KR20180114096A - 입자 성능이 개선된 웨이퍼 접촉 표면 돌출 프로파일 - Google Patents

입자 성능이 개선된 웨이퍼 접촉 표면 돌출 프로파일 Download PDF

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Abstract

타원의 일부와 유사한 연부 표면을 가지는 전반적으로 비-궁형의 상단 표면 형성 돌출부를 가지는 정전기 척. 돌출부의 구조물은 지지된 기재와 척 사이의 상호 작용에 의해서 발생되는 미립자 재료의 감소를 유도한다. 돌출부 표면의 개선된 평활화 및 평탄화에 의해서, 감소된 레벨의 긁힘, 삭마, 마모, 및 미립자 발생이 달성된다.

Description

입자 성능이 개선된 웨이퍼 접촉 표면 돌출 프로파일
반도체 프로세싱 시스템 내에서 기재를 지지하기 위해서 기재 지지 척이 널리 이용된다. 세라믹 정전기 척은 고온 물리기상증착(PVD) 및 반응성 이온 에칭(RIE)과 같은 고온 반도체 프로세싱 시스템에서 이용되는 특별한 유형의 척이다. 이러한 척은 프로세싱 중에 반도체 웨이퍼 또는 다른 공작물을 정지 위치에서 유지하기 위해서 이용된다. 그러한 정전기 척은 세라믹 척 본체 내에 내재된 하나 이상의 전극을 포함한다.
정전기 척은, 기재를 기계적으로 클램핑하지 않고, 제조 프로세스 중에 기재를 유지 및 지지하고 또한 기재로부터 열을 제거한다. 정전기 척은 구조물을 포함하고, 그러한 구조물은 세라믹 기부 내의 전극, 및 기재를 정전기 척에 대해서 정전기적으로 클램핑하는 전기 전하를 형성하기 위해서 전극 내의 전압에 의해서 활성화되는 정전기 척의 표면 층을 포함한다. 정전기 척은, 기재를 표면 층으로부터 멀리 지지하는 세라믹 재료로 제조된 복수의 돌출부 또는 돌부를 더 포함할 수 있다. 정전기 척의 이용 중에, 반도체 웨이퍼와 같은 기재의 후방 측면은 정전기력에 의해서 정전기 척의 면에 대해서 유지된다. 기재는, 전극을 덮는 재료의 표면 층에 의해서 정전기 척의 면 내의 하나 이상의 전극으로부터 분리된다. 쿨롱(Coulombic) 척에서, 표면 층은 전기적으로 절연되는 한편, 존슨-라벡(Johnsen-Rahbek) 정전기 척에서, 표면 층은 약하게 전도한다. 프로세싱 중에 기재에 전달되는 열은, 돌출부와의 접촉 열 전도에 의해서 및/또는 냉각 가스와의 가스 열 전도에 의해서, 기재로부터 멀리 그리고 정전기 척으로 이송될 수 있다. 일반적으로, 기재로부터 열을 제거하는데 있어서, 접촉 열 전도가 가스 열 전도보다 더 효율적이다. 그러나, 기재와 돌출부 사이의 접촉량을 제어하는 것이 어려울 수 있다.
반도체 제조 동작은, 웨이퍼 표면이 가능한 한 청정할 것으로 요구한다. 세라믹 재료로 제조된 척 본체를 이용하는 것의 하나의 단점은, 지지부의 제조 중에, 세라믹 재료가 "랩핑되어(lapped)" 비교적 매끄러운 표면을 생성한다는 것이다. 그러한 랩핑은 지지부의 표면에 부착될 수 있는 입자를 생성한다. 이러한 입자는 표면으로부터 완전히 제거하기가 매우 어렵다. 부가적으로, 겹쳐짐 프로세스는 척 본체의 표면을 파단시킬 수 있다. 결과적으로, 척이 이용될 때, 입자가 이러한 파단에 의해서 계속적으로 생성될 수 있다. 또한, 웨이퍼 프로세싱 중에, 세라믹 재료는 웨이퍼의 하부면으로부터 웨이퍼 산화물을 삭마시킬 수 있고, 결과적으로 프로세스 환경에 미립자 오염을 더 도입할 수 있다. 척의 이용 중에, 입자 자체가 웨이퍼의 하부면에 부착될 수 있고 다른 프로세스 챔버로 운송될 수 있거나 웨이퍼 상에서 제조되는 회로망에 결함을 유발할 수 있다. 세라믹 정전기 척 상에서의 유지 이후에 주어진 웨이퍼의 후방 표면에서 수만개의 오염 입자가 발견될 수 있다는 것이 확인되었다.
1985년 12월 24일에 공개된 일본 특허출원 제60-261377호는 엠보싱형 지지 표면을 가지는 세라믹 정전기 척을 개시한다. 엠보싱은 웨이퍼와 접촉되는 세라믹 지지부의 표면적을 감소시킨다. 결과적으로, 웨이퍼로 전달되는 오염 입자의 수가 감소된다. 그러나, 그러한 엠보싱형 표면은 세라믹 재료와 웨이퍼의 하부면 사이의 어느 정도의 접촉을 유지한다. 따라서, 비록 감소되지만, 오염이 여전히 상당하다.
웨이퍼 접촉 표면 상에서 지지되는 동안 생성되어 기재의 하부면에 부착될 수 있는 오염 입자의 양을 최소화하는 웨이퍼 접촉 표면, 예를 들어 프로세싱 중에 기재를 지지하는 정전기 척 및 다른 물품과 같이 기재 클램핑에서 이용되는 웨이퍼 접촉 표면이 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명자는, 광범위한 실험 및 모델링 후에, 척킹 중에 기재와 웨이퍼 접촉 표면의 돌출부 사이의 상호 작용이, 돌출부 상에 인가되는 수직력 및 전단력의 조합을 초래할 수 있다는 것을 발견하였다. 클램핑 중에, 수정된 연부를 가지는 편평한 상단 돌출부에 비해서, 더 큰 양의 수직 및 전단 응력이 둥근 또는 궁형 돌출부 상에 가해진다는 것을 발견하였다. 또한, 기재와 둥근 또는 궁형 돌출부 사이의 척킹력의 전단 성분이 돌출부 재료의 미정질 구조와 상호작용하여 돌출부, 기재, 또는 그 둘 모두를 손상시킬 수 있고 입자를 생성할 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 문제는, 돌출부를 형성하는 재료의 미결정(microcrystallite)이 척의 웨이퍼 접촉 표면 층에 실질적으로 수직으로 정렬되는 궁형 또는 둥근 돌출부에서 가장 클 수 있다.
본원에서 설명되는 웨이퍼 접촉 표면의 버전, 및 특히 웨이퍼 접촉 표면을 가지는 정전기 척은, 척킹 중에 기재를 지지하는 정전기 척의 표면 층 위에서 연장되는 돌출부를 포함하거나 갖는다. 돌출부라는 용어가 명세서 및 청구범위에서 이용되지만, 메사(mesa), 핸들러 표면(handler surface), 범프, 부조(embossment), 돌부라는 용어 또는 유사 용어가 돌출부와 상호교환 가능하게 이용될 수 있다. 또한, 연부 표면의 구조물 및 돌출부를 위해서 이용되는 재료가 또한, 비제한적으로 승강 핀 밀봉부 및 가스 밀봉 링을 포함하는, 다른 정전기 척 표면 특징부를 위해서 이용될 수 있다.
정전기 척의 버전은 세라믹 기부 내의 전극, 기재를 정전기 척에 대해서 정전기적으로 클램핑하는 전기 전하를 형성하기 위해서 전극 내의 전압에 의해서 활성화되는 정전기 척의 세라믹 기부 상의 표면 층을 포함한다. 정전기 척의 표면 층은, 웨이퍼 접촉 표면을 형성하는 복수의 돌출부를 포함한다. 돌출부는, 기둥형 또는 과립형 형태를 가지고 미세구조가 결정질 또는 비정질인, 조성물을 포함한다. 돌출부는 돌출부를 둘러싸는 표면 층 위로 평균 높이(H)로 연장될 수 있고, 돌출부는 기재의 정전기 클램핑 중에 돌출부 상에서 기재를 지지한다. 돌출부의 횡단면은, 비-궁형의 플래토(plateau) 형상의 상단 표면, 연부 표면, 및 측면 표면을 특징으로 하는 구조물을 갖는다. 돌출부의 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면은, 미크론 단위의 편평도 매개변수(Δ)를 특징으로 하는 미크론 단위의 길이(L)를 갖는다. 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 갖는다.
기재를 척에 클램핑하기 위해서 웨이퍼 접촉 표면의 버전을 이용할 수 있다. 그러한 버전은 웨이퍼 접촉 표면에 의해서 지지되는 공작물에 대한 오염을 감소시키기 위한 방법을 포함하고, 그러한 방법은: 척의 표면 상의 돌출부 부분에 인접한 척의 표면에 실질적으로 평행한, 전기장과 같은, 힘을 생성하는 단계를 포함하고, 돌출부 부분의 돌출부는 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면, 연부 표면, 및 측면 표면을 특징으로 하는 횡단면 구조물을 갖는다. 돌출부의 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면은, 미크론 단위의 편평도 매개변수(Δ)를 특징으로 하는 미크론 단위의 길이(L)를 갖는다. 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 갖는다. 돌출부의 연부 표면은 돌출부의 상단 표면과 측면 표면 사이에 위치되고, 타원의 사분체(quadrant) 또는 그 일부 상에 또는 내에 놓이는 연부 표면 프로파일을 갖는다. 이러한 타원의 단축(Y)은 돌출부의 편평한 표면의 연부와 교차되고, 여기에서 (Δ*100)/L의 값은 ±0.01 이상이고, 타원의 단축 정점은 돌출부의 상단 표면을 따라 놓인다. Y/2의 값은 0.5 미크론 이하이다. 타원의 장축(X)은 돌출부의 상단 표면에 실질적으로 평행하고, X/2의 값은 25 미크론 내지 250 미크론이다.
가스 밀봉 링 및 승강 핀 밀봉부와 같은, 기재와 접촉되는 웨이퍼 접촉 표면 상의 다른 구조물의 횡단면이 또한, 횡단면에서, 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면, 연부 표면, 및 측면 표면을 특징으로 하는 구조물을 가질 수 있다. 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면은, 미크론 단위의 편평도 매개변수(Δ)를 특징으로 하는 미크론 단위의 길이(L)를 갖는다. 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 갖는다.
돌출부의 연부 표면은 돌출부의 상단 표면과 측면 표면 사이에 위치되고, 타원의 사분체 또는 그 일부 상에 또는 내에 놓이는 연부 표면 프로파일을 갖는다. 이러한 타원의 단축(Y)은 돌출부의 편평한 표면의 연부 또는 상단 표면의 일부와 교차되고, 여기에서 (Δ*100)/L의 값은 ±0.01 이상이고, 타원의 단축 정점은 돌출부의 상단 표면을 따라 놓인다. Y/2의 값은 0.5 미크론 이하이다. 타원의 장축(X)은 돌출부의 상단 표면에 실질적으로 평행하고, X/2의 값은 25 미크론 내지 250 미크론이다.
가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부와 같은, 예를 들어 정전기 척일 수 있는, 척 상의 다른 웨이퍼 접촉 구조물의 연부 표면은 또한 이러한 구조물의 상단 표면과 측면 표면 사이에 위치되고, 타원의 사분체 또는 그 일부 상에 또는 내에 놓이는 연부 표면 프로파일을 가질 수 있다. 이러한 타원의 단축(Y)은 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 편평한 표면의 연부 또는 상단 표면의 일부와 교차되고, 여기에서 (Δ*100)/L의 값은 ±0.01 이상이고, 타원의 단축 정점은 가스 또는 승강 핀 밀봉부의 상단 표면을 따라 놓인다. Y/2의 값은 0.5 미크론 이하이다. 타원의 장축(X)은 가스 또는 승강 핀 밀봉부의 상단 표면에 실질적으로 평행하고, X/2의 값은 25 미크론 내지 250 미크론이다.
돌출부, 승강 핀 밀봉부, 또는 가스 밀봉부의 측면 표면은 연부 표면 및 표면 층을 연결한다. 돌출부, 승강 핀 밀봉부, 또는 가스 밀봉 링의 비-궁형 상단 표면이 플래토 또는 실질적으로 편평한 표면일 수 있다.
도 1은 실질적으로 편평한 상단, 둥근 연부 돌출부를 도시하고, 수직력 벡터를 도시한다.
도 2는 약 75 Torr의 힘으로 궁형 형상의 돌출부에 클램핑되고 그와 상호작용하는 웨이퍼를 도시한다.
도 3은, 빔 종료점들(endpoints)이 10 밀리미터 이격된, 규소 빔 편향 그래프를 도시한다.
도 4는 약 7500 Torr의 큰 클램프력으로 궁형 형상의 돌출부에 클램핑되고 그와 상호작용하는 웨이퍼를 도시한다.
도 5는 힘, 웨이퍼 접촉 면적, 및 기둥형 구조를 가지는 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)과 같은 재료로 제조된 돌출부 마감 프로세스를 도시하고 요약한다. 도시된 돌출부는 (a) 둥근 상단부, (b) 둥근 연부를 가지는 편평한 상단부, 및 (c) 날카로운 모서리를 가지는 편평한 상단부를 갖는다.
도 6은 직경(D), 플래토, 높이, 연부 반경 또는 라운딩(rounding) 매개변수, 곡률 반경 또는 편평도, 중심 대 중심의 가장 근접한 이웃 거리, (또한 타원형/계란형, 정사각형, 직사각형 등일 수 있는) 돌출부 또는 편평부 형상, 및 정전기 척 표면 상의 돌출부 분포를 포함하는, 돌출부 또는 메사의 여러 가지 특징을 도시한다.
도 7은 본 발명의 버전의 비-궁형 돌출부를 도시한다.
도 8은 기둥형 미세구조를 가지는 재료로 제조된 궁형 돌출부를 보여주고, 클램핑된 기재로부터 돌출부 및 기둥형 미세구조에 가해지는 수직력 및 전단력을 도시한다.
도 9는 플래토 상단부 및 기둥 미세구조를 가지는 비-궁형의 돌출부를 보여주고, 클램핑된 기재(미도시)에 의해서 재료에 가해지는 수직력을 도시한다. 도 10은 세라믹 기부 내의 전극, 그리고 실질적으로 편평한 상단 표면, 연부 표면, 및 돌출부 연부 프로파일을 묘사하는 하나 이상의 타원을 가지는 정전기 척의 표면 층 위의 돌출부의 버전을 도시한다.
도 11은 세라믹 기부 내의 전극, 그리고 실질적으로 편평한 상단 표면, 표면 층에 수직이 아닌 연부 표면, 및 돌출부 연부 프로파일을 묘사하는 하나 이상의 타원을 가지는 돌출부의 다른 버전을 도시한다.
도 12a 및 도 12b는, 정전기 척 위의 돌출부의 버전에서 발견될 수 있는 기둥 형태를 도시한 주사 전자 현미경 사진이다.
다양한 조성물 및 방법이 설명되지만, 본 발명은, 변경될 수 있는 설명된 특별한 분자, 조성, 설계, 방법 또는 프로토콜로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 설명에서 사용된 전문 용어가 단지 특별한 버전 또는 실시예를 설명하기 위한 것이고, 첨부된 청구항에 의해서만 제한될 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 여기에 그리고 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 문맥에서 달리 명백하게 기술하지 않는 한, 단수 형태("a", "an", 및 "the")가 복수의 대상을 포함한다는 것을 또한 주목하여야 할 것이다. 그에 따라, 예를 들어, "돌출부"에 대한 언급은 하나 이상의 돌출부 및 당업자에게 공지된 그 균등물 등에 대한 언급이 된다. 달리 규정되는 바가 없는 한, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어가 당업자에 의해서 일반적으로 이해되는 바와 같은 의미를 갖는다. 본원에서 설명된 것과 유사하거나 동일한 방법 및 재료가 본 발명의 실시예의 실행 또는 테스트에서 이용될 수 있다. 본원에서 언급된 모든 간행물 전체가 본원에서 참조로 포함된다. 본원에서, 선행 발명으로 인해서, 본 발명이 그러한 개시 내용에 선행하는 자격을 가지지 못하는 것으로 해석되지 않아야 한다. "선택적" 또는 "선택적으로"는, 후속 설명되는 이벤트 또는 상황이 발생되거나 발생되지 않을 수 있다는 것, 그리고 설명이, 이벤트가 발생되는 상황 및 이벤트가 발생되지 않는 상황을 포함한다는 것을 의미한다. 본원의 모든 수치 값은, 명시적으로 표시되든지 또는 그렇지 않든지 간에, "약"이라는 용어에 의해서 수정될 수 있다. "약"이라는 용어는 일반적으로 당업자가 인용된 값과 균등한 것으로 간주할 수 있는(즉, 동일한 기능 또는 결과를 가지는) 숫자의 범위를 지칭한다. 일부 실시예에서, "약"이라는 용어는 기술된 값의 ±10%를 지칭하고, 다른 실시예에서, "약"이라는 용어는 기술된 값의 ±2%를 지칭한다. 조성물 및 방법이 ("포함하나, 그러한 것으로 제한되지 않는"을 의미하는 것으로 해석되는) 여러 성분 또는 단계를 "포함하는 것"과 관련하여 설명되지만, 그러한 조성물 및 방법은 또한 여러 성분 및 단계로 "본질적으로 이루어질" 또는 "이루어"질 수 있고, 그러한 전문 용어는 본질적으로 폐쇄된 또는 폐쇄된 부재 그룹을 규정하는 것으로 해석되어야 한다.
정전기 척 또는 진공 척일 수 있는 척의 표면 층 상의 돌출부가 균일하게 이격되거나, 그렇지 않을 수 있다. 가까운 가스 밀봉부 및 승강 핀 밀봉부와 같이, 수용될 필요가 있는 척 상의 기존 특징부로 인해서, 지역적 돌출부 밀도, 돌출부 패턴 레이아웃, 간격, 또는 심지어 척의 특정 지역/영역 내의 돌출부 직경을 변화시키는 것이 요구될 수 있는, 척의 레이아웃의 상황이 있다. 표면 층 상의 돌출부의 영역은 "규칙적으로 균등하게 이격된 배열", 예를 들어 육각형 패턴 또는 삼각형 패턴을 갖는 돌출부를 가질 수 있다. 부분적 돌출부(예를 들어, 원통체의 절반, 원통체의 사분의 일, 및 다른 형상)가 또한 정전기 척의 표면 상에서 이용될 수 있고 본원에서 개시된 바와 같은 연부 표면 프로파일을 가질 수 있다.
돌출부의 측면 표면은 표면 층을 연부 표면 프로파일과 연결한다. 일부 버전에서, 측면 표면의 "수직성"은 표면 층으로부터 80도 내지 175도에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 돌출부 측면 표면(1040)이 표면 층(1030)에 본질적으로 수직인 도 10에서, 측면 표면(1040)은 표면 층(1030)과 90도의 각도를 만든다. 반면, 돌출부 측면 표면(1140)이 표면 층(1130)에 수직이지 않은 도 11에서, 측면 표면(1140)은 표면 층(1130)과 90도 초과의 각도, 예를 들어 90도 내지 175도의 각도를 만든다.
돌출부의 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면은, 미크론 단위의 길이(L) 및 미크론 단위의 편평도 매개변수(Δ)를 특징으로 하는 구조물을 갖는다. 비-궁형 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 갖는다. 승강 핀 밀봉부 또는 가스 링 밀봉부의 경우에, 이러한 밀봉부의 비-궁형 상단 표면은 또한 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 가질 수 있다.
돌출부 형상은 제한되지 않는다. 상단으로부터 볼 때, 돌출부는 예를 들어 원형, 타원형, 직사각형 또는 다른 다각형일 수 있다. 돌출부의 상단 면적이 기부보다 크거나 작을 수 있다. 돌출부의 기재와의 접촉 면적은, 정전기 척의 전체 면적의 약 1% 내지 약 10%를 포함할 수 있다. 돌출부는 약 0.75 밀리미터 내지 약 3 밀리미터의 직경을 가질 수 있다. 이웃하는 돌출부의 쌍들 사이의 중심 대 중심 거리가 약 20 밀리미터 미만, 또는 약 10 밀리미터 미만, 또는 약 8 밀리미터 미만, 또는 약 6 밀리미터 미만, 또는 약 4 밀리미터 미만, 또는 약 2 밀리미터 미만일 수 있다. 일부 버전에서, 돌출부들 사이의 중심 대 중심 거리가 1 미크론 내지 20 미크론일 수 있다. 돌출부는 적어도 하나의 부분적 돌출부를 포함할 수 있고, 부분적인 돌출부는 웨이퍼 또는 기재 접촉 표면 구조물의 적어도 일부를 포함한다. 표면 구조물은 가스 채널, 승강 핀, 접지 핀, 돌출부, 또는 이들 중 하나 이상의 임의 조합 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 돌출부의 높이는 클램핑 중에 기재, 돌출부, 및 돌출부를 둘러싸는 표면 층의 부분 사이의 공간 내에 위치되는 가스의 평균 자유 경로와 실질적으로 같을 수 있다. 일부 버전에서, 웨이퍼 접촉 표면 상의 돌출부 높이가 실질적으로 동일하고 5 미크론 내지 20 미크론의 범위일 수 있다. 웨이퍼 접촉 표면의 버전에서, 가스 밀봉부 및 승강 핀 밀봉부의 높이 및 횡단면이 돌출부의 높이 및 횡단면과 실질적으로 동일하다.
돌출부의 전부 또는 일부를 형성하는 재료는, 돌출부가 지지하는 기재보다 연성일 수 있다. 예를 들어, 돌출부는 전체적으로 물리기상증착된 알루미늄 산질화물로 제조될 수 있거나, 알루미나와 같은 하부 세라믹의 알루미늄 산질화물 상부층의 코팅일 수 있다. 일부 버전에서, 돌출부를 형성하는 재료가, 결정도(crystallinity)를 가지는 미세구조를 가지고, 그러한 재료는 비정질이 아니다. 일부 버전에서, 돌출부 재료는 기둥형 구조를 갖는다. 규소 기재 또는 웨이퍼를 지지하는 돌출부를 위해서 이용될 수 있는 재료의 예는, 비제한적으로, 이트리아(Y2O3), 이트륨 알루미늄 가넷, 알루미나(Al2O3), 또는 알루미늄 산질화물을 포함할 수 있다.
일부 버전에서, 돌출부 조성물은, 기둥형 또는 과립형인 형태를 가지고, 미세구조가 결정질 또는 비정질일 수 있다. 예를 들어, x-선 회절(XRD)에 의해서 측정될 때, 비정질(본질적으로 0의 결정도)인 YAG 조성물이 제조될 수 있는 한편, 나노미터 및 미크론-크기의 결정을 가지는 이트리아 조성물이 제조될 수 있다. 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 돌출부의 미세구조를 분석할 수 있고, 예를 들어 SEM을 이용하여 YAG 및 이트리아 모두가 기둥형 형태를 가질 수 있다는 것을 보여줄 수 있다.
X-선 회절(XRD)을 이용하여, 돌출부(들), 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부 재료의 구조를 특징화할 수 있다. 다결정 재료를 포함하는 돌출부, 가스 밀봉부, 또는 승강 핀 밀봉부는, 다결정 재료의 XRD 회절도(diffractogram)보다 약간 더 넓은 피크를 가지는 XRD 회절도를 가질 것이고, 결정 크기는 윌리암슨-홀 도표(Williamson-Hall plot)에 의해서 계산될 수 있다. 웨이퍼 접촉 표면 또는 정전기 척의 접촉 표면의 일부 버전에서, 돌출부, 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부가 저온 물리기상증착(PVD) 프로세스를 이용하여 형성되고, 재료는, 비정질 매트릭스 내에 내재된 다양한 결정 크기를 가지는 미세결정 구조를 갖는다. 일부 버전에서, 돌출부, 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부는 저온 PVD 프로세스를 이용하여 형성되고, 재료는 작은 또는 실질적으로 0인 결정도를 갖는다. 돌출부, 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부의 기둥형 또는 과립형 구조는 또한 재료의 SEM 분석을 기초로 결정될 수 있다.
돌출부 상단 표면을 특징화하는 표면 라인은, 조도가 측정되는 기준선(평균 표면 또는 중간 라인)일 수 있다. 중간 라인 위에 있는, 이러한 중간 라인을 따른 돌출부의 가장 높은 부분은 Hmax이고, 가장 깊은 계곡은 Hmin이다. Hmax-Hmin는 Rmax로 지칭되고, 이는 중간 라인으로부터의 최대 편차이다. 빈번하게 사용되는 표면 조도의 측정치인, Ra라는 용어는 이러한 중간 라인으로부터의 절대 편차값의 산술 평균이다. 표면 조도 및 표면 프로파일은 (고정된 선단부 반경을 가지는) 스타일러스 조면계(stylus profilometer)를 이용하여 측정될 수 있다. 레이저 공초점 현미경과 같은 비-접촉 방법을 이용하여, 돌출부 및 다른 정전기 척 표면 구조물의 표면 조도(면적 및/또는 선형)를 프로파일링 및 평가할 수 있다. 일부 경우에, 2개의 대표적인 중간 라인을 이용하여 돌출부의 상단 표면 평면을 규정할 수 있다.
웨이퍼 접촉 표면의 버전에서 돌출부, 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부는 길이(L)의 실질적으로 편평한 상단 표면 또는 플래토를 가지고, 정전기 척 필드 레벨 위의 평균 높이(H)를 갖는다. 이러한 구조물의 상단 표면은, 돌출부 또는 다른 밀봉 구조물 상에서 둥근 연부를 형성하는 타원의 장축에 실질적으로 평행한 평면 내에 놓인다. 돌출부 상에서 둥근 연부를 형성하는 타원의 장축은 또한 정전기 척의 표면 층 또는 필드에 실질적으로 평행하다. 표면 층 또는 필드 레벨 위의 돌출부의 상단 표면의 평균 높이는, 둥근 연부를 형성하는 타원의 단축의 최상단 지점과 실질적으로 동일한 높이일 수 있거나 약간 더 높을 수 있다.
타원은 2개의 수직 축을 가지며, 그 축 주위에서 타원이 대칭적이다. 이러한 축은, 타원의 대칭성으로 인해서, 타원의 중심에서 교차한다. 타원의 대척점들(antipodal points) 사이의 가장 먼 거리에 상응하는, 이러한 2개의 축 중 더 큰 축은 장축으로 지칭된다. 타원에 걸친 가장 작은 거리인, 이러한 2개의 축 중 작은 축은 단축으로 지칭된다.
돌출부 및 가스 밀봉부 및 승강 핀 밀봉부와 같은 다른 특징부의 횡단면의 연부 표면 프로파일은, 서로 ±10% 이내인 X 및 Y 축 값을 가지는 도 10에 도시된 바와 같은 2개의 타원 상에 또는 실질적으로 그 내부에 있을 수 있다. 편평한 상단부 및 날카로운 또는 본질적으로 정사각형 모서리(횡단면)를 가지는 돌출부는 모서리에서 큰 응력을 가지며, 이러한 날카로운 모서리의 연부 표면 프로파일은 도 10 및 도 11에 도시된 2개의 타원 상에 또는 내에 있지 않다.
수치 모델(FEA)을 이용하여, YAG(이트륨 알루미늄 가넷) 부조 또는 돌출부 상의 클램핑 중의 규소 웨이퍼 변형을 분석하였다.
도 2는 클램핑되고 궁형 형상의 돌출부와 상호작용하는 웨이퍼를 도시한다. 웨이퍼는, 클램프력이 75 Torr(10k N/m2)일 때, 약간의 처짐만을 갖는다(10 밀리미터 돌출부 중심 대 중심 간격에 대해서 최대 변형은 40nm이다). 결과는, 웨이퍼가 클램핑 중에 돌출부 프로파일과 일치될 수 없다는 것을 보여준다.
수치 모델(유한 요소 모델)을 이용하여, 균일한 하중 하의 규소 빔의 편향을 계산하였고, 결과를 도 3에 도시하였다. 수치 결과는 분석 결과와 일치되었다. 웨이퍼는 75 Torr 클램프력에서 상당히 변형되지 않는다. 규소 빔의 최대 편향은 17.2 나노미터이다.
척이 7500 Torr(1M N/m2)의 극히 큰 클램프력을 갖는 것으로 가정할 때, 최대 웨이퍼 처짐은 ~ 4um이다. 도 4에 도시된, 이러한 조건 하에서, 웨이퍼는 여전히 클램핑 중에 궁형 돌출부 프로파일과 완전히 일치될 수 없고, 돌출부의 상단부 상의 ~ 1mm-직경 면적 만이 웨이퍼에 접촉된다. 이러한 조건 하에서 돌출부 주위의 웨이퍼 상의 응력(300 MPa)은 규소의 파단 응력(700MPa)에 근접하고, 입자 발생을 초래할 것으로 예상된다.
부가적인 시뮬레이션 또는 모델링 연구는, 돌출부 표면이 편평하거나 플래토를 가질 때, 전체 돌출부 표면에 걸쳐 기재와 접촉되어 유지되었다는 점을 제안하였다. 또한, 모델링은, WO 2009/064974 A2에서 제안된 바와 같이, 편평한 돌출부의 중심에서 기재가 들뜸을 나타내지 않는다는 것을 보여주었다.
이러한 예는, 규소 웨이퍼가 둥근-상단(궁형) 돌출부의 프로파일과 완전히 일치될 수 없다는 것을 보여주고, 이는 돌출부의 상단부에서 큰 응력을 유발한다. 정전기 척의 클램프력이 75 Torr(10k Pa)라면, 10 mm 중심 대 중심 간격을 가지는 웨이퍼 접촉 표면의 돌출부들 사이의 웨이퍼 최대 변형은 단지 40nm이다. 분석 결과는, 클램핑 중에 둥근-상단 돌출부 상에 수직력뿐만 아니라 전단력이 존재한다는 것을 더 보여준다. 대조적으로, 편평한-상단 돌출부 상에는 수직력만이 또는 실질적으로 수직력만이 존재한다. 큰 응력 및 전단력은 돌출부를 손상시킬 수 있고 입자를 생성할 수 있으며, 그러한 손상은, 돌출부 재료가 미정질 또는 기둥형 형태를 가지는 경우에, 더 커질 것이다. 둥근 연부를 가지는 편평한-상단 돌출부는 상단부 상에서 균일한 응력을 가지고 연부에서 감소된 응력 집중을 갖는다. 이러한 연구 그리고 저온(200 ℃ 미만) PVD 프로세스를 이용하여 증착될 때 YAG가 기둥형 구조를 갖는다는 사실을 기초로, YAG 부조의 경우에 표면 조도(Ra)가 1 미크론 미만이고 둥근 연부(Y가 1 미크론이고, X가 275 미크론이고, L이 1435 미크론인 도 5의 아래의 중심 도면 참조)를 가지는 편평한-상단 돌출부는, 지지되는 규소 웨이퍼에 대한 최소한의 입자 및 감소된 손상을 생성할 수 있다.
반도체 프로세싱/계측 도구는, 프로세스 챔버 및 계측 도구 내에서 웨이퍼를 고정 및 조작하기 위해서 웨이퍼 부동화 기술을 이용한다. 이러한 기술은, 웨이퍼 뒤쪽의 폐쇄 부피를 배기함으로써 웨이퍼 또는 기재를 고정하기 위한 진공-기반을 포함하는 힘, 자연적인 정전기(ESC)(그에 의해서, 웨이퍼가 전극으로서 거동하는 정전기 클램프 조립체에 고전압을 인가하는 것에 의해서, 웨이퍼가 부동화되거나 고정된다), 또는 다른 물리적 수단(예를 들어, 연부 파지 척)을 이용할 수 있다. 각각의 경우에, 힘이 웨이퍼(또는 다른 기재) 상에 인가되는 경우에, 웨이퍼를 기재 접촉 표면과 접촉시키면, 미립자 오염물을 웨이퍼 후방 측면으로부터 척의 웨이퍼 접촉 표면으로, 또는 웨이퍼 접촉 표면으로부터 다시 웨이퍼로 전달하기 위한 전위가 존재한다. 미립자 전달이 임박한 프로세스 및/또는 최종 제품에 부정적인 영향을 미치는 중요한 웨이퍼 클램핑 적용예의 경우에, 입자 전달을 줄이기 위한 일반적이고 단순한 접근방식은, 웨이퍼 척 클램프 표면과 직접적으로 접촉되는 웨이퍼의 면적을 제한하였다. 이는, 주어진 적용예의 요건을 만족시키는 패턴으로 배열된, (가장 근접한 이웃) 메사-간 거리(R)를 가지는, 일부 직경(D) 또는 물리적 크기(또한 타원형/계란형, 정사각형, 직사각형 등일 수 있다)의 척 표면 상의 상승된 지역 또는 표면 특징부(메사, 돌부, 돌출부, 부조, 또는 범프)의 분포를 생성함으로써 도 6에 도시된 바와 같이 달성될 수 있다. 패턴은 삼각형, 육각형, 정사각형, 원형 등일 수 있다.
척킹 표면들 사이의 입자 교환 기회를 감소시키는 것은, 클램핑되는 재료의 재료 특성에 대한 웨이퍼 접촉 표면의 재료 특성인, 입자 성능을 개선할 수 있다. 접촉 표면 특징부의 형상/프로파일은 또한 입자 발생에 영향을 미칠 수 있고 웨이퍼의 후방 표면 및/또는 표면 특징부에 손상을 가할 수 있다. 이는 다시, 전달되는 입자의 증가 및 시스템의 조기의 고장에 기여할 수 있다.
부조(돌출부) 및 클램핑되는 재료(경도, 영률, 파단 인성, 등) 모두의 재료 특성을 고려하여, 돌출부 레이아웃(지역적 밀도, 패턴), 클램프력, 및 돌출부 자체의 기하형태를 결정할 수 있다.
모델링 및 조사는, 돌출부가 실질적으로 편평한 상단부(편평한 플래토 영역) 및 적절하게 반경처리된(radiused) 또는 둥글게 처리된 연부를 가지는 것이 중요하다는 것, 깍아낸(squared off) 돌출부 연부(도 5b("둥근 연부를 가지는 편평한 상단부") 및 도 6 참조)에서 큰 힘의 집중을 가지는 경향을 감소/최소화하면서, 클램핑된 웨이퍼의 유효 웨이퍼 접촉 면적을 최대화할 수 있다는 것(이는 유효 접촉력을 감소시킨다)을 보여준다. 반경처리된 돌출부 연부는, 탄성 웨이퍼 또는 기재가 굽혀지고/처질 때 돌출부에 의해서 지지되지 않는 지역 내에서 클램핑 힘(돌출부간/가장 근접한 이웃 거리(R)의 함수)으로부터 발생되는, 클램핑 중에 돌출부의 연부에서 인가되는 힘의 집중을 최소화한다. 실질적으로 편평한 상단 표면을 가지고 반경처리된 연부를 가지는 돌출부 또는 다른 밀봉 구조물은 돌출부의 전체 접촉 면적에 걸쳐 더 균일한 응력 프로파일(균일한 하중)을 초래하고, 돌출부 및 웨이퍼 재료 모두에 대한 임계 응력이 웨이퍼 클램핑 중에 초과될 가능성을 감소시킨다. 이는 다시, 웨이퍼 클램핑 프로세스 중에 입자를 생성할 수 있는 가능성을 최소화한다. 전술한 형상을 엔지니어링(engineering)하는 것에 더하여, 웨이퍼 접촉 표면의 표면 조도 및 연부 프로파일이 작다(Ra<1 ㎛). 실질적으로 편평한 상단의 프로파일(플래토) 및 표면 조도가 작은(Ra<1 ㎛) 반경처리된 연부를 가지는, 이러한 광범위한 연구를 기초로 하는 돌출부의 프로파일의 예가 도 7에 도시되어 있다. 도 7의 예에서, 연부 프로파일을 묘사하는 타원이 약 275 미크론의 장축(X) 치수 및 약 1 미크론의 단축(Y), 약 1475 미크론의 길이(L)의 플래토 영역, 및 약 0.15 미크론의 델타(Δ)를 갖는다. 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부가 유사한 횡단면 프로파일을 가질 수 있다.
예를 들어 정전기 또는 다른 유형의 척에서 이용될 수 있는 웨이퍼 또는 기재 접촉 표면의 버전에서, 돌출부(또는 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부)의 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 갖는다. 척의 일부 버전에서, 돌출부(또는 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부)의 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±(0.01 내지 0.001)인 (Δ*100)/L의 값을 갖는다.
델타(Δ) 및 L의 값은 공초점 레이저 현미경을 이용하여 결정될 수 있다. 이러한 기술은, 돌출부 중심 또는 가장 높은 지점으로부터 멀리 이동되는 여러 지점들(L)에서의 돌출부의 가장 높은 지점(Hmax) 사이의 높이차를 측정하기 위해서 이용될 수 있다. 델타(Δ)의 값은 변경될 수 있고, 상단 표면이 ±0.01 미만인 값을 가지는 (Δ*100)/L의 관계를 만족시킨다면, 특별히 제한되지 않는다. 척의 일부 버전에서, 델타(Δ)의 값은 0.25 미만일 수 있다. 다른 버전에서, 델타의 값은 0.05 내지 0.25 범위일 수 있다. 더 작은 델타(Δ)의 값은, 돌출부와 접촉되는 기재로부터의 입자 발생을 제한할 수 있는 더 편평한 상단 표면을 제공한다.
이러한 예에 관한 연구는 또한, 실질적으로 편평한 것 대신에, 돌출부의 접촉 표면이 도 5a에 도시된 바와 같이 궁형(볼록)("둥근 상단부")인 경우에, (균등한 직경의 돌출부, 돌출부간 간격 및 클램프 전압에서) 접촉 표면의 궁형 성질은 유효 웨이퍼 접촉 면적을 감소시키는(유효 힘을 증가시키는) 그리고 돌출부 상의 응력 프로파일의 불균일성을 증가시키는 경향을 갖는다는 것을 보여준다. 이는, 웨이퍼가 돌출부의 상단 표면에 실질적으로 일치되지 않고(웨이퍼/돌출부 재료 시스템의 탄성 특성, 돌출부간 거리, 클램프력 등의 함수), 그 대신에 (편평한 상단 돌출부에 비해서) 작은 면적에 힘을 집중하는 경향을 가지며, 그리고 접촉 지역 내의 돌출부 상의 유효 힘을 증가시키기 때문에 발생된다. 볼록한 접촉 표면을 향해서 실질적으로 편평한 접촉 표면으로부터 더 많이 벗어날수록, 유효 웨이퍼 대 돌출부 접촉 면적이 더 작아진다. 이러한 경우에, 웨이퍼-돌출부 계면에서 인가되는 힘은 전체 접촉 면적에 걸쳐 균일하지 않고, 그 대신에, 곡선형 표면의 정상부 상에 센터링된 영역 내에 집중되고, 그로부터 멀어짐에 따라 감소된다. 접촉력은 정상부에서 가장 크고 전체적으로 수직이며, 그로부터 멀어짐에 따라 (도 8에 도시된 바와 같이 돌출부에 대한 전단 응력 성분을 도입하면서) 감소된다.
또한, 정상부에 인가된 힘이 돌출부 재료 및/또는 클램프되는 웨이퍼의 항복 강도를 초과하는 경우에, 돌출부 및/또는 웨이퍼에 대한 손상이 발생되어, 미립자 발생을 초래할 수 있고, 이는 자기-영속적(self-perpetuating) 입자 문제가 될 수 있다. 돌출부의 정상부에서의 힘이 표면에 수직(도 8에서 하향 대면 화살표인 돌출부 상단에 수직인 화살표)이지만, 정상부로부터 먼 곳에는 응력에 대한 전단 성분(도 8에서 측방향 대면 화살표)이 존재하고, 이는, 본질적으로 기둥형인 코팅의 경우에 특히 문제가 될 수 있고, 이는 또한 돌출부 코팅의 파단 및 궁형 돌출부에서의 미립자 발생 증가를 초래할 수 있다. 궁형 돌출부 표면은, 도 8에 도시된 바와 같은 기둥형 구조를 가지는 일부 코팅의 파단을 유발하여, 입자 성능의 저하 및 부조 시스템(돌출부 시스템)의 활용 수명의 감소를 초래할 수 있는 전단 응력을 도입한다.
이러한 예에서의 조사는 또한, 접촉 표면이 오목할 때, 유효 접촉 면적이 또한 감소되고(웨이퍼는 오목 돌출부의 중심과 접촉하도록 일치되지 않을 것이다) 가장 큰 접촉력이 돌출부의 외부 연부에 위치되는 상승된 면적 상에서 원주방향으로 발생된다는 것을 보여준다. 볼록 또는 오목 돌출부 접촉 표면 모두는 고성능 웨이퍼 접촉 표면에 이상적이지 않다. 깍아낸(비-반경처리된 연부) 돌출부의 경우에, 도 5c를 참조하면, 연부를 넘어서 웨이퍼가 지지되지 않고 그것이 "경계"가 되기 때문에, 더 큰 접촉력이 국소적으로 존재한다. 이는 연부에서의 응력의 국소적인 집중을 초래하고, 이는 기재, 돌출부로부터, 또는 둘 모두의 조합으로부터 입자를 초래할 수 있다.
이러한 예에 관한 조사는, 부조 크기 범위(100 ㎛ 내지 10mm), 형상(정사각형, 타원형/계란형), 돌출부간 간격, 표면 마감(Ra < 1 ㎛)에 대해서, 돌출부 상의 실질적으로 편평한 상단 표면을 유지하는 것(돌출부의 플래토 영역에 대한 평탄도 < 0.01%)에 의해서, 입자에 대한 충격 프로파일 관련 기여가 최소화될 수 있다는 것을 발견하였다.
(부조 또는 돌출부 재료의 경도가 클램프되는 재료의 경도와 유사한 부조 또는 돌출부 시스템의 경우에) 모든 고성능 웨이퍼 접촉 표면에 대해서 중요하지만, 최적화된 돌출부 프로파일은, 기둥형 미세구조를 가지는 코팅의 경우에 입자 성능(증가된 영향을 갖는다)을 결정하는데 있어서 보다 더 중요한 역할을 할 수 있다. (반경처리된 연부와 함께) 접촉 표면을 실질적으로 편평하게 유지하는 것은, 도 9의 도시 내용과 같이 기둥형 미세구조를 가지는 돌출부에 의해서 도시된 바와 같이, 돌출부 상에서 더 균일한 하중(도 9의 도면에서 하향 대면 화살표에 의해서 표시된 바와 같은 더 큰 수직력) 및 거의 없거나 없는 전단 응력을 보장한다.
돌출부 프로파일 설계는, 차감 방법(리소그래픽 패터닝 + 비드 블래스트(bead blast); 리소그래픽 패터닝 + 플라즈마 또는 화학적 에칭), 부가 방법(3D 프린팅, PECVD/PVD 프로세스를 이용한 물리적-마스크-형성된 특징부), 부가적 또는 차감적 제조 방법을 이용한 오버코팅된 특징부 구축을 이용하여 생성되든지 간에, 인가된 하중이 임의의 접촉 표면 상에서 더 균일해지도록 엔지니어링하는 것에 의해서, 입자 성능을 개선할 수 있다.
도 10은, 세라믹 기부(1020) 내의 전극(1010); 및 기재를 정전기 척의 도시된 부분의 기재 접촉 표면에 정전기적으로 클램핑하는 전하를 형성하기 위해서 전극(미도시) 내의 전압에 의해서 활성화되는 정전기 척의 표면 층(1030)을 도시한다. 척 상의 웨이퍼 접촉 표면은 돌출부의 상단 표면을 포함한다. 대표적인 돌출부(1000)를 가지는 정전기 척의 표면 층(1030)의 일부가 도시되어 있고, 돌출부는, 미세구조가 결정도를 가지는 조성물을 포함한다. 도시된 돌출부는 돌출부를 둘러싸는 표면 층 위로 평균 높이(H)까지 연장된다. 부가적인 돌출부, 밀봉 링, 및 승강 핀 밀봉부(미도시)는 실질적으로 동일한 레벨의 상단 표면을 가지며, 그에 따라 척킹된 기재는 실질적으로 편평하게 유지된다. 돌출부는 기재의 정전기 클램핑 중에 돌출부 위에서 기재를 지지한다. 도시된 돌출부의 횡단면은, 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면(1060), 연부 표면(1050), 및 측면 표면(1040)을 특징으로 하는 구조물을 갖는다. 돌출부의 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면은, 미크론으로 측정된 값(L) 및 또한 미크론으로 측정된 편평도 매개변수(Δ)를 특징으로 할 수 있다. 길이(L)의 돌출부의 실질적으로 편평한 상단 표면 또는 플래토 영역이 도 10 및 도 11에 도시되어 있다. 연부 표면 부근의 편평도 매개변수가 또한 도 10 및 도 11에 도시되어 있다. L 및 Δ 모두가 레이저 공초점 현미경에 의해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 레이저 공초점 현미경을 이용하여, 돌출부의 중심이 식별될 수 있고, 돌출부의 최대 높이(Hmax)가 또한 식별된다. 도 10 및 도 11에서, 가장 높은 지점이 돌출부의 본질적으로 중심에 있는 것으로 도시되어 있으나, 가장 높은 지점이 중심에 있지 않을 수 있다. 돌출부의 중심 또는 가장 높은 지점으로부터 대칭적으로 멀리 이동될 때, 값(L)이 증가된다. 돌출부 중심 또는 가장 높은 지점으로부터 멀리 이동되는 여러 지점에서, 공초점 레이저 현미경을 이용하여 가장 높은 지점(Hmax)(또는 높이(Hmax)에 위치되고 표면 층(1030 또는 1130)에 실질적으로 평행한 가상 평면)과 (각각의 L/2에서의) 돌출부의 표면 사이의 높이차를 측정하여 델타(Δ)의 값을 획득할 수 있다. 상단 표면의 길이는 도 11에 도시된 바와 같이 표면 층과의 접촉에서 돌출부(또는 가스 밀봉부 또는 승강 핀 횡단면)의 기부의 직경보다 짧을 수 있다. 돌출부(또는 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부)의 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 갖는다.
돌출부(또는 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부)의 연부 표면(1050)은 돌출부(또는 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부)의 상단 표면(1060)과 측면 표면(1040) 사이에 있고, 공초점 레이저 현미경에 의해서 결정될 때, (Δ*100)/L의 값은 ±0.01 이상이다. 연부 표면 프로파일은 또한 타원의 사분체 또는 그 일부 상에 또는 그 내에 있을 수 있다. 이러한 타원의 단축(Y)은 돌출부(또는 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부)의 편평한 표면의 연부 또는 상단 표면의 일부와 교차되고, 여기에서 (Δ*100)/L의 값은 ±0.01 이상이고, 타원의 단축 정점은 돌출부(또는 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부)의 상단 표면을 따라 놓인다. Y/2의 값은 0.5 미크론 이하이다. 타원의 장축(X)은 돌출부(또는 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부)의 상단 표면 및 정전기 척 표면 층(1030)에 실질적으로 평행하고, X/2의 값은 25 미크론 내지 250 미크론이다. 돌출부의 측면 표면은 표면 층에 수직인 또는 거의 수직인 것으로 도시되어 있다.
도 11은 또한 세라믹 기부(1120) 내의 전극(1110), 및 기재를 정전기 척에 정전기적으로 클램핑하는 전하를 형성하기 위해서 전극(미도시) 내의 전압에 의해서 활성화되는 정전기 척의 표면 층(1130)을 도시한다. 웨이퍼 접촉 표면을 형성하는 대표적인 돌출부(1100)를 가지는 정전기 척의 표면 층(1130)의 일부가 도시되어 있고, 돌출부는, 미세구조가 결정도를 가지는 조성물을 포함한다. 도 11은 돌출부를 도시하고, 그러한 돌출부는 실질적으로 편평한 상단 표면(1160), 연부 표면(1150), 및 연부 프로파일을 묘사하는 하나 이상의 타원을 갖는다. 상단 표면(1160)은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 갖는다. 돌출부(또는 가스 밀봉부 또는 승강 핀 밀봉부)의 측면 표면(1140)은 표면 층에 수직이 아니고, 이는 측면 표면의 "수직성"이 표면 층으로부터 80도 내지 175도에서 변경될 수 있다는 것을 설명한다.
가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 횡단면은 또한, 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면, 연부 표면, 및 측면 표면을 특징으로 하는 구조물을 가질 수 있고; 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면은 미크론 단위의 편평도 매개변수(Δ)를 특징으로 하는 미크론 단위의 길이(L)를 가지며, 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 갖는다. 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 연부 표면은 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 상단 표면과 측면 표면 사이에 있을 수 있고, 타원의 사분체 또는 그 일부 상에 또는 내에 놓이는 연부 표면 프로파일을 가지며, 이러한 타원의 단축(Y)은 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 편평한 표면의 연부 또는 상단 표면의 일부와 교차되고, 여기에서 (Δ*100)/L의 값은 ±0.01 이상이고, 타원의 단축 정점은 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 상단 표면을 따라 놓이며, Y/2의 값은 0.5 미크론 이하이다. 타원의 장축(X)은 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 상단 표면(및 척의 표면 층)에 실질적으로 평행하고, X/2의 값은 25 미크론 내지 250 미크론이다. 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 측면 표면은 연부 표면 및 표면 층을 연결한다.
도 12는, 도 9에 도시된 바와 같은, 본원에서 설명된 척의 버전의 기재 접촉 표면의 돌출부 및 밀봉 구조물의 버전에서 발견될 수 있는, 기둥형 형태를 도시하는 주사 전자 현미경 사진이다.
비록 하나 이상의 구현예와 관련하여 본 발명이 도시되고 설명되었지만, 본 명세서 및 첨부 도면의 판독 및 이해를 기초로, 당업자는 균등한 변경 및 수정을 할 수 있을 것이다. 본 발명은 모든 그러한 수정 및 변경을 포함하고, 이하의 청구항의 범위에 의해서만 제한된다. 또한, 본 발명의 특별한 특징 또는 양태가 몇몇 구현예 중 단지 하나와 관련하여 개시되었을 수 있지만, 그러한 특징 또는 양태는, 희망에 따라 그리고 임의의 주어진 또는 특별한 적용예에서 유리할 수 있는 경우에, 다른 구현예의 하나 이상의 다른 특징 또는 양태와 조합될 수 있다. 또한, "포함한다", "가지는", "갖는다", "갖춘"이라는 용어 또는 그 변형이 상세한 설명 또는 청구범위에서 사용되는 범위에서, 그러한 용어는 "포함하는"이라는 용어와 유사하게 포괄적인 것으로 의도된다. 또한, "예시적"이라는 용어는, 최적이 아니라, 단지 예를 의미하기 위한 것이다. 또한, 본원에서 도시된 특징, 층 및/또는 요소가 단순함 및 용이한 이해를 위해서 특별한 치수 및/또는 서로에 대한 배향으로 도시되어 있다는 것, 그리고 실제 치수 및/또는 배향이 본원에서 도시된 것과 실질적으로 상이할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 정전기 척이며:
    세라믹 기부 내의 전극; 및
    기재를 정전기 척에 정전기적으로 클램핑하는 전기 전하를 형성하기 위해서 전극 내의 전압에 의해서 활성화되는 정전기 척의 표면 층을 포함하고;
    정전기 척의 표면 층은 복수의 돌출부를 포함하고, 돌출부는 형태가 기둥형 또는 과립형이고 미세구조가 결정질 또는 비정질인 조성물을 포함하고, 돌출부는 돌출부를 둘러싸는 표면 층 위로 평균 높이(H)까지 연장되고, 돌출부는 기재의 정전기 클램핑 중에 돌출부 상에서 기재를 지지하고;
    돌출부의 횡단면은 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면, 연부 표면, 및 측면 표면을 특징으로 하는 구조물을 가지고; 돌출부의 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면은 미크론 단위의 편평도 매개변수(Δ)를 특징으로 하는 미크론 단위의 길이(L)를 가지며, 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 가지며;
    돌출부의 연부 표면은 돌출부의 상단 표면과 측면 표면 사이에 있고, 타원의 사분체 또는 그 일부 상에 또는 내에 놓이는 연부 표면 프로파일을 가지며, 이러한 타원의 단축(Y)은 돌출부의 상단 표면의 일부와 교차되고, 여기에서 (Δ*100)/L의 값은 ±0.01 이상이고, 타원의 단축 정점은 돌출부의 상단 표면을 따라 놓이며, Y/2의 값은 0.5 미크론 이하이며;
    타원의 장축(X)은 돌출부의 상단 표면 또는 표면 층에 실질적으로 평행하고, X/2의 값은 25 미크론 내지 250 미크론이고; 그리고
    돌출부의 측면 표면은 연부 표면 및 정전기 척의 표면 층을 연결하는, 정전기 척.
  2. 제1항에 있어서,
    돌출부는, 규소보다 연성인 재료를 포함하는, 정전기 척.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    돌출부 측면 표면은 표면 층과 각도를 만들고, 각도는 80도 내지 175도인, 정전기 척.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    부분적인 돌출부를 더 포함하는, 정전기 척.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면 층 위로 평균 높이(H)까지 연장되는 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부를 더 포함하고;
    가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 횡단면은, 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면, 연부 표면, 및 측면 표면을 특징으로 하는 구조물을 가지고; 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면은 미크론 단위의 편평도 매개변수(Δ)를 특징으로 하는 미크론 단위의 길이(L)를 가지며, 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 가지고;
    가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 연부 표면은 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 상단 표면과 측면 표면 사이에 있고, 타원의 사분체 또는 그 일부 상에 또는 내에 놓이는 연부 표면 프로파일을 가지며, 이러한 타원의 단축(Y)은 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 상단 표면의 일부와 교차되고, 여기에서 (Δ*100)/L의 값은 ±0.01 이상이고, 타원의 단축 정점은 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 상단 표면을 따라 놓이며, Y/2의 값은 0.5 미크론 이하이며;
    타원의 장축(X)은 가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 상단 표면에 실질적으로 평행하고, X/2의 값은 25 미크론 내지 250 미크론이고; 그리고
    가스 밀봉 링 또는 승강 핀 밀봉부의 측면 표면은 연부 표면 및 표면 층을 연결하는, 정전기 척.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    델타가 0.25 미크론 이하의 값을 가지는, 정전기 척.
  7. 제5항에 있어서,
    델타가 0.25 미크론 이하의 값을 가지는, 정전기 척.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부가 이트륨을 포함하는, 정전기 척.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부가 알루미늄을 포함하는, 정전기 척.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부가 알루미늄 및 산소를 포함하는, 정전기 척.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부가 이트리아를 포함하는, 정전기 척.
  12. 제1항 내지 제7항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부가 알루미나를 포함하는, 정전기 척.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부가 이트륨 알루미늄 가넷을 포함하는, 정전기 척.
  14. 제10항에 있어서,
    돌출부가 알루미늄 산질화물을 포함하는, 정전기 척.
  15. 제1항에 있어서,
    돌출부가 5 미크론 내지 20 미크론 범위의 높이를 가지는, 정전기 척.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    델타가 0.25 미크론 내지 0.05 미크론의 값을 가지는, 정전기 척.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부가 5 미크론 내지 20 미크론 범위의 높이를 가지는, 정전기 척.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부가 1 미크론 내지 20 미크론의 중심 대 중심 거리를 가지는, 정전기 척.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부가 세라믹 위에 놓이는 코팅을 포함하는, 정전기 척.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부 재료는, 주사 전자 현미경에 의해서 결정된, 기둥형 구조를 가지는, 정전기 척.
  21. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출부는, x-선 회절에 의해서 측정된, 결정도를 가지는, 정전기 척.
  22. 웨이퍼 접촉 표면이며: 복수의 돌출부를 포함하고, 돌출부는 형태가 기둥형 또는 과립형이고 미세구조가 결정질 또는 비정질인 조성물을 포함하고, 돌출부는 돌출부를 둘러싸는 표면 층 위로 평균 높이(H)까지 연장되고, 돌출부는 기재의 클램핑 중에 돌출부 상에서 기재를 지지하며;
    돌출부의 횡단면은 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면, 연부 표면, 및 측면 표면을 특징으로 하는 구조물을 가지고; 돌출부의 비-궁형의 플래토 형상의 상단 표면은 미크론 단위의 편평도 매개변수(Δ)를 특징으로 하는 미크론 단위의 길이(L)를 가지며, 상단 표면은 1 미크론 이하의 표면 조도(Ra) 및 ±0.01 미만의 (Δ*100)/L의 값을 가지며;
    돌출부의 연부 표면은 돌출부의 상단 표면과 측면 표면 사이에 있고, 타원의 사분체 또는 그 일부 상에 또는 내에 놓이는 연부 표면 프로파일을 가지며, 이러한 타원의 단축(Y)은 돌출부의 편평한 표면의 연부와 교차되고, 여기에서 (Δ*100)/L의 값은 ±0.01 이상이고, 타원의 단축 정점은 돌출부의 상단 표면을 따라 놓이며, Y/2의 값은 0.5 미크론 이하이며;
    타원의 장축(X)은 돌출부의 상단 표면에 실질적으로 평행하고, X/2의 값은 25 미크론 내지 250 미크론이고; 그리고
    돌출부의 측면 표면은 연부 표면 및 웨이퍼 접촉 표면의 표면 층을 연결하는, 웨이퍼 접촉 표면.
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