KR20150082271A - 포토패터닝-가능 연성 돌기 접촉면을 갖는 정전 척 - Google Patents

포토패터닝-가능 연성 돌기 접촉면을 갖는 정전 척 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 구현예에 따르면, 제조가능성 및 접지된 표면 플래튼(압반) 디자인과의 상용성을 개선하는 동시에, 웨이퍼, 작업편 또는 다른 기판을 위한 비-마모성 접촉 표면을 제공하는 정전 척용 연성 돌기 구조를 제공한다. 연성 돌기 구조는 포토패터닝-가능 중합체를 포함한다.

Description

포토패터닝-가능 연성 돌기 접촉면을 갖는 정전 척{ELECTROSTATIC CHUCK WITH PHOTO-PATTERNABLE SOFT PROTRUSION CONTACT SURFACE}
관련 출원
본원은, 2009년 5월 15일에 출원된 미국 가출원 제61/216,305호의 이점을 주장하는 2010년 5월 13일에 영문으로 출원된 국제특허출원 제PCT/US2010/034667호의 미국 국내 단계인 2011년 10월 27일에 출원된 미국 특허출원 제13/266,657호의 일부계속출원인 2012년 11월 2일에 출원된 미국 특허출원 제13/667,516호의 계속출원이다. 위 출원들의 전체 교시 내용을 본원에 참조로 통합한다.
정전 척은 제조 공정 동안 기판을 고정 및 지지하고, 또한 기판을 기계식으로 클램핑하지 않으면서 기판으로부터의 열을 제거한다. 정전 척이 사용되는 동안, 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 배면이 정전력에 의해 정전 척의 면에 고정된다. 기판은 전극을 덮는 물질 표면층에 의해, 정전 척의 면에 있는 하나 이상의 전극으로부터 이격된다. 쿨롬 척(Coulombic chuck)의 경우에 표면층은 전기 절연성인 한편, 존슨-라벡 척(Johnsen-Rahbek Chuck)의 경우에 표면층은 약한 전도성을 나타낸다. 정전 척의 표면층은 편평할 수 있거나, 또는 하나 이상의 돌기, 돌출부 또는 다른 표면 특징부를 가짐으로써 기판의 배면을 덮인 상태의 전극으로부터 더 이격시킬 수 있다. 가공 동안 기판에 전해지는 열은 돌기를 이용한 접촉 열 전도 및/또는 냉각 기체를 이용한 기체 열 전도를 통해 기판으로부터 정전 척에 전달될 수 있다. 기판으로부터 열을 제거할 때 접촉 열 전도가 기체 열 전도보다 일반적으로 더 효율적이다. 그러나, 기판과 돌기들 사이의 접촉량을 조절하는 작업이 어려울 수 있다.
미세전자소자의 생산에서, 반도체와 메모리 장치의 기하학적 구조가 점차 소형화되고, 웨이퍼, 평면 스크린 디스플레이, 레티클 및 다른 가공된 기판의 크기가 점차 대형화됨에 따라, 허용 가능한 미립자 오염 공정 사양이 더 제한되고 있다. 웨이퍼는 척 클램핑 표면에 물리적으로 접촉 또는 장착되기 때문에, 정전 척 상의 입자들의 효과에 각별한 관심을 기울이고 있다. 정전 척의 장착 표면으로 인해 임의의 미립자가 장착 표면과 기판 사이에 포집될 수 있는 경우, 기판은 상기 포집된 입자로 인해 변형될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 배면이 편평한 기준 표면에 대해 정전기적으로 클램핑되면, 상기 포집된 입자는 웨이퍼의 전면(front side)을 변형시킬 수 있으며, 이에 따라 입자는 평면에 위치하지 못하게 될 수 있다. 미국 특허 제6,835,415호에 따르면, 편평한 정전 척 상에 존재하는 10-마이크론 입자는 레티클(즉, 테스트 웨이퍼)의 표면을 1인치 이상의 반경 거리에 대해 변위시킬 수 있음이 연구들을 통해 드러났다. 입자에 의해 유도되는 변위의 실제 높이와 직경은 입자 크기, 입자 경도, 클램핑력 및 레티클의 두께와 같은 여러 매개변수에 따라 정해진다.
기판을 가공하는 동안, 기판의 온도를 제어하거나, 기판의 최대 온도 상승을 제한하거나, 기판 표면상의 온도의 균일성을 유지하거나, 또는 이들 중 임의를 복합적으로 시행할 수 있는 것이 중요하다. 열악하고/하거나 불균일한 열 전달로 인해 기판 표면에 걸쳐 과도한 온도 변화가 생기면, 기판이 뒤틀릴 수 있고, 공정 화학에 영향이 미칠 수 있다. 정전 척과의 직접적인 접촉 면적이 클수록, 더 많은 열이 접촉 열 전도에 의해 전달된다. 직접적인 접촉 면적의 크기는 기판과 정전 척의 접촉 표면들이 갖는 거칠기, 편평도 및 경도와 함수 관계에 있을 뿐만 아니라, 접촉 표면들 사이로 인가된 압력과도 함수 관계에 있다. 접촉 표면의 특성은 기판마다 다르고 접촉 표면의 특성이 시간이 지나면서 달라질 수 있기 때문에, 정전 척과 기판 사이의 접촉 열 전도도를 정확하게 제어하기란 쉽지 않다.
미세전자소자, 레티클 마스크, 및 기타 이러한 구조들에 대한 손상을 줄이거나 없애고, 제조 수율의 손실을 줄이거나 최소화하기 위해, 기판의 온도 및 기판 배면 상의 입자들의 수를 제어하는 일이 중요하다. 정전 척 돌기들의 마모 특성, 거칠어진 돌기들의 큰 접촉 면적, 정전 척의 제조시 래핑 및 연마 조작의 결과 모두는, 정전 척을 수반한 용도시 기판의 배면에 입자 애더가 발생하는 원인들이 될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 제조가능성 및 접지된 표면 플래튼(압반) 디자인과의 상용성을 개선하는 동시에, 웨이퍼, 작업편 또는 다른 기판을 위한 비-마모성 접촉 표면을 제공하는 정전 척용 연성 돌기 구조를 제공한다. 연성 돌기 구조는 포토패터닝-가능 중합체를 포함한다.
본 발명에 따른 일 구현예에서는 정전 척을 제공하며, 상기 정전 척은 기판을 정전 척에 정전기적으로 클램핑 하기 위한 전하를 형성하기 위해 전극 내 전압에 의해 활성화되는 표면층을 포함한다. 표면층은 포토패터닝-가능 중합체를 포함한 다수의 돌기, 및 상기 다수의 중합체 돌기가 부착된 전하 제어층을 포함한다. 이러한 다수의 중합체 돌기는 자신들을 둘러싸는 전하 제어층의 부분들 위의 높이까지 연장되어, 기판이 정전기적으로 클램핑되는 동안 기판을 상기 다수의 중합체 돌기 상에 지지한다.
또 다른 관련 구현예에 따르면, 포토패터닝-가능 중합체는 베이크 공정 전에 실온에서 액체 상태로 있는 포토패터닝-가능 중합체를 포함할 수 있거나, 또는 베이크 공정 전에 실온에서 고체 상태로 있는 포토패터닝-가능 중합체를 포함할 수 있다. 포토패터닝-가능 중합체는 에폭시계, 폴리이미드계 또는 벤조사이클로부텐계 포토패터닝-가능 중합체를 포함할 수 있다. 전하 제어층은 탄화규소 또는 다이아몬드상 탄소를 포함할 수 있다. 전하 제어층의 표면 저항은 약 108 Ω/sq 내지 약 1011 Ω/sq일 수 있다. 중합체 돌기의 높이는 약 3 마이크론 내지 약 12 마이크론일 수 있고; 직경은 약 900 마이크론일 수 있다. 정전 척은 포토패터닝-가능 중합체, 이를테면 에폭시계, 벤조사이클로부텐계 또는 폴리이미드계 포토패터닝-가능 중합체로 이루어진 가스 씰 링(gas seal ring)을 더 포함할 수 있다. 상기 다수의 중합체 돌기의 표면 거칠기는 약 0.02 ㎛ 내지 약 0.05 ㎛일 수 있다. 포토패터닝-가능 중합체는 약 70 메가파스칼(MPa)을 초과하는 인장강도를 지닌 물질을 포함할 수 있으며, 약 3.5 기가파스칼(GPa) 미만의 영률을 지닌 물질을 포함할 수 있다. 정전 척에는 정전 척의 가스 씰 링의 작업편-접촉 표면의 적어도 일 부분을 덮는 전도성 경로가 포함될 수 있으며, 상기 전도성 경로의 적어도 일 부분은 접지 전기적 경로로 이루어져 있다. 전도성 경로는 다이아몬드상 탄소를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 구현예에서는 정전 척을 제공하며, 상기 정전 척은 기판을 정전 척에 정전기적으로 클램핑 하기 위한 전하를 형성하기 위해 전극 내 전압에 의해 활성화되는 표면층을 포함한다. 표면층은 전도성 중합체를 포함한 다수의 돌기, 및 상기 다수의 중합체 돌기가 부착된 전하 제어층을 포함한다. 이러한 다수의 중합체 돌기는 자신들을 둘러싸는 전하 제어층의 부분들 위의 높이까지 연장되어, 기판이 정전기적으로 클램핑되는 동안 기판을 상기 다수의 중합체 돌기 상에 지지한다.
또 다른 관련 구현예에 따르면, 전도성 중합체는 탄소 나노튜브 및 중합체의 블렌드; 및 전도성 나노입자가 도핑된 중합체로 이루어진 군에 속하는 중합체를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 구현예에서는 정전 척의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 표면상에 포토패터닝-가능 중합체를 포함하고, 상기 포토패터닝-가능 중합체의 적어도 일 부분의 하부에 전하 제어층을 포함하는 정전 척의 상기 표면상의 포토패터닝-가능 중합체를 마스크를 통해 빛에 노광시키는 단계; 및 마스크를 통해 노광된 표면의 패턴에 근거하여 정전 척의 표면의 영역들을 제거하여, 정전 척의 표면상에 다수의 중합체 돌기를 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 다수의 중합체 돌기는 전하 제어층에 부착되며, 자신들을 둘러싸는 전하 제어층의 부분들 위의 높이까지 연장된다.
또 다른 관련 구현예에 따르면, 상기 방법은 포토패터닝-가능 중합체를 포함한 중합체 시트를 전하 제어층의 적어도 일 부분 위에 적층시키는 단계를 포함할 수 있거나, 또는 포토패터닝-가능 중합체를 포함한 액상 중합체를 전하 제어층의 적어도 일 부분 위에 분무시키는 단계를 포함할 수 있다. 포토패터닝-가능 중합체는 약 70 메가파스칼(MPa)을 초과하는 인장강도와, 약 3.5 기가파스칼(GPa) 미만의 영률을 지닌 물질을 포함할 수 있다. 상기 방법은 정적 척의 가스 씰 링의 작업편-접촉 표면의 적어도 일 부분을 전도성 경로로 덮는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 전도성 경로의 적어도 일 부분은 접지 전기적 경로로 이루어져 있다.
전술된 내용은 첨부된 도면들에 도시된 바와 같이 본 발명의 예시적 구현예들의 보다 구체적인 하기 설명으로부터 명백해질 것이며, 동일 참조 번호는 다른 도면들에서도 동일한 부분을 가리킨다. 이들 도면은 반드시 일정한 비례로 축소한 것은 아니며, 대신에 본 발명의 구현예들을 도시하는 것에 중점을 두었다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척의 상부층들의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척의 추가 층들을 보여주는 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척의 표면상의 돌기 패턴을 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척의 표면 외관에 대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척 상의 돌기 프로파일에 대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따라, 포토패터닝-가능 중합체를 사용하는 정전 척을 제조할 때 적층 공정을 이용하는 예를 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따라, 포토패터닝-가능 중합체를 사용하는 정전 척을 제조할 때 분무-코팅 공정을 이용하는 예를 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른, 중합체 돌기들 및 접지층을 포함하는 정전 척의 횡단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른, 중합체 돌기들 및 전도성 경로를 포함하는 정전 척의 횡단면도이다.
이하, 본 발명의 예시적 구현예들을 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 기판 장착을 위한 돌기들을 표면에 포함하는 정전 척이 제공된다. 돌기는 중합체 물질, 이를테면 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)으로 형성된다. 또한, 정전 척은 중합체 돌기들이 부착되는 전하 제어 표면층을 특징으로 한다. 전하 제어 표면층은 돌기와 동일한 중합체 물질, 이를테면 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)으로 형성될 수 있다. 이들 돌기 및 전하 제어 표면층은 정전 척와 기판을 접촉시켜 접촉 냉각을 촉진하면서, 또한 바람직하지 않은 입자들의 생성을 줄인다.
본 발명에 따른 또 다른 구현예에서, 포토패터닝-가능 중합체는 더 상세히 후술되겠지만 정전 척 상에 돌기와 가스 씰을 형성하는데 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척 상부 층들의 횡단면도이다. 정전 척은 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같은 중합체로 형성된 돌기들(101)을 특징으로 한다. 정전 척의 가스 씰 링(미도시)은 돌기(101)와 동일한 중합체와 같은 중합체로 형성될 수 있다. 이들 돌기(101)는 역시 중합체로 형성될 수 있는 전하 제어층(102)에 부착된다. 전하 제어층(102)의 목적은 표면 전하를 제거하기 위한 전도층을 제공하는 데에 있다. 전하 제어층(102)은 척 전력이 제거된 후 웨이퍼 또는 다른 기판이 척 표면에 정전기적으로 부착될 때 일어나는 "웨이퍼 고착(wafer sticking)" 가능성을 낮춘다. 가령 약 1×108 Ω/sq 내지 약 1×1011 Ω/sq 범위 같은 적절한 범위의 표면 비저항을 갖는 전하 제어층(102)은 바람직하지 않은 정전력 및 궁극적으로는 웨이퍼 고착을 초래할 수 있는 표면 전하 보유 현상을 줄이는 것으로 드러났다. 약한 전도성 표면층은 정전 척과 기판 사이의 정전 인력을 방해하지 않으면서 전하를 접지시켜 없앤다(미도시). 일 구현예에 의하면, 돌기들(101) 및 전하 제어층(102) 모두는 단일 중합체, 이를테면 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)으로 형성된다. 전하 제어층(102) 하부에는 접착층(103)이 위치하며, 전하 제어층과는 상이한 중합체를 포함할 수 있다. 특히, 전하 제어층이 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)으로 형성될 때, 접착층(103)은 폴리에테르이미드(PEI)를 포함할 수 있다. 대안으로는, 접착층(103)을 생략해도 된다. 접착층(103)의 하부(또는 전하 제어층(102)의 바로 아래)에, 정전 척은 상부의 중합체 층들이 유전체층(105)에 접착되도록 돕는 접착 코팅층(104)을 포함한다. 접착 코팅층(104)은 그 위의 중합체 층들 아래에 묻혀 있으면서, 중합체 내 외관 결함을 은폐시킨다. 접착 코팅층(104)은 예를 들면 규소-함유 질화물, 산화물, 탄화물 및 이들의 비-화학양론적 물질, 가령 SiOxNy, 질화규소, 산화규소 또는 탄화규소를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 접착 코팅층은 탄소 또는 탄소 질화물; 및 다이아몬드상 탄소; 및/또는 이들의 임의 조합을 포함할 수 있다. 접착 코팅층(104)의 하부에는 알루미나 유전체와 같은 유전체층(105)이 위치한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척의 추가 층들을 보여주는 횡단면도이다. 정전 척은 돌기(201), 전하 제어층(202), 접착층(203), 접착 코팅층(204) 및 유전체층(205) 외에도 금속 전극들(206)을 포함한다. 금속 전극(206)은 전기전도성 에폭시 본드(208)에 의해 전극 핀(207)에 부착된다. 유전층(205)은 세라믹간 본드(210, ceramicto-ceramic bond)에 의해 절연층(209), 이를테면 알루미나 절연체에 부착된다. 세라믹간 본드(210)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 (PTFE 외에도 PFA 및/또는 FEP를 함유하는) 개질형 PTFE와 같은 중합체로 형성될 수 있다. 또한, 세라믹간 본드(210)는 퍼플루오로알콕시(PFA), 불소화 에틸렌-프로필렌(FEP) 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같은 중합체로 형성될 수 있다. 절연체(209) 하부에는 (가령, 독일의 뒤셀도르프에 소재한 Hankel AG & Co. KGaA에서 시판 중인 TRA-CON 열전도성 에폭시를 사용하여 형성할 수 있는) 열전도성 본드(211), 및 수냉(water cooled) 베이스(212)가 위치한다. 접착 코팅(204)은 정전 척의 가장자리 아래쪽(가스 밀봉 고리의 가장자리 아래쪽을 포함)으로 연장되어 금속 환원층(213)을 형성할 수 있으며, 이러한 금속 환원층은 빔이 정전 척의 가장자리에 충돌하여 알루미늄 입자들이 기판에 충돌되는 것을 막는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 돌기(201), 전하 제어층(202) 또는 정전 척의 다른 구성요소에 사용되는 폴리에테르이미드(PEI)는 약 12 마이크론 내지 약 25 마이크론 두께의 투명(unfilled) 비정질 등급의 폴리에테르이미드(PEI)로 형성될 수 있다. 예를 들어, Sabic Innovative Plastics Holdings BV가 ULTEM 1000이란 상표로 시판 중인 PEI를 사용하여도 된다. 돌기(201) 및/또는 전하 제어층(202) 또는 다른 구성요소가 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)으로 형성된 경우, 이들은 약 12 마이크론 내지 약 25 마이크론 두께의 투명 등급(unfilled) PEEK로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 미국 펜실베니아주 웨스트 컨쇼호켄에 소재한 빅트렉스(Victrex) U.S.A.사가 Victrex® APTIV PEEKTM FILM, 2000-006(투명 비정질 등급)이란 상표로 시판 중인 PEEK를 사용하여도 된다.
본 발명의 일 구현예에 따라 중합체 돌기들과 중합체 전하 제어층을 특징으로 하는 정전 척은 2009년 5월 15일에 출원되어 미국특허공개 제2009/0284894호로 공개된 미국특허출원 제12/454,336호의 정전 척의 특징들을 포함할 수 있으며, 상기 문헌의 전체 교시 내용을 본원에 참조로 통합하였다. 특히, 등간격으로 배치된 돌기들, 삼각형 패턴의 돌기들 및 낮은 입자 생성률과 관련된 특징들을 포함할 수 있으며, 기타 다른 특징들 또한 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척의 표면에 있는 돌기들(314)의 패턴에 대한 예시도로서, 돌기 패턴은 기판과 돌기들(314) 사이의 힘을 감소시키는데 사용된다. 이러한 힘을 균등하게 분배시키는 돌기 패턴들, 예를 들어, 삼각형 또는 대략 육각형 돌기 패턴을 사용할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "삼각형" 패턴이란 돌기들이 실질적으로 일정간격으로 이격됨으로써, 규칙적으로 반복되는 돌기들의 등변 삼각형 패턴을 뜻하고자 한 것임을 이해하면 된다. (이러한 패턴은 정육각형의 꼭지점들을 형성하는 여섯 개의 돌기들의 어레이의 중심에 중심 돌기가 위치한 대략 육각형 형상으로 보일 수도 있다). 또한, 돌기의 직경(315)을 늘리거나 돌기(314)의 중심간 간격(316)을 줄여서 힘을 감소시킬 수 있다. 도 3의 구현예에 도시된 바와 같이, 돌기들은 일정간격으로 이격된 배열로 배치될 수 있으며, 이때 각각의 돌기는 이웃한 돌기들로부터 중심간 간격 치수(316)만큼 실질적으로 일정간격으로 이격된다. 이러한 간격 덕분에, 기판 배면의 상당 부분이 돌기의 상부와 접촉하게 되며, 배면 냉각을 위한 헬륨 또는 그 밖의 기체를 위해 돌기들 사이에 공간이 생긴다. 이와는 반대로, 이러한 돌기 간격이 없으면, 낮은 비율(10% 이하)만의 돌기들만 기판과 접촉할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 기판은 돌기의 상부 표면적 중 25%가 넘는 면적과 접촉할 수 있다.
일 예로, 정전 척은 알루미늄 베이스, 약 0.120 인치 두께의 알루미나 절연체(209), 약 0.004 인치 두께의 알루미나 유전체(205)를 포함하고, 정전 척에 장착된 기판을 회전시키고 경사지게 하도록 설계된 회전형 플래튼을 구비한 300mm 구조일 수 있다. 정전 척의 직경은 예를 들어 300mm, 200mm 또는 450mm일 수 있다. 돌기들(314)은 중심간 간격 치수(316)가 예를 들어 약 6mm 내지 약 8mm인 삼각형 패턴으로 있을 수 있다. 돌기의 직경(315)은 예를 들어 약 900 마이크론이다. 돌기(314)의 높이는 예를 들어 약 3 마이크론 내지 약 12 마이크론, 이를테면 약 6 마이크론일 수 있다. 돌기(314)는 전하 제어층(202)(도 2 참조)의 경우와 같이 완전히 중합체로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척의 표면 외관을 나타내는 도면이다. 정전 척 표면에는 가스 유입구들(417), 그라운드 핀 통로(418), 가스 씰 링(419), 자체 가스 씰 링을 포함한 리프트 핀 통로(420)(도 4에서 리프트 핀 통로(420)의 외부 연한색 구조물), 및 척 중심(421)에 있는 작은 가스 유입구(도 4에서는 유입구를 볼 수 없음)를 포함한다. 그라운드 핀 통로(418)는 자체 가스 씰 링(도 4에서 그라운드 핀 통로(419)의 외부 링)을 포함할 수 있다. 상세한 그림(도 4의 삽입도(422))을 통해 돌기들(414)을 나타내었다. 가스 씰 링(419)(및 리프트 핀 통로(420) 및 그라운드 핀 통로(418)의 가스 씰 링들)의 폭은 약 0.1 인치일 수 있고, 높이는 돌기(414)의 높이, 이를테면 약 3 마이크론 내지 약 12 마이크론(가령, 약 6 마이크론)일 수 있지만, 기타 다른 폭과 높이도 가능하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 정전 척은 우선 세라믹간 본드를 사용하여세라믹 조립체를 마련하는 공정을 통해 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구현예와 관련하여 전술한 본딩 물질을 사용하여 유전층(205)을 절연층(209)에 부착시킬 수 있다. 다음으로는, 세라믹 조립체의 두께가 약 1 내지 2 마이크론이 될 때까지 도 1의 구현예와 관련하여 전술한 물질과 같은 접착 코팅(204)으로 피복한다. 이어서, 전하 제어층(202) 및 돌기들(201)을 형성하게 되는 중합체 물질을 접촉 코팅(204)의 표면에 부착시킨다. 그런 후에는 중합체 물질의 상부를 플라즈마 처리하여, (다음 단계에서 적용되는) 포토레지스트가 들러붙게 돕는다. 다음으로, 포토레지스트를 중합체 물질 위에 증착시킨 후, 노광 및 현상시킨다. 이어서, 반응성 이온 식각 공정을 이용하여 중합체 물질의 두께(이를테면, 약 3 마이크론 내지 약 12 마이크론, 특히 약 6 마이크론)를 제거하여 돌기들(201) 사이에 영역을 생성한다. 정전 척에 사용하게 될 배면 가스 압력에 대해 식각량(결과적으로 돌기에 높이가 생김)을 최적화시킬 수 있다. 바람직하게 돌기의 높이는 배면 냉각에 사용하는 가스의 평균 자유 경로와 대략 동일하거나 실질적으로 같다. 식각 단계가 끝나면, 포토레지스트를 박리하고, 본 공정은 정전 척의 최종 조립 단계로 이어진다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 정전 척 상의 돌기 프로파일에 대한 도면이다. 폭 및 높이는 마이크로미터 단위로 표시되었다. 돌기는 높이가 약 6 마이론이고, 아주 매끄러운 웨이퍼 접촉면(523)을 가진다. 예를 들어면, 웨이퍼 접촉면(523)에서 돌기의 표면 거칠기는 약 0.02 내지 약 0.05μm일 수 있다. 마찬가지로, 가스 씰 링들도 유사한 매끄러운 표면을 가질 수 있으므로, 기판과 잘 밀봉된다. 아래의 표 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 가스 누출률 실험의 결과를 나타낸다. 좌측 칼럼은 배면 가스 인가 압력을 나타내고, 우측 칼럼은 정전 척 가장자리 아래로부터의 가스 누출로 인해 발생하는 배면 가스 유량, 중간 칼럼은 정전 척 가장자리에서 더 많은 가스가 누출될 때 상승하는 될 챔버 압력을 나타낸다. (본원에서와 같이) 배면 가스 유량이 1 sccm 미만인 결과가 바람직한 것으로 간주된다.
가스 누출률 시험
BSG 압력 챔버 압력 BSG 유량
(Torr) (Torr) (sccm)
0 2.44E-06 na
4 5.17E-06 0.09
10 9.04E-06 0.34
15 1.24E-05 0.56
25 2.02E-065 1.1
본 발명의 일 구현예에 의하면, 정전 척의 가스 씰 링은 약 8 마이로크인치 미만, 또는 약 4 마이로크인치 미만, 또는 약 2 마이로크인치 미만, 또는 약 1 마이로크인치 미만의 표면 거칠기를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서는 포토패터닝-가능 중합체를 사용하여 정전 척 상에 돌기들과 가스 씰을 형성할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "포토패터닝-가능 중합체"는 광화학적 반응의 결과에 근거하여 표면이 패터닝될 수 있는 중합체이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따라, 포토패터닝-가능 중합체를 사용하는 정전 척을 제조할 때 적층 공정을 이용하는 예를 도시하는 개략도이다. 포토패터닝-가능 중합체 시트를 정전 척 상부에 적층시킨다(631). 예를 들어, 2개의 롤러를 사용하는 라미네이터는 조절된 열과 압력을 인가하여, 포토패터닝-가능 중합체 시트를 정전 척 상부에 적층시킬 수 있다. 적층된 시트에 소프트 베이크 공정(soft bake process)을 적용할 수 있다. 그런 후에는, 자외선 노광 시스템을 사용하여(632), 마스크를 통해 포토패터닝-가능 중합체를 노출시키고; 현상기(developer)를 사용하여(633), 마스크를 통해 노출되지 않았던 중합체의 바람직하지 않은 부분들을 제거함으로써 돌기들을 생성한다. 대안으로는, 돌기를 생성하기 위해, 사용된 포토레지스트의 유형에 따라, 마스크를 통해 노출되었던 중합체의 부분들을 제거하는데 있어서 현상기를 사용할 수도 있다. 더 일반적으로는, 마스크를 통해 노광된 표면의 패턴에 근거하여 정전 척 표면의 영역들을 제거함으로써 돌기들을 생성할 수 있다. 이어서 핫플레이트 오븐을 사용하여 돌기들을 하드 베이크 처리한다(634). 사용가능한 포토패터닝-가능 중합체 시트의 몇몇 예로, 에폭시계 중합체 시트, 폴리이미드계 중합체 시트 및 벤조사이클로부텐(BCB) 중합체 시트가 있다. 예를 들어, 에폭시계 중합체 시트, 이를테면 미국 델라웨어주 윌밍톤에 소재한 E.I. DuPont De Numerous and Company에서 시판 중인 PerMxTM 시리즈, MX 시리즈 및 Riston® 시리즈 중합체 시트를 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따라, 포토패터닝-가능 중합체를 사용하는 정전 척을 제조할 때 분무-코팅 공정을 이용하는 예를 도시하는 블록도이다. 액상 포토패터닝-가능 중합체를 정전 척 상부에 분무-코팅시킨다(741). 가령, 정전 척에 조절된 열을 인가하고, 노즐로의 유량이 조절된 방식의 분무-코팅 시스템을 이용하여 액상 중합체를 정전 척에 도포시킬 수 있다. 원하는 두께(예를 들어, 서브마이크로미터 내지 밀리미터 두께 범위에서 임의의 두께)로 중합체를 정전 척의 표면상에 정확하게 분무시킬 수 있다. 그런 후에는, 자외선 노광 시스템을 이용하여, 마스크를 통해 상기 포토패터닝-가능 중합체를 노출시키고(742); 현상기를 사용하여(743), 마스크를 통해 노출되지 않았던 중합체의 바람직하지 않은 부분들을 제거함으로써 돌기들을 생성한다. 대안으로는, 돌기를 생성하기 위해, 사용된 포토레지스트의 유형에 따라, 마스크를 통해 노출되었던 중합체의 부분들을 제거하는데 있어서 현상기를 사용할 수도 있다. 더 일반적으로는, 마스크를 통해 노광된 표면의 패턴에 근거하여 정전 척 표면의 영역들을 제거함으로써 돌기들을 생성할 수 있다. 이어서 핫플레이트 오븐을 사용하여 돌기들을 하드 베이크 처리한다(744). 사용가능한 액상 포토패터닝-가능 중합체의 몇몇 예로, 에폭시계 액상 중합체, 폴리이미드계 액상 중합체 및 벤조사이클로부텐(BCB) 액체 중합체가 있다. 예를 들어, 사용가능한 에폭시계 액상 중합체로는 미국 메사추세츠주 뉴튼시에 소재한 MicroChem Corporation이 시판 중인 SU8 시리즈와 KMPR 시리즈 액상 중합체가 있고; 사용가능한 폴리이미드계 액상 중합체로는 미국 델라웨어주 윌밍턴에 소재한 Hitachi DuPont MicroSystems, LLC가 시판 중인 HD4100 시리즈, HD8800 시리즈 및 HD8900 시리즈 액상 중합체가 있다.
포토패터닝-가능 중합체를 사용하는 본 발명의 일 구현예에 따르면, 돌기의 두께에 의해 정전 척의 클램핑력이 결정된다. 이에 따라, 클램핑력을 조절하기 위해서 돌기의 두께를 조절할 수 있다. 예를 들어, 적층 공정시 중합체 시트의 두께, 및 분무-코팅 공정시 분무되는 중합체의 부피에 의해 돌기의 두께를 조절할 수 있다. 아울러, 적층 공정을 이용할 때에는 가령 돌기의 두께를 줄이는 반응성 이온 식각(RIE) 공정으로 돌기를 처리함으로써 돌기의 두께를 변경시킬 수 있다. 이는 또한 돌기의 가장자리들을 더 매끄럽고 더 깨끗하게 만들 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 포토패터닝-가능 중합체에 대한 하드 베이크 매개변수들을 정전 척이 사용되는 응용분야, 및 결과적으로 원하는 중합체 물성에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 기판이 마모되어 입자들이 생성되는 경우(클램핑/디클램핑 사이클 시험에서 발견가능함)에는 하드 베이크 온도 및 시간을 줄여서 돌기들을 더 부드럽게 만드는 것이 바람직할 수 있다. 반면에, 가령 클램핑/디클램핑 사이클 시험시, 중합체 돌기에서 유래된 입자가 발견되는 경우에는 하드 베이크 온도 및 시간을 늘려서 돌기들을 더 단단하게 만드는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 포토패터닝-가능 중합체의 사용으로, 여러 장점을 제공할 수 있다. 균일한 두께의 돌기들을 생성할 수 있고; 영률과 경도가 세라믹 돌기들(이를테면, 다이아몬드상 탄소 및 탄화규소 돌기들)보다 현저하게 낮은 비-마모성 및 연성 돌기들을 생성할 수 있다. 포토패터닝-가능 중합체의 사용으로, 제조성을 향상시킬 수 있으며, 고비용 장비가 덜 필요할 수 있고, 미립자 오염을 낮출 수 있으며, 접지된 표면 플래튼 디자인과의 상용성이 향상될 수 있고, 저가 및 높은 처리율의 정전 척을 제공할 수 있으며, 더 큰 크기(이를테면, 450 mm)의 정전 척까지 확대시키는 작업이 더 수월해질 수 있다. 아울러, 포토패터닝-가능 중합체 돌기는 여타 돌기보다 나은 접착성을 가질 수 있고, 접착 촉진제 없이도 사용가능하다. 또한, 포토패터닝-가능 중합체 돌기들을 사용하는 정전 척은 이전 디자인들보다 더 수월하게 개조(refurbish)될 수 있다. 예를 들어, 돌기가 마모되면, 산소 플라즈마 세척기를 사용하여 상기 돌기의 표면을 세정할 수 있으며, 그런 후에는 척을 분해하지 않고도 돌기를 본원에 기술되는 바와 같이 개질시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른, 중합체 돌기들 및 접지층을 포함하는 정전 척의 횡단면도이다. 정전 척은 가령 포토패터닝-가능 중합체 돌기들을 포함할 수 있는 중합체 돌기들(801), 및 중합체 가스 씰(819)을 포함한다. 접지 전하를 위한 경로에서, 표면 전하는 전하 제어층(802)과 금속층(813)을 통해 접지층(851)으로 유출된다. 금속층(813)은 가령 탄화규소, 다이아몬드상 탄소 및/또는 본원의 다른 부분에서 교시된 전하 제어층 용도의 물질로 형성될 수 있으며, 접지 전도성 경로로서 뿐만 아니라 금속 환원층으로도 역할을 할 수 있다. 접지층(851)은 가령 탄화규소, 다이아몬드상 탄소 및/또는 본원의 다른 부분에서 교시된 전하 제어층 용도의 물질로 형성될 수 있다. 접지층(851)은 가령 다이아몬드상 탄소 또는 탄화규소를 포함할 수 있고, 약 105 Ω/sq 내지 약 107 Ω/sq의 표면 저항을 가질 수 있다. 도 8의 구현예에 의한 정전 척은 또한 유전체층(805), 금속 전극들(806), 세라믹간 본드(810), 전기전도성 에폭시 본드(808), 전극 핀들(807), 절연층(809), 열전도성 본드(811) 및 수냉 베이스(812)를 포함한다. 유전체(805)는 약 1012 Ω-cm를 초과하는 벌크 저항을 가질 수 있으므로 정전 척은 쿨롬 척이다. 전하 제어층(802)은 가령 탄화규소 또는 다이아몬드상 탄소를 포함할 수 있으며; 유전체 상부에 직접 배치될 수 있고; 약 0.1 마이크론 내지 약 10 마이크론 범위 내의 두께를 가질 수 있으며; 약 1 x 108 Ω/sq 내지 약 1 x 1011 Ω/sq 범위 내의 표면 저항을 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른, 중합체 돌기들 및 전도성 경로를 포함하는 정전 척의 횡단면도이다. 정전 척은 가령 포토패터닝-가능 중합체 돌기들을 포함할 수 있는 중합체 돌기들(901), 및 중합체 가스 씰(919)을 포함한다. 접지 전하를 위한 경로에서, 표면 전하는 전하 제어층(902)과 금속층(913)과 전도성 경로(952)를 통해 접지층(951)으로 유출된다. 금속층(913)은 가령 탄화규소, 다이아몬드상 탄소 및/또는 본원의 다른 부분에서 교시된 전하 제어층 용도의 물질로 형성될 수 있으며, 접지 전도성 경로로서 뿐만 아니라 금속 환원층으로도 역할을 할 수 있다. 접지층(951)은 가령 탄화규소, 다이아몬드상 탄소 및/또는 본원의 다른 부분에서 교시된 전하 제어층 용도의 물질로 형성될 수 있다. 접지층(951)은 가령 다이아몬드상 탄소 또는 탄화규소를 포함할 수 있고; 약 105 Ω/sq 내지 약 107 Ω/sq의 표면 저항을 가질 수 있다. 전도성 경로(952)는 가령 다이아몬드상 탄소 또는 탄화규소를 포함할 수 있고; 약 105 Ω/sq 내지 약 107 Ω/sq의 표면 저항을 가질 수 있으며; 가령, 정전 척의 가스 씰 링(919)의 작업편-접촉 표면의 적어도 일 부분을 덮을 수 있다. 도 9의 구현예에 의한 정전 척은 또한 유전체층(905), 금속 전극들(906), 세라믹간 본드(910), 전기전도성 에폭시 본드(908), 전극 핀들(907), 절연층(909), 열전도성 본드(911) 및 수냉 베이스(912)를 포함한다. 유전체(905)는 약 1012 Ω-cm를 초과하는 벌크 저항을 가질 수 있으므로 정전 척은 쿨롬 척이다. 전하 제어층(902)은 가령 탄화규소 또는 다이아몬드상 탄소를 포함할 수 있으며; 유전체 상부에 직접 배치될 수 있고; 약 0.1 마이크론 내지 약 10 마이크론 범위 내의 두께를 가질 수 있으며; 약 1 x 108 Ω/sq 내지 약 1 x 1011 Ω/sq 범위 내의 표면 저항을 가질 수 있다.
실험: 포토패터닝 -가능 중합체를 사용한 제조
1. 도 8의 구현예에 대한 적층 공정:
본 발명의 일 구현예에 따르면, 정전 척은 우선 세라믹간 본드(810)를 사용하여 세라믹 조립체를 마련하는 공정을 통해 만들어질 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구현예와 관련하여 전술한 본딩 물질을 사용하여 유전층(805)을 절연층(809)에 부착시킬 수 있다. 다음으로는, 물리적 기상 증착법(PVD)을 이용하여 세라믹 조립체의 배면을 금속층들(851 및 813)로 약 1 마이크론의 두께까지 피복(이를테면, 도 8에서 접지층(815) 및 금속층(813)으로 사용되는 전술한 물질들을 증착)한다.
이어서, 화학적 기상 증착법(CVD)을 이용하여 세라믹 조립체의 전면(front side)을 전하 제어층(802)으로 피복(이를테면, 탄화규소, 다이아몬드상 탄소 및/또는 본원의 다른 부분에서 교시된 전하 제어층 용도의 물질을 증착)하며, 상기 층(802)은 세라믹 조립체의 가장자리를 통해 접지층(851)과 전기적으로 연결된다.
그런 후에는, 포토리소그래피로 중합체 돌기(801)와 가스 씰 링(819)을 만든다. 포토패터닝-가능 중합체 시트를 (미국 일리노이주 애디슨에 소재한 GBC Films Group이 시판 중인) CATENA를 사용하여 0.5 m/분의 롤 속도, 80℃에서 410 내지 480 kPa의 압력으로 전하 제어층(802) 상부에 적층시킨 다음, 5분 동안 100℃에서 베이크 처리하였다. 이어서, 중합체를 세기 300 mJ/cm2의 빛에 노광시켰다. 포토패터닝-가능 중합체를 5분 동안 95℃에서 베이크 처리한 다음, 5분 동안 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA)로 현상시킨 후, 2분 동안 이소프로필 알코올(IPA)로 세정하였다. 끝으로, 중합체를 30분 동안 180℃에서 베이크 처리하였다. 아울러, 적층 공정을 이용할 때에는 가령 돌기의 두께를 줄이는 반응성 이온 식각(RIE) 공정으로 돌기를 처리함으로써 돌기의 두께를 변경시킬 수 있다. 이는 또한 돌기의 가장자리들을 더 매끄럽고 더 깨끗하게 만들 수 있다. 돌기의 두께는 약 3 마이크론 내지 약 12 마이크론, 예컨대 약 6 마이크론이다. 정전 척에 사용하게 될 배면 가스 압력에 대해 식각량(결과적으로 돌기에 높이가 생김)을 최적화시킬 수 있다. 바람직하게 돌기의 높이는 배면 냉각에 사용하는 가스의 평균 자유 경로와 대략 동일하거나 실질적으로 같다.
2. 도 9의 구현예에 대한 적층 공정
도 8의 구현예를 제조하는 것에 대해 전술한 것과 유사한 공정을 이용하되, 추가로는, 중합체 돌기들이 만들어진 후에, CVD 공정으로 다이아몬드상 탄소(DLC)를 섀도우 마스크로 피복하는 것이 더해졌다. DLC 코팅은 가스 씰 링(819)과, 세라믹 조립체의 측벽을 덮는다.
3. 도 8의 구현예에 대한 분무-코팅 공정
다른 기법을 이용하여 전하 제어층(802) 상부에 돌기들(801)과 가스 씰 링(819)을 위한 포토패터닝-가능 중합체를 도포한다는 점을 제외하고, 적층에 대해 전술한 것과 유사한 공정을 이용하였다.
중합체 돌기들(801)과 가스 씰 링(819)은 포토리쏘그래피 기법에 의해 만들어진다. (미국 메사추세츠주 하버힐에 소재한 Ultrasonic Systems, Inc.에서 시판 중인) 프리즘 300을 이용하여 100 mm/초의 분무 속도, 2 ml/분dml 유량, 30 psi의 기압 및 30 mm 높이(스프레이 헤드와 전하 제어층(802) 표면 사이의 거리) 조건 하에 포토패터닝-가능 중합체를 전하 제어층(802) 상부에 분무한 후, 15분 동안 95℃에서 베이크 처리하였다. 분무-코팅 공정 동안 세라믹 조립체를 65℃까지 가열하였다. 그 후에는, 중합체를 300 mJ/cm2 세기의 빛에 노광시켰다. 포토패터닝-가능 중합체를 5분 동안 95℃에서 베이크 처리한 다음, 5분 동안 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA)로 현상시킨 후, 2분 동안 이소프로필 알코올(IPA)로 세정하였다. 끝으로, 중합체를 30분 동안 180℃에서 베이크 처리하였다. 돌기의 두께는 약 3 마이크론 내지 약 12 마이크론, 예컨대 약 6 마이크론이다. 돌기의 두께는 전하 제어층(802) 표면 상부에 분무되는 중합체의 양에 의해 조절된다. 정전 척에 사용하게 될 배면 가스 압력에 대해 돌기의 두께를 최적화시킬 수 있다. 바람직하게 돌기의 높이는 배면 냉각에 사용하는 가스의 평균 자유 경로와 대략 동일하거나 실질적으로 같다.
4. 도 9의 구현예에 대한 분무-코팅 공정
도 8의 구현예를 제조하는 것에 대해 전술한 것과 유사한 공정을 이용하되, 추가로는, 중합체 돌기들이 만들어진 후에, CVD 공정으로 다이아몬드상 탄소(DLC)를 섀도우 마스크로 피복하는 것이 더해졌다. DLC 코팅은 가스 씰 링(819)과, 세라믹 조립체의 측벽을 덮는다.
실험: 시험 결과
본 발명의 일 구현예에 따라, 본원에 기술된 포토패터닝-가능 중합체 돌기들을 갖는 정전 척에 다양한 시험을 시행하였다. 그 결과는 다음과 같았다.
1) 스크래치 시험: 바늘을 사용하여 돌기를 스크래치하였다. 시험에 통과한 돌기; 돌기가 박리되지 않으면서 블레이드 절단되었다.
2) 테이프 시험: 돌기의 상부에 Kapton 테이프를 붙인 다음, 벗겨 내었다. 시험에 통과한 돌기: 어떠한 돌기도 벗겨지지 않았다.
3) IPA 와이프(wipe) 시험: 이소프로필 알코올(IPA)을 함유한 클린룸 페이퍼를 사용하여 요철부(embossment)를 닦았다. 돌기들이 시험에 통과하였다.
4) 로딩/언로딩 사이클 시험: 돌기의 상부에 여러 번 하중을 로딩 및 언로딩하였다. 돌기들이 시험에 통과하였다.
5) 유리 러빙 시험: 15 ㎛ PerMxTM 돌기들이 상부에 형성된 탄화규소 표면을 사용하였다. 유리를 사용하여 돌기 상에 수동식으로 수직(법선) 응력을 인가하면서, 유리를 돌기에 문질렀다. 그 결과, 돌기의 두께는 변하지 않았다. 요철부의 상부 표면에 스크래치들이 발견되었다.
6) 고문(torture) 시험: 두께 14 ㎛의 돌기들이 형성된 세라믹 조립체를 사용하여 고문 시험을 시행하였다. 용매 시험에서는 돌기들을 각각 IPA 및 아세톤에 하룻 동안 침지시켰다. 자외선 노출 시험에서는 돌기들을 10.25 시간 동안 자외선에 계속 노출시켰다. 초저온 시험(cold test)에서는 시료를 대략 -70℃에서 드라이아이스로 덮었다. 고문 시험이 끝나면, 나이프를 사용하여 돌기들을 긁었다. 돌기들은 박리되지도, 갈라지지도 않으면서 나이프로 절단되었다. 모든 돌기가 시험에 통과되었다.
7) 클램프 시험: 전극의 충전 및 방전 모두의 경우에 대해, 정전 척을 클램핑하는 동안 충전 전류를 측정하였다. (진공 하 및 대기 하에서의 배면 가스 압력을 변화시키는 조건을 포함한) 모든 작동 조건 하에 파형이 일정하게 유지되었고, 올바르게 형성되었음이 밝혀졌다.
8) 가스 누출률 시험: 위의 표 1에 나타낸 것과 유사한 가스 누출률 시험을 시행하였다. 아크 발생이 없고, 클램핑력이 높으며, 가스 유량이 낮은 것으로 밝혀졌다. 500K 사이클 클램프/디클램프 시험 전후의 결과가 유사하였다.
9) 재료 순도 시험: 세 개의 시료(포토패터닝-가능 중합체 필름; 추가 가공처리 없이 실리콘 웨이퍼 상에 적층된 포토패터닝-가능 중합체 필름; 및 실리콘 웨이퍼 상에 완전히 형성된 포토패터닝-가능 중합체 돌기들)를 만들었다. 이들 세 시료를 실온에서 1시간 동안 5% HNO3을 사용하여 표면-추출하고, 이에 얻은 용액들을 19가지 금속에 대해 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)을 이용하여 측정하였다. 그 결과, 상기 19가지 금속의 1 cm2 당 원자들이 허용가능하게 낮은 수준이라는 것이 밝혀졌다.
10) 클램프/디클램프 사이클 시험: 500K 사이클 클램프/디클램프 시험 후, 돌기 및 가스 씰의 높이와 거칠기에는 어떠한 변화도 없었다. 이 결과를 표 2에 나타내었다.
마찬가지로 돌기 및 가스 실의 형상에 어떠한 변화도 없었음이 표면 형상 측정을 통해 입증되었다.
Figure pct00001
본 발명의 일 구현예에 따르면, 영률이 낮고, 인장강도가 높은 재료를 포함하는 포토패터닝-가능 중합체 돌기들을 사용할 수 있다. 표 3은 다양한 재료의 기계적 물성의 비교 결과를 나타내며, PerMX 및 SU8 재료는 에폭시계 포토패터닝-가능 중합체의 예이다. 표 3에서 알 수 있듯이, 폴리에테르 이미드(PEI), 에폭시 및 폴리이미드의 열안정성이 유사하지만; 에폭시계 중합체 및 폴리이미드계 중합체의 인장강도는 PEI보다 높다. PEI, 에폭시 및 폴리이미드의 탄성률(강성도)는 유사하며, 이들 모두는 다이아몬드상 탄소(DLC)보다 연성을 나타낸다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 인장강도가 약 70 메가파스칼(MPa)을 초과하는, 이를테면 약 70 MPa 내지 80 MPa이고, 영률이 약 3.5 기가파스칼(GPa) 미만인, 이를테면 약 2 GPa 내지 3 GPa인 중합체 물질을 돌기 용도로 사용할 수 있다. 다른 물질들도 사용가능하다.
Figure pct00002
본 발명의 일 구현예에 따르면, 중합체 돌기, 이를테면 에폭시 포토패터닐-가능 중합체 돌기의 경도는 약 350 MPa 내지 약 450MPa일 수 있다. 중합체 돌기들의 결합 강도는 중합체 돌기들과 하부에 위치한 전하 제어층 사이보다 약 15 MPa 클 수 있다. 일부 구현예에서, 중합체 돌기들의 접착성은 접착층 또는 접착제가 개입되지 않고도 전하 제어층(도 8의 802)을 유전체(805)에 직접 접착시킬 수 있기에 충분할 수 있다. 웨이퍼 또는 다른 기판을 중합체 돌기들에 클램핑한 후, 중합체 돌기들로부터 웨이퍼 배면에 전달되는 금속성 오염물질들(예를 들면, Li, Mg, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Y, Mo, Sn, Ba, Ce, Hf, Ta, W, Pb, Sb)은 약 1E10 원자/cm2 미만일 수 있다. 웨이퍼 또는 다른 기판을 중합체 돌기들에 클램핑한 후, 정전 척을 사용한 결과로서 기판의 배면 상에 증착되는 입자들은 0.16 ㎛ 이상의 입자 크기 범위를 기준으로 약 2000 입자 애더 미만일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본원에 제시된 포토패터닝-가능 중합체 돌기는, 하부에 위치한 전하 제어층에 접착되도록, 본원에 제시된 바와 같이 생성될 수 있다. 전하 제어층은 가령 탄화규소, 다이아몬드상 탄소, 또는 또 다른 물질을 포함할 수 있다. 이러한 전하 제어층의 표면 저항은 약 108 Ω/sq 내지 약 1011 Ω/sq일 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 구현예에서, 본원에 제시된 포토패터닝-가능 돌기들은 가령 도 8과 도 9의 구현예에 나타낸 바와 같이 접지 정전 척 상에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 접지 기법은 정전 척의 가스 씰 링의 작업편-접촉 표면의 적어도 일 부분을 덮는 전도성 경로를 포함할 수 있으며, 상기 전도성 경로의 적어도 일 부분은 접지 전기적 경로로 이루어져 있다. 전도성 경로는 가령 다이아몬드상 탄소 또는 탄화규소를 포함할 수 있으며, 약 105 Ω/sq 내지 약 107 Ω/sq의 표면 저항을 가질 수 있다. 전체 교시 내용이 본원에 참조로 통합된 "고 전도성 정전 척"의 명칭의 WO 제2012/033922호로 공개된 국제 특허출원 번호 제PCT/US2011/050841호에 교시된 다른 전도성 경로들을 사용하여도 된다. 예를 들어, 정전 척의 외측 가장자리 너머까지 덮는 전도성 경로와 관련된 교시 내용도 이용가능하다.
비록 본원에서는 포토패터닝-가능 중합체를 설명하였지만, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 다른 연성 물질들에 대해서도 유사한 분무-코팅 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 정전 척을 위한 연성 돌기들을 만들기 위해, 섀도우 마스크를 사용하여 전도성 중합체, 고 내화학성 중합체, 내고온성 중합체, 및 기타 물질들을 분무 코팅할 수 있다. 일 예로, 접지 정전 척을 위한 전도 연성 요철부를 형성하기 위해 전도성 중합체를 분무 코팅할 수 있다. 가령, 전도성 중합체는 탄소 나노튜브와 중합체(이를테면, 미국 메사추세츠주 빌레리카에 소재한 Entegris, Inc.가 시판 중인 Entegris TEGOTM 중합체)의 블렌드; 탄소 나노튜브로 충전된 폴리카보네이트; 및/또는 전도성 나노 입자가 도핑된 중합체를 포함할 수 있다. 이러한 전도성 중합체 돌기는, 전체 교시 내용이 본원에 참조로 통합된 "고 전도성 정전 척"의 명칭의 WO 제2012/033922호로 공개된 국제 특허출원 번호 제PCT/US2011/050841호에 교시된 전도성 경로들 중 하나와 같이, 정전 척의 접지를 위한 랩-어라운드형 DLC 코팅과 사용될 수 있다. 본원에 기술된 구현예들의 다양한 특징을 조합할 수 있다: 예를 들면, 본원에서 설명된 돌기부의 높이 및 표면 거칠기는 본원에 교시된 포토패터닝-가능 돌기들을 비롯한 각종 상이한 돌기부를 사용하여 얻어질 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 포토패터닝-가능 중합체, 전도성 중합체, 고 내화학성 중합체 및 내고온성 중합체를 비롯한 본원에 교시된 중합체들을 진공 척 및 기계 척 상에서의 돌기로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 정전 척은 쿨롬 척이다. 유전체는 알루미늄, 가령 알루미나 또는 질화알루미늄을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 또 다른 구현예에서, 정전 척은 존슨-라벡(Johnsen-Rahbek)(JR) 정전 척이다. 대안으로는, 정전 척이 존슨-라벡 정전 척이 아닐 수 있으며, 존슨-라벡(JR)력 또는 일부 하이브리드 존슨-라벡력이 웨이퍼나 기판에 작용하지 않도록 유전체를 선택할 수 있다.
본원에 인용한 모든 특허, 공개출원 및 참조문헌의 교시 전체를 참조로 통합한다.
예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 상세히 도시하고 설명하였지만, 당업자라면 첨부된 청구범위에 포함되는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 형태 및 세부사항을 다양하게 변형할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (25)

  1. 기판을 정전 척에 정전기적으로 클램핑 하기 위한 전하를 형성하기 위해 전극 내 전압에 의해 활성화되는 표면층을 포함하며,
    상기 표면층은 하드-베이크 포토패터닝된 중합체를 포함한 다수의 돌기, 및 상기 다수의 중합체 돌기가 부착된 전하 제어층을 포함하고, 상기 다수의 중합체 돌기는 자신들을 둘러싸는 전하 제어층의 부분들 위의 높이까지 연장되어, 기판이 정전기적으로 클램핑되는 동안 기판을 상기 다수의 중합체 돌기 상에 지지하는 것인,
    정전 척.
  2. 제1항에 있어서, 하드-베이크 포토패터닝된 중합체는 베이크 공정 전에 실온에서 액체 상태로 있는 포토패터닝-가능 중합체를 포함하는 것인 정전 척.
  3. 제1항에 있어서, 하드-베이크 포토패터닝된 중합체는 베이크 공정 전에 실온에서 고체 상태로 있는 포토패터닝-가능 중합체를 포함하는 것인 정전 척.
  4. 제1항에 있어서, 하드-베이크 포토패터닝된 중합체는 베이크 공정 전에 포토패터닝이 가능한 에폭시계 중합체를 포함하는 것인 정전 척.
  5. 제1항에 있어서, 하드-베이크 포토패터닝된 중합체는 폴리이미드계 중합체 및 벤조사이클로부텐계 중합체 중 적어도 하나를 포함하며, 하드-베이크 포토패터닝된 중합체는 베이크 공정에 앞서 포토패터닝이 가능한 중합체인 정전 척.
  6. 제1항에 있어서, 전하 제어층은 탄화규소를 포함하는 것인 정전 척.
  7. 제1항에 있어서, 전하 제어층은 다이아몬드상 탄소를 포함하는 것인 정전 척.
  8. 제1항에 있어서, 전하 제어층은 약 108 Ω/sq 내지 약 1011 Ω/sq의 표면 저항을 갖는 것인 정전 척.
  9. 제1항에 있어서, 중합체 돌기는 약 3 마이크론 내지 약 12 마이크론의 높이를 갖는 것인 정전 척.
  10. 제1항에 있어서, 중합체 돌기는 약 900 마이크론의 직경을 갖는 것인 정전 척.
  11. 제1항에 있어서, 하드-베이크 포토패터닝된 중합체를 포함한 가스 씰 링을 더 포함하는 정전 척.
  12. 제11항에 있어서, 가스 씰 링의 하드-베이크 포토패터닝된 중합체는 에폭시계 중합체, 벤조사이클로부텐계 중합체 및 폴리이미드계 중합체 중 적어도 하나를 포함하며, 하드-베이크 포토패터닝-가능 중합체는 베이크 공정에 앞서 포토패터닝이 가능한 중합체인 정전 척.
  13. 제1항에 있어서, 상기 다수의 중합체 돌기는 약 0.02 ㎛ 내지 약 0.05 ㎛의 표면 거칠기를 갖는 것인 정전 척.
  14. 제1항에 있어서, 하드-베이크 포토패터닝된 중합체는 약 70 메가파스칼(MPa)을 초과하는 인장강도를 지닌 물질을 포함하는 것인 정전 척.
  15. 제1항에 있어서, 하드-베이크 포토패터닝된 중합체는 약 3.5 기가파스칼(GPa) 미만의 영률을 지닌 물질을 포함하는 것인 정전 척.
  16. 제1항에 있어서, 정전 척의 가스 씰 링의 작업편-접촉 표면의 적어도 일 부분을 덮는 전도성 경로를 더 포함하며,
    상기 전도성 경로의 적어도 일 부분은 접지 전기적 경로로 이루어진, 정전 척.
  17. 제16항에 있어서, 전도성 경로는 다이아몬드상 탄소를 포함하는 것인 정전 척.
  18. 제16항에 있어서, 하드-베이크 포토패터닝된 중합체는 베이크 공정에 앞서 실온에서 액체 상태로 있는 포토패터닝-가능 중합체를 포함하며, 전하 제어층은 약 108 Ω/sq 내지 약 1011 Ω/sq의 표면 저항을 갖는 것인 정전 척.
  19. 기판을 정전 척에 정전기적으로 클램핑 하기 위한 전하를 형성하기 위해 전극 내 전압에 의해 활성화되는 표면층을 포함하며,
    상기 표면층은 전도성 중합체를 포함한 다수의 돌기, 및 상기 다수의 중합체 돌기가 부착된 전하 제어층을 포함하고, 상기 다수의 중합체 돌기는 자신들을 둘러싸는 전하 제어층의 부분들 위의 높이까지 연장되어, 기판이 정전기적으로 클램핑되는 동안 기판을 상기 다수의 중합체 돌기 상에 지지하는 것인,
    정전 척.
  20. 제19항에 있어서, 전도성 중합체는 탄소 나노튜브 및 중합체의 블렌드; 및 전도성 나노입자가 도핑된 중합체로 이루어진 군에 속하는 중합체를 포함하는 것인 정전 척.
  21. 정전 척의 제조 방법으로서,
    표면상에 포토패터닝-가능 중합체를 포함하고, 상기 포토패터닝-가능 중합체의 적어도 일 부분의 하부에 전하 제어층을 포함하는 정전 척의 상기 표면상의 포토패터닝-가능 중합체를 마스크를 통해 빛에 노광시키는 단계;
    마스크를 통해 노광된 표면의 패턴에 근거하여 정전 척의 표면의 영역들을 제거하여, 정전 척의 표면상에 다수의 중합체 돌기를 형성하는 단계; 및
    다수의 중합체 돌기를 하드-베이크 처리하는 단계
    를 포함하며,
    상기 다수의 중합체 돌기는 전하 제어층에 부착되고, 자신들을 둘러싸는 전하 제어층의 부분들 위의 높이까지 연장되는 것인 방법.
  22. 제21항에 있어서, 포토패터닝-가능 중합체를 포함한 중합체 시트를 전하 제어층의 적어도 일 부분 위에 적층시키는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 포토패터닝-가능 중합체를 포함한 액상 중합체를 전하 제어층의 적어도 일 부분 위에 분무시키는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 포토패터닝-가능 중합체는 약 70 메가파스칼(MPa)을 초과하는 인장강도와, 약 3.5 기가파스칼(GPa) 미만의 영률을 지닌 물질을 포함하는 것인 방법.
  25. 제21항에 있어서, 정적 척의 가스 씰 링의 작업편-접촉 표면의 적어도 일 부분을 전도성 경로로 덮는 단계를 더 포함하며, 상기 전도성 경로의 적어도 일 부분은 접지 전기적 경로로 이루어진 것인 방법.
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