KR20160141501A - 마스크 제어가 가능한 정전척 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 정전척에 관한 것으로, 본 명세서의 일 실시예에 따른 정전척은 코일을 포함하는 금속 재질의 베이스부; 및 상기 베이스부의 일면에 코팅되는 유전층(dielectric layer)을 포함하며, 상기 정전척의 상기 유전층에 양극 또는 음극을 인가함으로써 정전력을 발생시켜서 기판을 상기 유전층에 부착하거나 또는 탈착할 수 있으며, 상기 베이스부의 상기 코일에 전압 또는 전류를 인가함으로써 자기장이 발생되어 상기 마스크가 상기 기판으로 척킹되고, 상기 베이스부의 상기 코일에 인가된 전압 또는 전류가 차단되면 상기 자기장이 소멸되어 상기 마스크가 상기 기판으로부터 디척킹되는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크 제어가 가능한 정전척 {ELECTROSTATIC CHUCK FOR CONTROLLING CHUCKING AND DECHUCKING OF MASK}
본 명세서는 정전척에 관한 것으로, 구체적으로 전자석화된 정전척을 이용하여 마스크를 척킹(Chucking) 또는 디척킹(De-chucking)할 수 있는 정전척에 관한 것이다.
척(Chuck)은 반도체 또는 디스플레이 제조장비의 진공 챔버 내부에 기판이 놓이는 곳으로, 반도체 소자 또는 액정표시장치 등을 제조하기 위한 에칭이나 박막증착과 같은 공정에서 반도체 웨이퍼(wafer), 글래스(glass) 또는 디스플레이 패널(panel) 등의 기판을 고착(Clamping)하는 장치로 사용되는 것을 말한다.
이하 본 명세서에서는 웨이퍼, 글래스 또는 패널을 모두 '기판'이라고 칭하기로 한다.
척은 기판을 척킹하는 방식에 따라 기계척(Mechanical Chuck), 정전척(Electrostatic Chuck), 진공척(Vacuum Chuck) 등으로 구분할 수 있다.
이 중 정전척(Electrostatic Chuck)은 척에 전위를 인가하면 기판에 반대의 전위가 대전되어 서로 끌어당기는 정전기력이 발생되는 원리를 이용하여 기판을 고착시키는 방식을 뜻한다.
정전척은 전극의 개수에 따라 모노폴라(monopolar)와 바이폴라(bipolar)타입으로 구분되고, 작동 메커니즘에 따라 쿨롱(Coulomb)과 존슨-라벡(Johnsem-Rahb) 타입으로 구분된다.
모노폴라 타입은 양의 전극과 음의 전극 한 쌍이 유전층(dielectric layer)을 사이에 두고 서로 마주본 형태이며, 바이폴라 타입은 양과 음의 전극이 교대로 횡방향으로 늘어선 형태이다.
쿨롱 타입과 존슨-라벡 타입의 구분은 전극들 사이에 존재하는 저항율의 크기에 따라 구분되며 그 메커니즘은 매우 다르다. 일반적으로 존슨-라벡 타입 정전척 유전층의 저항율은 109~1013 Ω㎝의 값을 가지며 1015Ω㎝이상인 경우 쿨롱 타입으로 간주한다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전척을 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 정전척(100)은 베이스(10) 및 필름(20)으로 구성된다.
종래 기술에 따른 정전척(100)은 마스크(40)를 고착시키기 위하여 클램프를 접촉시켜야 하므로, 마스크(40)와 클램프의 접촉에 의해 마스크 표면에 오염이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 정전척(100)은 마스크(40)를 클램프로 고착시키므로 고착시키는 힘이 일부분에 국부적으로 작용하게 되어 마스크(40)의 휨 현상이 발생하는 문제점도 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 마스크(40)의 휨 현상이 발생할 경우, 마스크(40) 패턴을 이용한 기판(30)의 증착 공정을 수행할 경우 원하는 패턴이 기판(30)에 증착되지 못하여 제품의 불량이 발생하는 문제점도 있다.
본 명세서는 전자석화된 정전척을 전기적으로 제어함으로써 기판뿐만 아니라 마스크를 척킹 또는 디척킹 제어할 수 있는 정전척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 전자석화된 정전척을 전기적으로 제어함으로써, 마스크 표면 접촉에 의한 기판의 손상 및 오염을 최소화하고 마스크의 휨을 방지하는데 목적이 있다.
또한, 본 명세서는 정전척을 양면으로 배열함으로써, 기존 공정에 비해 기판 제작의 수율을 현저히 상승시키고 제조 원가를 현격히 절감시키는데 목적이 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 정전척은 기판을 척킹(Chucking) 또는 디척킹(De-chucking)하는 정전척(Electrostatic Chuck)에 있어서, 코일을 포함하는 금속 재질의 베이스부; 및 상기 베이스부의 일면에 코팅되는 유전층(dielectric layer)을 포함하며, 상기 정전척의 상기 유전층에 양극 또는 음극을 인가함으로써 정전력을 발생시켜서 기판을 상기 유전층에 부착하거나 또는 탈착할 수 있으며, 상기 베이스부의 상기 코일에 전압 또는 전류를 인가함으로써 자기장이 발생되어 상기 마스크가 상기 기판으로 척킹되고, 상기 베이스부의 상기 코일에 인가된 전압 또는 전류가 차단되면 상기 자기장이 소멸되어 상기 마스크가 상기 기판으로부터 디척킹되는 것을 특징으로 한다.또한, 상기 정전척은 상기 베이스부의 상기 코일로 전압 또는 전류를 인가하거나 차단시키는 스위치부와, 상기 베이스부의 상기 코일에 인가되는 전압 또는 전류의 양을 조절할 수 있는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 마스크의 크기, 두께 또는 종류에 따라서 상기 베이스부의 상기 코일에 인가되는 전압 또는 전류량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 유전층은 PI(Polyimide) 필름일 수 있다.
또한, 상기 베이스부는 제1 베이스, 제2 베이스 및 상기 제1 베이스와 상기 제2 베이스 사이에 삽입되는 자력 차폐재를 포함하며, 상기 유전층은 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스 각각의 일면에 코팅되는 제1 유전층 및 제2 유전층을 포함하고, 상기 제 1 유전층과 상기 제1 베이스는 상기 제2 유전층과 상기 제2 베이스 맞은편에 배열될 수 있다.
또한, 상기 제1 베이스와 상기 제2 베이스는 상하 또는 좌우로 상호 대향되도록 배열될 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따르면 전자석화된 정전척을 이용하여 마스크를 기판으로부터 척킹 또는 디척킹 함으로써, 마스크 표면 접촉에 의한 기판의 오염을 최소화하고 기판이 휨을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 실시예에 따르면 반도체 웨이퍼, 글래스 또는 디스플레이 패널 등의 기판 제조 공정시에 사용되는 마스크를 기판으로 용이하게 척킹 또는 디척킹함으로써 제조 공정 상의 오류를 방지하고 제품의 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 실시예에 따르면 정전척을 상하 또는 좌우 양면으로 배열하여 동시에 또는 순차적으로 사용함으로써, 기존 공정에 비해 기판 제작의 수율을 현저히 상승시키고 제조 원가를 현격히 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전척을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 제1 실시예에 따른 정전척을 나타내는 구성도이다.
도 3 (a)는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 정전척을 나타내는 구성도이다.
도 3 (b)는 본 명세서의 제3 실시예에 따른 정전척을 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 정전척에서 기판을 가공하는 과정을 보여주는 참고도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 도 2를 참조하여 본 명세서의 제1 실시예에 따른 정전척에 대해 설명한다.
도 2는 본 명세서의 제1 실시예에 따른 정전척을 나타내는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 제1 실시예에 따른 정전척(200)은 베이스(110) 및 유전층(dielectric layer)(120)를 포함한다.
유전층(120)은 유전체로 형성되며 폴리이미드(PI, Polyimide) 등의 필름이 사용될 수 있고, 베이스(110)의 일면에 코팅되어 기판을 정전척(200)에 척킹시킨다. 즉, 정전척(200)의 유전층(120)에 양극 또는 음극이 인가되면 유전층(120)에서 유전물질의 분극이 일어나 기판(130)과 베이스(110) 사이에 전기장이 형성된다. 따라서, 필름을 사이에 두고 베이스(110)와 기판(130)이 상호 반대 전위를 가지게 되어 정전기력이 발생되므로, 기판(130)이 유전층(120)을 통하여 정전척(200)에 척킹 된다.
베이스(110)는 전자석화된 금속으로 이루어진다. 즉, 베이스(110)의 내부에는 코일이 지그재그 또는 다양한 형태로 배열될 수 있으며, 상기 코일에 전원이 인가될 수 있도록 코일 양단은 베이스(110)의 외부로 돌출된다. 코일 양단으로 전압 또는 전류가 인가되면 전자석화된 베이스(110)는 전류가 흐르면서 자기화되어 마스크(140)를 흡착(척킹)할 수 있다. 또한, 코일에 인가된 전류 또는 전압을 차단하면 전자석화된 베이스(110)는 비자기화되어 흡착(척킹)되었던 마스크(140)를 자연스럽게 탈착(디척킹)할 수 있다.
마스크(140)는 자력에 의해 끌려지는 성질을 갖는 자성체로 제조되며, 예를 들어 인바(invar), 니켈 등과 같은 철-니켈 합금이 자성체로 사용될 수 있다. 상기 인바는 열팽창계수가 낮아 마스크용 재료로 적합하다. 또한, 마스크(140)는 2이상의 자성체로 제조될 수 있다. 예를 들어, 마스크(140)의 패턴 영역은 Ni로 제조되고, 프레임 영역은 인바로 제조되는 경우를 상정할 수 있다. 또한, 마스크(140)의 재료는 금속에 국한되지 않으며 무기 화합물과 같은 자성체가 사용될 수 있다.
한편, 정전척(200)의 유전층(120)에 양극 또는 음극이 인가되어 정전기력이 발생되므로서 기판(130)이 유전층(120)을 통하여 정전척(200)에 척킹되고, 정전척(200)의 베이스(110)의 코일로 전압 또는 전류가 인가되어 전자석화된 베이스(110)의 전자기력으로 마스크(140)가 상기 기판(130)에 척킹된다.
따라서, 클램프 등 기계적 수단을 이용하지 않고서도 마스크(140)를 기판(130)에 균일하게 밀착 고정시킬 수 있으며, 이를 통해서 기판의 에칭, 증착 등 정밀한 제조 공정을 용이하게 수행할 수 있다.
상기 기판의 제조 공정이 종료되면, 베이스(110)의 코일로 인가되는 전압 또는 전류를 차단함으로써 전자석화된 베이스(110)의 전자기력을 제거하여 마스크(140)가 기판(130)으로부터 용이하게 탈착될 수 있다. 이때, 마스크(140)의 디척킹으로 인하여 기판(130)이 정전척(200)과 이격되거나 의도치 않은 디척킹이 발생되는 문제점을 예방하면서 마스크(140)만 자연스럽게 기판(130)으로부터 디척킹이 될 수 있다.
정전척(200)은 베이스(110)의 코일로 전압 또는 전류를 인가하거나 차단시키는 스위치부(도시하지 않음)와, 베이스(110)의 코일에 인가되는 전압 또는 전류의 양을 조절할 수 있는 제1 제어부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 또한, 유전층(120)을 통하여 기판(130)이 정전척(200)으로 척킹되거나 디척킹 되도록 제어하는 제2 제어부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 즉, 제2 제어부는 유전층을 통하여 기판이 척킹/디척킹 되도록 제어할 수 있으며, 제1 제어부는 베이스를 통하여 마스크가 척킹/디척킹 되도록 제어할 수 있다.
이 때, 상기 제2 제어부는 기판(130)의 종류에 따라 상기 전원으로부터 인가되는 전압량 또는 전류량을 조절할 수 있다. 또한, 상기 제1 제어부는 마스크(140)의 크기, 두께, 종류 등에 따라서 상기 전원으로부터 인가되는 전압량 또는 전류량을 조절할 수 있다.
본 명세서의 다른 일 실시예에 따르면 정전척은 기판(130) 또는 마스크(140)의 크기, 두께, 종류 등을 감지할 수 있는 감지부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 감지부는 정적천에 척킹 및 디척킹하는 대상물(기판, 마스크)의 종류와 크기 등을 감지하여 이를 상기 제어부로 전달하면 상기 제어부는 대상물의 특성에 따라서 정적천으로 척킹하기 위한 인가 전류 또는 전압 크기를 제어한다. 예를 들어, 마스크(170, 180)의 두께가 0.5 mm인 경우 인가되는 전류량이 6 mA라면, 마스크(170, 180)의 두께가 0.4 mm인 경우 인가되는 전류량이 3 mA가 되도록 조절하는 경우를 상정할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 명세서의 제2 실시예 및 제3 실시예에 따른 정전척에 대해 설명한다.
도 3 (a)는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 정전척을 나타내는 구성도이다.
도 3 (a)를 참조하면, 본 명세서의 제2 실시예에 따른 정전척(300)은 제1 베이스(210), 제2 베이스(220), 제1 필름(230), 제2 필름(240) 및 자력 차폐재(290)를 포함한다.
제 1필름(230)은 제1 베이스(210)에 상면에 부착되고, 제2 필름(240)은 제2 베이스(220) 하면에 각각 부착된다. 즉, 제1 베이스(210)와 제2 베이스(220)가 상하로 배열됨으로써 제1 필름(230)과 제1 베이스(210)가 제2 필름(240)과 제2 베이스(220) 맞은편에 배열된다. 이 때, 제1 베이스(210)와 제2 베이스(220)를 자기적으로 분리시키고 간섭을 없애기 위하여 제1 베이스(210)와 제2 베이스(220) 사이에 자력 차폐재(290)를 삽입한다.
정전척(300)에 전압 또는 전류가 인가되면 제1 필름(230)에는 제1 기판(250)이 척킹되고, 제2 필름(240)에는 제2 기판(260)이 척킹된다. 또한, 제1 베이스(210)에 의해 제1 마스크(270)는 제1 기판(250)에 척킹되고, 제2 베이스(220)에 의해 제2 마스크(280)는 제2 기판(260)에 척킹된다. 한편, 정전척(300)에 전압 또는 전류가 차단되면 제1 필름(230)에서 제1 기판(250)이 디척킹되고, 제2 필름(240)에서 제2 기판(260)이 디척킹된다. 또한, 제1 베이스(210)에 의해 제1 마스크(270)는 제1 기판(250)에서 디척킹되고, 제2 베이스(220)에 의해 제2 마스크(280)는 제2 기판(260)에서 디척킹된다. 기판(250, 260) 및 마스크(270, 280) 척킹 또는 디척킹되는 과정은 도 2를 참고하여 상세히 설명한 바 생략한다.
또한, 정전척(300)은 상기 전원으로부터 인가되거나 차단되는 전압 또는 전류를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서도 도 2를 참고하여 상세히 설명한 바 생략한다.
도 3 (b)는 본 명세서의 제3 실시예에 따른 정전척을 나타내는 구성도이다.
도 3 (b)를 참조하면, 본 명세서의 제3 실시예에 따른 정전척(300)은 제1 베이스(210), 제2 베이스(220), 제1 필름(230), 제2 필름(240) 및 자력 차폐재(290)를 포함한다.
제 1필름(230)은 제1 베이스(210)에 우측에 부착되고, 제2 필름(240)은 제2 베이스(220) 좌측에 각각 부착된다. 즉, 제1 베이스(210)와 제2 베이스(220)가 좌우로 배열됨으로써 제1 필름(230)과 제1 베이스(210)가 제2 필름(240)과 제2 베이스(220) 맞은편에 배열된다. 이 때, 제1 베이스(210)와 제2 베이스(220)를 자기적으로 분리시키고 간섭을 없애기 위하여 제1 베이스(210)와 제2 베이스(220) 사이에 자력 차폐재(290)를 삽입한다.
정전척(300)에 전압 또는 전류가 인가되면 제1 필름(230)에는 제1 기판(250)이 척킹되고, 제2 필름(240)에는 제2 기판(260)이 척킹된다. 또한, 제1 베이스(210)에 의해 제1 마스크(270)는 제1 기판(250)에 척킹되고, 제2 베이스(220)에 의해 제2 마스크(280)는 제2 기판(260)에 척킹된다. 한편, 정전척(300)에 전압 또는 전류가 차단되면 제1 필름(230)에서 제1 기판(250)이 디척킹되고, 제2 필름(240)에서 제2 기판(260)이 디척킹된다. 또한, 제1 베이스(210)에 의해 제1 마스크(270)는 제1 기판(250)에서 디척킹되고, 제2 베이스(220)에 의해 제2 마스크(280)는 제2 기판(260)에서 디척킹된다. 기판(250, 260) 및 마스크(270, 280) 척킹 또는 디척킹되는 과정은 도 2를 참고하여 상세히 설명한 바 생략한다.
또한, 정전척(300)은 상기 전원으로부터 인가되거나 차단되는 전압 또는 전류를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서도 도 2를 참고하여 상세히 설명한 바 생략한다.
한편, 도 3 (b)와 같이 제1 베이스(210)와 제2 베이스(220)를 좌우로 배열함으로써, 기판(250, 260) 및 마스크(270, 280) 척킹 또는 디척킹에 있어 중력의 영향을 배제할 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 정전척에서 기판을 가공하는 과정을 보여주는 참고도이다.
도 4을 참고하면, 정전척(300)에서 기판(250, 260)을 가공하는 것은 챔버(330)내에서 이루어진다. 챔버(330)는 진공 챔버를 포함한다.
다이(310, 320)는 기판(250, 260) 또는 마스크(270, 280)를 교체할 수 있도록 상하 또는 좌우로 이동이 가능하다. 또한, 다이(310, 320)는 양면에 배열된 기판(250, 260) 또는 마스크(270, 280)를 교체할 수 있도록 맞은편에 양면으로 배열될 수 있다.
챔버(330)의 상부에는 외부로부터 챔버(330) 내로 공정 가스를 유입시키는 가스 공급관이 챔버(330) 내외부를 관통하여 배치될 수 있다.
또한, 챔버(330)의 상부에는 외부로부터 공급되는 고주파 전력을 챔버(330) 내로 유입되는 공정 가스에 인가함으로써 플라즈마를 생성시키는 샤워 헤드가 구비될 수 있다. 상기 플라즈마에 의해 기판(250, 260)이 가공된다.
또한, 상기 플라즈마에 의해 기판(250, 260)이 가공되는 과정에서 발생되는 파티클을 석션을 통해 챔버(230) 외부로 방출하기 위해 챔버(330)의 하부에 외부와 연통되는 진공홀이 형성될 수 있다.
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200, 300 : 정전척 10, 110, 210, 220 : 베이스
20, 120, 230, 240 : 유전층, 필름 30, 130, 250, 260 : 기판
40, 140, 270, 280 : 마스크 290 : 자력 차폐재
310, 320 : 다이 330 : 챔버

Claims (6)

  1. 기판을 척킹(Chucking) 또는 디척킹(De-chucking)하는 정전척(Electrostatic Chuck)에 있어서,
    코일을 포함하는 금속 재질의 베이스부; 및
    상기 베이스부의 일면에 코팅되는 유전층(dielectric layer)을 포함하며,
    상기 정전척의 상기 유전층에 양극 또는 음극을 인가함으로써 정전력을 발생시켜서 기판을 상기 유전층에 부착하거나 또는 탈착할 수 있으며,
    상기 베이스부의 상기 코일에 전압 또는 전류를 인가함으로써 자기장이 발생되어 상기 마스크가 상기 기판으로 척킹되고, 상기 베이스부의 상기 코일에 인가된 전압 또는 전류가 차단되면 상기 자기장이 소멸되어 상기 마스크가 상기 기판으로부터 디척킹되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스부의 상기 코일로 전압 또는 전류를 인가하거나 차단시키는 스위치부와,
    상기 베이스부의 상기 코일에 인가되는 전압 또는 전류의 양을 조절할 수 있는 제어부를 더 포함하는 정전척.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 마스크의 크기, 두께 또는 종류에 따라서 상기 베이스부의 상기 코일에 인가되는 전압 또는 전류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 정전척.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유전층은 PI(Polyimide) 필름인 것을 특징으로 하는 정전척.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스부는 제1 베이스, 제2 베이스 및 상기 제1 베이스와 상기 제2 베이스 사이에 삽입되는 자력 차폐재를 포함하며,
    상기 유전층은 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스 각각의 일면에 코팅되는 제1 유전층 및 제2 유전층을 포함하고,
    상기 제 1유전층과 상기 제1 베이스는 상기 제2 유전층과 상기 제2 베이스 맞은편에 배열되는 것을 특징으로 하는 정전척.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 베이스와 상기 제2 베이스는 상하 또는 좌우로 상호 대향되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 정전척.
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