KR100404631B1

KR100404631B1 - 두께가일정한절연체막을갖는정전기척

Info

Publication number: KR100404631B1
Application number: KR1019950704309A
Authority: KR
Inventors: 샤무일사무일리안; 마누쳐비랭; 사손소멕; 세미온셔스틴스키; 히맨르빈스타인; 죤에프.카메론
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 2004-02-05
Also published as: KR960702171A; KR20030097617A; JPH10294358A; JPH08507196A; JPH1070893A; EP0692156A1; KR100430643B1; WO1995020838A1; JP3616474B2; US5745331A; US5753132A

Abstract

기판(75)을 고정하기 위한 정전기 척(20)은 (i) 내부에 홈(85)을 갖는 상위 표면(95)을 갖는 베이스(80), 및 (ii) 베이스(80)의 상위 표면(95)상의 홈(85)에 등각이며 실제로 연속적인 절연체 박막(45)을 포함하며, 상기 홈(85)은 기판(75)을 냉각하기 위한 냉각제를 고정하도록 만들어지고 분포된다. 베이스(80)는 전기적으로 도전성이며, 척(20)의 전극(50)으로써 제공될 수 있고, 또는 전극(50)은 절연체 박막(45)에 끼워 넣어질 수 있다. 절연체 박막(45)은 기판(75)이 척(20)상에 위치하고 전극(50)에 대하여 전기적으로 바이어스되는 경우 충분히 높은 강도의 유전체 브레이크다운을 가지며, 정전 전하가 기판(75)상에 축적되고 척(20)에 기판(75)을 접촉 및 고정하는 정전기력을 형성한다. 바람직하게 척(20)은 압력 형성 처리방법, 및 더 바람직하게는 압력 차분 처리를 사용하여 제조된다.

Description

두께가 일정한 절연체 막을 갖는 정전기 척

관련 자료

본 출원은 샤무일리안 등에 의하여 1994년 1월 31일 출원된 "정전기 척"이라는 제목의 미합중국 특허 출원 제 08/189,562 호의 일부 계속 출원이고 ; 첸 등에 의하여 본 건과 동일 날짜로 출원된 "고온 폴리이미드 정전기 척"이라는 제목의 미합중국 특허 출원과 관련된 것으로, 두 건은 모두 본 출원의 참조자료로 사용되었다.

종래 기술

집적회로 제작에 있어서, 처리 과정 동안 기판의 이동 및 오정렬을 방지하도록 반도체 기판을 고정하는데 척이 사용된다. 기판을 고정하기 위하여 정전력을 사용하는 정전기 척은 기계적 척 및 진공 척을 능가하는 몇가지 장점을 가지며 이러한 장점으로는; 기계적 클램핑에 의해 초래되는 스트레스-관련 균열을 감소시키고 ; 기판 표면의 상당한 부분적 사용을 허용하고 ; 기판상의 부식 입자의 증착을 제한하며 ; 저압 처리 과정에서 척이 사용될 수 있도록 한다는 것이 있다. 제 1도에 도시된 바와 같은 전형적인 종래의 정전기 척(10)은 위에 전기 절연체(12)를 갖는 전기적으로 전도성인 전극(11)을 포함한다. 전압원(13)은 전극(11)에 대하여 기판(14)을 전기적으로 바이어스시킨다. 절연체(12)는 전자의 흐름을 방지하여, 반대의 정전하(15)가 기판(14) 및 전극(11)내에 축적되도록 하며, 그에 따라 척(10)상으로 기판을 끌어당기고 고정하는 정전기력(F)이 발생된다. 정전기력(F)은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

여기서, ε는 절연층(12)의 유전 상수이고, V는 인가된 전압이며, t는 절연체(12) 두께이고, A는 전극(11) 면적이다. 따라서, 강한 정전 고정력은 높은 유전 상수(ε)를 갖는 얇은 절연체(12)와, 절연체(12) 및 기판(14)과 접촉되는 커다란 전극(11) 면적을 가짐으로써 얻을 수 있다.

종래의 정전기 척이 갖는 문제점중 하나는 척상에 고정된 기판을 효과적이고 균일하게 냉각하는 능력이 제한된다는 것이다. 척이 에칭 공정과 같은 플라즈마 처리공정에서 사용되는 경우, 높은 에너지 플라즈마 이온에 의한 충돌이 기판 및 척에 대한 열상승 및 열손상을 일으킬 수 있기 때문에 기판 및 척의 냉각이 필요하다. 실제로 종래의 척은 척(10)을 냉각시키기 위해 척의 절연체 아래에 냉각제를 유지하는 냉각 시스템을 사용한다. 그러나, 이러한 냉각 시스템은 상부 절연체(12)가 기판(14)으로부터 척(10)으로의 열전달을 방해하기 때문에 비효과적이다. 따라서, 냉각제가 기판에 직접 접촉하도록 하여, 기판으로부터 척으로의 열전달을 최대화하는 냉각 시스템을 갖는 것이 바람직하다.

또한 종래의 정전기 척 제조 공정은 몇 가지 단점이 있다. 예를 들면, 종래의 공정은 절연층을 전극에 접착하기 위하여 복잡한 공정 단계를 필요로 하거나, 또는 절연체가 척(10)을 전기적으로 절연시키도록 충분히 두꺼워질 때까지 절연층이 전극(11)상에 제공되는 다수의 단계를 필요로 할 수 있다. 또한, 종래의 공정은 흔히 지나치게 두꺼운 절연체를 형성하여 척 (10)에 의하여 가해진 정전 고정력이 감소된다. 또한 종래의 공정은 종종 절연체에 냉각제를 보유하는 홈을 만들기 위해 복잡한 기계적 가공 단계를 사용하며, 이는 절연체(12)가 척상에 고정된 기판(14)을 스크래칭할 수 있는 가공되지 않은(rough) 에지 및 모서리를 갖게 할 수도 있다.

종래의 척 제조 공정은 척(10)을 제조하는 동안 또는 척(10) 상에 고정된 기판(14)을 처리하는 동안, 절연체가 전극(11)에 알맞게 접착되거나 전극을 따라 형성되지 않기 때문에, 전극(11)으로부터 절연체(12)가 분리되는 결과가 생길 수 있다. 또한 종래의 공정은 절연체(12)와 전극(11) 사이에 공기가 트랩되게 할 수 있다. 얇은 층으로 갈라진 절연층 및 절연체 아래에 트랩된 공기는 전체 기판의 손실을 야기할 수 있고, 처리공정 동안 기판(14)의 오정렬 또는 이동을 발생시키는 균일하지 않은 절연체의 표면을 야기시킬 수 있다.

따라서, 냉각제가 기판과 직접 접촉하게 하여, 기판으로부터의 열전달율을 최대화시키는 효과적인 냉각 시스템을 갖는 정전기 척이 요구된다. 또한 정전력을 최대화시키기 위해 얇은 절연체를 제공하고 ; 접착제를 사용하지 않고 절연체 아래에 공기가 트랩되지 않으면서 절연체를 전극에 효과적으로 접착시키며; 가공되지 않은 에지 및 모서리를 감소시키며 균일하게 전극을 따라 형성되는 절연체를 제공하는 척 제조 공정이 요구된다.

본 발명의 정전기 척 및 척 제조 방법은 이러한 요구사항을 만족시킨다. 본발명의 정전기 척은 그 내부에 일정 간격 떨어져 있는 냉각 홈을 갖는 상부 표면을 갖춘 베이스를 포함하며, 상기 홈은 척 상에 고정되는 기판을 냉각시키기 위한 냉각제를 보유하는 크기로 분포된다. 거의 연속적인 전기적 절연체가 베이스의 상부 표면상의 홈에 두께가 일정하게(conformal) 배치된다. 베이스는 전기적으로 전도성이 될 수 있고 척의 전극으로써의 역할을 하거나, 또는 전극은 절연체에 내장될 수 있다. 절연체는 냉각 홈을 따라 접착되기 때문에, 홈내의 냉각제가 기판과 직접 접촉할 수 있어, 기판으로부터 척으로의 열전달을 효과적으로 개선시킨다.

절연체는 자체-접착되며 접착제를 사용하지 않고 베이스에 직접 접착될 수 있어, 척이 고온 공정에서 사용될 수 있다. 바람직하게, 절연막은 베이스에 대해 적어도 약 30mJ/㎡, 보다 바람직하게는 적어도 약 40mJ/㎡의 습윤성을 갖는다. 또한 절연막의 습윤성은 옥사이드, 하이드록사이드, 하이드로페록시, 페놀기, 카르복실산, 카르보닐, 및 1차 아민과 같은 반응성 표면 작용기를 형성하기 위하여 막 표면을 변경하는 경우 증가될 수 있다. 선택적으로, (i) 화학적 접착 또는 (ii) 혼합(intermixing) 및 클러스터 형성을 사용함으로써 물리적 접착에 의해 베이스에 접착될 수 있는 액상 전구체가 사용될 수 있다.

전기적 절연체는 절연체가 베이스를 따라 접착되도록 절연막을 가열 및/또는 절연막 상에 압력을 제공함으로써 전기적 절연체가 베이스를 따라 일정하게 접착된다. 보다 바람직하게, (i) 제 1 압력으로 전기적 절연막의 노출 표면을 유지하고, 동시에 (ii) 베이스와 접촉하는 막의 접촉 표면을 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 유지함으로써 막 두께에 상이한 압력이 인가된다. 바람직하게, 제 1 압력보다낮은 제 2 압력은 적어도 약 500 Torr이고, 보다 바람직하게는 적어도 약 5000 Torr이다. 상이한 압력은 절연체가 베이스를 따라 형성되도록 절연체와 베이스 사이에 트랩된 공기를 제거하기 때문에 장점이 된다.

아래의 도면에 대한 설명은 바람직하고 예시적인 특징들에 대한 설명을 포함한다. 각각의 특성은 단순히 특정 도면의 내용뿐만 아니라 일반적인 본 발명에서 사용될 수 있고, 본 발명은 임의의 조합 또는 둘 또는 그 이상의 이들 특성을 포함한다.

제 1 도는 종래 기술의 정전기 척의 측입면 구조도;

제 2a 도는 단극성의 척이 동작하기에 적합한 전기 회로를 나타내는, 기판 처리 장치에서 본 발명의 단극성 척에 대한 측입면 구조도;

제 2b 도는 단극성 척이 동작하기에 적합한 전기적 회로를 나타내는, 기판 처리 장치에서 본 발명의 쌍극성 척에 대한 측입면 구조도;

제 3a 도는 척의 전극에 직접 두께가 일정하게 접착된 절연체를 도시하는 본 발명의 척의 변형에 대한 부분 측입면 구조도;

제 3b 도는 척의 베이스에 직접 두께가 일정하게 접착되고 내부에 전극이 내장된 절연체를 도시하는 본 발명의 척의 다른 변형에 대한 부분 측입면 구조도;

제 3c 도는 척의 상부 표면상의 냉각홈에 접착된 절연체를 도시하는 본 발명의 척의 다른 변형에 대한 부분 측입면 구조도;

제 3d 도는 절연체가 베이스에 직접 접착되어 있고 내부에 연속적인 전극을 포함하는 제 3c 도 척의 다른 변형에 대한 부분 입측면 구조도;

제 3e 도는 절연체가 내부에 분할된 전극을 포함하는 제 3d도의 척의 다른 변형에 대한 부분 입측면 구조도;

제 4a 도는 본 발명의 척에 대해 바람직한 냉각 홈 패턴을 위에서 본 구조도;

제 4b 도는 다른 바람직한 냉각 홈 패턴을 위에서 본 구조도;

제 4c 도는 다른 바람직한 냉각 홈 패턴을 위에서 본 구조도;

제 4d 도는 다른 바람직한 냉각 홈 패턴을 위에서 본 구조도;

제 4e 도는 다른 바람직한 냉각 홈 패턴을 위에서 본 구조도;

제 5 도는 척의 압력 형성을 위한 바람직한 진공 배깅 어셈블리의 측입면 구조도;

제 6 도는 척의 베이스에서의 홀을 통해 척의 절연체 상에 상이한 압력의 인가를 적용을 도시한 척의 부분 측입면 구조도.

제 2a 도에 개략적으로 도시되어 있는 반도체 기판 제조 장치(25)에서 본 발명에 따른 정전기 척(20)의 동작을 설명한다. 본 발명의 동작을 장치(25)와 관련하여 설명하지만, 본 발명은 당업자에게 익숙한 다른 기판 처리 장치에서도 사용될 수 있고 본 명세서에서 설명되는 처리 장치의 관점에 제한을 두지 않는다. 예를 들어, 장치(25)는 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드에서 상업적으로 이용가능한 자기적으로 개선된 반응성 이온 에칭 장치인 "프리시젼 5000 (PRECISION 5000)"을 나타낼 수 있다. 장치(25)는 통상적으로 전기적으로 전도성인 지지대 또는 캐소드(35) 및 전기적으로 전도성인 표면 또는애노드(40)를 갖는 처리 챔버(30)를 포함한다. 본 발명의 정전기 척(20)의 변형은 처리 챔버(30)내에서 지지대(35)상에 보호된다. 척(20)은 전극(50)을 덮는 전기적 절연체(45)를 포함한다. 전기적 접속기(55)는 전압 공급 단자(60)를 통해 전극(50)을 제 1 전원(65)에 전기적으로 접속한다. 제 1 전압원(65)은 척(20)의 전극(50)을 동작시키기에 적합한 DC 전압을 제공하며, 이러한 전압은 전형적으로 1000 볼트 내지 3000 볼트 범위이다. 적합한 전압원(65)은 10MΩ 저항을 통하여 고전압 출력에 접속되는 고전압 DC 소스를 포함한다. 전원에서 1MΩ 저항은 회로를 통하는 전류 흐름을 제한하고, 500pF 캐패시터가 교류 필터로서 제공된다.

제 2 전압원(70)은 챔버(30)내로 삽입되는 처리 기체로부터 플라즈마를 형성하기 위하여, 챔버(30)내의 애노드(40)에 대하여 지지대(35)를 전기적으로 바이어스하기 위해 지지대(35)에 RF 바이어스 전압을 공급하는데 사용된다. 적합한 제 2 전압원(70)은 절연 캐패시터와 직렬인 선(line) 전압의 임피던스와 처리 챔버(30)의 임피던스를 일치시키는 RF 임피던스를 포함한다.

척(20)을 동작시키기 위하여, 처리 챔버(30)는 통상적으로 약 1 x 10^-6내지 1 x 10^-9Torr의 범위의 대기압보다 낮은 압력으로 배지된다. 기판(75)은 척(20)위에 위치하고, 척(20)의 전극(50)은 제 1 전압원(65)에 의해 기판 (75)에 대하여 전기적으로 바이어스 된다. 따라서, 제 2 전압원(70)를 동작 시킴으로써 챔버(30)에 삽입된 처리 기체로부터 플라즈마가 형성된다. 전극(50)에 인가된 전압 및 챔버(30)내에서 전기적으로 하전된 플라즈마 종은 반대 정전하가 기판(75) 및전극(50)에 축적되도록 하여, 기판(75)을 척(20)에 고정하는 정전력을 형성한다.

정전기 척(20)은 기판(75)을 냉각시키기 위해 냉각제 소스(90)에 의해 공급되는 헬륨, 아르곤, 질소 또는 네온과 같은 냉각제를 유지하도록 내부에 냉각 홈(85)을 갖는 베이스(80)를 포함한다. 냉각 홈(85)은 홈(85)(도시된 바와 같은)을 따라 일정하게 접착된 절연체(45)를 갖는 베이스(80)의 상부 표면(95)에 형성되거나, 또는 냉각 홈(85)은 절연체(45)를 통해 연장될 수 있다. 기판(75)이 척(20)에 고정되는 경우, 홈(85)에 유지된 냉각제가 기판(75)과 직접 접촉하게 되고, 기판(75)이 홈(85)을 덮고 밀봉하여 냉각제가 누설되는 것을 방지한다. 냉각제는 기판(75)으로부터 열을 제거하여 기판(75) 처리과정 동안 기판(75)을 거의 일정한 온도로 유지한다. 통상적으로, 냉각 홈(85)은 홈(85)내에 고정된 냉각제가 전체 기판(75)을 실질적으로 냉각할 수 있는 크기로 만들어지고 분포된다.

제 2b 도를 참조하면, 절연체(45)에 의해 덮여진 두 개의 쌍극성 전극(50a, 50b)을 포함하는 척(20)의 쌍극형 동작이 설명될 것이다. 쌍극 척(20)을 동작시키기 위하여, 제 1 전압원(65)이 반대 전위로 각각의 쌍극성 전극(50a, 50b)을 유지한다. 바람직한 전압원은 (i) 음전위에서 제 1 전극(50a)을 유지하는 제 1 전압원(65)과, (ii) 양전위에서 제 2 전극(50b)을 유지하는 제 2 전압원(70)을 포함한다. 전극(50a, 50b)에서 상반되는 전위가 전극(50a, 50b)과 기판(75)에 반대의 정전하를 야기시켜, 그에 따라 기판(75)이 척(20)에 정전기적으로 고정된다. 쌍극성 전극 구조는 기판(75)을 전기적으로 바이어싱하기 위한 전하 캐리어로 제공되는 하전되지 않은 플라즈마 종이 있는 비-플라즈마 공정에 바람직하다.

본 발명의 척(20)은 많은 다양한 구조로 제조될 수 있다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명을 용이하게 하기 위해, 본 발명의 척(20)이 도시된 구조를 먼저 설명한다. 제 3a 내지 3e 도는 바람직한 척(20) 구조를 도시한다. 제 3a 도는 접착제를 사용하지 않고 전극을 덮고 있으며 전극(50)과 직접 접착되는 실제로 연속하는 중합의 전기적 절연체(45)를 포함한다. 전극(50)은 예를 들어 구리, 니켈, 크롬, 알루미늄, 철, 텅스텐, 및 이들의 합금과 같은 임의의 전기적으로 전도성인 물질로 만들어진다. 제 3b 도는 내부에 전극(50)이 내장된 절연체(45)가 베이스(80)에 직접 접착되는 다른 변형을 척(20)을 도시한다. 전극(50)은 통상적으로 약 1㎛ 내지 약 1000㎛, 보다 바람직하게는 1㎛ 내지 50㎛, 보다 더 바람직하게는 1㎛ 내지 5㎛의 두께를 갖는 상기 언급된 바와 같은 전기적 전도성 물질을 포함한다. 바람직한 구조에서, 절연체(45)는 (i) 척(20)의 베이스(80)상에 하부 절연층(45a), 및 (ii) 전극(50)을 덮는 상부 절연층(45b)을 포함한다. 내장된 전극(50)의 변형은 절연체(45)내에 전체적으로 포함되어 있는 전극(50)이 척(20)과 처리 챔버(30)에 있는 애노드(40) 사이에서 전기적 아크 가능성을 감소시키기 때문에 플라즈마 공정에서 기판(75)을 고정하는데 바람직하다. 베이스(80)는 금속과 같은 전기적으로 전도성인 물질, 또는 중합체 또는 세라믹과 같은 비전도성인 물질로 구성될 수 있다.

제 3c, 3d, 및 3e 도에 도시된 척(20)의 변형은 모두 내부에 일정 간격을 두고 있는 냉각 홈(85)을 갖는 상부 표면(95)을 갖춘 베이스(80)를 포함하고, 상기 홈(85)은 척(20)상에 고정된 기판(75)를 냉각시키기 위한 냉각제를 유지하는 크기로 분포된다. 통상적으로, 홈(85)은 척(20)상에 고정된 기판(75)을 효과적으로 냉각시키기에 충분한 냉각제를 유지하도록 적어도 약 5㎛ 폭과 적어도 약 10㎛의 깊이를 갖는다. 이들 변형에서, 절연체(45)는 내부에 냉각제를 유지하기 위하여 제 1 홈(85a)를 따라 균일하게 형성되는 제 2 홈(85b)을 형성하는 베이스(80)의 상부 표면(95)상의 냉각 홈(85)을 따라 일정하게 접착된다. 냉각제가 제 2 홈(85)에 보유되는 경우, 척(20)상에 고정된 기판(75)이 제 3c 도에 도시한 바와 같이 냉각제의 누설이 없이 기판(75)과 직접 접촉될 수 있도록 홈(85)을 덮고 밀봉한다. 절연체(45)는 냉각제가 그들 사이에 절연체(45) 없이 기판(75)과 직접 접촉할 수 있도록, 종래의 온도 또는 압력에 민감한 접착제를 사용하여 베이스(80)에 접착되거나, 또는 바람직하게 베이스(80)에 직접 접착된다. 척(20)의 베이스(80)내의 홈(85)을 따라 일정하게 절연체(45)를 접착시키기 위한 바람직한 방법이 아래에 설명되어 있다. 제 3d 및 3e 도에 도시된 척(20)의 변형에서, 내부에 단일 또는 다중 전극(50)을 갖는 절연체(45)는 베이스(80)내의 냉각 홈(85)을 따라 직접 일정하게 접착된다. 전극(50)은 제 3d 도에 도시된 바와 같이 전체 절연체(45)를 통하여 실제 연속적으로 연장되거나, 또는 제 3e 도에 도시된 바와 같이 예를 들어 홈(85) 사이의 융기부(ridge)내에 알맞은 전도성 소자의 패턴을 형성하도록 분할될 수 있다.

바람직하게, 냉각 홈(85)은 척(20)상에 고정된 기판(75)을 실질적으로 균일하게 냉각시키기 위해 베이스(80)의 상부 표면(95)상에 미세한 크기로 분포된 홈을 포함한다. 바람직하게 미세 홈은 홈(85)내에 냉각제가 베이스(80)와 척(20) 상에 고정된 기판(75) 사이의 냉각제에 의해 제공되는 열전달율과 실질적으로 동등한 열전달율을 제공할 정도로 충분히 작다. 헬륨과 같은 냉각제가 큰 크기의 홈에 유지될 때 보다 미세 홈은 홈(85)내에 헬륨이 유지될 때 뛰어난 열전달율을 나타내는 것으로 여겨진다. 통상적으로 홈(85)은 서로 실제로 평행하게 패턴화되고, 더욱 일반적으로는 베이스(80)의 표면상에 원형 또는 방사상으로 배열된다. 바람직한 냉각 홈(85) 패턴이 제 4a-4e 도에 도시되어 있다. 홈(85)은 단면이 U자형, V자형, 또는 직사각형이 될 수 있다.

제 1 전압원(65)에 연결된 전압 공급 단자(60)와 전기적으로 결합된 전기적 접속기(55)를 통하여 상기 설명된 정전기 척의 단일 또는 다중 전극(50a, 50b)에 전압이 인가된다. 예를 들면, 척(20)이 쌍극성 전극(50a, 50b)을 포함하는 경우, 한 쌍의 전기적 접속기(55a, 55b)는 제 2b도에 도시한 바와 같이, 전압원에 각각의 전극(50a, 50b)을 개별적으로 연결하기 위하여 두개의 전압원 단자(60a, 60b)와 전기적으로 결합된다. 종래의 전기적 접속기(55)와 전압원 단자(60)가 적당하다. 바람직한 전기적 접속기(55)의 구조는 베이스(80)의 보어(130)를 통하여 연장되는 전기적으로 절연된 전기적 리드(110)를 포함하며, 상기 리드는 제 2b 도에 도시한 바와 같이 전압원 단자(60)와 전기적으로 결합된 전기적 콘택(115)을 갖는다. 바람직하게, 전기적 접속기(55)는 전극(50)의 일체식 연장부를 형성하며, 전기적 접속기(55) 및 전극(50)은 척(20)의 제조를 용이하게 하기 위해 전도성 금속 시트와 같은 단일의 전도성 부재로 제조된다. 일반적으로 전기적 리드(110)의 길이는 약 10 mm 내지 50 mm, 보다 일반적으로 20 mm 내지 40 mm이다. 리드(110) 상의 전기적 콘택(115)의 면적은 통상적으로 50sq.cm, 더욱 일반적으로 75 내지 150 sq.cm이고, 콘택(115)은 바람직하게 약 5 내지 12 cm의 반경을 갖는 디스크형이다. 바람직한 전기적 접속기(55) 구조는 본 명세서에서 참조로 하는 1994년 7월 19일 출원된 카메론 등에 의한 "침식에 저항성 전기적 접속부를 갖는 정전기 척"이라는 제목의 미합중국특허 제 08/278,787호에 설명되어 있다.

본 발명의 척(20) 제조 방법을 설명한다.

베이스

베이스(80)를 갖는 척(20)의 변형에 있어서, 베이스(80)는 종래의 기계화 기술을 사용하여 금속, 세라믹 또는 중합체, 및 더 통상적으로 알루미늄 또는 스테인레스 스틸로 제조된다. 통상적으로, 베이스(80)는 척(20)상에 고정된 기판(75)의 크기 및 형태에 부합하는 형태 및 크기를 갖는다. 예를 들어, 반도체 기판(75)에 적합한 베이스(80)(그것은 약 127 내지 203mm 범위의 지름을 갖는 일반적인 원형이다)는 약 1.5 내지 약 1.8cm의 두께 및 약 100 내지 약 300mm의 지름을 갖는 수직 원통 형태를 갖는다. 베이스(80) 가공 후에, 베이스의 표면 조도가 1 미크론 이하가 될 때까지 베이스(80)의 상부 및 하부 표면을 연마하고, 베이스(80)는 기판(75)의 과열을 방지하기 위해 기판(75), 베이스(80), 및 지지대(35) 사이에서 효과적인 열전달을 허용하도록 기판(75)과 일정하게 접촉된다. 연마 이후에, 연마 부스러기를 제거하기 위하여 플레이트(160)가 전체적으로 세척된다. 베이스(80)의 상부 표면(95)상의 냉각 홈(85) 및 베이스(80)에서의 보어(130)는 종래의 기계적 기술을 사용하여 기계화될 수 있다.

절연체

척(20)상의 바람직한 용도에 근거하여 척(20)을 제조하기 위해 다양한 형태의 절연체(45)가 사용될 수 있다. 절연체(45)를 전극(50) 또는 베이스(80)에 접착하기 위한 바람직한 절연체 물질 및 방법을 설명한다. 바람직하게, 절연체(45)는 예를 들어 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 나일론, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 플루오르에틸렌 프로필렌 코폴리머, 셀룰로즈, 트리아세테이트, 실리콘, 고무, 또는 이들의 혼합물과 같은 전기적으로 절연성 중합체를 포함한다. 절연체(45)는 기판(75)과 전극(50)에 정전하가 축적될 수 있도록 전기적으로 바이어스된 기판(75)과 전극(50) 사이의 정전하의 손실을 방지하기 위하여 유전체 브레이크다운 강도가 충분히 높아야 한다. 바람직하게, 절연체(45)의 유전체 브레이크다운 세기는 적어도 약 4 볼트/미크론, 보다 바람직하게는 적어도 약 40 볼트/미크론이다. 척(20) 상의 절연체(45) 두께는 그의 유전체 브레이크 다운 세기 및 유전 상수와 관련된다. 바람직하게, 절연체(45)의 유전 상수는 바람직하게 약 2 내지 적어도 약 3 이상이다. 유전 상수 3.5인 절연체에 대하여, 적당한 두께는 약 1 내지 약 100㎛, 바람직하게는 약 1 내지 약 50㎛이고, 보다 더 바람직하게는 1 내지 5㎛이다.

절연체(45)는 예를 들면, 델라웨어, 윌링톤, 듀퐁 드 네모르스 사에 의해 제조된 폴리이미드 필름인 "켑톤(KAPTON)" ; 일본국 카네가푸치 케미칼 사에 의해 제조된 "에피쿠에오(APIQUEO)" ; 일본국 우베 인더스. 리미티드에 의해 제조된 "유피렉스(UPILEX)" ; 일본국 이토 일렉트릭 인더스.코.엘티디.에 의해 제조되는 "니토미드(NITOMID)" ; 및 일본국 미쯔비시 플라스틱 인더스.엘티디에 의해 제조된 "슈페리오 필름(SUPERIOR FILM)"과 같은 통상적으로 사용가능한 중합체 층을 사용하여 제조될 수 있다. 이들 절연막은 i) 실온에서는 점착성이 없고 고온에서는 점착성이 있는 열적으로 활성화되는 접착제, 또는 (ii) 압력하에서 점착성이 있고 압력에 민감한 접착제와 같은 종래의 접착제를 사용하여 베이스 또는 전극에 접착된다. 적당한 접착제는 예를 들면 메타아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 에폭시, 접착성을 갖는 실리콘, 및 이들의 혼합물과 같은 아크릴을 포함한다. 열적으로 활성화되는 접착층은 약 300℃ 온도로 막을 가열하기 위해 철 납땜, 공기 드라이어 또는 전기적 히터와 같은 가열 소스를 제공함으로써 활성화되어, 접착제(70)가 점착성이 있게 되어 막이 베이스(80)에 접착된다. 압력에 민감한 접착제는 막(45)에 충분한 압력을 인가함으로써 활성화되어, 막이 점착성이 있게 되어 베이스(80)에 접착되며, 압력은 통상적으로 약 10 내지 25 psi(500 내지 13,000 Torr)이다. 통상적으로, 접착제(70)는 약 1 내지 약 100㎛, 더 바람직하게는 1 내지 25㎛, 보다 더 바람직하게는 1 내지 약 10㎛의 두께를 갖는다.

더욱 바람직하게, 절연체(45)는 자체 접착되며 접착제를 사용하지 않고 전극(50) 또는 베이스(80)에 직접 접착될 수 있어, 척(20)이 고온 공정에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 베이스(80) 또는 전극에 직접 접착될 수 있는 중합체 절연막은 통상적으로 베이스(80) 또는 전극 물질에 대해 고습윤성(또는 낮은 표면 에너지)을 갖고, 막 습윤성은 바람직하게 적어도 약 30mJ/㎡, 보다 바람직하게는 적어도 약 40mJ/㎡이다. 금속상에서 적당한 막 및 이들의 습윤성은폴리(카보네이트)(42mJ/㎡), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트(43mJ/㎡), 폴리(아크릴로니트릴)(44mJ/㎡), 에폭시 수지(43mJ/㎡), 폴리(프로필렌 옥사이드)(32mJ/㎡), 폴리(에틸 아크릴레이트)(35mJ/㎡), 폴리스틸렌(33-36mJ/㎡), 및 폴리(비닐 알콜)(37mJ/㎡)를 포함한다. 다른 고습윤성 중합체 막은 통상적으로 본 명세서에서 참조로 하는 (1968) 제이.폴림.에스씨아이. 12,719의 엘.에이취.리에서 일반적으로 설명된다.

절연막(45)의 습윤성은 금속, 세라믹, 또는 중합체 물질과 직접 접착되는 중합체 막을 허용하는 전자 도너 또는 억셉터 사이트(site)와 같은 반응성 표면 작용기를 형성하기 위하여 막 표면 또는 전극(50) 또는 베이스(80) 표면을 변화시킴으로써 증가될 수 있다. 적당한 반응성 작용기는 옥사이드, 하이드록사이드, 하이드로페록시, 페놀, 카르복실산, 카르보닐, 및 1차 아민을 포함한다. 종래의 화학적 에칭, 이온 스퍼터링, 또는 중합체 박막 표면의 플라즈마 처리법은 중합체 막상에 이러한 작용기를 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리테트라에틸렌(PTFE) 절연막은 PTFE 박막을 금속 베이스에 접착할 수 있는 PTFE 막 표면상에 불포화 >C=O 및 -COOH 작용기를 형성하기 위한 나프탈렌염을 사용하여 에칭될 수 있다. 또한 전자 글로우 방전 방법은 PTFE 막 표면상에 RO₂작용기를 형성함으로써 PTFE 막의 접착력을 개선하는데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 폴리에틸렌막은 막 표면상에서, (i) -OH, RO₂R 및 RO₃R기를 형성하기 위한 코로나 방전 기술, 또는 (ii) -OH, -C=O, 및 -COOH기를 형성하는 불꽃 산화 처리방법을 사용하여변경될 수 있다. 스티렌막은 스티렌은 M-O-C가 금속 베이스와 결합되도록 산화에 의해 변경된 표면이 될 수 있다. 또한, 폴리프로필렌 및 폴리(에틸렌 테라프탈레이트)막은 세라믹과 금속막에 결합할 수 있는 C=O 및 C-O 작용기를 형성하고 표면 산화 및 교차 결합을 위하여 아르곤 또는 산소 플라즈마 스퍼터-에칭을 사용하여 변경된 표면이 될 수 있다. 반응성 작용기를 형성하는 또다른 방법은 본 명세서에서 참조로 하는 1991년 프레눔 프레스, 레인-후앙 리판 접착의 기초에 대해 통상적으로 설명된다.

선택적으로, 절연막(45)의 화학적 구조는 습윤성을 증가시키고 전극(50) 또는 베이스(80)와 막의 결합을 개선하기 위하여 변경될 수 있다. 고온에서 사용될 수 있는 바람직한 중합 절연체가 본 명세서에서 참조로 하며, 본 명세서와 동일한 데이터로 출원된 샤무일리언 등에 의한 "통상적인 절연체 박막을 가지는 정전기 척"이라는 제목의 미합중국 특허 5,745,331호에서 설명된다.

절연막(45)을 사용하는 대신, 접착제를 사용하지 않고 베이스(80)에 직접 결합된 고체 절연막(45)을 형성하기 위하여, 약 200℃ 내지 약 400℃, 더 일반적으로 225℃ 내지 350℃로 가열처리함으로써, 베이스(80)상에 스핀 코팅되고, 스프레이 되고, 침지되고, 페인트되거나, 또는 실크 스크린되는 액상 전구체를 사용하여 절연체(45)가 형성될 수 있다. 액상 전구체는 1 내지 10 미크론, 더 일반적으로 1 내지 5 미크론, 보다 더 일반적으로 약 1 내지 약 2 미크론 두께의 얇은 절연체를 형성할 수 있다. 액상 전구체와 베이스(80) 사이에 형성된 결합 특성은 복잡하고 인터페이스를 형성하는 물질의 조합과 관련된다. 예를 들면, 폴리이미드 액상 전구체는 (i) 비접착된 폴리이미드 전자와 금속 베이스(80) 사이의 화학적 결합, 또는 (ii) 예를 들면, 본 명세서에서 참조로 하는 1991년 플레눔 프레스, 리앙-후앙 리판 제 14장 :금속-중합체 인터페이스, 접착제의 기초에서 설명되는 바와 같이 2개 물질 사이의 혼합 및 클러스터 형성에 의하여 금속 베이스(80)와 접착될 수 있다. 액상 전구체는 기판(75)과 척(20) 사이에 뛰어난 열 전달, 및 개선된 정전력을 제공하는 얇은 절연체 박막(45)을 형성하도록 허용하기 때문에 유리하다. 또한, 척(20)의 베이스(80)가 그 위에 냉각 홈(85)을 갖는 경우, 액상 전구체는 두께가 일정한 절연체(45)를 형성하도록 홈을 따라 쉽게 일정하게 흐를 수 있다.

전기적, 고온 및 결합 특성 이외에, 다른 특성들이 절연체(45)에 대하여 요구된다. 예를 들어, 절연체(45)는 바람직하게 적어도 약 0.10 Watts/m/°K의 높은 열 전도성을 갖고, 절연체(45)를 통해 열이 방사될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한 절연체(45)는 척(20)상에 고정된 기판(75)이 척(20)을 사용하는 동안 막을 과도하게 마모시키지 않도록 충분한 경도를 갖는 것이 바람직하다. 다이아몬드, 알루미나, 지르코늄 보라이드, 보론 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드 및 유리 세라믹과 같은 충전 물질이 절연체(45)의 열 전도성, 경도, 및 고온 가능성을 증가시키기 위하여 절연체(45)에 부가될 수 있다. 바람직하게, 충전물은 약 10% 내지 80%, 보다 바람직하게는 약 20% 내지 50%의 체적비로 절연막(45)에 확산된 약 10㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 분말을 포함한다.

보호성 코팅이 부식 또는 침식 처리 환경에서 절연체(45)의 화학적 분해(degradation)를 감소시키기 위해 절연체(45)상에 제공될 수 있다. 바람직한보호성 코팅 및 이들을 제조하기 위한 공정은 예를 들면, 본 명세서에서 참조로 하는 Wu 등에 의해 1993년 2월 22일 출원된 "집적회로 처리 장치에서 사용된 웨이퍼 지지대상의 유전체 물질에 대한 보호성 코팅 및 그것을 제작하기 위한 방법"이라는 제목의 미합중국 특허출원 제 S/N08/052,018 호에 개시되어 있다.

전 극

내부에 내장된 전극(50)을 갖는 절연체(45) 제조를 설명한다. 전극(50)은 구리, 니켈, 알루미늄, 크롬, 철, 텅스텐 및 이들의 합금과 같은 전기적으로 전도성 물질을 포함할 수 있다. 내부에 내장된 전극(50)을 갖는 절연체(45) 제조 방법은 절연체(45)에 내장되는 전극(50)을 형성하기 위하여 두개의 절연막(45) 사이에 구리층과 같이 전기적으로 전도성인 금속층을 끼워 넣는(sandwiching) 단계를 포함한다. 또한 연속적인 금속층은 예를 들어 이들 사이의 층을 결합시키는 크롬 옥사이드를 사용하여 절연막(45)상에 구리 층을 스퍼터링함으로써 기상 증착될 수 있다. 기상 증착법은 약 5,000Å 이하, 보다 바람직하게는 2,500Å 이하의 두께를 갖는 얇은 전극(50)을 형성하기 때문에 유리하다. 내장된 전극(50)을 갖는 절연막(45)을 제조하기 위한 또다른 방법은 그 위에 전기적으로 전도성인 구리 또는 알루미늄층을 갖는 절연체층(45)을 포함하는 다층막을 사용하는 것이다. 상업적으로 이용 가능한 적절한 다층막은 아리죠나 챤들러 로져스 코포레이션에서 제조된, 위에 구리층이 증착된 25 내지 125㎛ 두께의 폴리이미드막을 포함하는 "R/FLEX 1100" 막을 포함한다. 2개의 절연막(12) 사이에 전도성층을 삽입하기 위하여, 다층막의 전기적 전도성층 상에 제 2 절연막(45)이 접착된다. 이러한 방법에서 사용된 절연막(45)은이미 설명된 임의의 절연막(45)을 포함할 수 있다.

추가 처리 단계는 절연체(45) 내에 내장된 패턴화된 또는 세그먼트된 전극(50)을 제조하는데 필요하다. 한 방법으로, 이미 설명한 "R/FLEX 1100" 막과 같은 다층막상의 전기적으로 전도성인 층은 원하는 세그먼트 전극(50) 구조를 형성하기 위하여 에칭되고, 라우트되고, 또는 갈아진다. 통상적인 리소그라피 및 에칭 방법은 전극(50)를 형성하기 위하여 예를 들어, 본 명세서에서 참조로 하는 1986년 캘리포니아 레티스 프레스 스탠리 울프 및 리챠드엔.토우버에 의한 VLSI용 실리콘 처리 제 1권 : 처리과정 제 12, 13, 및 14장에서 일반적으로 설명된 통상적인 리소그라피 방법을 사용하여 전도성 금속층상에 듀퐁 드 네모르스 캐미컬사에 의해 제조된 "RISTON"의 패턴화된 포토레지스트층을 형성하는 단계, 및 (ii) 종래의 습식 또는 플라즈마 에칭 기술을 사용하여 전도성 층의 노출된 부분을 에칭하는 단계가 사용될 수 있다. 통상적인 습식 화학 에칭 공정에서 다층막은 염화 제 2 철, 과황산 나트륨과 같은 에천트에, 또는 산 또는 염기 속에 침지된다. 종래의 플라즈마 에칭 공정은 본 명세서에서 참조로 하는 1988년 맥그로우힐 퍼블리싱 컴퍼니, 에스.엠.스제에 의한 VLSI 기술, 제 2 판 제 5장에서 일반적으로 설명된 전도성 층을 에칭하기 위하여 클로린, 옥시즌, 또는 SiCl₄의 플라즈마를 사용한다. 나머지 포토레지스트는 종래의 산 또는 산소 플라즈마 스트립핑 공정을 사용하여 제거될 수 있다. 에칭 후에, 제 2 절연막(45)은 상기 설명된 바와 같이 전극(50)이 절연체(45)내에 내장되도록 패턴화된 전극(50)위에 접착된다.

베이스를 따르는 절연체를 접착 및 형성하는 단계

내부에 전극(50)을 갖거나 또는 갖지 않는 절연체(45)를 베이스(80)상에 형성하는 방법을 설명한다. 절연체(45)는 앞서 설명된 것처럼 (i) 베이스(80)의 전체 상부 표면(95)을 덮기에 충분한 크기로 베이스(80)에 접착될 수 있는 절연막(45)을 컷팅하는 단계, (ii) 베이스(80)상에 잘라진 막을 위치시키는 단계, 및 (iii) 절연막(45)이 베이스(80)에 직접 접착하도록 충분히 높은 온도로 베이스(80)상에 절연막(45)을 가열하는 단계에 의하여 베이스(80)를 따라 접착되고 형성될 수 있다. 선택적으로, 베이스(80)에 접착될 수 있는 액체 중합 전구체가 베이스에 제공되고 이후에 베이스(80)에 막을 접착하기 위하여 가열된다.

척(20)의 상부 표면이 그 위에 냉각 홈(85)을 갖는 경우, 제 3c 도에 도시된 것과 같이, 절연막(45) 또는 액상 전구체가 베이스(80)상에 제공되고 절연체(45)가 가단성이(malleable) 있게 되어 베이스(80) 상부 표면(95)상의 홈(85)으로 흐르도록 충분히 높은 온도로 가열되어, 절연체(45)와 냉각 홈(85)을 따라 형성된다. 막이 척(20)에 접착되기 전에 냉각 홈(85)은 절연막(45)을 절단하거나, 찍거나, 또는 압력을 가할 수 있다. 선택적으로, 절연막(45)이 베이스(80)에 접착될 수 있고, 이후에 원하는 냉각 홈 구조를 형성하도록 종래의 습식 화학 또는 플라즈마 에칭(예를 들어 본 건에 포함된 1988년 맥그로우힐 퍼블리싱 컴퍼니에서 에스.엠.스제의 VLSI 기술, 제 2판 제 5장에 설명된 바와 같은 산소 플라즈마 에칭 처리)을 사용하여 에칭된다. 냉각 홈(85)은 원하는 깊이에 따라 단일 또는 2개의 절연막(45)을 통해 에칭될 수 있다.

절연체(45)를 베이스(80)에 따라 형성하는 바람직한 방법을 설명한다. 이 방법에 있어서, 상기 설명된 기술 중 하나에 의해 형성된 내부에 전극(50)을 갖는 또는 갖지 않는 절연막(45)이 제 5 도에 도시한 바와 같이 베이스 막 어셈블리(150)를 형성하기 위하여 베이스(80)상에 위치한다. 베이스 막 어셈블리(150)는 절연막(45)이 베이스(80)의 평평한 또는 홈이 있는 상부 표면(95)을 따라 형성 또는 접착하도록 충분히 높은 압력으로 유지되는 압력 형성 장치(25)에 위치한다. 통상적으로, 압력 형성 장치(25)는 약 10 내지 500psi(500 내지 30,000 Torr), 및 더 일반적으로는 약 200psi(10,000 Torr)의 압력으로 유지된다. 절연막(45)이 압력에 민감한 접착제를 사용하여 베이스(80)에 접착되는 경우, 접착제의 과도한 압착(squeezing)을 방지하기 위해 보다 낮은 압력이 바람직하며, 그 압력은 통상적으로 약 10 내지 25psi(500 내지 13,000Torr) 범위이다. 종래의 압력 형성 공정은 일반적으로 본 명세서에서 참조로 하는 1985년 4월 알렌 제이.클링에 의한 합성, 개선된 합성용 경화 기술에 설명되었다.

바람직하게, 동시적으로 가압 상태를 갖는, 베이스막 어셈블리(150)는 절연막(45)이 가단성이 있게 되어 베이스(80)의 상부 표면(95) 상의 거친 표면, 또는 홈(85) 속으로 흘러 들어가도록 충분히 높은 온도로 가열된다. 통상적인 가열 주기는 (i) 막으로부터 기체 반응 생성물의 배기를 허용하도록 약 30분 동안 약 120℃의 제 1 온도, 및 (ii) 막(45)이 가단성이 있게 되어 베이스(80)의 상부 표면(95)을 따라 형성되도록 약 60분 동안 절연막(45)을 유리 전이 온도 또는 결정화 온도에 대응하는 제 2 온도를 포함한다. 막이 열적으로 활성화된 접착제를 사용하여 베이스(80)에 접착되는 경우에, 온도는 통상적으로 적어도 약 300℃로 접착제를 활성화시키도록 충분히 높아질 수 있다.

적절한 압력 형성 장치는 오토클레이브, 플레튼 프레스 또는 이소스테틱 프레스를 포함한다. 오토클레이브는 베이스막 어셈블리(150)상에 보다 일정한 압력을 공급하기 때문에 바람직하다. 통상적으로 오토클레이브는 약 1 내지 10 피트 범위의 직경을 갖는 압력 저항성 강철 챔버를 포함한다. 이산화탄소 또는 질소와 같은 가압된 비반응성 가스가 오토클레이브를 가압하는데 사용된다. 적합한 오토클레이브는 캘리포니아 산타 페 스프링, "베론오토클레이브" ; 캘리포니아 안하임, "에이오브이 인더스트리즈" ; 및 캘리포니아 아주사, "멜코 스틸"에 의해 제조된 것을 포함한다. 또한 오토클레이브를 사용하는 대신, 플레튼 프레스 또는 이소스테틱 프레스가 막을 베이스(80)에 따라 형성하기 위해 사용될 수 있다. 플레튼 프레스가 사용되는 경우, 실리콘 시트와 같은 압력 분산 시트가 베이스막 어셈블리(150)상으로 플레튼 압력을 일정하게 분포시키기 위해 전기적 절연막(45)상에 위치한다. 이소스테틱 프레스는 적합한 이소스테틱 몰딩 백(molding bag)에 베이스막 어셈블리(150)를 위치시키고, 이소스테틱 프레스를 사용하여 백 상에 충분한 압력을 제공함으로써 사용된다.

베이스막 어셈블리(150)상에 압력 공급과 동시에, 진공 백 어셈블리(155)를 사용하여 절연막(45)과 베이스(80) 사이에 트랩된 공기를 제거하기 위하여 베이스막 어셈블리(150)내의 공기를 제거하는 것이 바람직하다. 또한 절연체(45)내에 금속 전극(50)의 산화를 방지하기 위하여 트랩된 공기를 제거하는 것이 바람직하다.진공 백 어셈블리(155)는 통상적으로 제 5 도에 도시한 바와 같이 유연한(flexible) 배깅 물질(165)을 사용하여 밀봉될 수 있는 스테인레스 스틸 베이스 플레이트(160)를 포함한다. 배깅 물질(165)은 통상적으로 나일론 또는 실리콘으로 만들어지며 두께는 약 25 내지 100㎛이다. 캘리포니아 카손, 아리테크 인터내셔널사 ; 캘리포니아 노워크, 본드 라인 프로덕트사 ; 및 워싱턴 오우번, 집-백에 의해 제조된 진공 백이 적당하다. 진공 백(155)을 사용하기 위하여, 베이스막 어셈블리(150)는 진공 백(155) 내에 위치하고, 직물 및 릴리즈 막(170)층은 가스 반응성 부산물이 배기되고 진공 백(155)으로부터 베이스막 어셈블리(150)가 쉽게 분리되게 하는 진공 백 어셈블리(155)를 형성하기 위해 베이스막 어셈블리(150)에 적층된다. 제 6 도에 도시된 것처럼 적당한 일련의 직물 및 릴리즈막(170a, 170b)은 (i) 베이스막 어셈블리(150)의 양측에 위치하는, 델라웨어 워싱턴 듀퐁 드 네모르스 컴퍼니에 의해 제조된 "TEFLON"(상표명) 릴리즈 막(170), 및 캘리포니아 카손 에어테크에 의해 제조된 "A4000P" 릴리즈 막과 같은 릴리즈 막(170a, 170b); (ii) 절연막(45)에 홈(85)을 만들기 위하여 상부 릴리즈 막(170b) 위에 위치하는 열경화성 실리콘 시트와 같은 압력- 분산 형성 시트; (iii) 진공 백(155)의 배출을 촉진시키고 처리 과정에서 형성된 응축물을 제거하기 위하여 적합한(conformed) 시트(175)상에 위치한, 캘리포니아 카손 에어테크에 의해 제조된 "AIRWEAVE SS RESIN ABSORBER" 및 "AIRWEAVE FR EDGE BLEED"와 같은 다공성 블리더 직물 스택(180) ; 및 (iv) 백(155)에 대하여 일정한 진공 압력을 제공하기 위하여 블리더 직물(180) 위에 위치하는, 캘리포니아 카손 아리테크에 의해 제조된 "AIRWEAVESS RESIN ABSORBER" 및 "A22C"와 같은 공기 보급 시트(185)를 포함한다. 점성이 있는 밀봉제 테이프(190)는 진공 백(155)을 밀봉하는데 사용된다. 밀봉된 진공 백(155)은 진공 시스템에 연결된 진공 연결 라인을 통해 배기되며, 상기 진공 라인은 백을 통과하며 브리더 시트(185) 부근에서 종결된다.

압력 차동 프로세스

절연막(45)이 베이스(80) 상부 표면(95) 상의 홈(85)을 따라 형성되도록 절연막(45)의 두께에 대해 상이한 압력을 가하는 것이 바람직하다. 압력 차동 프로세스는 절연막(45)과 베이스(80) 사이에 트랩된 공기를 제거하기 때문에 유리하다. 이러한 프로세스에서, 절연막(45)은 절연막(45)이 베이스(80)의 상부 표면(95)과 접촉하는 접촉 표면(205)과 맞은편 노출 표면(210)을 갖도록 베이스(80) 상에 위치된다. 막의 노출 표면(210)에 제 1 압력을 가하고, 막의 접촉 표면(205)에 제1 압력 보다 낮은 제 2 압력을 가함으로써 절연막(45)에 대해 상이한 압력이 인가된다. 바람직하게, 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력은 적어도 약 500 Torr, 보다 바람직하게는 약 5000 Torr이다. 바람직하게 제 1 압력은 적어도 약 500 Torr, 보다 바람직하게는 약 500 Torr 내지 약 30,000 Torr이며; 바람직하게 제 2 압력은 약 100 Torr 이하, 보다 바람직하게는 약 10^-6Torr 내지 약 1 Torr이다. 동시에 막(45)의 노출 표면(210)에 제 1 압력을 가하고, 막의 접촉 표면상의 제 2 압력을 제거하여, 막(45)이 베이스(80)상의 홈(85)을 따라 형성되어 베이스(80) 상의 절연막(45)의 균일하고, 두께가 일정한 연속적인 층이 제공된다.

절연막(45)의 두께에 대해 상이한 압력을 적용하기 위한 방법중 하나는, 척의 베이스(80)를 관통하는 다수의 홀(215)을 갖는 척(20)을 이용하는 것으로, 상기 홀(215)은 제 도 6 도에 도시된 것처럼 베이스(80) 표면상의 홈(85)에서 종결된다. 홀(215)은 일정한 간격을 두고 있으며 통상적으로 약 0.5 내지 10mm의 직경, 보다 통상적으로 약 1 내지 약 2mm의 직경을 가진다. 절연막(45)은 진공 백(155)에 위치되는 베이스막 어셈블리(150)를 형성하기 위하여 베이스(80)의 표면상에 배치된다. 채널(220)은 진공 라인(195)을 통하여 진공 백(155)과 진공 시스템(200)을 접속시키며, 베이스(80)의 홀(215)에서의 공기를 배기시켜 제 2 낮은 압력에서 베이스(80) 상의 절연막(45)의 접촉 표면(205)을 유지한다. 막(45)의 노출 표면(210)은 오토클레이브에 진공 백(155)를 배치시키고 오토클레이브를 가압함으로써 제 2 높은 압력으로 유지될 수 있다. 결과적으로 압력 차는 막이 베이스(80)의 상부 표면(95)을 따라 형성되게 한다. 비록 본 발명이 바람직한 변형에 대해 상세히 기술되었지만, 다른 변화도 가능하다. 예를 들어, 전기적 절연막(45)은 보호적인, 전기적으로 전도성 또는 절연 재료의 추가층을 포함할 수 있다. 게다가, 척(20)은 선택적인 온도 및 압력을 사용하여 가공될 수 있다. 또한, 선택적인 방법은 당업자에 분명한 절연막(45)의 두께에 대해 상이한 압력을 적용하기 위하여 사용된다. 따라서, 첨부된 도면은 여기에서 포함된 바람직한 변형의 설명으로 제한되지 않는다.

Claims

(a) 내부에 일정 간격을 두고 배치되며, 척상에 고정된 기판을 냉각시키기 위한 냉각제를 보유하는 크기로 분포된 홈을 갖는 상부 표면을 구비한 베이스 ; 및

(b) 상기 베이스의 상부 표면상의 상기 홈에 두께가 일정한(conformal) 연속적인 전기적 절연막을 포함하며,

상기 절연막은 그안에 내장된 전극을 포함하며, 상기 홈은 상기 기판이 균일하게 냉각되도록 미세한 크기를 가지는데, 상기 미세한 홈은 상기 홈 내의 냉각제가 베이스와 척 상에 고정된 기판 사이의 냉각제에 의하여 제공된 열전달율과 동등한 열전달율을 제공하는 작은 크기인, 적어도 5㎛의 폭과 적어도 약 10㎛의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 기판을 고정 및 균일하게 냉각시키는 정전기 척.
제 1 항에 있어서,

상기 홈은 상기 홈에 유지되는 냉각제가 척상에 고정된 기판을 균일하게 냉각할 수 있도록 베이스 상에 분포되며, 상기 홈의 적어도 일부는 서로 평행하게 또는 베이스의 상부 표면을 가로질러 방사상으로 연장되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 정전기 척.
제 1 항에 있어서, 상기 전극은,

(a) 구리, 니켈, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 철, 및 이들의 합금으로 구성되는그룹으로부터 선택된 금속을 포함하거나;

(b) 냉각 홈 사이에 배치되는 분할된 전기적 전도성층을 포함하거나; 또는

(c) 상기 냉각 홈에 대해 두께가 일정하며 연속적인 전기적 전도성층을 포함하는 특성 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척.
제 1 또는 2 항에 있어서, 상기 척상의 절연막은,

(a) 상기 기판이 상기 척위에 배치되고 상기 전극에 대하여 전기적으로 바이어스될 때 정전하가 기판과 전극에 축적될 수 있는 높은 유전체 브레이크다운 강도 ;

(b) 적어도 약 4 볼트/미크론의 유전체 브레이크다운 강도 ;

(c) 적어도 약 2인 유전 상수 ;

(d) 적어도 약 0.10Watt/m/ °K의 열 전도도 ; 또는

(e) 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 나일론, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 플루오르에틸렌 프로필렌 공중합체, 셀룰로스, 트리아세테이트, 실리콘 및 고무로 구성되는 그룹으로부터 선택된 중합체인 특성중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척.
제 1 또는 2 항에 있어서, 상기 절연막은 접착제를 사용하지 않고 베이스에 직접 접착될 수 있으며,

(a) 적어도 약 30mJ/㎡, 보다 바람직하게는 적어도 40mJ/㎡의 상승된 온도에서의 습윤성 ;

(b) 폴리(카보네이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(아크릴로니트릴), 에폭시 수지, 폴리(프로필렌 옥사이드), 폴리(에틸 아크릴레이트), 및 폴리스티렌으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 습윤성 중합체 ;

(c) 옥사이드, 하이드록사이드, 하이드로페록시기, 페놀기, 카르복실산, 카르보닐기, 및 1차 아민을 포함하며, 금속 및 세라믹에 접착할 수 있는 반응성 표면 작용기를 갖는 중합체 ; 또는

(d) 금속 또는 세라믹에 접착할 수 있는 중합 액상 전구체의 특성 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척.
(a) 내부에 냉각 홈을 갖는 상부 표면을 포함하는 베이스를 형성하는 단계를 포함하는데, 상기 홈은 상기 베이스를 냉각시키기 위해 내부에 냉각제를 보유하는 크기로 분포되며,

(b) 상기 베이스 상에 균일하고, 연속적이며, 두께가 일정한 전기적 절연막을 형성하기 위하여 베이스 상의 홈에 전기적 절연체를 두께가 일정하게 형성하는 단계를 포함하며,

상기 절연막은 그안에 내장된 전극을 포함하며, 내부에 홈을 갖는 베이스를 형성하는 상기 단계는 적어도 약 5㎛ 폭과 적어도 약 10㎛ 깊이의 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 정전기 척 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 척은,

(1) 상기 베이스가 척의 전극으로써 제공될 수 있도록 전기적으로 전도성이 있는 물질로 베이스를 형성하는 단계 ; 또는

(2) 상기 절연체내에 전극을 형성하는 단계 중 하나에 의해 형성된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 절연체는 접착제를 사용하지 않고 베이스와 두께가 일정하게 직접 결합되는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 단계(b)에서 절연체는,

(1) 상기 절연체가 가단성이 있어 상기 베이스내의 홈에 두께가 일정하게 형성되도록 높은 온도로 절연체를 가열하는 단계 ; 또는

(2) 상기 절연체가 베이스 상의 홈에 두께가 일정하게 형성되도록 절연체에 높은 압력을 인가하는 단계중 적어도 하나의 단계에 의해 베이스 상의 홈에 두께가 일정하게 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 6 항에 있어서,

(1) 위에 전기적 절연체를 갖는 베이스를 오토클레이브, 플래튼 프레스 및 이소스테틱 프레스로 이루어진 그룹에서 선택된 압력 형성 장치 속에 위치시키는단계; 및

(2) 상기 절연체가 베이스 상의 홈에 형성되도록 높은 압력으로 압력 형성 장치를 유지하는 단계에 의해, 상기 절연체는 베이스의 홈에 두께가 일정하게 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 단계(1)는,

(a) 위에 전기적 절연체를 갖는 베이스를 진공 백 속에 위치시키는 단계 ; 및

(b) 상기 진공 백을 배기시키고 상기 압력 형성 장치에 상기 진공 백을 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 절연막은 막의 두께에 대해 상이한 압력을 인가함으로써 베이스내의 홈에 두께가 일정하게 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조방법.
제 12 항에 있어서, 상기 베이스 상의 상기 절연막은 베이스와 접촉되는 접촉 표면 및 반대쪽 노출 표면을 포함하며, 상기 상이한 압력은 i) 상기 절연막의 노출 표면을 제 1 압력으로 유지하고, 동시에 (ii) 상기 막의 접촉 표면을 상기 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 유지함으로써 박막에 인가되는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 2 압력은,

(a) 상기 제 2 압력이 상기 제 1 압력보다 낮은 적어도 약 500 Torr;

(b) 상기 제 1 압력이 적어도 약 500 Torr ; 또는

(c) 상기 제 2 압력이 약 100 Torr 이하인 특성중 적어도 하나의 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조방법.
제 13 항에 있어서, 상기 베이스 상의 홈에서 종결하는 베이스를 통과하는 홀을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 막의 접촉 표면은 베이스의 홀에 연결된 진공 시스템을 통하여 제 2 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 압력은 오토클레이브, 플래튼 프레스 및 이소스테틱 프레스로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 압력 형성 징치를 사용하여 유지되는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 6 항에 있어서,

(a) 베이스상에 고형 중합체 절연막을 제공하는 단계 ; 또는

(b) 스핀 코팅, 스프레이, 딥핑, 페인팅, 또는 실크 스크린에 의하여 베이스상에 액상 중합체 절연 전구체를 제공하는 단계 중 적어도 하나에 의하여 상기 (b)단계 이전에 상기 베이스 상에 전기적 절연막을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 베이스상의 상기 절연체는 내부에 내장된 전극을 갖고,

(a) 위에 전기적 전도성층을 갖는 제 1 절연막을 선택하는 단계;

(b) 전극을 형성하기 위하여 절연막상에 전도성층을 에칭하는 단계 ; 및

(c) 전극이 제 1 및 제 2 전기적 절연막 사이에 내장되도록 전극 상에 제 2 절연막을 접착시키는 단계에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 6 항의 제조 방법에 의하여 형성된 정전기 척.
(a) 베이스의 표면에 제 1 홈을 형성하는 단계 ;

(b) 상기 베이스상에 전기적 절연막을 제공하는 단계 ;

(c) 상기 막이 제 1 홈을 따라 두께가 일정하게 형성되는 제 2 홈을 나타내도록 상기 베이스의 제 1 홈을 따라 두께가 일정하고, 균일하고, 연속적으로 막을 접착시키기 위해 막을 가열하는 동안 전기적 절연막에 압력을 제공하는 단계 ; 및

(d) 상기 척이 기판을 고정하는데 사용될 때 상기 제 2 홈이 베이스의 상부 표면과 기판 사이에 냉각제를 유지하고 분포시킬 수 있는 크기로 상기 제 2 홈을형성하고 분포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 전극은 상기 절연막에 내장된 전도성 금속의 패턴화된 시트인 것을 특징으로 하는 정전기 척.
제 6 항에 있어서, 상기 전극은 상기 절연막에 내장된 전도성 금속의 패턴화된 시트인 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 절연막은 내부에 패턴화된 전도성 금속 시트의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척 제조 방법.