KR20130082143A - 고온에서 기계적 클램프 성능을 포함하는 가열된 정전 척 - Google Patents

고온에서 기계적 클램프 성능을 포함하는 가열된 정전 척 Download PDF

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알란 디. 위드
윌리암 다비스 이
아쉬빈 푸로히트
개리 엠. 쿡
로버트 라트멜
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Abstract

클램핑 플레이트를 갖는 정전기 클램프가 제공되며, 여기서 클램핑 플레이트의 클램핑 표면은 워크피스를 접촉하도록 구성된다. 하나 또는 둘 이상의 전극들에 인가된 전압은 워크피스를 클램핑 표면으로 선택적으로 정전기적으로 끌어당긴다. 하나 또는 둘 이상의 보조 클램핑 부재들이 더 제공되며, 하나 또는 둘 이상의 보조 클램핑 부재들은 클램핑 표면에 워크피스의 적어도 일부를 선택적으로 고정시키도록 구성된다. 워크피스의 온도를 결정하도록 구성된 온도 모니터링 디바이스가 제공되며, 컨트롤러는 워크피스의 온도에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 또는 둘 이상의 전극들 및 하나 또는 둘 이상의 보조 클램핑 부재들에 대한 전압의 제어를 통해서 클램핑 표면에 워크피스를 선택적으로 클램핑하도록 구성된다.

Description

고온에서 기계적 클램프 성능을 포함하는 가열된 정전 척{HEATED ELECTROSTATIC CHUCK INCLUDING MECHANICAL CLAMP CAPABILITY AT HIGH TEMPERATURE}
관련 출원에 대한 참조
본 출원은, 2010년 6월 8일자로 출원되고, 발명의 명칭이 "HEATED ELECTROSTATIC CHUCK INCLUDING MECHANICAL CLAMP CAPABILITY AT HIGH TEMPERATURE"인 미국 가출원 일련 번호 제61/352,554호; 및 2010년 6월 8일자로 출원되고, 발명의 명칭이 "HEATED ANNULUS CHUCK"인 미국 가출원 일련 번호 제61/352,665호의 이익을 주장하며, 이들 전체는 본 명세서에 완전하게 설명된 것처럼 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 발명의 분야
본 발명은, 일반적으로 이온 주입 시스템들을 포함하지만 이에 한정하지 않는 반도체 프로세싱 장비에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 특정 이온 주입 애플리케이션들에 이용하기 위한 기계적 클램핑 성능을 갖는 정전 척(electrostatic chuck)에 관한 것이다.
정전 클램프들 또는 정전 척들(ESCs)은, 이온 주입, 에칭, 화학 기상 증착(CVD) 등과 같은 플라즈마-기반 또는 진공-기반 반도체 프로세스들 동안 지지체 표면상의 고정 위치에 워크피스들 또는 기판들을 클램핑하기 위해 반도체 제조 산업에 종종 활용된다. 워크피스 온도 제어뿐만 아니라 이러한 ESC들의 정전 클램핑 성능들은, 반도체 기판들, 워크피스들 또는 웨이퍼들(예컨대, 실리콘 웨이퍼들)에서 꽤 가치있는 것으로 입증되었다. 통상적인 ESC는, 예를 들어, 도전성 전극 또는 배킹 플레이트(backing plate)에 걸쳐 위치된 유전체 층을 포함하고, 여기서 반도체 웨이퍼는, 프로세싱됨에 따라서 웨이퍼에 대해 지지 표면으로서 동작하는 ESC의 표면상에 위치된다(예를 들어, 웨이퍼는 유전체 층의 표면상에 위치된다). 반도체 프로세싱(예컨대, 이온 주입) 동안, 클램핑 전압은 통상적으로 웨이퍼와 전극 사이에 인가되며, 이에 의해 웨이퍼는 척 표면에 대해 정전기력에 의해 클램핑된다.
몇몇 상황들에서, 워크피스 상에서 고온 프로세싱을 수행하는 것이 바람직하다. 그러나, (예컨대, 1000℃에 근접하는)이러한 고온들은 종래의 ESC들에 의해 나타난 정전기 클램핑력(electrostatic clamping force)에 부정적으로 영향을 줄 수 있다.
본 개시물은, 워크피스 상에서 클램핑력을 적절하게 유지하면서 워크피스 상에서 고온 프로세싱이 수행되는, 개선된 정전기 클램핑에 대해서 발명자들에 의해 발견된 필요성에 대해 다룬다. 따라서, 본 발명은 반도체 프로세싱 시스템에서 워크피스들을 클램핑하기 위한 시스템, 장치, 및 방법을 제공함으로써 종래 방법의 한계들을 극복한다. 이에 따라, 이하는 본 발명의 몇몇 양상들의 기본적인 이해를제공하기 위해 본 발명의 간략화된 개요를 제시한다. 이 개요는 본 발명의 광범위한 개관은 아니다. 이는, 본 발명의 중요한 또는 주요한 엘리먼트들을 식별하거나 또는 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 본 개요의 목적은 이후 제시되는 더욱 상세한 설명에 대한 서론으로서 간략화된 형태로 본 발명의 몇몇 개념들을 제시하기 위한 것이다.
본 발명은, 일반적으로 지지 표면상에 워크피스의 위치를 선택적으로 유지하기 위한 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 지지체 또는 클램핑 표면을 갖는 클램핑 플레이트를 포함하는 정전기 클램프가 제공되며, 여기서 클램핑 표면은 워크피스를 접촉하도록 구성된다. 하나 또는 둘 이상의 전극들은 클램핑 플레이트와 연관되며, 하나 또는 둘 이상의 전극들에 인가된 전압은 그들 사이에 정전기 클램핑력을 인가하기 위해 클램핑 표면에 워크피스를 선택적으로 정전기적으로 끌어당기도록 동작가능하다. 본 발명에서, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램핑 부재들이 더 제공되며, 여기서 하나 또는 둘 이상의 보조 클램핑 부재들은 클램핑 표면에 워크피스의 적어도 일부를 선택가능하게 고정시키도록 구성된다. 워크피스의 온도를 결정하도록 구성된 온도 모니터링 디바이스가 또한 제공되며, 컨트롤러는 워크피스의 온도에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 또는 둘 이상의 전극들에 인가된 일 전압의 제어 및/또는 하나 또는 둘 이상의 보조 클램핑 부재들의 제어를 통해서 클램핑 표면에 워크피스를 선택적으로 클램핑하도록 구성된다.
따라서, 전술한 목적 그리고 관련 목적의 달성을 위해, 본 발명은 이하 완전하게 설명되고 청구항들에서 특별히 지목된 특징들을 포함한다. 후술하는 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 특정 예시적인 실시예들을 상세하게 설명한다. 이러한 실시예들은, 그러나, 본 발명의 원리들이 채용될 수 있는 다양한 방식들 중 몇 가지만을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적들, 이점들 및 신규 특징들이, 도면들과 관련하여 고려될 때, 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 개시물의 일 양상에 따른 개략적인 예시적인 이온 주입 시스템이다.
도 2는 본 개시물의 다른 예시적인 양상에 따른 정전기 클램프의 단면도이다.
도 3은 본 개시물의 또 다른 예시적인 양상에 따른 정전기 클램프의 다른 단면도이다.
도 4는 본 개시물의 또 다른 예에 따른 예시적인 정전기 클램프의 평면도이다.
도 5는 본 개시물의 다른 예시적인 양상에 따른 도 4의 정전기 클램프의 단면도이다.
도 6은 본 개시물의 추가의 예시적인 양상에 따른 다른 예시적인 정전기 클램프의 평면도이다.
도 7은 본 개시물의 다른 예에 따른 제 1 크기의 제 1 워크피스를 홀딩하는 정전기 클램프의 단면도이다.
도 8은 본 개시물의 다른 예에 따른 제 2 크기의 제 2 워크피스를 홀딩하는 도 7의 정전기 클램프의 단면도이다.
도 9는 본 개시물의 추가적인 양상에 따른 워크피스를 클램핑하기 위한 예시적인 방법이다.
본 발명자들은 고온 프로세싱이 워크피스와 정전기 클램프 사이의 클램핑력에 부정적으로 영향을 줄 수 있다는 것을 현재 인식하고 있으며, 여기서 정전기 클램프 상의 유전체 층이 고온의 결과로서 쇠약(break down)해지기 시작하여 이에 따라 유전체 층의 도전성에 부정적인 영향을 주는 것으로 믿어진다. 유전체 층의 도전성에 있어서의 증가는 그 지지 표면에 대해 고정 위치 내에 워크피스를 클램핑하고 홀딩하기 위해 충분히 높은 전계를 발생시키도록 하기 위해 정전기 클램프의 성능을 제한한다.
따라서, 본 발명은 일반적으로 정전기 클램프에 보충의 기계적 클램핑 메커니즘을 제공함으로써 고온(예컨대, 600℃-1000℃ 정도)에서 개선된 클램핑을 제공하는 정전기 클램프에 관한 것이다. 이에 따라, 본 발명은 도면들을 참조하여 이하 설명될 것이며, 여기서 동일한 참조 수치들이 전체에 걸쳐 동일한 엘리먼트들을 지칭하도록 이용될 수 있다. 이러한 양상들의 설명은 단지 예시적이며, 이들은 제한적인 의미로 해석되지 않아야함을 이해해야 한다. 이하의 설명에서, 설명의 목적들을 위해, 수많은 특정 세부사항들이 설명되어 본 발명의 전반적인 이해를 제공한다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부사항들 없이 실행될 수 있다는 것이 당업자들에게는 명백할 것이다.
이제 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 예시적인 양상에 따르면, 도 1은 예시적인 이온 주입 시스템(100)을 예시하고, 여기서 이온 주입 시스템은 워크피스로 이온들을 그 내부에서 주입하는 이온 빔(104)에 대해 워크피스(102)(예컨대, 하나 또는 둘 이상의 실리콘, 실리콘 카바이드, 게르마늄, 및 갈륨 비소를 포함하는 웨이퍼 또는 반도체 기판)를 스캐닝하도록 동작가능하다. 일반적으로, 정전기 클램프(105)(또한, 정전 척 또는 ESC로서 지칭됨)는, 아래에 더욱 상세하게 설명될 것과 같이, 여기에 워크피스(102)를 클램핑한다.
앞서 언급된 바와 같이, 본 발명의 다양한 양상들은, 도 1의 예시적인 시스템(100)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 유형의 이온 주입 장치와 관련하여 구현될 수 있다. 예시적인 이온 주입 시스템(100)은, 터미널(106), 빔라인 어셈블리(108), 및 일반적으로 프로세스 챔버(112)를 형성하는 종단 스테이션(110)을 포함하고, 여기서 이온 빔(104)은 일반적으로 워크피스 로케이션(114)에 위치된 워크피스(102)에 지향된다. 터미널(106) 내의 이온 소스(116)는 추출된 이온 빔(120)(예컨대, 구분되지 않는 이온 빔)을 빔라인 어셈블리(108)에 제공하기 위해 전력 공급기(118)에 의해 전력을 공급받고, 여기서 이온 소스는 소스 챔버로부터 이온들을 추출하고 이에 따라 추출된 이온 빔을 빔라인 어셈블리(108)를 향해서 지향시키기 위해 하나 또는 둘 이상의 추출 전극들(122)을 포함한다.
빔라인 어셈블리(108)는, 예를 들어, 소스(116)에 인접하는 입구(126) 및 종단 스테이션(110)에 인접하는 출구(128)를 갖는 빔가이드(124)를 포함한다. 빔가이드(124)는, 예를 들어, 추출된 이온 빔(120)을 수용하고, 리졸빙 개구(132)를 통해서 적절한 에너지-대-질량 비 또는 범위의 이온만을 워크피스(102)에 통과시키기 위한 쌍극자 전계를 생성하는 질량 분석기(130){예컨대, 질량 분석 마그넷}를 포함한다. 질량 분석기(130)를 통과하여 리졸빙 개구(132)를 빠져나간 이온들은 일반적으로 그 원하는 에너지-대-질량 비 또는 범위의 이온들을 갖는 질량 분석된 또는 바람직한 이온 빔(134)을 정의한다. 빔라인 어셈블리(108)와 연관된 다양한 빔 포밍 및 쉐이핑 구조물들(미도시)은, 이온 빔이 원하는 빔 경로(136)를 따라서 워크피스(102)에 이송될 때, 이온 빔(104)을 유지하고 바운딩하도록 추가로 제공될 수 있다.
일 예시에서, 바람직한 이온 빔(134)은 워크피스(102)를 향해서 지향되고, 여기서 워크피스는 일반적으로 종단 스테이션(110)과 연관된 워크피스 스캐닝 시스템(138)을 통해서 위치된다. 도 1에 예시된 종단 스테이션(110)은, 예를 들어, 진공처리된(evacuated) 프로세스 챔버(112) 내에서 워크피스의 기계적 스캐닝을 제공하는 "직렬" 유형 종단 스테이션을 포함할 수 있으며, 상기 진공처리된 프로세스 챔버 내에서 워크피스(102)(예컨대, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널, 또는 다른 워크피스)는 워크피스 스캐닝 시스템(138)을 통해서 하나 또는 둘 이상의 방향으로 빔 경로(136)를 통해서 기계적으로 병진된다. 본 발명의 일 예시적인 양상에 따르면, 이온 주입 시스템(100)은 일반적으로 고정되어 있는 것으로서 바람직한 이온 빔(134)(예컨대, "스폿 빔" 또는 "펜슬 빔"으로서 지칭됨)을 제공하고, 여기서 워크피스 스캐닝 시스템(138)은 일반적으로 고정 이온 빔과 관련하여 2개의 일반적으로 직교하는 축들에서 워크피스(102)를 일반적으로 병진한다. 이는, 그러나, 배치 또는 다른 유형의 종단 스테이션들이 교대로 채용될 수 있다는 것에 유의해야 하며, 여기서 다수의 워크피스들(102)은 동시에 스캐닝될 수 있고, 이러한 종단 스테이션들은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로서 고찰된다.
다른 예시에서, 시스템(100)은 워크피스(102)에 대해 하나 또는 둘 이상의 스캔 평면들을 따라서 이온 빔(104)을 스캐닝하도록 동작가능한 정전기 빔 스캐닝 시스템(미도시)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 임의의 스캐닝된 또는 스캐닝되지 않은 이온 빔(104)을 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로서 추가적으로 고찰한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 워크피스 스캐닝 시스템(138)은 스캐닝 암(140)을 포함하고, 여기서 스캐닝 암은 이온 빔(104)에 대해 워크피스(102)를 상반되게 스캐닝하도록 구성된다. 이온 주입 시스템(100)은, 예를 들어, 컨트롤러(150)에 의해 제어되고, 이온 주입 시스템 및 워크피스 스캐닝 시스템(138)의 기능은 컨트롤러를 통해서 조절된다.
본 개시물의 일 예시적인 양상에 따르면, ESC(105)는 그 클램핑 표면(152)에 워크피스(102)(예를 들어, 반도체 웨이퍼)를 정전기적으로 홀딩하도록 활용된다. 도 2에 더욱 상세하게 예시된 바와 같이, 절연층(154)(예컨대, 유전체 층)은 일반적으로 ESC(105)의 클램핑 표면(152)을 정의하고, 이 절연층은 일반적으로 ESC 내에 위치된 하나 또는 둘 이상의 전극들(156)과 워크피스(102) 사이에 커패시턴스가 구축되는 것을 허용한다. 하나 또는 둘 이상의 전극들(156)은, 예를 들어, 전력 공급기(158)에 의해 전력이 공급되고 세라믹 층(160) 내에 캡슐화되며, 여기서 세라믹 층은 배킹 플레이트(162)(예를 들어, 알루미늄 플레이트)에 탑재되고, 배킹 플레이트는 ESC(105)에 구조적 강성(structural rigidity)을 제공한다. 배킹 플레이트는 또한 구조체를 제공할 수 있는데, 이 구조체에 의해 냉각 또는 가열이 하나 또는 둘 이상의 냉각 채널들(164), 하나 또는 둘 이상의 히터들(166), 등을 통해서 ESC(105)에 가해질 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 추가적인 기계적 클램핑 성능이 도 2의 ESC(105)에 도시된 정전기 클램핑 성능에 더해 추가로 제공된다. 예로써, 하나 또는 둘 이상의 전극들(156)을 통해서 정전 척(105)에 오직 정전기 클램핑 만을 제공할 때, 하나 또는 둘 이상의 히터들(166)을 통해서 ESC에 1000℃에 근접하는 또는 이를 초과하는 온도들을 제공하는 경우와 같은 고온 애플리케이션들에서 문제들이 발생할 수 있다. 이러한 고온들(예컨대, 수백도℃ 상회)에서, 예를 들어, 발명자들은 하나 또는 둘 이상의 전극들(156)과 워크피스(102) 사이에서 클램핑되는 절연층(154)이 약간 도전성이 되는 경향을 갖는 것으로 인식하며, 도전성이 증가함에 따라서, 적절한 시점에서, 절연층의 도전성은 너무 높게 되어 정전기 클램프 전력 공급기(158)가 바람직한 클램핑력을 유지할 수 없게 된다. 이와 같이, 정전기 클램프(105)는 워크피스(102)가 클램핑 표면(152)에 효과적으로 정전기적으로 충분히 높은 전계를 발생시키는데 실패한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)이 제공되며, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들은 클램핑 표면(152) 상에 고정 위치의 워크피스(102)를 유지시키기 위해 추가적인(예컨대, 백업) 클램핑을 제공하여, 이에 의해 정전기 클램핑력의 한계들을 넘어서도록 프로세스 온도들을 증가시키는 것을 허용한다. 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은, 예를 들어, 프로세싱 온도가 미리결정된 온도를 초과할 때(예컨대, 대략적으로 200℃, 또는 그 이상) 선택적으로 활용된다. ESC(105)의 절연층(154)은, 예를 들어, 열 응력, 또는 차등 팽창(differential expansion)으로 인한 실패 없이 1000℃을 초과하는 온도들을 물리적으로 견딜 수 있는 적절한 재료들로 제조되지만; 그러나, 절연층은 이러한 고온들에서 재료의 증가된 전기 전도율에 의해 여전히 제한될 수 있다. 증가된 전기 전도율(예컨대, 워크피스(102)의 클램핑 동안 절연층(154)을 통해서 증가된 전류 흐름)은 ESC(105)의 클램핑력 성능들에 유해하게 영향을 준다.
따라서, 현재의 예시에서, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)이 제공되고, 여기서 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들은 맞물림 위치(170A)와 맞물림 해제 위치(170B) 사이에서 병진 및/또는 회전하도록 구성된다. 미리결정된 온도보다 낮은 프로세싱 온도들에서, 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 맞물림 해제 위치(170B)에 선택적으로 위치되고 워크피스(102)의 프로세싱에 불필요하여, 이에 따라 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들의 워크피스와의 접촉으로 인한 잠재적인 오염 또는 파티클들의 위험을 증가시키지 않고 낮은 온도들에서 프로세싱 동안 워크피스의 "정상" 정전기 클램핑을 허용한다. 그러나, 프로세싱 온도들이 증가될 때, 예컨대 200℃를 초과, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168) 중 하나 또는 둘 이상은 맞물림 위치(170A) 내에 선택적으로 위치되도록 구성되고, 여기서 절연층(154)을 통해서 증가된 전기 전도율이 정전기 클램핑력들을 악화시키는 경우와 같이, ESC(105)에 추가적인 클램핑 성능들을 제공한다.
따라서, 본 개시물에 따라서, 미리결정된 온도를 상회하는 프로세스 온도(예컨대, 워크피스(102) 및/또는 ESC(105)의 온도)에서 워크피스(102)를 프로세싱하기 위한 프로세스 레시피들에 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)에 의한 추가적인 기계적 클램핑이 유리하게 제공된다. 또한, 하나의 유리한 양태에서, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)이 선택적으로 활성화되어, 정전기 클램핑이 앞서 설명된 것과 같이 효과적이지 않거나 또는 다양한 이유들로 바람직하지 않을 때, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들은 ESC에 대해(예컨대, 클램핑 표면(152)에 대해 평행 및/또는 수직하게) 일반적으로 고정 위치(172)에서 워크피스(102)를 유지하기 위해 충분한 클램핑 성능들을 제공하도록 구성된다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들이 활성이 아닐 때(예컨대, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들이 ESC(105)의 클램핑 표면에 워크피스를 기계적으로 클램핑하지 않을 때) 워크피스(102)와 연관된 평면(174)(예컨대, 클램핑 표면(152)) 아래에 격납되거나(stowed) 또는 이와 다르게 위치되도록 추가로 구성된다. 이에 따라, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)이 활성화되지 않을 때(예컨대, 맞물림 해제 위치(170B)에 있을 때), 하나 또는 둘 이상의 기계적 클램프들의 이용으로부터 발생하는 재료 스퍼터 및 연관 파티클 오염은 완화된다. 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)이 워크피스(102) 및/또는 클램핑 표면(152)과 연관된 평면(174) 아래에서 격납될 때, 워크피스는 일반적으로, 워크피스가 노출되는 프로세스 매체(예컨대, 도 1의 이온 빔(134), 플라즈마, 또는 화학적 기상 등)로부터 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들과 연관된 컴포넌트들을 차폐한다.
다른 예에서, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은, 도 3에 더욱 상세하게 예시된 것과 같이, ESC(105)에 및/또는 ESC(105)로부터 워크피스(102)의 트랜스퍼에 간섭하지 않게 하기 위해, 클램핑 표면(152)에 대해 병진 및/또는 회전하도록 구성된다. 예를 들어, 도 2 및 도 3의 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들 중 적어도 하나는 맞물림 위치(170A)와 맞물림 해제 위치(170B) 사이에서 하나 또는 둘 이상의 축들(178)에 대해 회전하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 후크들(176) 또는 "핑거들"을 포함하고, 여기서 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들은 맞물림 해제 위치에서 클램핑 표면(152)의 평면(174) 아래에서 회전하고, 이에 따라, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들과 관련된 방해요인들(hindrances) 없이 클램핑 표면으로부터 워크피스(102)를 들어올리기 위해 워크피스 핸들링 장치(미도시)를 허용한다. 본 발명은 추가로, 예시적인 보조 기계적 클램프들(168)이 여기에 설명되고 예시되지만, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들의 다양한 다른 구조물들 및/또는 구성들이 가능하고, 모든 이러한 구조물들 및/또는 구성들이 정전 척(105)과 관련하여 본 발명의 범위 내에서 벗어나지 않는 것으로서 고찰된다는 것을 인식한다. 예를 들어, 캠 메커니즘(179)은 도 3, 도 5, 도 7 및 도 8에 예시된 다양한 예들에 예시된 것과 같이 하나 또는 둘 이상의 축들(178)과 연관되고, 여기서 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 미리결정된 경로를 따르면서 하나 또는 둘 이상의 축들에 대해 회전하도록 구성된다.
본 개시물의 다른 예시적인 양상에 따르면, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 도 2 및 도 4에 예시된 바와 같이 워크피스(102)의 에지(180)(예를 들어, 둘레)를 선택적으로 맞물리도록 구성된다. 예를 들어, 도 1의 워크피스(102)가 워크피스 스캐닝 시스템(138)(예컨대, 스캔 암(140))을 통해서 이온 빔(134)과 같은 프로세스 매체를 통해서 스캐닝되는 상황에서, 컨트롤러(150)와 연관된 제어 알고리즘과 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)과 협력하는 도 2의 하나 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은, 스캔 암이 수평으로부터 미리결정된 각도를 초과하는 각도 보다 작은 각도로 워크피스의 에지(180)를 선택적으로 맞물리도록 구성된다. 예를 들어, "적재 위치"에서, 워크피스(102)는 클램핑 표면(152) 상에 (클램핑 표면은 0 도(예를 들어, 수평으로 배향됨)에 있음) 위치될 수 있고; 그러나, 프로세스 매체(예컨대, 이온 빔(134))를 통해서 워크피스(102)의 예시적인 스캐닝 동안, 워크피스는 워크피스로의 이온들의 적절한 주입을 달성하기 위해 비-수평 배향으로 병진될 수 있다. 이러한 비-수평 배향에서, 도 2의 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 수평에 대해 미리결정된 각도를 초과한다(예컨대, 30 도). 이에 따라, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은, 이와 다르게 중력이 워크피스로 하여금 클램핑 표면(152)에 대해 이동하도록 허용할 경우에, 워크피스(102)를 선택적으로 기계적으로 클램핑하도록 구성된다. 이와 같이, 본 개시물의 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 이러한 환경에서 정전 클램핑을 통해서 또는 정전 클램핑 없이 활용될 수 있으며, 여기서 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들의 보조 클램핑은 워크피스(102) 상에서의 중력을 극복한다.
도 4에 예시된 바와 같이, 다른 예시적인 ESC(200)의 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은, 예를 들어, 이들이 ESC(200)상에 중심을 둔 워크피스(102)를 유지시키기 위해 둘레 고정(circumferential restraining) 디바이스 또는 "펜스"로서 작용하도록 추가적으로 또는 대안적으로 구성될 수 있다. 일 예시에서, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 클램핑 표면(152)을 향해서 워크피스(102)상에 하향력을 제공하도록 구성되어, 이에 따라 정전 척(105)의 클램핑 표면에 대해 워크피스를 가압한다. 그러나, 본 발명은 또한 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)에 의해 어떠한 하향 압력도 없는 것을 고찰한다. 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 워크피스(102)의 둘레에 위치된 클램핑 표면(152)으로부터 외측으로 연장하는 3개 또는 4개 이상의 핀들(181)을 통해서와 같이, 오직 둘레 경계를 제공할 수 있으며, 여기서 워크피스에는 어떠한 둘레력도 인가되지 않거나 또는 최소의 둘레력이 인가된다. 대안적으로, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 선택적으로(예컨대, 방사상으로, 축을 중심으로, 또는 선형으로) 병진될 수 있는 워크피스(102)의 둘레(184)에 대해 위치된 3개 또는 4개 이상의 클램핑 부재들(182)을 통해서 워크피스(102)에 인가된 둘레 클램핑력을 포함하고, 이에 의해 워크피스에 둘레 클램핑 압력을 선택적으로 가한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 일반적으로 강성이며, 여기서 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들은 일반적으로 클램핑 표면(152)에 대해 워크피스(102)의 임의의 움직임을 방지한다. 예를 들어, 워크피스(102)가 프로세스 매체(예컨대, 도 1의 이온 빔(134))에 대해 스캐닝되는 프로세스에서, 정전기 클램프(200)의 상당한 가속 및 감속이 워크피스가 프로세스 매체를 통해서 반복적으로 스캐닝됨에 따라서 존재한다. 이에 따라, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)의 클램핑 부재들(182)은, 그 변형을 방지하도록, 그리고 정전 척(200)의 클램핑 표면(152)에 대해 워크피스(102)의 위치를 실질적으로 유지하도록, 실질적으로 강성인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 도 5에 더욱 상세하게 설명된 것과 같이, 정전 클램프(200)는 그 클램핑 표면(152)상에 위치된 도 4의 워크피스(102)를 선택적으로 가열하도록 구성된 히터(202)를 포함한다. 도 5의 히터(202)는, 예를 들어, 정전 척(200) 내에 임베딩되거나 또는 이와 다르게 워크피스(102)에 열을 트랜스퍼하여 워크피스가 프로세싱 동안 상승된 온도에 있도록 할 수 있는, 램프 엘리먼트들, 저항성 히터 엘리먼트들, 및/또는 다수의 가열 디바이스들의 임의의 다른 것을 포함한다. 바람직하게, 정전 클램프(200)는, 써모스탯, 열전대, 또는 (정전 클램프(200)의 클램핑 표면(152) 및 도 4의 워크피스(102) 중 하나 이상의 온도를 결정하도록 구성된)다른 온도 모니터링 디바이스와 같은 온도 모니터링 장치(204)를 추가로 포함한다.
이에 따라, 도 1의 컨트롤러(150)는, 클램핑 표면(152) 및 워크피스(102) 중 하나 또는 둘 이상의 온도가 미리결정된 온도를 초과할 때, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)을 선택적으로 작동시키도록 추가로 구성되며, 이에 의해 미리결정된 온도 및 미리결정된 온도를 상회하는 ESC(105)에 워크피스의 보조 기계적 클램핑을 제공한다. 일 예에서, 이러한 제어는, 도 5의 히터(202)가 활성화될 때, 그리고 모니터링된 온도가 미리결정된 값을 초과할 때, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)을 작동시키도록 구성된다. 이와 같이, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은, 앞서 설명된 ESC(200)의 증가된 온도에 의해 야기되는 약화된 정전기 클램핑력으로 인한 것과 같이 필요할 때에만 워크피스(102)를 클램핑하고 확장하도록, 프로세싱 동안 철회된(retracted) 또는 맞물림 해제 위치(170B)에서 유지한다(그리고 바람직하게는 격납됨).
도 6은 예시적인 ESC(200)을 평면도로 예시하며, ESC는 다양한 크기들의 워크피스들을 선택적으로 클램핑하도록 구성된다. 본 예시에 따르면, 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들(168)은 제 1 클램핑 세트(206) 및 제 2 클램핑 세트(208)로 분할되고, 여기서 제 1 클램핑 세트는 도 5에 예시된 바와 같이 제 1 크기의 제 1 워크피스(210)를 선택적으로 기계적으로 클램핑하도록 구성된다. 제 1 클램핑 세트(206)는 보조 기계적 클램프들(168A 및 168B)을 포함한다. 제 2 클램핑 세트(208)는, 예를 들어, 제 2 크기의 도 4에 예시된 제 2 워크피스(212)를 선택적으로 기계적으로 클램핑하도록 구성되며, 여기서 제 2 크기는 제 1 크기보다 크다. 따라서, 제 2 클램핑 세트(208)는 보조 기계적 클램프들(168C-168F)을 포함한다.
도 7은, 예를 들어, 도 6의 ESC(200)의 단면도를 예시하며, 제 1 크기의 제 1 워크피스(210)는 제 1 클램핑 세트(206)를 통해서 클램핑된다. 이와 같이, 제 1 워크피스(210)는 세라믹 히터(214) 상에 얹혀 있고(rest on), 보조 기계적 클램프들(168A 및 168B)은 제 1 워크피스(210)를 클램핑 표면(216)으로 클램핑한다. 일 예에 따르면, 쉴드(218)에는 이를 통해서 연장하는 제 2 클램핑 세트(208)를 위한 슬롯들(220)이 제공되며, 여기서 쉴드는 일반적으로 클램핑 표면(216)의 평면(222) 아래에 상주하는 컴포넌트들을 차폐한다. 이와 같이, 도 8은 도 6의 ESC(200)을 예시하며, 여기서 (도 7의 제 1 워크피스(210) 보다 큰)제 2 워크피스(212)는 도 6의 보조 기계적 클램프들(168C-168F)를 포함하는 제 2 클램핑 세트(208)를 통해서 클램핑 표면(216)에 클램핑된다. 제 2 워크피스(212)가 ESC(200)에 클램핑될 때, 제 1 클램핑 세트(206)는 일반적으로 클램핑 표면(216)의 평면(222) 아래에 있는 맞물림 해제 위치(170B) 내에 위치된다.
도 9는 정전 척에 워크피스를 효과적으로 클램핑하기 위한 예시적인 방법(300)을 예시한다. 예시적인 방법들은 본원에서 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 예시되고 설명되는 것으로 유의해야하고, 몇몇 단계들이 본 발명에 따라서 본원에 설명되고 도시된 것과는 다른 단계들과 상이한 순서들로 및/또는 동시에 발생할 수 있기 때문에, 본 발명은 이러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서들에 의해 제한되지 않는다는 것을 인식해야 할 것이다. 이에 더해, 본 발명에 따라서 방법을 구현하기 위해 예시된 방법들이 모두 요구되지 않을 수 있다. 또한, 이 방법들은 예시되지 않은 다른 시스템들과 관련하여 뿐만 아니라 본원에 설명되고 예시된 시스템들과 관련하여 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 9에 예시된 바와 같이, 일 예에 따르면, 방법(300)은 동작(302)에서 정전기력을 통해서 정전기 클램프의 클램핑 표면에 워크피스를 선택적으로 정전기적으로 클램핑하는 단계를 포함한다. 정전기력을 달성하기 위해, 예를 들어, 클램핑 전압이 정전기 클램프의 하나 또는 둘 이상의 전극들에 선택적으로 인가된다. 본 발명에 따르면, 기계적 클램핑력은 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들을 통해서 동작(304)에서 워크피스에 선택적으로 더 인가된다. 기계적 클램핑력의 인가는, 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 미리결정된 조건들에 기초하여 인가된다. 하나 또는 둘 이상의 미리결정된 조건들은, 예를 들어, 워크피스 및 정전기 클램프 중 하나 이상의 온도를 포함한다.
예를 들어, 워크피스 및/또는 정전 척의 온도가 미리결정된 온도를 충족하거나 또는 초과하는 즉시, 기계적 클램핑력이 인가된다. 미리결정된 온도는, 예를 들어, 정전 척을 통한 누설 전류가 미리결정된 온도에서 정전 척의 유전체 층의 증가된 전기 전도율으로 인해 미리결정된 양을 상회하는 온도이다. 미리결정된 온도는, 예를 들어, 200℃ 또는 그 이상을 초과한다. 이에 따라, 본 발명의 방법은, 워크피스로의 정전기 인력이 정전 척 및/또는 워크피스의 증가된 온도로 인해 약화될 때 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들을 통해서 워크피스를 유리하게 맞물리고, 클램핑 표면에 워크피스를 기계적으로 클램핑한다.
다른 예에 따르면, 방법(300)은 동작(302)에서 정전기력을 통해서 정전 척의 클램핑 표면에 워크피스를 선택적으로 정전기적으로 클램핑하는 단계를 포함하고, 기계적 클램핑력은 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램프들을 통해서 동작(304)에서 워크피스에 선택적으로 추가로 인가된다. 기계적 클램핑력의 인가는, 예를 들어, ESC의 클램핑 표면이 미리결정된 각도에 놓이는 미리결정된 조건에 기초하여 인가되어, 워크피스 및/또는 정전 척에 대한 중력이 미리결정된 양을 충족하거나 또는 초과할 때 기계적 클램핑력이 인가된다. 예를 들어, ESC의 배향의 결과로서 클램핑 표면상의 고정 위치에 워크피스를 유지시키는데 불충분하거나, 또는 ESC에 인가된 병진력이 고정 위치에 워크피스를 유지시키는데 불충분할 경우, 정전 척과 관련된 정전기력이 인가된다.
이에 따라, 본 발명은, 개선된 클램핑 성능, 특히 상승된 프로세싱 온도를 제공하는 정전 척을 제공한다. 본 발명이 특정 바람직한 실시예 또는 실시예들에 대해서 도시되고 설명되었지만, 동일한 변경들 및 변형들이 본 상세한 설명 및 첨부된 도면들의 판독 및 이해시에 당업자에게 발생할 것임은 명백하다. 앞서 설명된 컴포넌트들(어셈블리들, 디바이스들, 회로들 등)에 의해 수행된 다양한 기능들에 특히 관련하여, 본원에 예시된 본 발명의 예시적인 실시예들에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동일하지 않다고 하더라도, 이와 다르게 언급하지 않는 한, 이러한 컴포넌트들을 설명하는데 이용된 ("수단"에 대한 참조를 포함하는) 용어들은 설명된 컴포넌트의 특정 기능(즉, 기능적으로 동일)을 수행하는 임의의 컴포넌트에 대응하도록 의도된다. 또한, 본 발명의 특별한 특징이 몇몇 실시예들 중 오직 하나에만 관련하여 설명되었지만, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특별 애플리케이션에 대해 바람직하며 유리할 수 있기 때문에 다른 실시예들의 하나 또는 둘 이상의 다른 특징들과 조합될 수 있다.

Claims (24)

  1. 워크피스의 위치를 선택적으로 유지하기 위한 정전기 클램프(electrostatic clamp)로서,
    클램핑 표면을 갖는 클램핑 플레이트 ― 상기 클램핑 표면은 상기 워크피스를 접촉시키도록 구성됨 ― ;
    상기 클램핑 플레이트와 연관된 하나 또는 둘 이상의 전극들 ― 상기 하나 또는 둘 이상의 전극들에 인가된 전압은 상기 워크피스를 상기 클램핑 표면에 선택적으로 정전기적으로 끌어당기도록 동작가능함 ― ; 및
    상기 워크피스의 적어도 일부분을 상기 클램핑 표면에 선택적으로 고정시키도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 보조 클램핑 부재들을 포함하는, 정전기 클램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크피스와 연관된 온도를 결정하도록 구성된 온도 모니터링 디바이스; 및
    상기 워크피스와 연관된 상기 온도에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 하나 또는 둘 이상의 전극들에 인가된 상기 전압의 제어 및 상기 하나 또는 둘 이상의 보조 클램핑 부재들의 제어를 통해서 상기 워크피스를 상기 클램핑 표면에 선택적으로 클램핑하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함하는, 정전기 클램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑 플레이트와 연관된 히터를 더 포함하고,
    상기 히터는 상기 클램핑 플레이트 및 상기 워크피스 중 하나 또는 둘 이상을 선택적으로 가열하도록 구성되는, 정전기 클램프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    배킹 플레이트(backing plate)를 더 포함하고,
    상기 배킹 플레이트는 상기 정전기 클램프에 대한 구조적 지지(structural support) 및 강성(rigidity)을 제공하는, 정전기 클램프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램핑 부재들은 하나 또는 둘 이상의 축들에 대해 회전하고 그리고/또는 병진하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 클램핑 부재들을 포함하고,
    맞물림 위치(engaged position)에서, 상기 하나 또는 둘 이상의 클램핑 부재들 각각의 부분은 상기 워크피스의 상부 표면에 맞물리도록 구성되는, 정전기 클램프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    맞물림 해제 위치(disengaged position)에서, 상기 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램핑 부재들은 상기 워크피스의 평면 아래에 상주하도록 구성되는, 정전기 클램프.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 클램핑 부재들 중 적어도 하나는 상기 하나 또는 둘 이상의 축들과 연관된 캠(cam) 메커니즘을 포함하는, 정전기 클램프.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램핑 부재들은, 상기 클램핑 표면에 대해 선택적으로 병진하고 그리고/또는 회전하도록 구성되고, 상기 보조 기계적 클램핑 부재들에서 상기 클램핑 표면과 연관된 적어도 하나의(at least a) 평면 내에 상기 워크피스를 선택적으로 한정시키는, 하나 또는 둘 이상의 핀들을 포함하는, 정전기 클램프.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 보조 클램핑 부재들은 상기 워크피스의 둘레의 적어도 일부를 선택적으로 고정시키도록 구성되고,
    상기 워크피스는 상기 클램핑 표면의 평면을 따라서 이동하는 것으로부터 일반적으로 선택적으로 방지되는, 정전기 클램프.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 보조 클램핑 부재들은 상기 워크피스의 상부 평면의 하나 또는 둘 이상의 부분들을 상기 클램핑 표면에 선택적으로 고정시키도록 구성되고,
    상기 워크피스는 상기 클램핑 표면의 평면에 수직하여 이동하는 것으로부터 일반적으로 선택적으로 방지되는, 정전기 클램프.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크피스는, 실리콘, 실리콘 카바이드, 게르마늄, 및 갈륨 비소 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는, 정전기 클램프.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 보조 기계적 클램핑 부재들은 제 1 클램핑 세트 및 제 2 클램핑 세트로 분할되고,
    상기 제 1 클램핑 세트는 제 1 크기의 제 1 워크피스를 상기 클램핑 표면으로 선택적으로 기계적으로 클램핑하도록 구성되고, 그리고
    상기 제 2 클램핑 세트는 제 2 크기의 제 2 워크피스를 상기 클램핑 표면으로 선택적으로 기계적으로 클램핑하도록 구성되고,
    상기 제 2 크기는 상기 제 1 크기보다 큰, 정전기 클램프.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 클램핑 세트는, 상기 제 2 워크피스가 상기 클램핑 표면상에 상주할 때, 일반적으로 상기 클램핑 표면의 평면 아래에 선택적으로 위치되도록 구성되는, 정전기 클램프.
  14. 정전기 클램프에 워크피스를 클램핑하기 위한 방법으로서:
    상기 정전기 클램프에 클램핑 전압을 선택적으로 제공하고, 상기 정전기 클램프에서 상기 정전기 클램프의 클램핑 표면에 상기 워크피스를 선택적으로 정전기적으로 클램핑하는 단계; 및
    하나 또는 둘 이상의 미리결정된 조건들에 기초하여 상기 워크피스에 기계적 클램핑력을 선택적으로 인가하는 단계를 포함하는, 클램핑하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 미리결정된 조건들은 상기 워크피스 및 상기 정전기 클램프 중 하나 또는 둘 이상의 미리결정된 온도를 포함하는, 클램핑하기 위한 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기계적 클램핑력은, 상기 워크피스 및/또는 상기 정전기 클램프의 온도가 상기 미리결정된 온도를 충족하거나 또는 초과할 때, 인가되는, 클램핑하기 위한 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 미리결정된 조건들은 상기 미리결정된 온도에 있는 상기 정전기 클램프의 유전체 층의 증가된 전기 전도율과 연관된 미리결정된 누설 전류를 더 포함하고,
    상기 기계적 클램핑력은, 상기 정전기 클램프와 연관되는 측정된 전류가 상기 미리결정된 누설 전류를 충족하거나 또는 초과할 때, 인가되는, 클램핑하기 위한 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 미리결정된 온도는 200℃를 초과하는, 클램핑하기 위한 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 기계적 클램핑력의 선택적인 인가(selective application)는 상기 워크피스의 둘레에 인가되는, 클램핑하기 위한 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 기계적 클램핑력의 선택적인 인가는, 상기 워크피스가 상기 클램핑 표면의 평면을 따라서 이동하는 것을 일반적으로 방지하는 것을 포함하는, 클램핑하기 위한 방법.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 기계적 클램핑력의 선택적인 인가는, 상기 워크피스의 상부 표면에 인가되는, 클램핑하기 위한 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 클램핑 전압은, 상기 기계적 클램핑력이 인가된 후, 또는 일반적으로는 상기 기계적 클램핑력이 인가됨과 동시에, 중단되는(halted), 클램핑하기 위한 방법.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 미리결정된 조건들은, 상기 워크피스 및/또는 상기 정전기 클램프에 대한 중력 및/또는 관성력이 상기 정전기 클램프와 연관된 정전기력들이 상기 정전기 클램프에 대해 고정된 위치에 상기 워크피스를 유지시키기에 불충분한 양을 충족하거나 또는 초과하자마자 상기 기계적 클램핑력이 인가되도록, 상기 정전기 클램프의 각 위치(angular position)를 포함하는, 클램핑하기 위한 방법.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 미리결정된 조건들은 상기 워크피스 및/또는 상기 정전기 클램프에 인가된 병진력 및/또는 관성력의 결정을 포함하고,
    상기 병진력 또는 상기 관성력은, 상기 정전기 클램프와 연관된 정전기력들이 상기 정전기 클램프에 대해 고정 위치에 상기 워크피스를 유지시키는데 불충분한 양을 충족하거나 또는 초과하는, 클램핑하기 위한 방법.
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