KR20110011256A - 전극봉, 정전척 및 기판처리장치 - Google Patents

전극봉, 정전척 및 기판처리장치 Download PDF

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Abstract

정전척용 전극봉 및 이를 포함하는 기판처리장치가 개시된다. 본 발명에 따른 전극봉은 정전기력을 이용하여 기판을 고정하기 위한 정전척에 구비되며 전원이 인가되는 것으로서, 금속성 소재로 이루어지며, 상기 정전척에 구비된 도전층과 전기적으로 연결되도록 상기 도전층과 접촉하는 상면과, 상기 상면과 연결되는 폐곡면 형상으로 형성되며 상기 상면과 연결되는 부분으로부터 하방으로 갈수록 그 폭이 증가하도록 형성되는 측면을 가지는 금속전극을 포함하도록 구성된다. 본 발명에 따르면, 아킹 현상이 발생하지 않게 되므로, 정전척 및 기판에 대한 손상을 방지할 수 있게 된다.
정전기력, 정전척, 기판, 웨이퍼, LCD, OLED, PDP

Description

전극봉, 정전척 및 기판처리장치{Electrode bar for electrostatic chuck, electrostatic chuck and device for processing a substrate}
본 발명은 전극봉, 정전척 및 기판처리장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 정전척에 구비되어 전원이 인가되는 전극봉, 정전기력을 이용하여 웨이퍼나 유리 기판 등과 같은 기판을 고정하기 위한 정전척 및 정전척에 고정된 각종 기판을 처리하는데 사용되는 기판처리장치에 관한 것이다.
정보화 사회의 발전에 따라, 종래의 CRT(Cathode Ray Tube)가 가지는 무거운 중량과 큰 부피와 같은 단점들을 개선한 영상표시장치에 대한 기술의 개발이 요구고 있다.
이에 따라, LCD(Liquid Crystal Display Device, 이하 액정표시장치), OLED(Organic Light Emitting Diode, 이하 유기 발광 다이오드), PDP(Plasma Panel Display Device) 등과 같은 여러 가지 평판표시장치들이 새로운 영상 표시장치로 주목받고 있다.
이러한 평판표시장치들은 일반적으로 유리 등의 재질로 이루어진 기판 상에 증착공정, 노광공정, 식각공정과 같은 여러 가지 공정이 반복적으로 수행하여 수㎛ 의 미세한 선폭을 가지는 패턴들이 패터닝되어 형성된다. 이 때, 상기 패턴들의 선폭은 수㎛에 불과하기 때문에, 전 기판상에 균일하게 패턴을 형성하기 위해서는 공정이 수행되는 동안 기판의 위치가 변동되지 않도록 고정시키는 것이 중요하다.
기판을 고정하는 방법으로는 진공력을 이용한 진공흡착방법이 널리 사용되고 있으나, 제조공정이 진공의 환경에서 수행될 경우에는 진공력으로 기판을 고정할 수 없는 문제를 가진다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 진공 상태에서 공정을 수행할 경우에는 기판을 고정하기 위하여 정전기력을 이용하는 정전척이 제안되어 사용되고 있다.
이러한 정전척에는 전원이 인가되는 금속전극이 필수적으로 필요하다.
도 1의 (a) 및 (b)에는 종래 정전척용 금속전극(20',20'')이 도시되어 있다. 금속전극은 전체적으로 실린더 형상으로 이루어지며, 금속전극의 상면은 도전성 소재로 이루어지진 평판 형상의 도전층에 접촉하여 전기적으로 연결된다. 금속전극에 전원을 인가하면, 금속전극을 통해서 도전층에도 전원이 인가되어 도전층의 상면을 중심으로 항 정전기력이 발생하게 되어 기판을 고정시킬 수 있게 된다.
그런데, 상술한 정전척용 금속전극에 있어서는, 전원의 인가시 금속전극의 상단부분의 모서리 부분(도 1의 (a) 및 (b)에 원형으로 표시되어 있음)에서 전자밀도가 크게 증가하게 되어 아킹(arching) 현상이 발생하게 된다. 이러한 아킹 현상은 정전척 및 처리 대상인 기판의 손상을 유발하게 된다. 따라서, 아킹 현상을 최소화할 수 있는 정전척에 대한 필요성이 있었다.
또한, 반도체의 제작에 있어서도 정전척이 널리 사용되고 있으며, 반도체 제 작용으로 활용되는 정전척에 있어서도 아킹 현상을 최소화해야할 필요성이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 아킹 현상이 발생하지 않도록 구조가 개선되어 정전척 및 기판에 대한 손상을 방지할 수 있는 전극봉, 정전척 및 기판처리장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판이 처리되는 챔버; 베이스부재와, 상기 베이스부재에 결합되며 전원이 인가되는 전극봉과, 상기 베이스부재에 결합되며 상기 전극봉과 전기적으로 연결되며, 도전성 소재로 이루어진 도전층과, 상기 도전층에 결합되는 유전층을 포함하며, 상기 챔버의 내부에 배치되는 정전척; 및 상기 챔버의 내부로 상기 기판을 처리하기 위한 처리가스를 분사하는 가스분사부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 전극봉은 금속성 소재로 이루어지며, 상기 정전척에 구비된 도전층과 전기적으로 연결되도록 상기 도전층과 접촉하는 상면과, 상기 상면과 연결되는 폐곡면 형상으로 형성되는 측면을 가지는 금속전극을 포함하며, 상기 금속전극의 중심축 및 상기 금속전극의 측면 사이의 거리는 하방으로 갈수록 증가하도록 구성된다.
한편, 전극봉은 금속성 소재로 이루어지며, 상하방향에 대해 수직인 단면이 원형 또는 곡면 또는 다각형상으로 이루어지며, 상기 정전척에 구비된 도전층과 전기적으로 연결되도록 상기 도전층과 접촉하는 상면과, 상기 상면과 연결되는 폐곡 면 형상으로 형성되는 측면을 포함하면, 상기 측면 중 상기 상면과 연결되는 부분은 곡면 형상 또는 상기 상하방향에 대해 경사지게 형성된 금속전극을 포함하며, 상기 금속전극의 중심축 및 상기 금속전극의 측면 중 상기 상면과 연결되는 부분 사이의 거리는 하방으로 갈수록 증가하도록 구성될 수도 있다.
그리고, 전극봉은 금속성 소재로 이루어지며, 상기 정전척에 구비된 도전층과 전기적으로 연결되도록 상기 도전층과 접촉하는 상면과, 상기 상면과 연결되는 폐곡면 형상으로 형성되는 측면을 가지는 금속전극을 포함하며, 상기 금속전극의 상면 및 측면은 둔각을 이루도록 형성될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 아킹 현상을 방지할 수 있게 되므로, 정전척 및 기판에 대한 손상을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 금속전극의 개략적인 정면도이며, 도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 금속전극에 대한 실험과정을 설명하기 위한 사진이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 기판처리장치(100)는 챔버(10)와, 정전척(20)과, 가스분사부(30)를 구비한다.
챔버(10)의 내부에서 웨이퍼나 유리 기판 등과 같은 각종 기판(s)을 처리하는 처리공정이 진행된다. 챔버(10)의 측면에는 기판(s)이 출입하는 기판 출입공(11)이 형성된다. 또한, 챔버(10)의 바닥면에는 처리공정 후 잔존하는 가스나 부산물을 배출하기 위한 배출공(12)이 형성된다.
정전척(20)은 챔버(10)의 내부에 설치되는 것으로서 정전기력을 이용하여 기판(s)을 고정하기 위한 것이다. 정전척(20)은 베이스부재(21)와, 전극봉(22)과, 절연층(23)과, 도전층(24)과, 유전층(25)을 포함한다.
베이스부재(21)는 금속성 소재로 이루어지며, 전극봉, 절연부재, 도전층 및 유전층을 지지하는 역할을 한다. 베이스부재(21)는 전체적으로 납작한 실린더 형상으로 이루어지며, 상하방향에 대해 수직인 단면이 원형으로 이루어진다. 베이스부재(21)의 중앙에는 결합공(211)이 관통 형성된다.
전극봉(22)은 베이스부재(21)의 결합공(211)에 삽입된다. 전극봉(22)은 금속전극(221) 및 절연부재(222)를 포함한다.
금속전극(221)은 금속성 소재로 이루어지며, 전원부(40)와 전기적으로 연결되어 전원부(40)로부터 전원을 공급받는다. 금속전극(221)에는 상면(2211)과 측면(2212)이 형성된다. 상면(2211)은 평평하게 형성된 면이다. 측면(2212)은 폐곡면으로 형성되며 상면(2211)의 가장자리와 연결된다. 그리고, 측면(2212)과 중심축(CL) 사이의 거리, 즉 최단거리(l)는 하방으로 갈수록 점진적으로 증가한다. 즉, 상면과 측면 사이의 각도(θ)가 둔각을 이루게 된다. 여기서, 측면의 단면이 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 곡선으로 형성되는 경우에는 측면에 접하는 직선과 상면 사이의 각도가 둔각을 이루면 된다. 특히, 본 실시예에서는 금속전극(221)의 단면, 즉 금속전극의 중심축(CL)에 수직인 평면상에서의 단면이 원형으로 이루어지며, 단면의 직경은 하방으로 갈수록 점진적으로 증가한다. 또한, 금속 전극(221)에는 플랜지부(2213)가 형성된다.
절연부재(222)는 세라믹 분말을 소결시켜 제조된다. 절연부재(222)에는 금속전극(221)이 삽입되는 삽입공(2221)이 관통하여 형성된다. 삽입공(2221)의 내측면은 금속전극(221)의 측면에 대응되는 형상으로 형성된다. 삽입공(2221)의 내측면과 금속전극(221)의 측면 사이에는 에폭시나 세라믹 본드 등과 같은 접착제에 도포되어, 절연부재(222) 및 금속전극(221)은 한 몸체가 된다. 그리고, 절연부재(222)의 하단부는 금속전극의 플랜지부(2213)와 접촉한다.
절연층(23)은 베이스부재(21)의 상면에 고정된다. 절연층(23)은 절연성 소재로 이루어지며, 평판 또는 플레이트 형상으로 형성된다. 절연층(23)에는 전극봉(22)이 밀착되게 삽입된다. 그리고, 절연층(23)의 상면 및 금속전극(221)의 상면(2211)은 동일 평면 상에 배치된다.
도전층(24)은 몰리브덴 등과 같은 금속성 소재로 이루어지며, 평판 또는 플레이트 형상으로 형성된다. 도전층(24)은 절연층(23)의 상면에 고정되며, 전극봉의 금속전극(221)과 접촉하여 전기적으로 연결된다.
유전층(25)은 질화알루미늄, 질화붕소, 산화티타늄이나 산화크롬으로 도핑된 알루미나 또는 다른 유전 물질 등으로 이루어지며, 평판 또는 플레이트 형상으로 형성된다. 유전층(25)은 도전층(24)의 상면에 고정된다.
가스분사부(30)는 챔버(10)의 내측면에 결합되며, 정전척(20)과 마주하도록 배치된다. 가스분사부(30)는 처리공정에 사용되는 가스를 분사하며, 처리공정의 종류에 따라 서로 다른 가스를 분사한다. 예를 들어, 식각공정을 위해서는 식각가 스를, 증착공정을 위해서는 증착가스를, 그리고 클리닝공정을 위해서는 클리닝가스를 분사한다.
상술한 바와 같이 구성된 기판처리장치(100)에 있어서는, 전원이 인가되는 금속전극(221)의 상단부는 종래와 달리 완만한 곡면 형상으로 이루어져 있으며, 특히 금속전극의 상면(2211) 및 측면(2212) 사이의 각도가 둔각이므로, 종래와 달리 전자밀도가 과도하게 증가하지 않게 된다. 따라서, 아킹 현상을 방지할 수 있으며, 이에 따라 기판(s)이나 정전척(20)의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과를 정량적으로 검증하기 위해서 다음과 같은 실험하였다.
먼저, 본 발명에 따른 전극봉을 제작하고, 종래 기술에서 설명된 전극봉, 즉 도 1 (a)에 도시된 전극봉을 제작하였다. 종래의 전극봉은 도 1의 (a)에 도시된 금속전극 및 금속전극이 삽입되는 절연부재를 포함하도록 구성되되, 종래 전극봉의 절연부재는 종래에 일반적으로 제작되는 공정, 즉 세라믹 분말을 용사시켜서 금속전극에 코팅된다. 이와 같이 제작된 종래 전극봉은 본 발명에 따른 전극봉과 거의 동일한 소재(티타늄), 크기 및 형상으로 형성되며, 다만 금속전극의 형상만을 상이하게 형성하여 실험의 정확도를 기하고자 하였다.
이와 같이 형성된 각 전극봉을 이용하여 본 발명에 따른 정전척 및 종래의 정전척을 제작한다. 각 정전척의 제작시 절연층 및 도전층은 용사공정으로 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 정전척 및 종래의 정전척을 제작한 후에, 각 정전척의 금속전극에 5KV의 전압을 인가하게 되면, 종래의 정전척에 있어서는 60초가 경과하기 전에 절연층이나 절연부재에 파괴가 발생하게 되나, 본 발명에 따른 정전척에 있어서는 60초 경과 이후에도 절연파괴가 일어나지 않는다. 결국, 본 실험을 통해서 본 발명에 따른 정전척에서는 아킹 현상이 발생하지 않는 점이 증명되었다.
한편, 금속전극은 앞선 실시예에서와는 달리 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 구성될 수도 있다.
도 4에 도시된 금속전극(221a)에 있어서, 측면(2212a)의 상단부분(2212aa), 즉 측면(2212a) 중 상면(2211)과 연결되는 부분은 금속전극(221a)의 중심축(CL)에 대해 경사지게 형성된다. 즉, 측면(2212aa)의 상단부분에는 챔퍼(chamfer)가 형성된다. 이와 같이 측면 상단부분(2212aa)이 챔퍼로 형성되면, 측면 상단부분(2212aa)과 금속전극의 중심축(CL) 사이의 최단거리는 하방으로 갈수록 점진적으로 증가하며, 이에 따라 상면(2211)과 챔퍼(2212aa) 사이의 각도는 둔각(θ)을 이루게 된다.
또한, 도 5에 도시된 금속전극(221b)에 있어서, 측면(2212bb) 상단부분은 라운드(round)로 형성되어, 라운드(round)에 접하는 평면과 상면(2211) 사이의 각도는 둔각(θ)을 이루게 된다.
결국 도 4 및 도 5에 도시된 금속전극(221a,221b)에 있어서도 금속전극의 상면(2211)과 상면과 연결되는 측면 부분(2212aa;2212bb) 사이의 각도가 둔각을 이루게 되므로, 아킹 현상의 발생을 방지할 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
도 1은 종래의 일례에 따른 정전척용 금속전극의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 금속전극의 개략적인 정면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속전극의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...챔버 11...기판출입공
12...배출공 20...정전척
21...베이스부재 22...전극봉
23...절연층 24...도전층
25...유전층 30...가스분사부
40...전원부 100...기판처리장치
211...결합공 221,221a,221b...금속전극
222...절연부재 2211...상면
2212,2212a,2212b...측면 2213...플랜지부
2212aa,2212bb...측면 중 상면과 연결되는 부분

Claims (6)

  1. 정전기력을 이용하여 기판을 고정하기 위한 정전척에 구비되며 전원이 인가되는 것으로서,
    금속성 소재로 이루어지며, 상기 정전척에 구비된 도전층과 전기적으로 연결되도록 상기 도전층과 접촉하는 상면과, 상기 상면과 연결되는 폐곡면 형상으로 형성되는 측면을 가지는 금속전극을 포함하며,
    상기 금속전극의 중심축 및 상기 금속전극의 측면 사이의 거리는 하방으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 정전척용 전극봉.
  2. 정전기력을 이용하여 기판을 고정하기 위한 정전척에 구비되며 전원이 인가되는 것으로서,
    금속성 소재로 이루어지며, 상하방향에 대해 수직인 단면이 원형 또는 곡면 또는 다각형상으로 이루어지며, 상기 정전척에 구비된 도전층과 전기적으로 연결되도록 상기 도전층과 접촉하는 상면과, 상기 상면과 연결되는 폐곡면 형상으로 형성되는 측면을 포함하며, 상기 측면 중 상기 상면과 연결되는 부분은 곡면 형상 또는 상기 상하방향에 대해 경사지게 형성된 금속전극을 포함하며,
    상기 금속전극의 중심축 및 상기 금속전극의 측면 중 상기 상면과 연결되는 부분 사이의 거리는 하방으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 정전척용 전극봉.
  3. 정전기력을 이용하여 기판을 고정하기 위한 정전척에 구비되며 전원이 인가되는 것으로서,
    금속성 소재로 이루어지며, 상기 정전척에 구비된 도전층과 전기적으로 연결되도록 상기 도전층과 접촉하는 상면과, 상기 상면과 연결되는 폐곡면 형상으로 형성되는 측면을 가지는 금속전극을 포함하며,
    상기 금속전극의 상면 및 측면은 둔각을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 정전척용 전극봉.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속전극의 측면 형상과 대응되는 형상으로 형성되고 상기 금속전극의 상면 및 측면이 삽입되는 삽입공을 가지며, 세라믹 분말로부터 소결공정을 통해 형성되는 절연부재;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정전척용 전극봉.
  5. 베이스부재;
    상기 베이스부재에 결합되며, 전원이 인가되는 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 전극봉;
    상기 베이스부재에 결합되며, 상기 전극봉과 전기적으로 연결되며, 도전성 소재로 이루어진 도전층; 및
    상기 도전층에 결합되는 유전층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  6. 기판이 처리되는 챔버;
    베이스부재와, 상기 베이스부재에 결합되며 전원이 인가되는 제 1항 내지 제 3항 어느 한 항에 기재된 전극봉과, 상기 베이스부재에 결합되며 상기 전극봉과 전기적으로 연결되며, 도전성 소재로 이루어진 도전층과, 상기 도전층에 결합되는 유전층을 포함하며, 상기 챔버의 내부에 배치되는 정전척; 및
    상기 챔버의 내부로 상기 기판을 처리하기 위한 처리가스를 분사하는 가스분사부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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