KR20150146065A - 프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법 - Google Patents

프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법에 관한 것으로서, 물체를 고정하는 전극의 극성이 전원을 이용하여 정전기를 발생시켜 물체를 고정시키며, 세라믹 플레이트(Ceramic plate)내에 은(Ag) 전극을 프린팅하여 패턴을 만들어 (+)(-) 전극을 만들어 (+)/(-) 전극을 만드는 것을 특징으로 한다
본 발명은 종래의 기술에 사용된 전극들이 가지는 비경제적 측면을 개선하기 위해 보다 값이 저렴하고 효율성이 높은 전극재료를 바이폴라형 ESC(Electro Static Chuck) 전극을 새로운 제조방법으로 제작을 하고자 한다.

Description

프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF CERAMIC ELCTRO-STATIC CHUCK USING PRINTING}
본 발명은 고진공 설비에서 대형 글라스를 이동하는 반송시스템에 사용되는 정전척 전극제조 방법 및 이를 활용하기 위한 시스템 구성에 관한 것이다. 본 발명은 프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법에 관한 것이다.
프로세서, 메모리 등과 같은 각종 반도체 칩의 제조뿐만 아니라, 최근에 널리 보급되고 있는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이(Plasma Display), 유기발광소자 디스플레이(Organic Light Emitting Diode Display) 등과 같은 평판 디스플레이(Flat Panel Display)를 위한 표시 장치 또는 패널의 제조는 각종 공정 설비 또는 챔버(chamber)에서 이루어지고 있다.
이러한 반도체 칩 또는 표시 장치의 제조를 위하여, 일반적으로 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판의 표면을 포토그래피(photography), 식각, 확산, 이온주입, 금속증착, 화학기상증착, 및 상하 유리 기판의 합착 등의 제조 공정이 반복 수행되고, 각 기판은 캐리어에 담겨져 각각의 공정 설비 간을 이동하게 된다. 공정 중의 기판은 각 공정 설비에 설치된 이송 로봇 또는 작업자의 명령에 의해 공정 시 요구되는 작업 위치로 이송된다.
한편, 해당 공정 설비의 작업 위치로 이송된 기판을 고정하기 위해서는 진공압을 이용하는 기계적 수단, 전기적인 특성을 이용하는 전기적 수단 등이 사용되는데, 전기적 수단의 일례로 정전척(electro-static chuck)이 있다.
정전척(electro-static chuck)은 크게 유니폴라(unipolar)형과 바이폴라(bipolar)형의 두 가지로 나눌 수 있다. 유니폴라(unipolar)형 정전척(electro-static chuck)은 한 개의 전극을 구비하고, 플라즈마 상태로 되어 플라즈마층이 형성되었을 때 발생되는 음이온으로 전계를 구성하여 척킹(chucking)이 이루어지며, 전극과 기판 사이에는 절연층에 의하여 서로 절연된다.
바이폴라(bipolar)형 정전척(electro-static chuck)은 절연체에 의해 서로 절연되는 두 개의 전극을 구비하며, 각 전극에 양 또는 음의 극성을 갖는 전압을 공급함으로써 척킹(chucking)이 이루어진다.
기존 바이폴라형 ESC 척은 폴리이미트 형(polyimide type)으로 되어 있어, 300mm×500mm이라는 사이즈(size)의 한계와 내구성에 대한 문제가 있으며, 진공도 문제 등 5.5세대 이상의 대형 글래스에서는 작은 사이즈로 여러 개의 전극을 결합하여 제품의 균일도를 맞추는 것에 어려움이 있고, 80℃ 이상 고온에 사용할 수가 없다.
(문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0076574호 (2008.08.20.) (문헌 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0076573호 (2008.08.20)
본 발명에 따른 프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법은 전술한 종래의 기술들이 가지는 문제점 해결을 위한 것이다.
첫째, 종래의 기술에 사용된 전극들이 가지는 비경제적 측면을 개선하기 위해 보다 값이 저렴하고 효율성이 높은 전극재료를 바이폴라형 ESC(Electro Static Chuck) 전극을 새로운 제조방법으로 제작을 하고자 한다.
둘째, 복잡한 종래의 기술을 좀 더 간단한 제조방법으로 개선시키고자 한다.
셋째, 종래기술이 시도하지 않았던, 전극에 재질을 바꾸어서 적용하는 방법을 적용하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
본 발명은 프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법에 관한 것으로서, 물체를 고정하는 전극의 극성이 전원을 이용하여 정전기를 발생시켜 물체를 고정시키며, 세라믹 플레이트(Ceramic plate)내에 은(Ag) 전극을 프린팅하여 패턴을 만들어 (+)(-) 전극을 만들어 (+)/(-) 전극을 만드는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
즉 종래의 기술에 사용된 전극들이 가지는 비경제적 측면을 개선하기 위해 보다 값이 저렴하고 효율성이 높은 전극재료를 바이폴라형 ESC(Electro Static Chuck) 전극을 새로운 제조방법으로 제작을 함으로써, 내구성 및 효율성 측면에서 종래의 기술에 비해 높은 효율성을 갖는다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전극본체를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 전극의 세부도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 측면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 전극의 배치 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 프린팅 방법을 나타낸다.
도 6은 기존 PI 필름 정전척 동작을 나타낸다.
도 7은 기존 PI 필름 전극 내부구조를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 바이폴라용 정전척 구조를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 도면을 중심으로 본 발명을 설명하고자 한다.
도 1에서 전극(1)의 본체는 절연성을 가지는 세라믹 플레이트(Ceramic plate)로 되어 있으며, 고온에서 전기절연성 유전율 및 체적고유저항 특성이 우수한 재질의 플레이트(plate)로 구성된다.
전극 프린팅을 위한 플레이트가 세라믹이며, 세라믹은 부도체로서 전원공급시 전류가 다른쪽으로 분산되는 것을 막아주는 역할을 한다. 플레이트가 전류가 통하는 물질로 되어 있으면, 전류가 분산이 되어 정전기 형성이 되지않고 누설이 된다. 즉 플레이트가 절연저항이 높을수록 정전기발생이 좋아진다. 이런 문제로 인하여 본 발명에 세라믹 플레이트로 바이폴라용 정전척을 제안하였다.
도 2를 살펴보면, 정면도에서 일자형 형태의 선형으로 만들어져 (+)/(-) 전극으로 만들어져 구성되어 있다. 그리고 전류선은 일자 형태의 선형으로 연결되어 있고 대기 수분흡착 되는 것을 막기 위해 특수 유전막 처리를 하였다.
유전막 처리는 세라믹 시트를 만들어 이부분을 1차 저온에서 라미네이팅 처리를 하고 완전한 유전막 생성을 위하여 800~900℃에서 완전 소결하는 방식이다. 유전막물질도 동일한 세라믹 물질로 처리를 하여 세라믹 플레이트(plate)와 접합 밀착이 되도록 하는 방식이다. 이로 인한 장점은 강도가 높아지고 기포발생을 억제하고 고온공정에도 사용을 할수 있다는 장점이 있으며,바이폴라형태의 정전척을 만드는 방식으로 은(Ag)과 유전막을 만드는 제조방식이다.
즉 물체를 고정하는 전극의 극성이 직류 고전압(high voltage DC) (+)/(-) 전원을 이용하여 정전기를 발생시킨다.
정전력의 고전압(high voltage)으로 구동이 되는데 전류(current)는 미세하지만 고전압이 발생을 하면서 전기장이 발생을 하여 물체를 고정시키는 역할을 하기 때문에 극성의 분리와 고전압에서 (+).(-) 극성이 통하지 않게하는 것이 중요하며, 이러한 역할을 하는 것이 유전막 물질이다
전압의 내구성은 직류고전압(High Voltage DC) 1~5Kv 인 것이 바람직하다.
전압의 극성 분리는 절연체로 하며 절연체는 유전막으로 만들며, 10kv내전압에 견디는 유전막이 바람직하다.
절연특성이 높아야 정전기 발생이 높아지며, 유전막 특성이 좋아야 고전압 인가시 전극이 쇼트가 나지않고 정상적인 동작한다. 내전압에 견디는 기준은 최대(max) 인가 전원의 100%정도 추가 전원이 공급이 되어도 성능에 문제가 없는 것이 기준이 된다
도 3을 살펴보면, 전극 사이즈는 0.1mm ~ 무제한으로 가능하며, 전원 공급 장치(+/-)를 통해 전기가 전류선(2)을 따라 전극(1)으로 도달하게 되고 이러한 전력으로 전기장이 발생이 되고 정전기가 발생이 된다. 참고로 여기서 Ag로 표시된 것이 전극이다.
전극의 플레이트(plate) 부분은 세라믹 + Ag전극으로 되어 있으며, 전극을 이루는 재료로 paste(Ag)이며, 이 전극이 +/- 전극으로 이루어져 정전기를 발생시킨다.
도 4는 본 발명에 따른 전극의 배치 도면이다. 기존의 폴리이미드필름(Polyimide Film, PI필름) 방식의 전극을 접합하는 방식이 아니라, 세라믹 플레이트(Ceramic plate)내에 은(Ag) 전극을 프린팅하여 패턴을 만들어 (+)(-) 전극을 만들어 (+)/(-) 전극을 만드는 방식이다.
기존은 전극이 만들어진 시트를 가지고 구리(Cu)를 중앙에 놓고 양쪽에 필름으로 합착을 하여 만드는 방식이나. 새로운 개발은 바이폴라용 정전척은 세라믹 플레이트(plate) 단면에 정밀가공을 한 후 원하는 전극사이즈를 설계한 후 실크마스크를 만들고 그 위에 Ag 물질을 프린팅하여 전극을 만들고, 그 윗면에 유전막물질을 200마이크로 이상 소결을 한 후 표면처리를 하는 방식이다.
이 방식은 세라믹 표면에 Ag접합이 잘 이루어져 기존과 같이 접합을 위한 추가적인 물질이 필요치않아 전극생성시 발생하는 기포 불량과 저항을 낮출 수 있고, 미세패턴을 구현할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 메커니즘의 이해를 위해 먼저 기존 바이폴라형 전체전극을 살펴보자.
기존의 방식인 PI 필름 정전척 동작은 도 6과 같으며, PI필름 전극 내부구조는 도 7과 같다.
반면에 본 발명에 따른 바이폴라용 정전척 구조는 도 7과 같다.
본 발명의 도 4는 1차 세라믹 단면 위에 마스크를 이용하여 Ag전극을 만드는 것이며, 전극의 크기는 자유롭게 배열을 할 수 잇는 장점이 있다. 또한 1차 제조의 문제점 발생시 수리(리페어)가 가능하다. 반면에 기존제품은 완성된 후 체크가능하다.
본 발명의 도 5는 프린팅 후 고온 900℃에서 유전막을 소결한 후 정전척의 단면도를 표시한 것이며. 대형 사이즈의 바이폴라 정전척을 만드는 방법을 간단히 설명을 하였다. 또한 소결 후 760 mnm X 1290mm 사이즈에서 평탄도는 30마이크로 이하를 유지하는 것이 중요하고 조도가 0.1Ra이하가 되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전극의 내구성 및 신뢰성 테스트는 시험항목을 절연저항, 내전압 및 수명으로 하여 시험조건 및 평가기준을 다음 표 1과 같이 설정하여 실시하였다.
Figure pat00001
본 발명에 따른 바이폴라 정전척의 전극 내구성 실험을 한 데이터는 표 2와 같다.
Figure pat00002
한편, PI필름 전극전원(DC)을 0~5kv로 넣고 테스트하여 측정한 결과 아래 표 3과 같은 데이터를 얻었다.
Figure pat00003
본 발명의 경우, 전압의 세기에 따라 힘은 변화하여, 기준점을 잡기 위해 고정된 전압으로 측정을 하였다. 또한 항온항습의 변화에 따라 크게 변화되는 것을 알았다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법에 있어서,
    물체를 고정하는 전극의 극성이 전원을 이용하여 정전기를 발생시켜 물체를 고정시키며,
    세라믹 플레이트(Ceramic plate)내에 은(Ag) 전극을 프린팅하여 패턴을 만들어 (+)(-) 전극을 만들어 (+)/(-) 전극을 만드는 것을 특징으로 하는 프린팅을 이용한 바이폴라 세라믹 정전척 제조 방법
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