KR101189815B1 - 대면적 정전 척 및 이의 제조방법 - Google Patents

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김원식
강기민
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Abstract

본 발명은 평판 패널 등에 사용되는 대면적의 유리 기판을 챔버내에서 안정적으로 고정시키는 대면적 정전 척 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 세라믹 소결체로 구성되는 베이스 기판과, 상기 베이스 기판의 상단에 접하며, 상기 베이스 기판보다 경도가 낮은 재질로 형성되는 본드코팅층과, 상기 본드코팅층에 상단에 접하며, 설정된 패턴을 갖도록 금속물질로 형성되는 금속전극층 및 상기 금속전극층의 상부를 덮어씌우도록 형성되는 유전층을 포함하는 대면적 정전 척을 제공한다.

Description

대면적 정전 척 및 이의 제조방법{LARGE SIZE ELECTROSTATIC CHUCK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 대면적 정전 척 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평판 패널 등에 사용되는 대면적의 유리 기판을 챔버내에서 안정적으로 고정시키는 대면적 정전 척 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도제 장치와, LCD?OLED?FPD산업 등 디스플레이 산업이 급격한 발전을 거듭하고 있다. 이러한 발전은 곧 반도체 메모리의 고집적화, 디스플레이 장치의 대면적화를 의미하고 있다. 따라서, 이들을 제조하는 장비 역시 고기능?대면적화가 요구되고 있는 실정이다.
일반적으로 정전 척(Electrostatic chuck)이란 반도체 및 디스플레이 제조 장비의 진공 챔버 내부에서 웨이퍼나 유리 패널을 일정한 위치에 고정시키기 위해 사용되는 것으로 내부에서 발생되는 정전기력에 의해 웨이퍼나 글래스를 잡아주는 역할을 하는 것이다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 사이즈가 증가하고, 디스플레이용 유리 패널의 사이즈가 증가할수록 정전 척의 크기 역시 증가할 수 밖에 없다.
이와 관련된 선행기술로는 대한민국공개특허 제 10-2003-00044499호(공개일: 2003. 6. 9. 이하 '선행기술 1'이라 함)가 있다. 선행기술 1은 정전척 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 알루미늄 기판 위에 절연성 세라믹물질을 용사코팅하여 절연층을 형성하는 것을 포함하는 정전척 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 선행기술 1과 같이 기판으로 알루미늄을 사용하고 이 상부에 세라믹 절연층을 용사코팅하는 경우에는 기판으로 사용되는 알루미늄과 코팅층으로 사용되는 세라믹층의 열팽창 계수 차이가 크기 때문에 용사 코팅을 수행할 때나 향후 정전 척으로 사용하게 되는 등의 고온 환경 하에서 상호간의 열팽창 및 수축률이 달라 기판에서 절연층이 박리될 수 있는 위험성이 있다. 따라서, 대면적 정전 척의 제조에 있어서는 이러한 기판과 절연층의 열팽창 계수에 의한 박리 현상이 더 두드러지게 될 뿐 아니라, 대면적 정전 척의 제조에 있어 가장 큰 관건인 기판의 평탄도가 저하되는 문제점이 있다. 즉, 알루미늄 층위에 세라믹 코팅층이 형성된 선행기술 1의 정전 척은 면적이 커질수록 고온 환경에서 열팽창 계수 차이에 의해 기판 평탄도가 떨어질 수 있는 가능성이 큰 문제점이 있다.
또한, 관련 선행기술로 대한민국등록특허 제 0982649호(등록일: 2010. 9. 10, 이하 '선행기술 2'라 함)가 있다. 선행기술 2는 용사 코팅 방법, 이를 이용한 정전척 제조 방법 및 정전척에 관한 것으로서, 몸체위에 용사코팅에 의하여 세라믹으로 제1 유전층 및 제2 유전층을 형성하여 정전척을 제조하는 방법에 관한 것이다. 선행기술 2역시 몸체로는 금속 재질인 알루미늄을 사용하므로 선행기술 1과 마찬가지로 몸체로 사용되는 알루미늄과 유전층으로 사용되는 세라믹층의 열팽창 계수 차이가 커서 박리가 쉽게 일어날 수 있으며, 정전 척 제조 시 기판 평탄도가 저하될 수 있으며, 평탄도의 저하에 의하여 기판을 잡는 힘, 즉 Chucking Force가 약해진다는 문제점이 있다.
또한, 관련 선행기술로 대한민국등록특허 제 0677169호(등록일: 2007. 1. 26, 이하 '선행기술 3'이라 함)가 있다. 선행기술 3은 평판 패널용 대면적 정전 척에 관한 것으로서, 전극과 세라믹층과, 정전척파워라인을 포함하여 제조되는 평판 패널용 정전척에 관한 것이다. 선행기술 3 역시 전극이 알루미늄 소재로 구성되고 전극 상면에 세라믹층이 형성되기 때문에 상술한 바와 같이 알루미늄과 세라믹층의 열팽창 계수 차이가 커서 박리가 쉽게 일어날 수 있으며, 정전 척 제조 시 기판 평탄도가 저하되고, 이에 따라 hucking Force가 약해진다는 문제점이 있다.
마지막으로, 관련 선행기술로 대한민국공개특허 제 10-2010-0064763호(공개일: 2010. 6. 15. 이하 '종래기술 4'라 함)가 있다. 선행기술 4는 기판지지대 및 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것으로서, 복수 개의 정전 척 블록들에 의해 형성된 기판지지대에 관한 것이다. 선행기술 4에 의하면 대면적 기판을 지지하기 위하여 복수 개의 정전 척을 하나의 지지면을 이루도록 배치하는 것으로서, 이와 같이 복수 개의 정척 척을 사용하여 하나의 기판을 지지하게 되면, 각각의 정전 척 마다 평탄도가 상이하므로 이를 제어하여 평탄도를 균일하게 하는 것이 매우 어렵다. 이와 같이 평탄도가 각각의 정전 척 마다 달라 전체적으로 기판을 지지하는 기판지지대에서 평탄도가 불균일하게 되면, 향후 기판을 지지하게 되는 힘이 각 부분마다 불균일하게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 대면적의 베이스 기판를 사용하면서도 베이스 기판의 평탄도가 확보될 수 있는 대면적 정전 척 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 제조되는 정전 척의 평탄도를 확보하면서도 금속 전극층과 베이스 기판의 결합력을 향상시킬 수 있는 대면적 정전 척의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 뿐만 아니라, 본 발명은 금속 전극층의 패턴을 정밀하고 용이하게 형성할 수 있는 대면적 정전 척의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 대면적 정전 척은, 세라믹 소결체로 구성되는 베이스 기판과, 상기 베이스 기판의 상단에 접하며, 상기 베이스 기판보다 경도가 낮은 재질로 형성되는 본드코팅층과, 상기 본드코팅층에 상단에 접하며, 설정된 패턴을 갖도록 금속물질로 형성되는 금속전극층 및 상기 금속전극층의 상부를 덮어씌우도록 형성되는 유전층을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 베이스 기판은 상단면의 평탄도가 20㎛ 이하일 수 있다.
상기 베이스 기판은 가로길이가 1000~2500mm이고, 세로길이가 500~1500mm일 수 있다.
상기 본드코팅층은 재질이 Y2O3일 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 대면적 정전 척 제조방법은, 세라믹을 소결하여 하나의 판으로 베이스 기판을 제조하는 단계와, 상기 제조된 베이스 기판의 상단면 평탄도를 10㎛ 이하가 되도록 연마 가공하는 단계와, 상기에서 연마 가공된 베이스 기판의 상단면에 본드코팅층을 형성하는 단계와, 상기에서 형성된 본드코팅층의 상단면에 금속전극층을 형성하는 단계와, 상기에서 형성된 금속전극층의 상단면에 유전층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연마 가공하는 단계에서, 상기 설정된 범위는 20㎛ 이하일 수 있다.
상기 본드코팅층, 금속전극층 및 유전층은 용사 코팅에 의해 형성될 수 있다.
상기 금속전극층은, 상기 본드코팅층의 상단면에 용사코팅하여 설정된 두께의 금속층을 형성한 후, 상기 금속층 중 전극으로 사용되는 패턴 부분을 남기고 상기 패턴 부분을 제외한 부분은 가공 툴로 제거하여 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 베이스 기판을 제조하는 단계에서, 상기 베이스 기판은 가로길이가 1000~2500mm이고, 세로길이가 500~1500mm 가 되도록 제조할 수 있다.
상기 본드코팅층은 Y2O3로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 대면적의 베이스 기판를 사용하면서도 베이스 기판의 평탄도가 확보될 수 있으므로 제조되는 정척척의 품질이 향상되어 대형 유리패널을 안정적으로 고정시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 정전 척의 평탄도를 확보하면서도 금속 전극층과 베이스 기판의 결합력을 향상시켜 제품의 품질을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 금속 전극층의 패턴을 정밀하면서도 용이하게 형성할 수 있어 정전 척의 유전율을 향상시키고 아킹 발생 위험을 감소시킬 수 있고, 금속층 패턴 형성에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 일반적으로 사용되는 정전척의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대면적 정전 척의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 대면적 정전 척의 제조방법을 순서에 따라 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 베이스 기판의 사진이다.
도 6은 종래기술에 의해 형성된 금속전극층 패턴 형상을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의해 형성된 금속전극층 패턴 형상을 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
일반적으로 정전 척은 반도체 제조장비나 디스플레이 장치 제조장비 내에 설치되는 하나의 구성품으로서, 정전 척의 역할은 반도체의 웨이퍼나 디스플레이 장치에 사용되는 유리 패널 또는 코팅 필름을 공정 동안 일정한 위치에 고정시키기 위한 것이다. 이를 위하여 정전 척은 정전기력을 발생시킬 수 있도록 세라믹과 금속 등을 이용하여 다층구조를 형성시키고 이에 금속 재질로 된 로드(Rod)를 통해 전류를 인가하는 방식을 사용하고 있다. 이와 같이 인가된 전류는 정전 척 내부에서 전기장을 형성시키고 이 힘에 의하여 부도체인 웨이퍼나 유리 패널 등이 정전 척 상단에 단단하게 고정되는 것이다.
도 1은 일반적으로 사용되는 정전척의 구성을 개략적으로 나타낸 것으로서, 하부에는 알루미늄 재질로 이루어진 전극(10)이 배치되고, 전극(10)의 상부에 세라믹 재질 예를 들어, 알루미나(Al2O3) 재질로 된 제1 절연층(20)이 형성된다. 제1 절연층(20)의 상부에는 금속 재질로 이루어지는 전극층(30)이 형성되고, 전극층의 상부에 세라믹 재질로 이루어지는 제2 절연층(40)이 형성된다.
이와 같이 종래에는 전극(10)인 알루미늄 판 위에 세라믹을 코팅하여 정전 척을 제조하였으나 이러한 방식은 알루미늄과 세라믹의 열팽창 계수 차이로 인한 불안정성 때문에 대면적 정전 척에는 사용하기가 적절하지 않다. 그 이유를 상세히 설명하면, 최근 계속하여 반도체 웨이퍼나 디스플레이 장치에 사용되는 유리 패널의 사이즈가 대면적화됨에 따라 정전 척 역시 대면적화가 요구되고 있고, 이와 같이 고해상도용 정전 척은 기존 건식 식각 공정에서보다 고온 및 고전압 분위기에서 사용되기 때문에 전극(10)으로 사용되는 알루미늄과 세라믹층 간의 열팽창 계수 차이에 의한 불안정성 문제가 기존보다 더 두드려지게 된다.
뿐만 아니라, 종래에 대면적 정전척은 소면적을 가진 전극을 복수 개로 연결하여 결합시켜 사용하는 기술이 일반적이었다. 소면적을 가진 전극을 복수 개 조립하여 하나의 대면적 정전 척으로 이용하게 되면, 소면적 전극의 평탄도가 각각 다르기 때문에, 제조된 대면적 정전 척의 평탄도가 부분에 따라 불균일하여 유리 패널 등을 고정시키는 힘이 정전 척 전반에 걸쳐 불균일하게 되는 문제점이 발생하였다.
이러한 평탄도의 문제는 알루미늄 전극(10) 상부에 고온의 환경에서 용사코팅하여 세라믹층을 형성시킬 때에도 상호간 열팽창 계수 차이 및 냉각속도의 차이에 의해 알루미늄 전극의 평탄도가 고르지 않게 되고, 따라서 상부에 형성되는 세라믹층 역시 그 평탄도가 불균일하게 되는 등 전극의 재질과 관련하여 발생하기도 하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대면적 정전 척을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 2를 참조하면 본 발명의 대면적 정전 척은 베이스 기판(100)과, 본드코팅층(200)과, 금속전극층(300)과, 유전층(400)을 포함하여 구성될 수 있다.
베이스 기판(100)은 세라믹 소결체로 이루어진 하나의 판이다. 베이스 기판(100)의 형상은 사각형 판상일 수도 있고, 원형 판상일 수도 있다. 베이스 기판(100)의 재질은 알루미나(Al2O3) 소결체일 수 있으며, 이때 알루미나 99% 이상 포함되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 베이스 기판(100)은 하나의 세라믹 소결체 판으로 이루어지는 것으로, 그 크기는 가로길이가 1000~2500mm이고, 세로길이가 500~1500mm 인 것이 바람직하다. 상기와 같은 범위는 대면적 정전 척의 제조에 사용될 수 있는 베이스 기판(100)의 크기로서, 이와 같은 범위를 초과하는 경우에는 세라믹 소결체 제조 자체가 매우 어렵다. 또한, 상기 범위 미만에서는 본 발명의 목적인 평탄도가 확보된 정전 척을 제조하기 위해 세라믹 소결체를 사용하는 의미가 없어질 수 있다.
베이스 기판(100)에는 복수 개의 홀이 형성될 수 있으며, 이 복수 개의 홀에는 금속재로 이루어진 금속 로드(metal rod)가 인입되어 장착될 수 있다. 이때 사용되는 금속 로드는 예를 들어, 티타늄(Ti) 로드 일 수 있다. 금속 로드는 전류를 인가하기 위하여 베이스 기판(100)을 관통하는 홀에 장착되는 것으로 금속 로드의 한쪽 끝단은 전류 인가 장치에 연결되고, 반대쪽 끝단은 베이스 기판(100)을 관통하여 후술할 금속 전극층에 맞닿도록 형성될 수 있다. 또한, 도 2와 같이, 베이스 기판(100)에 형성된 홀의 하부에는 금속 로드를 장착하기 위하여 디스크가 설치될 수 있다. 디스크는 내염화성 물질인 톨론(Torlon) 재질로 이루어져 금속 로드가 정위치에 장착될 수 있도록 하는 것일 수 있다.
베이스 기판(100)은 상단면의 평탄도가 20㎛ 이하인 것이 좋다. 만일 베이스 기판(100)의 상단면 평탄도가 20㎛를 초과하는 경우에는 상술한 대면적용 정전 척으로 사용했을 때 정전 척 각 부분에 따라 발생되는 힘(chucking force)이 불균일하여 기판(유리 패널 등)을 고정시키는 효율이 떨어지고, 심한 경우 특정 부분에만 chucking force가 강하여 기판에 손상을 줄 수 있는 문제가 발생한다.
베이스 기판(100)은 상단면의 평탄도가 10㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 베이스 기판(100)의 상단면 평탄도가 10㎛ 이하일 경우에는 정전 척 각 부분에 따라 발생되는 chucking force가 정전 척 전반에 걸쳐 매우 균일하게 되기 때문에 기판을 고정시키는 효율이 더욱 더 향상될 수 있어 대면적 기판을 고정시키기에 매우 적합하게 된다.
본드코팅층(200)은 베이스 기판(100) 상단면에 접하도록 형성되는 층으로서, 베이스 기판(100)보다 경도가 낮은 재질로 형성되는 것이 좋다. 본드코팅층(200)의 역할은 후술할 금속 재질로 이루어지는 금속전극층(300)을 세라믹 소결체로 이루어진 베이스 기판(100)에 바로 코팅할 경우 금속과 세라믹간 열팽창 계수 차이와 응집력의 차이로 인해 발생할 수 있는 금속전극층(300)의 박리를 방지하는 것이다. 따라서, 본드코팅층(200)은 세라믹층보다는 경도가 낮아 금속전극층(300)이 쉽게 달라붙어 코팅될 수 있도록 완충하는 역할을 해줄 수 있으며, 세라믹 소결체로 이루어진 베이스 기판(100)의 열팽창 계수와 비슷한 열팽창 계수 값을 가지는 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 본드코팅층(200)은 Y2O3(이트리아) 재질인 것이 바람직하다. 이트리아는 베이스 기판(100)의 재료인 알루미나 소결체보다는 경도가 낮은 재질이고, 열팽창 계수는 알루미나와 비슷한 값을 가지는 물질이다. 이와 같이 이트리아를 본드코팅층(200)으로 사용하면, 알루미나 소결체와 열팽창 계수값이 비슷하여 코팅은 원활하게 이루어지면서도, 알루미나 재질인 베이스 기판(100)에 금속전극층(300) 물질인 텅스텐을 바로 코팅하였을 때보다 접착력이 증가하게 된다. 텅스텐과 같은 금속은 세라믹보다 녹는점이 낮기 때문에 세라믹에 코팅하였을 때, 코팅 시의 높은 온도(약 15000K 이상)에서 용융되었다가 응고되면서 발생하는 인장응력이 커서 세라믹과 잘 결착되지 못하고 박리될 수 있는 위험성이 크다. 때문에 베이스 기판(100)과 비슷한 열팽창 계수 값을 가지면서도 경도가 낮아 금속의 인장응력을 완충할 수 있는 이트리아를 사용하는 것이 본드코팅층(200)에 적합하다.
하기 표 1에 각 물질의 열팽창계수와 녹는점을 나타냈다.
구분 알루미늄
(Al)		 알루미나
(Al2O3)		 이트리아
(Y2O3)		 텅스텐
(W)
녹는점(℃) 933.47K 1223K 2683K 3683k
열팽창계수(/℃) 23.1×10-6 7~8×10-6 7~9×10-6 4.5×10-6
금속전극층(300)은 본드코팅층(200)의 상단에 접하도록 형성되고 설정된 패턴을 가진다. 금속전극층(300)은 본드코팅층(200) 위에 용사코팅 방식 특히 플라즈마 스프레이 코팅 방식을 이용하여 코팅될 수 있다. 금속전극층(300)을 구성하는 물질은 전기전도도가 높고 녹는점이 높은 금속이면 어떠한 것이든 가능하다. 그 중에서 금속전극층(300)은 텅스텐인 것이 바람직하다. 금속전극층(300)은 본드코팅층(200)에 의하여 세라믹 기판에 단단히 결합되도록 코팅되는 것으로서, 정전 척의 형태에 따라 소정의 패턴을 가지도록 형성되는 것일 수 있다.
유전층(400)은 금속전극층(300)을 덮어씌우는 형태로 형성되는 것으로서, 세라믹 재질로 구성되는 것일 수 있다. 상세하게는 유전층(400)은 알루미나(Al2O3) 재질인 것이 바람직하다. 이때 유전층(400)은 금속전극층(300)의 상부에 용사코팅하여 형성되는 것일 수 있다. 유전층(400)의 상단은 평탄도가 20㎛ 이하로 조절되는 것이 바람직하다. 유전층(400)의 상단면 평탄도가 20㎛ 를 초과하는 경우에는 금속전극층(300)에 인가된 전류에 의해 발생되는 힘(chucking Force)이 정전 척 전반에 걸쳐 불균일하게 되어 한쪽으로 정전기력이 쏠리게 되고 이 부분에 부하가 발생하여 아킹이 발생할 수 있다. 더욱 바람직하게는 유전층 평탄도가 10㎛ 이하인 것이 좋다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 대면적 정전 척의 제조방법을 순서에 따라 도시한 도면이고 도 4는 도 3을 구체적으로 나타낸 도면으로서, 도 3 및 도4를 참조하면 먼저 본 발명의 베이스 기판(100)으로 사용하기 위하여 세라믹 물질을 소결하여 하나의 판으로 된 세라믹 소결체를 제조한다(S10). 이때 사용되는 세라믹 재료는 알루미나인 것이 바람직하다. 베이스 기판(100)으로 사용되는 세라믹 소결체는 원형 판상이나 사각형 판상 등 어떠한 형태로든 제조되는 것이 가능하다. 베이스 기판(100)은 바람직하게는 도 5와 같이, 사각형 판상인 것이 좋고, 그 크기는 가로길이가 1000~2500mm이고, 세로길이가 500~1500mm 인 것이 바람직하다. 상기와 같은 범위는 대면적 정전 척의 제조에 사용될 수 있는 베이스 기판(100)의 크기로서, 이와 같은 범위를 초과하는 경우에는 세라믹 소결체 제조 자체가 매우 어렵다.
이와 같이 베이스 기판(100)을 제조한 후, 제조된 베이스 기판(100)의 상단면을 연마 장치를 이용하여 설정된 범위의 평탄도를 갖도록 연마한다(S20). 이때 평면 연마하여 베이스 기판(100) 상단면의 평탄도는 20㎛ 이하가 되도록 연마한다. 만일 베이스 기판(100)의 상단면 평탄도가 20㎛를 초과하는 경우에는 상술한 대면적용 정전 척으로 사용했을 때 정전 척 각 부분에 따라 발생되는 힘(chucking force)이 불균일하여 기판(유리 패널 등)을 고정시키는 효율이 떨어지고, 심한 경우 특정 부분에만 chucking force가 강하여 기판에 손상을 줄 수 있는 문제가 발생한다.
베이스 기판(100)은 상단면의 평탄도가 10㎛ 이하가 되도록 연마하는 것이 더욱 바람직하다. 베이스 기판(100)의 상단면 평탄도가 10㎛ 이하일 경우에는 정전 척 각 부분에 따라 발생되는 chucking force가 정전 척 전반에 걸쳐 매우 균일하게 되기 때문에 기판을 고정시키는 효율이 더욱 더 향상될 수 있어 대면적 기판을 고정시키기에 매우 적합하게 된다. 따라서 본 발명에서 가장 바람직하게는 베이스 기판(100)의 상단면의 평탄도가 10㎛ 이하가 되도록 연마하여 제조한다.
본 발명에서는 베이스 기판(100)의 상단면을 연마하기 전에 제조된 베이스 기판(100)에 복수 개의 홀을 형성할 수 있다. 이 복수 개의 홀은 상술한 바와 같이 전류 인가를 위한 금속 로드가 인입될 수 있는 홀이다. 또한, 본 발명에서는 베이스 기판(100)의 상단면을 연마하고 난 후, 생성된 복수 개의 홀에 금속 로드(티타늄 로드)를 인입하여 장착할 수 있다. 이때 금속 로드는 본드 등으로 장착될 수 있다.
베이스 기판(100) 상단면의 평탄도를 조절한 이후, 베이스 기판(100)의 상단면에 본드코팅층(200)을 형성한다. 이때 본드코팅층(200)은 용사 코팅 특히 플라즈마 용사 코팅에 의하여 형성되는 것일 수 있다. 본드코팅층(200)은 베이스 기판(100)과 후술할 금속전극층(300)이 원활히 결착될 수 있도록 완충역할을 하는 것으로서, 본드코팅층(200)은 이트리아(Y2O3)로 용사코팅하는 것일 수 있다. 이트리아는 베이스 기판(100)의 재료인 알루미나 소결체보다는 경도가 낮은 재질이고, 열팽창 계수는 알루미나와 비슷한 값을 가지는 물질이다. 이와 같이 이트리아를 본드코팅층(200)으로 사용하면, 알루미나 소결체와 열팽창 계수값이 비슷하여 코팅은 원활하게 이루어지면서도, 알루미나 재질인 베이스 기판(100)에 후술할 금속전극층(300) 물질인 텅스텐을 바로 코팅하였을 때보다 접착력이 증가하게 된다. 텅스텐과 같은 금속은 세라믹보다 녹는점이 낮기 때문에 세라믹에 코팅하였을 때, 코팅 시의 높은 온도(약 15000K 이상)에서 용융되었다가 응고되면서 발생하는 인장응력이 커서 세라믹과 잘 결착되지 못하고 박리될 수 있는 위험성이 크다. 때문에 베이스 기판(100)과 비슷한 열팽창 계수 값을 가지면서도 경도가 낮아 금속의 인장응력을 완충할 수 있는 이트리아를 사용하는 것이 본드코팅층(200)에 적합하다.
이때 형성되는 본드코팅층(200)의 높이는 0.02~0.05mm일 수 있다. 상기 범위 이하이면 본드코팅층(200)의 역할을 거의 할 수 없으며, 상기 범위를 초과하면 본드코팅층(200)이 지나치게 두꺼워져 정전 척에서 본드코팅층(200)의 효과와 대비하여 불필요하게 두께가 상승할 수 있다.
본드코팅을 실시한 후, 생성된 본드코팅층(200)의 상단면에 금속전극층(300)을 형성한다(S40). 이때 금속전극층(300)으로는 금속 재질이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 텅스텐이 사용될 수 있다. 금속전극층(300)은 플라즈마 용사 코팅에 의하여 형성하는 것이 바람직하다. 이때 금속전극층(300)을 형성하는 방법을 상세히 설명한다. 먼저 본드코팅층(200)의 상단면 전체에 용사 코팅에 의하여 금속층을 설정된 높이로 코팅한다. 이와 같이 금속층을 코팅한 후, 금속층 중에서 전극으로 사용되는 패턴 부분만을 남기고 이 패턴 부분을 제외한 부분은 소정의 가공 툴을 이용하여 제거한다. 즉 금속전극층(300)으로 사용될 패턴 부분은 그대로 남겨두고 패턴 외 부분은 그루브 가공 등의 방법을 이용하여 제거하는 것이다. 이때 가공 툴은 소정의 직경을 가진 원통형 툴로서 회전하면서 금속층 상부에서 이동하는 형태일 수 있다. 이때 패턴의 형상을 미리 컴퓨터에 입력하여 놓은 후 툴을 자동으로 움직일 수 있도록 제어하여 금속층의 상부에서 가공 툴이 가로,세로 방향 및 상하로 움직여 금속전극층(300)으로 사용되는 패턴을 제외한 부분을 갈아서 제거하는 것이 바람직하다.
일반적으로 용사 코팅에 의하여 금속전극층(300)으로 사용되는 패턴을 형성할 때에는 베이스 기판(100)에 금속판으로 된 마스크를 부착하여 마스크 외부에서 용사 코팅을 실시하여 패턴의 형상을 코팅하였다. 이를 도 6에 도시하였으며, 이처럼 마스킹 처리 후 용사 코팅하게 되면 그 패턴의 형상이 불균일하게 형성되는 경우가 빈번하게 발생하여 이를 다시 균일하게 만들어주기 위한 추가 작업이 필요하다는 문제점이 발생하였다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 금속전극층(300)을 형성하기 위하여 먼저 금속층을 본드코팅층(200) 전반에 걸쳐 용사 코팅 한 후, 소정의 가공 툴로 패턴 외 부분을 제거하였다. 이는 컴퓨터 제어에 의해 가공 툴이 이동하면서 패턴 외 부분을 제거하기 때문에 도 7과 같이 균일한 형상의 패턴을 얻을 수 있는 장점이 있다.
이때 형성되는 금속전극층(300)의 두께는 0.03~0.10mm 일 수 있다. 물론 금속전극층(300)의 두께는 정전 척에 필요한 유전율 등을 감안하여 변경되는 것이 가능하다.
이와 같이 금속전극층(300)을 형성한 후 금속전극층(300)의 상부에 유전층(400)을 형성한다(S50). 이때 유전층(400)은 플라즈마 용사 코팅에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 유전층(400)을 구성하는 물질은 세라믹으로서 바람직하게는 알루미나일 수 있다. 유전층(400)은 금속전극층(300)의 상부를 덮어씌울 수 있도록 형성되는 것이다. 유전층(400)은 도 4와 같이 먼저 본드코팅층(200) 상부에 돌기처럼 형성되어 있는 금속전극층(300)의 상부에 전반적으로 용사 코팅한다. 이와 같이 최초 코팅하면 그 상부가 금속전극층(300) 때문에 요철을 가지는 형상으로 코팅되는데 이와 같이 형성된 유전층(400) 상단면은 다시 평탄 연마하여 평탄도를 조절하여 준다. 이때 평탄도는 바람직하게는 20㎛ 이하로 조절하는 것이 바람직하다. 만일 유전층(400) 상단면의 평탄도가 상기 범위를 초과하면 정전 척으로 제조되고 난 후 유전층(400)과 금속전극층(300)의 사이가 가까운 부분에서 누설전류가 발생하여 아킹이 발생할 수 있다.
본 발명에서는 유전층(400)을 형성한 후, 실링(Sealing) 공정을 더 수행할 수 있다. 실링은 유전층에서 본드코팅층까지 코팅층 내에 발생된 소정의 기공들을 막아 누설전류가 발생하는 것을 사전에 방지하고 코팅층들을 더 기밀하게 만들어주기 위해 수행되는 것일 수 있다. 이때 실링은 유전층 형성 후 유전층 상단면을 연마하전에 한번 수행하고 유전층의 상단면을 연마한 후 다시 한번 수행할 수 있다. 실링에 사용되는 물질은 SiO2 분말이나 SiO2 분말이 포함된 용액일 수 있다. 실링은 상기 실링 물질을 유전층 상부에서 도포한 후, 유전층에서 본드코팅층까지 스며들 수 있도록 일정시간 침투시간을 가진 후 유전층 표면에 잔류하는 실링 물질을 닦아낸다. 이후 침투된 실링 물질을 열풍 건조하는 등의 방법으로 경화시켜 마무리한다.
이와 같이 본 발명은 평탄도가 확보된 대면적의 베이스 기판(100)을 사용할 수 있으므로 제조되는 정척척의 품질이 향상되어 대형 유리패널을 안정적으로 고정시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 정전 척의 평탄도를 확보하면서도 금속 전극층과 베이스 기판(100)의 결합력을 향상시켜 제품의 품질을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 금속 전극층의 패턴을 정밀하면서도 용이하게 형성할 수 있어 정전 척의 전기분극과 전기장 특성을 향상시켜 척킹력을 향상, 아킹 발생 위험과 누설전류 발생을 감소시킬 수 있고, 가공에 의해 패턴을 형성시키므로 기존에 제작해야하던 마스크 제조 비용이 절감되어 정전 척 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
상기와 같은 대면적 정전 척 및 이의 제조방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 전극 20: 제1 유전층
30: 전극층 40: 제2 유전층
100: 베이스 기판 200: 본드코팅층
300: 금속전극층 400: 유전층

Claims (10)

  1. 가로길이가 1000~2500mm이고, 세로길이가 500~1500mm 인 대면적 사각 판상의 알루미나 소결체로 구성되며 상단면의 평탄도가 20㎛ 이하인 베이스 기판;
    상기 베이스 기판의 상단에 접하며, 알루미나보다 경도가 낮고 열팽창 계수가 비슷한 이트리아(Y2O3)로 이루어지는 본드코팅층;
    상기 본드코팅층에 상단에 접하며, 설정된 패턴을 갖도록 텅스텐으로 형성되는 금속전극층; 및
    상기 금속전극층의 상부를 덮어씌우도록 형성되며 상단면이 편평하게 가공되며 평탄도가 20㎛ 이하인 알루미나 재질의 유전층;을 포함하는 대면적 정전 척.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 세라믹을 소결하여 하나의 사각형상의 대면적 판상으로 베이스 기판을 제조하는 단계;
    상기에서 제조된 베이스 기판의 상단면 평탄도를 20㎛ 이하가 되도록 연마 가공하는 단계;
    상기에서 연마 가공된 베이스 기판의 상단면에 이트리아(Y2O3) 분말로 플라즈마 용사코팅하여 본드코팅층을 형성하는 단계;
    상기에서 형성된 본드코팅층의 상단면 전체에 걸쳐 텅스텐 분말로 플라즈마 용사코팅을 통해 금속층을 먼저 코팅한 후, 상기 금속층에서 설정된 전극 패턴 부분만을 남기고 나머지 부분을 가공 툴로 제거하여 금속전극층을 형성하는 단계; 및
    상기에서 형성된 금속전극층의 상단면에 알루미나 분말로 플라즈마 용사코팅한 후 상단면이 평탄도 20㎛ 이하가 되도록 연마 가공하여 유전층을 형성하는 단계;를 포함하는 대면적 정전 척 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 베이스 기판을 제조하는 단계에서,
    상기 베이스 기판은 가로길이가 1000~2500mm이고, 세로길이가 500~1500mm 가 되도록 제조하는 대면적 정전 척 제조방법.
  10. 삭제
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