KR102092094B1

KR102092094B1 - 정전 척

Info

Publication number: KR102092094B1
Application number: KR1020130041512A
Authority: KR
Inventors: 노리오 시라이와; 지로 가와이
Original assignee: 신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2020-03-23
Also published as: JP2013229464A; TW201347082A; TWI587441B; KR20130121020A; JP6006972B2; US9240340B2; US20130286531A1

Abstract

정전 척은 베이스를 관통 연장되는 제 1 스루홀을 갖는 베이스를 포함한다. 정전 척 흡인 플레이트는 베이스에 본딩된다. 흡인 전극은 정전 척 흡인 플레이트 내에 내장되어, 정전하를 발생시키고 흡인 대상을 정전기적으로 흡인한다. 오목부는 제 1 스루홀과 정렬되어 정전 척 흡인 플레이트 내에 형성된다. 오목부는 흡인 전극을 부분적으로 노출시킨다. 점착층은 정전 척 흡인 플레이트와 베이스 사이에 형성된다. 점착층은 오목부의 내면을 덮는다. 관 형상 절연체는 오목부 내에 배치된다. 관 형상 절연체는 제 2 스루홀을 포함한다. 전원 단자는 제 1 스루홀 및 제 2 스루홀 내에 배치된다. 전원 단자는 흡인 전극에 전기적으로 접속되는 선단부를 포함한다.

Description

정전 척{ELECTROSTATIC CHUCK}

본 발명은 정척 척에 관한 것이다.

IC(integrated circuits) 및 LSI(large scale integration) 회로 등의 반도체 디바이스의 제조 공정에서 이용되는 막 증착 시스템(예를 들면, CVD(chemical vapor deposition) 시스템 및 PVD(physical vapor deposition) 시스템) 및 플라즈마 에칭 시스템 각각에서는, 진공 처리 챔버에서 기판(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)을 정밀하게 유지하는 스테이지를 포함한다. 일본국 특개2006-344613호에는, 이러한 스테이지로서 사용되는 정전 척의 예가 기재되어 있다.

이 정전 척은 기판(실리콘 웨이퍼)을 정전기적으로 유지하는 정전 척(electrostatic chuck; ESC) 흡인 플레이트를 포함한다. 정전 척은 온도 제어를 행해서 척에 의해 유지된 기판을 제어 온도에 유지한다. 정전 척은 쿨롱(Coulomb) 정전 척 또는 존슨-라벡(Johnsen-Rahbek) 정전 척일 수 있다. 쿨롱 정전 척은 인가 전압에 매우 민감한 흡인력을 발생시킨다. 그러나, 쿨롱 정전 척은 고전압의 인가를 요한다. 또한, 쿨롱 정전 척은, ESC 흡인 플레이트와 기판 사이에 접촉 에어리어가 작을 경우 충분한 흡인력을 발생시킬 수 없다. 존슨-라벡 정전 척은, ESC 흡인 플레이트와 기판 사이에 접촉 에어리어가 작을 경우에도 충분한 흡인력을 발생시킨다. 그러나, 존슨-라벡 정전 척은 기판에 공급될 전류를 요한다.

도 7은 정전 척(80)의 종례 예를 나타내는 단면도이다. 정전 척(80)은 베이스(81) 및 점착층(82)에 의해 베이스(81)에 본딩된 ESC 흡인 플레이트(83)를 포함한다. 베이스(81)는, 예를 들면 알루미늄으로 형성될 수 있다. 점착층(82)은, 예를 들면 실리콘 수지로 형성될 수 있다.

베이스(81)는 ESC 흡인 플레이트(83)를 지지한다. 베이스(81)는 히터(84)를 내장한다. 전압의 공급 시 열을 발생시키는 히터(84)는 점착층(82)과 함께 ESC 흡인 플레이트(83)를 제어 온도로 유지한다.

ESC 흡인 플레이트(83)는 전극(85)을 내장한다. 전극(85)은 박막 정전기 전극이다. 전극(85)은 전원 공급 유닛(86)을 거쳐, 정전 척(80)의 외측에 배치된 DC(direct current) 전원 공급 장치(87)에 접속된다.

도 8은 도 7에 나타낸 전원 공급 유닛(86)의 부분 확대도이다. 전원 공급 유닛(86)은 전원 단자(86A)를 포함한다. 전원 단자(86A)의 선단부(86B)는 전극(85)에 전기적으로 접속되고, 점착층(82)에 본딩된 배선층(85A)의 하면과 접촉한다. 전극(85)은 배선층(85A) 및 전원 단자(86A)를 거쳐 DC 전원 공급 장치(87)(도 7 참조)에 전기적으로 접속된다. 도 8의 예에서, 전원 단자(86A)의 기단부에 결합된 탄성 부재(86C)는 전원 단자(86A)를 배선층(85A)의 하면에 가압한다.

정전 척(80)은 관 형상의 절연체(88)를 포함한다. 절연체(88)는 전원 단자(86A)를 알루미늄 베이스(81)로부터 절연하는 기능을 한다. 그러나, 도 8의 굵은 이중 화살표에 의해 나타낸 바와 같이, 전원 단자(86A)의 선단부(86B)는 실리콘 수지 점착층(82)에 의해서만 베이스(81)로부터 절연된다. 점착층(82) 내의 어떠한 보이드 또는 전원 단자(86A)의 선단부(86B) 주위의 점착층(82)의 어떠한 불충분한 형성으로 인해 점착층(82)의 전기 절연이 불충분해질 수 있다. 이로 인해, 선단부(86B)와 베이스(81) 사이에 방전이 야기될 수 있다.

본 발명의 일 양태는 베이스를 두께 방향으로 관통 연장되는 제 1 스루홀을 포함하는 베이스가 설치된 정전 척이다. 정전 척 흡인 플레이트는 베이스에 본딩된다. 흡인 전극은 정전 척 흡인 플레이트 내에 내장된다. 흡인 전극은 정전하를 발생시켜 정전 척으로 흡인 대상을 정전기적으로 흡인한다. 오목부는 베이스의 제 1 스루홀과 정렬되어 정전 척 흡인 플레이트 내에 형성된다. 오목부는 흡인 전극을 부분적으로 노출시킨다. 점착층은 정전 척 흡인 플레이트와 베이스 사이에 형성된다. 점착층은 오목부의 내면을 덮는다. 관 형상 절연체는 오목부 내에 배치된다. 관 형상 절연체는 제 2 스루홀을 포함한다. 전원 단자는 베이스의 제 1 스루홀 및 관 형상 절연체의 제 2 스루홀 내에 배치된다. 전원 단자는 오목부로부터 노출된 흡인 전극에 전기적으로 접속되는 선단부를 포함한다.

본 발명의 일 양태는 전원 단자와 베이스 사이의 절연층의 신뢰성을 향상시킨다.

도 1a는 정전 척의 일 실시형태를 부분적으로 나타내는 개략 단면도이고 도 1b는 도 1a의 정전 척의 확대 단면도.
도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4 및 도 5는 정전 척의 제조 방법을 나타내는 개략 단면도.
도 6은 전극 단자와 베이스 사이의 절연의 신뢰성의 평가 결과를 나타내는 테이블.
도 7은 정전 척의 종례 예를 나타내는 개략 단면도.
도 8은 도 7의 정전 척에 배치된 전원 공급 유닛의 확대 단면도.

본 발명의 다른 양태 및 이점은 본 발명의 원리를 예로서 나타내는 첨부 도면과 함께 다음의 설명에서 명확해질 것이다.

본 발명은 첨부 도면과 함께 본원의 바람직한 실시형태의 다음의 설명을 참조하여, 본 발명의 목적 및 이점과 더불어 최선으로 이해될 것이다.

이하, 정전 척(1)의 일 실시형태를 도 1a 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

정전 척(1)은, 종례 예의 정전 척(80)과 마찬가지로, 베이스(10), 점착층(20), 점착층(20)에 의해 베이스(10)에 본딩된 정전 척(ESC) 흡인 플레이트(30), ESC 흡인 플레이트(30) 내에 내장된 흡인 전극(40), 및 흡인 전극(40)에 전기적으로 접속된 커넥터(50)를 포함한다.

베이스(10)는 ESC 흡인 플레이트(30)를 지지한다. 베이스(10)는 베이스 플레이트(11), 점착층(12), 및 히터 플레이트(13)를 포함한다. 히터 플레이트(13)는 점착층(12)에 의해 베이스 플레이트(11)에 본딩된다.

베이스 플레이트(11)는 전도성 재료로 형성될 있다. 예를 들면, 베이스 플레이트(11)는 알루미늄 또는 초경합금 등의 금속 재료, 또는 금속 재료와 세라믹 재료의 복합 재료로 형성될 수 있다. 바람직한 예에서는, 베이스 플레이트(11)는 취득 및 처리가 쉽고 열 전도성이 양호한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 베이스 플레이트(11)는 절연층이 형성된 양극 처리된 표면을 갖는다. 베이스 플레이트(11)는, 예를 들면 약 35 ㎜ 내지 40㎜의 두께를 가질 수 있다.

점착층(12)은 주로 베이스 플레이트(11)와 히터 플레이트(13) 사이의 열 전도성을 향상시키는데 사용된다. 일 예에서, 히터 플레이트(13)는 ESC 흡인 플레이트(30) 상에 유지된 흡인 대상(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)을 가열한다. 그러나, 흡인 대상이, 예를 들면 플라즈마에 의해 빠르게 가열될 경우, 열이 방출될 필요가 있다. 또한, 흡인 대상이 가열되는 동안, 히터 플레이트(13)로부터의 열 또한 베이스 플레이트(11)에 전달될 필요가 있다. 따라서, 점착층(12)은 열 전도성이 높은 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 점착층(12)은 실리콘 수지로 형성될 수 있다. 점착층(12)은, 예를 들면 약 0.5㎜ 내지 2.0㎜의 두께를 가질 수 있다.

히터 플레이트(13)는 금속 플레이트(14), 및 금속 플레이트(14)의 하면(14A)에 본딩되는 히터(15)의 막을 포함한다. 전압의 공급 시 열을 발생시키는 히터(15)는 점착층(20)을 거쳐 ESC 흡인 플레이트(30)를 제어 온도로 유지한다. 히터(15)는 점착층(12)에 의해 베이스 플레이트(11)에 본딩된다. 금속 플레이트(14)는 소킹 플레이트(soaking plate)로서 기능한다. 금속 플레이트(14)는, 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 금속 플레이트(14)는, 예를 들면 약 1.5㎜ 내지 1.8㎜의 두께를 가질 수 있다. 히터(15)는, 예를 들면 약 0.1㎜ 내지 0.5㎜의 두께를 가질 수 있다.

히터(15)는, 예를 들면 폴리이미드 수지의 막에 소정의 형상의 히터 전극(메탈 와이어)을 패터닝하고, 다른 폴리이미드 수지막을 형성해서 히터 전극이 폴리이미드 수지막들 사이에 개재되게 하고, 상기 막들을 열 경화하여 막들과 히터 전극을 일체화함으로써 형성될 수 있다. 히터 플레이트(13)는 히터(15)를 금속 플레이트(14)에 본딩함으로써 형성될 수 있다. 히터 전극은, 인코넬(Inconel; 등록 상표) 등의 전도성 재료로 형성될 수 있다. 인코넬(등록 상표)은, 주성분이 니켈(Ni)이고 크롬(Cr)이 약 15% 내지 23%이고, 철(Fe), 코발트(Co), 또는 몰리브덴(Mo)을 더 함유할 수 있는 내열성 합금이다. 인코넬은 가공성이 높고, 열 처리 및 냉각 처리 모두 가능하며, 내식성이 높다.

점착층(20)은 주로 히터 플레이트(13)와 ESC 흡인 플레이트(30) 사이의 열 전도성을 양호하게 유지하는 데 사용된다. 점착층(20)은 실리콘 등의 고전도성 재료로 형성될 수 있는 것이 바람직하다. 점착층(20)은 히터 플레이트(13)의 상면과 ESC 흡인 플레이트(30)의 하면 사이에 형성될 수 있다. 점착층(20)은, 예를 들면 0.05㎜ 내지 0.2㎜의 두께를 가질 수 있다.

ESC 흡인 플레이트(30)는 흡인 대상을 정전기적으로 유지하는 흡인면(30A)(도 1a에서 상면)을 갖는다. ESC 흡인 플레이트(30)는 절연 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, ESC 흡인 플레이트(30)는 알루미늄, 질화알루미늄, 및 질화실리콘 등의 세라믹 재료, 또는 실리콘 수지 및 폴리이미드 수지 등의 유기 재료로 형성될 수 있다. 예시되는 예에서, ESC 흡인 플레이트(30)는 취득 및 처리가 쉽고 플라즈마 저항성이 상대적으로 매우 높은 알루미늄 또는 질화알루미늄 등의 세라믹 재료로 형성된다. ESC 흡인 플레이트(30)가 150W/(m*K) 내지 250W/(m*K)의 열 전도성이 높은 질화알루미늄으로 형성될 수 있는 것이 더 바람직한다. 질화알루미늄은 ESC 흡인 플레이트(30) 상에 유지된 흡인 대상의 평면 온도 변화를 줄이므로 바람직하다. ESC 흡인 플레이트(30)는 흡인면(30A)에 흡인되는 흡인 대상(예를 들면, 직경 300㎜)보다 약간 작을 수 있다. 이로 인해, 적어도 흡인면(30A)이 플라즈마에 노출되는 것이 방지된다. ESC 흡인 플레이트(30)는, 예를 들면 약 2㎜ 내지 10㎜의 두께를 가질 수 있다.

흡인 전극(40)은 ESC 흡인 플레이트(30)에 임베드된다. 흡인 전극(40)은 ESC 흡인 플레이트(30)의 흡인면(30A)에 가깝게 형성되는 전극층(41), 전극층(41)에 전기적으로 접속되는 제 1 배선층(42), 및 제 1 배선층(42)에 전기적으로 접속되는 제 2 배선층(43)을 포함할 수 있다. 전극층(41)은 정전 흡인을 위해 DC 전압이 공급되는 박막 정전기 전극이다. 제 1 배선층(42) 및 제 2 배선층(43)은 전극층(41)을 ESC 흡인 플레이트(30) 아래의 층에 접속하는 데 사용된다. ESC 흡인 플레이트(30)는 세라믹 재료로 형성된다. 따라서, 전극층(41), 제 1 배선층(42), 및 제 2 배선층(43)은 텅스텐(W), 몰리브덴, 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있는 것이 바람직하다. 원하는 ESC 흡인 플레이트(30)는, 예를 들면 소정의 두께로 적층된 세라믹 그린 시트에 전극층(41), 제 1 배선층(42), 및 제 2 배선층(43)을 패터닝하는 후막(thick film) 처리를 행하고, 세라믹 재료가 층들로 배치되는 일체로 적층된 층을 베이킹함으로써 형성될 수 있다. ESC 흡인 플레이트(30)의 하면으로부터 전극층(41)의 하면까지의 두께는, 예를 들면 약 1.8㎜ 내지 9.4㎜일 수 있다. 전극층(41)의 상면으로부터 ESC 흡인 플레이트(30)의 흡인면(30A)까지의 두께는, 예를 들면 약 0.2㎜ 내지 0.6㎜일 수 있다. ESC 흡인 플레이트(30)는 플라즈마를 제어하는 고주파 전력이 공급되는 복수의 RF 전극층을 포함할 수 있다. RF 전극층은 흡인면(30A)에 반대측인 ESC 흡인 플레이트(30)의 하면 또는 ESC 흡인 플레이트(30)의 하부에 임베드된다.

이하, 흡인 전극(40)과 흡인 전극(40)에 DC 전압을 공급하는 DC 전원 공급 장치를 접속하는 커넥터(50)를 설명한다. 커넥터(50)는 전원 공급 컴포넌트 또는 소켓이라고 할 수 있다.

스루홀(11X)은 베이스 플레이트(11) 및 점착층(12)을 베이스 플레이트(11) 및 점착층(12)의 두께 방향으로 관통 연장된다. 스루홀(13X)은 스루홀(11X)과 정렬하여 히터 플레이트(13)의 히터(15) 및 금속 플레이트(14)를 관통 연장된다. 스루홀(13X)은 스루홀(11X)과 연통한다. 스루홀(13X)은 스루홀(11X)보다 개구 직경이 작다. 도 1b에 나타낸 바와 같이, 스루홀(13X)의 테두리 및 벽을 포함하는 히터 플레이트(13)의 부분은, 위에서 봤을 때, 스루홀(11X)의 테두리로부터 내측으로 돌출되는 돌출부(13A)로서 기능한다. 돌출부(13A) 및 스루홀(11X)의 벽은 단차를 형성한다. 도시된 예에서, 베이스(10)는 베이스 플레이트(11)와 히터 플레이트(13) 사이에 형성된 단차를 갖는다. 베이스 플레이트(11), 점착층(12), 히터(15), 및 금속 플레이트(14)를 두께 방향으로 관통 연장되는 스루홀(11X 및 13X)은 베이스(10)를 두께 방향으로 관통 연장되는 일례로서의 제 1 스루홀을 형성한다. 스루홀(11X)은, 예를 들면 원형일 수 있고 스루홀(11X)이 스루홀(13X)과 연통하는 테두리에서 약 4㎜ 내지 5㎜의 직경을 가질 수 있다. 스루홀(13X)은, 예를 들면 원형일 수 있고, 예를 들면 약 2㎜ 내지 3㎜의 직경을 가질 수 있다.

히터 플레이트(13)에는, 절연체(60)가 본딩된다. 일 예에서, 절연체(60)는 점착제(도시 생략)에 의해 히터 플레이트(13)의 돌출부(13A)에 본딩된다. 절연체(60)는 스루홀(61X)을 갖는 베이스(61), 베이스(61)의 상면으로부터 연장되는 제 1 관 형상부(62), 및 베이스(61)의 하면으로부터 연장되는 제 2 관 형상부(63)를 포함한다. 베이스(61), 제 1 관 형상부(62), 및 제 2 관 형상부(63)는 일체로 형성된다. 제 1 관 형상부(62)는 스루홀(61X)과 연통하고, 스루홀(61X)보다 직경이 큰 개구(62X)를 포함한다. 제 2 관 형상부(63)는 스루홀(61X)과 연통하고, 스루홀(61X) 및 개구(62X)보다 직경이 큰 개구(63X)를 포함한다. 제 1 관 형상부(62)의 외면은 돌출부(13A)의 내면에 본딩되고, 제 1 관 형상부(62)로부터 외측으로 연장되는 베이스(61)의 상면의 부분은 돌출부(13A)의 하면에 본딩된다. 절연체(60)의 상면(제 1 관 형상부(62)의 상면)은 히터 플레이트(13)의 상면(금속 플레이트(14)의 상면)과 동일 평면을 이룬다. 베이스(61)는, 예를 들면 약 1.7㎜ 내지 1.9㎜의 두께를 가질 수 있다. 스루홀(61X)은 위에서 봤을 때 원형일 수 있고, 예를 들면 약 1.2㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 가질 수 있다. 개구(62X)는 위에서 봤을 때 원형일 수 있고, 예를 들면 약 1.6㎜ 내지 1.8㎜의 두께를 가질 수 있다. 개구(63X)는 위에서 봤을 때 원형일 수 있고, 예를 들면 약 2㎜ 내지 3㎜의 두께를 가질 수 있다. 절연체(60)는 절연 재료, 예를 들면 가소성 재료 등의 수지 재료로 형성될 수 있다.

ESC 흡인 플레이트(30)는 히터 플레이트(13)의 스루홀(13X)과 정렬되는 오목부(30X)를 포함한다. 오목부(30X)는 제 2 배선층(43)의 하면이 적어도 부분적으로 노출되게 한다. 오목부(30X)는 스루홀(13X 및 11X)과 연통한다. 예를 들면, 히터 플레이트(13)에 절연체(60)를 본딩할 때, 오목부(30X)는, 절연체(60)의 개구(62X) 및 스루홀(61X)의 개구(63X)를 거쳐 베이스 플레이트(11)의 스루홀(11X)과 연통한다. 오목부(30X)는 히터 플레이트(13)의 스루홀(13X)보다 직경이 작고 제 1 관 형상부(62)의 개구(62X)보다 직경이 크다. 오목부(30X)는 절연체(70)(후술함)를 수용하도록 충분히 깊다. 일 예에서, 오목부(30X)의 깊이는 흡인 전극(40)에 인가되는 DC 전압의 값 및 오목부(30X) 내에 형성된 점착층(20)의 브레이크다운 전압(breakdown voltage) 특성에 따라 설정될 수 있다. 오목부(30X)는, 예를 들면 약 1.3㎜ 내지 1.5㎜의 깊이를 가질 수 있다.

절연체(60)의 제 1 관 형상부(62)의 개구(62X)로부터 노출되는 베이스(61)의 상면에 관 형상인 절연체(70)가 배치된다. 절연체(70)는 개구(62X)(스루홀(13X))를 두께 방향(상방)으로 관통 연장되고, 또한 오목부(30X)에서 두께 방향(상방)으로 연장된다. 절연체(70)의 선단부는 ESC 흡인 플레이트(30)의 오목부(30X) 내에 배치된다. 도시된 예에서, 절연체(70)의 선단부는 오목부(30X)의 중간 위치에 두께 방향으로 연장된다. 절연체(70)는 모든 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들면 가소성 재료 등의 수지 재료일 수 있다.

절연체(70)는 관 형상이며 관을 따라 연장되는 스루홀(70X)을 갖는다. 스루홀(70X)은 베이스(61)의 스루홀(61X)과 연통한다. 스루홀(70X)은 스루홀(61X)과 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 도시된 예에서, 절연체(70)는, 히터 플레이트(13)와 ESC 흡인 플레이트(30)을 본딩하는 점착층(20)에 의해 적어도 ESC 흡인 플레이트(30)에 본딩된다.

점착층(20)은 히터 플레이트(13)와 ESC 흡인 플레이트(30) 사이, 또한 절연체(60)와 절연체(70) 사이에 형성된다. 예를 들면, 점착층(20)은 절연체(70)의 외면과 제 1 관 형상부(62)의 내면 사이에 형성된다. 도시하지 않았지만, 점착층(20)은 절연체(70)의 하면과 베이스(61)의 상면 사이에도 형성된다. 도시된 예에서, 점착층(20)은 오목부(30X)의 내면 및 절연체(70)의 선단부의 상면을 전체적으로 덮는다. 점착층(20)은 절연체(70)의 선단부의 상면에 형성된 개구 단부에 대응하는 개구 단부를 포함한다.

스루홀(11X 및 13X) 및 오목부(30X)는 커넥터(50)를 수용하는 형상으로 된다. 도시된 예에서, 커넥터(50)는 스루홀(11X), 절연체(60)의 개구(63X) 및 스루홀(61X), 절연체(70)의 스루홀(70X), 및 ESC 흡인 플레이트(30)의 오목부(30X)에 배치된다. 커넥터(50)는 절연 재료로 형성된 관(51), 관(51) 내에 배치되며 관(51)에 고정된 유지부(52), 관(51) 내에 배치되며 유지부(52)에 결합된 탄성 부재(53), 관(51) 내에 부분적으로 배치되며 탄성 부재(53)에 결합된 전원 단자(54)를 포함할 수 있다. 탄성 부재(53)는, 예를 들면 스프링일 수 있다.

관(51)은, 관(51)을 베이스 플레이트(11)에 고정하도록, 베이스 플레이트(11) 내의 스루홀(11X)의 하부와 체결되는 나사식 기단부(51A)를 포함한다. 관(51)의 선단부는 절연체(60)의 개구(62X) 내에 배치된다. 관(51)은 유지부(52) 및 탄성 부재(53)를 둘러싸고 전원 단자(54)를 부분적으로 둘러싼다. 관(51)은 베이스 플레이트(11)로부터, 관(51) 내에 삽입되는 유지부(52) 및 전원 단자(54)를 절연하는 기능을 한다. 관(51)은 모든 절연 재료로 형성될 수 있으며, 가소성 재료 등의 수지 재료를 포함할 수 있다.

유지부(52)는, 예를 들면 점착제(도시 생략)로 관(51)에 고정된다. 유지부(52)는 정전 척(1)의 외측에 배치되는 DC 전원 공급 장치에 전기적으로 접속되는 파워 코드(power cord)(도시 생략)를 수용 및 지지한다. 파워 코드는 전원 단자(54)에 전기적으로 접속된다. 탄성 부재(53)는 유지부(52)의 선단부와 전원 단자(54)의 기단부 사이에 배치된다. 전원 단자(54)의 선단부는 관(51)으로부터 수직 방향에서 상방으로 돌출된다. 전원 단자(54)의 선단부는 오목부(30X)로부터 노출된 제 2 배선층(43)의 하면과 접촉한다. 이로 인해, 제 2 배선층(43)은 전원 단자(54), 파워 코드 등을 거쳐 DC 전원 공급 장치에 전기적으로 접속됨으로써, 전극층(41)과 DC 전원 공급 장치를 전기적으로 접속한다. 탄성 부재(53)는 전원 단자(54)를 제 2 배선층(43)을 향해 탄성적으로 돌출시킨다. 따라서, 전원 단자(54)의 선단부는 제 2 배선층(43)에 가압된다. 이러한 구조로 인해, 다양한 컴포넌트의 결합으로 야기되는 치수 오차에 상관없이, 전원 단자(54)를 제 2 배선층(43)에 전기적으로 접속시킬 수 있다.

관(51)으로부터 돌출되는 전원 단자(54)는 절연체(60 및 70) 및 점착층(20)에 의해 둘러싸인다. 환언하면, 절연체(60 및 70) 및 점착층(20)은, 전원 단자(54)가 제 2 배선층(43)과의 접촉 시에 전원 단자(54)를 둘러싸도록 형성된다. 도 1b에 도시된 예에서, 절연체(60)(제 2 관 형상부(63))는 관(51)으로부터 돌출되는 전원 단자(54)를 둘러싸도록 스루홀(11X) 내에 형성된다. 스루홀(11X) 내에 형성된 절연체(60)는 전원 단자(54) 및 베이스 플레이트(11)를 절연한다. 스루홀(13X) 내에서, 절연체(60 및 70) 및 점착층(20)은 전원 단자(54)를 둘러싸도록 형성된다. 스루홀(13X) 내에 형성된 절연체(60 및 70) 및 점착층(20)은 전원 단자(54) 및 히터 플레이트(13)를 절연하도록 기능한다. 구체적으로, 스루홀(13X) 내에서 전원 단자(54) 및 히터 플레이트(13)는 3개의 절연체(절연체(60 및 70) 및 점착층(20))에 의해 서로 분리된다. 오목부(30X) 내에서, 절연체(70) 및 점착층(20)은 전원 단자(54)를 둘러싸도록 형성된다. 오목부(30X) 내에 형성된 절연체(70) 및 점착층(20)은 전원 단자(54) 및 히터 플레이트(13)(금속 플레이트(14))를 절연하도록 기능한다. 오목부(30X) 내에서, 전원 단자(54) 및 히터 플레이트(13)는 2개의 절연체(절연체(70) 및 점착층(20))에 의해 서로 분리된다.

ESC 흡인 플레이트(30) 및 흡인 대상이 반대 전하를 띠도록, 정전 척(1)은 커넥터(50)를 거쳐(전원 단자(54)를 포함) 흡인 전극(40)에 DC 전압을 인가한다. 이로 인해, ESC 흡인 플레이트(30)의 흡인면(30A)에 흡인 대상을 유지하는 정전기력(쿨롱힘)이 발생된다. 흡인 전극(40)에 인가되는 전압의 증가는 정전기 유지력을 증가시킨다.

이하, 정전 척(1)의 동작을 설명한다.

정전 척(1)에서, ESC 흡인 플레이트(30)는, 전극층(41)에 접속되는 제 2 배선층(43)을 노출시키는 오목부(30X), 오목부(30X)에 형성된 절연체(70), 및 오목부(30X)의 내면 전체를 덮도록 형성된 점착층(20)을 포함한다. 이로 인해, 제 2 배선층(43)에 전기적으로 접속되는 전원 단자(54)의 선단부를 2개의 절연체, 즉 절연체(70) 및 점착층(20)에 의해 둘러싸이게 할 수 있다. 따라서, 이러한 구조는 전원 단자(86A)의 선단부(86B)와 베이스(81) 사이에 점착층(82)만이 배치되는 구조(도 8 참조)보다, 전원 단자(54)의 선단부와 히터 플레이트(13)(금속 플레이트(14)) 사이에 두꺼운 절연을 제공할 수 있다. 이로 인해, 전원 단자(54)와 금속 플레이트(14) 사이의 절연의 신뢰성이 향상된다. 전원 단자(54)는 소켓의 가늘고 긴 선단 단자의 일례이다.

이하, 정전 척(1)의 제조 방법을 간략히 설명한다.

도 2a에 나타낸 바와 같이, 점착층(12)이 베이스 플레이트(11)와 히터 플레이트(13) 사이에 배치되는 상황에서, 베이스 플레이트(11)의 스루홀(11X)이 히터 플레이트(13)의 스루홀(13X)과 정렬되도록, 베이스 플레이트(11) 및 히터 플레이트(13)가 위치 결정된다. 이어서, 점착층(12)이 경화(열 경화)되어, 베이스 플레이트(11)를 점착층(12)과 함께 히터 플레이트(13)에 본딩한다. 이로써, 베이스 플레이트(11) 및 히터 플레이트(13)를 포함하는 베이스(10)가 완성되며, 스루홀(11X)이 두께 방향으로 연장된다.

도 2b에 나타낸 공정에서, 절연체(60)의 베이스(61)의 상면 및 제 1 관 형상부(62)의 외면에 의해 형성된 단차가 히터 플레이트(13)의 돌출부(13A)와 접촉할 때까지, 점착제(도시 생략)로 피복된 표면을 갖는 절연체(60)가 하방으로부터 베이스 플레이트(11)의 스루홀(11X) 내로 삽입된다. 이어서, 점착제가 경화되어 히터 플레이트(13) 및 절연체(60)가 점착제와 함께 본딩된다.

도 3a에 나타낸 공정에서, 베이스(10)(금속 플레이트(14))의 상면과 절연체(60)(제 1 관 형상부(62))의 상면이 서로 동일 평면이 되도록, 베이스(10) 및 절연체(60)는 평탄화된다. 구체적으로, 베이스(10)(금속 플레이트(14)) 및 절연체(60)의 상면은 연삭 및 연마를 통해 평탄화된다. 연삭 또는 연마는, 예를 들면 탄화텅스텐 또는 다이아몬드 연삭 비트(툴)에 의한 툴 비트 연삭을 포함한다. 또는, 연삭 또는 연마는 CMP(chemical mechanical polishing)를 포함할 수 있다.

도 3b에 나타낸 공정에서, 절연체(70)는, 히터 플레이트(13)의 스루홀(13X)의 상방으로부터 절연체(60)의 제 1 관 형상부(62)의 개구(62X) 내로 끼워 맞춰진다. 절연체(70)는 절연체(60)의 베이스(61)의 상면에 배치되며 개구(62X)로부터 노출된다. 오목부(30X)를 절연체(70)의 스루홀(70X)과 정렬하도록 위치 결정된 ESC 흡인 플레이트(30)가 점착층(20)으로 베이스(10)에 본딩된다. 이로써, ESC 흡인 플레이트(30)의 오목부(30X) 내에 절연체(70)의 선단부가 배치된다. 이 공정에서, 점착층(20)은, ESC 흡인 플레이트(30)의 하면과 금속 플레이트(14)의 상면 사이에 형성되며, 또한 오목부(30X)를 충전한다. 점착층(20)은 절연체(70)의 외면과 절연체(60)의 제 1 관 형상부(62)의 내면 사이에 더 형성된다. 환언하면, 오목부(30X) 내에서 ESC 흡인 플레이트(30)의 하면과 금속 플레이트(14)의 상면 사이, 및 절연체(70)의 외측과 절연체(60)의 내면 사이에 점착층(20)이 형성되도록, ESC 흡인 플레이트(30)가 베이스(10) 상에 탑재된다. 베이스(10)와 ESC 흡인 플레이트(30) 사이에 제어된 두께를 갖도록, 점착층(20)이 형성된다. 점착층(20)은 절연체(70)를 절연체(60)에 본딩한다.

도 4에 나타낸 공정에서, 도 3b의 공정에서 형성된 점착층(20)으로부터 과잉 부분은 제거된다. 예를 들면, 스루홀(70X) 내에 형성된 점착층(20)의 부분 및 스루홀(70X) 위로 형성되며 제 2 배선층(43)의 하면을 덮는 점착층(20)의부분이 제거된다. 이로 인해, ESC 흡인 플레이트(30)의 오목부(30X) 내에서 전극층(41)에 전기적으로 접속되는 제 2 배선층(43)의 하면을 노출시킨다.

도 4에 나타낸 공정에서, ESC 흡인 플레이트(30)의 상면은 연삭 또는 연마되고 평탄화된다. 연삭 및 연마는, 예를 들면 툴 비트 연삭 또는 CMP일 수 있다.

도 5에 나타낸 공정에서, 유지부(52), 탄성 부재(53), 및 전원 단자(54)를 포함하는 전원 공급 유닛(55)이 관(51) 내로 삽입되며 점착제(도시 생략)에 의해 관(51)에 본딩된다. 예를 들면, 유지부(52)는 점착제에 의해 관(51)에 본딩된다. 이로써, 도 1에 나타낸 커넥터(50)가 완성된다. 커넥터(50)의 기단부(51A)는 스루홀(11X)에 체결되어 커넥터(50)를 베이스(10)에 고정한다. 탄성 부재(53)는, 전원 단자(54)가 제 2 배선층(43)과 접촉하도록 전원 단자(54)에 탄성력을 가한다. 상술한 공정은 도 1에 나타낸 정전 척(1)을 형성한다.

스루홀(11X)은 제 3 스루홀의 일례이다. 스루홀(13X)은 제 4 스루홀의 일례이다. 점착층(20)은 제 1 점착층의 일례이다. 점착층(12)은 제 2 점착층의 일례이다. 절연체(70)는 제 1 절연층의 일례이다. 스루홀(70X)은 제 2 스루홀의 일례이다. 절연체(60)는 제 2 절연층의 일례이다. 절연체(70) 및 점착층(20)은 오목부(30X) 내에 전원 단자(54)를 둘러싸는 2층 절연 구조체를 형성한다. 절연체(70), 절연체(60)의 제 1 관 형상부(62), 및 절연체(70)와 제 1 관 형상부(62)를 본딩하는 점착층(20)의 관 형상 부분은 스루홀(13X) 내에 전원 단자(54)를 둘러싸는 3층 절연 구조체를 형성한다.

이하, 혹독한 조건에서 정전 척(1)에 행해진 연속되는 실험 결과를 도 6을 참조하여 설명한다.

절연 성능을 평가하기 위해, 샘플 1 내지 샘플 10을 준비했다. 샘플 1 내지 샘플 5는 도 1의 정전 척(1)과 동일한 구조를 가졌다. 샘플 1 내지 샘플 5 각각은 가소성 절연체(70)를 수용하는 깊이가 1.3㎜인 오목부(30X)를 포함한다. 샘플 1 내지 샘플 5 각각의 오목부(30X)의 내면은 실리콘 수지로 형성되는 점착층(20)에 의해 전체적으로 덮인다. 비교 샘플 6 내지 비교 샘플 10은 도 8에 나타낸 종례 예의 정전 척과 동일한 구조를 갖는다. 또한, 비교 샘플 6 내지 비교 샘플 10 각각은 도 1에 나타낸 오목부(30X) 및 절연체(70) 모두를 포함하지 않으며, 전원 단자와 베이스 사이에 배치되는 절연체는 실리콘 수지로 형성되는 점착층뿐이다.

샘플 1 내지 샘플 10 각각의 정전 척에서는, 전극에 DC 전압이 인가되었다. DC 전압을 0V 내지 10㎸로 점착 증가시켜서 전원 단자와 베이스 사이에 방전이 일어났는지의 여부를 검사했다. 도 6은 그 결과를 나타낸다.

종례 예와 동일한 구조를 갖는 샘플 6 내지 샘플 10에서는, DC 전압이 10㎸에 도달하기 전에 전원 단자와 베이스 사이에 방전이 일어났다. 도 1에 나타낸 구조를 갖는 샘플 1 내지 샘플 5에서는, 흡인 전극(40)에 10㎸의 DC 전압이 인가되었을 경우에도, 전원 단자(54)와 베이스(10)의 금속 플레이트(14) 사이에 방전이 일어나지 않았다. 이 결과는, 상대적으로 깊은 오목부(30X)에 배치된 2개의 절연체, 즉 절연체(70) 및 절연용 점착층(20)이 전원 단자(54)와 금속 플레이트(14) 사이의 절연의 신뢰성을 향상시킴을 보여준다.

상기 실시형태는 후술하는 이점을 갖는다.

(1) ESC 흡인 플레이트(30)는 흡인 전극(40)(특히, 전극층(41)에 접속되는 제 2 배선층(43))을 적어도 부분적으로 노출하는 오목부(30X)를 포함한다. 절연체(70)는 오목부(30X) 내에 배치된다. 오목부(30X)의 내면 전체는 점착층(20)에 의해 덮인다. 이 구조에서, 전원 단자(54)가 흡인 전극(40)에 전기적으로 접속되는 상황에서, 전원 단자(54)의 선단부는 2개의 절연체, 즉 절연체(70) 및 점착층(20)에 의해 둘러싸인다. 이 구조는 전원 단자(54)와 히터 플레이트(13)(금속 플레이트(14)) 사이의 절연 두께를 증가시킴으로써, 전원 단자(54)와 금속 플레이트(14) 사이의 절연의 신뢰성을 향상시킨다. 또한, 이 구조는 전원 단자(54)와 베이스(10)의 금속 플레이트(14) 사이의 방전을 저감 또는 방지하여 정전 척(1)의 내구성을 향상시킨다.

전원 단자(54)의 선단부 및 금속 플레이트(14)는, 점착층(20)만이 아닌, 실리콘 수지 점착층(20) 및 절연체(70)에 의해 서로 절연된다. 따라서, 점착층(20) 내에 보이드가 형성될 경우에도, 절연체(70)는 금속 플레이트(14)로부터 전원 단자(54)의 선단부를 절연한다.

(2) 오목부(30X)는 흡인 전극(40)에 인가되는 DC 전압의 값 및 오목부(30X) 내에 형성되는 점착층(20)의 브레이크다운 전압 특성에 따라 설정된 깊이를 갖는다. 예를 들면, 흡인 전극(40)에 약 10㎸의 DC 전압이 인가될 경우, 점착층(20)(예를 들면, 실리콘 수지)의 브레이크다운 전압 특성은 12㎸/㎜이다. 이 경우에, 오목부(30X)는 0.8㎜ 이상의 깊이를 갖는 것이 바람직하다(0.8*12=9.6㎸). 본 실시형태에서, 오목부(30X)는 1㎜ 이상의 깊이를 갖는다(예를 들면, 약 1.3㎜ 내지 1.5㎜). 이로 인해, 흡인 전극(40)에 약 10㎸의 DC 전압이 인가될 경우에도, 전원 단자(54)와 금속 플레이트(14) 사이의 방전을 효과적으로 저감 또는 방지할 수 있다. 이러한 방식으로, 오목부(30X)의 깊이의 최적 조정은 방전을 저감 또는 방지한다. 따라서, 흡인 전극(40)에 원하는 DC 전압의 인가가 가능해지면서 정전 척(1)의 내구성이 쉽게 향상될 수 있다.

본 발명의 사상 또는 범주에서 벗어나지 않고, 본 발명이 많은 다른 특정 형태로 구현될 수 있음은 당업자에게 명확하다. 특히, 본 발명의 다음의 형태로 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

오목부(30X)의 내면 전체가 점착층(20)에 의해 덮이는 것이 바람직하지만, 오목부(30X)의 내면이 점착층에 의해 덮일 수 있다. 또한, 이 변형은 2개의 절연체, 즉 점착층(20) 및 절연체(70)가 금속 플레이트(14)로부터 오목부(30X) 내에 위치된 전원 단자(54)를 절연하도록 할 수 있다. 이 구조는 전원 단자(54)와 금속 플레이트(14) 사이의 절연의 신뢰성을 향상시킨다.

절연체(70)의 선단부는 제 2 배선층(43)의 하면에 접촉하도록 연장될 수 있다. 이로 인해, 절연체(70) 및 점착층(20)은 전원 단자(54)의 선단부 전체를 둘러싸는 것이 보장되며, 2개의 절연체, 즉 절연체(70) 및 점착층(20)이 금속 플레이트(14)로부터 오목부(30X) 내에 배치된 전원 단자(54)를 절연할 수 있게 한다.

상기 실시형태에서 금속 플레이트(14)는 생략될 수 있다.

상기 실시형태에서 히터(15)는 ESC 흡인 플레이트(30) 전체에 배치된 단일 히터 전극 또는 ESC 흡인 플레이트(30) 내에 규정된 복수의 히터 존에 따라 배치된 복수의 히터 전극을 포함할 수 있다. 히터(15)는 별개의 존에 복수의 히터 전극을 포함할 경우, ESC 흡인 플레이트(30)의 히터 존은 별개로 가열될 수 있다.

상기 실시형태에서, 절연체(70)는 절연체(60)에 본딩된다. 대신, 예를 들면 절연체(60 및 70)는 일체로 형성될 수 있고, 일체로 된 절연체가 스루홀(11X)에 배치될 수 있다.

상기 실시형태에서, 전원 단자(54)가 제 2 배선층(43)과 접촉하여 전원 단자(54)와 제 2 배선층(43)을 전기적으로 접속하도록, 탄성 부재(53)는 커넥터(50)의 전원 단자(54)에 탄성력을 가한다. 대신, 예를 들면, 커넥터(50)의 전원 단자가 솔더 등에 의해 제 2 배선층(43)에 전기적으로 접속될 수 있다.

정전 척(1)은 단극 정전 척 또는 양극 정전 척일 수 있다.

정전 척(1)은 쿨롱 정전 척 또는 존슨-라벡 정전 척일 수 있다.

상기 변형의 두 가지 이상이 조합될 수 있다.

본 예 및 실시형태는 예시이지 제한이 아닌 것으로 간주되어야 하며, 본 발명은 여기에서 제시된 상세로 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범의 범주 및 그 등가물 내에서 변형될 수 있다.

1 : 정전 척 10 : 베이스
11 : 베이스 플레이트 12 : 점착층
13 : 히터 플레이트 14 : 금속 플레이트
15 : 히터 20 : 점착층
30 : ESC 흡인 플레이트 40 : 흡인 전극
41 : 전극층 42 : 제 1 배선층
43 : 제 2 배선층 50 : 커넥터
51 : 관 52 : 유지부
53 : 탄성 부재 54 : 전원 단자
60 : 절연체 61 : 베이스
62 : 제 1 관 형상부 63 : 제 2 관 형상부
70 : 절연체

Claims

두께 방향으로 관통 연장되는 제 1 스루홀(through hole)을 포함하는 베이스,
상기 베이스에 본딩된 정전 척 흡인 플레이트,
상기 정전 척 흡인 플레이트 내에 내장되고, 정전하를 발생시켜 정전 척으로 흡인 대상을 정전기적으로 흡인하는 흡인 전극,
상기 베이스의 상기 제 1 스루홀과 정렬되어 상기 정전 척 흡인 플레이트 내에 형성되고, 상기 흡인 전극을 부분적으로 노출시키는 오목부,
상기 정전 척 흡인 플레이트와 상기 베이스 사이에 형성되고, 상기 오목부의 내면을 덮는 점착층,
상기 오목부 내에 배치되고, 제 2 스루홀을 포함하는 관 형상 제 1 절연체,
상기 베이스의 상기 제 1 스루홀 및 상기 관 형상 제 1 절연체의 상기 제 2 스루홀 내에 배치되고, 상기 오목부로부터 노출된 상기 흡인 전극에 전기적으로 접속되는 선단부를 포함하는 전원 단자, 및
상기 관 형상 제 1 절연체의 외면을 둘러싸도록 형성되는 관 형상 제 2 절연체 ― 상기 관 형상 제 1 절연체의 외면은 상기 점착층에 의해 상기 관 형상 제 2 절연체에 본딩됨 ―
를 포함하는 정전 척.
제 1 항에 있어서,
상기 점착층은 상기 오목부의 내면 전체를 덮는 정전 척.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 관 형상 제 1 절연체는 상기 오목부로부터 노출된 상기 흡인 전극에 상기 점착층을 개재하여 점착되는 선단부를 포함하는 정전 척.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 오목부는 상기 흡인 전극에 인가되는 전압의 값 및 상기 점착층의 브레이크다운(breakdown) 특성에 따라 설정된 깊이를 갖는 정전 척.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 점착층은 제 1 점착층이고,
상기 베이스는 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트에 제 2 점착층에 의해 본딩된 히터 플레이트를 포함하고,
상기 제 1 스루홀은 상기 베이스 플레이트를 두께 방향으로 관통 연장되는 제 3 스루홀, 및 상기 히터 플레이트를 두께 방향으로 관통 연장되고 상기 제 3 스루홀과 연통하는 제 4 스루홀을 포함하고,
상기 관 형상 제 2 절연체는, 상기 전원 단자와 상기 히터 플레이트 사이에 배치되며 상기 히터 플레이트에 본딩되는 정전 척.
제 5 항에 있어서,
상기 히터 플레이트는 금속 플레이트 및 상기 금속 플레이트의 표면에 본딩된 히터를 포함하고,
상기 히터는 상기 제 2 점착층에 의해 상기 베이스 플레이트에 본딩되는 정전 척.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 흡인 전극은,
상기 오목부로부터 부분적으로 노출되는 배선층, 및
상기 배선층에 전기적으로 접속되고, 상기 배선층보다 상기 정전 척 흡인 플레이트의 흡인면에 가깝게 형성되는 전극층
을 포함하는 정전 척.
제 1 항에 있어서,
상기 관 형상 제 1 절연체, 상기 관 형상 제 2 절연체 및 상기 점착층은 상기 오목부 내에 상기 전원 단자를 둘러싸는 2층 절연 구조체를 형성하는 정전 척.
제 5 항에 있어서,
상기 관 형상 제 1 절연체, 상기 관 형상 제 2 절연체, 및 상기 제 1 점착층은 상기 제 4 스루 홀 내에 상기 전원 단자를 둘러싸는 3층 절연 구조체를 형성하는 정전 척.
제 9 항에 있어서,
상기 관 형상 제 1 절연체 및 상기 제 1 점착층은 상기 오목부 내에 상기 전원 단자를 둘러싸는 2층 절연 구조체를 형성하는 정전 척.
흡인면 및 상기 흡인면에 반대측인 비흡인면을 포함하는 정전 척 흡인 플레이트,
상기 정전 척 흡인 플레이트의 상기 비흡인면에 본딩된 금속 플레이트를 포함하는 베이스,
상기 정전 척 흡인 플레이트 내에 배치되고 상기 비흡인면으로부터 이격된 흡인 전극,
상기 베이스에 고정되는 기단부, 및 상기 베이스 및 상기 정전 척 흡인 플레이트를 통해 상기 흡인 전극과 접촉하는 가늘고 긴 선단 단자를 포함하는 소켓,
상기 정전 척 흡인 플레이트 내의 상기 선단 단자를 둘러싸는 2층 절연 구조체,
상기 베이스의 상기 금속 플레이트 내의 상기 선단 단자를 둘러싸는 3층 절연 구조체, 및
상기 정전 척 흡인 플레이트와 상기 금속 플레이트를 본딩하는 절연용 점착층을 포함하고,
상기 정전 척 흡인 플레이트 내의 상기 2층 절연 구조체는, 상기 정전 척 흡인 플레이트 내에 형성된 오목부 내에 배치되는 관 형상 절연체, 및 상기 오목부의 내면을 덮는 상기 절연용 점착층을 포함하고,
상기 금속 플레이트 내의 상기 3층 절연 구조체는, 상기 관 형상 절연체, 상기 금속 플레이트 내에 형성된 스루홀 내에서 상기 관 형상 절연체의 외측에 배치되는 절연용 관 형상부, 및 상기 관 형상 절연체와 상기 절연용 관 형상부를 본딩하는 상기 절연용 점착층의 관 형상 부분을 포함하는 정전 척.
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