KR20080081014A

KR20080081014A - 정전척용 전극 시트 및 정전척

Info

Publication number: KR20080081014A
Application number: KR1020087016260A
Authority: KR
Inventors: 히로시 후지사와; 킨야 미야시타
Original assignee: 가부시키가이샤 크리에이티브 테크놀러지
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-09-05
Also published as: KR100994299B1; EP1959488A1; WO2007066572A1; HK1124688A1; EP1959488A4; JPWO2007066572A1; JP4825220B2; US7881036B2; CN101326627A; TWI369752B; US20090040681A1; TW200735258A; CN101326627B

Abstract

기판이 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우에서의 전극간의 정전용량의 차이를, 기존의 기판 검지 장치로 정확하게 검지할 수 있을 정도로 크게 할 수 있으며, 게다가 우수한 정전척의 흡착력을 발휘할 수 있는 정전척용 전극 시트 및 이것을 이용한 정전척을 제공한다. 제1절연층, 제1전극층, 전극간 절연층, 제2전극층 및 제2절연층이 순차 적층된 적층구조를 가지며 제1절연층측에 기판을 흡착시키는 정전척용 전극시트로서, 제1전극층이 소정의 평면영역 내에 복수의 개구부를 가지며, 제2전극층이 제1전극층의 개구부를 전극 시트의 깊이방향으로 투영한 위치에 있으며 투영한 개구부와 거의 동일한 면적을 갖는 개구 대응부와 개구 대응부끼리를 연결하는 연결부로 이루어지는 전극 시트 및 이것을 이용한 정전척이다.

전극 시트, 정전척, 기판, 정전 용량, 절연층, 전극층, 개구부, 개구 대응부

Description

정전척용 전극 시트 및 정전척{ELECTRODE SHEET FOR ELECTROSTATIC CHUCK, AND ELECTROSTATIC CHUCK}

본 발명은 정전척(electrostatic chuck)용 전극 시트, 및 이 전극 시트를 이용한 정전척에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에 따른 이온 주입 장치, 이온 도핑 장치, 플라즈마 이머젼(plasma immersion) 장치 등을 비롯하여, 여러 장치에 있어서 실리콘 웨이퍼 등의 반도체기판을 흡착·지지하기 위해 정전척이 사용되고 있다. 또한, 액정제조 분야에서는 절연성 기판에 액정의 압입(壓入)을 행할 때에 이용하는 기판 본딩 장치나 이온 도핑 장치 등에 있어서 절연성 기판인 유리 기판을 흡착·지지하기 위해 정전척이 사용되고 있다.

정전척을 사용하는 이들 장치에서는, 제조 공정의 연속화 또는 자동화를 진행하기 위해 정전척이 기판을 지지하고 있는지 여부를 확실하게 판별할 필요가 있다. 예를 들어, 기판이 흡착되어 있지 않으면 이온 주입 등을 행할 수 없으며, 또는 정전척으로부터 기판을 회수할 수 없다면 다음 공정을 위해 기판을 이송할 수 없게 된다. 기판의 유무를 확인하는 것은 대량생산을 전제로 하는 이들 장치에 있어 제조 공정에서 중요한 확인사항 중 하나이다.

그래서, 2개의 전극 사이에 전위차를 형성하여 기판을 흡착하는, 소위 쌍극형의 정전척에 있어서, 이들 전극간의 정전용량을 측정함으로써 정전척에 기판이 흡착되어 있는지 여부를 검지하는 기판 검지 장치가 일반적으로 사용되고 있다. 이 기판 검지에 따른 기술에 대하여, 예를 들면 일본국 공개특허 평7-7074호 공보(특허문헌 1)에는, 정전척의 2개의 전극간에 접속된 커패시턴스(capacitance) 감지 회로를 이용함으로써, 기판이 존재하지 않는 경우, 기판이 존재하지만 흡착되지 않은 경우, 및 기판이 흡착되어 있는 경우를 각각 검지하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 일본국 공개특허 제2000-228440호 공보(특허문헌 2)에는, 정전척의 2개의 전극 사이에 정전용량 측정기를 부착한 후에 정전척 자체를 상하 이동시킴으로써 정전척이 기판을 충분히 흡착 지지하고 있는지 여부를 정확하게 검지하는 방법이 기재되어 있다. 통상, 정전척에서의 전극으로부터 발생하는 전기력선은 정전척에 지지된 기판까지 도달하기 때문에 진공에 비해 유전률이 높은 기판(예를 들면 실리콘 웨이퍼의 비(比)유전률은 5.4 정도)이 존재하면 그만큼 정전용량이 증가한다. 도 5는 이 모습을 간단히 나타내는 것으로서, 전극(10, 11)의 사이에서 발생하는 전기력선(도 중에서는 그 일부를 파선으로 표시함)은 기판(W)에 도달하기 때문에 기판(W)의 유무에 의해 전극간의 정전 용량에 차이가 생기게 된다.

그런데 최근, 플랫 패널 디스플레이(flat panel display)의 수요 증가에 따라, 패널 사이즈의 대형화가 한층 진행되고 있다. 예를 들면, 액정용 마더 글래스의 기판 사이즈가 2m×2m를 넘는 것까지 등장하기에 이르렀다. 이러한 대형 기판을 처리하기 위해서는 정전척의 흡착력(지지력)을 한층 더 높이는 것이 필요하게 된 다. 그래서, 본 발명자들은 종래의 쌍극형 정전척과 같이 동일 평면상에 2개의 전극을 나란히 배치하지 않고, 전극간 절연층을 개재하여 2개의 전극층을 깊이방향으로 나란히 적층한 전극 시트를 이용한 정전척을 제안하고 있다(특허문헌 3 참조). 이와 같이 전극간 절연층을 개재하여 2개의 전극층을 깊이방향으로 적층함으로써, 절연 내압(耐壓)이 우수하면서 대형 기판에 대해서도 충분히 대응 가능한 흡착력을 발휘하는 정전척을 얻는 것에 성공하였다.

그러나 상기한 바와 같이 2개의 전극층이 그 깊이방향으로 적층되어 있을 경우에는, 이들 전극간에 발생하는 정전용량은 주로 전극간 절연층을 개재하여 배치된 2개의 전극층의 대향하는 면적에 의해 결정된다. 그 모습을 나타내는 간략도가 도 6이다. 즉, 전극간에 발생하는 전기력선에는 기판(W)까지 도달하는 것(I로 표시한 파선)과, 전극(10, 11) 사이에서만 발생하는 것(Ⅱ로 표시한 파선)이 존재하는데, 이 중 전기력선의 양으로서는 후자(Ⅱ쪽)의 비율이 주가 된다. 그로 인해 2개의 전극층이 깊이방향으로 적층되어 있으면 기판이 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우의 정전용량의 차이가 그다지 크지 않아, 상술한 바와 같은 기판 검지 방법을 채용하는 기존의 기판 검지 장치로는 기판의 유무를 정확하게 검출할 수 없는 경우가 있다.

특허문헌 1: 일본국 공개특허 평7-7074호 공보

특허문헌 2: 일본국 공개특허 제2000-228440호 공보

특허문헌 3: WO 2005/091356 Al 팜플렛

그래서, 본 발명자들은 정전척이 우수한 흡착력을 발휘할 수 있도록 전극간 절연층을 개재하여 2개의 전극층을 그 깊이방향으로 적층시킨 경우에 있어서, 기존의 기판 검지 장치를 사용했을 경우의 오검지를 줄이기 위해 예의 검토한 결과, 기판이 존재하지 않는 경우에서의 전극간의 정전용량을 보다 작게 함으로써, 상기와 같은 오검지 문제를 해소할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 기판이 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우에서의 전극간의 정전용량의 차이를 기존의 기판 검지 장치로 정확하게 검지할 수 있을 정도로 크게 할 수 있으며, 또한 우수한 정전척의 흡착력을 발휘할 수 있는 정전척용 전극 시트를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전극 시트를 이용한 정전척을 제공하는 것에 있다.

즉, 본 발명은 제1절연층, 제1전극층, 전극간 절연층, 제2전극층 및 제2절연층이 순차 적층된 적층구조를 가지며 제1절연층측에 기판을 흡착시키는 정전척용 전극 시트로서, 제1전극층이 소정의 평면영역 내에 복수의 개구부를 가지며, 제2전극층이 제1전극층의 개구부를 전극 시트의 깊이방향으로 투영한 위치에 있으며 투영한 개구부와 거의 동일한 면적을 갖는 개구 대응부와, 개구 대응부끼리를 연결하는 연결부를 갖는 정전척용 전극 시트이다.

또한, 본 발명은 상기 전극 시트를 금속 기반에 접착하여 이루어지는 정전척이다.

본 발명에 있어서, 제1전극층은 소정의 평면영역 내에 복수의 개구부를 가질 필요가 있다. 이 개구부는 제1전극층과 제2전극층 사이에서 발생하는 전기력선 중 기판을 경유해서 교환되는 전기력선(도 6에서 말하는 I의 전기력선)의 통과구가 되는 것으로서, 그 형상에 대해서는 특별히 제한은 없으며 예를 들면 원형, 타원형, 삼각형 이상의 다각형 또는 그 정다각형 등을 예시할 수 있다. 바람직하게는, 방전의 기점이 될 우려를 가급적 배제시킬 목적 등에서 원형 또는 타원형의 개구부인 것이 좋다. 또한, 개구부의 형상은 2종 이상의 것이 복수 혼재해도 되지만, 흡착할 기판의 전체면에 보다 균일한 흡착력을 발휘시키는 등의 관점에서, 바람직하게는 동일 형상의 개구부가 복수 존재하도록 하는 것이 좋다.

또한, 상기 개구부는, 서로 인접하는 개구부의 최단거리를 X라고 하고, 이 최단거리(X)에 평행한 직선을 가상 직선으로 하여, 이 가상 직선에 대하여 이들 인접하는 개구부의 중심을 각각 투영했을 때의 수선의 발에 의해 얻어지는 선분의 길이를 L로 했을 경우, 바람직하게는 L/X≥1.5, 동시에 L≤2.5mm의 관계를 만족하는 것이 좋다. 여기서, L/X는 인접하는 2개의 개구부의 최단거리(X)에 대한 개구부에 따른 개구의 비율을 나타내는 지표 중 하나이며, 이 L/X의 값이 커짐에 따라 개구의 정도가 증가하게 된다. 이 개구의 정도가 증가하면 제2전극층으로부터 침투하는 전위(침투 전위)의 분포를 많게 할 수 있으며, 즉 제1전극층과 제2전극층 사이에서 발생하는 전기력선 중 기판을 경유해서 교환되는 전기력선(도 6에서 말하는 I의 전기력선)이 많아져, 기판에 대한 그라디언트력(gradient force)(흡착력)을 보다 높일 수 있다. 이 L/X가 5보다 커지면 그라디언트력 발생의 효과가 포화한다고 추측된다. 한편 L이 2.5mm보다 커지면, 기판에 대하여 작용하는 그라디언트력의 총량이 적어져 충분한 흡착력 및 지지력을 발휘시키는 것이 어려워진다. 또한, 그라디언트력을 효율적으로 발생시킬 수 있어 우수한 흡착력(지지력)을 발휘시킬 수 있다는 관점에서 X는 바람직하게는 0.2mm 이상인 것이 좋다. 한편, 서로 인접하는 개구부의 최단거리(X)란, 인접하는 개구부에 의해 끼인 제1전극층의 도전 부분의 폭의 최소값에 상당한다.

또한, 상기 개구부는 소정의 평면영역 내에서 규칙성을 가지며 배치되도록 하는 것이 좋고, 예를 들면 개구부의 최단거리(X)를 포함하는 직선상에 각각 서로에 인접하는 개구부의 중심이 배열되도록 규칙성을 가지며 배치되어 있는 것이 좋다. 제1전극층에서의 복수의 개구부가 규칙성을 가지며 배치되어 있음으로 인해, 기판에 대한 흡착력을 보다 균일하게 발생시킬 수 있다.

또한, 제2전극층은 개구 대응부와 연결부를 가지며, 제1절연층, 제1전극층, 전극간 절연층, 제2전극층 및 제2절연층이 순차 적층된 적층구조의 전극 시트에 있어서, 상기 개구 대응부는 제1전극층의 개구부를 전극 시트의 깊이방향으로 투영한 위치에 있으며, 또한 투영한 개구부와 거의 동일한 면적을 갖도록 하여 이들 개구 대응부끼리를 연결부가 연결하여 이루어진다. 투영한 제1전극층의 개구부와 거의 동일한 면적을 갖는 개구 대응부는 이 개구부를 통해서 기판측에 제2전극층의 전위를 침투시키는 역할을 갖는 것으로서, 기판에 대한 흡착력을 발휘하게 하는 관점에서 최저한도가 필요하게 되지만, 지나치게 커지면 제1전극층과 제2전극층 사이에서만 발생하는 전기력선(도 6에서 말하는 Ⅱ의 전기력선)이 증가하게 되어 정전용량에 기초하는 기존의 기판 검지 방법에 따른 검지가 어려워진다.

즉, 투영한 개구부의 면적과 동일하거나 또는 그것보다 작은 개구 대응부라면, 원칙적으로는 개구 대응부와 개구부 이외의 제1전극층 사이에서만 발생하는 전기력선(도 6에서 말하는 Ⅱ의 전기력선. 단, 이 경우는 전극간에서 서로 수직방향으로 발생하는 전기력선 이외는 무시하기로 함)의 양은 끝없이 작아진다. 투영한 개구부보다 개구 대응부의 면적이 커지면, 그만큼 전극간에서만 발생하는 전기력선(도 6에서 말하는 Ⅱ의 전기력선)의 양이 많아져 결과적으로 정전용량이 증가한다. 기판이 존재하지 않는 경우에서의 정전용량이 커지면, 기판이 존재함으로써 증가하는 정전용량과의 차이에 근거해서 기판의 유무를 검출하는 기존의 기판 검출 장치에서는 오검지의 가능성이 높아진다. 그 때문에, 개구 대응부는 제1전극층의 개구부를 깊이방향으로 투영한 위치와 동일 위치에 있으며, 또한 투영한 개구부와 거의 동일한 면적을 갖도록 한다. 여기서, 투영한 개구부와 거의 동일한 면적을 갖는다는 것은 투영한 개구부의 면적보다 약간 큰 경우나 약간 작은 경우를 포함하는 의미로서, 예를 들면 ±20% 이내의 면적증감량이 되도록 하는 것이 좋다. 개구 대응부는 바람직하게는 투영한 개구부와 동일 면적을 갖도록 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 개구부를 투영한 것과 동일 형상을 가진 개구 대응부인 것이 좋다.

또한, 개구 대응부끼리를 연결하는 연결부는 제2전극층을 형성하는 복수의 개구 대응부를 동일 전위로 유지할 수 있도록 하는 것으로서, 고립하는 개구 대응부가 존재하지 않도록 할 수 있다면 연결부의 형상, 배치, 연결 수 등은 적절히 설계할 수 있다. 단, 연결부는 개구부 이외의 제1전극층과의 사이에서만 발생하는 전기력선(도 6에서 말하는 Ⅱ의 전기력선)을 형성하기 위해 단선을 발생시킬 우려가 없을 정도로 가급적 가늘게 하는 것이 좋다.

제1전극층 및 제2전극층을 상기한 바와 같이 함으로써 전극 시트를 형성하고, 경우에 따라서는 금속 기반에 전극 시트를 접착하여 정전척을 형성했을 때에, 기판을 흡착했을 때의 제1전극층과 제2전극층 사이의 정전용량을 C1이라 하고, 기판을 흡착하지 않았을 때의 제1전극과 제2전극 사이의 정전용량을 C2라 하여, 이들이 (C1-C2)/Cl≥0.03, 바람직하게는 (C1-C2)/Cl≥0.05의 관계를 만족하도록 하는 것이 좋다. (C1-C2)/Cl이 0.03 이상이면, 일반적인 기존의 기판 검출 장치에 있어서 기판의 유무를 정확하게 판별할 수 있다.

제1전극층 및 제2전극층의 재질로서는 구리, 텅스텐, 알루미늄, 니켈, 크롬, 은, 백금, 주석, 몰리브덴, 마그네슘, 팔라듐, 탄탈 등을 들 수 있으며, 이 중 전도성 혹은 생산성의 관점에서 바람직하게는 구리 또는 알루미늄인 것이 좋다. 제1전극층과 제2전극층은 같은 재질이어도 되고, 다른 재질이어도 된다. 이들 제1전극층 및 제2전극층의 막두께는 적절히 선택할 수 있는데, 바람직하게는 0.1∼20㎛인 것이 좋고, 특히 제1전극층은 0.1∼5㎛인 것이 더욱 바람직하다. 제1전극층은 그 요철이 기판을 흡착시키는 측인 제1절연층의 표면에 반영될 가능성이 있기 때문에, 막두께가 0.1∼5㎛의 범위이면 특별히 랩핑(lapping) 처리 등의 특수한 처리를 필요로 하지 않고도 평탄성을 확보할 수 있으며, 제1절연층의 표면을 Ra1㎛ 정도로 할 수 있다.

제1전극층 및 제2전극층을 형성하는 방법으로서, 예를 들면 상기 어느 하나의 금속으로 이루어지는 박을 이용해서 소정의 형상으로 에칭하여 얻어도 되고, 폴리이미드 필름 등의 절연성 필름의 표리 양면에 금속층이 적층된 적층체를 이용해서 금속층을 소정의 형상으로 에칭하여 얻어도 된다. 또한 제1절연층, 전극간 절연층 또는 제2절연층 중 어느 하나의 절연층의 표면에, 상기 금속을 스파터법, 이온 플래팅법(이온 플래팅 증착법), 기상 성장법, 또는 도금 처리 등을 이용해서 성막하여 필요에 따라 소정의 형상으로 에칭하여 얻도록 해도 된다. 또한, 페이스트 형상으로 한 금속을 상기 어느 하나의 절연층의 표면에 인쇄함으로써 전극층을 형성하도록 해도 된다. 또한 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈 등의 고융점 금속을 상기 어느 하나의 절연층의 표면에 용사(溶射)하여 소정의 형상을 가진 전극층을 형성해도 된다. 이들 중, 특히 막두께 0.1∼5㎛의 얇은 제1전극층을 형성하는 경우에는 이온 플래팅법을 이용하는 것이 적합하다.

또한 제1절연층, 전극간 절연층 및 제2절연층은, 예를 들면 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 에폭시 및 아크릴에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지로 이루어지는 수지층으로 형성해도 되고, 또는 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 지르코니아 및 티타니아에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 세라믹스층으로 형성해도 되고, 또한 규소 및 이산화규소에서 선택된 1종 또는 2종으로 이루어지는 층으로 형성해도 된다. 이 중 대량생산성의 관점에서, 바람직하게는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 에폭시에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지로 이루어지는 수지층으로 형성하는 것이 좋으나, 내절연성이나 화학적 내성의 관점에서 폴리이미드인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 제1절연층, 전극간 절연층 및 제2절연층은 각각 동일 재질로 형성되어 있어도 되고, 적절히 선택해서 각각 별도의 재질로 형성되어 있어도 된다.

제1절연층, 전극간 절연층 및 제2절연층의 각각의 막두께는 적절히 선택하여 형성할 수 있는데, 바람직하게는 제1절연층이 50∼300㎛, 전극간 절연층이 25∼100㎛, 및 제2절연층이 25∼100㎛인 것이 좋다.

또한, 본 발명에서의 전극 시트는 정전척에 있어서 일반적으로 사용되는 금속 기반에 접착하여 정전척을 형성할 수 있으며, 이러한 금속 기반으로서, 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 기반을 들 수 있다. 이때, 자기접착성을 가진 제2절연층을 이용해서 금속 기반에 접착해도 되고, 제2절연층측에 별도 접착성 필름을 개재하여 전극 시트와 금속 기반을 접착하도록 해도 된다. 또한, 제2절연층과 금속 기반 사이에 막두께 500∼1000㎛의 실리콘 고무로 이루어지는 유연층을 형성하도록 해도 된다. 일반적으로, 정전척이 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 흡착할 때, 전극 시트와 기판의 접촉률(밀착도)은 고무계의 탄성체로 형성한 제1절연층을 그대로 기판 흡착면으로 했을 경우 고작 몇%∼10% 정도이다. 이 경우, 제1절연층이 폴리이미드로 이루어지면 이 접촉률은 1% 정도까지 떨어진다고 여겨진다. 그래서, 상기한 바와 같이 금속 기반과 제2절연층 사이에 유연층을 형성해 둠으로써 기판의 접촉률을 높일 수 있어 우수한 흡착력을 발휘할 수 있는 동시에, 기판을 냉각할 때의 효율이 각별히 상승한다.

또한, 정전척을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 금속 기반상에 금속 기반에서 가까운 순서대로 제2절연층, 제2전극층, 전극간 절연층, 제1전극층 및 제1절연층을 순차적으로 포갠 후, 필요에 따라 각 층의 사이에 폴리이미드 필름계의 접착 필름을 끼우고, 또한 필요에 따라 금속 기반과 제2절연층 사이에 유연층을 끼워, 소정의 가열·가압 조건으로 열압착해서 적층구조를 갖는 정전척을 얻을 수 있다. 또한, 미리 전극 시트를 형성한 후, 필요에 따라 이 전극 시트와 금속 기반 사이에 유연층을 끼워, 소정의 가열·가압 조건으로 열압착해도 된다. 한편, 전극 시트를 구성하는 각 층의 위치 관계가 제1절연층, 제1전극층, 전극간 절연층, 제2전극층 및 제2절연층의 순서라면 적층구조를 형성하는 순서는 특별히 제한되지 않는다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 정전척이 우수한 흡착력을 발휘할 수 있도록 전극간 절연층을 개재하여 2개의 전극층을 그 깊이방향으로 적층시킨 경우에 있어서, 제1전극층 및 제2전극층의 형상을 최적화함으로써, 정전척의 흡착력(지지력)을 이루는 그라디언트력이 우수한 상태로 발휘할 수 있도록 하는 동시에, 기판이 존재하지 않는 경우에서의 제1전극층과 제2전극층 사이의 정전용량을 가능한 한 작게 하여, 기존의 기판 검지 장치에서의 오검지를 가급적 적게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전극 시트(1)를 이용해서 형성한 쌍극형 정전척(X)의 사시 분해 설명도이다.

도 2는 본 발명에 따른 제1전극층과 제2전극층의 관계를 나타내는 사시 설명 도이다.

도 3은 제1전극층의 변형예를 나타내는 평면 설명도(일부 확대도)이다.

도 4는 도 3에 나타낸 제1전극층에 대응하는 제2전극층을 나타내는 평면 설명도(일부 확대도)이다.

도 5는 종래의 쌍극형 정전척에서의 전극간에서 발생하는 전기력선의 모습을 나타내는 단면 설명도(모식도)이다.

도 6은 전극을 깊이방향으로 적층한 타입의 쌍극형 정전척에서, 전극간에서 발생하는 전기력선의 모습을 나타내는 단면 설명도(모식도)이다.

<부호의 설명>

X 쌍극형 정전척

W 기판

1 전극 시트

2 제1절연층

3 제1전극층

3a 개구부

4 전극간 절연층

5 제2전극층

5a 개구 대응부

5b 연결부

6 제2절연층

7 유연층

8 금속 기반

9 직류 전원

10, 11 전극

이하, 첨부도면에 기초하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 정전척용 전극 시트(1)를 이용해서 형성한 쌍극형 정전척의 사시 분해 설명도이다. 전극 시트(1)는 제1절연층(2)과, 제1전극층(3)과, 전극간 절연층(4)과, 제2전극층(5)과, 제2절연층(6)이 순차 적층된 적층구조를 갖고 있으며, 제1절연층(2)의 표면이 기판(도시하지 않음)을 흡착하는 기판 흡착면을 형성한다. 이 전극 시트(1)는 유연층(7)을 개재하여 금속 기반(8)에 접착되어 정전척(X)을 형성하고, 제1전극층(3)과 제2전극층(5) 사이에는 전위차를 형성하도록 직류 전원(9)이 접속된다. 한편, 정전척(X)에서 처리하는 기판은, 실리콘 웨이퍼나 유리 기판 등의 일반적으로 대상으로 삼는 것을 흡착할 수 있다. 이들 기판은 진공에 비해 비교적 유전률이 높기 때문에 기판의 유무에 따른 정전용량의 변화율에 의해 기판 검지가 가능하다.

상기 전극 시트(1)를 형성하는 제1전극층(3)은 소정의 평면영역 내에 복수의 원형 개구부(원형구멍)(3a)를 갖고 있으며, 도 1에서는 정사각형의 정점에 개구부(3a)가 위치하도록 바둑판 형상으로 배치된 패턴 전극을 형성하고 있다. 마찬가지로 전극 시트(1)를 형성하는 제2전극층(5)은 제1전극층(3)의 개구부(3a)를 전극 시트(1)의 깊이방향으로 투영한 위치에 있고, 투영한 개구부(3a)와 동일 형상을 갖는 개구 대응부(5a)를 갖고 있으며, 이 개구 대응부(5a)는 제1전극층(3)의 개구부(3a)의 수와 동일한 수만큼 존재하는 것이 바람직하다. 또한, 제2전극층(5)은 서로 인접하는 개구 대응부(5a)를 연결하는 연결부(5b)를 갖고 있으며, 개구 대응부(5a)와 연결부(5b)에 의해 바둑판 격자 형상의 패턴 전극을 형성하고 있다. 도 2는, 제1전극층(3)의 각 개구부(3a)를 제2전극층(5)을 향해서 깊이방향으로 투영한 위치에 있어서, 투영한 개구부(3a)와 동일 형상의 개구 대응부(5a)가 존재하는 모습을 나타낸다.

도 3은 도 1에 나타낸 제1전극층(3)과는 개구부(3a)의 배치 모양이 다른 변형예를 나타낸다. 이 제1전극층(3)은 원형구멍으로 이루어지는 개구부(3a)를 복수 갖고 있으며, 그 중 하나인 원형구멍(A)에 착안하면, 원형구멍(A)은 원형구멍(B, C, D, E, F 및 G)과 최단거리(X)로 서로 인접하고, 정육각형의 각 정점의 위치에 대응하도록 원형구멍(B, C, D, E, F 및 G)이 배치되어 있다. 한편, 인접하는 개구부(3a)끼리가 서로 최단거리(X)로 인접하는 것을 생각할 경우, 원형구멍(H)은 원형구멍(A)과 최단거리(X)로 인접하는 대상에서는 제외된다. 또한, 이 제1전극층(3)에 대하여, 예를 들면 원형구멍(A, F, C 및 D)에 착안하면 이들은 사각형을 형성하고 있어, 바둑판 형상의 패턴 전극을 형성하고 있다고도 볼 수 있다.

이 도 3에 있어서, 예를 들면 원형구멍(A)과 원형구멍(B)이 인접하는 최단거리(X)에 평행한 직선(l)을 가상 직선으로 하면, 이 가상 직선(l)에 대하여 원형구멍(A)과 원형구멍(B)의 각각의 중심(重心)(중심(中心))을 투영하면 수선의 발에 의 해 선분(L)을 얻을 수 있다. 이 도 3에 나타낸 제1전극층(3)에서는 예를 들면 각 원형구멍의 지름이 1.2mm이고, 서로 인접하는 원형구멍의 최단거리(X)를 1.0mm라고 하면, L = 0.6 + 1.0 + 0.6 = 2.2mm로서, L/X가 2.2인 관계를 갖게 된다. 한편, 제1전극층(3) 중에 본 발명에서의 개구부의 기능을 실질적으로 수행하지 않는 정도의 크기의 구멍이나 개구 등이 존재한다고 해도, 실질적으로 개구부로서 기능하는 대상에 착안하여 상기 최단거리(X)나 선분의 길이(L)를 구하도록 한다.

한편, 도 3의 제1전극층(3)에 대응하는 제2전극층(5)을 도 4에 나타낸다. 이 도 4에서의 제2전극층(5)은 도 3에 나타낸 제1전극층(3)의 개구부(3a)(원형구멍)를 제2전극층(5)을 향해 깊이방향으로 투영한 위치에 원형의 개구 대응부(5a)를 갖고 있으며, 이 개구 대응부(5a)의 지름은 제1전극층(3)의 원형구멍과 동일한 1.2mm이다. 또한, 이 개구 대응부(5a) 중 하나에 주목하면, 정육각형의 각 정점의 위치에 서로 인접하는 개구 대응부(5a)가 최단거리 X=1.0mm로 배치되어 있다. 이들 개구 대응부(5a)는 연결부(5b)로 연결되는데, 예를 들면 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 원칙적으로 1개의 개구 대응부(5a)를 4개의 연결부(5b)로 연결해서 바둑판 격자 형상으로 제2전극층(5)을 형성해도 되고, 또는 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 인접하는 개구 대응부(5a)를 모두 연결부(5b)로 연결해도 된다. 연결부(5b)의 수를 늘리면 단선의 우려를 가급적 줄일 수 있지만, 제1전극층(3)과 제2전극층(5) 사이의 정전용량을 보다 적게 하는 관점에서 보면 도 4(a)쪽이 바람직하다. 또한, 연결부(5b)의 굵기는 0.1∼0.5mm로 하는 것이 바람직하다. 에칭처리에 의해 형성하는 경우에는 0.1mm보다 가는 연결부를 얻는 것은 비교적 곤란하며, 한편 0.5mm보다 굵 어지면 전극간의 정전용량이 증가해 버리기 때문에 바람직하지 않다.

<실시예 1>

이하에서 설명하는 바와 같이, 도 3에서 나타낸 제1전극층(3)과 이에 대응하는 도 4(b)에 나타낸 제2전극층(5)을 이용해서 전극 시트(1)를 제작하여 이것을 이용한 쌍극형 정전척(X)을 얻었다. 우선, 세로 206mm×가로 206mm×막두께 50㎛의 폴리이미드 시트(토레·듀폰사 제조, 상품명: 캡톤(kapton))를 준비하고, 이 표면을 형성할 목적으로, 미리 양면을 이온 플래팅으로 처리해서 0.1㎛의 크롬층을 형성하였다. 이어서, 이 폴리이미드 시트를 전극간 절연층(4)으로 하고, 그 양면에 이온 플래팅법에 의해 막두께 0.4㎛의 구리로 이루어지는 전극층을 형성하였다. 이들 전극층은 에칭처리에 의해 한쪽을 도 3에 나타낸 제1전극층(3)이 되도록 형성하고, 나머지를 도 4(b)에 나타낸 제2전극층(5)이 되도록 형성하였다. 이 제1전극층(3)은, 200mm×200mm의 영역 내에 지름 1.2mm의 원형구멍(3a)이 복수 배치되고, 이들 원형구멍(3a)은 하나의 원형구멍(3a)을 중심으로 해서 정육각형의 각 정점에 위치하는 원형구멍(3a)이 최단거리(X)=1.0mm로 인접하도록 형성하였다. 또한, 제2전극층(5)은 200mm×200mm의 영역 내에, 상기 제1전극층(3)의 원형구멍(3a)에 대응하도록 지름 1.2mm의 개구 대응부(5a)가 복수 배치되어 있으며, 인접하는 개구 대응부(5a)끼리는 0.2mm의 폭을 갖는 연결부(5b)에 의해 모두 연결되도록 하였다.

다음으로, 상기에서 형성한 제1전극층(3)의 표면에, 막두께 20㎛의 열가소성 폴리이미드계 접착 시트를 개재하여 세로 206mm×가로 206mm×막두께 125㎛의 폴리이미드 필름(토레·듀폰사 제조, 상품명: 캡톤)을 접착하여 제1절연층(2)으로 하였 다. 또한, 제2전극층(5)의 표면에 상기와 동일한 접착 시트를 개재하여 세로 206mm×가로 206mm×막두께 40㎛의 폴리이미드 필름(토레·듀폰사 제조, 상품명: 캡톤)을 접착하여 제2절연층(6)으로 하였다. 그 후, 제1절연층(2)의 표면과 제2절연층(6)의 표면에 각각 쿠션재를 포개고, 이들을 가열 프레스기에 셋팅하여 두께 방향 압력 2MPa, 가열 온도 150℃ 및 유지 시간 5분의 조건으로 가열 가압 처리하였다. 그 후, 쿠션재를 제거함으로써 제1절연층(2), 제1전극층(3), 전극간 절연층(4), 제2전극층(5) 및 제2절연층(6)이 순차 적층된 적층구조를 갖는 전극 시트(9)를 제작하였다. 한편 제1절연층(2), 전극간 절연층(4) 및 제2절연층(6)의 비유전률은 각각 3.5이다.

다음으로 상기에서 얻은 전극 시트(1)를 평탄도가 확보된 다공성 세라믹(porous ceramic)의 표면에, 제1절연층(2)이 다공성 세라믹에 대향하도록 깔고, 제2절연층(6)측에 높이 0.7mm, 지름 5mm의 실리콘 고무제의 스페이서를 개재하여 알루미늄 기반(8)을 배치하였다. 이 알루미늄 기반(8)은 알루미늄 합금(A5056)제이며, 지름 184mm의 수냉관이 내포된 것이다. 그 후, 스페이서에 의해 형성된 알루미늄 기반(8)과 전극 시트(1)의 틈새에 자기접착성 액상 실리콘 고무(GE도시바실리콘사 제조, 상품명: TSE 3663)를 주입하고 진공하에서 탈포(脫泡)한 후, 상기 다공성 세라믹을 개재하여 진공 흡입하고, 전극 시트(1)를 이 다공성 세라믹의 표면에 밀착시켜 약 하룻밤에 걸쳐 실리콘 고무를 경화시켰다. 이렇게 하여, 실리콘 고무로 이루어지는 0.7mm의 유연층(7)을 개재하여 전극 시트(1)와 알루미늄 기반(8)을 접착시켜 쌍극형 정전척(X)을 완성하였다. 한편, 완성 후의 제1절연층(2)의 표면(기 판 흡착면)은 ∼±1㎛ 정도의 표면 요철이었다.

완성된 쌍극형 정전척(X)에 대하여, 지름 200mm×두께 0.8mm의 실리콘 웨이퍼(비유전률 5.4)를 흡착시켰을 경우의 제1전극층(3)과 제2전극층(5) 사이의 정전용량(Cl)과, 아무것도 흡착시키지 않은 경우의 제1전극층(3)과 제2전극층(5) 사이의 정전용량(C2)을 2차원 유한 요소 해석에 따른 계산을 이용하여 구하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼가 있는 경우와 없는 경우에서의 정전용량의 변화율 [(C1-C2)/Cl]은 기존의 기판 검지 장치로 정확하게 판별하는 것이 충분히 가능한 0.087이라는 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

	C1(웨이퍼 있음) [pF]	C2(웨이퍼 없음) [pF]	(C1-C2)/C1
실시예 1	2750	2510	0.087
비교예 1	10930	10670	0.024

<비교예 1>

제2전극층(5)을 세로 200mm×가로 200mm(두께 0.4㎛)의 평면영역의 전체면이 전극이 되는 평면전극으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 쌍극형 정전척(X)을 제작하였다. 이 비교예 1에 따른 정전척(X)에 대하여 실시예 1과 동일하게 하여, 실리콘 웨이퍼(비유전률 5.4)를 흡착시켰을 경우의 제1전극층(3)과 제2전극층(5) 사이의 정전용량(Cl)과, 아무것도 흡착시키지 않은 경우의 제1전극층(3)과 제2전극층(5) 사이의 정전용량(C2)을 구하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 실리콘 웨이퍼가 있는 경우와 없는 경우에서의 정전용량의 변화율[(C1-C2)/Cl]은 0.024로서, 기존의 기판 검출 장치로 판별했을 경우에 오검지할 가능성이 있다고 생각된다.

Claims

제1절연층, 제1전극층, 전극간 절연층, 제2전극층 및 제2절연층이 순차 적층된 적층구조를 가지며, 제1절연층측에 기판을 흡착시키는 정전척용의 전극 시트로서,

제1전극층이 소정의 평면영역 내에 복수의 개구부를 갖고,

제2전극층이 제1전극층의 개구부를 전극 시트의 깊이방향으로 투영한 위치에 있으면서 투영한 개구부와 거의 동일한 면적을 갖는 개구 대응부와, 개구 대응부끼리를 연결하는 연결부를 갖는 것을 특징으로 하는 정전척용 전극 시트.
제1항에 있어서,

제1전극층이 바둑판 형상으로 배치된 개구부를 갖고, 제2전극층이 개구 대응부와 연결부에 의해 바둑판 격자 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전척용 전극 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서,

제1전극층이, 서로 인접하는 개구부의 최단거리(X)와, 상기 최단거리(X)에 평행한 직선을 가상 직선으로 하여 상기 가상 직선에 대하여 이들 인접하는 개구부의 중심을 각각 투영했을 경우의 수선의 발에 의해 얻어지는 선분의 길이(L)가, L/X≥1.5 및 L≤2.5mm의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 정전척용 전극 시트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

제1전극층의 개구부가 원형구멍으로 이루어지고, 제2전극층이 원형의 개구 대응부를 갖는 것을 특징으로 하는 정전척용 전극 시트.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

기판을 흡착한 상태에서의 제1전극층과 제2전극층 사이의 정전용량(Cl)과, 기판을 흡착하지 않은 상태에서의 제1전극과 제2전극 사이의 정전용량(C2)이, (C1-C2)/Cl≥0.03의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 정전척용 전극 시트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 전극 시트를 금속 기반에 접착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척.
제6항에 있어서,

전극 시트가 막두께 500∼1000㎛의 실리콘 고무로 이루어지는 유연층을 개재하여 금속 기반에 접착되는 것을 특징으로 하는 정전척.