KR20160118347A - 워크피스를 클램핑하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

워크피스를 클램핑하는 클램핑 시스템 및 방법이 기재된다. 상기 클램핑 시스템은 정전 클램프 및 고입피던스 전압계("HIV")를 갖는다. 상기 정전 클램프는 플레이튼 및 그 플레이튼에 매립된 복수의 전극을 포함해도 좋다. 사용 시, 상기 매립형 전극 중 적어도 일부는 커패시터의 일측면을 제공하고 워크피스는 상기 캐퍼시터의 다른 측면을 제공하여 상기 매립형 전극 중 적어도 일부가 전기적으로 하전될 때 상기 플레이튼에 대하여 워크피스를 유지시킨다. 상기 HIV는 상기 매립형 전극 중 적어도 일부에 전기적으로 접속된다.

Description

워크피스를 클램핑하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CLAMPING A WORK PIECE}
(관련 출원의 상호참조)
본 출원은 2014년 2월 7일에 출원된 U.S. 가특허 출원 제61/937,050호의 우선권의 이익을 주장하는 것이다. 상기 가특허 출원의 내용은 이들 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
본 발명은 정전 클램프에 관한 것이다.
정전 클램프는 반도체 산업에 있어서 다양한 공정이 웨이퍼 상에 행해지는 동안 실리콘 웨이퍼를 단단히 유지하기 위해 사용된다. 기계적 클램프에 비해, 정전 클램프는 (a) 열을 전달하는 능력의 증가, (b) 웨이퍼의 기계적 마모의 감소, (c) 시장성 있는 상품을 제조하기 위해 사용될 수 있는 웨이퍼의 유효 면적의 증가, (d) 발생된 파티큘레이트 수의 감소, (e) 스퍼터링 시에 사용된 이온 빔으로부터의 상기 클램프의 오염 감소, 및 (f) 상기 웨이퍼 표면에 걸친 클램핑력의 균일성을 포함하는 현저한 이점을 갖고 있다.
반도체 산업은 정전 클램프를 사용하는 유일한 산업은 아니다. 예를 들면, 액정 디스플레이 제조자는 공정 시에 특수 유리를 유지하기 위해 정전 클램핑 기술을 사용한다. 태양전지 제조자도 정전 클램프를 사용한다.
정전 클램프는 커패시터를 마련함으로써 워크피스(예를 들면, 반도체 웨이퍼, 유리 또는 작업 중인 다른 제품)를 유지한다. 상기 워크피스가 정전 클램프에 유지될 수 있도록, 상기 워크피스의 전부 또는 일부는 도전성이다. 예를 들면, 상기 워크피스의 일부는 비도전성이어도 좋지만, 클램핑을 하기 전에 워크피스의 비도전성 부분에 도전성 도금을 추가해도 좋다. 간단한 정전 클램프에 있어서, 상기 워크피스는 커패시터의 전극이 되고, 상기 클램프의 도전성 부분은 커패시터의 다른 전극을 제공한다. 상기 클램프가 단일 전극만을 갖는다면, 상기 워크피스는 일반적으로 도체 또는 이온화 가스를 통해 접지에 전기적 접속을 가져야 한다. 상기 클램프 전극이 하전되는 경우, 상기 워크피스는 클램프 전극으로 끌어당겨진다. 상기 클램핑력은 쿨롱의 법칙을 이용하여 계산될 수 있다.
상기 정전 클램프는 클램프 전극과 워크피스 사이에 재료의 박층을 제공한다. 본 명세서에 있어서, 상기 클램프 전극(들)과 워크 피스 사이에 있는 정전 클램프에 의해 제공된 재료는 "배리어 재료"라고 한다. 일반적으로, 상기 배리어 재료의 두께는 약 10~100미크론이다. 상기 정전 클램프 기술에 따라, 상기 배리어 재료는 순수 유전체(쿨롱 클램프의 경우) 또는 반절연성 재료(존센-라벡 클램프의 경우) 중 하나일 수 있다.
더 복잡한 정전 클램프에 있어서, 상기 클램프는 2개 이상의 전극을 갖는다. 2개의 전극을 갖는 클램프(양극 클램프(bi-polar clamp)라고도 알려져 있다)의 경우, 제 1 클램프 전극 상의 전하는 제 2 전극 상의 전하와 반대 극성이다. 이 구성은 하나의 클램프 전극으로부터 상기 배리어 재료를 통과하여 상기 워크피스에 이루고, 상기 배리어 재료를 다시 통과한 후 다른 클램프 전극까지의 커패시턴스를 형성한다. 3개 이상의 전극을 갖는 정전 클램프는 양극 클램프의 변형이지만, 상기 양극 클램프와 동일한 방법으로 작동한다.
특히 공정을 상기 워크피스 상에 행하면서 상기 워크피스를 모니터링하는 것이 여러가지 이유로 바람직하다. 예를 들면, 상기 워크피스에 적용되는 전압이 어느 정도인지를 아는 것이 바람직하다. 상기 워크피스에 적용되는 전압을 모니터링하는 종래 기술의 장치는 워크피스를 접촉시키는 도전성 접촉자를 필요로 하고, 이들 접촉자는 공정 시에 상기 워크피스를 손상시킬 수 있다. 따라서, 그것은 도전성 접촉자를 이용하여 워크피스를 물리적으로 접촉시키지 않고 워크피스에 적용되는 전압이 결정될 수 있다면 유용할 것이다.
본 발명은 정전 클램프 및 고임피던스 전압계("HIV")를 갖는 클램핑 시스템으로서 실시되어도 좋다. 정전 클램프는 플레이튼 및 그 플레이튼에 매립된 복수의 전극("매립형 전극")을 포함해도 좋다. 상기 전극 중 적어도 일부는 커패시터의 일측면을 제공하고, 워크피스는 커패시터의 또 다른 측면을 제공하여 상기 매립형 전극 중 적어도 일부가 전기적으로 하전될 때 상기 플레이튼에 워크피스를 유지시킨다. 유전체 재료 또는 반절연성 재료는 상기 매립형 전극과 워크피스 사이에 있다. 상기 HIV는 매립형 전극 중 적어도 일부에 전기적으로 접속되고, 1016Ω 이상의 임피던스를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에 있어서, 상기 매립형 전극 중 일부는 HIV와 전기적으로 접속되지 않아도 좋다. 이들 실시형태에 있어서, 이러한 전극(HIV에 접속되는 않는 것)의 주목적은 클램핑이다. 상기 매립형 전극 중 다른 나머지는 HIV에 전기적으로 접속되고, 이들 전극의 주목적은 상기 워크피스의 전압을 측정하는 것이다. 본 발명의 일실시형태에 있어서, 상기 HIV에 전기적으로 접속되지 않는 전극은 상기 HIV에 전기적으로 접속된 전극보다 크다.
본 발명에 따른 하나의 방법에 있어서, 워크피스는 정전 클램프의 플레이튼에 대해 클램핑된다. 복수의 전극은 상기 플레이튼에 매립된다. 고임피던스 전압계는 상기 매립형 전극 중 적어도 일부에 전기적으로 접속되도록 제공된다. 워크피스는 상기 플레이튼 근방에 배치되고(통상 상기 워크피스가 플레이튼에 의해 지지되도록), 이들 매립형 전극이 커패시터의 일측면을 제공하고 상기 워크피스는 커패시터의 다른 측면을 제공하여 상기 플레이튼에 대하여 워크피스를 유지시키도록 상기 매립형 전극 중 적어도 일부를 전기적으로 하전되게 한다. 상기 전극 중 적어도 일부의 전압은 HIV를 사용하여 모니터링된다. 상기 워크피스에 적용되는 상태(전압 등)는 매립형 전극 중 적어도 일부의 모니터링된 전압에 따라 또는 그 결과로서 조정되어도 좋다.
본 발명의 특징 및 목적의 보다 완전한 이해를 위해서 이후의 설명 및 첨부된 도면을 참조해야 한다. 간단히 말해, 도면은 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 시스템의 개략도이고;
도 2는 본 발명에 의한 다른 시스템의 개략도이고;
도 3은 본 발명에 의한 플레이튼의 평면도이고;
도 4는 본 발명에 의한 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1은 본 발명에 의한 시스템의 개략도이다. 정전 클램프(16)의 플레이튼(13)에 대해 클래핑되는 실리콘 웨이퍼의 형태로 워크피스(10)가 도 1에 나타내어진다. 2개의 매립형 클램프 전극(19)(ECE#1 및 ECE#N)은 이 특정 플레이튼(13)에 매립되어 나타내어진다. 그러나, 본 발명은 2개의 ECE(19)에 한정되는 것은 아니고, 도 1은 적어도 5개의 ECE(들)(19)이 존재할 수 있음을 보여준다. 워크피스(10)와 함께 상기 ECE(들)(19)은 "커패시터"를 형성하고, 상기 워크피스(10)와 ECE(들)(19) 사이에 발생된 인력은 워크피스(10)를 플레이튼(13)에 단단히 유지시킨다.
고임피던스 전압계(22)("HIV")는 ECE(19)의 전압을 모니터링하기 위해 도체(25)를 통해 ECE(들)(19)에 전기적으로 접속된다. 상기 HIV(22)의 고임피던스는 HIV(22)가 ECE(들)(19)의 클램핑 능력에 중요한 영향을 미치는 것을 방지하고, 이렇게 해서 ECE(들)(19)은 플레이튼(13)에 대해 클램핑되는 워크피스(10)가 얻어지는 "커패시터"의 일측면으로서 계속 작용할 수 있다. 1016Ω 이상의 임피던스를 갖는 HIV(22)가 가장 적절하지만, 다른 임피던스도 적절한 것으로 여겨진다. 이 목적을 위해 사용될 수 있는 HIV(22)는 미국 뉴욕주 록포트에 소재하는 트렉 인코포레이티드 제작의 Model 800 초고임피던스 전압계이다.
도 1에 나타내어지는 실시예에 있어서, HIV(22)의 5개의 채널이 나타내어진다. 각각의 채널은 상이한 ECE(19)를 모니터링하는데 사용됨으로써 상이한 전압을 모니터링할 수 있다. 본 발명은 5개의 채널을 갖는 HIV(22)에 한정되는 것이 아님에 유의해야 한다. HIV는 단일 채널 또는 다중 채널을 가져도 좋다. 도 1에 나타내어지는 5개의 채널 중 2개는 각각 ECE(들)(19) 중 다른 하나의 전압을 측정하기 위해 사용되는 것을 나타내고 있다. 도 1에 나타내어지는 구성에 있어서, 채널#1("CH#1")은 첫번째 ECE(19)의 전압을 모니터링하고, 채널#2("CH#2")는 두번째 ECE(19)의 전압을 모니터링한다.
ECE(들)(19)의 전압을 모니터링함으로써, 상기 워크피스(10)에 적용되는 전압을 모니터링할 수 있다. 이러한 모니터링 공정은 상기 워크피스(10)에 적용되는 전압이 플라즈마 샤워, 이온 주입, 또는 다른 전압 소스로부터 유래되는 매우 열악한 환경(예를 들면)에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 워크피스에 도전성 접촉자를 도입할 필요가 없으므로, 상기 워크피스(10)를 접촉시킨 결과로서 워크피스(10)가 손상될 위험을 제거한다. 또한, ECE(들)(19)을 통해 워크피스(10)의 전압을 모니터링함으로써 워크피스를 클램핑가능한 때를 감지하는 것이 가능하다. 결국, 이러한 모니터링 시스템은 기존의 정전 클램프에 새로 장착되거나, 새로운 정전 클램프에 기능으로서 용이하게 추가될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 시스템의 개략도이다. 도 2에 있어서, 상대적으로 큰 매립형 클램프 전극(19)은 플레이튼(13)에 워크피스(10)를 클램핑하기 위해 제공되고, 보다 작은 센서 전극(31)("ESE")은 플레이튼(13)에 매립된다. ESE(들)(31)은 클램핑력에 기여하지만, 그 주요 역할은 전압을 측정하기 위한 위치를 제공하는 것이다. 이와 같이, 도 2에 설명된 시스템은 전압이 모니터링되지 않는 일부 매립형 전극(ECE(들)(19))을 갖고, 이들은 전압이 모니터링되는 매립형 전극(ESE(들)(31))과 비교해서 상대적으로 크다.
워크피스의 전압을 결정하기 위해 모니터링되는 매립형 전극은 이하에 간략히 "모니터링된 매립형 전극", 또는 "MEE"라고 한다. 따라서, 도 1의 ECE(들)(19)은 MEE이다. 도 2의 ESE(들)(31)은 MEE(들)이지만, 도 2의 ECE(들)(19)은 MEE(들)이 아니다.
도 3은 도 2에 설명된 본 발명의 실시형태에 따른 플레이튼의 평면도이다. 도 3에 있어서, MEE(들)(34)은 상기 MEE(들)(34)이 플레이튼(13)에 매립되어 있다는 사실을 나타내기 위해 파선으로 표시된다.
상기 HIV(22)에 도전성 있게 접속된 MEE(들)은 워크피스에 가장 가까운 플레이튼(13)의 외표면(37)으로부터 약 100㎛ 매립되어도 좋다. 이러한 구성에 있어서, MEE(들)은 워크피스(10)가 클램핑하는 위치에 배치되는(즉, 워크피스(10)가 지지되지만 플레이튼(13)에 대해 클램핑되지는 않는다) 때를 감지하기 위해 사용될 수 있다. 상기 워크피스(10)에 적용된 전압이 없으면, MEE(들) 상의 전압은 워크피스(10)가 클램핑하는 위치(플레이튼(13)에 대해)에 배치될 때 제로가 된다. 이와 같이, 상기 MEE(들)은 워크피스(10)가 클램핑될 준비가 되어 있을 때를 감지하기 위해 사용되어도 좋다. 클램핑 전압이 적용되면, 상기 MEE(들)은 워크피스(10)에 적용되는 0V~+/-3000V의 전압을 측정하도록 적당히 위치된다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 MEE(들)에 의해 측정된 전압은 +/-3000V를 초과해도 좋다. 상기 워크피스(10)의 실제 전압과 상기 MEE(들)에 의해 측정된 전압 간의 차이는 100㎷ 미만이어도 좋다.
상기 MEE(들)이 워크피스(10)에 가장 가까이 있는 플레이튼 표면(37)에 매우 가까운 경우, 상기 실제 전압과 측정된 전압 간의 차이는 상기 MEE(들)이 플레이튼 표면(37)으로부터 더 멀리에 있을 때보다 더 작을 것이다. 그것은 100㎛를 초과하는 전극-투-플레이튼 표면 거리가 이용되어도 좋다고 여겨진다. 예를 들면, 1㎜의 센서-투-플레이튼 표면 거리가 정확한 전압 측정을 제공하는 것으로 여겨지지만, 일부 보상 측정은 그 거리에 필요할 수도 있다. 예를 들면, 전압 오프셋이 채용될 수 있고, 및/또는 시간 지연이 인정될 필요가 있을 수도 있다. 그들 경우에 있어서, 상기 측정된 전압은 실제 전압에 가까운 전압 측정을 제공하기 위해 오프셋에 의해 증가될 수 있고, 및/또는 상기 측정된 전압은 특정 시간에 대한 실제 전압에 보다 근접하게 나타내기 위해 일시적으로 증가될 수 있다.
상기 HIV(22)의 아웃풋은 HIV(22)를 주기적으로 캘리브레이팅하는 일 없이 드리프트(drift)해도 좋다. 이와 같이, 상기 HIV(22)에 의한 MEE(들)의 전압의 감지는 HIV(22)에 기지의 전압(예를 들면, 0V)을 제공하고 상기 HIV(22)를 캘리브레이팅하기 위해 때때로 잠시 중단되어도 좋다. 캘리브레이팅되면, 상기 HIV(22)는 다시 MEE(들)의 전압을 측정할 수 있었다.
상기 설명으로부터, 그 플레이튼(13)이 매립형 전극을 갖고, 그 HIV(22)가 워크피스(10)의 전압을 모니터링하고 그러한 모니터링은 워크피스(10)의 전압이 소망 범위 내에 남아 있도록 워크피스(10)의 상태를 변경하는데 사용될 수 있는 것이 현재 알려져 있다. 도 4는 이러한 방법의 하나를 도시한다. 도 4에 도시된 방법에 있어서, 정전 클램프가 제공된다(100). 그 클램프는 플레이튼(13) 및 그 플레이튼(13)에 매립된 복수의 전극을 가져도 좋다. HIV(22)는 상기 HIV(22)가 상기 매립형 전극 중 적어도 일부에 전기 도체(25)를 통해 전기적으로 접속되도록 제공된다(103). 유전체 또는 반절연성 재료(40)가 상기 워크피스(10)와 플레이튼(13) 사이에 있도록, 그리고 상기 워크피스(1)가 플레이튼(13)에 의해 지지되도록 워크피스(1)가 위치된다(106). 그 후에 상기 매립형 전극 중 적어도 일부는 상기 매립형 전극이 커패시터의 일측면을 제공하고 상기 워크피스(10)가 커패시터의 다른 측면을 제공하도록 전기적으로 하전되게 함으로써 워크피스(10)는 플레이튼(13)에 대해 유지된다(109). 상기 매립형 전극 중 적어도 일부의 전압은 상기 HIV(22)를 사용하여 모니터링되고(112), 상기 워크피스(10)의 상태는 상기 전극 중 적어도 일부의 전압을 모니터링함에 따라 조정되어도 좋다(115).
본 발명은 하나 이상의 특정 실시형태에 대해 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시형태가 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 행해질 수 있음이 이해될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그 합리적인 해석에 의해서만 한정되는 것으로 여겨진다.

Claims (8)

  1. 플레이튼 및 그 플레이튼에 매립된 복수의 전극("매립형 전극")을 갖는 정전 클램프로서, 상기 매립형 전극은 커패시터의 일측면을 제공하고 워크피스는 상기 커패시터의 다른 측면을 제공하여 상기 매립형 전극 중 적어도 일부가 전기적으로 하전될 때 상기 플레이튼에 상기 워크피스를 유지시키는 정전 클램프; 및
    상기 매립형 전극 중 적어도 일부에 전기적으로 접속된 고임피던스 전압계("HIV")를 포함하는 클램핑 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매립형 전극 중 적어도 일부는 상기 HIV에 전기적으로 접속되지 않는 클램핑 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 HIV에 전기적으로 접속되지 않는 상기 매립형 전극은 상기 HIV에 전기적으로 접속되는 상기 매립형 전극보다 큰 클램핑 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 HIV는 1016Ω 이상의 임피던스를 갖는 클램핑 시스템.
  5. 플레이튼 및 그 플레이튼에 매립된 복수의 전극("매립형 전극")을 갖는 정전 클램프를 제공하는 스텝;
    상기 매립형 전극 중 적어도 일부에 전기적으로 접속된 고임피던스 전압계("HIV")를 제공하는 스텝;
    상기 플레이튼에 워크피스를 지지시키는 스텝;
    상기 매립형 전극이 커패시터의 일측면을 제공하고 상기 워크피스가 상기 커패시터의 다른 측면을 제공하여 상기 플레이튼에 대해 상기 워크피스가 유지되도록 상기 매립형 전극 중 적어도 일부를 전기적으로 하전시키는 스텝;
    상기 HIV를 사용하여 상기 매립형 전극 중 적어도 일부의 전압을 모니터링하는 스텝; 및
    상기 매립형 전극 중 적어도 일부의 전압을 모니터링함에 따라 상기 워크피스 상의 전압을 조정하는 스텝을 포함하는, 워크피스를 클램핑하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 매립형 전극 중 적어도 일부는 상기 HIV에 전기적으로 접속되지 않는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 HIV에 전기적으로 접속되지 않는 상기 매립형 전극은 상기 HIV에 전기적으로 접속되는 상기 배립형 전극보다 큰 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 HIV는 1016Ω 이상의 임피던스를 갖는 방법.
KR1020167024703A 2014-02-07 2015-02-09 워크피스를 클램핑하는 시스템 및 방법 KR102402214B1 (ko)

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