KR102176064B1 - 정전척 제조방법 및 정전척 - Google Patents

Abstract

대면적 기판의 대응에 적합하며 또한 제조가 용이한 정전척과 그 제조방법이 소개된다. 그 정전척 베이스(1) 상에 제1 유전층(10')과 제2 유전층(20')이 형성되고, 이 유전층들(10',20') 사이에 전극 패턴(40)이 마련된 구조를 갖는다. 유전층들(10',20')은 액상 수지의 경화층이다. 기판을 지지하는 제2 유전층(20') 상에는 절연성 필름이나 폼재 시트(50)가 부착될 수 있다.

Description

정전척 제조방법 및 정전척{Electrostatic chuck mnufacturing method the electrostatic chuck}

본 발명은 정전척(ESC), 특히는 디스플레이 공정에서 기판의 척킹에 사용되는 정전척 및 그 제조방법에 관한 것이다.

정전척은 유리, 웨이퍼 등의 피처리 대상 기판을 홀딩하기 위해 사용되는 부품으로, 기판 오염의 가능성이 적고 기판에 물리적인 힘을 가하지 않으면서도 위치 및 온도 제어를 정확히 할 수 있어, 반도체나 LED, 디스플레이 제조공정 등에서 광범위하게 사용된다.

반도체나 디스플레이 산업 모두에서 기판의 대면적화가 추구되고 있다. 디스플레이 8세대 공정의 경우 기판의 짧은 변 길이가 대략 2200mm에 이르며, 10세대의 경우 2900mm에 이른다. 이와 같은 대면적 기판의 정밀한 핸들링을 위해서는 정전척의 역할이 중요하다.

정전척의 대표적인 예로는 세라믹 타입의 정전척이 있다. 세라믹 정전척은 전극 패턴이 인쇄된 제1 그린 시트에 제2 그린 시트를 적층 후 공소결(co-firing)함에 의해 제조될 수 있는데, 고온의 공소결 과정에 전극 재료와 세라믹 재료 간의 열팽창계수 차이로 인해 내부응력이 축적되고 이로 인해 정전척이 변형되는 등의 문제가 발생한다. 세라믹 정전척은 상대적으로 대면적화에 적합하지 않는 측면이 있다.

디스플레이 공정에서 주로 사용되는 정전척으로 폴리이미드(polyimide) 타입의 정전척이 있다. 이 정전척은 척킹 전극의 절연을 위한 유전체로 폴리이디드 필름이 사용된 것인데, 대면적화에 적합하지만 연질인 폴리이미드 필름의 약한 내구성과 그로 인한 정전척의 짧은 수명이 문제된다. 이 문제에 관해서 한국특허공개 제2005-0064336호가 참조될 수 있다.

폴리이미드 정전척은 제작과정에 필름의 적층 및 가압 부착이 필요한데, 여러 장의 필름을 순차적으로 부착해야 하고 그 과정에 정밀도와 시간이 요구된다. 적층 필름들이 서로 정확히 매칭되어야 하며, 이들 사이에 기포가 존재하거나 필름에 주름이 발생되어서는 안된다.

디스플레이 공정에서 상하 혹은 좌우로 대향 배치된 2개의 기판을 서로 마주하고 공정을 수행해야 하는 경우가 있다. LCD 공정에서 TFT 기판과 컬러 필터 기판을 합착하는 경우, OLED 봉지공정에서 TFT 기판에 커버 유리를 씌우는 경우 등의 경우가 그러하다. 이 경우들에 있어 양 기판 간의 거리가 매우 짧은데, 폴리이미드 정전척의 경우 절연 파괴로 인해 아킹이 발생하는 문제가 생길 수 있다.

이상 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것으로, 설명된 사항들이 반드시 이 기술분야에서 이미 공공연히 알려져 있다거나 일반적인 지식에 해당한다고 인정하는 것으로 받아들여져서는 안될 것이다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 대면적 기판의 대응에 적합하며 또한 제조가 용이한 정전척 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 여기서 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 수 있을 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전척은 폴리머로 이루어진 제1 및 제2 유전층의 사이에 기판 처킹을 위한 전극 패턴이 배치된 구조를 갖는다. 이들 유전층은 절연층으로도 불릴 수 있으며, 정전기력의 발생을 위해 요구되는 적정한 유전율을 갖는다. 예로서 유전층들은 표면 절연저항 값이 10⁹~10¹⁴Ωcm인 폴리머 소재일 수 있다.

본 발명에 의하면 위 유전층들은 액상의 수지를 경화시킴에 의해 형성된다. 만일 이들 유전층을 기 제조된 폴리머 플레이트를 접합하는 방식으로 제조하는 경우, 플레이트들 간 접합층이 플라즈마 환경에서 쉽게 침식될 수 있고 이의 방지를 위해서는 또 다른 대책이 마련되어야 한다. 이는 정전척의 설계를 제약하고, 제작 상의 불편과 정전척의 수명 단축을 야기할 수 있다.

본 발명에서와 같이 액상 수지를 경화시켜 척킹 전극의 절연을 위한 유전체로 사용한 예는 종래에는 없었다. 종래에는 고내식성 및 안정적인 절연특성의 확보를 위해 세라믹 소결체나 잘 제조된 폴리머 필름 제품을 이용해왔고, 이것이 이 업계에서의 상식이었다. 본 발명은 이러한 기존 관념에서 벗어나 새로운 접근 방식을 제안하는 것이다.

본 발명에 따르면 정전척 제조방법은 a) 베이스의 상부면 가장자리를 따라 제1 댐을 설치하는 단계, 제1 댐에 의해 둘러싸인 베이스의 상부는 제1 영역으로 규정됨; b) 제1 영역에 제1 액상 수지를 주입하고 이를 경화시키는 단계; c) 경화된 제1 액상 수지의 상부면을 평탄 가공하여 제1 유전층을 마련하는 단계; d) 제1 유전층 상에 전극 패턴을 형성하는 단계; e) 제1 유전층의 가장자리를 따라 제2 댐을 설치하는 단계, 제2 댐에 의해 둘러싸인 제1 유전층 상부는 제2 영역으로 규정됨; f) 제2 영역에 제2 액상 수지를 주입하고 이를 경화시키는 단계; 및 g) 경화된 제2 액상 수지의 상부면을 평탄 가공하여 제2 유전층을 마련하는 단계;를 포함할 수 있다.

종래 폴리이미드 정전척은 그 제작과정에 정밀도와 시간이 요구되는데, 위와 같이 액상 수지를 도포 후 경화시키는 방식은 단순하여 공정시간을 획기적으로 단축하고 수율을 안정적으로 확보할 수 있도록 한다.

한편 본 발명에 의하면 기판을 지지하는 제2 유전층 상에는 절연성의 필름 또는 폼재 시트(foam sheet)가 부착될 수 있다. 이 필름이나 시트는 절연성의 확보를 위해 적어도 전극 패턴이 형성된 영역, 혹은 제2 유전층 전체를 덮도록 하는 것이 좋다. 이 경우 전극 패턴은 외부 노출이 안되도록 가장자리 영역을 제외하고는 되도록 제2 유전층 전체에 형성된다.

절연성 필름으로는 폴리이미드 필름이 사용될 수 있다. 이 절연성 필름은 제2 유전층에 추가적인 절연성을 제공하여 기판들 간 합착 공정에서 제2 유전층의 절연 파괴로 인해 정전척들 간에 아킹이 발생하는 것을 방지한다.

폼재 시트 또한 절연성을 갖는다. 다만 폼재 시트는 제2 유전층에 절연성을 추가하기보다는 쿠션 역할을 위한 것이다. 합착 공정에서 커버 유리의 에지부가 곡률을 갖는 경우, 제2 유전층이 폴리머로 이루어져 있다하더라도 곡률을 갖는 에지부는 적절히 가압될 수는 없었다. 폼재 시트는 기판 에지부의 곡률을 흡수하여 에지부에 적절한 하중이 가해질 수 있도록 한다.

위 절연성의 필름이나 시트는 마모 또는 손상이 된 경우, 교체될 수 있다.

한편 본 발명에 따른 정전척 제조방법은 a) 세라믹 재질의 베이스 상부면에 전극 패턴을 형성하는 단계; b) 전극 패턴이 형성된 베이스의 상부면 가장자리를 따라 댐을 설치하는 단계; c) 댐에 의해 둘러싸인 베이스 상에 액상 수지를 도포하고 이를 경화시키는 단계; 및 d) 경화된 액상 수지의 상부면을 평탄 가공하여 유전층을 마련하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 정전척은 존슨 라백(Johnsen-Rahbek) 타입 또는 쿨롱 타입일 수 있으며, 바이폴라 타입 또는 유니폴라 타입으로 제작될 수 있다. 존슨 라벡 효과를 이용하는 효과를 이용하는 정전척은 낮은 인가 전압으로도 큰 정전력을 낼 수 있어 기판을 효과적으로 척킹할 수 있고, 따라서 특히 큰 직경의 기판 핸들링에 유용하다.

본 발명에 의하면 정전척의 구조가 매우 단순하며, 제조공정이 간편해지며 제조시간의 획기적인 단축이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 기판 크기에 따라 정전척을 적절하게 사이즈업할 수 있어, 대면적 기판 대응에 적합하다.

또한 본 발명에 의하면 정전척은 제1 및 제2 유전층이 접착제에 의해 서로 부착된 것이 아닌 거의 단일체로 형성되므로, 전극 패턴이 외부로 노출되지 않으며 따라서 전극 패턴의 보호를 위한 부가적인 장치들이 요구되지 않는다.

또한 본 발명에 의하면 에지부 등 기판이 형상을 갖는다고 하더라도 그 형상을 흡수하여 기판을 지지 또는 가압할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 기판을 지지하는 제2 유전층 상에 절연성의 필름이나 폼재 시트가 부착되어 있어, 기판들이 매우 가깝게 근접 배치되어 작업이 이루어지는 합착 공정에서 절연 파괴로 인한 정전척 간의 아킹이 방지될 수 있다. 또한 하나의 정전척으로 다양한 크기의 기판을 처리할 수 있다. 이와 관해서는 실시예를 통해 상세하게 설명될 것이다.

확실히 본 발명에 의하면 정척척의 제조가 용이하며, 대면적화 및 다종화, 그리고 형상이 부여되는 등의 최신의 기판에 대한 대응 및 이의 핸들링에 적합한 솔루션을 제공한다.

도 1 내지 도 9는 본 발명에 따른 정전척 제조공정을 개략적으로 순서대로 보인 도면,
도 10a 및 도 10b는 제2 유전층 상에 절연성 필름을 부착하는 이유를 설명하기 위한 도면들이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도면들에서 동일한 구성요소 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시되며, 도면들은 본 발명의 특징에 대한 명확한 이해와 설명을 위해 과장되게 그리고 개략적으로 도시될 수 있다.

도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전척 제조방법을 살펴본다.

베이스의 준비

도 1에는 정전척의 베이스(1)가 개략적으로 도시되어 있다. 베이스(1)는 알루미늄과 같은 금속재질이거나 혹은 세라믹 재질일 수 있다. 베이스(1)가 금속 재질인 경우, 절연을 위해 그 표면은 미리 세라믹 용사코팅되거나 아노다이징 처리될 수 있다.

베이스(1) 위에 박막인 유전층(10,20)이나 전극 패턴(40)을 적절하고 균일한 두께로 형성하기 위해서는 베이스(1) 상부면은 어느 정도 평탄 가공될 필요가 있다. 예로서 베이스(1) 상부면은 평탄도 5~30㎛ 이내로 가공될 수 있다. 5㎛ 미만의 평탄 가공은 비용이나 가공 시간 대비 성능 면에서 효율이 떨어지며, 30㎛ 초과하는 경우 균질의 안정적인 척킹력 제공에 문제가 있을 수 있다.

베이스(1) 위에 제1 유전층(10') 형성하기 전에 전극 패턴(40)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급홀(2)이 마련될 수 있다. 베이스(1)가 금속재질인 경우 전원 공급홀(2)은 절연 처리될 수 있다.

도 2를 참조하면, 베이스(1)에 형성된 전원 공급홀(2) 내에 전도성, 예로서 금속 재질의 커넥터(30)가 설치된다. 커넥터(30)는 후에 형성된 전극 패턴(40)과 접촉될 수 있도록 베이스(1)의 상부면 위로 돌출 배치된다.

제1 유전층의 형성

도 2를 참조하면, 베이스(1)의 상부면 가장자리를 따라 제1 댐(D1)이 설치된다. 제1 댐(D1)은 베이스(1) 상부면을 둘러싸는 형태로 설치된다. 제1 댐(D1)에 의해 둘러싸인 베이스(1)의 상부, 달리 표현하면 제1 댐(D1)과 베이스(1) 상부면에 의해 규정되는 영역을 제1 영역(S1)으로 지칭된다. 커넥터(30)의 상단은 제1 영역(S1)에 노출된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 영역(S1)에 제1 액상 수지(10)가 주입된다. 제1 액상 수지(10)로는 열경화성의 폴리머가 사용될 수 있다. 예로서 에폭시 수지, 우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등이 사용될 수 있다. 제1 액상 수지(10)를 경화시킨 제1 유전층(10')의 표면 절연저항 값은 10⁹~10¹⁴Ωcm일 수 있다. 수지(10)에는 필요에 따라 세라믹과 같은 비도전성 물질 등의 첨가물이 첨가될 수 있다.

제1 액상 수지(10)는 베이스(1)의 상부면에 단순히 부어 넣어지는 방식으로 도포될 수 있다. 제1 액상 수지(10)는 어느 정도 이상의 흐름성과 젖음성이 필요할 수 있다. 제1 액상 수지(10)의 경화 후 제1 댐(D1)은 제거된다.

도 4를 참조하면, 베이스(1)의 상부면에 도포된 제1 액상 수지(10)는 건조 및 경화된 후, 가공툴(T)을 이용하여 미리 설정된 두께로 평탄 가공된다. 평탄 가공된 제1 유전층(10')의 표면과 커넥터(30)는 동일 평면 상에 놓이며, 커넥터(30) 상단은 외부로 노출된다. 평탄 가공 시 제1 유전층(10')과 함께 커넥터(30)도 일부 절삭될 수 있을 것이다.

전극 패턴의 형성

도 5를 참조하면, 평탄 가공된 제1 유전층(10') 상에 전극 패턴(40)이 형성된다. 전극 패턴(40)은 프린팅될 수 있다. 프린팅 재료로는 은이나 구리, 백금 등의 메탈 페이스트가 사용될 수 있다. 제1 유전층(10') 상에 형성된 전극 패턴(40)은 커넥터(30)와 전기적으로 연결된다.

제2 유전층의 형성

도 6을 참조하면, 전극 패턴(40)이 형성된 제1 유전층(10')의 가장자리를 따라 제2 댐(D2)이 설치된다. 제2 댐(D2)은 제1 유전층(10')의 둘레를 둘러싸는 형태로 설치된다. 제2 댐(D2)에 의해 둘러싸인 제1 유전층(10')의 상부, 달리 표현하면 제2 댐(D2)과 제1 유전층(10') 상부면에 의해 규정되는 영역은 제2 영역(S2)으로 지칭된다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 영역(S2)에 제2 액상 수지(20)가 흘러가도록 부어 넣어진다. 제2 액상 수지(20)가 적절한 흐름성과 젖음성을 가질 수 있으며, 제1 유전층(10') 상에 균일하게 넓게 퍼진 액상의 제2 수지(20)는 경화되어 제1 유전층(10')과 단일체를 형성한다.

제2 액상 수지(20)로는 제1 액상 수지(10)와 동일한 폴리머가 사용될 수 있다. 물론 제1 액상 수지(10)와는 다른 수지, 예로서 제1 액상 수지(10)로 경질(rigid)의 수지가 사용되었다면, 제2 액상 수지(20)로는 탄성이 좋은 러버 계열의 수지가 사용될 수 있다. 제2 유전층(20')이 제1 유전층(10')보다 연질일 수 있다. 기판을 지지하는 제2 유전층(20')으로 우레탄, 실리콘과 같은 탄성체가 사용되는 경우, 기판에 손상이나 무리를 주지 않고 균일하게 안정적으로 지지 및 가압할 수 있다. 필요에 따라 제2 액상 수지(20)에도 첨가물이 첨가될 수 있다.

도 8을 참조하면, 베이스(1)의 상부면에 도포된 제2 액상 수지(20)는 건조 및 경화된 후, 가공툴(T)을 이용하여 미리 설정된 두께로 평탄 가공된다. 제2 유전층(20')의 표면 절연저항 값은 10⁹~10¹⁴Ωcm일 수 있다.

절연성 필름 등의 부착

도 9를 참조하면, 제2 유전층(20') 상에는 절연성의 필름 또는 폼재 시트(foam sheet)(50)가 부착될 수 있다. 절연성 필름(50)으로는 제2 유전층(20')과 동일한 절연저항 값을 갖는 필름, 예로서 폴리이미드 필름이 사용될 수 있다. 필름은 치밀한 조직을 갖는 완성된 형태의 제품, 즉 완전체이므로 절연 특성 및 신뢰도가 높다. 하나의 예로서, 전극 패턴(40) 상부의 유전층에 대해 요구되는 두께가 0.3mm인 경우, 전체 두께 0.3mm에서 제2 유전층(20')은 절연성 필름(50)을 제외한 두께 만큼 형성될 수 있으며, 제2 유전층(20') 위에 절연성 필름(50)을 부착함으로써 절연 성능 및 신뢰도 향상이 가능하다.

필름이나 시트는 마모 또는 손상 시 교체될 수 있다. 액상 수지의 경화층에 부착된 것이므로 박리 및 제2 유전층(20')의 표면 연마 후, 필름이나 시트(50)를 재시공하여 정전척을 재생할 수 있다.

제2 유전층(20') 상에 폼재 시트(50)가 부착된 경우, 그 위에 놓인 기판에 형상이 있는 경우 해당 형상을 흡수하여 기판들의 합착 시 기판 전체를 균일하게 가압할 수 있다.

도 10a 및 도 10b에는 기판을 지지하는 유전층 상에 절연성 필름(50) 등을 부착할 경우의 다른 잇점을 설명하기 위한 도면이 매우 개략적으로 도시되어 있다. 도 10a 및 도 10b은 정전척을 위에서 바라본 개략도이다. 도면부호 1은 베이스, 부호 3은 기판, 40은 기판 척킹을 위한 전극 패턴을 지칭한다. 설명의 편의를 위해 전극 패턴(40)을 덮는 제2 유전층(20') 등 다른 구성은 생략되어 있다.

도 10a를 참조하면, 종래의 경우 어느 정전척은 거의 어느 특정한 기판에 대해서만 적용 가능했다. 즉 정전척의 전극 패턴(40)은 처리 대상의 기판(3) 크기에 부합되는 크기로만 형성되었다.

도 10b를 참조하면, 만일 전극 패턴(40)이 기판(3)보다 크게 형성되는 경우, 기판 간의 합착 공정에서 기판(3) 영역을 넘어 바깥에 형성된 부위의 전극 패턴(40)은 상대 정전척의 전극 패턴과 매우 근접하게 위치되는데, 전극 패턴(40) 상부의 유전층에 손상이나 결함 등이 있다면 상대 정전척과의 아킹이 발생할 수 있다. 아킹은 기판에 치명적인 문제를 일으킬 수 있다.

그러나 실시예에 따라 제2 유전층(20') 상에 절연성의 필름 등(50)이 부착될 경우 절연 성능 및 신뢰도의 향상이 가능하며, 따라서 기판(3) 영역을 넘어 그 바깥에까지 전극 패턴(40)이 형성되더라도 근접 정전척 간에 아킹이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 실시예에 의하면, 도 10b에서와 같이 전극 패턴(40)이 유전층의 가장자리를 제외하고 거의 전체적으로 형성된 정전척을 구성할 수 있고, 이러한 정전척을 이용하면 하나의 정전척으로 다양한 크기의 기판을 핸들링할 수 있다. 하나의 정전척으로 이종 크기의 기판을 동시에 핸들링할 수도 있을 것이다.

도 9에 도시된 정전척은 간단한 하나의 예가 도시된 것으로서, 정전척은 언급된 구성 이외에 다른 구성을 포함할 수 있으며, 제조공정 또한 언급된 것 이외의 다른 단계를 더 포함할 수 있다.
도 9에서 보듯이 정전척은 베이스(1). 베이스(1) 상에 공급된 제1 액상 수지의 경화층인 제1 유전층(10'), 제2 유전층(10') 상에 형성된 전극 패턴(40). 전극 패턴(40)이 형성된 제1 유전층(10') 상에 공급된 제2 액상 수지의 경화층인 제2 유전층(20') 및 베이스(1)에 형성된 홀을 통해 전극 패턴(40)과 연결된 금속 커넥터(30)를 포함할 수 있다.

한편, 다른 실시예로서 정전척은 세라믹 재질의 베이스 상에 전극 패턴이 형성되고, 그 위에 유전층으로서 액상 수지 경화층이 마련된 구조를 가질 수 있다. 제조방식은 앞서 언급된 제조방식이 채용될 수 있을 것이다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.

1: 베이스 10': 제1 유전층
20': 제2 유전층 30: 금속 커넥터
40: 전극 패턴 50: 필름
D1,D2: 댐 S1,S2: 영역
T: 가공툴

Claims (6)

1. a) 베이스의 상부면 가장자리를 따라 제1 댐을 설치하는 단계, 제1 댐에 의해 둘러싸인 베이스의 상부는 제1 영역으로 규정됨;
   b) 제1 영역에 제1 액상 수지가 흘러 들어가 도포되도록 베이스 상에 제1 액상 수지를 주입하고 이를 경화시키는 단계;
   c) 경화된 제1 액상 수지의 상부면을 평탄 가공하여 제1 유전층을 마련하는 단계;
   d) 제1 유전층 상에 전극 패턴을 형성하는 단계;
   e) 제1 유전층의 가장자리를 따라 제2 댐을 설치하는 단계, 제2 댐에 의해 둘러싸인 제1 유전층 상부는 제2 영역으로 규정됨;
   f) 제2 영역에 제2 액상 수지가 흘러 들어가 도포되도록 제1 유전층 상에 제2 액상 수지를 주입하고 이를 경화시키는 단계; 및
   g) 경화된 제2 액상 수지의 상부면을 평탄 가공하여 제2 유전층을 마련하는 단계를 포함하며,
   b) 단계 전에 베이스에 형성된 홀을 통해 금속 커넥터가 베이스 상부면 위로 돌출 배치되며, d) 단계에서 이 금속 커넥터가 전극 패턴과 연결되며,
   상기 제2 액상 수지는 제1 액상 수지보다 연질인 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 유전층 상에 폼재 시트(foam sheet)를 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

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