KR101192967B1 - 엘시디 제조용 정전척 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘시디(LCD) 제조공정 중에 식각공정시 사용되는 정전척의 1차 절연층의 아킹 현상(arcing)를 방지할 수 있는 엘시디 제조용 정전척에 관한 것으로서, 금속으로 이루어진 정전척 모재(60); 고전압 전원부(63)와 연결되어 상기 정전척 모재(60)를 관통하여 형성된 전원선(65); 상기 정전척 모재(60) 상부에 형성된 1차 절연층(70); 상기 1차 절연층(70) 상부에 형성된 전극층(80); 및 상기 전극층(80) 상부에 형성된 2차 절연층(90)을 포함하여 이루어지는 엘시디 제조용 정전척은 1차 절연층(70)을 세라믹 용사 코팅 대신에 폴리이미드 필름으로 적층하고, 2차 절연층(90)의 코팅시 상기 1차 절연층(70)의 측면(Edge)도 코팅함으로 인해, 1차 절연층(70)의 아킹 현상(arcing)를 방지할 수 있어, 정전척의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

Description

엘시디 제조용 정전척{Electrostatic chuck for manufacturing LCD}
본 발명은 엘시디(LCD) 제조용 정전척에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엘시디(LCD) 제조공정 중에 식각공정시 사용되는 정전척의 1차 절연층의 아킹 현상(arcing)를 방지할 수 있는 엘시디 제조용 정전척에 관한 것이다.
엘시디(LCD; Liquid Crystal Display)의 제조공정 중에 식각공정은 밀폐되어 진공압 상태를 이루는 챔버 내부에 피처리물을 위치시키고, 상기 피처리물에 대향하여 요구되는 공정 가스를 투입함과 동시에 RF(radio frequency) 파워를 인가함으로써 플라즈마 상태의 공정 가스로 하여금 피처리물 상의 불필요한 부위를 식각 제거하도록 하는 공정이다.
상술한 공정 가스에 의한 식각은 특정 방향성을 갖고 있으며, 이에 대응하는 피처리물은 정확한 위치에서 유동됨이 없이 고정될 필요가 있다. 따라서 이러한 견고한 고정 상태를 유지시키기 위한 수단이 요구된다. 또한, 고정수단은 작업성을 고려하여 피처리물의 신속한 고정 및 분리가 이루어져야 하며, 플라즈마 분위기 하에서 작업이 진행되므로 플라즈마 특성이 양호하여야 한다.
이렇게 피처리물을 고정하는 수단으로는 척이 이용되는데, 이러한 척은 기계적방식과 정전척방식이 있다. 기계적방식은 피처리물의 온도 제어의 균일성 및 재현성이 부족하고, 기계적 구성에 의한 파티클의 발생 위험이 있으며, 피처리물 에지 부위의 패턴이 리프팅되는 등 많은 문제점이 있다.
따라서, 기계적인 척의 문제점을 개선하기 위한 방법으로 커패시턴스(capacitance)와 전압을 이용하여 피처리물을 흡착 고정하는 정전척(ESC; Electro-Static Chuck)이 개발되어 있다.
LCD 제조용 정전척은 모재상에 적어도 둘 이상의 세라믹층을 코팅하고, 각 세라믹층 사이에는 전도성물질이 개재되어 전압 인가시 플라즈마가 효과적으로 생성되도록 구성된다. 세라믹층은 산화알미늄(Al2O3) 또는 질화알미늄(AlN) 등이 사용되고, 절연층으로는 텅스텐(W)이 주로 이용되고 있다.
종래에 모재상에 1차 절연층, 전극층, 2차 절연층을 적층함에 있어서, 플라즈마 용사에 의한 방식이 주로 사용되고 있다. 모재상에 세라믹분말을 용사하여 소정의 두께로 1차 절연층을 형성하고, 그 위에 텅스텐분말 등의 전도성이 양호한 재료를 용사하여 전극층을 형성하며, 다시 세라믹을 용사하여 2차 절연층을 형성하는 것에 의해 정전척을 구성한다.
용사 코팅시, 분말 형태의 파우더(powder)가 순간 고온에 녹은 후 원하는 지점에 분사되어 서서히 굳게 되는데, 이때 각각의 분말 용해 입자간 단차가 발생하게 되며, 상기 단차로 인해 기공이 발생하게 된다.
1차 절연층에 발생한 기공을 통해 Moisture 성분이 침투하여 아킹 현상(arcing)이 발생하게 된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 대한민국등록실용신안 제20-0367932호(2004.11.17.)에는 모재, 접착제에 의해 모재 상면에 접착되는 제 1세라믹층, 제 1세라믹층 상면에 용사 코팅되는 전도층, 전도층 상면에 용사 코팅되는 제 2세라믹층으로 구성된 반도체 및 액정패널 제조설비용 정전척이 개시되어 있다.
하지만, 상기 실용신안 제20-0367932호에서 상기 제 1세라믹층은 세라믹 필름 또는 세라믹 플레이트로 이루어진다고 기재되어 있지만, 상기 모재와 제 1세라믹층을 접착하는 접착제의 종류에 대해서는 기재되어 있지 않다.
본 발명자는 1차 절연층에 세라믹 용사 코팅 대신에 폴리이미드 필름을 사용하며, 모재와 1차 절연층을 인듐 또는 엘라스토머 접착제를 이용하여 접착함으로 인해, 아킹 현상(arcing)을 방지할 수 있는 LCD 제조용 정전척을 개발하였다.
KR 20-0367932 (등록번호) 2004.11.17.
본 발명의 목적은 엘시디(LCD) 제조공정 중에 식각공정시 사용되는 정전척의 1차 절연층의 아킹 현상(arcing)를 방지할 수 있는 엘시디 제조용 정전척을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
본 발명은, 금속으로 이루어진 정전척 모재(60); 고전압 전원부(60)와 연결되어 상기 정전척 모재(60)를 관통하여 형성된 전원선(65); 상기 정전척 모재(60) 상부에 형성된 1차 절연층(70); 상기 1차 절연층(70) 상부에 형성된 전극층(80); 및 상기 전극층(80) 상부에 형성된 2차 절연층(90); 을 포함하여 이루어지는 엘시디 제조용 정전척을 제공한다.
상기 1차 절연층(70)은 폴리이미드(polyimide) 필름으로 이루어지며, 두께는 80~150㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 정전척 모재(60)와 상기 1차 절연층(70)은 인듐 또는 엘라스토머 접착제를 이용하여 250~350℃ 의 온도, 400~600Kg/㎠의 압력 조건에서 접착하는 것을 특징으로 한다.
상기 2차 절연층(90)은 세라믹 분말을 용사 코팅(Plasma spray)으로 적층하되, 상기 1차 절연층(70)의 측면(Edge) 부위까지 코팅하며, 측면 부위의 두께는 100~600㎛ 가 되도록 코팅하는 것을 특징한다.
본 발명에 따른 엘시디 제조용 정전척은 1차 절연층(70)을 세라믹 용사 코팅 대신에 폴리이미드 필름으로 적층하고, 2차 절연층(90)의 코팅시 상기 1차 절연층(70)의 측면(Edge)도 코팅함으로 인해, 1차 절연층(70)의 아킹 현상(arcing)을 방지할 수 있어, 정전척의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 엘시디 제조용 정전척은 인듐 또는 엘라스토머 접착제를 이용하여 정전척 모재(60)와 1차 절연층(70)을 접착함으로 인해 접착력을 향상시킨 장점이 있다.
도 1은 종래의 LCD 제조용 정전척의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 LCD 제조용 정전척의 구조를 나타낸 단면도.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하여 종래의 LCD 제조용 정전척을 설명한다. 도 1은 종래의 LCD 제조용 정전척의 구조를 나타낸 단면도이다.
종래의 LCD 제조용 정전척은 알루미늄 등의 재료로 제작된 정전척 모재(10)의 상부에 정전 절연막이 형성된다. 상기 정전 절연막은 정전력을 크게 하기 위하여 가능한 한 유전율이 높은 재료를 사용하며, 통상 세라믹-금속-세라믹으로 구성된 3중막 구조로 하여 형성된다.
정전척 모재(10)의 표면 위에 1차 절연층(세라믹)(20)이 형성되고, 상기 1차 절연층(20) 위에 고전압이 인가되는 부분으로 전극층(금속)(30)이 형성되며, 상기 전극층(30) 위에 피처리물이 안착되는 부분으로 2차 절연층(세라믹)(40)이 형성된 구조로 되어 있다.
또한, 정전척 모재(10) 내부에는 고전압 전원부(13)와 연결되는 전원선(15)이 내재되며, 상기 전원선(15)은 고전압 전원부(13)가 제공하는 고전압을 전극층(30)에 공급하게 된다.
그리고, 상기 전원선(15)은 별도의 절연막(17)으로 덮혀지게 된다.
이에 따라, 고전압 전원부(13)로부터 소정의 고전압이 전원선(15)을 경유하여 정전척의 전극층(30)에 제공되면 정전기가 발생하여 피처리물을 고정시키게 된다.
정전척의 2차 절연층(40) 상면에 저면이 밀착되게 피처리물을 안착시킨 상태에서 고전압 전원부(13)로부터 소정 수준의 고전압이 전원선(15)을 통해 전극층(30)에 제공된다.
이렇게 전극층(30)에 고전압이 인가되면, 2차 절연층(40)과 전극층(30) 사이에서 정전기가 발생하고, 이 정전기에 의해 2차 절연층(40) 위에 안착된 피처리물이 견고하게 고정된 상태가 되며, 이후 피처리물에 대한 식각공정이 진행된다.
종래에 모재(10) 상에 1차 절연층(20), 전극층(30), 2차 절연층(40)을 적층함에 있어서, 플라즈마 용사에 의한 방식이 주로 사용되고 있다. 용사(Plasma spray)란 파우더 형태의 재료를 용융 혹은 반용융 상태로 분사하여 부품표면에 층을 형성하는 것으로서, 모재(10) 상에 세라믹분말을 용사하여 소정의 두께로 1차 절연층(20)을 형성하고, 그 위에 텅스텐분말 등의 전도성이 양호한 재료를 용사하여 전극층(30)을 형성하며, 다시 세라믹을 용사하여 2차 절연층(40)을 형성하는 것에 의해 정전척을 구성한다.
용사 코팅시, 분말 형태의 파우더(powder)가 순간 고온에 녹은 후 원하는 지점에 분사되어 서서히 굳게 되는데, 이때 각각의 분말 용해 입자간 단차가 발생하게 되며, 상기 단차로 인해 기공이 발생하게 된다.
1차 절연층(20)에 발생한 기공을 통해 침투된 Moisture 에 의해 누설 전류(leakage current)가 증가하게 되어 아킹 현상(arcing)이 발생하게 된다.
본 발명은, 1차 절연층에 세라믹 용사 코팅 대신에 폴리이미드(polyimide) 필름을 접착함으로 인해, 기공이 발생하지 않게 하여 전기적으로 완전히 차단함으로 아킹 현상(arcing)을 방지할 수 있는 LCD 제조용 정전척의 제조방법을 제공하는 것에 특징이 있다.
다음은, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 LCD 제조용 정전척을 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 LCD 제조용 정전척의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 정전척은 LCD 제조를 위한 식각공정 동안 챔버 내에서 피처리물을 정위치에 고정시키는 정전척(Electro-Static Chuck)에 관한 것으로서,
금속으로 이루어진 정전척 모재(60);
고전압 전원부(63)와 연결되어 상기 정전척 모재(60)를 관통하여 형성된 전원선(65);
상기 정전척 모재(60) 상부에 형성된 1차 절연층(70);
상기 1차 절연층(70) 상부에 형성된 전극층(80); 및
상기 전극층(80) 상부에 형성된 2차 절연층(90);을 포함하여 이루어진다.
상기 정전척 모재(60)는 알루미늄 또는 스테인레스와 같은 금속 재질로 형성되며, 스테이지 형상을 가짐으로써 피처리물이 안착되어 고정될 수 있는 구조를 제공한다.
상기 전원선(65)은 상기 정전척 모재(60)를 관통하도록 형성되고, 외벽과는 전기적 차단 상태이며, 하부 고전압 전원부(63)를 통해 외부의 전원과 전기적으로 연결된다.
상기 1차 절연층(70)은 폴리이미드 필름(polyimide film)으로 이루어지고, 상기 정전척 모재(60)와 전극층(80) 사이에 개재되어 상기 전극층(80)을 상기 정전척 모재(60)로부터 절연시킨다. 상기 1차 절연층(70)은 80~150㎛의 두께로 구성되는 것이 바람직하며, 80㎛미만의 두께로 구성되면 제조하기가 어려워지고 절연 파괴 현상으로 인한 아킹 현상(arcing)이 발생할 수 있으며, 150㎛초과의 두께로 구성되면 폴리이미드 필름을 고온, 고압으로 접착시 과다시간 소요에 따른 용량(Capacity) 저하 및 접착성의 균일도가 떨어질 수 있다. 상기 폴리이미드 필름은 불용, 불융의 초고내열성 수지로서 내열산화성, 내열특성, 내방사선성, 저온특성, 내약품성 등에 우수한 특성을 가지고 있다.
상기 정전척 모재(60)와 1차 절연층(70)은 접착제를 이용하여 고온에서 압착하는 방식으로 접착하게 된다. 상기 접착제는 인듐(In) 또는 엘라스토머(Elastomer) 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 엘라스토머 접착제는 통상 천연고무나 합성고무와 같은 접착수지 성분으로 제조된다.
상기 접착은 250~350℃ 의 온도, 400~600Kg/㎠의 압력 조건에서 접착하는 것이 바람직하며, 250℃ 미만의 온도에서 접착하면 폴리이미드 필름과의 접착력이 떨어질 수 있으며, 350℃ 초과의 온도에서 접착하면 폴리이미드 필름이 변형될 수 있다.
상기 전극층(80)은 전도성 물질로 형성되며, 전도성 물질로는 경도와 저항 등을 고려하여 텅스텐 등이 주로 사용되며, 상기 전도성 물질을 상기 1차 절연층(70) 위에 용사(Thermal Spray)시켜 전극층(80)을 형성하게 된다. 상기 전극층(80)은 상기 전원선(65)을 통하여 외부의 전원으로부터 공급된 고전압의 전기를 전달받게 된다.
상기 전극층(80) 상부에는 2차 절연층(90)이 형성되고, 상기 전극층(80)에 고전압의 전기가 인가되어지면 상기 2차 절연층(90)에 정전기가 대전된다.
2차 절연층(90)에 대전된 정전기가 가지는 정전기력에 의하여 피처리물의 위치가 변동하지 않도록 피처리물을 고정할 수 있게 된다.
상기 2차 절연층(90)은 세라믹 분말을 용사 코팅(Plasma spray)으로 적층하되, 상기 1차 절연층(70)의 외부 노출 차단을 위해 1차 절연층(70)의 측면(Edge) 부위까지 코팅하는 것이 바람직하다. 상기 측면(Edge) 부위의 두께는 100~600㎛ 가 되도록 코팅하는 것이 바람직하며, 측면(Edge) 부위의 두께가 100㎛ 미만이 되면 코팅층 표면의 기공들에 의한 절연 파괴로 아킹 현상(arcing)이 발생할 수 있으며, 600㎛ 초과가 되면 2차 절연층(90) 코팅시 복수 Layer에 의한 각 층간의 미세 크랙(Crack)이 발생할 수 있다.
상기 2차 절연층(90)의 코팅시 상기 1차 절연층(70)의 측면(Edge)도 코팅함으로 인해, 상기 1차 절연층(70)의 측면(Edge)을 플라즈마에 의해 발생하는 이온 및 라디칼(radical)의 침투로 부터 보호할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 LCD 제조용 정전척은 1차 절연층(70)을 용사 코팅 대신에 폴리이미드 필름으로 적층하고, 2차 절연층(90)의 코팅시 상기 1차 절연층(70)의 측면(Edge)도 코팅함으로 인해, 1차 절연층(70)의 아킹 현상(arcing)를 방지할 수 있어, 정전척의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
정전척 모재(60)는 알루미늄으로 형성하였으며, 상기 정전척 모재(60) 위에 인듐 접착제를 도포하고, 120㎛ 두께의 폴리이미드 필름을 300℃, 500Kg/㎠압력 조건으로 접착하여 1차 절연층(70)을 적층하였다. 상기 1차 절연층(70) 위에 텅스텐을 용사 코팅하여 전극층(80)을 적층하였다. 상기 전극층(80) 위에 세라믹 분말을 용사코팅하여 2차 절연층(90)을 적층하였으며, 1차 절연층(70)의 측면도 300㎛ 의 두께로 용사 코팅하여, 엘시디 제조용 정전척을 제조하였다.
실시예 1에서, 인듐 접착제 대신 엘라스토머 접착제를 사용한 것을 제외하고, 나머지는 동일하게 하여 엘시디 제조용 정전척을 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서 인듐 접착제 대신 아크릴 접착제를 사용한 것을 제외하고, 나머지는 동일하게 하여 엘시디 제조용 정전척을 제조하였다.
[실험예 1]
실시예 1, 실시예 2, 비교예 1에서 제조한 정전척의 모재(60)와 1차 절연층(70) 간의 접착력을 Peel Test 방법으로 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
구분 접착력
실시예 1 (인듐 접착제) 33 Kg/㎠
실시예 2 (엘라스토머 접착제) 31 Kg/㎠
비교예 1 (아크릴 접착제) 14 Kg/㎠
표 1에 의하면, 정전척의 모재(60)와 1차 절연층(70)을 접착할 때, 인듐 접착제를 사용한 실시예 1과 엘라스토머 접착제를 사용한 실시예 2의 접착력이 아크릴 접착제를 사용한 비교예 1의 접착력에 비해 월등히 뛰어난 것을 알 수 있다.
따라서, 인듐 접착제 또는 엘라스토머 접착제를 사용하는 본 발명은 정전척의 모재(60)와 1차 절연층(70)이 일정 시간이 경과한 후 분리되는 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.
10, 60 : 정전척 모재 20, 70 : 1차 절연층
30, 80 : 전극층 40, 90 : 2차 절연층
13, 63 : 고전압 전원부 15, 65 : 전원선
17, 67 : 절연막

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 금속으로 이루어진 정전척 모재(60);
    상기 정전척 모재(60) 상부에 형성된 1차 절연층(70);
    상기 1차 절연층(70) 상부에 형성된 전극층(80); 및
    상기 전극층(80) 상부에 형성된 2차 절연층(90);
    을 포함하여 이루어지는 엘시디 제조용 정전척에 있어서,
    상기 1차 절연층(70)은 폴리이미드(polyimide) 필름으로 이루어지며, 두께는 80~150㎛이고,
    상기 정전척 모재(60)와 상기 1차 절연층(70)은 인듐 접착제를 이용하여 250~350℃의 온도, 400~600Kg/㎠의 압력 조건에서 접착하는 것을 특징으로 하는 엘시디 제조용 정전척.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 2차 절연층(90)은 세라믹 분말을 용사 코팅(Plasma spray)으로 적층하되, 상기 1차 절연층(70)의 측면(Edge) 부위까지 코팅하며, 측면 부위의 두께는 100~600㎛ 가 되도록 코팅하는 것을 특징으로 하는 엘시디 제조용 정전척.
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KR20180127808A (ko) 2017-05-22 2018-11-30 (주)코미코 반도체 제조용 정전척의 아킹 현상 개선방법

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