정전척용 직류 고전압 전원장치 개발기술

지원

2008. 6. 30.

한국생산기술연구원

(주) 맥시스

산 업 자 원 부

- 2 -

[별지 제9호 서식]관리번호:

전문기업기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 정전척용 직류 고전압 전원장치 개발기술 지원

지원책임자소속 : 한국생산기술연구원

성명 : 이종호지원기간

2007. 07. 07.부터

2008. 06. 30.까지

사업비 규모

총 240백만원

지원기관의

참여연구원

손민규

박종성

오명석

정 부 출 연 금 : 120백만원

기업부담금현금 : 48백만원

현물 : 72백만원

부품ㆍ소재전문기업기술지원사업운영요령 제18조의 규정에 의해 기술 지원 사업

수행에 대한 기술지원성과보고서를 제출합니다.

첨 부 : 기술지원성과보고서 5부

2008년 06월 30일

(작성자) 지 원 책 임 자 : 이 종 호

(지원기관장) 한국생산기술연구원장 : 나 경 환

(확인자) (주)맥시스 대표 : 김 정 영

한국부품소재산업진흥원장 귀하

- 3 -

제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 "정전척용 직류 고전압 전원장치 개발에 관한 기술지원"(지원기간 :

.01 〜 2008. 06. 30)과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다.

2008 . 06. 30.

지원기관 : 한국생산기술연구원

나 경 환

참여기업 : (주)맥시스

김 정 영

지원책임자 : 이 종 호

참여연구원 : 손 민 규〃 : 박 종 성〃 : 오 명 석

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기술지원성과 요약서

과제고유번호 연구기간 2007. 07. 01~2008. 06. 30

연구사업명 부품소재전문기업기술지원사업

지원과제명 정전척용 직류 고전압 전원장치 개발기술 지원

지원책임자 이종호 지원연구원수

총 : 4명

내부 : 1명

외부 : 3명

총

사업비

정부: 120.000천원

기업: 120.000천원

계: 240.000천원

지원기관명 한국생산기술연구원 소속부서명 산업설비팀

참여기업 기업명 : (주)맥시스 기술책임자 : 이 경 호

요약(연구결과를 중심으로 개조식 500자 이내)보고서

면수112p

정전력을 이용하여 기판을 Chuck에 고정하는 정전척을 사용하는 반도체 장비

및 IXD 장비에 사용가능하고， 웨이퍼 및 기판의 대면적화에 따른 대면적용 기

판의 재치가 가능한 정전척용 직류 고전압(10kV) 전원장치를 개발하였다.

반도체 및 LCD제S공정 중에서 온도제어가 매우 중요한 식각공정에 있어서， 기

판의 온도분포를 균일하게 유지하면서 Partide의 발생을 최소화하기 위해서 정전

척이 주로 사용되고 있으며， 정전척에 기판을 정전흡착하기 위해서는 전정력

형성을 위한 DC Power Supply의 사용이 필수적이다.

ESC Power Supply는 정전척을 사용하는 반도체 및 LCD장비에는 필수적으로

사용되어야 하며, 국내시장 및 일본 대만 등에도 시장을 형성하고 있으나， 대부

분 해외 선진업체의 제품이 시장을 선점하고 있다.

본 기술개발에 의한 ESC Power Supply는 0~10kV에 이르는 넓은 범위의 출력

이 가능하기 때문에, 반도체 -UX) 이외에도 정전력을 이용하는 일반산업에의 적

용도 용이하다.

또한， 해외선진업에의 장치와 비교하여 더욱 우수한 동작특성에 의한 고객의

신뢰성을 확보하고， 핵심 Module의 국산화에 의한 가격경쟁력을 확보하였다.

색 인 어

(각 5개 이상)

한 글 정전척， 척, 반도체，정전척 전원장치，직류고전압 전원장치

영 어ESC, Chuck, Semiconductor, ESC Power Supply, DC High

Voltage Power Supply

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기술지원성과 요약문

1. 사업목표

- 고주파 노이즈로부터 안정적인 출력특성을 가지는 직류전원장치 개발

- 정전기로 부터 안전한 전원장치 개발

- 반도체 장비와의 통신 안정성이 뛰어난 전원장치 개발

2. 기술지원내용 및 범위

- DC Power Supply 개발지원

- Output Voltage: ±10kV, Max. Output Current: 1mA

- 반도체 장비 구동 시 전원선으로 인입되는 서지성 정전기에 안정적인 구동확

보

- 장비외함으로 인입되는 전도성 정전기에 안정적인 구동확보

- 고주파 전원사용 시 방출되는 전자파에 구동

- 노이즈 인입 시 안정적인 출력확보

- 내전압 특성확보

3. 지원실적

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

정전기 (ESD) 8kV 2kV 〜 8kV노이즈(Noise) Free Noise Filter

내 전압(Surge) 2kV 0.5kV - 2kV

전자파 방사 18dB 14dB - 18dB

Ripple 0.1%

상승시간 200msec 0V - Setting 값

※ 1. 지원항목 : 2번항목의 기술지원내용 및 범위를 근거로 지원실적을 항목별

로 구분하여 기재

2. 지원내용 : 지원항목별로 기술지원 前ㆍ後 상황을 비교하여 기재

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4. 기술지원 성과 및 효과

1) 해당기술 적용제품

o 적용제품명 : 정전척용 직류 고전압 전원장치

o 모 델 명 : UNICON-10K

2) 품질 및 가격

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 5kV - 10kV

경쟁제품 대비 가격 10,000,000원 - 7,000,000원

※ 객관화 된 DATA를 근거로 작성

3) 원가절감 효과

4) 적용제품 시장전망(매출성과)

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원/년 400백만원/년 %

수 출 천달러/년 60 천달러/년 %

계 백만원/년 460백만원/년 %

참고) 1. 적용제품 주요수출국 :

2. 작성당시 환율기준 :

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5) 수입대체효과

6) 해당기술의 기술력 향상 효과

- 고주파 Filter채용으로 인한 Noise감소

- 접지 및 절연성능 확보

- S/W 자체개발에 의한 다양한 동작성능 확보

- Micom회로를 이용한 응답성, 신뢰성 확보

- 모든 정전척에 대응할 수 있는 전원장치 개발능력 확보

7) 기술적 파급효과

- 제품경쟁력 향상으로 인한 수입대체효과 및 시장점유율 확보

- 신속한 A/S로 인한 고객 신뢰도 향상

- 제품성능 향상으로 인한 수출증대

- 자체 개발로 인한 제조비용 감소

5. 적용기술 인증, 지적재산권 획득여부

1) 규격, 인증획득

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2) 지적재산권

6. 세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 9건 시장 및 기술자료 다수

시제품제작 2건 ESC Ceramic Chuck 외

양산화개발 건

공정개선 건

품질향상 1건 ±10kV급 직류 고전압 전원장치

시험분석 6건 전자파 방사, 써지, EDS Test 외

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 3건 애질런트테크놀러지교육 외 교육자료 전달

기술마케팅/경영자문 1건 ADP Eng 장치판매

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

참여기업 방문회수 42 건 ±10kV급 직류 고전압 전원장치 제작 및 Test

기 타 건

※ 상기 세부지원실적에 대한 세부내용 첨부

7. 종합의견

본 과제를 통해 전량 수입에 의존 하였던 ESC용 직류 전원장치의 개발， 특히

±10kV 급 직류 고전압 전원장치의 개발과 관련한 모듈개발 및 제품의 공인된

Test와 검증이 성공 적으로 완료 되었다. 이는 향후 국내 반도체 및 LCD 사업

의 발전에 커다란 기여를 할 수 있는 기반작업이 되었다는 점에서 그 의미가 크

다고 할 수 있다.

- 9 -

□ 연구과제(세부과제) 성과

1. 과학기술 연구개발 성과

□ 논문게재 성과

- 10 -

2. 사업화 성과

□ 특허 성과

O 출원된 특허의 경우

O 등록된 특허의 경우

- 11 -

□ 사업화 현황

사업화 세부사항

(9)사업화

명

(10)

사업화

내용

(11) 사업화 업체 개요(12)

기 매출액

(백만원)

(13)

당해연도

매출액

(백만원)

(14)

매출액 합계

(백만원)업체명 대표자 종업원수

사업화

형태

정전척용

직류

고전압

전원장치

개발

±10kV

급 직류

고전압

전원장치

개발

(주)

맥시스김정영 38 4 ~ 7 7

주11) 사업화 업체 개요의 사업화 형태는 1. 연구책임자 창업，2. 기술이전에

의한 창업， 3. 창업지원， 4. 기존업체에서 상품화 중에서 선택하여 번

호 기입

□ 고용창출 효과

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□ 세부지원실적 증빙 내용

1. 참여기업 현장방문 : 42건

NO. 일자 구체적 내용 증빙 유무

1 2007.9.4 ESC관련 Major 시장자료 출장신청 전자결재

2 2007.9.6 ESC관련 시장자료 및 기술자료 출장신청 전자결재

3 2007.9.13 HV Module 제작관련 출장신청 전자결재

4 2007.9.14 ESC관련 기술자료 출장신청 전자결재

5 2007.9.17 ESC관련 기술자료 출장신청 전자결재

6 2007.9.18 ESC 관련 기술자료 출장신청 전자결재

7 2007.10.8 ESC관련 기술자료 출장신청 전자결재

8 2007.10.10 ESC 관련 기술자료 출장신청 전자결재

9 2007.10.16 ESC 관련 기술자료 출장신청 전자결재

10 2007.10.18 ESC관련 기술자료 출장신청 전자결재

11 2007.10.25 제작 설계관련 협의 출장신청 전자결재

12 2007.11.9 제작 설계관련 협의 출장신청 전자결재

13 2007.11.16 HV Relay 등 부품수급 협의 출장신청 전자결재

14 2007.11.28 RF Filter 제작 출장신청 전자결재

15 2007.12.7 HV Module 제작 출장신청 전자결재

16 2007.12.14 HV Module 탑재 출장신청 전자결재

17 2008.1.7 HV Drive 제작 출장신청 전자결재

18 2008.1.15 HV Drive 탑재 출장신청 전자결재

19 2008.1.24 Interface 연결 출장신청 전자결재

20 2008.1.29 Control Program 탑재 출장신청 전자결재

21 2008.1.31 Control Program Test 출장신청 전자결재

22 2008.2.12 Input/Output Test 출장신청 전자결재

23 2008.2.18 Ramp Time Test 출장신청 전자결재

24 2008.2.25 Ramp Time Test 출장신청 전자결재

25 2008.3.4 전자파 방사, 써지, EDS Test 출장신청 전자결재

26 2008.3.11 Test 결과 Check 및 보정 출장신청 전자결재

27 2008.3.13 써지용 바리스터(Varistor) 보정 출장신청 전자결재

28 2008.3.17 써지용 바리스터(Varistor) 보정 출장신청 전자결재

29 2008.3.21 ESD 대비 기판위치 조정 출장신청 전자결재

30 2008.3.24 ESD 대비 접지정비 출장신청 전자결재

31 2008.3.27 ESC Ceramic Chuck 출장신청 전자결재

32 2008.4.4 ESC Ceramic Chuck 장착 출장신청 전자결재

33 2008.4.10 전원 연결 Setup 출장신청 전자결재

34 2008.4.16 ESC Chucking Test 출장신청 전자결재

35 2008.4.22 열전달 가스 Leak Test 출장신청 전자결재

36 2008.4.29 최종 Test Setup 출장신청 전자결재

37 2008.5.6 ±10kV급 전원장치 Test 출장신청 전자결재

38 2008.5.8 ±10kV급 전원장치 Test 출장신청 전자결재

39 2008.5.15 Live Demo Test 출장신청 전자결재

40 2008.5.23 ±10kV급 직류 고전압 전원장치 출장신청 전자결재

41 2008.6.5 보고관련 출장신청 전자결재

42 2008.6.20 보고관련 출장신청 전자결재

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2. 기술정보제공 : 9건

NO. 일자 구체적 내용 증빙 유무

1 2007.9.4 ESC 관련 Major 시장자료 업체 전달

2 2007.9.6 ESC관련 시장자료 및 기술자료 부록첨부

3 2007.9.14 ESC관련 기술자료 부록첨부

4 2007.9.17 ESC 관련 기술자료 부록첨부

5 2007.9.18 ESC 관련 기술자료 부록첨부

6 2007.10.8 ESC 관련 기술자료 부록첨부

7 2007.10,10 ESC 관련 기술자료 부록첨부

8 2007.10.16 ESC 관련 기술자료 부록첨부

9 2007.10.18 ESC 관련 기술자료 부록첨부

3. 시제품 제작 : 2건

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2008.3.27 ESC Ceramic Chuck 유

2 2008.5.23 ±10kV급 직류 고전압 전원장치 유

4. 시험분석 : 6건

NO. 일자 구체적 내용 증빙 유무

1 2008.2.12 Input/Output Test 보고서

2 2008.2.18 Ramp lime Test 보고서

3 2008.3.4 전자파 방사， 써지，EDS Test KTL 성적서(부록)

4 2008.4.16 ESC Chucking Test 보고서

5 2008.4.22 열전달 가스 Leak Test 보고서

6 2008.5.15 Live Demo Test 보고서

5. 기술지원실적 업로드 : 건

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목 차

제 1 장 사업의 개요

제 1 절 기술지원 필요성

제 2 절 기술지원 목표

제 3 절 기술지원 내용

제 2 장 국내외 기술 현황

제 3 장 기술지원 수행 내용 및 결과

제 1 절 기술지원 수행

제 2 절 기술지원 성과

제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도

제 5 장 기술지원결과의 활용계획

제 6 장 참고문헌

♣ 부 록

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제 1 장 사업의 개요

제 1 절 기술지원 필요성

세계 반도체 시장은 PC, 휴대전화, 정보기기 및 디지털 가전용의 수요증대에 따라

매년 건조한(6~8%수준) 성장이 예상되며, 이에 따라 세계 반도체 장비시장 역시

소자시장에서의 가격 경쟁이나 공급과잉 등의 다소의 리스크요인으로 인해 향후 지

속적인 성장가능성은 높지 않으나 비교적 안정적인 시장규모가 형성될 것으로 예상

된다.

국내의 경우 세계 메모리 시장을 지속적으로 선도하며 세계소자시장의 10% 이상

및 메모리 의 경우는 4% 이상을 점유하는 세계적인 지배력을 유지하면서 시장점유

율 및 장비투자 규모는 세계 수위의 위치를 확보하고 있다.

그림 1. 세계반도체장비 분기별 규모(Gartner Data quest, January 2007)

반도체 및 디스플레이 산업이 발전함에 따라 웨이퍼, 유리 등의 기판가공도 한정된

면적에 원하는 패턴을 극미세화 하고 고집적화하는 방향으로 진행되고 있고, 이에

따라 기판에 박막을 성장시키거나 식각할 때 플라즈마 처리기술이 널리 활용되고

있다. 플라즈마 처리는 고밀도로 공정을 제어할 수 있는 등의 장점에 의해 반도체,

디스플레이 기판의 가공공정 등에 널리 사용되고 있다,

플라즈마를 생성시키기 위한 전극의 형태에 의한 플라즈마 처리장치는 용량결합 플

라즈마 (CCP)와 유도결합 플라즈마(ICP)로 구분된다. 용량결합 플라즈마는 진공챔

버 내에 전극이 상하로 대향배치되어 양 전극 사이에 고주파 전력을 인가하여 플라

즈마를 생성시키며, 유도결합 풀라즈마는 챔버의 둘레나 상부에 위치하는 나선형의

코일에 고주파를 인가하여 상기 코일에 흐르는 고주파 전류에 의해 유도되는 전기

장에 의해 플라즈마를 생성시킨다.

- 16 -

예전에는 공정 중에 고진공의 챔버 내에서 기판이 척으로부터 이탈되는 것을 방지

하기 위하여 기계적 클램핑(Clamping)이나 진공방식으로 기판을 척에 고정시켰으

나, 최근에는 공정기술의 발달에 의해 웨이퍼의 균일가열과 냉각은 필수적이며, 압

력차가 없는 진공 하에서 균일성을 확보하기 위해서 직류고전압을 척에 인가하여

발생하는 정전력으로 기판을 척에 고정시키는 정전척이 일반적으로 사용되고 있다.

그림 2. 다양한 정전척

정전척이 직접적으로 적용될 수 있는 분야는 반도체 장비 및 LCD장비 등이며, 특

히 식각장비에 대한 수요비중이 매우 크다고 할 수 있다. 정전척은 Ceramic 소재

기술, 금속표면처리기술 및 초정밀설계ㆍ가공기술이 바탕이 되는 기술집약적 부품

으로써 반도체 장비산업 및 LCD장비산업에 핵심적 부품이며, 정전척 기술은 차세

대 반도체 생산기술 개발사항 중 핵심의 하나이므로, 반도체ㆍLCD시장의 증대에

따른 정전척의 필요성에 따라 ESC Power Supply의 지속적인 수요창출이 예상된

다.

그림 3. 정전척 관련산업(기술)상의 위치

반도체 및 LCD산업의 발달로 정전척의 수요는 증대되고 있으나, 정전척에 필수적

인 정전척용 직류 고전압 전원장치를 생산하는 국내업체는 거의 없으며, 선진업체

가 국내시장을 잠식하고 있다. 하지만, 선진업체의 제품은 가격대비 제품의 성능이

떨어지며, A/S에 대한 고객사의 불만이 증대되고 있는 실정이므로, 정전척의 Size

와 재질에 대응이 가능한 ESC Power Supply 의 개발이 시급한 실정이다.

- 17 -

제 2 절 기술지원 목표

- 반도체장비 구동 시 전원선으로 인입되는 서지성 정전기에 안정적인 구동확보

- 장비 외함으로 인입되는 전도성 정전기에 안정적인 구동확보

- 고주파 전원사용 시 방출되는 전자파에 구동

- 노이즈인 입시 안정적인 출력확보

- 내전압 특성 확보

- MTBF(무오류동작시간) 10,000시간 확보

- Output Voltage: ±10 kV, Max. Output Current: 1mA DC Power Supply 개발

지원

제 3 절 기술지원 내용

- 고주파 노이즈로부터 안정적인 출력특성을 가지는 직류전원장치 개발

→ 장비의 안정적인 구동을 위한 Noise Filter의 설계

→ Low Pass Filter내장으로 13.56MHz 이상의 고주파인 입을 차단

→ 반도체 및 LCD 장치의 고주파 전원으로부터 방사되는 노이즈로부터 안정적인

동작을 할 수 있도록 전원장치의 내부접지 및 Shielding 확보

- 정전기로부터 안전한 전원장치 개발

→ Power Supply의 외함 및 전원선으로 부터 인입되는 정전기로부터 안정적인 동

작을 할 수 있도록 전원장치의 내부접지 및 Shielding 확보

- 반도체 장비와의 통신 안정성이 뛰어난 전원장치 개발

→ 반도체 공정의 경우 각 공정 Step에 맞는 각 전장부분품 간의 장비 Control이

중요

→ S/W를 설계, 제작, Micom과 PCB 회로 및 ESC사이의 유기적인 Interface를 구

성

→ 공정의 진행에 따라 ESC에 ±고전압을 빠르게 인가할 수 있는 응답속도 확보

- 18 -

제 2 장 국내외 기술 현황

제 1 절 국내 기술동향

현재까지 국내에서 ESC Power Supply개발을 진행중이거나 상용화한 업체는 (주)

맥시스와 C사가 있으나, 표 1을 참조하면, 국내 C사의 경우 최대 출력전압은 1.5

kV 밖에 되지 않아 적용범위가 매우 한정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 내부구

조는 Analog type으로 매우 간단하게 형성되어, Digital 방식에 의한 다양한 기능구

현은 불가능하다.

본 개발장치는 0~±10kV까지의 넓은 범위에 대한 출력전압의 조절로 인한 적용범

위의 확대, RS-232 통신을 이용한 Computer와의 Remote Control, Ramp Time

절에 의한 다양한 공정에의 적용, Low Pass Filter채용에 의한 안정적인 출력전압

구현 등의 다양한 장점이 있으며, 기술개발에 의한 신뢰성 확보 및 핵심 Module

국산화에 의한 가격 경쟁력을 확보하였다.

표 1. 국내 업체 제품 사양

제 2 절 국외 기술동향

국외의 업체로는 Comdel(미국), Matsusada(일본), Kyosan(일본) 등의 업체등이 있

으며, Comdel이 국내시장의 90%정도를 점유하고 있다.

- 19 -

국외업체의 경우 5kV(출력전압)까지 개발이 완료되었으며, 업체들 간의 기술력과

가격면에 있어서 큰 차이는 없다. 하지만, 국내업체에 의해 완제품을 수입하여 납품

하는 방식이므로, 고객의 요구에 따른 A/S가 어렵고, 가격이 매우 높은 등의 많은

문제점이 노출되어 있다.

표 2. 국외 업체 제품 사양

제 3 장 기술지원 수행 내용 및 결과

반도체 소자는 웨이퍼 상에 물질막을 증착하는 공정, 증착된 물질막을 필요한 형태

로 패터닝하는 공정 및 웨이퍼상의 불필요한 잔류물들을 제거하는 세정공정 등 수

많은 공정을 거쳐서 가공이 된다. 이러한 공정들을 진행하기 위해서는 웨이퍼를 챔

버 내부의 웨이퍼 지지대로 로딩(loading)시켜서 웨이퍼를 가공한 후 외부로 언로

딩(unloading)시키는 과정을 여러번 반복하게 된다.

이와 같은 웨이퍼 가공공정을 성공적으로 수행하기 위해서는 챔버 내부에서 웨이퍼

를 척킹(Chuckmg)하여 고정하는 것과 웨이퍼가 가공공정이 끝난 후에 웨이퍼에 손

상이 가지 않도록 웨이퍼를 디처킹(De-Chucking)하는 것이 상당히 중요하다. 반도

체 소자의 고집적화에 따라 디자인 룰이 작아지고, 공정마진이 좁아지면서 웨이퍼

를 척킹하여 고정시키고 디척킹 시 웨이퍼의 손상이 없도록 할 필요성이 더욱 증대

되고 있다.

- 20 -

웨이퍼 로딩단계에서 웨이퍼를 프로세스 챔버 내부의 웨이퍼지지대에 고정시키는

방법은 클램프(Clamp)와 같은 하드웨어적인 구조물을 이용하여 고정시키는 방법(기

계척, Mechanical Chuck), 진공을 이용하여 웨이퍼 뒷면을 흡착하여 웨이퍼를 고

정시키는 방법(진공척, Vacuum Chuck), 중력을 이용하여 자연스러운 상태로 웨이

퍼지지대에 고정시키는 방법 및 전기적인 압전효과를 이용하여 고정시키는 방법(정

전척, Electrostatic Chuck) 등이 있다. 상기의 방법 중에서 전기적인 압전효과를

이용하여 고정시키는 방법은 다른 여타의 방법에 비해 우수한 특징을 가지고 있어

널리 사용되고 있다.

일반적으로 정전척은 최상단에 상부 절연막이 있고, 그 아래에 정전 전국, 하부절연

막 및 하부 전극을 구비한다. 상기 하부 전극은 Bias용 전원이 연결되어 플라즈마

의 반응속도를 조절하고, 정전전극은 DC Power Supply가 연결되어 양전하 또는

음전하가 정전전극에 대전된다. 상기 정전전극에 대전된 전하는 정전장

(Electrostatic Field)를 형성시켜, 상기 웨이퍼가 척킹 또는 디척킹 될 수 있도록 한

다. 상기 하부 절 연막은 정전전극과 하부 전극을 절연시키고 상기 상부 절 연막은

웨이퍼와 정전전극을 절연시킨다.

그림 4. Ceramic ESC

웨이퍼를 척킹하는 방법은, 웨이퍼를 정전척 위에 놓고, 전압을 상기 정전척 상단

면에 위치한 상부 절연막 바로 아래 위치한 정전전극에 인가하여 정전장을 형성한

다, 즉, 외부의 DC Power Supply에 연결된 정전전극에 양전하를 인가하고 상기 웨

이퍼 상부공간에 발생된 플라즈마에 의하여 상기 웨이퍼 하면에는 음전하가 인가됨

으로써, 상기 웨이퍼와 상기 정전전극 사이에 정전장이 형성된다. 상기 정전장에 의

해 클램핑 힘(Clamping Force)이 형성되고 상기 정전척의 상부 표면과 웨이퍼 간

에 완전한 접촉을 이루며 척킹을 이루게 된다. 공정이 완료된 후 디척킹 시는 척킹

시 인가된 전압과 반대극성의 전압을 인가하여 잔류전하를 소멸시키면 웨이퍼가 정

전척으로부터 분리된다.

- 21 -

그림 5. ESC Chucking

일반적으로 Chucking Force는 기판의 면적, ESC의 크기와 폴리이미드(Poly

imide), 산화알루미늄, 질화알루미늄 등과 같은 ESC의 재질에 영향을 받으며,

Power Module에 따른 Parameter(전압, 전류비)의 공정값 최적화를 도출하는 것이

매우 중요하다.

제 1 절 기술지원 수행

1. System

ESC Power Suplly는 크게 전원부, 제어부 및 출력부로 구분할 수 있으며, 그 역할

은 다음과 같다.

1) 전원부

AC 220V 전원을 DC로 변환하여 제어부와 출력부에 전달한다.

2) 제어부

Micom Controller와 Monitor로 구성되어 있으며, ESC Power Supply의 동작 및 제

어를 담당하고 동작상황을 나타낸다.

3) 출력부

DC High Voltage Module과 RF Filter로 구성되어 있으며, 제어부에서 전달되는 신

호에 따라 전원부에서 변환되어 전달되는 DC전압을 DC 고전압으로 승압시켜 출력

시킨다. 또한, RF Filter에 의해 불필요한 고주파를 차단하여, 안정적인 출력값을 구

현한다.

- 22 -

그림 6. System Block Diagram

ESC Power Supply는 System Control Board, Sequence & Interface Board,

Lowpass Filter & HV Relay, HV Module로 구성되며, 각 Module의 역할은 다음과

같다.

1) System Control Board

Micom Program이 내장되어 있어 ESC Power Supply의 전반적인 Control을 담당

한다.

2) Sequence & Interface Board

ESC Power Supply가 동작할 수 있도록 Micom Program과 내부회로 간의 통신을

담당한다.

3) Lowpass Filter & HV Relay

특정 주파수를 필터링 하여 회로를 보호하고, 고전압인가를 담당한다.

4) HV Module

SMPS에서 변환된 DC 전압을 DC 고전압으로 승압시킨다.

- 23 -

그림 7. ESC Power Supply 주요 Module

그림 8는 ESC Power Supply의 외관과 내관을 나타낸 사진이며, Compact한 외관

과 각 기능을 담당하는 Board로 구성된 것을 알 수 있다.

그림 8. ESC Power Supply

그림 9 및 그림 10은 전ㆍ후면 Panel을 나타낸다. ESC Power Supply의 전면은 전

원을 ONㆍOFF하고, 각종 mode로 전환하여 입력값을 변환하고 저장 및 출력할 수

있는 각종 Switch로 구성 되어 있고, 후면은 AC 220V 입력단, Main 전원 Switch,

Computer와 연결되는 RS-232 통신포트, High Voltage 출력단 및 접지단으로 구

성되어 있다.

- 24 -

그림 9. Front Panel

그림 10, Rare Panel

2. RF Filter(Low Pass Filter)

반도체 공정의 경우 대개 수에서 수십 MHz 단위의 고주파 Power Source를 사용

한다. 이러 한 이유로 반도체 장비에 장착되는 전기관련 장치들은 고주파의 영향을

받지 않고 오작동이 없는 역할을 수행하여야 하며, 노이즈 Filter, 고전압(RV)

Module 및 PCB 설계 등이 장비가 안정적으로 작동할 수 있어야 한다.

RF Filter는 전원단에서 Ripple을 제거하기 위한 용도 및 고주파 Spurious제거, 고

조파 억제와 각종 검파 등에 사용되며, 입력된 여러 주파수 성분 중 원하는 주파수

만 통과시키고 나머지는 감쇄시켜버리는 역할을 한다. Low Pass Filter는 저역통과

여파기로 불리며, 고주파 신호를 걸러내어 저주파의 필요한 신호만 골라낼 때 사용

된다.

13.56MHz 이상의 고주파는 차단하고, 그 이하의 주파수는 통과시켜, 반도체장비

구동 시 전원선으로 인입되는 서지성 정전기에 안정적인 구동확보 및 고주파 전원

사용 시 방출되는 전자파, 노이즈 인입시 안정적인 출력을 확보할 수 있도록,

LPF(Low Pass Filter)를 제작하여, ESC Power Supply에 장착하였다.

그림 11. Filter Block Diagram

- 25 -

그림 12. Schematic Diagram

그림 13. RF Filter

3. DC High Voltage Module

DC High Voltage Module은 DC 고전압으로 승압시키는 역할을 한다. 기판을 웨이

퍼에 Chucking, De-Chucking 시키기 위해서 ±극성의 출력이 가능해야 하고, 극성

의 변화가 빨라야 한다. 또한, 반도체 웨이퍼에서부터 LCD기판에 이르기까지 다양

한 면적의 기판에 적용하기 위해서는 ±0~10kV의 전압변화가 가능해야 한다. 안정

적인 출력값을 나타내어야 한다.

그림 14. 그림 14. HV Module의 Block Diagram을 나타낸다. DC 전원인 인가되면

Transformer에서 승압된 고전압은 평활회로에 의해 맥류분이 제거된 후 출력된다.

이때, 출력전압 및 전류를 Feed Back하여 PWM Controller에 입력시키고, PWM 제

어를 하여 안정적인 동작특성을 확보하였다.

- 26 -

그림 14. HV Module Block Diagram

4. Control Module

Control Module은 32Bit CPU가 내장되어 ESC Power Supply의 제어를 하고 있으

며, C-Ianguage를 이용한 프로그램을 이용하여 엔지니어의 요구에 따라 프로그램

변경이 이루어진다.

반도체 장치는 장치를 제어하는 Sequence의 역할과 각 공정특성 Step에 맞는 장

비 Control이 매우 중요하므로, Sequence에 맞는 S/W를 설계 제작하여, Micom과

PCB희로 및 정전척 사이의 유기적인 Interface를 구성하였다. 또한 Rising Time 및

Release Time 등 구동에 연관 되는 모든 동작을 S/W를 사용하여 제어가 가능하게

구성하였다.

ESC Power Supply는 전면 Panel의 LCD와 Key-Board에서 간단한 조작에 의해

전반적인 기능 변경이 가능하도록 장치 Set-up 항목을 추가하였으며, 통신부는 각

종 Serial통신(RS232, RS485, RS422)에 의한 Computer와의 연결 및 엔지니어의

작업환경에 따른 변경이 용이하다.

또한, 프로토콜을 단일화, 또는 세분화시킬 수 있어, 장치에 대한 접근이 용이하고,

고성능의 AD, DA Converter Chip을 사용하여 실시간으로 변동되는 DC고전압의 입

ㆍ출력값을 모니터링 할 수 있다.

장치의 구동 시 발생할 수 있는 만일의 사고에 대비하여, 인터록 해제를 하지 않으

면 DC고전압이 출력되지 않도록 하였다.

- 27 -

그림 15. Controller Schematic Diagram

그림 16. Controller Block Diagram

그림 17. Control PCB

5. Control Program

그림 18은 C-language를 이용하여 자체적으로 제작한 ESC Power Supply

Control Prograram (ESC HV COM TEST)의 Main화면을 나타낸다.

ESC Power Supply는 전면 Panel에 위치하는 버튼으로 다양한 조작이 가능하지만

/ Computer와의 RS-232C통신을 이용한 Remote Control이 가능하며, 초보자도 간

편하게 조작이 가능하다.

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그림 18. Control Program 화면

① Set Voltage 입력

② Limit Current 입력/전송

③ 통신 Time Out 시간입력/전송

④ 통신개시/정지

⑤ High Voltage ON/OFF

⑥ 극성 변환

⑦ Voltage, Current Monitor

⑧ 통신상태 Monitor

⑨ 통신 Port Open

⑩ Program 종료

제 2 절 기술지원 성과

1. ESC Power Supply Test

ESC Power Supply는 ESC HV COM TEST Program 을 이용한 Computer Control

이 가능하다. 통신 포트를 이용하여 Computer와 ESC Power Supply를 연결한 후,

Computer를 이용하여 ESC Power Supply의 출력값을 setting하면, 입력값에 따른

출력값이 출력된다.

그림 19는 Computer를 이용한 ESC Power Supply제어와 입력값에 따른 ESC

Power Supply 출력값의 변화를 측정하기 위한 구성 및 사진을 나타내고, 그림 20

은 상기 구성에 대한 계통도를 나타낸다. 높은 출력전압에 의한 계측기기의 파손

방지를 위해 ESC Power Supply의 출력단에 1000:1 Probe를 연결하고,

Oscilloscope 및 DVM(Digital Voltage Meter)을 이용하여 출력값 및 출력파형을 측

정하였다.

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그림 19. ESC Power Supply Test

그림 20. ESC Power Supply Test 계통도

2. H/V Output-Power

그림 21은 입력값에 따른 ESC Power Supply의 출력파형을 나타낸다. 입력값은 각

각 1kV, 3kV, 5kV, 7kV, 9kV로 Setting했으며, 입력값에 따른 정상적인 출력값을

나타내는 것을 알 수 있다.

- 30 -

그림 21. 출력전압 파형

3. Ramp Time

기관을 Chucking 시 Charging이 급격하게 진행되면 기판이 ESC에 Chucking되지

않고 sliding이 발생할 수 있으며, 기판의 국부에 과도한 Charging이 되에 공정진행

시 RF 전원에 의한 Arcing이 발생할 수 있다.

그러므로, Etcher Chamber내부에 위치하는 정전척 위에 기판이 재치되고, 정전흡

착을 위한 DC 고전압을 인가함에 있어서, 인위적으로 DC 전압의 상승시간(Ramp

Time)을 인위적으로 조절함으로써, 기관이 Charging되는 시간을 서서히 증가시켜

정상적인 Chucking이 되도록 한다. Ramp Time 은 각종 조건에 맞게 엔지니어에

의한 조절이 가능하다.

그림 22, 그림 23은 DC 출력값에 있어서 Ramp Time의 Setting값 변화에 따른 출

력파형의 변화를 나타낸다.

그림 22. Ramp시간에 따른 파형 (3sec)

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그림 23. Ramp시간에 따른 파형(5sec)

4. ESC Chucking Test

그림 24는 Etcher Chamber 내부에 위치하는 정전척의 상부에 웨이퍼를 재치한

후, ESC Power Supply에 의한 Chucking Test를 나타낸다, ESC 상부면은 High

Resistivity Sheet로 코팅되어 있으므로, Wafer를 올려놓으면 미끄러져 위치가 틀어

진다. 하지만, DC고전압에 의한 정전흡착 시 wafer의 미끄러짐 없이 정전척에 흡착

된 것을 알 수 있다.

그림 24. Wafer Chucking

5. 열전달 가스 Leak Test

식각공정 진행 시 하부전극부는 고주파 전류에 의해 고온으로 가열되고, 정전척의

상부면에 재치되는 기판은 챔버 내부의 플라즈마에 노출됨으로써 온도가 지속적으

로 상승하게 되며, 기판의 온도 상승은 식각률, 식각균일도, 프로파일(Profile), 선

폭, 막두께 등 각종 공정특성에 악영향을 미친다.

- 32 -

상기의 온도상승에 대한 문제점을 해결하기 위해 하부 전극부의 내부에는 냉각수

라인이 형성되어 있으며 Chilled 의해 냉각이 냉각수가 주입되고 각종 공정특성에

따라 넓은 범위의 냉각이 이루어지며, 상기 하부 전극의 온도를 웨이퍼에 효율적으

로 전달하기 위해, 척과 기판과의 접합면에는 열전달 효율이 뛰어난 헬륨(He) 가스

가 주입되어 온도전달에 의한 기판의 냉각이 이루어진다.

그림 25. 열전달가스 개념도

정전력에 의한 기판과 정전척의 흡착이 정상적으로 이루어지면, 정전척과 기판과의

사이에 주입되는 열전달 가스의 리크(Lea비는 없이, 효율적인 냉각이 이루어지며,

적외선 카메라로 측정한 결과, 그림 26과 같이 웨이퍼의 온도는 전체적으로 균일하

게 형성되었다.

그림 26. 기판 표면 온도

ESC Powr Supply에 의한 정전척과 기판과의 정전흡착이 정상적으로 되었는지를

확인하기 위해 열전달 가스의 Leak Test를 실시하였으며, 10kV로 정전흡착 시 정

전척과 기판 사이의 압력에 따른 열전달 가스의 Leak를 측정하였다.

표 3. 열전달 가스 Leak

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상기 표에 의하면 정전흡착 시 압력변화에 따른 열전달 가스의 리크는 0~1sccm으

로 나타난 것을 알 수 있다. 일반적인 반도체 장비에 있어서, 정전척 표면과 기판하

부의 표면형상에 의해 발생되는 미세한 틈에 의해 완벽한 접합은 힘들며,

1~2sccm정도의 Leak는 정상적인 정전흡착이 이루어 졌다고 간주되므로, ESC

Power Supply에 의한 정전흡착은 정상적으로 이루어졌다고 볼 수 있다.

6. 전자파 방사

전자파(Electromagnetic Wave)는 전기 및 자기의 흐름에서 발생하는 일종의 전자

기 에너지이다. 전기장과 자기장이 반복하면서 파도처럼 퍼져나가기 때문에 전자파

로 부른다. 전자파는 주파수 크기에 따라 주파수가 낮은 순서대로 전파, 적외선, 가

시광선, 자외선, X선, 감마선 등으로 구분되며, 가시광선, 적외선, 자외선도 전자파

의 일종이다. 주변의 의도적인 전파 발생원은 방송이나 통신용 안테나, 이동전화 단

말기, 레이다, 의료기기, 산업기기 등 다양하며, 심지어 지구도 자체에서 전자파를

발생시킨다. 상기 전자파는 주변기기에 장애를 발생시키고, 심지어 인체에 악영향을

끼치므로 전자파 발생기기는 엄격한 규제대상이 되고 있다.

반도체 장치에 탑재된 ESC Power Supply가 구동 시 ESC Power Supply에서 발생

하는 전자파가 공기중으로 방사되어 반도체 장치 및 주위의 기타 장치에 영향을 줄

수 있으므로, ESC Power Supply에서 발생하는 노이즈를 측정하기 위하여 방사장

해 테스트를 실시하였다. 테스트는 한국산업 기술시험원의 전자파 무반사실(경기도

안성 소재)에서, KS C CISPR 22규격을 적용하여 실시되었으며, ESC Power

Supply가 동작시 방출되는 전자파를 측정하였다.

․ 측정모드 : 준첨두치(6dB 대역폭 : 120kHz)․ Red Line： Limit(제한값)․ Blue Line：Maximum(최대값)․ Green Line： Average(평균값)

그림 27. 전자파 방사 Test(수평편파)

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그림 28. 수평 편파(Horizontal) 테스트 결과

그림 29. 전자파 방사 Test(수직편파)

그림 30. 수직 편파(Vertical) 테스트 결과

- 35 -

표 4. 테스트 조건

7. 써지(Surge) 내성 Test

써지는 여러 가지의 원인에 의해 발생되는 평상시의 공급전압 5~6% 높은 범위의

전압을 말하며, ns, ㎲, ms단위에서 수천 볼트까지 치솟는 임펄스 전압이나 스파크

같은 전압상승현상도 과도 써지전압이라고 부르는데, 본질적으로는 다르지만 모두

써지전압이라고 부른다. 과도 써지전압은 일종의 고주파 성격을 띠고 있으므로 변

압기의 1차측에서 2차측으로 쉽게 넘을 수 있고, 장비의 전자회로에 침입하면 반도

체 부품에 치명적인 손상을 입힌다.

상기와 같은 이상전압현상인 써지를 안정적으로 차단하고 회로를 보호하기 위해

AC220V, DC24V, DC15V의 바리스터(Varistor)를 각각 AC전원 입력단과 DC전원

출력단에 설치하였다.

바리스터는 Variable Resistor의 약칭으로, 인가되는 전압 또는 전압의 극성에 따라

저항값이 변화 되는 성질을 가진 반도체 디바이스를 말하며, 피뢰기, 변압기나 코일

등의 과전압 보호, 스위치나 계전기의 과전압 보호 등에 사용된다.

그림 31 과 그림 32은 ESC Power Supply에 설치한 바리스터와 설치위치를 나타

낸다.

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그림 31. 바리스터(AC 220V, DC 24V, DC 15V)

그림 32. Varistor

써지 내성 테스트는 한국산업기술시험원의 전자파 차폐실(경기도 안성 소재)에서

실시하였으며, KS C IEC 61000-4-5 규격을 적용하여, ESC Power Supply의 전원

입력단에 각각 0.5 kV(H-N), l kV(H-G, NM3)의 surge를 인가하여, 적합성 여부를

시험하였다.

1) 테스트 조건

① 인가 전압

- 상과 중성단(H-N): ±0.5kV, ±1kV

- 상과 접지간(H-G): ±0.5 kV, ±1kV

- 중성단과 접지간(NM3): + 0.5kV, ±1kV, ±2kV

② 개방회로 전압 파형 : 1.2/50㎲

③ 단략회로 전류파형 : 8.0/20㎲

④ 소스 임피던스: 2Ω+18/f㎌

⑤ 위상각: 0°, 90°, 180°, 270°

⑥ 시험횟수 : 정ㆍ부 5회(1회/분)

⑦ 적용단자: 교류입력 및 교류출력 전원단자

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2) 테스트 결과

- 본 시험 전․ 후 및 시험 중 이상없이 정상동작 함(시험 성적서 참조)

그림 33. 내전압 Test

7. 정전기(ESD)Test

정전기는 일반적으로 임의의 물체가 서로 상대적인 운동을 할 경우, 즉 접촉이나

분리의 과정에서 한쪽의 물체는 전자를 잃고 다른 쪽의 물체는 전자를 쌓아 각각

다른 극성으로 대전되는 경우 발생하며, 그 외에도 유도에 의한 대전, 냉각, 전자

빔, 스프레잉 등의 작업에 있어서도 발생이 가능하다.

ESC Power Supply에 있어서는, 엔지니어와의 인체접촉에 의해 충․방전될 경우, ESC Power Supply 자체가 Capacitor 역할을 함으로써 충ㆍ방전될 경우, 반도체

및 LCD장비에 있어서 Capacitor 역할을 하는 부분품의 충전량이 변화할 경우 등에

발생할 수 있다.

정전기는 정전유도에 의해 발생하는 대전된 먼지와 대전물(ESC Power Supply) 사

이의 인력으로 ESC Power Supply의 오염을 발생시킬 수 있으며, 정전기 방전 시

발생되는 방전전류에 의한 전자 부품의 파손과 열화는 ESC Power Supply의 동작

및 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 또한 민감한 IC같은 경우는 정전유도현상만으로

파괴되는 경우도 있다.

상기와 같은 정전기에 의한 문제점을 방지하기 위해 ESC Power Supply 내부의 각

종 PCB기판 및 부분품 간의 완전한 접지를 확보하였다.

정전기테스트는 한국산업기술시험원의 전자파 차폐실(경기도 안성 소재)에서 실시

하였으며, KSC IEC61000-4-2 규격을 적용하였다.

1) 테스트 조건

① 직접방전

- 접촉방전전압: ±2kV, ±4kV

- 기중방전전압: ±2kV, ±4kV

② 간접방전

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- 수평결합판(HCP): ±2kV, ±4kV

- 수직 결합판(VCP): ±2kV, ±4kV

③ 방전 임피던스 : 330Q/150pF

④ 방전의 시간: 1 초 이상

⑤ 방전횟수 : 각 한 점에서 정․부 10회 이상⑥ 적용부분

- 접촉방전: 손이 닿을 수 있는 금속부분 및 HCP, VCP

- 기중방전: 전면 표시부 및 손이 닿을 수 있는 비금속 부분

2) 테스트 결과

- 본 시험 전․ 후 및 시험 중 이상없이 정상동작함(시험성적서 참조)

그림 34. ESD Test

8. Live Demo Test

본 기술지원에 의해 개발된 ESC Power Supply는 현재 (주)맥시스의 Brand 장비인

MAXIS ICP Etcher에 실제로 적용하여, 고객사(U사) MEMS FAB의 MEMS Probe

Chip제조공정에서 Live Demo 중이다. 그림 25는 MAXIS에 장착되어 적용중인

ESC Power Supply의 사진이다.

그림 35. ESC Power Supply System 적용

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제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도

현재 ESC Power Supply 시장의 대부분을 잠식하고 있는 C사의 제품과 기술지원

개발 제품을 표 5에 비교하였다. 표 5를 참조하면, 제품의 성능과 가격, 납기, A/S

등 다양한 측면에서 (주)맥시스의 제품이 상당히 우수한 것을 알 수 있다.

표 5. 경쟁사 비교

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그림 36. 기대효과

제 5 장 기술지원결과의 활용계획

○ 예상활용 분야

반도체, LCD장비, 의료용 X-Ray전원 등 고전압ㆍ저전류가 요구되는 전원

○ 예상수요고객

IPS, 주성엔지니어링, 소슬, 코닉시스템, ADP Eng, 엔트로피, 삼성 메카, 파웰 등

○ 사업화 계획

- 개발기간: 2007년 07월 〜 2008년 06월- 기존의 RF 영업채널 이용 및 신규채널 확보 시 선진제품 가격대비 30%의 가격

경쟁력과 실시간 대응이 가능한 A/S 및 기술제공에 대한 장점 등을 부각시킴

- 2008년 국내시장의 인지도를 확립하고, 2009년 해외시장 진출

- RF Team에서 영업/ 마케팅 및 A/S실시, 개발부에서 기술지원 및 Upgrade지원

- 주성엔지니어링/소슬: Live Demo Test 완료

ADP Eng: 공급

- 해외 영업/ 마케팅 개시(2009년 3Q)

일본, 중국, 미국, 동남아시아 등 장비제조 메이커 공략

- 양산체재(인력, 조직) 확립(2010년 3Q)

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○ 추가연구

- 단일 입력 다수 출력이 가능한 전원장치 개발

○ 기대성과

- 2008년 시장진입 목표

- 2009년 해외시장 진출목표

- 2010년 국내시장 점유율 80% 목표

표 6. 매출계획

제 6 장 참고문헌

1. 이준우, “반보체/디스플레이 장치용정전척”, 한국과학기술정보연구원 기술시장

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2. 정광진, “센서 재료, 제조공정 및 기타 실리콘 웨이퍼 공정용 알루미나 정전척의

제작과 특성에 관한 연구”, 센서학회지 제8권 제6호, 1999. 11., pp. 481 ~ 486

3. 최재석, “쿨통 타입 정전척의 유한 요소해석”, 대한 기계학회 춘추학술대회 대한

기계학회 창립 60주년 기념 춘계학술대회 강연 및 논문 초록집, 2005. 5, pp.

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4. 최재석, “존슨-라벡 타입 정전척의 물리적 모델링 및 특성 파악”, 한국자동차공

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5. J. van Elp, ‘Low—thermal expansion electrostatic chuck materials and

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6. G. Kalkowski, “Electrostatic chucks for lithography applications”,

Microelectronic Engineering, Volumes 57-58, September 2001, Pages219-222

7. Edward Kapuscik, “Self-Induced Electrostatic Fields”, Foundations of

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8. N.J. RIVETTE, “A NOTE ON THE ELECTROSTATIC FORCE AND TORQUE

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Engineering Science, Vol.51, No. 23, pp. 5205-5211, 1996

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