KR101110683B1 - 정전척 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

정전척 및 이의 제조 방법이 개시된다. 정전척은 만곡진 외주부를 갖는 다수의 홀들이 형성된 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트 상에 배치되고, 상기 홀과 연통되는 개구부를 가지며, 상기 개구부의 외주부는 상기 홀의 만곡진 외주부 상에 밀착되도록 만곡진 형상을 갖는 패턴 필름을 포함한다. 또한, 상기 패턴 필름은 정전력을 발생시키는 전극을 포함할 수 있다.

Description

정전척 및 이의 제조 방법{Electrostatic Chuck and A Method of Manufacturing the same}
도 1은 종래의 정전척을 제조하는 방법을 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 정전척의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정전척을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 패턴 필름을 접착시키는 단계를 나타내는 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 알루미늄 바디 11 : 접착 필름
12 : 정전 흡착 시트 13, 150 : 히터
20 : 지그 30 : 완충제
100 : 제1 챔버 15, 101 : 홀
110 : 베이스 플레이트 111 : 지지대
120 : 진공 펌프 120 : 제1 밸브
130 : 제2 밸브 140 : 압축기
200 : 패턴 필름 210 : 접착 필름
220 : 절연 필름 300 : 가압판
400 : 제2 챔버 500 : 리프트 핀
본 발명은 정전척 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전척의 형상에 따라 완전 접착되는 필름을 포함하는 정전척 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 웨이퍼 상에 전기 소자들을 포함하는 전기적인 회로를 형성하는 공정을 통해 제조된다. 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, CVD 장치나 에칭 장치에서 웨이퍼를 정확한 위치에 고정시키기 위하여 정전척이 이용되고 있다. 또한, 최근 디스플레이 산업의 발전에 따라 평판표시장치의 유리 기판과 같은 대상물을 고정하기 위하여 정전척이 이용되고 있다.
정전척은 그 표면에 놓여있는 도체 또는 반도체로 이루어진 피처리 기판 사이에서 전위차에 의해 발생되는 유전분극 현상과 정전기력이 발생되는 기본원리를 이용하여 피처리 기판에 대하여 척킹(chucking) 또는 디척킹(dechucking)을 수행한다.
일반적으로, 정전척은 알루미늄 바디와 피처리 기판 사이에 배치된 정전 흡착 시트를 포함한다. 상기 알루미늄 바디는 고주파 전압을 인가하기 위한 도전체로 이루어지고, 상기 정전 흡착 시트는, 예를 들면, 절연층으로서의 2장의 폴리이미드 시트 및 상기 시트들 사이에 개재된 도전성 시트를 포함하며, 유연성을 갖고 있다.
도 1은 종래의 정전척을 제조하는 방법을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 정전척의 알루미늄 바디(10)는 완충제(30)에 의해 고정되어 배치되고, 상기 알루미늄 바디(10) 상에 정확한 위치 선정을 하여 정전 흡착 시트(12)를 배치시킨다. 상기 알루미늄 바디(10)와 상기 정전 흡착 시트(12) 사이에는 접착 필름(11)이 개재된다. 상기 정전 흡착 시트(12) 상에 지그(20)를 배치하고, 유압 실린더(도시되지 않음)를 이동하여 상기 접착 필름(11)을 가압하여 완전히 알루미늄 바디(10)에 밀착되도록 한 후 히터(13)에 전기를 인가하여 상기 접착 필름(11)을 가열시킨다. 상기 접착 필름(11)이 완전히 경화된 상태에서 상기 유압 실린더의 압력을 제거한다.
도 2는 종래의 정전척의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 알루미늄 바디(10)에는 리프트 핀 홀 또는 헬륨 등의 냉각 가스를 위한 홀(15)이 형성되어 있고, 상기 정전 흡착 시트(12)에는 상기 홀(15)에 연통되는 개구부가 형성되어 있다. 상기 홀(15)의 외주부는 만곡되어 형성되어 있으며, 도 2의 A 부분을 살펴보면, 상기 홀(15)의 외주부 상에 접착된 정전 흡착 시트(12)의 개구부가 들떠 있게 되는 문제점이 발생된다.
따라서, 상기 홀(15)을 통해 리프트 핀이 상하 이동을 하거나 헬륨 등의 냉각 가스가 공급될 때, 상기 알루미늄 바디(10)의 홀 주변에 완전히 접착하지 않은 상기 정전 흡착 시트(12)의 일부가 들뜨게 되어 손상을 입게 되고, 이에 따라 정전 척의 파손 및 수명 저하 등의 문제가 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 정전척에 형성된 홀의 형상에 따라 접착된 필름을 포함하는 정전척을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 정전척의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 정전척은 만곡진 외주부를 갖는 다수의 홀들이 형성된 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트 상에 배치되고, 상기 홀과 연통되는 개구부를 가지며, 상기 개구부의 외주부는 상기 홀의 만곡진 외주부 상에 밀착되도록 만곡진 형상을 갖는 패턴 필름을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 패턴 필름은 정전력을 발생시키는 전극을 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 정전척의 제조 방법은 다수의 홀들을 갖는 베이스 플레이트 상에 상기 홀과 대응되는 개구부를 갖는 패턴 필름을 배치시키는 단계, 상기 홀과 상기 개구부 내에 진공을 형성하는 단계 및 상기 패턴 필름을 가압하여 상기 베이스 플레이트에 상기 패턴 필름을 접착시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 패턴 필름을 접착시키는 단계는 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)을 포함하는 가스 또는 압축 공기를 상기 패턴 필름 상으로 공급하여 상기 패턴 필름을 가압시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 홀과 상기 개구부 내에 진공을 형성하는 단계는 상기 패턴 필름 상에 가압판을 배치시키는 단계를 더 포함하고, 상기 패턴 필름을 접착시키는 단계는 상기 가압판 상으로 가스 또는 압축 공기를 공급하여 상기 패턴 필름을 가압시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 정전척의 제조 방법은 상기 패턴 필름을 일정 온도로 유지하기 위하여 상기 패턴 필름을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 패턴 필름은 에폭시계, 아크릴계, 페놀계 등을 포함하는 열경화성 접착 필름을 포함할 수 있다. 또한, 상기 베이스 플레이트는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 정전척의 제조 방법에 따르면, 압력 차이를 이용하여 패턴 필름을 가압하여 접착함으로써 베이스 플레이트의 형상과 관계없이 필름을 접착할 수 있다. 특히, 베이스 플레이트의 만곡부에 가압판이 일부 삽입되어 만곡부 형상에 따라 패턴 필름을 가압함으로써 베이스 플레이트의 만곡부에 패턴 필름을 완전히 접착시킬 수 있다.
이에 따라, 정전척에 형성된 홀을 통해 리프트 핀 또는 냉각 가스에 의해 홀의 외주부 상에 필름이 들뜨는 현상이 방지되어 정전척의 파손을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하 게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 리세스, 패드, 패턴들 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들이 "제1" 및/또는 "제2"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1" 및/또는 "제2"는 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정전척을 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정전척은 베이스 플레이트(110) 및 패턴 필름(200)을 포함한다. 상기 베이스 플레이트(110)에는 만곡진 외주부를 갖는 다수의 홀들(101)이 형성된다. 상기 패턴 필름(200)은 상기 베이스 플레이트(110) 상에 접착되어 배치된다.
상기 패턴 필름(200)은 상기 홀(101)과 연통되는 개구부를 가지며, 상기 개구부의 외주부는 상기 홀(101)의 만곡진 외주부 상에 밀착되어 만곡된 형상을 갖는다. 상기 패턴 필름(200)은 접착 필름(210)과 절연 필름(220)을 포함한다.
상기 접착 필름(210)은 상기 절연 필름(220) 및 상기 베이스 플레이트(110)에 대해서 접합강도가 충분히 높고, 유연성도 우수한 것이 바람직하다. 상기 접착 필름(210)은 상기 베이스 플레이트(110)와 상기 절연 필름(220)의 열팽창 계수를 고려하여 점성 및 유전상수 및 체적 비저항, 열전도도 등을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 접착 필름(210)은 에폭시계, 아크릴계, 페놀계 등을 포함하는 열경화성 필름을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연 필름(210)은 절연층으로서의 2장의 폴리이미드 시트 및 상기 시트들 사이에 개재된 도전성 시트를 포함할 수 있다. 도면에 도시되지 않았지만, 상기 절연 필름(210)은 제1 유전층, 제2 유전층, 접착 필름, 및 전극을 포함할 수 있다. 상기 제1 유전층과 제2 유전층 사이에는 전극이 배치된다. 상기 제1 유전층, 상기 제2 유전층 및 상기 전극은 상기 접착 필름을 매개로 서로 접착된다.
상기 패턴 필름(200)은 내부에 정전력을 발생시키는 전극을 포함할 수 있다. 상기 전극은 정전장(electrostatic field)을 생성하기 위한 장치로서, 도전성 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 전극은 상기 정전 시트 내에 연속적으로 그리고 고루 분포되도록 배치된다. 또한, 상기 정전척에는 기판을 냉각하기 위한 가스 냉각 라인이 더 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 제조 방법을 나타내는 단면도이 다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정전척의 패턴 필름을 접착시키는 단계를 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 따른 정전척은 도 3의 실시예의 정전척과 실질적으로 동일한 구성요소를 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타낸다.
도 4를 참조하면, 다수의 홀들(101)을 갖는 베이스 플레이트(110) 상에 상기 홀(101)과 대응되는 개구부를 갖는 패턴 필름(200)을 배치시킨다. 이 후, 상기 홀(101)과 상기 개구부 내에 진공을 형성한다.
상기 패턴 필름(200)을 가압하여 상기 베이스 플레이트(110)에 상기 패턴 필름(200)을 접착시킨다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 패턴 필름(200)을 가압하는 방법은 상기 홀(101)과 상기 개구부 내에 진공을 형성하고 주위와의 압력 차이를 이용하거나 상기 패턴 필름(200) 상에 가압판(300)을 배치하여 가압할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 챔버(100)내의 지지대(111) 상에 베이스 플레이트(110)를 배치시킨다. 상기 베이스 플레이트(110)에는 다수의 홀들(101)이 형성되어 있다. 예를 들면, 상기 홀들(101)을 통해 리프트 핀이 상하 이동할 수 있다. 또한 상기 홀들(101)을 통해 헬륨과 같은 냉각 가스가 공급될 수 있다. 상기 베이스 플레이트(110)는 고주파 전압을 인가하기 위한 알루미늄과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 베이스 플레이트(110) 상에 패턴 필름(200)을 배치시킨다. 상기 패턴 필름(200)은 접착 필름(210)과 절연 필름(220)을 포함한다. 상기 패턴 필름(200)은 상기 홀(101)과 대응되는 개구부를 갖는다.
상기 접착 필름(210)은 상기 절연 필름(220) 및 상기 베이스 플레이트(110)에 대해서 접합강도가 충분히 높고, 유연성도 우수한 것이 바람직하다. 상기 접착 필름(210)은 상기 베이스 플레이트(110)와 상기 절연 필름(220)의 열팽창 계수를 고려하여 점성 및 유전상수 및 체적 비저항, 열전도도 등을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 접착 필름(210)은 에폭시계, 아크릴계, 페놀계 등을 포함하는 열경화성 필름을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연 필름(210)은 절연층으로서의 2장의 폴리이미드 시트 및 상기 시트들 사이에 개재된 도전성 시트를 포함할 수 있다. 도면에 도시되지 않았지만, 상기 절연 필름(210)은 제1 유전층, 제2 유전층, 접착 필름, 및 전극을 포함할 수 있다. 상기 제1 유전층과 제2 유전층 사이에는 전극이 배치된다. 상기 제1 유전층, 상기 제2 유전층 및 상기 전극은 상기 접착 필름을 매개로 서로 접착된다.
상기 제1 및 제2 유전층은 고분자 물질로 이루어진다. 예를 들면, 상기 제1 유전층과 제2 유전층은 폴리에스테르(polyester) 또는 폴리이미드(polyimide)와 같은 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 유전층과 제2 유전층의 두께는 각기 25 내지 200㎛의 범위에서 선택될 수 있다. 이 경우, 충분한 정전기력을 얻기 위하여 상기 전극에 1000V 이상의 전압을 인가할 수 있다.
상기 제1 유전층과 제2 유전층의 두께를 최소 25㎛로 할 경우, 제1 유전층과 제2 유전층의 200V/m 이상의 파괴 강도를 갖는 고분자 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 반대의 경우, 200V/m 이상의 파괴 강도를 갖는 고분자 물질을 유전체 로 사용할 때는 제1 유전층과 제2 유전층의 두께를 최소 25㎛로 하는 것이 바람직하다. 한편, 유전체 층의 두께가 200㎛을 초과하는 경우에는 적정한 정전력을 얻지 못할 수 있어, 유전체 층의 두께를 200㎛을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 제1 유전층과 제2 유전층은 실질적으로 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 제1 유전층과 제2 유전층의 사이에는 전극이 배치된다. 상기 전극은 정전장(electrostatic field)을 생성하기 위한 장치로서, 도전성 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 전극은 상기 정전 시트 내에 연속적으로 그리고 고루 분포되도록 배치된다. 또한, 상기 전극은 메쉬(mesh)나 평판 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 상기 접착 필름은 일반적으로 유전층들을 접합하기 위한 접착 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 챔버(100)는 진공 펌프(120)와 연결되고 제1 밸브(121)에 의해 제어된다. 상기 제1 챔버(100)는 제2 챔버(400)내에 배치되고, 상기 제2 챔버(400)는 압축기(140)와 연결되고, 제2 밸브(130)에 의해 제어된다. 상기 제1 챔버(100)의 상부에는 가압판(300)이 배치되고, 상기 가압판(300)에 의해 제1 챔버(100)는 밀폐된다. 또한, 상기 가압판(300)은 상기 패턴 필름(200)의 상부에 배치된다. 상기 가압판(300)은 상기 패턴 필름(200)을 균일하게 가압할 수 있도록 폴리비닐 등으로 이루어진 얇은 막으로 형성될 수 있다.
상기 패턴 필름(200)을 상기 베이스 플레이트(110) 상에 배치시킨 후, 상기 가압판(300)으로 상기 제1 챔버(100)를 밀폐시킨다. 상기 진공 펌프(120)에 의해 상기 제1 챔버(100)를 진공 상태로 형성시킨다. 이 때, 상기 베이스 플레이트(110) 의 홀(101) 및 상기 패턴 필름(200)의 개구부 내에 진공이 형성된다.
상기 압축기(140)는 상기 제2 챔버(400)내로 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체를 공급하거나 압축 공기를 공급하여 제1 챔버(100)와 제2 챔버(400) 간의 압력 차이를 발생시킨다. 상기와 같은 압력 차이에 의해 상기 가압판(300)은 상기 패턴 필름(200)을 가압하여 상기 베이스 플레이트(110)에 상기 패턴 필름(200)을 접착시킨다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 베이스 플레이트(110)의 홀(101)의 외주부는 만곡된 형상을 갖는다. 상기 제2 챔버에 공급된 기체의 압력에 의하여 연성을 갖는 상기 가압판(300)은 상기 패턴 필름(200)을 가압한다. 이 때, 상기 가압판(300)의 일부분은 상기 홀(101)의 형상에 따라 홀의 내부로 만입되어 상기 패턴 필름(200)을 가압하게 되고, 상기 홀(101)의 외주부 상에 상기 패턴 필름(200)의 개구부의 외주부는 만곡된 형상을 갖고 접착되게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 패턴 필름(200)이 상기 베이스 플레이트(110)에 접착될 때, 상기 패턴 필름(200)을 일정 온도로 유지하기 위하여 상기 패턴 필름(200)은 히터(150)에 의해 가열될 수 있다.
상기 접착 필름(210)에 열과 압력을 가하게 되면, 상기 접착 필름(210)이 늘어나고, 상기 홀(101)의 만곡된 부분을 채우면서 접착하게 된다. 또한, 열을 가하게 되면 폴리비닐 등을 포함하는 상기 가압판(300)은 자연스럽게 늘어나 상기 홀(101)의 개구부를 채우면서 상기 접착 필름(210)을 가압하게 된다. 또한, 상기 접착 필름(210)과 상기 베이스 플레이트(110)간에 발생되는 잔류 기포의 제거도 용 이하게 된다. 이리하여, 상기 홀(101)의 외주부 상에 상기 패턴 필름(200)의 들뜸 현상이 방지된다.
상기 접착 필름(210)이 접착되었을 때, 온도와 시간 등을 제어할 수 있다. 예를 들면, 약 100℃에서 약 30분을 유지한 후 냉각하여 상온에서 진공과 압력을 해제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척의 제조 방법에 따르면, 압력 차이를 이용하여 패턴 필름을 가압하여 접착함으로써 베이스 플레이트의 형상과 관계없이 필름을 접착할 수 있다.
이에 따라, 정전척에 형성된 홀을 통해 리프트 핀 또는 냉각 가스에 의해 홀의 외주부 상에 필름이 들뜨는 현상이 방지되어 정전척의 파손을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

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  3. 다수의 홀들을 갖는 베이스 플레이트 상에 상기 홀과 대응되는 개구부를 갖는 패턴 필름을 배치시키는 단계;
    상기 홀과 상기 개구부 내에 진공을 형성하는 단계; 및
    상기 패턴 필름을 가압하여 상기 베이스 플레이트에 상기 패턴 필름을 접착시키는 단계를 포함하는 정전척의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 패턴 필름을 접착시키는 단계는 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)을 포함하는 가스 또는 압축 공기를 상기 패턴 필름 상으로 공급하여 상기 패턴 필름을 가압시키는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 홀과 상기 개구부 내에 진공을 형성하는 단계는 상기 패턴 필름 상에 가압판을 배치시키는 단계를 더 포함하고, 상기 패턴 필름을 접착시키는 단계는 상기 가압판 상으로 가스 또는 압축 공기를 공급하여 상기 패턴 필름을 가압시키는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 패턴 필름을 접착시키는 단계는 상기 가압판의 일부가 상기 홀에 형성된 만곡부에 삽입되도록 상기 가압판을 가압시키는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가압판은 폴리비닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 패턴 필름을 일정 온도로 유지하기 위하여 상기 패턴 필름을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 패턴 필름은 에폭시계, 아크릴계, 페놀계 등을 포함하는 열경화성 접착 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조 방법.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 알루미늄을 포함하는 것을 특징 으로 하는 정전척의 제조 방법.
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