KR20210089375A - 정전척 - Google Patents

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KR20210089375A
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electrostatic chuck
electrode
chuck plate
end point
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황정훈
유한균
조상범
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주식회사 미코세라믹스
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Abstract

본 발명은 정전척에 관한 것이다. 본 발명은 베이스 기재; 및 상기 베이스 기재 상에 고정되고, 척킹 및 디척킹을 위한 바이어스가 인가되는 복수의 전극을 포함하는 정전척 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 전극은 상기 정전척 플레이트의 가장 자리의 시작점으로부터 중심쪽의 종점을 향하여 연장되는 나선형 패턴이고 회전각이 360on(n은 1 이상 2 이하의 실수)인 정전척을 제공한다.

Description

정전척{ELECTRO STATIC CHUCK}
본 발명은 정전척에 관한 것으로서, 특히, 향상된 정전 전극 구조를 통해 최적의 정전 및 방전 성능을 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 고정시키기 위한 정전척(Electro Static Chuck, ESC)이 구비된다.
정전척은 이온 주입 공정 또는 다른 반도체 공정 장치에서, 기판을 단단히 흡착하기 위하여 충분한 클램핑력(clamping force)을 제공하는 동시에 기판을 빠르게 척킹 및 디척킹하는 것이 요구된다. 이를 위하여 클램핑 압력은 유지하면서 기판의 척킹 및 디척킹 시간을 향상시킬 수 있는 교류 전압에 의해 구동되는 정전 척이 사용되고 있다.
반도체 웨이퍼 등의 기판을 흡착한 후에 특정 주입각으로 세워진 상태로 공정이 진행되거나, 빠른 속도로 정전척(ESC)을 X축 Y축 방향으로 스캐닝하는 등의 공정 중의 이동 시 교류 정전척은 기판의 낙하가 발생하지 않도록 강한 정전력과 균일한 정전력을 유지하도록 하여야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 종래의 전극 패턴을 변경하고자 하는 경우가 있었지만, 여전히 동일한 문제가 발생하였다.
관련 문헌으로서, 한국특허출원 제10-2014-7010453호에서는 대칭적인 전극 구조를 개시하지만 전극간 갭의 길이가 짧아 척킹력이 약한 문제점이 있으며, 한국등록특허 제10-1896127호에서는 전극간 갭의 길이를 늘리기 위한 구조를 개시하지만 전체 영역에서 균일한 전극 면적이 이루어진 구조가 아니기 때문에 균일한 척킹과 디척킹이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은, 교류 전압에 의해 구동되는 교류 정전척에서 균일한 척킹과 디척킹을 위한 전극의 배치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 정전척은, 베이스 기재; 및 상기 베이스 기재 상에 고정되고, 척킹 및 디척킹을 위한 바이어스가 인가되는 복수의 전극을 포함하는 정전척 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 전극은 상기 정전척 플레이트의 가장 자리의 시작점으로부터 중심쪽의 종점을 향하여 연장되는 나선형 패턴을 구비하고, 상기 나선형 패턴의 회전각이 360on(n은 1 이상 2 이하의 실수)인 정전척을 제공한다.
본 발명에서 상기 복수의 전극은 회전 대칭인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 복수의 전극은, 제1 극성의 복수의 제1전극 및 상기 제2 극성의 복수의 제2전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 방사상으로 교번되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 복수의 제1전극 및 상기 복수의 제2전극의 총 수는 짝수인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 제1전극 및 상기 복수의 제2전극 각각의 면적은 동일한 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 제1전극 및 상기 복수의 제2전극 각각은, 상기 정전척 플레이트의 시작점으로부터 상기 종점 사이에 1개 이상의 굴곡부를 가질 수 있다.
또한, 상기 복수의 제1전극 및 상기 복수의 제2전극 각각은, 상기 정전척 플레이트의 시작점으로부터 상기 종점 사이에 요동하는 윤곽선을 구비할 수 있다.
본 발명에서 상기 복수의 제1전극 또는 상기 복수의 제2전극은, 상기 정전척 플레이트의 시작점으로부터 상기 종점 사이에 냉각 가스 홀을 위한 하나 이상의 홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제1전극 또는 상기 복수의 제2전극은, 상기 정전척 플레이트의 시작점으로부터 상기 종점 사이에 냉각 가스 홀을 위한, 폭이 좁아진 부분을 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 전극은 복수의 전극 패턴을 포함하고, 상기 복수의 전극 패턴 사이에 복수의 전극 갭을 포함하며, 상기 전극 갭의 중심선은 상기 전극 패턴의 중심선의 길이 보다 1.1 ~ 5배인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 전극 각각이, 상기 중심을 지나는 두 직교 선분에 의해 구분된 4개의 사분면을 포함하고, 상기 두 직교 선분 중 하나는, 해당 전극의 상기 종점에서의 중심선의 접선이 상기 정전척 플레이트의 외주와 만나 형성하는 연장선이며, 상기 4개의 사분면의 면적비 편차 또는 표준 편차가 0.2 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 전극 각각이, 상기 종점에서의 중심선의 접선이 상기 정전척 플레이트의 외주와 만나 형성하는 연장선에 의해 구분된 2 부분을 포함하고, 상기 2 부분의 면적비 차이가 10% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 베이스 기재; 및 상기 베이스 기재 상에 고정되고, 척킹 및 디척킹을 위한 바이어스가 인가되는 복수의 전극을 포함하는 정전척 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 전극 각각은, 상기 정전척 플레이트의 가장 자리의 시작점으로부터 중심쪽의 종점을 향하여 연장되는 나선형 패턴을 구비하고, 상기 종점에서의 중심선의 접선이 상기 정전척 플레이트의 외주와 만나 형성하는 연장선을 통과하는 교점을 2개 이상 가지는 정전척을 제공한다.
또한, 상기 복수의 전극 각각은, 상기 연장선에 직교하는 선분의 연장선을 통과하는 교점을 2개 이상 가질 수 있다.
그리고, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 절연층, 상기 절연층 상의 전극층, 상기 전극층 상의 유전체층을 포함하고, 상기 전극층은, 척킹 및 디척킹을 위한 바이어스를 받기 위한 복수의 전극을 포함하고, 상기 복수의 전극은 상기 정전척 플레이트의 가장 자리의 시작점으로부터 중심쪽의 종점을 향하여 연장되는 나선형 패턴을 구비하고, 상기 나선형 패턴의 회전각이 360on(n은 1 이상 2 이하의 실수)인 정전척을 제공한다.
본 발명에 따른 정전척은, 균일한 척킹과 디척킹 영역을 위해 전극의 모양과 전극간 갭의 형태가 최적의 정전 및 방전 성능을 갖는 전극 구조를 통해 원활한 척킹 및 디척킹이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 정전척은, 대향 전극의 면적은 최소화하고 대향 전극 간의 갭(Gap)은 최대한 길게 하여(360on, 예를 들어, 나선형 전극 패턴의 각도 360 ~ 760), 전체 영역에서 전극의 면적이 균일하게 분포하는 다중 존 전극 구조(예, 6-존(zone))에 의해, 정전 흡착의 척킹력을 강화하고 공정 후의 전하 방전 시간은 단축된 안정적인 디척킹을 제공할 수 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척 플레이트의 전극층 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척 플레이트의 중심부 부분(325)의 전극 패턴 확대도이다.
도 4는 본 발명의 정전척 플레이트의 전극 패턴의 다른 예에서 중심부 부분(325)의 확대도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 종래의 정전척의 전극층 구조의 예이다.
도 6은 본 발명의 정전척 플레이트의 전극 패턴의 추가적인 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 전극층 구조의 다른 예들이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(100)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(100)은, 베이스 기재(200) 및 정전척 플레이트(300)를 포함한다. 정전척(100)은 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. 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 고정수단이나 접착 수단을 이용하여 베이스 기재(200) 상에 고정될 수 있다. 베이스 기재(200)와 정전척 플레이트(300)는 별도로 제작되어 접합될 수도 있으며, 경우에 따라서는 베이스 기재(200)의 상면에 직접 정전척 플레이트(300)의 구조물을 형성하는 것도 가능하다.
챔버 내부의 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 구조(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 베이스 기재(200)와 정전척 플레이트(300)의 냉각 가스 홀들과 냉각 유로 패턴들을 통하여 냉각 가스를 흘려 주어 정전척 플레이트(300) 상의 기판을 균일하게 냉각시킬 수 있다. 이때의 냉각 가스로는 주로 헬륨 가스(He)가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
도 1에서, 정전척 플레이트(300)는 절연층(310), 절연층(310) 상의 전극층(320), 전극층 상의 유전체층(330)을 포함한다.
절연층(310)은 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 일 실시 예로, 절연층(310)은 알루미늄 산화물(Al2O3)로 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 절연층(310)은 알루미늄 산화물(Al2O3) 외에 알루미늄 질화물(AlN), 실리콘 탄화물(SiC) 및 실리콘 질화물(Si3N4) 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수도 있다. 절연층(310)은 베이스 기재(200)의 상면에 용사 코팅 공정을 수행하여 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 절연층(310)은 베이스 기재(200)와 전극층(320) 사이를 절연하는 기능을 수행한다.
전극층(320)은 전도성 금속 재질로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 전극층(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. 전극층(320)은 용사 코팅 공정 또는 스크린 프린트 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 전극층(320)은 약 30㎛ 내지 50㎛의 두께를 갖는다. 예컨대, 전극층(320)의 두께가 30㎛ 미만이면, 해당 전극층 내의 기공률 및 기타 결함으로 인하여 저항 값이 증가하게 되고, 상기 저항 값의 증가에 따라 정전 흡착력이 저하되는 현상이 발생하므로 바람직하지 못하다. 또한, 전극층(320)의 두께가 50㎛를 초과하면, 과전류가 발생하여 아킹(arcking) 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다. 따라서, 전극층(320)의 두께는 약 30㎛ 내지 50㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 전극층(320)은 도 2 이하에서 기술하는 바와 같이 본 발명에서는 특히 특수한 나선형 패턴으로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 전극층(320)은 유전체층(330)의 상부에 놓이는 기판(미도시)을 로딩할 때 바이어스를 받아 정전기력을 발생시켜 척킹할 수 있다. 기판(미도시)을 언로딩할 때에는 전극층(320)에 반대의 바이어스를 인가하여 방전이 이루어지도록 함으로써 디척킹이 이루어진다.
유전체층(330)은 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 일 실시 예로, 유전체층(330)은 상술한 절연층(310)과 동일한 재질인 알루미늄 산화물(Al2O3)로 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 유전체층(330)은 알루미늄 산화물(Al2O3) 외에 실리콘 산화물(SiO2), 바륨 산화물(BaO), 아연 산화물(ZnO), 코발트 산화물(CoO), 주석 산화물(SnO2) 및 지르코늄 산화물(ZrO2) 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다. 유전체층(330)은 절연층(310) 및 전극층(320)의 상면에 용사 코팅 공정을 수행하여 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 유전체층(330)은 전극층(320)에 의해 정전기력이 형성되도록 유전체의 기능을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척 플레이트(300)의 전극층 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척 플레이트(300)는 척킹 및 디척킹을 위한 바이어스 전압이나 전류를 받기 위한 복수의 전극(321, 322)을 포함한다.
도 2와 같이, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)은 극성이 서로 반대인 바이어스(어느 하나가 양극이면 다른 하나는 음극)를 받도록 서로 방사상으로 교번하여 배치된다. 따라서, 전체 영역에서 균일한 척킹과 디척킹이 이루어지도록 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 총 합한 수는 짝수인 것이 바람직하다. 도면에서는 제1전극(321) 3개가 점유하는 3-존(zone) 및 제2전극(322) 3개가 점유하는 3-존을 합하여 총 합한 전극 수 6개의 6-존 형성 형태를 도시하였다.
바람직하게는, 본 발명에서 상기 복수의 전극(321, 322)은 회전 대칭을 가질 수 있다.
본 발명에서는 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)은, 정전척 플레이트(300)의 가장 자리의 시작점(10)으로부터 중심쪽의 전극의 중심선의 종점(20)을 향하여 연장된 나선형 패턴의 회전각은 360o*n (n은 1 이상 2 이하의 실수)로 형성된다. 본 발명의 명세서에서 나선 패턴의 회전각이란 나선 패턴의 종점에서의 중심선의 접선이 정전척 플레이트의 외주(외경)와 만나는 지점을 기준점이라 할 때, 이 기준점에 대하여 나선 패턴이 종점(20)으로부터 나선 패턴의 시작점(10)까지의 나선 패턴의 중심선 궤적이 이루는 각도 중 최대값을 말한다. 이 때, 나선 패턴의 중심선이란 일정한 폭으로 길이 방향으로 연장되는 나선 패턴에서 폭 방향의 중간 위치의 점들을 연결한 선을 말하는데, 예컨대 정전척 플레이트의 원점을 기준으로 한 소정의 반경을 그렸을 때 이 반경이 나선 패턴의 윤곽과 만나는 두 점을 연결한 직선의 중점을 연결함으로써 중심선을 구할 수 있다.
바람직하게는, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)은 모두 나선형 패턴의 회전각이 360o 이상으로 이루어지며, 정전척 플레이트(300)의 사이즈에 따라 360o의 2배까지도 나선형 패턴의 연이어 연장된 면의 형성 각도를 설계할 수 있다.
본 발명은 특히 교류 정전척에 적용될 때 유용하다. 각 전극(321, 322)의 나선형 패턴의 회전각을 360o 이상으로 설계함으로써, 정전척 플레이트의 중심으로부터 방사상의 모든 방향에서 항상 3쌍의 제1 전극 및 제2 전극 패턴을 만나게 되므로, 각 쌍의 전극에 서로 다른 소정 위상의 교류 전압이 인가될 때에도 전압의 위상에 무관하게 균일한 정전기력이 제공될 수 있게 된다.
또한, 각 전극(321, 322)에 척킹 및 디척킹을 위한 바이어스가 인가될 때, 척킹을 위한 정전기력과 디척킹을 위한 방전이 정전척 플레이트(300) 전체 영역에서 균일하게 이루어질 수 있다. 이에 따라 정전척 플레이트(300) 상에 웨이퍼 등 기판의 로딩과 언로딩이 원활하게 이루어져, 공정 후 제조되는 디바이스 등의 전기적 특성이나 성능의 편차와 불균일성이 억제되어, 수율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
예를 들어, 12인치 반도체 웨이퍼를 위한 정전척의 경우, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)은 나선형 패턴의 전극 각도가 360o ~ 720 o로 형성되는 것이 적절하다.
본 발명의 정전척(100)은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정 또는 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 등 다양한 공정을 위한 챔버에서 반도체 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플렉서블 기판 등 다양한 기판의 척킹과 디척킹을 위해 사용될 수 있다. 특히 정전척(100)이 이온 주입 공정용으로 사용될 수 있으며, 이때, 기판을 정전 흡착한 정전척(100)이 45~90o로 기울게 배치되어 챔버 내에서 수직 또는 수평의 병진 운동을 통해 이온 주입 공정 등이 진행될 수 있다. 이때 충분한 정전기력이 확보가 되지 않으면 기판의 이탈이 발생할 수 있고 이를 방지하기 위하여 정전척(100)의 전극 패턴이 360o 이상의 회전각을 갖도록 나선형으로 둘러서 배치해 기판의 정전기력에 의한 척킹시 기판의 이탈 염려 없이 유효하게 유지가 가능하다. 이를 위한 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)은 도 2와 같이 나선형 패턴의 회전각의 최적의 각도는 470o 정도로 중심에서 수렴되도록 할 수 있다.
위와 같은 본 발명의 정전척 플레이트(300)의 전극 구조는, 전극 면적의 균일성을 유지하면서 다중 전극 구조를 구현할 수 있게 한다. 본 발명의 실시예에서는 6-zone의 다중 존 전극 구조(예, 6-존(zone))로 척킹을 위한 정전기력과 디척킹을 위한 방전이 전체 영역에서 균일하게 이루어져, 척킹 시 강한 척킹을 제공할 수 있고, 공정 후의 전하 방전 시간은 단축된 안정적인 디척킹으로 원활한 공정 수행이 이루어지도록 할 수 있다.
도 2와 같이, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 나선형 패턴들은, 정전척 플레이트(300)의 가장 자리를 따라 동일한 간격으로 나뉘어 점유된 부분들 각각의 시작점(10)에서 시작하여, 중심의 종점(20)까지 끊김없이 연장된다. 이에 따라 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 나선형 패턴들은, 중심을 기준으로 방사형으로 동일한 간격으로 나뉘어 점유된 부분들을 갖는다. 즉, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 나선형 패턴들은, 가장 자리 및 중심에서 동일한 각도 간격으로 나뉘어 점유된 부분들을 갖는다. 이와 같은 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 나선형 패턴들은, 각각의 면적이 동일하게 형성될 수 있다. 이를 통하여 척킹을 위한 정전기력과 디척킹을 위한 방전이 전체 영역에서 균일하게 이루어져 강한 척킹 및 안정되고 원활한 디척킹을 제공할 수 있다.
또한, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 나선형 패턴들은, 정전척 플레이트(300)의 시작점(10)으로부터 종점(20) 사이에 위와 같은 베이스 기재(200)와 연통되는 냉각 가스 홀을 위한 하나 이상의 홀(예, 도 2의 328)을 포함할 수 있다. 즉, 전극 물질이 형성되지 않은 부분인 홀(예, 도 2의 328)에는 그보다 작은 직경의 천공이 이루어져 베이스 기재(200)의 냉각 가스 홀이나 냉각 유로 패턴과 연통될 수 있다. 이외에도, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 나선형 패턴들은, 정전척 플레이트(300)의 시작점(10)으로부터 종점(20) 사이에 냉각 가스 홀을 위한, 폭이 좁아진 부분(예, 도 2의 329)을 포함할 수 있다. 이를 통하여 전극 물질이 형성되지 않은 해당 부분(예, 도 2의 329)에 직경의 천공이 이루어져 베이스 기재(200)의 냉각 가스 홀이나 냉각 유로 패턴과 연통될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 정전척 플레이트(300)의 중심부 부분(325)의 전극 패턴 확대도이다.
도 3과 같이, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 나선형 패턴들 각각은, 정전척 플레이트(300)의 시작점(10)으로부터 종점(20) 사이에 1개 이상의 굴곡부(400)를 포함할 수 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따라 중심선을 구하는 예가 모식적으로 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 정전척 플레이트의 중심을 기준으로 소정 반경의 원을 그리고 그 원이 전극 패턴과 만나는 지점을 구한다. 이어서, 이 지점들을 연장하는 직선을 양분하는 점(중간점)을 구할 수 있다. 원의 반경을 달리하면서 동일한 작업을 반복하여 중간점들을 구하고 이 중간점들을 연결하여 중심선(323)을 구할 수 있다. 이상의 방법으로 전극 패턴에는 전극 중심선을 그릴 수 있고, 전극 갭(391)에는 갭 중심선(392)을 그릴 수 있다. 본 실시예에서 전극 패턴과 갭은 회전 대칭성을 가진다. 이에 따라, 전극 중심선(323)과 갭 중심선(392)은 닮은 꼴에 가까운 형상을 갖고, 그 전극 중심선과 갭 중심선의 길이는 실질적으로 동등하다.
도 4는 본 발명의 정전척 플레이트(300)의 전극 패턴의 다른 예에서 도 2의 중심부 부분(325)의 확대도이다.
도 4와 같이, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 나선형 패턴들 각각은, 정전척 플레이트(300)의 시작점(10)으로부터 종점(20) 사이에 최소한 일부에 요동하는 윤곽선(fluctuated contour; 321A)을 갖는다. 이와 같은 요동하는 윤곽선은 전극의 전체 영역, 즉, 시작점(10)으로부터 종점(20)까지 전체 경로에 구비될 수 있지만, 경우에 따라서는 그 일부분의 경로에서만 구비될 수도 있다.
본 실시예에서 이와 같은 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 나선형 패턴들 각각에서, 정전척 플레이트(300)의 시작점(10)으로부터 종점(20)까지, 복수의 제1전극(321) 및 복수의 제2전극(322)의 인접한 각각의 전극들 간의 갭(391)의 길이는, 도 3에서 보다 도 4의 경우가 훨씬 길다. 도 4와 같은 경우 도 3에서 보다 더욱 강한 정전기력을 발생할 수 있게 되며, 위와 같은 꺽인 부분이나 요동 부분을 통하여 인접한 각각의 전극들 간의 갭의 길이는, 최적의 설계에 준하여 약 850 mm 이상(예를 들어, 12인치 반도체 웨이퍼에 사용되는 경우)의 전극들 간의 갭의 길이를 갖도록 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 설계 목적에 따라 전극들 간의 갭의 길이는, 500 ~ 5000 mm로 설계할 수 있다. 좀 더 일반화하면 위와 같은 굴곡부나 요동 윤곽을 통하여 전극 갭의 중심선 길이는, 복수의 전극(321, 322)의 중심선의 길이 보다 바람직하게는 1.1 배 이상, 1.5 배 이상 또는 2.0배 이상일 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 전극 갭 중심선 길이는 복수의 전극 중심선 길이의 5배까지 커질 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 정전척 전극층(320)과 비교하기 위한 종래의 정전척의 전극층 구조의 예이다. 아래 [표]에는 종래의 정전척의 전극층의 구조(도 5a, 도 5b, 도 5c)와 본 발명의 정전척 전극층(320)에 대한 특징을 요약하여 나타내었다.
정전척 구분 대칭성 갭 길이 가장자리 부분의
정전기력
도 5a 대칭 짧다 없음
도 5b 비대칭 짧다 있음
도 5c 비대칭 길다 있음
실시예(도 1) 대칭 길다 있음
도 5a와 같은 종래의 일반적인 전극층 구조는, 대칭적 전극들이 갭의 길이가 짧은 경우로서 정전척 플레이트의 가장자리 부분에는 정전기력이 부족하고 방사형의 전극들로만 구성되므로 정전기력의 작용 각도가 0에 해당한다. 정전기력은 인접한 전극과의 경계 부분에서 발생하게 되는데 해당 정전척은 인접한 전극 간 경계에서의 갭의 길이가 짧고 외측 가장자리에 별도의 패턴이 없기 때문에 정전기력이 부족할 수 있다.
도 5b와 같은 종래의 전극층 구조는, 비대칭적 전극들을 포함하지만 갭의 길이가 비교적 짧은 경우로서 정전척 플레이트의 가장자리 부분에서 어느 정도 정전기력이 발생하고 비대칭적 전극들에 의한 정전기력의 작용 각도가 60o 정도로 구성된다. 전극 형상이 비대칭이므로 정전기력 및 디척킹이 불안정한 요소로 작용할 수 있다. 이와 같은 경우 정전기력을 형성하는 두 전극의 갭의 길이가 비교적 짧고 전체의 1/6(각도 60o) 구간을 가지므로 [표]와 같이 소정의 주파수로 전원 전압이 인가될 때 일부만을 흡착하고 있게 되어 정전기력이 부족 해지는 결과로 나타나게 된다.
도 5c와 같은 종래의 전극층 구조는, 비대칭적 전극들을 포함하고 갭의 길이를 어느 정도 길게 구성한 경우로서 정전척 플레이트의 가장자리 부분에서 어느 정도 정전기력이 발생하고 비대칭적 전극들에 의한 정전기력의 작용 각도가 180o 정도로 구성된다. 해당 정전척은 인접한 전극 간 갭의 길이가 도 5a, 도 5b 보다 길지만 정전기력을 형성하는 두 전극의 구간이 약 180o 이내이므로 정전기력이 부족할 수 있다.
반면, 본 발명의 정전척 전극층(320)은 대칭적 전극들이 갭의 길이가 길게 형성되도록 구성되었으며, 정전척 플레이트(300)의 가장자리 부분에도 정전기력이 충분히 균일하게 발생하도록 정전기력의 작용 각도, 360on(n은 1 이상 2 이하의 실수), 즉, 예를 들어 약 470o 되도록 전극을 구성하였다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 정전척 플레이트(300)의 전극 패턴의 추가적인 특징을 좀 더 자세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 정전척 플레이트(300)의 전극 패턴의 추가적인 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 6과 같이, 정전척 플레이트(300)의 전극(321, 322) 각각의 종점(20)에서의 중심선의 접선이 플레이트의 외주와 만나 형성하는 연장선 AC(또는 정전척 플레이트(300)의 중심과 종점(20)을 지나는 선분의 연장선에 해당함)가 있다고 할 때, 위에서 기술한 바와 같이 각 전극(321, 322)의 나선형 패턴의 회전각을 360o 이상으로 형성하면, 각 전극(321, 322)은 연장선 AC를 통과하는 교점을 2개 이상(예, 도 6에서 ac1, ac2) 가진다. 또한, 연장선 AC에 직교하는 선분의 연장선 BD를 가정할 때, 각 전극(321, 322)은 BD를 통과하는 교점을 2개 이상(예, 도 6에서 bd1, bd2, bd3) 가진다.
그러므로, 도 6과 같이, 각 전극(321, 322)의 나선형 패턴은 정전척 플레이트(300)의 중심을 지나는 두 직교 선분(AC, BD)에 의해 구분된 4 개의 사분면을 포함한다. 각 사분면은, A-B 구간의 1사분면, B-C 구간의 2사분면, C-D 구간의 3사분면, D-A 구간의 4사분면이다. 여기서, 상기 각 사분면에 속하는 전극의 상대적인 면적비의 편차(평균과의 차이)는 [표2]와 같이 0.2 이하인 것이 바람직하다. 여기서 상대적인 면적비는 어느 한 사분면, 예를 들어 1사분면의 면적을 1.00로 하여 정규화할 수 있다. 아래 표 2는 도 6의 전극 패턴에 따라 각 사분면에 속한 전극의 정규화 한 면적 및 편차를 계산한 값을 정리한 표이다.
전극위치 전극면적 면적비 편차
1사분면 A-B 1.00 0.00
2사분면 B-C 0.82 -0.18
3사분면 C-D 1.10 0.10
4사분면 D-A 1.08 0.08
본 발명에서 각 사분면의 정규화된 전극 면적비의 표준편차는 0.2 이하인 것이 바람직하다. 이하에서는 이를 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 패턴을 도시한 도면이다.
도 7a의 경우는 두 직교 선분(AC, BD)에 의해 구분된 각 사분면에서의 상대적인 면적비의 표준편차가 0.54인 경우이며, 도 7b의 경우는 두 직교 선분(AC, BD)에 의해 구분된 각 사분면에서의 상대적인 면적비의 표준편차가 1.21인 경우의 예이다. 아래 표 4에 도 6, 도 7a 및 도 7b에 도시된 전극 패턴의 각 사분면의 정규화 된 면적비 및 면적비 표준편차를 나타내었다.
1사분면 2사분면 3사분면 4사분면 면적비표준편차
실시예(도 6) 1 0.82 1.10 1.08 0.12
도 7a 1 2.19 1.54 1.09 0.54
도 7b 1 2.09 2.81 0.04 1.21
도 7a 및 도 7b와 같은 예에서, 전극(321, 322)에 5000kV의 바이어스 인가 시험에서 정전기력 및 방전은 좋은 결과를 나타내지 않았다. 아래 표 4는 하나의 전극(321, 322)에 5000kV의 직류 바이어스 인가 시험에서, 상기 4 부분의 상대적인 면적비의 편차 또는 표준 편차가 0.2 이하에서 정전기력 및 방전이 양호하게 확인되었다.
구분 표준편차 Electro force
(gf/cm2)		 평가 결과
실시예(도 6) 0.12 273 Good
도 7a 0.54 162 Bad
도 7b 1.21 100 Bad
이상 사분면을 기준으로 한 전극 배치를 설명하였지만 본 발명은 다른 방식으로 표현될 수 있음은 물론이다. 예컨대, 연장선 AC를 기준으로 도 6과 같이 상부 영역과 하부 영역으로 구분하고 각 영역의 전극 면적을 설계할 수도 있다. 각 전극(321, 322)의 나선형 패턴은 연장선 AC에 의해 구분된 상하부 2 영역으로 구분하는 경우 상부 영역의 면적과 하부 영역의 면적의 상대적인 면적비 차이가 10% 이하인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 정전척(100)은, 균일한 척킹과 디척킹 영역을 위해 전극의 모양과 전극간 갭의 형태가 최적의 정전 및 방전 성능을 갖는 전극 구조를 통해 원활한 척킹 및 디척킹이 이루어질 수 있다. 또한, 인접한 대향 전극의 면적은 최소화하고 대향 전극 간의 갭(Gap)은 최대한 길게 하여(360on, 예를 들어, 나선형 전극 패턴의 각도 360 ~ 760), 전체 영역에서 전극의 면적이 균일하게 분포하는 다중 존 전극 구조(예, 6-존(zone))에 의해, 정전 흡착의 척킹력을 강화하고 공정 후의 전하 방전 시간은 단축된 안정적인 디척킹을 제공할 수 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.
베이스 기재(200)
정전척 플레이트(300)
절연층(310)
전극층(320)
유전체층(330)

Claims (15)

  1. 베이스 기재; 및
    상기 베이스 기재 상에 고정되고, 척킹 및 디척킹을 위한 바이어스가 인가되는 복수의 전극을 포함하는 정전척 플레이트를 포함하고,
    상기 복수의 전극은 상기 정전척 플레이트의 가장 자리의 시작점으로부터 중심쪽의 종점을 향하여 연장되는 나선형 패턴을 구비하고, 상기 나선형 패턴의 회전각이 360on(n은 1 이상 2 이하의 실수)인 정전척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 회전 대칭인 것을 특징으로 하는 정전척.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극은
    제1 극성의 복수의 제1전극 및 상기 제2 극성의 복수의 제2전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 방사상으로 교번되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1전극 및 상기 복수의 제2전극의 총 수는 짝수인 정전척.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1전극 및 상기 복수의 제2전극 각각의 면적은 동일한 정전척.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1전극 및 상기 복수의 제2전극 각각은, 상기 정전척 플레이트의 시작점으로부터 상기 종점 사이에 1개 이상의 굴곡부를 갖는 정전척.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1전극 및 상기 복수의 제2전극 각각은, 상기 정전척 플레이트의 시작점으로부터 상기 종점 사이에 요동 윤곽선을 갖는 정전척.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1전극 또는 상기 복수의 제2전극은, 상기 정전척 플레이트의 시작점으로부터 상기 종점 사이에 냉각 가스 홀을 위한 하나 이상의 홀을 포함하는 정전척.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1전극 또는 상기 복수의 제2전극은, 상기 정전척 플레이트의 시작점으로부터 상기 종점 사이에 냉각 가스 홀을 위한, 폭이 좁아진 부분을 포함하는 정전척.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 복수의 전극 패턴을 포함하고, 상기 복수의 전극 패턴 사이에 복수의 전극 갭을 포함하며,
    상기 전극 갭의 중심선은 상기 전극 패턴의 중심선의 길이 보다 1.1 ~ 5배인 정전척.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극 각각이, 상기 중심을 지나는 두 직교 선분에 의해 구분된 4개의 사분면을 포함하고, 상기 두 직교 선분 중 하나는, 해당 전극의 상기 종점에서의 중심선의 접선이 상기 정전척 플레이트의 외주와 만나 형성하는 연장선이며, 상기 4개의 사분면의 면적비 편차 또는 표준 편차가 0.2 이하인 정전척.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극 각각이, 상기 종점에서의 중심선의 접선이 상기 정전척 플레이트의 외주와 만나 형성하는 연장선에 의해 구분된 상부 영역과 하부 영역을 포함하고, 상기 상부 영역의 면적과 하부 영역의 면적의 상대적인 면적비 차이가 10% 이하인 정전척.
  13. 베이스 기재; 및
    상기 베이스 기재 상에 고정되고, 척킹 및 디척킹을 위한 바이어스가 인가되는 복수의 전극을 포함하는 정전척 플레이트를 포함하고,
    상기 복수의 전극 각각은, 상기 정전척 플레이트의 가장 자리의 시작점으로부터 중심쪽의 종점을 향하여 연장되는 나선형 패턴을 구비하고, 상기 종점에서의 중심선의 접선이 상기 정전척 플레이트의 외주와 만나 형성하는 연장선을 통과하는 교점을 2개 이상 가지는 정전척.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 전극 각각은, 상기 연장선에 직교하는 선분의 연장선을 통과하는 교점을 2개 이상 가지는 정전척.
  15. 절연층, 상기 절연층 상의 전극층, 상기 전극층 상의 유전체층을 포함하고,
    상기 전극층은, 척킹 및 디척킹을 위한 바이어스를 받기 위한 복수의 전극을 포함하고,
    상기 복수의 전극은 상기 정전척 플레이트의 가장 자리의 시작점으로부터 중심쪽의 종점을 향하여 연장되는 나선형 패턴이고 회전각이 360on(n은 1 이상 2 이하의 실수)인 정전척.

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