KR102732041B1 - Electrostatic Device And The Operating Method Of The Same - Google Patents
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Abstract
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.An electrostatic device according to one embodiment of the present invention comprises: an electrostatic electrode layer; first and second dielectric layers sequentially arranged on the electrostatic electrode layer; and a power source that applies a voltage to the electrostatic electrode layer. The power source applies a first voltage to adsorb a substrate on the second dielectric layer and accumulate a first interface charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer. The power source applies a second voltage of an opposite polarity to the first voltage to accumulate an interface charge of an opposite polarity to the first interface charge, thereby adsorbing the substrate.
Description
본 발명은 정전 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 정전 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic device, and more particularly, to an electrostatic device and an operating method thereof.
정전 척(Electrostatic Chuck)이란 전기적인 포텐셜의 차이에 의해 발생하는 정전기력(Electrostatic force)을 이용하여 기판을 흡착시켜 고정하는 장치이다.An electrostatic chuck is a device that uses electrostatic force generated by a difference in electrical potential to hold a substrate in place.
정전 척은 기판 처리 장치 및 이송 장치에 주로 사용된다.Electrostatic chucks are mainly used in substrate handling equipment and transport devices.
본 발명의 일 해결하고자하는 과제는 유전율 차이에 의하여 정전력을 극대화시키는 정전 장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide an electrostatic device that maximizes electrostatic force by a difference in dielectric constant.
본 발명의 일 해결하고자하는 과제는 전기 전도도 차이에 의하여 정전력을 극대화시키는 정전 장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide an electrostatic device that maximizes electrostatic force by a difference in electrical conductivity.
본 발명의 일 해결하고자하는 과제는 계면 전하를 최소화시키는 정전 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrostatic device that minimizes interfacial charges.
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.An electrostatic device according to one embodiment of the present invention comprises: an electrostatic electrode layer; first and second dielectric layers sequentially arranged on the electrostatic electrode layer; and a power source that applies a voltage to the electrostatic electrode layer. The power source applies a first voltage to adsorb a substrate on the second dielectric layer and accumulate a first interface charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer. The power source applies a second voltage of an opposite polarity to the first voltage to accumulate an interface charge of an opposite polarity to the first interface charge, thereby adsorbing the substrate.
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.In one embodiment of the present invention, the first voltage and the second voltage are alternately repeated, the application time of the first voltage is shorter than the time constant of the first interface charge, and the application time of the first voltage can be the same as the application time of the second voltage.
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.An electrostatic device according to one embodiment of the present invention comprises: an electrostatic electrode layer; and first and second dielectric layers sequentially arranged on the electrostatic electrode layer; and a power source that applies a voltage to the electrostatic electrode layer. An operating method of the electrostatic device comprises: a step of applying a first voltage to the power source to adsorb a substrate on the second dielectric layer and accumulate a first interface charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer; and a step of applying a second voltage having an opposite polarity to the first voltage to erase the first interface charge accumulated between the first dielectric layer and the second dielectric layer into a charge having an opposite polarity.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전체층은 에어 갭일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second dielectric layer may be an air gap.
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.In one embodiment of the present invention, the first voltage and the second voltage are alternately repeated, and the application time of the first voltage may be shorter than the time constant of the first interface charge.
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.In one embodiment of the present invention, the application time of the first voltage may be the same as the application time of the second voltage, and the time constant of the first interface charge may be 10 seconds or more.
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.In one embodiment of the present invention, at the first voltage, the substrate is charged with a first charge, and the first interface charge can be charged with a charge having the same sign as the first charge.
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.An electrostatic device according to one embodiment of the present invention comprises: an electrostatic electrode layer; and a first dielectric layer and a second dielectric layer sequentially arranged on the electrostatic electrode layer; and a power source that applies a voltage to the electrostatic electrode layer. An operating method of the electrostatic device comprises: a step of applying a first voltage to the power source to adsorb a substrate and accumulate a first interface charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer; and a step of applying a second voltage having an opposite polarity to the first voltage to accumulate an interface charge having an opposite polarity to the first interface charge, thereby adsorbing the substrate.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제1 계면 전하의 시상수보다 작을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the application time of the first voltage may be shorter than the time constant of the first interface charge.
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.In one embodiment of the present invention, the application time of the first voltage may be the same as the application time of the second voltage, and the time constant of the first interface charge may be 10 seconds or more.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 교번하여 반복될 수 있다,In one embodiment of the present invention, the first voltage and the second voltage can be alternately repeated.
본 발명은 유전율 차이에 의하여 정전력을 극대화시키는 정전 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide an electrostatic device that maximizes electrostatic force by a difference in dielectric constant.
본 발명은 전기 전도도 차이에 의하여 정전력을 극대화시키는 정전 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide an electrostatic device that maximizes electrostatic force by a difference in electrical conductivity.
본 발명은 계면 전하를 최소화시키는 정전 장치를 제공하는 것이다.The present invention provides an electrostatic device that minimizes interfacial charge.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 기본 구조를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
도 3b은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 유전율비가 0.1인 경우 제2 영역의 전기장을 나타낸다.
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 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.Figure 1 is a conceptual diagram illustrating the basic structure of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 shows an electric field of a second region of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 3a shows an electric field of a second region of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 3b shows the electric field of the second region when the dielectric constant ratio of the electrostatic device according to one embodiment of the present invention is 0.1.
Figure 4 shows an electric field of a second region of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 5 shows an electric field of a second region of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the interface surface charge density of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 7 shows the interface surface charge density of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the relaxation time (τ) of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 9 shows the relaxation time (τ) of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 10 shows the relaxation time (τ) of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 11 shows the intensity of the electric field in the second region over time.
Figure 12 shows the intensity of the electric field in the second region over time.
Figure 13 shows the intensity of the electric field in the second region over time.
Figure 14a shows the intensity of the electric field in the second region over time.
Figure 14b shows the intensity of the electric field in the second region over time.
Figure 15 shows the intensity of the electric field in the second region over time.
Figure 16a shows the intensity of the electric field in the second region over time.
Figure 16b shows the intensity of the electric field in the second region over time.
FIG. 17 is a conceptual diagram showing a parallel connection structure of a second dielectric layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a conceptual diagram showing a parallel connection structure of a second genetic layer according to one embodiment of the present invention.
Figure 19 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 20 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 21 shows an electric field of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 22 shows the interface surface charge density of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 23 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 24 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 25a is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 25b is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of Figure 25a.
Figure 25c is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of Figure 25a.
Figure 25d is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of Figure 25a.
Figure 26 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 26 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 27 is a conceptual diagram explaining the structure of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 28 is a conceptual diagram explaining the structure of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 29 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 30 is a conceptual diagram illustrating a typical electrostatic device.
Figures 31 to 33 are conceptual diagrams illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figures 34 to 36 are conceptual diagrams illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figures 37 to 44 are conceptual diagrams illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 45 is a conceptual diagram showing an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
Figure 46 is a conceptual diagram showing an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.The present invention provides an electrostatic device that increases electrostatic force, changes interface charge density, and controls relaxation time. The substrate or the adsorbate may be a semiconductor substrate, a glass substrate, a plastic substrate, or a metal substrate. The dielectric substrate may have a conductive layer coated on one surface. In the present invention, the air gap includes air at atmospheric pressure, gas at low pressure, and an extremely vacuum state.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents can be thorough and complete, and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. In the drawings, components are exaggerated for clarity. Parts denoted by the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
본 발명의 일 실시예에 따른 2층 구조의 정전 장치의 동작 원리를 설명한다.The operating principle of a two-layer electrostatic device according to one embodiment of the present invention is described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 기본 구조를 설명하는 개념도이다.Figure 1 is a conceptual diagram illustrating the basic structure of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 제1 유전체층(122)와 제2 유전체층(124)가 적층되어 있다. Referring to FIG. 1, a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) are laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120).
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. The first region is formed of a first dielectric layer (122), has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1. The second region is formed of a second dielectric layer (124), has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and has a thickness of d2.
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.A power source (130) can apply a voltage between the first electrode and the second electrode. The power source can be a DC power source, a DC pulse power source, an AC power source, or a DC biased AC power source.
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.The first electrode (110) is an electrostatic electrode for providing electrostatic force, and the second electrode (120) may be a substrate, a conductive adsorbate, or a conductive layer coated on an adsorbate. 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.
제1 전기 전도도(σ1)와 제2 전기 전도도(σ2)를 무시한 경우, 제1 영역 및 제2 영역의 전기장(E1, E2)은 다음과 같이 주어진다. If the first electrical conductivity (σ1) and the second electrical conductivity (σ2) are neglected, the electric fields (E1, E2) in the first and second regions are given as follows.
[수학식 1][Mathematical Formula 1]
여기서, V0는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 인가된 전위차이다.Here, V 0 is the potential difference applied between the first electrode (110) and the second electrode (120).
제2 영역에 의한 제2 전극의 정전 압력(f)은 다음과 같이 주어진다.The electrostatic pressure (f) of the second electrode by the second region is given as follows.
[수학식 2][Mathematical formula 2]
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.Considering the first electrical conductivity (σ1) and the second electrical conductivity (σ2), using Maxwell's equations and the continuity equation, the electric field in the first region (E1) and the electric field in the second region (E2) are given as follows in steady state.
[수학식 3][Mathematical Formula 3]
제1 영역과 제2 영역 사이의 계면의 표면 전하 밀도(ρsi)는 정상 상태(steady state)에서 다음과 같이 주어진다.The surface charge density (ρ si ) at the interface between the first and second regions is given as follows in steady state.
[수학식 4][Mathematical Formula 4]
제2 영역에서 제2 전극의 정전 압력(f)은 다음과 같이 주어진다. 즉, 제2 전극의 정전 압력은 다음과 같이 주어진다.In the second region, the electrostatic pressure (f) of the second electrode is given as follows. That is, the electrostatic pressure of the second electrode is given as follows.
[수학식 5][Mathematical Formula 5]
제1 영역의 전기장(E1) 및 제2 영역의 전기장(E2)은 천이 상태(transient state)에서 시간(t)에 따라 다음과 같이 주어진다.The electric field (E1) in the first region and the electric field (E2) in the second region are given as follows depending on time (t) in the transient state.
[수학식 6][Mathematical Formula 6]
즉, 전기장은 초기 상태에서 유전율에 의하여 주어지고, 천이 상태에서는 유전율 및 표면 전하 밀도에 의하여 결정된다, 그리고, 정상 상태에는 전기장은 전기 전도도만으로 주어진다.That is, the electric field is given by the permittivity in the initial state, and is determined by the permittivity and surface charge density in the transition state, and the electric field is given only by the electrical conductivity in the steady state.
계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 천이 상태(transient state)에서 다음과 같이 주어진다.The interfacial surface charge density (ρ si ) in the transient state is given by:
[수학식 7][Mathematical formula 7]
여기서, τ는 완화시간 또는 시정수(시상수)이다.Here, τ is the relaxation time or time constant.
[유전율의 온도 의존성][Temperature dependence of permittivity]
유전체의 유전율은 온도에 따라 증가할 수 있다. 온도에 따라 유전율이 변함에 따라, 전기장이 변하고, 온도에 따라 정전력은 변할 수 있다. The permittivity of a dielectric can increase with temperature. As the permittivity changes with temperature, the electric field changes, and the electrostatic force can change with temperature.
[비저항의 온도 의존성][Temperature dependence of resistivity]
유전체의 비저항은 온도에 따라 감소할 수 있다. 온도에 따라 정전력은 변할 수 있다.The resistivity of a dielectric can decrease with temperature. The electrostatic force can change with temperature.
[조성에 따른 비저항의 변화][Changes in resistivity according to composition]
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.For example, alumina is formed by adding TiO2, and the resistivity can change depending on the addition ratio of TiO2. The first dielectric layer (122) can be a high-k dielectric such as alumina, and the second dielectric layer (124) can be a low-k dielectric such as an air gap.
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,The above first dielectric layer (122) may include at least one of aluminum oxide, aluminum nitride, magnesium oxide, iridium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide (HfO2), zirconium oxide (ZrO2), barium oxide, and titanium oxide.
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. The second dielectric layer (124) has a second permittivity. The second dielectric layer (124) may be a low-permittivity material. The second dielectric layer may include at least one of a vacuum layer, a gas layer, an air layer, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, polyimide, poly(arylene ether) (PAE), a cyclobutane derivative, polysilsesquioxane, fluorinated amorphous carbon, Xorogel, and a nanoporous organosilicate.
[비저항을 무시한 경우 유전율비에 따른 제2 영역의 전기장][Electric field in the second region according to the dielectric constant ratio when the resistivity is ignored]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.Figure 2 shows an electric field of a second region of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 2, the total thickness (d) is 10 um, and the second electric field (E2) of the second region is displayed according to the dielectric constant ratio (ε2/ε1) for the thickness (d2) of the second dielectric layer (124) of 1 um, 2 um, and 5 um. When the dielectric constant ratio (ε2/ε1) is 0.5 or less, the second electric field (E2) of the second region increases rapidly. As the thickness (d2) of the second dielectric layer (124) decreases and the dielectric constant ratio (ε2/ε1) decreases, the intensity of the second electric field (E2) increases. Accordingly, the electrostatic force increases. In order to maximize the dielectric constant ratio, the second dielectric layer (124) may be air or a vacuum.
[비저항을 무시한 경우 제2 유전체층의 두께에 따른 제2 영역의 전기장][Electric field in the second region according to the thickness of the second dielectric layer when the resistivity is ignored]
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.Figure 3 shows an electric field of a second region of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to FIG. 3, when the permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.01, 0.1, 0.2, and 0.5, the intensity of the second electric field (E2) according to the thickness (d2) of the second dielectric layer is displayed. When 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 intensity of the electric field (E2) of the second region increases rapidly. Preferably, the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be 0.2 or less. For example, when the permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1, the intensity of the electric field (E2) of the second region may increase tenfold as the thickness (d2) of the second dielectric layer decreases to 0. That is, as the thickness (d2) of the second dielectric layer decreases, the intensity of the electric field (E2) of the second region increases.
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. The intensity of the electric field (E2) in the second region may be less than the dielectric breakdown field. For example, when the second dielectric layer (124) is air at atmospheric pressure, the breakdown field may be about 3 MV/m.
예를 들어, 상기 제2 유전체층(124)이 극 진공층인 경우, 항복 전계는 약 20 MV/m 수준일 수 있다. For example, if the second dielectric layer (124) is an extreme vacuum layer, the breakdown electric field may be at the level of about 20 MV/m.
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. For example, when the dielectric constant ratio (ε2/ε1) is 0.1 and the second dielectric layer (124) is a vacuum layer, an electric field of 10 MV/m is required in the second region to achieve an electrostatic pressure of about 10 Torr. When 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.
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. For example, when the dielectric constant ratio (ε2/ε1) is 0.1 and the second dielectric layer is a vacuum layer, an electric field of 20 MV/m is required in the second region to achieve a constant voltage of about 40 Torr. When the total thickness is 100 um and the thickness of the second dielectric layer (d2) is 10 um, a voltage of about 285 V is required.
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. When the permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1, even when the thickness (d2) of the second dielectric layer decreases, the second electric field (E2) does not increase infinitely but converges to a constant value. Therefore, when the permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1 or more and the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer is 0.05 or less, the second electric field (E2) is almost constant.
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.When the first dielectric constant (ε1) of the first dielectric layer (122) is greater than the second dielectric constant (ε2) of the second dielectric layer, and when the second dielectric layer (124) replaces a part of the first dielectric layer (122), the electrostatic force may increase compared to the case where only the first dielectric layer is formed. However, the thickness (d2) of the second dielectric layer may be equal to or less than a predetermined value with respect to the total thickness (d) given as follows.
[수학식 8][Mathematical formula 8]
예를 들어, 제1 유전체층의 상대 유전율이 10이고, 제2 유전체층의 상대 유전율이 1인 경우, 제2 유전체층의 두께(d2)는 0.25 d일 수 있다.For example, if the relative permittivity of the first dielectric layer is 10 and the relative permittivity of the second dielectric layer is 1, the thickness (d2) of the second dielectric layer may be 0.25 d.
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.If the electrical conductivity is ignored, it is difficult to realistically achieve a dielectric constant ratio (ε2/ε1) of 0.01 or higher. Therefore, in order to increase the strength of the second electric field (E2), the thickness of the second dielectric layer can be reduced.
비저항을 고려한 경우의 특성을 설명한다.Describes the characteristics when resistivity is taken into account.
[비저항을 고려한 경우 전기 전도도비에 따른 전기장][Electric field according to electrical conductivity ratio when considering resistivity]
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.Figure 4 shows an electric field of a second region of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 4, the first dielectric layer (122) has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and the second dielectric layer (124) has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2). In a steady state, the electric field (E2) of the second region does not depend on the permittivity but only on the electrical conductivity.
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.The total thickness (d) is 10 um, and the electric field (E2) of the second dielectric layer is expressed according to the electric conductivity ratio (σ2/σ1) for the thickness (d2) of the second dielectric of 1 um, 2 um, and 5 um. When the permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1, the electric field of the second region increases rapidly when the electric conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.5 or less. As the thickness of the second dielectric layer decreases and the electric conductivity ratio (σ2/σ1) decreases, the intensity of the second electric field (E2) increases. Accordingly, the electrostatic force increases.
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. When an external voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the initial second electric field is determined by the permittivity (dielectric constant ratio = 0.1) at point A. Afterwards, due to the electric conductivity ratio (σ2/σ1 = 1,000) caused by the first dielectric layer and the second dielectric layer, the second electric field (E2) reaches a steady state and reaches a new electric field (E2) at point A'. Therefore, in order to use a high second electric field, it is desirable that the relaxation time be sufficiently large.
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.In the normal state, in order to increase the second electric field (E2), the electric conductivity ratio (σ2/σ1) may be 0.5 or less. Preferably, the electric conductivity ratio (σ2/σ1) may be 0.1 or less.
한편, 전기 전도도비(σ2/σ1)가 0.1 이하로 작은 경우에는, 높은 제2 전기장을 사용하기 위하여, 완화시간은 충분히 작은 것이 바람직하다. Meanwhile, when the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is as small as 0.1 or less, it is desirable that the relaxation time be sufficiently small in order to use a high second electric field.
[비저항을 고려한 경우 두께에 따른 전기장][Electric field according to thickness when considering resistivity]
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 제2 영역의 전기장을 나타낸다.Figure 5 shows an electric field of a second region of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 5, when the electric conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.01, 0.1, 0.2, and 0.5, the intensity of the second electric field (E2) according to the thickness (d2) of the second dielectric layer (124) is displayed. The dielectric constant ratio (ε2/ε1) is 0.1. When the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer (124) is 0.4 (the total thickness (d) is 10 um, d2=4 um) or less, the intensity of the electric field (E2) of the second region increases rapidly. Preferably, the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric may be 0.2 (2 um) or less.
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.For example, when the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.1, the intensity of the electric field (E2) in the second region can increase by a factor of 10 as the thickness (d2) of the second dielectric decreases to 0. However, when the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.1, the intensity of the electric field does not change significantly when the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric is 0.05 or less.
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.The electrical conductivity ratio (σ2/σ1) can be easily achieved at 0.1 or less. For example, if an impurity is added to the first dielectric layer, the electrical conductivity of the first dielectric layer can change.
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.For example, when the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.01, the intensity of the electric field changes significantly when the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric is 0.05 or less.
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.Point A is the intensity of the electric field determined by the permittivity ratio (0.1) immediately after the external voltage is applied. Point A' is the intensity of the electric field determined by the electric conductivity ratio in the steady state. The time from the initial state (A) to the steady state (A') is determined by the relaxation time. The relaxation time can be within several seconds. Preferably, it can be within several hundred milliseconds.
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. The second dielectric layer (124) is an air gap (or vacuum gap), and the thickness (d2) of the air gap can be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness of the first dielectric layer and the air gap.
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. When a high electric field (or electrostatic power) is to be obtained by using the electric conductivity ratio (σ2/σ1), the electric conductivity ratio (σ2/σ1) may be less than or equal to the permittivity ratio. In addition, the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be less than or equal to 0.1.
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.The electrical conductivity ratio (σ2/σ1) may be 0.01 or less, and the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be 0.1 or less. However, the intensity of the second electric field (E2) is very sensitive to the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer. A high second electric field may exceed the dielectric breakdown field. Therefore, it may not be desirable for the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer to be 0.01 or less.
[비저항을 고려한 경우 전기전도도 비에 따른 계면 표면 전하 밀도][Interfacial surface charge density according to electrical conductivity ratio when considering resistivity]
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 계면 표면 전하 밀도를 나타낸다.Figure 6 shows the interface surface charge density of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to Fig. 6, the interface surface charge density (ρ si ) depends on the ratio of electric conductivities (σ2/σ1) in the normal state. The total thickness (d) is 10 um, and the interface surface charge density (ρ si ) is expressed according to the electric conductivity ratio (σ2/σ1) for the thicknesses (d2) of the second dielectric layer (124) of 1 um, 2 um, and 5 um. The permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1.
계면의 표면 전하 밀도(ρsi)의 단위는 인가 전압(V)과 제2 유전체층의 제2 유전율의 곱으로 표시된다.The unit of the surface charge density (ρ si ) of the interface is expressed as the product of the applied voltage (V) and the second permittivity of the second dielectric layer.
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.The first electrode is charged with a positive voltage, and the second electrode is grounded. In this case, when the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.1 or less, the interfacial surface charge density (ρ si ) between the first dielectric layer and the second dielectric layer rapidly increases to a positive value. On the other hand, when the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.1 or more, the interfacial surface charge density (ρ si ) slowly increases to a negative value.
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.Typically, when the second electrode is grounded and a positive voltage is applied to the first electrode, the interfacial surface charge density (ρ si ) is known to have a positive value. However, according to the present invention, the sign of the interfacial surface charge density (ρ si ) depends on the dielectric constant ratio and the electrical conductivity ratio.
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.When the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.1 and the permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1, the interfacial surface charge density (ρ si ) is zero. This condition is a condition in which no interfacial surface charge is accumulated, and can be used for rapid dechucking. In addition, since the interfacial surface charge density (ρ si ) is zero, the second electric field (E2) does not change with time.
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.As the thickness (d2) of the second dielectric layer (124) decreases and the electric conductivity ratio (σ2/σ1) decreases, the interfacial surface charge density (ρ si ) increases to a positive value. When the external voltage is removed, the interfacial surface charge density (ρ si ) escapes to the outside with a characteristic time constant (or time constant or relaxation time).
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.According to one embodiment of the present invention, when the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is equal to the dielectric constant ratio (ε2/ε1), the interfacial surface charge density (ρ si ) is zero. Therefore, the interfacial surface charge does not need to be removed separately.
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.Referring to FIGS. 1 and 6, 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 permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and the second dielectric layer (124) has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and a ratio of the second permittivity to the first permittivity (ε2/ε1) is equal to a ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity (σ2/σ1).
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.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. The ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.5 or less.
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.Referring to FIGS. 1 and 6, an 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 a gas, the first dielectric layer (122) has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), the gas has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and a ratio of the second permittivity to the first permittivity (ε2/ε1) is equal to a ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity (σ2/σ1).
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.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.
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.Referring to FIGS. 1 and 6, an 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 a lower surface of the substrate and the first dielectric layer. The first dielectric layer has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), the second dielectric layer has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and a ratio of the second permittivity to the first permittivity (ε2/ε1) is equal to a ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity (σ2/σ1).
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.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. The ratio (σ2/σ1) of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity may be 0.5 or less.
[비저항을 고려한 경우 두께에 따른 계면 전하][Interfacial charge as a function of thickness when considering resistivity]
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 계면 표면 전하 밀도를 나타낸다.Figure 7 shows the interface surface charge density of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to Fig. 7, the interface surface charge density (ρ si ) according to the thickness (d2) of the second dielectric layer (124) is shown when the electric conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.01, 0.1, 0.2, and 10. The dielectric constant ratio (ε2/ε1) is 0.1.
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. When the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.01 (i.e., smaller than the permittivity ratio (ε2/ε1)) and the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric is 0.4 (4 μm) or less, the interfacial surface charge density (ρ si ) increases rapidly as the thickness (d2) of the second dielectric decreases.
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.When the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.1 (i.e., equal to the permittivity ratio), the interfacial surface charge density (ρ si ) is zero. When the interfacial surface charge density (ρ si ) is zero, there is no residual interfacial surface charge density even when the external voltage is removed. Therefore, there is no charge to escape from the interface.
전기 전도도 비(σ2/σ1)가 0.2 인 경우(즉, 유전율 비보다 큰 경우), 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 음의 값을 가진다. When the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.2 (i.e., greater than the permittivity ratio), the interfacial surface charge density (ρ si ) has a negative value.
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.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.
[비저항을 고려한 경우 비저항비(ρ2/ρ1= σ1/σ2)에 따른 완화시간][Relaxation time according to the resistivity ratio (ρ2/ρ1 = σ1/σ2) when considering resistivity]
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 완화시간(τ)을 나타낸다.Figure 8 shows the relaxation time (τ) of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 8, the total thickness (d) is 10 um, and the relaxation time (or time constant, τ) according to the resistivity ratio (ρ2/ρ1 = σ1/σ2) is displayed for the thickness (d2) of the second dielectric layer (124) of 1 um. The permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1. As the permittivity ratio (ε2/ε1) decreases, the relaxation time decreases. In addition, the relaxation time decreases as the resistivity ratio (ρ2/ρ1) increases. The unit of the relaxation time is expressed as the product of the second permittivity (ε2) and the second resistivity (ρ2).
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.The relaxation time decreases as the resistivity ratio increases. In the case of the Johnson-Rahbek type having a high resistivity ratio of 10 or more, the relaxation time decreases. On the other hand, in the case of the Coulomb type having a low resistivity ratio of 10 or less, the relaxation time increases. In the case of the Johnson-Rahbek type, in order to achieve a high electric field in the steady state, the relaxation time is preferably short. On the other hand, in the case of the Coulomb type, since a low electric field is reached in the steady state, the relaxation time is preferably sufficiently long.
[비저항을 고려한 경우 두께에 따른 완화시간][Relaxation time according to thickness when considering resistivity]
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 완화시간(τ)을 나타낸다.Figure 9 shows the relaxation time (τ) of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to Fig. 9, the relaxation time (or time constant) according to the resistivity ratio (ρ2/ρ1 = σ1/σ2) is shown. The permittivity ratio (ε2/ε1) is fixed at 0.1. As the resistivity ratio (ρ2/ρ1) increases, the relaxation time decreases.
비저항비(ρ2/ρ1)가 10 (전기 전도도비가 0.1) 인 경우, 완화시간(τ)은 제2 유전체의 두께(d2)에 의존하지 않고 상수이다. When the resistivity ratio (ρ2/ρ1) is 10 (the electrical conductivity ratio is 0.1), the relaxation time (τ) is a constant and does not depend on the thickness (d2) of the second dielectric.
비저항비(ρ2/ρ1)가 10 미만인 경우, 완화 시간(τ)은 제2 유전체의 두께(d2)에 따라 증가한다. When the resistivity ratio (ρ2/ρ1) is less than 10, the relaxation time (τ) increases with the thickness (d2) of the second dielectric.
비저항비(ρ2/ρ1)가 10 초과인 경우, 완화 시간(τ)은 제2 유전체의 두께(d2)에 따라 감소한다. When the resistivity ratio (ρ2/ρ1) exceeds 10, the relaxation time (τ) decreases with the thickness (d2) of the second dielectric.
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.When the ratio of electrical conductivities (σ2/σ1) decreases to 0.1 or less (Johnson-Rahbek type), the relaxation time decreases and the interface charge density increases. In addition, 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 the region X of Fig. 9, when the relaxation time is considered, the ratio of the thicknesses of the second dielectric layer (d2/d) can be 0.01 to 0.1 in order to reduce the relaxation time.
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.When the ratio of electric conductivities (σ2/σ1) increases to 0.1 or more (clone type), the relaxation time increases and the interface charge density increases to a negative value. In addition, the intensity of the second electric field (E2) decreases over time. Therefore, in order to maintain a high electric field in the initial state, the relaxation time is preferably sufficiently long. The relaxation time depends on the second resistivity and the second permittivity of the second dielectric layer. For example, in the region Y of Fig. 9, when the relaxation time and the intensity of the second electric field are considered, the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be 0.01 or more. Preferably, the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer may be 0.01 to 0.1. However, when the relaxation time is too long, the interface charge may not be eliminated upon detachment. Accordingly, an appropriate thickness ratio may be selected for an appropriate level of relaxation time.
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. If a high resistivity material is deposited on the back surface of the substrate to be adsorbed, the relaxation time increases rapidly due to the resistivity of the deposited material. Therefore, a system having a stable relaxation time is required even when a high resistivity material is deposited on the back surface of the substrate.
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.For example, the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity (σ2/σ1) may be smaller than the ratio of the second dielectric constant to the first dielectric constant (ε2/ε1). Accordingly, positive interfacial charges may be accumulated. In this case, in order to reduce the relaxation time, the ratio of the thicknesses of the second dielectric layer (d2/d) may be 0.01 to 0.1.
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.Meanwhile, when the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity is 0.01 or less, the relaxation time can be reduced. In order to further reduce the relaxation time, the ratio of the thicknesses of the second dielectric layer (d2/d) can be 0.01 or more.
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. Meanwhile, when the electrical conductivity ratio is 0.1 or more, the relaxation time increases. In order to increase the relaxation time, 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 relative to the total thickness of the first dielectric layer and the second dielectric layer.
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.The second electrical conductivity is the reciprocal of the second resistivity, and the second resistivity can be less than or equal to 10^12 Ωm. For an air gap, the second resistivity can be from 10^10 Ωm to 10^12 Ωm, depending on the pressure and gas.
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.When the ratio of the second permittivity to the first permittivity is 0.1, and when the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity is 0.1 or less, positive interfacial charges are accumulated.
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.In conclusion, the relaxation time can be set according to the purpose. For example, in the case of a Coulomb type having an air gap as the second dielectric layer (for example, the ratio of electric conductivities (σ2/σ1) is 10 or more), the adsorption time can be set to tens of seconds or more. In this case, if the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer decreases to 0.01 or less, the relaxation time decreases, so that the adsorption force decreases during the adsorption time, and unintended desorption may occur. To prevent this, the thickness ratio (d2/d) of the second dielectric layer can be set to a large value so as to have a relaxation time greater than the adsorption time.
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.For example, in the case of a Johnson-Rahbek type having an air gap as a second dielectric layer (for example, the ratio of electric conductivities (σ2/σ1) is 0.1 or less), if the adsorption time is tens of seconds or more, if the thickness ratio of the second dielectric layer (d2/d) decreases to 0.01 or less, the relaxation time increases, so that the intensity of the second electric field does not sufficiently increase during the adsorption time, and initial adsorption may be difficult. To prevent this, the thickness ratio of the second dielectric layer (d2/d) may be set to have a relatively large value so as to have a relaxation time smaller than the adsorption time.
[비저항을 고려한 경우 유전율 비에 따른 완화시간][Relaxation time according to dielectric constant ratio when considering resistivity]
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 완화시간(τ)을 나타낸다.Figure 10 shows the relaxation time (τ) of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to Fig. 10, for the same resistivity ratio (ρ2/ρ1), when the permittivity ratio (ε2/ε1) increases, the relaxation time (τ) slightly decreases. That is, the relaxation time mainly depends on the resistivity ratio (ρ2/ρ1) rather than the permittivity ratio.
[존슨-라벡 type 시간에 따른 전기장][Johnson-Rahbek type time-dependent electric field]
도 11은 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.Figure 11 shows the intensity of the electric field in the second region over time.
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. Referring to Fig. 11, under the condition of Case I, the electric field (E2) of the second dielectric layer (124) over time is displayed over time. Case I may be a Johnson-Rahbek type. In this case, the second electric field (E2) increases over time from an initial value (0.7). The initial value (0.7) of the second electric field (E2) may be determined by the characteristics of the dielectric. When the permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1, the electric conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.01, and the thickness (d1) of the first dielectric layer = 9 um and the thickness (d2) of the second dielectric layer is 1 um, the second electric field (E2) may increase over time with a relaxation time (τ).
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. For example, when the permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1 and the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.01 (resistivity ratio = 100), the relaxation time (τ) can be approximately 0.1 [ε2ρ2]. For example, when the second dielectric layer is a weak vacuum layer, ε2 can be ε0 (vacuum permittivity) and ρ2 can be approximately 10^12 Ωm. In this case, the relaxation time (τ) can be approximately 1 second. The second electric field (E2) can increase from 0.7 MV/m to 1.2 MV/m. In this case, the interfacial surface charge density (ρ si ) has a positive value and accumulates at the interface.
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.Then, when the external voltage is removed, the interfacial surface charge density (ρ si ) is reduced by the dielectric polarization charge (ΔP), and the positive interfacial surface charge density (ρ si ) decays over time.
[쿨롱 type 시간에 따른 전기장][Coulomb type electric field over time]
σ1=10^(-4) [10^(-12) /Ωm]σ1=0.5
σ1=10^(-4) [10^(-12) /Ωm]
도 12는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.Figure 12 shows the intensity of the electric field in the second region over time.
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. Referring to FIG. 12, under the condition of Case II, the electric field (E2) of the second dielectric layer (124) over time is displayed over time. Case II may be a Coulomb type. In this case, the second electric field (E2) decreases over time from an initial value. The initial value of the second electric field (E2) may be determined by the characteristics of the dielectric. When the permittivity ratio is 0.1, the electric conductivity ratio is 0.5, and the thickness (d1) of the first dielectric is 9 um and the thickness (d2) of the second dielectric is 1 um, the second electric field (E2) may decrease over time with a relaxation time (τ).
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. For example, when the permittivity ratio (ε2/ε1) is 0.1 and the electrical conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.5 (resistivity ratio = 2), the relaxation time (τ) can be about 1 [ε2ρ2]. For example, when the second dielectric is a weak vacuum layer, ε2 can be ε0 and ρ2 can be about 10^12 Ωm. In this case, the relaxation time can be about 10 seconds. The second electric field (E2) can decrease from 0.7 MV/m to 0.25 MV/m in the steady state. In this case, the interfacial surface charge density (ρ si ) has a negative value and accumulates at the interface.
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. Then, when the external voltage is removed, the interfacial surface charge density (ρ si ) is reduced over time as the polarization charge (ΔP) due to the dielectric is removed. In addition, the absolute value of the second electric field (E2) can decrease over time with a relaxation time (τ).
[계면 표면 전하 밀도(ρsi)=0 type 시간에 따른 전기장][Interfacial surface charge density (ρ si ) = 0 type electric field over time]
도 13는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.Figure 13 shows the intensity of the electric field in the second region over time.
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. Referring to FIG. 13, under the condition of Case III, the electric field (E2) of the second dielectric layer (124) over time is displayed over time. Case III is the case where the interface surface charge density (ρ si ) is zero. In this case, the second electric field (E2) is constant over time from the initial value. The initial value of the second electric field (E2) can be determined by the characteristics of the dielectric. When the permittivity ratio is 0.1, the electric conductivity ratio is 0.1, and the thickness (d1) of the first dielectric is 9 um and the thickness (d2) of the second dielectric is 1 um, the second electric field (E2) has a relaxation time (τ) but can be constant over time.
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. For example, when the permittivity ratio is 0.1 and the electrical conductivity ratio is 0.1 (resistivity ratio = 10), the relaxation time (τ) can be about 1 [ε2ρ2]. For example, when the second dielectric is a weak vacuum layer, ε2 can be ε0 and ρ2 can be about 10^12 Ωm. In this case, the relaxation time can be about 10 seconds. The second electric field (E2) can be maintained at the same value over time at 0.7 MV/m. In this case, the interface surface charge density (ρ si ) is zero, and no charge is accumulated at the interface.
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.Then, when the external voltage is removed, the interfacial surface charge density (ρ si ) is zero because the polarization charge (ΔP) due to the dielectric is removed. Also, the second electric field ( E2 ) is zero.
[특성 비교][Characteristic comparison]
[바이폴라 전압 또는 전압 증가에 따른 전기장][Bipolar voltage or electric field with increasing voltage]
도 14a는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.Figure 14a shows the intensity of the electric field in the second region over time.
도 14a를 참조하면, Case I의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다.Referring to Fig. 14a, under the conditions of Case I, the electric field (E2) of the second dielectric layer (124) over time is displayed over time.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 증가한다. When an external voltage is applied, the interfacial surface charge density (ρ si ) has a positive value, and the electric field (E2) in the second region increases with time.
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.Next, when the electric field (E2) of the second region is saturated, the polarity of the external voltage is changed. In this case, the second electric field (E2) can have a negative value, and the absolute value of the second electric field (E2) increases over time. At the time when the polarity of the external applied voltage is changed, the absolute value of the second electric field (E2) has a relatively small value, and has low electrostatic force.
도 14b는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.Figure 14b shows the intensity of the electric field in the second region over time.
도 14b를 참조하면, Case I의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다.Referring to Fig. 14b, under the conditions of Case I, the electric field (E2) of the second dielectric layer (124) over time is displayed over time.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 증가한다. When an external voltage is applied, the interfacial surface charge density (ρ si ) has a positive value, and the electric field (E2) in the second region increases with time.
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.Next, when the electric field (E2) of the second region is saturated, the external voltage increases further. In this case, the second electric field (E2) increases instantaneously, and the second electric field (E2) may be greater than the discharge electric field (breakdown, BD) field. Accordingly, when the second dielectric is an air gap, discharge occurs and the interface charge is reduced by the discharge charges, and the second electric field (E2) decreases. However, the discharge may lead to an arc discharge.
도 15는 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.Figure 15 shows the intensity of the electric field in the second region over time.
도 15를 참조하면, case IV의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다. 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.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 양의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 증가한다. When an external voltage is applied, the interfacial surface charge density (ρ si ) has a positive value, and the electric field (E2) in the second region increases with time.
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.Next, when the electric field (E2) of the second region is saturated, the polarity of the external voltage is changed. In this case, the second electric field (E2) can have a positive value, the second electric field (E2) decreases, and after passing the point of zero, the absolute value of the second electric field (E2) increases over time. At the point where the polarity of the external voltage is changed, the absolute value of the second electric field (E2) has a relatively small value, and there is a time when the second electric field (E2) is zero over time.
도 16a은 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.Figure 16a shows the intensity of the electric field in the second region over time.
도 16a을 참조하면, case II의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다.Referring to Fig. 16a, under the condition of case II, the electric field (E2) of the second dielectric layer (124) over time is displayed over time.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 음의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 감소한다.When an external voltage is applied, the interfacial surface charge density (ρ si ) has a negative value, and the electric field (E2) in the second region decreases over time.
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.Next, when the electric field (E2) of the second region is saturated, the polarity of the external voltage is changed. In this case, the second electric field (E2) can have a negative value, and the absolute value of the second electric field (E2) decreases over time. At the time when the polarity of the external voltage is changed, 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 over time.
도 16b은 시간에 따른 제2 영역의 전기장의 세기를 나타낸다.Figure 16b shows the intensity of the electric field in the second region over time.
도 16b을 참조하면, case II의 조건에서, 시간에 따른 제2 유전체층(124)의 전기장(E2)은 시간에 따라 표시된다.Referring to Fig. 16b, under the conditions of case II, the electric field (E2) of the second dielectric layer (124) over time is displayed over time.
외부 전압이 인가된 경우, 계면 표면 전하 밀도(ρsi)는 음의 값을 가지며, 제2 영역의 전기장(E2)은 시간에 따라 감소한다. When an external voltage is applied, the interfacial surface charge density (ρ si ) has a negative value, and the electric field (E2) in the second region decreases over time.
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.Next, when the electric field (E2) of the second region is saturated, the external voltage increases further. In this case, the second electric field (E2) can exceed the discharge electric field (BD). Accordingly, when the second dielectric is an air gap, discharge occurs and the interface charge increases 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 interface charge increases further. However, the absolute value of the second electric field (E2) may decrease.
[전기전도도를 무시한 경우 제2 유전체층의 병렬 연결 구조] [Parallel connection structure of the second dielectric layer when electrical conductivity is ignored]
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 유전체층의 병렬 연결 구조를 나타내는 개념도이다.FIG. 17 is a conceptual diagram showing a parallel connection structure of a second dielectric layer according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to Fig. 17, in the electrostatic device (10a), a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) are laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). The first region is formed by the first dielectric layer (122), has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1.
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. The second region is formed of a plurality of second dielectrics (124, 124') having the same thickness (d2). The second region can be divided into a plurality of sections according to the permittivity (or electrical conductivity). For example, the third section has the same material properties as the first dielectric, the first section has the second main dielectric layer (124) having the second main permittivity (ε2) and the second main electrical conductivity (σ2), and has a thickness of d2. The second section has the second reserve dielectric (124') having the second reserve permittivity (ε'2) and the second reserve electrical conductivity (σ'2), and has a thickness of d2.
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. If the electrical conductivity is neglected, different electric fields can be obtained for each section. For example, the third section can have the lowest electric field at point C. In the first section, if the second main dielectric is an air gap, the electric field can obtain a high electric field at point A. In the second section, the second auxiliary dielectric is a silicon oxide film and can have a value smaller than the first permittivity (the permittivity of alumina). In this case, the electric field in the second section can be slightly reduced compared to the intensity of the electric field in the second main dielectric.
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. Finally, by connecting the second dielectric layer in parallel, the desired physical properties can be secured. That is, by eliminating the third section and using only the first and second sections, the strength of the electric field can be relatively increased.
[전기전도도를 고려한 경우 제2 유전층의 병렬 연결 구조] [Parallel connection structure of the second dielectric layer when considering electrical conductivity]
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 유전층의 병렬 연결 구조를 나타내는 개념도이다.FIG. 18 is a conceptual diagram showing a parallel connection structure of a second genetic layer according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to Fig. 18, in the electrostatic device (10b), a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) are laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). The first region is formed by the first dielectric layer (122), has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1.
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. The second region is formed of a plurality of second dielectrics (124, 124') having the same thickness. The second region can be divided into a plurality of sections according to electric conductivity (or permittivity). For example, the third section has the same material properties as the first dielectric, the first section has the second main dielectric layer (124) having the second main permittivity (ε2) and the second main electric conductivity (σ2), and has a thickness of d2. The second section has the second reserve dielectric (124') having the second reserve permittivity (ε'2) and the second reserve electric conductivity (σ'2), and has a thickness of d2.
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. When considering the electric conductivity, different electric fields can be obtained for each section. For example, the third section can have the lowest electric field at point C. In the first section, when the second main dielectric (124) is an air gap, point A can obtain a high electric field. In the second section, the second reserve dielectric (124') can have a value smaller than the first electric conductivity of the first dielectric (electrical conductivity of alumina) as a silicon oxide film. In this case, the electric field (E2') of the second section can increase more than the intensity of the electric field (E2) at point B in the second main dielectric.
결국, 제2 유전체층을 병렬 연결함으로써, 원하는 물리적 특성이 확보될 수 있다. 즉, 구간 별로 전기장의 세기는 상대적으로 증가 또는 감소될 수 있다.Finally, by connecting the second dielectric layer in parallel, the desired physical properties can be secured. That is, the intensity of the electric field can be relatively increased or decreased for each section.
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. For example, the third section can have a large current flow due to its low resistance. Accordingly, the third section can be eliminated, and only the second and third sections can be used. Accordingly, the desired physical properties (increased electric field strength while reducing the total current) can be realized.
이러한 개념은 2층 이상의 다층 구조에서 직렬 및 병렬이 혼합되어 수행될 수 있다.This concept can be implemented in a mixed series and parallel manner in multi-layer structures of two or more layers.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figure 19 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to Fig. 19, a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) are laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). The first region is formed by the first dielectric layer (122), has a first dielectric constant (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1.
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.A conductive layer (129) may be placed 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 the interface surface charge density behave the same.
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.The above conductive layer (129) accumulates an interface surface charge. The accumulated interface charge can be removed by connecting to ground through a switch. The above conductive layer (129) can be a semiconductor or a conductor.
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. 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 interface charges. The thickness of the conductive layer may be thinner than that of the second dielectric layer.
상기 도전층에 축적된 계면 전하는 스위치를 통하여 외부 접지와 연결되어 소거될 수 있다. The interface charge accumulated in the above-mentioned challenge layer can be eliminated by connecting to an external ground through a switch.
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.Alternatively, the first dielectric layer and the second dielectric layer may receive light from a light source (150) to generate electrons and holes, and the electrons or holes may move to the conductive layer (129) to control interface charges.
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. Referring to FIG. 19, an electrostatic device (10c) according to one embodiment of the present invention 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 absorbent (120) and the first dielectric layer (122). The conductive layer is not buried in the first dielectric layer.
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.Referring to Fig. 27, when the conductive layer is buried in the first dielectric layer or covered by another dielectric, another interfacial charge is generated. Therefore, the conductive layer can be exposed to the air gap.
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.The conductive layer (129) can be selectively connected to ground through a switch. The conductive layer (129) can be electrically connected to a conductive material coated on the inside of a conduit (not shown) that provides cooling gas to the air layer. The conductive layer can be a semiconductor or a metal. The conductive layer can be a photoresistive layer that receives light and has conductivity and can be CdS.
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.Referring to FIG. 19, an electrostatic device (10c) according to an embodiment of the present invention includes an electrostatic electrode layer (110); a dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; a protrusion (not shown) and a recessed portion (124) formed on the dielectric layer; and a conductive layer (129) formed on a lower surface of the recessed portion. The power source (130) includes a step of applying a first voltage to adsorb a substrate (or electrostatic electrode layer) on the dielectric layer; and a step of removing the first voltage and then grounding the conductive layer (129) to remove interface charges accumulated in the conductive layer (129), thereby detaching the substrate (or electrostatic electrode layer). The step of applying a second voltage having an opposite polarity to the first voltage to remove interface charges may be further included.
[온도 제어(가열 수단)에 따른 전기장] [Electric field according to temperature control (heating means)]
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figure 20 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 전기장을 나타낸다.Figure 21 shows an electric field of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 계면 표면 전하 밀도를 나타낸다.Figure 22 shows the interface surface charge density of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to FIGS. 20 to 22, a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) are laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). A first region is formed by a first dielectric layer (122), has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1. A second region is formed by a second dielectric layer (124), has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and has a thickness of d2.
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.The temperature control means (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). For example, when the second dielectric layer (124) is air or a vacuum layer, the electrical conductivity of the second dielectric layer (124) may be substantially constant depending on the temperature. On the other hand, when the first dielectric layer (122) is a high-k dielectric material such as alumina, the electrical conductivity of the first dielectric layer (122) may depend on the temperature. The temperature control means (140) may include at least one of a resistive heater, a hot air source, and an infrared generator.
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. At a first temperature (T1), the electrical conductivity ratio (σ2/σ2) may be 0.01, and the dielectric constant ratio (ε2/ε1) may be 0.1. At a second temperature (T2) lower than the first temperature, the dielectric constant ratio (ε2/ε1) may be 0.1, and the electrical conductivity ratio (σ2/σ2) may be 0.1.
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.For example, since the electric conductivity ratio (σ2/σ2) is 0.01 at the first temperature (T1), when the thickness (d1) of the first dielectric is 9 μm and the thickness (d2) of the second dielectric is 1 μm, the intensity of the electric field (E2) of the second region can be about 2 MV/m, and the interfacial surface charge density can be 0.5 [Vε2]. Meanwhile, the intensity of the electric field (E2) of the second region can be about 0.8 MV/m, and the interfacial surface charge density (ρ si ) can be 0 [Vε2]. Accordingly, when the temperature of the first dielectric layer (122) is modulated over time, a strong second electric field is obtained at a high temperature, and the interfacial surface charge density (ρ si ) can be set to zero at a low temperature at a desired time.
또는, 온도 제어 수단(140)은 제1 유전체층(122) 및 또는 제2 유전체층(124)의 온도를 변경하여 동작 특성을 변경할 수 있다.Alternatively, the temperature control means (140) can change the operating characteristics by changing the temperature of the first dielectric layer (122) and/or the second dielectric layer (124).
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.Referring to FIGS. 20 to 22, an electrostatic device (10d) according to one embodiment of the present invention includes an electrostatic electrode layer (110); a first dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; and a temperature control unit (140) for controlling a temperature of the first dielectric layer. The device includes an air gap (124) formed in the first dielectric layer, the air gap being filled with a gas, the first dielectric layer (122) having a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and the gas having a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2).
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.The temperature control unit (140) heats the first dielectric layer (122) while an external voltage is applied to the electrostatic electrode layer, and the temperature control unit (140) cools the first dielectric layer (122) while an external voltage is applied to the electrostatic electrode layer. The first dielectric layer (122) has different electrical conductivity depending on the temperature.
상기 제1 유전율에 대한 제2 유전율의 비(ε2/ε1)는 상기 제1 전기 전도도에 대한 제2 전기전도도의 비(σ2/σ1)와 동일하다.The ratio of the second permittivity to the first permittivity (ε2/ε1) is equal to the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity (σ2/σ1).
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.In a cooled state, the first dielectric layer has a first permittivity and a first electrical conductivity, the second dielectric layer has a second permittivity and a second electrical conductivity, and a ratio of the second permittivity to the first permittivity is equal to a ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity. Accordingly, in a cooled state, interface charges are removed. That is, while processing the substrate, the first dielectric layer is maintained at a high temperature to increase electrical conductivity and thereby maintain a high electrostatic force. The processing of the substrate may be substrate transfer, plasma etching, a deposition process, etc. Meanwhile, when the processing of the substrate is completed, the first dielectric layer is set to a low temperature to reduce electrical conductivity and thereby reduce interface charges. Accordingly, when an external power source is removed, immediate detachment is possible.
본 발명은 에어갭이 아닌 다른 유전체인 경우에도 적용될 수 있다.The present invention can also be applied to other dielectrics other than air gaps.
[반대 전압 펄스에 따른 계면 표면 전하 밀도][Interfacial surface charge density according to opposing voltage pulse]
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figure 23 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to Fig. 23, in the case of Case II, a first voltage is applied to operate the electrostatic device. The electric field (E2) of the second region changes to be saturated over time. If the electric field (E2) of the second region is saturated, the interface can be charged with a negative interfacial surface charge density. The negative interfacial surface charge density can have a relatively large relaxation time (τ).
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 시간은 다음과 같이 주어진다.If it is desired to remove the negative interfacial surface charge density, a second voltage of opposite polarity to the first voltage can be applied. When a second voltage of opposite polarity to the first voltage is applied, the time for the interfacial charge to become zero is given as follows.
[수학식 9][Mathematical formula 9]
제2 전압의 크기가 상기 제1 전압의 크기와 동일한 경우, 계면 표면 전하 밀도가 영이되는 시간(t1)은 0.69 τ 일 수 있다. When the magnitude of the second voltage is the same as that of the first voltage, the time (t1) at which the interface surface charge density becomes zero can be 0.69 τ.
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. When the magnitude of the second voltage is twice that of the first voltage, the time (t1) at which the interfacial surface charge density becomes zero can be 0.40 τ. When the magnitude of the second voltage is three times that of the first voltage, the time (t1) at which the interfacial surface charge density becomes zero can be 0.287 τ.
그러나, 계면 표면 전하 밀도를 제거하는 반대 전압의 인가 시간은 큰 완화 시간(τ)에 기인하여 상대적으로 길 수 있다.However, the application time of the opposing voltage to remove the interfacial surface charge density can be relatively long due to the large relaxation time (τ).
위에서 설명한 것은 Case I 및 존슨-라벡 타입에도 동일하게 적용된다.The above applies equally to Case I and Johnson-Rahbeck type.
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.Referring to FIG. 1 and FIG. 23, an 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. A dechucking method of this electrostatic device includes a step of the power source (130) applying a first voltage (V0) to adsorb a substrate (120) and accumulate a first interfacial charge between the dielectric layer and the gap space; and a step of the power source (130) applying a second voltage (V1 to V3) having an opposite polarity to the first voltage to erase the first interfacial charge between the gap space and the dielectric layer, thereby performing dechucking.
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.The relaxation time defined by the resistance and capacitance of the dielectric layer and the gap space is longer than the application time (t1, t2, t3) of the second voltage (V1 to V3).
상기 제2 전압의 절대값은 상기 제1 전압의 절대값보다 클 수 있다.The absolute value of the second voltage may be greater than the absolute value of the first voltage.
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.For example, the absolute value of the second voltage may be equal to the absolute value of the first voltage, and the application time of the second voltage may be 0.69 times the characteristic relaxation time defined by the resistance and capacitance of the gap space.
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.For example, the absolute value of the second voltage may be twice the absolute value of the first voltage, and the application time of the second voltage may be 0.40 times the characteristic relaxation time defined by the resistance and capacitance of the gap space.
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.For example, the absolute value of the second voltage may be three times the absolute value of the first voltage, and the application time of the second voltage may be 0.287 times the characteristic relaxation time defined by the resistance and capacitance of the gap space.
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.Referring to FIG. 1 and FIG. 14b, an 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. A dechucking method of the electrostatic device includes a step of applying a first voltage to the power source to adsorb a substrate and accumulate a first interfacial charge between the dielectric layer and the gap space; and a dechucking step of applying a second voltage, which is greater than the first voltage, to induce a discharge in the gap space to reduce the first interfacial charge.
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.The ratio of the electrical conductivity of the gap space to the electrical conductivity of the dielectric layer (σ2/σ1) may be greater than the ratio of the permittivity of the gap space to the permittivity of the dielectric layer (ε2/ε1).
[바이폴라 전압에 따른 계면 전하][Interfacial charge according to bipolar voltage]
도 24은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figure 24 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to Fig. 24, in the case of Case II, a first voltage is applied to operate the electrostatic device. The electric field (E2) of the second region changes to saturate over time. The negative interfacial surface charge density can have a relatively large relaxation time (τ).
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. After the relaxation time (τ) is divided into multiple sections, the positive first voltage and the negative second voltage can be applied alternately. Accordingly, the interface surface charge density can be maintained at a value of almost zero without accumulating over time. Preferably, the relaxation time (τ) can be divided into 10 or more sections.
이에 따라, 정전력을 제거하고자 하는 시간에, 외부 전압이 제거된 경우, 계면 표면 전하 밀도가 거의 영으로 즉시 정전력이 제거될 수 있다.Accordingly, when the external voltage is removed at the time when the electrostatic force is to be removed, the electrostatic force can be removed immediately as the interface surface charge density becomes almost zero.
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. Even in the case of Cases I, III, and IV, after dividing the relaxation time (τ) into multiple sections, the positive first voltage and the negative second voltage can be applied alternately. Accordingly, the interface surface charge density can be maintained at a value of almost zero without accumulating over time.
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. Referring to FIG. 1 and FIG. 24, an electrostatic device (10) according to one embodiment of the present invention includes an electrostatic electrode layer (110); first and second dielectric layers (122, 124) arranged on the electrostatic electrode layer; and a power source (130) that applies voltage to the electrostatic electrode layer.
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.The operating method of the electrostatic device includes the steps of applying a first voltage to the power source (130) to adsorb the substrate (120) on the dielectric layer and accumulate a first interface charge; and the step of applying a second voltage of opposite polarity to the first voltage to erase the first interface charge accumulated between the first dielectric layer and the second dielectric layer into a charge of opposite polarity.
상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 교번하여 반복되고, 상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제1 계면 전하의 시상수보다 작을 수 있다.The first voltage and the second voltage are alternately repeated, and the application time of the first voltage may be shorter than the time constant of the first interface charge.
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.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 interface charge can be 10 seconds or more. For example, it can be effective in the Coulomb type.
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.The first voltage may have a positive value, the substrate (120) may be charged with a negative charge at the first voltage, and the first interface charge may have a negative value.
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.Referring to FIG. 1 and FIG. 24, an electrostatic device (10) according to one embodiment of the present invention includes: an electrostatic electrode layer (110); and first and second dielectric layers (122, 124) disposed on the electrostatic electrode layer; and a power source (130) for applying a voltage to the electrostatic electrode layer. An operating method of the electrostatic device includes: a step of applying a first voltage to the power source (130) to adsorb a substrate (120) and accumulate a first interface charge between the first dielectric layer (122) and the second dielectric layer (124); and a step of applying a second voltage having an opposite polarity to the first voltage to accumulate an interface charge having an opposite polarity to the first interface charge, thereby adsorbing the substrate (120).
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.The application time of the first voltage is shorter than the time constant of the first interface 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 interface charge may be 10 seconds or more. The first voltage and the second voltage may be alternately repeated.
[자외선/가시광선 조사에 따른 계면 전하][Interfacial charge according to UV/visible light irradiation]
도 25a는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.FIG. 25a is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
도 25b는 도 25a의 정전 장치의 동작을 설명하는 개념도이다.Figure 25b is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of Figure 25a.
도 25c는 도 25a의 정전 장치의 동작을 설명하는 개념도이다.Figure 25c is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of Figure 25a.
도 25d는 도 25a의 정전 장치의 동작을 설명하는 개념도이다.Figure 25d is a conceptual diagram explaining the operation of the electrostatic device of Figure 25a.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figure 26 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to FIGS. 25A to 25D and FIG. 26, a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) are laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). A first region is formed by the first dielectric layer (122), has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1. A second region is formed by the second dielectric layer (124), has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and has a thickness of d2. The electrostatic device may include a light providing unit (150) that controls an interface surface charge density.
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.The light providing unit (150) can provide ultraviolet/visible light to the interface between the first dielectric layer and the second dielectric layer. The ultraviolet/visible light can generate electrons and holes in the first dielectric layer or the second dielectric layer to control the interface surface charge density. The wavelength of the light irradiation means can be larger than or similar to the band gap energy of the dielectric. Alternatively, the wavelength of the light irradiation means can be in the ultraviolet range.
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. The light providing unit (150) may include an optical fiber (151) and an ultraviolet light source (152). The optical fiber may be made of a quartz material capable of transmitting ultraviolet light. The optical fiber (150) may be arranged to penetrate the first electrode and the dielectric layer and be exposed to the second dielectric layer. Preferably, the second dielectric layer may be an air gap. The surface of the dielectric layer providing the lower surface of the gap space may be roughened for diffusion.
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. Referring to Fig. 25b, a first voltage is applied between the first electrode and the second electrode. In this case (Johnson-Rahbek type), the second dielectric layer may be an air gap. The interface charge has a positive value and changes to a saturation state with a relaxation time. Before the saturation state (or steady state), an optical pulse may be irradiated to the first dielectric layer (122) and the second dielectric layer (124). In this case, the second dielectric layer (124) may be an air gap. The optical pulse generates electron-hole pairs to reduce the relaxation time, thereby quickly reaching the saturation state.
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.When a positive voltage is applied to the first electrode (110) and the second electrode is grounded, the first electrode may be charged with a positive charge and the second electrode may be charged with a negative charge. The interface charge may have a positive value. When external light is irradiated, electron-hole pairs generated in the first dielectric layer may be formed. The electrons may move in the direction of the first electrode, and the holes may move in the direction of the interface. Accordingly, the interface charge density may reach a saturation state in a short time. It is assumed that the physical properties of the air gap are not changed by light irradiation.
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.Next, the first voltage is removed between the first electrode and the second electrode. In this case, the interface charge can be erased with a relaxation time. The first electrode can be grounded and the second electrode can be grounded. Accordingly, since the interface charge has a positive value, the first electrode can be charged with a negative charge and the second electrode can be charged with a negative charge. The first electric field (E1') of the first region can be in the direction of the first electrode, and the second electric field (E2') of the second region can be in the direction of the second electrode. When the light pulse is irradiated, the first dielectric layer can generate electron-hole pairs. The electrons can move toward the interface, and the holes can move toward the first electrode. Accordingly, the interface charge can be erased at a faster rate.
한편, 광 조사에 의하여, 각 유전체의 전기 전도도가 변경되는 경우에는, 새로운 평형상태(정상 상태)에 도달할 수 있다.Meanwhile, when the electrical conductivity of each dielectric changes due to light irradiation, a new equilibrium state (steady state) can be reached.
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. Referring to Fig. 25c, a first voltage is applied between the first electrode and the second electrode. In this case (Johnson-Rahbek type), the second dielectric layer may be an air gap. The interface charge has a positive value and changes to a saturation state with a relaxation time. An optical pulse may be irradiated to the dielectric before the saturation state. In this case, the optical pulse may generate charge-holes to reduce the relaxation time.
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. Next, 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 charged with a negative charge, and the second electrode may be charged with a positive charge. The interface charge has a positive value. When light is irradiated, electron-hole pairs may be generated in the first dielectric layer. The electrons may move toward the interface, and the holes may move toward the first electrode. In this case, the interface charge may be charged with an opposite polarity charge with a relaxation time. When a light pulse is irradiated, the interface charge may be charged with an opposite polarity charge at a faster rate. That is, when a second voltage having an opposite polarity is applied for dechucking and light is irradiated, the interface charge reaches a zero state faster. When the interface charge is zero and the light and/or the second voltage are removed, the interface charge is removed.
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.Referring to Fig. 25d, a first voltage is applied between the first electrode and the second electrode. In this case (Coulomb type), the second dielectric layer may be an air gap. The interface charge has a negative value and changes to a saturation state with a relaxation time. Before the saturation state, a light pulse may be irradiated to the first dielectric. In this case, the light pulse may generate charge-holes to erase the interface charge.
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. Then, the first voltage can be removed between the first electrode and the second electrode. In this case, the interface charge can be extinguished with a relaxation time. When a light pulse is irradiated, the interface charge can be extinguished at a faster rate. That is, for dechucking, when light is irradiated, the interface charge can reach a zero state faster.
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.Referring to FIG. 26, the electrostatic device (10e, 10f) includes an electrostatic electrode layer (110); a dielectric layer (122, 124) disposed on the electrostatic electrode layer; and a light providing unit (150) that provides visible light/ultraviolet light to the dielectric layer. The light providing unit (150) may include an optical fiber (151) and a light source (152).
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.At least one optical fiber (151) includes at least one optical fiber disposed in an air gap (124) 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) can be made of quartz material. The surface of the dielectric layer providing the lower surface of the air gap (124) can be roughened for diffusion. The light providing unit (150) can generate electron-holes in the dielectric layer to eliminate interface charges.
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. Referring to FIGS. 25 and 26, the electrostatic device (10e, 10f) includes: an electrostatic electrode layer (110); a dielectric layer (122, 124) disposed on the electrostatic electrode layer; and a light providing unit (150) providing ultraviolet light to the dielectric layer (122, 124). The dechucking method of the electrostatic device includes: a step of applying a first voltage to the electrostatic electrode layer (110); a step of removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer (110); a step of providing light to the dielectric layer (122, 124) through the light providing unit (150); and a step of erasing charges accumulated on the back surface of the dielectric layer (122, 124) or the substrate (120) disposed on the dielectric layer by the light.
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.The removal of the first voltage applied to the electrostatic electrode layer and the provision of the light can be performed simultaneously. The light can be provided after the first voltage applied to the electrostatic electrode layer is removed. After the first voltage applied to the electrostatic electrode layer is removed, the counter pulse of the opposite polarity and the provision of the light can be provided sequentially or simultaneously.
[플라즈마 상황에서 전기장][Electric field in plasma situation]
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.In a plasma-generated situation, the electrostatic device can be operated. Specifically, the second electrode is a semiconductor substrate to be processed, and plasma can be generated on the semiconductor substrate. The plasma can be considered as electrically grounded. The electrostatic device can be a substrate adsorption device of a plasma substrate processing device that processes a substrate with plasma.
[다층 구조 또는 기판 후면에 유전체 증착의 경우][For multilayer structures or dielectric deposition on the back of the substrate]
본 발명의 일 실시예에 따른 3층 구조의 정전 장치의 동작 원리를 설명한다.The operating principle of a three-layer electrostatic device according to one embodiment of the present invention is described.
도 27는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 구조를 설명하는 개념도이다.Figure 27 is a conceptual diagram explaining the structure of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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. Referring to FIG. 27, a first dielectric layer (122), a second dielectric layer (124), and a third dielectric layer (126) are laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). A first region is formed by a first dielectric layer (122), has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1. A second region is formed by a second dielectric layer (124), has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and has a thickness of d2. A third region is formed by a third dielectric layer (126), has a third permittivity (ε3) and a third electrical conductivity (σ3), and has a thickness of d3. A 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).
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.The interfacial surface charge density between the first dielectric layer and the second dielectric layer is ρ sa . The interfacial surface charge density between the second dielectric layer and the third dielectric layer is ρ sb . The electric field of the first dielectric layer is E1 , the electric field of the second dielectric layer is E2 , and the electric field of the third dielectric layer is E3 .
제1 영역의 전기장(E1), 제2 영역의 전기장(E2), 및 제3 영역의 전기장(E3)은 계면 전하를 무시하는 경우 다음과 같이 주어진다.The electric fields in the first region (E1), the second region (E2), and the third region (E3) are given as follows when the interface charge is ignored.
[수학식 10][Mathematical Formula 10]
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.The electric fields (E1, E2, E3) may depend only on the permittivity in each region in the initial state. The electric field (E3) of the third region may be the same as in the case where the third dielectric layer (126) is absent, when the thickness of the third dielectric layer (126) is relatively very thin.
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.The electric field in the first region (E1), the electric field in the second region (E2), and the electric field in the third region (E3) are given as follows in the steady state when considering the electrical conductivity.
[수학식 11][Mathematical Formula 11]
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.The electric fields (E1, E2, E3) may depend only on the electrical conductivity in each region in the normal state, without depending on the permittivity. The electric field (E3) of the third region may be the same as in the case where the third dielectric layer (126) is absent, when the thickness of the third dielectric layer (126) is relatively very thin.
계면의 표면 전하 밀도(ρsa, ρsb)는 정상 상태(steady state)에서 다음과 같이 주어진다.The surface charge density (ρ sa , ρ sb ) of the interface is given as follows in steady state.
[수학식 12][Mathematical formula 12]
이웃한 경계면에서, 전기 전도도의 비가 유전율의 비와 동일하면, 계면전하 밀도는 영이된다.At adjacent interfaces, if the ratio of electrical conductivities is equal to the ratio of permittivities, the interfacial charge density becomes zero.
제3 영역에서 제2 전극의 정전 압력(f)은 다음과 같이 주어진다.In the third region, the electrostatic pressure (f) of the second electrode is given as follows.
[수학식 13][Mathematical formula 13]
제1 영역의 전기장(E1), 제2 영역의 전기장(E2), 및 제3 영역의 전기장(E3)은 천이 상태(transient state)에서 다음과 같이 주어진다.The electric field in the first region (E1), the electric field in the second region (E2), and the electric field in the third region (E3) are given as follows in the transient state.
[수학식 14][Mathematical formula 14]
계면의 표면 전하 밀도(ρsa, ρsb)는 천이 상태(transient state)에서 다음과 같이 주어진다.The surface charge density (ρsa, ρsb) of the interface is given as follows in the transient state.
[수학식 15][Mathematical Formula 15]
위식의 고유값(eigen value, λ)는 다음과 같이 주어진다.The eigenvalue (λ) of the equation is given as follows.
[수학식 16][Mathematical Formula 16]
여기서, 완화시간(τ1, τ2)은 고유값(eigen value)의 절대값의 역수이다.Here, the relaxation time (τ1, τ2) is the reciprocal of the absolute value of the eigenvalues.
고유 벡터(eignen vector)는 다음과 같이 주어질 수 있다.The eigenvector can be given as follows:
[수학식 17][Mathematical formula 17]
계면의 계면 표면 전하 밀도(ρsa, ρsb )는 다음과 같이 주어진다.The interfacial surface charge density (ρ sa , ρ sb ) of the interface is given as follows.
[수학식 18][Mathematical expression 18]
위의 방정식에 초기 조건을 적용하면, 계수 C1 및 계수 C2를 구할 수 있다.By applying the initial conditions to the above equation, we can obtain coefficients C1 and C2.
이에 따라, 시간에 따른 전기장(E1,E2,E3)은 수학식 14에 의하여 주어질 수 있다.Accordingly, the electric field (E1, E2, E3) over time can be given by mathematical expression 14.
[다층 특성 비교][Multilayer feature comparison]
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.When the third dielectric layer (126) is present, the thickness (d3) of the third dielectric layer is very thin at 0.1 um, but the relaxation time (τ) increases significantly. Here, the second permittivity of the second dielectric layer (124) is the permittivity of vacuum (ε0), and the second resistivity of the second dielectric layer (124) was 10^12 Ωm.
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. In Case V, the first interface surface charge density (ρ sa ) is at the level of 0.043 in the steady state, and the second interface surface charge density (ρ sb ) is at the level of 19. Therefore, the relaxation time (τ = τ1 + τ2) in the steady state has a large value of 678 seconds.
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. In Case VI, the first interface surface charge density (ρ sa ) is at the level of -0.1 in the steady state, and the second interface surface charge density (ρ sb ) is at the level of 0.033. Therefore, the relaxation time (τ = τ1 + τ2) in the steady state has a very large value of approximately 131,700 seconds.
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. In Case VII, the first interface surface charge density (ρ sa ) is at the level of 0 in the steady state, and the second interface surface charge density (ρ sb ) is at the level of 40. Therefore, the relaxation time (τ = τ1 + τ2) in the steady state has a very large value of approximately 66,600 seconds.
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. Case V has a relaxation time of 678 seconds and has a high interfacial charge in the steady state. Due to the relaxation time of 678 seconds, if the adsorption time (several seconds to several tens of seconds) is shorter than the relaxation time (678 seconds), the steady state may not be reached. Depending on the adsorption time, the adsorption force may change, resulting in unstable operation. In addition, during dechucking, the removal of the interfacial charge may not be easy due to the large relaxation time.
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.In the case of having a third dielectric layer (126) with high resistivity, Case VI can maintain the initial value of the electrostatic force during the adsorption time (typically several seconds to several hundred seconds) due to the very long relaxation time (131,700 seconds). Accordingly, stable operation can be performed.
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. In the case of Case VI, the interface 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 the steady state. The change is small, 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 the adsorption time (typically several seconds to several hundred seconds).
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.Case VII has the largest third electric field. If the adsorption time (several seconds to several hundred seconds) is small compared to the relaxation time (about 66,600 seconds), the initial third electric field (E3) can be used. Due to the large relaxation time, the initial third electric field (E3) can be maintained for the adsorption time (typically several seconds to several hundred seconds).
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. In the case of the Johnson-Rahbek type (Case V), when the third dielectric layer (126) is provided, another means of accumulating interfacial surface charges, such as ultraviolet light, may be required to increase the electrostatic force by accumulating the interfacial surface charge density faster than the relaxation time when an external voltage is applied.
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. In the case of the Johnson-Rahbek type (Case V), when the third dielectric layer (126) is provided, other means of removing the interfacial surface charge, such as ultraviolet light, may be required to remove the interfacial surface charge density faster than the relaxation time when the external voltage is removed.
이웃한 유전체에서 전기 전도도의 비가 유전율의 비와 동일하면, 계면 표면 전하 밀도는 영이된다. 따라서, 완화시간을 불문하고, 안정적인 흡착 및 탈착 동작이 가능한다.When the ratio of electrical conductivities in neighboring dielectrics is equal to the ratio of permittivity, the interfacial surface charge density becomes zero. Therefore, stable adsorption and desorption operations are possible regardless of the relaxation time.
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.For example, if the material (third dielectric layer) deposited on the back surface of the substrate is a silicon oxide film, the second dielectric layer (124) may be a material having the same characteristics as the silicon oxide film. The first dielectric layer (122) may be a high-dielectric constant aluminum oxide film. If the ratio of the electric conductivities of the second dielectric layer to the first dielectric layer (σ2/σ1) is equal to the ratio of the permittivities (ε2/ε1), the interfacial charge density becomes zero. Therefore, even in a multilayer structure, elimination of interfacial charges is possible.
유전체의 전기 전도도는 온도에 의존하므로, 온도를 변경하면, 계면 전하의 제어가 가능하다.Since the electrical conductivity of the dielectric depends on temperature, controlling the interfacial charge is possible by changing the temperature.
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.According to a modified embodiment of the present invention, when the second dielectric layer is an air gap (or vacuum gap), and an air gap cavity is formed between the first dielectric layer and the thin third dielectric layer, the relaxation time is greatly increased due to the characteristics of the third dielectric layer (high third resistivity), and the third electric field can be relatively increased.
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.Referring to FIG. 27, an electrostatic device (10g) according to one embodiment of the present invention 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 a lower surface of the substrate and the second dielectric layer.
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.The first dielectric layer (122) has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), the second dielectric layer (124) has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and the third dielectric layer (126) has a third permittivity (ε3) and a third electrical conductivity (σ3).
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.The ratio of the second dielectric constant to the first dielectric constant (ε2/ε1) is equal to the ratio of the second electrical conductivity to the first electrical conductivity (σ2/σ1). Accordingly, the interfacial charge between the first dielectric layer (122) and the second dielectric layer (124) is zero.
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.The ratio of the third dielectric constant to the second dielectric constant (ε3/ε2) is equal to the ratio of the third electrical conductivity to the second electrical conductivity (σ3/σ2). Accordingly, the interfacial charge between the second dielectric layer (124) and the third dielectric layer (126) is zero.
[다층 구조의 직렬 및 병렬 연결 구조][Multilayer structure of series and parallel connections]
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치의 구조를 설명하는 개념도이다.Figure 28 is a conceptual diagram explaining the structure of an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 28, in the electrostatic device (10h), a first dielectric layer (122), a second dielectric layer (124), and a third dielectric (126) are laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). A first region is formed of a first dielectric layer (122), has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1. A second region is formed of a second dielectric layer (124), has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and has a thickness of d2. A third region is formed of a third dielectric (126), has a third permittivity (ε3) and a third electrical conductivity (σ3), and has a thickness of d3. A total thickness is d. The third dielectric (126) may be a material coated on the second electrode (120).
예를 들어, 제2 유전체층(124)는 3 개의 구간으로 구분될 수 있다. For example, the second dielectric layer (124) can be divided into three sections.
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.The first section can have a second main permittivity (ε2) and a second main electrical conductivity (σ2). The second section can have a second reserve permittivity (ε'2) and a second reserve electrical conductivity (σ'2). The third section can have the same physical properties as the first dielectric.
제2 유전체의 구간별 특성은 상부에 직렬 연결된 제3 유전체의 전기장에 영향을 미친다. 이에 따라, 구간별로 제3 유전체의 제3 전기장의 특성이 변경될 수 있다. The section-wise characteristics of the second dielectric affect the electric field of the third dielectric connected in series thereon. Accordingly, the characteristics of the third electric field of the third dielectric can be changed section-wise.
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. For example, when only the first and third sections are used, the first section may be an air gap. In this case, the electric field (E3) of the third dielectric corresponding to the first section may increase relatively compared to the electric field of the third dielectric corresponding to the third section.
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.When the third dielectric layer is deposited on the back surface of the substrate, the electrostatic device needs to maintain a high electrostatic force at the edge of the substrate to prevent leakage of the cooling gas flowing in the air gap. In this case, the second section can have a second preliminary permittivity (ε'2) and a second preliminary electrical conductivity (σ'2). When the second section is formed in a ring shape to have a low permittivity or a high electrical conductivity, a high electrostatic force can be provided to a position corresponding to the second section.
[양극성 정전 장치][Bipolar electrostatic device]
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.A bipolar electrostatic device can be operated by applying a voltage between two electrostatic electrodes. It is preferable that the adsorbate has conductivity. The operating principle of a unipolar electrostatic device can be applied to a bipolar electrostatic device in the same manner. In the case of a bipolar device with the same area and symmetry, the electrostatic force can be 1/4 of that of a unipolar device for the same voltage difference.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figure 29 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to Fig. 29, a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) are laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). The first region is formed by the first dielectric layer (122), has a first dielectric constant (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1.
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.The second region is formed by a second dielectric layer (124), has a second permittivity (ε2) and a second electrical conductivity (σ2), and has a thickness of d2. The second dielectric layer may include a second spare dielectric layer (124'). The second spare dielectric layer has a second permittivity (ε'2) and a second electrical conductivity (σ'2), and has a thickness of d2. The second dielectric layer (124) and the second spare dielectric layer (124') are arranged in parallel. For example, the second dielectric layer (124) may be an air gap, and the second spare dielectric layer (124') may be made of the same material as the first dielectric layer (122).
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.The first electrode (110) may include a first electrostatic electrode (110a) and a second electrostatic electrode (110b) that are arranged adjacently to form a pair as electrostatic electrode layers connected to an external power source. The first electrostatic electrode (110a) and the second electrostatic electrode (110b) may have the same area.
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.A first conductive layer (129a) may be placed between a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) on a first electrostatic electrode (110a). The first conductive layer (129a) may be charged with a positive charge.
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.A second conductive layer (129b) may be placed 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 charged with a negative charge.
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.The charge (+Q) charged to the first conductive layer (129a) and the charge (-Q) charged to 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, the charge accumulated in the first conductive layer (129a) can be eliminated, and the charge accumulated in the second conductive layer (129b) can be eliminated.
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. A resistive layer (127) may be arranged to connect the first conductive layer and the second conductive layer to each other. The resistive layer (127) may be made of the same material as the first conductive layer and the second conductive layer, or the resistive layer (127) may be a material whose electrical conductivity changes when light is provided from the outside. For example, the resistive layer (127) may be CdS.
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.In the case of the Coulomb type, when an interface charge is generated, the electrostatic force decreases. When the first conductive layer and the second conductive layer are directly connected, the interface charges cancel each other out, so that the electrostatic force can be maintained in the initial state.
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.Meanwhile, in the case of the Johnson-Rahbek type, high electrostatic force is generated by accumulating interfacial charges. After accumulating interfacial charges and performing adsorption operation, the resistance of the resistive layer can be reduced by light in the charge erasure step (dechucking step). Accordingly, when the resistive layer (127) receives light from the outside, the electrical conductivity changes, and the interfacial charges can move to each other without being connected to an external circuit and reach an erasure state.
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.Referring to FIG. 29, an electrostatic device (10i) according to one embodiment of the present invention includes an electrostatic electrode layer (110a, 110b); a first dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; a resistance layer (129a, 129b, 127) disposed on the first dielectric layer; and an air layer (124) disposed on the resistance layer (129a, 129b, 127). A protrusion (124') formed on the first dielectric layer (122) forms an air layer between the absorbent (120) and the first dielectric layer (122), and the electrical conductivity of the resistance layer (127) increases due to light. The resistance layer (129a, 129b, 127) may be CdS.
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.The resistive layers (129a, 129b) act as layers that accumulate interface charges, and when light is irradiated to remove the interface charges, the resistive layers (129a, 129b) act as conductors so that the charges can be removed.
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.Referring to FIG. 29, an electrostatic device (10i) according to one embodiment of the present invention includes: a first electrostatic electrode (110a) provided with a first voltage; a second electrostatic electrode (110b) provided with 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 a photoresist layer (127) connecting the first conductive layer (129a) and the second conductive layer (129b).
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.The photoresist layer (127) includes an air layer (124) disposed on the first conductive layer (129a) and the second conductive layer (129b), and the protrusion (124') formed on the first dielectric layer forms an air layer between the adsorbate and the first dielectric layer, and the electrical conductivity of the photoresist layer (127) increases due to light. That is, in the adsorption state, light is not irradiated to the photoresist layer (127), but in the state where the first voltage and the second voltage are removed for desorption, light is irradiated to the photoresist layer (127) to eliminate interface charges. The photoresist layer (127) may be CdS.
도 30는 통상적인 기판 처리 장치의 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figure 30 is a conceptual diagram illustrating an electrostatic device of a typical substrate processing device.
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.Referring to FIG. 30, in the electrostatic device (20), a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) are arranged between a first electrode (110) and a second electrode (120). The second dielectric layer (124) is an air gap. In addition, the first dielectric layer (122) protrudes from an edge of the first dielectric layer (122). This protruding portion (128) prevents gas supplied through a gas line (170) from leaking out. The second electrode (120) may be a semiconductor substrate.
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.However, the electric field strength at the protruding portion corresponds to point A and is relatively small as a value obtained by dividing the applied voltage by the gap (d). Therefore, the electric field at the protruding portion (point A) is lower than the electric field in the gap space (point B), and the suction force is small due to the low electric field. Therefore, gas can leak out through the protruding portion.
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. Even if roughening is performed on the protruding portion (128), the roughening can locally increase the electric field and electrostatic force by reducing the thickness of the gap space. However, it cannot provide a stable electrostatic force in all areas. In addition, the roughening can provide a passage through which a cooling gas such as helium can leak out. On the other hand, if the roughening treatment area is increased to suppress gas leakage, the cooling performance of the gas decreases. In addition, the roughening treatment is vulnerable to contamination. In addition, the roughening treatment has difficulty in providing stable characteristics due to wear.
위에서 쿨롱 타입에 대하여 설명하였으나, 존슨-라벡 타입에서 유사한 문제가 발생한다.Although the Coulomb type was explained above, a similar problem occurs in the Johnson-Rahbek type.
도 31 내지 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figures 31 to 33 are conceptual diagrams illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 31, the electrostatic device (300) 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 recessed portion, and the recessed portion is filled with a cooling gas. The protrusion (128) includes a flat region (101a) and a roughened surface treatment region (101b).
상기 유전체층(122)은 돌출부(128) 내측에 엠보싱 영역을 포함하고, 엠보싱 영역은 제2 전극 또는 기판과 일정한 간격을 유지할 수 있다.The above dielectric layer (122) includes an embossing area on the inside of the protrusion (128), and the embossing area can maintain a constant distance from the second electrode or the substrate.
평탄 영역(101a)의 전기장의 세기는 A 지점에 해당하고, 표면 처리 영역의 전기장은 C 지점에 해당하고, 함몰 부위의 전기장은 B 지점에 해당한다.The electric field strength of the flat area (101a) corresponds to point A, the electric field of the surface treatment area corresponds to point C, and the electric field of the sunken area corresponds to point B.
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. The roughened surface treatment area (101b) provides a high electric field (electrostatic power), and the flat area (101a) performs a gas sealing function to prevent gas leakage.
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.The above flat area (101a) can be arranged on the outside and the surface treatment area (101b) can be arranged on the inside. Accordingly, it is possible to suppress contaminants from being deposited on the surface treatment area.
상기 표면처리 영역의 폭은 상기 평탄 영역의 폭보다 클 수 있다. 이에 따라, 정전력이 증가한다.The width of the above surface treatment area may be greater than the width of the above flat area. Accordingly, the electrostatic force increases.
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.The roughness of the above surface treatment area can be 0.1 um to 1 um. In the roughness treatment, the ratio (d2'/d) of the maximum height of the roughness (d2') to the total thickness (d) can be 0.001 to 0.01.
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.When the dielectric constant ratio (ε2/ε1) is 0.1 and the total thickness (d) of the dielectric layer is 100 μm, the change in the gap (d2') due to roughness is not large. Therefore, fine roughening treatment can be easily affected by contamination.
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.When the total thickness (d) of the dielectric layer is 100 μm, the height (d2) of the protrusion can be 5 μm to 20 μm. The height (d2) of the protrusion can depend on the pressure of the cooling gas and the type of the gas. When the height (d2) of the protrusion increases, the intensity of the electric field decreases, thereby decreasing the electrostatic force. The ratio of the height (d2) of the protrusion to the total thickness (d) of the dielectric layer can be 0.2 or less.
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.In the case of the Coulomb type, when the electric conductivity ratio is taken into account (for example, when the electric conductivity ratio is 10)), if the ratio (d2'/d) of the maximum height (d2') of the roughness is too small, the relaxation time may decrease. A small relaxation time may decrease the intensity of the electric field over time. Therefore, the ratio (d2'/d) of the maximum height (d2') of the roughness may be 0.001 to 0.01.
위에서 쿨롱 타입에 대하여 설명하였으나, 존슨-라벡 타입에서 유사하게 적용된다. The Coulomb type was explained above, but it is applied similarly in the Johnson-Rahbek type.
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.In the Johnson-Rahbek type, when the electric conductivity ratio is less than 0.1 (for example, when the electric conductivity ratio is 0.01), as shown in FIG. 5, the intensity of the electric field changes rapidly depending on the air gap (d2'). This characteristic reduces the stability depending on the surface roughness of the adsorbate, and when the surface roughness decreases, the electric field increases, which increases micro-discharge and reduces the stability. Meanwhile, as shown in FIG. 9, when the ratio of the maximum heights (d2'/d) is 0.01 or less, the relaxation time may increase. Therefore, when a fast relaxation time is considered, the ratio of the maximum heights (d2'/d) can be 0.01 or more. Based on d=100 um, d2' can be 1 um or more.
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.Referring to FIG. 32, 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 recessed portion, and the recessed portion is filled with a cooling gas. The protrusion (128) includes a flat region (101a) and a roughened surface treatment region (101b).
상기 평탄 영역(101a)은 내측에 배치되고 상기 표면 처리 영역(101b)은 외측에 배치될 수 있다.The above flat area (101a) can be placed on the inside and the above surface treatment area (101b) can be placed on the outside.
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.Referring to FIG. 33, the electrostatic device (300b) 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 recessed portion, and the recessed portion is filled with a cooling gas. The protrusion (128) includes a flat region (101a) and a roughened surface treatment region (101b).
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.The above flat region (101a) includes a first flat region and a second flat region, and the surface treatment region (101b) can be arranged between the first flat region and the second flat region. Accordingly, a balance of force can be maintained.
도 34 내지 도 36는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figures 34 to 36 are conceptual diagrams illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 34, the electrostatic device (400) includes an electrostatic electrode layer (110); a dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; and a first ring-shaped protrusion (102a) disposed at an edge of the dielectric layer (122) and a second ring-shaped protrusion (102b) that protrudes further than the first protrusion (102a). The second protrusion or the first protrusion forms a recessed portion, and the recessed portion is filled with a cooling gas.
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.When the dielectric constant ratio (ε2/ε1) is 0.1, the electric field of the second protrusion (102b) corresponds to point A, the electric field of the first protrusion (102a) corresponds to point C, and the electric field of the sunken area corresponds to point B. Accordingly, the first protrusion can stably provide a high electric field to locally increase the electrostatic force. This step structure is more resistant to contamination and has excellent reproducibility than roughening treatment.
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.The second protrusion (102b) may be positioned on the outside to surround the first protrusion (102a). The width of the first protrusion (102a) may be larger than the width of the second protrusion (102a).
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.The height of the first protrusion (102a) may be 1/2 to 19/20 of the height of the second protrusion (102b). For example, if the height of the second protrusion (102b) is 10 um, the gap (d2') may be 5 um to 0.5 um. If the gap (d2') is too small, it may be susceptible to contamination.
유전체층(122)의 두께가 100um인 경우, 상기 제2 돌출부의 높이(d2)는 5 마이크로미터 내지 20 마이크로미터일 수 있다.When the thickness of the dielectric layer (122) is 100 μm, the height (d2) of the second protrusion may be 5 μm to 20 μm.
위에서 쿨롱 타입에 대하여 설명하였으나, 존슨-라벡 타입에서 유사하게 적용된다.The Coulomb type was explained above, but it is applied similarly in the Johnson-Rahbek type.
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.Referring to FIG. 35, an electrostatic device (400a) includes an electrostatic electrode layer (110); a dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; and a first ring-shaped protrusion (102a) disposed at an edge of the dielectric layer (122) and a second ring-shaped protrusion (102b) that protrudes further than the first protrusion (102a). The second protrusion or the first protrusion forms a recessed portion, and the recessed portion is filled with a cooling gas.
제1 돌출부(102a)는 상기 제2 돌출부(102b)를 감싸도록 외측에 배치될 수 있다.The first protrusion (102a) can be positioned on the outside to surround the second protrusion (102b).
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.Referring to FIG. 36, an electrostatic device (400b) includes an electrostatic electrode layer (110); a dielectric layer (122) disposed on the electrostatic electrode layer; and a first ring-shaped protrusion (102a) disposed at an edge of the dielectric layer (122) and a second ring-shaped protrusion (102b) that protrudes further than the first protrusion (102a). The second protrusion or the first protrusion forms a recessed portion, and the recessed portion is filled with a cooling gas.
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.The second protrusion (102a) may include a second inner protrusion and a second outer protrusion that are spaced apart from each other. The first protrusion (102a) may be positioned between the second inner protrusion and the second outer protrusion.
도 37 내지 도 44은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 설명하는 개념도이다.Figures 37 to 44 are conceptual diagrams illustrating an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 37, the electrostatic device (500) includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer (22) disposed on the electrostatic 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 sunken portion (124) in the form of an air gap. The sunken portion is filled with a cooling gas.
냉각 가스는 제1 유전체층(122)을 관통하는 유로(170)를 통하여 상기 에어 갭에 연결된다.The cooling gas is connected to the air gap through a conduit (170) penetrating the first dielectric layer (122).
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.The second dielectric constant (ε2') of the second dielectric layer (124') is smaller than the first dielectric constant (ε1) of the first dielectric layer (122). In addition, the sunken portion has a second main dielectric constant (ε2) as an air gap. The second dielectric constant (ε2') of the second dielectric layer (124') is larger than the second main dielectric constant (ε2) of the air gap.
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.When the dielectric constant ratio (ε2/ε1) is 0.1, the electric field of the second dielectric layer (124') corresponds to point A. In addition, the electric field of the sunken area corresponds to point B. Accordingly, the electric field of the second dielectric layer (124') relatively increases to provide a strong electrostatic force.
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.For example, when the first dielectric constant ratio (ε2/ε1) is 0.1, the second dielectric constant (ε2') of the second dielectric layer (124') is set to be smaller than the first dielectric constant (ε1) of the first dielectric layer (122), so that when the second dielectric constant ratio (ε2'/ε1) is changed to a level of 0.4, the intensity of the electric field of the second dielectric layer (124') relatively increases. That is, the first dielectric layer is an aluminum oxide film, the second dielectric layer (124') is a silicon oxide film, and the second main dielectric layer (124) is an air gap. The thickness (d2) of the second dielectric layer (124') can be 0.01 to 0.2 with respect to the total thickness (d) of the dielectric.
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.Referring to FIG. 38, the electrostatic device (500b) includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer (22) disposed on the electrostatic 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 sunken portion (124) in the form of an air gap. The sunken portion is filled with a cooling gas.
냉각 가스는 제1 유전체층(122)을 관통하는 유로(170)를 통하여 상기 에어 갭에 연결된다.The cooling gas is connected to the air gap through a conduit (170) penetrating the first dielectric layer (122).
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. The second dielectric layer (124') has a second electrical conductivity (σ2') and a second permittivity (ε2'). The sunken portion (124) has a second main electrical conductivity (σ2) and a second main permittivity (ε2). The first dielectric layer (122) has a first electrical conductivity (σ1) and a first permittivity (ε1).
제2 메인 전기 전도도(σ2)는 제1 전기 전도도(σ1)보다 작다. 또한,제2 전기 전도도(σ2')는 제1 전기 전도도(σ1)보다 작다. The second main electrical conductivity (σ2) is smaller than the first electrical conductivity (σ1). Additionally, the second electrical conductivity (σ2') is smaller than the first electrical conductivity (σ1).
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.When the electric conductivity ratio (σ2/σ1) is 0.01, the electric field in the second dielectric layer is at point A. When the electric conductivity ratio (σ2'/σ1) is 0.1, the electric field in the sunken area is at point B.
이에 따라, 링 형상의 제2 유전체층(124')은 함몰 부위 (에어 갭)보다 더 높은 전기장을 가질 수 있다. 이에 따라, 가스 누출이 억제된다.Accordingly, the ring-shaped second dielectric layer (124') can have a higher electric field than the sunken portion (air gap). Accordingly, gas leakage is suppressed.
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.Referring to FIG. 39, in the electrostatic device (500c), the second dielectric layer (124') includes a flat region (101a) and a roughened surface treatment region (101b). The flat region (101a) may be arranged outside the surface treatment region.
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.In the case of the Coulomb type, the second permittivity (ε2') of the second dielectric layer (124') is reduced compared to the first permittivity (ε1) of the first dielectric layer (122), and an air gap is formed by roughening treatment, thereby increasing the intensity of the electric field.
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.In the case of the Johnson-Rahbek type, the second electrical conductivity (σ2') of the second dielectric layer (124) is reduced compared to the first electrical conductivity (σ1) of the first dielectric layer (122), and when an air gap is formed by roughening treatment, the intensity of the electric field increases.
도 40를 참조하면, 정전 장치(500d)에서, 평탄 영역(101a)은 표면 처리 영역의 외측에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 40, in the electrostatic device (500d), the flat area (101a) can be placed outside the surface treatment area.
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.In the case of the Coulomb type, the second permittivity (ε2') of the second dielectric layer (124') is reduced compared to the first permittivity (ε1) of the first dielectric layer (122), and an air gap is formed by roughening treatment, thereby increasing the intensity of the electric field.
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.In the case of the Johnson-Rahbek type, the second electrical conductivity (σ2') of the second dielectric layer (124) is reduced compared to the first electrical conductivity (σ1) of the first dielectric layer (122), and when an air gap is formed by roughening treatment, the intensity of the electric field increases.
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.Referring to FIG. 41, in the electrostatic device (500e), the flat region (101a) may be arranged outside the surface treatment region. The second dielectric layer (124') includes the flat region (101a) and the roughened surface treatment region (101b). The flat region (101a) may be arranged between the surface treatment regions (101b) that are spaced apart from each other.
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.In the case of the Coulomb type, the second permittivity (ε2') of the second dielectric layer (124') is reduced compared to the first permittivity (ε1) of the first dielectric layer (122), and an air gap is formed by roughening treatment, thereby increasing the intensity of the electric field.
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.In the case of the Johnson-Rahbek type, the second electrical conductivity (σ2') of the second dielectric layer (124) is reduced compared to the first electrical conductivity (σ1) of the first dielectric layer (122), and when an air gap is formed by roughening treatment, the intensity of the electric field increases.
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.Referring to FIG. 42, the electrostatic device (500f) includes an electrostatic electrode layer; a first dielectric layer (22) disposed on the electrostatic 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 sunken portion (124) in the form of an air gap. The sunken portion is filled with a cooling gas.
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.The second dielectric layer (124') may include a first protruding region (102a) and a second protruding region (102b) that protrudes further than the first protruding region. The second protruding region may be arranged on the outer surface of the first protruding region.
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.In the case of the Coulomb type, the second permittivity (ε2') of the second dielectric layer (124') is reduced compared to the first permittivity (ε1) of the first dielectric layer (122), and an air gap is formed by step processing, thereby increasing the intensity of the electric field.
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.In the case of the Johnson-Rahbek type, the second electrical conductivity (σ2') of the second dielectric layer (124) is reduced compared to the first electrical conductivity (σ1) of the first dielectric layer (122), and when an air gap is formed by step processing, the intensity of the electric field increases.
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.Referring to FIG. 43, referring to the electrostatic device (500g), the second dielectric layer (124') may include a first protruding region (102a) and a second protruding region (102b) that protrudes further than the first protruding region. The first protruding region may be arranged on the outer surface of the second protruding region.
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.Referring to FIG. 44, referring to the electrostatic device (500h), the second dielectric layer (124') may include a first protruding region (102a) and a second protruding region (102b) that protrudes further than the first protruding region. The second protruding regions may be spaced apart from each other, and the first protruding region may be disposed between the second protruding regions.
도 45는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 나타내는 개념도이다.Figure 45 is a conceptual diagram showing an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 45, the electrostatic device (600) has a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). The first dielectric layer (122) has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1. The second dielectric layer (124) has a second permittivity (ε2) and a first electrical conductivity (σ2), and has a thickness of d2. The second spare dielectric layer (124') may be made of the same or different material as the first dielectric layer (122). The second dielectric layer (124) may be an air gap or a vacuum gap.
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.A conductive layer (129) may be placed between the first dielectric layer (122) and the second dielectric layer (124). The conductive layer (129) is very thin compared to the first dielectric layer (122) or the second dielectric layer (122). Even when the conductive layer (129) exists, the electric field and the interface surface charge density operate in the same manner.
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.It is preferable that the conductive layer (129) be exposed to the air gap. Referring to Fig. 27, when another dielectric layer (124) exists on the conductive layer (129), an interface charge is newly accumulated between the air gap (126) and the other dielectric layer (124).
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. Again, referring to FIG. 45, the filament (170) penetrates the first dielectric layer (122) to provide cooling gas to the air gap. The inner surface of the filament (170) may be coated with a conductive material.
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. The conductive layer (129) above accumulates an interface surface charge. The accumulated interface charge can be removed by being connected to ground through the conductive material and switch of the above-described path. The conductive layer (129) can be a semiconductor or a conductor. As the above-described path is coated with a conductive material, parasitic discharge can be suppressed.
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.According to a modified embodiment of the present invention, the conductive layer may be a photoresistive layer (e.g., CdS). Accordingly, when light is irradiated, the resistance of the photoresistive layer is reduced, so that interface degradation can be removed externally.
도 46는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 장치를 나타내는 개념도이다.Figure 46 is a conceptual diagram showing an electrostatic device according to one embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 46, the electrostatic device (700) has a first dielectric layer (122) and a second dielectric layer (124) laminated between a first electrode (110) and a second electrode (120). The first dielectric layer (122) has a first permittivity (ε1) and a first electrical conductivity (σ1), and has a thickness of d1. The second dielectric layer (124) has a second permittivity (ε2) and a first electrical conductivity (σ2), and has a thickness of d2. The protruding portion (128) may be made of the same or different material as the first dielectric layer. The second dielectric layer (124) may be an air gap or a vacuum gap.
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.The through hole (170) can be connected to the air gap by penetrating the first dielectric layer (122). An optical fiber (151) can be arranged in the through hole. The optical fiber (151) can provide visible light or ultraviolet light to the interface of the dielectric. Accordingly, the accumulated interface charge can be erased by the visible light or ultraviolet light.
상기 갭 공간의 하부면을 제공하는 상기 제1 유전체층의 표면은 빛의 확산을 위하여 거칠기 처리될 수 있다. The surface of the first dielectric layer providing the lower surface of the gap space may be roughened to allow light to diffuse.
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.An electrostatic device (700) according to one embodiment of the present invention includes an electrostatic electrode layer (110); a dielectric layer (122, 124) disposed on the electrostatic electrode layer; and a light providing unit (151) providing ultraviolet light to the dielectric layer (122, 124). A dechucking method of the electrostatic device includes a step of applying a first voltage (V0) to the electrostatic electrode layer; a step of removing the first voltage applied to the electrostatic electrode layer; a step of providing light to the dielectric layer through the light providing unit (151); and a step of erasing charges accumulated on the back surface of the dielectric layer or a substrate (120) disposed on the dielectric layer by the light.
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.The removal of the first voltage applied to the above electrostatic electrode layer and the provision of the light can be performed simultaneously. Accordingly, the interface charge is extinguished by the relaxation time and also by the generation of electrons and holes by the light.
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. The light can be provided after the first voltage applied to the electrostatic electrode layer is removed. For example, by using a voltage pulse having a polarity opposite to that of the first voltage to the electrostatic electrode, the interface charge can first be reduced or removed, and then the remaining interface charge can be additionally erased by light.
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. After the first voltage applied to the electrostatic electrode layer is removed, the interface charge can be additionally erased by simultaneously irradiating light while providing charges of opposite polarity to the electrostatic electrode layer using a voltage pulse having a polarity opposite to that of the first voltage.
본 발명의 실시예들이 설명되었으나, 이들 실시예들은 서로 조합될 수 있다.While embodiments of the present invention have been described, these embodiments may be combined with one another.
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.Although the present invention has been illustrated and described with respect to certain preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, but includes various forms of embodiments that can be implemented by a person skilled in the art without departing from the technical idea of the present invention claimed in the claims.
110: 제1 전극
120: 제2 전극
122: 제1 유전체
124: 제2 유전체110: 1st electrode
120: Second electrode
122: The first genome
124: The second genome
Claims (11)
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 포함하고,
상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 교번하여 반복되고,
상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제1 계면 전하의 시상수보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 장치의 동작 방법.An operating method of an electrostatic device comprising: an electrostatic electrode layer; and first and second dielectric layers sequentially arranged on the electrostatic electrode layer; and a power source for applying voltage to the electrostatic electrode layer,
The above power source applies a first voltage to adsorb the substrate on the second dielectric layer and accumulate a first interface charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer; and
A step of applying a second voltage of opposite polarity to the first voltage to erase the first interface charge accumulated between the first dielectric layer and the second dielectric layer into a charge of opposite polarity,
The above first voltage and the above second voltage are alternately repeated,
An operating method of an electrostatic device, characterized in that the application time of the first voltage is shorter than the time constant of the first interface charge.
상기 제2 유전체층은 에어 갭인 것을 특징으로 하는 정전 장치의 동작 방법.In the first paragraph,
A method of operating an electrostatic device, characterized in that the second dielectric layer is an air gap.
상기 제1 전압의 인가 시간은 상기 제2 전압의 인가 시간과 동일하고,
상기 제1 계면 전하의 시상수는 10 초 이상인 것을 특징으로 하는 정전 장치의 동작 방법.In the first paragraph,
The application time of the first voltage is the same as the application time of the second voltage,
An operating method of an electrostatic device, characterized in that the time constant of the first interface charge is 10 seconds or longer.
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 포함하고,
상기 제1 전압에서 상기 기판은 제1 전하로 대전되고,
상기 제1 계면 전하는 상기 제1 전하와 동일한 부호의 전하로 대전되는 것을 특징으로 하는 정전 장치의 동작 방법.
An operating method of an electrostatic device including an electrostatic electrode layer; and first and second dielectric layers sequentially arranged on the electrostatic electrode layer; and a power source for applying voltage to the electrostatic electrode layer,
The above power source applies a first voltage to adsorb the substrate on the second dielectric layer and accumulate a first interface charge between the first dielectric layer and the second dielectric layer; and
A step of applying a second voltage of opposite polarity to the first voltage to erase the first interface charge accumulated between the first dielectric layer and the second dielectric layer into a charge of opposite polarity,
At the first voltage, the substrate is charged with a first charge,
An operating method of an electrostatic device, characterized in that the first interface charge is charged with a charge having the same sign as the first charge.
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