KR20240046102A - 정전 척 어셈블리 - Google Patents

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KR20240046102A
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chuck assembly
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fixing member
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KR1020237001420A
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히로시 다케바야시
준야 와키
미츠루 고지마
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

진공 챔버 내에서의 사용에 있어서의 내용 기간(耐用期間)을 배수적으로 길게 하는 것이 가능한 정전 척 어셈블리가 제공된다. 이 정전 척 어셈블리는, 정전 척으로서의 원반형의 전극 내장 세라믹 플레이트와, 전극 내장 세라믹 플레이트의 바닥면을 지지하고, 환형 또는 원호형의 내부 공간을 갖는, 원반형의 냉각 플레이트와, 내부 공간에 냉각 플레이트의 중심축에 대해 회전 가능하게 수용되는, 환형 또는 원호형의 내부 고정 부재와, 내부 고정 부재에, 서로 이격되어 형성되는 n의 배수 개(단 n은 2 이상의 정수)의 암나사부와, 냉각 플레이트의 바닥부에, 1세트의 n개의 암나사부가 노출되도록 형성되는, 챔버 고정용의 볼트가 삽입되기 위한 n개의 스루 홀을 구비하고, 내부 고정 부재가 미리 정해진 각도 또는 그 배수의 각도로 회전된 경우에 다른 세트의 n개의 암나사부가 스루 홀에 노출되도록, 암나사부의 각각이 배치되어 있다.

Description

정전 척 어셈블리
본 발명은 정전 척 어셈블리에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조에서의 회로 형성은, 플라즈마 에칭에 의해 일반적으로 행해지고 있다. 플라즈마 에칭은, 플라즈마 에칭 장치 내의 진공 챔버에 불활성 가스를 도입하여 플라즈마화함으로써 행해진다. 플라즈마 에칭 장치 내에는, 에칭되어야 할 웨이퍼가 배치되기 위한 서셉터로서 기능하는, 정전 척 어셈블리가 설치되어 있다. 정전 척 어셈블리는, 정전 척으로서 기능하는 전극 내장 세라믹 플레이트와, 전극 내장 세라믹 플레이트의 바닥면을 지지하는 냉각 플레이트를 구비한다. 웨이퍼는 전극 내장 세라믹 플레이트에 정전 흡착됨으로써, 정전 척 어셈블리에 고정된 상태에서 플라즈마 에칭이 실시된다. 한편, 냉각 플레이트는, 전극 내장 세라믹 플레이트의 바닥면에 설치됨으로써, 플라즈마 에칭에 의해 웨이퍼에 발생하는 열을 빼앗도록 구성된다. 정전 척 어셈블리의 진공 챔버 내에의 장착 수법으로서, 볼트나 나사에 의한 체결이 채용되고 있다.
특허문헌 1(일본 특허 제4590393호 공보)에는, 복수의 관통 구멍을 갖는 세라믹스 기체(基體)와, 각 관통 구멍에 삽입되고 또한 볼트 구멍을 갖는 복수의 원통형 금속 소켓과, 원통형 금속 소켓 및 관통 구멍 사이에 설치되는 제1 납땜재와, 세라믹스 기체의 외주 측벽에 끼워 넣어진 금속 링과, 금속 링 및 세라믹스 기체의 외주 측벽 사이에 설치되는 제2 납땜재를 구비한, 기판 유지체가 개시되어 있고, 세라믹스 기체의 내부에는 피처리 기판을 정전 척하기 위한 전극이 형성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 볼트 고정에 의한 파손을 억제할 수 있다고 되어 있다.
특허문헌 2(일본 특허 제6080571호 공보)에는, 내부에 냉매 유로가 형성되고 또한 이면에 전압 인가 가능한 급전 부재가 접속된 베이스와, 피처리체가 배치되는 배치면을 갖는 배치 부재와, 베이스에 지지되는 포커스 링과, 배치면과 냉매 유로 사이에 개재되는 제1 전열 부재와, 포커스 링과 냉매 유로 사이에 개재되는 제2 전열 부재를 구비한, 피처리체를 배치하는 배치대가 개시되어 있다. 이 베이스는, 처리 용기의 바닥부에 설치되는 지지대에 지지된다. 구체적으로는, 지지대의 관통 구멍과 베이스의 관통 구멍이 겹쳐지도록 베이스와 지지대를 위치 결정하고, 나사를 지지대의 이면측으로부터 삽입 관통시켜 나사 고정함으로써, 베이스와 지지대가 연결되어 고정된다.
일본 특허 제4590393호 공보 일본 특허 제6080571호 공보
전술한 바와 같이, 정전 척 어셈블리의 진공 챔버 내에의 장착 수법으로서, 볼트나 나사에 의한 체결이 채용되고 있다. 도 7 및 8에 정전 척 어셈블리(110 또는 110')를 진공 챔버(130)에 장착하기 위한 종래의 구조를 도시한다. 도 7 및 8에 도시된 종래의 정전 척 어셈블리(110 또는 110')는, 모두, 전극 내장 세라믹 플레이트(112)와, 전극 내장 세라믹 플레이트의 바닥면을 지지하는 냉각 플레이트(114)와, 암나사부(118)를 갖는다. 도 7에 도시된 암나사부(118)는 냉각 플레이트(114)에 암나사 형상이 직접 형성되어 있는 구조를 갖는다. 한편, 도 8에 도시된 암나사부(118')는, 냉각 플레이트(114') 내의 구멍에 배치되는[냉각 플레이트(114)와는 별개의] 독립 파츠(119)에 암나사 형상이 형성된 것(예컨대 너트)이다. 그리고, 진공 챔버(130)의 구멍으로부터 삽입된 볼트(122)가 O링(132)을 통해 암나사부(118 또는 118')에 나사 결합됨으로써, 정전 척 어셈블리(110 또는 110')가 진공 챔버(130)에 고정된다. 그러나, 정전 척 어셈블리(110 또는 110')의 진공 챔버(130)에의 장착이나 탈착에 따라 암나사부(118 또는 118')가 열화되어, 장착이 불가능해질 위험이 있다.
본 발명자들은, 이번에 환형 또는 원호형의 내부 공간을 갖는 원반형의 냉각 플레이트와, 이 내부 공간에 회전 가능하게 수용되는 환형 또는 원호형의 내부 고정 부재를 채용하고, 또한, 내부 고정 부재에 n의 배수 개의 암나사부를 형성하여 냉각 플레이트 이면의 스루 홀로부터 n개의 암나사부를 노출시키는 구성으로 함으로써, n개의 암나사부 중 적어도 하나가 열화된 경우에, 내부 고정 부재를 회전시키는 것만으로, 다른 세트의 n개의 미열화의 암나사부를 스루 홀에 노출시킬 수 있고, 그 결과, 정전 척 어셈블리의 내용 기간(耐用期間)을 배수적으로 길게 할 수 있다는 지견을 얻었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 진공 챔버 내에서의 사용에 있어서의 내용 기간을 배수적으로 길게 하는 것이 가능한 정전 척 어셈블리를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 이하의 양태가 제공된다.
[양태 1]
정전 척으로서의 원반형의 전극 내장 세라믹 플레이트와,
상기 전극 내장 세라믹 플레이트의 바닥면을 지지하고, 환형 또는 원호형의 내부 공간을 갖는, 원반형의 냉각 플레이트와,
상기 내부 공간에 상기 냉각 플레이트의 중심축에 대해 회전 가능하게 수용되는, 환형 또는 원호형의 내부 고정 부재와,
상기 내부 고정 부재에, 서로 이격되어 형성되는 n의 배수 개(단 n은 2 이상의 정수)의 암나사부와,
상기 냉각 플레이트의 바닥부에, 1세트의 n개의 상기 암나사부가 노출되도록 형성되는, 챔버 고정용의 볼트가 삽입되기 위한 n개의 스루 홀
을 구비하고, 상기 내부 고정 부재가 미리 정해진 각도 또는 그 배수의 각도로 회전된 경우에 다른 세트의 n개의 상기 암나사부가 상기 스루 홀에 노출되도록, 상기 암나사부의 각각이 배치되어 있는, 정전 척 어셈블리.
[양태 2]
상기 n이 2∼24인, 양태 1에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 3]
상기 암나사부의 총수가 n의 2∼5배인, 양태 1 또는 2에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 4]
상기 n이 12이고, 또한, 상기 암나사부의 총수가 상기 n의 4배(즉 48)인, 양태 1∼3 중 어느 하나에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 5]
상기 내부 고정 부재의 상기 암나사부 옆에 식별 기호가 시인 가능하게 부여되어 있고, 또한,
상기 n개의 스루 홀 중 적어도 하나는 상기 식별 번호를 외부로부터 시인 가능하게 하는 잉여 개구부를 갖고 있는, 양태 1∼4 중 어느 하나에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 6]
상기 잉여 개구부를 갖는 스루 홀이 원호형의 스루 홀인, 양태 5에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 7]
상기 잉여 개구부를 갖는 스루 홀의 수가 2개 존재하는, 양태 6에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 8]
상기 잉여 개구부를 갖는 2개의 스루 홀은 대각 형상으로 배치되어 있는, 양태 7에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 9]
상기 식별 기호는 각인에 의해 상기 내부 고정 부재에 시인 가능하게 부여되어 있는, 양태 5∼8 중 어느 하나에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 10]
상기 스루 홀에 동시에 노출 가능한 1세트의 n개의 상기 암나사부에 대해 동일한 식별 기호가 할당되어 있고, 다른 세트의 n개의 상기 암나사부와는 상이한 식별 기호로 되어 있는, 양태 5∼9 중 어느 하나에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 11]
상기 식별 기호가 숫자이고, 상기 암나사부가, 1부터 m(단, m은 2 이상의 정수이고, 상기 암나사부의 총수를 상기 n으로 나눈 값임)까지의 일련번호로 순서대로 배치되도록, 상기 암나사부의 각각에 대해 상기 숫자가 할당되어 있는, 양태 10에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 12]
상기 내부 고정 부재는 상기 환형 부재이고, 상기 원호형의 스루 홀이 이루는 원호의 중심각(θ)이, [(360/N)+θ1]도 이상(단, N은 상기 암나사부의 총수이고, θ1은 평면에서 본 경우에 상기 냉각 플레이트의 중심으로부터 상기 암나사부에 그은 2개의 접선이 이루는 각도임)인, 양태 5∼11 중 어느 하나에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 13]
상기 내부 고정 부재는, 360/n도 이상의 중심각을 갖는 2개 이상의 원호형 부재를 포함하고, 상기 원호형 부재의 각각에 있어서, 상기 원호형의 스루 홀이 이루는 원호의 중심각(θ)이, [(360/n)/N')+θ1]도 이상(단, N'는 상기 원호형 부재에서의 상기 암나사부의 수이고, θ1은 평면에서 본 경우에 상기 냉각 플레이트의 중심으로부터 상기 암나사부에 그은 2개의 접선이 이루는 각도임)인, 양태 5∼12 중 어느 하나에 기재된 정전 척 어셈블리.
[양태 14]
상기 n개의 상기 암나사부는 서로 등간격으로 떨어져 배치되어 있는, 양태 1∼13 중 어느 하나에 기재된 정전 척 어셈블리.
도 1a는 본 발명에 의한 정전 척 어셈블리의 일례의 모식 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 정전 척 어셈블리의 단면 사시도이다.
도 2a는 도 1a에 도시된 정전 척 어셈블리를 냉각 플레이트의 이면으로부터 본 모식도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 냉각 플레이트의 이면에 있어서 스루 홀에 2개의 암나사부가 노출된 상태를 도시한 확대도이다.
도 3a는 본 발명에 이용되는 내부 고정 부재의 일례를 도시한 저면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 내부 고정 부재의 3B-3B선 단면도이다.
도 3c는 본 발명에 이용되는 내부 고정 부재의 다른 일례를 도시한 저면도이다.
도 3d는 본 발명에 이용되는 내부 고정 부재의 다른 일례를 도시한 저면도이다.
도 3e는 본 발명에 이용되는 내부 고정 부재의 다른 일례를 도시한 저면도이다.
도 4는 본 발명에 이용되는 전극 내장 세라믹 플레이트의 제조 공정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 이용되는 냉각 플레이트의 제조 공정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 의한 정전 척 어셈블리의 제조 공정 및 그 진공 챔버에의 장착 공정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 종래의 정전 척 어셈블리의 일례를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 종래의 정전 척 어셈블리의 다른 일례를 모식적으로 도시한 단면도이다.
정전 척 어셈블리
도 1a 및 1b에 본 발명의 일 양태에 의한 정전 척 어셈블리(10)의 모식 단면도를 도시한다. 정전 척 어셈블리(10)는, 전극 내장 세라믹 플레이트(12)와, 원반형의 냉각 플레이트(14)와, 환형 또는 원호형의 내부 고정 부재(16)와, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')와, 스루 홀(20)을 구비한다. 전극 내장 세라믹 플레이트(12)는, 정전 척으로서의 구성을 갖는 원반형의 플레이트이다. 냉각 플레이트(14)는, 환형 또는 원호형의 내부 공간(14a)을 갖는 원반형의 플레이트이고, 전극 내장 세라믹 플레이트(12)의 바닥면을 지지한다. 내부 고정 부재(16)는, 내부 공간(14a)에 냉각 플레이트(14)의 중심축에 대해 회전 가능하게 수용되는, 환형 또는 원호형의 부재이다. 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')는, 내부 고정 부재(16)에, 서로 이격되어 형성된다. 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 수는 n의 배수 개(단 n은 2 이상의 정수)이다. 스루 홀(20)은, 챔버 고정용의 볼트(22)가 삽입되기 위한 구멍이고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(14)의 바닥부에, 1세트의 n개의 암나사부(18)가 노출되도록 형성된다. 따라서, 스루 홀(20)의 수는 n개이다. 그리고, 내부 고정 부재(16)가 미리 정해진 각도 또는 그 배수의 각도로 회전된 경우에 다른 세트의 n개의 암나사부(18', 18" 또는 18"')가 스루 홀에 노출되도록, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 각각이 배치되어 있다. 이와 같이, 환형 또는 원호형의 내부 공간(14a)을 갖는 원반형의 냉각 플레이트(14)와, 이 내부 공간(14a)에 회전 가능하게 수용되는 환형 또는 원호형의 내부 고정 부재(16)를 채용하고, 또한, 내부 고정 부재(16)에 n의 배수 개의 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')를 형성하여 냉각 플레이트(14) 이면의 스루 홀(20)로부터 n개의 암나사부(18)를 노출시키는 구성으로 함으로써, n개의 암나사부(18) 중 적어도 하나가 열화된 경우에, 내부 고정 부재(16)를 회전시키는 것만으로, 다른 세트의 n개의 미열화의 암나사부(18', 18" 또는 18"')를 스루 홀에 노출시킬 수 있고, 그 결과, 정전 척 어셈블리의 내용 기간을 배수적으로 길게 할 수 있다.
즉, 전술한 바와 같이, 정전 척 어셈블리(110 또는 110')의 진공 챔버(130)에의 장착이나 탈착에 따라 암나사부(118 또는 118')가 열화되어, 장착이 불가능해질 위험이 있었다. 그러나, 이러한 경우라도, 본 발명에 의한 정전 척 어셈블리(10)는, 내부 고정 부재(16)를 회전시키는 것만으로, 미열화의 암나사부(18', 18" 또는 18"')를 순차 스루 홀(20)에 노출시킬 수 있기 때문에, 거기에 볼트(22)를 다시 나사 결합함으로써, 정전 척 어셈블리(10)를 폐기하지 않고 계속해서 사용할 수 있다. 결과로서, 정전 척 어셈블리(10)의 내용 기간을 배수적으로(즉 [(암나사부의 총수)/n]배, 도시예에서는 4배) 길게 할 수 있다.
정전 척 어셈블리(10)의 내용 기간을 배수적으로 길게 할 수 있는 것은, 플라즈마 에칭 장치의 진공 챔버 내에서의 이하의 사정도 고려하면, 매우 유리한 것이라고 할 수 있다. 즉, 도 7 및 8에 도시된 종래의 구조에 있어서, 정전 척 어셈블리(110 또는 110')의 장착을 위한 볼트(122)에 부여하는 토크는, 냉각 플레이트(114)의 이면과 진공 챔버(130) 사이의 O링(132)을, 수직 방향 상측(도면 중 화살표 A 방향)으로 대기압이 가해지는 환경하에서, 미리 정해진 양 찌부러뜨리는 데 필요한 축력을 확보하는 값인 것이 요망된다. 이 값은, 고정하기 위한 볼트(122)의 호칭 직경이나 개수에 따라서도 달라지지만, 예컨대 2.4T 계열의 재질(예컨대 탄소강)이며 M6(외경 6 mm)의 볼트 12개의 경우, 1 Nm 정도의 높은 토크가 부여될 수 있다. 또한, 정전 척 어셈블리(110 또는 110')의 사용에 있어서는 승강온을 반복하기 때문에, 나사 고정부에는, 볼트(122)의 고정 시에 발생하는 응력 및 반력뿐만 아니라, 승강온에 기인하는 열응력도 가해진다. 이 때문에, 도 7 및 8에 도시된 바와 같은 종래의 고정 방법과 맞물려, 나사산끼리의 간섭에 따른 끼임이나 산 찌부러짐 발생[즉 암나사부(118 또는 118')의 열화]이 용이하게 상정된다. 특히, 정전 척 어셈블리(110 또는 110')의 서셉터로서의 기능 자체에는 사용 후에도 문제가 없음에도 불구하고, 암나사부(118 또는 118')의 열화에 의해 서셉터로서의 내용 기간까지도 제한될 수 있기 때문에, 암나사부(118)에 관한 부분의 개선이 급선무이다. 이와 같이, 전술한 바와 같은 암나사부(118 또는 118')의 열화에 따른 문제는, 플라즈마 에칭 장치의 진공 챔버 내에서의 사용에 있어서는 특히 현저하다고 할 수 있는 바, 본 발명에 의하면 이들 문제를 순조롭게 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 정전 척 어셈블리(10)는, 암나사부(118 또는 118')의 열화에 따른 문제 이외에 이하의 문제에도 대처할 수 있는 점에서도 유리하다.
도 7 및 8에 도시된 종래의 구조에 있어서, 볼트(122)로 고정하고 있는 개소는, 볼트(122)로 고정하고 있지 않은 개소와 비교하여 연직 하방향으로 인장하는 힘이 강하고, 그 때문에, 전극 내장 세라믹 플레이트(112)의 표면(112a)에 요철이 발생하기 쉽다는 문제도 있다. 이와 관련하여, 본 발명에 의하면, 볼트(122)의 고정에 의한 클램프 하중이 환형 또는 원호형의 내부 고정 부재(16)에서 분산되기 때문에, 정전 척 어셈블리(10)의 장착에 의한 전극 내장 세라믹 플레이트(112)의 표면(112a)의 요철은 종래보다 경미해진다.
도 8에 도시된 종래의 구조에서는, 볼트(122)의 고정 시에 독립 파츠(119)의 회전을 억제하는 형상(예컨대, 너트와 같은 육각형, 2모따기 등)이 필요해진다. 그러나, 독립 파츠(119)가 작으면, 이 회전 억제 형상의 치수도 크게 확보할 수 없어, 회전 억제 효과가 불충분해진다. 또한, 회전 억제 형상이 변형해 버리면, 볼트(122)에 의한 고정도 불가능해진다. 이와 관련하여, 본 발명에 의하면, 내부 고정 부재(16)가 환형 또는 원호형이기 때문에, 내부 고정 부재(16)의 측면이 냉각 플레이트(14) 내의 환형 또는 원호형의 내부 공간(14a)의 내벽에 의해 충분한 길이에 걸쳐 규제됨으로써, 볼트(122)의 고정에 따른 회전을 효과적으로 억제할 수 있다.
정전 척 어셈블리(10)는, 웨이퍼에 플라즈마를 이용하여 CVD나 에칭 등을 행하기 위해서 웨이퍼가 배치되는 대로서 이용되는 것이며, 반도체 디바이스 제조용의 진공 챔버(30)(특히 그 챔버 하부 파츠)에 고정되어 있다.
정전 척 어셈블리(10)는, 전극 내장 세라믹 플레이트(12)와, 냉각 플레이트(14)를 구비하고 있다. 냉각 플레이트(14)는, 전극 내장 세라믹 플레이트(12)의 웨이퍼 배치면인 표면(12a)과는 반대측의 이면(12b)에 접합층(13)을 통해 접착될 수 있다.
전극 내장 세라믹 플레이트(12)는, 정전 척으로서 일반적으로 이용되는 구성의 것일 수 있다. 전형적인 전극 내장 세라믹 플레이트(12)는, 원반형의 세라믹 기체(12c)와, 세라믹 기체(12c) 내에 서로 두께 방향으로 이격되어 매설되는 정전 전극(12d) 및 히터 전극(12e)을 구비한다. 세라믹 기체(12c) 내에서, 정전 전극(12d)은 표면(12a)쪽에 형성되는 한편, 히터 전극(12e)은 이면(12b)쪽에 형성된다. 세라믹 기체(12c)를 구성하는 세라믹 재료의 예로서는, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산화알루미늄 등을 들 수 있다.
정전 전극(12d)은, 도전층(예컨대 도전성이 있는 메쉬 또는 플레이트)일 수 있고, 표면(12a)과 평행하게 형성되어 있다. 정전 전극(12d)의 이면은, 진공 챔버(30), 냉각 플레이트(14) 및 접합층(13)을 관통하여, 세라믹 기체(12c)에 삽입된 급전봉(34)에 접속되어 있다. 정전 전극(12d)에는, 급전봉(34)을 통해 직류 전압이 인가되도록 되어 있다.
히터 전극(12e)은, 도전성이 있는 코일 또는 인쇄 패턴으로 제작되고, 평면에서 본 경우에 전극 내장 세라믹 플레이트(12)의 전체에 걸쳐 일필휘지의 요령으로 일단으로부터 타단까지 연결되도록 형성되어 있다. 히터 전극(12e)의 일단과 타단은, 진공 챔버(30), 냉각 플레이트(14) 및 접합층(13)을 관통하여, 세라믹 기체(12c)에 삽입된 도시하지 않은 한 쌍의 급전봉에 접속되어 있다. 히터 전극(12e)에는, 이 급전봉을 통해 전압이 인가되도록 되어 있다.
단, 세라믹 기체(12c) 내에 매설되는 전극은, 정전 전극(12d) 및 히터 전극(12e)에 한정되지 않고, 다른 종류의 전극이어도 좋으며, 매설되는 전극의 층수도 2층에 한하지 않고, 3층 이상이어도 좋다. 예컨대, 표면(12a)으로부터 이면(12b)을 향해, 웨이퍼용 정전 전극, 웨이퍼용 바이어스 전극, 포커스 링용 정전 전극, 및 포커스 링용 바이어스 전극의 4층의 전극이 순차 서로 이격되어 세라믹 기체(12c) 내에 매설되어 있어도 좋다.
냉각 플레이트(14)는, 전극 내장 세라믹 플레이트(12)의 바닥면을 지지하는 원반형의 플레이트이고, 내부 고정 부재(16)를 수용하기 위한 환형 또는 원호형의 내부 공간(14a)을 갖는다. 이 내부 공간(14a)은, 내부 고정 부재(16)가, 냉각 플레이트(14)의 중심축에 대해 회전 가능하게 수용될 수 있는 구조로 형성되어 있다. 냉각 플레이트(14)는, 내부 공간(14a)을 갖는 것 이외에는, 정전 척용으로 일반적으로 이용되는 구성의 냉각 플레이트의 구성일 수 있다. 냉각 플레이트(14)는, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 금속제여도 좋고, SiSiCTi(Si, SiC 및 Ti를 포함하는 복합 재료) 등의 금속기 복합 재료[Metal Matrix Composite(MMC)] 제조여도 좋다. 전형적인 냉각 플레이트(14)는 원반형이고, 내부에 냉매가 순환 가능한 유로(14b)를 구비하고 있다. 유로(14b)는, 진공 챔버(30)를 관통하는 냉매 공급로 및 냉매 배출로(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 냉매 배출로로부터 배출된 냉매는 온도 조정된 후, 다시 냉매 공급로로 복귀된다. 냉각 플레이트(14)는, 냉각 플레이트(14)의 하방 부분[진공 챔버(30)에 가까운 측의 부분]이 직경 확대 방향으로 연장되어 플랜지부(14c)를 구성하고 있다.
냉각 플레이트(14)는, 전극 내장 세라믹 플레이트(12)의 이면(12b)에 접합층(13)을 통해 접착될 수 있다. 접합층(13)은, 본딩 시트여도 좋고, 알루미늄 합금층 등의 금속층이어도 좋다. 특히, 냉각 플레이트(14)가 SiSiCTi 등의 금속기 복합 재료(MMC)로 제작되어 있는 경우에는, 전극 내장 세라믹 플레이트(12)의 이면(12b)에 냉각 플레이트(14)를 TCB(Thermal Compression Bonding)에 의해 접합하는 것이 바람직하다. TCB란, 접합 대상의 2개의 부재 사이에 금속 접합재를 끼워 넣고, 금속 접합재의 고상선(固相線) 온도 이하의 온도로 가열한 상태에서 2개의 부재를 가압 접합하는 공지된 방법을 말한다. 금속 접합재의 예로서는, 알루미늄 합금을 들 수 있다.
내부 고정 부재(16)는, 내부 공간(14a)에 냉각 플레이트(14)의 중심축에 대해 회전 가능하게 수용되는, 환형 또는 원호형의 부재이다. 따라서, 내부 고정 부재(16)는, 내부 공간(14a)에 적합한 형상으로 형성되어 있다. 내부 고정 부재(16)는 도 2a, 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 환형이어도 좋고, 도 3c 내지 3e에 도시된 바와 같이 여러 가지 중심각의 원호형 부재(16', 16" 또는 16"')여도 좋다. 도 3c, 3d 및 3e에 도시된 원호형의 내부 고정 부재(16)의 중심각은 각각 약 45°, 약 90° 및 약 135°이다. 내부 고정 부재(16)가 원호형으로 형성되는 경우, 냉각 플레이트(14)의 내부 공간(14a)은, 환형이어도 좋고, 원호형이어도 좋다. 냉각 플레이트(14)의 내부 공간(14a)이 원호형인 경우, 내부 공간(14a) 내에서 원호형의 내부 고정 부재(16)가 중심축에 대해 회전 가능하게 수용될 필요가 있기 때문에, 내부 공간(14a)의 원호 형상의 중심각은, 원호형의 내부 고정 부재(16)의 중심각보다 크게 하는 것이 요망된다.
내부 고정 부재(16)는, 암나사부(18)를 형성할 수 있는 재료로 구성되어 있으면 된다. 그러한 재료의 예로서는, 티탄, 스테인리스강 등의 금속을 들 수 있다.
암나사부(18, 18', 18" 및 18"')는, 내부 고정 부재(16)에, 서로 이격되어 형성된다. 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 총수는, n의 배수 개(단 n은 2 이상의 정수)이다. 이와 관련하여, 도 2a 및 3a에 도시된 양태에서는, 암나사부(18)의 개수, 암나사부(18')의 개수, 암나사부(18")의 개수, 및 암나사부(18"')의 개수가 각각 12, 즉 n=12이고, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 종별수가 4이기 때문에, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 총수는, n×4=12×4=48개가 된다. 또한, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')는 서로 동일한 형상 및 사이즈의 암나사부인 것이 바람직하고, 「18」, 「18'」, 「18"」 및 「18"'」의 상이한 부호들은, 서로 구별 가능하게 설명을 하기 위한 편의상 부여된 것에 불과하다. 단, 도 2a 및 3a에 도시된 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 종별수 및 총수는 단순한 예시이며, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다.
n의 값은, 2 이상의 정수이면 특별히 한정되지 않으나, 2∼24인 것이 바람직하고, 전형적으로는 3∼20, 보다 전형적으로는 5∼15이다. 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 총수는, n의 2∼5배인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 도 2a 및 3a에 도시된 바와 같이, n의 값이 12이고, 또한, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 총수가 n의 4배(즉 48)이다. n개의 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')는 서로 등간격으로 떨어져 배치되어 있는 것이 바람직하다.
스루 홀(20)은, 챔버 고정용의 볼트(22)가 삽입되기 위한 구멍이고, 냉각 플레이트(14)의 바닥부에, 1세트의 n개의 암나사부(18)가 노출되도록, n개 형성된다. 스루 홀(20)은, 후술하는 잉여 개구부(20a)를 갖는 경우를 제외하고, 암나사부(18)에 볼트(22)를 무리없이 삽입할 수 있도록, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 외경보다 약간 큰 사이즈로 형성되는 것이 바람직하다.
내부 고정 부재(16)가 미리 정해진 각도 또는 그 배수의 각도로 회전된 경우에 다른 세트의 n개의 암나사부(18', 18" 또는 18"')가 스루 홀(20)에 노출되도록, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 각각이 배치되어 있다. 다른 세트의 n개의 암나사부(18', 18" 또는 18"')란, 이미 스루 홀(20)에 노출되어 있던 암나사부[도시하는 예에서는 암나사부(18)]와는 별도로, n개의 스루 홀(20)에 동시에 노출 가능한 암나사부의 세트[도시하는 예에서는, n개의 암나사부(18')의 조합, n개의 암나사부(18")의 조합, 또는 n개의 암나사부(18"')의 조합]를 의미한다. 이렇게 함으로써, 이미 스루 홀(20)에 노출되어 있던 암나사부(18)가 사용에 의해 열화되었을 때에, 내부 고정 부재(16)를 미리 정해진 각도 또는 그 배수의 각도로 회전하는 것만으로, 미사용의 암나사부(18', 18" 또는 18"')의 세트를 스루 홀(20)에 노출시켜 새롭게 사용할 수 있다. 즉, 미사용의 암나사부(18', 18" 또는 18"')의 세트에 볼트(22)를 나사 결합시킬 수 있다. 그 결과, 정전 척 어셈블리(10)의 진공 챔버 내에서의 사용에 있어서의 내용 기간을 배수적으로 길게 할 수 있다.
내부 고정 부재(16)의 암나사부(18, 18', 18" 및 18"') 옆에 식별 기호(도시하는 예에서는 1, 2, 3 및 4)가 시인 가능하게 부여되어 있고, 또한, n개의 스루 홀(20) 중 적어도 하나가, 식별 번호를 외부로부터 시인 가능하게 하는 잉여 개구부(20a)를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 사용이 끝난 세트의 암나사부(18)와, 미사용의 세트의 암나사부(18', 18" 또는 18"')를 잉여 개구부(20a)로부터 식별 기호로 분별할 수 있고, 스루 홀(20)에 다음에 노출시켜야 할 미사용의 세트의 암나사부(18', 18" 또는 18"')를 용이하게 또한 적절히 선택할 수 있다. 따라서, 스루 홀(20)에 동시에 노출 가능한 1세트의 n개의 암나사부(18, 18', 18" 또는 18"')에 대해 동일한 식별 기호가 할당되어 있고, 다른 세트의 n개의 암나사부(18, 18', 18" 또는 18"')와는 상이한 식별 기호로 되어 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 2a 및 3a에 도시된 바와 같이, 식별 기호는 숫자이고, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')가, 1부터 m(단, m은 2 이상의 정수이고, 암나사부의 총수를 n으로 나눈 값임)까지의 일련번호로 순서대로 배치되도록, 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 각각에 대해 숫자가 할당되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 식별 번호에 따라 순서대로, 스루 홀(20)에 노출해야 할 암나사부를 결정하면 된다. 식별 기호는, 각인에 의해 내부 고정 부재(16)에 시인 가능하게 부여되어 있는 것이 바람직하다. 각인이면 장기간 사용하더라도 식별 기호가 없어지기 어려운 점에서 유리하다.
잉여 개구부(20a)를 갖는 스루 홀(20)은, 원호형의 스루 홀인 것이 바람직하다. 또한, 잉여 개구부(20a)를 갖는 스루 홀(20)이 2개 존재하는 것이 바람직하고, 이들 잉여 개구부(20a)를 갖는 2개의 스루 홀(20)은 대각 형상으로 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다.
내부 고정 부재(16)가 환형 부재인 경우, 도 2b에 도시된 바와 같이, 원호형의 스루 홀(20)[잉여 개구부(20a)를 갖는 스루 홀(20)]이 이루는 원호의 중심각(θ)이, [(360/N)+θ1]도 이상[단, N은 암나사부(18, 18', 18" 및 18"')의 총수이고, θ1은 평면에서 본 경우에 냉각 플레이트(14)의 중심으로부터 암나사부(18, 18', 18" 또는 18"')에 그은 2개의 접선이 이루는 각도임)인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 암나사부(18)의 사용을 마치면 볼트(22)를 벗긴 후, 암나사부(18)에 봉형물이나 손가락을 넣어 내부 고정 부재(16)를 중심축에 대해 회전시키는 것만으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 원호형의 스루 홀(20)에 다음에 사용해야 할 미사용의 암나사부(18', 18" 또는 18"')를 용이하게 노출시킬 수 있다. 즉, 사용이 끝난 암나사부(18)뿐만 아니라 미사용의 암나사부(18', 18" 또는 18"')를 동일한 원호형의 스루 홀(20)에 노출시킬 수 있다. 특히, 내부 고정 부재(16)는 냉각 플레이트(14)의 내부 공간(14a) 내에 수용되어 있고, 내부 고정 부재(16)가 외부로 노출되는 부분이 스루 홀(20)에 대응하는 부분밖에 존재하지 않기 때문에, 내부 고정 부재(16)를 회전시키기 위해서는 고안이 필요하겠지만, 상기 양태에 의하면 용이하게 내부 고정 부재(16)를 회전시킬 수 있다.
동일한 수법은, 원호형 부재(16', 16" 또는 16"')에도 적용 가능하다. 이 경우, 내부 고정 부재(16)는, 360/n도 이상의 중심각을 갖는 2개 이상의 원호형 부재(16', 16" 및/또는 16"')를 포함하는 것으로 한다. 그리고, 원호형 부재(16', 16" 및 16"')의 각각에 있어서, 원호형의 스루 홀(20)[잉여 개구부(20a)를 갖는 스루 홀(20)]이 이루는 원호의 중심각(θ)이, [(360/n)/N')+θ1]도 이상[단, N'는 원호형 부재(16', 16" 또는 16"')에서의 암나사부의 수이고, θ1은 평면에서 본 경우에 냉각 플레이트의 중심으로부터 암나사부(18, 18', 18" 또는 18"')에 그은 2개의 접선이 이루는 각도임]인 것이 바람직하다.
제조 방법
본 발명의 정전 척 어셈블리는, 공지된 방법에 따라 제조하면 되고, 그 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 전극 내장 세라믹 플레이트(12), 냉각 플레이트(14)용의 파츠, 및 내부 고정 부재(16)의 각각을 제작하고, 이들 부재를 TCB에 의해 접합함으로써, 정전 척 어셈블리(10)를 제작할 수 있다. 이하, 각 공정에 대해, 도 4 내지 6을 참조하면서 설명한다.
(1) 전극 내장 세라믹 플레이트의 제작
먼저, 세라믹 원료 분말, 바인더, 분산매 등을 포함하는 슬러리를 조제한다. 세라믹 원료 분말의 예로서는, 질화알루미늄 분말, 탄화규소 분말, 질화규소 분말, 산화알루미늄 분말 등을 들 수 있다. 슬러리에 필터링을 실시하고, 경화제를 첨가하여 혼합한다. 얻어진 슬러리를 주형에 부어 넣어, 건조시킨다. 건조시켜 얻어진 그린 시트에 탈지, 하소 및 가공을 실시하여 원반형의 그린 시트(42)를 얻는다. 도 4에서는 3장의 그린 시트(42)가 준비되나, 그린 시트(42)의 매수는 이것에 한정되지 않고, 4장 이상의 그린 시트(42)를 이용해도 좋다. 여기서는, 설명의 편의상, 3장의 그린 시트(42)를 이용하는 것을 전제로 설명을 행하는 것으로 한다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 2장의 그린 시트(42)에 전극(12d 또는 12e)을 인쇄해 둔다. 그리고, 3장의 그린 시트(42)를 전극(12d 및 12e)이 그린 시트(42) 사이에 끼워지도록 적층한다. 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 얻어진 적층체를 핫 프레스에 의해 소성한다. 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 소성된 적층체를 기계 가공하여 전극(12d 및 12e)에 접속 가능한 구멍을 형성한다. 이렇게 해서 전극 내장 세라믹 플레이트(12)를 얻는다.
(2) 냉각 플레이트용 파츠의 제작
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 MMC 원료 분말을 프레스 성형하여 압분체(44)를 얻은 후, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 압분체(44)를 핫 프레스에 의해 소성한다. 이렇게 해서 3장의 MMC 소결체(46)를 제작한다. 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 3장의 MMC 소결체(46)의 각각을 기계 가공하여, 내부 공간(14a) 및/또는 유로(14b)를 형성한다. 이렇게 해서 냉각 플레이트용 파츠(48a, 48b 및 48c)를 얻는다. 또한, 도 5에서는 3개의 냉각 플레이트용 파츠(48a, 48b 및 48c)가 준비되나, 냉각 플레이트용 파츠의 개수는 이것에 한정되지 않고, 4개 이상의 냉각 플레이트용 파츠를 이용해도 좋다.
(3) 내부 고정 부재의 제작
티탄제의 재료를 기계 가공하여, 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같은, 암나사부(18, 18', 18" 또는 18"')가 등간격으로 형성된 환형의 내부 고정 부재(16)를 얻는다.
(4) 정전 척 어셈블리의 조립 및 장착
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 전극 내장 세라믹 플레이트(12)와, 3개의 냉각 플레이트용 파츠(48a, 48b 및 48c)와, 내부 고정 부재(16)를, 내부 공간(14a)에 내부 고정 부재(16)가 수용되도록 조립한다. 이때, 전극 내장 세라믹 플레이트(12)와 냉각 플레이트용 파츠(48) 사이, 및 냉각 플레이트용 파츠(48)끼리의 사이에, 알루미늄 합금 시트(43)를 개재시킨다. 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, TCB를 실시함으로써, 전극 내장 세라믹 플레이트(12) 및 냉각 플레이트용 파츠(48c), 및 냉각 플레이트용 파츠(48a, 48b 및 48c)끼리를 접합시킨다. 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 얻어진 접합체에, 추가공, 단자 접합, 용사, 및 슬리브 접착 등을 실시하여, 정전 척 어셈블리(10)를 얻는다. 마지막으로, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 정전 척 어셈블리(10)를 진공 챔버(30)에 O링(32)을 개재시켜 배치하고, 진공 챔버(30)(특히 그 지지판)의 구멍으로부터 볼트(22)를 통과시켜, 스루 홀(20)에 노출되는 암나사부(18)에 삽입하여 나사 결합시킨다. 이렇게 해서, 정전 척 어셈블리(10)가 진공 챔버(30)에 고정된다.

Claims (14)

  1. 정전 척 어셈블리에 있어서,
    정전 척으로서의 원반형의 전극 내장 세라믹 플레이트와,
    상기 전극 내장 세라믹 플레이트의 바닥면을 지지하고, 환형 또는 원호형의 내부 공간을 갖는, 원반형의 냉각 플레이트와,
    상기 내부 공간에 상기 냉각 플레이트의 중심축에 대해 회전 가능하게 수용되는, 환형 또는 원호형의 내부 고정 부재와,
    상기 내부 고정 부재에, 서로 이격되어 형성되는 n의 배수 개(단 n은 2 이상의 정수)의 암나사부와, 상기 냉각 플레이트의 바닥부에, 1세트의 n개의 상기 암나사부가 노출되도록 형성되는, 챔버 고정용의 볼트가 삽입되기 위한 n개의 스루 홀
    을 구비하고, 상기 내부 고정 부재가 미리 정해진 각도 또는 그 배수의 각도로 회전된 경우에 다른 세트의 n개의 상기 암나사부가 상기 스루 홀에 노출되도록, 상기 암나사부의 각각이 배치되어 있는, 정전 척 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 n이 2∼24인, 정전 척 어셈블리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 암나사부의 총수가 n의 2∼5배인, 정전 척 어셈블리.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 n이 12이고, 또한 상기 암나사부의 총수가 상기 n의 4배(즉 48)인, 정전 척 어셈블리.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 고정 부재의 상기 암나사부 옆에 식별 기호가 시인 가능하게 부여되어 있고, 또한,
    상기 n개의 스루 홀 중 적어도 하나는, 상기 식별 번호를 외부로부터 시인 가능하게 하는 잉여 개구부를 갖고 있는, 정전 척 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 잉여 개구부를 갖는 스루 홀이 원호형의 스루 홀인, 정전 척 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서, 상기 잉여 개구부를 갖는 스루 홀은 2개 존재하는, 정전 척 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 상기 잉여 개구부를 갖는 2개의 스루 홀은 대각 형상으로 배치되어 있는, 정전 척 어셈블리.
  9. 제5항에 있어서, 상기 식별 기호는, 각인에 의해 상기 내부 고정 부재에 시인 가능하게 부여되어 있는, 정전 척 어셈블리.
  10. 제5항에 있어서, 상기 스루 홀에 동시에 노출 가능한 1세트의 n개의 상기 암나사부에 대해 동일한 식별 기호가 할당되어 있고, 다른 세트의 n개의 상기 암나사부와는 상이한 식별 기호로 되어 있는, 정전 척 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서, 상기 식별 기호는 숫자이고, 상기 암나사부가, 1부터 m(단, m은 2 이상의 정수이고, 상기 암나사부의 총수를 상기 n으로 나눈 값임)까지의 일련번호로 순서대로 배치되도록, 상기 암나사부의 각각에 대해 상기 숫자가 할당되어 있는, 정전 척 어셈블리.
  12. 제5항에 있어서, 상기 내부 고정 부재는 상기 환형 부재이고, 상기 원호형의 스루 홀이 이루는 원호의 중심각(θ)이, [(360/N)+θ1]도 이상(단, N은 상기 암나사부의 총수이고, θ1은 평면에서 본 경우에 상기 냉각 플레이트의 중심으로부터 상기 암나사부에 그은 2개의 접선이 이루는 각도임)인, 정전 척 어셈블리.
  13. 제5항에 있어서, 상기 내부 고정 부재는, 360/n도 이상의 중심각을 갖는 2개 이상의 원호형 부재를 포함하고, 상기 원호형 부재의 각각에 있어서, 상기 원호형의 스루 홀이 이루는 원호의 중심각(θ)이, [(360/n)/N')+θ1]도 이상(단, N'는 상기 원호형 부재에서의 상기 암나사부의 수이고, θ1은 평면에서 본 경우에 상기 냉각 플레이트의 중심으로부터 상기 암나사부에 그은 2개의 접선이 이루는 각도임)인, 정전 척 어셈블리.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 n개의 상기 암나사부는 서로 등간격으로 떨어져 배치되어 있는, 정전 척 어셈블리.
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