KR102048162B1

KR102048162B1 - 정전척

Info

Publication number: KR102048162B1
Application number: KR1020180162959A
Authority: KR
Inventors: 엄홍국; 장기범
Original assignee: 엄홍국; 장기범
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2019-12-02

Abstract

본 발명은 정전척에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 정전척은 인가되는 전압에 의하여 정전력을 발생시키는 플레이트; 상기 플레이트의 하면과 밀착하는 가열부; 상기 플레이트를 수용하도록 내부에 공간을 형성하는 커버부; 상기 플레이트에 전압을 인가하는 전압인가부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 저비용으로 내구성, 내전압 특성, 정전력 등이 우수한 정전척이 제공된다.

Description

정전척{ ELECTROSTATIC CHUCK }

본 발명은 정전척에 관한 것으로서, 범용으로 사용할 수 있는 정전척에 관한 것이다.

정전척(electrostatic chuck)은 정전력을 발생시킴으로써 반도체, 디스플레이 등의 공정 중에 웨이퍼(wafer)를 흡착하여 고정시켜주는 장치이다.

도 1은 종래의 정전첵용 플레이트의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 종래의 정전척에 사용되는 플레이트(10)는 세라믹 소재의 기판(11) 상에 전극(12)을 형성하고, 그 위에 실리콘(14)을 적층하는 구조로 구성되는 것이 일반적이다.

이러한 종래의 정전척용 플레이트(10)는 세라믹 소재 기판(11)의 가공성이 떨어져 형태 및 크기에 제약이 있고, 전극(12)이 기판(11)으로부터 돌출되는 구조로 구성되어 노출되는 면적이 커짐에 따라 유실되는 전류량도 증가한다는 문제가 있었다.

특히, 세라믹 소재의 기판(11)과 실리콘(14) 간의 접합성이 떨어지고, 실리콘(14)의 내구성이 약해 마모 및 파손이 빈번히 발생하는 문제가 있었다. 이를 보강하기 위해서 실리콘(14)의 두께를 증가시키는 경우에는 전극(12)과 처킹 대상이 되는 물체 간의 간격이 증가하면서 정전력이 저하되는 복합적인 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저비용으로 내구성, 내전압 특성, 정전력 등이 우수한 정전척을 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 인가되는 전압에 의하여 정전력을 발생시키는 플레이트; 상기 플레이트의 하면과 밀착하는 가열부; 상기 플레이트를 수용하도록 내부에 공간을 형성하는 커버부; 상기 플레이트에 전압을 인가하는 전압인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척에 의해 달성된다.

또한, 상기 플레이트는, 서로 나란히 배열되는 복수 개의 함몰패턴이 형성되는 기판부; 전기적 소재로 마련되어 상면이 상기 기판부의 표면과 일치하도록 상기 복수 개의 함몰패턴 내에 각각 배치되는 복수 개의 전극패턴; 상기 전극패턴와 상기 기판부가 이루는 표면상에 접합되는 절연 박막층;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판부에는 상기 전극패턴이 하측으로부터 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀에 억지끼움되어, 일단부는 상기 전극패턴과 접촉하고 타단부는 기판부의 하측으로 돌출되는 전극핀을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전극핀은 복수 개로 마련되어 각각은 서로 다른 전극패턴에 전기적으로 연결되고, 각 전극핀은 상기 기판부로부터 돌출되는 쪽 단부의 내주면에 나사산이 형성될 수 있다.

또한, 상기 전극핀은 한 쌍씩 그룹을 이루며, 각 그룹 내 한 쌍의 전극핀은 어느 하나의 전극패턴을 중심으로 이웃하게 배열되는 양측의 전극핀과 연결될 수 있다.

또한, 상기 전극패턴은 복수개로 마련되며, 상기 전극패턴 중 일부는 단부가 소정의 점으로부터 연장되어 상호 직각을 이루며 길이가 점점 증가하는 제1 패턴그룹을 이루고, 상기 전극패턴 중 나머지는 상기 제1 패턴그룹과 상기 기판의 중심점을 기준으로 대칭되도록 배치되는 제2 패턴그룹을 이룰 수 있다.

또한, 전기적으로 전도성을 갖는 소재로 마련되며, 한 쌍의 전극핀 단부 각각을 수용하도록 양단부에 수용홀을 형성하는 커넥터를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 가열부의 하면에 밀착하며 상기 커넥터를 수용하는 연결판을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결판은, 상기 가열부의 하면에 밀착되며, 상기 전극핀이 관통하도록 관통공이 형성된 상부판; 상기 상부판과 밀착하며, 상기 상부판을 관통한 전극핀의 단부에 연결되는 커넥터가 수용되는 안착홈이 형성된 하부판;을 포함하며, 상기 플레이트로부터 연장되는 전극핀의 탭홀을 통하여 체결나사가 체결됨으로써, 상기 플레이트와 상기 체결나사 사이에 배치되는 가열부 및 상부판을 상기 플레이트 측으로 밀착시킬 수 있다.

또한, 상기 커버부는, 상부커버; 상기 연결판을 수용하도록 삽입홈이 형성되며, 상기 상부커버과 하방에서 결합하여 상기 연결판을 가열부 측으로 밀착시키는 하부커버;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 가공성이 우수한 점토질 소재를 이용하므로 규격 및 형태에 제한을 받지 않는 정전척이 제공된다.

또한, 점토질 소재를 기반으로 제작하므로 소재원가 및 생산단가를 줄일 수 있다.

또한, 그리드 형태의 텅스텐 와이어 구조를 포함함으로써 내구성이 향상될 수 있다.

또한, 기판부 상에서 복수개의 전끅패턴을 한 쌍의 패턴그룹으로 분할하여 최적의 경로로 배치하여 전극패턴의 길이를 극대화함으로써 정전 특성을 증가시킬 수 있다.

또한, 기판부 내에 전극패턴이 수용되는 구조로 구성하여 전극패턴의 상면만 노출되도록하여 전류 유실면적을 최소화함으로써, 내전압 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 기판부 내에 전극패턴이 수용되는 구조로 구성함으로써, 액상의 경화성 수지를 도포하는 방식으로 절연 박막층을 적층할 수 있고, 전극패턴의 상측 절연층이 박막으로 구성되고 그에 따라 전즉패턴과 처킹 대상물 간의 간격이 감소함으로써 큰 정전력을 발생시킬 수 있다.

또한, 전극패턴과 연결되는 전극핀의 하단부를 탭가공함으로써, 한 쌍의 전극핀을 연결하는 커넥터를 소정의 체결나사로 고정할 수 있다.

또한, 전극핀의 단부를 커넥터에 수용한 상태에서 탭홀 내에 체결나사를 체결함으로써, 가열부 및 커넥터를 기판부 측으로 밀착시킬 수 있다.

또한, 커넥터 및 전극핀의 단부를 연결판에 수용하여 외부 노출시 발생하는 마모, 파손 등의 오작동 가능성을 줄일 수 있다.

또한, 기판부, 가열부를 별도의 화학적 접합없이 커버부 내에 수용한 상태로 물리적으로 밀착, 고정시킴으로써 각 구성의 열팽창으로 인한 접합 해제 등의 불량 가능성을 제거할 수 있다.

도 1은 종래의 정전첵용 플레이트의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척용 플레이트 제조방법의 공정 흐름도이고,
도 3은 도 2의 정전척용 플레이트 제조방법의 각 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 도 2의 정전척용 플레이트 제조방법의 기판부 마련단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 도 2의 정전척용 플레이트 제조방법의 전극핀 설치단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정전척용 플레이트의 일면을 도시한 것이고,
도 7은 도 6의 정전척용 플레이트를 이용한 정전척의 사시도이고,
도 8은 도 7의 정전척의 분해 사시도이고,
도 9는 도 7의 정전척의 일면을 도시한 것이고,
도 10은 도 7의 정전척의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척용 플레이트 제조방법의 공정 흐름도이고, 도 3은 도 2의 정전척용 플레이트 제조방법의 각 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본원발명의 일실시예에 따른 정전척용 플레이트 제조방법(S100)은 정전척의 일부 구성요소로 장착되어 정전력을 발생시키는 플레이트를 제작하는 공정에 관한 것으로서, 기판부 마련단계(S110)와 함몰패턴 형성단계(S120)와 전극핀 설치단계(S130)와 전극패턴 형성단계(S140)와 평탄화단계(S150)와 절연 박막층 적층단계(S160)를 포함한다.

도 4는 도 2의 정전척용 플레이트 제조방법의 기판부 마련단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 상기 기판부 마련단계(S110)는 정전척용 플레이트(100)의 기초가 되는 판형의 구조물인 기판부(110)를 제작하는 단계로서, 성형단계(S111)와 와이어 배치단계(S112)와 압착단계(S113)와 소결단계(S114)를 포함한다.

상기 성형단계(S111)는 점토질 소재로 기판부(111)의 형태를 성형하는 단계이다. 본 단계에서는 점토질 소재를 기반으로 판 형상으로 성형한다. 본 실시예에서 점토질 소재는 점토 30 내지 50 중량%, 장석 25 내지 40 중량%, 경질소재 10 내지 40 중량 %를 포함하며, 첨가되는 경질소재로는 ZrO₂, Zr(OH)₄, Al₂O₃, SiC 로 이루어지는 군 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

본 성형단계(S111)를 보다 구체적으로 설명하면, 압착부(20) 내에 점토질 소재를 충진한다. 이때, 본 단계에서 성형 장비로 사용되는 압착부(20)는 중앙에 판형태의 수용공간을 형성하며, 상부의 커버가 수용공간을 마감한 상태로 하방으로 가압함으로써, 수용공간 내에 충진된 점토질 소재를 압착할 수 있도록 구성된다. 즉, 본 단계에서는 압착부(20) 내의 수용공간에 점토질 소재를 충진한다.

상기 와이어 배치단계(S112)는 고점성 상태로 수용공간 내에 충진되어 판형으로 성형된 점토질 소재에 텅스텐 와이어(W)를 배치한다. 텅스텐 와이어(W)는 0.5 내지 2 mm의 직경을 가지는 것이 바람직하며, 복수 개가 상호 엇갈리며 그리드(grid) 형태로 배치한다.

상기 압착단계(S113)는 압착부(20) 내에 충진된 점토질 소재를 압착하는 단계이다. 즉, 본 단계에서는 텅스텐 와이어(W)가 그리드 형태로 배치된 상태에서 충진된 점토질 소재를 천천히 가압시킨다. 충진된 점토질 소재는 압착되면서 내부의 공기가 외부로 배출되며 기공이 천천히 제거된다.

상기 소결단계(S114)는 점토질 소재를 소결하여 기판부(110)를 최종적으로 제작하는 단계로서, 제1 단계(S115)와 제2 단계(S116)를 포함한다.

상기 제1 단계(S115)는 압착부(20) 내의 점토질 소재를 1차로 소결하는 단계이다. 즉, 압착부 내에서 소정 압력으로 압착된 상태에서 제1 온도조건(T₁), 구체적으로는, 800 내지 1000 ℃의 온도 범위의 소결로 내에서 소결한다.

상기 제2 단계(S116)는 1차로 소결된 점토질 소재를 2차로 소결하는 단계이다. 즉, 본 단계에서는 1차적으로 소결된 상태의 점토질 소재를 압착부(20)로부터 이탈시킨 후 소정시간 상온에 노출시킨다.

상온에서 일정시간 노출시킨 후 점토질 소재를 1차 소결 온도보다 높은 제2 온도조건(T₂), 구체적으로는, 1500 ℃ 내지 1600 ℃ 온도 범위의 소결로 내에서 소결함으로써, 기판부(110)를 최종적으로 형성한다.

상대적으로 저온의 제1 온도조건(T₁)에서 압착부(20) 내에서 점토질 소재를 물리적으로 압착한 상태에서 1차 소결함으로써, 점토질 소재는 내부에 기공이 제거된 상태에서 필요한 최소한의 경도를 가지고 형상을 유지하게 된다.

압착부(20)로부터 이탈시킨 상태에서 점토질 소재를 상대적으로 고온의 제2 온도조건(T₂)에서 2차로 소결함으로써, 점토의 결정질을 형성하는 동시에 고온에서만 반응하는 경질소재가 소결된다.

따라서, 상술한 기판부 마련단계(S110)에 의하면 최종적으로 내부에 그리드(grid) 구조의 텅스텐 와이어(W)를 포함하는 점토 성분의 기판부(110)가 제작된다. 제작된 기판부(110)는 텅스텐 와이어(W)에 의하여 내구성은 향상되고, 경질소재를 포함함으로써 우수한 표면 경도를 가질 수 있다.

상기 함몰패턴 형성단계(S120)는 상술한 공정에 의하여 제작된 기판부(110) 상에 후술하는 전극패턴(120)이 형성될 수 있도록 다수의 함몰패턴(111)을 형성하는 단계로서, 마스크 배치단계(S121)와 샌딩단계(S122)와 마스크 제거단계(S123)를 포함한다.

상기 마스크 배치단계(S121)는 기판부(110)에 함몰패턴(111)이 형성될 영역만 개구된 패턴을 갖는 마스크(M)를 배치하는 단계이다.

상기 샌딩단계(S122)는 마스크(M)가 배치된 기판부(110)를 샌딩처리하여 함몰패턴(111)을 형성한다.

본 단계에서는 기판부(110)를 물리적으로 패터닝하여 함몰패턴(111)을 형성한다. 즉, 기판부가 점토질 소재로 제작되었으므로, 종래의 화학적인 방식으로 패터닝하는 경우 발생하는 온도, 압력 등의 환경조건 제약에 구애받지 않고, 상온, 상압에서 금강사, 모래 등의 미립자를 분사하는 방식으로 패터닝이 가능한 장점이 있다.

상기 마스크 제거단계(S123)에서는 기판부(110)로부터 마스크(M)를 제거함으로써, 기판부(110)에 다수의 함몰패턴(111)이 형성될 수 있다.

한편, 함몰패턴(111)은 복수 개가 소정 간격 이격된 상태로 서로 나란하게 형성되며, 함몰패턴(111) 내에는 전기적 전도성을 갖는 금속소재가 충진되어 전극패턴(120)을 형성하며, 전극패턴(120)의 구조에 대한 보다 상세한 내용은 후술한다.

도 5는 도 2의 정전척용 플레이트 제조방법의 전극핀 설치단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전극핀 설치단계(S130)는 상술한 공정에 의하여 함몰패턴(111)이 형성된 기판부(110)에 전극핀(140)을 설치하는 단계로서, 드릴링단계(S131)와 전극핀 가공단계(S132)와 끼움단계(S133)를 포함한다.

상기 드릴링단계(S131)는 기판부(110)의 함몰패턴(111)이 형성된 영역에 전극핀(140)이 설치될 수 있도록 관통홀(112)을 형성하는 단계이다. 관통홀(112)은 복수 개의 함몰패턴(111) 각각에 하나씩 형성한다.

상기 전극핀 가공단계(S132)는 관통홀(112)에 장착되는 전극핀(140)을 가공하는 단계이다.

본 단계에서 전극핀(140)은 은(Ag) 또는 구리(Cu)의 소재로 소정 직경을 갖도록 가공되며, 전기적 전도 특성이 우수한 금속이라면 소재가 제한되는 것은 아니다.

한편 전극핀(140)의 직경은 관통홀(112)에 억지끼움이 가능하도록 관통홀(112)의 내경보다 다소 크게 가공되는 것이 바람직하다.

다음으로 전극핀(140)을 탭가공함으로써, 전극핀(140)의 종단부에 내주면에 나사산이 형성되는 소정 깊이의 탭홀(141)을 형성한다.

상기 끼움단계(S133)에서는 가공된 전극핀(140)을 관통홀(112)에 삽입한 후 억지 끼움하여 장착한다. 본 단계에 탭홀(141)이 형성되는 전극핀(140)의 하단부는 기판부(110)의 하단면으로부터 하측으로 일부 돌출되며, 상단부는 후술하는 단계에서 전극패턴(120)과 연결될 수 있도록 함몰패턴(111)이 형성된 기판부(110)의 상측으로 일부 돌출된다.

상기 전극패턴 형성단계(S140)는 함몰패턴(111) 내에 전기적 전도성을 갖는 금속을 충진함으로써 다수의 전극패턴(120)을 형성한다.

본 실시예에서는 스크린 프린팅 공정을 통하여 함몰패턴(111) 내에 전극핀(140)과 동일한 금속 소재, 즉, 은(Ag) 또는 구리(Cu)를 패터닝하나, 금속패턴(120)을 형성하는 소재 및 공정이 제한되는 것은 아니다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정전척용 플레이트의 일면을 도시한 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 금속패턴(120)은 복수 개가 나란하게 배열되며, 서로 전기적으로 연결되지 않는 구조로 형성된다. 보다 구체적으로 설명하면, 복수 개의 전극패턴(120)은 2개의 그룹으로 나누어지며, 각각의 그룹을 제1 패턴그룹(P₁)과 제2 패턴그룹(P-₂)으로 정의한다.

제1 패턴그룹(P₁)에 속하는 전극패턴(120) 들은 서로 나란히 배치되며, 소정의 시작점에서부터 일정구간 연장된 단부에서 90도 절곡되어 재연장되고, 단부에서 90도 절곡되어 재연장되는 형태가 반복된다.

제2 패턴그룹(P₂)에 속하는 전극패턴(120) 들도 서로 나란히 배치되며, 소정의 시작점에서부터 일정구간 연장된 단부에서 90도 절곡되어 재연장되고, 단부에서 90도 절곡되어 재연장되는 형태가 반복된다.

이때 제1 패턴그룹(P₁)과 제2 패턴그룹(P₂)은 기판부(110)의 중심점을 기준으로 서로 점대칭되는 형태로 구성된다. 따라서, 본 실시예에서 복수개의 전극패턴(120)은 상호 점대칭을 이루며, 90도씩 꺽이는 형태로 배열되는 한 쌍의 패턴그룹으로 그루핑(grouping)됨으로써, 기판부의 면적 활용율을 극대화하여 전극패턴을 배치할 수 있다.

상기 평탄화단계(S150)는 전극패턴(120)이 형성되는 기판부(110)의 상면을 평탄화 가공하는 단계이다.

상기 절연 박막층 적층단계(S160)는 평탄화가 완료된 기판부(110) 상에 절연 박막층(130)을 적층하는 단계로서, 도포단계(S161)와 경화단계(S162)를 포함한다.

상기 경화단계(S161)는 기판부(110) 상에 액상의 자외선 경화성 수지를 도포한다.

상기 경화단계(S162)는 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화 수지를 경화하여 절연 박막층(130)을 형성하는 단계이다.

이하에서는 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 정전척용 플레이트 제조방법(S100)에 의하여 제작된 정전척용 플레이트(100)의 구조를 상세히 설명한다.

본 실시예의 정전척용 플레이트(100)는 다수의 전극패턴(120)이 형성되는 기판부(110) 상에 절연 박막층(130)이 형성되는 구조를 가지며, 전극패턴(120)과 전기적으로 연결되는 전극핀(140)이 기판부(110)를 관통하여 하단으로 돌출된다.

전극패턴(120)은 외부로부터 전원을 공급받아 정전력을 발생시키는 전도성 소재의 금속으로 이루어지며, 복수 개가 기판부(110) 상에 소정의 선폭으로 형성된다. 복수 개의 전극패턴(120)은 제1 패턴그룹(P₁)과 제2 패턴그룹(P₂)으로 정의되는 가상의 그룹으로 분할될 수 있다. 즉 복수 개의 전극패턴(120)이 그루핑되어 한 쌍의 패턴그룹을 이루며, 각 패턴그룹에는 짝수 개의 전극패턴(120)이 포함된다.

한편 각각의 전극패턴(120)은 가상의 복수 개의 직선구간으로 분할하여 설명될 수 있다. 각 직선구간은 서로 연결되되, 각 연결부는 90도로 절곡된다. 즉, 전극패턴(120)을 시작하는 지점으로부터 연장되는 구간의 직선을 제1 직선구간이라하고, 제1 직선구간으로부터 90도로 절곡된 상태로 연결되는 구간의 직선을 제2 직선구간이라 한다. 이하에서는 전극패턴(120)을 이루는 각 직선구간을 제N 직선구간(단, N>0인 정수)이라고 정의하여 설명한다.

즉 제N-1 직선구간과 제N 직선구간은 서로 90도 각도를 이루며 연결되고, 제N 직선구간의 길이가 제N-1 직선구간의 길이보다 긴 구조로 구성된다.

또한 제1 패턴그룹(P₁)과 제2 패턴그룹(P₂)은 기판부(110)의 중심점을 기준으로 서로 점대칭되도록 배열됨으로써, 기판부(110)의 전면에는 소정 선폭의 전극패턴(120)이 배치된다. 상술한 배열에 따라, 각 전극패턴(120)의 길이를 최대로 늘림과 동시에, 많은 수의 전극패턴(120)을 기판부(110)에 배치할 수 있으므로 발생되는 정전력이 증가할 수 있는 장점이 있다.

또한 전극핀(140)이 전극패턴(120)과 연결되어 기판부(110)의 하단으로 돌출되며, 전극핀(140)의 종단부에는 탭홀(141)이 형성되므로, 별도의 나사를 이용하여 한 쌍의 전극핀(140)을 서로 연결하는 커넥터(400)를 안정적으로 고정할 수 있다.

특히 도 1에서와 같이, 종래 정전척용 플레이트(10)의 경우에 전극(12)이 기판(11)으로부터 돌출되는 구조로 구성되어 플레이트(10)의 두께가 두꺼워질 뿐만 아니라, 전극(12)의 상면 및 측면이 모두 노출되어 전류가 유실될 가능성이 있는 면의 면적이 상대적으로 증가함으로써 내전압 특성이 저하된다는 문제가 있다.

반면 본 실시예의 정전척용 플레이트(100)의 경우에는 전극패턴(120)이 기판부(110)의 함몰된 공간 내에 충진되는 구조로 구성되므로, 전체적인 두께를 컴팩트하게 구성할 수 있고, 기판부(110)로부터 전극패턴(120)의 상면만 노출되므로 전류가 유실될 수 있는 면의 면적이 감소하여 전체적으로 내전압 특성이 우수하다는 장점이 있는 것이다.

즉, 정전척으로부터 발생하는 힘은 아래와 같은 수식에 의하여 결정된다.

(단, F는 정전척의 흡착력, S는 정전척의 전극면적, εγ는 절연층의 유전율, V는 인가되는 전압, d는 절연층의 두께임)

이러한 수식을 고려하여 본 실시예의 정전척용 플레이트(100)의 장점을 설명하면, 아래와 같다.

첫 번째로, 기판부 상에 다수의 전극패턴을 효율적으로 배치하여, 전극패턴의 면적을 극대화함으로써 큰 정전력을 발생시킬 수 있다.

두 번째로, 전극패턴을 기판부 내로 매립하여 절연 박막층의 두께를 최소화함으로써 정전력을 증가시킬 수 있다.

세 번째로, 다수의 전극패턴을 형성하고, 각 전극패턴 별로 전압을 제어함으로써, 위치별로 발생되는 정젼력의 세기를 보다 세밀하게 제어할 수 있다.

이하에서는, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트(100)를 이용한 정전척(1000)에 대하여 상세히 설명한다.

도 7은 도 6의 정전척용 플레이트를 이용한 정전척의 사시도이고, 도 8은 도 7의 정전척의 분해 사시도이고, 도 9는 도 7의 정전척의 일면을 도시한 것이고,

도 10은 도 7의 정전척의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.

도 7 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정전척(1000)은 플레이트(100)와 커버부(200)와 가열부(300)와 커넥터(400)와 연결판(500)과 전압인가부(600)를 포함한다.

상기 커버부(200)는 플레이트(100)를 포함하는 구조물을 내부에 수용한 상태로 고정시키는 구조물로서, 상부커버(210)와 하부커버(220)를 포함한다.

상기 상부커버(210)는 플레이트(100)의 상부면이 노출될 수 있도록 중앙부가 개구되고, 개구된 공간을 둘러싸는 테두리를 따라서 후술하는 하부커버와의 체결을 위한 체결공이 다수 형성된다.

상기 하부커버(220)는 내부에 구조물이 수용될 수 있도록 상술한 상부커버(210)와 체결되어 공간을 형성하는 것으로서, 평평한 판 형태의 구조물로 구성된다.

하부커버(220)의 중앙부에는 후술하는 연결판(500)이 삽입, 수용될 수 있도록 소정 깊이의 삽입홈((221)이 함몰되게 형성된다. 또한 삽입홈(221)의 일부영역은 하부커버(220)를 완전히 관통하여 개구된다.

따라서 상부커버(210)와 하부커부(220)는 서로 견고히 체결됨으로써, 내부에 수용되는 플레이트(100), 가열부(300), 커넥터(400), 연결판(500)이 서로 밀착한 상태로 견고히 고정될 수 있다.

상기 플레이트(100)는 점토질 소재로 성형된 기판부(110)에 다수의 전극패턴(120)이 형성되어 전압인가부(600)로부터 인가되는 전압에 의하여 정전력을 발생시키는 구조물이다.

플레이트(100)는 커버부(200) 내의 공간 최상단에 밀착되며, 상부면은 상부커버(210)에 밀착되고, 하부면으로부터 다수의 전극핀(140)이 돌출된다. 본 실시예의 플레이트(100)의 구조에 대하여는 상세히 설명하였으므로 중복 설명은 생략한다.

상기 가열부(300)는 플레이트(100)의 하면에 밀착하여 열을 제공하기 위한 것으로서, 평평한 판형태로 구성된다. 가열부(300)에는 플레이트(100)로부터 돌출되는 전극핀(140)이 수용될 수 있도록 전극핀(140)에 대응되는 갯수의 홀이 형성된다.

상기 커넥터(400)는 복수 개의 전극핀(140)을 정해진 한 쌍씩을 서로 전기적으로 연결하기 위한 구조물이다.

커넥터(400)는 소정의 폭을 가지고 서로 이격되는 한 쌍의 전극핀(140)을 연결할 수 있는 길이로 형성된다. 커넥터(400)의 양측 단부 각각에는 수용홀(410)이 형성되며, 플레이트(100)의 하방으로 돌출되는 전극핀(140)은 수용홀(410)에 수용된다.

커넥터(400)는 전기적 전도성이 우수한 금속소재로 마련되며, 본 실시예에서는 구리(Cu) 소재로 형성되며, 서로 다른 전극패턴(120)과 연결되는 한 쌍의 전극핀(140)은 수용홀(410) 내에 수용된 상태로 커넥터(400)에 의하여 서로 연결됨으로써, 전기적으로 쇼트된다.

상기 연결판(500)은 상술한 커넥터(400)를 고정하는 동시에, 내부에 전극핀(140)을 보호하기 위한 구조물이며, 상부판(510)과 하부판(520)을 포함한다.

상기 상부판(510)은 가열부(300)의 하면에 밀착 배치되며, 후술하는 하부판(520)과 견고하게 체결됨으로써, 커넥터(400)를 수용할 수 있는 공간을 형성한다.

한편 상부판(510)에는 전극핀(140)과 대응되는 위치에 다수의 관통공(511)이 형성되며, 플레이트(100)로부터 돌출된 전극핀(140)의 하단부가 가열부(300)를 통과하여 관통공(511) 내에 수용된다. 즉, 전극핀(140)은 관통공(511) 내에 수용되어 외부로의 노출이 차단되므로 마모 또는 부식되는 것을 방지될 수 있다.

상부판(510)은 전기적으로 전기적으로 전도성이 낮고, 내부식성, 내마모성 등이 우수한 소재로 제작되며, 본 실시예에서 상부판은 테프론(teflon) 소재로 제작될 수 있다. 즉, 전도 특성이 낮은 상부판(510)의 관통공(511) 내에 전극핀(140)이 수용되므로, 상부판(510)에 의하여 모든 전극핀 들이 서로 전기적으로 연결되는 것이 방지될 수 있다.

상기 하부판(520)은 상부판(510)에 밀착, 고정되어 내부에 커넥터(400)를 수용하기 위한 구조물이다.

하부판(520)은 평평한 판 형태로 구성되며, 각각의 커넥터(400)가 수용될 수 있도록 복수개의 안착홈(521)이 형성된다. 따라서, 안착홈(521)의 내부에 각각의 커넥터(400)를 수용함으로써, 커넥터(400)의 외부 노출을 막을 수 있다.

한편 하부판(520)은 상부판(510)과 동일한 소재, 즉, 전기적으로 전도성이 낮고, 내부식성, 내마모성이 우수한 소재로 마련되며, 구체적으로 본실시예에서는 테프론으로 구성될 수 있다.

상기 전압인가부(600)는 전극패턴 각각에 개별적으로 전압을 인가하기 위한 것이다.

본 실시예에서는 전압인가부(600)는 각 전극패턴(120)으로부터 연결되는 전극핀(140)에 각각에 필요한 정도의 전압을 개별적으로 인가함으로써, 각 전극패턴(120)별로 발생하는 정전력을 제어할 수 있다.

이하에서는 각 구성요소 간의 결합구조에 대해 보다 상세히 설명한다. 즉, 상부판(510)과 하부판(520)은 서로 밀착되며, 전극핀(140)의 단부 및 이를 연결하는 커넥터(400)는 안착홈(521) 내에 수용된다. 전극핀(140)의 단부에 형성된 탭홀(141)에 소정의 고정나사가 체결됨으로써, 전극핀(140)과 커넥터(400)가 체결되고, 커넥터(400)가 상부판(510)을 상측으로 지지한 상태로 고정 상태를 유지할 수 있다.

연결판(500)은 하부커버(220)의 삽입홈(221) 내에 수용되는데, 상부커버(210)와 하부커버(220)가 서로 긴밀히 밀착, 결합함으로써, 삽입홈(221) 내에 수용된 연결판(500)은 두께방향을 따라 가압된다. 즉, 상부판(210)과 하부판(220) 간의 별도 물리적 체결이 없음에도 정해진 위치를 이탈하지 않는다. 또한, 상부커버(210)와 하부커버(220) 간의 밀착 결합에 의하여 연결판(500)의 두께방향으로도 지속적인 가압력이 발생하면서, 상부판(510)과 하부판(520)은 견고히 결합된 상태를 유지할 수 있다.

따라서, 상부커버(210)와 하부커버(220) 간의 긴밀한 체결에 의하여, 플레이트(100), 가열부(300), 커넥터(400), 연결판(500)은 상호 간 별도의 체결력을 인가하지 않고도 긴밀히 결합 상태를 유지할 수 있다.

특히, 종래의 정전척의 경우에는, 각 구성요소 들이 접착제와 같은 수지에 의하여 서로 결합되어, 가열/냉각 등이 반복 시에 열팽창율 차이로 인하여 발생하는 구성요소 간 면적차에 의하여, 접착이 해제되는 문제가 있었다.

본 발명에 의하면, 커버부 간의 물리적인 결합에 의하여 내부에 수용된 구성요소는 서로 화학적으로 접합되지 않으므로, 열팽창 및 수축시에도 결합이 해제되는 등의 문제가 발생되는 것을 최소화할 수 있다. 또한 커버부 내부의 공간과 각 구성요소 들은 면 방향을 따라서 유격을 가지므로, 플레이트(100), 가열부(300) 등이 열팽창하는 경우에도 구조적으로 안정성을 해하지 않는 장점이 있다.

또한, 다수의 전극핀(140)과 이를 연결하는 커넥터(400)가 연결판(500) 내에 안정적으로 수용된 상태에서 고정되므로, 외부에 노출되지 않아 마모 및 파손이 방지될 수 있다. 연결판(500)도 하부커버(220)의 삽입홈(221) 내에 수용되어, 삽입홈(221)에 의하여 상부판(510)과 하부판(520) 간의 결합 정위치가 가이드된 상태에서 가압되므로, 별도의 화학적, 물리적 체결 없이도 안정적인 결합 상태를 유지할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 플레이트 110 : 기판부
120 : 전극패턴 130 : 절연박막층
140 : 전극핀 200 : 커버부
300 : 가열부 400 : 커넥터
500 : 연결판 600 : 전압인가부

Claims

인가되는 전압에 의하여 정전력을 발생시키는 플레이트;
상기 플레이트의 하면과 밀착하는 가열부;
상기 플레이트를 수용하도록 내부에 공간을 형성하는 커버부;
상기 플레이트에 전압을 인가하는 전압인가부;를 포함하고,
상기 플레이트는, 서로 나란히 배열되는 복수 개의 함몰패턴이 형성되는 기판부; 전기적 소재로 마련되어 상면이 상기 기판부의 표면과 일치하도록 상기 복수 개의 함몰패턴 내에 각각 배치되는 복수 개의 전극패턴; 상기 전극패턴과 상기 기판부가 이루는 표면상에 접합되는 절연 박막층;을 포함하며,
상기 기판부에는 상기 전극패턴의 하측으로부터 관통홀이 형성되며,
상기 관통홀에 억지끼움되어, 일단부는 상기 전극패턴과 접촉하고 타단부는 기판부의 하측으로 돌출되는 전극핀을 더 포함하고,
상기 전극핀은 복수 개로 마련되어 각각은 서로 다른 전극패턴에 전기적으로 연결되고, 각 전극핀은 상기 기판부로부터 돌출되는 쪽 단부의 내주면에 나사산이 형성되고,
상기 전극핀은 한 쌍씩 그룹을 이루며, 각 그룹 내 한 쌍의 전극핀은 어느 하나의 전극패턴을 중심으로 이웃하게 배열되는 양측의 전극핀과 연결되고,
전기적으로 전도성을 갖는 소재로 마련되며, 한 쌍의 전극핀 단부 각각을 수용하도록 양단부에 수용홀을 형성하는 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
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청구항 1에 있어서,
상기 전극패턴은 복수개로 마련되며,
상기 전극패턴 중 일부는 단부가 소정의 점으로부터 연장되어 상호 직각을 이루며 길이가 점점 증가하는 제1 패턴그룹을 이루고,
상기 전극패턴 중 나머지는 상기 제1 패턴그룹과 상기 기판의 중심점을 기준으로 대칭되도록 배치되는 제2 패턴그룹을 이루는 것을 특징으로 하는 정전척.
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청구항 1에 있어서,
상기 가열부의 하면에 밀착하며 상기 커넥터를 수용하는 연결판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
청구항 8에 있어서,
상기 연결판은,
상기 가열부의 하면에 밀착되며, 상기 전극핀이 관통하도록 관통공이 형성된 상부판; 상기 상부판과 밀착하며, 상기 상부판을 관통한 전극핀의 단부에 연결되는 커넥터가 수용되는 안착홈이 형성된 하부판;을 포함하며,
상기 플레이트로부터 연장되는 전극핀의 탭홀을 통하여 체결나사가 체결됨으로써, 상기 플레이트와 상기 체결나사 사이에 배치되는 가열부 및 상부판을 상기 플레이트 측으로 밀착시키는 것을 특징으로 하는 정전척.
청구항 9에 있어서,
상기 커버부는,
상부커버; 상기 연결판을 수용하도록 삽입홈이 형성되며, 상기 상부커버와 하방에서 결합하여 상기 연결판을 가열부 측으로 밀착시키는 하부커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.