KR20100080054A - 정전척 및 정전척의 제조방법 - Google Patents

정전척 및 정전척의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예에 따른 정전척의 제조방법은 기저부의 일 면에 니켈-알루미늄 층을 형성하는 단계; 상기 니켈-알루미늄 층 위에 에어로졸 증착에 의한 제 1 세라믹 층을 형성하는 단계; 상기 제 1 세라믹 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 2 세라믹 층을 형성하는 단계; 상기 제 2 세라믹 층 위에 텅스텐 층을 형성하는 단계; 및 상기 텅스텐 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 3 세라믹 층을 형성하는 단계를 포함한다. 본 실시예에 따른 정전척에 의하면, 내구성이 뛰어나면서도 누설전류의 발생을 방지할 수 있다.

Description

정전척 및 정전척의 제조방법{ElectroStatic Chuck and manufacturing process for ElectroStatic Chuck}
본 발명은 정전척 및 정전척의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 코팅층을 포함하는 정전척 및 상기 정전척의 제조방법에 관한 것이다.
정전척(ElectroStatic Chuck, ESC)는 반도체 또는 LCD 기판 제조 공정장치 등에 사용되는 것으로, 정전력을 이용해 웨이퍼 또는 기판을 고정시키는 부품이다. 이러한 정전척은 화학기상증착, 식각, 스퍼터링, 이온 주입 공정 등과 같은 다양한 공정에 널리 사용된다.
종래, 기계적 클램프(Mechanical Clamp), 진공 척(Vacuum Chuck) 등은 기판의 단순한 고정만을 위한 것이었으나 최근에는 기판을 밀착한 상태에서 균일한 열처리도 가능하고 불순물 파티클(Particle)의 발생도 최소화할 수 있는 정전력을 이용한 정전척의 사용이 확대되고 있다.
상기 정전척의 구조를 살펴보면, 몸체를 형성하는 기저부 위에 절연층, 도 전층, 유전층이 차례로 구성되고 상기 도전층과 외부 전원을 연결하는 전원선이 구비된다. 기판은 상기 유전층의 상부에 안착하게 되며, 상기 전원선을 통해 상기 도전층에 전압이 인가되면, 기판과 도전층 사이에 위치한 유전층에 유전분극 현상에 의해 한쪽에는 음전하, 다른 한쪽에는 양전하가 발생한다. 그리고, 기판에도 상기 유전층과 접하는 면에 음전하가 발생하게 되며, 이들 사이의 전기적 힘에 의해 기판이 정전척에 부착되게 되는 것이다.
상기 정전척의 절연층이 너무 두꺼운 것은 적층의 곤란성이 있고, 공정시간도 길어지므로 바람직하지 않다. 그리고 정전척의 유전층 역시 두께가 두꺼운 것은 정전척의 흡착력을 약화시키게 되고 따라서 요구되는 흡착력을 내기 위해서는 더 큰 전압을 도전층에 가해야 하기 때문에 바람직하지 않다.
그런데, 상기 절연층 및 유전층을 너무 얇게 하면 정전척에 가해지는 전압이 고전압인 경우, 상기 절연층 및 유전층을 통해 누설전류가 발생할 수 있다. 이러한 누설전류는 정전척의 성능을 저해하고 내구성을 약화시키는 요인이 된다.
따라서, 상기 절연층 및 유전층을 적절한 두께를 유지하면서도 누설 전류가 발생하지 않게 하는 것이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 누설 전류의 발생을 방지할 수 있는 다층 코팅 구조의 정전척 및 상기 정전척의 제 조방법을 제공하는데 있다.
본 실시예에 따른 정전척의 제조방법은 기저부의 일 면에 니켈-알루미늄 층을 형성하는 단계; 상기 니켈-알루미늄 층 위에 에어로졸 증착에 의한 제 1 세라믹 층을 형성하는 단계; 상기 제 1 세라믹 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 2 세라믹 층을 형성하는 단계; 상기 제 2 세라믹 층 위에 텅스텐 층을 형성하는 단계; 및 상기 텅스텐 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 3 세라믹 층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 3 세라믹 층 형성단계 이후에 상기 제 3 세라믹 층을 고분자 물질로 실링(sealing)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 정전척의 제조방법은 상기 텅스텐 층 형성단계 및 상기 제 3 세라믹 층 형성단계 사이에 에어로졸 증착에 의한 제 4 세라믹 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 세라믹 층 및 제 4 세라믹 층은 알루미나(Al2O3)를 재료로 하여 형성될 수 있고, 상기 제 1 세라믹 층의 두께는 15 내지 100 마이크로 미터(㎛)일 수 있다.
상기 제 2 세라믹 층 및 제 3 세라믹 층의 재료는 알루미나일 수 있으며, 상기 제 2 세라믹 층의 두께는 300 내지 400 마이크로 미터(㎛)이고, 상기 제 3 세라 믹 층의 두께는 400 내지 450 마이크로 미터(㎛)일 수 있다. 또한, 상기 텅스텐 층의 두께는 10 내지 50 마이크로 미터(㎛)일 수 있다.
상기 제 1 세라믹 층 또는 제 4 세라믹 층은 상기 정전척의 일 면에 균일하게 배치된 다수개의 노즐을 이용한 에어로졸 증착법에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 정전척은 기저부의 일 표면에 니켈-알루미늄 층, 상기 니켈-알루미늄 층 위에 에어로졸 증착에 의한 제 1 세라믹 층, 상기 제 1 세라믹 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 2 세라믹 층, 상기 제 2 세라믹 층 위에 텅스텐 층, 상기 텅스텐 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 3 세라믹 층을 포함한다.
본 실시예에 따른 정전척에 의하면, 내구성이 뛰어나면서도 누설전류의 발생을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 각 도면에 도시된 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일부재를 가리킨다.
도 1은 본 실시예에 따른 각 공정에 따른 정전척의 단면을 나타낸 단면도이다. 도 2는 본 실시예에 따른 정전척의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 정전척은 기판을 지지하는 기저부(110) 위에 다수개의 코팅층(120 내지 160)을 포함하여 구성된다. 상기 기저 부(110)는 정전척의 몸체를 구성하는 부분으로 기판을 지지하는 역할을 하며, 알루미늄으로 구성될 수 있다(도 1 (a)참조).
기저부(110)의 표면 중에서 기판과 접촉하게 되는 방향으로는 다수개의 코팅층이 구비되는데, 상기 다수개의 코팅층은 기저부(110)의 표면에 접촉하여 형성되는 니켈-알루미늄 층(120), 상기 니켈-알루미늄 층(120) 위에 형성된 에어로졸 증착법에 의한 제 1 세라믹 층(130), 상기 제 1 세라믹 층(130) 위에 형성된 대기상태의 용사법에 의한 제 2 세라믹 층(140), 상기 제 2 세라믹 층(140) 위에 형성된 텅스텐 층(150), 상기 텅스텐 층(150) 위에 형성된 대기상태의 용사법에 의한 제 3 세라믹 층(160)을 포함한다.
본 실시예에 따른 정전척의 제조방법에 있어서, 먼저 정전척의 기저부에 니켈-알루미늄 층(120)을 형성한다(S21). 상기 니켈-알루미늄 층(120)은 금속결합에 의해 상기 기저부(110)와 강하게 결합되므로, 니켈-알루미늄 층(120) 위에 형성되는 코팅층의 접착력을 보증하는 기능을 하는 층이다(도 1 (b)참조).
상기 니켈-알루미늄 층(120) 위에는 에어로졸 증착법에 의한 제 1 세라믹 층(130)을 형성한다(S22). 상기 제 1 세라믹 층(130)의 재료는 알루미나(Al2O3)가 사용될 수 있다. 제 1 세라믹 층(130)은 15 내지 100 마이크로 미터(㎛)의 두께를 가지도록 형성된다(도 1 (c)참조).
여기서, 에어로졸 증착법(Aerosol Deposition)이란, 세라믹 원료분말을 에어로졸 상태로 만든 후에 이를 피처리물에 고속 충돌시켜 막을 형성하는 방법으로, 다양한 피처리물 상에 원하는 종류의 세라믹 막을 상온에서 형성할 수 있는 방법이다.
에어로졸 증착법에 의해 형성되는 세라믹 막은 별도의 소결 과정을 거치지 않고도 고밀도를 가지게 되는데, 이것은 에어로졸 상태의 분말이 피처리물에 고속으로 충돌하면서 분쇄되고 성장하는 과정을 통해 상기 세라믹 막이 형성되기 때문에 가능한 것이다.
본 실시예에서 상기 제 1 세라믹 층(130)은 알루미나(Al2O3)를 재료 물질로 하여 형성되는데, 알루미나는 고온에서의 전기절연성, 화학적 안정성 및 내마모성이 뛰어난 물질이다. 본 실시예에서는 알루미나를 대략 0.5 마이크로미터 내외의 분말 형태로 구성한 후, 포함된 불순물을 열처리를 통해 제거하고 사용한다.
제 1 세라믹 층(130)은 에어로졸 증착장치에서 형성될 수 있는데, 이러한 에어로졸 증착장치는 예컨대, 2개의 챔버로 구분하여 구성될 수 있다. 상기 2개의 챔버 중 하나는 원료분말의 에어로졸 생성을 담당하는 에어로졸 챔버이고, 나머지 하나는 에어로졸 상태의 분말을 다수개의 노즐을 통해 분사하여 제 1 세라믹 층(130)을 형성하는 증착 챔버로 구성될 수 있다. 상기 에어로졸 챔버와 증착 챔버는 진공펌프 등을 이용하여 진공 상태를 유지하게 되며, 이 때 에어로졸 챔버로 헬륨(He)과 산소(O2)가스를 투입시켜 두 챔버간의 압력차를 형성하게 된다. 압력차에 의해 가속된 에어로졸 입자는 증착 챔버 내부의 다수개의 노즐을 통해 피처리물에 고속 분사가 이루어지게 된다. 정전척의 니켈-알루미늄 층(120) 위에서 형성되는 제 1 세라믹 층(130)은 에어로졸 입자가 충돌에 의해 분쇄되고, 성장하는 과정이 반복되면서 매우 치밀한 구조를 가지게 된다. 그 결과 고밀도의 세라믹 층이 형성되게 된다.
상기 증착 챔버에서 제 1 세라믹 층(130)을 형성할 때는 상기 제 1 세라믹층이 형성되는 정전척의 일 면에 균일하게 배치된 다수개의 노즐(31)을 이용하여 형성한다. 도 3은 본 실시예에 따른 제 1 세라믹 층(130)을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 세라믹 층(130)은 하나의 노즐(31)이 아니라 다수개의 노즐(31)을 이용하여 형성되며, 상기 다수개의 노즐(31)은 하나의 노즐(31)이 커버하는 영역을 고려하여 균일한 간격으로 배치되어 구성된다. 이러한 방법에 의해 상기 제 1 세라믹 층(130)은 좀 더 빠른 공정시간 내에 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 다수개의 노즐과 상기 정전척의 사이에는 마스크(mask, 32)가 구비될 수 있다. 상기 마스크(32)에는 다수개의 홀(hole,41) 또는 슬릿(42)이 구비된다. 상기 다수개의 홀(41) 또는 슬릿(42)을 통해 상기 다수개의 노즐(31)에서 분사되는 물질이 서로 중첩되지 않고 균일한 두께를 가지는 제 1 세라믹 층(130)을 형성할 수 있다. 도 4에는 상기 마스크(32)의 형태가 예시적으로 도시되어 있다.
상술한 바와 같이 에어로졸 증착법에 의해 형성된 제 1 세라믹 층(130)은 전기적인 절연성이 뛰어난 특성을 가지므로, 정전척에 발생하는 누설 전류(leakage current)를 방지하는 역할을 한다. 또한, 내구성이 뛰어나므로 정전척의 사용가능기간을 연장시키는 효과도 있다.
상기 제 1 세라믹 층(130) 위에 대기 상태의 용사법(APS : Atmospheric Plasma Spraying)에 의한 제 2 세라믹 층(140)을 형성한다(S23). 상기 제 2 세라믹 층(140)은 300 내지 400 마이크로미터의 두께로 형성될 수 있다(도 1 (d)참조). 이러한 제 2 세라믹 층(140)은 제 1 세라믹 층(130)이 열팽창에 의하여 두께가 균일하지 않게 형성되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 제 2 세라믹 층(140) 위에는 텅스텐 층(150)을 형성하며(S24), 상기 텅스텐 층(150)은 10 내지 50 마이크로미터의 두께로 형성한다(도 1 (e)참조). 상기 텅스텐 층(150)은 정전척의 도전층의 역할을 하게 된다. 상기 텅스텐 층(150)은 정전척에 전압을 공급하는 외부의 전원과 전기적으로 연결된다.
상기 텅스텐 층(150) 위에는 대기 상태의 용사법에 의한 제 3 세라믹 층(160)을 형성한다(S25). 상기 제 3 세라믹 층(160)은 400 내지 450 마이크로미터의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 제 3 세라믹 층(160)은 흡착할 기판과 직접 접촉하게 되는 코팅층이다(도 1 (f)참조). 상기 제 3 세라믹 층(160)은 정전척의 유전층의 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 제 3 세라믹 층(160)을 고분자 물질로 실링(sealing)한다(S26). 상기한 실링 단계(S26)는 진공상태의 오븐에서 고분자 물질을 제 3 세라믹 층 위에 형성하여 실링을 하는 단계이다.
다른 실시예에 따른 정전척의 제조방법에 의하면, 상기 텅스텐 층(150)을 형성하는 단계(S24)와 상기 제 3 세라믹 층(160)을 형성하는 단계(S25) 사이에 에어로졸 증착법에 의한 제 4 세라믹 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 제 4 세라믹 층 역시 알루미나를 재료로 하여 형성될 수 있다. 제 4 세라믹 층을 형성하는 단계에서 사용되는 에어로졸 증착법에 대해서는 이미 제 1 세라믹 층을 형성하는 단계에서 설명한 바 있으므로 생략한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 각 공정에 따른 정전척의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 정전척의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 제 1 세라믹 층을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 제 1 세라믹 층을 형성하는 과정에 사용되는 마스크의 형태를 예시하는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 정전척의 기저부
120 : 니켈-알루미늄 층
130 : 제 1 세라믹 층
140 : 제 2 세라믹 층
150 : 텅스텐 층
160 : 제 3 세라믹 층

Claims (13)

  1. 기저부의 일 면에 니켈-알루미늄 층을 형성하는 단계;
    상기 니켈-알루미늄 층 위에 에어로졸 증착에 의한 제 1 세라믹 층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 세라믹 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 2 세라믹 층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 세라믹 층 위에 텅스텐 층을 형성하는 단계;
    상기 텅스텐 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 3 세라믹 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 텅스텐 층 형성단계 및 상기 제 3 세라믹 층 형성단계 사이에 에어로졸 증착에 의한 제 4 세라믹 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹 층 및 제 4 세라믹 층은 알루미나(Al2O3)를 재료로 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹 층의 두께는 15 내지 100 마이크로미터(㎛)인 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 세라믹 층 형성단계 이후에 상기 제 3 세라믹 층을 고분자 물질로 실링(sealing)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 세라믹 층 및 제 3 세라믹 층의 재료는 알루미나인 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 세라믹 층의 두께는 300 내지 400 마이크로미터(㎛)이고, 상기 제 3 세라믹 층의 두께는 400 내지 450 마이크로미터(㎛)인 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 텅스텐 층의 두께는 10 내지 50 마이크로미터(㎛)인 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹 층 또는 제 4 세라믹 층은 상기 정전척의 일 면에 균일하게 배치된 다수개의 노즐을 이용한 에어로졸 증착법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수개의 노즐에 의해 분사되는 물질이 중첩되지 않도록 하는 마스크를 통해 상기 제 1 세라믹 층 또는 제 4 세라믹 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척의 제조방법.
  11. 기저부의 일 표면에 니켈-알루미늄 층, 상기 니켈-알루미늄 층 위에 에어로졸 증착에 의한 제 1 세라믹 층, 상기 제 1 세라믹 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 2 세라믹 층, 상기 제 2 세라믹 층 위에 텅스텐 층, 상기 텅스텐 층 위에 대기상태의 용사법에 의한 제 3 세라믹 층을 포함하는 정전척.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹 층은 알루미나(Al2O3)를 재료로 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹 층의 두께는 15 내지 100 마이크로미터(㎛)인 것을 특징으로 하는 정전척.
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