KR101362673B1 - 정전력 측정장치 및 이를 이용한 정전력 측정방법 - Google Patents

정전력 측정장치 및 이를 이용한 정전력 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전력 측정장치는 정전척에 전압을 인가하는 전원공급부, 상기 전압이 인가된 정전척에 부착된 기판을 상기 정전척으로부터 분리시키는 리프트부, 상기 정전척으로부터 상기 기판이 분리될 수 있도록 상기 리프트부를 구동시키는 구동부 및 상기 리프트부가 상기 기판과 접촉할 때의 무게조절부의 무게를 측정하고, 상기 정전척으로부터 상기 기판이 분리될 때의 상기 무게조절부의 무게를 측정하여 값을 비교하고 차이값으로 정전력을 계산하는 제어부를 구비한 것으로 이러한 본 발명에 따른 정전력 측정장치 및 이를 이용한 측정방법은 정전척에 설정된 정전력값이 제조공정을 수행하는데 적합한 값인지를 판단하고, 정전력값의 오차발생을 방지하여 기판을 정전척에서 분리시 기판의 균열이나 손상을 방지하는 효과가 있다.
Figure R1020060108176
정전력, 정전인력, 정전척

Description

정전력 측정장치 및 이를 이용한 정전력 측정방법{Electro static force measuring apparatus and electro static force measuring method}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전력 측정장치를 나타낸 간략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전력 측정장치의 저면도이다.
도 3a와 도 3b는 정전력 측정장치의 작동을 나타내는 간략도이다.
도 4는 정전력 측정장치를 이용한 정전력 측정방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100: 정전척 200: 리프트부
210: 리프트핀 300: 구동부
400: 제어부 500: 전원공급부
본 발명은 정전력 측정장치 및 이를 이용한 정전력 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전척으로부터 기판 분리시 필요한 힘을 측정하여 정전력을 측정하는 정전력 측정장치 및 이를 이용한 정전력 측정방법에 관한 것이다.
반도체 제조장비는 정확한 정밀도가 요구되는 시스템으로 개발 완료 후 여러 종류의 테스트를 통과하여 신뢰성이 입증되어야 생산라인에서 반도체를 양산하는 것이 가능하다. 이러한 반도체 제조 과정은 산화 실리콘에서 고순도의 실리콘을 추출하여 기판을 만드는 공정, 기판의 표면에 박막을 증착하여 식각을 통해 패턴을 형성하는 공정, 기판에 따라 불순물 이온을 도핑하여 전기적 활성 영역을 형성하는 공정 등을 거쳐서 제조된다.
이러한 공정들 중 대부분은 챔버 내부에서 수행되며 공정이 수행되는 기판은 척(chuck)상에 안착되어 고정된다. 기판을 척에 고정시키는 방법으로는 클램프(clamp)를 이용하는 방법, 진공을 이용하는 방법, 정전기력을 이용하는 방법 등이 있다. 최근에는 이러한 고정방법들 중 입자(particle)와 공정의 단일성(uniformity)이 우수한 정전력을 이용한 정전척(ESC:Electrostatic chuck)의 사용이 증대되고 있다. 정전척에 대한 선행기술로는 미국공개특허 제 6134096호 "Method for characterizing the performance of an electrostatic chuck" 이 있다. 상기 공개특허는 절연층, 전극층, 유전층의 구조를 가지며 정전척에 -1000V~+1000V의 전원을 인가하여 기판을 흡착시킨다.
이러한 정전척을 이용한 기판 고정방법은 반도체 제조 공정시 수행되는 여러 공정들이 안정적으로 수행될 수 있도록 정전력을 이용하여 기판을 흡착하기 때문에 기판의 손상을 방지하고, 제품의 불량률을 줄인다. 정전력은 기판의 재질과 기판의 두께에 따라 설정되는데 이때 설정된 정전력과 실제 수행되는 정전력 사이에 오차가 발생하면 정전척으로부터 기판을 디척킹시 정전척과 기판이 제대로 분리되지 않고 튕기는 스티킹(sticking)현상이 유발되거나 기판의 균열이 유발될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 리프트부에 의해 정전척으로부터 기판이 분리시 기판에 가해지는 힘을 계산하여 정전력을 측정하는 정전력 측정장치 및 이를 이용한 정전력 측정방법에 관한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전력 측정장치는 정전척에 전압을 인가하는 전원공급부, 상기 전압이 인가된 정전척에 부착된 기판을 상기 정전척으로부터 분리시키는 리프트부, 상기 정전척으로부터 상기 기판이 분리될 수 있도록 상기 리프트부를 구동시키는 구동부 및 상기 리프트부가 상기 기판과 접촉할 때의 무게조절부의 무게를 측정하고, 상기 정전척으로부터 상기 기판이 분리될 때의 상기 무게조절부의 무게를 측정하여 값을 비교하고 차이값으로 정전력을 계산하는 제어부를 구비한다.
상기 기판을 상기 정전척으로부터 분리시 탈착여부를 감지하는 감지부를 더 구비할 수 있다.
상기 감지부는 압력센서, 자기센서 중 하나로 이루어질 수 있다.
상기 리프트부는 상기 기판과 접촉하여 상기 구동부에서 가하는 힘을 전달하는 리프트핀을 구비할 수 있다.
상기 기판과 접촉하는 상기 리프트핀의 접촉부분에 상기 기판과의 접촉시 접촉여부를 감지하는 접촉감지센서가 설치될 수 있다.
상기 구동부는 상기 무게 조절부와 상기 리프트부를 연결하여 동력을 전달하는 동력전달부재를 구비할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전력 측정방법은 기판을 정전척 상에 위치시키는 단계, 상기 정전척에 전압을 인가하여 대전시키고, 상기 전압에 의해 형성된 정전력으로 상기 기판이 부착되는 단계, 상기 정전척으로부터 상기 기판을 분리하기 위해 리프트부를 상승시키면서 상기 리프트부가 상기 기판과 접촉시 무게조절부의 무게를 측정하는 단계, 상기 리프트부의 상승으로 상기 기판이 상기 정전척으로부터 분리시 상기 무게조절부의 무게를 측정하는 단계 및 상기 리프트부가 상기 기판과 접촉시 측정한 상기 무게조절부 무게와 상기 정전척으로부터 상기 기판을 분리시 측정한 상기 무게조절부 무게의 차이값을 산출하여 정전력을 계산하는 단계를 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 정전력 측정장치의 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전력 측정장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 정전력 측정장치는 측정용 기판(S)을 부착하는 정전척(100), 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)을 분리시키는 리프트부(200), 리프트부(200)를 승강시키는 구동부(300), 구동부(300)를 제어하는 제어부(400), 정전척(100)에 전압을 인가하는 전원공급부(500)를 구비한다.
정전척(100)은 지지축(330)에 의해 지지되며 리프트부(200)의 리프트핀(210)이 정전척(100)을 관통하여 측정용 기판(S)을 정전척(100)으로부터 분리시킬 수 있도록 측정용 기판(S)과 접촉가능한 복수 개의 홀(110)을 구비한다. 정전척(100)의 재질은 세라믹으로 구성될 수 있으며 측정용 기판(S)과 정전척(100) 사이에 세라믹 코팅 층을 구비할 수도 있다. 세라믹 코팅층은 측정용 기판(S)이 정전척(100)상에 부착시 신축성을 부여하여 부착성을 향상시킨다.
또한 측정용 기판(S)과 접촉되는 정전척(100)의 접촉면에는 정전척(100)과 측정용 기판(S)의 탈착을 감지할 수 있는 감지부(120)가 구비된다. 측정용 기판(S)이 정전척(100)으로부터 분리되면 감지부(120)는 이를 감지하여 제어부(400)로 전달한다. 감지부(120)로는 압력센서나 자기센서를 사용할 수 있다.
계속해서 정전척(100)의 하부에는 리프트부(200)가 위치한다. 리프트부(200)는 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)을 분리시키는 리프트핀(210), 리프트핀(210)이 연결된 리프트판(220), 동력전달부재(310)에 의해 지지도르래(340)와 연결된 리프트축(230), 리프트판(220)이 평행하게 상하이동할 수 있도록 하는 가이드 바(240)를 구비한다.
정전척(100)에 전압인가시 전원공급부(500)에서 인가된 전하와 반대의 극성을 가진 전하가 정전척(100)과 접촉되는 측정용 기판(S)면에 유도되어 정전력이 형성되는데 이때 리프트핀(210)을 전도체로 사용하는 경우 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)을 분리시키기 위해 리프핀(210)이 측정용 기판(S)과 접촉시 측정용 기판(S)의 전하를 방전시켜 정전력이 정확히 측정되지 않을 수 있다. 따라서 측정용 기판(S)의 전하가 방전되지 않도록 세라믹 계열의 부도체를 사용할 수 있다.
정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)을 분리시 리프트핀(210)을 측정용 기판(S)과 접촉시킨 상태에서 힘을 가하는 것이 정전척(100)과 측정용 기판(S) 사이의 인력 즉 정전력을 정확히 구할 수 있는 방법이기 때문에 리프트핀(210)과 측정용 기판(S)과의 접촉여부를 감지하기 위한 접촉감지센서(211)를 리프트핀(210)이 측정용 기판과 접촉하는 부분에 설치할 수 있다.
리프트판(220)은 구동부(300)에서 가하는 힘을 측정용 기판(S)에 전달하고, 가이드바(240)를 따라 상하로 이동한다. 리프트판(220)의 상하이동으로 리프트핀(210)은 측정용 기판(S)에 동력을 전달하여 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)을 분리시킬 수 있다. 리프트판(220)의 상단에는 복수 개의 리프트핀(210)이 결합되며 하단의 중앙에는 리프트축(230)이 연결된다.
리프트축(230)은 구동부(300)에서 전달되는 동력을 리프트판(220)에 전달하며 가이드바(240)와 함께 리프트판(220)의 편평도를 맞춰주는 역할을 한다. 리프트축(230)의 상부는 리프트판(220)의 중앙에 연결되며 하부는 동력전달부재(310)와 연결된다.
이때 동력전달부재(310)와 연결된 무게조절부(320)의 무게를 증가시키면 리프트축(230)과 연결된 리프트판(220)에 동력이 전달되어 리프트판(220)을 상승시킨다. 리프트판(220)을 상승시키는 또 다른 실시예로는 리프트 실린더를 사용하는 방법이 있을 수 있다.
가이드바(240)는 구동부(300)에 의해 리프트판(220)에 가해지는 힘을 복수 개의 리프트핀(210)이 측정용 기판(S)에 동시에 균일하게 가할 수 있도록 리프트판(220)의 편평도를 유지시켜주며 리프트판(220)이 상하로 이동할 수 있도록 이동공간(250)을 마련한다. 가이드바(240)의 하측에는 리프트부(200)가 가이드바(240)의 상하이동 공간(250)에서 이탈되지 않도록 걸림핀(241)이 마련된다.
구동부(300)는 지지축(330)에 결합되며 동력전달부재(310)와 무게조절부(320) 및 지지도르래(340)을 포함한다. 동력전달부재(310)의 일측은 리프트축(230)의 하부에 연결되며 타측은 무게조절부(320)에 연결된다. 무게조절부(320)는 제어부(400)에 의해 무게를 변화시키며 무게 변화에 따라 리프트부(200)의 위치가 조절된다. 지지도르래(340)은 고정도르래를 사용할 수 있으며 동력전달부재(310)로는 수톤의 하중을 견딜 수 있는 와이어로프나 체인 등을 사용할 수 있다. 또한 무게조절부(320)의 무게변화는 평형추를 사용하거나 수직하중 증가 실린더 등을 이용하여 이루어질 수 있다.
제어부(400)는 리프트핀(210)과 측정용 기판(S)의 접촉여부 정보를 전달받아 무게조절부(320)의 무게를 측정하고, 측정용 기판(S)이 정전척(100)으로부터 분리 될 때까지 무게조절부(320)의 무게를 점증시킨다. 또한 감지부(120)가 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)의 분리를 감지하면 무게조절부(320)의 무게를 측정한다. 전원공급부(500)는 정전척(100)에 직류전력을 공급하는 직류 발생기가 연결될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 정전력 측정방법에 대해 도면을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 리프트부와 구동부에 연결된 동력전달부재를 나타낸 저면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 리프트판(220)의 하면에는 리프트축(230)이 연결되며 리프트축(230)의 하부에는 동력전달부재(310)가 연결된다. 리프트축(230)에 연결된 네 개의 동력전달부재(310)는 네 방향으로 설치되며 네 개의 지지축(330)에 결합된 각각의 지지도르래(340)와 연결된다. 지지도르래(340)는 리프트부(200)의 균형을 맞추고, 리프트부(200)에 가해지는 힘을 분할하기 위해 복수 개로 설치될 수 있다.
지지도르래(340)가 4개일 경우 각각의 무게조절부(320)의 무게를 동일하게 맞추면 리프트부(200)에 가해지는 힘은 하나의 지지도르래(340)에 미치는 힘의 4배가 된다. 또한 각각의 무게조절부(320)의 무게가 모두 동일하지 않고, 다를 경우에도 리프트부(200)에 가해지는 힘은 각각의 무게조절부(320)의 무게를 더한 값과 같게 된다.
도 3a와 도 3b는 정전력 측정장치의 작동을 나타내는 간략도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이 구동부(300)는 지지도르래(340)를 이용한 장치이 기 때문에 동력전달부재(310)의 일측에 연결된 무게조절부(320)의 무게를 증가시키면 동력전달부재(310)의 장력이 증가되어 리프트축(230)을 당기고, 이로 인해 리프트판(220)이 상승된다. 이때 측정용 기판(S)과 리프트부(200) 사이의 거리가 멀면 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)을 분리시 리프트부(200)를 측정용 기판(S)까지 상승시키기 위한 힘도 무게조절부(320)의 무게에 포함되기 때문에 정전력을 정확히 측정하기 어렵다.
따라서 도 3b와 같이 리프트핀(210)을 측정용 기판(S) 접촉면까지 상승시켜 리프트부(200)의 무게를 측정하고, 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)이 분리될 때의 리프트부(200) 무게를 측정하여 차이값으로 정전력을 계산하면 보다 정확한 정전력을 측정할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전력 측정방법을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전력 측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 정전력 측정장치의 정전척(100)에 측정용 기판(S)을 안착시킨다(S100).
이후 정전척(100)에 전원공급부(500)에서 제공하는 전압을 인가하면 정전척(100)이 대전되면서 측정용 기판(S)과 정전척(100) 사이에 정전력이 형성되고, 정전력에 의해 측정용 기판(S)이 정전척(100)에 흡착된다(S200).
측정용 기판(S)이 정전척(100)에 흡착되면 제어부(400)는 무게조절부(320)의 무게를 점증시키고, 무게조절부(320)와 연결된 동력전달부재(310)의 장력이 점점 커지면서 리프트축(230)이 당겨져 리프트부(200)가 조금씩 상승한다.
이때 정전력 측정의 오차를 줄이기 위해 리프트핀(210)을 측정용 기판(S)과 접촉시까지 상승시킨다. 계속해서 리프트핀(210)이 측정용 기판(S)과 접촉되면 리프트핀(210)에 장착된 센서(211)에 의해 감지되고, 제어부(400)가 무게조절부(320)의 무게를 측정한다(S300). 무게는 무게조절부(320)의 질량에 중력가속도를 곱한 값이며 이는 곧 리프트부(230)에 가하는 힘과 동일하다.
계속해서 무게조절부(320)의 무게를 점증시키면서 리프트부(200)를 조금씩 밀어올려 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)을 분리시킨다. 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)을 분리시에는 정전척(100)에 설치된 감지부(120)가 이를 감지(S400)하게 되고, 감지부(120)에서 감지된 정보는 제어부(400)로 전달되어 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)이 분리되는 때의 무게조절부(320)의 무게가 측정된다(S500).
이후 정전척(100)으로부터 측정용 기판(S)이 분리될 때의 무게조절부(320)의 무게에서 리프트핀(210)이 측정용 기판(S)과 접촉했을 때 측정한 무게조절부(320)의 무게를 빼면 정확한 정전력의 값이 도출(S600)된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 정전력 측정장치와 이를 이용한 정전력 측정방법은 정전척에 설정된 정전력값이 제조공정을 수행하는데 적합한 값인지를 판단하고, 정전력값의 오차발생을 방지하여 기판을 정전척에서 분리시 기판 의 균열이나 손상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 정전척에 전압을 인가하는 전원공급부;
    상기 전압이 인가된 정전척에 부착된 기판을 상기 정전척으로부터 분리시키는 리프트부;
    상기 정전척으로부터 상기 기판이 분리될 수 있도록 무게가 변화되며 상기 리프트부를 구동시키는 구동부; 및
    상기 리프트부가 상기 기판과 접촉할 때의 무게조절부의 무게를 측정하고, 상기 정전척으로부터 상기 기판이 분리될 때의 상기 무게조절부의 무게를 측정하여 값을 비교하고 차이값으로 정전력을 계산하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전력 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기판을 상기 정전척으로부터 분리시 탈착여부를 감지하는 감지부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정전력 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 감지부는 압력센서, 자기센서 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전력 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 리프트부는 상기 기판과 접촉하여 상기 구동부에서 가하는 힘을 전달하는 리프트핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전력 측정장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 기판과 접촉하는 상기 리프트핀의 접촉부분에 상기 기판과의 접촉시 접촉여부를 감지하는 접촉감지센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 정전력 측정장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 구동부는 상기 무게 조절부와 상기 리프트부를 연결하여 동력을 전달하는 동력전달부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전력 측정장치.
  7. 기판을 정전척 상에 위치시키는 단계;
    상기 정전척에 전압을 인가하여 대전시키고, 상기 전압에 의해 형성된 정전력으로 상기 기판이 부착되는 단계;
    상기 정전척으로부터 상기 기판을 분리하기 위해 무게조절부의 무게가 변화되며 리프트부를 상승시키고, 상기 리프트부가 상기 기판과 접촉시 상기 무게조절부의 무게를 측정하는 단계;
    상기 리프트부의 상승으로 상기 기판이 상기 정전척으로부터 분리시 상기 무게조절부의 무게를 측정하는 단계; 및
    상기 리프트부가 상기 기판과 접촉시 측정한 상기 무게조절부 무게와 상기 정전척으로부터 상기 기판을 분리시 측정한 상기 무게조절부 무게의 차이값을 산출하여 정전력을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전력 측정방법.
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