KR20090121919A - 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치 - Google Patents

정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치 Download PDF

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박용균
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Abstract

본 발명은 정전기력을 이용하여 기판을 흡착 고정하는 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치에 관한 것이다.
특히 본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 형성되는 모재와; 상기 모재의 상측에 형성되는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 상측에 형성되고, 정전기력이 발생될 수 있도록 DC 전원과 연결되는 전극층과; 상기 전극층의 상측에 형성되는 제2절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치를 제시함으로써, 절연층의 파괴가 방지될 수 있고, 기판의 대형화를 위한 정전척의 크기 증대가 용이한 이점을 갖는다.
Figure P1020080048078
정전척, 모재, 절연층, 진공처리장치, 기판, LDC패널용 유리기판

Description

정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치{ELECTROSTATIC CHUCK AND VACUUM PROCESSING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 정전기력을 이용하여 기판을 흡착 고정하는 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 정전척은 물리적인 외력을 미치지 않고 피고정체를 고정할 수 있기 때문에, 플라즈마를 이용하여 진공상태에서 기판을 처리하는 진공처리장치를 비롯한 반도체 분야 등에서 상기 기판을 비롯하여 매우 민감한 피고정체를 고정하는데 많이 이용되고 있다.
특히 상기 기판 중 하나로는 LCD 패널용 유리기판이 있는데, LCD 패널용 유리기판은 수율성을 높이고 LCD의 대형화 추세에 맞출 수 있도록 대형으로 생산되고 있다. 이와 같이 상기 기판이 대형화됨에 따라, 상기 정전척 또한 상기 기판의 크기에 맞춰 대형화되고 있고, 상기 기판의 생산공정에서 상기 기판에 미치는 영향을 최소화하기 위해 정전척의 역할은 더욱 중요해지고 있다.
그런데, 현 실정에서는 상기 정전척의 모재를 열팽창율이 큰 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 형성하고, 이 모재에 정전기력을 발생시킬 수 있도록 모재보다 상대적으로 열팽창율이 작은 세라믹 재질의 절연층을 형성하고 있다.
따라서, 상기와 같은 구성을 가지는 정전척이 고온의 환경이 형성되는 분야에서 이용되는 경우, 정전척을 구성하는 각 부분의 열팽창율 차이 때문에 정전척의 절연층에 응력이 작용하여 정전척의 절연층이 파괴되고, 모재나 전극층이 외부로 노출되어 아킹이 발생되는 문제점이 있다.
특히 정전척의 크기가 기판의 대형화에 맞춰 증대됨에 따라, 열팽창에 따른 절대적인 변형량이 커지게 되어 상술한 정전척의 열팽창율 차이로 인한 정전척의 절연층의 파괴 문제점은 더욱 부각되고 있어, 정전척에 많음 문제점을 야기하고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정전척의 모재를 티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 형성함으로써, 정전척의 모재와 절연층의 열팽창율 차이로 인한 정전척의 절연층의 파괴를 방지할 수 있는 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 절연층의 파괴로 인한 기판의 대형화 제약을 해소할 수 있는 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치를 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 형성되는 모재와; 상기 모재의 상측에 형성되는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 상측에 형성되고, 정전기력이 발생될 수 있도록 DC 전원과 연결되는 전극층과; 상기 전극층의 상측에 형성되는 제2절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척을 제시한다.
상기 모재의 두께는 35mm 내지 45mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 모재의 저면 중 적어도 가장자리부분에는 플라즈마에 의한 부식을 방지하기 위한 부식방지층이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 부식방지층은 무전해 도금 등에 의하여 형성될 수 있으며, 텅스텐 또는 텅스텐 합금 재질로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 부식방지층의 두께는 10μm 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 및 제2절연층은 알루미나 세라믹(Al2O3) 재질로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 및 제2절연층의 두께는 400μm 내지 500μm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전극층은 텅스텐 또는 텅스텐 합금 또는 몰리브덴 재질로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전극층의 두께는 40μm 내지 50μm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 정전척은 기판을 지지하도록 제2절연층의 상면에 돌출 형성된 다수개의 돌기부들을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 모재와 상기 제1절연층 사이에는 상기 모재와 상기 제1절연층의 밀착력 향상을 위해 니켈합금 또는 니켈-알루미늄(Ni-Al) 재질의 접합층이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 접합층의 두께는 40μm 내지 50μm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 진공처리를 위한 진공처리공간을 형성할 수 있도록 챔버본체 및 챔버본체와 탈착가능하게 결합되는 커버부재와; 기판을 지지하도록 상기 진공처리공간에 설치되며 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항의 정전척을 포함하는 기판지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치를 제시한다.
상기 정전척의 하측에는 온도 제어를 위한 전열유체가 흐르는 유로가 형성된 쿨링 플레이트(cooling plate)가 결합될 수 있다.
상기 정전척이 상기 챔버본체의 저면과 절연될 수 있도록 상기 정전척과 상기 챔버본체 사이에는 절연부재가 설치될 수 있다.
상기 절연부재의 하측에 결합되고, 상기 챔버본체의 저면에 설치된 플랜지에 의해 지지되는 베이스 플레이트를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편 상기 진공처리장치는 한변의 길이가 2000mm이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치는 모재가 티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 형성되기 때문에 모재와 절연층의 열변형율 차이가 작을 뿐만 아니라 종래의 알루미늄 재질보다 모재의 열변형율이 작아서 절연층의 파괴가 방지될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치는 모재의 열변형율이 작고 상술한 바와 같이 절연층의 파괴가 방지됨으로써, 모재의 열변형 및 절연층의 파괴로 인한 정전척의 크기 제약이 해소될 수 있어, 대형화가 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치는 모재의 저면에 플라즈마에 의한 부식 방지를 위한 부식방지층이 형성됨으로써, 모재의 내구성이 향상될 수 있고, 따라서 모재의 변형으로 인해 절연층이 영향받지 않게 되어 보다 확실하게 절연층의 파괴가 방지될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치는 니켈합금 또는 니켈-알루미늄(Ni-Al) 재질의 접합층에 의해 모재와 절연층이 보다 견실하게 접합될 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명에 따른 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치에 관하여 첨부된 도 1을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 진공처리장치(6)는 웨이퍼 또는 LCD 패널용 유리기판 등 기판(4)의 표면을 식각하거나 표면에 소정의 특성을 가지는 박막을 형성하는 등 진공처리공정을 수행하는 장치로서, 밀폐된 진공처리공간(2)에 가스를 주입하면서 플라즈마를 형성하도록 구성될 수 있다.
상기 진공처리장치(6)는 진공처리를 위한 진공처리공간(2)을 형성할 수 있도록 챔버본체(6a) 및 챔버본체(6a)와 탈착가능하게 결합되는 커버부재(6b)를 포함하여 구성될 수 있으며, 한변의 길이는 대형의 기판을 처리할 수 있도록 2000mm 이상이 되는 것이 바람직하다. 상기 챔버본체(6a)에는 상기 기판(4)의 출입을 위한 게이트(6c)가 형성된다.
상기 진공처리장치(6)는 진공처리공간(2)의 상측에 설치되어 진공처리공간(2)에 가스를 공급하도록 가스공급관(12)을 통해 가스공급장치(미도시)와 연결되는 가스공급부(10)와, 진공처리공간(2) 내에 플라즈마를 형성하도록 전원을 인가하는 전원인가부와, 배기관(14)을 통해 진공처리공간(2) 내 배기 및 압력제어를 위해 진공펌프와 연결되는 배기구(미도시) 등 다양한 모듈 및 장치들(설치물)이 설치될 수 있다.
상기 전원인가부는 전원인가방식에 따라서 다양한 구성이 가능하며, 챔버본체(6a) 및 커버부재(6b)를 비롯하여 가스공급부(10)를 접지하여 구성하는 상부전극과, 후술할 기판지지부(8)에 설치되어 RF전원이 인가되는 하부전극으로 구성될 수 있다.
상기 진공처리장치(6)는 기판(4)을 지지할 수 있도록 진공처리공간(2)에 기 판지지부(8)가 설치되며, 상기 기판지지부(8)는 정전기력을 이용하여 기판(4)를 흡착 고정하는 정전척(20)을 포함하여 구성된다.
또한 상기 기판지지부(8)는 플라즈마에 의한 기판(4)의 진공처리를 위해 온도를 높이거나 처리공정에서 발생하는 열을 냉각할 수 있도록, 정전척(20)의 하측에 결합되어 온도 제어를 위한 전열유체가 흐르는 유로가 형성된 쿨링 플레이트(cooling plate)(30)를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 기판지지부(8)는 챔버본체(6a) 및 커버부재(6b)가 접지되어 구성될 수 있는바, 정전척(20)이 진공챔버(6)와 절연될 수 있도록 정전척(20)과 진공챔버(6) 사이에 절연부재(40)가 추가로 설치될 수 있다.
상기 절연부재(40)는 상술한 바와 같이 쿨링 플레이트(20)가 설치되는 경우, 쿨링 플레이트(30)의 하측에 결합되는 것이 바람직하다.
또한 상기 기판지지부(8)는 절연부재(40)의 하측에 결합되고 진공처리장치(6)의 저면에 설치된 플랜지(60)에 의해 지지되는 베이스 플레이트(50)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 진공처리장치(6)는 기판(4)을 기판지지부(8)로부터 승하강시키기 위한 리프트핀(9) 등이 설치될 수 있다.
이하 상기 정전척(20)에 관하여 첨부된 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 정전척(20)은 쿨링 플레이트(30)의 상측에 결합되는 모재(22)와, 모재(22)의 상측에 형성되는 제1절연층(25)과, 제1절연층(25)의 상측에 형성되고 정 전기력이 발생될 수 있도록 DC 전원과 연결되는 전극층(26)과, 전극층(26)의 상측에 형성되는 제2절연층(27)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 모재(22)는 접지되거나 RF전극이 인가되어 전원인가부의 하부전극으로 기능할 수 있도록 금속재질로 형성된다.
상기 모재(22)는 제1절연층(25) 및 제2절연층(27)과의 열팽창율 차이로 인해 상기 제1절연층(25) 및 제2절연층(27)에 응력을 가하지 않도록, 열팽창율이 작을 뿐만 아니라 제1절연층(25) 및 제2절연층(27)과의 열팽창율 차이가 없는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
즉 상기 제1절연층(25) 및 제2절연층(27)은 정전척으로서의 기능을 수행하기 위하여 소정의 유전율을 가지도록 다양한 재질이 사용될 수 있으며, 세라믹 재질, 보다 정확하게는 알루미나 세라믹(Al2O3) 등이 사용될 수 있다.
따라서 상기 모재(22)는 열팽창율과 아울러, 하부전극을 겸할 수 있도록 티타늄(Ti) 또는 티타늄 합금 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 상기 모재(22)의 두께(22T)는 상술한 바와 같이 하부전극으로서의 기능 및 형상유지 등을 고려하여 35mm 내지 45mm인 것이 바람직하다.
한편, 상기 모재(22)는 티타늄 또는 티타늄합금으로 형성되는 경우 플라즈마에 의해 부식되어 파손될 수 있다. 따라서, 상기 모재(22)의 저면 중 적어도 가장자리부분에는 플라즈마에 의한 부식을 방지하기 위한 부식방지층(21)이 형성되는 것이 보다 바람직하다.
이때 상기 부식방지층(21)은 상기 모재(22)의 내부식성을 위해 여러 재질로 형성될 수 있지만, 상술한 바와 같이 상기 모재(22)가 하부전극을 겸함과 아울러 티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 형성되는바, 텅스텐 또는 텅스텐 합금 재질로 무전해 도금 등으로 형성되는 것이 보다 바람직하다.
상기 부식방지층(21)의 두께(21T)는 너무 얇으면 쉽게 파괴되고 상기 모재(22)의 플라즈마에 의한 부식을 충분히 방지할 수 없는 바, 10μm 이상인 것이 바람직하다.
상기 제1절연층(25) 및 제2절연층(27)은, 상술한 바와 같이 정전기력이 잘 발생될 수 있도록 용사 등에 의하여 세라믹 재질, 특히 알루미나 세라믹(Al2O3) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이때 상기 제1절연층(25) 및 제2절연층(27)의 두께(25T,27T)는 모재(22)를 전극층(26)과 충분히 절연시킴과 아울러, 정전기력이 충분히 발생되게 하고, 플라즈마 등 외부 영향에 의해 쉽게 파괴되지 않도록, 400μm 내지 500μm 인 것이 바람직하다.
상기 전극층(26)은 용사 등에 의해 형성되고, DC전원이 잘 흐를 수 있도록 텅스텐(W) 또는 텅스텐 합금 또는 몰리브덴(Mo) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이때 상기 전극층(26)의 두께(26T)는 정전기력이 충분히 발생되게 하고, 플라즈마 등 외부 영향에 의해 쉽게 파괴되지 않도록, 40μm 내지 50μm 인 것이 바람직하다.
한편, 상기 정전척(20)은 기판을 지지하고 온도 제어를 위해 기판과 제2절연층(27) 사이에 열을 전달하는 헬륨(He) 등의 전열가스가 충진될 수 있도록 제2절연층(27)으로부터 돌출 형성된 다수개의 돌기부(28)들을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 정전척(20)은 티타늄 또는 티타늄 합금 재질의 모재(22)와 알루미나 세라믹 재질의 제1절연층(25)이 밀착력을 향상시킬 수 있도록, 모재(22)와 제1절연층(25) 사이에 형성되는 니켈합금 또는 니켈-알루미늄(Ni-Al) 재질의 접합층(24)이 더 포함될 수 있다. 즉, 상기 정전척(20)의 제조공정을 살펴보면, 모재(22)의 상면에 먼저 접합층(24)이 용사방법, 도포 등에 의해 형성된 후, 그 위에 상기 제1절연층(25)이 용사방법 등에 의해 형성된다.
이때 상기 접합층(24)의 두께(24T)는 모재(22)와 제1절연층(25)이 충분히 접합 유지될 수 있게 하고, 외력에 의해 영향받아서 쉽게 파괴되지 않도록, 40μm 내지 50μm 인 것이 바람직하다.
한편, 상기 정전척(20)에는 리프트 핀이 관통되는 홀(20A)이 형성되는 것이 바람직하다. 이때 상기 정전척(20)의 홀(20A)의 내벽은 절연을 위해 제1절연층(25)이 연장 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 상기 정전척(20)의 홀(20A)에도 접합층(24)이 연장 형성되는 것이 바람직하다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정전척의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2; 진공처리공간 4; 기판
6; 진공챔버 8; 기판지지부
20; 정전척 21; 부식방지층
22; 모재 24; 접합층
25; 제1절연층 26; 전극층
27; 제2절연층 28; 돌기부

Claims (18)

  1. 티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 형성되는 모재와;
    상기 모재의 상측에 형성되는 제1절연층과;
    상기 제1절연층의 상측에 형성되고, 정전기력이 발생될 수 있도록 DC 전원과 연결되는 전극층과;
    상기 전극층의 상측에 형성되는 제2절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재의 두께는 35mm 내지 45mm인 것을 특징으로 하는 정전척.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재의 저면 중 적어도 가장자리부분에는 플라즈마에 의한 부식을 방지하기 위한 부식방지층이 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 부식방지층은 텅스텐 또는 텅스텐 합금 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 부식방지층의 두께는 10μm 이상인 것을 특징으로 하는 정전척.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 부식방지층은 무전해 도금에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2절연층은 알루미나 세라믹(Al2O3) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2절연층의 두께는 400μm 내지 500μm 인 것을 특징으로 하는 정전척.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극층은 텅스텐 또는 텅스텐 합금 또는 몰리브덴 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극층의 두께는 40μm 내지 50μm 인 것을 특징으로 하는 정전척.#
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2절연층의 상면에는 기판을 지지하는 다수개의 돌기부들이 더 형성된 것을 특징으로 하는 정전척.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재와 상기 제1절연층 사이에는 상기 모재와 상기 제1절연층의 밀착력 향상을 위해 니켈합금 또는 니켈-알루미늄(Ni-Al) 재질의 접합층이 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 접합층의 두께는 40μm 내지 50μm 인 것을 특징으로 하는 정전척.
  14. 진공처리를 위한 진공처리공간을 형성할 수 있도록 챔버본체 및 챔버본체와 탈착가능하게 결합되는 커버부재와;
    기판을 지지하도록 상기 진공처리공간에 설치되며 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항의 정전척을 포함하는 기판지지대를
    포함하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 정전척의 하측에는 온도 제어를 위한 전열유체가 흐르는 유로가 형성된 쿨링 플레이트(cooling plate)가 결합되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 정전척이 상기 챔버본체의 저면과 절연될 수 있도록 상기 정전척과 상기 챔버본체 사이에는 절연부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 절연부재의 하측에 결합되고, 상기 챔버본체의 저면에 설치된 플랜지에 의해 지지되는 베이스 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  18. 청구항 14에 있어서,
    한변의 길이가 2000mm이상인 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
KR1020080048078A 2008-05-23 2008-05-23 정전척 및 이를 포함하는 진공처리장치 KR20090121919A (ko)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101225302B1 (ko) * 2010-05-28 2013-01-22 현대제철 주식회사 질소분석을 위한 시료준비 장치 및 그 방법
KR20160105649A (ko) * 2015-02-27 2016-09-07 주식회사 에스에프에이 파티클 포집모듈 및 그를 구비하는 레이저 식각장치
CN111383986A (zh) * 2018-12-27 2020-07-07 东京毅力科创株式会社 基板载置台及基板处理装置

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