KR102387231B1 - 정전척의 유전체 층의 봉공처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 현격히 개선된 실링충진율로 정전척의 유전체 층을 봉공처리할 수 있는 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 봉공처리방법은, 실런트 액을 제1수용기(120) 내에 배치하고 상기 유전체 층을 상기 제1수용기(120)과 격리된 제2수용기(140) 내에 배치하며 상기 제1수용기(120) 및 제2수용기(140) 각각은 상기 실런트 액 및 유전체 층 각각의 내부에 존재하는 수분을 포함한 이물질이 비등하는 제1진공도를 유지함으로써 상기 이물질을 기화시켜 상기 실런트 액 및 유전체 층 각각으로부터 제거하는 상기 실런트 액 및 유전체 층의 탈포 단계와, 상기 제2수용기(140)를 제2진공도로 유지하되 상기 제1수용기(120)과 제2수용기(140)를 서로 유통시켜 상기 제1수용기(120) 내의 상기 탈포된 상기 실런트 액의 입자들이 상기 제2수용기(140) 내로 확산되며 상기 탈포된 상기 유전체 층의 내부에 존재하는 기공들 내에 충진됨으로써 상기 기공들이 실링되는 진공실링 단계와, 상기 유전체 층을 열처리함으로써 상기 기공들 내에 충진된 실런트 액의 입자들을 경화시키는 경화 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 정전척의 유전체 층을 봉공처리하는 방법에 관한 것으로, 특히 상기 유전체 층 내부에 존재하는 기공들의 실링충진율이 현격히 개선되는 봉공처리방법에 관한 것이다.
정전척은 여러 반도체 공정 중 웨이퍼의 이동이나 오정렬을 방지하도록 웨이퍼를 정전기력을 이용하여 챔버 내부의 지지대에 흡착 고정시키는 척킹(chucking), 그리고 상기 흡착 고정을 해제하는 디척킹(dechucking)을 하는 장치이다.
이러한 정전척은 일반적으로 내부에 전극층이 매설된 유전체 층을 포함하여 구성되며 상기 전극층에 전압을 인가하여 상기 유전체 층과 이의 상면에 놓인 웨이퍼 간에 정전기력을 발생시킴으로써 웨이퍼를 정전 흡착하여 고정한다. 도 1은 일반적인 정전척의 개략 구조도로서 그 상면에 웨이퍼(W)가 놓인 상태를 도시한다.
도 1을 참조하여 좀더 설명하면, 일반적으로 정전척은 통상적으로 알루미늄 등 소재의 베이스(1) 상에 형성된 유전체 층(2)과 상기 유전체 층(2) 내부에 매립된 척킹전극(4)으로 구성된다. 그리고, 상기 척킹전극(4)은 외부전원(5)으로부터 +/- 전압을 인가받으며, 예컨대 (+) 전극과 (-) 전극이 서로 맞물리는 형태인 인터디지테이티드(interdigitated) 패턴으로 구성된다.
이러한 정전척에서, 상기 유전체 층(2) 상에 웨이퍼(W)를 올려놓고 상기 척킹전극(16)에 외부 전원(5)으로부터의 전압을 인가하면 상기 유전체 층(2)과 웨이퍼(W) 간에는 정전기력이 발생하여 상기 웨이퍼(W)는 상기 유전체 층(2)의 상면에 척킹된다.
따라서, 상기 유전체 층(2)은 정전기력의 생성에 적절한 유전율을 가지면서도 전기절연성과 챔버 내에서의 여러 반도체 공정에 견딜 수 있는 내식성을 가짐이 요구되며, 일반적으로 이에 적합한 소재인 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹스 조성으로 구성된다. 만일 상기 유전체 층의 전기절연성이 낮으면, 전압 인가시 상기 유전체 층(2)에서 누설 전류가 발생하기 쉽고 이러한 누설전류는 아킹을 발생시켜 그 상면에 위치한 웨이퍼(W)를 파손하게 된다.
특히, 최근 웨이퍼(W)의 대구경화에 맞추어 이를 유치하는 상기 정전척 유전체 층(2) 역시 대면적의 박판으로 제조되어야 하는데, 이는 통상의 세라믹 소결공정으로는 제조되기가 어려우므로 용사(溶射) 코팅 공정을 통하여 제조된다.
그러나, 도 2에 도시하듯이, 세라믹재를 용사시켜 코팅하는 상기 용사공정의 특성상 이에 의해 제조되는 유전체 층(2)은 내부에 기공(void: V)이 다수 존재하게되므로 기공율이 크며, 따라서 유전율이 낮아져 그만큼 생성되는 정전력과 척킹력이 작아진다. 더구나, 상기 다수의 기공들은 대기 중의 수분을 흡습함으로써 유전체 층(2)의 전기절연성이 크게 저하하므로 유전체 층(2)의 내전압 특성이 크게 나빠져 누설 전류가 발생하여 아킹을 야기하기쉽다. 또한, 반도체 공정에 사용되는 가스가 유전체 층(2) 내부의 기공에 침투할 확률이 크므로, 유전체 층(2) 내부에 개재된 척킹전극(4)을 부식시켜 제품 수명 단축의 원인이 된다.
이에, 상기 용사공정에 의해 형성된 유전체 층(2)을 수지 등의 실링 용액에 함침시킨 후 표면에 도포된 실링소재를 경화시킴으로써 내부 기공들을 실링(sealing)하는 이른바 봉공처리가 부가적으로 행해진다. 이러한 봉공처리는 대기중에서 수지 조성액을 상기 용사공정에 의해 형성된 유전체 층(2)의 표면에 부어 함침한 후 경화시킴으로써 유전체 층(2) 내부 기공들을 실링한다.
그러나, 이러한 봉공처리는 상기 함침시 외기로부터 수분 등의 불순물이 유전체 층(2) 내의 기공들(V)에 유입되어 기공들(V) 내에 산재하게되므로, 여전히 결과적으로 정전척 작동을 위한 전압인가시 유전체 층(2) 내에 누설전류가 생성될 가능성이 크다. 이러한 누설전류는 유전체 층(2)의 분극특성을 열화시켜 척킹력을 저하시킬 뿐만 아니라 아킹을 발생시켜 상면에 놓인 웨이퍼(W)를 파손시키게된다.
이에, 본 발명은 정전척의 유전체 층 내부에 존재하는 기공들을 효과적으로 실링할 수 있는 봉공처리방법을 제공하기 위한 것이다.
위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명은 금속전극이 매립되어 정전척을 구성하는 유전체 층의 내부에 존재하는 기공들을 봉공처리하는 방법으로서 하기 (i)~(iii) 단계들을 포함한다:
(i) 실런트 액을 제1수용기 내에 배치하고 상기 유전체 층을 상기 제1수용기와 격리된 제2수용기 내에 배치하며, 상기 제1수용기 및 제2수용기 각각은 상기 실런트 액 및 유전체 층 각각의 내부에 존재하는 수분을 포함한 이물질이 비등하는 제1진공도를 유지함으로써 상기 이물질을 기화시켜 상기 실런트 액 및 유전체 층 각각으로부터 제거하는 상기 실런트 액 및 유전체 층의 탈포 단계;
(ii) 상기 제2수용기를 제2진공도로 유지하되 상기 제1수용기와 제2수용기를 서로 유통시켜 상기 제1수용기 내의 상기 탈포된 상기 실런트 액의 입자들이 상기 제2수용기 내로 확산되며 상기 탈포된 상기 유전체 층의 내부에 존재하는 기공들 내에 충진됨으로써 상기 기공들이 실링되는 진공실링 단계; 및
(iii) 상기 유전체 층을 열처리함으로써 상기 기공들 내에 충진된 실런트 액의 입자들을 경화시키는 경화 단계.
또한, 선택적으로, 상기 실런트 액의 탈포 단계를 위한 상기 제1진공도는 1~760 Torr 범위일 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 유전체 층의 탈포 단계를 위한 상기 제1진공도는 1~10-3 Torr 범위일 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 탈포는 20분 이상 동안 수행될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 진공실링 단계를 위한 상기 제2진공도는 1~760 Torr 범위일 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 실런트 액의 입자들의 상기 제2수용기 내로의 확산은, 상기 제1수용기의 내부 압력은 상기 제2수용기의 내부 압력보다 더 높게 조절되고, 상기 제1수용기와 제2수용기의 유통시 상기 제1진공공간과 제2진공공간 간의 내부 압력 차이로 인해 발생할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 제1수용기의 내부 압력 : 상기 제2수용기의 내부 압력의 비율은 (17~20):1의 범위로 조절될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 제1수용기의 내부 압력을 상기 제2수용기의 내부 압력보다 더 높게 조절하는 것은 상기 제2수용기 내에 질소 가스를 주입하되 상기 질소 가스의 주입량을 조절함으로써 수행될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 진공실링 단계는 상기 기공들의 실링이 완료된 후, 상기 유전체 층의 표면에 잔존하는 상기 실런트 액을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 진공실링 단계는 상기 기공들의 실링이 완료된 후, 대기압 상태에서 상기 제2수용기 내에 잔존하는 상기 실런트 액을 외부로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 유전체 층은 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화규소(SiN), 산화티탄(TiO2), 질화 실리콘(Si3N4), 산화규소(SiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 이트륨(Y2O3), 질화붕소(BN), 뮬라이트(Mullite) 및 불화 알루미늄(AlF3) 중의 하나 이상을 포함하는 조성으로 구성될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 유전체 층은 열처리를 통한 세라믹 소결공정 또는 용사코팅에 의하여 형성될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 실런트 액은 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 실리콘계 수지, 비닐 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시페놀 수지, 폴리 아미드 수지 및 에폭시멜라민 수지 중의 하나 이상을 포함하는 조성으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 정전척 유전체 층 내부의 기공들의 90% 이상이 실런트로 효과적으로 충진됨으로써 상기 유전체 층 내부의 기공율이 크게 감소된다. 따라서, 본 발명에 따라 봉공처리된 정전척의 유전체 층은 내부 기공의 존재로 인한 유전율 감소가 거의 없어 유전체 고유의 높은 정전력과 척킹력을 그대로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 봉공처리된 정전척의 유전체 층은 대부분의 내부 기공이 실링되어 높은 전기절연성이 유지되어 누설전류나 아킹의 발생이 없이 우수한 내전압 특성을 유지할 뿐만 아니라, 반도체 공정시 가스의 내부 침투가 방지되어 척킹전극을 부식으로부터 보호할 수 있다.
도 1은 일반적인 정전척의 개략 구조도로서 그 상면에 웨이퍼(W)가 놓인 상태를 도시한다.
도 2는 통상의 용사코팅으로 제조된 정전척의 유전체 층의 일 영역의 내부구조를 개념적으로 설명하기위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 봉공처리방법을 실행가능한 본 발명의 일 구현예에 따른 봉공처리시스템을 설명하는 개략 블록 구조도이다.
도 4a는 물의 비등점-압력 간에 서로 반비례하는 물리적 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에서 실런트 액이 끓으며 탈포되는 상태를 보이는 사진이다.
도 5a~5c는 용사코팅하여 형성된 정전척의 알루미나(Al2O3) 유전체 층을 에폭시 수지를 사용하여 본 발명에 따라 탈포 및 진공실링하여 봉공처리한 상기 유전체 층의 부위별 전자현미경 사진으로서, 도 5a는 유전체 층 상부 영역의 미세구조를, 도 5b는 유전체 층 중간 영역의 미세구조를, 그리고 도 5c는 유전체 층 하부 영역의 미세구조를 각각 보인다.
도 6a~6c는 제1비교예로서, 용사코팅하여 형성된 정전척의 알루미나(Al2O3) 유전체 층을 에폭시 수지를 사용하여 대기실링하여 봉공처리한 상기 유전체 층의 부위별 전자현미경 사진으로서, 도 6a는 유전체 층 상부 영역의 미세구조를, 도 6b는 유전체 층 중간 영역의 미세구조를, 그리고 도 6c는 유전체 층 하부 영역의 미세구조를 각각 보인다.
도 7a~7c는 제2비교예로서, 용사코팅하여 형성된 정전척의 알루미나(Al2O3) 유전체 층을 봉공처리하지 않은 상기 유전체 층의 부위별 전자현미경 사진으로서, 도 7a는 유전체 층 상부 영역의 미세구조를, 도 7b는 유전체 층 중간 영역의 미세구조를, 그리고 도 7c는 유전체 층 하부 영역의 미세구조를 각각 보인다.
도 8a~8c는 정전척의 유전체 층을 염료 시험(red check) 한 결과의 각 광학현미경 사진으로서, 도 8a는 도 5a~5c에서 보인 본 발명에 따른 정전척 유전체 층의 단면 구조를, 도 8b는 도 6a~6c에서 보인 제1비교예에 따른 정전척 유전체 층의 단면 구조를, 그리고 도 8c는 도 7a~7c에서 보인 제2비교예에 따른 정전척 유전체 층의 단면 구조를 각각 보인다.
도 9a~9b는 정전척의 유전체 층의 하부 영역에 전압을 인가하며 그의 누설전류를 측정한 값들을 나타내는 그래프로서, 도 9a는 앞서 도 5c에서 보인 본 발명에 따른 정전척 유전체 층의 누설전류 특성을, 도 9b는 앞서 도 6c에서 보인 제1비교예에 따른 정전척 유전체 층의 누설전류 특성을 각각 보인다.
도 2는 통상의 용사코팅으로 제조된 정전척의 유전체 층의 일 영역의 내부구조를 개념적으로 설명하기위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 봉공처리방법을 실행가능한 본 발명의 일 구현예에 따른 봉공처리시스템을 설명하는 개략 블록 구조도이다.
도 4a는 물의 비등점-압력 간에 서로 반비례하는 물리적 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에서 실런트 액이 끓으며 탈포되는 상태를 보이는 사진이다.
도 5a~5c는 용사코팅하여 형성된 정전척의 알루미나(Al2O3) 유전체 층을 에폭시 수지를 사용하여 본 발명에 따라 탈포 및 진공실링하여 봉공처리한 상기 유전체 층의 부위별 전자현미경 사진으로서, 도 5a는 유전체 층 상부 영역의 미세구조를, 도 5b는 유전체 층 중간 영역의 미세구조를, 그리고 도 5c는 유전체 층 하부 영역의 미세구조를 각각 보인다.
도 6a~6c는 제1비교예로서, 용사코팅하여 형성된 정전척의 알루미나(Al2O3) 유전체 층을 에폭시 수지를 사용하여 대기실링하여 봉공처리한 상기 유전체 층의 부위별 전자현미경 사진으로서, 도 6a는 유전체 층 상부 영역의 미세구조를, 도 6b는 유전체 층 중간 영역의 미세구조를, 그리고 도 6c는 유전체 층 하부 영역의 미세구조를 각각 보인다.
도 7a~7c는 제2비교예로서, 용사코팅하여 형성된 정전척의 알루미나(Al2O3) 유전체 층을 봉공처리하지 않은 상기 유전체 층의 부위별 전자현미경 사진으로서, 도 7a는 유전체 층 상부 영역의 미세구조를, 도 7b는 유전체 층 중간 영역의 미세구조를, 그리고 도 7c는 유전체 층 하부 영역의 미세구조를 각각 보인다.
도 8a~8c는 정전척의 유전체 층을 염료 시험(red check) 한 결과의 각 광학현미경 사진으로서, 도 8a는 도 5a~5c에서 보인 본 발명에 따른 정전척 유전체 층의 단면 구조를, 도 8b는 도 6a~6c에서 보인 제1비교예에 따른 정전척 유전체 층의 단면 구조를, 그리고 도 8c는 도 7a~7c에서 보인 제2비교예에 따른 정전척 유전체 층의 단면 구조를 각각 보인다.
도 9a~9b는 정전척의 유전체 층의 하부 영역에 전압을 인가하며 그의 누설전류를 측정한 값들을 나타내는 그래프로서, 도 9a는 앞서 도 5c에서 보인 본 발명에 따른 정전척 유전체 층의 누설전류 특성을, 도 9b는 앞서 도 6c에서 보인 제1비교예에 따른 정전척 유전체 층의 누설전류 특성을 각각 보인다.
본 발명은 정전척의 유전체 층 내부에 존재하는 다수의 기공들을 봉공처리하는 과정에서 외기로부터 수분 등의 내부 기공들 내로의 유입 문제와 기공들의 실링 문제의 개선에 초점을 맞춘 것이다.
이들 문제를 해결하는 본 발명의 봉공처리방법은 개략적으로 전처리로서 실런트 소재와 정전척의 유전체 층 각각을 독립적으로 진공중에서 탈포시켜 각각의 내부에 존재하는 수분 등의 이물질을 기화시켜 제거한 후, 진공중에서 상기 탈포된 실런트의 확산하는 입자들로써 상기 유전체 층 내부의 기공을 실링하는 공정으로 구성된다. 그리고, 상기 실런트 입자들은 진공중에서 중력에 의해 상기 유전체 층 내부의 기공들 내로 효과적으로 충진된다.
이러한 본 발명을 본 발명의 일 구현예를 통하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 봉공처리방법을 실행가능한 본 발명의 일 구현예에 따른 봉공처리시스템을 설명하는 개략 블록 구조도이다.
도 3에서, 본 구현예의 봉공처리시스템(100)은 도 1과 같이 유전체 층(2)과 상기 유전체 층(2) 내부에 매립된 척킹전극(4)을 포함하여 구성된 정전척이 배치되는 진공챔버(140)와, 실런트액을 저장하고 도입관(142)을 통해 실런트를 진공챔버(140) 내로 주입하는 실런트액 저장탱크(120)로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 진공챔버(140)와 실런트액 저장탱크(120) 각각에는 각각의 진공처리를 위한 일반적인 펌프장치(도시되지않음)가 각각 연결된다. 또한, 일 실시예에서, 상기 실런트액 저장탱크(120)와 진공챔버(140)는 유량 제어기(172)와 밸브(170)를 통하여 서로 연결됨으로써 진공챔버(140) 내로 도입되는 상기 실런트액의 주입량을 조절할 수 있다.
본 발명에 있어서, 도 1에 도시하듯이, 정전척의 상기 유전체 층(2)은 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화규소(SiN), 산화티탄(TiO2), 질화 실리콘(Si3N4), 산화규소(SiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 이트륨(Y2O3), 질화붕소(BN), 뮬라이트(Mullite) 및 불화 알루미늄(AlF3) 중의 하나 이상을 포함한 조성으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지않고 기타 공지된 물질로도 구성될 수 있다.
또한, 상기 유전체 층(2)은 통상적인 열처리를 통한 세라믹 소결공정이나 가스 또는 플라즈마에 의한 용사코팅에 의하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 척킹전극(4)은 텅스텐 등의 금속전극으로서 통상의 공정(예컨대, 공지된 증착이나 후막제조 공정)으로 형성되어 상기 유전체 층(2) 내에 매립된다.
탈포공정
먼저, 본 발명의 봉공처리방법은 전처리로서 실런트 소재와 제조된 정전척의 유전체 층 각각을 독립적으로 탈포시켜 각각의 내부에 존재하는 수분 등의 이물질을 기화시켜 제거한다.
이를 위하여, 본 발명의 상기 탈포공정은 비등점과 압력 간에 서로 반비례하는 물리적 상관관계를 이용한다. 즉, 일 예로서 물의 비등점 변화를 나타내는 도 4a를 참조하면, 압력이 낮아질수록 비등점 역시 낮아지므로, 이러한 현상을 이용하여 실런트 액이 수용된 실런트액 저장탱크(120)와 정전척이 배치된 진공챔버(140)를 저진공 상태로 소정시간 동안 유지함으로써 실런트와 정전척의 유전체 층 각각의 내부에 존재하는 수분 등의 이물질을 기화시켜 제거할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에서 실런트 액이 끓으며 탈포되는 상태를 보이는 사진이다. 도 4b에 보이듯이, 상기 실런트액의 탈포공정은 심각한 돌비현상이 발생할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 실런트액의 탈포공정은 돌비현상을 방지하도록 대략 1~760 Torr 범위의 압력에서 수행되고 대략 20분 이상 동안 수행된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 상기 정전척의 탈포공정은 대략 1~10-3 Torr 범위의 압력에서 수행되고 대략 20분 이상 동안 수행된다.
또한, 본 발명에서 상기 실런트 소재는 수지계 실런트임이 바람직하고, 예컨대 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 실리콘계 수지, 비닐 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시페놀 수지, 폴리 아미드 수지 및 에폭시멜라민 수지 중의 하나 이상의 수지 조성으로 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 "실런트 액"은 상기 수지 조성 성분을 주 성분으로 하는 통상의 수지 원료액을 지칭하며, 일 실시예에서 상기 수지 원료액은 부가적으로 안정제 및/또는 첨가제 등을 부가적으로 포함할 수 있다.
실링공정
상기 탈포공정후, 실런트액 저장탱크(120)로부터 상기 탈포된 실런트 액을 도입관(142)을 통하여 진공챔버(140) 내로 주입하며, 이때 상기 정전척은 진공챔버(140) 내에서 탈포된 상태로 남아있게된다. 일 실시예에서, 상기 정전척은 진공챔버(140) 내의 저면상 또는 저부 영역에 배치됨이 바람직하다.
이때, 본 발명에서 상기 주입은 상기 실런트액 저장탱크(120) 내부 및 상기 진공챔버(140) 내부 간에 압력차를 두어 달성되며 이는 실런트 액의 상기 진공챔버(140) 내에서의 확산 현상을 야기한다. 이러한 실런트 액의 확산을 위하여 본 발명에서 실런트액 저장탱크(120)의 내부 압력 : 진공챔버(140)의 내부 압력의 비율은 대략 (17~20):1의 범위로 됨이 바람직하다. 또한, 일 실시예에서 손쉬운 압력조절을 위하여 상기 실런트 주입 이전에 미리 상기 진공챔버(140) 내에 질소 등의 불활성 가스를 주입할 수도 있다.
또한, 상기 확산 중의 상기 진공챔버(140)는 진공 중이고 그의 내부 압력은 대략 1~760 Torr 범위 내임이 바람직하다.
그리고, 상기 압력차로 인해 실런트 액 입자들은 진공챔버(140) 내로 유입 및 확산되어 내부 배치된 정전척의 유전체 층(2)으로 이동하며, 아울러 중력(9.8N)의 영향을 받아 하부 배치된 상기 유전체 층(2) 내부로 침투가 가속화되어 상기 유전체 층(2) 내부의 기공들을 충진하게된다. 이때, 상기 유전체 층(2)이 전처리로서 탈포되어 내부 기공들은 수분 등의 이물질이 없이 비어있는 상태이므로, 실런트 액 입자에 의한 기공들의 충진이 방해받음이 없이 더욱 촉진된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 실링공정은 대략 2시간 내외로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 실링공정의 완료후 상기 진공챔버(140)는 진공도가 해제되어 대기압 상태로 만든 후, 진공챔버(140) 내부에 잔존하는 실런트 액을 배출밸브(180) 및 배출관(146)을 통하여 진공챔버(140) 외부로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 실링공정의 완료후 상기 정전척의 유전체 층(2) 표면에 잔존하는 실런트 액은 제거되며, 이는 예컨대 스크래퍼 및/또는 와이퍼를 이용하여 제거할 수 있다.
그리고, 본 발명에서, 상기 실링공정의 완료후 상기 정전척을 열처리함으로써 유전체 층(2) 내부에 충진된 실런트를 경화시킬 수 있고, 일 예로서 상기 열처리는 사용되는 실런트가 에폭시 수지인 경우 대략 60℃에서 48시간 이상 수행될 수 있다.
평가
본 발명에 따라 정전척의 유전체 층을 전술한대로 상기 탈포 및 진공실링하여 실런트 액으로 봉공처리하는 한편, 동일 조성의 유전체 층을 종래의 대기실링에 의해 봉공처리하여 서로 대비하였다. 이러한 대기실링에 의한 봉공처리는 대기중에서 동일 조성의 실런트 액을 동일 조성의 상기 유전체 층 표면상에 부어 함침한 후 60℃에서 48시간 이상 경화시켰다. 하기 도 5a~5c 및 도 6a~6c는 그 결과물에 대한 것이다.
즉, 도 5a~5c는 용사코팅하여 형성된 정전척의 알루미나(Al2O3) 조성의 유전체 층을 에폭시 수지를 사용하여 본 발명에 따라 탈포 및 진공실링하여 봉공처리한 상기 유전체 층의 부위별 전자현미경 사진으로서, 도 5a는 유전체 층 상부 영역의 미세구조를, 도 5b는 유전체 층 중간 영역의 미세구조를, 그리고 도 5c는 유전체 층 하부 영역의 미세구조를 각각 보인다.
또한, 도 6a~6c는 제1비교예로서 용사코팅하여 형성된 정전척의 알루미나(Al2O3) 조성의 유전체 층을 에폭시 수지를 사용하여 대기실링하여 봉공처리한 상기 유전체 층의 부위별 전자현미경 사진으로서, 도 6a는 유전체 층 상부 영역의 미세구조를, 도 6b는 유전체 층 중간 영역의 미세구조를, 그리고 도 6c는 유전체 층 하부 영역의 미세구조를 각각 보인다.
그리고, 도 7a~7c는 제2비교예로서 용사코팅하여 형성된 정전척의 알루미나(Al2O3) 조성의 유전체 층을 봉공처리하지 않은 상기 유전체 층의 부위별 전자현미경 사진으로서, 도 7a는 유전체 층 상부 영역의 미세구조를, 도 7b는 유전체 층 중간 영역의 미세구조를, 그리고 도 7c는 유전체 층 하부 영역의 미세구조를 각각 보인다.
본 발명에 따른 도 5a~5c를 보면, 유전체 층 내부에 존재한 기공들 대부분이 실런트로 충진 및 실링되었음이 관찰되며, 실런트 충진수준이 종래 도 6a~6c 및 도 7a~7c의 것에 비하여 매우 우수함을 알 수 있다.
또한, 도 8a~8c는 정전척의 유전체 층을 염료 시험(red check) 한 결과의 각 광학현미경 사진으로서, 도 8a는 도 5a~5c에서 보인 본 발명에 따른 정전척 유전체 층의 단면 구조를, 도 8b는 도 6a~6c에서 보인 제1비교예에 따른 정전척 유전체 층의 단면 구조를, 그리고 도 8c는 도 7a~7c에서 보인 제2비교예에 따른 정전척 유전체 층의 단면 구조를 각각 보인다.
이때, 상기 염료 시험은 각각의 정전척 유전체 층에 적색 염료를 도포하고 표면의 염료를 닦아낸 후에 백색 현상액을 스프레이함으로써 수행하였다. 이때, 유전체 층의 표면에 결함으로서 실링되지않은 기공이 남아있으면, 그 기공 내부에 잔류한 적색 염료가 건조된 백색 현상액층 상에 부각되므로, 이를 육안으로 확인할 수 있다.
본 발명의 유전체 층(도 8a)은 적색 영역이 전혀 관찰되지않아 유전체 층 내부 기공들의 완전한 충진 및 실링이 달성되었음이 확인된다. 반면에, 대기실링한 제1비교예(도 8b)나 봉공처리가 안된 제2비교예(도 8c) 모두는 적색 영역들이 다수 관찰되어 유전체 층 내부 기공들이 미진하게 충진 및 실링되었음이 확인된다.
또한, 각 유전체의 기공율은, 본 발명은 대략 0.5% 이하, 대기실링한 제1비교예는 대략 2±0.5%, 봉공처리가 없는 제2비교예는 대략 5±0.5%로 측정되었다. 특히, 본 발명에 따른 봉공처리율(실링 충진율)은 90% 이상인 반면에(도 8a), 대기실링한 제1비교예는 60% 정도에 불과하다(도 8b). 따라서, 본 발명에 따라 탈포 및 진공실링하여 봉공처리한 정전척의 유전체 층은 내부 기공들 거의 모두가 실링되었음이 확인된다.
또한, 도 9a~9b는 정전척의 유전체 층의 하부 영역에 전압을 인가하며 그의 누설전류를 측정한 값들을 나타내는 그래프로서, 도 9a는 앞서 도 5c에서 보인 본 발명에 따른 정전척 유전체 층의 누설전류 특성을, 도 9b는 앞서 도 6c에서 보인 제1비교예에 따른 정전척 유전체 층의 누설전류 특성을 각각 보인다.
특히, 측정결과, 본 발명에 따라 탈포 및 진공실링한 정전척 유전체 층의 하부 영역(도 5c)의 전기저항은 21.1GΩ인 반면에, 대기실링한 제1비교예의 정전척 유전체 층의 하부 영역(도 6c)의 전기저항은 7.61GΩ에 불과하여, 본 발명에 따른 정전척 유전체 층의 전기적 저항특성이 종래보다 거의 3배 정도로 개선되었음이 입증된다.
또한, 도 9b를 보면, 대기실링한 제1비교예의 경우 5kV 이상 인가시 누설전류가 급격히 생성됨을 알 수 있으나, 본 발명의 경우에는(도 9a) 5kV 이상 인가시에도 누설전류가 전혀 생성되지않아 우수한 전기절연성을 가짐을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 탈포 및 진공실링하여 봉공처리한 정전척의 유전체 층은 종래 대기실링하여 봉공처리한 정전척의 유전체 층보다 월등히 전기 저항특성이 개선된다.
위와 같이, 본 발명에 따른 봉공처리방법은 전처리로서 실런트 소재와 정전척의 유전체 층 각각을 독립적으로 진공중에서 탈포시켜 각각의 내부에 존재하는 수분 등의 이물질을 기화시켜 제거한 후, 진공중에서 상기 탈포된 실런트의 확산하는 입자들로써 상기 유전체 층 내부의 기공을 실링하는 공정을 포함함으로써, 상기 유전체 층 내부의 기공들의 90% 이상이 실런트로 충진됨으로써 내부 기공율이 크게 감소한다.
따라서, 본 발명에 따라 봉공처리된 정전척의 유전체 층은 내부 기공의 존재로 인한 유전율 감소가 거의 없어 유전체 고유의 높은 정전력과 척킹력을 그대로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 봉공처리된 정전척의 유전체 층은 대부분의 내부 기공이 실링되어 높은 전기절연성이 유지되어 누설전류나 아킹의 발생이 없이 우수한 내전압 특성을 유지할 뿐만 아니라, 반도체 공정시 가스의 내부 침투가 방지되어 척킹전극을 부식으로부터 보호할 수 있다.
이상, 상술된 본 발명의 실시예들에 있어서, 예컨대 선택된 원료의 순도, 불순물 함량 및 열처리 조건 등의 여러 실험조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
예컨대, 전술한 탈포공정은 주로 실런트 액 및 유전체 층 각각의 내부에 존재하는 수분을 타깃으로 하여 물이 비등하는 진공도로서 탈포하는 과정을 기술하였으나, 본 발명은 상기 수분을 제거하는 탈포에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 상기 수분 이외에 기타 실런트 액 및 유전체 층 각각의 내부에 존재하는 이물질을 타깃으로 하여 이것이 비등하는 진공도로 조절함으로써 얼마든지 본 발명의 범위 내에서 해당 이물질이 기화 및 제거되도록 탈포할 수 있다.
1: 베이스
2: 유전체 층
4: 척킹전극
5: 외부전원
W: 웨이퍼
V: 기공
100: 봉공처리시스템
120: 실런트액 저장탱크
140: 진공챔버
142: 도입관
146: 배출관
170, 180: 밸브
172: 유량 제어기
2: 유전체 층
4: 척킹전극
5: 외부전원
W: 웨이퍼
V: 기공
100: 봉공처리시스템
120: 실런트액 저장탱크
140: 진공챔버
142: 도입관
146: 배출관
170, 180: 밸브
172: 유량 제어기
Claims (13)
- 금속전극이 매립되어 정전척을 구성하는 유전체 층의 내부에 존재하는 기공들을 봉공처리하는 방법에 있어서,
실런트 액을 제1수용기 내에 배치하고 상기 유전체 층을 상기 제1수용기와 격리된 제2수용기 내에 배치하며, 상기 제1수용기 및 제2수용기 각각은 상기 실런트 액 및 유전체 층 각각의 내부에 존재하는 이물질이 비등하는 제1진공도를 유지함으로써 상기 이물질을 기화시켜 상기 실런트 액 및 유전체 층 각각으로부터 제거하는 상기 실런트 액 및 유전체 층의 탈포 단계와;
상기 제2수용기를 제2진공도로 유지하되 상기 제1수용기와 제2수용기를 서로 유통시켜 상기 제1수용기 내의 상기 탈포된 상기 실런트 액의 입자들이 상기 제2수용기 내로 확산되며 상기 탈포된 상기 유전체 층의 내부에 존재하는 기공들 내에 충진됨으로써 상기 기공들이 실링되는 진공실링 단계와;
상기 유전체 층을 열처리함으로써 상기 기공들 내에 충진된 실런트 액의 입자들을 경화시키는 경화 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항에 있어서,
상기 이물질은 수분을 포함하는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 실런트 액의 탈포 단계를 위한 상기 제1진공도는 1~760 Torr 범위인 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유전체 층의 탈포 단계를 위한 상기 제1진공도는 1~10-3 Torr 범위인 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 진공실링 단계를 위한 상기 제2진공도는 1~760 Torr 범위인 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 실런트 액의 입자들의 상기 제2수용기 내로의 확산은, 상기 제1수용기의 내부 압력은 상기 제2수용기의 내부 압력보다 더 높게 조절되고 상기 제1수용기와 제2수용기의 유통시 상기 제1수용기와 제2수용기 간의 내부 압력 차이로 인해 발생하는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1수용기의 내부 압력 : 상기 제2수용기의 내부 압력의 비율은 (17~20):1의 범위로 조절되는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1수용기의 내부 압력을 상기 제2수용기의 내부 압력보다 더 높게 조절하는 것은 상기 제2수용기 내에 질소 가스를 주입하되 상기 질소 가스의 주입량을 조절함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 진공실링 단계는 상기 기공들의 실링이 완료된 후, 상기 유전체 층의 표면에 잔존하는 상기 실런트 액을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 진공실링 단계는 상기 기공들의 실링이 완료된 후, 대기압 상태에서 상기 제2수용기 내에 잔존하는 상기 실런트 액을 외부로 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유전체 층은 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화규소(SiN), 산화티탄(TiO2), 질화 실리콘(Si3N4), 산화규소(SiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 이트륨(Y2O3), 질화붕소(BN), 뮬라이트(Mullite) 및 불화 알루미늄(AlF3) 중의 하나 이상을 포함하는 조성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유전체 층은 열처리를 통한 세라믹 소결공정 또는 용사코팅에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 실런트 액은 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 실리콘계 수지, 비닐 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시페놀 수지, 폴리 아미드 수지 및 에폭시멜라민 수지 중의 하나 이상을 포함하는 조성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 봉공처리방법.
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| KR1020200088737A KR102387231B1 (ko) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | 정전척의 유전체 층의 봉공처리방법 |
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| KR1020200088737A KR102387231B1 (ko) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | 정전척의 유전체 층의 봉공처리방법 |
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2020
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