WO2023153676A1 - 정전 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

정전 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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WO2023153676A1
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electrostatic
layer
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electric field
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이평우
이승호
신태호
전부일
임두호
박정수
공진원
온범수
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(주)아이씨디
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect

Definitions

  • the present invention relates to electrostatic devices, and more particularly to electrostatic devices and methods of operation thereof.
  • An electrostatic chuck is a device that adsorbs and fixes a substrate by using an electrostatic force generated by a difference in electric potential.
  • Electrostatic chucks are mainly used in substrate processing devices and transfer devices.
  • An object to be solved by the present invention is to provide an electrostatic device that maximizes electrostatic power by a difference in permittivity.
  • An object to be solved by the present invention is to provide an electrostatic device that maximizes electrostatic power by a difference in electrical conductivity.
  • An object to be solved by the present invention is to provide an electrostatic device that minimizes interfacial charge.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a dielectric layer disposed on the positive electrode layer; and a ring-shaped protrusion disposed on an edge of the dielectric layer, wherein the protrusion forms a depression, the depression is filled with a cooling gas, and the protrusion includes a flat area and a roughened surface treatment area.
  • the flat area may be disposed on the outside and the surface treatment area may be disposed on the inside.
  • the flat area may be disposed on the inside and the surface treatment area may be disposed on the outside.
  • the flat region may include a first flat region and a second flat region, and the surface treatment region may be disposed between the first flat region and the second flat region.
  • the roughness of the surface treatment region may be 0.1 um to 1 um.
  • a width of the surface treatment region may be greater than a width of the flat region.
  • the height of the protrusion may be 5 micrometers to 20 micrometers.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a dielectric layer disposed on the positive electrode layer; a ring-shaped first protrusion disposed at an edge of the dielectric layer; and a ring-shaped second protrusion protruding more than the first protrusion.
  • the first protrusion or the second protrusion forms a depression, and the depression is filled with a cooling gas.
  • the second protrusion may be disposed outside to surround the first protrusion.
  • the first protrusion may be disposed outside to surround the second protrusion.
  • the second protrusion may include a second inner protrusion and a second outer protrusion spaced apart from each other, and the first protrusion may be disposed between the second inner protrusion and the second outer protrusion.
  • the height of the first protrusion may be 1/2 to 19/20 of the height of the second protrusion.
  • the height of the second protrusion may be 5 micrometers to 20 micrometers.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; A first dielectric layer disposed on the positive electrode layer; and a ring-shaped second dielectric layer disposed at an edge of the first dielectric layer.
  • the second dielectric layer forms a depression in the form of an air gap, and the depression The area is filled with cooling gas.
  • the second permittivity of the second dielectric layer may be smaller than the first permittivity of the first dielectric layer.
  • the second electrical conductivity of the second dielectric layer may be smaller than the first electrical conductivity of the first dielectric layer, and the second electrical conductivity of the second dielectric layer may be smaller than the electrical conductivity of the air gap.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; and a light providing unit providing visible light or ultraviolet light to the dielectric layer.
  • At least one optical fiber disposed in an air gap space passing through the electrostatic electrode layer and the dielectric layer may be included.
  • the optical fiber can transmit ultraviolet light.
  • the core and cladding of the optical fiber may be a quartz material.
  • a surface of the dielectric layer providing a lower surface of the gap space may be roughened for light diffusion.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; and a light providing unit providing ultraviolet rays to the dielectric layer.
  • the dechucking method of the electrostatic device includes applying a first voltage to the electrostatic electrode layer; removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer; providing light to the dielectric layer through the light providing unit; and erasing charges accumulated on the dielectric layer or the rear surface of the substrate disposed on the dielectric layer by the light.
  • removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer and providing the light may be simultaneously performed.
  • the light may be provided after removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer.
  • a voltage pulse of opposite polarity and the light may be provided sequentially or simultaneously.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; first and second dielectric layers sequentially disposed on the electrostatic electrode layer; and a power source for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the power source applies a first voltage to adsorb the substrate on the second dielectric layer and accumulates a first interfacial charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the power source applies a second voltage having an opposite polarity to the first voltage to accumulate the first interfacial charge and interfacial charge having an opposite polarity to adsorb the substrate.
  • the first voltage and the second voltage are alternately repeated, the application time of the first voltage is smaller than the time constant of the first interfacial charge, and the application time of the first voltage is It may be the same as the application time of the second voltage.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; and first and second dielectric layers sequentially disposed on the electrostatic electrode layer; and a power source for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the method of operating the electrostatic device includes applying a first voltage to the power source to adsorb a substrate on the second dielectric layer and accumulating a first interfacial charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer; and applying a second voltage of opposite polarity to the first voltage to erase the first interfacial charge accumulated between the first dielectric layer and the second dielectric layer with the charge of opposite polarity.
  • the second dielectric layer may be an air gap.
  • the first voltage and the second voltage are alternately repeated, and an application time of the first voltage may be smaller than a time constant of the first interfacial charge.
  • the application time of the first voltage is the same as the application time of the second voltage, and the time constant of the first interfacial charge may be 10 seconds or more.
  • the substrate may be charged with a first charge at the first voltage, and the first interfacial charge may be charged with a charge having the same sign as the first charge.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; and a first dielectric layer and a second dielectric layer sequentially disposed on the electrostatic electrode layer. and a power source for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the method of operating the electrostatic device includes applying a first voltage to the power source to adsorb the substrate and accumulating a first interfacial charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer; and applying a second voltage having an opposite polarity to the first voltage to accumulate the first interfacial charge and interfacial charge having an opposite polarity to adsorb the substrate.
  • the application time of the first voltage may be smaller than the time constant of the first interfacial charge.
  • the application time of the first voltage is the same as the application time of the second voltage, and the time constant of the first interfacial charge may be 10 seconds or more.
  • the first voltage and the second voltage may be alternately repeated
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer and having a gap space; and a power source for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the dechucking method of the electrostatic device includes applying a first voltage to the power source to adsorb the substrate and accumulating a first interfacial charge between the dielectric layer and the gap space; and dechucking by applying a second voltage having an opposite polarity to the first voltage to erase the first interfacial charge between the gap space and the dielectric layer.
  • the first voltage is V0
  • the second voltage is V1
  • the relaxation time is ⁇
  • the application time (t) of the second voltage is given as follows.
  • a relaxation time defined by resistance and capacitance of the dielectric layer and the gap space may be greater than an application time of the second voltage.
  • an absolute value of the second voltage may be greater than an absolute value of the first voltage.
  • the absolute value of the second voltage is equal to the absolute value of the first voltage
  • the application time of the second voltage is defined by the resistance and capacitance of the gap space. It can be 0.69 times the time.
  • the absolute value of the second voltage is twice the absolute value of the first voltage
  • the application time of the second voltage is defined by the resistance and capacitance of the gap space. It can be 0.40 times the time.
  • the absolute value of the second voltage is three times the absolute value of the first voltage, and the application time of the second voltage is defined by the resistance and capacitance of the gap space. It can be 0.287 times the time.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer and having a gap space; and a power source for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the dechucking method of the electrostatic device includes applying a first voltage to the power source to adsorb the substrate and accumulating a first interfacial charge between the dielectric layer and the gap space; and dechucking the power source to reduce the first interfacial charge by applying a second voltage greater than the first voltage to induce a discharge in the gap space.
  • the ratio of the electrical conductivity of the gap space to the electrical conductivity of the dielectric layer may be greater than the ratio of the dielectric constant of the gap space to the dielectric constant of the dielectric layer.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; and a power source for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the power source applies a first voltage to adsorb the substrate, and the power source applies a second voltage having a polarity opposite to that of the first voltage to dechuck the substrate.
  • the first voltage is V0
  • the second voltage is V1
  • the relaxation time is ⁇
  • the application time (t) of the second voltage is given as follows.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; and a second dielectric layer disposed on the second dielectric layer.
  • the first dielectric layer has a first dielectric constant and a first electrical conductivity
  • the second dielectric layer has a second dielectric constant and a second electrical conductivity
  • the ratio of the second dielectric constant to the first dielectric constant is equal to the first electrical conductivity. is equal to the ratio of the second electrical conductivity to
  • the thickness of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness of the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.5 or less.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; and an air gap formed in the first dielectric layer.
  • the air gap is filled by a cooling gas
  • the first dielectric layer has a first dielectric constant and a first electrical conductivity
  • the cooling gas has a second dielectric constant and a second electrical conductivity
  • a second dielectric constant with respect to the first dielectric constant The ratio of permittivity is equal to the ratio of the second electric conductivity to the first electric conductivity.
  • the thickness of the air gap may be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness of the first dielectric layer and the air gap.
  • the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.5 or less.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; a substrate disposed on the first dielectric layer; and a second dielectric layer disposed between the lower surface of the substrate and the first dielectric layer.
  • the first dielectric layer has a first dielectric constant and a first electrical conductivity
  • the second dielectric layer has a second dielectric constant and a second electrical conductivity
  • the ratio of the second dielectric constant to the first dielectric constant is equal to the first electrical conductivity. is equal to the ratio of the second electrical conductivity to
  • the thickness of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness of the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.5 or less.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; a second dielectric layer disposed on the first dielectric layer; a substrate disposed on the second dielectric layer; and a third dielectric layer disposed between the lower surface of the substrate and the second dielectric layer.
  • the first dielectric layer has a first dielectric constant and a first electrical conductivity
  • the second dielectric layer has a second dielectric constant and a second electrical conductivity
  • the third dielectric layer has a third dielectric constant and a third electrical conductivity
  • the ratio of the second permittivity to the first permittivity is the same as the ratio of the second electric conductivity to the first electric conductivity.
  • the ratio of the third permittivity to the second permittivity may be equal to the ratio of the third electric conductivity to the second electric conductivity.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; a second dielectric layer disposed on the first dielectric layer; a substrate disposed on the second dielectric layer; and a third dielectric layer disposed between the lower surface of the substrate and the second dielectric layer.
  • the first dielectric layer has a first dielectric constant and a first electrical conductivity
  • the second dielectric layer has a second dielectric constant and a second electrical conductivity
  • the third dielectric layer has a third dielectric constant and a third electrical conductivity
  • the ratio of the third permittivity to the second permittivity is the same as the ratio of the third electric conductivity to the second electric conductivity.
  • the third dielectric layer and the second dielectric layer may have the same permittivity and electrical conductivity.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; a substrate disposed on the first dielectric layer; and a second dielectric layer disposed between the lower surface of the substrate and the first dielectric layer.
  • the first dielectric layer has a first dielectric constant and a first electrical conductivity
  • the second dielectric layer has a second dielectric constant and a second electrical conductivity
  • an interfacial surface charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer is 0.1 [V ⁇ 2].
  • V is the voltage applied between the electrostatic electrode layer and the substrate
  • ⁇ 2 is the second permittivity of the second dielectric layer.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; a substrate disposed on the first dielectric layer; and a second dielectric layer disposed between the lower surface of the substrate and the first dielectric layer.
  • the first dielectric layer has a first dielectric constant and a first electrical conductivity
  • the second dielectric layer has a second dielectric constant and a second electrical conductivity
  • the electric field of the second dielectric layer does not vary with time.
  • the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.5 or less, and the ratio of the second dielectric constant to the first dielectric constant may be 0.5 or less.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; a temperature control unit controlling the temperature of the first dielectric layer; and an air gap formed in the first dielectric layer.
  • the air gap is filled with gas, the first dielectric layer has a first dielectric constant and a first electrical conductivity, the gas has a second dielectric constant and a second electrical conductivity, and the temperature controller applies an external voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the first dielectric layer is heated, and the temperature controller cools the first dielectric layer in a state in which an external voltage is applied to the electrostatic electrode layer.
  • the ratio of the second permittivity to the first permittivity may be equal to the ratio of the second electric conductivity to the first electric conductivity.
  • the ratio of the second permittivity to the first permittivity may be greater than the ratio of the second electric conductivity to the first electric conductivity.
  • the temperature control device may include at least one of a resistive heater, warm air, and an infrared generator.
  • the first dielectric layer may be aluminum oxide including titanium oxide.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer having a first dielectric constant and a first electrical conductivity disposed on the electrostatic electrode layer; a second dielectric layer disposed on the first dielectric layer and having a second dielectric constant and a second electrical conductivity; and a temperature controller configured to adjust the temperature of the first dielectric layer.
  • the method of operating the electrostatic device includes heating the first dielectric layer so that the ratio of the second permittivity to the first permittivity is greater than the ratio of the second electric conductivity to the first electric conductivity; and cooling the first dielectric layer so that the ratio of the second dielectric constant to the first dielectric constant is equal to the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity.
  • a voltage is applied to the electrostatic electrode layer to adsorb the substrate on the second dielectric layer, and in the cooling step, the substrate on the second dielectric layer is removed by removing the voltage from the electrostatic electrode layer. can be detached.
  • the second dielectric layer may be an air gap.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; a resistive layer disposed on the first dielectric layer; and an air layer disposed on the resistive layer, wherein the protrusions formed on the first dielectric layer form the air layer between the adsorbed material and the first dielectric layer, and electrical conductivity of the resistive layer is increased by light.
  • the resistive layer may be CdS.
  • the resistive layer may be connected to ground through a switch.
  • a light providing unit providing light to the resistive layer may be further included.
  • An electrostatic device includes a first electrostatic electrode receiving a first voltage; a second electrostatic electrode receiving a second voltage; a first dielectric layer disposed on the first electrostatic electrode and the second electrostatic electrode; a first conductive layer disposed on the first dielectric layer at a position corresponding to the first electrostatic electrode; and a second conductive layer disposed on the first dielectric layer at a position corresponding to the second electrostatic electrode.
  • the first conductive layer and the second conductive layer may be electrically connected to each other.
  • a resistive layer connecting the first conductive layer and the second conductive layer is further included, and electrical conductivity of the resistive layer can be increased by light.
  • the present invention includes an air layer disposed on the first conductive layer and the second conductive layer, and the protrusion formed on the first dielectric layer forms the air layer between the adsorbed material and the first dielectric layer.
  • electrical conductivity of the resistive layer may be increased by light.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; a conductive layer disposed on the first dielectric layer; and an air layer disposed on the conductive layer.
  • the protruding portion formed on the first dielectric layer forms an air layer between the adsorbed material and the first dielectric layer.
  • the conductive layer may be electrically connected to the conductive material coated on the inside of the passage penetrating the first dielectric layer for providing cooling gas to the air layer.
  • the conductive layer may be exposed to the air layer.
  • the conductive layer may be selectively connected to ground through a switch.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; protrusions and depressions formed in the dielectric layer; and a conductive layer formed on a lower surface of the recessed portion.
  • the method of operating the electrostatic device includes applying a first voltage to adsorb a substrate on the dielectric layer; and detaching the substrate by removing interfacial charges accumulated in the conductive layer by grounding the conductive layer after removing the first voltage.
  • the power source may further include removing the interfacial charge by applying a second voltage having a polarity opposite to that of the first voltage.
  • An electrostatic device includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer disposed on the electrostatic electrode layer; and a second dielectric layer disposed on the second dielectric layer, wherein the first dielectric layer has a first permittivity and a first electrical conductivity.
  • the second dielectric layer has a second dielectric constant ( ⁇ 2) and a second electrical conductivity ( ⁇ 2), the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity is smaller than the ratio of the second dielectric constant to the first dielectric constant, A ratio of the second dielectric constant to the first dielectric constant is 0.1 or less, and a ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity is 0.1 or less.
  • the second electrical conductivity is the reciprocal of specific resistance
  • the second specific resistance which is the reciprocal of the second electrical conductivity, may be 10 ⁇ 12 ⁇ m or less.
  • the thickness of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness of the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.01 or less.
  • the relaxation time may be 0.5 [ ⁇ 2 ⁇ 2] or less.
  • the second dielectric layer may be an air gap.
  • the present invention can provide an electrostatic device that maximizes electrostatic power due to a difference in permittivity.
  • the present invention can provide an electrostatic device that maximizes electrostatic power by a difference in electrical conductivity.
  • the present invention provides an electrostatic device that minimizes interfacial charge.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating the basic structure of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows an electric field in a second region of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 shows an electric field in a second region of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 6 shows an interfacial surface charge density of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 7 shows an interfacial surface charge density of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 shows a relaxation time ( ⁇ ) of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows a relaxation time ( ⁇ ) of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 16A shows the strength of the electric field in the second area over time.
  • 16B shows the strength of the electric field in the second region over time.
  • 17 is a conceptual diagram illustrating a parallel connection structure of second dielectric layers according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating a parallel connection structure of second dielectric layers according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 20 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 21 shows the electric field of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 22 shows the interfacial surface charge density of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 24 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 25A is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 25B is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of FIG. 25A.
  • 25C is a conceptual diagram illustrating the operation of the electrostatic device of FIG. 25A.
  • 25D is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of FIG. 25A.
  • 26 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a conceptual diagram illustrating the structure of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a conceptual diagram illustrating the structure of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 29 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a conceptual diagram illustrating a typical electrostatic device.
  • 31 to 33 are conceptual views illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 34 to 36 are conceptual views illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 37 to 44 are conceptual views illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 45 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 46 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention provides an electrostatic device that increases electrostatic power, changes interfacial charge density, and adjusts relaxation time.
  • the substrate or adsorbate may be a semiconductor substrate, a glass substrate, a plastic substrate, or a metal substrate.
  • a conductive layer may be coated on one surface of the dielectric substrate.
  • the air gap includes air at atmospheric pressure, gas at low pressure, and a state of extreme vacuum.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating the basic structure of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • a first dielectric layer 122 and a second dielectric layer 124 are stacked between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first region is formed of the first dielectric layer 122, has a first permittivity ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1, and has a thickness d1.
  • the second region is formed of the second dielectric layer 124, has a second permittivity ⁇ 2 and a second electrical conductivity ⁇ 2, and has a thickness d2.
  • the power source 130 may apply a voltage between the first electrode and the second electrode.
  • the power source may be a DC power source, a DC pulse power source, an AC power source, or a DC biased AC power source.
  • the first electrode 110 is an electrostatic electrode for providing electrostatic power
  • the second electrode 120 may be a substrate, a conductive adsorbed material, or a conductive layer coated on the adsorbed material.
  • the first electrode 110 may be a conductor or a semiconductor.
  • the second electrode 120 may be a conductive substrate or a semiconductor substrate.
  • the conductive layer may be a conductor or a semiconductor.
  • the electric fields (E1, E2) of the first region and the second region are given as follows.
  • V 0 is a potential difference applied between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the electrostatic pressure (f) of the second electrode by the second region is given as follows.
  • the surface charge density ( ⁇ si ) of the interface between the first region and the second region is given by
  • the electrostatic pressure (f) of the second electrode in the second region is given as: That is, the electrostatic pressure of the second electrode is given by
  • the electric field E1 of the first region and the electric field E2 of the second region are given as follows according to time t in the transient state.
  • the electric field is given by the permittivity in the initial state, determined by the permittivity and the surface charge density in the transition state, and the electric field is given only by the electrical conductivity in the normal state.
  • the interfacial surface charge density ( ⁇ si ) is given in the transient state as:
  • ⁇ is the relaxation time or time constant (time constant).
  • the permittivity of a dielectric may increase with temperature. As the permittivity changes with temperature, the electric field changes, and the electrostatic force may change with temperature.
  • the resistivity of a dielectric may decrease with temperature. Electrostatic power can change with temperature.
  • alumina is formed by adding TiO2, and the specific resistance may vary according to the addition rate of TiO2.
  • the first dielectric layer 122 may be a high dielectric such as alumina, and the second dielectric layer 124 may be a low dielectric such as an air gap.
  • the first dielectric layer 122 may include at least one of aluminum oxide, aluminum nitride, magnesium oxide, iridium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), barium oxide, and titanium oxide.
  • the second dielectric layer 124 has a second permittivity.
  • the second dielectric layer 124 may be a low dielectric constant material.
  • the second dielectric layer is a vacuum layer, a gas layer, an air layer, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, polyimide, poly(arylene ether) (PAE), cyclobutane derivative, polysilsesquioxane, fluorinated amorphous carbon, Xorogel, nanoporous organic silicate may contain at least one.
  • FIG. 2 shows an electric field in a second region of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the total thickness (d) is 10 um
  • the thickness (d2) of the second dielectric layer 124 is 1 um, 2 um, 5 um according to the dielectric constant ratio ( ⁇ 2 / ⁇ 1) of the second region
  • the second electric field E2 is displayed.
  • the permittivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.5 or less
  • the second electric field E2 in the second region rapidly increases.
  • the second dielectric layer 124 may be air or vacuum.
  • FIG 3 shows an electric field in a second region of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the strength of the second electric field E2 according to the thickness d2 of the second dielectric layer is displayed.
  • the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer is 0.4 or less (4 um when the total thickness is 10 um)
  • the strength of the electric field E2 in the second region rapidly increases.
  • the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be 0.2 or less.
  • the strength of the electric field E2 in the second region may increase tenfold as the thickness d2 of the second dielectric layer decreases to zero. That is, as the thickness d2 of the second dielectric layer decreases, the strength of the electric field E2 in the second region increases.
  • the strength of the electric field E2 in the second region may be less than or equal to the dielectric breakdown field.
  • the breakdown electric field may be about 3 MV/m.
  • the breakdown electric field may be about 20 MV/m.
  • the dielectric constant ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1 and the second dielectric layer 124 is a vacuum layer, in order to achieve an electrostatic pressure of about 10 Torr, an electric field in the second region is required to be 10 MV/m. do.
  • the total thickness d is 100 um and the thickness d2 of the second dielectric layer 124 is 10 um, a voltage of about 200 V is required.
  • the dielectric constant ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1 and the second dielectric layer is a vacuum layer
  • an electric field in the second region is required to be 20 MV/m to achieve a constant voltage of about 40 Torr.
  • the total thickness is 100 um and the thickness d2 of the second dielectric layer is 10 um, a voltage of about 285 V is required.
  • the dielectric constant ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1, even when the thickness d2 of the second dielectric decreases, the second electric field E2 does not increase infinitely and converges to a constant value. Accordingly, when the dielectric constant ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is greater than or equal to 0.1 and the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer is less than or equal to 0.05, the second electric field E2 is substantially constant.
  • the thickness (d2) of the second dielectric layer may be less than or equal to a predetermined value with respect to the total thickness (d) given as follows.
  • the thickness d2 of the second dielectric layer may be 0.25 d.
  • the thickness of the second dielectric layer may decrease.
  • FIG. 4 shows an electric field in a second region of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the first dielectric layer 122 has a first dielectric constant ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1
  • the second dielectric layer 124 has a second dielectric constant ⁇ 2 and a second electrical conductivity ( ⁇ 2).
  • the electric field E2 of the second region does not depend on the permittivity but only on the electrical conductivity.
  • the total thickness (d) is 10 um
  • the electric field (E2) of the second dielectric layer is displayed according to the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) for the thickness (d2) of the second dielectric layer of 1 um, 2 um, and 5 um.
  • the permittivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1 and the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.5 or less
  • the electric field in the second region increases rapidly.
  • the strength of the second electric field E2 increases. Accordingly, the electrostatic force increases.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) may be 0.5 or less.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) may be 0.1 or less.
  • the relaxation time is preferably sufficiently small in order to use a high second electric field.
  • FIG 5 shows an electric field in a second region of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.01, 0.1, 0.2, and 0.5
  • the strength of the second electric field E2 according to the thickness d2 of the second dielectric layer 124 is displayed.
  • the permittivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1.
  • the strength of the electric field E2 in the second region rapidly increases.
  • the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric may be 0.2 (2um) or less.
  • the strength of the electric field E2 in the second region may increase 10 times as the thickness d2 of the second dielectric decreases to 0. .
  • the strength of the electric field does not change significantly when the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric is 0.05 or less.
  • An electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) of 0.1 or less can be easily achieved.
  • the electrical conductivity of the first dielectric layer may change.
  • the strength of the electric field greatly changes when the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric is 0.05 or less.
  • Point A is the strength of the electric field determined by the permittivity ratio (0.1) right after the external voltage is applied.
  • Point A' is the strength of the electric field determined by the electrical conduction ratio in the steady state.
  • the arrival from the initial state (A) to the steady state (A') is determined by the relaxation time.
  • the relaxation time may be within a few seconds. Preferably, it may be desirable to be within several hundred milliseconds.
  • the second dielectric layer 124 is an air gap (or vacuum gap), and the thickness d2 of the air gap may be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness of the first dielectric layer and the air gap.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) When a high electric field (or electrostatic force) is to be obtained using the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1), the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) may be less than or equal to the permittivity ratio. Also, the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be 0.1 or less.
  • An electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) may be 0.01 or less, and a thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be 0.1 or less.
  • the intensity of the second electric field E2 is very sensitive to the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer.
  • the high second electric field can exceed the dielectric breakdown field. Accordingly, it may not be desirable for the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer to be 0.01 or less.
  • FIG 6 shows an interfacial surface charge density of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the interfacial surface charge density ( ⁇ si ) depends on the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) in a steady state.
  • the total thickness (d) is 10 um
  • the interface surface charge density ( ⁇ si ) according to the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2 / ⁇ 1) for the thickness (d2) of the second dielectric layer 124 is 1 um, 2 um, and 5 um displayed
  • the permittivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1.
  • the unit of the surface charge density ( ⁇ si ) of the interface is represented by the product of the applied voltage (V) and the second permittivity of the second dielectric layer.
  • the first electrode is charged with a positive voltage and the second electrode is grounded.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1 or less
  • the interface surface charge density ( ⁇ si ) between the first dielectric layer and the second dielectric layer rapidly increases to a positive value.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is greater than or equal to 0.1
  • the interfacial surface charge density ( ⁇ si ) slowly increases to a negative value.
  • the interfacial surface charge density ( ⁇ si ) is known to have a positive value.
  • the sign of the interfacial surface charge density ( ⁇ si ) depends on the permittivity ratio and the electrical conductivity ratio.
  • the interface surface charge density ( ⁇ si ) is zero. This condition is a condition in which interfacial surface charge does not accumulate and can be used for fast dechucking. Also, since the interfacial surface charge density ⁇ si is zero, the second electric field E2 does not change with time.
  • the interfacial surface charge density ⁇ si increases to a positive value.
  • the interface surface charge density ( ⁇ si ) escapes to the outside with a characteristic time constant (or time constant or relaxation time).
  • the interface surface charge density ( ⁇ si ) is zero.
  • the interfacial surface charge does not need to be removed separately.
  • the electrostatic device 10 includes an electrostatic electrode layer 110; a first dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; and a second dielectric layer 124 disposed on the second dielectric layer 122 .
  • the first dielectric layer 122 has a first dielectric constant ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1
  • the second dielectric layer 124 has a second dielectric constant ⁇ 2 and a second electrical conductivity ⁇ 2,
  • the ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) of the second permittivity to the first permittivity is equal to the ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) of the second electric conductivity to the first electric conductivity.
  • the thickness d2 of the second dielectric layer 124 may be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness d of the first dielectric layer and the second dielectric layer. That is, the thickness ratio (d2/d) may be 0.01 to 0.2. A ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.5 or less.
  • the electrostatic device 10 includes an electrostatic electrode layer 110; a first dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; and an air gap 124 formed in the first dielectric layer.
  • the air gap is filled with gas
  • the first dielectric layer 122 has a first dielectric constant ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1
  • the gas has a second dielectric constant ⁇ 2 and a second electrical conductivity ( ⁇ 2)
  • the ratio of the second permittivity to the first permittivity ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is equal to the ratio of the first electric conductivity to the second electric conductivity ( ⁇ 2/ ⁇ 1).
  • a thickness of the air gap may be 0.01 to 0.2 with respect to a total thickness of the first dielectric layer and the air gap.
  • a ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.5 or less.
  • the electrostatic device 10 includes an electrostatic electrode layer 110; and a first dielectric layer 122 disposed on the electrostatic electrode layer; a substrate (120) disposed on the first dielectric layer; and a second dielectric layer 124 disposed between the lower surface of the substrate and the first dielectric layer.
  • the first dielectric layer has a first dielectric constant ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1
  • the second dielectric layer has a second dielectric constant ⁇ 2 and a second electrical conductivity ⁇ 2, and
  • the ratio of the second dielectric constant ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is equal to the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity ( ⁇ 2/ ⁇ 1).
  • the thickness (d2) of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness (d) of the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • a ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.5 or less.
  • FIG 7 shows an interfacial surface charge density of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2 / ⁇ 1) is 0.01 (ie, smaller than the permittivity ratio ( ⁇ 2 / ⁇ 1))
  • the thickness ratio (d2 / d) of the second dielectric is 0.4 (4um) or less
  • the interface surface charge density ( ⁇ si ) rapidly increases as the thickness d2 of the second dielectric decreases.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1 (ie, equal to the permittivity ratio)
  • the interfacial surface charge density ( ⁇ si ) is zero.
  • the interface surface charge density ⁇ si is zero, there is no interface surface charge density remaining even when the external voltage is removed. Therefore, there is no charge to escape from the interface.
  • the interfacial surface charge density ( ⁇ si ) has a negative value.
  • the thickness (d2) of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness (d) of the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • FIG 8 shows a relaxation time ( ⁇ ) of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the total thickness (d) is 10 um
  • the thickness (d2) of the second dielectric layer 124 is 1 um
  • the permittivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1.
  • the relaxation time decreases as the permittivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) decreases.
  • the relaxation time decreases as the resistivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) increases.
  • the unit of the relaxation time is represented by the product of the second permittivity ⁇ 2 and the second resistivity ⁇ 2.
  • the relaxation time decreases as the resistivity ratio increases.
  • the relaxation time decreases.
  • the relaxation time increases.
  • the relaxation time is sufficiently long.
  • the permittivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) was fixed at 0.1. As the resistivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) increases, the relaxation time decreases.
  • the relaxation time ( ⁇ ) is constant and does not depend on the thickness (d2) of the second dielectric.
  • the relaxation time ( ⁇ ) increases according to the thickness (d2) of the second dielectric.
  • the relaxation time ( ⁇ ) decreases according to the thickness (d2) of the second dielectric.
  • the relaxation time decreases and the interfacial charge density increases. Also, the intensity of the second electric field E2 increases.
  • the relaxation time depends on the second resistivity and the second permittivity of the second dielectric layer. For example, in region X of FIG. 9 , when the relaxation time is considered, the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be in the range of 0.01 to 0.1 in order to reduce the relaxation time.
  • the relaxation time increases and the interfacial charge density increases to a negative value. Also, the intensity of the second electric field E2 decreases with time. Therefore, it is desirable that the relaxation time be long enough to maintain the high electric field in the initial state.
  • the relaxation time depends on the second resistivity and the second permittivity of the second dielectric layer. For example, in area Y of FIG. 9 , when the relaxation time and the strength of the second electric field are considered, the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be greater than or equal to 0.01. Preferably, the ratio (d2/d) of the thickness of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.1. However, if the relaxation time is too long, interfacial charges may not be erased during detachment. Accordingly, for an appropriate level of relaxation time, an appropriate thickness ratio can be selected.
  • the ratio of the second conductivity to the first conductivity ( ⁇ 2/ ⁇ 1) may be smaller than the ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) of the second permittivity to the first permittivity. Therefore, it is possible to accumulate positive interfacial charges.
  • the ratio (d2/d) of the thickness of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.1.
  • the relaxation time may decrease.
  • the ratio of the thickness of the second dielectric layer (d2/d) may be 0.01 or more.
  • the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.2.
  • the thickness of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.2 level with respect to the total thickness of the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the second electrical conductivity is the reciprocal of the second specific resistance, and the second specific resistance may be 10 ⁇ 12 ⁇ m or less. In the case of an air gap, the second resistivity may be 10 ⁇ 10 ⁇ m to 10 ⁇ 12 ⁇ m depending on the pressure and gas.
  • the relaxation time can be set according to the purpose.
  • the adsorption time may be set to several tens of seconds or more.
  • the ratio (d2/d) of the thickness of the second dielectric layer decreases to 0.01 or less, the relaxation time decreases, and thus the adsorption force decreases during the adsorption time, and unintentional desorption may occur.
  • the ratio (d2/d) of the thickness of the second dielectric layer may be set to have a large value so as to have a relaxation time greater than the adsorption time.
  • the ratio of electrical conductivity ( ⁇ 2 / ⁇ 1) is 0.1 or less
  • the ratio (d2/d) of the thickness of the second dielectric layer may be set to have a relatively large value so as to have a relaxation time smaller than the adsorption time.
  • FIG. 10 shows a relaxation time ( ⁇ ) of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the relaxation time ( ⁇ ) slightly decreases. That is, the relaxation time mainly depends on the resistivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) rather than the permittivity ratio.
  • FIG. 11 shows the intensity of the electric field in the second region over time.
  • the electric field E2 of the second dielectric layer 124 over time is displayed over time.
  • Case I may be of the Johnson-Rabeck type.
  • the second electric field E2 increases with time from the initial value (0.7).
  • the initial value (0.7) of the second electric field E2 may be determined by the characteristics of the dielectric.
  • the permittivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.01
  • the thickness (d1) of the first dielectric layer is 9um
  • the thickness (d2) of the second dielectric layer is 1um
  • the second electric field (E2) may increase with time with a relaxation time ( ⁇ ).
  • the relaxation time ( ⁇ ) may be about 0.1 [ ⁇ 2 ⁇ 2].
  • ⁇ 2 is ⁇ 0 (vacuum permittivity)
  • ⁇ 2 may be about 10 ⁇ 12 ⁇ m.
  • the relaxation time ⁇ may be about 1 second.
  • the second electric field E2 may increase from 0.7 MV/m to 1.2 MV/m.
  • the interface surface charge density ( ⁇ si ) has a positive value and accumulates at the interface.
  • Case II the electric field E2 of the second dielectric layer 124 according to time is displayed according to time.
  • Case II may be of the Coulomb type.
  • the second electric field E2 decreases with time from an initial value.
  • the initial value of the second electric field E2 may be determined by the characteristics of the dielectric.
  • the dielectric constant ratio is 0.1
  • the electrical conductivity ratio is 0.5
  • the thickness of the first dielectric (d1) 9um
  • the thickness (d2) of the second dielectric are 1um
  • the second electric field (E2) has a relaxation time ( ⁇ ) and a time may decrease according to
  • the relaxation time ( ⁇ ) may be about 1 [ ⁇ 2 ⁇ 2].
  • ⁇ 2 when the second dielectric is a weak vacuum layer, ⁇ 2 is ⁇ 0 and ⁇ 2 may be about 10 ⁇ 12 ⁇ m. In this case, the relaxation time may be about 10 seconds.
  • the second electric field E2 may decrease from 0.7 MV/m to 0.25 MV/m in a steady state. In this case, the interface surface charge density ( ⁇ si ) has a negative value and accumulates at the interface.
  • the interfacial surface charge density ( ⁇ si ) polarized charge ( ⁇ P) by the dielectric is removed, and the negative interface surface charge density ( ⁇ si ) decays with time.
  • the absolute value of the second electric field E2 may decrease over time with a relaxation time ⁇ .
  • FIG. 13 shows the strength of the electric field in the second region over time.
  • the electric field E2 of the second dielectric layer 124 over time is displayed over time.
  • Case III is the case where the interfacial surface charge density ( ⁇ si ) is zero.
  • the second electric field E2 is constant with time in its initial value.
  • the initial value of the second electric field E2 may be determined by the characteristics of the dielectric.
  • the permittivity ratio is 0.1
  • the electrical conductivity ratio is 0.1
  • the thickness of the first dielectric (d1) 9um
  • the thickness (d2) of the second dielectric are 1um
  • the second electric field (E2) has a relaxation time ( ⁇ ), but the time can be constant according to
  • the relaxation time ( ⁇ ) may be about 1 [ ⁇ 2 ⁇ 2].
  • ⁇ 2 is ⁇ 0 and ⁇ 2 may be about 10 ⁇ 12 ⁇ m.
  • the relaxation time may be about 10 seconds.
  • the second electric field E2 may be maintained at the same value over time at 0.7 MV/m. In this case, the interface surface charge density ( ⁇ si ) is zero, and no charge is accumulated at the interface.
  • the interface surface charge density ( ⁇ si ) polarized charge ( ⁇ P) by the dielectric is removed, and the interface surface charge density ( ⁇ si ) is zero. Also, the second electric field E2 is zero.
  • FIG. 14A shows the strength of the electric field in the second region according to time.
  • the interface surface charge density ⁇ si has a positive value, and the electric field E2 of the second region increases with time.
  • the second electric field E2 may have a negative value, and the absolute value of the second electric field E2 increases with time.
  • the absolute value of the second electric field E2 has a relatively small value and has a low electrostatic power.
  • the interface surface charge density ⁇ si has a positive value, and the electric field E2 of the second region increases with time.
  • the second electric field E2 of the second region is saturated, the external voltage is further increased.
  • the second electric field E2 instantaneously further increases, and the second electric field E2 may be greater than a breakdown (BD) electric field.
  • BD breakdown
  • the second dielectric is an air gap, discharge occurs, interfacial charges are reduced by the discharge charges, and the second electric field E2 is reduced.
  • the discharge may lead to an arc discharge.
  • FIG. 15 shows the intensity of the electric field in the second area over time. Referring to FIG. 15, under the condition of case IV, the electric field E2 of the second dielectric layer 124 over time is displayed over time.
  • the interface surface charge density ⁇ si has a positive value, and the electric field E2 of the second region increases with time.
  • the second electric field E2 may have a positive value
  • the second electric field E2 decreases, passes the zero point
  • the absolute value of the second electric field E2 increases with time.
  • the absolute value of the second electric field E2 has a relatively small value
  • the second electric field E2 has a zero value according to time.
  • 16A shows the strength of the electric field in the second area over time.
  • the interface surface charge density ⁇ si has a negative value, and the electric field E2 of the second region decreases with time.
  • the second electric field E2 may have a negative value, and the absolute value of the second electric field E2 decreases with time.
  • the absolute value of the second electric field E2 has a relatively large value, and the absolute value of the second electric field E2 decreases with time.
  • 16B shows the strength of the electric field in the second region over time.
  • the interface surface charge density ⁇ si has a negative value, and the electric field E2 of the second region decreases with time.
  • the second electric field E2 may exceed the discharge electric field BD. Accordingly, when the second dielectric is an air gap, discharge occurs, interfacial charges increase due to the discharge charges, and the second electric field E2 decreases. However, the discharge may lead to an arc discharge. The absolute value of the interfacial charge further increases. However, the absolute value of the second electric field E2 may decrease.
  • 17 is a conceptual diagram illustrating a parallel connection structure of second dielectric layers according to an embodiment of the present invention.
  • a first dielectric layer 122 and a second dielectric layer 124 are stacked between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first region is formed of the first dielectric layer 122, has a first permittivity ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1, and has a thickness d1.
  • the second region is formed of a plurality of second dielectrics 124 and 124' having the same thickness d2.
  • the second region may be divided into a plurality of sections according to permittivity (or electrical conductivity).
  • the third section has the same material properties as the first dielectric
  • the first section is the second main dielectric layer 124, has a second main permittivity ⁇ 2 and a second electrical main conductivity ⁇ 2, and has a thickness is d2.
  • the second section is the second preliminary dielectric 124', has a second preliminary permittivity ⁇ '2 and a second preliminary electrical conductivity ⁇ '2, and has a thickness d2.
  • the third section may have the lowest electric field as point C.
  • the second main dielectric when the second main dielectric is an air gap, a high electric field may be obtained at point A.
  • the second preliminary dielectric is a silicon oxide film and may have a value smaller than the first permittivity (permittivity of alumina). In this case, the electric field in the second section may be slightly lower than the intensity of the electric field in the second main dielectric.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating a parallel connection structure of second dielectric layers according to an embodiment of the present invention.
  • a first dielectric layer 122 and a second dielectric layer 124 are stacked between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first region is formed of the first dielectric layer 122, has a first permittivity ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1, and has a thickness d1.
  • the second region is formed of a plurality of second dielectrics 124 and 124' having the same thickness.
  • the second region may be divided into a plurality of sections according to electrical conductivity (or permittivity).
  • the third section has the same material properties as the first dielectric
  • the first section is the second main dielectric layer 124, has a second main permittivity ⁇ 2 and a second electrical main conductivity ⁇ 2, and has a thickness is d2.
  • the second section is the second preliminary dielectric 124', has a second preliminary permittivity ⁇ '2 and a second preliminary electrical conductivity ⁇ '2, and has a thickness d2.
  • the third section may have the lowest electric field as point C.
  • the second main dielectric 124 when the second main dielectric 124 is an air gap, a high electric field may be obtained at point A.
  • the second preliminary dielectric 124' is a silicon oxide film and may have a value smaller than the first electrical conductivity (electrical conductivity of alumina) of the first dielectric.
  • the electric field E2' of the second section may be higher than the intensity of the electric field E2 in the second main dielectric at point B.
  • the intensity of the electric field for each section may be relatively increased or decreased.
  • the third section may be removed, and only the second section and the third section may be used. Accordingly, it is possible to implement desired physical properties (an increase in the strength of an electric field while reducing a total current).
  • This concept can be performed in a mixture of series and parallel in a multilayer structure of two or more layers.
  • FIG. 19 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • a first dielectric layer 122 and a second dielectric layer 124 are stacked between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first region is formed of the first dielectric layer 122, has a first permittivity ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1, and has a thickness d1.
  • a conductive layer 129 may be disposed between the first dielectric layer 122 and the second dielectric layer 124 .
  • the conductive layer 129 may be very thin compared to the first dielectric layer 122 or the second dielectric layer 122 . Even when the conductive layer 129 is present, the electric field and interfacial surface charge density behave the same.
  • the conductive layer 129 accumulates interfacial surface charge. Accumulated interfacial charge can be removed by being connected to ground through a switch.
  • the conductive layer 129 may be a semiconductor or a conductor.
  • a conductive layer 129 is disposed between the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the conductive layer may be a semiconductor or a conductor.
  • the conductive layer may accumulate interfacial charges.
  • a thickness of the conductive layer may be thinner than that of the second dielectric layer.
  • Interfacial charges accumulated in the conductive layer may be connected to an external ground through a switch to be erased.
  • the first dielectric layer and the second dielectric layer may receive light from the light source 150 to generate electrons and holes, and the electrons or holes may move to the conductive layer 129 to control interfacial charge.
  • an electrostatic device 10c includes an electrostatic electrode layer 110; a first dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; a conductive layer (129) disposed on the first dielectric layer; and an air layer 124 disposed on the conductive layer.
  • a protrusion (not shown) formed on the first dielectric layer forms an air layer between the adsorbed material 120 and the first dielectric layer 122 .
  • the conductive layer is not buried in the first dielectric layer.
  • the conductive layer when the conductive layer is buried in the first dielectric layer or covered with another dielectric layer, another interfacial charge is generated. Thus, the conductive layer may be exposed to the air gap.
  • the conductive layer 129 may be selectively connected to ground through a switch.
  • the conductive layer 129 may be electrically connected to a conductive material coated on the inside of a passage (not shown) for providing cooling gas to the air layer.
  • the conductive layer may be a semiconductor or a metal.
  • the conductive layer is a photoresistive layer having conductivity by receiving light and may be CdS.
  • an electrostatic device 10c includes an electrostatic electrode layer 110; a dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; protrusions (not shown) and depressions 124 formed in the dielectric layer; and a conductive layer 129 formed on a lower surface of the recessed portion.
  • the method may further include removing interfacial charges by applying a second voltage having a polarity opposite to that of the first voltage.
  • 20 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 21 shows the electric field of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 22 shows the interfacial surface charge density of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • a first dielectric layer 122 and a second dielectric layer 124 are stacked between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first region is formed of the first dielectric layer 122, has a first permittivity ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1, and has a thickness d1.
  • the second region is formed of the second dielectric layer 124, has a second permittivity ⁇ 2 and a second electrical conductivity ⁇ 2, and has a thickness d2.
  • the temperature control unit 140 may be disposed above, below, or around the first dielectric layer 122 to control the temperature of the first dielectric layer 122 and/or the second dielectric layer 124 .
  • the second dielectric layer 124 is an air or vacuum layer
  • electrical conductivity of the second dielectric layer 124 may be substantially constant depending on temperature.
  • the first dielectric layer 122 is a high dielectric material such as alumina
  • electrical conductivity of the first dielectric layer 122 may depend on temperature.
  • the temperature control unit 140 may include at least one of a resistive heater, warm air, and an infrared generator.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 2) may be 0.01, and the permittivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) may be 0.1.
  • the dielectric constant ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) may be 0.1, and the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 2) may be 0.1.
  • the electrical conductivity ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 2) is 0.01 at the first temperature T1
  • the thickness d1 of the first dielectric is 9um and the thickness d2 of the second dielectric is 1um
  • the intensity of the electric field E2 of the second region may be about 2 MV/m
  • the interface surface charge density may be 0.5 [V ⁇ 2].
  • the intensity of the electric field E2 in the second region may be about 0.8 MV/m
  • the interface surface charge density ⁇ si may be 0 [V ⁇ 2]. Accordingly, when the temperature of the first dielectric layer 122 is modulated with time, a strong second electric field is obtained at a high temperature, and the interfacial surface charge density ⁇ si can be set to zero at a desired time and low temperature.
  • the temperature control unit 140 may change the operating characteristics by changing the temperature of the first dielectric layer 122 and/or the second dielectric layer 124 .
  • an electrostatic device 10d includes an electrostatic electrode layer 110; a first dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; and a temperature controller 140 for controlling the temperature of the first dielectric layer.
  • the temperature controller 140 heats the first dielectric layer 122 in a state in which an external voltage is applied to the electrostatic electrode layer, and the temperature controller 140 applies an external voltage to the electrostatic electrode layer. In this state, the first dielectric layer 122 is cooled.
  • the first dielectric layer 122 has different electrical conductivity according to temperature.
  • the ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) of the second permittivity to the first permittivity is equal to the ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) of the second electric conductivity to the first electric conductivity.
  • the first dielectric layer has a first dielectric constant and a first electrical conductivity
  • the second dielectric layer has a second dielectric constant and a second electrical conductivity
  • the ratio of the second dielectric constant to the first dielectric constant is the first dielectric constant. It is equal to the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity. Accordingly, in the cooled state, interfacial charge is removed. That is, while processing the substrate, the first dielectric layer is maintained at a high temperature to increase electrical conductivity and maintain high electrostatic power.
  • the processing of the substrate may be substrate transfer, plasma etching, deposition process, and the like.
  • the first dielectric layer is set to a low temperature to reduce the electrical conductivity and thus the interfacial charge. Accordingly, when the external power is removed, it is possible to attach and detach immediately.
  • the present invention can also be applied to dielectrics other than air gaps.
  • FIG. 23 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • a first voltage is applied to operate the electrostatic device.
  • the electric field E2 of the second region is changed to become saturated with time. If the electric field E2 of the second region is saturated, the interface may be charged with a negative interface surface charge density.
  • a negative interfacial surface charge density may have a relatively large relaxation time ( ⁇ ).
  • a second voltage having a polarity opposite to that of the first voltage may be applied.
  • the time t at which the interfacial charge becomes zero is given as follows.
  • the time t1 at which the interface surface charge density becomes zero may be 0.69 ⁇ .
  • the time t1 at which the interface surface charge density becomes zero may be 0.40 ⁇ .
  • the time t1 at which the interface surface charge density becomes zero may be 0.287 ⁇ .
  • the electrostatic device 10 includes an electrostatic electrode layer 110; and a dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer and having a gap space (124); and a power source 130 for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the dechucking method of the electrostatic device includes applying a first voltage (V0) to the power source 130 to adsorb the substrate 120 and accumulating a first interfacial charge between the dielectric layer and the gap space; and dechucking by applying, by the power supply 130, second voltages (V1 to V3) having opposite polarity to the first voltage to erase the first interfacial charge between the gap space and the dielectric layer.
  • a relaxation time defined by resistance and capacitance of the dielectric layer and the gap space is greater than application times t1 , t2 , and t3 of the second voltages V1 to V3 .
  • An absolute value of the second voltage may be greater than an absolute value of the first voltage.
  • the absolute value of the second voltage is equal to the absolute value of the first voltage, and the application time of the second voltage is 0.69 times the characteristic relaxation time defined by the resistance and capacitance of the gap space. there is.
  • the absolute value of the second voltage is twice the absolute value of the first voltage
  • the application time of the second voltage is 0.40 times the characteristic relaxation time defined by the resistance and capacitance of the gap space. there is.
  • the absolute value of the second voltage is three times the absolute value of the first voltage
  • the application time of the second voltage is 0.287 times the characteristic relaxation time defined by the resistance and capacitance of the gap space. there is.
  • the electrostatic device 10 includes an electrostatic electrode layer 110; and a dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer and having a gap space (124); and a power source 130 for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the dechucking method of the electrostatic device includes applying a first voltage to the power source to adsorb the substrate and accumulating a first interfacial charge between the dielectric layer and the gap space; and dechucking the power source to reduce the first interfacial charge by applying a second voltage greater than the first voltage to induce a discharge in the gap space.
  • the ratio of the electrical conductivity of the gap space to the electrical conductivity of the dielectric layer ( ⁇ 2/ ⁇ 1) may be greater than the ratio of the dielectric constant of the gap space to the dielectric constant of the dielectric layer ( ⁇ 2/ ⁇ 1).
  • 24 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • a first voltage is applied to operate the electrostatic device.
  • the electric field E2 of the second region is changed to become saturated with time.
  • a negative interfacial surface charge density may have a relatively large relaxation time ( ⁇ ).
  • the positive first voltage and the negative second voltage may be alternately applied. Accordingly, the interfacial surface charge density does not accumulate over time and can maintain an almost zero value.
  • the relaxation time ⁇ may be divided into 10 or more sections.
  • the positive first voltage and the negative second voltage may be alternately applied. Accordingly, the interfacial surface charge density does not accumulate over time and can maintain an almost zero value.
  • an electrostatic device 10 includes an electrostatic electrode layer 110; and first and second dielectric layers 122 and 124 disposed on the electrostatic electrode layer; and a power source 130 for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the method of operating the electrostatic device may include applying a first voltage to the power source 130 to adsorb the substrate 120 on the dielectric layer and to accumulate first interfacial charges; and applying a second voltage of opposite polarity to the first voltage to erase the first interfacial charge accumulated between the first dielectric layer and the second dielectric layer with the charge of opposite polarity.
  • the first voltage and the second voltage may be alternately repeated, and an application time of the first voltage may be smaller than a time constant of the first interfacial charge.
  • An application time of the first voltage may be the same as an application time of the second voltage, and a time constant of the first interfacial charge may be 10 seconds or more. For example, it may be effective in the Coulombic type.
  • the first voltage may have a positive value
  • the substrate 120 may be negatively charged at the first voltage
  • the first interfacial charge may have a negative value
  • an electrostatic device 10 includes an electrostatic electrode layer 110; and first and second dielectric layers 122 and 124 disposed on the electrostatic electrode layer; and a power source 130 for applying a voltage to the electrostatic electrode layer.
  • the method of operating the electrostatic device includes applying a first voltage to the power source 130 to adsorb the substrate 120 and accumulating a first interfacial charge between the first dielectric layer 122 and the second dielectric layer 124. step; and applying a second voltage having an opposite polarity to the first voltage to accumulate the first interfacial charge and interfacial charge having an opposite polarity to adsorb the substrate 120 .
  • An application time of the first voltage is smaller than a time constant of the first interfacial charge.
  • An application time of the first voltage may be the same as an application time of the second voltage, and a time constant of the first interfacial charge may be 10 seconds or more.
  • the first voltage and the second voltage may be alternately repeated.
  • 25A is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • 25B is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of FIG. 25A.
  • 25C is a conceptual diagram illustrating the operation of the electrostatic device of FIG. 25A.
  • 25D is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of FIG. 25A.
  • 26 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • a first dielectric layer 122 and a second dielectric layer 124 are stacked between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first region is formed of the first dielectric layer 122, has a first permittivity ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1, and has a thickness d1.
  • the second region is formed of the second dielectric layer 124, has a second permittivity ⁇ 2 and a second electrical conductivity ⁇ 2, and has a thickness d2.
  • the electrostatic device may include a light providing unit 150 that controls an interfacial surface charge density.
  • the light providing unit 150 may provide ultraviolet/visible light to an interface between the first dielectric layer and the second dielectric layer. Ultraviolet/visible light can generate electron-holes in either the first dielectric layer or the second dielectric layer to control the interfacial surface charge density.
  • a wavelength of the light irradiation means may be greater than or similar to the bandgap energy of the dielectric. Alternatively, the wavelength of the light irradiation unit may be in the ultraviolet region.
  • the light providing unit 150 may include an optical fiber 151 and an ultraviolet light source 152 .
  • the optical fiber may be a quartz material capable of transmitting ultraviolet rays.
  • the optical fiber 150 may pass through the first electrode and the dielectric layer and be exposed to the second dielectric layer.
  • the second dielectric layer may be an air gap. A surface of the dielectric layer providing a lower surface of the gap space may be roughened for diffusion.
  • a first voltage is applied between the first electrode and the second electrode.
  • the second dielectric layer may be an air gap.
  • the interfacial charge has a positive value and changes to a saturation state with a relaxation time.
  • Light pulses may be irradiated to the first dielectric layer 122 and the second dielectric layer 124 prior to saturation (or steady state).
  • the second dielectric layer 124 may be an air gap. Light pulses can quickly reach saturation by creating electron-hole pairs to reduce the relaxation time.
  • the first electrode 110 When a positive voltage is applied to the first electrode 110 and the second electrode is grounded, the first electrode may be positively charged and the second electrode may be negatively charged.
  • the interfacial charge may have a positive value.
  • electron-hole pairs generated in the first dielectric layer When external light is irradiated, electron-hole pairs generated in the first dielectric layer may be formed. Electrons may move in the direction of the first electrode, and holes may move in the direction of the interface. Accordingly, the interfacial charge density can reach saturation in a short time. It is assumed that the physical properties of the air gap are not changed by light irradiation.
  • a first voltage is applied between the first electrode and the second electrode.
  • the second dielectric layer may be an air gap.
  • the interfacial charge has a positive value and changes to a saturation state with a relaxation time.
  • Light pulses may be irradiated onto the dielectric prior to saturation. In this case, the light pulse may reduce the relaxation time by generating charge-holes.
  • a second voltage having an opposite polarity to the first voltage is applied between the first electrode and the second electrode.
  • the first electrode may be negatively charged and the second electrode may be positively charged.
  • the interfacial charge has a positive value.
  • Light may be irradiated to generate electron-hole pairs in the first dielectric layer. Electrons may move toward the interface, and holes may move toward the first electrode. In this case, the interfacial charge may be charged with a charge of opposite polarity with a relaxation time. When the light pulse is irradiated, the interfacial charge can be charged with a charge of opposite polarity at a faster rate.
  • a first voltage is applied between the first electrode and the second electrode.
  • the second dielectric layer may be an air gap.
  • the interfacial charge has a negative value and changes to a saturation state with a relaxation time.
  • a light pulse may be irradiated to the first dielectric prior to saturation. In this case, the light pulse may generate charge-holes to erase interfacial charges.
  • the first voltage may be removed between the first electrode and the second electrode.
  • the interfacial charge may disappear with a relaxation time.
  • the interfacial charge can be erased at a faster rate. That is, when light is irradiated for dechucking, the interfacial charge may more quickly reach a zero state.
  • the at least one optical fiber 151 includes at least one optical fiber disposed in the air gap 124 passing through the electrostatic electrode layer 110 and the dielectric layer 122 .
  • the optical fiber can transmit ultraviolet light.
  • the core and cladding of the optical fiber 151 may be made of quartz.
  • a surface of the dielectric layer providing a lower surface of the air gap 124 may be roughened for diffusion.
  • the light providing unit 150 may generate electron-holes in the dielectric layer to erase interfacial charges.
  • the electrostatic devices 10e and 10f include an electrostatic electrode layer 110; dielectric layers 122 and 124 disposed on the electrostatic electrode layer; and a light providing unit 150 providing ultraviolet rays to the dielectric layers 122 and 124 .
  • the dechucking method of the electrostatic device may include applying a first voltage to the electrostatic electrode layer 110; removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer 110; providing light to the dielectric layers 122 and 124 through the light providing unit 150; and erasing electric charges accumulated on the dielectric layers 122 and 124 or the rear surface of the substrate 120 disposed on the dielectric layer by the light.
  • Removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer and providing the light may be simultaneously performed.
  • the light may be provided after removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer.
  • counter pulses of opposite polarities and the light may be provided sequentially or simultaneously.
  • the electrostatic device may operate.
  • the second electrode is a semiconductor substrate to be processed, and plasma may be generated on the semiconductor substrate.
  • the plasma may be considered electrically grounded.
  • the electrostatic device may be a substrate suction device of a plasma substrate processing device that processes a substrate with plasma.
  • a first dielectric layer 122 , a second dielectric layer 124 , and a third dielectric layer 126 are stacked between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first region is formed of the first dielectric layer 122, has a first permittivity ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1, and has a thickness d1.
  • the second region is formed of the second dielectric layer 124, has a second permittivity ⁇ 2 and a second electrical conductivity ⁇ 2, and has a thickness d2.
  • the third region is formed of the third dielectric layer 126, has a third permittivity ⁇ 3 and a third electrical conductivity ⁇ 3, and has a thickness d3.
  • the total thickness is d.
  • the third dielectric layer 126 may be a material coated on the second electrode 120 . V0 is applied between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the electric field (E1) of the first region, the electric field (E2) of the second region, and the electric field (E3) of the third region are given as follows when interfacial charge is ignored.
  • the electric fields E1, E2, and E3 may depend only on permittivity in each region in an initial state.
  • the electric field E3 of the third region may be the same as when the third dielectric layer 126 is not present.
  • the electric field E1 of the first region, the electric field E2 of the second region, and the electric field E3 of the third region are given as follows in a steady state when electrical conductivity is considered.
  • the interfacial charge density becomes zero.
  • the relaxation time ( ⁇ 1, ⁇ 2) is the reciprocal of the absolute value of the eigen value.
  • Equation 14 the electric fields E1 , E2 , and E3 according to time may be given by Equation 14.
  • the thickness d3 of the third dielectric layer is as thin as 0.1 um, but the relaxation time ⁇ is remarkably increased.
  • the second permittivity of the second dielectric layer 124 is the permittivity of vacuum ( ⁇ 0), and the second resistivity of the second dielectric layer 124 is 10 ⁇ 12 ⁇ m.
  • the interfacial charge density is relatively low in the steady state.
  • the initial value of the third electric field E3 is 0.013, and the third electric field E3 is 0.01 in a normal state.
  • the change is as small as about 20%. Therefore, due to the large relaxation time (131,700 seconds), the third electric field E3 in the initial state can be maintained for an adsorption time (typically several seconds to hundreds of seconds).
  • the interfacial surface charge density is zero. Therefore, regardless of the relaxation time, stable adsorption and desorption operations are possible.
  • the relaxation time is the characteristic of the third dielectric layer ( high third resistivity), and the third electric field may be relatively increased.
  • an electrostatic device 10g includes an electrostatic electrode layer 110; a first dielectric layer 122 disposed on the electrostatic electrode layer 110; a second dielectric layer (124) disposed on the first dielectric layer; a substrate (120) disposed on the second dielectric layer; and a third dielectric layer 126 disposed between the lower surface of the substrate and the second dielectric layer.
  • the first dielectric layer 122 has a first dielectric constant ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1
  • the second dielectric layer 124 has a second dielectric constant ⁇ 2 and a second electrical conductivity ⁇ 2
  • the third dielectric layer 126 has a third permittivity ⁇ 3 and a third electrical conductivity ⁇ 3.
  • the ratio of the second permittivity to the first permittivity ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is equal to the ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) of the second electric conductivity to the first electric conductivity. Accordingly, the interfacial charge between the first dielectric layer 122 and the second dielectric layer 124 is zero.
  • the ratio of the third permittivity to the second permittivity ( ⁇ 3/ ⁇ 2) is equal to the ratio ( ⁇ 3/ ⁇ 2) of the third electric conductivity to the second electric conductivity. Accordingly, the interfacial charge between the second dielectric layer 124 and the third dielectric layer 126 is zero.
  • FIG. 28 is a conceptual diagram illustrating the structure of an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the second dielectric layer 124 may be divided into three sections.
  • the first section may have a second main permittivity ⁇ 2 and a second main electrical conductivity ⁇ 2.
  • the second section may have a second preliminary permittivity ⁇ '2 and a second preliminary electrical conductivity ⁇ '2.
  • the third section may have the same physical characteristics as the first dielectric.
  • the section-by-section characteristics of the second dielectric affect the electric field of the third dielectric serially connected thereon. Accordingly, the characteristics of the third electric field of the third dielectric may be changed for each section.
  • the first section when only the first section and the third section are used, the first section may be an air gap.
  • the electric field E3 of the third dielectric corresponding to the first section may be relatively increased compared to the electric field of the third dielectric corresponding to the third section.
  • the electrostatic device needs to maintain high electrostatic power at the edge of the substrate to prevent leakage of the cooling gas flowing in the air gap.
  • the second section may have a second preliminary permittivity ⁇ '2 and a second preliminary electrical conductivity ⁇ '2.
  • the second section is formed in a ring shape to have low permittivity or high electrical conductivity, high electrostatic power can be provided to a position corresponding to the second section.
  • a bipolar electrostatic device may operate by using two electrostatic electrodes and applying a voltage between a pair of electrostatic electrodes. It is preferable that the adsorbed material has conductivity.
  • the operating principle of a unipolar electrostatic device can be equally applied to a bipolar electrostatic device. In the case of a bipolar device having the same area and symmetry, the electrostatic power may be 1/4 for the same voltage difference compared to a unipolar device.
  • 29 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • a first dielectric layer 122 and a second dielectric layer 124 are stacked between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first region is formed of the first dielectric layer 122, has a first permittivity ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1, and has a thickness d1.
  • the second region is formed of the second dielectric layer 124, has a second permittivity ⁇ 2 and a second electrical conductivity ⁇ 2, and has a thickness d2.
  • the second dielectric layer may include a second preliminary dielectric layer 124'.
  • the second preliminary dielectric layer has a second permittivity ⁇ '2 and a second electrical conductivity ⁇ '2, and has a thickness d2.
  • the second dielectric layer 124 and the second preliminary dielectric layer 124' are disposed in parallel.
  • the second dielectric layer 124 may be an air gap
  • the second preliminary dielectric layer 124 ′ may be made of the same material as the first dielectric layer 122 .
  • the first electrode 110 is an electrostatic electrode layer connected to an external power source and may include a first electrostatic electrode 110a and a second electrostatic electrode 110b disposed adjacently to form a pair.
  • the first electrostatic electrode 110a and the second electrostatic electrode 110b may have the same area.
  • a second conductive layer 129b may be disposed between the first dielectric layer 122 and the second dielectric layer 124 on the second electrostatic electrode 129b.
  • the second conductive layer 129b may be negatively charged.
  • the charge (+Q) charged in the first conductive layer 129a and the charge (-Q) charged in the second conductive layer 129b have different signs and may have the same value. Accordingly, when the first conductive layer 129a and the second conductive layer 129a are electrically connected to each other, charges accumulated in the first conductive layer 129a are erased and accumulated in the second conductive layer 129b. The charged charge can be erased.
  • a resistance layer 127 connecting the first conductive layer and the second conductive layer to each other may be disposed.
  • the resistive layer 127 may be made of the same material as the first conductive layer and the second conductive layer, or may be made of a material whose electrical conductivity changes when light is supplied from the outside.
  • the resistive layer 127 may be CdS.
  • electrostatic force decreases when interfacial charges are generated.
  • interfacial charges cancel each other, so that electrostatic force may be maintained in an initial state.
  • an electrostatic device 10i includes a first electrostatic electrode 110a receiving a first voltage; a second electrostatic electrode 110b receiving a second voltage; a first dielectric layer 122 disposed on the first electrostatic electrode 110a and the second electrostatic electrode 110b; a first conductive layer 129a disposed on the first dielectric layer at a position corresponding to the first electrostatic electrode 110a; a second conductive layer 129b disposed on the first dielectric layer at a position corresponding to the second electrostatic electrode 110b; and connecting the first conductive layer 129a and the second conductive layer 129b.
  • a photoresistive layer 127 is included.
  • FIG. 30 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device of a typical substrate processing apparatus.
  • a first dielectric layer 122 and a second dielectric layer 124 are disposed between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the second dielectric layer 124 is an air gap.
  • the first dielectric layer 122 protrudes from the edge of the first dielectric layer 122 .
  • the protruding portion 128 prevents gas supplied through the gas line 170 from leaking out.
  • the second electrode 120 may be a semiconductor substrate.
  • the roughening reduces the thickness of the gap space, thereby locally increasing the electric field and electrostatic force.
  • stable electrostatic power cannot be provided in all areas.
  • the roughening treatment may provide a passage through which a cooling gas such as helium may flow out.
  • the roughness treatment area is increased to suppress gas leakage, the cooling performance of the gas is reduced.
  • the roughness treatment is susceptible to contamination.
  • roughness treatment is difficult to provide stable characteristics due to abrasion.
  • 31 to 33 are conceptual views illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the dielectric layer 122 includes an embossed area inside the protrusion 128, and the embossed area may maintain a constant distance from the second electrode or the substrate.
  • the strength of the electric field of the flat region 101a corresponds to point A
  • the electric field of the surface treatment region corresponds to point C
  • the electric field of the depressed region corresponds to point B.
  • the roughened surface treatment region 101b provides a high electric field (electrostatic force), and the flat region 101a performs a gas sealing function to prevent gas leakage.
  • the flat region 101a may be disposed on the outside and the surface treatment region 101b may be disposed on the inside. Accordingly, it is possible to suppress contaminants from being deposited on the surface treatment area.
  • a width of the surface treatment region may be greater than a width of the flat region. Accordingly, the electrostatic force increases.
  • a roughness of the surface treatment region may be 0.1 um to 1 um.
  • the ratio (d2'/d) of the maximum height (d2') of the roughness to the total thickness (d) may be 0.001 to 0.01.
  • the dielectric constant ratio ( ⁇ 2/ ⁇ 1) is 0.1 and the total thickness (d) of the dielectric layer is 100 um, the change in the gap (d2') according to the roughness is not large. Therefore, fine roughness processing can be easily affected by contamination.
  • the height (d2) of the protrusion may be 5 micrometers to 20 micrometers.
  • the height d2 of the projection may depend on the pressure of the cooling gas and the type of gas.
  • a ratio of the height d2 of the protrusion to the total thickness d of the dielectric layer may be 0.2 or less.
  • the ratio (d2'/d) of the maximum height of roughness (d2') may be 0.001 to 0.01.
  • the strength of the electric field rapidly changes according to the air gap d2'.
  • This characteristic reduces stability depending on the surface roughness of the adsorbed object, and when the surface roughness decreases, the electric field increases and micro-discharges increase, thereby reducing stability.
  • the electrostatic device 300a includes an electrostatic electrode layer 110; a dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer (100); and a ring-shaped protrusion 128 disposed at an edge of the dielectric layer 122 .
  • the protrusion 128 forms a depression, and the depression is filled with a cooling gas.
  • the protrusion 128 includes a flat area 101a and a roughened surface treatment area 101b.
  • the flat region 101a may be disposed on the inside and the surface treatment region 101b may be disposed on the outside.
  • the flat region 101a may include a first flat region and a second flat region, and the surface treatment region 101b may be disposed between the first flat region and the second flat region. Accordingly, a balance of forces can be maintained.
  • 34 to 36 are conceptual views illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electrostatic device 400 includes an electrostatic electrode layer 110; A dielectric layer 122 disposed on the electrostatic electrode layer; and a ring-shaped first protrusion 102a disposed at an edge of the dielectric layer 122 and a ring-shaped second protruding further than the first protrusion 102a. It includes a protrusion 102b.
  • the second protrusion or the first protrusion forms a depression, and the depression is filled with a cooling gas.
  • the height d2 of the second protrusion may be 5 micrometers to 20 micrometers.
  • the electrostatic device 400a includes an electrostatic electrode layer 110; A dielectric layer 122 disposed on the electrostatic electrode layer; and a ring-shaped first protrusion 102a disposed at an edge of the dielectric layer 122 and a ring-shaped second protruding further than the first protrusion 102a. It includes a protrusion 102b.
  • the second protrusion or the first protrusion forms a depression, and the depression is filled with a cooling gas.
  • the first protrusion 102a may be disposed outside to surround the second protrusion 102b.
  • the electrostatic device 400b includes an electrostatic electrode layer 110; A dielectric layer 122 disposed on the electrostatic electrode layer; and a ring-shaped first protrusion 102a disposed at an edge of the dielectric layer 122 and a ring-shaped second protruding further than the first protrusion 102a. It includes a protrusion 102b.
  • the second protrusion or the first protrusion forms a depression, and the depression is filled with a cooling gas.
  • the second protrusion 102a may include a second inner protrusion and a second outer protrusion spaced apart from each other.
  • the first protrusion 102a may be disposed between the second inner protrusion and the second outer protrusion.
  • 37 to 44 are conceptual views illustrating an electrostatic device according to an embodiment of the present invention.
  • an electrostatic device 500 includes an electrostatic electrode layer; A first dielectric layer 22 disposed on the positive electrode layer; and a ring-shaped second dielectric layer 124' disposed at an edge of the first dielectric layer 122.
  • the second dielectric layer 124' forms a recessed portion 124 in the form of an air gap. The depression is filled with cooling gas.
  • a cooling gas is connected to the air gap through a passage 170 penetrating the first dielectric layer 122 .
  • the second permittivity ⁇ 2' of the second dielectric layer 124' is smaller than the first permittivity ⁇ 1 of the first dielectric layer 122.
  • the recessed portion is an air gap and has a second main permittivity ⁇ 2.
  • the second permittivity ⁇ 2' of the second dielectric layer 124' is greater than the second main permittivity ⁇ 2 of the air gap.
  • the electric field of the second dielectric layer 124' corresponds to point A. Also, the electric field at the depressed area corresponds to point B. Accordingly, the electric field of the second dielectric layer 124' can be relatively increased to provide strong electrostatic power.
  • the second permittivity ⁇ 2' of the second dielectric layer 124' is greater than the first permittivity ⁇ 1 of the first dielectric layer 122.
  • the second permittivity ratio ( ⁇ 2'/ ⁇ 1) is changed to a level of 0.4, the strength of the electric field of the second dielectric layer 124' is relatively increased. That is, the first dielectric layer is an aluminum oxide layer, the second dielectric layer 124' is a silicon oxide layer, and the second main dielectric layer 124 is an air gap.
  • the thickness (d2) of the second dielectric layer 124' may be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness (d) of the dielectric.
  • an electrostatic device 500b includes an electrostatic electrode layer; A first dielectric layer 22 disposed on the positive electrode layer; and a ring-shaped second dielectric layer 124' disposed at an edge of the first dielectric layer 122.
  • the second dielectric layer 124' forms a recessed portion 124 in the form of an air gap. The depression is filled with cooling gas.
  • a cooling gas is connected to the air gap through a passage 170 penetrating the first dielectric layer 122 .
  • the second main electrical conductivity ⁇ 2 is smaller than the first electrical conductivity ⁇ 1. Also, the second electrical conductivity ⁇ 2' is smaller than the first electrical conductivity ⁇ 1.
  • the ring-shaped second dielectric layer 124' may have a higher electric field than that of the depressed portion (air gap). Accordingly, gas leakage is suppressed.
  • the second dielectric layer 124' includes a flat region 101a and a roughened surface treated region 101b.
  • the flat region 101a may be disposed outside the surface treatment region.
  • the flat region 101a may be disposed outside the surface treatment region.
  • the flat region 101a may be disposed outside the surface treatment region.
  • the second dielectric layer 124' includes a flat region 101a and a roughened surface treated region 101b.
  • the flat region 101a may be disposed between the surface treatment regions 101b spaced apart from each other.
  • an electrostatic device 500f includes an electrostatic electrode layer; A first dielectric layer 22 disposed on the positive electrode layer; and a ring-shaped second dielectric layer 124' disposed at an edge of the first dielectric layer 122.
  • the second dielectric layer 124' forms a recessed portion 124 in the form of an air gap. The depression is filled with cooling gas.
  • the second dielectric layer 124' may include a first protruding region 102a and a second protruding region 102b that protrudes more than the first protruding region.
  • the second protruding area may be disposed on the vortex of the first protruding area.
  • the second dielectric layer 124' may include a first protruding region 102a and a second protruding region 102b that protrudes more than the first protruding region 102a.
  • the first protruding area may be disposed on the vortex of the second protruding area.
  • the second dielectric layer 124' may include a first protruding region 102a and a second protruding region 102b that protrudes more than the first protruding region 102a.
  • the second protrusion areas may be spaced apart from each other, and the first protrusion areas may be disposed between the second protrusion areas.
  • a first dielectric layer 122 and a second dielectric layer 124 are stacked between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first dielectric layer 122 has a first permittivity ⁇ 1 and a first electrical conductivity ⁇ 1, and has a thickness d1.
  • the second dielectric layer 124 has a second permittivity ⁇ 2 and a first electrical conductivity ⁇ 2, and has a thickness d2.
  • the second preliminary dielectric layer 124 ′ may be made of the same material as or different from that of the first dielectric layer 122 .
  • the second dielectric layer 124 may be an air gap or a vacuum gap.
  • the passage 170 provides a cooling gas to the air gap through the first dielectric layer 122 .
  • An inner surface of the passage 170 may be coated with a conductive material.
  • An electrostatic device 700 includes an electrostatic electrode layer 110; dielectric layers 122 and 124 disposed on the electrostatic electrode layer; and a light providing unit 151 providing ultraviolet rays to the dielectric layers 122 and 124 .
  • the dechucking method of the electrostatic device may include applying a first voltage (V0) to the electrostatic electrode layer; removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer; providing light to the dielectric layer through the light providing unit 151; and erasing electric charges accumulated on the dielectric layer or the rear surface of the substrate 120 disposed on the dielectric layer by the light.
  • V0 first voltage
  • Removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer and providing the light may be simultaneously performed. Accordingly, the interfacial charge disappears due to the relaxation time and also disappears due to electron-hole generation by light.
  • charge of the opposite polarity is provided to the electrostatic electrode layer using a voltage pulse having a polarity opposite to that of the first voltage, and at the same time, light is irradiated to additionally erase interface charges. there is.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전극 전극층 상에 배치된 유전체층; 및 상기 유전체층의 가장 자리에 배치된 형성된 링 형상의 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워지고, 상기 돌출부는 평탄 영역 및 거칠기 처리된 표면 처리 영역을 포함한다.

Description

정전 장치 및 그 동작 방법
본 발명은 정전 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 정전 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
정전 척(Electrostatic Chuck)이란 전기적인 포텐셜의 차이에 의해 발생하는 정전기력(Electrostatic force)을 이용하여 기판을 흡착시켜 고정하는 장치이다.
정전 척은 기판 처리 장치 및 이송 장치에 주로 사용된다.
본 발명의 일 해결하고자하는 과제는 유전율 차이에 의하여 정전력을 극대화시키는 정전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 해결하고자하는 과제는 전기 전도도 차이에 의하여 정전력을 극대화시키는 정전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 해결하고자하는 과제는 계면 전하를 최소화시키는 정전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전극 전극층 상에 배치된 유전체층; 및 상기 유전체층의 가장 자리에 배치된 형성된 링 형상의 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워지고, 상기 돌출부는 평탄 영역 및 거칠기 처리된 표면 처리 영역을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 평탄 영역은 외측에 배치되고 상기 표면 처리 영역은 내측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 평탄 영역은 내측에 배치되고 상기 표면 처리 영역은 외측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 평판 영역은 제1 평탄 영역과 제2 평탄 영역을 포함하고, 상기 표면 처리 영역은 상기 제1 평탄 영역과 상기 제2 평탄 영역 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표면처리 영역의 거칠기는 0.1 um 내지 1 um 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표면처리 영역의 폭은 상기 평탄 영역의 폭보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 돌출부의 높이는 5 마이크로미터 내지 20 마이크로미터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전극 전극층 상에 배치된 유전체층; 상기 유전체층의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제1 돌출부; 및 상기 제1 돌출부보더 더 돌출된 링 형상의 제2 돌출부를 포함한다. 상기 제1 돌출부 또는 상기 제2 돌출부는 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 돌출부는 상기 제1 돌출부를 감싸도록 외측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 돌출부는 상기 제2 돌출부를 감싸도록 외측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 돌출부는 서로 이격된 제2 내측 돌출부 및 제2 외측 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부는 제2 내측 돌출부와 상기 제2 외측 돌출부 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 돌출부의 높이는 상기 제2 돌출부의 높이의 1/2 내지 19/20 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 돌출부의 높이는 5 마이크로미터 내지 20 마이크로미터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전극 전극층 상에 배치된 제1 유전체층;및 상기 제1 유전체층의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제2 유전체층을 포함한다, 상기 제2 유전체층은 에어 갭 형태의 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전체층의 제2 유전율은 상기 제1 유전체층의 제1 유전율보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전체층의 제2 전기 전도도는 상기 제1 유전체층의 제1 전기전도도보다 작고, 상기 제2 유전체층의 제2 전기 전도도는 에어 갭의 전기 전도도보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치되고 유전체층; 및 상기 유전체층에 가시광선 또는 자외선을 제공하는 광 제공부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 전극층 및 유전체층을 관통하여 에어 갭 공간에 배치된 적어도 하나의 광섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광섬유는 자외선을 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광섬유의 코어와 클래딩은 쿼츠 재질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 갭 공간의 하부면을 제공하는 상기 유전체층의 표면은 광 확산을 위하여 거칠기 처리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치되고 유전체층; 및 상기 유전체층에 자외선을 제공하는 광 제공부를 포함한다. 이 정전 장치의 디척킹 방법은, 상기 정전 전극층에 제1 전압을 인가하는 단계; 상기 정전 전극층에 인가된 상기 제1 전압을 제거하는 단계; 상기 광 제공부를 통하여 광을 상기 유전체층에 제공하는 단계; 및 상기 광에 의하여 상기 유전체층 또는 상기 유전체층 상에 배치된 기판의 후면에 축적된 전하를 소거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거와 상기 광의 제공은 동시에 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거한 후에 상기 광을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거한 후에 반대 극성의 전압 펄스와 상기 광을 제공을 순차적으로 또는 동시에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 차례로 배치된 제1 및 제2 유전체층; 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원을 포함한다. 상기 전원은 제1 전압을 인가하여 상기 제2 유전체층 상에 기판을 흡착하고 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에 제1 계면 전하를 축적한다. 상기 전원은 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가하여 상기 제1 계면 전하를 반대 극성의 계면 전하를 축척하여 상기 기판을 흡착한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 교번하여 반복되고, 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제1 계면 전하의 시상수보다 작고, 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제2 전압의 인가 시간과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 및 상기 정전 전극층 상에 차례로 배치된 제1 및 제2 유전체층; 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원을 포함한다. 이 정전 장치의 동작 방법은, 상기 전원은 제1 전압을 인가하여 상기 제2 유전체층 상에 기판을 흡착하고 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에 제1 계면 전하를 축적하는 단계; 및 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가하여 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에 축적된 제1 계면 전하를 반대 극성의 전하로 소거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전체층은 에어 갭일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 교번하여 반복되고, 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제1 계면 전하의 시상수보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제2 전압의 인가 시간과 동일하고, 상기 제1 계면 전하의 시상수는 10 초 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전압에서 상기 기판은 제1 전하로 대전되고, 상기 제1 계면 전하는 상기 제1 전하와 동일한 부호의 전하로 대전될 수있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 및 상기 정전 전극층 상에 차례로 배치된 제1 유전체층 및 제2 유전체층; 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원을 포함한다. 이 정전 장치의 동작 방법은, 상기 전원은 제1 전압을 인가하여 기판을 흡착하고 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에 제1 계면전하를 축적하는 단계; 및 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가하여 상기 제1 계면 전하를 반대 극성의 계면 전하를 축척하여 상기 기판을 흡착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제1 계면 전하의 시상수보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제2 전압의 인가 시간과 동일하고, 상기 제1 계면 전하의 시상수는 10 초 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 교번하여 반복될 수 있다,
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치되고 갭 공간을 구비한 유전체층; 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원을 포함한다. 이 정전 장치의 디척킹 방법은, 상기 전원은 제1 전압을 인가하여 기판을 흡착하고 상기 유전체층과 상기 갭 공간 사이에 제1 계면전하를 축적하는 단계; 및 상기 전원은 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가하여 상기 갭 공간과 상기 유전체층 사이에 상기 제1 계면전하를 소거하여 디척킹하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 전압은 V0이고, 제2 전압은 V1이고, 완화 시간은 τ이고, 제2 전압의 인가시간(t)는 다음과 같이 주어진다.
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000001
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체층과 상기 갭 공간의 저항과 정전 용량에 의하여 정의되는 완화 시간은 상기 제2 전압의 인가 시간보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전압의 절대값은 상기 제1 전압의 절대값보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전압의 절대값은 상기 제1 전압의 절대값과 동일하고, 상기 제2 전압의 인가 시간은 상기 갭 공간의 저항과 정전 용량에 의하여 정의되는 특성 완화 시간의 0.69 배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전압의 절대값은 상기 제1 전압의 절대값의 2배이고, 상기 제2 전압의 인가 시간은 상기 갭 공간의 저항과 정전 용량에 의하여 정의되는 특성 완화 시간의 0.40 배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전압의 절대값은 상기 제1 전압의 절대값의 3배이고, 상기 제2 전압의 인가 시간은 상기 갭 공간의 저항과 정전 용량에 의하여 정의되는 특성 완화 시간의 0.287 배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치되고 갭 공간을 구비한 유전체층; 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원을 포함한다. 이 정전 장치의 디척킹 방법은, 상기 전원은 제1 전압을 인가하여 기판을 흡착하고 상기 유전체층과 상기 갭 공간 사이에 제1 계면전하를 축적하는 단계; 및 상기 전원은 상기 제1 전압보다 더 큰 제2 전압을 인가하여 상기 갭 공간에 방전을 유도하여 상기 제1 계면전하를 감소시키는 디척킹하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체층의 전기전도도에 대한 상기 갭 공간의 전기 전도도도의 비는 상기 유전체층의 유전율에 대한 상기 갭 공간의 유전율의 비보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치되는 유전체층; 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원을 포함한다. 상기 전원은 상기 전원은 제1 전압을 인가하여 기판을 흡착하고, 상기 전원은 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가하여 디척킹한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 전압은 V0이고, 제2 전압은 V1이고, 완화 시간은 τ이고, 제2 전압의 인가시간(t)는 다음과 같이 주어진다.
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000002
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 및 상기 제2 유전체층 상에 배치된 제2 유전체층을 포함한다. 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고, 상기 제2 유전체층은 제2 유전율 및 제2 전기 전도도를 가지고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전체층의 두께는 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층의 총 두께에 대하여 0.01 내지 0.2 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전기전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.5 이하일 수 있다,
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 및 상기 제1 유전체층에 형성된 에어 갭을 포함한다. 상기 에어 갭은 냉각 가스에 의하여 채워지고, 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고, 상기 냉각 가스는 제2 유전율 및 제2 전기 전도도를 가지고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에어 갭의 두께는 상기 제1 유전체층과 상기 에어 갭의 총 두께에 대하여 0.01 내지 0.2 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전기전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.5 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층 상에 배치된 기판; 및 상기 기판의 하부면과 상기 제1 유전체층 사이에 배치된 제2 유전체층을 포함한다. 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고, 상기 제2 유전체층은 제2 유전율 및 제2 전기 전도도를 가지고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비와 동일하다,
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전체층의 두께는 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층의 총 두께에 대하여 0.01 내지 0.2 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전기전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.5 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층 상에 배치된 제2 유전체층; 상기 제2 유전체층 상에 배치된 기판; 및 상기 기판의 하부면과 상기 제2 유전체층 사이에 배치된 제3 유전체층을 포함한다. 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고, 상기 제2 유전체층은 제2 유전율 및 제2 전기 전도도를 가지고, 상기 제3 유전체층은 제3 유전율 및 제3 전기 전도도를 가지고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전율에 대한 제3 유전율의 비는 상기 제2 전기 전도도에 대한 제3 전기전도도의 비와 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층 상에 배치된 제2 유전체층; 상기 제2 유전체층 상에 배치된 기판; 및 상기 기판의 하부면과 상기 제2 유전체층 사이에 배치된 제3 유전체층을 포함한다. 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고, 상기 제2 유전체층은 제2 유전율 및 제2 전기 전도도를 가지고, 상기 제3 유전체층은 제3 유전율 및 제3 전기 전도도를 가지고, 상기 제2 유전율에 대한 제3 유전율의 비는 상기 제2 전기 전도도에 대한 제3 전기전도도의 비와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제3 유전체층과 상기 제2 유전체층은 동일한 유전율과 전기 전도도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층 상에 배치된 기판; 및 상기 기판의 하부면과 상기 제1 유전체층 사이에 배치된 제2 유전체층을 포함한다. 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고, 상기 제2 유전체층은 제2 유전율 및 제2 전기 전도도를 가지고, 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이의 계면 표면 전하는 0.1 [Vε2] 이하이다, V는 상기 정전 전극층과 상기 기판 사이에 인가된 전압이고, ε2는 제2 유전체층은 제2 유전율이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층 상에 배치된 기판; 및 상기 기판의 하부면과 상기 제1 유전체층 사이에 배치된 제2 유전체층을 포함한다. 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고, 상기 제2 유전체층은 제2 유전율 및 제2 전기 전도도를 가지고, 상기 제2 유전체층의 전기장은 시간에 따라 변동하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전기전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.5 이하이고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 0.5 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층의 온도를 조절하는 온도 조절부; 및 상기 제1 유전체층에 형성된 에어 갭을 포함한다. 상기 에어 갭은 가스에 의하여 채워지고, 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고, 상기 가스는 제2 유전율 및 제2 전기 전도도를 가지고, 상기 온도 조절부는 상기 정전 전극층에 외부 전압이 인가된 상태에서 상기 제1 유전체층을 가열하고, 상기 온도 조절부는 상기 정전 전극층에 외부 전압이 인가된 상태에서 상기 제1 유전체층을 냉각한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각 단계에서 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비와 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열 단계에서 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온도 조절 장치는 저항성 히터, 온풍, 적외선 발생기 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유전체층은 타이타늄산화물을 포함하는 알루미늄산화물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전율과 제1 전기 전도도를 가지는 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층 상에 배치되고 제2 유전율과 제2 전기 전도도를 가지는 제2 유전체층; 및 상기 제1 유전체층의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함한다. 이 정전 장치의 동작 방법은, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비가 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비보다 크도록 상기 제1 유전체층을 가열하는 단계; 및 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비가 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비와 같도록 상기 제1 유전체층을 냉각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 단계에서 상기 정전 전극층에 전압을 인가하여 상기 제2 유전체층 상의 기판을 흡착하고, 상기 냉각 단계에서 상기 정전 전극층에 전압을 제거하여 상기 제2 유전체층 상의 기판을 탈착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전체층은 에어 갭일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 상기 제1 유전체충 상에 배치된 저항층; 및 상기 저항층 상에 배치된 공기층을 포함하고, 상기 제1 유전체층에 형성된 돌출부는 피흡착물과 상기 제1 유전체층 사이에 상기 공기층을 형성하고, 상기 저항층은 빛에 의하여 전기전도도가 증가한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 저항층은 CdS일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 저항층은 스위치를 통하여 접지에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 저항층에 광을 제공하는 광 제공부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 제1 전압을 제공받은 제1 정전 전극; 제2 전압을 제공받는 제2 정전 전극; 상기 제1 정전 전극 및 상기 제2 정전 전극 상에 배치된 제1 유전체층; 상기 제1 정전 전극에 대응하는 위치에서 상기 제1 유전체층 상에 배치되는 제1 도전층; 및 상기 제2 정전 전극에 대응하는 위치에서 상기 제1 유전체층 상에 배치되는 제2 도전층;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층을 연결하는 저항층;을 더 포함하고, 상기 저항층은 빛에 의하여 전기전도도가 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층 상에 배치된 공기층을 포함하고, 상기 제1 유전체층에 형성된 돌출부는 피흡착물과 상기 제1 유전체층 사이에 상기 공기층을 형성하고, 상기 저항층은 광에 의하여 전기전도도가 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 상기 제1 유전체충 상에 배치된 도전층; 및 상기 도전층 상에 배치된 공기층을 포함한다. 상기 제1 유전체층에 형성된 돌출부는 피흡착물과 상기 제1 유전체층 사이에 공기층을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도전층은 상기 공기층에 냉각 가스를 제공하는 제1 유전체층을 관통하는 유로의 내측에 코팅된 도전 물질에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도전층은 상기 공기층에 노출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도전층은 스위치를 통하여 접지에 선택적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 유전체층; 상기 유전체층에 형성된 돌출부 및 함몰 부위; 및 상기 함몰 부위의 하부면에 형성된 도전층을 포함을 포함한다. 이 정전 장치의 동작 방법은, 전원은 제1 전압을 인가하여 상기 유전체층 상에 기판을 흡착하는 단계; 및 상기 제1 전압을 제거한 후 상기 도전층을 접지시키어 상기 도전층에 축적된 계면 전하를 제거하여 상기 기판을 탈착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원은 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가하여 상기 계면 전하를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치는, 정전 전극층; 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층; 및 상기 제2 유전체층 상에 배치된 제2 유전체층을 포함하고, 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고. 상기 제2 유전체층은 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(ρ2)를 가지고, 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비보다 작고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 0.1 이하이고, 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.1 이하이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전기 전도도는 비저항의 역수이고, 상기 제2 전기 전도도의 역수인 제2 비저항은 10^12 Ωm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전체층의 두께는 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층의 총 두께에 대하여 0.01 내지 0.2 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전기전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.01 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 완화시간은 0.5 [ε2ρ2] 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 유전체층은 에어 갭일 수 있다.
본 발명은 유전율 차이에 의하여 정전력을 극대화시키는 정전 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 전기 전도도 차이에 의하여 정전력을 극대화시키는 정전 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 계면 전하를 최소화시키는 정전 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 기본 구조를 설명하는 개념도이다.
[규칙 제91조에 의한 정정 28.03.2023]
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 28.03.2023]
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 28.03.2023]
<삭제>
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 계면 표면 전하 밀도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 계면 표면 전하 밀도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 완화시간(τ)을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 완화시간(τ)을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 완화시간(τ)을 나타낸다.
도 11은 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 12는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 13는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 14a는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 14b는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 15는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 16a은 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 16b은 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 유전체층의 병렬 연결 구조를 나타내는 개념도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 유전층의 병렬 연결 구조를 나타내는 개념도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 전기장을 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 계면 표면 전하 밀도를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 24은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 25a는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 25b는 도 25a의 정전 장치의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 25c는 도 25a의 정전 장치의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 25d는 도 25a의 정전 장치의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 27는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 구조를 설명하는 개념도이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 구조를 설명하는 개념도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 30는 통상적인 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 31 내지 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 34 내지 도 36는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 37 내지 도 44은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 45는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 나타내는 개념도이다.
도 46는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 나타내는 개념도이다.
본 발명은 정전력을 증가시키고 계면 전하 밀도를 변경하고 완화시간을 조절하는 정전 장치를 제공하는 것이다. 기판 또는 피흡착물은 반도체 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판일 수 있다. 유전체 기판은 일면에 도전층이 코팅될 수 있다. 본 발명에서, 에어 갭은 대기압의 공기, 저압의 가스, 극진공 상태를 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 2층 구조의 정전 장치의 동작 원리를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 기본 구조를 설명하는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다.
제1 영역은 제1 유전체층(122)로 형성되고, 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다. 제2 영역은 제2 유전체층(124)로 형성되고, 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다.
전원(130)은 제1 전극과 제2 전극 사이에 전압을 인가할 수 있다. 상기 전원은 DC 전원, DC 펄스 전원, 교류 전원, DC 바이어스된 교류 전원일 수 있다.
제1 전극(110)은 정전력을 제공하기 위한 정전 전극이고, 제2 전극(120)은 기판, 도전성 피흡착 물질 또는 피흡착 물질에 코팅된 도전층일 수 있다. 제1 전극(110)은 도체, 반도체일 수 있다. 제2 전극(120)은 도체 기판 또는 반도체 기판일 수 있다. 상기 도전층은 도체 또는 반도체일 수 있다.
제1 전기 전도도(σ1)와 제2 전기 전도도(σ2)를 무시한 경우, 제1 영역 및 제2 영역의 전기장(E1, E2)은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000003
여기서, V0는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 인가된 전위차이다.
제2 영역에 의한 제2 전극의 정전 압력(f)은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000004
제1 전기 전도도(σ1)와 제2 전기 전도도(σ2)를 고려한 경우, 맥스웰 방정식과 연속 방정식을 사용하여, 제1 영역의 전기장(E1) 및 제2 영역의 전기장(E2)은 정상 상태(steady state)에서 다음과 같이 주어진다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000005
제1 영역과 제2 영역 사이의 계면의 표면 전하 밀도(ρsi)는 정상 상태(steady state)에서 다음과 같이 주어진다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000006
제2 영역에서 제2 전극의 정전 압력(f)은 다음과 같이 주어진다. 즉, 제2 전극의 정전 압력은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000007
제1 영역의 전기장(E1) 및 제2 영역의 전기장(E2)은 천이 상태(transient state)에서 시간(t)에 따라 다음과 같이 주어진다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000008
즉, 전기장은 초기 상태에서 유전율에 의하여 주어지고, 천이 상태에서는 유전율 및 표면 전하 밀도에 의하여 결정된다, 그리고, 정상 상태에는 전기장은 전기 전도도만으로 주어진다.
계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 천이 상태(transient state)에서 다음과 같이 주어진다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000009
여기서, τ는 완화시간 또는 시정수(시상수)이다.
[유전율의 온도 의존성]
유전체의 유전율은 온도에 따라 증가할 수 있다. 온도에 따라 유전율이 변함에 따라, 전기장이 변하고, 온도에 따라 정전력은 변할 수 있다.
[비저항의 온도 의존성]
유전체의 비저항은 온도에 따라 감소할 수 있다. 온도에 따라 정전력은 변할 수 있다.
[조성에 따른 비저항의 변화]
예를 들어, 알루미나는 TiO2을 첨가하여 형성하고, TiO2의 첨가율에 따라 비저항이 변할 수 있다. 제1 유전체층(122)은 알루미나와 같은 고유전체이고, 제2 유전체층(124)은 공기 갭과 같은 저유전체일 수 있다.
상기 제1 유전체층(122)은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 마그네슘 산화물, 이리듐 산화물, 탄탈륨 산화물, 하프니움 산화물(HfO2), 지르코니움 산화물(ZrO2), 바륨 산화물, 타이타늄 산화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다,
제2 유전체층(124)은 제2 유전율을 가진다. 상기 제2 유전체층(124)은 저유전율 물질일 수 있다. 상기 제2 유전체층은 진공층, 가스층, 공기층, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 폴리이미드, Poly(arylene ether)(PAE), cyclobutane 유도체, Polysilsesquioxane, Fluorinated Amorphous Carbon, Xorogel, 나노다공성 유기 실리케이트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[비저항을 무시한 경우 유전율비에 따른 제2 영역의 전기장]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 전체 두께(d)는 10 um이고, 제2 유전체층(124)의 두께(d2)가 1um, 2 um, 5 um에 대하여 유전율 비(ε2/ε1)에 따라 제2 영역의 제2전기장(E2)이 표시된다. 유전율 비(ε2/ε1)가 0.5 이하인 경우, 제2 영역의 제2 전기장(E2)은 급격히 증가한다. 제2 유전체층(124)의 두께(d2)가 감소할수록, 유전율비(ε2/ε1)가 감소할수록, 제2 전기장(E2)의 세기가 증가한다. 이에 따라, 정전력이 증가한다. 유전율비를 최대로 하기 위하여, 제2 유전체층(124)은 공기 또는 진공일 수 있다.
[비저항을 무시한 경우 제2 유전체층의 두께에 따른 제2 영역의 전기장]
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 유전율 비(ε2/ε1)가 0.01, 0.1, 0.2, 및 0.5 인 경우, 제2 유전체층의 두께(d2)에 따른 제2 전기장(E2)의 세기가 표시된다. 제2 유전체층의 두께 비(d2/d)가 0.4 이하(전체 두께가 10um인 경우 4um)인 경우, 제2 영역의 전기장(E2)의 세기는 급격히 증가한다. 바람직하게는, 제2 유전체층의 두께비(d2/d)가 0.2 이하일 수 있다. 예를 들어, 0.1의 유전율비(ε2/ε1)를 가진 경우, 제2 영역의 전기장(E2)의 세기는 제2 유전체층의 두께(d2)가 0으로 감소함에 따라, 10배 증가할 수 있다. 즉, 제2 유전체층의 두께(d2)가 감소할 수록, 제2 영역의 전기장(E2)의 세기는 증가한다.
제2 영역의 전기장(E2)의 세기는 유전체 항복 전계 이할 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 유전체층(124)이 대기압의 공기인 경우, 항복 전계는 약 3 MV/m일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 유전체층(124)이 극 진공층인 경우, 항복 전계는 약 20 MV/m 수준일 수 있다.
예를 들어, 유전율비(ε2/ε1)가 0.1 이고, 제2 유전체층(124)이 진공층인 경우, 약 10 Torr의 정전 압력을 달성하기 위하여, 제2 영역의 전기장은 10 MV/m가 요구된다. 총 두께(d)는 100 um이고, 제2 유전체층(124)의 두께(d2)가 10 um인 경우, 약 200 V의 전압이 요구된다.
예를 들어, 유전율비(ε2/ε1)가 0.1 이고, 제2 유전체층가 진공층인 경우, 약 40 Torr의 정전압력을 달성하기 위하여, 제2 영역의 전기장은 20 MV/m가 요구된다. 총 두께는 100 um이고, 제2 유전체층의 두께(d2)가 10 um인 경우, 약 285 V의 전압이 요구된다.
유전율비(ε2/ε1)가 0.1 인 경우, 제2 유전체의 두께(d2)가 감소한 경우에도, 제2 전기장(E2)은 무한히 증가하지 않고 일정한 값으로 수렴한다. 따라서, 유전율비(ε2/ε1)가 0.1 이상에서, 제2 유전체층의 두께 비(d2/d)는 0.05 이하에서, 제2 전기장(E2)은 거의 일정하다.
상기 제1 유전체층(122)의 제1 유전율(ε1)이 제2 유전체층의 제2 유전율(ε2)보다 큰 경우, 상기 제2 유전체층(124)이 제1 유전체층(122)의 일부를 대체한 경우, 정전력이 제1 유전체층만으로된 경우에 비하여 증가할 수 있다. 다만, 제2 유전체층의 두께(d2)는 다음과 같이 주어지는 전체 두께(d)에 대하여 소정의 값 이하일 수 있다.
[수학식 8]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000010
예를 들어, 제1 유전체층의 상대 유전율이 10이고, 제2 유전체층의 상대 유전율이 1인 경우, 제2 유전체층의 두께(d2)는 0.25 d일 수 있다.
전기 전도도를 무시한 경우, 유전율비(ε2/ε1)는 현실적으로 0.01 이상 달성하기 어렵다. 따라서, 제2 전기장(E2)의 세기를 증가하기 위하여, 제2 유전체층의 두께는 감소할 수 있다.
비저항을 고려한 경우의 특성을 설명한다.
[비저항을 고려한 경우 전기 전도도비에 따른 전기장]
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제1 유전체층(122)이 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기도도(σ1)를 가지고, 제2 유전체층(124)은 제2 유전율(ε2)과 제2 전기전도도(σ2)를 가진다. 정상 상태(steady state)에서, 제2 영역의 전기장(E2)은 유전율에 의존하지 않고 전기 전도도에만 의존한다.
전체 두께(d)는 10 um이고, 제2 유전체의 두께(d2)가 1um, 2 um, 5 um에 대하여 전기전도도 비(σ2/σ1)에 따라 제2 유전체층의 전기장(E2)이 표시된다. 유전율비(ε2/ε1)가 0.1 인 경우, 전기전도도 비(σ2/σ1)가 0.5 이하인 경우, 제2 영역의 전기장은 급격히 증가한다. 제2 유전체층의 두께가 감소할수록, 전기전도도 비(σ2/σ1)가 감소할수록, 제2 전기장(E2)의 세기가 증가한다. 이에 따라, 정전력이 증가한다.
외부 전압이 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가된 경우, 초기의 제2 전기장은 A 지점에서 유전율(유전율비=0.1)에 의하여 정해진다. 이후 제1 유전체층과 제2 유전체층에 기인한 전기 전도도비(σ2/σ1=1,000)에 의하여, 제2 전기장(E2)은 정상 상태에 도달하여 A' 지점에서 새로운 전기 전기장(E2)에 도달한다. 따라서, 높은 제2 전기장을 사용하기 위하여, 완화시간은 충분히 큰 것이 바람직하다.
정상 상태에서, 제2 전기장(E2)를 증가시키기 위하여, 전기 전도도비(σ2/σ1)는 0.5 이하일 수 있다. 바람직하게는, 전기 전도도비(σ2/σ1)는 0.1 이하일 수 있다.
한편, 전기 전도도비(σ2/σ1)가 0.1 이하로 작은 경우에는, 높은 제2 전기장을 사용하기 위하여, 완화시간은 충분히 작은 것이 바람직하다.
[비저항을 고려한 경우 두께에 따른 전기장]
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 전기 전도도 비(σ2/σ1)가 0.01, 0.1, 0.2, 및 0.5 인 경우, 제2 유전체층(124)의 두께(d2)에 따른 제2 전기장(E2)의 세기가 표시된다. 유전율비(ε2/ε1)는 0.1 이다. 제2 유전체층(124)의 두께비(d2/d)가 0.4 (전체 두께(d)는 10 um, d2=4um)이하인 경우, 제2 영역의 전기장(E2)의 세기는 급격히 증가한다. 바람직하게는, 제2 유전체의 두께비(d2/d)가 0.2 (2um)이하일 수 있다.
예를 들어, 0.1의 전기 전도도 비(σ2/σ1)를 가진 경우, 제2 영역의 전기장(E2)의 세기는 제2 유전체의 두께(d2)가 0으로 감소함에 따라, 10배 증가할 수 있다. 그러나, 0.1의 전기 전도도 비(σ2/σ1)를 가진 경우, 제2 유전체의 두께비(d2/d)가 0.05 이하에서 전기장의 세기는 크게 변하지 않는다.
전기 전도도 비(σ2/σ1)는 0.1 이하로 용이하게 달성할 수 있다. 예를 들어, 제1 유전체층에 불순물을 첨가하면, 제1 유전체층의 전기 전도도가 변할 수 있다.
예를 들어, 전기 전도도 비(σ2/σ1)는 0.01 인 경우, 제2 유전체의 두께비(d2/d)가 0.05 이하에서 전기장의 세기는 크게 변한다.
A 지점은 외부 전압이 인가된 직후, 유전율비(0.1)에 의하여 정해지는 전기장의 세기이다. A' 지점은 정상 상태에서 전기전도비에 의하여 정해기지는 전기장의 세기이다. 초기 상태(A)에서 정상 상태(A')로 도달은 완화시간에 의하여 정해진다. 완화시간은 수초 이내 일 수 있다. 바람직하게는 수백밀리 초 이내인 것이 바람직할 수 있다.
제2 유전체층(124)은 에어 갭 ( 또는 진공 갭)이고, 상기 에어 갭의 두께(d2)는 상기 제1 유전체층과 상기 에어 갭의 총 두께에 대하여 0.01 내지 0.2일 수 있다.
전기 전도도 비(σ2/σ1)를 사용하여, 높은 전기장 (또는 정전력)을 얻고자 하는 경우, 전기 전도도 비(σ2/σ1)는 유전율비 이하일 수 있다. 또한, 제2 유전체층의 두께비(d2/d)는 0.1 이하일 수 있다.
전기 전도도 비(σ2/σ1)가 0.01 이하이고, 제2 유전체층의 두께비(d2/d)는 0.1 이하일 수 있다. 그러나, 제2 유전체층의 두께비(d2/d)에 제2 전기장(E2)의 세기는 매우 민감하다. 높은 제2 전기장은 유전체 파괴 전계를 초과할 수 있다. 따라서, 제2 유전체층의 두께비(d2/d)가 0.01 이하인 것은 바람직하지 않을 수 있다.
[비저항을 고려한 경우 전기전도도 비에 따른 계면 표면 전하 밀도]
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 계면 표면 전하 밀도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 정상 상태에서 전기전도도의 비(σ2/σ1)에 의존한다. 전체 두께(d)는 10 um이고, 제2 유전체층(124)의 두께(d2)가 1um, 2 um, 5 um에 대하여 전기전도도 비(σ2/σ1)에 따라 계면 표면 전하 밀도(ρsi)가 표시된다. 유전율비(ε2/ε1)는 0.1 이다.
계면의 표면 전하 밀도(ρsi)의 단위는 인가 전압(V)과 제2 유전체층의 제2 유전율의 곱으로 표시된다.
제1 전극은 양의 전압으로 대전되고, 제2 전극은 접지된다. 이 경우, 전기전도도 비(σ2/σ1)가 0.1 이하인 경우, 제1 유전체층와 제2 유전체층 사이의 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값으로 급격히 증가한다. 한편, 전기전도도 비(σ2/σ1)가 0.1 이상인 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 음의 값으로 천천히 증가한다.
통상적으로, 제2 전극이 접지되고, 제1 전극에 양의 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값을 가진 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명에 따라면, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)의 부호는 유전율비와 전기전도도비에 의존한다.
전기전도도 비(σ2/σ1)가 0.1 이고, 유전율비(ε2/ε1)가 0.1 인 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 영이다. 이러한 조건은 계면 표면전하가 축적되지 않는 조건으로, 빠른 디척킹에 사용될 수 있다. 또한, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 영이므로, 제2 전기장(E2)은 시간에 따라 변하지 않는다.
제2 유전체층(124)의 두께(d2)가 감소할수록, 전기전도도 비(σ2/σ1)가 감소할수록, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값으로 증가한다. 외부 전압이 제거된 경우에 , 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 특성 시상수(또는 시정수 또는 완화시간)를 가지고 외부로 빠져 나간다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기전도도 비(σ2/σ1)가 유전율비(ε2/ε1)와 동일한 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 영이다. 따라서, 계면 표면 전하는 별도로 제거될 필요가 없다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 정전 장치(10)는, 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층(122); 및 상기 제2 유전체층(122) 상에 배치된 제2 유전체층(124)을 포함한다. 상기 제1 유전체층(122)은 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 상기 제2 유전체층(124)은 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비(ε2/ε1)는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비(σ2/σ1)와 동일하다.
상기 제2 유전체층(124)의 두께(d2)는 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층의 총 두께(d)에 대하여 0.01 내지 0.2 일 수 있다. 즉, 두께비(d2/d)는 0.01 내지 0.2 일 수 있다. 상기 제1 전기전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.5 이하일 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 정전 장치(10)는, 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층(122); 및 상기 제1 유전체층에 형성된 에어 갭(124)을 포함한다. 상기 에어 갭은 가스에 의하여 채워지고, 상기 제1 유전체층(122)은 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 상기 가스는 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비(ε2/ε1)는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비(σ2/σ1)와 동일하다.
상기 에어 갭의 두께는 상기 제1 유전체층과 상기 에어 갭의 총 두께에 대하여 0.01 내지 0.2 일 수 있다. 상기 제1 전기전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.5 이하일 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 정전 장치(10)는, 정전 전극층(110); 및 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층(122); 상기 제1 유전체층 상에 배치된 기판(120); 및 상기 기판의 하부면과 상기 제1 유전체층 사이에 배치된 제2 유전체층(124)을 포함한다. 상기 제1 유전체층은 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 상기 제2 유전체층은 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비(ε2/ε1)는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비(σ2/σ1)와 동일하다.
상기 제2 유전체층의 두께(d2)는 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층의 총 두께(d)에 대하여 0.01 내지 0.2 일 수 있다. 상기 제1 전기전도도에 대한 제2 전기전도도의 비(σ2/σ1)는 0.5 이하일 수 있다.
[비저항을 고려한 경우 두께에 따른 계면 전하]
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 계면 표면 전하 밀도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 전기 전도도 비(σ2/σ1)가 0.01, 0.1, 0.2, 및 10 인 경우, 제2 유전체층(124)의 두께(d2)에 따른 계면 표면 전하 밀도(ρsi)가 표시된다. 유전율비(ε2/ε1)는 0.1 이다.
전기 전도도 비(σ2/σ1)가 0.01인 경우(즉, 유전율 비(ε2/ε1) 보다 작은 경우), 제2 유전체의 두께비(d2/d)가 0.4 (4um)이하인 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 제2 유전체의 두께(d2)가 감소함에 따라 급격히 증가한다.
전기 전도도 비(σ2/σ1)가 0.1 인 경우(즉, 유전율 비와 동일한 경우), 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 영이다. 계면 표면 전하 밀도(ρsi)가 영인 경우에는, 외부 전압이 제거된 경우에도, 잔류하는 계면 표면 전하 밀도가 없다. 따라서, 계면에서 빠져나갈 전하가 없다.
전기 전도도 비(σ2/σ1)가 0.2 인 경우(즉, 유전율 비보다 큰 경우), 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 음의 값을 가진다.
상기 제2 유전체층의 두께(d2)는 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층의 총 두께(d)에 대하여 0.01 내지 0.2 일 수 있다.
[비저항을 고려한 경우 비저항비(ρ2/ρ1= σ1/σ2)에 따른 완화시간]
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 완화시간(τ)을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 전체 두께(d)는 10 um이고, 제2 유전체층(124)의 두께(d2)가 1um,에 대하여 비저항비(ρ2/ρ1= σ1/σ2)에 따른 완화 시간(또는 시상수, τ)이 표시된다. 유전율비(ε2/ε1)는 0.1 이다. 유전율 비(ε2/ε1)가 감소함에 따라 완화시간은 감소한다. 또한, 완화시간은 비저항비(ρ2/ρ1)가 증가함에 따라 감소한다. 완화 시간의 단위는 제2 유전율(ε2)와 제2 비저항(ρ2)의 곱으로 표시된다.
완화시간은 비저항비가 증가함에 따라 감소한다. 10 이상의 높은 비저항비를 가지는 존손-라벡 타입의 경우, 완화시간은 감소한다. 한편, 10 이하의 낮은 비저항비를 가지는 쿨롱 타입의 경우, 완화시간은 증가한다. 존손-라벡 타입의 경우, 정상 상태에서 높은 전기장을 달성하기 위하여, 완화시간은 짧을 것이 바람직하다. 한편, 쿨렁 타입의 경우, 정상 상태에서 낮은 전기장에 도달하므로, 완화 시간은 충분히 긴 것이 바람직하다.
[비저항을 고려한 경우 두께에 따른 완화시간]
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 완화시간(τ)을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 비저항비(ρ2/ρ1= σ1/σ2)에 따른 완화 시간(또는 시상수)이 표시된다. 유전율 비(ε2/ε1)는 0.1로 고정되었다. 비저항비(ρ2/ρ1)가 증가함에 따라 완화시간은 감소한다.
비저항비(ρ2/ρ1)가 10 (전기 전도도비가 0.1) 인 경우, 완화시간(τ)은 제2 유전체의 두께(d2)에 의존하지 않고 상수이다.
비저항비(ρ2/ρ1)가 10 미만인 경우, 완화 시간(τ)은 제2 유전체의 두께(d2)에 따라 증가한다.
비저항비(ρ2/ρ1)가 10 초과인 경우, 완화 시간(τ)은 제2 유전체의 두께(d2)에 따라 감소한다.
전기 전도도의 비(σ2/σ1)가 0.1 이하로 감소하면(존슨-라벡 타입), 완화시간은 감소하고, 계면 전하 밀도가 증가한다. 또한, 제2 전기장(E2)의 세기가 증가한다. 완화시간은 제2 유전체층의 제2 비저항과 제2 유전율에 의존한다. 예를 들어, 도 9의 영역 X에서, 완화시간을 고려한 경우, 완화시간을 감소시키기 위하여, 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)는 0.01 내지 0.1 일 수 있다.
전기 전도도의 비(σ2/σ1)가 0.1 이상으로 증가하면 (클롱 타입), 완화시간은 증가하고, 계면 전하 밀도가 음의 값으로 증가한다. 또한, 제2 전기장(E2)의 세기가 시간에 따라 감소한다. 따라서, 초기 상태의 높은 전기장을 유지하기 위하여, 완화 시간은 충분히 긴 것이 바람직하다. 완화시간은 제2 유전체층의 제2 비저항과 제2 유전율에 의존한다. 예를 들어, 도 9의 영역 Y에서, 완화시간과 제2 전기장의 세기를 고려한 경우, 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)는 0.01 이상일 수 있다. 바람직하게는 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)는 0.01 내지 0.1 일 수 있다. 다만, 완화시간이 너무 긴 경우에는, 탈착시 계면 전하가 소거되지 않을 수 있다. 이에 따라, 적정한 수준의 완화시간을 위하여, 적정한 두께비가 선택될 수 있다.
만약, 흡착하고자 하는 기판의 후면에 높은 비저항 물질이 증착된 경우, 완화시간은 증착된 물질의 비저항에 의하여 급격히 증가한다. 따라서, 기판의 후면에 높은 비저항 물질이 증착되는 경우에도 불구하고, 안정적인 완화시간을 가지는 시스템이 요구된다.
예를 들어, 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비(σ2/σ1)는 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비(ε2/ε1)보다 작을 수 있다. 따라서, 양의 계면 전하를 축적할 수 있다. 이 경우, 완화시간의 감소를 위하여, 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)는 0.01 내지 0.1 일 수 있다.
한편, 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.01 이하인 경우, 완화시간은 감소할 수 있다. 완화시간을 더욱 감소시키기 위하여, 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)는 0.01 이상일 수 있다.
한편, 전기 전도도비가 0.1 이상인 경우, 완화시간이 증가한다. 완화시간을 증가시키기 위하여 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)는 0.01 내지 0.2일 수 있다. 상기 제2 유전체층의 두께는 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층의 총 두께에 대하여 0.01 내지 0.2 수준일 수 있다.
제2 전기 전도도는 제2 비저항의 역수 이고, 상기 제2 비저항은 10^12 Ωm 이하일 수 있다. 에어 갭의 경우, 제2 비저항은 압력과 가스에 따라 10^10 Ωm 내지 10^12 Ωm일 수 잇다.
상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 0.1 인 경우, 상기 제1 전기전도도에 대한 제2 전기전도도의 비는 0.1 이하인 경우, 양의 계면 전하가 축적된다.
결론적으로, 완화 시간은 목적에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2 유전체층으로 에어 갭을 가진 쿨롱 타입의 경우(예를 들어, 전기 전도도의 비(σ2/σ1)가 10 이상), 흡착 시간이 수십 초 이상으로 설정될 수 있다. 이 경우, 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)가 0.01 이하로 감소하면, 완화시간이 감소하여, 흡착 시간 동안 흡착력이 감소하여 의도하지 않는 탈착이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)는 흡착 시간보다 큰 완화시간을 가지도록 큰 값을 가지도록 설정될 수 있다.
예를 들어, 제2 유전체층으로 에어 갭을 가진 존손-라벡 타입의 경우(예를 들어, 전기 전도도의 비(σ2/σ1)가 0.1 이하), 흡착 시간이 수십 초 이상인 경우, 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)가 0.01 이하로 감소하면, 완화시간이 증가하여, 흡착 시간 동안 제2 전기장의 세기 충분히 증가하지 않아, 초기 흡착이 어려울 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 제2 유전체층의 두께의 비(d2/d)는 흡착 시간보다 작은 완화시간을 가지도록 상대적으로 큰 값을 가지도록 설정될 수 있다.
[비저항을 고려한 경우 유전율 비에 따른 완화시간]
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 완화시간(τ)을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 동일한 비저항비(ρ2/ρ1)에 대하여, 유전율비(ε2/ε1)가 증가하면, 완화시간(τ)은 약간 감소한다. 즉, 완화 시간은 유전율비 보다는 비저항비(ρ2/ρ1)에 주로 의존한다.
[존슨-라벡 type 시간에 따른 전기장]
Case I
d1=9 [um] d2=1 [um]
ε1=10 [ε0] ε2=1 [ε0]
σ1=100 [10^(-12) /Ωm] σ2=1 [10^(-12) /Ωm]
도 11은 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.도 11을 참조하면, Case I의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다. 케이스 I은 존슨-라벡 타입일 수 있다. 이 경우, 제2 전기장(E2)은 초기값(0.7)에서 시간에 따라 증가한다. 제2 전기장(E2)의 초기값(0.7)은 유전체의 특성에 의하여 정해질 수 있다. 유전율비(ε2/ε1)가 0.1이고, 전기 전도도비(σ2/σ1)가 0.01이고, 제1 유전체층의 두께(d1)=9um, 제2 유전체층의 두께(d2)가 1um 인 경우, 제2 전기장(E2)은 완화 시간(τ)을 가지고 시간에 따라 증가할 수 있다.
예를 들어, 유전율비(ε2/ε1)가 0.1이고, 전기 전도도비(σ2/σ1)가 0.01 (비저항비=100)인 경우, 완화 시간은(τ) 약 0.1 [ε2ρ2] 일 수 있다. 예를 들어, 제2 유전체층이 약한 진공층인 경우, ε2는 ε0(진공 유전율)이고, ρ2는 약 10^12 Ωm 수준일 수 있다. 이 경우, 완화시간(τ)은 약 1 초 수준일 수 있다. 제2 전기장(E2)은 0.7 MV/m에서 1.2 MV/m 수준으로 증가할 수 있다. 이 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값을 가지며, 계면에 축적된다.
이어서, 외부 전압이 제거된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 유전체에 의한 분극 전하(ΔP)는 제거되고, 양의 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 시간에 따라 감쇠한다.
[쿨롱 type 시간에 따른 전기장]
Case II
d1=9 [um] d2=1 [um]
ε1=10 [ε0] ε2=1 [ε0]
σ1=0.5
σ1=10^(-4) [10^(-12) /Ωm]		 σ2=1 [10^(-12) /Ωm]
도 12는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 12를 참조하면, Case II의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다. 케이스 II은 쿨롱 타입일 수 있다. 이 경우, 제2 전기장(E2)은 초기값에서 시간에 따라 감소한다. 제2 전기장(E2)의 초기값은 유전체의 특성에 의하여 정해질 수 있다. 유전율비가 0.1이고, 전기 전도도비가 0.5이고, 제1 유전체의 두께(d1)=9um, 제2 유전체의 두께(d2)가 1um 인 경우, 제2 전기장(E2)은 완화 시간(τ)을 가지고 시간에 따라 감소할 수 있다.
예를 들어, 유전율비(ε2/ε1)가 0.1이고, 전기 전도도비(σ2/σ1)가 0.5 (비저항비=2)인 경우, 완화 시간은(τ) 약 1 [ε2ρ2] 일 수 있다. 예를 들어, 제2 유전체가 약한 진공층인 경우, ε2는 ε0이고, ρ2는 약 10^12 Ωm 수준일 수 있다. 이 경우, 완화시간은 약 10 초 수준일 수 있다. 제2 전기장(E2)은 0.7 MV/m에서 정상 상태에서 0.25 MV/m 수준으로 감소할 수 있다. 이 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 음의 값을 가지며, 계면에 축적된다.
이어서, 외부 전압이 제거된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 유전체에 의한 분극 전하(ΔP)는 제거되고, 음의 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 시간에 따라 감쇠한다. 또한, 제2 전기장(E2)의 절대값은 완화 시간(τ)을 가지고 시간에 따라 감소할 수 있다.
[계면 표면 전하 밀도(ρsi)=0 type 시간에 따른 전기장]
Case III
d1=9 [um] d2=1 [um]
ε1=10 [ε0] ε2=1 [ε0]
σ1= 10 [10^(-12) /Ωm] σ2=1 [10^(-12) /Ωm]
도 13는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.도 13를 참조하면, Case III의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다. 케이스 III은 계면 표면 전하 밀도(ρsi)가 영인 경우이다. 이 경우, 제2 전기장(E2)은 초기값에서 시간에 따라 일정하다. 제2 전기장(E2)의 초기값은 유전체의 특성에 의하여 정해질 수 있다. 유전율비가 0.1이고, 전기 전도도비가 0.1이고, 제1 유전체의 두께(d1)=9um, 제2 유전체의 두께(d2)가 1um 인 경우, 제2 전기장(E2)은 완화 시간(τ)을 가지나 시간에 따라 일정할 수 있다.
예를 들어, 유전율비가 0.1이고, 전기 전도도비가 0.1 (비저항비=10)인 경우, 완화 시간은(τ) 약 1 [ε2ρ2] 일 수 있다. 예를 들어, 제2 유전체가 약한 진공층인 경우, ε2는 ε0이고, ρ2는 약 10^12 Ωm 수준일 수 있다. 이 경우, 완화시간은 약 10 초 수준일 수 있다. 제2 전기장(E2)은 0.7 MV/m에서 시간에 따라 동일한 값으로 유지할 수 있다. 이 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 영이며, 계면에 전하가 축적되지 않는다.
이어서, 외부 전압이 제거된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 유전체에 의한 분극 전하(ΔP)는 제거되고, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 영이다. 또한, 제2 전기장(E2)은 영이다.
[특성 비교]
정상 상태 Case I Case II Case III
E2 1.2 [MV/m] 0.25 [MV/m] 0.7 [MV/m]
ρsi 양의 값 음의 값 0
τ ~0.1 [ε2ρ2 sec] ~1 [ ε2ρ2 sec] ~1 [ ε2ρ2 sec]
[바이폴라 전압 또는 전압 증가에 따른 전기장]도 14a는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 14a를 참조하면, Case I의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 증가한다.
이어서, 제2 영역의 전기장(E2)이 포화된 경우, 외부 전압의 극성이 변경된다. 이 경우, 제2 전기장(E2)는 음의 값을 가질 수 있으며, 제2 전기장(E2)의 절대값은 시간에 따라 증가한다. 외부 인가 전압의 극성이 변경된 시점에, 제2 전기장(E2)의 절대값은 상대적으로 작은 값을 가지며, 낮은 정전력을 가진다.
도 14b는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 14b를 참조하면, Case I의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 증가한다.
이어서, 제2 영역의 전기장(E2)이 포화된 경우, 외부 전압이 더 증가된다. 이 경우, 제2 전기장(E2)는 순간적으로 더 증가하며, 제2 전기장(E2)은 방전 전계(breakdown, BD) 전계보다 클 수 있다. 이에 따라, 제2 유전체가 에어갭인 경우, 방전되고 계면 전하는 방전 전하들에 의하여 감소되고, 제2 전기장(E2)는 감소한다. 다만, 방전이 아크 방전으로 이어질 수 있다.
Case IV
d1=9.5 [um] d2=0.5 [um]
ε1=10 [ε0] ε2=1 [ε0]
σ1=100 [10^(-12) /Ωm] σ2=1 [10^(-12) /Ωm]
도 15는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.도 15를 참조하면, case IV의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 증가한다.
이어서, 제2 영역의 전기장(E2)이 포화된 경우, 외부 전압의 극성이 변경된다. 이 경우, 제2 전기장(E2)는 양의 값을 가질 수 있으며, 제2 전기장(E2)은 감소하고, 영의 지점을 지나, 제2 전기장(E2)의 절대값은 시간에 따라 증가한다. 외부 전압의 극성이 변경된 시점에, 제2 전기장(E2)의 절대값은 상대적으로 작은 값을 가지며, 시간에 따라 제2 전기장(E2)가 영인 시간을 가진다.
도 16a은 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 16a을 참조하면, case II의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 음의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 감소한다.
이어서, 제2 영역의 전기장(E2)이 포화된 경우, 외부 전압의 극성이 변경된다. 이 경우, 제2 전기장(E2)는 음의 값을 가질 수 있으며, 제2 전기장(E2)의 절대값은 시간에 따라 감소한다. 외부 전압의 극성이 변경된 시점에, 제2 전기장(E2)의 절대값은 상대적으로 큰 값을 가지며, 시간에 따라 제2 전기장(E2)의 절대값이 감소한다.
도 16b은 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.
도 16b을 참조하면, case II의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 음의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 감소한다.
이어서, 제2 영역의 전기장(E2)이 포화된 경우, 외부 전압이 더 증가한다. 이 경우, 제2 전기장(E2)은 방전 전계(BD)를 초과할 수 있다. 이에 따라, 제2 유전체가 에어갭인 경우, 방전되고 계면 전하는 방전 전하들에 의하여 증가하고, 제2 전기장(E2)는 감소한다. 다만, 방전이 아크 방전으로 이어질 수 있다. 계면 전하의 절대값은 더 증가한다. 그러나, 제2 전기장(E2)의 절대값은 감소할 수 있다.
[전기전도도를 무시한 경우 제2 유전체층의 병렬 연결 구조]
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 유전체층의 병렬 연결 구조를 나타내는 개념도이다.
도 17을 참조하면, 정전 장치(10a)에서, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다. 제1 영역은 제1 유전체층(122)로 형성되고, 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다.
제2 영역은 동일한 두께(d2)의 복수의 제2 유전체(124,124')로 형성된다. 제2 영역은 유전율(또는 전기 전도도)에 따라 복수의 구간으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 제3 구간은 제1 유전체와 동일한 물질 특성을 가지고, 제1 구간은 제2 메인 유전체층(124)로 제2 메인 유전율(ε2) 및 제2 전기 메인 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다. 제2 구간은 제2 예비 유전체(124')로 제2 예비 유전율(ε'2) 및 제2 예비 전기 전도도(σ'2)를 가지고, 두께는 d2이다.
전기 전도도를 무시한 경우, 구간 별로 서로 다른 전기장을 얻을 수 있다. 예를 들어, 제3 구간은 C 지점으로 가장 낮은 전기장을 가질 수 있다. 제1 구간에서, 제2 메인 유전체가 에어 갭인 경우, 전기장은 A 지점으로 높은 전기장을 얻을 수 있다. 제2 구간에서, 제2 예비 유전체는 실리콘 산화막으로 제1 유전율(알루미나의 유전율)보다 작은 값을 가질 수 있다. 이 경우, 제2 구간의 전기장은 제2 메인 유전체에서 전기장의 세기보다 약간 감소할 수 있다.
결국, 제2 유전체층을 병렬 연결함으로써, 원하는 물리적 특성이 확보될 수 있다. 즉, 제3 구간을 제거하고, 제1 구간 및 제2 구간만을 사용하면, 전기장의 세기를 상대적으로 증가시킬 수 있다.
[전기전도도를 고려한 경우 제2 유전층의 병렬 연결 구조]
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 유전층의 병렬 연결 구조를 나타내는 개념도이다.
도 18을 참조하면, 정전 장치(10b)에서, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다. 제1 영역은 제1 유전체층(122)로 형성되고, 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다.
제2 영역은 동일한 두께의 복수의 제2 유전체(124,124')로 형성된다. 제2 영역은 전기 전도도( 또는 유전율)에 따라 복수의 구간으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 제3 구간은 제1 유전체와 동일한 물질 특성을 가지고, 제1 구간은 제2 메인 유전체층(124)로 제2 메인 유전율(ε2) 및 제2 전기 메인 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다. 제2 구간은 제2 예비 유전체(124')로 제2 예비 유전율(ε'2) 및 제2 예비 전기 전도도(σ'2)를 가지고, 두께는 d2이다.
전기 전도도를 고려한 경우, 구간 별로 서로 다른 전기장을 얻을 수 있다. 예를 들어, 제3 구간은 C 지점으로 가장 낮은 전기장을 가질 수 있다. 제1 구간에서, 제2 메인 유전체(124)가 에어 갭인 경우, A 지점은 높은 전기장을 얻을 수 있다. 제2 구간에서, 제2 예비 유전체(124')는 실리콘 산화막으로 제1 유전체의 제1 전기 전도도(알루미나의 전기전도도)보다 작은 값을 가질 수 있다. 이 경우, 제2 구간의 전기장(E2')은 B 지점으로 제2 메인 유전체에서 전기장(E2)의 세기보다 증가할 수 있다.
결국, 제2 유전체층을 병렬 연결함으로써, 원하는 물리적 특성이 확보될 수 있다. 즉, 구간 별로 전기장의 세기는 상대적으로 증가 또는 감소될 수 있다.
예를 들어, 제3 구간은 낮은 저항에 의하여 큰 전류가 흐를 수 있다. 이에 따라, 제3 구간은 제거하고, 제2 구간 및 제3 구간만이 사용될 수 있다. 이에 따라, 원하는 물리적 특성(전체 전류를 감소시키면서 전기장의 세기 증가를 구현할 수 있다.
이러한 개념은 2층 이상의 다층 구조에서 직렬 및 병렬이 혼합되어 수행될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 19를 참조하면, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다. 제1 영역은 제1 유전체층(122)로 형성되고, 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다.
도전층(129)이 제1 유전체층(122)과 제2 유전체층(124) 사이에 배치될 수 있다. 도전층(129)은 제1 유전체층(122) 또는 제2 유전체층(122)에 비하여 매우 얇을 수 있다. 도전층(129)은 존재하는 경우에도 전기장 및 계면 표면 전하 밀도는 동일하게 동작한다.
상기 도전층(129)은 계면 표면 전하를 축적한다. 축적된 계면 전하는 스위치를 통하여 접지에 연결되어 제거될 수 있다. 상기 도전층(129)은 반도체 또는 도체일 수 있다.
도전층(129)이 제1 유전체층과 제2 유전체층 사이에 배치된다. 상기 도전층은 반도체 또는 도체일 수 있다. 상기 도전층은 계면 전하를 축적할 수 있다. 상기 도전층의 두께는 상기 제2 유전체층보다 얇을 수 있다.
상기 도전층에 축적된 계면 전하는 스위치를 통하여 외부 접지와 연결되어 소거될 수 있다.
또는 상기 제1 유전체층 및 제2 유전체층은 광원(150)으로 부터 빛을 제공받아 전자 및 홀을 생성하고, 전자 또는 홀은 상기 도전층(129)으로 이동하여 계면 전하를 제어할 수 있다.
도 19을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치(10c)는, 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층(122); 상기 제1 유전체충 상에 배치된 도전층(129); 및 상기 도전층 상에 배치된 공기층(124)을 포함한다. 상기 제1 유전체층에 형성된 돌출부(미도시)는 피흡착물(120)과 상기 제1 유전체층(122) 사이에 공기층을 형성한다. 상기 도전층은 상기 제1 유전체층에 매몰되지 않는다.
도 27을 참조하면, 상기 도전층이 상기 제1 유전체층에 매몰되거나 다른 유전체에 덮히면 또 다른 계면 전하가 발생한다. 따라서, 상기 도전층은 에어 갭에 노출될 수 있다.
상기 도전층(129)은 스위치를 통하여 접지에 선택적으로 연결될 수 있다. 상기 도전층(129)은 상기 공기층에 냉각 가스를 제공하는 유로(미도시)의 내측에 코팅된 도전 물질에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 도전층은 반도체, 금속일 수 있다. 상기 도전층은 광을 받아 도전성을 가지는 광저항층으로 CdS일 수 있다.
도 19을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치(10c)는 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치된 유전체층(122); 상기 유전체층에 형성된 돌출부(미도시) 및 함몰 부위(124); 및 상기 함몰 부위의 하부면에 형성된 도전층(129)을 포함을 포함한다. 상기 전원(130)은 제1 전압을 인가하여 상기 유전체층 상에 기판(또는 정전 전극층)을 흡착하는 단계; 및 상기 제1 전압을 제거한 후 상기 도전층(129)을 접지시키어 상기 도전층(129)에 축적된 계면 전하를 제거하여 상기 기판(또는 정전 전극층)을 탈착하는 단계를 포함한다. 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가하여 계면 전하를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[온도 제어(가열 수단)에 따른 전기장]
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 전기장을 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 계면 표면 전하 밀도를 나타낸다.
도 20 내지 도 22를 참조하면, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다. 제1 영역은 제1 유전체층(122)로 형성되고, 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다. 제2 영역은 제2 유전체층(124)로 형성되고, 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다.
온도 제어 수단(140)은 상기 제1 유전체층(122)의 상부, 하부, 또는 주위에 배치되어 상기 제1 유전체층(122) 및/ 또는 제2 유전체층(124)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 유전체층(124)이 공기 또는 진공층인 경우, 제2 유전체층(124)의 전기 전도도는 온도에 따라 거의 일정할 수 있다. 한편, 상기 제1 유전체층(122)이 알루미나와 같은 고유전체 물질인 경우, 상기 제1 유전체층(122)의 전기 전도도는 온도에 의존할 수 있다. 온도 제어 수단(140)은 저항성 히터, 온풍, 적외선 발생기 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 온도(T1)에서 전기 전도도비(σ2/σ2)는 0.01 이고, 유전율비(ε2/ε1)는 0.1일 수 있다. 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도(T2)에서 유전율비(ε2/ε1)는 0.1이고, 전기 전도도비(σ2/σ2)는 0.1 일 수 있다.
예를 들어, 제1 온도(T1)에서 전기 전도도비(σ2/σ2)는 0.01을 가지므로, 제1 유전체의 두께(d1)는 9um이고, 제2 유전체의 두께(d2)는 1um인 경우, 제2 영역의 전기장(E2)의 세기는 약 2 MV/m이고, 계면 표면 전하 밀도는 0.5 [Vε2]일 수 있다. 한편, 제2 온도(T2)에서 제2 영역의 전기장(E2)의 세기는 약 0.8 MV/m이고, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 0 [Vε2]일 수 있다. 이에 따라, 제1 유전체층(122)의 온도를 시간에 따라 변조하면, 높은 온도에서 강한 제2 전기장이 얻어지고, 원하는 시간에 낮은 온도에서 계면 표면 전하 밀도(ρsi)를 영으로 설정할 수 있다.
또는, 온도 제어 수단(140)은 제1 유전체층(122) 및 또는 제2 유전체층(124)의 온도를 변경하여 동작 특성을 변경할 수 있다.
도 20 내지 도 22를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치(10d)는, 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층(122); 및 상기 제1 유전체층의 온도를 조절하는 온도 조절부(140)를 포함한다. 상기 제1 유전체층에 형성된 에어 갭(124)을 포함하고, 상기 에어 갭은 가스에 의하여 채워지고, 상기 제1 유전체층(122)은 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 상기 가스는 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가진다.
상기 온도 조절부(140)는 상기 정전 전극층에 외부 전압이 인가된 상태에 상기 제1 유전체층(122)을 가열하고, 상기 온도 조절부(140)는 상기 정전 전극층에 상기 정전 전극층에 외부 전압이 인가된 상태에 상기 제1 유전체층(122)을 냉각한다. 제1 유전체층(122)은 온도에 따른 다른 전기 전도도를 가진다.
상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비(ε2/ε1)는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비(σ2/σ1)와 동일하다.
냉각된 상태에서 상기 제1 유전체층은 제1 유전율 및 제1 전기 전도도를 가지고, 상기 제2 유전체층은 제2 유전율 및 제2 전기 전도도를 가지고, 상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비와 동일하다. 이에 따라, 냉각된 상태에서, 계면 전하가 제거된다. 즉, 기판을 처리하는 동안에는, 제1 유전체층은 높은 온도로 유지되어 전기 전도도를 증가시키어 높은 정전력을 유지한다. 기판의 처리는 기판의 이송, 플라즈마 식각, 증착 공정 등일 수 있다. 한편, 기판의 처리가 완료된 경우, 제1 유전체층은 낮은 온도로 설정되어 전기 전도도를 감소시키어 계면 전하를 감소시킨다. 이에 따라, 외부 전원을 제거한 경우, 바로 탈착이 가능하다.
본 발명은 에어갭이 아닌 다른 유전체인 경우에도 적용될 수 있다.
[반대 전압 펄스에 따른 계면 표면 전하 밀도]
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 23을 참조하면, Case II의 경우, 정전 장치를 동작시키기 위하여, 제1 전압이 인가된다. 제2 영역의 전기장(E2)는 시간에 따라 포화되도록 변경된다. 만약, 제2 영역의 전기장(E2)이 포화된 경우, 계면은 음의 계면 표면 전하 밀도로 대전될 수 있다. 음의 계면 표면 전하 밀도는 상대적으로 큰 완화 시간(τ)을 가질 수 있다.
음의 계면 표면 전하 밀도를 제거하고자 하는 경우, 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압이 인가될 수 있다. 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압이 인가될 경우, 계면 전하가 영이되는 시간(t)은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 9]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000011
제2 전압의 크기가 상기 제1 전압의 크기와 동일한 경우, 계면 표면 전하 밀도가 영이되는 시간(t1)은 0.69 τ 일 수 있다.
제2 전압의 크기가 상기 제1 전압의 크기의 2 배인 경우, 계면 표면 전하 밀도가 영이되는 시간(t1)은 0.40 τ 일 수 있다. 제2 전압의 크기가 상기 제1 전압의 크기의 3 배인 경우, 계면 표면 전하 밀도가 영이되는 시간(t1)은 0.287 τ 일 수 있다.
그러나, 계면 표면 전하 밀도를 제거하는 반대 전압의 인가 시간은 큰 완화 시간(τ)에 기인하여 상대적으로 길 수 있다.
위에서 설명한 것은 Case I 및 존슨-라벡 타입에도 동일하게 적용된다.
도 1 및 도 23을 참조하면, 정전 장치(10)는 정전 전극층(110); 및 상기 정전 전극층 상에 배치되고 갭 공간(124)을 구비한 유전체층(122); 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원(130)을 포함한다. 이 정전 장치의 디척킹 방법은, 상기 전원(130)은 제1 전압(V0)을 인가하여 기판(120)을 흡착하고 상기 유전체층과 상기 갭 공간 사이에 제1 계면전하를 축적하는 단계; 및 상기 전원(130)은 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압(V1~V3)을 인가하여 상기 갭 공간과 상기 유전체층 사이에 상기 제1 계면전하를 소거하여 디척킹하는 단계를 포함한다.
상기 유전체층과 상기 갭 공간의 저항과 정전 용량에 의하여 정의되는 완화 시간은 상기 제2 전압(V1~V3)의 인가 시간(t1,t2,t3)보다 크다.
상기 제2 전압의 절대값은 상기 제1 전압의 절대값보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전압의 절대값은 상기 제1 전압의 절대값과 동일하고,상기 제2 전압의 인가 시간은 상기 갭 공간의 저항과 정전 용량에 의하여 정의되는 특성 완화 시간의 0.69 배일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전압의 절대값은 상기 제1 전압의 절대값의 2배이고, 상기 제2 전압의 인가 시간은 상기 갭 공간의 저항과 정전 용량에 의하여 정의되는 특성 완화 시간의 0.40 배일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전압의 절대값은 상기 제1 전압의 절대값의 3배이고, 상기 제2 전압의 인가 시간은 상기 갭 공간의 저항과 정전 용량에 의하여 정의되는 특성 완화 시간의 0.287 배일 수 있다.
도 1 및 도 14b을 참조하면, 정전 장치(10)는 정전 전극층(110); 및 상기 정전 전극층 상에 배치되고 갭 공간(124)을 구비한 유전체층(122); 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원(130)을 포함한다. 이 정전 장치의 디척킹 방법은, 상기 전원은 제1 전압을 인가하여 기판을 흡착하고 상기 유전체층과 상기 갭 공간 사이에 제1 계면전하를 축적하는 단계; 및 상기 전원은 상기 제1 전압보다 더 큰 제2 전압을 인가하여 상기 갭 공간에 방전을 유도하여 상기 제1 계면전하를 감소시키는 디척킹하는 단계를 포함한다.
상기 유전체층의 전기전도도에 대한 상기 갭 공간의 전기 전도도도의 비(σ2/σ1)는 상기 유전체층의 유전율에 대한 상기 갭 공간의 유전율의 비(ε2/ε1)보다 클 수 있다.
[바이폴라 전압에 따른 계면 전하]
도 24은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 24를 참조하면, Case II의 경우, 정전 장치를 동작시키기 위하여, 제1 전압이 인가된다. 제2 영역의 전기장(E2)는 시간에 따라 포화되도록 변경된다. 음의 계면 표면 전하 밀도는 상대적으로 큰 완화 시간(τ)을 가질 수 있다.
완화 시간(τ)을 복수의 구간으로 구분한 후, 양의 제1 전압과 음의 제2 전압은 교번하여 인가될 수 있다. 이에 따라, 계면 표면 전하 밀도는 시간에 따라 축적되지 않고 거의 영의 값을 유지할 수 있다. 바람직하게는, 완화 시간(τ)은 10 개 이상의 구간으로 분할될 수 있다.
이에 따라, 정전력을 제거하고자 하는 시간에, 외부 전압이 제거된 경우, 계면 표면 전하 밀도가 거의 영으로 즉시 정전력이 제거될 수 있다.
Case I, III, IV의 경우에도, 완화 시간(τ)을 복수의 구간으로 구분한 후, 양의 제1 전압과 음의 제2 전압은 교번하여 인가될 수 있다. 이에 따라, 계면 표면 전하 밀도는 시간에 따라 축적되지 않고 거의 영의 값을 유지할 수 있다.
도 1 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치(10)는, 정전 전극층(110); 및 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 및 제2 유전체층(122,124); 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원(130)을 포함한다.
정전 장치의 동작 방법은, 상기 전원(130)은 제1 전압을 인가하여 상기 유전체층 상에 기판(120)을 흡착하고 제1 계면 전하를 축적하는 단계; 및 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가하여 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에 축적된 제1 계면 전하를 반대 극성의 전하로 소거하는 단계를 포함한다.
상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 교번하여 반복되고, 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제1 계면 전하의 시상수보다 작을 수 있다.
상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제2 전압의 인가 시간과 동일하고, 상기 제1 계면 전하의 시상수는 10 초 이상일 수 있다. 예를 들어, 쿨롱 타입에서 유효할 수 있다.
상기 제1 전압이 양의 값을 가지고, 상기 제1 전압에서 상기 기판(120)은 음의 전하로 대전되고, 상기 제1 계면 전하는 음의 값을 가질 수 있다.
도 1 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치(10)는, 정전 전극층(110); 및 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 및 제2 유전체층(122,124); 및 상기 정전 전극층에 전압을 인가하는 전원(130)을 포함한다. 정전 장치의 동작 방법은, 상기 전원(130)은 제1 전압을 인가하여 기판(120)을 흡착하고 상기 제1 유전체층(122)과 상기 제2 유전체층(124) 사이에 제1 계면전하를 축적하는 단계; 및 상기 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가하여 상기 제1 계면 전하를 반대 극성의 계면 전하를 축척하여 상기 기판(120)을 흡착하는 단계를 포함한다.
상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제1 계면 전하의 시상수보다 작다. 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제2 전압의 인가 시간과 동일하고, 상기 제1 계면 전하의 시상수는 10 초 이상일 수 있다. 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 교번하여 반복될 수 있다.
[자외선/가시광선 조사에 따른 계면 전하]
도 25a는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 25b는 도 25a의 정전 장치의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 25c는 도 25a의 정전 장치의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 25d는 도 25a의 정전 장치의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 25a 내지 도 25d 및 도 26을 참조하면, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다. 제1 영역은 제1 유전체층(122)로 형성되고, 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다. 제2 영역은 제2 유전체층(124)로 형성되고, 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다. 정전 장치는 계면 표면 전하 밀도를 제어하는 광 제공부(150)을 포함할 수 있다.
광 제공부(150)는 자외선/가시광선을 제1 유전체층와 제2 유전체층의 계면에 제공할 수 있다. 자외선/가시광선은 제1 유전체층 또는 제2 유전체층에서 전자-홀을 생성하여 계면 표면 전하 밀도를 제어할 수 있다. 광 조사 수단의 파장은 상기 유전체의 밴드갭 에너지보다 크거나 비슷할 수 있다. 또는 광 조사 수단의 파장은 자외선 영역일 수 있다.
광 제공부(150)는 광섬유(151)와 자외선 광원(152)을 포함할 수 있다. 상기 광섬유는 자외선을 전달할 수 있는 쿼츠 재질일 수 있다. 광섬유(150)는 제1 전극과 유전체층을 관통하여 제2 유전체층에 노출되도록 배치될 수 있다. 바람직하게는 제2 유전체층은 공기 갭일 수 있다. 상기 갭 공간의 하부면을 제공하는 상기 유전체층의 표면은 확산을 위하여 거칠기 처리될 수 있다.
도 25b를 참조하면, 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 전압을 인가한다. 이 경우(존손-라벡 타입), 제2 유전체층은 에어 갭일 수 있다. 계면 전하는 양의 값을 가지고 완화시간을 가지고 포화 상태로 변경된다. 포화 상태(또는 정상 상태) 이전에 광 펄스가 상기 제1 유전체층(122) 및 상기 제2 유전체층(124)에 조사될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 유전체층(124)는 에어 갭일 수 있다. 광 펄스는 전자-홀 쌍을 생성하여 완화시간을 감소시키어 빨리 포화 상태에 도달할 수 있다.
제1 전극(110)에 양의 전압이 인가되고, 제2 전극이 접지된 경우, 제1 전극은 양의 전하로 대전되고, 제2 전극은 음의 전하로 대전될 수 있다. 계면 전하는 양의 값을 가질 수 있다. 외부 광이 조사된 경우, 제1 유전체층에서 생성된 전자-홀 쌍이 형성될 수 있다. 전자는 제1 전극의 방향으로 이동하고, 홀은 계면 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 계면 전하 밀도는 빠른 시간에 포화 상태에 도달할 수 있다. 에어 갭은 광 조사에 의하여 물리적 특성이 변경되지 않는다고 가정한다.
이어서, 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 전압을 제거한다. 이경우, 계면 전하는 완화시간을 가지고 소거될 수 있다. 제1 전극은 접지되고, 제2 전극은 접지될 수 있다. 이에 따라, 계면 전하는 양의 값을 가지므로, 제1 전극은 음의 전하로 대전되고, 제2 전극은 음의 전하로 대전될 수 있다. 제1 영역의 제1 전기장(E1')은 제1 전극 방향이고, 제2 영역의 제2 전기장(E2')은 제2 전극 방향일 수 있다. 광 펄스가 조사된 경우, 제1 유전체층은 전자-홀 쌍을 생성할 수 있다. 전자는 계면을 향하여 이동하고, 홀은 제1 전극을 향하여 이동할 수 있다. 이에 따라, 계면 전하는 더 빠른 속도로 소거될 수 있다.
한편, 광 조사에 의하여, 각 유전체의 전기 전도도가 변경되는 경우에는, 새로운 평형 상태(정상 상태)에 도달할 수 있다.
도 25c를 참조하면, 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 전압을 인가한다. 이 경우(존손-라벡 타입), 제2 유전체층은 에어 갭일 수 있다. 계면 전하는 양의 값을 가지고 완화시간을 가지고 포화 상태로 변경된다. 포화 상태 이전에 광 펄스가 상기 유전체에 조사될 수 있다. 이 경우, 광 펄스는 전하-홀을 생성하여 완화시간을 감소시킬 수 있다.
이어서, 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 전압과 반대 극성의 제2 전압을 인가한다. 제1 전극은 음의 전하로 대전되고, 제2 전극은 양의 전하로 대전될 수 있다. 계면 전하는 양의 값을 가진다. 광이 조사되어 제1 유전체층에 전자-홀 쌍을 생성할 수 있다. 전자는 계면을 향하여 이동하고, 홀은 제1 전극을 향하여 이동할 수 있다. 이경우, 계면 전하는 완화시간을 가지고 반대 극성의 전하로 충전될 수 있다. 광 펄스가 조사된 경우, 계면 전하는 더 빠른 속도로 반대 극성의 전하로 충전될 수 있다. 즉, 디척킹을 위하여, 반대 극성의 제2 전압이 인가되고, 광이 조사되는 경우, 계면 전하는 더 빠른게 영인 상태에 도달한다. 계면 전하가 영인 상태에서, 광 및/또는 제2 전압을 제거하면, 계면 전하는 제거된다.
도 25d를 참조하면, 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 전압을 인가한다. 이 경우(쿨롱 타입), 제2 유전체층은 에어 갭일 수 있다. 계면 전하는 음의 값을 가지고 완화시간을 가지고 포화 상태로 변경된다. 포화 상태 이전에 광 펄스가 상기 제1 유전체에 조사될 수 있다. 이 경우, 광 펄스는 전하-홀을 생성하여 계면 전하를 소거할 수 있다.
이어서, 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 전압이 제거될 수 있다. 이경우, 계면 전하는 완화시간을 가지고 소멸할 수 있다. 광 펄스가 조사된 경우, 계면 전하는 더 빠른 속도로 소거될 수 있다. 즉, 디척킹을 위하여, 광이 조사되는 경우, 계면 전하는 더 빠른게 영인 상태에 도달할 수 있다.
도 26을 참조하면, 정전 장치(10e,10f)는, 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치되고 유전체층(122,124); 및 상기 유전체층에 가시광선/자외선을 제공하는 광 제공부(150)를 포함한다. 광 제공부(150)는 광섬유(151)과 광원(152)을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 광섬유(151)는 상기 정전 전극층(110) 및 유전체층(122)을 관통하여 에어 갭(124)에 배치된 적어도 하나의 광섬유를 포함한다. 상기 광섬유는 자외선을 전달할 수 있다. 상기 광섬유(151)의 코어와 클래딩은 쿼츠 재질일 수 있다. 상기 에어 갭(124)의 하부면을 제공하는 상기 유전체층의 표면은 확산을 위하여 거칠기 처리될 수 있다. 광 제공부(150)는 상기 유전체층에 전자-홀을 발생시키어 계면 전하를 소거할 수 있다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 정전 장치(10e,10f)는, 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치되고 유전체층(122,124); 및 상기 유전체층(122,124)에 자외선을 제공하는 광 제공부(150)를 포함한다. 이 정전 장치의 디척킹 방법은, 상기 정전 전극층(110)에 제1 전압을 인가하는 단계; 상기 정전 전극층(110)에 인가된 상기 제1 전압을 제거하는 단계; 상기 광 제공부(150)를 통하여 광을 상기 유전체층(122,124)에 제공하는 단계; 및 상기 광에 의하여 상기 유전체층(122,124) 또는 상기 유전체층 상에 배치된 기판(120)의 후면에 축적된 전하를 소거하는 단계를 포함한다.
상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거와 상기 광의 제공은 동시에 수행할 수 있다. 상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거한 후에 상기 광을 제공할 수 있다. 상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거한 후에 반대 극성의 카운더 펄스와 상기 광을 제공을 순차적으로 또는 동시에 제공할 수 있다.
[플라즈마 상황에서 전기장]
플라즈마 발생한 상황에서, 정전 장치가 동작할 수 있다. 구체적으로, 제2 전극은 처리하고 하는 반도체 기판이고, 반도체 기판 상에 플라즈마가 생성될 수 있다. 상기 플라즈마는 전기적으로 접지로 간주될 수 있다. 정전 장치는 플라즈마로 기판을 처리하는 플라즈마 기판 처리 장치의 기판 흡착 장치일 수 있다.
[다층 구조 또는 기판 후면에 유전체 증착의 경우]
본 발명의 일 실시예에 따른 3층 구조의 정전 장치의 동작 원리를 설명한다.
도 27는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 구조를 설명하는 개념도이다.
도 27을 참조하면, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122), 제2 유전체층(124), 및 제3 유전체(126)가 적층되어 있다. 제1 영역은 제1 유전체층(122)로 형성되고, 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다. 제2 영역은 제2 유전체층(124)로 형성되고, 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다. 제3영역은 제3 유전체층(126)로 형성되고, 제3 유전율(ε3) 및 제3 전기 전도도(σ3)를 가지고, 두께는 d3이다. 총 두께는 d이다. 제3 유전체층(126)은 제2 전극(120)에 코팅된 물질일 수 있다. 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 V0가 인가된다.
제1 유전체층와 제2 유전체층 사이의 계면 표면 전하 밀도는 ρsa이다. 제2 유전체층와 제3 유전체층 사이의 계면 표면 전하 밀도는 ρsb이다. 제1 유전체의 전기장은 E1이고, 제2 유전체의 전기장은 E2이고, 제3 유전체의 전기장은 E3이다.
제1 영역의 전기장(E1), 제2 영역의 전기장(E2), 및 제3 영역의 전기장(E3)은 계면 전하를 무시하는 경우 다음과 같이 주어진다.
[수학식 10]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000012
전기장(E1,E2,E3)은 초기 상태에서 각 영역에서 유전율만에 의존할 수 있다. 제3 영역의 전기장(E3)은 제3 유전체층(126)의 두께가 상대적으로 매우 얇은 경우, 제3 유전체층(126)이 없는 경우와 동일할 수 있다.
제1 영역의 전기장(E1), 제2 영역의 전기장(E2), 및 제3 영역의 전기장(E3)은 전기 전도도를 고려하여는 경우 정상 상태(steady state)에서 다음과 같이 주어진다.
[수학식 11]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000013
전기장(E1,E2,E3)은 정상 상태에서 각 영역에서 유전율에 의존하지 않고 전기전도도에만 의존할 수 있다. 제3 영역의 전기장(E3)은 제3 유전체층(126)의 두께가 상대적으로 매우 얇은 경우, 제3 유전체층(126)이 없는 경우와 동일할 수 있다.
계면의 표면 전하 밀도(ρsa, ρsb)는 정상 상태(steady state)에서 다음과 같이 주어진다.
[수학식 12]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000014
이웃한 경계면에서, 전기 전도도의 비가 유전율의 비와 동일하면, 계면전하 밀도는 영이된다.
제3 영역에서 제2 전극의 정전 압력(f)은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 13]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000015
제1 영역의 전기장(E1), 제2 영역의 전기장(E2), 및 제3 영역의 전기장(E3)은 천이 상태(transient state)에서 다음과 같이 주어진다.
[수학식 14]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000016
계면의 표면 전하 밀도(ρsa, ρsb)는 천이 상태(transient state)에서 다음과 같이 주어진다.
[수학식 15]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000017
위식의 고유값(eigen value, λ)는 다음과 같이 주어진다.
[수학식 16]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000018
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000019
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000020
여기서, 완화시간(τ1, τ2)은 고유값(eigen value)의 절대값의 역수이다.
고유 벡터(eignen vector)는 다음과 같이 주어질 수 있다.
[수학식 17]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000021
계면의 계면 표면 전하 밀도(ρsa, ρsb )는 다음과 같이 주어진다.
[수학식 18]
Figure PCTKR2023001101-appb-img-000022
위의 방정식에 초기 조건을 적용하면, 계수 C1 및 계수 C2를 구할 수 있다.
이에 따라, 시간에 따른 전기장(E1,E2,E3)은 수학식 14에 의하여 주어질 수 있다.
[다층 특성 비교]
Case V
d1=90 [um] d2=10 [um] d3=0.1 [um]
ε1=10 [ε0] ε2=1 [ε0] ε3=4 [ε0]
σ1=100 [10^(-12) /Ωm] σ2=1 [10^(-12) /Ωm] σ3=0.01 [10^(-12) /Ωm]
Case VI
d1=90 [um] d2=10 [um] d3=0.1 [um]
ε1=10 [ε0] ε2=1 [ε0] ε3=4 [ε0]
σ1=10^(-4) [10^(-12) /Ωm] σ2=1 [10^(-12) /Ωm] σ3=10^(-4) [10^(-12) /Ωm]
Case VII
d1=90 [um] d2=10 [um] d3=0.1 [um]
ε1=10 [ε0] ε2=1 [ε0] ε3=4 [ε0]
σ1=10 [10^(-12) /Ωm] σ2=1 [10^(-12) /Ωm] σ3=10^(-4) [10^(-12) /Ωm]
정상 상태 Case V Case VI Case VII
E3 4.78 [V MV/m] 0.01 [V MV/m] 10 [V MV/m]
ρsa 0.043 [V 10^(-5)C/m^2] -0.1 [V 10^(-5)C/m^2] 0 [V 10^(-5)C/m^2]
ρsb 19 [V 10^(-5)C/m^2] 0. 033 [V 10^(-5)C/m^2] 40 [V 10^(-5)C/m^2]
τ1 10 [sec] 21 [sec] 16 [sec]
τ2 668 [sec] 131,700 [sec] 66,600 [sec]
제3 유전체층(126)이 존재하는 경우, 제3 유전체층의 두께(d3)가 0.1 um로 매우 얇지만, 완화시간(τ)은 현저히 증가한다. 여기서, 제2 유전체층(124)의 제2 유전율은 진공의 유전율(ε0)이고, 제2 유전체층(124)의 제2 비저항은 10^12 Ωm를 사용하였다.
Case V의 경우, 정상 상태에서 제1 계면 표면 전하 밀도(ρsa)는 0.043 수준이고, 제2 계면 표면 전하 밀도(ρsb)는 19 수준이다. 따라서, 정상 상태에서 완화시간(τ=τ1+τ2)은 678초로 큰 값을 가진다.
Case VI의 경우, 정상 상태에서 제1 계면 표면 전하 밀도(ρsa)는 -0.1 수준이고, 제2 계면 표면 전하 밀도(ρsb)는 0.033 수준이다. 따라서, 정상 상태에서 완화시간(τ=τ1+τ2)은 약 131,700초로 매우 큰 값을 가진다.
Case VII의 경우, 정상 상태에서 제1 계면 표면 전하 밀도(ρsa)는 0 수준이고, 제2 계면 표면 전하 밀도(ρsb)는 40 수준이다. 따라서, 정상 상태에서 완화시간(τ=τ1+τ2)은 약 66,600초로 매우 큰 값을 가진다.
Case V은 678초 수준의 완화시간을 가지며, 정상 상태에서 높은 계면 전하를 가지고 있다. 678초 수준의 완화시간에 기인하여, 흡착 시간(수초 내지 수십초)이 완화시간( 678초)보다 작은 경우, 정상 상태에 도달하지 않을 수 있다. 흡착 시간에 따라, 흡착력이 변경되어 불안정한 동작이 발생될 가능성이 있다. 또한, 디척킹시, 큰 완화시간에 기인하여, 계면 전하의 제거가 용이하지 않을 수 있다.
높은 비저항을 가진 제3 유전체층(126)을 구비하는 경우, Case VI는 매우 큰 완화시간( 131,700초)에 기인하여, 흡착 시간(통상적으로 수 초 내지 수백 초) 동안 정전력은 초기값을 유지할 수 있다. 이에 따라, 안정적인 동작이 수행될 수 있다.
Case VI의 경우에는, 계면 전하 밀도가 정상 상태에서 상대적으로 낮다. 제3 전기장(E3)의 초기값은 0.013이고, 정상 상태에서 제3 전기장(E3)은 0.01이다. 그 변화가 약 20 % 수준으로 작다. 따라서, 큰 완화시간(131,700초)에 기인하여, 초기 상태의 제3 전기장(E3)이 흡착 시간(통상적으로 수 초 내지 수백 초) 동안 유지될 수 있다.
Case VII의 경우, 가장 큰 제3 전기장을 가진다. 흡착 시간(수 초 내지 수백 초)이 완화시간(약 66,600 초)에 비하여 작은 경우, 초기의 제3 전기장(E3)이 사용될 수 있다. 큰 완화시간에 기인하여, 초기 상태의 제3 전기장(E3)이 흡착 시간(통상적으로 수 초 내지 수백 초) 동안 유지될 수 있다.
존슨-라벡 타입의 경우(Case V), 제3 유전체층(126)를 구비하는 경우, 외부 전압이 인가된 경우 계면 표면 전하 밀도를 완화시간보다 빨리 축적하여 정전력을 증가시키기 위하여, 자외선과 같은 다른 계면 표면 전하의 축적 수단이 요구될 수 있다.
존슨-라벡 타입(Case V)의 경우, 제3 유전체층(126)를 구비하는 경우, 외부 전압이 제거된 경우 계면 표면 전하 밀도를 완화시간보다 빨리 제거하기 위하여, 자외선과 같은 다른 계면 표면 전하의 제거 수단이 요구될 수 있다.
이웃한 유전체에서 전기 전도도의 비가 유전율의 비와 동일하면, 계면 표면 전하 밀도는 영이된다. 따라서, 완화시간을 불문하고, 안정적인 흡착 및 탈착 동작이 가능한다.
예를 들어, 기판의 후면에 증착된 물질(제3 유전체층)이 실리콘 산화막인 경우, 제2 유전체층(124)은 실리콘 산화막으로 동일한 특성을 가진 물질일 수 있다. 제1 유전체층(122)은 고유전율의 알루미늄 산화막일 수 있다. 제1 유전체층에 대한 제2 유전체층의 전기 전도도의 비(σ2/σ1)가 유전율의 비(ε2/ε1)와 동일하면, 계면전하 밀도는 영이된다. 따라서, 다층 구조에서도, 계면 전하의 제거가 가능하다.
유전체의 전기 전도도는 온도에 의존하므로, 온도를 변경하면, 계면 전하의 제어가 가능하다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 제2 유전체층은 에어 갭 (또는 진공 갭)이고, 제1 유전체층과 얇은 제3 유전체층 사이에 에어 갭 케비티를 형성하면, 완화시간은 제3 유전체층의 특성(높은 제3 비저항)에 의하여 크게 증가하고, 제3 전기장은 상대적으로 증가할 수 있다.
도 27을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치(10g)는, 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층(110) 상에 배치된 제1 유전체층(122); 상기 제1 유전체층 상에 배치된 제2 유전체층(124); 상기 제2 유전체층 상에 배치된 기판(120); 및 상기 기판의 하부면과 상기 제2 유전체층 사이에 배치된 제3 유전체층(126)을 포함한다.
상기 제1 유전체층(122)은 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 상기 제2 유전체층(124)은 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 상기 제3 유전체층(126)은 제3 유전율(ε3) 및 제3 전기 전도도(σ3)를 가진다.
상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비(ε2/ε1) 는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비(σ2/σ1)와 동일하다. 이에 따라, 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124) 사이의 계면 전하는 영이다.
상기 제2 유전율에 대한 제3 유전율의 비(ε3/ε2)는 상기 제2 전기 전도도에 대한 제3 전기전도도의 비(σ3/σ2)와 동일하다. 이에 따라, 제2 유전체층(124)와 제3 유전체층(126) 사이의 계면 전하는 영이다.
[다층 구조의 직렬 및 병렬 연결 구조]
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 구조를 설명하는 개념도이다.
도 28을 참조하면, 정전 장치(10h)에 있어서, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122), 제2 유전체층(124), 및 제3 유전체(126)가 적층되어 있다. 제1 영역은 제1 유전체층(122)로 형성되고, 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다. 제2 영역은 제2 유전체층(124)로 형성되고, 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다. 제3영역은 제3 유전체(126)로 형성되고, 제3 유전율(ε3) 및 제3 전기 전도도(σ3)를 가지고, 두께는 d3이다. 총 두께는 d이다. 제3 유전체(126)는 제2 전극(120)에 코팅된 물질일 수 있다.
예를 들어, 제2 유전체층(124)는 3 개의 구간으로 구분될 수 있다.
제1 구간은 제2 메인 유전율(ε2) 및 제2 메인 전기 전도도(σ2)를 가질 수 있다. 제2 구간은 제2 예비 유전율(ε'2) 및 제2 예비 전기 전도도(σ'2)를 가질 수 있다. 제3 구간은 제1 유전체와 동일한 물리적 특성을 가질 수 있다.
제2 유전체의 구간별 특성은 상부에 직렬 연결된 제3 유전체의 전기장에 영향을 미친다. 이에 따라, 구간별로 제3 유전체의 제3 전기장의 특성이 변경될 수 있다.
예를 들어, 제1 구간과 제3 구간만을 사용하는 경우, 제1 구간은 에어갭일 수 있다. 이 경우, 제1 구간에 대응하는 제3 유전체의 전기장(E3)은 제3 구간에 대응하는 제3 유전체의 전기장에 비하여 상대적으로 증가할 수 있다.
기판의 후면에 제3 유전체층이 증착된 경우, 정전 장치는 에어 갭에 흐르는 냉각 가스의 누출을 방지하기 위하여 기판의 가장 자리에서 높은 정전력을 유지할 필요가 있다. 이 경우, 제2 구간은 제2 예비 유전율(ε'2) 및 제2 예비 전기 전도도(σ'2)를 가질 수 있다. 제2 구간은 링 형태로 낮은 유전율을 가지거나 높은 전기 전도도를 가지도록 형성되면, 제2 구간에 대응하는 위치에 높은 정전력을 제공할 수 있다.
[양극성 정전 장치]
양극성 정전 장치는 정전 전극을 2 개로 하고, 한 쌍의 정전 전극 사이에 전압을 인가하여 동작할 수 있다. 피흡착물은 도전성을 가지는 것이 바람직하다. 단극성 정전 장치의 동작 원리는 양극성 정전 장치에 동일하게 적용될 수 있다. 동일한 면적을 가지고 대칭성을 가진 양극성 장치의 경우, 정전력은 단극성 장치에 비하여 동일 전압차에 대하여 1/4일 수 있다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 29를 참조하면, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122) 및 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다. 제1 영역은 제1 유전체층(122)로 형성되고, 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다.
제2 영역은 제2 유전체층(124)로 형성되고, 제2 유전율(ε2) 및 제2 전기 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다. 제2 유전체층은 제2 예비 유전체층(124')을 포함할 수 있다. 제2 예비 유전체층은 제2 유전율(ε'2) 및 제2 전기 전도도(σ'2)를 가지고, 두께는 d2이다. 제2 유전체층(124)과 제2 예비 유전체층(124')은 병렬로 배치된다. 예를 들어, 제2 유전체층(124)은 에어 갭이고, 제2 예비 유전체층(124')은 제1 유전체층(122)과 동일한 물질일 수 있다.
제1 전극(110)은 외부 전원에 연결되는 정전 전극층으로 이웃하게 배치되어 한 쌍을 구성하는 제1 정전 전극(110a)과 제2 정전 전극(110b)을 포함할 수 있다. 제1 정전 전극(110a)과 제2 정전 전극(110b)은 동일한 면적을 가질 수 있다.
제1 정전 전극(110a) 상에서 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124) 사이에 제1 도전층(129a)이 배치될 수 있다. 상기 제1 도전층(129a)은 양의 전하로 대전될 수 있다.
제2 정전 전극(129b) 상에서 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124) 사이에 제2 도전층(129b)이 배치될 수 있다. 상기 제2 도전층(129b)은 음의 전하로 대전될 수 있다.
상기 제1 도전층(129a)에 대전된 전하(+Q)와 상기 제2 도전층(129b)에 대전된 전하(-Q)는 서로 다른 부호를 가지며, 그 값은 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 도전층(129a)과 상기 제2 도전층(129a)이 서로 전기적으로 연결되면, 제1 도전층(129a)에 축적된 전하는 소거되고, 제2 도전층(129b)에 축적된 전하는 소거될 수 있다.
상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층을 서로 연결하는 저항층(127)이 배치될 수 있다. 저항층(127)은 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층과 동일한 물질이거나, 상기 저항층(127)은 외부로부터 광을 제공받는 경우 전기전도도가 변하는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 저항층(127)은 CdS일 수 있다.
쿨롱 타입의 경우에 계면 전하가 생성되면 정전력이 감소한다. 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층이 직접 연결된 경우, 계면 전하는 서로 상쇄되어, 정전력은 초기 상태로 유지될 수 있다.
한편, 존슨-라벡 타입의 경우에 계면 전하를 축적하여 높은 정전력을 생성한다. 계면 전하를 축적하여 흡착 동작을 수행한 후, 전하 소거 단계(디척킹 단계)에서 빛에 의하여 저항층의 저항을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 저항층(127)은 외부로부터 광을 제공받는 경우 전기전도도가 변하고, 계면 전하는 외부 회로에 연결되지 않고 서로 이동하여 소거 상태에 도달할 수 있다.
도 29를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치(10i)는, 정전 전극층(110a,110b); 상기 정전 전극층 상에 배치된 제1 유전체층(122); 상기 제1 유전체충 상에 배치된 저항층(129a,129b,127); 및 상기 저항층(129a,129b,127) 상에 배치된 공기층(124)을 포함한다. 상기 제1 유전체층(122)에 형성된 돌출부(124')는 피흡착물(120)과 상기 제1 유전체층(122) 사이에 공기층을 형성하고, 상기 저항층(127)은 빛에 의하여 전기전도도가 증가한다. 상기 저항층(129a,129b,127)은 CdS일 수 있다.
저항층(129a,129b)은 계면 전하를 축적하는 층으로 동작하고, 계면 전하를 제거하고자하는 경우, 광을 조사하면, 저항층(129a,129b)은 도전체로 동작하여 전하가 소거될 수 있다.
도 29를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치(10i)는, 제1 전압을 제공받은 제1 정전 전극(110a); 제2 전압을 제공받는 제2 정전 전극(110b); 상기 제1 정전 전극(110a) 및 상기 제2 정전 전극(110b) 상에 배치된 제1 유전체층(122); 상기 제1 정전 전극(110a)에 대응하는 위치에서 상기 제1 유전체층 상에 배치되는 제1 도전층(129a); 상기 제2 정전 전극(110b)에 대응하는 위치에서 상기 제1 유전체층 상에 배치되는 제2 도전층(129b);및 상기 제1 도전층(129a)과 상기 제2 도전층(129b)을 연결하는 광저항층(127);을 포함한다.
상기 제1 도전층(129a) 및 상기 제2 도전층(129b) 상에 배치된 공기층(124)을 포함하고, 상기 제1 유전체층에 형성된 돌출부(124')는 피흡착물과 상기 제1 유전체층 사이에 공기층을 형성하고, 상기 광저항층(127)은 광에 의하여 전기전도도가 증가한다. 즉, 흡착 상태에서는, 상기 광저항층(127)에 광이 조사되지 않으나, 탈착을 위하여 상기 제1 전압 및 제2 전압이 제거된 상태에서, 상기 광저항층(127)에 광이 조사되어 계면 전하가 소거된다. 상기 광저항층(127)은 CdS일 수 있다.
도 30는 통상적인 기판 처리 장치의 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 30을 참조하면, 정전 장치(20)에서, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122) 및 제2 유전체층(124)이 배치된다. 제2 유전체층(124)은 에어 갭이다. 또한, 제1 유전체층(122)은 제1 유전체층(122)의 가장 자리에 돌출된다. 이 돌출 부위(128)는 가스 라인(170)을 통하여 공급된 가스가 외부로 새어나가지 않도록 한다. 제2 전극(120)은 반도체 기판일 수 있다.
그러나, 돌출부위에서 전기장의 세기는 A 지점에 해당되고, 인가 전압을 간격(d)으로 나눈값으로 상대적으로 작다. 따라서, 돌출 부위의 전기장(A 지점)은 갭 공간에서의 전기장(B 지점)보다 낮아, 낮은 전기장에 기인하여 흡착력이 작다. 따라서, 돌출부위를 통하여 가스는 유출될 수 있다.
만약, 돌출 부위(128)에 거칠기 처리를 한 경우에도, 거칠기 처리는 갭 공간의 두께를 감소시키어 국부적으로 전기장 및 정전력을 증가시킬 수 있다. 그러나, 모든 영역에서 안정적인 정전력을 제공할 수 없다. 또한, 거칠기 처리는 헬륨과 같은 냉각 가스가 유출될 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 한편, 가스 누출을 억제하기 위하여 거칠기 처리 영역을 증가시키면, 가스의 냉각 성능이 감소한다. 또한, 거칠기 처리는 오염에 취약하다. 또한, 거칠기 처리는 마모에 의하여 안정적인 특성을 제공하기 어렵다.
위에서 쿨롱 타입에 대하여 설명하였으나, 존슨-라벡 타입에서 유사한 문제가 발생한다.
도 31 내지 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 31을 참조하면, 정전 장치(300)는 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층(100) 상에 배치된 유전체층(122); 및 상기 유전체층(122)의 가장 자리에 배치된 링 형상의 돌출부(128)를 포함한다. 상기 돌출부(128)는 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다. 상기 돌출부(128)는 평탄 영역(101a) 및 거칠기 처리된 표면 처리 영역(101b)을 포함한다.
상기 유전체층(122)은 돌출부(128) 내측에 엠보싱 영역을 포함하고, 엠보싱 영역은 제2 전극 또는 기판과 일정한 간격을 유지할 수 있다.
평탄 영역(101a)의 전기장의 세기는 A 지점에 해당하고, 표면 처리 영역의 전기장은 C 지점에 해당하고, 함몰 부위의 전기장은 B 지점에 해당한다.
거칠기 처리된 표면 처리 영역(101b)은 높은 전기장(정전력)을 제공하고, 평탄 영역(101a)은 가스 밀봉 기능을 수행하여 가스 누출을 방지할 수 있다.
상기 평탄 영역(101a)은 외측에 배치되고 상기 표면 처리 영역(101b)은 내측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 오염 물질이 표면 처리 영역에 증착되는 것을 억제할 수 있다.
상기 표면처리 영역의 폭은 상기 평탄 영역의 폭보다 클 수 있다. 이에 따라, 정전력이 증가한다.
상기 표면처리 영역의 거칠기는 0.1 um 내지 1 um일 수 있다. 거칠기 처리에서 총 두께(d)에 대한 거칠기의 최대 높이(d2')의 비(d2'/d)는 0.001 내지 0.01일 수 있다.
유전율비(ε2/ε1)가 0.1이고, 유전체층의 총 두께(d)가 100 um 인 경우, 거칠기에 따른 갭(d2')의 변화는 크지 않다. 따라서, 미세한 거칠기 처리는 오염에 쉽게 영향받을 수 있다.
유전체층의 총 두께(d)가 100 um 인 경우, 상기 돌출부의 높이(d2)는 5 마이크로미터 내지 20 마이크로미터일 수 있다. 돌출부의 높이(d2)는 냉각 가스의 압력 및 가스의 종류에 의존할 수 있다. 돌출부의 높이(d2)가 증가하면, 전기장의 세기가 감소하여 정전력이 감소한다. 유전체층의 총 두께(d)에 대한 돌출부의 높이(d2)의 비는 0.2 이하일 수 있다.
쿨롱 타입의 경우에, 전기 전도도비를 고려한 경우((예를 들어, 전기 전도도비가 10인 경우)), 거칠기의 최대 높이(d2')의 비(d2'/d)가 너무 작으면, 완화시간이 감소할 수 있다. 작은 완화시간은 시간에 따른 전기장의 세기를 감소시킬 수 있다. 따라서, 거칠기의 최대 높이(d2')의 비(d2'/d)는 0.001 내지 0.01일 수 있다.
위에서 쿨롱 타입에 대하여 설명하였으나, 존슨-라벡 타입에서 유사하게 적용된다.
존슨-라벡 타입에서, 전기 전도도비가 0.1 미만인 경우 (예를 들어, 전기 전도도비가 0.01인 경우), 도 5를 참조하면, 에어 갭(d2')에 따라 전기장의 세기가 급격히 변한다. 이러한 특성은 피흡착물의 표면 거칠기 등에 의존하여 안정성을 감소시키고, 표면 거칠기가 감소하면 전기장이 증가하여 미세 방전을 증가시키어 안정성을 감소시킬 수 있다. 한편, 도 9를 참조하면, 최대 높이의 비(d2'/d)는 0.01 이하인 경우, 완화시간이 증가할 수 있다. 따라서, 빠른 완화시간을 고려한 경우, 최대 높이의 비(d2'/d)는 0.01 이상일 수 있다. d=100um 기준으로, d2'는 1um 이상일 수 있다.
도 32을 참조하면, 정전 장치(300a)는 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층(100) 상에 배치된 유전체층(122); 및 상기 유전체층(122)의 가장 자리에 배치된 링 형상의 돌출부(128)를 포함한다. 상기 돌출부(128)는 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다. 상기 돌출부(128)는 평탄 영역(101a) 및 거칠기 처리된 표면 처리 영역(101b)을 포함한다.
상기 평탄 영역(101a)은 내측에 배치되고 상기 표면 처리 영역(101b)은 외측에 배치될 수 있다.
도 33를 참조하면, 정전 장치(300b)는 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층(100) 상에 배치된 유전체층(122); 및 상기 유전체층(122)의 가장 자리에 배치된 링 형상의 돌출부(128)를 포함한다. 상기 돌출부(128)는 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다. 상기 돌출부(128)는 평탄 영역(101a) 및 거칠기 처리된 표면 처리 영역(101b)을 포함한다.
상기 평판 영역(101a)은 제1 평탄 영역과 제2 평탄 영역을 포함하고, 상기 표면 처리 영역(101b)은 상기 제1 평탄 영역과 상기 제2 평탄 영역 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 힘의 균형이 유지될 수 있다.
도 34 내지 도 36는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 34을 참조하면, 정전 장치(400)는 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치된 유전체층(122);및 상기 유전체층(122)의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제1 돌출부(102a) 및 상기 제1 돌출부(102a)보더 더 돌출된 링 형상의 제2 돌출부(102b)를 포함한다. 상기 제2 돌출부 또는 상기 제1 돌출부는 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다.
유전율비(ε2/ε1)가 0.1인 경우, 제2 돌출부(102b)의 전기장은 A 지점에 해당되고, 제1 돌출부(102a)의 전기장은 C 지점에 해당되고, 함몰부위의 전기장은 B 지점에 대응한다. 이에 따라, 제1 돌출부는 안정적으로 높은 전기장을 제공하여 정전력을 국부적으로 증가시킬 수 있다. 이러한 단차 구조는 거칠기 처리보다 오염에 강하며 재현성이 우수하다.
제2 돌출부(102b)는 상기 제1 돌출부(102a)를 감싸도록 외측에 배치될 수 있다. 제1 돌출부(102a)의 폭은 제2 돌출부(102a)의 폭보다 클 수 있다.
상기 제1 돌출부(102a)의 높이는 상기 제2 돌출부(102b)의 높이의 1/2 내지 19/20 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 돌출부(102b)의 높이가 10um이면, 갭(d2')은 5um 내지 0.5 um일 수 있다. 갭(d2')이 너무 작으면 오염에 취약할 수 있다.
유전체층(122)의 두께가 100um인 경우, 상기 제2 돌출부의 높이(d2)는 5 마이크로미터 내지 20 마이크로미터일 수 있다.
위에서 쿨롱 타입에 대하여 설명하였으나, 존슨-라벡 타입에서 유사하게 적용된다.
도 35를 참조하면, 정전 장치(400a)는 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치된 유전체층(122);및 상기 유전체층(122)의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제1 돌출부(102a) 및 상기 제1 돌출부(102a)보더 더 돌출된 링 형상의 제2 돌출부(102b)를 포함한다. 상기 제2 돌출부 또는 상기 제1 돌출부는 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다.
제1 돌출부(102a)는 상기 제2 돌출부(102b)를 감싸도록 외측에 배치될 수 있다.
도 36를 참조하면, 정전 장치(400b)는 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치된 유전체층(122);및 상기 유전체층(122)의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제1 돌출부(102a) 및 상기 제1 돌출부(102a)보더 더 돌출된 링 형상의 제2 돌출부(102b)를 포함한다. 상기 제2 돌출부 또는 상기 제1 돌출부는 함몰 부위를 형성하고, 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다.
제2 돌출부(102a)는 서로 이격된 제2 내측 돌출부 및 제2 외측 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 제1 돌출부(102a)는 제2 내측 돌출부와 상기 제2 외측 돌출부 사이에 배치될 수 있다.
도 37 내지 도 44은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.
도 37을 참조하면, 정전 장치(500)는 정전 전극층; 상기 정전극 전극층 상에 배치된 제1 유전체층(22);및 상기 제1 유전체층(122)의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제2 유전체층(124')을 포함한다. 상기 제2 유전체층(124')은 에어 갭 형태의 함몰 부위(124)를 형성한다. 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다.
냉각 가스는 제1 유전체층(122)을 관통하는 유로(170)를 통하여 상기 에어 갭에 연결된다.
상기 제2 유전체층(124')의 제2 유전율(ε2')은 상기 제1 유전체층(122)의 제1 유전율(ε1)보다 작다. 또한, 상기 함몰 부위는 에어 갭으로 제2 메인 유전율(ε2)을 가진다. 상기 제2 유전체층(124')의 제2 유전율(ε2')은 에어 갭의 제2 메인 유전율(ε2)보다 크다.
유전율비(ε2/ε1)가 0.1인 경우, 상기 제2 유전체층(124')의 전기장은 A 지점에 대응된다. 또한, 함몰 부위의 전기장은 B 지점에 대응한다. 이에 따라, 상기 제2 유전체층(124')의 전기장은 상대적으로 증가하여 강한 정전력을 제공할 수 있다.
예를 들어, 제1 유전율비(ε2/ε1)가 0.1 인 경우, 상기 제2 유전체층(124')의 제2 유전율(ε2')은 상기 제1 유전체층(122)의 제1 유전율(ε1)보다 작도록 설정하여, 제2 유전율비(ε2'/ε1)가 0.4 수준으로 변경하면, 상기 제2 유전체층(124')의 전기장의 세기가 상대적으로 증가한다. 즉, 제1 유전체층은 알루미늄 산화막이고, 상기 제2 유전체층(124')은 실리콘 산화막이고, 제2 메인 유전체층(124)은 에어갭이다. 상기 제2 유전체층(124')의 두꼐(d2)는 유전체의 전체 두께(d)에 대하여 0.01 내지 0.2 일 수 있다.
도 38을 참조하면, 정전 장치(500b)는 정전 전극층; 상기 정전극 전극층 상에 배치된 제1 유전체층(22);및 상기 제1 유전체층(122)의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제2 유전체층(124')을 포함한다. 상기 제2 유전체층(124')은 에어 갭 형태의 함몰 부위(124)를 형성한다. 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다.
냉각 가스는 제1 유전체층(122)을 관통하는 유로(170)를 통하여 상기 에어 갭에 연결된다.
상기 제2 유전체층(124')은 제2 전기 전도도(σ2') 및 제2 유전율(ε2')을 가진다. 함몰 부위(124)는 제2 메인 전기 전도도(σ2) 및 제2 메인 유전율(ε2)을 가진다. 상기 제1 유전체층(122)은 제1 전기 전도도(σ1)와 제1 유전율(ε1)을 가진다.
제2 메인 전기 전도도(σ2)는 제1 전기 전도도(σ1)보다 작다. 또한,제2 전기 전도도(σ2')는 제1 전기 전도도(σ1)보다 작다.
전기전도도비(σ2/σ1)가 0.01 인 경우, 제2 유전체층에서 전기장은 A 지점이다. 전기전도도비(σ2'/σ1)가 0.1 인 경우, 함몰 부위에서 전기장은 B 지점이다.
이에 따라, 링 형상의 제2 유전체층(124')은 함몰 부위 (에어 갭)보다 더 높은 전기장을 가질 수 있다. 이에 따라, 가스 누출이 억제된다.
도 39을 참조하면, 정전 장치(500c)에서, 상기 제2 유전체층(124')은 평탄 영역(101a) 및 거칠기 처리된 표면 처리 영역(101b)을 포함한다. 평탄 영역(101a)은 표면 처리 영역의 외측에 배치될 수 있다.
쿨롱 타입의 경우, 제2 유전체층(124')의 제2 유전율(ε2')을 제1 유전체층(122)의 제1 유전율(ε1)보다 감소시키고, 거칠기 처리에 의한 에어 갭을 형성하면 전기장의 세기가 증가한다.
존슨-라벡 타입의 경우, 제2 유전체층(124)의 제2 전기전도(σ2')를 제1 유전체층(122)의 제1 전기전도도(σ1)보다 감소시키고, 거칠기 처리에 의한 에어갭을 형성하면 전기장의 세기가 증가한다.
도 40를 참조하면, 정전 장치(500d)에서, 평탄 영역(101a)은 표면 처리 영역의 외측에 배치될 수 있다.
쿨롱 타입의 경우, 제2 유전체층(124')의 제2 유전율(ε2')을 제1 유전체층(122)의 제1 유전율(ε1)보다 감소시키고, 거칠기 처리에 의한 에어 갭을 형성하면 전기장의 세기가 증가한다.
존슨-라벡 타입의 경우, 제2 유전체층(124)의 제2 전기전도(σ2')를 제1 유전체층(122)의 제1 전기전도도(σ1)보다 감소시키고, 거칠기 처리에 의한 에어갭을 형성하면 전기장의 세기가 증가한다.
도 41을 참조하면, 정전 장치(500e)에서, 평탄 영역(101a)은 표면 처리 영역의 외측에 배치될 수 있다. 상기 제2 유전체층(124')은 평탄 영역(101a) 및 거칠기 처리된 표면 처리 영역(101b)을 포함한다. 평탄 영역(101a)은 서로 이격된 표면 처리 영역(101b) 사이에 배치될 수 있다.
쿨롱 타입의 경우, 제2 유전체층(124')의 제2 유전율(ε2')을 제1 유전체층(122)의 제1 유전율(ε1)보다 감소시키고, 거칠기 처리에 의한 에어 갭을 형성하면 전기장의 세기가 증가한다.
존슨-라벡 타입의 경우, 제2 유전체층(124)의 제2 전기전도(σ2')를 제1 유전체층(122)의 제1 전기전도도(σ1)보다 감소시키고, 거칠기 처리에 의한 에어갭을 형성하면 전기장의 세기가 증가한다.
도 42을 참조하면, 정전 장치(500f)는 정전 전극층; 상기 정전극 전극층 상에 배치된 제1 유전체층(22);및 상기 제1 유전체층(122)의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제2 유전체층(124')을 포함한다. 상기 제2 유전체층(124')은 에어 갭 형태의 함몰 부위(124)를 형성한다. 상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워진다.
제2 유전체층(124')은 제1 돌출 영역(102a) 및 상기 제1 돌출 영역보다 더 돌출된 제2 돌출 영역(102b)을 포함할 수 있다. 제2 돌출 영역은 제1 돌출 영역의 와곽에 배치될 수 있다.
쿨롱 타입의 경우, 제2 유전체층(124')의 제2 유전율(ε2')을 제1 유전체층(122)의 제1 유전율(ε1)보다 감소시키고, 단차 처리에 의한 에어 갭을 형성하면 전기장의 세기가 증가한다.
존슨-라벡 타입의 경우, 제2 유전체층(124)의 제2 전기전도(σ2')를 제1 유전체층(122)의 제1 전기전도도(σ1)보다 감소시키고, 단차 처리에 의한 에어갭을 형성하면 전기장의 세기가 증가한다.
도 43을 참조하면, 정전 장치(500g)를 참조하면, 제2 유전체층(124')은 제1 돌출 영역(102a) 및 상기 제1 돌출 영역보다 더 돌출된 제2 돌출 영역(102b)을 포함할 수 있다. 제1 돌출 영역은 제2 돌출 영역의 와곽에 배치될 수 있다.
도 44을 참조하면, 정전 장치(500h)를 참조하면, 제2 유전체층(124')은 제1 돌출 영역(102a) 및 상기 제1 돌출 영역보다 더 돌출된 제2 돌출 영역(102b)을 포함할 수 있다. 제2 돌출 영역은 서로 이격되고, 제1 돌출 영역은 제2 돌출 영역들 사이에 배치될 수 있다.
도 45는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 나타내는 개념도이다.
도 45를 참조하면, 정전 장치(600)는, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다. 제1 유전체층(122)은 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다. 제2 유전체층(124)은 제2 유전율(ε2) 및 제1 전기 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다. 제2 예비 유전체층(124')은 상기 제1 유전체층(122)과 동일하거나 다른 재질일 수 있다. 상기 제2 유전체층(124)은 에어 갭 또는 진공 갭일 수 있다.
도전층(129)이 제1 유전체층(122)과 제2 유전체층(124) 사이에 배치될 수 있다. 도전층(129)은 제1 유전체층(122) 또는 제2 유전체층(122)에 비하여 매우 얇다. 도전층(129)은 존재하는 경우에도 전기장 및 계면 표면 전하 밀도는 동일하게 동작한다.
도전층(129)은 에어 갭에 노출되는 것이 바람직하다. 도 27을 참조하면, 도전층(129) 상에 다른 유전층(124)이 존재하는 경우, 에어 갭(126)과 다른 유전층(124) 사이에 계면 전하가 새롭게 축적된다.
다시, 도 45를 참조하면, 유로(170)는 상기 제1 유전체층(122)을 관통하여 상기 에어 갭에 냉각 가스를 제공한다. 상기 유로(170)의 내측면은 도전 물질에 의하여 코팅될 수 있다.
상기 도전층(129)은 계면 표면 전하를 축적한다. 축적된 계면 전하는 상기 유로의 도전 물질 및 스위치를 통하여 접지에 연결되어 제거될 수 있다. 상기 도전층(129)은 반도체 또는 도체일 수 있다. 상기 유로가 도전 물질로 코팅됨에 따라 기생 방전이 억제될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따른, 상기 도전층은 광저항층(예를 들어, CdS)일 수 있다. 이에 따라, 광이 조사된 경우, 광저항층의 저항이 감소되어 계면 저하가 외부로 제거될 수 있다.
도 46는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 나타내는 개념도이다.
도 46를 참조하면, 정전 장치(700)는, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다. 제1 유전체층(122)은 제1 유전율(ε1) 및 제1 전기 전도도(σ1)를 가지고, 두께는 d1이다. 제2 유전체층(124)은 제2 유전율(ε2) 및 제1 전기 전도도(σ2)를 가지고, 두께는 d2이다. 돌출 부위(128)은 상기 제1 유전체층과 동일하거나 다른 재질일 수 있다. 상기 제2 유전체층(124)은 에어 갭 또는 진공 갭일 수 있다.
관통홀(170)은 상기 제1 유전체층(122)을 관통하여 상기 에어 갭에 연결될 수 있다. 상기 관통홀에는 광섬유(151)가 배치될 수 있다. 상기 광섬유(151)는 가시광선 또는 자외선을 유전체의 계면에 제공할 수 있다. 이에 따라, 축적된 계면 전하는 가시광선 또는 자외선에 의하여 소거될 수 있다.
상기 갭 공간의 하부면을 제공하는 상기 제1 유전체층의 표면은 빛의 확산을 위하여 거칠기 처리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치(700)는 정전 전극층(110); 상기 정전 전극층 상에 배치되고 유전체층(122,124); 및 상기 유전체층(122,124)에 자외선을 제공하는 광 제공부(151)를 포함한다. 이 정전 장치의 디척킹 방법은, 상기 정전 전극층에 제1 전압(V0)을 인가하는 단계; 상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거하는 단계; 상기 광 제공부(151)를 통하여 광을 상기 유전체층에 제공하는 단계; 및 상기 광에 의하여 상기 유전체층 또는 상기 유전체층 상에 배치된 기판(120)의 후면에 축적된 전하를 소거하는 단계를 포함한다.
상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거와 상기 광의 제공은 동시에 수행할 수 있다. 이에 따라, 계면 전하는 완화시간에 의하여 소멸하며, 또한 광에 의한 전자-홀 생성에 의하여 소멸한다.
상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거한 후에 상기 광을 제공할 수 있다. 예를 들어, 정전 전극에 제1 전압의 반대 극성을 가진 전압 펄스를 이용하여 우선, 계면 전하를 감소시키거나 제거하고, 이후에 잔류하는 계면 전하는 광으로 추가적으로 소거할 수 있다.
상기 정전 전극층에 인가된 제1 전압을 제거한 후에, 상기 정전 전극층에 제1 전압과 반대 극성을 가진 전압 펄스를 이용하여 반대 극성의 전하를 제공하면서, 동시에 광을 조사하여 추가적으로 계면 전하를 소거할 수 있다.
본 발명의 실시예들이 설명되었으나, 이들 실시예들은 서로 조합될 수 있다.
본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

Claims (16)

  1. 정전 전극층;
    상기 정전극 전극층 상에 배치된 유전체층; 및
    상기 유전체층의 가장 자리에 배치된 형성된 링 형상의 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는 함몰 부위를 형성하고,
    상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워지고,
    상기 돌출부는 평탄 영역 및 거칠기 처리된 표면 처리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 평탄 영역은 외측에 배치되고 상기 표면 처리 영역은 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 평탄 영역은 내측에 배치되고 상기 표면 처리 영역은 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 평판 영역은 제1 평탄 영역과 제2 평탄 영역을 포함하고,
    상기 표면 처리 영역은 상기 제1 평탄 영역과 상기 제2 평탄 영역 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 표면처리 영역의 거칠기는 0.1 um 내지 1 um 인 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 표면처리 영역의 폭은 상기 평탄 영역의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 높이는 5 마이크로미터 내지 20 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  8. 정전 전극층;
    상기 정전극 전극층 상에 배치된 유전체층;
    상기 유전체층의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제1 돌출부; 및
    상기 제1 돌출부보더 더 돌출된 링 형상의 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 돌출부 또는 상기 제2 돌출부는 함몰 부위를 형성하고,
    상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워지는 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    제2 돌출부는 상기 제1 돌출부를 감싸도록 외측에 배치된 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    제1 돌출부는 상기 제2 돌출부를 감싸도록 외측에 배치된 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    제2 돌출부는 서로 이격된 제2 내측 돌출부 및 제2 외측 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 돌출부는 제2 내측 돌출부와 상기 제2 외측 돌출부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 돌출부의 높이는 상기 제2 돌출부의 높이의 1/2 내지 19/20 인 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제2 돌출부의 높이는 5 마이크로미터 내지 20 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  14. 정전 전극층;
    상기 정전극 전극층 상에 배치된 제1 유전체층;및
    상기 제1 유전체층의 가장 자리에 배치된 링 형상의 제2 유전체층을 포함하고,
    상기 제2 유전체층은 에어 갭 형태의 함몰 부위를 형성하고,
    상기 함몰 부위는 냉각 가스에 의하여 채워지는 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 유전체층의 제2 유전율은 상기 제1 유전체층의 제1 유전율보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 유전체층의 제2 전기 전도도는 상기 제1 유전체층의 제1 전기전도도보다 작고,
    상기 제2 유전체층의 제2 전기 전도도는 에어 갭의 전기 전도도보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 장치.
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