KR19980042710A - 파열저항 정전기 척 및 그의 제조방법 - Google Patents

파열저항 정전기 척 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR19980042710A
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아릭 돈데
하이만제이. 레빈스테인
로버트더블유. 휴
안드레아스 헤게더스
에드윈씨. 웰돈
샤모일 샤모일리안
죤티. 클린톤
슈린더에스. 베디
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조셉제이.스위니
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Abstract

파열저항 정전기 척(20)이 설명되어 있다. 상기 척(20)은 하나 이상의 전극(25)과 상기 전극을 덮고 있는 복합 절연자(30)를 포함한다. 상기 복합 절연자는 기판과 유지면 사이에 고정되어 있는 열전달 유체의 유출을 방지하기 위해 전극에 의해 발생된 정전기력의 인가하에 기판(35)을 조화시킬 수 있는 조화 유지면(50)이 구비된 기질 재료를 포함한다. 섬유 층 또는 방향족 폴리이미드 층과 같은 경질의 파열저항 층은 상기 유지면(50) 아래에 위치되며 상기 복합 절연자의 파열 저항을 증가시킬 수 있는 충분한 강도를 가진다.

Description

파열저항 정전기 척 및 그의 제조방법
본 발명은 기판을 가공처리 환경하에 고정시키기 위한 정전기 척에 관한 것이다.
집적회로의 제조에 있어서, 척은 반도체 기판을 고정하여 가공처리 단계중 기판의 이동이나 오정렬을 방지하는데 사용된다. 기판을 고정하는데 정전기적 인력을 사용하는 정전기 척은 기계 및 진공 척에 의한 고정에 비해 다음과 같은 여러 장점을 가진다. 즉, ①기계적 클램핑에 의한 응력-관련된 크랙을 감소시킴, ②기판상에 부식입자의 피복을 제한함, ③상기 척을 저압의 가공처리에도 사용가능하게 함. 통상적인 정전기 척은 전기 절연자를 갖는 전도체 전극을 포함한다. 전압원은 상기 전극에 대해 기판을 전기적으로 편향시킨다. 상기 절연자는 대향의 정전하가 기판 및 전극내에 적층되게 유발하는 전자의 흐름을 방지함으로써, 기판을 흡인하여 척에 고정하는 정전기력을 발생시킨다.
통상적인 정전기 척은 얇은 폴리머 절연층으로 피복된 금속 전극을 포함한다. 상기 얇은 폴리머 층은 기판과 전극 사이의 정전기적 인력을 최소화한다. 그러나, 예리한 엣지를 갖는 부품이 형성되어 있는 척 브레이크 또는 칩상에 기판이 고정되면, 상기 기판부품들에 의해 폴리머 박막을 파열시키는데, 특히 폴리머가 부드럽고 높은 가공처리 온도에서 낮은 파열저항을 가질 때 더욱 용이하게 파열되어 척의 전극을 노출시킨다. 절연자내의 단일 핀홀에서의 전극 노출은 전극과 플라즈마 사이에서의 아아크발생 원인이 되어 척 전체의 교체를 유발한다. 또한, 폴리머 전연자는 산소 함유가스 및 플라즈마를 사용하는 공정과 같은 부식분위기의 공정하에서는 제한된 수명을 가진다. 이러한 공정에서, 절연자는 부식성 처리가스에 의해 부식되어 전극을 노출시키는 결과를 초래함으로써 가공처리 공정중의 척의 고장을 초래하고 전체기판의 막대한 비용손실을 초래한다. 상기 폴리머 절연층은 고온, 바람직하게는 약 175℃ 이상, 더욱 바람직하게는 200℃ 이상의 온도에서 지속적인 작동으로 수행되어야 한다.
절연자에 대한 파열 및 부식 저항을 증대시키기 위한 하나의 방법은 상기 전극상에 경질의 세라믹 층을 형성하는 것이다. 예를들어, EP 635 869 A1호에는 Al2O3또는 AlN인 보호 세라믹층이 상부에 제공된 폴리머 유전체층을 포함하는 정전기 척이 기술되어 있다. 다른 예로서, 니오리에게 허여된 미국 특허 제 5,280,156호에는 정전기 척의 전극을 덮고 있는 세라믹 유전체층이 기술되어 있다. 또다른 예로서, 미국 특허 제 4,480,284 호에는 Al2O3, TiO2, BaTiO3또는 이들 물질의 혼합물을 전극위에 화염 분사하고 폴리머를 상기 세라믹 전극에 주입한 세라믹 층이 기술되어 있다. 그러나, 이러한 세라믹 구성에는 여러 가지의 문제점이 있다. 하나의 문제점은 세라믹 층의 체적저항이 고온의 척 전극으로부터 허용불가능한 전류누출로 인한 온도의 증가에 따라 1011Ω보다 작은 수치로 감소한다는 점이다. 다른 문제점은 상기 세라믹 및 폴리머 층이 특히, 상기 층들의 열팽창 계수가 조화되지 않을 때 서로로부터 박리된다는 점이다.
경질의 세라믹 층이 갖는 또다른 문제점은 기판이 플라즈마 처리공정 단계하에 있을 때 종종 냉각시켜야 할 필요성이 있다는 점이다. 고에너지 플라즈마 이온에 의한 충돌은 기판 및 척에 대한 열의 증가 및 열 손상을 유발한다. 통상적인 척은 기판을 냉각시키기 위해 기판과 척의 절연자 사이에 냉각제를 유지하고 있는 냉각 시스템을 이용한다. 그러나, 경질의 세라믹 피막과 기판의 주변엣지 사이에 밀봉을 형성하기가 어려워, 척의 홈으로부터 냉각제가 유출됨으로써 기판 전체면의 온도가 불균일해지는 결과를 초래한다. 또한, 거친 엣지 및 모서리를 갖지 않는 냉각제 유지 홈 또는 냉각제 입구 구멍을 형성하기 위해서 세라믹 층을 조화시키는 것이 어렵다. 거친 엣지 홈들은 척위에 유지된 기판을 긁거나 손상시키게 된다. 또한, 상기 냉각 시스템이 세라믹 척에 사용될때에는 높은 열 절연 세라믹 절연체가 기판으로부터 척으로의 열 전달을 방해하기 때문에 비효율적이다.
따라서, 본 발명의 목적은 예리한 부품과 입자들에 의한 파열을 방지하고 부식성 처리환경하에서의 부식에 의한 파괴를 방지할 수 있는 정전기 척을 제공하는 것이다. 또한, 고온 바람직하게는 약 200℃ 이상의 온도에서 지속적으로 작동할 수 있는 정전기 척을 제공하는 것이다. 또한, 척의 주변부로부터 과도한 냉각제의 유출이 없이 냉각제가 기판과 직접 접촉할 수 있는 척을 제공하는 것이다. 또한, 정전적 인력, 전극에 대한 절연자의 강력한 접속을 최대화하고 부드러운 엣지를 갖는 냉각제 홈 및 구멍을 구비한 적합한 절연자 층을 제공할 수 있는 얇은 절연자를 제공하기 위한 제조공정을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전기 척의 개략적인 부분 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전기 척의 작동을 나타내기 위한 가공처리실의 개략적인 부분 측면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 척의 작동을 나타내기 위한 가공처리실의 개략적인 부분 측면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 척의 연속적인 제조단계를 나타내는 개략적인 측면도.
도 5는 압력 발생장치내에 적층된 진공 백의 개략적인 측면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20 : 정전기 척 25 : 전극
30 : 절연자 35 : 기판
40 : 폴리머 층 50 : 유지면
80 : 기저부 90 : 전기 접속기
본 발명은 예리한 부품 및 입자를 함유하는 가공처리 환경하에서 기판을 유지하고 상기 기판과 척 사이의 열전달 비율이 양호한 파열저항을 갖는 정전기 척에 관한 것이다.
상기 파열저항 척의 일 실시예는 하나 이상의 전극 및 상기 전극을 덮고 있는 복합 절연자를 포함한다. 상기 복합 절연자는 기판과 유지면 사이에 유지된 열전달 유체의 유출을 감소시키기 위해 전극에 의해 발생된 정전기력의 인가하에 기판과 조화될 수 있는 적합한 유지면을 갖는 기질 재료(matrix material), 및 상기 유지면 아래에 위치되고 절연자의 파열저항을 증가시키기에 충분한 경도를 가지며 상기 기질 재료내에 함유되는 하나 이상의 섬유층을 포함한다. 양호하게, 상기 기질 재료는 폴리미드 기질을 포함하며, 상기 섬유층은 폴리이미드 기질내의 방향족 폴리아미드 섬유층을 포함한다.
다른 실시예로서, 상기 척은 하나 이상의 전극으로 덮인 절연자를 포함한다. 상기 절연자는 정전기 부재에 의해 발생된 정전기력의 인가하에서 상기 기판과 조화될 수 있는 평탄하고 탄력적인 유지면을 가짐으로써, 기판의 주변 엣지를 따라 밀봉을 형성하여 상기 기판과 유지면 사이에 유지된 열전달 가스의 유출을 감소시킨다. 상기 유지면 아래에 있는 경질의 방향족 폴리아미드 층이 전체 전극을 덮고 있으며 절연자의 파열저항을 증가시키기에 충분한 강도를 가진다.
양호한 실시예에서, 상기 척은 하나 이상의 전극을 덮고 있는 복합 절연자를 포함하며, 상기 복합 절연자는 기판과 유지면 사이에 유지된 연전달 유체의 유출을 감소시키기 위해 척에 정전기적으로 고정된 기판과 조화될 수 있는 평탄하고 적합한 유지면을 구비하고 있는 폴리이미드 층, 및 상기 복합 절연자의 파열저항을 증가시키기에 충분한 방향족 폴리아미드 섬유층을 포함한다. 양호하게, 상기 방향족 폴리아미드 섬유층은 복합 절연자의 파열저항을 증가시키도록 서로얽혀져 있다. 더욱 양호하게는, 상기 방향족 폴리아미드 섬유층은 폴리이미드 층 아래에 위치되며, 비직조된 임의 방향의 섬유 또는 직조되고 방향성을 갖는 섬유를 포함한다. 가장 양호하게는, 상기 방향족 폴리아미드 섬유는 방향족 섬유를 포함한다.
파열저항 정전기 척을 제조하는 방법은 하나 이상의 전극과 상기 전극을 덮고 있는 복합 절연자를 포함하는 다층 복합 절연자를 제조하는 단계를 포함한다. 상기 복합 절연자는 기판과 유지면 사이에 유지된 열전달 유체의 유출을 감소시키기 위해 전극에 의해 발생된 정전기력의 인가하에 기판과 조화될 수 있는 적합한 유지면, 및 상기 유지면 아래에 위치되고 절연자의 파열저항을 증가시키기에 충분한 경도를 갖는 하나 이상의 섬유층을 포함한다. 상기 복합 절연자는 상기 기저부에 위치되고 기저부에 접착된다.
척의 다른 제조방법으로서, 예비절단된 열전달 유체 홈을 갖는 다층 복합 절연자는 ①전극을 갖는 제 1 절연층을 제조하는 단계와, ②예비절단된 섬유층을 형성하도록 섬유층내의 제 1 홈 패턴을 절단하는 단계와, ③상기 예비절단된 섬유층을 제 1 절연층의 전극위에 위치시키는 단계와, ④제 2 절연층을 상기 예비절단된 섬유층상에 위치시키는 단계, 및 ⑤제 2 홈을 상기 제 2 절연층에서 절단하는 단계에 의해 제조되며, 상기 제 1 및 제 2 홈은 열전달 액체 홈을 형성하도록 서로에 대해 거의 정렬되어 있다. 상기 다층 복합 절연자는 기저부에 접착되어 파열저항의 정전기 척을 형성한다.
또하나의 제조방법으로서, 파열저항 정전기 척은 상부에 전극을 갖는 하부 폴리머 층과, 상기 전극을 덮고 있는 중간 섬유 층, 및 상기 섬유 층위에 있는 상부 폴리머 층을 포함하는 박층체를 형성하기 위한 단계들에 의해 제조된다. 홈들은 내부의 열전달 액체를 보유할수 있는 크기로 분포되어 있는 홈 패턴을 포함하는 예비절단된 박층체를 형성하기 위해 상기 박층체를 통해 절단된다. 상기 예비절단된 박층체는 기저부상에 위치되고 박층체를 척에 접합시키도록 상기 박층체상에 압력이 가해진다.
본 발명의 특징, 특성, 및 장점들은 다음의 설명, 첨부된 청구범위, 및 본 발명의 예를 도시한 도면들을 참조하면 더욱 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 정전기 척은 척상의 절연자를 파열시킬 수 있는 예리한 엣지를 갖는 부품 및 재료의 입자들을 함유하는 가공처리 환경하에 있는 기판의 온도를 조절하고 기판을 유지하는데 유용하다. 도 1에 개략적으로 도시한 바와같이, 본 발명의 정전기 척(20)은 절연자(30) 층에 의해 덮여있는 하나 이상의 전극(25)을 포함한다. 상기 전극(25)은 후술하는 바와같이 전압이 전극에 인가될 때 기판(35)을 정전기적으로 유지할 수 있다. 상기 절연자(30)는 전극을 가공처리 환경으로부터 전기적으로 절연하도록 전극(25)을 덮고 있다. 상기 절연자(30)는 전극(25)에의 전압 인가시 척(20)에 정전기적으로 고정된 기판(35)에 조화될 수 있는 탄성의 조화층(40), 및 상기 절연자 층의 파열저항을 증가시키는데 충분한 경도를 갖는 경질의 파열저항 층(45)을 포함한다. 상기 탄성의 조화층(40)은 기판(35)과 상기 조화층 사이에 유지되어 있는 열전달 액채의 유출을 감소시키도록 제공되어 있는 평탄한 조화 유지면(50)을 포함한다. 상기 탄성 층(40)은 기판(35) 주변부의 적어도 일부분이 상기 유지면(50)과 함께 상기 기판(35) 아래에 고정된 열전달 액체의 유출을 감소시키는 밀봉체를 형성할 수 있게 하는 쿠션면을 제공한다. 상기 복합 절연자는 후술하는 바와같이, 웨이퍼 부품 또는 금속 입자와 같은 예리한 엣지를 갖는 입자와의 접촉시 복합 절연자(30)의 파괴를 방지할 수 있기에 충분한 경질의 파열 저항 층(45)을 더 포함한다. 상기 조화층(40)과 경질 층(45)의 조합에 의해 파열 저항특성과 효과적인 밀봉 특성을 제공하며 열전달 액체의 오염물이 상기 기판(35) 아래에 유지될 수 있게 한다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 상기 복합 절연자(30)는 기질 재료를 포함하는데, 상기 기질 재료는 기판과 유지면 사이에 유지된 열전달 가스의 유출을 감소시키기 위해 전극(25)에 의해 발생된 정전기력의 인가시 상기 기판(35)과 조합될 수 있는 조화 유지면(50)을 가진다. 양호하게, 상기 기질 재료는 200℃ 이상의 작동온도에 견딜 수 있는 탄성 폴리머, 예를들어 폴리이미드 기질과 같은 재료를 포함한다. 하나 이상의 파열저항 섬유층(45)은 상기 기질 재료의 유지면(50) 아래에 위치된다. 상기 섬유층(45)은 복합 절연자(30)의 파열저항을 증가시키기에 충분한 강도를 가지므로써, 예리한 부품 및 파편들이 절연층을 통과하지 못하게 하여 가공처리 환경하에서의 전극(25)의 단락을 방지한다. 양호하게, 상기 섬유층(45)은 폴리아미드 기질내에 방향족 폴리아미드 섬유층을 포함하여 소정의 경도 및 파괴인성을 제공한다. 적합한 방향족 폴리이미드 섬유는 아라미드 섬유(45)를 포함한다.
도 2 및 도 3에 개략적으로 도시한 바와같이, 반도체 처리장치(55)내에 있는 본 발명에 따른 정전기 척(20)의 작동에 대해 설명한다. 본 발명의 장치의 작동이 장치(55)와 관련하여 설명되어 있지만, 본 발명은 다른 기판 처리장치에도 사용될 수 있다는 것을 본 발명의 분야의 숙련자라면 이해할수 있으며 또한 본 발명의 장치에만 국한된 것이 아니라고 이해해 한다. 예를들어, 상기 장치(55)는 자기적으로 강화된 반응성 이온 에칭장치인 프리시젼 5000, 또는 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드사에 의해 상업적으로 이용가능해진 물리 또는 화학 증착장치를 나타낸다. 도 2에 도시한 바와같이, 상기 정전기 척(20)은 기판(35) 처리를 위한 외장체를 형성하는 가공처리실(65) 내부의 지지대(60)에 고정된다. 상기 가공처리실(65)은 통상적으로 가공처리 가스를 상기 처리실 내측으로 도입하기 위한 가공처리 가스 공급원(70), 및 상기 가공처리실로부터의 가스 부산물을 배출하기 위한 배출구(75)를 포함한다. 도 2에 도시된 가공처리실(65)에 대한 특정 실시예는 기판(35)의 플라즈마 가공처리에 적합하나, 본 발명은 본 발명의 범주로부터 이탈함이 없는 다른 가공처리실 또는 공정등에 사용될 수 있다.
통상적으로, 상기 정전기 척(20)은 관통 보어(85)를 갖는 기저부(80)를 더 포함한다. 상기 기저부(80)는 전극(25)과 복합 절연자(30)를 지지하는데 유용하다. 전기 접속자(90)는 전극(25)을 전압 공급원에 전기적으로 접속한다. 상기 전기 접속자(90)는 기저부(80)의 보어(85)를 통해 연장하는 전기 리드(95), 및 상기 기저부와 지지대(60) 사이의 계면에 있는 전압 공급 터미널(105)과 전기적으로 결합되는 전기 접점(100)을 포함한다. 제 1 전압 공급원(110)은 척(20)을 작동시키도록 전기 전압을 전압 공급 터미널(105)에 제공한다. 통상적으로, 상기 제 1 전압 공급원(110)은 10MΩ 저항기를 통해 고전압 판독기에 연결된 약 1000 내지 3000볼트의 고전압 DC 공급원과, 상기 회로를 통해 흐르는 회로 한계전류내의 1MΩ 저항기, 및 교류 전류 필터로서의 기능을 하는 500 pF 콘덴서를 포함한다. 제 2 전압 공급원(115)은 가공처리실(65)내의 지지대(60)에 연결된다. 상기 지지대(60)의 적어도 일부분은 통상적으로 전기 도체이고 상기 가공처리실(65)내에 플라즈마를 형성하기 위한 통상적으로 음극인 가공처리 전극(25)으로의 기능을 한다. 상기 제 2 전압 공급원(115)은 상기 가공처리실(60)내의 전기 접지면(120)에 대해 지지대(60)를 전기적으로 편향시켜서 가공처리실(65)내에 가공처리 가스로부터 형성된 플라즈마를 발생 및 활성화시키는 전기장을 형성한다. 절연 플랜지(125)는 지지대(60)와 접지면(120) 사이에 배열되어 상기 지지대를 접지면과 전기적으로 절연시킨다. 상기 제 2 전압 공급원(115)은 상기 가공처리실(65)의 임피던스를 라인 전압의 임피던스에 일치시키는 RF 임피던스를 포함하며 절연 콘덴서와 직렬로 연결된다.
척(20)을 작동시키기 위해, 상기 가공처리실(65)은 대기압 이하로 진공 및 유지된다. 기판(35)은 척(20)상에 놓이며, 상기 척(20)의 전극(25)은 제 1 전압 공급원(110)에 의해 기판(35)에 대해 전기적으로 편향된다. 그후, 가공처리 가스는 가스 입구(70)를 경유하여 가공처리실(65)내측으로 유입되며, 제 2 전압 공급원(115)을 활성화시키거나 유도 코일(도시않음) 도는 마이크로 공급원(역시, 도시않음)과 같은 다른 플라즈마 발생원을 사용함으로써 상기 가공처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 상기 전극(25)에 제공된 전압은 정전 전하가 전극내에 쌓이게 하고 가공처리실(65)내의 플라즈마는 기판(35)내에 적층되는 대향 극성을 갖는 대전 입자를 제공한다. 상기 축적된 대향의 정전 전하는 기판(35)을 척(20)에 정전기적으로 고정하는 정전 인력을 초래한다.
쌍극 전극(25)을 포함하는 척(20)의 다른 실시예는 도 3에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 상기 복합 절연자(30)는 쌍극 전극으로의 기능을 할 수 있는 크기와 형상으로 된 복수의 전극(25a,25b)을 덮고 있다. 상기 쌍극을 갖는 실시예에서, 상기 제 1 전압 공급원(110)은 차등 전압을 전극(25a,25b)에 공급한다. 양호한 실시예에서, 제 1 전압 공급원(110)은 음 전압을 제 1 전극(25a)에 제공하고 양양 전압을 제 2 전극(25b)에 제공하는 두 개의 전압 공급원을 포함하여, 서로 차등 전위로 전극을 유지한다. 상기 전극(25a,25b)의 대향 전위는 전극 및 기판(35)내에 대향 정전 전하를 유도하여 기판이 척에 정전기적으로 고정될 수 있게 한다. 쌍극 전극의 구성은 기판(35)을 전기적으로 편향시키기 위한 전하 캐리어로서의 기능을 하는 대전된 플라즈마 입자가 없는 비-플라즈마 공정에 유리하다.
상기 척(20)에 고정된 기판(35)의 온도를 조절하기 위해, 열전달 액체 또는 냉각제 공급원(140)이 열전달 액체를 복합 절연자(30)내이 홈(145)으로 공급하는데 사용된다. 상기 척(20)상에 정전기적으로 고정된 기판(35)은 복합 절연자(30)의 유지면(50)에 대해 압박되어, 상기 기판 아래에서 열전달 액체가 유출되는 것을 방지하도록 홈(145)의 주변부를 밀봉한다. 상기 홈(145)내의 열전달 액체는 기판의 온도를 조절하거나 가공처리중 일정한 온도로 기판을 유지하는데 사용될 수 있다. 통상적으로, 상기 홈(145)은 상기 복합 절연자(30)의 일부 또는 전체에 걸쳐서 연장하는 교차채널 패턴을 형성한다. 통상적으로, 마이크로 수치범위로 작은 기판(35)의 일부만이 상기 절연자(30)의 유지면(50)과 실제로 접촉한다. 상기 기판(35) 아래의 열전달 액체는 기판과 유지면(50) 사이의 간극 내측으로 흘러 상기 기판(35)과 유지면(50) 사이의 가스 전달에 의해 개선된 열전쌍 및 열전달을 제공한다. 따라서, 상기 유지면(50)은 상기 유지면의 외측 주변부(110)를 따라 간극을 갖지 않는 밀봉체를 제공하여 열전달 액체가 유출되지 않게 하거나 부식 가공처리 가스가 기판 아래 및 전극(25)에 인접한 절연자(30)의 일부로 접근할 수 있게 한다.
상기 열전달 액체는 열을 상기 기판(35)에 전달하거나 상기 기판으로부터 열을 제거할 수 있는 어떤 액체나 가스 일수 있다. 상기 열전달 액체는 기판의 온도를 균일하게 하도록 기판(35)을 가열하거나 냉각시키는데 사용될 수 있다. 기판을 냉각할 필요가 있을 때 상기 척(20)은 기판보다 낮은 온도로 유지되어 상기 열전달 액체가 열을 상기 기판으로부터 척으로 전달할 수 있게 한다. 이와는 달리, 기판(35)이 가열되면, 상기 척(20)은 기판보다 낮은 온도로 유지되어 상기 열전달 액체가 열을 기판으로 전달할 수 있게 한다. 양호하게, 상기 열전달 액체는 상기 가스처리 환경과 거의 반응하지 않는 비반응 가스를 함유하므로 열전달 액체의 누출은 가공처리가 기판(35)상에서 수행된 후라도 어떤 악영향을 끼치지 않는다. 상기 비반응가스는 척(20)을 제조하는데 사용된 재료, 특히 비반응가스와 접촉하는 유지면(50)과 반응하지 않아야 한다. 예를들어, 폴리이미드와 같은 폴리머 재료가 상기 유지면(50)을 제조하는데 사용되면, 산소와 같은 폴리이미드를 부식시키는 반응가스는 피해야 한다. 양호하게, 열전달 액체는 기판(35)과 척(20)사이에 최적의 열전달 비율을 제공하도록 높은 열전도성을 가진다. 처리환경 및 유지면(50)과 반응하지 않고 높은 열전도성을 갖는 양호한 열전달 액체로는 헬륨, 아르곤, 및 질소등의 가스가 있다. 아르곤의 대략 실온에서의 열전도율은 약 43×10-6이고, 질소는 약 62×10-6이고 헬륨은 약 360×10-6cal/(sec)(㎝2)(℃/㎝)이다. 따라서, 높은 전도율은 실온에서 약 40내지 약 360cal/(sec)(㎝2)(℃/㎝)를 의미한다.
상기 복합 절연자(30)는 척(20)의 기판(35)을 통털어 거의 평탄한 탄성의 유지면(50)을 포함한다. 상기 유지면(50)은 인가된 정전기력하에서 기판(35)과 일치되어 상기 기판(35)의 주변부 아래로부터 열전달 액체의 누출을 감소시키도록 척(20)의 주변 엣지를 밀봉한다. 상기 유지면(50)에 의해 형성된 밀봉은 전극(25)을 부식 환경으로부터 폭넓게 차단하는 장벽을 제공한다.
상기 유지면(50)은 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리설폰, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 나이론, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 플루오르에틸렌 프로필렌 코폴리머, 셀룰로스, 트라이아세테이트, 실리콘, 및 고무와 같은 전기 절연 폴리머 재료로 구성된 표면이다. 상기 유지면(50)을 형성하기 위한 양호한 재료는 폴리이미드 층을 포함한다. 폴리이미드는 열전달 액체가 상기 기판(35)과 탄성 폴리이미드 층 사이의 미세한 간극내부로 유입될 때, 열전달을 향상시키도록 정전기적 클램핑 압력하에서 조금 변형될 정도의 충분한 탄성을 가진다. 폴리이미드는 또한 우수한 온도 저항성과 높은 유전체 특성을 가진다. 예를들어, 폴리이미드는 박층의 정전기적 인력을 최대화할 수 있는 밀(mil)당 5,000 내지 10,000 범위의 높은 유전체 피괴강도를 가진다. 폴리이미드는 고온 가공처리용 척(20)으로 사용할 수 있는 100℃ 이상, 바람직하게 200℃ 이상의 온도에 저항할 수 있다. 양호하게, 상기 폴리머 재료는 가공처리 공정주에 기판(35)내에서 발생된 열을 척(20)을 통해 분산시킬수 있을 정도의 높은 열전도율, 바람직하게는 약 0.10와트/m/。K의 열전도율을 가진다.
본 발명의 척(20)의 복합 절연자 층(30)은 열전달 액체의 밀봉 목적으로 상기 유지면에 제공되는 것이외에도 다른 기능을 수행한다. 이러한 기능으로서, 복합 절연자(30)의 높은 파열저항 층(45)은 가공처리 환경내의 예리한 엣지를 갖는 부품이나 입자에 의한 파열을 양호하게 방지한다. 가공처리 공정중에, 상기 척(20)에 고정된 기판(35)은 예리한 엣지를 갖는 파편을 형성하도록 부스러질 수 있다. 그 예리한 엣지를 갖는 파편들은 특히, 부드러운 폴리머 피막이 상기 유지면(50)을 형성하는데 사용되었을 때 상기 척(20)의 표면층을 파열시킨다. 상기 절연자(30)내의 단일 핀홀에서 상기 전극(25)이 노출되면 전극과 플라즈마 사이에 아아크를 발생시켜 전체 척(20)의 교체를 필요로 한다. 상기 복합 층내부의 단단한 파열 저항층(45)은 상기 전극(25)과 외측 가공처리 환경과의 사이에 장벽을 제공함으로써 상기 파편의 침투를 방지한다. 이러한 방법으로, 상기 경질 층(45)은 전극(25)을 덮고 있는 절연자(30)의 파괴를 방지한다.
상기 복합 절연자층(30)내의 경질의 파열저항층(45)은 (다른 폴리머에 대한)인장강도, 점착강도, 경도, 강도(stiffness), 및 피괴인성을 갖는 폴리머를 바람직하게 포함한다. 상기 인장강도는 바람직하게 약 80×103psi, 더 바람직하게 약 200×103psi이다. 상기 층의 점착강도 및 강도는 는 예리한 엣지에 의한 상기 절연자 층의 파열 또는 관통을 감소시킨다. 상기 점착강도(건조)는 약 10g/denier, 바람직하게 약 20g/denier이다. 상기 강도는 약 100g/denier, 바람직하게 약 600g/denier이다. 또한, 상기 파열 저항층은 약 0.79g-㎝, 바람직하게 1.0g-㎝이다. 이에 비해서, 종래 폴리머는 본 발명에 사용된 것보다 상당히 낮은 약 10×103psi 내지 100×103psi의 인장강도와 0.5 내지 8g/denier의 건조 점착강도, 및 2 내지 30 g/denier이다. 경질, 가요성 피로저항, 및 충격강도는 에프. 더블유. 빌리메이어 2세, 존 윌리 엔 선즈(뉴욕 1984)에 의해 폴리머 과학의 편람 제 3판에 기술되어 있고 본 발명에 참조된 경질 폴리머의 분자량 및 결정질도의 함수이다. 높은 경도, 강도, 점착강도 및 인성, 우수한 화학적 양립성, 및 폴리머 재료와의 강력한 점착력을 제공하는 양호한 재료로는 아미드를 함유하는 탄화수소 체인 또는 -CONH-분자족을 갖는 고분자량 폴리머를 포함하는 폴리아미드 재료이다. 더욱 바람직하게는, 상기 파열저항층(45)은 종래의 폴리아미드 재료에 비해 높은 경도를 갖기 때문에 높은 파열저항을 갖는 고방향족 폴리아미드를 포함한다. 상기 고방향족 폴리아미드는 (도 2 및 도 3에 도시한 바와같이)전극(25)을 바로 위에서 덮고 있는 연속 또는 부분적으로 평탄한 층, 또는 (도 1 및 도 4에 도시한 바와같이)전극(25)을 덮고 있는 서로 얽힌 섬유의 형태이다. 더욱 바람직하게는, 상기 고방향족 폴리아미드는 아라미드 재료를 포함한다. 상기 파열저항층은 아라미드 시이트, 또는 아라미드 섬유층 형태이다. 상기 아라미드 시이드 및/또는 섬유는 상기 시이트의 평면 또는 섬유의 종축에 평행하게 방향진 고방향족 아라미드 체인을 포함한다. 고분자량의 방향족 아라미드 체인은 우수한 파열저항성을 나타내는 경질의 포리머를 제공한다. 양호하게, 아라미드 시이트, 또는 섬유층은 델라웨어 윌밍톤 소재의 듀폰 드 네모어스 캄파니에 의해 제조된 케브라(등록상표) 또는 모멕스(등록상표), 아라미드 재료를 포함한다. 예를들어, 케브라는 통상적으로 400×103psi의 인장강도, 22g/denier의 건조 점착강도, 2.5%의 연신율, 및 975g/denier의 강도를 가진다. 노멕스는 90×103psi의 인장강도, 4내지 5.3g/denier의 건조 점착강도, 및 0.85g-㎝의 인성을 가진다. 아라미드 재료는 통상적으로 페닐렌디아민 및 테르에탄올 클로라이드로부터 유도된다.
용이한 제조, 증가된 신뢰도, 및/또는 전극(25)에 의해 발생된 정전기적 클램핑력의 최대화를 가능하게 하는 척(20)의 다른 실시예에 대해 설명한다. 도 2 에 도시된 실시예에 있어서, 상기 경질의 파열저항 층(45)은 전극(25) 세그먼트를 각각 덮고 있는 보호, 평탄, 장벽 세그먼트 또는 플레이트를 포함하는 불연속적인 방향족 폴리아미드를 포함한다. 각각의 장벽 세그먼트는 대응하는 전극(25) 세그먼트보다 크기가 크고 전극 세그먼트의 바로 위에 그리고 평행하게 위치되어 거의 전체의 전극 세그먼트를 덮을 수 있다.
도 3에 도시한 다른 실시예에서, 경질의 파열저항층(45)은 상기 복합 절연자(30)내부에 매설되어 있는 전극(25)의 전체표면을 덮고 있는 연속적인 방향족 폴리아미드 시이트를 포함한다. 상기 방향족 폴리아미드 시이트는 상기 전극(25)을 덮고 있고 서로 평행하게 이격되어 있는 고체의 균질 시이트를 포함한다.
도 1 및 도 4에 도시한 양호한 실시예에서, 방향족 폴리아미드 층(45)은 종이, 펠트(felt), 또는 직조물과 같은 상호연결된 섬유층을 포함한다. 상기 상호연결된 섬유를 포함하는 층은 강도, 파괴 인성, 및 파열저항을 증가시킨다. 상기 섬유-함유층은 폴리머 기질내에 매설된 폴리아미드 섬유를 포함하는 비직조된 임의 방향의 짧은 섬유 또는 위스커를 포함하는 종이 또는 펠트 구조물일 수 있다. 방향족 폴리아미드가 섬유 형태로 존재하면, 주위를 둘러싸고 있는 기질재료는 섬유를 서로 유지하는데 사용된다. 양호하게, 상기 기질재료는 상기 유지면(50)을 포함하는 재료와 방향족 폴리아미드 섬유 사이의 양호한 접착력과 화학적 양립성을 제공한다.
양호한 형태로서, 종이 또는 펠트 구조물을 형성하는 상기 아라미드 섬유는 도 4d에 도시한 바와같이, 임의 방향의 구조물을 절단 또는 레이저 절제하는 것이 용이하므로 상기 척(20) 내부에 용이하게 조립될 수 있다. 이와는 달리, 상기 아라미드 섬유는 천 또는 직조 패턴과 같은 방향성 직조 구조물을 포함할 수 있다. 적합한 천으로는 40 내지 60 얀(yarn)과, 40 내지 60 데니르(denier), 50 내지 60 필(fill), 및 60 내지 80 워프(warp)를 갖는 상기 듀폰 드 네모아스 캄파니에 의해 제조된 써마운트 천이다. 방향성 직조구조물이 절단되기 어렵다면, 상기 직조 구조물은 섬유의 비방향성으로 인해 섬유에 평행한 면에 더욱 예측가능한 특성을 제공한다.
더욱 양호하게, 상기 아라미드 섬유는 상부 또는 하부 폴리이미드 구조물에 대한 폴리아미드 섬유의 접착력을 증대시키는 B-스테이지 폴리이미드와 같은 부분 경화된 폴리머 기질내에 매설되거나 주입되어 있다. 상기 섬유는 통상적으로 약 10내지 50 체적 퍼센트를 포함하며, 상기 기질은 나머지 성분으로서 상기 복합재료를 포함한다. 부분적인 경화라함은 경화온도보다 낮은 온도로 가열함으로써 부분적으로 교차 결합되었다는 것을 의미한다. 부분적으로 교차결합된 폴리머는 복합 절연자를 형성하는데 사용되고 강력한 접착을 제공하는데 사용되는 폴리아미드 또는 다른 폴리머 층의 그룹과 화학적으로 접착할 수 있는 활성적인 기능족들을 포함한다. 유연한 폴리이미드 층과 경질의 아라미드 층 사이의 접착은 폴리이미드 층과 유사한 아라미드 섬유용 기질재료를 선택함으로써 최대화되고 열팽창의부조화가 감소된다. 따라서, 폴리머 기질은 30내지 40%의 유동도와 등가인 겔상태의 유동도로 부분 경화된(β-단계) 폴리이미드를 포함함으로써 상기 폴리이미드 기질은 상부 또는 하부 폴리이미드 층들에 용이하게 접착될 수 있다.
적합한 아라미드 섬유 및 폴리머 기질 재료는 47체적% 폴리이미드 기질내에 비직조된 임의 방향의 아라미드 섬유를 포함하고 캘리포니아 랜쵸 큐카몬가 소재의 아르론사에 의해 상업화된 아론 85NT(등록상표)이다. 섬유면을 따른 열팽창 계수는 8내지 12ppm, 1MHZ에서의 유전체 상수는 약 3.9, 유리 전달온도(Tg)는 약 250℃이다. 다른 유용한 아라미드 섬유 복합기질은 상기 듀폰 드네모아스 캄파니에의해 제조된 노멕스 410이다. 상기 노멕스 410은 약 50내지 125㎛의 두께와, 약 17내지 25㎸/㎜의 유전체 파괴강도, 및 60㎐에서 1.6 내지 2.4의 유전체 상수를 가진다. 노멕스 410은 향상된 플라즈마 저항을 나타내며 260℃ 이하의 온도에서 유용하다. 적합한 또하나의 아라미드섬유 기질 복합제는 상기 듀폰 드 네모아스 캄파니에 의해 상업화된, 1㎒에서 3 내지 3.9의 유전체 상수를 갖는 폴리이미드 기질내에 비직조된 아라미드 섬유를 포함하는 써마운트이다.
상기 척(20)의 상이한 성분과 척의 다른 제조방법에 대해서는 이후에 설명한다. 그러나, 다른 제조방법이 척을 제조하는데 사용될수 있으며, 본 발명은 이에 설명하는 예시적인 방법에만 국한되지 않는다.
전극(25)과 절연자(30)를 지지하는데 사용되는 척(20)의 기저부(80)는 폭넓은 유지면을 제공하고 열전달을 최대화할 수 있도록 기판(35)의 형상과 크기에 대응하는 형상과 크기를 가진다. 예를들어, 상기 기판(35)이 디스크 형상이라면, 직각 원통형 형상의 기저부(80)가 바람직하다. 통상적으로, 상기 기저부(80)가 알루미늄으로 제조되고 약 100 내지 225㎜의 직경과 약 1.5 내지 2㎝의 두께를 갖는 직각 원통형체이다. 상기 판의 상부 및 바닥면은 판의 표면 거칠기가 1㎛이하가 될 때까지 종래의 연마 기술을 사용하여 연마되어, 상기 기저부(80)는 지지대(60)와 기판(35)과 균일하게 접촉하여 이들 사이에 효과적인 열전달을 수행한다. 기저부(80)는 상기 전기 접속자(90)를 관통 삽입하기에 충분할 정도로 큰 크기의 보어(85)를 가진다.
상기 전극(25)은 예들들어, 동, 니켈, 크롬, 알루미늄, 및 이들의 합금과 같은 전기 도체 금속으로 제조된다. 통상적으로, 상기 전극(25)의 두께는 약 1 내지 약 100㎛, 바람직하게 1 내지 50㎛이다. 양호하게, 각각의 전극(25)은 기판(35) 면적의 10-4내지 10-1배의 접촉면적을 가진다. 200내지 300㎜(6내지 8인치)의 직경을 갖는 기판(35)에 대해서, 양호하게 상기 각각의 전극(25)은 약 20sq㎜ 이상, 바람직하게 50내지 1000sq㎜의 접촉면적을 가진다. 상기 전극(25)에 의해 덮힌 면적의 형상과 크기는 기판(35)의 크기와 형상에 따라 변화한다. 예를들어, 상기 기판(35)이 디스크 형상이라면, 전극(25)은 기판(35) 아래에 있는 전극의 전체 면적을 최소화할 수 있는 디스크 형상으로 배열된다. 양호하게, 상기 전극(25)은 약 50 내지 약 500sq㎜, 바람직하게 80 내지 380sq㎜의 전체면적을 가진다.
도 3에 도시된 쌍극 전극에 있어서, 각각의 전극(25a,25b)의 접촉면적이 거의 동일하고 서로 동일 평면상에 있으므로, 전극은 기판(35)상에 동일한 정전기적 클램핑력을 발생한다. 통상적으로, 상기 전극(25a,25b)의 접촉면적은 약 250sq㎜, 바람직하게 100 내지 200sq㎜이다. 상기 제 1 및 제 2전극(25a,25b)은 대향하는 반도체판을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 제 1 전극(25a)은 적어도 하나의 전극 내측 링을 포함하며, 제 2 전극(25b)은 상기 내측 링의 원주변에 배열되는 적어도 하나의 동심의 전극 외측 링을 포함한다. 전기 절연 보이드는 전기 전극(25a,25b)을 전기적으로 절연하며, 상기 척(20)상에 있는 기판(35)의 온도를 조절하기 위한 열전달 액체를 고정하기 위한 홈(145)으로서의 역할을 할수 있는 크기와 형상을 가진다.
전기 접속자(90)는 단극 전극(25) 또는 쌍극 전극(25a,25b)을 전압 공급원(110)에 전기적으로 접속하는데 사용된다. 각각의 전기 접속자(90)는 도 2에 도시한 바와같이, 기저부(80)내의 보어(85)를 관통해 연장하는 전기 리드(95), 및 전기 접점(100)을 포함한다. 통상적으로, 전기 리드(95)의 길이는 약 10 내지 약 50㎜이며, 폭은 약 2 내지 10㎜이다. 적합하게, 상기 전기 접점(100)은 전압 공급 터미널(105)과 직접 접촉하고 전기적으로 접속할 수 있는 크기의 노출 면적을 갖는 디스크 형상이며, 상기 노출 면적은 약 50 내지 400sq㎜이다.
상기 복합 절연자(30)는 양호하게 척(20)의 모든 전극(25)을 덮어 에워싸기에 충분한 크기를 가진다. 상기 절연자(30)의 체적 저항은 신속한 응답시간을 제공할 수 있도록 신속한 정전 전하의 축적 및 분산을 가능하게 할 수 있을 정도록 충분히 낮아야 하며, 기판(35)상에 형성된 장치를 손상시킬 수 있는 전극(25)에 가해지는 전압의 누출을 방지하기 위해서는 충분히 높아야 한다. 통상적으로, 상기 복합 절연자(30)는 약 10-11내지 10-20Ω㎝범위의 저항율과 약 3, 바람직하게 약 4 이상의 유전체 상수를 가진다. 복합 절연자(30)의 적합한 두께는 절연자의 전기저항과 유전체 상수에 의존한다. 예를들어, 복합 절연자(30)가 약 3.5의 체적 유전체 상수(즈, 폴리이미드와 방향족 폴리아미드 층의 복합 유전체 상수)를 가지면, 상기 절연자의 두께는 통상적으로 약 10내지 약 500㎛, 바람직하게 약 100 내지 약 300㎛이다. 적합한 복합 절연자(30)는 약 3.9볼트/마이크론(100볼트/밀) 이상, 바람직하게, 약 39볼트/마이크론(1000 볼트/밀)의 체적 유전체 파괴강도를 가진다.
양호하게, 복합 절연자(30)는 도 4d에 도시되어 있는바와같이, 상부에 전극(25)이 형성되어 있는 제 1 하부 전기 절연 폴리아미드 층(32)과, 상기 전극위의 경질의 방향족 폴리머 층(45), 및 상기 방향족 폴리아미드 층위의 탄성 폴리머 층(40)을 포함하는 박층 구조로서 제조된다. 양호하게, 상기 폴리머 층(45)과 방향족 폴리아미드 층(30b)은 각각 약 5내지 약 250㎛, 바람직하게 약 10 내지 약 100㎛ 범위의 두께를 가진다. 상기 폴리이미드 층(40)은 폴리이미드 전조체를 스핀 피복하고 폴리이미드 피막 시이트를 방향족 폴리아미드 층(45)위에 접착함으로써 형성될 수 있다.
정전기 척(20)을 제조하는 양호한 방법에 있어서, 복합 절연자(30)내에 매설된 저극(25)은 도 4a내지 도 4d에 도시한 바와같이, 전기 절연자 다층 및 전도체 전극(25)층을 포함하는 균일한 다층 박층 부재로서 제조된다. 전극(25)은 금속층을 절연자 피막상에 전기도금 또는 물리 증착에 의해 제 1 하부 절연 피막에 형성된다. 적합한 제 1 절연자 층(32)은 캡톤과 같은 상업적으로 이용가능한 폴리머 피막, 델라웨어 윌밍톤 소재의 듀폰 드 네모아스 코포레이션에 의해 제조된 폴리이미드 피막, 일본 가네가후찌 케미칼 인더스트리즈에 의해 제조된 알피퀘오, 일본 우베 인더스트리즈에 의해 제조된 유피렉스, 일본 니또 일렉트릭 인더스트리즈사에 의해 제조된 니또미드, 또는 일본 미쯔비시 플라스틱 인더스트리즈에 의해 제조된 슈퍼리어 필름을 포함한다.
상기 전극(25)이 열전달 액체 홈(145)과 상호연결된 패턴을 형성하면, 듀폰 드 네모아스 케미칼 코포레이션에의해 제조된 리스톤과 같은 패턴화된 포토레지스트 층(150)은 미국 캘리포니아의레티스 프레스에 스탠리 울프 및 리챠드 엔. 타우버에 의한 프레스 테크놀로지(1986) 제 1권 12, 13, 및 14 장의 VLSI Era용 실리콘 가공처리법에 기술되어 있고 본 발명에 참조된 종래의 사진 석판술법을 사용하여 형성된다. 상기 포토레지스트 층(150)은 도 4a에 도시한 바와같이 전극(25)의 형상과 대응되게 패턴화된다. 그후, 전기 도금 또는 스퍼터링은 도 4b에 도시한 바와같이, 제 1 절연자 층(32)상에 약 2 내지 100㎛, 바람직하게 약 5㎛의 두께로 상기 레지스트 층 사이에 전극(25)을 피복시키는데 사용된다. 예를들어, 동 전극이 산화크롬 접착층을 갖는 상기 절연자 피막(32)에 스퍼터된다. 전극 층(25)의 피복후, 잔여 포토레지스트는 종래의 산성 또는 산소 플라즈마 스트립핑 처리법에 의해 복합 층으로부터 제거되며, 선택적으로 바닥 홈(165)이 전극 세그멘트 사이의 제 1 절연자 층(32)내에 형성될 수 있다.
그후, 알론 85엔티, 노멕스 410 또는 써마운트와 같은 부분적으로 적층된 폴리이미드 기질내에 있는 아라미드 섬유층(45)과 같은 방향족 폴리아미드 층이 제 1 홈(170) 패턴을 형성하도록 절단된다. 상기 척(20)의 제조와 중첩되는 마모엣지를 형성하도록 절단되는 동안에 플레인트 섬유가 구부러지거나 접히므로 소정의 홈 패턴을 형성하기 위한 경질 아라미드 섬유 층(45)의 절단이 어렵다는 것이 알려져 있다. 따라서, 부분적으로 교차결합된 기질내의 아라미드 섬유 층(45)은 상이한 층을 함께 조립하기 전에 제 1홈(170)을 형성하기 위해 예비절단 된다. 상기 아라미드 섬유 층(45)은 예정된 제 1 홈(170) 패턴을 형성하도록 펀칭, 스탬핑, 프레싱, 또는 섬유 층을 용융제거하는 레이저 절제법에 의해 절단 될 수 있다. 상기 제 1 홈(170)이 절단된 후에, 상기 아라미드 층(45)은 도 4c에 도시한 바와같이, 제 1 절연층의 전극을 덮고 있는 중간 섬유 층을 형성하도록 제 1 절연자 층상에 있는 바닥 홈(165)과 정렬된다. 아라미드의 다중 층 또는 프라이는 복합 절연자의 두께를 증가시키는데 사용된다. 그후, 척(20)의 상부 유지면(50)을 형성하는 폴리이미드 층과 같은 상부 제 2 절연자 층(40)은 상기 박층체 상에 위치된다. 상기 단계에서, 또는 후술하는 바와같이 사기 층들을 서로 박층화한 후에, 제 2 절연자 층(40)을 절단하기 위한 제 2 절단 단계가 수행된다. 그후, 상기 박층체는 내부에 매설된 전극(25)을 갖는 다층 복합 절연자(30)를 포함하는 균일한 정전기 부재를 형성하기 위해 열처리 또는 가압 처리된다. 상기 아라미드 섬유 층(45)이 상기 박층체의 조립전에 예비 절단되므로, 아라미드 층 내부의 섬유 띠 또는 거친 언더컷 엣지의 형성이 상당히 감소된다. 이는 우수한 파열저항 및 조화된 표면 특성을 갖는 복합 절연자 구조물(30)을 제공한다.
상기 정전기 척(20)의 전기 접속자(90)는 상기 전기 접속자를 박층의 복합 절연자를 스탬핑, 펀칭, 또는 프레싱함으로써 일체형 저극(25)으로서 형성된다. 바람직하게, 전기 접속자(90)가 절단되어 전기 리드(95)와 접점(100)은 홈(145)중의 하나의 홈냉부에 배열된다. 저기 접속자(90)를 절단한 후에, 전기 접속자 상의 절연자(30)는 전기 접점(100)을 형성하는 하부 저기 전도체 층을 노출시키도록 제거된다. 전기 리드(95) 및 전기 접점(100)은 기저부(80)내의 보어(85)를 통해 삽입되어서, 상기 전기 접점은 도 2에 도시한 바와같이 상기 기저부 아래에 배열된다. 상기 박층 절연자 구조물은 실온에서는 비점착성이고 고온에서는 점착성을 갖는 열 활성 접착법, 또는 가압되면 점착성을 갖는 압력 감응 접착법과 같은 종래의 접착법을 사용하여 척(80)의기저부에 접착될수 있다. 적합한 접착제로는 예를들어 메쓰아크릴레이트, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리우레탄, 에폭시, 실리콘 함유 접착제, 및 이들의 혼합물과 같은 아크릴계 접착제이다.
상기 복합 절연자(30)를 기저부(80)에 조화 및 접착시키는 바람직한 방법은 가압법이다. 이러한 방법에서, 내부에 전극(25)을 갖는 복합 절연자(30)는 도 5에 도시한 바와같이 기저부 절연자 조립체(155)를 형성하도록 기저부(80)상에 놓인다. 상기 기저부 절연자 조립체(155)는 기저부(80)의 상면(95)에 조화되게 부착되게 상기 복합 절연자(30)를 가압하기에 충분한 알력으로 유지되는 압력 발생장치(180)내에 놓인다. 통상적으로, 상기 압력 발생장치(180)는 약 10 내지 500psi(500 내지 30,000Torr), 바람직하게 약 200psi(10,000Torr)의 압력으로 유지된다. 절연자 피막(30)이 압력 감응 접착법에 의해 기저부에 부착될 때 접착제의 과도한 압착을 방지하기 위해 저압, 즉 약 10 내지 25psi(500 내지 13,000Torr)범위의 압력에서 수행되는 것이 바람직하다. 양호하게, 약 0.2 내지 0.3마이크론 RMS 이하의 표면 거칠기를 갖는 강철판이 균일하고 평탄한 압력을 상기 박층체에 가해 평탄한 유지면(50)을 제공하도록 절연자 피막(30)상에 위치된다. 종래의 가압법은 1985년 4월, 알렌 제이. 클링에 의해 복합물, 개선된 복합물용 경화기술에 설명되고 본 발명에 참조되었다.
양호하게, 가압과 동시에, 기저부 절연자 조립체(155)는 절연자 피막(30)이 용융되어 기저부(80)의 상부 표면으로 흐르게 하기에 충분한 온도로 가열된다. 통상적인 가열 싸이클은 상기 피막으로부터 가스성 반응 부산물이 탈가스되도록 약 20분 동안에 약 120℃의 제 1 온도로 가열하는 단계와 상기 피막이 용융되어 상기 기저부(80)의 상부 표면(95)과 조화될 수 있게 하도록 약 60분 동안 절연 피막의 유리 전이, 또는 결정화 온도에 대응하는 제 2 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 상기 피막을 열 활성화 접착제를 사용하여 기저부(80)에 부착시킬 때, 상기 온도는 접착제를 활성화시킬 수 있는, 통상적으로 약 300℃ 이상의 온도로 높아야 한다.
적합한 압력 발생장치(180)는 오트클레이브, 플래튼 프레스 또는 아이소스태틱(isostatic) 프레스를 포함한다. 도시한 오토클레이브(180)는 오토클레이브가 더욱 균일한 압력을 기저부의 절연자 조립체(155)상에 가하므로 양호하다. 통상적으로, 오토클레이브는 약 1 내지 10 피트 범위의 직경을 갖는 내압 강철 챔버를 포함한다. 이산화탄소 또는 질소와 같은 가압된 비반응 가스는 오토클레이브를 가압하는데 사용된다. 적합한 오토클레이브는 캘리포니아 산타 페 스프링스 소재의 바론 오토클레이브, 캘리포니아 아나하임 소재의 아오브 인더스트리즈, 및 캘리포니아 아즈사 소재의 멜코 스틸에 의해 제조된 것들이다. 상기 오토클레이브를 사용하는 대신에, 플래튼 프래스 또는 아이소스태틱 프레스가 상기 피막을 기저부(80)에 조화시키는데 사용될 수 있다. 상기 플래튼 프레스가 사용되면(도시않음), 실리콘 또는 강철판과 같은 압력 분배판이 전기 절연 피막(30)상에 놓여 상기 플래튼 압력을 기저부 절연자 조립체(155)상에 균일하게 분배한다. 아이소스태틱 프레스(도시않음)는 기저부 절연자 조립체(155)를 적합한 아이조스태틱 몰딩백내에 위치시키고 상기 아이조스태틱 프레스를 사용하여 충분한 압력을 상기 백에 가하는데 사용된다.
압력을 기저부 절연자 조립체(155)상에 가함과 동시에, 진공 백 조립체(190)를 사용하여 상기 절연자 피막(30)과 기저부(80) 사이에 포획된 공기를 제거하기 위해서 기저부 절연자 조립체(155)내의 공기를 배기하는 것이 바람직하다. 또는 복합 절연자(30)내의 전극(25)의 산화를 방지하도록 포획된 공기를 제거하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 진공 백 조립체(190)는 도 5에 도시한 바와같은 가요성 백 재료(200)를 사용하여 밀봉될 수 있는 강철 기저판(195)을 포함한다. 상기 백 재료(200)는 통상적으로 나이론 또는 실리콘으로 약 25 내지 100㎛의 두께로 제조된다. 캘리포니아 칼슨 소재의 에어테크 인터내셔날 인코포레이티드, 캘리포니아 노월크 소재의 본 라인 프로덕츠, 및 워싱톤 오번 소재의 지프-백에 의해 제작된 진공 백이 적합하다. 진공 백(160)을 사용하기 위해서, 상기 기저부 절연자 조립체(155)는 진공백(160)내에 놓이며, 섬유 및 릴리스 피막층은 가스성 반응 부산물이 배출되고 기저부 절연자 조립체가 진공 백으로부터 용이하게 분리되게 하는 진공 백 조립체를 형성하도록 기저부 절연자 조립체(155)상에 적층된다. 도 5에 도시한 바와같이 적합한 일련의 섬유 및 릴리스 피막은 델라웨어 윌밍톤 소재의 듀폰 드 네모아스 캄파니에 의해 제조된 테프론(등록상표) 릴리스 피막(170) 및 상기 기저부 절연자 조립체(155)의 어느 한 쪽에 놓인 캘리포니아 칼슨 소재의 에어테크에의해 제조된 에이 4000 피 릴리스 피막과 같은 릴리스 피막(170a,170b)과 상기 기저부 피막(30)을 기저부(80)상에 조화시키도록 상기 상부 릴리스 피막(170b) 뒤에 놓이는 열가소성 실리콘 시이트와 같은 압력-분배 조화시이트(205)와, 상기 진공 백(190)의 진공화를 촉진하고 상기 공정중에 형성된 응축물을 제거하도록 상기 압력-분배 조화 시이트(205)상에 놓이는 캘리포니아 칼슨 에어테크에 의해 제조된 에어 웨이브 에스에스 수지 흡수제 및 에어웨이브 에프 알 엣지 블리드와 같은 다공성 블리더 섬유 적층체(210), 및 상기 백(160) 주위에 균일한 진공 압력을 제공하도록 상기 블리더 섬유(195)위에 놓이는 상기 에어테크에 의해 제조된 에어웨이브 에스에스 수지 흡수제 또는 에이 22 씨와 같은 통풍 시이트(215)를 포함한다. 점성 밀봉 테이프(225)는 진공 백(190)을 밀봉하는데 사용된다. 미롱된 진공 백(190)은 진공 시스템(도시않음)에 연결된 진공 접속기 라인을 경유하여 진공화되며, 상기 진공라인은 백을 관통하여 상기 통풍 시이트 근처에서 종결된다.
내부에 전극(25)을 갖는 복합 절연자(30)를 제조하는 다른 방법으로서, 상부에 전기 도체층을 갖는 제 1 절연자 층을 포함하는 상업적으로 이용가능한 다층 피막이 사용된다. 적합한 다층 피막으로는 125㎛ 두께의 폴리이미드 절연자 층과 25㎛ 전기 도체의 동 층을 갖는 아리조나 챤들러 소재의 로거스 코포레이션에 의해 제조된 알/프렉스 1100피막과, 알브레스틱 코포레이션에 의해 상업화된 아브레스틱알루미늄 충전 폴리이미드 피막, 및 압연, 어어닐링, 또는 전기 도금된 동 포일에 (접착제없이)직접 접합된 폴리이미드를 포함하는 패러룩스 에이피 피막이 있다. 상기 전극 층의 노출부는 소정의 전극 패턴을 형성하도록 종래의 습식 또는 건식 화학 에칭법에 의해 부식된다. 적합한 습식 화학 에칭법은 피막이 부식될 때까지 염화 제 2철, 소디움 퍼설페이트, 또는 산이나 염과 같은 부식제에 피막을 침지시키는 단계를 포함한다. 적합한 건식 에칭법은 본 발명에 참조된 슈프라(supra)의 실리콘 처리법 제 16장에 기술되어 있다. 그후, 잔여 포토레지스트는 상기 박층체로부터 분리되고 방향족 폴리이미드 층이 상기 전극을 전기적으로 절연하도록 부식된 전기 도체층위에 위치된다. 그후, 제 2 절연자 층이 상기 박층 구조물 위에 접착되며, 홈(145)이 제이저 절제법에 의해 전체 조립체에서 절단되어 방향족 폴리이미드 층의 분리 또는 마모를 방지하기 위해 상기 박층체 상에 형성된 패턴화된 레지스트 층 사이의 노출부를 부식시킨다. 그 결과로서의 예비절단된 박층 조립체는 척(20)의 기저부(80)상에 위치되며, 전술한 압력 발생장치를 사용하여 상기 적층체에 압력이 부여된다.
본 발명의 특징을 갖는 정전기 척(20)은 여러 장점을 가진다. 첫째, 상기 척(20)은 전극(25)상의 복합 절연자(30)의 파열을 방지한다. 상기 복합 절연자(30)는 복합 절연자(30)의 파열저항을 증가시키기에 충분한 강도를 갖는 방향족 폴리아미드 층(45)을 더 포함한다. 상기 방향족 폴리아미드 층(45)은 후술하는 바와같이 웨이퍼 파편 또는 금속 입자와 같은 예리한 엣지를 갖는 입자와의 접촉시 복합 절연자 층의 파열을 방지한다. 또한 복합 절연자 층(45)의 평탄한 유지면(50)은 기판(35)과 상기 유지면(50) 사이에 유지되어 있는 열전달 액체의 유출을 감소시킨다. 그 결과적인 척(20)은 가공처리 환경하에서의 수명을 연장하는 상기 유지면 층과 파열 저항 내층의 조합을 제공한다.
본 발명은 한정된 양호한 실시예만을 참조하여 비교적 상세히 설명하였지만 본 기술분야의 숙련자라면 많은 다른 실시예들이 있을 수 있다는 것을 이해 할 수 있다. 그러므로, 첨부된 청구범위의 사상과 범주는 본 발명의 양호한 실시예의 설명에만 한정되는 것이 아니다.
예리한 부품과 입자들에 의한 파열을 방지하고 부식성 처리환경하에서의 부식에 의한 파괴를 방지할 수 있으며, 고온 바람직하게는 약 200℃ 이상의 온도에서 지속적으로 작동할 수 있으며 또한, 척의 주변부로부터 과도한 냉각제의 유출이 없이 냉각제가 기판과 직접 접촉할 수 있는 척이 제공되며, 또한편으론 정전적 인력, 전극에 대한 절연자의 강력한 접속을 최대화하고 부드러운 엣지를 갖는 냉각제 홈 및 구멍을 구비한 적합한 절연자 층을 제공할 수 있는 얇은 절연자를 제공하기 위한 제조공정이 제공된다.

Claims (11)

  1. 기판을 가공처리 환경하에 유지하기 위한 파열저항 정전기 척으로서, 상기 정전기 척은 전극을 덮고 있는 복합 절연자를 포함하며, 상기 복합 절연자는 상기 전극 위에 위치된 하나 이상의 섬유 층을 가지며, 상기 섬유 층은 상기 복합 절연자의 파열저항을 증가시키기에 충분한 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복합 절연자는 전극에 의해 발생된 정전기력의 인가하에 상기 기판을 조화시키는 유지면을 포함하여 상기 유지면과 기판 사이에 유지되는 열전달 가스의 누출을 감소시키는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유 층은 방향족 폴리아미드 섬유인 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드 섬유는 아라미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유 층은 약 10g/denier 이상의 점성, 약 100g/denier 이상의 강도, 또는 약 80×103이상의 인장강도중 하나 이상의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척.
  6. 기판을 가공처리 환경하에 유지하기 위한 파열저항 정전기 척으로서, 상기 정전기 척은 전극을 덮고 있는 복합 절연자를 포함하며, 상기 복합 절연자는 전극에 의해 발생된 정전기력의 인가하에 상기 기판을 조화시키는 유지면과 상기 복합 절연자의 파열저항을 증가시키기에 충분한 강도를 갖는 경질의 방향족 폴리아미드 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 유지면은 폴리이미드를 포함하며, 상기 경질의 방향족 폴리아미드 층은 아라미드 섬유 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 경질의 방향족 폴리아미드 층은 약 10g/denier 이상의 점성, 약 100g/denier 이상의 강도, 또는 약 80×103이상의 인장강도중 하나 이상의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척.
  9. 파열저항 정전기 척을 제조하는 방법으로서,
    전극에 의해 발생된 정전기력의 인가하에 상기 기판을 조화시키는 유지면과 상기 유지면 아래에 위치되고 상기 복합 절연자의 파열저항을 증가시키기에 충분한 강도를 갖는 섬유 층을 구비하고 하나 이상의 전극을 포함하는 복합 절연자를 형성하는 단계, 및
    상기 복합 절연자를 기저부에 위치 및 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 펀칭, 스탬핑, 프레싱, 또는 레이저 절제법에 의해 상기 복합 재료내에 홈을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 위치 및 접착 단계는 상기 복합 절연자를 기저부 상에 가압형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파열저항 정전기 척의 제조방법.
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