 확장시킨다. 다른 실시예에서는, 지지부(12)와는 별개로 플렉시블층(30)을 형성하고 가열하여 확장시킨다. 코팅(32)을 확장된 플렉시블층에 도포하고, 플렉시블층을 냉각하여 코팅(32)의 리플들(40)을 형성한다. 화학적으로 또는 접착제에 의해, 플렉시블층(30)을 지지부(12)에 접착한다. 또다른 실시예에서는, 코팅(32)의 도포에 필요한 확장을 만들기 위해, 열을 사용하지 않고, 플렉시블층(30)을 기계적으로 신장시킨다.

코팅(32)은 반드시 무기성이거나 비활성일 필요는 없다. 그러나, 대부분의 반도체 웨이퍼 애플리케이션에서는, 무기성이거나 비활성인 것이 바람직하다. 열 전사 구조(14)를 정전 웨이퍼 클램프 상에 사용하는 경우, 코팅(32)은 반드시 전기적으로 비전도성 재료일 필요는 없다. 그러나, 기계적 클램핑 또는 원심성 클램핑을 사용하는 경우에는, 전기적으로 비전도성 재료는 필요하지 않다. 이러한 경우에는, 전하를 분산시키기 위해 알루미늄 또는 텅스텐 카바이드와 같은 전도성 코팅을 사용하는 것이 이점이 있다.

또다른 실시예에서는, 소재와 비반응적인 재료의 박막을 코팅(32)의 상면에도포한다. 박막은 수 Å의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 코팅(32)이 실리콘 질화물이고 소재가 실리콘 성분을 가지는 경우, 탄소 또는 실리콘 탄화질화물의 박막을 코팅(32)에 도포할 수 있다.

상술한 바와 같이, 진공 상태에서 소재로부터 지지 구조로 열 전사를 요하는 어떠한 애플리케이션에서도 열 전사 구조(14)를 사용할 수 있다. 열 전사 구조는, 이온 주입 또는 다른 진공 처리시 반도체 웨이퍼의 정전 클램핑에 특히 유용하다. 정전 웨이퍼 클램핑에서, 반도체 웨이퍼와 전도성 지지판 사이에 유전체층이 배치된다. 반도체 웨이퍼와 지지판간에 전압이 인가되고, 정전력에 의해 웨이퍼가 유전체층에 클램핑된다. 다양한 정전 웨이퍼 클램프 구성예가 관련 기술분야에서 공지되어 있다. 정전 클램프는, 예를 들어, 여기서 참조로 인용된 1995년 9월 19일 등록된 Frutiger에 의한 미국 특허 번호 제5,452,177호 및 1999년 10월 19일 등록된 Larsen에 의한 미국 특허 번호 제5,969,934호에 개시된 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 이러한 정전 웨이퍼 클램프에서, 여기서 도시되고 설명된 열 전사 구조는 상부 섹터 절연체에 부착되어 반도체 웨이퍼로부터 상부 섹터 절연체로의 향상된 열 전사를 제공한다. 그러나, 여기서 개시된 열 전사 구조는 어떠한 전극 형태를 사용하는 정전 웨이퍼 클램프에서도 사용될 수 있다.

표면 구조의 제2 실시예가 도 5에 도시된다. 표면 구조는 소재의 낮은 파티클 발생 또는 낮은 파티클 오염 상태를 제공하고, 분자의 오염을 방지하고, 필요에 따라 전기적으로 전도성 또는 절연성을 가질 수 있다. 표면은 저마찰성을 가짐으로써, 초미세 범위로도 소재에 손상을 주지 않는다. 표면은 외부의 오염을 방지하고 비교적 유지되고, 필요하다면 세척될 수 있다.

표면 구조(90)는 어떠한 재료로도 형성된 소재 지지부(100)를 포함한다. 예들은, 알루미늄과 같은 전기적 열적 전도체, 및 알루미나와 같은 전기적 절연체를 포함한다. 표면 구조(90)는 선택적인 접착성 인터페이스층(102), 탄성 플렉시블층(104) 및 코팅(106)을 포함한다. 플렉시블층(104)을 지지부(100)에 직접 도포한다면, 지지부(100)는 플렉시블층(104)과 화학적으로 양립해야 한다. 접착성 인터페이스층(102)을 사용할 때, 지지부(100)는 인터페이스층(102)과 화학적으로 양립해야 한다. 접착층(102)을 생략한다면, 지지부(100)는 인터페이스층(102) 또는 플렉시블층(104)을 받아들이기 위해 준비되어야 한다. 이러한 준비는 그라인딩 또는 래핑에 의해 종료된 마이크로인치 표면을 증가시켜, 전체 표면 영역 및 접착 영역을 증가시키는 단계를 포함한다. 지지부(100)의 표면은 매끈하게 되거나 모서리가 깎여진 모든 돌출부 및 에지를 가져, 상부층에 연속적인 표면을 제공한다. 상부층을 충분한 두께로 피착한다면, 매끈하게 하는 단계를 생략할 수 있다.

지지부(100) 상에 접착성 인터페이스층(102)을 선택적으로 피착한다. 인터페이스층(102)은 바람직한 실시예에서는 실리콘 질화물일 수 있지만, 플렉시블층(104)용으로 선택된 재료에 따라 좌우된다. 지지부(100) 상에 인터페이스층(102)을 수 천 Å의 두께로 화학적 피착 또는 플라즈마 피착할 수 있다. 인퍼페이스층(102)은 접착층으로서 작용하지만, 플렉시블층(104)과 접착하기 위해 충분한 재료를 제공하는 것을 제외하고는 두께는 중요하지 않다. 인터페이스층(102)에대한 다른 적당한 재료는 지지부(100) 및 플렉시블층(104)과 화학적으로 양립하는 실리콘, 탄소, 실리콘 카바이드 및 다른 재료를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

플렉시블층(104)은 피착된 초기 상태의 폴리머층이다. 플렉시블층(104)은, 전체 표면에 걸쳐 중요한 두께 및/또는 평탄도 요구 조건을 유지하면서, 분사되거나 스핀온될 수 있다. 코팅(106)의 추후의 추가는, 플렉시블층(104)의 화학적 변화를 일으킬 수 있는 열을 유도하여, 폴리머 구조를 파괴시킬 수 있다. 이 점에서, 플렉시블층(104)은 더이상 폴리머라고 할 수 없다. 바람직하게는, 플렉시블층(104)은 약 2.5 내지 250 ㎛ 범위의 두께를 가지고, 더욱 바람직하게는, 약 7.5 내지 15 ㎛ 범위의 두께를 가지는 실리콘 러버(폴리디메틸실록산)가 된다. 그 두께는 애플리케이션의 실제적인 제한 및 층의 피착시 실제적인 고려사항에 따라 좌우된다. 플렉시블층(104)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 다른 폴리머는 테프론(Tefon), 토론(Torlon), 베스펠(Vespel) 및 다른 폴리이미드를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 플렉시블층(104)은 이산화 실리콘과 같은 재료로 도핑되거나 충전되어, 열전도 및/또는 전기적 전도를 증가시킨다. 다른 충전재는 실리콘 카바이드, 질화 알루미늄 및 탄소를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

코팅(106)은 다이아몬드형 탄소와 같은 플라즈마 피착된 저마찰성 재료일 수 있다. 피착시 플렉시블층(104)의 과도하지 않은 적당한 열 팽창을 제공하기 위해 피착이 제어된다. 플렉시블층(104)은, 아르곤과 같은 비활성 가스를 사용하여 이온 충격에 의해 코팅(106)을 받아들이기 위해서 제작된다. 코팅(106)은, 마이크로하드(micro-hard) 저마찰성 표면을 제공하기 위해, 하부의 플렉시블층(104)의 육안의 유연성을 유지하게 하면서, 수 천 Å의 두께로 피착될 수 있다. 코팅(106)은, 피착 후에 플렉시블층(102)에 부착하고, 플렉시블층(104)이 코팅의 피착후에 냉각되어 수축한 후에, 둥근 규칙적 초미세 리플들을 갖게 표면을 형성하도록 설계된다. 리플들의 특성은 코팅(32)과 함께 위에서 상세하게 설명하였다.

도 5에 도시되고 상술한 표면 구조는, 열 및 진동을 흡수할 수 있는 능력을 가진 저마찰성 마이크로 하드 수축 표면을 제공한다. 소재의 가열 및 진동으로 인한 팽창차는 파티클을 가져오는 것으로 알려져 있다. 진동은, 표면 구조에 의해 흡수되고, 굴절되고, 주파수 영역 시프트된다. 열 전사 특성은 플렉시블층(104)의 두께 및 열전도도에 따라 적어도 부분적으로는 좌우된다. 따라서, 애플리케이션이 소재로부터 효율적인 열 전사를 필요로 하는 경우, 비교적 높은 열전도도를 가지는 비교적 얇은 플렉시블층(104)을 사용할 수 있다. 이와는 반대로, 고효율의 열 전사를 필요로 하지 않는 경우에는, 비교적 두꺼운 플렉시블층(104)을 사용할 수 있다.

도 5에 도시되고 정전 웨이퍼 클램프에서 상술한 표면 구조의 애플리케이션이 도 6에 도시된다. 도 6의 실시예에서는, 지지부(100)는 정전 웨이퍼 클램프의 동작을 위해 적당한 유전체 특성의 알루미나 또는 다른 세라믹 재료일 수 있다. 지지부(100)는 정전 웨이퍼 클램프의 주요 유전체를 이룬다. 지지부(100)의 두께는 통상 0.002 내지 0.015 인치이고, 바람직한 실시예에서는 0.005 인치의 바람직한 두께이다. 다른 재료는 유전율에 기초하여 서로 다른 두께를 요한다.전극층(120)은 몰리브데늄/티타늄 또는 니오븀, 도는 다른 금속성 또는 전기적 전도성 재료일 수 있다. 통상, 전극층(12)은 수 천 Å의 두께를 가지지만, 더 큰 두께를 가질 수도 있다. 어떠한 경우에도, 최소한의 전도도는 유지되어야 한다. 접착층(122)은 지지부(100) 및 전극층(120)을 하부의 절연층(124)에 접착하기 위해 사용된다. 접착층(122)은 FEP 테프론일 수 있다.

알루미나일 수 있는 절연층(124)은 0.100 인치의 두께를 가진다. 그러나, 전극층(120)이 베이스(130)와 같은 전기적 전도성 재료와 전기적으로 절연된다면, 절연층(124)의 두께는 중요하지 않다. 절연층(124)은, 반도체 웨이퍼 이외의 근처의 전도성 재료와 상당한 용량성(capacitive) 결합을 방지할 정도로 두꺼워야 한다.

접착층(126)은 절연층(124) 및 하부층을 베이스(130)에 접착시킨다. 절연층(126)은, 베이스(130)로의 열전도도를 향상시키기 위해 이산화 실리콘 또는 다른 재료로 선택적으로 충전될 수 있다.

알루미늄인 것이 바람직한 베이스(130)는 반도체 웨이퍼로부터의 열 부하(heat load)를 흡수하기 위해 웨이퍼 냉각될 수 있다. 따라서, 베이스(130)는 열전도성 재료로 만들어져야 하지만, 전기적 전도성에도 불구하고, 질화 알루미늄과 같은 전기적 절연체 또는 다른 열전도성 재료로 선택적으로 만들어질 수 있다.

상술한 표면 구조는 상술한 미국 특허 번호 제5,969,934호에 개시된 바와 같이 경사진 주변 에지를 사용할 수 있다. 다른 방법으로는, 웨이퍼 클램프 또는 다른 소재 지지 장치의 구축시, 플렉시블층이 에지 또는 에지로의 뾰족해지는 부분을감싸도록 만들 수 있다면, 경사진 에지는 생략될 수 있다. 또한, 플렉시블층 및 코팅의 전체 두께가 지지부 위의 예측된 에지 형태 높이보다 크다면, 지지부 상에 통상 존재하는 어떠한 단단한 마모성(hard abrasive) 형태와 접촉할 수 없기 때문에, 경사진 주변 에지를 생략할 수 있다.

반도체 웨이퍼와 같은 소재의 정전 클램핑을 위한 장치의 일 예가 도 7 내지 도 10에 단순화된 형태로 도시된다. 정전 클램핑 장치는 플래턴(210), 및 소재를 클램핑하려 할 때 클램핑 전압을 플래턴(210)에 인가하는 클램핑 제어 회로(212)를 포함한다. 플래턴(210)은 지지판, 또는 플래턴 베이스(214), 플래턴 베이스의 상면 상에 장착된 6개의 섹터 어셈블리(220, 222, 224, 226, 228 및 230)를 포함한다. 플래턴 베이스(214)는 통상 원형이고 웨이퍼 리프트 메커니즘(도시안함)을 위한 중앙의 개구부(218)를 가질 수 있다.

각각의 섹터 어셈블리는 상부 섹터 어셈블리와 하부 섹터 어셈블리 사이에 위치한 섹터 전극을 포함한다. 섹터 어셈블리(220, 222, 224, 226, 228 및 230)는 섹터 전극(240, 242, 244, 246, 248 및 250)을 각각 포함한다. 상부 섹터 절연체(260, 262, 264, 266, 268 및 270)는 전극(240, 242, 244, 246, 248 및 250)을 각각 덮는다. 전극은 각각의 상부 섹터 절연체의 하면 상에 형성된 얇은 금속층인 것이 바람직하다. 전극(240, 242, 244, 246, 248 및 250)은 동일한 면적을 가지고 플래턴(210)의 중앙부(272)에 대해 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다. 전극들은 서로 전기적으로 절연되어 있고, 바람직한 실시예에서는, 도 7에 도시된 바와 같이 섹터형이다. 섹터 절연체(260, 262, 264, 266, 268 및 270)의 상면은같은 평면에 있다. 상술한 바와 같이, 표면 구조는 상부 섹터 절연체를 덮고 웨이퍼 클램핑 표면(276)을 형성한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 섹터 어셈블리(220)는 하부 섹터 절연체(280)를 포함하고, 섹터 어셈블리(226)는 하부 섹터 절연체(286)를 포함한다. 나머지 섹터 어셈블리는 동일한 구조를 가진다. 바람직하게는, 각각의 섹터 어셈블리의 상부 섹터 절연체 및 하부 섹터 절연체는 각각의 전극의 에지를 겹쳐 덮어 전극과 웨이퍼간의 접촉을 방지한다.

도 7 내지 도 10의 실시예에서는, 섹터형 상부 섹터 절연체 및 하부 섹터 절연체를 포함하는 분리된 섹터 어셈블리는 각각의 전극을 위해 제조된다. 다른 실시예에서는, 상부 절연체 또는 하부 절연체, 또는 둘 모두는 원형 디스크로서 형성도리 수 있다. 다수의 전극은 원형 상부 전극의 하면 상에 형성될 수 있다. 이러한 구성은 비교적 작은 플래턴에 유용하다.

플래턴 베이스(214) 및 하부 섹터 절연체(280, 286) 등은 각각의 전극의 하부에 위치한 결합형 개구부(290 및 292)를 각각 구비한다. 개구부(290 및 292)는 각각의 전극에 전기적으로 접속시킨다. 클램핑 표면(276) 위에 위치한 반도체 웨이퍼(300)가 도 8에 도시된다. 클램핑 전압이 전극(240, 242, 244, 246, 248 및 250)에 인가될 때, 웨이퍼는 클램핑 표면(276)의 고정된 위치에 정전 클램핑된다.

상부 섹터 절연체(260, 262, 264, 266, 268 및 270)는 높은 절연 내력 및 높은 유전율을 가지는 단단한 세라믹 재료인 것이 바람직하며, 클램핑에 사용되는 주파수 및 전압에서 벌크 분극을 나타내지 않는다. 바람직한 재료는 알루미나, 사파이어, 실리콘 카바이드 및 질화 알루미늄을 포함한다. 상부 섹터 절연체는, 예를들어, 약 100 내지 200 ㎛ 범위의 두께를 가져 약 1,000 V의 피크 진폭을 가지는 전압으로 신뢰성있게 클램핑할 수 있게 한다. 상부 섹터 절연체의 상면은 25 ㎛ 내로 평탄하게 연마된다.

전극(240, 242, 244, 246, 248 및 250)은 각각의 상부 섹터 절연체(260, 262, 264, 266, 268 및 270)의 하면 상에 금속층을 피착시켜 형성되는 것이 바람직하다. 바람직한 일 실시예에서는, 전극은 니오븀의 전도성 코팅을 구비한다. 통상, 각각의 전극의 두께는 약 1 ㎛ 정도이다. 다른 적당한 전도성 금속층을 본 발명의 범위내에서 사용할 수 있다. 예를 들어, 티타늄-몰리브데늄 전극이 상술한 미국 특허 번호 제5,452,177호에 개시된다.

하부 섹터 절연체는 구조적 강도를 제공하고 전극을 전기적으로 절연시키기에 충분한 두께를 가진다. 하부 섹터 절연체는 열 팽창 계수의 합치를 위해 상부 섹터 절연체와 동일하거나 또는 유사한 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 바람직한 일 실시예에서는, 하부 섹터 절연체는 알루미나로 제조된다. 통상, 플래턴 베이스(214)는 알루미늄과 같은 금속으로 제조된다.

전극이 하면 상에 형성된 각각의 상부 섹터 절연체는, 테프론 FEP 접착 재료와 같은, 바람직하게는 열가소성 테트라플루오로에틸렌 접착제(308)(도 10)를 사용하여, 하부 절연체의 상면에 접착된다.

플래턴(210)의 전극에 인가되는 클램핑 전압은 6개의 서로 다른 위상(0°, 60°, 1220°, 180°, 240°및 300°)을 가지는 바이폴라 구형파인 것이 바람직하다. 플래턴의 대향측 상의 전극에 인가된 전압의 위상은 반 주기, 즉 180°인 역상이다. 즉, 전극(240 및 246)에 인가된 전압은 반 주기인 역상이고, 전극(242 및 248)에 인가된 전압은 반 주기인 역상이고, 전극(244 및 250)에 인가된 전압은 반 주기인 역상이다. 개시된 클램핑 장치는, 웨이퍼에 전기적인 접촉을 요하지 않고 웨이퍼에 손상을 줄 수 있는 차징 회로를 만들지 않으면서, 웨이퍼의 신뢰할만한 클램핑 및 언클램핑(unclamping)을 제공한다.

적당한 클램핑 제어 회로(212)의 일 예가 도 9에 도시된다. 구형파 발생기(310, 312 및 314)는 저전압 구형파를 증폭기(320, 322 및 324)에 각각 공급한다. 증폭기(320, 322 및 324)의 출력은 고전압 인버터 변압기(330, 332 및 334)에 각각 인가된다. 변압기(330, 332 및 334)는 180°, 즉 반 주기의 역상인 출력 전압을 출력한다. 라인(340 및 342) 상의 변압기(330)의 출력은 반 주기 역상인 바이폴라 구형파이다. 라인(340 및 342) 상의 출력은 전극(246 및 240)에 각각 접속된다. 라인(344 및 346) 상의 변압기(330)의 출력은, 반 주기 역상이고 변압기(330)의 출력에 비해 120°만큼 시프트된 바이폴라 구형파이다. 라인(344 및 346) 상의 변압기(332)의 출력은 전극(248 및 242)에 각각 접속된다. 라인(348 및 350) 상의 변압기(334)의 출력은, 반 주기 역상이고 변압기(330)의 출력에 비해 240°만큼 시프트된 바이폴라 구형파이다. 라인(348 및 350) 상의 변압기(334)의 출력은 전극(250 및 244)에 각각 접속된다. 일한 구성은 웨이퍼의 6개의 위상 클램핑을 제공한다. 클램핑 제어 회로 및 클램핑 전압에 관한 추가적인 설명은 여기서 참조로 인용된 미국 특허 번호 제4,452,177호에 제공된다.

본 발명의 정전 웨이퍼 클램프의 구현예의 부분 단면도가 도 10에 도시된다.도 7, 8 및 9와 동일한 구성부분은 동일한 도면 부호를 가진다. 섹터 어셈블리(220)의 일부가 도시된다. 도 10은 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 동일 축적으로 도시되어 있지 않다. 도시된 바와 같이, 전극(240)은 상부 섹터 절연체(260) 및 하부 섹터 절연체(280) 사이에 배치된다. 섹터 절연체(260 및 280)는 접착제(308)에 의해 봉합된다. 전극(240)은 섹터 어셈블리(220)의 측면(400)으로부터 떨어지는 것이 바람직하다. 바람직한 일 실시예에서는, 전극(240)은 측면(400)으로부터 약 0.1 인치 떨어진다. 상부 섹터 절연체(260) 상의 표면 구조(420)는 도 1 내지 3D에 도시된 표면 구조(14), 도 5 및 6에 도시된 표면 구조(90), 및 본 발명의 범위 내에서 다른 표면 구조와 일치한다. 상술한 바와 같이, 상부 섹터 절연체(260)의 주변이 경사져서 경사진 표면(414)을 형성한다.

다른 실시예에서는, 상부 섹터 절연체는 제거되고 표면 구조는 전극에 직접 적용된다. 표면 구조의 플렉시블층을 전극에 부착시키기 위해 선택적인 접착제가 사용될 수 있다. 이 경우, 플렉시블층은 정전 웨이퍼 클램프의 유전체로서 기능한다. 따라서, 플렉시블층은 클램프의 동작 전압을 견딜 정도로 충분한 두께를 가져야 한다. 또다른 실시예에서는, 하부 섹터 절연체는, 폴리머 또는 세라믹 재료일 수 있는 절연 코팅 또는 시트일 수 있다.

상술한 바와 같이, 여기서 개시된 표면 구조는 어떠한 정전 웨이퍼 클램프에도 사용될 수 있다. 다른 적당한 정전 웨이퍼 클램프는, 여기서 참조로 인용된 1996년 5월 2일 공개된 WO96/13058호에 개시된다. 이 개시된 웨이퍼 클램프는 가스 냉각을 사용하고 원추형 전극을 가진다.

여기서 개시된 표면 구조는 정전 웨이퍼 클램프와 함께 설명되었다. 이 표면 구조는, 기계적인 클램핑 또는 원심성 클램핑을 사용하는 웨이퍼 클램프와 같은 다른 형태의 웨이퍼 클램프에도 사용될 수 있다. 또한, 표면 구조는, 반도체 웨이퍼, 광학 유리 부분, 의료 기기, 전자 부품, 우주 산업 부품, 또는 낮은 오염 또는 세정실 환경을 요하는 다른 물체와 같은 재료 및 물체를 처리하기 위해 필요한 것과 같은 엔드 이펙터, 그리퍼 패드, 및 전달 표면에 사용될 수 있다. 또한, 표면 구조는 파티클 오염의 발생을 막기 위해, 하부의 지지부와의 미소한 우연한 충돌을 막기 위한 보호책으로서 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 여기서 도시하고 설명하였지만, 첨부한 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변화 및 변형을 할 수 있다는 것이 당업자에게는 명백하다.

Claims

소재를 접촉시키는 표면 구조에 있어서,

지지부에 부착된 플렉시블층; 및

상기 플렉시블층 상에 있고, 리플들을 표면 상에 가지는 코팅

을 포함하는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 플렉시블층은 열전도성인 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 리플들은 패턴을 가지는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 리플은 국부적인 규칙적 패턴을 가지는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 코팅은 상기 소재를 접촉시키는 소재 접촉 표면을 가지고, 상기 리플들은 상기 소재 접촉 표면 전체를 실질적으로 덮는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 리플들은 상기 코팅의 적어도 국부적인 영역에 길고 평행한 리플들을 포함하는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 리플들은 다수의 초소형 마디를 포함하는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 리플들은 상기 표면에 평행하게 상기 표면 구조와 상기 소재 사이에 도입된 가스의 평균 자유 경로 이하인 파장들을 가지는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 리플은 상기 표면에 수직으로 상기 표면 구조와 상기 소재 사이에 도입된 가스의 평균 자유 경로 이하인 진폭들을 가지는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 리플들은 상기 표면에 평행하게 수 ㎛ 범위의 파장들을 가지는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 플렉시블층은 약 5 내지 10 ㎛ 범위의 두께를 가지는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 플렉시블층은 약 2.5 내지 250 ㎛ 범위의 두께를 가지는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 플렉시블층은 약 7.5 내지 15 ㎛ 범위의 두께를 가지는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 플렉시블층은 폴리머층을 포함하는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 플렉시블층은 실리콘 러버를 포함하는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 플렉시블층은 폴리디메틸실록산을 포함하는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 코팅은 약 0.25 내지 0.50 ㎛ 범위의 두께를 가지는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 코팅은 실리콘 질화물, 실리콘 탄화질화물 및 탄소로 이루어진 그룹중에서 선택되는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 코팅은 이산화 실리콘을 포함하는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 코팅은 반도체 웨이퍼를 접촉시키기 위해 형성되는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 플렉시블층은 상기 지지부의 진동을 흡수하기 위해 형성되는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 코팅은 파티클 발생을 제한하기 위해 선택된 화학적으로 비활성인 저마찰성 재료를 포함하는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 리플들은 상기 소재와 접촉하는 영역에서 둥근 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 소재와 양립하기 위해 선택된 상기 코팅 상의 막을 더 포함하는 표면 구조.
제1항에 있어서,

상기 플렉시블층을 상기 지지부에 부착하는 접착성 인터페이스층을 더 포함하는 표면 구조.
표면 구조의 제조 방법에 있어서,

플렉시블층을 형성하는 단계;

상기 플렉시블층을 확장시키는 단계;

상기 확장된 플렉시블층에 코팅을 도포하는 단계; 및

상기 플렉시블층을 수축시켜 상기 코팅에 리플들을 형성하는 단계

를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제26항에 있어서,

상기 플렉시블층을 확장시키는 상기 단계는 상기 플렉시블층을 가열시키는 단계를 포함하고, 상기 플렉시블층을 수축시키는 상기 단계는 상기 플렉시블층을 냉각시키는 단계를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제26항에 있어서,

상기 플렉시블층을 형성하는 상기 단계는 상기 플렉시블층을 지지부 상에 형성하는 단계를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제28항에 있어서,

상기 플렉시블층을 형성하는 상기 단계는 실리콘 러버를 상기 지지부 상에 분사하는 단계를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제28항에 있어서,

상기 플렉시블층을 형성하는 상기 단계는 실리콘 러버를 상기 지지부 상에 스핀닝하는 단계를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제26항에 있어서,

상기 플렉시블층에 코팅을 도포하는 상기 단계는 상기 플렉시블층상에 상기 코팅을 피착하는 단계를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 플렉시블층에 상기 코팅을 피착하는 상기 단계는 상기 플렉시블층을 가열하여 확장시키는 단계를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제26항에 있어서,

상기 플렉시블층에 코팅을 도포하는 상기 단계는 반응성 재료와 상기 플렉시블층의 일부와의 반응을 만드는 단계를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 플렉시블층을 형성하는 상기 단계는 실리콘 러버 플렉시블층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 반응을 만드는 단계는 실리콘 러버를 산소와 반응시켜 이산화 실리콘 코팅을 형성하는 단계를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제26항에 있어서,

상기 플렉시블층에 형성하는 상기 단계는 지지부 상에 접착성 인터페이스층을 형성하는 단계, 및 상기 접착성 인터페이스층에 상기 플렉시블층을 도포하는 단계를 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제26항에 있어서,

사용중인 상기 표면 구조와 접촉하는 소재와 양립하기 위해 선택된 막의 코팅을 도포하는 단계를 더 포함하는 표면 구조의 제조 방법.
제36항에 있어서,

상기 플렉시블층을 확장시키는 상기 단계 및 수축시키는 상기 단계는 기계적으로 행해지는 표면 구조의 제조 방법.
진공 처리 시스템에서의 소재를 냉각하기 위한 장치에 있어서,

소재 지지부;

상기 소재를 접촉시키기 위한 표면 구조체 - 상기 표면 구조체는, 상기 지지부에 부착된 탄성층, 및 상기 탄성층 상에 있고 리플들을 표면 상에 가지는 코팅을 포함함 -;

상기 소재를 상기 표면 구조에 프레스하는 장치; 및

선택된 압력으로 상기 코팅과 상기 소재 사이에 가스를 도입하는 냉각 가스 시스템

을 포함하는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 코팅 상의 상기 리플들은 국부적인 규칙적 패턴을 가지고 상기 소재를 접촉시키는 상기 표면 구조의 일부를 실질적으로 덮는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 리플들은 상기 코팅의 국부적인 영역에서 길고 평행한 리플들을 포함하는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 리플들은 초소형 마디를 포함하는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 리플들은 상기 표면에 평행하게 상기 선택된 압력에서 상기 가스의 평균 자유 경로 이하인 파장들을 가지는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 리플들은 상기 표면에 수직으로 상기 선택된 압력에서 상기 가스의 평균 자유 경로 이하인 진폭들을 가지는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 리플들은 상기 소재와 접촉하는 영역에서 둥근 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 리플들은 상기 표면에 평행하게 수 ㎛ 범위의 파장들을 가지는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 탄성층은 약 5 내지 10 ㎛ 범위의 두께를 가지는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 탄성층은 약 2.5 내지 250 ㎛ 범위의 두께를 가지는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 탄성층은 약 7.5 내지 15 ㎛ 범위의 두께를 가지는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 탄성층은 폴리머층을 포함하는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 탄성층은 실리콘 러버를 포함하는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 코팅은 약 0.25 내지 0.50 ㎛ 범위의 두께를 가지는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 코팅은 실리콘 질화물, 실리콘 탄화질화물 및 탄소로 이루어진 그룹중에서 선택되는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 코팅은 이산화 실리콘을 포함하는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 표면 구조는 반도체 웨이퍼를 접촉시키기 위해 형성되는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 표면 구조는 상기 소재와 양립하기 위해 선택된 상기 코팅 상의 막을 더 포함하는 소재 냉각 장치.
제38항에 있어서,

상기 표면 구조는 상기 탄성층과 상기 지지부 사이에 접착성 인터페이스층을 더 포함하는 소재 냉각 장치.
소재를 정전 클램핑하기 위한 장치에 있어서,

상기 소재를 수용하기 위해 전기적으로 절연성의 클램핑 표면을 형성하며, 하부에 상기 클램핑 표면과 전기적으로 절연된 전극들, 상기 전극들과 상기 클램핑 표면 사이의 유전체층, 및 상기 클램핑 표면을 형성하고, 상기 유전체층에 부착된탄성층 및 상기 탄성층 상에 있고 리플들을 표면 상에 가지는 코팅을 구비하는 표면 구조를 포함하는 플래턴 어셈블리; 및

상기 소재를 상기 클램핑 표면 상의 고정된 위치에 정전 클램핑하기 위해 클램핑 전압을 상기 전극들에 인가하는 클램핑 제어 회로를 포함하는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 탄성층은 열전도성인 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 리플들은 적어도 상기 표면의 국부적인 영역에 규칙적인 패턴을 형성하고, 상기 클램핑 표면의 전체 영역을 실질적으로 덮는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

선택된 압력으로 상기 코팅과 상기 소재 사이에 가스를 도입하는 냉각 가스 시스템을 더 포함하는 정전 클램핑 장치.
제60항에 있어서,

상기 리플들은 상기 표면에 평행하게 상기 선택된 압력에서 상기 가스의 평균 자유 경로 이하인 파장들을 가지는 정전 클램핑 장치.
제60항에 있어서,

상기 리플들은 상기 표면에 수직으로 상기 선택된 압력에서 상기 가스의 평균 자유 경로 이하인 진폭들을 가지는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 탄성층은 약 5 내지 10 ㎛ 범위의 두께를 가지는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 탄성층은 실리콘 러버를 포함하는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 탄성층은 약 0.25 내지 0.50 ㎛ 범위의 두께를 가지는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 코팅은 실리콘 질화물, 실리콘 탄화질화물 및 탄소로 이루어진 그룹중에서 선택되는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 코팅은 이산화 실리콘을 포함하는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 플래턴 어셈블리는 반도체 웨이퍼를 접촉시키기 위해 형성되는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 탄성층은 약 2.5 내지 250 ㎛ 범위의 두께를 가지는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 탄성층은 약 7.5 내지 15 ㎛ 범위의 두께를 가지는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 탄성층은 폴리머층을 포함하는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 표면 구조는 상기 소재와 양립하기 위해 선택된 상기 코팅 상의 막을 더 포함하는 정전 클램핑 장치.
제57항에 있어서,

상기 표면 구조는 상기 탄성층과 상기 지지부 사이에 접착성 인터페이스층을 더 포함하는 정전 클램핑 장치.