KR20020043259A - 가스를 보유하는 정전기 시일을 갖는 정전기 웨이퍼 클램프 - Google Patents

가스를 보유하는 정전기 시일을 갖는 정전기 웨이퍼 클램프 Download PDF

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Abstract

공정 중 반도체 웨이퍼와 같은 작업편을 고정시키기 위한 방법과 장치가 제공된다. 그 장치는 평판 조립체, 가스 공급원 및 전원을 포함한다. 평판 조립체는 작업편을 수용하는 전기적으로 절연된 클램핑 표면을 형성하는 유전체와 클램핑 표면 밑에 놓인 전극들을 포함한다. 상기 전극들은 클램핑 표면의 외주에 또는 외주 부근에 밀봉 전극들을 포함한다. 가스 공급원은 작업편과 클램핑 표면 사이의 영역에 작업편과 클램핑 표면 사이의 열에너지를 전도하는 가스를 공급한다. 전원은 작업편 내부에서 내측으로 이동하는 파형을 생산하기 위해 밀봉 전극들에 밀봉 전압들을 공급한다. 가스는 내부로 이동하는 파형에 의해 클램핑 표면의 외주로부터 내부로 수송된다. 상기 밀봉 전극들은 클램핑 표면의 외주에 또는 외주 부근에 동심원의 형태를 가질 수 있다.

Description

가스를 보유하는 정전기 시일을 갖는 정전기 웨이퍼 클램프{ELECTROSTATIC WAFER CLAMP HAVING ELECTROSTATIC SEAL FOR RETAINING GAS}
집적 회로의 제조에 있어서, 잘 확립된 여러 공정들은 진공에서 이온 빔을 반도체에 인가하는 과정을 포함한다. 이러한 공정들은, 예를 들어 이온 주입, 이온 빔 밀링(ion beam milling)과 반응 이온 에칭(reactive ion etching)을 포함한다. 각 경우에, 이온들의 빔은 공급원에서 생산되고 다양한 가속도로 대상 웨이퍼를 향한다. 이온 주입은 도전성을 변경시키는 불순물을 반도체 웨이퍼에 주입하는 표준 기술이 된다. 요구되는 불순물은 이온 공급원에서 이온화되고, 그 이온들은 정해진 에너지의 이온 빔을 만들기 위해 가속되며 그 이온 빔은 웨이퍼의 표면으로 향한다. 빔에 있는 강력한 이온들은 반도체 물질의 벌크를 관통하고 요구되는 영역의 도전율을 만들기 위해 반도체 물질의 결정 격자에 끼워진다.
웨이퍼 장착 위치는 이온 주입 시스템에 있어서 중요한 부분이다. 웨이퍼 장착 위치는 이온 주입을 위한 고정된 위치에 반도체 웨이퍼를 확실하게 클램핑하고, 대부분의 경우, 웨이퍼의 냉각을 제공하도록 요구된다. 게다가, 이온 주입의 완성 후에 웨이퍼를 교체하기 위한 수단이 제공되어야 한다. 상업상의 반도체 공정에 있어서는, 단위 시간당 가공되는 웨이퍼의 생산량을 높이는 것이 주요 목적이다. 생산량을 높이는 한 가지 방법은 주입 과정이 짧은 시간에 완성되도록 이온 빔의 세기를 높이는 것이다. 그러나, 이온 빔의 세기가 높으면 열이 많이 발생된다. 그 열은 웨이퍼 내에서 정해진 한계를 넘어 불순물의 제어되지 않는 용융을 일으키고 규격화된 감광 저항층의 저하를 일으킨다. 따라서, 일반적으로 최대 웨이퍼 온도를 약 100℃로 제한하기 위해 웨이퍼 냉각을 제공할 필요가 있고, 최대 웨이퍼 온도를 100℃ 미만으로 제한하는 것은 앞으로 요구될 수 있다.
반도체 웨이퍼를 대상 장착 위치에 클램핑하는 수많은 기술이 공지되어 있다. 하나의 공지 기술은 정전기력을 이용한다. 하나의 유전체 층이 반도체 웨이퍼와 도전성 지지 판 사이에 위치한다. 전압은 반도체 웨이퍼와 그 지지 판 사이에 인가되고, 웨이퍼는 정전기력에 의해 유전체 층에 대해 클램핑된다. 정전기 웨이퍼 클램프는 1972년 10월Rev. Sci. Instrum.Vol.44의 1506 내지 1509 페이지에 있는 G.A.Wardly에 의한 "전자 빔 미세 제조를 위한 정전기 웨이퍼 고정(Electrostatic Wafer Chuck for Electron Beam Microfabrication)"과 1976년 11월 23일 등록된 McGinty의 미국 특허 제3,993,509호에 개시된다. 웨이퍼로부터 열을 제거하기 위해 열전도 물질을 사용하는 정전기 웨이퍼 클램프 장치들은 1985년 2월 26일 등록된 Lewin등의 미국 특허 제4,502,094호, 1987년 3월 12일 등록된 Ward등의 미국 특허 제4,665,463호 및 1980년 1월 15일 등록된 Briglia의 미국 특허 제4,184,188호에 개시된다. Briglia 특허는 열은 전도되고 전기적으로는 절연된 RTV 실리콘 층들을 갖는 지지 판을 개시한다. 정전기 웨이퍼 클램프는 또한 1984년 10월 30일 등록된 Tojo등의 미국 특허 제4,480,284호, 1985년 11월 19일 등록된 Lewin의 미국 특허 제4,554,611호, 1988년 2월 9일 등록된 Wicker등의 미국 특허 제4,724,510호 및 1983년 10월 25일 등록된 Eckes등의 미국 특허 제4,412,133호에 개시된다.
고도로 만족된 성능을 제공하는 정전기 웨이퍼 클램프는 1995년 9월 19일 등록된 Frutiger의 미국 특허 제4,452,177호에 개시된다. 6위상 정전기 웨이퍼 클램프는 여섯 개의 부채꼴형 전극들을 가진 평판을 포함한다. 6개의 다른 위상을 갖는 전압들이 전극에 인가되고, 1/2 주기만큼 위상 차이나는 전압이 평판의 반대편에 있는 전극에 인가된다. 인가된 전압들은 양호하게는 양극 구형파들이다.
상기한 바와 같이, 웨이퍼 냉각은 일반적으로 이온 주입 중 요구된다. 가스 전도 기술은 진공에서 웨이퍼를 냉각시키기 위해 사용되어 왔다. 반도체 웨이퍼와 클램핑 표면 사이의 영역에 주입되는 냉각 가스는 물과 열 싱크 사이에서 열 결합을 제공한다. 정전기 웨이퍼 클램프에 있어서 가스 전도는 상기된 특허 제5,452,177호에 개시된다.
가스 전도 냉각을 채용하는 웨이퍼 클램프는 일반적으로 웨이퍼와 클램핑 표면 사이의 영역에 냉각 가스를 보유하는 수단을 채용함으로써 진공 챔버내로 가스가 누출되는 것을 제한한다. 그러한 누출은 냉각 효율을 낮추고, 진공 챔버를 오염시킨다.
몇몇 종래 기술이 냉각 가스 보유를 위해 사용되어 왔다. 하나의 접근은 상기된 특허 제5,452,177호에 개시된 바와 같이 클램핑 표면의 주연부에서 O링(O-ring) 또는 립 시일(lip seal)과 같은 주연부 시일을 사용하는 것이다. 밀봉 표면은 웨이퍼를 밀봉하면서 웨이퍼의 주연부와 접하게 된다. 그러나, 주연부 시일은 클램핑 표면상에 노출되기 때문에 쉽게 손상된다. 주연부 시일은 쉽게 효율성을 잃고 시간이 감에 따라 공정 챔버에 반드시 있게 되는 분진에 의해 오염된다. 입자들은 웨이퍼에 대한 시일의 마찰에 의해 발생될 수 있다. 실리콘 웨이퍼 자체의 거친 뒷면은 시일을 손상시킬 수 있다. 시일이 손상되지 않을 때도 고무 시일은 수소, 헬륨 및 더 가벼운 가스들에 투과적이다. 게다가, 고무 시일은 복사 및/또는 강한 화학 물질들과 같은 조악한 작업 환경 때문에 압축 및 성능 저하를 경험한다.
냉각 가스를 보유하는 또 다른 접근은 웨이퍼가 연마된 평판 표면에 대해 정전기적으로 클램핑되는 구역 시일(area seal)을 사용하는 것인데, 평판과 웨이퍼 사이에 최소한의 간극을 제공하고 가스 누출을 제한한다. 평평하고 잘 연마된 클램핑 표면에 대해 웨이퍼를 정전기적으로 클램핑함으로써 생산되는 구역 시일은 주연부 시일에 비해 위험에 더 잘 저항한다. 그러나, 구역 시일은 웨이퍼와 클램핑 표면 사이의 간격을 증가시키는 갇힌 입자들 때문에 더 누출되기 쉽다. 이러한 단점은 웨이퍼의 가요성에 의해 어느 정도 경감될 수 있고, 웨이퍼의 모서리는 중심을 향해 갇혀진 입자들에도 불구하고 주연부를 돌아가며 밀봉할 수 있다. 그러나, 적절한 냉각을 위해 요구되는 가스 압력의 증가는 웨이퍼가 클램핑 표면에 클램핑된 상태를 유지하도록 하는 클램핑 전압의 증가를 요구한다. 일반적으로, 냉각 가스 압력이 증가할 때, 누출율 또한 증가한다.
냉각 가스가 진공 챔버로 누출되는 것을 제한하는 또 다른 기술은 클램핑 표면의 외주 둘레에 고리 모양의 홈을 사용하는 것이다. 그 홈은 진공 펌프에 연결되고, 냉각 가스는 진공 챔버로 누출되기 전에 제거된다. 1986년 8월 5일 등록된 Morley의 미국 특허 제4,603,466호가 그 예이다. 이러한 접근은 정전기 웨이퍼 클램핑의 경우 고정력이 감소되고 고리 모양 홈의 영역에서 냉각이 감소되는 단점이 있다.
정전기 웨이퍼 클램프의 외주으로부터 가스가 누출되는 상기된 문제는 두 개의 약간 떨어진 또는 접촉한 임의 형상의 표면 사이에서 일어나는 가스 누출을 포함하는 더 일반적인 밀봉 문제의 한 예이다. 밀봉 문제의 또 다른 예는 축이 고압 영역에서 저압 영역으로 벽을 통해 연장되는 축 시일에서 일어난다. 그 표면들은 표면들간의 상대적인 움직임 때문에 접착제를 이용하는 것처럼 영구적으로 밀봉될 수는 없다. 정전기 웨이퍼 클램프의 경우, 웨이퍼는 공정 후 제거된다. 축 시일의 경우, 축은 장착된 시일에 대해 이동 가능하다.
따라서, 약간 떨어진 또는 접촉한 표면들 사이의 가스 누출을 제한하는 개선된 기술이 요구된다.
본 발명은 진공 공정 챔버내에서 반도체 웨이퍼와 같은 작업편을 정전기적으로 클램핑하는 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 작업편과 클램핑 표면 사이에 가스를 보유하기 위한 정전기 시일(seal)을 포함하는 정전기 클램핑 장치에 관한 것이다. 그 장치는 이온 주입 시스템(ion implantation system)들에 특히 유용하나, 그러한 사용에 제한되지는 않는다.
본 발명의 더 나은 이해를 위해 본 명세서에서 참조되는 첨부된 도면을 참조한다.
도1은 본 발명에 따른 정전기 장치의 제1 실시예의 개략 측면도이다.
도2는 도1의 정전기 장치에서 전극에 인가될 수 있는 전압 파형들의 제1 실시예를 도시한다.
도3a 내지 도3c는 도1의 정전기 장치의 작동을 도시한다.
도4는 도1의 정전기 장치의 작동에 적합한 전압 파형들의 제2 실시예를 도시한다.
도5는 도1의 정전기 장치의 작동에 적합한 전압 파형들의 제3 실시예를 도시한다.
도6은 도1의 정전기 장치의 작동에 적합한 전압 파형의 제4 실시예를 도시한다.
도7은 정전기 장치의 제2 실시예의 개략 측면도이다.
도8a 내지 도8c는 도6의 정전기 장치의 작동을 도시한다.
도9는 본 발명에 따른 정전기 시일을 결합한 정전기 웨이퍼 클램프의 제1 실시예의 평면도이다.
도10은 도9의 정전기 웨이퍼 클램프의 부분 단면도이다.
도11a 내지 도11c는 도9의 웨이퍼 클램프에 있어서 정전기 시일의 작동을 도시한다.
도12는 본 발명에 따른 정전기 시일을 결합한 정전기 웨이퍼 클램프의 제2 실시예의 평면도이다.
도13a 내지 도13d는 4개의 전극을 가진 정전기 장치의 작동을 도시한 개략도이다.
도14a 내지 도14d는 6개의 전극을 가진 정전기 장치의 작동을 도시한 개략도이다.
도15는 본 발명에 따른 직사각형의 정전기 표면 시일(face seal)의 분해 사시도이다.
도16a 내지 도16c는 본 발명에 따른 정전기 축 시일을 도시한다.
도17은 도16a 내지 도16c의 정전기 축 시일의 작동을 도시한다.
본 발명의 제1면에 따르면, 공정 중 반도체 웨이퍼와 같은 작업편을 고정시키기 위한 장치가 제공된다. 그 장치는 평판 조립체, 가스 공급원 및 전원을 포함한다. 평판 조립체는 작업편과 복수의 밀봉 전극을 수용하는 전기적으로 절연된 클램핑 표면을 형성하는 유전체를 포함한다. 밀봉 전극들은 클램핑 표면의 외주에 또는 외주 부근에 적어도 세 개의 밀봉 전극을 포함할 수 있다. 가스 공급원은 일반적으로 작업편과 클램핑 표면 사이의 열에너지를 전도하기 위해, 작업편과 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 공급한다. 전원은 가스를 수송하기 위한 밀봉 전극에 전압을 인가한다.
밀봉 전극들은 클램핑 표면의 외주에 또는 외주 부근에 동심의 링들을 포함할 수 있다. 밀봉 전극에 인가되는 전압들은 작업편내에서 내측으로 가동 파형을 생산할 수 있다. 가스는 내부로 가동 파형에 의해 클램핑 표면의 외주로부터 내부로 수송된다. 작업편내에서 가동 파형은 작업편과 클램핑 표면 사이에서 가동 포켓을 형성한다. 가동 포켓내의 가스는 가동 포켓과 함께 내측으로 수송된다.
전원은 양호하게는 작업편의 유인과 해방 사이에서 변동하는 전원을 발생시킨다. 다른 밀봉 전극들에 인가되는 전압들은 가동 파형을 생산하기 위한 위상을 이룬다. 전압들의 각각은 반복적으로 유인 전압 세그먼트(attractive voltage segment)들과 비유인 전압 세그먼트(non-attractive voltage segment)들을 포함할 수 있고, 유인 전압 세그먼트들과 비유인 전압 세그먼트들이 전극으로부터 전극으로 이동하고 가스 수송의 방향을 한정하도록 위상을 이룰 수 있다.
일실시예에서, 전극들은 또한 하나 이상의 클램핑 전압에 반응하여 작업편을클램핑 표면상의 고정된 위치에 클램핑하기 위한 하나 이상의 클램핑 전극을 포함한다. 클램핑 전극들은 밀봉 전극들의 내측에 설치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 다중 밀봉 전극들은 작업편을 클램핑 표면상의 고정된 위치에 정전기적으로 클램핑한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 공정 중 반도체 웨이퍼를 클램핑하기 위한 평판 조립체가 제공된다. 평판 조립체는 반도체 웨이퍼를 수용하는 클램핑 표면을 형성하는 유전체, 반도체 웨이퍼와 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 주입하는 도관, 하나 이상의 클램핑 전압에 반응하여 반도체 웨이퍼를 클램핑 표면에 정전기적으로 클램핑하는 하나 이상의 클램핑 전극, 그리고 클램핑 표면의 외주에 또는 외주 부근에 있고 인가된 전극 전압에 반응하여 반도체 웨이퍼 내에서 내측으로 가동 파형을 생산하는 복수의 밀봉 전극들을 포함한다. 가스는 내부로 가동 파형에 의해 클램핑 표면의 외주로부터 내부로 수송된다.
본 발명의 또 다른 면에 따르면, 공정 중 반도체 웨이퍼를 클램핑하기 위한 평판 조립체가 제공된다. 그 평판 조립체는 반도체를 수용하는 클램핑 표면을 형성하는 유전체, 반도체 웨이퍼와 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 주입하는 도관, 그리고 클램핑 표면에 반도체 웨이퍼를 정전기적으로 클램핑하고 인가되는 전극 전압에 반응하여 반도체 웨이퍼 내에서 내측으로 가동 파형을 생산하는 복수의 전극들을 포함한다. 가스는 내부로 가동 파형에 의해 클램핑 표면의 외주로부터 내부로 수송된다.
본 발명의 또 다른 면에 따르면, 공정 중 작업편을 클램핑하는 방법이 제공된다. 그 방법은 전기적으로 절연된 클램핑 표면을 형성하는 유전체와 복수의 밀봉 전극들을 제공하는 단계를 포함한다. 밀봉 전극들은 또한 클램핑 표면의 외주에 또는 외주 부근에 적어도 세 개의 밀봉 전극들을 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 작업편을 클램핑 표면에 장착하는 단계, 작업편과 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 주입하는 단계, 그리고 가스를 수송하기 위해 밀봉 전극에 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 정전기 장치의 제1 실시예는 도1에 개략적으로 도시된다. 이하 기술하는 바와 같이, 그 장치는 정전기 시일 또는 정전기 진공 펌프로서 작동할 수 있다. 정전기 장치(10)는 표면(14)을 갖는 전도체(12), 표면(18)을 갖는 유전체(16), 그리고 세 개 이상의 밀봉 전극(20, 22, 24)들을 포함한다. 전극(20, 22, 24)들은 유전체(16)의 표면(18)에 인접하여 설치되고 표면(18)과 전기적으로 절연된다. 도1의 실시예에서, 전도체(12)는 가요성이고, 유전체(16)는 상대적으로 강성이다.
일실시예에서, 전극(20, 22, 24)들은 유전체(16)에 끼워지고 표면(18)과 전기적으로 절연되어 있다. 다른 실시예에서, 유전체(18)는 하나의 층 구조를 가지고 있고, 전극(20, 22, 24)들은 층들 사이에 설치된다. 전극(20, 22, 24)들은 층들 중 하나의 표면에 배치될 수 있다. 각 경우에, 전극(20, 22, 24)들은 물리적으로 유전체(16)에 연결되어 유전체(16)는 각 전극(20, 22, 24)에 대해 사실상 고정된 위치를 유지한다.
전극(20, 22, 24)들은 표면(18)에 평행하게 연장될 수 있고 요구되는 어떠한 형태든지 가질 수 있다. 일 예에서, 도9와 같이 전극들은 동심의 링들이고 평면에 놓인다. 다른 예에서, 도16a와 도16b에 도시된 바와 같이, 전극들은 동일한 지름을 갖는 축 방향으로 이격된 링들이고 실린더 형상을 갖는다.
평면일 수도 있고 평면이 아닐 수도 있는 표면(14, 16)들은 작은 간극(30)만큼 떨어질 수도 있고 물리적으로 접촉할 수도 있다. 가스는 표면(14, 16)들 사이의 간극(30)에 위치한다. 표면(14, 16)들이 물리적으로 접촉하는 경우라도 표면들은 가스를 보유하는 미세한 틈을 갖는다. 몇몇 응용에 있어서, 가스는 가열 또는 냉각을 위해 표면 사이에 주입된다. 다른 응용에 있어서, 가스는 누출의 결과 존재할 수 있다. 본 발명의 정전기 장치가 없을 때, 가스는 간극(30) 또는 표면(14,18)들에 있는 미세한 틈을 통해 고압 영역으로부터 저압 영역으로 흐르거나 누출될 수 있다.
적절한 전압을 전극(20, 22, 24)들에 인가함으로써, 가동 파형(32)은 가요성의 전도체(12)내에서 생산된다. 가동 파형(32)은 유전체(16)로부터 들어올려지거나 이격된 전도체(12)의 영역에 있고, 유전체(16)와 접촉하거나 거의 접촉한 전도체(12)의 영역에 의해 경계지어진다. 이하 기술하는 바와 같이, 가동 파형(32)은 전도체(12)의 가요성과 전도체(12)에 인가되는 정전기력에 의해 야기된다. 가동 파형(32)은 가스를 수송하는 표면(14, 18)들 사이에 가동 포켓(34)을 형성함으로써 압력 구배를 만든다. 가동 파형(32)은 표면(14, 18)들 사이에 있는 가스내에 압축파를 만드는 것으로 보여질 수 있다. 가스 수송의 방향은 일반적으로 전극(20, 22, 24)에 인가되는 밀봉 전압들의 위상에 의해 결정되는 방향(36)으로 표면(14, 18)들에 평행하다.
정전기 정치의 작동에 적합한 일련의 전압 파형의 제1 예가 도2에 도시된다. 전압(40)은 전극(20)에 인가되고, 전압(42)은 전극(22)에 인가되며, 전압(44)은 전극(24)에 인가된다. 도2에 도시된 바와 같이, 각 전압은 영전압 세그먼트(zero votage segment), +V 전압 세그먼트와 -V 전압 세그먼트의 반복적인 시퀀스를 갖는다. +V 전압과 -V 전압은 전도체(12)와 유전체(16) 사이의 정전기적 인력을 생산하는데 충분하다. 그 전압들은 정전기적 인력이 없는 영전압 세그먼트를 가짐으로써 정전기 클램핑 장치에 일반적으로 인가되는 전압과는 다르다. 이렇게 해서, 전압들은 각 전극에서 정전기적 인력의 주기와 정전기적 인력이 없는 주기를 만든다.또한, 도2에 도시된 바와 같이, 전압(40, 42, 44)들은 영전압 세그먼트들이 반복적인 시퀀스로 전극(20)에서 전극(22)으로, 전극(22)에서 전극(24)으로 공간적인 이동을 하도록 위상을 이룬다. 특히, 영전압은 시간 T0 동안 전극(20)에 인가되고, 시간 T1 동안 전극(22)에 인가되며, 시간 T2 동안은 전극(24)에 인가된다. 예에서 도시된 바와 같이 이러한 시퀀스는 T3, T4 및 T5동안 반복된다. 전압들의 진동수는 전도체(12)의 가요성 및 두께에 따라 선택되고, 예컨대 실리콘 웨이퍼에 대해서는 20 Hz 내지 40 Hz의 영역에 있을 수 있다. 도2의 예에서, 전압(40, 42, 44)의 합은 모든 순간에 대해 0이고, 이렇게 해서 전도체(12)의 충전을 피한다.
이제 도3a 내지 도3c를 참조하면, 정전기 장치의 작동이 도시된다. 도3a, 3b 및 3c는 각각 시간 T0, T1 및 T2에 대응한다. 도3a에 도시된 바와 같이 T0 동안 전극(20)에 대향되는 전도체(12)의 일부는 전극(20)에 의해 유인되지 않고(V=0), 전극(22)에 대향되는 전도체(12)의 일부는 전극(22)에 의해 유인되며(V=-V), 전극(24)에 대향되는 전도체(12)의 일부는 전극(24)에 의해 유인된다(V=+V). 전도체(12)의 가요성 때문에 표면(14, 18)들은 전극(22, 24)에 접촉하게 되고, 전극(20)에 인접하여 간격 또는 포켓(50)이 표면(14, 18)들 사이에 형성된다. 도3b에 도시된 바와 같이, T1 동안 전극(20, 24)들에 대향된 전도체(12)의 부분들은 전극(20, 24)들에 의해 유인되지만, 전극(22)에 대향된 전도체(12)의 일부분은 전극(22)에 의해 유인되지 않는다. 결과적으로, 포켓(50)은 전극(20)에 인접한 위치로부터(도3a) 전극(22)에 인접한 위치(도3b)로 이동한다. 도3c에 도시된 바와 같이, T2 동안 전극(20, 22)들에 대향된 전도체(12)의 부분들은 전극(20,24)들에 의해 유인되고, 전극(24)에 대향된 전도체(12)의 일부분은 전극(24)에 의해 유인되지 않는다. 따라서, 포켓(50)은 전극(24)에 인접한 위치로 이동한다.
도3a 내지 도3c에 도시된 작동은 가요성의 전도체(12)내에서 T0에서 T2까지의 시간 동안 왼쪽으로부터 오른쪽으로 가동 파형으로 보여질 수 있다. 이 과정은 반복되고, 또 다른 파형은 T3에서 T5까지의 시간 동안 왼쪽으로부터 오른쪽으로 이동한다. 전도체(12)내에서 가동 파형은 전도체(12)와 유전체(16) 사이의 영역에 있는 가스를 가동 포켓(50)의 방향으로 수송하는 가동 포켓(50)을 형성한다. 결과적으로, 압력 구배 또는 차이는 정전기 시일을 가로질러 왼쪽에서 오른쪽으로 형성된다.
본 발명의 정전기 장치는 정전기 시일 또는 정전기 진공 펌프로 기능할 수 있다. 이 장치가 정전기 시일로 기능할 때, 가동 파형에 의한 가스 수송의 방향은 시일을 통한 가스 누출과 반대 방향이다. 이 장치는 가스를 한 위치로부터 또 다른 위치로 수송하기 때문에, 특정 체적으로부터 가스를 제거하는 진공 펌프로 사용될 수 있다. 따라서, 정전기 시일에 관한 본 기재에서 이 장치는 정전기 진공 펌프로 기능하는 것으로 이해된다.
본 발명의 정전기 시일은 두 표면 사이의 간극을 통한 가스 유동이나 가스 누출을 제한하는 능동 시일이다. 표면들은 임의의 표면 윤곽을 가진다. 정전기 시일은 그 시일을 가로지르는 압력 구배가 존재할 때 유용하다. 능동 정전기 시일은 바람직하지 않은 누출과 반대 방향으로 가스를 수송한다. 정전기 웨이퍼 클램프와 축 시일에 있어서의 응용예는 이하 기술된다.
도1 내지 도3c에 도시된 정전기 시일의 효율성은 두께, 전도체(12)의 가요성 및 도전율, 전극(20, 22, 24)들의 폭과 간격을 포함하는 다양한 변수들과 진폭, 파형 및 진동수를 포함하는 전압 변수들에 의존한다는 사실을 이해하게 될 것이다. 예를 들어, 전극들의 폭과 간격은 전도체(12)의 두께와 가요성에 기초하여 선택된다. 또한, 전압의 진동수는 전도체(12)의 기계적 시간 상수와 양립할 수 있어야 한다. 전도체(12)의 두께 및 가요성은 상기한 가동 파형의 형성을 가능하게 하는 것이어야 한다.
정전기 시일의 작동에 적합한 일련의 전압 파형의 제2 예가 도4에 도시된다. 전압(60, 62, 64)들은 각각 전극(20, 22, 24)들에 인가된다. 각 전압은 +V 볼트와 0 볼트 사이에서 변한다. 전압들은 전도체(12)가 유인되지 않는 영전압 세그먼트가 전극(20)으로부터 전극(22)으로, 전극(22)으로부터 전극(24)으로 이동하도록 위상을 이룬다. 전압(60, 62, 64)들은 도3a 내지 도3c에 도시된 바와 같이 전도체(12)내에서 가동 파형을 생산한다. 도4의 예에서 전압들의 합은 매 순간 0으로 유지되지 않는다.
정전기 시일의 작동에 적합한 일련의 전압 파형의 제3 예가 도5에 도시된다. 전압(70, 72, 74)들은 각각 전극(20, 22, 24)들에 인가된다. 전압(70, 72, 74)들은 도3a 내지 도3c에 관하여 상기된 바와 같이 전도체(12)내에서 가동 파형을 생산한다. 도5의 예에서 전압들의 합은 매 순간 0으로 유지되지만, 세 파형은 다르다.
전압들은 도2, 4 및 5에 도시된 것과 같은 펄스파에 제한되지 않는다. 수정된 사인 전압 파형(80)이 도6에 도시된다. 그 파형은 영전압 세그먼트(84)에 이은사인파(80)를 포함한다. 전극(20, 22, 24)들에 인가되는 파형들은 도2에 도시된 바와 같이 위상을 이룰 수 있다.
도2 및 도4 내지 도6에 도시된 전압 파형들은 전도체(12)가 유전체(16)로 유인되지 않는 영전압 세그먼트들을 포함한다. 전압 파형들이 전도체(12)가 정전기력에 의해 실질적으로 유인되지 않는 영전압 세그먼트 또는 낮은 전압 세그먼트들을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 전극(20, 22, 24)들에 대한 전압들의 연결을 역으로 함으로써 정전기 시일은 도1의 오른쪽으로부터 왼쪽으로 가스를 수송하도록 만들어 질 수 있다.
정전기 시일의 제2 실시예는 도7에 도시된다. 정전기 시일(110)은 표면(114)을 갖는 상대적으로 강성인 전도체(112), 표면(118)을 갖는 가요성의 유전체(116), 그리고 표면(118)에 인접하여 배치되고 표면(1128)에 전기적으로 절연된 전극들(120, 122, 124)을 포함한다. 표면(114, 118)들은 작은 간극(130)으로 떨어져 있을 수도 있고 물리적으로 접촉할 수도 있다. 도2 및 도4 내지 도6에 도시된 일련의 전압들 중 하나가 전극(120. 122. 124)들에 인가될 수 있다.
정전기 시일(110)은 가동 파형이 전도체(112)보다는 가요성의 유전체(116)내에서 형성된다는 점을 제외하고는 도1의 정전기 시일(10)과 같은 방법으로 작동한다. 정전기 시일(110)의 작동은 도8a 내지 도8c에 도시된다. 전극(120, 122, 124)들에 인가된 전압들은 0, +V, -V로 지시된다. 도8a에 도시된 바와 같이, 영전압은 T0 동안 전극(120)에 인가되고, 포켓(150)은 유전체(116)와 전극(120)에 인접한 전도체(112)의 일부분 사이에 형성된다. 도8b에 도시된 바와 같이, 영전압은T1 동안 전극(122)에 인가되고, 포켓(150)은 전극(122)에 인접하여 형성된다. 도8c에 도시된 바와 같이, 영전압은 T2 동안 전극(124)에 인가되고, 포켓(150)은 전극(124)에 인접하여 형성된다. 이렇게 해서, 포켓(150)은 연속적인 시간 T0, T1 및 T2에 걸쳐 정전기 시일의 왼쪽에서 오른쪽으로 움직인다. 표면(114, 118)들 사이의 가스는 가동 포켓(150)에 의해 수송된다. 가동 포켓(150)은 가요성의 유전체(116)내에서 파동에 의해 형성된다.
도7에 도시된 가요성의 유전체는 Delrin과 같은 공업 플라스틱이 될 수 있다. 굽힘은 가스 압력에 기초하고 해방 위치로부터 유인 위치까지 약 0.00254 mm 내지 0.0254 mm의 범위에 있을 수 있다. 최대 변위는 표면들 사이에 있는 가스의 평균 자유 경로보다 작아야 한다. 전극들과 유전체 층은 얇은 층으로 갈라지거나 깨지지 않고 휠 수 있을 정도로 탄성적이어야 한다. 이는 이러한 층들을 작은 두께로 증착함으로써 성취된다. 예를 들어, 티타늄 나이트리드(titanium nitride) 전극층에 이어 실리콘 카바이드 유전체 층이 올 수 있다. 그 유전체 층은 높은 강도와 경도를 가져야 하고 손상없이 매끄러워야 하며 낮은 마찰 계수를 가져야 한다.
정전기 시일이 결합된 정전기 웨이퍼 클램프의 제1 실시예가 도9 및 도10에 도시되어 있다. 정전기 웨이퍼 클램프는 평판 조립체(200), 전원(202), 가스 공급원(204) 및 클램핑 제어 회로(208)를 포함한다. 평판 조립체(200)는 진공 내에서 공정 중 정전기적으로 반도체 웨이퍼(210)와 같은 작업편을 클램핑한다. 클램핑 제어 회로(208)는 웨이퍼(210)를 클램핑 표면에 정전기적으로 클램핑하기 위해 클램핑 압력을 평판 조립체(200)에 공급한다. 가스 공급원(204)은 공정 중 웨이퍼(210)와 클램핑 표면(212) 사이에 가스를 공급한다. 가스는 대개 웨이퍼(210)를 냉각시키기 위해 웨이퍼(210) 및 클램핑 표면(212) 사이의 열에너지를 전도하는 냉각 가스이다. 그러나, 몇몇 응용에서, 그 가스는 웨이퍼(210)를 가열하기 위해 사용될 수 있다. 전원(202)은 웨이퍼(210)와 클램핑 표면(210) 사이에서 냉각 가스를 정전기적으로 밀봉하기 위해 전압들을 평판 어셈블리(200)에 공급한다. 정전기 웨이퍼 클램프는 일반적으로 이온 주입 시스템에 사용되지만, 다른 웨이퍼 가공 시스템들에도 사용될 수 있다.
평판 조립체(200)는 평판 기부(220) 및 평판 기부(220)의 상부 표면에 장착된 절연 기판(222)을 포함한다. 평판 기부(220) 및 절연 기판(222)은 일반적으로 원형이고, 웨이퍼를 들어올리는 장치(도시되지 않음) 및 가스 공급원(204)으로부터 냉각 가스를 주입하기 위한 중심 개구(224)를 가질 수 있다. 6섹터형 클램핑 전극(230, 232, 234, 236, 238, 240)들은 기판(222)의 상부 표면과 유전 절연체(244) 사이에 설치된다. 유전 절연체(244)는 여섯 개의 전극에 대응하는 여섯 개의 섹션을 가질 수 있다. 클램핑 전극(230, 232, 234, 236, 238, 240)들은 웨이퍼(210)를 클램핑하고자 할 때 클램핑 전압을 공급하는 클램핑 제어 회로(208)에 연결된다. 클램핑 전압들은 양호하게는 여섯 개의 다른 위상(0˚, 60˚, 120˚, 180˚, 240˚, 300˚)을 가진 양극의 사각파이다. 평판 조립체의 대향 표면들상에 있는 전극들에 인가되는 전압들의 위상은 1/2 주기 또는 180˚차이가 난다. 6위상 정전기 웨이퍼 클램핑 장치의 구성과 작동은 참조된 미국 특허 제5,452,177호에 상세하게 기술된다.
평판 조립체(200)는 또한 밀봉 전극(260, 262, 264)들을 포함한다. 밀봉 전극(260, 262, 264)들은 클램핑 표면(212)의 외주에 또는 외주 부근에 설치되고 클램핑 표면(212)으로부터 전기적으로 절연된 동심 링의 형태를 가질 수 있다. 도9의 예에서, 밀봉 전극(260, 262, 264)들은 클램핑 전극(230, 232, 234, 236, 238, 240)들을 둘러싼다. 밀봉 전극(260, 262, 264)들은 도10에 도시된 바와 같이 절연 기판(222)과 유전 절연체(244) 사이에 설치될 수 있다. 각 밀봉 전극의 폭은 반도체 웨이퍼(210)의 강성과 정전기 시일의 작동 중 휘는 능력에 따라 선택된다. 일 예에서, 밀봉 전극(260, 262, 264)들은 각각 약 0.3175 내지 0.635 cm의 폭을 갖고 1000 볼트에서 작동할 때 전극들간에 약 0.1524 내지 0.254 cm의 간격을 갖도록 만들어 질 수 있다. 더 높은 전압으로 작동할 때 전극들간의 더 큰 간격이 요구되고, 더 낮은 전압으로 작동할 때 전극들간의 더 작은 간격이 사용될 수 있다.
전원(202)은 전극(260, 262, 264)들에 밀봉 전압들을 공급한다. 도2 및 도4 내지 도6의 예에 도시된 일련의 전압 파형들 중 하나가 사용될 수 있다. 전압들의 합은 언제나 0이고 웨이퍼 충전은 최소화되기 때문에 도2 또는 도5에 도시된 파형들이 선호된다. 이러한 전압 파형들의 합은 각 순간에 0이 되고 웨이퍼(210)의 충전을 최소화한다. 실리콘 반도체 웨이퍼들의 작동에 적합한 전압 파형들은 900 내지 1100 볼트의 진폭과 20 내지 40 Hz 의 진동수를 가질수 있다.
작동에 있어서, 반도체 웨이퍼(210)는 클램핑 전극(230, 232, 234, 236, 238, 240)들의 작동에 의해 클램핑 표면(212)에 정전기적으로 클램핑될 수 있다.냉각 가스는 가스 공급원(204)으로부터 중심 개구(224)를 통해 웨이퍼(210)와 클램핑 표면(212) 사이의 영역으로 주입된다. 냉각 가스 압력은 이온 주입에 대해서 일반적으로 1 torr 내지 100 torr의 영역에 있다. 냉각 가스는 웨이퍼(210)와 유전 절연체(244) 사이에서 열에너지를 전도한다. 밀봉 전극(260, 262, 264) 및 전원(202)에 의해 형성되는 정전기 시일은 이하 기술하는 바와 같이 웨이퍼(210)의 외주에서 냉각 가스의 누출을 제한한다.
도9의 평판 조립체(200)에서 외주 정전기 시일의 작동은 도11a 내지 도11c에 도시된다. 도11a 내지 도11c의 예에서 도2에 도시된 전압 파형(40, 42, 44)들은 각각 밀봉 전극(260, 262, 264)들에 인가된다. 도2의 T0에 대응하는 도11a에 도시된 바와 같이, 영전압은 전극(260)에 인가되고, -V 전압은 전극(262)에 인가되며, +V 전압은 전극(264)에 인가된다. 이렇게 해서, 웨이퍼(210)에서 전극(262, 264)들에 인접한 부분들은 클램핑 표면(212)에 유인되고, 포켓(270)은 웨이퍼(210)와 전극(260)에 인접한 클램핑 표면(212) 사이에서 형성된다. 도2의 T1에 대응하는 도11b에 도시된 바와 같이, +V 전압은 전극(260)에 인가되고, 영전압은 전극(262)에 인가되며 -V 전압은 전극(264)에 인가된다. 이렇게 해서, 웨이퍼(210)에서 전극(260, 264)들에 인접한 부분들은 클램핑 표면(212)에 유인되고, 포켓(270)은 전극(262)에 인접하여 형성된다. 도2의 T2에 대응하는 도11c에 도시된 바와 같이, 전압 -V는 전극(260)에 인가되고, +V는 전극(262)에 인가되며 영전압은 전극(264)에 인가된다. 웨이퍼(210)에서 전극(260, 262)들에 인접한 부분들은 클램핑 표면(212)에 유인되고, 포켓(270)은 전극(264)에 인접하여 형성된다. 전극(260,262, 264)들은 동심원들의 형태를 갖기 때문에(도9) 실효과는 원형의, 반경 방향으로 웨이퍼(210)내에서 내측으로 가동 파형이다. 내측으로 가동 파형은 냉각 가스를 반경 방향으로 내측으로 수송하는 포켓(270)을 형성함으로써 평판 조립체의 외주로부터 냉각 가스의 누출을 제한한다.
평판 조립체(200)의 정전기 시일은 클램핑 표면(212)을 밀봉 표면으로 사용하고 냉각 가스가 웨이퍼(210)의 중심을 향해 흐르도록 지시하는 능동 시일이다. 가스 분자에 주어진 모멘텀이 누출에 필요한 모멘텀과 반대 방향이기 때문에, 내측으로 이동하는 압축파는 웨이퍼의 모서리에서 누출율이 감소되도록 한다. 웨이퍼(210) 뒤에 나타날 수 있는 어떤 입자들에든지 같은 모멘텀이 주어져 모서리에서 더 깨끗한 시일을 허락하게 될 것이다. 결과적으로 종래의 정전기 웨이퍼 클램프에서 가능했던 것보다 주어진 누출율에 대해서 더 높은 가스 압력이 웨이퍼 뒤에서 성취될 수 있다. 정전기 시일은 하나 이상의 종래의 밀봉 기술과 조합하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
전압들은 언제나 세 개의 밀봉 전극(260, 262, 264)들 중 두 개에 인가되기 때문에 밀봉 전극들은 웨이퍼(210)를 클램핑 표면(212)에 클램핑하는데 기여하는 것을 알 수 있다. 밀봉 전극들에 인가되는 전압들은 웨이퍼(210)의 정전기 클램핑을 생산한다. 또한, 세 개 이상의 밀봉 전극들은 향상된 밀봉과 냉각 가스 누출의 감소를 제공하는데 사용될 수 있다.
정전기 시일을 결합한 정전기 웨이퍼 클램프의 제2 실시예는 도12에 도시된다. 정전기 웨이퍼 클램프는 평판 조립체(300), 밀봉 전원(202) 및 가스공급원(204)을 포함한다. 평판 조립체(300)는 다중 밀봉 전극들을 포함한다. 평판 조립체(300)는 클램핑 전극들이 추가적인 밀봉 전극들로 대치된다는 점을 제외하면 도9 및 도10에 도시된 평판 조립체(200)와 같은 일반적인 구조를 가질 수 있다. 특히, 평판 조립체(300)에는 밀봉 전극(310, 312, 314, 316, 318, 320)들이 제공된다. 전극(310, 312, 314, 316, 318)들은 동심 링의 형태를 갖고, 전극(320)은 원형 중심 전극이다. 전극(320)에는 냉각 가스의 주입을 위한 개구(324)가 제공될 수 있다. 도12의 형상은 단지 예로서 주어지고 실질적인 평판 조립체는 더 많은 수의 밀봉 전극들을 포함할 수 있다. 도12의 실시예에서 전체 클램핑 표면에는 밀봉 전극들이 제공된다. 밀봉 전극들은 웨이퍼 클램핑과 정전기 밀봉의 기능을 모두 수행한다. 밀봉 전극들이 클램핑 기능을 수행하기 때문에, 도9에 도시된 클램핑 제어 회로는 요구되지 않는다.
도2 및 도4 내지 도6의 예에서 도시된 일련의 전압들 중 하나가 평판 조립체(300)와 사용될 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 전압의 합이 언제나 0이고 웨이퍼 충전이 최소화 되기 때문에 도2 및 도5의 전압들이 선호된다. 도2 및 도12를 다시 참조하면 전압(40)은 밀봉 전극(310, 316)들에 연결될 수 있고, 전압(42)은 밀봉 전극(312, 318)들에 연결될 수 있으며, 전압(44)은 전극(314, 320)들에 연결될 수 있다.
평판 조립체(300)의 작동은 도11a 내지 도11c에 도시되고 상기된 작동에 대응한다. 도11a 내지 도11c에 도시된 작동은 세 개의 밀봉 전극들 한 세트마다 반복된다. 결과적으로 반도체 웨이퍼 내에서 가동 파형은 외주로부터 웨이퍼 중심을향해 반경 방향으로 가스를 수송한다. 평판 조립체(300)는 다중 밀봉 전극들을 갖기 때문에, 반도체 웨이퍼 내에서 둘 이상의 가동 파형이 동시에 생산된다. 이는 각 가동 파형이 가스를 평판 조립체의 중심으로 수송하기 때문에 정전기 시일의 성능을 향상시킨다.
상기한 바와 같이, 정전기 시일은 적절한 전압이 인가되는 세 개 이상의 밀봉 전극들을 사용할 수 있다. 수많은 밀봉 전극들이 위에서 언급한 개선된 밀봉을 제공한다. 전압의 합이 언제나 0이 되도록 하기 위해 다중 3밀봉 전극들이 사용되어야 한다. 각 전압은 모든 세 번째 밀봉 전극에 연결된다. 도2의 예를 참조하면, 전압(40)은 전극(1, 4, 7)등에 연결되고, 전압(42)은 전극(2, 5, 8)등에 연결되며, 전압(44)은 전극(3, 6, 9)등에 연결된다. 작업편의 충전이 논점이 아니라면 세 개 또는 그 이상의 전극들이 사용될 수 있다. 역으로, 작업편의 충전이 논점이 된다면 다중 3밀봉 전극들과 적합한 전압 파형들이 충전을 피하기 위해 사용될 수 있다.
네 개의 전극들을 가진 정전기 시일의 작동은 도13a 내지 도13d에 도시된다. 도시를 용이하게 하기 위해 각 밀봉 전극(350, 352, 354, 356)들과 가요성의 전도체(360)만이 도시된다. 다시 도2를 참조하면, 전압(40)은 전극(350, 356)에 연결되고, 전압(42)은 전극(352)에 연결되며, 전압(44)은 전극(354)에 연결된다. 도13a 내지 도13d는 각각 도2에서 시간 T0 내지 T3에 대응한다. 두 개의 가동 포켓(362, 364)들은 4전극 정전기 시일의 작동 중 일정한 시간에 동시에 나타난다.
6전극 정전기 시일의 작동은 도14a 내지 도14d에 개략적으로 도시된다. 도시를 용이하게 하기 위해 각 밀봉 전극(380, 382, 384, 386, 388, 390)들과 가요성의 전도체(392)가 도시된다. 도2를 참조하면 전압(40)은 밀봉 전극(380, 386)들에 연결되고, 전압(42)은 전극(382, 388)들에 연결되며, 전압(44)은 전극(384, 390)들에 연결된다. 상기한 바와 같이, 이러한 형상은 전도체(392)내에서 가동 포켓(394, 396)들을 동시에 생산함으로써, 시일의 효율성을 높인다. 6전극 형상은 도12의 평판 조립체(300)에 대응한다.
본 발명에 따른 정전기 표면 시일의 예가 도15에 도시된다. 유전체(450)는 도15에 분해도로 도시된 기판(452)과 유전 절연체(454)를 포함한다. 정전기 시일의 작동에 있어서, 유전 절연체(454)는 기판(452)에 부착된다. 직사각형 밀봉 전극(460, 462, 464, 466)들은 기판(452)과 유전 절연체(454) 사이에 설치된다. 밀봉 전극(460, 462, 464, 466)들은 동심 형태를 갖고 포트(470)를 둘러싼다. 포트(470)는 가스 수송의 방향에 따라서 가스를 주입하거나 배출하는데 사용될 수 있다. 도2 및 도4 내지 도6의 예에 도시된 일련의 전압들 중 하나가 전극(460, 462, 464, 466)들에 인가될 수 있다. 유전체(450)는 상기한 바와 같이 가동 포켓내에서 가스 수송을 실행하는 전도체(도15에 도시되지 않음)와 작동한다. 가스 수송의 방향은 전극(460, 462, 464, 466)들에 인가되는 전압의 위상에 따라, 포트(470)를 향하거나 포트로부터 멀어질 수 있다.
밀봉 전극(460, 462, 464, 466)들은 양호하게는 폐쇄 루프의 형태를 갖고 날카로운 모퉁이를 갖지 않도록 설계되어야 한다. 도15에 도시된 형태의 표면 시일들은 정사각형, 원형, 타원형, 마름모형, 삼각형, 오각형, 육각형 또는 임의의 형상 등 다양한 형상의 전극을 사용할 수 있다. 각 경우에 전극들은 바람직하게는 더 큰 것이 작은 것을 감싸는 폐쇄 루프 전극들을 갖는 일련의 폐쇄 루프로 만들어진다. 상기한 바와 같이 전도체 또는 유전체는 가요성일 수 있다.
상기된 정전기 시일들은 평면 또는 거의 평면인 형상을 갖는다. 그러나, 본 발명의 정전기 밀봉은 평면 형상에 제한되지 않는다. 더 일반적으로, 정전기 밀봉은 서로 가까이 위치하거나 접촉한 표면들을 갖는 전도체와 유전체를 갖는데 그 중 하나는 가요성이다. 그 표면들은 요구되는 어떤 형상이든 가질 수 있다. 그 시일은 또한 유전체 표면에 접근하여 장착되고, 일반적으로 유전체에 장착된 세 개 이상의 전극들을 포함한다.
본 발명에 따른 비평면 정전기 시일의 예는 도16a 내지 도16c에 도시된다. 축 시일(500)은 전도축(502)과 축(502)에 장착된 실린더형 유전체(504)를 포함한다. 유전체(504)는 가요성이고 실린더형 기판(510)과 기판(510) 내부에 장착된 실린더형 유전 절연체(512)를 포함한다. 유전 절연체(512)는 명백함을 위해 도16a부터 생략된다. 밀봉 전극(520, 522, 524, 526, 528)들은 기판(510)과 유전 절연체(512) 사이에 설치된다. 밀봉 전극(520, 522, 524, 526, 528)들은 동일한 지름의 축방향으로 이격된 형태이다. 도2 및 도4 내지 도6의 예에 도시된 일련의 전압들 중 하나가 밀봉 전극들에 인가될 수 있다.
축 밀봉은 고압 영역으로부터 저압 영역으로 벽 또는 다른 장벽을 통해 연장될 수 있다. 축(502)은 유전체(504)에 상대적으로 회전 및/또는 왕복 운동 할 수 있다. 본 발명의 능동 정전기 시일은 축을 따라서 가스의 누출을 제한하고 낮은시일 마모를 특징으로 한다.
축 밀봉(500)의 작동은 도17에 도시된다. 전극(520, 522, 524, 526, 528, 530)들에 인가되는 전압들은 실린더형 구성 요소(504)내에서 축 방향으로 가동 파형들을 일으킨다. 가동 파형들은 화살표(544) 방향으로 가동 포켓(540, 542)들을 형성한다. 가동 포켓(540. 542)들은 가스를 축(502)에 대해 축 방향으로 수송함으로써 가스 수송의 반대 방향으로 가스가 누출되는 것을 막는다.
현재 본 발명의 양호한 실시예로 간주되는 것들에 대해 도시되고 설명되었지만, 청구범위에 의해 한정되는 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형과 개조가 가능하다는 사실이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (34)

  1. 공정 중에 작업편을 지지하기 위한 장치에 있어서,
    작업편을 수용하는 전기적으로 절연된 클램핑 표면을 형성하는 유전체와 복수의 밀봉 전극들을 포함하는 평판 조립체와,
    작업편과 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 공급하는 가스 공급원과,
    가스를 수송하는 상기 밀봉 전극에 전압을 인가하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 전극들은 상기 클램핑 표면의 외주에서 또는 외주 부근에서 상기 클램핑 표면 밑에 있는 적어도 세 개의 밀봉 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전압은 작업편내에서 내측으로 이동하는 파형을 생성하고, 가스는 상기 내측으로 이동하는 파형에 의해 상기 클램핑 표면의 외주로부터 내부로 수송되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 전극들은 동심의 링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 평판 조립체는 하나 이상의 클램핑 전압들에 반응하여 작업편을 상기 클램핑 표면상의 고정된 위치에 정전기적으로 클램핑하는 하나 이상의 클램핑 전극들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 클램핑 전극들은 상기 밀봉 전극들의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 전극들은 작업편을 상기 클램핑 표면상의 고정된 위치에 정전기적으로 클램핑하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 전극들은 다수의 동심 링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제3항에 있어서, 작업편내에서 이동하는 상기 파형은 작업편과 상기 클램핑 표면 사이에 가동 포켓을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 전원은 작업편의 유인과 해제 사이에서 변경되고 상기 이동 파형을 생성하도록 위상을 이룬 전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 평판 조립체는 반도체 웨이퍼를 클램핑하도록 된 것을특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전원은 각각 반복적인 시퀀스로 유인 전압 세그먼트들과 비유인 전압 세그먼트들을 포함하는 전압을 발생시키고, 상기 전압은 상기 유인 전압 세그먼트들과 상기 비유인 전압 세그먼트들이 전극으로부터 전극으로 이동하고 가스 수송의 방향을 한정하도록 위상을 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 전극들은 상기 유전체의 층들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 공정 중에 반도체 웨이퍼를 클램핑하기 위한 평판 조립체에 있어서,
    반도체 웨이퍼를 수용하는 클램핑 표면을 형성하는 유전체와,
    반도체 웨이퍼와 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 주입하는 도관과,
    하나 이상의 클램핑 전압에 반응하여 반도체 웨이퍼를 상기 클램핑 표면에 정전기적으로 클램핑하는 하나 이상의 클램핑 전극들과,
    전압에 반응하여 반도체 웨이퍼 내에서 내측으로 이동함으로써 상기 클램핑 표면의 외주로부터 내부로 가스를 수송하는 이동 파형을 생성하기 위해, 상기 클램핑 표면의 외주에 또는 외주의 부근에 복수의 밀봉 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 상기 밀봉 전극들은 동심의 링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  16. 제14항에 있어서, 상기 하나 이상의 클램핑 전극들은 상기 밀봉 전극들의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  17. 제14항에 있어서, 반도체 웨이퍼 내에서 이동하는 파형은 반도체 웨이퍼와 상기 클램핑 표면 사이에 가동 포켓을 형성하는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  18. 제14항에 있어서, 상기 전압들의 각각은 반복적인 시퀀스로 유인 전압 세그먼트들과 비유인 전압 세그먼트들을 포함하고, 상기 전압들은 상기 유인 전압 세그먼트들과 상기 비유인 전압 세그먼트들이 밀봉 전극으로부터 밀봉 전극으로 이동하고 가스 수송의 방향을 한정하도록 위상을 이루는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  19. 제14항에 있어서, 상기 전압들의 각각은 반복적인 시퀀스로 영전압(zero voltage) 세그먼트들과 비영전압(non-zero voltage) 세그먼트들을 포함하고, 상기 전압들은 상기 영전압 세그먼트들과 비영전압 세그먼트들이 밀봉 전극으로부터 밀봉 전극으로 이동하고 가스 수송의 방향을 한정하도록 위상을 이루는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  20. 제14항에 있어서, 상기 밀봉 전극들은 상기 유전체의 층들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  21. 공정 중에 반도체 웨이퍼를 클램핑하기 위한 평판 조립체에 있어서,
    반도체 웨이퍼를 수용하는 클램핑 표면을 형성하는 유전체와,
    반도체 웨이퍼와 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 주입하는 도관과,
    인가되는 전극 전압에 반응하여 반도체 웨이퍼 내에서 내측으로 이동함으로써 가스를 상기 클램핑 표면의 외주로부터 내부로 수송하는 파형을 생산하고, 상기 클램핑 표면에 반도체 웨이퍼를 정전기적으로 클램핑하는 복수의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  22. 제21항에 있어서, 상기 전극들은 복수의 동심 링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  23. 제21항에 있어서, 상기 전극 전압들의 각각은 반복적인 시퀀스로 유인 전압 세그먼트들과 비유인 전압 세그먼트들을 포함하고, 상기 전극 전압들은 상기 유인 전압 세그먼트들과 상기 비유인 전압 세그먼트들이 전극으로부터 전극으로 이동하고 가스 수송의 방향을 한정하도록 위상을 이루는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  24. 제23항에 있어서, 상기 전극 전압들의 비유인 전압 세그먼트들은 영전압 세그먼트들인 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  25. 제21항에 있어서, 상기 전극 전압들의 각각은 반복적인 시퀀스로 영전압 세그먼트들과 비영전압 세그먼트들을 포함하고, 상기 전극 전압들은 상기 영전압 세그먼트들과 상기 비영전압 세그먼트들이 전극으로부터 전극으로 이동하고 가스 수송의 방향을 한정하도록 위상을 이루는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  26. 제21항에 있어서, 상기 전극들은 상기 유전체의 층들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 평판 조립체.
  27. 공정 중에 작업편을 클램핑하기 위한 방법에 있어서,
    전기적으로 절연된 클램핑 표면을 형성하는 유전체 및 상기 클램핑 표면 밑에 있는 복수의 밀봉 전극들을 포함하는 전극들을 포함하는 평판 조립체를 제공하는 단계와,
    상기 클램핑 표면에 작업편을 장착하는 단계와,
    작업편과 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 주입하고, 가스를 수송하기 위한 상기 밀봉 전극에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 평판 조립체를 제공하는 단계는 클램핑 표면의 외주에 또는 외주 부근에 적어도 세 개의 밀봉 전극을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 전압을 인가하는 단계는 작업편 내에서 내측으로 이동하는 파형 생산을 포함하고, 가스는 상기 내측으로 이동하는 파형에 의해 상기 클램핑 표면의 외주로부터 내부로 수송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제27항에 있어서, 평판 조립체를 제공하는 단계는 또한 클램핑 표면의 밑에 있는 하나 이상의 클램핑 전극을 제공하는 단계와, 나아가 작업편을 상기 클램핑 표면상의 고정된 위치에 정전기적으로 클램핑하기 위해 클램핑 전압을 상기 클램핑 전극에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제27항에 있어서, 상기 밀봉 전극에 전압을 인가하는 단계는 각각 반복적인 시퀀스로 유인 전압 세그먼트들과 비유인 전압 세그먼트들을 포함하는 전압을 인가하는 단계 및 상기 유인 전압 세그먼트들과 비유인 전압 세그먼트들이 전극으로부터 전극으로 이동하고 가스 수송의 방향을 한정하도록 상기 전압의 위상을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제27항에 있어서, 상기 밀봉 전극에 전압을 인가하는 단계는 각각 반복적인 시퀀스로 영전압 세그먼트들과 비영전압 세그먼트들을 포함하는 전압을 인가하는 단계 및 상기 영전압 세그먼트들과 비영전압 세그먼트들이 전극으로부터 전극으로 이동하고 가스 수송의 방향을 한정하도록 상기 전압의 위상을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 공정 중에 작업편을 지지하기 위한 장치에 있어서,
    작업편을 수용하는 전기적으로 절연된 클램핑 표면을 형성하는 유전체와 복수의 밀봉 전극을 포함하는 평판 조립체와,
    작업편과 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 공급하는 가스 공급원과,
    가스를 수송하는 상기 밀봉 전극에 전압을 인가하는 전원을 기본적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 공정 중에 반도체 웨이퍼를 클램핑하기 위한 장치에 있어서,
    반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 전기적으로 절연된 클램핑 표면을 형성하는 유전체와 상기 클램핑 표면 밑에 있고 상기 클램핑 표면의 외주에 또는 외주 부근에 세 개 이상의 동심 밀봉 전극들을 포함하는 전극들을 포함하고, 또한 반도체 웨이퍼와 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 주입하는 도관을 포함하는 평판 조립체와,
    반도체 웨이퍼와 상기 클램핑 표면 사이의 열에너지를 전도하기 위해 반도체와 상기 클램핑 표면 사이의 영역에 가스를 공급하는 상기 도관에 연결된 가스 공급원과,
    반도체 웨이퍼 내에서 내측으로 이동함으로써 가스를 상기 클램핑 표면의 외주로부터 내부로 수송하는 파형을 생산하고, 각각 반복적인 시퀀스로 유인 전압 세그먼트와 비유인 전압 세그먼트를 포함하고 상기 유인 전압 세그먼트들과 비유인 전압 세그먼트들이 전극으로부터 전극으로 이동하고 가스 수송의 방향을 한정하도록 위상을 이루는 전압들을 상기 밀봉 전극들에 인가하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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