KR102664299B1 - 정전척의 척킹력 측정 센서 및 이를 이용한 척킹력 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피에조 저항 물질로 형성되는 제 1 센싱층과, 상기 피에조 저항 물질로 형성되며 상기 제 1 센싱층의 상부에 이격되어 위치하는 제 2 센싱층과, 내측에 상하로 관통되는 지지 관통홀을 구비하며, 상기 제 1 센싱층과 제 2 센싱층 사이에 위치하는 중간 지지층과, 상기 제 1 센싱층의 하부에 위치하여 전기적으로 연결되는 제 1 전극층과, 상기 제 2 센싱층의 상부에 위치하여 전기적으로 연결되는 제 2 전극층과, 상기 제 1 전극층의 하부에 위치하는 제 1 절연층과, 상기 제 2 전극층의 상부에 위치하는 제 2 절연층 및 상기 제 2 절연층의 상부에서 상기 지지 관통홀의 상부에 위치하며 상기 지지 관통홀보다 작은 면적으로 형성되는 가압 스페이서를 포함하는 일 실시예에 따른 정전척의 척킹력 측정 센서 및 측정 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 평판 표시 모듈을 제조하는 장치에 사용되는 정전척의 척킹력을 측정하기 위한 측정 센서 및 이를 이용한 척킹력 측정 방법에 관한 것이다.
반도체 또는 평판 표시 장치는 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판과 같은 평판 기판의 상면에 다양한 코팅층이 코팅되고 소자가 실장되어 형성된다. 상기 코팅층은 스퍼터링 공정이나 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD)등의 진공 코팅 공정 또는 식각 공정등이 진공 상태에서 진행되는 공정 챔버와 공정 챔버의 내부에 위치하는 정전척과 공정 모듈을 포함하는 장치에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 코팅층은 각각의 스퍼터링 장치 또는 화학기상증착 장치와 같은 코팅 장치에서 진행될 수 있다. 상기 코팅 장치는 진공으로 유지되는 공정 챔버와 공정 챔버의 내부에 위치하는 정전척과 코팅 물질 공급 모듈을 포함한다.
상기 코팅 장치는 정전척의 상면에 평판 기판을 안착시킨 후에 정전척의 척킹력으로 평판 기판을 고정시킨다. 상기 코팅 장치는 정전척에 평판 기판을 안정적으로 고정시켜 코팅 공정중에 평판 기판이 이동되지 않도록 하는 것이 요구된다. 상기 정전척이 평판 기판을 안정적으로 고정하기 위해서는, 척킹력을 일정 이상으로 유지하는 것이 필요하다. 현재 상기 정전척에 대한 척킹력을 정량적으로 측정할 수 있는 방법이 마련되지 않은 상태이다.
한편, 반도체 공정용 정전척은 상대적으로 면적이 작아서 소결 방식으로 제조되어 척킹력이 전체적으로 균일할 수 있다. 그러나, 평판 표시 장치용 정전척은 상대적으로 면적이 커서 소결 방식보다는 용사 방식으로 제조되므로 척킹력의 균일도가 낮을 수 있다. 따라서, 상기 평판 표시 장치용 정전척은 전체적인 척킹력을 측정하는데 어려움이 있다.
본 발명은 실제 공정과 동일한 조건에서 정전척의 척킹력을 동시에 측정할 수 있는 정전척의 척킹력 측정 센서 및 이를 이용한 척킹력 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전척의 척킹력 측정 센서는 피에조 저항 물질로 형성되는 제 1 센싱층과, 상기 피에조 저항 물질로 형성되며 상기 제 1 센싱층의 상부에 이격되어 위치하는 제 2 센싱층과, 내측에 상하로 관통되는 지지 관통홀을 구비하며, 상기 제 1 센싱층과 제 2 센싱층 사이에 위치하는 중간 지지층과, 상기 제 1 센싱층의 하부에 위치하여 전기적으로 연결되는 제 1 전극층과, 상기 제 2 센싱층의 상부에 위치하여 전기적으로 연결되는 제 2 전극층과, 상기 제 1 전극층의 하부에 위치하는 제 1 절연층과, 상기 제 2 전극층의 상부에 위치하는 제 2 절연층 및 상기 제 2 절연층의 상부에서 상기 지지 관통홀의 상부에 위치하며 상기 지지 관통홀보다 작은 면적으로 형성되는 가압 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피에조 저항 물질은 전기 전도성 분말과 바인더를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 센싱층과 제 2 센싱층은 인가되는 압력에 따라 전기 저항이 감소할 수 있다.
또한, 상기 제 1 센싱층과 제 2 센싱층은 동일한 평면 형상으로 형성되며, 상기 제 2 센싱층은 상기 제 1 센싱층보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극층과 제 2 전극층은 각각 제 1 센싱층과 제 2 센싱층과 동일한 면적으로 형성되며, 상기 제 2 전극층은 상기 제 1 전극층보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 척킹력 측정 센서는 정전척의 상면에 안착되는 평판 기판의 하부에 위치하며, 상기 정전척의 작동에 따른 척킹력에 의하여 상기 평판 기판이 가압 스페이서에 압력을 인가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 척킹력 측정 방법은 상기의 척킹력 측정 센서를 이용한 정전척의 척킹력 측정 방법으로, 복수 개의 상기 척킹력 측정 센서를 상기 정전척의 상면에 서로 이격되도록 배치하고, 상기 척킹력 측정 센서의 상면에 평판 기판을 안착시키고, 상기 정전척을 작동시킨 후에 상기 척킹력 측정 센서의 전기 저항값 변화, 정전 용량 변화 또는 전압 변화를 포함하는 전기적 특성 변화를 측정하여 상기 정전척의 척킹력을 측정할 수 있다.
또한, 상기 척킹력 측정 방법은 상기 척킹력 측정 센서의 전기 저항값으로부터 상기 정전척의 위치별 척킹력의 상대적인 분포를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전척의 척킹력 측정 센서 및 측정 방법은 상대적으로 면적이 넓은 정전척의 상면에 복수 개가 서로 이격되어 위치하고, 상부에 평판 기판이 안착된 상태에서 척킹력을 측정하므로 실제 공정과 동일한 조건에서 정전척의 척킹력을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 정전척의 척킹력 측정 센서와 측정 방법은 진공 분위기에서 정천척에 평판 기판을 고정시키고 척킹력을 측정하므로 실제 공정 조건과 동일하게 척킹력을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 정전척 척킹력 측정 센서 및 측정 방법은 진공 분위기에서 척킹력을 측정하므로 대기 상태의 온도 또는 습도와 같은 주변 환경 변수의 변화에 따른 측정 오차를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 정전척의 척킹력 측정 센서와 측정 방법은 정전척의 상면에 복수 개가 위치한 상태에서 척킹력을 동시에 측정하므로, 측정 균일도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 정전척의 척킹력 측정 센서와 측정 방법은 정전척의 상면에 평판 기판과 함께 고정된 상태에서 척킹력을 측정하므로 측정 정밀도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 척킹력 측정 센서의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A의 수직 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B의 수직 단면도이다.
도 4는 정전척의 상면에 도 1의 척킹력 측정 센서와 평판 기판이 안착된 상태의 수직 단면도이다.
도 5는 정전척이 작동하는 상태에서 도 4에 대응되는 수직 단면도이다.
도 6은 도 1의 척킹력 측정 센서에 인가되는 힘과 전기 저항 및 전기 전도도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 척킹력 측정 센서가 가압 스페이스를 구비하지 않은 경우에 도 5에 대응되는 수직 단면도이다.
도 8은 복수 개의 도 1의 척킹력 측정 센서가 정전척의 상면에 격자 형상으로 안착된 상태의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A의 수직 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B의 수직 단면도이다.
도 4는 정전척의 상면에 도 1의 척킹력 측정 센서와 평판 기판이 안착된 상태의 수직 단면도이다.
도 5는 정전척이 작동하는 상태에서 도 4에 대응되는 수직 단면도이다.
도 6은 도 1의 척킹력 측정 센서에 인가되는 힘과 전기 저항 및 전기 전도도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 척킹력 측정 센서가 가압 스페이스를 구비하지 않은 경우에 도 5에 대응되는 수직 단면도이다.
도 8은 복수 개의 도 1의 척킹력 측정 센서가 정전척의 상면에 격자 형상으로 안착된 상태의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전척의 척킹력 측정 센서 및 이를 이용한 척킹력 측정 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척의 척킹력 측정 센서에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 척킹력 측정 센서의 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A의 수직 단면도이다. 도 3은 도 1의 B-B의 수직 단면도이다. 도 4는 정전척의 상면에 도 1의 척킹력 측정 센서와 평판 기판이 안착된 상태의 수직 단면도이다. 도 5는 정전척이 작동하는 상태에서 도 4에 대응되는 수직 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전척의 척킹력 측정 센서(100)는, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)과 중간 지지층(130)과 제 1 전극층(140)과 제 2 전극층(150)과 제 1 절연층(160)과 제 2 절연층(170) 및 가압 스페이서(180)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 제 1 단자(145) 및 제 2 단자(155)를 더 포함할 수 있다.
상기 척킹력 측정 센서(100)는, 도 4와 도 5를 참조하면, 제 2 센싱층(120)에 압력이 인가될 때 측정되는 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120) 사이의 전기 저항값 변화, 정전 용량 변화 또는 전압 변화와 같은 전기적 특성의 변화를 측정하여 정전척(10)의 척킹력을 측정할 수 있다. 상기 척킹력 측정 센서(100)는 복수 개가 정전척(10)의 상면에 안착되며, 상면에 평판 기판(20)이 위치할 수 있다. 상기 척킹력 측정 센서(100)는 정전척(10)과 유리 기판 사이에 위치할 수 있다. 상기 정전척(10)이 작동되면서 유리 기판을 정전척(10)에 척킹할 때 발생하는 압력이 척킹력 측정 센서(100)에 인가될 수 있다. 상기 척킹력 측정 센서(100)는 정전척(10)의 면적에 대응하여 복수 개가 정전척(10)의 상면에 이격되어 위치될 수 있으므로, 대면적의 정전척(10)에 대한 척킹력을 동시에 측정할 수 있다.
상기 척킹력 측정 센서(100)는 평판 기판(20)의 하면에 결합되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 소정 면적을 갖는 평판 기판(20)의 하면에 복수 개가 평판 기판(20)의 하면에 결합되어 평판 기판(20)과 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 평판 기판(20)과 함께 정전척(10)의 상면에 안착되어 척킹력 측정에 사용될 수 있다. 상기 평판 기판(20)은 척킹력을 측정하고자 하는 정전척(10)의 면적에 대응되는 면적을 갖거나, 정전척(10)의 면적을 2개, 3개 또는 4개와 같이 복수 개로 분할되는 면적으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 정전척(10)에 대하여 복수 회로 반복하여 척킹력을 측정할 수 있다.
상기 척킹력 측정 센서(100)는 정전척(10)에 안착된 상태 또는 평판 기판(20)에 결합된 상태로 사용되므로, 기존의 푸시풀게이지와 대비하여 측정 정확도와 측정 균일도 측면에서 측정자의 영향이 감소될 수 있다. 따라서, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 척킹력 측정 표준화를 가능하게 해준다.
상기 척킹력 측정 센서(100)는 바람직하게는 전체 두께가 0.10 ~ 1.20mm의 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 측정 과정에서 평판 기판(20)이 굴곡되는 정도를 최소화하면서 척킹력을 측정할 수 있도록 한다.
상기 제 1 센싱층(110)은 소정 두께의 블록 또는 판 형상으로 형성되며, 원판 또는 원형 블록으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 센싱층(110)은 사각판 또는 사각형 블록 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 센싱층(110)은 0.01 ~ 0.20mm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 1 센싱층(110)의 두께가 너무 얇으면 저항 변화가 작아서 저항 변화를 정확하게 측정하는데 어려움이 있다. 상기 제 1 센싱층(110)의 두께가 너무 두꺼우면 척킹력 측정 센서(100)의 두께가 증가되므로, 척킹력이 인가될 때 척킹력 측정 센서(100)의 상면에 위치하는 유리 기판의 변형이 증가될 수 있다. 또한, 상기 제 1 센싱층(110)은 직경 또는 폭이 3 ~ 10mm이 되도록 형성될 수 있다.
상기 제 1 센싱층(110)은 피에조 저항 물질(piezo resistive material)로 형성될 수 있다. 예들 들면 상기 제 1 센싱층(110)은 전기전도성 분말과 바인더를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 전기 전도성 분말은 니켈, 구리 또는 철과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 상기 바인더는 폴리 이미드, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 실리콘, 아크릴, 우레탄, 에폭시, 멜라민, 비닐과 같은 수지 물질로 형성될 수 있다. 상기 전도성 분말은 바인더에 분산되어 위치할 수 있다.
상기 제 1 센싱층(110)은 인가되는 압력에 의하여 변형되면서 내부에 위치하는 전기 전도성 분말들 사이의 접촉이 증가되면서 전기 저항이 감소될 수 있다. 상기 제 1 센싱층(110)은 인가되는 힘에 반비례하여 전기 저항이 감소되는 특성을 보일 수 있다.
상기 제 2 센싱층(120)은 제 1 센싱층(110)과 동일한 형상 또는 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 센싱층(120)은 제 1 센싱층(110)과 동일한 평면 형상과 동일한 면적으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 센싱층(120)은 제 1 센싱층(110)과 동일한 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 2 센싱층(120)은 0.01 ~ 0.20mm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 센싱층(120)은 바람직하게는 제 1 센싱층(110)과 대비하여 상대적으로 얇은 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 2 센싱층(120)은 척킹력 측정 과정에서 상면으로 인가되는 압력에 의하여 변형되므로, 제 1 센싱층(110)과 대비하여 두께가 얇은 경우에 변형이 더 용이할 수 있다.
상기 제 2 센싱층(120)은 제 1 센싱층(110)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 상기 제 2 센싱층(120)은 피에조 저항 물질(piezo resistive material)로 형성될 수 있다. 예들 들면 상기 제 2 센싱층(120)은 전기전도성 분말과 바인더를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 전기 전도성 분말은 니켈, 구리 또는 철과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 상기 바인더는 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 실리콘, 아크릴, 우레탄, 에폭시, 멜라민, 비닐과 같은 수지 물질로 형성될 수 있다. 상기 전도성 분말은 바인더에 분산되어 위치할 수 있다.
상기 제 2 센싱층(120)은 제 1 센싱층(110)과 같이 인가되는 압력에 의하여 변형되면서 내부에 위치하는 전기 전도성 분말들끼리 접촉하면서 전기 저항이 감소될 수 있다.
상기 제 2 센싱층(120)은 제 1 센싱층(110)의 상부에 소정 높이로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 제 2 센싱층(120)은 상면에서 인가되는 압력에 의하여 변형되면서 제 1 센싱층(110)과 물리적으로 접촉될 수 있다. 상기 제 2 센싱층(120)은 제 2 센싱층(120)의 상면으로 인가되는 압력이 증가함에 따라 제 1 센싱층(110)과의 접촉 면적이 증가할 수 있다. 따라서, 상기 제 2 센싱층(120)은 제 1 센싱층(110)과 전류 통로가 형성되어 전압이 증가하고 전기 저항이 감소될 수 있다.
상기 중간 지지층(130)은 링 형상 또는 2개의 호 형상으로 형성될 수 있다. 상기 중간 지지층(130)은 외경 또는 외측이 제 1 센싱층(110)의 외경 또는 외측과 일치할 수 있다. 또한, 상기 중간 지지층(130)은 소정 직경의 내경으로 형성될 수 있다. 상기 중간 지지층(130)은 내측에 상면에서 하면으로 관통되는 지지 관통홀(131)을 구비할 수 있다. 상기 중간 지지층(130)은 지지 관통홀(131)을 통하여 제 1 센싱층(110)의 상면과 제 2 센싱층(120)의 하면이 대향하도록 지지할 수 있다.
상기 중간 지지층(130)은 0.01 ~ 0.05mm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 중간 지지층(130)은 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)의 사이에 위치하며 압력이 인가되지 않을 때 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)을 소정 높이로 이격시킬 수 있다. 상기 중간 지지층(130)은 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120) 사이의 간격을 유지하여 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120) 사이에 전류가 흐르지 않도록 할 수 있다. 상기 중간 지지층(130)은 제 2 센싱층(120)의 상면으로 압력이 인가될 때, 제 2 센싱층(120)이 변형되어 제 1 센싱층(110)과 접촉되는 경로를 제공할 수 있다.
상기 중간 지지층(130)은 PET, PES, PEM와 같은 수지 필름 또는 접착제층으로 형성될 수 있다. 상기 중간 지지층(130)은 제 1 센싱층(110) 및 제 2 센싱층(120)과 분리되지 않도록 결합될 수 있다.
또한, 상기 중간 지지층(130)은 지지 연장층(135)을 더 구비할 수 있다. 상기 지지 연장층(135)은 중간 지지층(130)으로부터 일측으로 연장되는 바 형상으로 형성될 수 있다. 상기 지지 연장층(135)은 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)와 형성되는 영역에 대응되는 면적으로 형성될 수 있다. 상기 지지 연장층(135)은 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155) 사이에 위치하여 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)를 상하로 이격시킬 수 있다. 따라서, 상기 지지 연장층(135)은 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)를 보다 안정적으로 절연시킬 수 있다. 한편, 상기 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)가 수평 방향으로 이격되어 물리적으로 접촉되지 않은 경우에 지지 연장층(135)은 생략될 수 있다.
상기 제 1 전극층(140)은 제 1 센싱층(110)의 하부에 위치할 수 있다. 상기 제 1 전극층(140)은 제 1 센싱층(110)의 하면에 대응되는 형상의 판상 또는 박판으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극층(140)은 제 1 센싱층(110)의 하면에 대응되는 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극층(140)은 제 1 센싱층(110)의 외측으로 소정 폭으로 돌출되는 면적으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극층(140)은 제 1 센싱층(110)의 하면과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 1 전극층(140)은 제 1 센싱층(110)의 저항 측정에 필요한 전류가 흐르는 소정 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극층(140)은 바람직하게는 0.01 ~ 0.25mm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극층(140)의 두께가 너무 얇으면 자체의 전기 저항이 증가되어 제 1 센싱층(110)의 저항 변화를 정확하게 측정하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극층(140)의 두께가 너무 두꺼우면 척킹력 측정 센서(100)의 두께가 증가되므로, 척킹력이 인가될 때 척킹력 측정 센서(100)의 상면에 위치하는 유리 기판의 변형이 증가될 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극층(140)은 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극층(140)은 니켈, 알루미늄 또는 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극층(140)은 상면이 제 1 센싱층(110)의 하면에 접촉되도록 결합될 수 있다. 상기 제 1 전극층(140)은 제 1 센싱층(110)의 저항을 측정하는데 필요한 전류가 흐르는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극층(140)은 제 1 센싱층(110)의 저항 또는 전압을 측정하는 경로를 제공할 수 있다.
상기 제 1 단자(145)는 바 형상으로 형성되며, 일측이 제 1 전극층(140)에 연결되며, 타측이 제 1 전극층(140)과 반대 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 상기 제 1 단자(145)는 일측이 제 1 전극층(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 단자(145)는 제 1 센싱층(110)의 저항 측정에 필요한 전류가 흐르는 소정 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 1 단자(145)는 제 1 전극층(140)과 동일한 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 1 단자(145)는 바람직하게는 0.01 ~ 0.25mm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 1 단자(145)는 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 제 1 단자(145)는 니켈, 알루미늄 또는 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 단자(145)는 제 1 전극층(140)을 외부의 전원 공급 장치 또는 저항 측정 장치와 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 제 2 전극층(150)은 제 2 센싱층(120)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 제 2 전극층(150)은 제 2 센싱층(120)의 상면에 대응되는 형상의 판상 또는 박판으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극층(150)은 제 2 센싱층(120)의 상면에 대응되는 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극층(150)은 제 2 센싱층(120)의 외측으로 소정 폭으로 돌출되는 면적으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극층(150)은 제 2 센싱층(120)의 상면과 전기적으로 접촉될 수 있다.
상기 제 2 전극층(150)은 제 2 센싱층(120)의 저항 측정에 필요한 전류가 흐르는 소정 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극층(150)은 바람직하게는 0.01 ~ 0.25mm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극층(150)의 두께가 너무 얇으면 자체의 전기 저항이 증가되어 제 2 센싱층(120)의 저항 변화를 정확하게 측정하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극층(150)의 두께가 너무 두꺼우면 척킹력 측정 센서(100)의 두께가 증가되므로, 척킹력이 인가될 때 척킹력 측정 센서(100)의 상면에 위치하는 유리 기판의 변형이 증가될 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극층(150)은 제 1 전극층(140)보다 얇은 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 전극층(150)은 압력이 인가될 때 보다 용이하게 압력이 제 2 센싱층(120)으로 전달되도록 할 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극층(150)은 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극층(150)은 니켈, 알루미늄 또는 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극은 상면이 제 2 센싱층(120)의 상면에 접촉되도록 결합될 수 있다. 상기 제 2 전극층(150)은 제 2 센싱층(120)의 저항을 측정하는데 필요한 전류가 흐르는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극은 제 2 센싱층(120)의 저항 또는 전압을 측정하는 경로를 제공할 수 있다.
상기 제 2 단자(155)는 바 형상으로 형성되며, 일측이 제 2 전극층(150)에 연결되며, 타측이 제 2 전극층(150)과 반대 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제 2 단자(155)는 수평면을 기준으로 연장되는 방향과 수직인 방향으로 제 1 단자(145)와 이격될 수 있다. 또한, 상기 제 2 단자(155)는 일측이 제 2 전극층(150)과 전기적으로 연결되어 전류를 공급할 수 있다. 상기 제 2 단자(155)는 제 2 센싱층(120)의 저항 측정에 필요한 전류가 흐르는 소정 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 2 단자(155)는 제 2 전극층(150)과 동일한 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 2 단자(155)는 바람직하게는 0.01 ~ 0.25mm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 2 단자(155)는 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 제 2 단자(155)는 니켈, 알루미늄 또는 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 단자(155)는 제 2 전극층(150)을 외부의 전원 공급 장치 또는 저항 측정 장치와 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 제 1 절연층(160)은 제 1 전극층(140)의 하면을 감싸는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 절연층(160)은 제 1 단자(145)의 하면을 감싸는 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 절연층(160)은 전체적으로 소정 폭과 길이를 갖는 바 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 절연층(160)은 제 1 전극층(140)의 직경 또는 폭보다 큰 폭으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 절연층(160)은 제 1 전극층(140)의 직경 또는 폭보다 큰 길이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 절연층(160)은 제 1 전극층(140)의 직경 또는 폭과 제 1 단자(145)의 길이보다 큰 길이로 형성될 수 있다. 상기 제 1 절연층(160)은 상면이 제 1 전극층(140)과 제 1 단자(145)의 하면과 결합될 수 있다.
상기 제 1 절연층(160)은 수지 필름으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 절연층(160)은 아크릴, 폴리카보네이트, PVC, PET, PI 또는 PCB와 같은 재질로 형성될 수 있다. 상기 제 1 절연층(160)은 0.01 ~ 0.25mm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제 1 절연층(160)은 제 1 절연 연장층(165)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 절연 연장층(165)은 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)의 하부로 연장되어 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)의 하면을 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 절연 연장층(165)은 제 1 절연층(160)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 절연 연장층(165)은 제 1 절연층(160)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 제 1 절연 연장층(165)은 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)의 하면이 외부와 전기적으로 절연되도록 할 수 있다.
상기 제 2 절연층(170)은 제 2 전극층(150)의 상면을 감싸는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 절연층(170)은 제 2 단자(155)의 상면을 감싸는 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 절연층(170)은 전체적으로 소정 폭과 길이를 갖는 바 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 절연층(170)은 제 2 전극층(150)의 직경 또는 폭보다 큰 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 절연층(170)은 제 2 전극층(150)의 직경 또는 폭과 제 2 단자(155)의 길이보다 큰 길이로 형성될 수 있다. 상기 제 2 절연층(170)은 상면이 제 2 전극층(150)과 제 2 단자(155)의 상면과 결합될 수 있다.
상기 제 2 절연층(170)은 수지 필름으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 절연층(170)은 아크릴, 폴리카보네이트, PVC, PET, PI 또는 PCB와 같은 재질로 형성될 수 있다. 상기 제 2 절연층(170)은 0.01 ~ 0.25mm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 절연층(170)은 제 1 절연층(160)보다 얇은 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 절연층(170)은 압력이 인가될 때 보다 용이하게 압력이 제 2 절연층(170)으로 전달되도록 할 수 있다.
상기 제 2 절연층(170)은 제 2 절연 연장층(175)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 절연 연장층(175)은 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)의 상부로 연장되어 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)의 상면을 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 제 2 절연 연장층(175)은 제 2 절연층(170)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 절연 연장층(175)은 제 2 절연층(170)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 제 2 절연 연장층(175)은 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)의 상면이 외부와 전기적으로 절연되도록 할 수 있다.
상기 가압 스페이서(180)는 지지 관통홀(131)의 평면 형상에 대응되는 형상이면서 지지 관통홀(131)보다 작은 면적을 갖는 블록 형상으로 형성될 수 있다. 상기 가압 스페이서(180)는 니켈, 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 철과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 가압 스페이서(180)는 압축되지 않는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 상기 가압 스페이서(180)는 0.05 ~ 0.25mm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 가압 스페이서(180)는 지지 관통홀(131)의 면적의 0.10 ~ 0.7배의 면적으로 형성될 수 있다. 또는 상기 가압 스페이서(180)는 지지 관통홀(131)의 직경의 0.10 ~ 0.7배의 직경으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 가압 스페이서(180)는 지지 관통홀(131)의 중심부에 대응되는 제 2 센싱층(120)을 효율적으로 가압할 수 있다.
상기 가압 스페이서(180)는 제 2 센싱층(120)의 상부에서 지지 관통홀(131)에 대응되는 위치에서 제 2 절연층(170)의 상부에 결합될 수 있다. 또한, 상기 가압 스페이서(180)는 제 1 센싱층(110)의 하부에 지지 관통홀(131)에 대응되는 위치에서 제 1 절연층(160)의 하부에 결합될 수 있다. 상기 가압 스페이스는 제 2 절연층(170)의 상면 또는 제 1 절연층(160)의 하면에 결합될 수 있다.
상기 가압 스페이서(180)는 척킹력 측정 센서(100)가 정전척(10)과 평판 기판(20)의 사이에 안착된 상태에서 정전척(10)이 작동할 때 평판 기판(20)의 변형에 따른 공간에 위치하여 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)에 효율적으로 압력이 전달되도록 할 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 척킹력 측정 센서의 작용에 대하여 설명한다.
도 4는 정전척의 상면에 도 1의 척킹력 측정 센서와 평판 기판이 안착된 상태의 수직 단면도이다. 도 5는 정전척이 작동하는 상태에서 도 4에 대응되는 수직 단면도이다. 도 6은 도 1의 척킹력 측정 센서에 인가되는 힘과 전기 저항 및 전기 전도도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7은 척킹력 측정 센서가 가압 스페이스를 구비하지 않은 경우에 도 5에 대응되는 수직 단면도이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 상기 척킹력 측정 센서(100)는, 정전척(10)의 상면에 제 1 절연층(160)의 하면이 접촉되도록 안착된다. 상기 척킹력 측정 센서(100)는 가압 스페이서(180)가 상부에 위치하도록 안착될 수 있다. 또한, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 가압 스페이서(180)가 하부에 위치하도록 안착될 수 있다. 상기 평판 기판(20)은 정전척(10)과 척킹력 측정 센서(100)의 상면에 접촉하도록 위치한다. 상기 평판 기판(20)은 유리 기판 또는 수지 필름이므로, 척킹력 측정 센서(100)의 상부에 위치하는 부분이 소정의 곡률을 가지고 돌출될 수 있다. 상기 평판 기판(20)은 하면이 척킹력 측정 센서(100)의 상면과 이격된 상태를 유지할 수 있다. 상기 평판 기판(20)은 척킹력 측정 센서(100)의 상부에서 척킹력 측정 센서(100)의 상면과 상부 방향으로 이격되는 거리가 상대적으로 크게 된다.
상기 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)는 전원 공급 장치 및 저항 측정 장치에 동시에 연결될 수 있다. 상기 전원 공급 장치는 적정한 전압을 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155) 사이에 인가할 수 있다. 상기 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155)는 각각 제 1 전극층(140)과 제 2 전극층(150)에 전기적으로 연결된다. 상기 정전척(10)이 작동하지 않아 척킹력이 인가되지 않은 상태에서는 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)이 증간 지지층에 의하여 이격된 상태이므로 제 1 단자(145)와 제 2 단자(155) 사이에 전류가 흐르지 않는다.
도 5에서 보는 바와 같이, 상기 정전척(10)이 작동하여 척킹력이 발생되면, 평판 기판(20)은 전체적으로 정전척(10)과 밀착하게 된다. 상기 평판 기판(20)은 척킹력 측정 센서(100)가 없은 부분에서 정전척(10)과 밀착할 수 있다. 상기 평판 기판(20)은 정전척(10)의 척킹력에 의하여 흡착되어 척킹력 측정 센서(100)의 상면과 인접하게 된다. 상기 평판 기판(20)은 가압 스페이서(180)와 접촉하면서 제 2 절연층(170)과 제 2 전극층(150) 및 제 2 센싱층(120)을 순차적으로 가압할 수 있다. 상기 제 2 센싱층(120)은 가압 스페이스의 압력에 의하여 변형되면서 하면이 지지 관통홀(131)을 통과하여 제 1 센싱층(110)의 상면과 물리적으로 접촉될 수 있다. 또한, 상기 척킹력이 증가되면 가압 스페이서(180)에 의하여 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)에 인가되는 압력이 증가될 수 있다. 상기 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)은 상하 방향으로 수축되면서 전류가 흐르면서 전기 저항이 감소될 수 있다.
도 6에서 보는 바와 같이, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 전기 저항이 감소될 수 있다. 상기 척킹력 측정 센서(100)는 전기 저항의 감소 정도 또는 전압의 증가 정도에 따라 정전척(10)의 척킹력을 상대적으로 평가할 수 있다. 상기 척킹력 측정 센서(100)는 평판 기판(20)에 의해 척킹될 때 가압 스페이서(180)를 통해 집중 압력을 구현한다. 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)이 닿는 면적을 넓게 하여 센싱층을 효율적으로 가압할 수 있다.
한편, 도 7에서 보는 바와 같이, 가압 스페이서(180)를 구비하지 않는 척킹력 측정 센서(100a)는, 평판 기판(20)에 의해 척킹되더라도 집중 압력 구현이 되지 않는다. 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)이 닿는 면적이 작아 효율적으로 가압하기 어렵다. 따라서, 상기 척킹력 측정 센서(100a)는 적정하게 척킹력을 측정하기 어려운 측면이 있다.
또한, 기존의 푸시풀게이지는 정전척(10)의 상면에 척킹된 상태에서 정전척(10)의 상면과 평행한 방향으로 이동되면서 척킹력을 측정하므로, 척킹력과 함께 마찰력도 측정될 수 있다. 따라서, 푸시풀 게이지는 평행한 방향으로 이동하는데 사용되는 압력, 정전척(10)과의 접촉면의 표면 상태 또는 정전척(10)의 표면 상태에 따라 영향을 받을 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 척킹력 측정 센서를 이용한 척킹력 측정 방법에 대하여 설명한다.
도 8은 복수 개의 도 1의 척킹력 측정 센서가 정전척의 상면에 격자 형상으로 안착된 상태의 평면도이다.
먼저, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 정전척(10)의 상면에 복수 개가 격자 형상으로 배열되어 안착될 수 있다. 상기 척킹력 측정 센서(100)는 별도의 측정 도선에 의하여 저항 측정 장치에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 측정 도선은 척킹력 측정 센서(100)의 제 1 단자(145) 및 제 2 단자(155)와 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로, 상기 정전척(10)의 상면에 평판 기판(20)이 안착될 수 있다. 상기 평판 기판(20)은 유리 기판 또는 수지 필름일 수 있다. 상기 평판 기판(20)은 정전척(10)의 면적에 대응되는 면적으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 평판 기판(20)은 정전척(10)의 상면에 배열되는 척킹력 측정 센서(100)의 상면에 접촉할 수 있다.
다음으로, 상기 저항 측정 장치가 각각의 척킹력 측정 센서(100)로 전류를 공급하며, 각각의 척킹력 측정 센서(100)의 초기 저항값을 측정할 수 있다.
다음으로, 상기 정전척(10)이 작동하여 평판 기판(20)을 척킹할 수 있다. 이때, 상기 평판 기판(20)은 정전척(10)의 상면에 밀착되면서 척킹력 측정 센서(100)를 가압할 수 있다. 특히, 상기 평판 기판(20)은 가압 스페이서(180)를 통하여 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)을 가압할 수 있다.
다음으로, 상기 저항 측정 장치는 각각의 척킹력 측정 센서(100)의 척킹 저항값을 측정할 수 있다. 여기서, 상기 척킹 저항값은 정전척(10)의 작동에 의하여 평판 기판(20)이 척킹된 상태에서의 전기 저항값을 의미할 수 있다. 상기 저항 측정 장치는 척킹 저항값으로부터 정전척(10)의 위치별 척킹력의 상대적인 분포를 평가할 수 있다. 또한, 상기 저항 측정 장치는 각각의 척킹력 측정 센서(100)에 대하여 초기 저항값에서 척킹 저항값를 뺀 보정 저항값으로 정전척(10)의 위치별 척킹력의 상대적인 분포를 평가할 수 있다. 이때, 상기 척깅력은 정전척(10)의 위치 별로 척킹 저항값 또는 보정 저항값으로 표시되는 상대적인 수치일 있다.
또한, 상기 척킹력 측정 센서(100)는 인가되는 압력과 전기 저항값에 대한 관계를 사전에 측정하여 인가 압력과 저항값의 관계식 또는 룩업 테이블을 산출할 수 있다. 상기 척킹력 측정 장치는 관계식 또는 룩업 테이블로부터 척킹 저항값 또는 보정 저항값에 대한 인가되는 실제 압력을 산출하고 척킹력 분포를 평가할 수 있다.
또한, 상기 척킹력 측정 센서(100)와 이를 이용한 척킹력 측정 방법은 정전척(10)의 위치 별로 산출되는 척킹 저항값으로부터 정전척(10)의 척킹력 분포와 균일도를 산출할 수 있다. 또한, 상기 척킹력 측정 센서(100)와 이를 이용한 척킹력 측정 방법은 제 1 센싱층(110)과 제 2 센싱층(120)에 대하여 인가 압력과 저항값의 관계식 또는 룩업 테이블을 산출하는 경우에 정전척(10)의 위치 별로 척킹력을 정량적으로 측정할 수 있다.
또한, 상기 척킹력 측정 센서(100)와 이를 이용한 척킹력 측정 방법은 실제 공정이 진행되는 공정 챔버에 설치되는 정전척(10)에 측정용 평판 기판(20)과 척킹력 측정 센서(100)를 고정시키고, 공정 챔버를 대기 상태 또는 진공 분위기로 유지하면서 척킹력을 측정할 수 있다. 따라서, 상기 척킹력 측정 센서(100)와 이를 이용한 척킹력 측정 방법은 대기 상태 또는 실제 공정 분위기와 동일한 조건에서 척킹력을 측정할 수 있다. 이때, 상기 공정 챔버는 공정 온도와 공정 가스도 실제 공정 조건과 동일하게 인가될 수 있다.
또한, 상기 척킹력 측정 센서(100)와 이를 이용한 척킹력 측정 방법은 평판 기판(20)에 척킹력 측정 센서(100)가 일체로 결합되는 경우에 보다 신속하게 척킹력 측정 센서(100)의 설치와 측정을 신속하게 진행할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 정전척의 척킹력 측정 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 정전척 20: 평판 기판
100: 척킹력 측정 센서
110: 제 1 센싱층 120: 제 2 센싱층
130: 중간 지지층 131: 지지 관통홀
135: 지지 연장층
140: 제 1 전극층 145: 제 1 단자
150: 제 2 전극층 155: 제 2 단자
160: 제 1 절연층 170: 제 2 절연층
180: 가압 스페이서
100: 척킹력 측정 센서
110: 제 1 센싱층 120: 제 2 센싱층
130: 중간 지지층 131: 지지 관통홀
135: 지지 연장층
140: 제 1 전극층 145: 제 1 단자
150: 제 2 전극층 155: 제 2 단자
160: 제 1 절연층 170: 제 2 절연층
180: 가압 스페이서
Claims (8)
- 피에조 저항 물질로 형성되는 제 1 센싱층과,
상기 피에조 저항 물질로 형성되며 상기 제 1 센싱층의 상부에 이격되어 위치하는 제 2 센싱층과,
내측에 상하로 관통되는 지지 관통홀을 구비하며, 상기 제 1 센싱층과 제 2 센싱층 사이에 위치하는 중간 지지층과,
상기 제 1 센싱층의 하부에 위치하여 전기적으로 연결되는 제 1 전극층과,
상기 제 2 센싱층의 상부에 위치하여 전기적으로 연결되는 제 2 전극층과,
상기 제 1 전극층의 하부에 위치하는 제 1 절연층과,
상기 제 2 전극층의 상부에 위치하는 제 2 절연층 및
상기 제 2 절연층의 상부에서 상기 지지 관통홀의 상부에 위치하며 상기 지지 관통홀보다 작은 면적으로 형성되는 가압 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 척킹력 측정 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 피에조 저항 물질은 전기 전도성 분말과 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 척킹력 측정 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 센싱층과 제 2 센싱층은 인가되는 압력에 따라 전기 저항이 감소하는 것을 특징으로 하는 척킹력 측정 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 센싱층과 제 2 센싱층은 동일한 평면 형상으로 형성되며,
상기 제 2 센싱층은 상기 제 1 센싱층보다 얇은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 척킹력 측정 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극층과 제 2 전극층은 각각 제 1 센싱층과 제 2 센싱층과 동일한 면적으로 형성되며,
상기 제 2 전극층은 상기 제 1 전극층보다 얇은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 척킹력 측정 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 척킹력 측정 센서는 정전척의 상면에 안착되는 평판 기판의 하부에 위치하며,
상기 정전척의 작동에 따른 척킹력에 의하여 상기 평판 기판이 가압 스페이서에 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는 척킹력 측정 센서. - 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 하나의 항에 따른 척킹력 측정 센서를 이용한 정전척의 척킹력 측정 방법으로,
복수 개의 상기 척킹력 측정 센서를 상기 정전척의 상면에 서로 이격되도록 배치하고,
상기 척킹력 측정 센서의 상면에 평판 기판을 안착시키고,
상기 정전척을 작동시킨 후에 상기 척킹력 측정 센서의 전기 저항값 변화, 정전 용량 변화 또는 전압 변화를 포함하는 전기적 특성 변화를 측정하여 상기 정전척의 척킹력을 측정하는 것을 특징으로 하는 척킹력 측정 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 척킹력 측정 센서의 전기 저항값으로부터 상기 정전척의 위치별 척킹력의 상대적인 분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 척킹력 측정 방법.
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