KR102396865B1 - 정전척 - Google Patents

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KR102396865B1
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electrostatic chuck
housing
hole
base substrate
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조미나
박중현
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주식회사 미코세라믹스
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Abstract

본 발명은 정전척에 관한 것으로서, 본 발명의 정전척은, 베이스 기재, 상기 베이스 기재 상에 고정되는 정전척 플레이트로서, 내부에 전극을 가지는 상기 정전척 플레이트, 및 상기 베이스 기재의 구멍에 상기 전극으로 전력 공급을 위해 배치된 전극부를 포함하고, 상기 전극부는, 상기 베이스 기재의 구멍에 삽입되는 하우징, 상기 하우징 내벽을 관통하여 일측 단부가 상기 전극과 접촉하는 전극 로드, 및 상기 하우징 내벽에서 상기 전극 로드를 다점 지지하는 탄성 지지체를 포함할 수 있다.

Description

정전척{ELECTRO STATIC CHUCK}
본 발명은 정전척에 관한 것으로서, 특히, 고온 내구성을 향상시키기 위한 전극부의 단자 접속 구조를 갖는 정전척에 관한 것이다.
반도체 소자나 디스플레이 소자는 화학기상증착(Chemical vapor deposition, CVD) 공정, 물리기상증착(Physical vapor deposition, PVD) 공정, 이온주입 공정(Ion implantation), 식각 공정(Etch process) 등의 반도체 공정을 통해 유전체층 및 금속층을 포함하는 다수의 박막층들을 유리 기판, 플렉서블 기판 또는 반도체 웨이퍼 기판 등에 적층 및 패턴하여 제조된다. 이러한 반도체 공정들을 수행하기 위한 챔버 장치에는 유리 기판, 플렉서블 기판 및 반도체 웨이퍼 기판 등과 같은 다양한 기판을 지지하며, 특히 정전기력을 이용하여 해당 기판을 고정시키거나 플라즈마 처리를 위한 정전척(Electro Static Chuck, ESC)이 구비된다.
도 1a는 일반적인 정전척의 전극부의 구조를 나타낸다.
도 1a를 참조하면, 일반적인 정전척은 상부 플레이트(1)와 하부 플레이트(2)가 실리콘이나 에폭시와 같은 접착제(5)를 통해 접합되어 있으며, 상부 플레이트(1)내에 매설된 전극(20)에 전원 공급을 위해, 전극 로드(20)가 하부 플레이트(2)를 관통해 전극(20)과 전기적으로 접속되어 있다. 이를 위하여 전극(20)과 전극 로드(20)는 필러(30)를 통해 솔더링 또는 브레이징 접합되어 있다.
도 1b는 일반적인 정전척의 전극부 전극 접속 면에서의 전단 응력 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b를 참조하면, 일반적인 정전척의 전극부는 위와 같은 반도체 공정을 진행하는 동안 필요에 따라 100 ℃이상의 고온의 환경에 노출될 수 있으며, 이때 전극(20)과 전극 로드(20)가 필러(30)를 통해 접속된 면에서 양측 소재의 열팽창계수 차이로 인하여 전단 응력이 발생해 필러(30)의 크랙이나 단선의 원인이 되며 이에 따라 전기적 접속 불량을 야기하거나 심지어는 전기적 연결을 분리시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 전극부에서 전력 공급을 위한 전극 로드가 정전척 플레이트 내의 전극과 접속되는 접속 면에서의 전단 응력에 의한 전기적 연결의 분리가 방지될 수 있고 안정적인 전기적 연결을 유지할 수 있는 정전척을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 정전척은, 베이스 기재; 상기 베이스 기재 상에 고정되는 정전척 플레이트로서, 내부에 전극을 가지는 상기 정전척 플레이트; 및 상기 베이스 기재의 구멍에 상기 전극으로 전력 공급을 위해 배치된 전극부를 포함하고, 상기 전극부는, 상기 베이스 기재의 구멍에 삽입되는 하우징; 상기 하우징 내벽을 관통하여 일측 단부가 상기 전극과 접촉하는 전극 로드; 및 상기 하우징 내벽에서 상기 전극 로드를 다점 지지하는 탄성 지지체를 포함할 수 있다.
상기 전극부는, 상기 하우징 내벽에서 상기 탄성 지지체로서 복수의 볼 스프링을 수용하는 지지부를 포함하고, 상기 지지부는, 원주를 따라 구비된, 중심 방향으로 탄성력을 가하는 복수의 볼 스프링을 포함할 수 있다.
상기 전극 로드는 상기 일측 단부에 나사 결합으로 맞물려 결합되어 상기 전극과 접촉하도록 형성된 접촉부를 포함할 수 있다.
상기 전극 로드는 타측 단부에 상기 관통공 보다 큰 직경의 헤드부를 더 포함하고, 상기 하우징은, 상기 지지부, 및 상기 전극 로드의 헤드부를 안착시키는 제2 관통공을 갖는 제1 하우징부; 및 상기 접촉부를 통과시키는 제3 관통공을 가지며 상기 제1 하우징부와 맞물려 결합되는 제2 하우징부를 포함할 수 있다.
상기 제1 하우징부와 상기 제2 하우징부는 나사 결합으로 맞물려 결합될 수 있다.
상기 지지부는, 상기 복수의 볼 스프링을 안착시키기 위한 해당 홈부들을 포함하고, 상기 홈부들에 안착된 각각의 볼 스프링은, 각각의 홈부의 바닥면에 일측이 지지되는 스프링, 및 상기 스프링의 타측에 결합된 볼을 포함할 수 있다.
상기 지지부는, 원통형 또는 다각통형일 수 있다.
본 발명에 따른 정전척(100)은, 전극부(500)에서 전력 공급을 위한 전극 로드(520) 및 이에 결합된 접촉부(530)가 복수의 볼 스프링(511)과 같은 탄성 지지체에 의해 탄성력을 받아 지지됨에 따라, 도 2b와 같이, 전극부(500)에서 전력 공급을 위한 세라믹 재질의 정전척 플레이트(300) 내의 전극(320)과 접촉부(530)가 물리적인 힘으로 접속되는 접속 면에서의 전단 응력에 의해 전극 로드(520) 및 접촉부(530)가 수평 방향으로의 약간의 미동이 있더라도, 전극(320)과 접촉부(530) 간의 전기적 연결의 분리가 방지될 수 있고 안정적인 전기적 연결을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 정전척(100) 구조를 도입함에 따라, 고온과 저온의 열 싸이클이 반복되는 반도체 공정의 식각 공정에서 전극부(500)에서의 전기적 연결이 분리되는 것을 방지하며, 이와 같은 안정적인 전기적 연결 구조는 정전척의 수명을 향상시킬 수도 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1a는 일반적인 정전척의 전극부의 구조를 나타낸다.
도 1b는 일반적인 정전척의 전극부 전극 접속 면에서의 전단 응력 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척에 대한 간략한 단면도와 전극부의 확대도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척의 전극부 전극 접속 면에서의 전단 응력 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척의 전극부의 결합 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척의 전극부의 볼 스프링을 갖는 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 2a 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(100)에 대한 간략한 단면도와 전극부(500)의 확대도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(100)은, 베이스 기재(200) 및 정전척 플레이트(300)를 포함한다. 상기 정전척(100)은 위에서 보는 평면도에서 원형 타입인 것이 바람직하지만, 경우에 따라서는 타원형, 사각형 등 다른 모양으로 설계될 수도 있다.
베이스 기재(200)는 복수의 금속층들로 이루어진 다층 구조물(multi-layer structure)로 형성될 수 있다. 베이스 기재(200)는 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 티타늄(Ti) 등의 금속층들을 다층 접합한 구조일 수 있다. 바람직하게는 베이스 기재(200)는 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다. 이들 금속층들은, 브레이징(brazing) 공정, 웰딩(welding) 공정 또는 본딩(bonding) 공정 등을 통해 접합될 수 있다.
정전척 플레이트(300)는 베이스 기재(200) 상에 고정되며, 이는 소정의 접착제(250)를 이용하여 베이스 기재(200) 상에 고정될 수 있다. 베이스 기재(200)와 정전척 플레이트(300)는 별도로 되어 접합될 수도 있으며, 경우에 따라서는 베이스 기재(200)의 상면에 직접 정전척 플레이트(300)의 구조물을 형성하는 것도 가능하다.
정전척 플레이트(300)는 전극(320), 전극(320) 상의 유전체층(330)을 포함할 수 있다. 필요에 따라 정전척 플레이트(300)는 전극(320) 하부에 세라믹 재질의 절연층을 더 두어, 상기 절연층과 상기 유전체층(330) 사이에 전극(320)이 내재되도록 할 수도 있다.
전극(320)은 전도성 금속 재질로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 전극(320)은 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 텅스텐(W)으로 형성될 수 있다. 전극(320)은 용사 코팅 공정 또는 스크린 프린트 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 전극(320)은 약 1.0㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖는다. 예를 들어, 바람직하게는 스크린 프린트 공정으로 전극(320)을 형성할 경우 1.0 ~ 30㎛의 두께, 용사 코팅 공정으로 전극(320)을 형성할 경우 30 ~ 100㎛의 두께가 적용될 수 있다. 다만, 전극(320)의 두께가 1.0㎛ 미만 등으로 너무 얇은 층을 형성하는 것은 어려우므로 바람직하지 않으며, 또한 이때에는 해당 전극 내의 기공률 및 기타 결함으로 인하여 저항 값이 증가하게 되고 상기 저항 값의 증가에 따라 정전 흡착력이 저하되는 현상이 발생할 수 있으므로 바람직하지 못하다. 또한, 전극(320)의 두께가 100㎛를 초과하는 등 너무 두꺼우면, 아킹(arcing) 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다. 따라서, 전극(320)의 두께는 약 1.0㎛ 내지 100㎛의 범위에서 적절한 값을 갖도록 적용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 전극(320)은 유전체층(330)의 상부에 놓이는 기판(미도시)을 로딩할 때 바이어스를 받아 정전기력을 발생시켜 척킹할 수 있다. 기판(미도시)을 언로딩할 때에는 전극(320)에 반대의 바이어스를 인가하여 방전이 이루어지도록 함으로써 디척킹이 이루어진다. 또한, 전극(320)은 기판(미도시) 상에서 공급되는 소정의 가스와 함께 플라즈마 발생을 위한 RF(Radio Frequency) 전극일 수도 있다.
유전체층(330)은 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 일 실시 예로, 유전체층(330)은 상기 절연층과 동일한 재질인 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 실리콘 탄화물(SiC), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산화물(SiO2), 바륨 산화물(BaO), 아연 산화물(ZnO), 코발트 산화물(CoO), 주석 산화물(SnO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), Y2O3, YAG, YAM, YAP 등의 재질 중 선택되는 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 유전체층(330)은 전극(320)의 상면에 위와 같은 세라믹 재질로 용사 코팅, 세라믹 시트의 부착 공정 등을 수행하여 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 유전체층(330)은 전극(320)에 의해 정전기력 등이 형성되도록 유전체의 기능을 수행할 수 있다.
반도체 공정을 위한 챔버 내부에 상기 정전척(100)이 장착된 경우, 외부의 냉각 가스를 이용하여 정전척 플레이트(300) 상의 기판(예, 유리 기판, 플렉서블 기판 및 반도체 웨이퍼 기판 등)을 균일하게 냉각시키기 위하여, 베이스 기재(200)와 정전척 플레이트(300)는 소정의 냉각 구조를 구비할 수 있다.
도 2a에서 전극부(500)의 확대도와 같이, 전극부(500)는 베이스 기재(200)의 중심부 등의 구멍(590)에 전극(320)으로 전력을 공급하기 위해 배치된다.
전극부(500)는, 베이스 기재(200)의 구멍(590)에 삽입되는 하우징(610, 620)을 포함하며, 하우징(610, 620) 내벽을 관통하여 일측 단부가 전극(320)과 접촉하는 전극 로드(520)를 포함한다. 나아가, 전극부(500)는, 하우징(610, 620) 내벽에서 전극 로드(520)를 3점 이상의 다점에서 지지하는 탄성 지지체를 포함할 수 있다. 상기 탄성 지지체는 지지부(510)에 수용되어, 전극 로드(520)를 3점 이상의 다점에서 지지하는 복수의 볼 스프링(511)을 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 탄성 지지체는 필요에 따라 별도의 지지부(510) 없이도 하우징(610, 620), 예를 들어, 제1 하우징부(610)의 몸체 내에 직접 볼 스프링 등이나, 기타 전극 로드(520)에 탄성력을 가하여 전극 로드(520)를 지지할 수 있는 탄성 지지체를 설치하여, 하우징(610, 620) 내벽 측에서 전극 로드(520)를 3점 이상의 다점에서 지지하도록 하기 위한 다양한 실시가 가능하다.
이하, 상기 탄성 지지체가 전극 로드(520)를 3점 이상의 다점에서 지지하는 복수의 볼 스프링(511)을 포함하도록 구성되는 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
하우징(610, 620) 내에 지지부(510)가 구비되며, 지지부(510)는 하우징(610, 620) 내에서 상기 탄성 지지체로서 복수의 볼 스프링(511)을 수용하도록 구성되는 부재일 수 있다. 지지부(510)는 관통공(514)을 가지며, 지지부(510)의 관통공(514)을 따라 관통공(514) 중심 방향으로 탄성력을 가하는 3개 이상의 복수의 볼 스프링(511)이 구비될 수 있다 (도 4에는 4개의 볼 스프링을 예시하였음). 복수의 볼 스프링(511)은 관통공(514)에서 원주를 따라 소정의 간격으로 배치될 수 있다. 지지부(510)는 위에서 보는 평면도에서 관통공(514)을 갖는 원통형 또는 다각통형(단면이 사각형의 판 등)일 수 있으며, 바람직하게는 원통형일 수 있다.
또한, 전극부(500)는 지지부(510)의 관통공(514)을 통과하는 전극 로드(520)를 포함하며, 전극 로드(520)는 복수의 볼 스프링(511)에 의해 지지되어 있다. 전극 로드(520)는 복수의 볼 스프링(511)에 의해 사방에서 탄성력을 받아 전단 응력 등에 의해 크게 흔들림 없이 볼 스프링(511)의 탄성력이 허용하는 소정의 범위 내에서 위치될 수 있다.
나아가, 전극 로드(520)는 일측 단부에 전극(320)과 접촉하도록 형성된 접촉부(530)를 포함할 수 있다. 일례로, 접촉부(530)는 전극 로드(520)의 일측 단부에 나사 결합으로 맞물려 결합된다. 전극 로드(520)는 타측 단부에 지지부(510)의 관통공(514) 보다 큰 직경의 헤드부(522)를 포함할 수 있다. 접촉부(530)의 최대 직경 역시 지지부(510)의 관통공(514) 보다 크다.
베이스 기재(200) 상에 접착제(250)를 이용하여 정전척 플레이트(300)가 고정될 때, 베이스 기재(200)의 구멍(590)에 구비된 전극부(500)의 접촉부(530)가 전극(320)과 맞닿아 접촉되도록 구성될 수 있다. 이를 위하여 접촉부(530)와 접촉될 위치의 전극(320) 부분은 접착제(250) 없이 노출되어 있어야 한다. 또한, 상기와 같은 절연층(미도시)과 상기 유전체층(330) 사이에 전극(320)이 내재된 경우에, 접촉부(530)와 접촉될 위치의 전극(320) 부분이 노출되기 위하여, 접촉부(530)와 접촉될 위치의 전극(320) 부분은 접착제(250) 이외에도 상기와 같은 절연층(미도시)이 제거된 상태이어야 한다. 또한, 전극 로드(520)의 헤드부(522) 부분은 적절히 고정되어 헤드부(522)가 상하로 움직이지 않도록 되어야 한다. 예를 들어, 베이스 기재(200)의 중심부 구멍(590)은 관통 구멍인 경우, 헤드부(522)가 하우징(610, 620)(도 3d 참조)에 적절히 고정되어 있을 수 있다. 또한, 베이스 기재(200)의 구멍(590)은 베이스 기재(200)의 바닥면(도면에서 아랫면)이 관통되지 않는 베이스 기재(200)의 모재에 형성된 리세스(recess) 형태이고, 상기 리세스 내에 전극부(500)가 안착된 형태일 수도 있다. 헤드부(522)는 전력 공급 부재와 적절히 연결될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 전극 로드(520) 및 이에 결합된 접촉부(530)가 복수의 볼 스프링(511)과 같은 탄성 지지체에 의해 탄성력을 받아 지지됨에 따라, 도 2b와 같이, 전극부(500)에서 전력 공급을 위한 세라믹 재질의 정전척 플레이트(300) 내의 전극(320)과 접촉부(530)가 물리적인 힘으로 접속되는 접속 면에서의 전단 응력에 의해 전극 로드(520) 및 접촉부(530)가 수평 방향으로의 약간의 미동이 있더라도, 전극(320)과 접촉부(530) 간의 전기적 연결의 분리가 방지될 수 있고 안정적인 전기적 연결을 유지할 수 있다. 또한, 이와 같은 본 발명의, 정전척(100) 구조를 도입함에 따라, 고온과 저온의 열 싸이클이 반복되는 반도체 공정의 식각 공정에서 전극부(500)에서의 전기적 연결이 분리되는 것을 방지하며, 이와 같은 안정적인 전기적 연결 구조는 정전척의 수명을 향상시킬 수도 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(100)의 전극부(500)의 결합 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 전극부(500)는, 하우징(610, 620)을 포함하며, 하우징(610, 620) 내에 구비된 복수의 볼 스프링(511)을 갖는 지지부(510)를 포함한다. 전극부(500)는, 수나사부(521)와 헤드부(522)를 포함하는 전극 로드(520)를 더 포함하고, 전극 로드(520)는 암나사부(531)를 포함하는 접촉부(530)를 포함한다. 하우징(610, 620)은 암나사부(611)를 포함하는 제1 하우징부(610), 수나사부(621)를 포함하는 제2 하우징부(620)를 포함한다.
먼저, 도 3a와 같이, 지지부(510)의 관통공(514)에 전극 로드(520)의 수나사부(521) 측을 통과시켜 결합한다. 헤드부(522)의 직경은 관통공(514) 직경(ID) 보다 크므로, 지지부(510)는 헤드부(522) 측으로 빠져나가지 못한다.
도 3b를 참조하면, 전극 로드(520)의 수나사부(521)는 접촉부(530)의 암나사부(531)와 결합한다.
도 3c를 참조하면, 제1 하우징부(610)는 관통공(700)(예, 원통형) 단부에 암나사부(611)를 포함한다.
도 3d를 참조하면, 제2 하우징부(620)는 관통공(800) 단부에 수나사부(621)를 포함한다.
지지부(510), 및 헤드부(522)가 제1 하우징부(610)의 관통공(700)에 안착되어 있다. 즉, 지지부(510), 및 지지부(510)의 관통공(514)에 전극 로드(520)가 결합된 상기 전극 로드(520)의 헤드부(522)가, 제1 하우징부(610)의 관통공(700)에 안착되어 있다.
제1 하우징부(610)의 암나사부(611)는 제2 하우징부(620)의 수나사부(621)와 나사 결합으로 맞물려 결합된다. 이때, 전극 로드(520)의 접촉부(530)가 제2 하우징부(620)의 관통공(800)을 통과하여 접촉부(530)가 관통공(800) 밖으로 나오도록 구성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(100)의 전극부(500)의 볼 스프링(511)을 갖는 지지부(510)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 지지부(510)는 관통공(514)을 따라 중심 방향으로 다점에서 탄성력을 가하기 위하여 적어도 3개 이상의 복수의 볼 스프링(511)을 포함한다. 지지부(510)에는 복수의 볼 스프링(511)에 대응되는 해당 홈부들(519)이 구비되어 있으며, 홈부들(519) 각각에 복수의 볼 스프링(511) 각각이 안착되어 있다.
볼 스프링(511) 각각은 각각의 홈부(519)의 바닥면에 일측이 지지되는 스프링(515), 및 상기 스프링(515)의 타측에 결합된 볼(516)을 포함할 수 있다. 지지부(510)의 관통공(514)을 통과한 전극 로드(520)는, 스프링(515)의 타측에 결합된 볼(516)에 의해 스프링(515)의 탄성력에 의한 지지를 받는다. 각각의 볼(516)은 힘을 받으면 각 홈부(519) 내측으로 들어갈 수 있고, 각각의 볼(516)에 가해지는 힘이 제거되면 각각의 볼(516)은 스프링(515)의 탄성 복원력에 의해 각 홈부(519) 내측으로부터 외측으로 나오는 힘을 받을 수 있다.
여기서, 볼 스프링(511)의 재질은 고온에서 탄성 변형이 가능한 재질로서, 예를 들어, SUS(약 250℃이하 범위 사용), INCONEL(약 450℃이하 범위 사용) 등을 적용할 수 있다. 관통공(514)을 제외한 지지부(510) 내경(ID)과 외경(OD) 사이의 지지부(510) 몸체는, 위에서 기술한 바와 같은 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 전극 로드(520) 및 이에 결합된 접촉부(530)의 재질은 저열팽창 금속 재질이 바람직하며, 예를 들어, Ti, Kovar, Mo 또는 이들의 합금 등이 적용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 전극 로드(520) 및 이에 결합된 접촉부(530)가 복수의 볼 스프링(511)과 같은 탄성 지지체에 의해 탄성력을 받아 지지됨에 따라, 전극부(500)에서 전력 공급을 위한 세라믹 재질의 정전척 플레이트(300) 내의 전극(320)과 접촉부(530)가 물리적인 힘으로 접속되는 접속 면에서의 전단 응력에 의해 전극 로드(520) 및 접촉부(530)가 수평 방향으로의 약간의 미동이 있더라도, 전극(320)과 접촉부(530) 간의 전기적 연결의 분리가 방지될 수 있고 안정적인 전기적 연결을 유지할 수 있다. 또한, 이와 같은 본 발명의, 정전척(100) 구조를 도입함에 따라, 고온과 저온의 열 싸이클이 반복되는 반도체 공정의 식각 공정에서 전극부(500)에서의 전기적 연결이 분리되는 것을 방지하며, 이와 같은 안정적인 전기적 연결 구조는 정전척의 수명을 향상시킬 수도 있다.
최근 고온 공정용 정전척(100)의 공정 온도는 반도체 공정 중의 식각 효율을 증대하기 위해서 150 ℃이상에서 사용되고 있다. 예를 들어, 정전척(100)의 상부 정전척 플레이트(300) 표면 온도가 150 ℃이상의 고온 상태이고 하부 베이스 기재(200)는 0 ~ 90 ℃의 온도에서 열 싸이클이 반복되기 때문에 전극부(500)에서의 응력은 더욱 커질 수 있게 된다. 예시적으로, 세라믹 재질의 상부 정전척 플레이트(300)의 열팽창 계수는 7 μm/m℃, 알루미늄 하부 베이스 기재(200)의 열팽창 계수는 23.6 μm/m℃이다. 따라서, 본 발명은 이와 같은 고온과 저온의 열 싸이클이 반복되는 반도체 공정의 식각 공정에서 전극부의 전기적 연결이 분리되는 것을 방지하며, 이와 같은 안정적인 전기적 연결 구조는 정전척의 수명을 향상시킬 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
정전척(100)
베이스 기재(200)
정전척 플레이트(300)
전극(320)
유전체층(330)
전극부(500)
지지부(510)
볼 스프링(511)
접촉부(530)
제1 하우징부(610)
제2 하우징부(620)

Claims (7)

  1. 베이스 기재;
    상기 베이스 기재 상에 고정되는 정전척 플레이트로서, 내부에 전극을 가지는 상기 정전척 플레이트; 및
    상기 베이스 기재의 구멍에 상기 전극으로 전력 공급을 위해 배치된 전극부를 포함하고,
    상기 전극부는,
    상기 베이스 기재의 구멍에 삽입되는 하우징;
    상기 하우징 내벽을 관통하여 일측 단부가 상기 전극과 접촉하는 전극 로드; 및
    상기 하우징 내벽에서 상기 전극 로드를 다점 지지하는 탄성 지지체를 포함하고,
    상기 탄성 지지체는 상기 하우징 내벽의 원주를 따라 다점에서 상기 전극 로드에 중심 방향으로 탄성력을 가하는 정전척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극부는, 상기 하우징 내벽에서 상기 탄성 지지체로서 복수의 볼 스프링을 수용하는 지지부를 포함하고,
    상기 지지부는, 원주를 따라 구비된, 중심 방향으로 탄성력을 가하는 복수의 볼 스프링을 포함하는 정전척.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극 로드는 상기 일측 단부에 나사 결합으로 맞물려 결합되어 상기 전극과 접촉하도록 형성된 접촉부
    를 포함하는 정전척.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극 로드는 타측 단부에 상기 지지부의 관통공 보다 큰 직경의 헤드부를 더 포함하고,
    상기 하우징은,
    상기 지지부, 및 상기 전극 로드의 헤드부를 안착시키는 제2 관통공을 갖는 제1 하우징부; 및
    상기 접촉부를 통과시키는 제3 관통공을 가지며 상기 제1 하우징부와 맞물려 결합되는 제2 하우징부
    를 포함하는 정전척.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 하우징부와 상기 제2 하우징부는 나사 결합으로 맞물려 결합되는 정전척.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는, 상기 복수의 볼 스프링을 안착시키기 위한 해당 홈부들을 포함하고,
    상기 홈부들에 안착된 각각의 볼 스프링은, 각각의 홈부의 바닥면에 일측이 지지되는 스프링, 및 상기 스프링의 타측에 결합된 볼을 포함하는 정전척.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는, 원통형 또는 다각통형인 정전척.
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