KR101435091B1 - 정전 척 - Google Patents

Abstract

글래스 기판을 흡착하는 정전 척에서, 정전 척은, 세라믹 재료에 매설되고 서로 엇갈리는 전극 쌍을 포함하고, 세라믹 재료의 체적 저항률은 1×10⁸Ωcm 내지 1×10¹⁴Ωcm이고, 전극 쌍을 덮는 흡착면 측의 세라믹 재료의 두께는 100㎛ 내지 200㎛이고, 전극 쌍의 패턴 폭은 0.5mm 내지 1mm이고, 전극 쌍 사이의 최소 거리는 0.5mm 내지 1mm이다.

글래스 기판, 정전 척, 세라믹 기판, 전극

Description

정전 척{ELECTROSTATIC CHUCK}

본 발명은 전극 쌍(pair)을 가지는 정전 척에 관한 것이다.

최근, 액정 표시 장치로 대표되는 평판 디스플레이(FPD)는 대형화되고, FPD의 제조 공정에서 대형의 글래스 기판을 안정하게 유지하는 방법 및 제조가 중요해지고 있다.

예를 들면, 액정 표시 장치는 컬러 필터, 박막 트랜지스터 어레이 등을 설치한 2매의 글래스 기판을 대략 수 마이크론의 간격으로 밀봉재를 이용하여 본딩시킨 후, 그 간격 내에 액정을 충전 및 2매의 글래스 기판에 밀봉하는 방식으로 제조된다.

액정의 충전 및 밀봉 방법은 진공 하에서 수행된다. 특히, 페이스트될 2매의 글래스 기판 중 어느 한 쪽에는 밀봉재를 도포하고, 2매의 글래스 기판 중 어느 한 쪽에는 액정을 적하한 후, 2매의 글래스 기판을 가압하면서 본딩시켜서, 액정을 밀봉한다.

이러한 FPD의 제조 공정에서, 진공(감압) 하에서 글래스 기판을 유지하는 방법으로서, 정전기에 기초한 흡착 방법(정전 척)이 이용되었다. 그러나, 반도체 기 판 등에 이용되는 실리콘 웨이퍼와 같은 도체 또는 반도체와 다르게, 글래스 기판은 전기적인 도전성이 없다. 따라서, 충분한 흡착력을 얻기 위해서는, 정전 척에 고전압을 인가해야 한다.

정전 척에 고전압을 인가하면 여러가지 문제가 발생한다. 예를 들면, 1) 글래스 기판에 형성된 디바이스가 대미지를 받을 수 있고, 2) 정전 척의 회로 레이아웃이 복잡해질 수 있고, 3) 정전 척에 방전이 쉽게 생길 수 있다.

따라서, 정전 척에 인가되는 전압을 낮추기 위해서 다양한 구조가 제안되었다(예를 들면, 일본국 특허 공개 공보 제2005-223185호 참조).

그러나, 상기 일본국 특허 공개 공보 제2005-223185호에 기재된 구조 및 조건에 따르면, 정전 척이 글래스 기판을 충분한 흡착력으로 안정하게 흡착하는 것이 곤란하다. 결과적으로, 글래스 기판을 실질적으로 안정하게 흡착하기 위한 새로운 구조를 가지는 정전 척이 요구되었다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기 문제를 해결할 수 있는, 신규하고 유용한 정전 척, 특히 글래스 기판을 낮은 인가 전압으로 안정하게 흡착할 수 있는 정전 척에 관한 것이다.

본 발명의 하나 이상의 측면에 따르면, 글래스 기판을 흡착하는 정전 척에 있어서, 상기 정전 척은, 서로 엇갈리고 세라믹 재료에 매설되는 한 쌍의 전극을 포함하고, 상기 세라믹 재료의 체적 저항률이 1×10⁸Ωcm 내지 1×10¹⁴Ωcm이고, 상기 전극 쌍을 덮는 흡착면측의 상기 세라믹 재료의 두께는 100㎛ 내지 200㎛이고, 상기 전극 쌍의 패턴의 폭은 0.5mm 내지 1mm이고, 상기 전극 쌍 사이의 최소 거리는 0.5mm 내지 1mm이다.

본 발명에 따르면, 글래스 기판을 낮은 인가 전압으로 안정되게 흡착할 수 있는 정전 척을 제공하는 것이 가능하다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전 척을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 예를 들면, 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 정전 척(10)은 세라믹 재료로 이루어지는 지지대(3)를 가지며, 이 지지대(3)는 수지 재료를 주성분으로 포함하는 접착층(2)을 통해서, Al 등의 금속 재료로 형성된 금속 기판(1) 상에 본딩된다.

한 쌍의 전극(4a, 4b)은 W(텅스텐) 등의 난융금속(refractory metal)으로 이루어질 수 있으며, 세라믹 재료에 매설된다. 도 2에서 후술하는 바와 같이, 전극(4a, 4b) 쌍(pair)은 서로 엇갈려서 빗살 형상으로 형성된다. 또한, 전극 쌍은(4a, 4b)은 동심원 형상, 나선 형상, 또는 다른 형상으로 형성될 수 있다.

흡착 대상물인 글래스 기판(S)은 지지대(3) 상에 탑재된다. 전극(4a, 4b)에 일 극성의 전압 및 타 극성의 전압이 각각 인가되는 경우, 지지대(3) 상의 글래스 기판(S)은 정전 흡착된다. 그러나, 종래의 정전 척에서는 흡착 대상물이 글래스 등의 절연 재료로 이루어지는 경우에, 충분한 흡착력을 확보하기 위해서는 전극(4a, 4b) 사이에 고전압을 인가해야 한다.

예를 들면, 일부 경우에는, 전극(4a, 4b) 사이에 인가되는 전압이 증가하면, 글래스 기판에 형성된 TFT(박막 트랜지스터) 등의 디바이스가 대미지를 받을 수 있다. 예를 들면, 최근에는, 표시 장치의 드라이버로서, 비정질 실리콘을 이용한 TFT를 대신해서, 폴리 실리콘을 이용한 TFT가 채용된다.

폴리 실리콘을 이용한 TFT는 비정질 실리콘을 이용한 TFT보다 인가 전압에 의해서 대미지를 받기가 더 쉽다. 그러므로, 정전 척에 인가되는 전압이 크면(예를 들면, 약 4000V 내지 5000V), TFT는 대미지를 크게 받을 수 있다.

또한, 일부 경우에, 정전 척에 인가되는 전압이 크면, 전극 사이에 방전이 일어날 수 있다. 또한, 고전압에 대해 내성을 가지는 정전 척의 레이아웃 및 회로의 레이아웃은 복잡하게 된다. 그러므로, 정전 척의 제조 비용이 증가한다.

따라서, 본 실시예에 따른 정전 척(10)에서는, 종래 보다도 낮은 인가 전압(예를 들면, 1000V 이하)으로, 안정한 흡착력(예를 들면, 2gh/㎠ 이상)이 생기고, 정전 척(10)은 이하의 양태를 특징으로 한다.

우선, 지지대(3)를 구성하는 세라믹 재료는 주성분으로 Al₂O₃(알루미나)를 포함하는 재료로 이루어진다. 세라믹 재료의 체적 저항률은 상온에서 1×10⁸Ωcm 내지 1×10¹⁴Ωcm이다. 전극(4a, 4b)을 덮는 흡착면 측(흡착 대상물에 접하는 면 측)에서의 지지대(3)를 구성하는 세라믹 재료의 두께 t(이하에서는, 간단하게 "두께 t"라고도 함)는 100㎛ 내지 200㎛로 설정된다.

상기 구성으로, 지지대(3)와 글래스 기판(S) 사이에 발생되는 흡착력으로서, 쿨롱력(Coulomb force)에 비해 존슨 라벡력(Johnsen-Rahbek force)이 지배적이다. 그러므로, 상기 정전 척(10)은 소위 존슨 라벡 타입의 정전 척으로 특정된다.

존슨 라벡력의 흡착력은 쿨롱력보다 흡착력이 크다. 그러므로, 전극(4a, 4b)을 덮는 세라믹 재료의 체적 저항률을 작게하고 흡착면 측의 상기 세라믹 재료의 두께 t를 얇게 함으로써, 이 존슨 라벡력을 크게 작용시킬 수 있다. 따라서, 흡착력은 존슨 라벡력이 지배적이다.

이 경우에, 세라믹 재료의 체적 저항률을 크게 줄이면, 전극(4a, 4b) 사이에는 방전이 생기기 쉽고, 전극과 흡착 대상물 사이에도 방전이 생기기 쉽다. 또한, 두께 t를 너무 얇게 한 경우에, 방전이 생기기 쉽다.

이 이유로, 본 실시예에 따른 정전 척(10)에서는, 지지대(3)를 구성하는 세라믹 재료의 체적 저항률을 1×10⁸Ωcm 내지 1×10¹⁴Ωcm(예를 들면, 본 실시예의 경우는 1×10¹¹Ωcm)로 설정하고, 전극(4a, 4b)을 덮는 흡착면측의 지지대(3)를 구성하는 세라믹 재료의 두께 t를, 100㎛ 내지 200㎛로 설정한다. 결과적으로, 존슨 라벡력을 증가시켜 흡착력을 크게 하면서, 세라믹 재료의 내전압을 소정의 값으로 유지하여서 방전이 생기는 것을 억제할 수 있다.

또한, 흡착력을 증가시키기 위해서는, 존슨 라벡력에 더하여, 그래디언트력(gradient force)이 크게 작용하도록 전극(4a, 4b)을 구성할 수 있다. 이어서, 전극(4a, 4b)의 구성을 도 2를 참조하여 기술한다.

도 2는 도 1의 정전 척(10)의 전극(4a, 4b)의 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다. 도 2를 참조하면, 전극(4a, 4b) 쌍은 빗살 형상으로 형성되고, 그 전극 패턴은 서로 엇갈린다. 상기 구성에서는, 전극(4a, 4b)의 엇갈린 부분의 빗살 패턴의 폭 h(이하에서는 간단하게 "전극 폭 h"라고도 함)를 0.5 내지 1mm로 설정할 수 있고, 전극(4a, 4b)의 엇갈린 부분의 인접한 빗살 패턴 사이의 거리 d(이하에서는 간단하게 "전극 간격 d"라고도 함)를 0.5mm 내지 1mm로 설정할 수 있다. 예를 들면, 전극 간격 d를 작게 하는 경우, 그래디언트력을 크게 할 수 있지만, 전극(4a, 4b) 사이에서의 방전의 리스크 역시 커진다. 그런데, 전극(4a, 4b)을 상기와 같이 구성하면, 전극 사이에서의 방전의 리스크를 억제하면서, 작용하는 그래디언트력을 크게 함으로써, 정전 척의 흡착력을 증가시킬 수 있다.

또한, 액정 표시 장치의 제조에서, 예를 들면 상기의 정전 척을 이용하여 2매의 대형 글래스 기판을 함께 본딩시키는 경우에, 이러한 정전 척은 실온(약 25℃)에서 이용된다. 또한, 상기 정전 척은 200℃ 이하의 비교적 저온의 범위에서 이용되는 것이 바람직하다.

또한, 지지대(3)의 흡착면의 표면 거칠기 Ra가 작은 경우, 흡착력은 커진다. 따라서, 표면 거칠기 Ra는 1.5㎛ 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 본 실시예의 경우에는, 예를 들면 표면 거칠기 Ra는 0.8㎛로 설정된다.

이어서, 정전 척의 흡착력의 결과에 대해서 설명한다.

도 3은, 도 1에 나타낸 세라믹 재료의 두께 t(도 3에는 "절연 표층 두께"로 표시)를 변화시킨 경우에, 도 1 및 도 2에 나타낸 정전 척(10)의 흡착력의 결과를 나타내는 도면이다. 이 경우, 전극 폭 h 및 전극 간격 d는 각각 1mm로 설정된다. 또한, 전극(4a)과 전극(4b) 사이에 1500V의 전압을 인가함으로써, 세라믹 재료의 내전압을 조사하는 테스트도 수행된다. 또한, 도 4는 상기 도 3의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 세라믹 재료의 두께 t를 250㎛(0.25mm) 또는 400㎛(0.4mm)로 설정한 경우에, 흡착력은 주로 쿨롱력에 기인한다. 그러므로, 정전 척은 쿨롱 타입이 되고, 흡착력은 작은 값(2gf/㎠ 미만)이 된다. 반대로, 세라믹 재료의 두께(t)를 100㎛(0.1mm) 또는 150㎛(0.15mm)로 설정한 경우에, 흡착력은 존슨 라벡력이 지배적이 된다. 그러므로, 흡착력은 2gf/㎠ 이상이 되고, 정전 척은 안정하게 글래스 기판을 흡착할 수 있다.

또한, 두께 t를 50㎛(0.05mm)로 설정한 경우에, 정전 척에는 방전이 생긴다. 그러므로, 정전 척이 안정하게 글래스 기판을 흡착하는 것이 곤란해진다. 상기 결과로서, 두께 t는 100㎛ 내지 200㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 이것은 정전 척에서의 방전의 발생을 억제하면서, 1000V 이하의 낮은 인가 전압으로 2gf/㎠의 흡착력에 의해 안정하게 글래스 기판을 흡착할 수 있기 때문이다.

도 5는, 도 2에 나타낸 정전 폭 h 및 전극 간격 d를 변화시킨 경우에, 도 1 및 도 2에 나타낸 정전 척(10)의 흡착력의 결과를 나타낸 도면이다. 상기 경우에, 두께 t는 150㎛로 설정된다. 또한, 전극(4a)과 전극(4b) 사이에 1500V의 전압을 인가함으로써, 세라믹 재료의 내전압을 검사하는 테스트도 수행된다. 또한, 도 6은 상기 도 5의 결과 그래프이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 전극 폭 h를 0.5mm 내지 1.0mm로 설정하고, 전극 간격 d를 0.5mm 내지 1.0mm로 설정한 경우에, 2gf/㎠ 이상의 흡착력을 얻을 수 있고, 방전을 억제하면서 글래스 기판을 흡착할 수 있다.

본 발명을 특정의 예시적인 실시예를 참조하여 도시 및 기술하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 및 범주 내에서 벗어나지 않고 형태 및 상세에서의 다양한 변경이 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다. 따라 서, 본 발명의 본래의 정신 및 범주 내에서의 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 포함된다.

예를 들면, 지지대(3)를 구성하는 세라믹 재료는 주성분으로 Al₂O₃를 포함하는 재료에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 세라믹 재료는, AlN 또는 SiC를 주성분으로 포함할 수 있다. 또한, 세라믹 재료는, 예를 들면 Ti_xO_y, Cr, Ca, Mg, 실리카(SiO₂) 등의, 체적 저항률 또는 소성하는 동안 팽창률을 조정하는데 이용되는 다양한 첨가 재료를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전 척의 개략적인 단면도.

도 2는 도 1의 정전 척의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 3은 정전 척의 흡착력의 결과를 나타내는 도면(#1).

도 4는 정전 척의 흡착력의 결과를 나타내는 도면(#2).

도 5는 정전 척의 흡착력의 결과를 나타내는 도면(#3).

도 6은 정전 척의 흡착력의 결과를 나타내는 도면(#4).

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 금속 기판 2 : 접착층

3 : 지지대 4a, 4b : 전극

5 : 글래스 기판

Claims (5)

1. 서로 엇갈려서 쌍을 이루는 전극이, 세라믹 재료에 매설되어 이루어지는 정전 척으로서,

   상기 세라믹 재료의 체적 저항률은 1×10⁸Ωcm 내지 1×10¹⁴Ωcm이고,

   상기 전극을 덮는 상기 세라믹 재료의 흡착면 측의 두께가 100㎛ 내지 200㎛이고,

   상기 전극의 패턴의 폭이 0.5mm 내지 1mm이고,

   쌍을 이루는 상기 전극의, 인접하는 상기 패턴의 거리가 0.5mm 내지 1mm이고,

   쌍을 이루는 상기 전극 사이에 인가되는 전압이 600V 이상 1000V 이하이고,

   흡착력이 2gf/㎠ 이상이고,

   흡착하는 대상물이 글래스 기판인 것을 특징으로 하는 정전 척.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹 재료는 Al₂O₃를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
4. 삭제
5. 삭제

Images