KR100864732B1 - 척 및 이의 제조방법과 척킹/디척킹 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노섬모의 반데르발스힘으로 기판 등의 작업 대상물을 긴밀하게 고정하는 척 및 이의 제조방법과 상기 척을 이용하여 기판을 고정하는 척킹 및 고정된 기판을 고정 해제하는 디척킹 방법에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은 반도체 또는 평판표시장치의 제조공정 중 기판을 고정하는 척으로서, 상기 기판에 평행하게 대면되는 플레이트 형상의 척바디와; 상기 척바디 일면에 부착되는 고분자물질 시트형태의 베이스층과; 상기 베이스층과 동일재질로 이루어지고, 상기 베이스층 일면으로부터 1~2만개/㎠의 밀도로 분기된 복수의 나노섬모를 포함하되, 상기 나노섬모 각각은 직경 300 내지 500㎛이고, 상기 척바디 일면으로부터 60 내지 80°의 각도를 나타내도록 일 방향으로 비스듬히 배열되며, 말단면은 상기 일 방향을 따라 상기 척바디 일면으로부터 40 내지 50°의 각도로 기울어져 테이퍼진 나노섬모를 이용한 척 및 이의 제조방법과 상기 척을 이용하여 기판을 고정하는 척킹 및 상기 척에 고정된 기판을 고정 해제하는 디척킹 방법을 제공한다.

Description

척 및 이의 제조방법과 척킹/디척킹 방법{chuck using nano-scale cilium, fabricating method and chucking/de-chucking method for the same}
본 발명은 척(chuck)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 또는 평판표시장치의 제조공정 중 나노섬모(nano scale cilium)의 반데르발스힘(Van der Waals' force)으로 기판(substrate)을 긴밀하게 고정하는 척 및 이의 제조방법과 상기 척을 이용하여 기판을 고정하는 척킹(chucking) 및 고정된 기판을 고정 해제하는 디척킹(dechucking) 방법에 관한 것이다.
일반적으로 척(chuck)이란 공작물의 가공 시(侍) 대상물을 고정하기 위한 고정수단을 통칭한다.
일례로, 반도체 제조공정을 비롯한 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display device : ELD) 등의 평판표시장치(Flat Panel Display device : FPD) 제조공정에는 기판(substrate, 웨이퍼(wafer)를 포함한다. 이하 동일하다.)을 대상으로 소정물질의 박막을 증착하는 박막증착(thin film deposition) 단계와, 기(旣) 증착된 박막을 포토레지스트(photoresist)로 덮어 은폐한 후 그 일부를 선택적으로 노출시키는 포토리소그라피(photo lithography) 단계와, 노출된 박막을 제거함으로써 원하는 형상으로 패터닝(patterning) 하는 식각(etching) 단계가 수차례 반복 포함되고, 그 밖에도 세정, 절단 등 여러 가지 단계가 수반된다.
그리고 이들 각각의 단계는 전용의 제조장비에서 진행되는바, 이들 제조장비 에는 기판을 안정적으로 고정하여 원활한 공정진행을 가능케 하는 척이 장착된다.
첨부된 도 1은 임의의 액정표시장치용 제조장비인 진공합착기를 나타낸 단면도로서, 주지된 것처럼 액정표시장치는 화상표시의 최소단위인 화소(pixel) 및 이를 제어하기 위한 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)와 화소전극 등이 마련된 TFT기판(2)과, 컬러구현을 위한 컬러필터(color filter) 등을 마련된 컬러필터기판(4) 사이로 액정을 개재하여 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수요소로 한다.
이때, 진공합착기는 액정이 적하된 TFT기판(2)과 컬러필터기판(4)을 대면 합착시켜 액정패널을 완성하는 공정장비로서, 액정 내의 기포발생을 억제하기 위하여 고진공 환경에서 상하로 대면 배치된 상하부챔버(10,20)를 포함하며, 이들 상하부챔버(10,20)의 대향면에는 제 1 및 제 2 척(12,14)이 각각 장착된다. 이에 따라 하부챔버(10)의 상면에는 제 1 척(12)에 의해 액정이 적하된 TFT기판(2)이 고정되고, 상부챔버(20)의 저면에는 제 2 척(14)에 의해 컬러필터 기판(4)이 고정되며, 이들 상하부챔버(10,20)의 승강에 의해 양 기판(2,4)이 대면 합착된다.
한편, 통상의 반도체 및 평판표시장치 제조장비에 사용되는 척은 기판의 고정방식에 따라 기계척(clamp chuck), 진공척(vacuum chuck), 정전척(Electrostatic Chuck : ESC)으로 나뉘어진다.
이때, 기계척은 클램프(clamp) 등의 물리적 고정장치를 이용해서 기판을 직접 고정하는 방식으로, 구조와 사용방법이 상대적으로 간단한 반면 클램프와 기판의 직접적인 접촉으로 인해 기판이 파손되거나 기판의 일부를 가려 불필요한 더미영역(dummy area)을 증가시키고, 클램프의 파지지점과 그 밖의 위치에서 고정력이 상이하여 기판이 변형되는 등의 문제점이 나타난다. 때문에 스퍼터(sputter) 등의 일부 제조장비 외에는 거의 사용되지 않는다.
또한 진공척은 진공 흡입력으로 기판을 흡착 및 고정하는 방식으로, 과거에는 널리 사용되었지만 고 진공 환경에서 진행되는 플라즈마(plasma) 공정에서는 사용이 어렵고, 진공흡착지점과 그 밖의 지점에 대한 온도 등 기판의 물리적 특성을 변화시켜 얼룩을 유발하며, 재현성(reproducibility)과 균일성(uniformity)이 떨어지는 단점이 있다.
이에 따라 현재로서는 대전(electrification)에 의한 정전기력으로 기판을 고정하는 정전척이 널리 사용되는데, 대면적 기판은 물론 고온 및 고진공의 가혹한 환경에서도 안정적으로 기판을 고정할 수 있고, 기판과 척 사이로 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 순환시켜 무접촉 고정을 할 수도 있다. 하지만, 정전척은 제조비용이 비싼 관계로 가격 경쟁력이 떨어지고, 정전기발생을 위한 별도의 전극과 전기제 어수단을 요구함에 따라 구조가 복잡하며, 기판 고정을 위한 척킹(chucking) 및 고정된 기판의 고정 해제를 위한 디척킹(dechucking) 과정에서 전기적 제어를 위한 딜레이 타임(delay time)을 요구하고 잔류 정전기에 의한 얼룩이 유발되는 한계를 보인다. 더욱이 불활성 기체를 이용한 무접촉 방식의 정전척에서는 기판과 척 사이로 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 순환시키기 위한 별도의 순환구조와 유체제어수단을 요구하므로 제조비용이 더욱 상승하고 제어방법이 까다로운 단점을 나타낸다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 일반적인 척에서 나타날 수 있는 여러 가지 단점, 예컨대, 고정력 불균일에 따른 기판의 형태변형, 직접적인 가림에 의한 더미영역 증가, 고온 및 고진공 환경에 대한 부 적응력, 기판의 물리적 특성변화에 원인한 얼룩 발생, 균일성 및 재현성의 저하, 별도의 전극 및 전기제어수단을 요구함에 따른 제조 및 제어의 어려움, 척킹 및 디척킹 시(侍) 소요되는 딜레이 타임에 의한 생산성 저하, 잔류 정전기에 의한 얼룩 등을 모두 해소할 수 있는 구체적인 방도를 제시하는데 그 목적이 있다.
구체적으로 본 발명은 고온 및 고진공의 열악한 환경에서도 안정적인 기판 고정이 가능한 것은 물론, 공정얼룩 등의 문제점을 해소할 수 있고, 간단한 구조를 채택함에 따라 복잡한 제어가 불필요하며, 저렴한 비용과 간소화된 방법으로 제조 및 사용 가능한 새로운 개념의 척 및 이의 제조방법을 제공하는 한편, 상기의 척을 이용하여 신속하고 정확하게 기판을 척킹 및 디척킹 할 수 있는 방법을 제시하여 반도체를 비롯한 평판표시장치의 제조공정을 한층 더 안정적으로 진행할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 또는 평판표시장치의 제조공정 중 기판을 고정하는 척으로서, 상기 기판에 평행하게 대면되는 플레이트 형상의 척바디와; 상기 척바디 일면에 부착되는 고분자물질 시트형태의 베이스층과; 상기 베이스층과 동일재질로 이루어지고, 상기 베이스층 일면으로부터 1~2만개/㎠의 밀도로 분기된 복수의 나노섬모를 포함하되, 상기 나노섬모 각각은 직경 300 내지 500㎛이고, 상기 척바디 일면으로부터 60 내지 80°의 각도를 나타내도록 일 방향으로 비스듬히 배열되며, 말단면은 상기 일 방향을 따라 상기 척바디 일면으로부터 40 내지 50°의 각도로 기울어져 테이퍼진 나노섬모를 이용한 척을 제공한다. 이때, 상기 베이스층 및 나노섬모는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(poly imide), PMMA(polymethylmethacrylate)을 포함하는 열가소성 고분자 플라스틱, 폴리아세틸렌(polyacetylene)을 포함하는 전도성 고분자 플라스틱, 광 경화성 고분자 수지 중 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기에 기재된 척의 제조방법으로서, 모기판을 준비한 후 일면에 액상의 상기 고분자물질을 도포하여 고분자 박막층을 형성하는 단계와; 상기 나노섬모와 대응되는 음각의 패턴홀이 마련된 스탬프를 준비한 후 상기 고분자 박 막층에 밀착 및 가압하여 상기 패턴홀 내에 상기 고분자물질을 충진시키는 단계와; 상기 스탬프의 가압상태를 유지한 채 상기 고분자물질을 경화시키는 단계와; 상기 모기판으로부터 상기 스탬프를 떼어내어 상기 모기판 상에 잔류된 상기 고분자 박막층에 의한 상기 베이스층 및 상기 패턴홀에 충진되어 경화된 상기 고분자물질에 의한 상기 나노섬모를 구현하는 단계를 포함하는 척의 제조방법을 제공하는바, 상기 액상의 상기 고분자물질이 용융된 열 가소성 수지인 경우, 상기 경화시키는 단계는 상기 고분자물질을 냉각시켜 경화하고, 상기 액상의 상기 고분자물질이 광경화성 수지인 경우, 상기 경화시키는 단계는 상기 고분자물질에 UV를 조사하여 경화하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기에 기재된 척의 제조방법으로서, 모기판을 준비한 후 일면에 광경화성 고분자 수지의 상기 고분자물질을 도포하여 고분자 박막층을 형성하는 단계와; 상기 베이스층을 위한 반투과 패턴과 상기 나노섬모를 위한 투과 또는 차단패턴이 마련된 마스크를 준비한 후 상기 마스크에 대해 상기 모기판이 60~80°경사지게 배치한 상태로 노광한 다음 현상하여 상기 베이스층 및 나노섬모를 구현하는 단계를 포함하는 척 제조방법 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기에 기재된 척의 제조방법으로서, 모 기판을 준비한 후 일면에 열가소성 플라스틱 또는 전도성 플라스틱의 상기 고분자 물질을 도포하여 고분자 박막층을 형성하는 단계와; 상기 고분자 박막층 상면에 금속박막을 적층하는 단계와; 상기 금속박막 상면에 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 마스크를 이용해서 상기 포토레지스트층을 노광 및 현상하고 1차 식각하여 상기 고분자 박막층 상면에 복수개의 원형 금속박막패턴을 형성하는 단계와; 상기 금속박막패턴이 형성된 상기 고분자층을 2차 식각하여 상기 베이스층 및 나노섬모를 구현하는 단계를 포함하는 척의 제조방법을 제공한다. 이때, 상기 2차 식각은 상기 베이스층에 대해 60~80°경사지게 이방성 식각되는 ECR 또는 RIE인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 모재판은 상기 척바디인 것을 특징으로 하고, 반면 상기 베이스층 및 나노섬모를 구현하는 단계 이후, 상기 모기판으로부터 상기 베이스층 및 나노섬모를 함께 분리한 다음 상기 베이스층을 상기 척바디 일면에 부착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명은 상기에 기재된 척의 척킹 방법으로서, 상기 척바디가 상기 기판과 평행을 유지한 채 상기 일 방향의 반대방향을 향해 40~80°각도로 비스듬히 근접되어 상기 나노섬모의 말단면이 상기 기판에 밀착되는 단계를 포함하는 척의 척킹방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기에 기재된 척의 디척킹 방법으로서, 상기 일 방향의 반대방향을 향해 상기 척바디와 평행하게 상기 기판을 수평 이동시켜 상기 나노섬모의 말단면에 밀착된 상기 기판을 탈착시키거나, 열 또는 외력으로 상기 척바디의 형태를 변형시켜 상기 나노섬모의 말단면에 밀착된 상기 기판을 탈착시키거나, 상기 나노섬모에 전류를 인가하여 상기 나노섬모의 말단면에 밀착된 상기 기판을 탈착시키는 단계를 포함하는 척의 디척킹 방법을 제공한다.
이상에서 살펴본 것처럼 본 발명에 따른 나노섬모를 이용한 척은 종래의 척에서 나타나는 각종 문제점을 모두 해소한다.
즉, 본 발명에 따른 나노섬모를 이용한 척은 기판의 전면적에 걸쳐 고른 고정력을 발휘하므로 고정력 불균일에 따른 기판변형을 해결할 수 있는 것은 물론, 기판을 전혀 가리지 않아 더미영역 증가를 미연에 방지할 수 있고, 진공 또는 정전기 등을 이용하지 않으므로 공정얼룩과 딜레이타임을 대폭 감소시킬 수 있는 잇점이 있다. 아울러 본 발명에 따른 나노섬모를 이용한 정전척은 고온 및 고 진공의 열악한 환경에서도 안정적인 기판고정이 가능하며, 간단한 구조를 채택함에 따라 복잡한 제어가 불필요한 잇점이 있다.
더불어 본 발명에서 제공하는 척의 제조방법에 따르면 특히 저렴한 비용으로 제조가 가능한 잇점이 있다.
또한 본 발명은 상기의 척을 이용한 신속하고 정확한 척킹 및 디척킹 방법을 개시하는바, 반도체를 비롯한 평판표시장치의 모든 제조공정에서 보다 안정적인 공정진행을 가능케 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 살펴본다.
본격적인 설명 이전에 본 발명의 기술적 원리를 간단히 살펴보면, 본 발명에 따른 척은 반데르발스힘(Van der Waals' force)에 의한 인력으로 기판을 고정한다.
이때, 반데르발스힘이란 분자 간 작용하는 힘을 의미하는데, 네덜란드의 물 리학자 반데르발스는 아래의 <식 1> 이상기체방정식을 보정한 <식 2>의 상태방정식을 통해 분자 상호 간의 힘 a의 존재를 밝힌바 있다. 이러한 반데르발스 힘은 양자역학적 관점에서 보면 이론물리학자 F. 던런이 말한 것처럼 '모든 원자·분자 간에 작용하는 정전기적 상호작용'으로 정의될 수 있고, 반데르발스 힘에 의한 인력은 쌍극자모멘트를 가진 화합물 간의 정전인력(靜電引力), 쌍극자모멘트를 가진 화합물이 다른 화합물을 편극시켜 나타나는 유발효과에 따른 인력, 전자주게(electron donor)와 전자받개(electron acceptor)에 의한 두 분자 간의 전하이동력 등이 원인으로 밝혀져 있다.
<식 1>
Figure 112007093459102-pat00001
;(R : 기체상수, p : 기체의 압력, V : 부피, T : 절대온도)
<식 2>
Figure 112007093459102-pat00002
; (a,b : 기체의 종류에 따른 상수)
한편, 자연상태에서 반데르발스힘에 의한 인력을 응용하는 사례로는 도마뱀붙이(gecko)를 꼽을 수 있는데, 도마뱀붙이은 발바닥의 부착력만으로 수십~수백g에 달하는 몸체를 벽이나 천정면에 자유로이 부착시켜 이동한다. 이에 따라 도마뱀붙이가 벽이나 천정면에 발바닥을 자유로이 탈부착시키면서 이동할 수 있는 과학적 매커니즘을 밝히려는 시도가 뒤따랐고, 그 원인은 도마뱀붙이의 발바닥에 존재하는 독특한 형태의 나노섬모에 의한 반데르발스의 힘, 다시 말해 반데르발스 인력과 방향성 점착력(directional adhesive)에 의한 것임이 밝혀졌다.
즉, 첨부된 도 2는 도마뱀붙이의 발바닥을 확대해서 나타낸 사진으로서, 도마뱀붙이의 발바닥에는 일정각도를 유지하는 수백만 개의 강모(setae)가 존재하고, 각각의 강모에는 압설기 형태를 나타내는 수십 만개의 나노섬모(S)가 존재한다. 이에 따라 나노섬모(S)의 말단면은 벽이나 천정면에 대해 반데르발스 인력을 발휘하고, 도마뱀붙이는 나노섬모(S)와 벽 또는 천정면 사이의 반데르발스 인력을 이용하여 수직의 벽이나 수평의 천정면에 붙을 수 있다. 실제 도마뱀붙이의 나노섬모(S)에 의한 부착력은 10~200
Figure 112007093459102-pat00003
에 달한다.
또한 도마뱀붙이가 벽이나 천정면에 발바닥을 자유로이 탈부착시켜 이동할 수 있는 이유는 나노섬모(S)의 방향성 점착력에 의한 것으로, 나노섬모 및 이의 말단면은 벽 및 천정면에 대해 소정각도로 기울어져 있다. 때문에 특정방향에 대해 매우 강한 점착력을 보이는 반면 또 다른 특정방향에서는 0에 가까운 점착력을 보인다. 이에 따라 도마뱀붙이는 나노섬모(S)의 탈부착 각도에 따른 점착력 차이를 제어하여 수직의 벽 및 수평의 천정면을 따라 자유로이 이동한다.
상기의 자연법칙을 응용하여 본 발명은 나노섬모의 반데르발스 인력으로 기판을 긴밀하게 고정하는 척을 제공하며, 첨부된 도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 척의 평면도와 확대단면도이다.
보이는 것처럼 본 발명에 따른 척은 척바디(chuck body : 50) 및 이의 일면에 마련된 나노섬모부(60)를 포함한다.
이때, 척바디(50)는 반도체 및 평판표시장치용 제조장비에 장착되는 부분으로 알루미늄(Al) 등의 금속재질, 유리(glass) 또는 쿼츠(quartz) 등의 절연재질, 전도성 또는 비전도성 고분자 재질의 플레이트(plate) 형태를 나타내며, 필요하다면 평판표시장치용 공정장비에 창착되기 위한 스크류홀(B)이 관통될 수 있다. 그리 고 척바디(50)의 두께는 부착대상물에 따라 적절히 조절될 수 있지만 그 면적은 부착 대상물, 다시 말해 기판의 면적과 같거나 큰 것이 바람직하며, 도면에는 임의로 평판표시장치용 제조장비에 사용되는 경우를 전제로 직사각형 형태로 나타나 있지만, 반도체의 제조장비에 사용되는 경우에는 원형의 형태를 나타낼 수도 있다.
다음으로 나노섬모부(60)는 척바디(50)의 외면에 부착되어 기판에 직접적으로 접촉되는 부분으로서, 척바디(50)의 일면에 부착된 시트 형태의 베이스층(62) 및 이로부터 분기된 복수의 나노섬모(70)를 포함한다.
이때, 베이스층(62)은 척바디(50)에 나노섬모(70)를 고정시키기 위한 매개(媒介)의 역할을 하며, 두께는 목적에 따라 자유로울 수 있지만 나노섬모(70)와 동일재질로 동일공정에서 구현되고, 별도의 접착제 등으로 척바디(50)에 부착된다.
또한 나노섬모(70)는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(poly imide), PMMA(polymethylmethacrylate)을 포함하는 열가소성 고분자 플라스틱, 폴리아세틸렌(polyacetylene)을 포함하는 전도성 고분자 플라스틱, 광 경화성 고분자 수지 중 하나로 이루어져 일정 정도의 탄성을 나타내며, 그 길이는 적절하게 조절될 수 있지만 직경(a)은 300 내지 500㎛, 바람직하게는 380㎛를 나타낸다. 또한 각각의 나노섬모(70)는 척바디(50)로부터 일정경사를 이루도록 비스듬하게 배열되는데, 바람직하게는 척바디(50)로부터 예각의 각도(b)가 약 60 내지 80°, 바람직하게는 70°를 유지하도록 일 방향으로 비스듬히 배열되고, 각각의 말단면은 나노섬모(70)의 경사방향을 따라 척바디(50)로부터 예각의 각도(c)가 약 40 내지 50°, 바람직하게는 45°를 유지하도록 기울어진 테이퍼(taper) 형상을 띤다. 그리고 이러한 나노섬 모(70)는 척바디(50)의 전면에 걸쳐 1~2만개/㎠의 밀도를 이룬다.
그 결과 본 발명에 따른 척의 나노섬모(70)는 기판에 대해 반데르발스 인력을 발휘하는 동시에 방향성 점착성을 나타낸다.
즉, 본 발명에 따른 척의 나노섬모(70)는 도마뱀붙이의 그것과 마찬가지로 나노 크기의 섬모구조를 나타내므로 말단면이 기판에 부착되면 반데르발스 인력을 발휘하는 동시에, 나노섬모(70)의 기울임 및 말단면의 테이퍼 형상에 의한 방향성 점착력을 보여 특정방향으로는 기판에 긴밀하게 부착되지만 또 다른 특정방향에서 가해지는 힘에 의해서는 기판으로부터 손쉽게 탈착된다.
본 발명에 따른 척을 이용한 기판의 척킹/디척킹 방법을 살펴본다.
첨부된 도 4는 본 발명에 따른 척의 척킹방법을 나타낸 모식도로서, 본 발명에 따른 척이 기판(100)에 근접하면 나노섬모(70)의 말단면이 기판(100) 표면에 밀착되고, 나노섬모(70) 및 기판(100) 사이의 반데르반스 인력에 의해 기판(100)이 고정된다.
이때, 본 발명에 따른 척은 나노섬모(70) 및 그 말단면의 기울임에 반대방향으로 기판(100)에 근접하는 것이 바람직한데, 특히 척바디(50)는 기판(100)과 평행을 유지한 채 나노섬모(70) 및 그 말단면의 기울임 반대방향, 즉 척바디(50)에 대한 예각의 각도(d)가 40~80°, 바람직하게는 45~70°의 각도를 유지하도록 기판(100)에 근접된 후, 나노섬모(70)의 말단면이 기판(100)에 밀착되면 수직이동 한다. 참고로, 앞서 수치에 따를 경우에 본 발명에 따른 척의 부착력은 10㎠ 면적에서 2gfs/㎠ 이상을 나타내고, 고온 및 고진공환경에서 500회 이상의 반복부착이 가 능한바, 통상의 액정표시장치의 제조장비 중 진공합착기에 내장된 정전척의 흡착력이 2gfs/㎠인 것을 감안하면 기판(100)을 충분히 안정적으로 고정할 수 있다.
이어서, 첨부된 도 5, 도 6a 및 도 6b, 도 7은 각각 본 발명에 따른 척의 디척킹 방법을 나타낸 모식도로서, 세 가지 방식을 서로 다른 방식을 나타낸다. 이하, 편의상 제 1 내지 제 3 디척킹 방법으로 구분하여 살펴본다.
먼저, 도 5는 본 발명에 따른 척의 제 1 디척킹 방법을 설명하기 위한 모식도로서, 척바디(50) 일면에 고정된 베이스층(62) 및 이로부터 분기된 나노섬모(70)를 확인할 수 있고, 나노섬모(70) 말단면에 기판(100)이 부착되어 있다.
이때, 본 발명에 따른 척의 제 1 디척킹 방법은 나노섬모(70)의 방향성 점착성을 응용, 척바디(50)에 나란하게 배치된 기판(200)의 일 가장자리를 리프트핀(lift pin : 102) 등으로 수평 이동시켜 디척킹한다. 이 경우, 리프트핀(102)이 기판(100)을 미는 방향은 나노섬모(70) 및 말단면의 기울임에 대해 반대되는 수평방향이며, 이로써 나노섬모(70)의 말단면은 척바디(50)에 가장 가까운 일 가장자리로부터 탈착된다. 즉, 도면에 의거, 나노섬모(70)의 말단면이 좌에서 우로 갈수록 점차 날카로워지도록 테이퍼진 것으로 가정하면, 디척킹을 위해 리프트핀(102)이 기판(100)을 미는 방향은 우에서 좌, 다시 말해 나노섬모(70) 및 말단면(72)의 경사방향과 반대인 수평방향이 된다. 그리고 이를 위한 리프트핀(102)은 반도체 또는 평판표시장치 제조장비에 기판(100)을 얼라인(aligne) 시키기 위해 기(旣) 장착되거나 별도로 마련된 것일 수 있다.
다음으로 도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 척의 제 2 디척킹 방법을 나타낸 모식도로서, 척바디(50)에 외력 또는 열을 가해 형태를 변형시키고, 이로써 기판(100)은 나노섬모(70)로부터 탈착된다. 이 경우 척바디(50)는 외력이나 열에 의해 비교적 용이하게 형태가 변형되는 전도성 또는 비전도성 고분자 재질로 이루어질 수 있다.
다음으로 도 7은 본 발명에 따른 척의 제 3 디척킹 방법을 나타낸 모식도로서, 별도의 전류공급수단(110)을 이용해서 나노섬모(70)에 전류를 인가한다. 이로써 나노섬모(70)의 분자배열이 변형되어 반데르발스힘이 급격하게 약화되며, 기판(100)은 수월하게 탈착된다. 이때 전류가 척바디(50)를 통해 나노섬모(50)로 인가되는 경우에 척바디(50)는 알루미늄(Al) 등의 금속재질이나 전도성 고분자 재질로 이루어질 수 있고, 나노섬모(70)는 폴리아세틸렌 등의 전도성 고분자 재질로 이루어진다.
한편, 이상에서 소개한 본 발명에 따른 척의 제 1 내지 제 3 디척킹 방법을 이용하면 기판(100)의 탈부착 주기는 최대 40초 이하를 나타내며, 일반적인 정전척의 탈부착 주기인 60초와 비교하면 월등히 개선된 수치라는 것을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 나노섬모를 이용한 척의 제조방법을 살펴본다. 이때, 본 발명에 따른 나노섬모를 이용한 척의 제조방법은 크게 두 가지로 구분될 수 있고, 편의상 제 1 및 제 2 제조방법으로 구분한다.
먼저, 첨부된 도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 척의 제 1 제조방법을 순서대로 나타낸 공정단면도로서, 몰딩 스탬프(molding stamp)을 이용한 패턴전사 방식인 나노 임프린트(nano imprint) 방법에 의한다.
즉, 본 발명에 따른 척의 제 1 제조방법을 위해서는 먼저, 척바디(50)를 준비한다. 이때, 척바디(50)의 재질로는 알루미늄 등의 금속재질, 유리 또는 쿼츠 등의 절연재질, 전도성 또는 비전도성 고분자 재질 등 별다른 제한은 없지만 가급적 평탄도가 뛰어난 것이 바람직하며, 필요하다면 척바디(50)를 대신해서 유리 또는 쿼츠의 별도 모기판이 사용될 수 있다. 이어서 척바디(50)의 일면에 액상의 고분자 물질 중 광 경화성 고분자 수지(82)를 도포한다. 이때, 광경화성 고분자 수지(82)는 UV에 의해 경화되는 특징을 나타내며, 스핀 코팅(spin coating)을 통해 균일한 두께로 도포될 수 있다. (도 8a 참조)
다음으로, 나노섬모(70)와 반대되는 음각의 패턴홀(92)이 새겨진 스탬프(90)를 광 경화성 고분자 수지(82)에 밀착 및 가압시킨 상태로 UV를 조사한다. 이때, 스탬프(90)의 밀착 및 가압에 의해 척바디(50)의 일면에는 광 경화성 고분자 수지(82)의 일부가 잔류되는 한편, 패턴홀(92) 내에는 광 경화성 고분자 수지(82)의 일부가 충진되고, UV를 조사함에 따라 광 경화성 고분자 수지(82)가 경화된다. 이로써, 광 경화성 고분자 수지(82)의 잔류층에 의한 베이스층(62) 및 패턴홀(92)에 충진되어 경화된 광 경화성 고분자 수지(82)에 의한 나노섬모(70)가 구현되는바, 스탬프(90)는 UV의 투과도가 높은 용융 실리카(fused silaca) 등으로 이루어지고, 점착방지처리가 된 것이 바람직하다.(도 8b, 도 8c 참조)
다음으로, 척바디(50)로부터 스탬프(90)를 탈착시키면 척바디(50)의 일면에는 베이스층(62) 및 나노섬모(70)에 의한 나노섬모부(60)가 얻어지고, 필요에 따라 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 및/또는 RIE(Reactive Ion Etching) 등의 이방 성 식각을 추가로 진행하여 본 발명에 따른 척을 완성할 수 있다. 한편, 상기의 과정 중에 필요하다면 스탬프(90)를 반복 사용하는 이른바, 스텝-앤-리피트(step-and-repeat) 방법을 통해 생산성을 향상시킬 수 있고, 별도의 모기판에 베이스층(62) 및 나노섬모(70)를 구현한 경우에는 해당 모기판으로부터 베이스층(62) 및 나노섬모(70)를 함께 떼어낸 후 척바디(50)에 부착하는 단계가 후속될 수 있다.
또한, 첨부된 도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 척의 제 1 제조방법의 변형예를 나타낸 것으로, 앞서와 중복된 부분에 대해서는 설명을 생략하는 대신 차이점만을 주로 살펴본다. 이때, 제 1 제조방법의 변형예는 광경화성 고분자 수지를 대신해서 폴리우레탄, 폴리이미드, PMMA를 포함하는 열가소성 고분자 플라스틱을 사용하고, UV가 아닌 열을 이용하여 열가소성 고분자 플라스틱을 경화시키는 점에서 차이가 있다.
먼저, 척바디(50) 또는 별도의 모기판 일면에 열가소성 고분자 플라스틱(84)을 도포한다. 이때, 열 가소성 고분자 플라스틱(84)은 용융된 상태이며, 스핀코팅을 통해 균일한 두께로 도포될 수 있다.(도 9a 참조)
다음으로, 나노섬모(70)와 반대되는 음각의 패턴홀(92)이 새겨진 스탬프(90)를 열가소성 고분자 플라스틱(84)에 밀착 및 가압시킨 상태로 냉각한다. 이때, 스탬프(90)의 밀착 및 가압에 의해 척바디(50)의 일면에는 열 가소성 고분자 플라스틱(84)의 일부가 잔류되는 한편, 스탬프(90)의 패턴홀(92) 내에는 열 가소성 고분자 플라스틱(84)의 일부가 충진되고, 냉각에 따라 열 가소성 고분자 플라스틱(84)이 경화된다. 이로써, 열가소성 고분자 플라스틱(84)의 잔류층에 의한 베이스 층(62) 및 패턴홀(92)에 충진되어 경화된 열가소성 고분자 플라스틱(84)에 의한 나노섬모(70)가 구현되는바, 스탬프(90)는 점착방지처리가 될 수 있지만 투과도는 고려대상이 아니다.(도 9b, 도 9c 참조)
다음으로, 척바디(50)로부터 스탬프(90)를 탈착시키면 척바디(50)의 일면에는 베이스층(62) 및 나노섬모(70)에 의한 나노섬모부(60)가 얻어지고, 필요에 따라 ECR 및/또는 RIE 등의 이방성 식각을 추가로 진행하여 본 발명에 따른 척을 완성할 수 있다.(도 9d 참조)
한편, 본 발명에 따른 척의 제 1 제조방법 및 이의 변형예에 있어서 스탬프(90)를 밀착 및 가압하는 단계는 진공환경에서 진행될 수 있고, 이후 진공을 해제함으로써 스탬프(90)의 패턴홀(92) 내에 광 경화성 고분자 수지 또는 열 가소성 고분자 플라스틱을 보다 효과적으로 충진시킬 수 있다.
계속해서, 첨부된 도 10a 내지 도 10d는 본 발명에 따른 척의 제 2 제조방법을 순서대로 나타낸 공정 모식도로서, 이는 박막증착 및 포토리스그라피와 식각공정을 이용한 사진식각방법에 의한다.
먼저, 척바디(50) 또는 모기판을 준비한 후 일면에 열 가소성 고분자 플라스틱 또는 전도성 고분자 플라스틱 등의 고분자 물질을 도포하여 고분자 박막층(86)을 형성한다.(도 10a 참조)
다음으로, 고분자 박막층(86) 상부로 소정의 금속박막(94)을 적층한다. 이때 금속박막(94)은 화학기상증착, 스퍼터링을 비롯한 도금 또는 기타 공지된 방법이 사용될 수 있으며, 금속으로는 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타 늄(Ti) 등 박막증착에 용이한 종류가 사용될 수 있다.(도 10b 참조)
다음으로, 금속박막(94) 상부로 포토레지스트(photoresist)를 도포하여 소정두께의 포토레지스트층(96)을 형성한 후, 포토레지스트층(96) 상부로 마스크(200)를 대면시켜 노광 및 현상하고 1차 식각한다. 이때, 포토레지스트가 빛을 받으면 경화되는 포지티브타입(positive type)이라는 전제 하에, 마스크(200)에는 나노섬모(70)에 대응되는 원형의 투과패턴(200a)이 마련되고, 비록 도면상에 표시되지는 않았지만 베이스층(62)을 위한 반투과패턴이 마련될 수 있다. (도 10c 참조)
그리고 잔류 포토레지스트를 제거하는 스트립(strip) 등의 과정을 거치면 고분자 박막층(86) 상부로 놓여진 원형의 금속박막패턴(94a)을 얻을 수 있고, 이들 금속박막패턴(94a)은 실질적으로 나노섬모(70)의 직경 및 밀도와 동일하다. 이어서 금속박막패턴이 존재하는 고분자 박막층(86)을 2차 식각을 진행하면 도 3b와 같이 베이스층(62) 및 이로부터 분기된 나노섬모(70)를 포함하는 나노섬모부(60)를 얻을 수 있다. 이때 1차 및 2차 식각은 이방성(amisotropy) 특성을 보이는 건식식각(dry etching)이 바람직하며, 특히 2차 식각은 마이크로웨이브 파워(microwave power)와 알에프파워(RF power)를 독립적으로 조절하여 식각방향을 제어할 수 있는 ECR 및/또는 RIE 방법이 사용되는바, 나노섬모(70)는 척바디(50)로부터 60 내지 80°각도로 기울어진 형태를 나타낸다.(도 10d 참조)
아울러, 별도의 모기판에 베이스층(62) 및 나노섬모(70)를 구현한 경우에는 해당 모기판으로부터 베이스층(62) 및 나노섬모(70)를 함께 떼어낸 후 척바디(50)에 부착하는 단계가 후속될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 척의 제 2 제조방법에 있어서도 일정정도의 변형이 가능한데, 첨부된 도 10a 및 도 11b는 본 발명에 따른 척의 제 2 제조방법에 대한 변형예를 나타낸 도면으로, 앞서와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하는 대신, 차이점 만을 주로 살펴본다.
먼저, 도 11a와 같이 척바디(50) 또는 모기판을 준비한 후 일면에 광 경화성 고분자 수지(82)를 도포한다. 이때, 광경화성 고분자 수지(82)는 스핀코팅 될 수 있다.(도 11a 참조)
다음으로, 광경화성 고분자 수지(82)의 상부로 마스크(200)를 대면시켜 노광 한다. 이때, 포토레지스트가 빛을 받으면 경화되는 포지티브타입이라는 전제 하에, 마스크(200)에는 나노섬모(70)에 대응되는 원형의 투과패턴(200a) 및 베이스층(62)을 위한 반투과패턴이 마련되며, 마스크(200)는 수평을 유지하는 대신 척바디(50)는 60~80°각도로 기울어진 상태로 노광을 진행한다. 그리고 이러한 광경화성 고분자 수지(82)를 현상하면 도 3b와 같이 베이스층(62) 및 이로부터 60~80°각도로 기울어진 나노섬모(70)를 얻을 수 있다.
이후 필요하다면 ECR 및/또는 RIE 식각을 진행하여 본 발명에 따른 척을 완성한다.
한편, 이상의 설명에 있어서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 불필요한 설명은 생략하였는바, 구체적인 내용에 있어서 다소의 변형이 가능함은 당업자에게는 자명한 사실일 것이다. 즉, 포토리소그라피 공정을 이용하는 제 2 제조방법 및 이의 변형예에 있어서 마스크는 노광대상층에 직접적으로 접촉되는 접촉형(contact type)도 가능하지만, 필요에 따라 일정 정도 이격된 근접형(proximity type) 또는 프로젝션 타입(projection type)도 가능하며, 이른바 축소투영노광으로서 스탭 앤 리피트(step and repeat)나 스탭 앤 스캔(step and scan) 방식을 나타낼 수도 있다. 아울러 나노섬모의 말단면을 위한 별도의 ECR 및/또는 RIE 식각 등이 추가로 진행될 수 있음은 물론이다. 때문에 본 발명의 기술적인 사상을 만족시키는 모든 변형은 본 발명의 권리범위 내에 속한다 해야 할 것인바, 이하의 청구범위를 통해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 진공합착기의 단면모식도.
도 2는 도마뱀붙이 발바닥의 확대사진.
도 3a와 도 3b는 각각 본 발명에 따른 척의 평면도와 단면확대도.
도 4는 본 발명에 따른 척의 척킹방법에 대한 모식도.
도 5는 본 발명에 따른 척의 제 1 디척킹 방법에 대한 모식도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 척의 제 2 디척킹 방법에 대한 모식도.
도 7은 본 발명에 따른 척의 제 3 디척킹 방법에 대한 모식도.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 척의 제 1 제조방법에 대한 공정모식도.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 척의 제 1 제조방법에 대한 변형예를 나타낸 공정모식도.
도 10a 내지 10d는 본 발명에 따른 척의 제 2 제조방법에 대한 공정모식도.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 척의 제 2 제조방법에 대한 변형예를 나타낸 공정모식도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50 : 척바디 60 : 나노섬모부
62 : 베이스층 70 : 나노섬모

Claims (11)

  1. 반도체 또는 평판표시장치의 제조공정 중 기판을 고정하는 척으로서,
    상기 기판에 평행하게 대면되는 플레이트 형상의 척바디와;
    상기 척바디 일면에 부착되는 고분자물질 시트형태의 베이스층과;
    상기 베이스층과 동일재질로 이루어지고, 상기 베이스층 일면으로부터 분기된 복수의 나노섬모를 포함하되,
    상기 나노섬모 각각은 직경 300 내지 500㎛이고, 상기 척바디 일면으로부터 60 내지 80°의 각도를 나타내도록 일 방향으로 비스듬히 배열되며, 말단면은 상기 일 방향을 따라 상기 척바디 일면으로부터 40 내지 50°의 각도로 기울어져 테이퍼진 나노섬모를 이용한 척.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스층 및 나노섬모는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(poly imide), PMMA(polymethylmethacrylate)을 포함하는 열가소성 고분자 플라스틱, 폴리아세틸렌(polyacetylene)을 포함하는 전도성 고분자 플라스틱, 광 경화성 고분자 수지 중 선택된 하나로 이루어진 나노섬모를 이용한 척.
  3. 제 1항에 기재된 척의 제조방법으로서,
    모기판을 준비한 후 일면에 액상의 상기 고분자물질을 도포하여 고분자 박막층을 형성하는 단계와;
    상기 나노섬모와 대응되는 음각의 패턴홀이 마련된 스탬프를 준비한 후 상기 고분자 박막층에 밀착 및 가압하여 상기 패턴홀 내에 상기 고분자물질을 충진시키는 단계와;
    상기 스탬프의 가압상태를 유지한 채 상기 고분자물질을 경화시키는 단계와;
    상기 모기판으로부터 상기 스탬프를 떼어내어 상기 모기판 상에 잔류된 상기 고분자 박막층에 의한 상기 베이스층 및 상기 패턴홀에 충진되어 경화된 상기 고분자물질에 의한 상기 나노섬모를 구현하는 단계를 포함하는 척의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 액상의 상기 고분자물질이 용융된 열 가소성 수지인 경우, 상기 경화시키는 단계는 상기 고분자물질을 냉각시켜 경화하고, 상기 액상의 상기 고분자물질이 광경화성 수지인 경우, 상기 경화시키는 단계는 상기 고분자물질에 UV를 조사하여 경화하는 척의 제조방법.
  5. 제 1항에 기재된 척의 제조방법으로서,
    모기판을 준비한 후 일면에 광경화성 고분자 수지의 상기 고분자물질을 도포하여 고분자 박막층을 형성하는 단계와;
    상기 베이스층을 위한 반투과 패턴과 상기 나노섬모를 위한 투과 또는 차단패턴이 마련된 마스크를 준비한 후 상기 마스크에 대해 상기 모기판이 60~80°경사지게 배치한 상태로 노광한 다음 현상하여 상기 베이스층 및 나노섬모를 구현하는 단계를 포함하는 척 제조방법.
  6. 제 1항에 기재된 척의 제조방법으로서,
    모 기판을 준비한 후 일면에 열가소성 플라스틱 또는 전도성 플라스틱의 상기 고분자 물질을 도포하여 고분자 박막층을 형성하는 단계와;
    상기 고분자 박막층 상면에 금속박막을 적층하는 단계와;
    상기 금속박막 상면에 포토레지스트층을 형성하는 단계와;
    마스크를 이용해서 상기 포토레지스트층을 노광 및 현상하고 1차 식각하여 상기 고분자 박막층 상면에 복수개의 원형 금속박막패턴을 형성하는 단계와;
    상기 금속박막패턴이 형성된 상기 고분자 박막층을 2차 식각하여 상기 베이스층 및 나노섬모를 구현하는 단계를 포함하는 척의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 2차 식각은 상기 베이스층에 대해 60~80°경사지게 이방성 식각되는 ECR 또는 RIE인 척의 제조방법.
  8. 제 3항 내지 제 7항 중 어느 하나의 선택된 항에 있어서,
    상기 모기판은 상기 척바디인 척의 제조방법.
  9. 제 3항 내지 제 7항 중 어느 하나의 선택된 항에 있어서,
    상기 베이스층 및 나노섬모를 구현하는 단계 이후, 상기 모기판으로부터 상기 베이스층 및 나노섬모를 함께 분리한 다음 상기 베이스층을 상기 척바디 일면에 부착시키는 단계를 더 포함하는 척의 제조방법.
  10. 제 1항에 기재된 척의 척킹 방법으로서,
    상기 척바디가 상기 기판과 평행을 유지한 채 상기 일 방향의 반대방향을 향해 40~80°각도로 비스듬히 근접되어 상기 나노섬모의 말단면이 상기 기판에 밀착되는 단계를 포함하는 척의 척킹방법.
  11. 제 1항에 기재된 척의 디척킹 방법으로서,
    상기 일 방향의 반대방향을 향해 상기 척바디와 평행하게 상기 기판을 수평 이동시켜 상기 나노섬모의 말단면에 밀착된 상기 기판을 탈착시키거나,
    열 또는 외력으로 상기 척바디의 형태를 변형시켜 상기 나노섬모의 말단면에 밀착된 상기 기판을 탈착시키거나,
    상기 나노섬모에 전류를 인가하여 상기 나노섬모의 말단면에 밀착된 상기 기판을 탈착시키는 단계를 포함하는 척의 디척킹 방법.
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