KR20010080172A - 면적 매치된 전극을 이용한 정전기 감지 척 - Google Patents
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Abstract
증착 전극 근처의 입자 접촉면의 일부로 입자를 끌어당기기 위한 정전기 감지 척에 있어서, 상기 정전기 감지 척은, 상기 입자 접촉면에 유인장(Ea)을 선택적으로 형성하기 위한 증착 전극(DE), 상기 증착 전극에 관하여 반대로 편의된 실드 전극(SE), 상기 증착 전극 및 상기 실드 전극 각각에 축적된 전하를 측정하기 위하여, 상기 증착 전극에서 감지한 제1 전하로부터 상기 실드 전극에서 감지한 제2 전하를 뺌으로써 상기 실드 전극에서의 축적전하에 의하여 밸런스된 상기 증착 전극에서의 축적 전하량을 결정하는 전하감지회로를 포함하는 픽셀을 포함하는 정전기 감지 척이 제공된다.
Description
정전기 척은, 약학 또는 화학 조성물을 형성하거나 시금 또는 화학 분석을실행하기 위해 사용하기 위한 분말, 비드 또는 대상물을 픽업, 처리, 이송한 후에 방출 또는 배치하는 데 사용될 수 있다.
정전기 척은 하나의 대상물 또는 대상물들을 고정 또는 보유하기 위한 클램프로서 작동하며, 그리고 고상 상태 합성용 조합 화학 등과 같은 화학 합성이나, PCR(중합 연쇄 반응) 또는 다른 방법을 이용한 시금법에서, 일반적으로 100-300 마이크론의 직경을 가지는 합성 비드 또는 입자를 더욱 잘 처리할 수 있다. 조합 화학에서, 마이크로티터(microtiter) 기판과 같은 다중 웰 어레이는 스크리닝 또는 많은 화합물의 합성을 동시에 가능하게 한다.
예를 들면, 정전기 척은 마이크로피펫을 이용하는 것 보다 더 빠르고 더 확실한 방법으로 어레이 상에 비드를 증착할 수 있게 한다. 정전기 척에 대한 또 다른 적용은, 특히 인간 또는 동물용의 투여형태로 포장되는 조성물을 형성하도록 화합물을 결합하기 위해 사용되는 경우는, 약학적 조성물의 합성이다.
하나 이상의 활성 성분을 포함하는 집합된 입자들이 제약의 1회분 투약량을 형성하기 위해 공지된 캐리어나 기판에 증착될 수 있다. 그러한 입자는, 예를 들면, [1] 전체 입자 크기는 건식 분말 호흡 관리에 유용한, 예를 들면 1 내지 10 마이크론 범위이고 바람직하게는 4-8 마이크론 범위인, 공기 분사 밀링 공정에 의해 제조된 건식 미분화 형태 등과 같은 분말 또는 에어로솔의 형태, [2] 비드 또는 마이크로 구형, [3] 풀러런스(fullerenes), 킬레이트(chelate), 또는 나노 튜브를 포함하는 극히 작은 구조, 또는 [4] 지질 또는 셀 박막으로부터 형성되는 지방질 액적 및 리포솜의 형태를 취할 수 있다.
정전기 척의 이용은 약제 조성을 처방하기 위한 주문형이고 정확한 방법을 제공한다. 상기 척은, 호르몬을 기초로 한(예를 들면, 임신 조절) 약제 또는 항생제에서 처럼 1회분 투약량이 하나의 개별 유닛으로부터 다음 유닛까지 감소 또는 증가하는 다중 투약량 팩을 형성하도록 활성 성분을 이송하는 상호 인접한 기판을 결합시킬 때 이용될 수 있다. 증착을 감지하는 정전기 척을 사용할 때, 1회분 투약량은 비드의 수 및/또는 형태, 또는 각 제약 캐리어에 분배되는 입자나 분말의 양에 의하여 형성 또는 결정되며, 아니면 개별적이거나 외부적인 전기적, 광학적, 기계적 투약량 감지를 이용하여 형성 또는 결정된다. 활성 성분을 약제 조성물에 넣기 위해 정전기 척을 사용하는 것은 높은 반복성을 얻을 수 있으며, 또한 활성 성분이 캐리어로는 불충분하게 용해될 때처럼 활성 성분이 융화성이 아닐 때, 또는 처방 또는 캐리어가 활성성분의 생물학적 이용 효능에 부정적 영향을 미치는 경우에 이점이 있다.
입자 보유 및/또는 해제를 위해 전기장을 가하는 정전기 이송 척의 사용에 대한 이러한 상세한 설명이 강조되지만, 여기서 설명되는 내용은 기판 입자의 제어에 압착된 가스 또는 진공, 또는 전기적/화학적으로 전환 가능한 점착물을 이용하는 등과 같이 다른 현상들도 이용하는 척에 적용될 수 있다. 그러나 정전기 또는 유사 정전기 고정 기구는, 종래의 기계적 기술보다 섬세한 비드 또는 입자 구조에 더 적절하고, 특히 분쇄, 오염, 산화 손상이 최소화되거나 바람직하게는 제거되는 생물학적 활성 화합물을 처리할 때 더 적절하다.
일반적으로, 이송 또는 처리되는 입자는, 마찰 충전 물질과의 마찰 접촉 및충돌을 통하여 마찰 하전되거나, 유도 충전에 의해 하전되거나, 또는 코로나 충전에 의해 하전된다.
몇몇의 정전기 척은, 정전기 척의 각 웰, 픽셀, 또는 정전기 척의 개별 공간 소자에 대하여 유도되고 이송되며, 방출되는 비드 또는 입자를 갖는 것에 정밀도를 제공할 수 있다. 때때로, 각 픽셀은 개별적으로 어드레스 지정 가능한 x 및 y 좌표를 가지는 평면 척 등과 같이 선택적이며 독립적으로 제어되는 작은 정전기 척으로 고려될 수 있다. 이것은 서로 상이한 (다중의)비드 또는 입자 형태에 대해 개별적으로 어드레스 지정 가능한 픽셀을 포함한다.
때때로, 입자 또는 비드를 단독으로 증착시키는 대신, 정전기 척을 기판에 제약의 1회분 투약량 형태를 위해 사용되는 그런 식용에 알맞은 기판에 활성 성분을 포함하여 다수의 분말 입자들을 유인하여 배치시키는 데 이용된다.
비드의 유인에 이용되는 전극은 구성 및 구조에서 광범위하게 변화될 수 있다. 전극을 끌어당기는 입자는, 예를 들면 직접 노출되거나 아니면 유전체에 의해 커버될 수 있어서 공기 중의 이온 방전(스파킹)을 방지하고, 비드 전하 유지 용량을 향상시키도록 유전체의 특성을 이용할 수 있다. 유인된 하전 입자들의 양을 제어하기 위해, 전기 용량성 결합을 패드 또는 플로팅 전극에 이용하여 입자 인력 전극이 입자들을 간접적으로 유인하는 경우, 간접적 방법도 이용될 수 있다. 본 발명은 많은 정전기 척 설계에 적용될 수 있으나, 하나 이상의 직접적으로 힘을 받는(플로팅이 아닌) 전극에 의하여 입자를 직접 유인하는 간단한 척을 설명한다.
본 발명의 여러 가지 태양으로 이용될 수 있는 장치 또는 방법은, 예를 들면이송 척의 이용을 위한 방법, 음향 비드 분배기 및 다른 입자-처리 장치의 이용에 대한 방법을 포함하며, 썬 등(Sun et al)의 1998년 8월 4일자 허여된 미국특허 제5,788,814호 "척 및 기판 상에 다중 물체를 위치 설정하는 방법(Chucks and Methods for positioning Multiple Objects on a Substrate)," 썬 등의 1999년 1월 12일자 허여된 미국특허 제5,858,099호 "정전기 척(Electrostatic Chucks)," 플렛쳐 등(Pletcher et al)의 1998년 2월 3일자 허여된 미국특허 제5,714,007호 "기판의 기정 영역 상에 약재를 정전기 증착하기 위한 장치(Apparatus for Electrostatically Depositing a Medicament Powder Upon Predefined Regions of a Substrate)," 썬 등의 1998년 12월 8일자 허여된 미국특허 제5,846,595호 "정전기 척을 이용한 제약 방법(Method of making pharmaceutical using electrostatic chuck)," 썬 등의 1998년 5월 19일자 허여된 미국특허 제5,753,302호 "음향 분배기(Acoustic Dispenser)," 썬 등의 1998년 2월 19일자 제출된 미국 출원 제09/026,303호 "척력장 유도를 이용한 비드 변압기 척(Bead Transporter Chucks Using Repulsive Field Guidance)," 썬 등의 1998년 3월 25일자 제출된 미국 출원 제09/047,631호 "비드 크기 선택기를 포함한 비드 제조 척(Bead manipulating Chucks with Bead Size Selector)," 썬 등의 1998년 5월 22일자 제출된 미국 출원 제09/083,487호 "비드 제조 척을 위한 집중 음향 비드 충전기/방전기(Focused Acoustic Bead Charger/Dispenser for Bead Manipulating Chucks)," 썬 등의 1998년 6월 10일자 제출된 미국 출원 제09/095,425호 "비드 제조 척을 위한 AC 파형 편의(AC Waveforms Biasing For Bead Manipulating Chucks)," 썬 등의 1998년 6월 10일자 제출된 미국 출원 제09/095,321호 "평면 기판의 클램핑을 위한 장치(Apparatus for Clamping a Planar Substrate)," 폴리니악 등(Poliniak et al)의 1998년 6월 10일자 제출된 미국 출원 제09/095,246호 "건식 파우더 증착 장치(Dry Powder Deposition Apparatus)," 및 1998년 6월 10일자 제출된 미국 출원 제09/095,616호 "제약 제품 및 제조 방법(Pharmaceutical Product and Method of making)"에서 개시된다. 또한, 이와 동시에 제출된 썬 등의 "유동력의 분산 및 충전을 위한 장치(Device For The Dispersal And Charging Of Fluidized Power)," (Attny. Docket DEL 13100)에는 입자를 충전, 크기 결정 및 처리하기 위한 여러 가지 장치 및 방법이 기술된다.
본 발명은 정전기 척 전하 감지를 다루며, 여기서는 측정되는 양의 민감한 성질 때문에, 입자 근처의 극성화 가능 물질(예를 들면, 수증기, 먼지) 및 이온 종류의 영향으로 발생하는 문제로서 입자들이 끌어 당겨지고 보유될 표면과 접촉하게 된다는 것이 있다.
극성화는 많은 물질에서 쉽게 일어나며, 그 밖의 원자 및 분자의 전하 이동 과정으로부터 발생한다. 분자 내 영구 쌍극자 모멘트는 방향 극성화로 귀착되고, 이것은 여기 주파수에서만 손실되며, 여기서 분자는 급변하는 전기장에 응답하여 방향을 재설정하는 데 충분한 시간을 갖지 못한다. 적용장에 의해 원자핵들의 위치 왜곡으로부터 발생하는 왜곡 극성화의 미약한 효과 외에, 전자 극성화로 알려진 전기장에 응답하여 원자의 전자 분포 왜곡으로부터 발생하는 극성화 효과가 또한 있다.
정전기 척의 입자 접촉면에 인접한 유전체, 또는 척 구조의 일 부분으로써 이용되는 유전체는 소위 클래스 A 유전체이고, 선형, 등방성, 균질인 분자 분극성을 가지는 것으로 본 명세서에서 단순히 추측된다. 그러나 본 발명은 여기서 주어진 실시예에 한정되지 않으며, 클래스 A 유전체 외의 다른 것을 구비한 척을 이용하여 실시되며, 여기서 분자 분극성 α는 텐서이고, 가능하게는 유전체 내부 위치 함수이다. 또한, 본 발명은 여기서, 그리고 본 상세한 설명의 다른 부분에서 인용된 이론에서의 여러 가지 소자들에 의해 제한되지 않는다. 본 발명은, 하전된 입자 유인 전극, 및 드리프트 감소를 형성하도록 적절히 구성 및 편의되어 반대편으로 편의된 실드 전극 모두에 관하여 축적된 전하의 커패시턴스 기초 감지방법을 이용함으로써 드리프트 저항 검출 또는 감지회로(다중 검출 회로)가 정전기 척에 병합될 수 있다는 관찰에 관련한 것이다. 출원인들은 관련된 파라미터 및 이론에 대한 그들의 의견을 개시했지만 본 발명은 그런 관련된 파라미터 및 이론과 관계없이 적절한 경험적 제어에 근거하여 존재하며 실시 가능하다.
클래스 A 유전체에서, 국부 전기장 E로부터 생기는 벡터 전기 극성화 P는 선형이며, 여기서
P =αE (1)
그리고 α는 적용가능한 유전 상수의 간단한 함수이다.
α =ε0(K-1)E (2)
여기서 ε0는 진공 유전율이며 K는 유전 상수이다.
이온의 종류, 극성화 가능한 물질, 또는 변화하는 극성화를 가지는 기판 때문에, 감지된 전하는 실제로 축적되거나 증착된 입자들을 표시하거나 비례하지 않는 값으로 이동하므로 입자 전극 위에 축적된 전하를 감지하려 할 경우 입자를 픽업 및 방출시키기 위해 유인 전극 또는 입자 증착 전극을 이용하는 작동 기술 및 정전기 척 설계는 일정한 조건하에서 전압 상승 및 측정 오류를 발생시킨다. 정전기 척에 DC(직류) 편의 전압을 사용할 경우, 의도하지 않은 전하 이동이 측정 오류를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 음으로 편의된 전극은 공기 중에서 양이온을 유도할 것이며, 한편 양으로 편의된 전극은 공기 중에서 음이온을 유도할 것이다. 동시에, 물과 같이 극성화 가능한 물질은 양으로 편의되고, 그리고 음으로 편의된 전극 양 쪽으로 분리되어 유도될 것이며, 감지 전극의 유효 커패시턴스에 예측할 수 없는 변화를 발생시킬 것이다. 그러한 현상들은, 축적된 입자 전하의 미세한 양을 감지할 때 전압 드리프트 오류를 초래하며, 척에서 척까지, 배치에서 배치까지의 입자 증착의 균일성에 영향을 미친다. 그래서 활성 성분을 포함하여 증착된 입자에서 양 변화 때문에 1회분 투약량 형태의 조제는 어렵게 된다.
임의의 전도성 표면에 인접한 처리된 하전 입자는 강력한 정전기 화상력을 받는다는 것을 유념하는 것이 중요하다. 하전된 입자가 분배기 또는 컨테이너 내부의 증착 전극 등과 같은 임의의 금속 또는 전도성 표면에 접근함에 따라, 반대 극성의 화상 전하는 그 전도성 표면에 축적될 것이다. 이것은 전도성 표면에서 이동성 전하 캐리어가 입자 전하에 의해 유도되거나 또는 밀릴 때 발생한다. 인접한 하전된 입자에 응답하여 전도성 표면에서의 전하의 이러한 이동은 강한 화상 전하-유도된 유지력이나, 또는 정전기 화상력을 생성한다. 정전기력은 입자를 전도성 표면으로 강하게 유도하고, 대체로 그 이후에 전도성 표면과 밀접하게 접촉하게 하는 경향이 있다. 전도성 표면과 고정 상태로 밀접하게 접촉된 분말 입자 및 유전체 비드는 오랜 기간 동안, 때때로 며칠 동안, 그들의 전하를 보유하는 경향을 가진다. 임의의 도체에 매우 근접한(예를 들면, 접촉하는) 입자의 경우, 발생되는 정전기 화상력은, 정전기 척 방향으로 입자를 가속하기 위해 초기에 사용된 임의의 적용 장으로 인하여 그것보다 더 큰 경향이 있으며, 중력으로 인하여 그 힘의 수백 배 정도로 될 수 있다.
일반적으로, 입자를 유도하고 보유하기 위해, 중력가속도(g) 하의 전하(q) 및 질량(m)을 가지는 입자 상의 전체 전기장 벡터(Etotal)에 의해 발생되는 전체 전기적 힘(Felec)은 입자가 하나 이상의 유인 전극 방향으로 가속되도록 입자에 대하여 전체적으로 중력(Fgrav)과 동일하거나 또는 더 커야 한다.
Felec= Etotalq ~ Fgrav= mg (3)
증착 전극(DE)에 전압을 가할 경우, 입자 유인 장(Ea)이 형성된다. 이 입자 유인 장(Ea)은 입자가 전극 또는 병합된 입자 보유 영역의 방향으로 가속되도록, 그리고 그후에는 전극 또는 병합된 입자 보유 영역에 의해 보유되도록 할 수 있다.
전체 전기장 벡터(Etotal)는 중첩의 원칙에 의해 다수의 전기장 성분으로부터 생긴다. 일반적으로, 입자 처리실에서 임의의 지점에서의 전체 전기장(Etotal)은,분말 공급 튜브와 같은 떨어져 있는 메시 또는 다른 전극 또는 표면과 정전기 척 사이에 가해지는 임의의 판별 장(Eadhesive)과, 분말 내부의 내부 전하 극성화 또는 입자 처리실에 있는 다른 물체로부터 생기는 임의의 극성화 장(Ep)과, 하나 이상의 전극 또는 전도성 표면에 반발 편의를 인가하는 등과 같이, 입자를 밀어내도록, 또는 선택된 영역에서 입자 유인을 억제하도록 설정된 임의의 거부 또는 반발 장(Er)과, 하나 이상의 분말 증착 또는 유인 전극에 가해지는 유인 편의를 통하여 설정된 임의의 입자 유인 장(Ea) 및 입자 처리실 내에, 또는 정전기 척 상의 전도성 표면에 의해 설정된 모든 정전기 이미지 장(Eimage)의 벡터 합이다.
Etotal= Ediscrim+ Ep+ Er+ Ea+ Eimage(4)
전극 또는 입자 보유 영역을 향하여 가속되기 때문에, 분배기 또는 컨테이너 내부의 장애물과 - 그리고 상호간의 - 충돌 또는 입자운동 및 상호작용은 그들의 운동을 무작위화하는 경향이 있고, 그리고 이것은, 입자들이 소정의 입자 이송 특성에 영향을 미친다. 그러나, 유인 전극 근처의 하전된 입자에 의해 발생하는 것 등과 같은 국부적으로 발생하는 정전기 화상력의 유도는 유효하게 남아 있고 제거하기 어렵다.
정전기 척에 인접한 곳에서, 척에서 임의의 전도성 표면으로부터 거리(d) 만큼 떨어진 하전 입자의 경우, 이미지 전하로 인한 정전기 화상력(Fimage)은, 입자가 척에 접근함에 따라, 비드 유인 장 (Ea)에 의해 발생되는 힘 Fa= Eaq보다 훨씬 더커질 수 있다.
Fimage>> Fa(5)
대략, 입자 상의 주어진 전하(q)에 대해 거리(d) 만큼 떨어져 있는 정전기 화상력의 의존성은 다음과 같은 것으로서 고정 지점 전하에 대한 쿨롱의 법칙을 이용한다.
(6)
분모에서, ε0는 진공 유전율이고, (πdparticle^3/6)은 입자 체적이고, ρ는 kg/m3에서 입자 질량 밀도이며, g는 중력 가속도이다. 이 식은 g의 유닛에서 정전기 화상력을 적용한다. 이 정전기 전도성은 짧은 거리에서 강한 힘이 될 수 있으나, 실제로 분말 유인장(Ea)은 이것의 영향 내에 하전된 입자를 가져오기 위해 여전히 필요하다.
정전기 척 유효성을 향상시키기 위해, 그리고 특히, 초기부터 목표 전극 또는 입자 보유 영역으로까지 입자 처리의 재생성 및 정확도를 향상시키기 위해, 여러 가지 기술이 동시에 사용된다. 이것들은 종래의 스피커에 의해 음향적으로 제공되는 유체 흐름 및 주기적인 공기의 이용을 포함한다. 그러한 (도시되지 않은)스피커는 입자 처리실의 소정의 부분과 유체로 교통되며, 분배기 표면에 정전기 화상력에 의해 고정되는 입자들을 제거하기 위하여, 또는 원하는 목표(예를 들면, 1회분 투약량 형태)로 입자 방출 중에, 정전기 척 힘에 의해 척 자체에 고정되는 비드를 제거하기 위하여, 그것이 음향 에너지를 향하게 된다. 그러나, 증착을 위해 정전기 척에 입자를 전하는 바람직한 장치 및 방법은, 1998년 6월 10일자 제출된 미국 출원 제09/095,246호, 폴리니악 등(Poliniak et al)에 의한 "건식 파우더 증착 장치(Dry Powder Deposition Apparatus)," 및 썬 등의 "산포 및 유동화력의 충전을 위한 장치(Device For The Dispersal And Charging Of Fluidized Power),"(Attny. Docket DEL 13100)에서 설명된 것들을 포함한다.
그러나 일반적으로 수증기 및 먼지와 같은 극성화 물질 또는 원치않는 이온을 입자 감지 전극으로부터 격리시키는 것이 가능하지 않으며, 그리고 이것은 스피커, 유체 흐름 등의 이용을 통하여 얻어지는 임의의 입자 배치 정확도에도 불구하고 측정 에러를 발생시킨다.
따라서, 증착 감지 측정을 왜곡하는 극성화 물질 및 이온 종류의 문제를 극복하는 입자 증착 감지를 가능하게 하는 높은 해상도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 입자 처리실 내부의 보유 영역 및 소정의 입자 증착 전극으로의 입자 유인에 역으로 영향을 미치지 않으면서, 정확하고 반복가능하게 유도된 입자 증착 감지를 가능하게 자동화된 매트릭스 운동 작동을 허여하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 추구되고 달성되는 다른 목적은 본 명세서를 읽음으로써 명백해질 것이다. 예를 들면, 민감한 입자 전하 감지가 자유롭게 진행되도록 하는 한편, 그런 이온 또는 극성화 물질에 의해 유발되는 모든 또는 대부분의 "에러" 전하를 자동으로 빼는 구동 회로를 사용하는 것이 본 발명의 추가 목표이다. 이것이,어떤 개량된 척 제조 기술과 결합되는 경우, 정확하고 재생가능한 입자 증착 감지가 훨씬 쉽게 달성될 수 있게 된다.
입자의 유인 및 처리 시, 정전기 이미지 전하, 전기적 극성화, 그리고 입자 질량 및 이송은 하나의 역할을 한다.
본 출원은 1999년 4월 26일에 출원된 미국 예비 출원 제 60/130,985호 및 1998년 10월 14일에 출원된 제 60/104,234호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 공간 분해 방식으로 하전된 분말 또는 비드를 전기적으로 픽업시키고 분산시키기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 명세서는 약학적 또는 화학적 혼합을 생성시키거나 시금 또는 화학적 분석을 실행하기 위해 사용하는 입자, 비드, 분말, 또는 대상물을 픽업, 처리, 이송 및 방출하는 정전기 척에 대한 신규의 전극 구성 및 제어 회로, 동작 및 제조 기술을 설명한다. 본 발명은, 척 감지 전극에 인접한 이온 또는 고 극성화 물질로 축적 전하를 측정하려고 할 때 에러 발생을 제거하는 방법을 제공함으로써 분말 증착 감지를 실행하는 감지 척과 관련된 소정의 문제들을 해결한다. 분말 증착 감지 및 측정에 적합하게 만들어진 전하 감지 척이 강조되었지만, 주어진 기술은 시작 전극 또는 소스 위치로부터 목표 전극 또는 위치로 비드를 이동, 절환, 변이 또는 처리하는 것을 돕기 위하여 전기장을 제공하고 또한 처리를 실행하는 모든 정전기 척을 개선하기 위해 적용된다.
도1은 증착 및 실드 전극을 도시하며 그리고 일반적인 전기장 및 동작전압 적용에 따라 선택된 전하를 도시한 정전기 척의 일 실시예를 도시한 부분 단면도.
도2는 분말을 유인할 수 있도록 선택된 순간 전하를 도시한, 도1의 정전기 척의 부분 단면도.
도3은 입자 접촉면 근처에서의 원치않는 극성화 가능한 물질의 영향을 기호로 도시하고 있는, 도2의 정전기 척의 부분 단면도.
도4는 입자접촉면의 근처에 원치않는 이온의 영향을 기호로 도시하고 있는, 도2의 정전기 척의 부분단면도.
도5는 서로 매치되는 표면적을 가지는 증착 및 실드 전극의 개략 평면도.
도6은 본 발명을 이용한 정전기 척에 사용하기 위한 간단한 예시의 구동 회로의 개략도.
도7은 정전기 척의 바람직한 실시예를 도시한 도면.
따라서, 본 발명의 목적은, 증착 전극 근처의 축적된 입자 전하를 측정함으로써 입자 증착 감지 실행시 입자 접촉부 근처에서의 원치 않는 이온 종류 및 극성화가능한 물질의 에러 발생 효과를 감소시키는 방법을 제공하는 것이다. 이것은 더욱 정확하게 그리고 재생가능하게 입자 증착을 감지할 수 있도록 한다.
일 실시예에서, 본 발명은 증착 전극 근처의 입자 접촉면의 일부로 입자를 끌어당기기 위한 정전기 감지 척을 제공하며, 상기 정전기 감지 척은 상기 입자 접촉면에 유인장(Ea)을 선택적으로 형성하기 위한 증착 전극(DE)과, 상기 증착 전극에 관하여 반대로 편의된 실드 전극(SE)과, 상기 증착 전극 및 상기 실드 전극 각각에 축적된 전하를 측정하기 위하여, 상기 증착 전극에서 감지한 제1 전하로부터 상기 실드 전극에서 감지한 제2 전하를 뺌으로써 상기 (반대 극성의) 실드 전극에서 축적된 전하가 평형을 이룬 상기 증착 전극에서의 축적 전하량을 결정하는 전하 감지 회로를 포함하는 픽셀을 포함한다.
선택적으로, 본 발명에서는, 최소한 하나의 극성화 가능한 물질의 존재시에 있는 입자 접촉면(PCS) 상에서 증착 전극(DE)에 인접한 분말을 유인하기 위하여,그리고 상기 분말이 상기 증착 전극 근처에서 유인되어 보유되는 경우 그 분말의 전하를 감지하기 위하여 제공된 정전기 척이 제공된다. 상기 전전기 감지 척은 입자 접촉면에서 유인장(Ea)을 선택적으로 형성하기 위한 증착 전극과, 상기 증착 전극에 관하여 반대로 편의된 실드 전극을 포함하며, 상기 실드 전극은 상기 증착 전극에 인접한 임의의 극성화 가능한 물질에서의 극성에 의하여 형성된 전기 전하 분포가 유사하게 형성된 상기 실드 전극에 인접한 반대편 극성 또는 방향의 전기적 전하 분포에 의하여 적어도 부분적으로 매치되도록 그렇게 상기 증착 전극에 관하여 위치, 크기, 방향이 결정된다. 이러한 방법으로, 상기 전기 전하 분포에서 그리고 유사하게 형성된 반대 극성의 전기 전하 분포에서 각 전하의 합이 0인 경향이 있다. 상기 실드 전극은 상기 증착 전극에 바로 인접할 필요는 없다. 다른 실시예에서, 상기 실드 전극은 상기 증착 전극에 바로 인접하여 배치될 수 있다.
본 발명은 상기 증착 전극(ADE)의 유효 표면적에 매치되는 상기 실드 전극(ASE)의 유효 표면적을 가짐으로써 상기 매치가 많은 부분에서 달성되는 실시예를 포함한다. 이 실시예에서 바람직하게는, 상기 표면적은 드리프트 또는 에러를 해소할 필요가 있는 경우 조절된다. 상기 척은 상기 증착 전극 또는 실드 전극에 인접한 것 중 어느 하나에 배치되는 유전층(D)을 추가로 포함할 수 있다. 또다른 실시예에서, 상기 픽셀은, 상기 증착 전극 또는 실드 전극에 의하여 한정되지 않는 위치에서 상기 입자 접촉면 상에 돌출되는 영역을 점유하도록 하는 크기, 위치, 방향이 설정되는 하나 이상의 배면 전극(BE)을 포함한다. 상기 하나 이상의 배면 전극(BE)은, 제2 전하를 빼서 달성되는 에러 수정을 증가시키기 위하여 상기 증착 전극 또는 실드 전극에서 장의 세기를 조절할 수 있도록 크기, 위치 및 방향 설정될 수 있다. 선택적으로, 상기 척은 상기 배면 전극 및 상기 증착 전극 또는 실드 전극 중 어느 하나 사이에 배치된 유전층을 추가로 포함한다. 상기 증착 전극 및 상기 실드 전극은 선택적으로 동일 평면일 수 있다.
본 발명은, 상기 정전기 감지 척의 전극을 구동시키고 그와 계면한 구동회로를 포함하며, 상기 구동 회로 자체는 [a] 제1 및 제2 와이어로 된 두 와이어의 AC 결합 회로와, [b] 상기 AC 결합 회로의 제1 및 제2 와이어에 연결되며, 상기 증착 전극 및 실드 전극 중의 하나에 각각 연결하기 위한 DC 추출용의 저극점 및 고극점을 가지는 휘스톤 브리지와, [c] 상기 AC 결합 회로의 제1 및 제2 와이어 중 어느 하나에 연결되는 감지 커패시터를 포함하며, 여기서 상기 전기 전하 분포 및 유사하게 형성된 반대 극성의 전기전하 분포에서 상기 검출된 각각의 전하의 합은 감지 에러 또는 드리프트를 감소시키도록 조절(예를 들면, 0으로)된다. 선택적으로, 상기 AC 결합 회로는 AC 편의 소스에 의해 구동되는 1차 와인딩과 제1 및 제2 와이어를 제공하는 2차 와인딩을 구비한 실드 변압기를 포함한다.
본 발명은 또한, [a] 유인장(Ea)을 형성하는 정전기 감지 척의 증착 전극에 대해 제1 전위를 인가하고, [b] 상기 제1 전위에 대하여 반대로 편의된 상기 실드 전극에 대해 제2 전위를 인가하고, [c] 상기 입자 접촉면의 영역으로 입자들을 상기 제1 전위를 이용하여 끌어당기고 그리고 보유되는 단계들을 포함한다. 또한,본 방법은 [d] 상기 감지 회로를 이용하여 축적 입자 전하의 설정량을 감지한 후 상기 제1 전위를 감소시킴으로써 증착 전극 근처에서의 입자 증착을 중지하는 단계를 추가로 포함한다.
선택적으로, 전기 전하 분포에서 그리고 유사하게 형성된 반대 극성의 전기전하 분포에서 각각의 전하의 합을 조절하는 경우에 제2 전하를 빼거나 또는 더하여 달성되는 에러 수정을 증가시키기 위하여 제3 전위가 하나 이상의 배면 전극(BE)에 인가된다.
또한, [e] 상기 증착 전극에 가해진 제1 전위를 감소시킬 수 있고, [f] 상기 분말을 방출할 수 있다. 또한, [g] 원하는 위치에 상기 정전기 감지 척을 정렬할 수 있다.
본 발명은 또한 불균형 에러 전하(Qunbalanced)를 감소시키기 위한 방법을 포함하며, 여기서 상기 방법은 [a] 유인장(Ea)을 형성하기 위하여 상기 정전기 감지 척의 증착 전극에 제1 전위를 인가하고, [b] 제1 전위에 관하여 반대로 편의된 상기 실드 전극에 대해 제2 전위를 인가하고, [h] 제1 전위, 제2 전위, 및 Qunbalanced= Cchuckㆍ Vdrift, 여기서Cchuck은 상기 정전기 감지 척에 대한 상기 증착 전극 용의 유효 커패시턴스인 식을 만족하도록 불균형 전압 드리프트를 낮추기 위하여, 배면 전극(BE)에 가해진 제3 전위를 포함하는 전위 그룹으로부터 선택된 최소한 하나의 전위를 조절하는 단계를 포함한다. 상기 단계[h]는, 불균형된 전하 Qunbalanced가, 예를들면, 20마이크로쿠울롱 이하의 허용 한도를 가지도록 할 수 있다.
또한 청구범위 제1항의 정전기 척의 동작벙법이 제공되며, 그것은 최소한 4개의 픽셀이 전하 감지 픽셀이고, 그 전하 감지 픽셀은 정전기 척의 입자 수집 영역 모두를 전체적으로 한정하는 대표적인 4개의 영역 각각에서의 증착을 제어하도록 설비된, 증착 전극이 결합된 입자 보유 영역을 포함하는 최소한 4개의 픽셀을 상기 정전기 척 내에 제공하고, 상기 정전기 척의 상기 입자 보유 영역에 입자를 가하기 위하여 상기 정전기 척을 동작시키고, 상기 전하 감지 픽셀에 의하여 제공된 데이터를 기초로 한 상기 증착 전극에 가해진 입자 유인 편의들을 제거 또는 역전시키는 단계들을 포함한다.
추가로, 공기 중에서 동작하는 정전기 척이 제공되며, 그것은 고상 유전체로 형성된 제1 층 및 상기 제1 층으로부터 떨어져 대면한 증착면을 구비하고 공기에 의하여 상기 증착 전극들로부터 실질적으로 분리된 최소한 하나의 증착 전극 및 상기 제1 층으로부터 떨어져 대면한 증착 결합면을 구비한 최소한 하나의 실드 전극을 포함하며, 상기 제1 층 상에 형성된 제2 층을 포함한다. 바람직하게는, 상기 증착면 및 상기 증착 결합 면을 통합한 가상면은 평면이거나 또는 부드러운 곡면이어서 (바람직하게는 기판을 신장시키지 않으면서) 유연성 평면 기판과 부드럽게 합치된다.
용어의 정의
본 명세서를 통하여 이하의 정의들이 적용될 것이다:
"AC"(교류)는, 특히 주기적으로 방향을 전환하는 전기 전류 또는 변화하는 극성에 가해진 임의의 전위를 나타낸다. AC 파형은, DC 성분을 추가하거나 또는 추가하지 않은 상태로 반복된 단일의 극성 펄스(이하 펄스로 한다)를 포함하는 정류된 사각 파형 등과 같은, 그러한 교번 전류의 임의의 부분 또는 성분을 말한다.
"음향(Acoustic)"은 공기중의 음파를 말하지만, 더욱 일반적으로는 비드 분배기 또는 비드 제조실 내에서 사용되는 탄성 매질의 임의의 특성변화를 포함한다. 가능한 탄성 매질로서 건조 질소, 다른 가스들, 물, 오일, 프로필렌 글리콜, Freon의 상표를 가지는 임의의 화합물 (탄소, 불소등과 같은 원소, 및 염소 및 수소 등과 같은 할로겐을 포함하는 알파화 유기 화합물) 등과 같은 냉각제, 모래 등을 포함한다. 변화되는 특성으로는, 압력, 입자 또는 분자 배치, 또는 밀도가 포함된다. 보통, 이것은 탄성 매질 내에서는 종방향 압축파를 사용하여 달성되고, 스피커(이하의 정의 참조)에 의하여 제공되며, 그러나 그것은 탄성 매질의 분사 또는 흐름을 이용하여 발생될 수도 있다.
"편의(bias)"는 도체에 인가된 임의의 평균 직류(DC) 전압을 말한다. 이것은, 시간에 대하여 평균할 때 인가된 전체 전압이 0이 아닌 DC인 가변 전류(AC), AC 파형, 또는 펄스를 포함할 것이다.
"도체" 및 "전극"은, 연속 또는 비연속의, 전류를 통하게 할 수 있는 표면 또는 표면 집합을 포함한다.
"DC"(직류)는, 일 방향으로만 흐르는 유사 정지 전류 또는 단일의 불변 극성의 임의의 전위을 나타낸다.
"유전체(Dielectric)"는, 전기장이 그 내부에서 최소 전력 입력으로 보유될 수 있는 전기 절연체 등과 같은 임의의 유전 물질을 말한다. 상기 용어는 일반적으로, 이 정의를 만족시키도록 취급되는 경우, 예를 들면 라디오 주파수 적용 전압에서 고상 금속이 유전체로 생각될 수 있는 것으로 적용된다. 이 유전 물질은 고상일 필요가 없고(예를 들면, 중공일 수 있다), 그것은 하부 구조 또는 서로 상이한 구성의 유전체 부분 또는 물질 형태로 제조될 수 있다.
"증착 전극"은, 입자 접촉면에서 분말, 비드, 물체 또는 입자 등과 같은 물질을 유인하거나 보유 또는 전기적으로 영향을 끼치는 임의의 전극을 의미한다.
"플로우팅 전극"은 접지 또는 다른 전극으로부터 전기적 절연되고 하나 이상의 입자 보유 영역에 비드를 끌어당기기 위하여 하나 이상의 비드 전극에 전기용량성으로 결합된 임의의 전극을 말한다.
"매치(matched)"는 제어 신호 등과 같은 제3의 양을 최소화 또는 최대화하도록, 두 개의 개별 전극 표면적 등과 같은 2개의 양을 선택하는 것을 말한다.
"인접(near)"은 증착 전극의 돌출부가 놓인 곳과 가장 가까운 기판상에 형성된 전하 분포 등과 같이, 문제의 구조에 바로 근접한 또는 가장 가까운 곳을 의미한다.
"입자(particicles)"는 본 적용을 위하여, 일반적으로 최소한 약 3nm의 평균 직경의 분자 집합체를 의미하며, 최소한 약 500nm 또는 800nm이고, 바람직히게는 100nm로부터 약 5mm의 범위 내이며, 예를 들면 약 100nm 내지 500㎛, 또는 1㎛ 내지 40㎛이다. 입자는 미세 분말 입자, 또는 "비드"라고 하는 중합체 구조의 입자이다. 비드는 코팅될 수 있으며, 분자를 흡수, 포획, 또는 그밖에 다른 물질을 운반할 수 있다.
"입자 접촉면(Particle contact surface)"은 입자에 대해 충격, 접촉 또는 노출의 영향등, 그러한 접근 방법이 물리적으로 촉진되든지 방해받든지에 관계없이 그 영향을 받기 쉬운 정전기 척의 모든 표면을 포함한다. 상기 입자 접촉 영역(이하의 정의 참조)을 상세히 설명할 때, 입자 보유 영역은 입자 접촉면의 나머지와 별개로 고려될 수 있어서, 정전기 조작 척 내에서의 배치 설명을 용이하게 한다.
"입자 보유 영역(Particle retention zone)"은, 증착 전극에 의해 발생되는 입자 유인장이 입자를 끌어당기고 입자를 보유하는 곳에서의 상기 입자 접촉면의 표면들을 포함한다. 상기 입자 보유 영역은 입자 접촉면의 홀, 개구, 리세스 영역 등에서 발견될 수 있다.
"극성화 가능한 물질(Polarizable material)"은 완전 진공에 의해 존재하는 것보다 더 큰 전기적 극성에 관한 물질을 포함한다. 수반되는 청구범위의 목적을 위하여, 이 용어는 또한 특별한 보유 영역으로의 이동 등과 같은 이온 이동에 의한 임의의 그리고 모든 효과를 포함한다.
"펄스(Pulse)"는 상수 또는 거의 상수인 적용 전위의 빠른 변화를 말한다. 이 변화는 기판 상에서의 전하 붕괴 또는 전하 누설에 관하여 유한한 지속기간을 가진다. 형상에서, 하나의 펄스 또는 일련의 펄스들은 스파이크 또는 AC 파형의 부분 또는 성분들과 유사할 수 있다.
"축소(Reducing)"는, 비드 방출을 허여하거나 또는 보유힘의 감소를 허여하기 위하여 비드 전극에 대해 적용 전위를 감소하는 등과 같이, +500V로부터 -500V로 또는 그 역으로 등과 같이 상기 적용 전위 또는 힘의 감소 또는 극성 또는 부호의 반전을 포함한다.
"실드 전극(Shield electrode)"은 상기 증착 전극에 인접하거나 그를 에워싸는 임의의 전극을 의미하며, 증착 감지 중에 때때로 상기 증착 전극에 대하여 반대로 편의됨에 의하여 본 발명의 목적을 만족시킨다. 상기 실드 전극은, 입자 보유 영역에서 증착 전극으로부터 발산하는 유인장에 의하여 영향을 받는 것으로부터 하전 입자를 실드(최소한 부분적으로)하기 위하여 그리고 소정의 입자 보류를 촉진하기 위한 국부적 전기적 유인장 등을 한정 및 (좁게)형성하기 위하여, 상기 입자 접촉면에서 또는 표면에 인접하여 초점 전극으로서 작용한다.
"스피커(Speaker)"는 압전 소자 등과 같은 확성기, 변환기의 장치 또는 소자를 말한다. 즉, 압력 변조를 통하는 것과 같은 음향 에너지를 제공할 수 있으며, 더욱 일반적으로 그것은 입자 조작 장소 내부에 사용되는 탄성 매질의 특성을 변하게 할 수 있는 임의의 소자이다.
"기판(Substrate)"은 정전기 척을 사용하는 과정에서 입자를 수용하거나 축적하는 임의의 물질체를 말한다. 예를 들면, 분말 입자의 형태로 활성 성분이 유도되고 보유될 수 있는 조제 적량 형태일 수 있다. 기판은, 예를 들면 청전기 척의 입자 접촉면 상으로 클램프되거나 배치되어, 각 입자 보유 영역의 돌출부에 인접한 곳이나 그 위에 분말을 수용할 수 있다.
"0을 향한 경향(Tend Toward Zero)"은 감소되는 양을 말하며, 0을 향한 양을 재촉하는 임의의 변화를 포함하거나 아니면 유사하게 상기 양의 가동 평균이 0을 향하는 한 "오버슈트(overshoot)"를 가지는 방법을 포함한 다른 임의의 방법을 사용한다.
전극 방향에 관하여, 본 발명은 증착 전극이 실드 전극에 근접하게 배치되는 것과 같은 그러한 용어 "근접한"을 사용하여 때때로 한정된다. 이 내용에서, 단어 "근접한"은, 내용에 적당하게, 밀접한, 바로 인접한, 또는 단지 바로 근처를 의미한다.
비록 용어 "정전기"가 여기서 사용되기는 하지만. 본 발명에서 사용되는 전극 및 도체 상의 전하의 시간 변화량에 관하여 어떠한 한정도 없다는 것을 주의하는 것이 또한 중요하다. 전기적 전류는 설명된 바와 같이 입자 조작 척을 사용하는 과정에서 필요한 것처럼 전기 전하를 적용하거나 제거하기 위하여 흐를 수 있으며 흐를 것이다. 용어 "전기적"이 용어 "정전기" 대신에 사용되기는 하지만, 전기력 또는 정전기력이 비드를 끌어당기는데 사용되는 반면, 사용된 적용 전위의 주파수가 상대적으로 낮다는 것을 명백히 하도록, 즉 라디오 또는 마이크로파 주파수 차원에 있지 않다는 것을 의미하도록, 편의상 차이를 둔다. 전위는 전기적 전위 또는 적용 전압을 말한다.
도1, 도2, 도3, 및 도4를 참조하면, 본 발명에 따라 사용되는 정전기 감지 척의 부분 단면도가 한 픽셀 또는 입자 보유 영역에 대해 주어진 구조를 갖고 보유된 기판을 가지도록 도시된다. 도시된 정전기 척은 단순히 설명을 위한 것이며, 단지 상세한 설명을 용이하게 하기 위한 실시예로서 주어지는 것이다. 그것은 본 발명을 실행하는데 사용되는 많은 일반적인 정전기 척 및 교체 척 구성 중의 하나이다.
도시된 정전기 척은 선택적으로 가해진 입자 유인장을 제공하는데 사용될 수 있는 증착 전극(DE)을 포함한다. 에어 갭(아니면, 만약 원한다면, 다른 유전체)에 의하여 증착 전극(DE)으로부터 분리된 초점 또는 실드 전극(SE)이 또한 도시된다. 상기 실드 전극은 상기 증착 전극에 인접할 필요는 없다. 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE) 모두 평면 유전층(D)의 바닥면에 고정 또는 접촉된다. 박층형성, 분말증착 또는 마그네트론 스퍼터링 또는 전자 빔 증착 등과 같은 박막 증착 등과 같은 이 기술분야에서 공지된 임의의 기술들을 사용하여, 유전층(D)이 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE) 중 어느 하나 또는 둘다에 가해질 수 있다. 사용되는 유전체는, 뉴욕 주 코닝에 소재한 코닝사(Corning Inc. Corning, NY)의 코닝 파이렉스 7740 글래스(Corning Pyrex 7740 glass), 세라믹스, 폴리이미드 수지 등과 같은 일상적으로 유용한 물질을 포함하고, 일반적으로 그 두께는 10-20mils이고, 또는 다른 승인된 유전체를 포함할 수 있다. 유전층(D)은 사용자를 안전하게 하고, 조작자를 고전압으로부터 절연할 수 있다.
일반적으로, 도시된 바와 같은 전극(DE 및 SE)의 하부 노출면 뿐만 아니라 유전층(D)의 하부 노출면은, 비드 분배기 또는 (도시되지 않은)컨테이너 내부에 비드에 대해 충격, 접촉, 또는 노출 가능한 입자 접촉면(PCS)을 형성한다. 기판이 설명을 위하여 척의 표면에 겹쳐지기 때문에, 입자 접촉면(PCS)은 상기 입자 접촉면(PCS)의 부분 집합을 따라, 기판의 바닥면에 오프셋되고, 여기서 입자는 유인되고, 보유되며, 이후에 방출 가능하게 되며, 여기서 입자 보유 영역(PRZ)으로 지칭된다. 상기 입자 보유 영역(PRZ)에서 입자를 끌고 보유하기 위하여, 하나 이상의 증착 전극(DE)이, 조작되는 입자에 대하여 유인되도록 편의된다. 예를 들면, 와이어, 도선, 케이블, 비어 또는 (도시되지 않은)버스를 이용하여, 양의 전위 또는 편의가 증착 전극(DE)에 인가될 수 있으며, 도시된 바와 같이 양의 부호 전하를 사용하여 나타내어진다. 이 유인된 편의는 대략 도시된 바와 같이 유인장(Ea)을 제공하며, 증착 전극(b) 및 입자 보유 영역(PRZ)을 향하여 음의 순간 하전 입자를 가속한다. 마찬가지로, 실드 전극(SE) 상에 음의 부호의 전하를 이용하여, 이하에 음으로 도시되는 실드 전극(SE)에 가해진 반대편 편의에 의하여 도시된 바와 같은 반발장(Er)이 발생하게 된다. 그러한 논의는 음으로 하전된 입자를 유인하기 위한 가능한 정전기 척의 동작을 설명한다. 양으로 하전된 입자를 끌기 위하여, 여기에 그리고 주어진 극성 및 다른 극성이 절환될 수 있다.
선택적 배면 전극(BE)이 유전층(D)의 상부 평면에 도시되고, 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)으로부터 그 면 상에서 상방으로 한정 돌출됨으로써 커버되지 않는 것으로 영역 내에 도시된다. 배면 전극에 유인된 입자에 대해 일반적으로 반발하는 전위를 적용하는 것이 에지 효과를 미세하게 조정하는데 사용될 수 있고 그리하여 드리프트가 제거되고 정확도가 개선된다.
도시된 바와 같이, (도시된 기판이 입자 접촉면(PCS) 및 입자 보유 영역(PRZ)을 하향 이동시킨다 하더라도) 입자 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)은 입자 접촉면(PCS) 또는 입자 보유 영역(PRZ)에 대해 노출된다. 그러나, 도시되지 않은 추가의 유전 물질이 전극(DE 및 SE)을 커버하도록 제공될 수 있다. 그 경우, 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)에 가해진 각각의 전위에 의하여 발생되거나 또는 각각의 화상 전하 형성에 의하여 발생된 전기장은, 추가의 유전층에서의 유전 상수(ε)에 따라 비등방성의 전기 극성에 의하여 그 유전층 내에서의 순간 전기장이 감소한다. [1975년 뉴욕 주에 소재한 존 윌리 엔드 선즈사의 "전통 동전기"의제2판(Classical Electrodynamics 2nd Ed., John David Jackson, ⓒ1975, John Willy & Sons, New York) 참조]
증착 전극(DE)에 양의 전위가 인가되고, 실드 전극(SE)에 음의 전위가 인가되면, 기판 및 유전층(D)에서 극성이 발생한다. 이 극성은 유전층(D)의 평평한 면에서 음 및 양의 표면 전하의 반-시드된 로우(half-seeded row)로서 도시된다. 이것은 설명을 위하여 이하에 도시된 바와 같이 유전층(b) 내부의 전기장의 반을 상쇄하는 일련의 전기적 쌍극자 - 서로 이격된 양전하 및 음전하 - 를 형성한다. 설명하자면, 이것은 유전층(D)에 대하여 유전 상수 ε=2에 (정확히)일치한다. 상기 기판에 발생하는 이 성극작용은 단지 반-시드된 로우의 전하와 함께 다시 명백히 상기 증착 전극(DE)에 도시된다. 적용된 전위의 함수로서 전극(DE 및 SE)의 임피던스가 커패시터의 법칙에 의하여 지배된다.[참증: 1978년 뉴욕 주에 소재한 존 윌리 앤드 선즈사의 저자가 데이비드 할리데이 및 로버트 레스닉인 "물리학"의 제3 판(Physics, 3rd Edition, by David Halliday and Robert Resnick, John Willy & Sons, NY, ⓒ1978)참조] 증착 전극(b) 근처에서, 정전기 화상 장이 도시된 Ea와 동일한 주된 방향을 가르키면서, 상술된 바와 같은 강력한 정전기 화상력이 강력한 하전 입자 보유를 위하여 제공된다.
도2에서, 장 라인 및 바닥 기준 특성이 명백하게 하기 위하여 제거된 정전기 척이 다시 도시된다. 상기 기판에서의 모든 부호 전하들은 상기 기판 표면에서 결과로서 발생하는 완전-시드된 부호의 표면 전하를 포함하고, 증착 전극(DE)에 인접한 입자 유인 전위(양) 및 실드 전극(SE) 근처에서의 입자 반발 전위(음)를 설명한다. 이 전하들은 "순간 전하"로서 도시된다.
그러나 불행히도, 도시된 바와 같은 기판 표면에서의 순간 전하는, 실제로 기판 또는 입자 수용 표면에서의 주변 오염 물질 및 변수에 의하여 영향을 받는다. 도3에 도시된 바와 같이, 먼지, 수증기, 또는 다른 극성화가능한 물질(부호로 도시, 전하 쌍극자를 이용한 "극성화 가능한 물질 ")이 기판 표면으로 돌진하고, 입자 접촉면(PCS)에 배치된 새로운 추가된 유전체가 있는 것처럼 도2에 도시된 순간 전하를 부분적으로 중성화할 가능성이 있다. 입자 보유 영역(PRZ)에 끌려진 입자들("P"로 도시)은 이 극성화 가능한 물질과 맞서야 하고, 더욱 특히 이것은 증착 및 축적된 전하 관계에 작용할 것이다.
전기적 증착 모니터링은 일반적으로 증착 전극(DE) 및 축적된 입자 전하, 및 기판 등과 같은 임의의 개재 유전층에 의하여 형성된 커패시터에 의존한다. 입자 보유 영역(PRZ)에 형성된 유효 커패시터 상에 형성된 전하를 감지함으로써, 실제 축적된 입자 질량의 측정이 실험 및 측정 후 감지될 수 있다. 일반적으로, 일정한 범위 및 조건 하에서, 도2에 도시된 순간 전하가 예측 가능한 형태
M=βQ (7)
로 일차로 입자를 끌어당기는 한, 증착 전극(DE)에서 감지된 전하(Q)는 축적된 실제 입자 질량(M)에 비례한다. 여기서, β는 주어진 척 기하, 입자 및 동작조건으로 실험 및 측정에 의하여 결정되는 상수이다. 1998년 6월 10일에 출원된 특허 제09/095,425호, 썬 등의 "비드 제조 척을 위해 편의된 AC 파형(AC WaveformsBiasing For Bead Manipulating Chucks)"를 참조한다.
분위기 중의 먼지, 증기, 오염 물질 및 보통의 가스가 상기 축적된 전하 대 실제 입자 질량 관계의 드리프트 또는 에러를 발생시킬 수 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 입자(P)는 또한 상기 입자 처리 장소에서 주위 공기 또는 다른 매질로부터 이온과 맞서고, 상기 증착 전극(DE)에서 입자 보유 영역(PRZ)으로 끌려진 음의 이온과, 그리고 실드 전극(SE)에서 입자 접촉면(PCS)으로 끌려진 양의 이온과 맞선다.
이온 및 극성화 가능한 물질이 입자 보유 영역(PRZ)의 입자 유인성을 저하시키는 정도가 예측할 수 없으며, 이전에 대해 보상불가한 β값에서의 드리프트를 발생시킨다.
이상적으로, 입자 조작 장소를 가로질러 가해진 (도시되지 않은)임의의 판별장(Ediscrim), 그리고 거기에 형성된 임의의 극성화 장(Ep)이 입자 보유 영역(PRZ)의 근처에서 상대적으로 작고, 거기에 입자를 보유하도록 작용하는 임의의 순간 또는 전체 전기장(Eretain)은 정전기 화상 장(Eimage), 임의의 유인 장(Ea), 및 임의의 반발 장(Er)의 합과 사실상 대략 동일하다.
Eretain~ Eimage+ Ea+ Er(8)
그리고 전하(q)를 가지는 임의의 보유 입자 상에서의 결과적인 보유력(Fretain)은 사실상 정전기 화상력 및 하나 이상의 증착 전극(DE)에 가해진 유인 및 반발 편의력 만의 함수이다:
Fretain= q Eretain~ q (Eimage+ Ea+ Er) (9)
그러나, 이 상태는, 이온 및 극성화 가능한 물질이 입자 접촉면(PCS)에서 발견될 때 적용되고 않고, 또한 입자 보유 영역(PRZ)에서 축적된 유효한 이온 및 극성 전하는 축적된 입자 질량의 불충분한 예측장치를 감지하는 전하를 만든다.
발견된 해는, 실드 전극(SE)이 증착 전극(DE)에 관하여 반대편으로 편의된 상태로 기술된 바와 같이 전극의 사용과 양립 가능하다. 그러나, 이제 실드 전극(SE)은 증착 전극(DE) 근처의 극성화가능한 물질에서 극성화에 의하여 형성된 (도시되지 않은)전기 전하 분포가 유사하게 형성된 상기 실드 전극에 인접한 반대 극성의 전기 전하 분포에 의하여 최소한 부분적으로 매치될 수 있도록, 상기 증착 전극(DE)에 관하여 위치, 크기 및 방향이 설정된다. 이 전기 전하 분포에서 증착 전극(DE) 및 실드 전극과 결합된 각각의 반대 전하의 합이 이를 향하는 경향이 있다.
도3에서, 이것은 사실상, 상기 실드 전극(SE) 근처의 극성화 가능한 물질에 대하여 부호로 도시된 쌍극자 모멘트의 합이 증착 전극(DE)에 인접한 극성화 가능한 물질에 대하여 부호로 도시된 쌍극자 모멘트의 합과 동일하거나 거의 동일하도록, 실드 전극(SE)이 위치, 크기, 및 방향이 설정된다는 것을 의미한다. 이하에 기술된 구동회로와 관련하여, 이것은 결과적인 에러 또는 배경 영향이 영이 될 것이라는 것을 의미한다.
마찬가지로, 실드 전극(SE) 근처의 입자 접촉면(PCS)에서의 이온 전하에 의해 형성된 상기 전하분포는, 설계상 증착 전극(DE) 근처에서의 이온 전하에 의해 형성된 전하 분포가 같거나, 거의 같고, 그리고 극성에서 반대이다. 극성화 가능한 물질로 인한 전하분포의 매칭은, 그것이 더미 또는 테스트 유전체를 이용한 테스트를 통하여 용이하게 입증할 수 있기 때문에 선택된다. 설명된 바와 마찬가지 방식으로, 전극(DE 및 SE)으로 이론 종류의 이종에 의한 전하 분포가 이하에 기술된 구동회로에 의하여 밸런스되고, 관련된 드리프트 또는 에러 없이 감지되도록 축적 입자 전하를 남겨 놓는다.
평면의 척을 위하여, 전하 분포의 이 매칭을 달성하기 위한 가장 쉬운 방법은 증착 전극(DE)의 표면적(ADE)을 실드 전극(SE)의 표면적(ASE)에 대하여 매칭시키는 것이다:
ADE~ ASE(10)
패드 및 링 구성에서 각각 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)을 가진 상태에서, 이것은
ADE= πr2 DE~ π(R2 SE_2- R2 SE_1) = ASE(11)
여기서 rDE는 증착 전극(DE)의 유효반경이고, RSE_2및 RSE_1는 각각 실드 전극(SE)의 외부 및 내부 반경이다. 그러나, 이 상세한 설명에서 임의의 형태의 전극을 사용하는 것을 방지할 수 없고 그래서 방정식(10)이 더욱 일반적이다.
에지 효과 및 기하학적인 고려로 인하여, 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)의 표면적의 매칭은 이온 및 극성 전하 분포를 끌기 위한 전극(DE 및 SE)의 유효 임피던스를 매칭함에 있어서 가이드이며 출발점으로서 매우 유용하다. 상기 효과를 미세 조정하기 위하여, 전위가 배면전극(BE)에 가해져서 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE) 둘다를 향하여 또는 그 둘다로부터 멀리 약간의 전하 이동을 유도한다.
선택적으로, 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)은 서로 다른 표면적을 가지며, 면적 차를 보상하는 크기를 가지는 반대의 적용 전압에 의하여 보상된다. 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)의 방향은 동일한 방식으로 보상될 수있으며 표면적의 실제 매칭에 대한 필요성을 감소시킨다.
배면 전극(BE) 상의 전위를 조절하거나, 및/또는 전극(DE 및 SE) 상의 상대적인 (반대 극성의) 전위를 조절하든지 간에, 본 목표는 유인된 이온 및 극성 전하 분포에 의하여 형성된 전압의 평형을 이루는 것이다. 증착 공정을 시작하기 전에, 이 전위는, 바람직하게는 사용되는 기판이 에러를 최소화하는 위치에서, 센서 에러 전압 또는 드리프트가 0으로 되도록 조절될 수 있다. 바람직한 정전기 척에 대하여, 이 전위는 센서 드리프트를 10pA(picoamp) 이하이고 보통은 3-5pA이도록 조절될 수 있다. 이것은 6mV/min 이하의 드리프트에 대응한다. 이 개념은, 허용가능한 불균형 에러 전하가 0으로 가도록 전위를 원하는 방식으로 조절하는 것이다. 전극(DE 및 SE)에서 허용될 불균형 전하(Qunbalanced)를 위하여, 허용가능한 불균형 전압 드리프트(Vdript)가,
Vdript= Qunbalanced/ Ccheck(12)
에 비교될 수 있으며, 여기서 Ccheck는 척의 증착 전극(DE)의 유효 커패시턴스이고, 그것은 기판을 포함한 전극 기하 및 그 주변 유전체의 함수이다. 설명하기 위하여, 기판 상에 50mg의 증착되면서 -40mC/kg의 전하/질량비(Q/M)를 가지는 음으로 하전된 입자를 고려하라. 이것은 2마이크로쿠룰롱(microCoulomb)의 입자 전하(Q)에 대응한다. 10 마이크로패럿(microFrads)의 일반적 유효 척 커패시턴스에 대하여, 분말 전하에 대해 관계 V=Q/C를 이용하여, 이것은 200mV의 축적된 입자전하로 인한 전극(DE)에서의 센서 전압에 대응한다. 5%의 허용가능 불균형(에러) 전하가 선택된다면, Qunbalanced= 0.1마이크로쿠울롱이고, 방정식(12)을 사용하여, 상기 허용가능 불균형 전압 드리프트(Vdript)는 10mV일 것이다. 실제로, 임의의 또는 모든 전극(DE, SE, 및 BE)에서의 전압은, 증착 전극(DE)에서의 초기 검출 센서 전압이 입자 증착을 시작하기 전에 10mV 이하로 되도록 조절된다.
도5는 매치된 표면적을 가지는 증착 및 실드 전극의 개략 평면도를 도시한다. 상기 매치된 표면적-사실상, 입자 접촉면(PCS) 상의 매치된 돌출 영역-은, 원칙상 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)이 손상된 이온 및 극성 종류로부터 크기가 같고 반대인 전하량을 끌어당길 것이고, 이 양은 구동회로에 의하여 상쇄되고, 그럼으로써 정확도를 증가시키는 것을 제공한다. 반경(rDE)=-1cm의 증착 전극(DE)에 대하여, 실드 전극(SE)의 면적-매치 후보는 내부 반경(RSE_2)=1.5cm 및 외부반경(RSE_1)=1.8cm인 링이다.
도6은, 매치된 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)에 유인된 이온 및 극성화가능한 물질과 관련된 드리프트 또는 에러를 상쇄시키는데 사용되는 구동 회로의 실시예를 도시한다. 상기 구동 회로는 공급 전극(DE 및 SE)에 대하여 절연된 DC 편의된 점을 발생시키는 한편, 축적된 입자 전하 실 검출을 가능하게 한다. 실드 스텝-업 변압기(T)의 형태에서의 AC 결합 회로는 전하 감지 회로에 대한 유도성 결합에 사용된다. 변압기(T)는 통상의 휘트스톤 브리지(WER)의 입력에 공급되고 높고 낮은 DC 출력을 가지며, 증착 전극(DE)을 향하여 원하는 극성의 하전 입자를 유인하도록 선택되는 반대의 DC 극성을 가지는 상태로, ["3축(Triax)"으로 도시된]3축 케이블을 경유하여 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)으로 공급된다. 이러한 구성으로 인하여, 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE) 상의 반대 극성의 전류 또는 전하가 검출되지 않게 될 것이나 축적된 하전 입자에 의해 발생된 증착 전극(DE) 상의 과다한 "플로우트" 또는 불균형 전하가 측정되지 않게 될 것이다. 이 불균형 전하는 순수한 접지에 결합되는 ("감지 커패시터"로 도시된)감지 커패시터에 의하여 검출될 수 있다. 감지 커패시터 대신에, 미국의 케이슬리사(Keithley)에 의해 제작된 모델 6514 일렉트로미터 등과 같은 임의의 전하 측정 소자 또는 장치의 일부가 대용될 것이다. 이리하여, 이온 및 극성화 가능한 물질에 의한 원치않는 전하 분포가 평형을 이루고, 입자 보유 영역(PRZ)에서 하전 입자에 의해 축적된 전하만을 남겨 둔다. 감지 회로를 포함하는 적절한 일렉트로닉스의 설명들을 위하여 1980년뉴욕 주 캠브리지 대학 출판사의 저자가 호로위츠 및 힐인 "전자의 기술"(Horowitz and Hill,The Art of ElectronicsCambridge University Press, New York ⓒ1980)을 참조한다.
실시예로 도시된 전극들(DE, SE, 및 BE)은 각각 단일 전도성 패드, 전도성 스트립, 이중 스트립, 전도성 메쉬 또는 필요한 장을 제조할 수 있도록 하는 임의의 다른 구성을 포함한다. 전극들이 본 발명의 범위 또는 정신으로부터 벗어나지 않는 다른 목적들을 위하여 추가된다.
음으로 하전된 입자들을 유인하고 보유하기 위하여, 예를 들면 증착 전극(DE)에 양의 편의를 형성하고, 실드 전극(SE)에 음의 편의를 형성할 수 있다. 배면 전극(BE)은 다른 전극들을 실드하기 위하여 접지되고 임의의 또는 모든 입자 보유 영역(PRZ)에서 의도된 목적지로 입자를 안내한다. 이 편의들은, 일정한 전하/질량비 및 정확한 극성의 입자가 입자 보유 영역(들)에 증착하는 것을 촉진하면서, 극성 및 전하/질량비에 따라 입자를 추려내는 기능을 한다. 기판이 상대적으로 절연성이라면, 결과적으로 하전 입자의 증착은 증착의 원인이 되는 증착 전극(DE)에 인접한 장을 소멸시킨다. 이 소멸 전에 축적된 증착 두께는 기판 커패시턴스에 의존할 것이며, 그것은 테스트 실험에 의하여 미리 쉽게 결정될 수 있다. 기판이 상대적으로 전도성이라면, 입자 자체의 절연 특성이 장을 소멸하기 전까지 연속 입자 증착이 발생할 것이다. 입자가 약간 전도성이라면, 이 효과로부터 증착 한계 제한이 없을 것이다. 기판 전도성은 충분히 낮아서, 현저한 가열 효과가 발생하지 않게 되고, 또는 사실상 전극(DE 및 SE)를 "단락" 시키고, 또는 또는 상기증착 입자에서 원치 않는 물리적 또는 화학적 변화를 발생시키게 된다. 약간 전도성인 기판은 지금 금방 기술된 두가지 사이에서의 특성을 나타낼 것이다.
입자는 적용에 앞서, 예를 들면 플라즈마 또는 코로나 충전, 유도 충전, 또는 마찰 충전(문지름 또는 접촉 충전)을 이용하여, 상기 정전기 척에 충전될 수 있다. 마찰충전을 위하여 사용될 수 있는 물질로는, 폴리테트라플루오로에틸렌 (TEFLON), 및 클로로트라이플루오로에틸렌, 염소처리된 프로필렌, 비닐 클로라이드, 염소처리된 에테르, 4-클로로스티렌, 4-클로로-4-메톡시-스티렌, 술폰, 에피클로르하이드린, 스티렌, 에틸렌, 카보네이트, 에틸렌 비닐 아세테이트, 메틸 메타아크리레이트, 비닐 아세테이트, 비닐 부티랄, 2-비닐 피리딘 스티렌, 나이론 및 에티렌 산화물의 중합체를 포함한다. 예를 들면, 일렉트리칼 프로퍼티스 오브 폴리머사(Electrical Properties of Polimers), 케이 씨 프리스크(K.C.Frisch) 및 에이 파트시스(A.Patsis)의, 코너티켓 주 웨스트포트에 소재한 (Technomic Publications, Westport, CT) 테크노믹 출판사에서 출판된 "중합체의 마찰 충전(Triboelectrification of Polymers)" 를 참조하라. 또한, 1995년 뉴욕 주의 마르첼 데커사에서 출판한 저자가 젠-시 창, 아놀드 제이 켈리 및 조세프 엠 크로울리인 "정전기 공정의 핸드북"(Handbook of Electrostatic Processes, Jen-shih Chang, Arnold J. Kelly, and Joseph M. Crowley, eds., Marcel Dekker, Inc., New York, ⓒ1995)을 보라. 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리에틸렌 및 음으로 하전되는 다른 물질들은 상기 비드 또는 입자 상에 양의 전하를 생성하는 경향이 있다. 나일론 및 양으로 하전되는 다른 물질들은 상기 비드 또는 입자 상에 음의 전하를 생성하는 경향이 있을 것이다.
유전층(D)의 노출부 상에 형성된 입자 보유 영역(PRZ)이 평평한 것으로 도시된다 하더라도, 특히 입자 크기 선택성 등과 같은 특성이 구해진다면 그것은, 리세스되거나 각지거나 볼형일 수 있으며, 또한 입자 유인, 반발 및 방출을 촉진하는 임의의 다른 프로파일을 가질 수 있다. 이 발명을 실시하는데 필요한 것은 원치않는 이온 및 극성 전하 분포 또는 전류를 평형하게 하기 위하여 상술된 바와 같이 파라미터를 선택하는 것이 전부이다. 그러한 기술은 임의의 수의 증착 전극 및 실드 전극을 이용하여 다수의 입자 보유 영역(PRZ)에 적용될 수 있다.
유전층(D)을 대신하여, 공기 또는 주변 가스 또는 진공이 유전체 또는 절연체로서 사용될 수 있다. 이것은, 캡톤-기 물질 등과 같은 유전층(D)이 전전기 척의 실행 또는 동작 후 원치 않는 정전기 전하를 보유한다면 유용하다. 이 경우, 절연된 기계적 고립부, 환형링, 또는 다른 고정부가 구성요소를 적소에 고정시키기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 고립부는 실드 전극(SE) 및 임의의 다른 추가 성분과 동일한 평면에서부터 오프셋되기는 하지만, 증착 전극(DE)을 고정시키는데 사용된다. 또한 클리닝 및 기하학적 호환성의 평평한 표면을 쉽게 형성하기 위하여, 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)은 그라인딩, 폴리슁, 또는 다른 기술에 의하여 원하는 임의의 정도로 동일 평면 상에 형성될 수 있다. 진공은 기판 또는 다른 구조를 보유하는 경우 큰 이점으로 사용될 수 있다.
도1로 시작하여 도시된 정전기 척이 단지 실시예로서 주어지기는 하지만, 적당한 전기적 및 기계적 필요성을 만족시키는 공지된 기술이 사용될 수 있는 것 처럼 전도층 및 전극을 형성하기 위한 제조 기술이 상당히 변화할 수 있다는 것이 언급되어야 한다. 전극(DE, SE, 및 BE)을 형성하기 위하여 거의 임의의 금속이 사용될 수 있으며, 그것은 각각 인듐 주석 산화물, 놋쇠, 플래티늄, 구리, 또는 금 등과 같은 열적 또는 전자기적으로 증착된 금속을 포함하고, 임의의 유용한 두께를 가지며, 바람직하게는 약 1000옹스트롬 내지 10마이크론(100,000옹스트롬)의 두께를 가진다. 동일한 사항이 유전층(D)에 대하여도 성립하고 - 사용된 물질은 주변 전극과 호환가능한 임의의 형태일 수 있으며, 예기된 적용 전압을 견디기에 충분한 유전 강도를 가지며, 세라믹 물질, 실리콘 이산화물, 알루미나, 폴리이미드 수지 및 시트 또는 다른 적당한 중합체, 알루미늄 산화물 및 티타늄 산화물 등과 같은 금속 산화물, 및 칼슘 및 마그네슘의 티탄산염을 포함한다. 유전층(D)은 10옹스트롬 내지 1000마이크론 또는 그 이상의 두께 범위에 있을 수 있다. 원한다면, 공지된 점착물을 사용하여, 다양한 층이 형성될 수 있다.
예를 들면, 더욱 우수한 유전체 강도 및 가공 가능한 세라믹 특성을 가지는 세라믹 정전기 척을 제공하는 것이 가능하며, 여기서 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE) 및 임의의 다른 원하는 전극이 기판 또는 입자 접촉면에 노출되어, 더욱 강력하고, 더욱 한정된 정전기장을 제공한다. 그러한 척은, 기판 및 전극 사이의 우수한 접촉, 더 높은 전기 브레이크 다운 (유전체) 강도, 전극들 사이의 임의의 탑재 센서들 및 전극 패드들 사이의 더 낮은 전기 누설, 위생학 또는 제약학 적용을 위한 클린 표면에로 정지, 전극의 현존 패턴을 에칭 또는 분쇄, 증기증착 또는 스퍼터된 금속의 새로운 증착에 의하여 새 전극을 다시 레이아웃함에 의한 용이한재구성, 척 내의 작은 홀을 통한 기판의 진공 홀딩 및 증착의 균일도를 향상시키기 위하여, 서로 다른 패턴으로 전극 또는 전극의 집합을 배열함으로써 증착 및 감지 전압을 각각 제어하는 능력을 제공하는 고도로 연마된 균일면 등과 같은 이점을 제공할 수 있다. 그러한 정전기 척은 다음과 같이 제조될 수 있다. 적절한 크기 및 기하의 양 측에 연마된 세라믹(예를 들면, 석영, 또는 99.6% Al2O3) 기판이 선택된다. 제1 측부는, 그 측부 상에서 입자 증착이 완성물로 처리될 것이라는 것을 가정한다. 그 다음 0.5mm 직경의 홀들이 적당한 기하학적 패턴으로 천공된다. 제1 측부 반대편의 제2 측부 상에서, 이 홀들은 증착/스퍼터된 금속의 증착에 적당한 표면을 형성하도록 원추형으로 형성되고, 모든 예리한 에지들이 둥글게 처리된다. 그 다음, 통상의 섀도우 마스크를 이용하여 상기 제1 및 제2 측부 상에 일반적으로 100 내지 500Å(옹스트롬)의 범위의 두께로 금속이 스퍼터 또는 증착된다. 그러한 제조는 1개 또는 2개의 공정 단계로 실행될 수 있다. 그 다음에 선택적으로, 제1 측부는 다이아몬드형 탄소(DLC), 실리콘 질화물, 테플론, 또는 다른 적절한 물질로 코팅될수 있다. 그러한 설계는 기하학적으로 조밀하고, 상기 증착된 금속층을 분쇄 또는 에칭하고 한편 세라믹을 주형 또는 기골로서 보유함에 의하여 변화가 형성될 수 있다.
보통, 증착 전극(DE) 및 실드 전극(SE)은, 두 방향(x 및 y)에서 별개로 어드레스 지정 가능한 임의의 수의 픽셀 또는 요소들을 포함한다. 공지된 임의의 수의 수단 및 구조가, 전기 및 전자 기술분야에서 공지된 바와 같이 어드레스 지정을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 디스플레이 작동기 기술을 참고한다.
증착 전극을 가지는 정전기 척을 사용하는 과정에서, 통상적인 다수의 동작모드가 사용될 수 있다. 입자 픽업 또는 보유를 위하여 입자 접촉면에 노출되거나 또는 노출되지 않는 증착 전극(DE)이 입자를 유인하도록 전기적으로 편의되고, 한편 정전기 척으로 입자를 부여하는 장치에서 다른 전도성 표면이 반대로 편의될 수 있다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 예를 들면 실드 전극(SE)은 반대로 편의되어야 한다. 원치않는 이온의 그리고 극성화 가능한 물질-유도 전하가 평형을 이루게 하기 위한 미세 조절이 배면 전극(BE)에 전위를 적용함으로써 만들어질 수 있다. 예를 들면, 기판 특성을 포함하는 국부적 인자가, 상기 척과 접촉한 기판을 사용하여도 감지된 "입자" 전하에서 양의 드리프트를 초래할 수 있다. 이 경우, 예를 들면 실드 전극 상에 전하를 한정하고 양의 드리프트를 제거하기 위하여 배면 전극(BE)에 양의 전위를 적용할 수 있다. 임의의 수의 증착 전극(DE)이 사용될 수 있고, 그들은 각각 2차원에서 각각의 그리고 선택적인 어드레스 지정을 용이하게 하는 공지된 수단에 의하여 각기 그리고 별개로 연결될 수 있다. 증착 감지는 여기서 기술된 것 등과 같은 구동 회로에 의하여 평형을 이루고 분리된 입자 보유 영역(PRZ)에서 원치않는 이온 및 극성 활동도를 가지고, 기술된 바와 같이 진행될 수 있다. 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, AC 파형이 기술된 DC 전압 상에 중첩되게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 정전기척을 사용할 때, 온도는 바람직하게는 -50 및 200℃사이에 있고, 더욱 특히 약 22℃ 및 60℃ 사이에 있다. 상대 습도는, 응축이 발생하지 않는 한, 0-100퍼센트일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상대 습도가 약 30퍼센트이다.
이러한 방법으로, 정전기 척이 완전히 평형을 이룰 수 있고, 사실상 원치않는 전하 분포를 상쇄하여 높은 해상도, 재생성, 및 정확도를 위하여 입자 전하 축적을 측정할 수 있게 된다. 명백히, 본 발명의 많은 변화 및 변형이 상기 내용에 비추어 가능하다. 그렇기 때문에, 수반하는 청구범위의 권리범위 내에서, 본 발명은 여기서 상세히 기술되거나 또는 제안된 바와 다른 방식으로 실시될 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 전하-감지 정전기 척은 많은 픽셀을 포함하고, 각각은 입자 보유 영역을 포함한다. 그러한 정전기 척은 상술된 전하 감지 회로를 구비한 픽셀을 추가로 포함하며, 여기서 이 픽셀은, 만약 그들이 그 픽셀들의 모두 또는 대부분이 아니라면, 정전기 척의 입자 수집 영역의 전체를 총체적으로 한정하는 최소한 4, 8, 16 또는 32[?]의 표본 영역들에서 증착을 제어하도록 분포된다. 이 내용에서 "표본" 영역은, 정전기 척의 입자 수집 영역으로 전체를 제어하도록 합리적으로 채택된 영역을 의미한다. 정전기 척은, 결정된 픽셀에서의 입자 유인 편의들이 제거되거나 반전된 기지정 끝점에 대해 코팅되어 있도록 한 상태에서, 이 전하 감지 픽셀을 통하여 제어된 픽셀에서 증착 또는 증착률로 동작된다. 보간법 또는 역사적 동작 상호관계를 이용하여 나머지 픽셀에서 증착 또는 증착률을 결정하도록 하기 위하여, 콘트롤러를 동작시키는 소프트웨어는 픽셀의 표본 집단으로부터 데이터를기입할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
도7은 기부 재료(12)에 설치된 이 구성들을 이용하여 증착 전극(14)이 유전체(바람직하게는 공기)(15)에 의하여 실드 전극(13)으로부터 분리되는 동일 평면 척(10)의 단면도를 도시한다. 증착 전극(14)은 바람직하게는 시리즈 300 스테인레스 스틸로 형성된다. 증착 전극(14)은 회로 기판(11)에 연결하기 위한 핀 리셉터클(16)을 포함한다. 기부 재료(12)는 노릴 폴리머[메사추세츠 주 피츠필드의 지 이 플라스틱GE plastics, Pittsfield, MA)] 등과 같은 유전체로 제조된다. 노릴 엔지니어드 플라스틱(Noryl engineered plastics)은 폴리페닐렌 산화물, 또는 폴리페닐렌 산화물 및 폴리페닐렌 에테르, 수지로 변형된다. 이 수지의 변형은 폴리스티렌 또는 폴리스티렌/부타디엔 등과 같은 제2 중합체로 혼합하는 것과 관계 있다. 혼합비 및 다른 첨가물을 변화시킴으로써, 다양한 등급이 생성된다. 변형되지 않은 경우, 이 중합체들은 주 분자 사슬에서 규칙적으로 밀접하게 간격 형성된 링 구조에 특징이 있다. 강한 상호분자 유인에 따른 이 구성은 지나치게 경직되고 이동성이 부족한 원인이 된다. 실드 전극(13)은, 예를 들면 점착제 또는 양측면의 고무-기의 점착 테이프에 의하여, 상기 기부 재료(12)에 접착된 전도성 물질(300 시리즈 스테인레스 스틸 등과 같은)로부터 제조될 수 있다. 유전체의 바람직한 실시예인 환형 갭이 실드 전극을 형성하는 도체층에서 일련의 홀을 천공함에 의하여 제조될 수 있다. 상기 증착 전극(14)은, 예를 들면 기부 재료 내로 압착 또는 접착될 것이다. 이 조립체는, 바람직하게는 예를 들면 0.0002인치의 허용범위 내에서, 평평한 동일 평면 표면을 형성하도록 지면에 배치된다. 유전체(15) 공기(정전기 척이동작하는 공기)인 곳에서, 바람직하게는 사용중에 공기를 포함하는 전극의 전기적 분리 부분이 상기 유전체(15)와 정렬된 정전기 척의 상부 평면에서 증착들 사이에 완전히 방출되기에 충분하다. 그러한 유전체 분리량은 "실질적인" 분리이다.
그러한 정전기 척은, 상술된 감지 회로를 제공하기 위한 전자를 제어하도록 별개로 연결될 수 있는 전기적으로 격리된 실드 전극들과 병합하는 것으로 설명된 기술을 이용하여 간단히 변형될 수 있다. 치수(A)는 예를 들면 0.01인치일 수 있고, 치수(B)는 예를 들면 0.157인치일 수 있고, 치수(C)는 예를 들면 0.236인치일 수 있고, 치수(D)인 픽셀들 사이의 피치는, 예를 들면 0.3543인치일 수 있다. 상기 정적기 척은, 증착 전극에 전압 ±700 또는 ±1,400V인 상태로 동작될 수 있다.
이 명세서에서 인용된 모든 공보 및 참증은, 특허 및 특허 출원을 포함하는 것으로 그에 제한되지 않으며, 각각의 공보 또는 참증이 완전하게 개시되는 것으로서 여기에 참증에 의하여 병합되도록 명확히 그리고 개별적으로 표시된 것처럼 여기서 온전히 그대로 참증에 의하여 병합된다. 출원이 우선권을 주장하는 임의의 특허 출원도 또한 공보 또는 참증용으로 상부에 기술된 방식으로 온전히 그대로 여기서 참증에 의하여 병합된다.
본 발명은 바람직한 실시예에서 중점적으로 기술되었으며, 한편 본 바람직한 장치 및 방법에서 변화가 사용될 수 있고 본 발명은 여기서 상세히 기술된 바와 다른 방법으로 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야의 당업자에게는 자명한 사실이다. 따라서, 본 발명은 이하의 청구범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위 내에 포함되는 모든 변형을 포함한다.
Claims (16)
- 픽셀을 포함하고, 증착 전극에 인접한 입자 접촉면의 일 부분으로 입자를 유인하기 위한 정전기 감지 척에 있어서,입자 접촉면에 유인장(Ea)을 선택적으로 형성하기 위한 증착 전극(DE)과,증착 전극에 대해 반대로 편의된 실드 전극(SE)과,각각의 증착 전극 및 실드 전극 상에 축적된 전하를 측정하는 전하 감지 회로를 포함하며,상기 전하 감지 회로는 증착 전극에서 감지된 제1 전하로부터 상기 실드 전극에서 감지된 제2 전하를 뺌으로써 실드 전극에서 축적된 전하에 의해 평형을 이룬 증착 전극에서 축적 전하량을 결정하는 것을 특징으로 하는 정전기 감지 척.
- 제1항에 있어서, 실드 전극(ASE)의 유효 표면적은 증착 전극(ADE)의 유효 표면적에 매치되는 것을 특징으로 하는 정전기 감지 척.
- 제1항에 있어서, 픽셀은 대면하지 않는 위치 내에 입자 접촉면 상의 돌출부를 형성하는 영역을 점유하도록 크기, 위치 및 방위가 설정되거나 증착 전극 또는 실드 전극에 의해 덮힌 배면 전극(BE)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 감지 척.
- 제1항에 있어서, 픽셀은 제2 전하를 빼서 달성되는 에러 수정을 증가시키도록 증착 전극 또는 실드 전극에서 장의 세기의 조절을 허용하는 크기, 위치 및 방위로 설정되는 하나 이상의 배면 전극(BE)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 감지 척.
- 제1항에 있어서, 증착 전극 및 실드 전극이 동일 평면인 것을 특징으로 하는 정전기 감지 척.
- 제1항에 있어서, 전하 감지 회로는 정전기 감지 척의 전극을 구동시키고 그 전극과 계면하는 구동 회로로서,[a] 제1 와이어 및 제2 와이어를 갖는 2개의 와이어 AC 결합 회로와,[b] AC 결합 회로의 제1 및 제2 와이어에 연결되고, DC 추출용 저극점 및 고극점을 가지며, 상기 고극점은 증착 전극 및 실드 전극 중의 하나에 연결되고 저극점은 증착 전극 및 상기 실드 전극 중의 또 다른 하나에 연결되는 휘트스톤 브리지와,[c] AC 결합 회로의 제1 및 제2 와이어 중 어느 하나에 연결되며, 여기서 상기 전기 전하 분포에서 그리고 유사하게 형성된 반대 극성의 전기전하 분포에서 상기의 검출된 각각의 전하의 합은 감지 에러를 감소시키도록 평형을 이룬 감지 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 감지 척.
- 제6항에 있어서, AC 결합 회로는, AC 편의 소스에 의해 구동되는 1차 와인딩 및 제1 및 제2 와이어를 제공하는 2차 와인딩을 구비한 실드 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 감지 척.
- 정전기 감지 척을 이용하여 입자를 증착 및 이송하기 위한 방법에 있어서,[a] 유인장(Ea)을 형성하는 정전기 감지 척의 증착 전극에 대해 제1 전위를 인가하는 단계와,[b] 제1 전위에 대하여 반대로 편의된 실드 전극에 대해 제2 전위를 인가하는 단계와,[c] 입자 접촉면의 영역으로 입자들을 제1 전위를 이용하여 유인하고 보유하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서,[d] 감지 회로를 이용하여 축적 입자 전하의 설정량을 감지한 후 제1 전위를 감소시킴으로써 증착 전극에 인접한 입자 증착을 중지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서, (전기 전하 분포 및 유사하게 형성된 반대 극성의 전기 전하 분포에서 각각의 전하의 합이 평형을 이룬 경우에 제2 전하를 더하거나 또는) 제2 전하를 뺌으로써 달성되는 에러 수정을 향상시키기 위하여 제3 전위가 하나 이상의 배면 전극(BE)에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 불균형 에러 전하(Qunbalanced)를 감소시키기 위한 방법에 있어서,[a] 유인장(Ea)을 형성하기 위하여 정전기 감지 척의 증착 전극에 제1 전위를 인가하는 단계와,[b] 제1 전위에 대하여 반대로 편의된 실드 전극에 대해 제2 전위를 가하는 단계와,[h] 제1 전위, 제2 전위, 및 Qunbalanced= Cchuckㆍ Vdrift, 여기서Cchuck은 상기 정전기 감지 척에 대한 상기 증착 전극 용의 유효 커패시턴스인 식을 만족하도록 불균형 전압 드리프트(Vdrift)를 낮추기 위하여, 배면 전극(BE)에 인가된 제3 전위를 포함하는 전위 그룹으로부터 선택된 최소한 하나의 전위를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 단계[h]는 불균형 전하(Qunbalanced)가 20마이크로쿠울롱 이하의 허용 한도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 최소한 하나의 극성화가능한 물질의 존재시에 있는 입자 접촉면(PCS) 상에서 증착 전극(DE) 근처의 분말을 유도하기 위하여, 그리고 증착 전극에 인접한 곳에서 유인 및 보유되는 경우에, 그 분말의 전하를 감지하기 위한 정전기 감지 척에 있어서,입자 접촉면에서 유인장(Ea)을 선택적으로 형성하기 위한 증착 전극과,증착 전극에 대하여 반대로 편의된 실드 전극으로서, 증착 전극에 인접한 임의의 극성가능한 물질에서의 극성에 의하여 형성된 전기 전하 분포가 유사하게 형성된 실드 전극에 인접한 반대편 극성 또는 방향의 전기적 전하 분포에 의하여 적어도 부분적으로 매치되도록 증착 전극에 대하여 위치, 크기, 방향이 설정된 실드 전극을 포함하며,상기 전기 전하 분포에서 그리고 유사하게 형성된 반대 극성의 전기 전하 분포에서 각 전하의 합이 0인 경향이 있는 최소한 하나의 전하 감지 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 감지 척.
- 제1항의 정전기 척을 동작시키는 방법에 있어서,최소한 4개의 픽셀이 전하 감지 픽셀이고, 그 전하 감지 픽셀은 정전기 척의 입자 수집 영역 모두를 총체적으로 한정하는 4개의 각각의 표준 영역에서 증착을 제어하도록 설비되며, 증착 전극이 결합된 입자 보유 영역을 포함하는 최소한 네 개의 픽셀을 정전기 척 내에 제공하는 단계와,정전기 척의 입자 보유 영역에 입자를 인가하기 위하여 정전기 척을 동작시키고;전하 감지 픽셀에 의하여 제공된 데이터를 기초로 한 증착 전극에 인가되고 편의 유인된 입자들을 제거 또는 반전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 공기 중에서 동작하는 정전기 척에 있어서,고상 유전체로 형성된 제1 층과,제1 층으로부터 이격되어 대면한 최소한 하나의 증착면을 가지며 그리고 공기에 의하여 증착 전극들로부터 실질적으로 분리된 최소한 하나의 증착 전극 및 제1 층으로부터 이격되어 대면한 증착 결합면을 구비한 최소한 하나의 실드 전극을 포함하는, 제1 층 상에 형성된 제2 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 척.
- 제15항에 있어서, 증착면 및 증착 결합면을 통합한 가상면이 평면이거나 또는 부드러운 곡면이어서 유연성 평면 기판과 부드럽게 합치됨을 특징으로 하는 정전기 척.
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