KR20100030169A - 열 응력 감소를 위한 이중 버퍼층을 포함하는 정전 척 - Google Patents

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Abstract

열 응력에 의한 크랙의 발생과 전파를 억제하는 이중 버퍼층을 포함하는 정전 척이 개시된다.　 본 발명에 따른 정전 척(200)은 순차적으로 적층되는 바디부(201) 및 세라믹 기재(202); 세라믹 기재(202) 내부에 매설되는 전극층(203); 바디부(201) 및 세라믹 기재(202)의 일부를 관통하여 전극층(203)과 전기적으로 접속되는 단자(204); 단자(204)의 주변에 형성되어 바디부(201)와 단자(204)를 절연시키는 절연 부재(205); 바디부(201)와 절연 부재(205)의 접촉면 중 적어도 일부 영역에 형성되는 제1 버퍼층(206a); 및 세라믹 기재(202)와 절연 부재(205)의 접촉면을 포함하는 영역에 제2 버퍼층(206b)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 정전 척에 포함되는 제1 버퍼층에 의해 열 응력이 흡수되어 크랙 발생이 억제되고 제2 버퍼층에 의해 발생된 크랙의 전파가 억제되어 열 응력 발생으로 인한 크랙 발생 및 이의 전파가 최소화될 수 있고, 이에 따라 정전 척의 수명이 연장된다.
정전 척, 열 응력, 크랙, 버퍼층, 세라믹

Description

열 응력 감소를 위한 이중 버퍼층을 포함하는 정전 척{ELECTROSTATIC CHUCK CONTAINING DOUBLE BUFFER LAYER FOR REDUCING THERMAL STRESS}
본 발명은 열 응력에 의한 크랙의 발생과 전파를 억제하는 이중 버퍼층을 포함하는 정전 척에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 정전 척에 있어서 열 응력이 발생하는 지점에 형성되는 제1 버퍼층에 의해 열 응력이 흡수되어 크랙의 발생이 억제되며, 제2 버퍼층에 의해서는 발생된 크랙의 전파가 억제됨으로써, 열 응력 발생에 의한 크랙 발생 및 전파가 최소화되고 그에 따라 수명이 연장되는 정전 척에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 또는 LCD 등과 같은 평판 디스플레이의 제조 과정에서는 화학기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 등의 증착 공정 또는 반응성 이온 식각(RIE; Reactive Ion Etching) 등의 식각 공정 등이 수행된다. 이 때, 공정의 신뢰성 확보를 위하여 증착 챔버 또는 식각 챔버 내의 소정의 위치 예를 들어 전극 상에 기판(실리콘 웨이퍼, 글래스 기판 등)을 고정시켜야 할 필요가 있다.　 이를 위해, 증착 챔버 또는 식각 챔버 내에는 기판을 정 위치에 고정시키기 위한 정전 척(ESC; Electro-Static Chuck)이 포함된다.
도 1은 종래의 정전 척의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 종래의 정전 척(100)은 베이스 기재로서의 알루미늄 바디(101), 상면에 안착되는 기판을 고정시키는 세라믹 기재(102), 세라믹 기재(102)의 내부에 매설되어 정전력을 발생시키는 전극(103), 전극(103)에 고전압을 인가하는 단자(104), 및 단자(104)의 외부를 감싸는 절연 부재(105)를 포함한다.
정전 척(100)은 외부 전원으로부터의 고전압이 단자(104)를 통해 전극(103)에 전달될 때 전극(103)이 정전력을 발생시킴으로써 동작된다.　 즉, 정전력이 세라믹 기재(102)의 상면에 전달됨으로써 기판이 고정 및 유지될 수 있다.
한편, 증착 과정 또는 식각 과정에서 발생하는 플라즈마에 의해 세라믹 기재(102)는 열을 받아 온도가 상승하여 정전 척의 수명을 단축시키게 되는 열 응력(플라즈마 온도에 의한 열 응력)이 발생한다. 구체적으로 설명하면, 플라즈마에 의하여 세라믹 기재(102)에서 발생하는 열은 알루미늄 바디(101)로 전달되며 그로 인해 알루미늄 바디(101)는 열 팽창하게 된다.　 이 때, 알루미늄 바디(101), 세라믹 기재(102), 및 절연 부재(105) 간의 열팽창 계수 차이에 의해 열 응력이 발생하게 되는 것인데, 이러한 열 응력은 도 1의 A 부분 즉 알루미늄 바디(101)와 절연 부재(105)간의 접촉면의 단부에서 최대가 된다.
이러한 열 응력은 상대적으로 강도가 약한 세라믹 기재(102) 쪽으로 전파되며, 이로 인해 세라믹 기재(102) 내부에서는 크랙이 발생하게 되고, 이는 2차 성장하여 세라믹 기재(102)의 상부로 전파된다.　 이러한 이유로, 정전 척(100)의 동작이 반복되게 되면 세라믹 기재(102)의 크랙 정도가 점점 심해져 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
따라서, 정전 척 내부 구성요소의 크랙 발생을 최소화시켜서 정전 척의 수명을 연장시킬 수 있는 기술에 대한 개발이 필요한 실정이다.
이에 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정전 척의 사용 과정에서 플라즈마 온도에 의해 발생하는 열 응력을 흡수할 수 있는 버퍼층을 형성시킴으로써 열 응력으로 인한 크랙 발생을 최소화시켜 정전 척의 수명을 연장시키는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 정전 척의 사용 과정에서 플라즈마 온도에 의해 발생하는 열 응력을 1차적으로 흡수하는 제1 버퍼층, 및 열 응력 발생으로 인한 크랙의 전파를 방지하는 제2 버퍼층을 형성시킴으로써, 열 응력으로 인한 크랙 발생 및 전파를 최소화시켜 정전 척의 수명 연장 효과를 극대화하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정전 척은 순차적으로 적층되는 바디부 및 세라믹 기재; 상기 세라믹 기재 내부에 매설되는 전극층; 상기 바디부 및 상기 세라믹 기재의 일부를 관통하여 상기 전극층과 전기적으로 접속되는 단자; 상기 단자의 주변에 형성되어 상기 바디부와 상기 단자를 절연시키는 절연 부재; 상기 바디부와 상기 절연 부재의 접촉면 중 적어도 일부 영역에 형성되는 제1 버퍼층; 및 상기 세라믹 기재와 상기 절연 부재의 접촉면을 포함하는 영역에 형성되는 제2 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 버퍼층은 상기 세라믹 기재와 상기 절연 부재의 접촉면에 더 형성될 수 있다.
상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층은 세라믹 재질일 수 있다.
상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층의 두께는 100㎛ 내지 250㎛ 범위 내일 수 있다.
상기 제1 버퍼층의 표면 조도는 0.1㎛ 내지 2㎛ 범위 내이고, 상기 제2 버퍼층의 표면 조도는 3㎛ 내지 7㎛ 범위 내일 수 있다.
상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층의 기공률은 상기 세라믹 기재의 기공률과 같거나 그 이상일 수 있다.
상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층의 기공률은 2 내지 10%일 수 있다.
상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층은 대기 플라즈마 용사(APS; Atmospherically Plasma Spray) 코팅 방식에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정전 척의 제조방법은 (a) 바디부에 전극부를 삽입하는 단계 ­상기 전극부는 외부 전원과 연결되는 단자와, 상기 바디부와 상기 단자를 절연시키도록 상기 둘러싸는 절연 부재 및 상기 절연 부재 상에 형성되는 제1 버퍼층을 포함함 -; (b) 상기 바디부 및 상기 전극부 상에 제2 버퍼층을 형성하는 단계; (c) 상기 바디부 및 상기 제2 버퍼층 상에 하부 세라믹 기재층을 형성하는 단계; (d) 상기 하부 세라믹 기재층 상에 전극층을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 하부 세라믹 기재층 및 상기 전극층 상에 상부 세라믹 기재층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 정전 척에 포함되는 버퍼층에 의해 열 응력이 흡수됨으로 써, 열 응력으로 인한 크랙 발생이 최소화되고, 이에 따라 정전 척의 수명이 연장될 수 있다.　
또한, 본 발명에 따르면, 정전 척에 포함되는 제1 버퍼층에 의해 열 응력이 흡수되어 열 응력에 의한 크랙의 발생이 억제되며 설사 크랙이 발생되었다고 하더라도 이의 전파가 제2 버퍼층에 의해 억제됨으로써 정전 척의 수명이 더욱더 연장될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 정전 척(200)은 베이스 기재로서의 바디부(201), 바디부(201) 상에 형성되며 기판(미도시)을 고정시켜 유지하는 세라믹 기재(202), 세라믹 기재(202)의 내부에 매설되어 정전력을 발생시키는 전극층(203), 외부 전원으로부터 인가되는 고전압을 전극층(203)에 전달하는 단자(204), 및 단자(204)의 외부를 감싸는 절연 부재(205)를 포함하여 구성될 수 있다.　 또한, 정전 척(200)은 바디부(201)와 절연 부재(205)의 접촉면 중 적어도 일부 영역과 세라믹 기재(202)와 절연 부재(205)의 접촉면에 형성되는 제1 버퍼층(206a), 및 세라믹 기재(202)와 절연 부재(205)의 접촉면을 포함하는 영역에 형성되는 제2 버퍼층(206b)을 포함한다.
바디부(201)는 알루미늄 등의 도전성 재질로 이루어지며, 정전 척(200)의 베이스 기재로서의 기능을 한다.　 바디부(201)의 중앙부에는 전극부를 구성하는 단자(204)와 절연 부재(205)가 삽입되어 관통할 수 있도록 하는 관통 홀(207)이 형성될 수 있다.　
세라믹 기재(202)는 소정의 유전율을 갖는 유전체로서, 대기 플라즈마 용사(APS; Atmospherically Plasma Spray) 코팅 방식에 의해 바디부(201) 상에 형성될 수 있다.　 세라믹 기재(202)는 세라믹을 포함할 수 있다. 상기 세라믹의 예로는 Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC, TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 등을 들 수 있다. 이때, 이들 세라믹을 단독 또는 복합적으로 사용할 수 있다.
세라믹 기재(202)는 정전력을 이용하여 기판을 고정 및 유지시키는 역할을 수행한다.　 이를 위해, 세라믹 기재(202)에는 정전력 발생을 위한 전극층(203)이 매설될 수 있다.　　 세라믹 기재(202)의 상면은 기판이 안착될 수 있도록 수평을 이루는 것이 바람직한데, 전극층(203)은 세라믹 기재(202)의 상면과 실질적으로 평행하게 형성될 수 있다.　
세라믹 기재(202)의 중앙부에는 단자(204)가 삽입되어 전극층(203)과 연결될 수 잇도록 하는 삽입 홈(208)이 형성될 수 있다.　 바디부(201)에 형성되어 있는 관통 홀(208) 및 세라믹 기재(202)에 형성되어 있는 삽입 홈(208)을 통해 단자(204)가 외부로부터 삽입되어 전극층(203)과 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전극층(203)은 세라믹 기재(202)의 내부에 매설되며, 단자(204)로부터 고전압을 인가 받아서 세라믹 기재(202)의 상면에 정전력을 발생시킨다.　 이렇게 발생된 정전력에 의해 기판이 세라믹 기재(202)의 상면에 안착되어 고정 및 유지될 수 있는 것이다.
전극층(203)은 니켈 등의 도전성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
세라믹 기재(202) 내에 전극층(203)을 매설하는 방법은 1차로 대기 플라즈마 용사 코팅법을 이용하여 하부 세라믹 기재층(202a)을 형성한 후 그 위에 대기 플라즈마 용사 코팅법으로 전극층(203)을 형성한 후 그 위에 2차로 대기 플라즈마 용사 코팅법을 이용하여 상부 세라믹 기재층(202b)을 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 필요에 따라서 전극층(23)은 스크린 인쇄법을 사용하여 형성할 수도 있다.
하부 세라믹 기재층(202a)의 두께는 400㎛ 내지 600㎛, 전극층(203) 의 두께는 5㎛ 내지 65㎛, 및 상부 세라믹 기재층(202b)의 두께는 400㎛ 내지 750㎛ 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다.
단자(204)는 관통 홀(208) 및 삽입 홈(209)을 통해 전극층(203)과 연결되며 외부 전원(미도시)으로부터 고전압을 전극층(203)에 전달하는 역할을 한다. 단자(204)는 텅스텐, 몰리브덴, 티탄 등의 도전성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 바디부(201)와 단자(201) 사이에는 절연 부재(205)가 형성된다.　 절연 부재(205)는 바디부(201)와 단자(204)를 절연시키는 역할을 수행한다. 절연 부재(205)는 세라믹 소결체로 제조하는 것이 바람직하다.　 세라믹 소결체는 기공이 적기 때문에 절연성을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.
이때, 절연 부재(205)의 두께는 대략 2,000㎛가 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연 부재(205)의 표면 조도는 표면 저항을 낮게 함으로써 아킹 발생을 줄이기 위하여 0.1 내지 2㎛ 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하나, 1㎛ 이하의 범위로 조절되는 것이 더 바람직하다.
본 발명에서는 정전 척(200)에 바디부(201)와 절연 부재(205)의 접촉면 중 적어도 일부 영역과 세라믹 기재(202)와 절연 부재(205)의 접촉면에 제1 버퍼층(206a)을 형성하는 것을 특징적 구성으로 한다. 제1 버퍼층(206a)은 세라믹을 포함할 수 있다. 상기 세라믹의 예로는 Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC, TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 등을 들 수 있다. 이때, 이들 세라믹을 단독 또는 복합적으로 사용할 수 있다. 제1 버퍼층(206a)은 대기 플라즈마 용사(APS; Atmospherically Plasma Spray) 코팅법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
제1 버퍼층(206a)의 두께는 100㎛ 내지 250㎛ 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하나, 150㎛ 내지 200㎛ 범위 내인 것이 더 바람직하다. 제1 버퍼층(206a)의 두께가 상기 두께 범위 보다 두꺼운 경우에는 제1 버퍼층(206a) 내부에서 기공 등이 생성되어 크랙이 발생할 우려가 있고, 상기 두께 범위 보다 얇은 경우에는 제1 버퍼층(206a)의 역할을 수행하지 못할 우려가 있다.
또한, 제1 버퍼층(206a)의 표면 조도는 표면 저항을 낮게 함으로써 아킹 발 생을 줄이기 위하여 0.1㎛ 내지 2㎛ 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하나, 1㎛ 이하의 범위로 조절되는 것이 더 바람직하다.
제1 버퍼층(206a)은 증착 과정 또는 식각 과정 중에 챔버 내부에서 발생하는 플라즈마에 의한 정전 척(200)의 온도 상승에 따라 생성되는 열 응력을 흡수하는 역학을 한다. 전술한 바와 같이, 종래에는 플라즈마 온도 때문에 정전 척(100)의 온도 상승에 따른 열의 전도에 의해 알루미늄 바디(101)가 팽창함으로써 열 응력이 생성되었다. 그러나, 본 발명에서는 정전 척(200)이 열을 받아 바디부(201)가 팽창하게 될 때 생성되는 열 응력이 절연 부재(205)에 직접적으로 전달되지 않고 제1 버퍼층(206a)에 의해 흡수되게 된다.　 이와 같이, 본 발명에서는 제1 버퍼층(206a)이 열 응력이 최대인 지점(도 1의 A 부분 참조)에서 해당 열 응력을 흡수해 주기 때문에, 열 응력에 의하여 바디부(201)와 절연 부재(205)간의 접촉면의 단부에서 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있으며, 그 결과 정전 척(200)의 수명이 연장될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 정전 척(200)에 세라믹 기재(202)와 절연 부재(205)의 접촉면을 포함하는 영역에 제2 버퍼층(206b)을 형성하는 것을 특징적 구성으로 한다. 제2 버퍼층(206b)이 형성되는 영역은 세라믹 기재(202)와 절연 부재(205)의 접촉면과 바디부(201)와 세라믹 기재(202)의 접촉면 중 일부 영역을 포함할 수 있다. 제2 버퍼층(206b)의 상면은 세라믹 기재(202) 내부에 매설되어 있는 전극층(203)과 소정 거리 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 제2 버퍼층(206b)은 세 라믹을 포함할 수 있다. 상기 세라믹의 예로는 Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC, TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 등을 들 수 있다. 이때, 이들 세라믹을 단독 또는 복합적으로 사용할 수 있다. 제2 버퍼층(206b)은 대기 플라즈마 용사(APS; Atmospherically Plasma Spray) 코팅법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
제2 버퍼층(206b)의 두께는 100㎛ 내지 250㎛ 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하나, 150㎛ 내지 200㎛ 범위 내인 것이 더 바람직하다. 제2 버퍼층(206b)의 두께가 상기 두께 범위 보다 두꺼운 경우에는 제2 버퍼층(206b) 내부에서 기공 등이 생성되어 크랙이 발생할 우려가 있고, 상기 두께 범위 보다 얇은 경우에는 제2 버퍼층(206b)의 역할을 수행하지 못할 우려가 있다.
또한, 제2 버퍼층(206b)의 표면 조도는 표면 저항을 낮게 함으로써 아킹 발생을 줄이기 위하여 3㎛ 내지 7㎛ 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하나, 4㎛ 내지 6㎛ 범위 내에서 조절되는 것이 더 바람직하다. 제2 버퍼층(206b)의 표면 조도가 상기 표면 조도 범위를 초과하는 제2 버퍼층(206b)의 강도가 떨어지고 심지어는 제2 버퍼층(206b) 자체가 떨어져 버릴 우려가 있고, 상기 표면 조도 범위에 미치지 못하는 경우에는 제2 버퍼층(206b)의 표면이 너무 매끄러워 향후 제2 버퍼층(206b) 상에 형성되는 하부 세라믹 기재층(202a)이 잘 부착되지 못 할 우려가 있다.
제2 버퍼층(206b)은 제1 버퍼층(206a)이 형성되어 있음에도 불구하고 발생한 크랙의 전파를 억제하는 역할을 수행한다. 즉, 제1 버퍼층(206a)이 열 응력을 완 전하게 흡수하지 못하는 경우 바디부(201)와 절연 부재(205)간의 접촉면의 단부에서 크랙이 발생할 수 있는데 이 크랙은 상대적으로 취성(brittleness)이 큰 세라믹 기재(202) 쪽으로 전파되어 결국은 세라믹 기재(202)에 손상을 입힐 수 있는바, 이때 제1 버퍼층(206a)의 상부에 위치한 제2 버퍼층(206b)은 세라믹 기재(202) 쪽으로의 크랙의 전파를 억제할 수 있으며, 그 결과 정전 척(200)의 수명이 연장될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 제1 버퍼층(206a) 및 제2 버퍼층(206b)이 열 응력이 최대로 발생하는 지점인 바디부(201)과 절연 부재(205)의 접촉부 주위에 형성되어 발생하는 열 응력을 2 단계에 걸쳐 흡수함으로써, 크랙 발생으로 인한 정전 척(200)의 수명 단축을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에서, 제1 버퍼층(206a)과 제2 버퍼층(206b)이 상술한 바와 같은 열 응력을 흡수하여 크랙 발생 및 전파를 억제하는 역할을 최대한 효과적으로 수행할 수 있도록 하기 위하여, 제1 버퍼층(206a)과 제2 버퍼층(206b)을 이루는 세라믹의 기공률은 세라믹 기재(202), 즉 하부 세라믹 기재층(202a) 또는 상부 세라믹 기재층(202b)의 기공률과 같거나 그 이상인 것이 좋다. 예를 들어, 제1 버퍼층(206a)과 제2 버퍼층(206b)을 이루는 세라믹의 기공률은 2% 내지 10% 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하며, 2% 내지 7% 범위 내인 것이 더 바람직하다. 제1 버퍼층(206a) 및 제2 버퍼층(206b)의 기공률이 상기 기공률 범위를 초과하는 경우에는 제1 버퍼층(206a) 및 제2 버퍼층(206b) 내부에 기공이 증가하여 제1 버퍼층(206a) 및 제2 버퍼층(206b)의 강도가 떨어지고 심지어는 제1 버퍼층(206a) 및 제2 버퍼층(206b) 자체가 떨어져 버릴 우려가 있고, 상기 기공률 범위에 미치지 못하는 경우에는 제1 버퍼층(206a) 및 제2 버퍼층(206b)에 크랙이 발생할 우려가 있다.
또한, 본 발명에서, 제1 버퍼층(206a)과 제2 버퍼층(206b)의 에지부는 날카롭지(sharp) 않은 라운드 형상 또는 모서리를 깎아 낸(chamfer) 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는 제1 버퍼층(206a)과 제2 버퍼층(206b)의 에지부가 날카로운 형상을 가지게 되면 그 날카로운 부분에서 응력이 집중되어 크랙이 발생될 확률을 증가시킬 우려가 있기 때문이다.
한편, 도 2를 참조하면, 바디부(201)의 경사면으로 인하여 바디부(201)의 경사면 상의 A 영역의 하부 세라믹 기재층(202a)의 밀도가 상기 경사면을 제외한 바디부(201) 상의 B 영역의 하부 세라믹 기재층(202a)의 밀도보다 상대적으로 낮을 수 있다. 그러나, 상기 A 영역의 두께가 상기 B 영역의 두께보다 두껍기 때문에 상기 A 영역의 하부 세라믹 기재층(202a)에 포함된 기공을 통한 전류 누설을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바디부(201)와 전극층(203) 사이의 아킹(arcing) 발생을 줄일 수 있다.
또한, 상기 A 영역의 하부 세라믹 기재층(202a)의 밀도가 상대적으로 낮더라도 상기 A 영역의 하부 세라믹 기재층(202a)이 상대적으로 두꺼우므로, 바디부(201)와 절연 부재(205)의 경계면 부위의 하부 세라믹 기재층(202a)에 크랙 발생이 방지될 수 있다. 따라서, 상기 크랙을 통한 바디부(201)와 전극층(203) 사이의 아킹(arcing) 발생을 줄일 수 있다.
또한, 바디부(201)와 하부 세라믹 기재층(202a) 사이에는 접착층(미도시)이 더 구비될 수 있다. 상기 접착층은 바디부(201)와 하부 세라믹 기재층(202a)을 접착한다. 상기 접착층은 바디부(201)의 열팽창율과 하부 세라믹 기재층(202a)의 열팽창율 사이의 열팽창율을 가지며, 서로 다른 열팽창율을 갖는 바디부(201)와 하부 세라믹 기재층(202a) 사이를 완충한다. 상기 접착층은 금속 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속 합금의 예로는 니켈-알루미늄 합금을 들 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 하부 세라믹 기재층(202a)이 바디부(201), 단자(204) 및 절연 부재(205)를 덮을 때 하부 세라믹 기재층(202a)의 상부면은 단자(204)의 상부면보다 높게 하는 것이 바람직하다. 이는 단자(204) 상방에 위치하는 C 영역의 상부 세라믹 기재층(202b)의 두께가 나머지 D 영역의 상부 세라믹 기재층(202b)의 두께보다 두껍게 되어서, 단자(204)를 통하여 높은 전압의 전원이 전극층(203)으로 인가되더라도 전극층(203)과 상부 세라믹 기재층(202b) 상에 안착되어 지지되는 기판 사이의 방전 현상을 방지하기 위함이다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 정전 척의 제조방법을 간단하게 설명하도록 한다.
먼저, 바디부(201)에 전극부를 삽입한다. 전극부는 단자(204), 절연 부재(205) 및 제1 버퍼층(206a)으로 구성된다. 단자(204)는 향후 정전 척(200) 사용시에 전원을 인가하는 외부 전원과 연결된다. 절연 부재(205)는 바디부(201)와 단자(204) 사이를 절연시킬 수 있도록 단자(204)를 둘러 싸고 있다. 제1 버퍼층(206a)은 정전 척(200) 내에서 열 응력에 의한 크랙 발생을 억제할 수 있도록 절 연 부재(205) 상의 일정 영역에 형성된다.
전극부는 단자(204)와 절연 부재(205)를 각각 가공하여 제조한 후에 절연 부재(205)에 단자(204)를 삽입하여 고정시킨 후 절연 부재(205) 상의 일정 영역에 제1 버퍼층(206a)을 형성하여 완성한다. 이때, 절연 부재(205) 상의 제1 버퍼층(206a)이 형성되는 영역은 제1 버퍼층(206a)의 두께만큼 절연 부재(205)를 가공하여 깎아 낸 후에 제1 버퍼층(206a)을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 단자(204)와 절연 부재(205)의 에지부는 라운드 형상을 갖도록 가공되는 것이 바람직하다. 또한, 표면 조도를 낮추기 위하여 제1 버퍼층(206a)은 형성한 후에 그 표면을 연마하는 것이 바람직하다.
다음으로, 제2 버퍼층(206b)을 형성한다. 제2 버퍼층(206b)은 정전 척(200) 내에서 열 응력에 의한 크랙 전파를 억제할 수 있도록 바디부(201) 상의 일부 영역 및 제1 버퍼층(206a) 상의 일부 영역에 형성된다. 또한, 표면 조도를 낮추기 위하여 제2 버퍼층(206b) 역시 그 표면을 연마하는 것이 바람직하다.
끝으로, 바디부(201) 및 제2 버퍼층(206b) 상에 전극층(203)이 매설된 세라믹 기재(202)를 적층하여 정전 척(200)을 최종 완성한다. 전극층(203)이 매설된 세라믹 기재(202)는 하부 세라믹 기재층(202a), 전극층(203) 및 상부 세라믹 기재층(202b)을 순차적으로 적층하여 형성한다.
이때, 하부 세라믹 기재층(202a), 전극층(203) 및 상부 세라믹 기재층(202b)의 표면 조도를 낮추기 위하여(즉, 각 층의 표면 평탄도를 높이기 위하여) 각 층을 형성한 후에 각 층의 표면을 연마하는 것이 바람직하다.
한편, 바디부(201) 및 제2 버퍼층(206b) 상에 하부 세라믹 기재층(202a)을 형성할 때 바디부(201)를 관통하여 돌출되어 있는 단자(204)의 상부면이 하부 세라믹 기재층(202a)에 덮이지 않도록 하부 세라믹 기재층(202a)을 형성하기 전에 단자(204)의 상부면을 마스킹(masking) 할 필요가 있다. 하지만 반드시 상기 마스킹 방식에 한정되는 것은 아니고 바디부(201) 상에 하부 세라믹 기재층(202a)을 형성한 후 단자(204)의 상부면이 노출되도록 해당 부위의 하부 세라믹 기재층(202a)을 제거하는 방식을 사용할 수도 있다.
상술한 정전 척의 제조방법에 있어서 정전 척을 구성하는 각 구성요소의 재질 및 형성방법에 대해서는 전술한 바와 동일하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명 이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 종래의 정전 척의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척의 구성을 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200: 정전 척
201: 바디부
202: 세라믹 기재
203: 전극층
204: 단자
205: 절연 부재
206a: 제1 버퍼층
206b: 제2 버퍼층
207: 관통 홀
208: 삽입 홈

Claims (9)

  1. 순차적으로 적층되는 바디부 및 세라믹 기재;
    상기 세라믹 기재 내부에 매설되는 전극층;
    상기 바디부 및 상기 세라믹 기재의 일부를 관통하여 상기 전극층과 전기적으로 접속되는 단자;
    상기 단자의 주변에 형성되어 상기 바디부와 상기 단자를 절연시키는 절연 부재;
    상기 바디부와 상기 절연 부재의 접촉면 중 적어도 일부 영역에 형성되는 제1 버퍼층; 및
    상기 세라믹 기재와 상기 절연 부재의 접촉면을 포함하는 영역에 형성되는 제2 버퍼층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층은,
    상기 세라믹 기재와 상기 절연 부재의 접촉면에 더 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층은 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층의 두께는 100㎛ 내지 250㎛ 범위 내인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층의 표면 조도는 0.1㎛ 내지 2㎛ 범위 내이고, 상기 제2 버퍼층의 표면 조도는 3㎛ 내지 7㎛ 범위 내인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층의 기공률은 상기 세라믹 기재의 기공률과 같거나 그 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층의 기공률은 2 내지 10%인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층은 대기 플라즈마 용사(APS; Atmospherically Plasma Spray) 코팅 방식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  9. (a) 바디부에 전극부를 삽입하는 단계 ­상기 전극부는 외부 전원과 연결되는 단자와, 상기 바디부와 상기 단자를 절연시키도록 상기 둘러싸는 절연 부재 및 상기 절연 부재 상에 형성되는 제1 버퍼층을 포함함 -;
    (b) 상기 바디부 및 상기 전극부 상에 제2 버퍼층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 바디부 및 상기 제2 버퍼층 상에 하부 세라믹 기재층을 형성하는 단계;
    (d) 상기 하부 세라믹 기재층 상에 전극층을 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 하부 세라믹 기재층 및 상기 전극층 상에 상부 세라믹 기재층을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조방법.
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