KR20180028355A - 정전척 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속재질의 베이스부재(330)와, 상기 베이스부재(330)의 상면에 형성되며, 내부에 DC전원이 인가되는 전극층(340)이 형성된 유전체층(200)을 포함하며, 기판(S)의 가장자리의 저면을 지지하는 댐부(310)가 상기 유전체층(200)의 상면에 형성함으로써 유전체층의 기공율을 낮추어 수명을 높이고, 유전율을 높여 기판에 대한 흡착력을 향상시킬 수 있다.

Description

정전척 및 그 제조방법 {eletectrostatic chuck and manufacturing method for the same}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 기판처리장치에서 정전기력에 의하여 기판을 고정하는 정전척 및 그 제조방법에 관한 것이다.
에칭, CVD, 스퍼터링, 이온 주입, 에싱, 증발증착 등 기판처리를 행하는 공정챔버 내에서, 반도체 기판, LCD 기판, OLED 기판 등의 피처리 기판을 흡착 유지하는 수단으로서 정전척이 사용되고 있다.
상기 특허문헌 1~2에 개시되는 종래의 정전척의 구조는 도 1에 나타내는 바와 같이, 금속 플레이트(100) 상에 실리콘 수지 등의 유기 접착제(101)를 매개로 하여 전극(102)을 내부에 유지한 유전체층(103)을 접착 일체화하고 있다.
그리고, 유전체층(103) 내에 전극(102)을 매설하는 방법으로서는 소성함으로써 유전체층이 되는 세라믹 그린 시트의 표면에 전극(텅스텐)을 프린트하고, 추가로 그 위에 별도의 세라믹 그린 시트를 겹쳐서 소성(핫프레스)하는 방법이 채용되고 있다.
한편 대면적의 기판처리를 위한 기판처리장치에 사용되는 정전척의 경우 대면적화됨에 따라서 비용과 기술적인 문제로 특허문헌 6에 개시되는 바와 같이 정전척의 다른 제조방법으로서 유전체(103) 및 전극(102)을 플라즈마 용사를 이용하여 형성할 수 있다.
그런데 유전체(103) 및 전극(102)이 플라즈마 용사에 의하여 형성되는 경우 공극 등의 형성으로 내전압 특성이 좋지 않으며, 수명이 짧으며 흡착력이 저하되는 문제점이 있다.
또한 마스크가 밀착된 상태에서 기판처리가 수행되는 경우 기판에 대한 마스크의 밀착상태에 따라서 기판처리의 정밀도가 영향을 받는다.
특히 증발증착법과 같이 기판이 캐리어의 저면에 밀착된 상태에 있는 경우 마스크의 처짐으로 인하여 기판 및 마스크의 밀착도가 저하되어 정밀한 기판처리가 어렵게 된다.
특허문헌 1 : 일본국 실용신안 공개 제(평)4-133443호 공보
특허문헌 2 : 일본국 특허공개 제(평)10-223742호 공보
특허문헌 3 : 일본국 특허공개 제2003-152065호 공보
특허문헌 4 : 일본국 특허공개 제2001-338970호 공보
특허문헌 5 : 한국 등록특허공보 제10-0968019호
특허문헌 6 : 한국 등록특허공보 제10-0982649호
본 발명의 제1목적은 정전척의 유전체층을 졸겔법에 의하여 형성함으로써 유전체층의 기공율을 낮추어 수명을 높이고, 유전율을 높여 기판에 대한 흡착력을 향상시킬 수 있는 정전척 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제2목적은 정전척의 유전체층을 졸겔법에 의하여 유전체층을 1차로 형성한 후, 졸겔법에 의하여 형성된 유전체층의 상면 중 기판의 가장자리 저면에 대응되는 가장자리 영역에서 상부로 돌출된 다수의 돌출부들(310, 240)을 플라즈마 용사법에 의하여 형성함으로써 기판의 저면과 반복적으로 접촉되는 돌출부들(310, 240)의 기계적 강성을 높여 정전척의 수명을 최대화할 수 있는 정전척 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 정전척의 제조방법은 금속재질의 베이스부재(330)와, 상기 베이스부재(330)의 상면에 형성되며, 내부에 DC전원이 인가되는 전극층(340)이 형성된 유전체층(200)을 포함하는 정전척의 제조방법으로서, 세라믹 재질로부터 Sol-Gel법에 의하여 상기 유전체층(200)의 적어도 일부를 형성하는 유전체층 형성단계, 상기 유전체층 형성단계에서 형성된 상기 유전체층(200)의 상면 중 기판(S)의 가장자리 저면에 대응되는 가장자리영역(E)에서 다수의 돌출부들(310, 240)을 플라즈마 용사법에 의하여 형성하는 돌출부 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹재질은 Al2O3, Y2O3, ZrO2, MgO, SiC, AlN, Si3N4 및 SiO2 중 어느 하나의 재질을 가질 수 있다.
상기 돌출부들(310, 240)은 상기 유전체층(200)의 상면 중 기판(S)의 가장자리를 따라서 배치되는 하나 이상의 댐부(310)와, 상기 댐부(310)를 기준으로 상기 유전체층(200)의 중심을 향하는 내측에서 상기 댐부(310)의 상면보다 작으며 기판(S)의 저면과 면접촉 또는 점접촉하는 다수의 수직돌기(240)를 포함할 수 있다.
상기 댐부(310)의 높이는 상기 다수의 수직돌기(240)의 높이보다 작은 것이 바람직하다.
상기와 같이 상기 댐부(310)의 높이는 상기 다수의 수직돌기(240)의 높이보다 작게 되면 기판(S)이 상기 수직돌기(240)의 기준으로 하측으로 휘어져 기판(S)의 저면에 파티클 등의 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 댐부(310)는 기체의 방출정도에 따라서 기판(S)의 저면과의 면접촉 상태를 감지하기 위하여 기판(S)의 저면과 면접촉하는 상면에 기체가 방출되는 기체방출유로(312)가 형성될 수 있다.
상기 유전체층 형성단계는 상기 베이스부재(330)의 상면에 플라즈마 용사에 의하여 제1유전체층(210)을 형성하는 제1유전층형성단계와, 상기 제1유전체층(210)에 전극층(340)을 형성한 후 Sol-Gel법에 의하여 제2유전체층(220)을 형성하는 제2유전층형성단계를 포함할 수 있다.
상기 제2유전체층형성단계는 상기 제1유전체층(210)의 상기 가장자리영역(E)을 제외한 중심영역(C)에 상기 제2유전체층(220)을 형성할 수 있다
상기 유전체층 형성단계는 상기 제1유전체층(210)의 상면 중 상기 가장자리영역(E)에 플라즈마 용사에의하여 제4유전체층(260)을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 정전척은 상기와 같은 정전척의 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 정전척은 금속재질의 베이스부재(330)와, 상기 베이스부재(330)의 상면에 형성되며, 내부에 DC전원이 인가되는 전극층(340)이 형성되며, 적어도 일부가 세라믹 재질로부터 Sol-Gel법에 의하여 형성되는 유전체층(200)과, 상기 유전체층(200)의 상면 중 기판(S)의 가장자리 저면에 대응되는 가장자리영역(E)에서 플라즈마 용사법에 의하여 상부로 돌출되도록 형성되는 다수의 돌출부들(310, 240)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 정전척에 대한 기판의 중심영역 및 가장자리영역에서의 밀착력을 높여 기판 및 정전척 사이로 파티클 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하여 공정불량을 최소화하고 정전척의 유지보수 주기를 현저히 증가(약 10배 이상)시킬 수 있다.
구체적으로 기판의 가장자리를 지지하는 돌출부들을 형성하여 기판의 가장자리에서의 밀착상태를 확보함으로써 기판 및 정전척 사이로의 파티클 등의 이물질을 유입을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 정전척의 유전체층을 졸겔법(Sol-Gel법)에 의하여 형성함으로써 유전체층의 기공율을 낮추어 수명을 높이고, 유전율을 높여 기판에 대한 흡착력을 향상시킬 수 있다.
보다 바람직하게는 유전체층에서 플라즈마 용사에 의하여 형성되는 층, 졸겔법에 의하여 형성되는 층을 조합함으로써 졸겔법에 의하여 기공율이 높은 층을 형성하고 플라즈마 용사에 의한 기계적 강성을 높임으로써 유전체층의 기공율을 낮추어 수명을 높이는 한편 기계적 강성을 확보할 수 있다.
구체적으로 유전체층에서 졸겔법에 의하여 형성된 유전체층의 가장자리에 형성된 다수의 돌출부들을 플라즈마 용사에 의해 형성함으로써 중심영역에서의 흡착력을 향상시키는 한편 가장자리에 형성된 돌출부들의 기계적 강성을 확보하여 수명을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 마스크가 기판에 밀착되어 기판처리를 수행함에 있어서 정전척에 자력에 의하여 마스크를 기판으로 밀착시키도록 함으로써 마스크 및 기판에 대한 밀착력을 향상시켜 공정의 균일도 및 마스크의 엣지 부분에서의 섀도우 효과(Shadow effect)를 개선할 수 있다.
구체적으로 마스크가 기판에 밀착되지 않는 경우 마스크의 개구를 통과한 증착물질의 형성에 오차가 발생되는 등 증착의 정밀도가 저하되나, 본 발명은 마스크 및 기판의 밀착상태를 양호하게 유지할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일측면에 따르면, 가장자리에 형성된 돌출부에서 기판을 향하는 방향으로 기체가 방출되는 기체유로가 형성됨으로써 접촉면에서의 기체누설량을 기초로 기판 또는 마스크와의 접촉상태를 감지할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 정전척을 보여주는 단면도,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척이 설치되고 마스크가 결합된 캐리어를 보여주는 일부 단면도,
도 2b는 도 2a의 변형으로 마스크의 외곽프레임이 돌출부에 밀착된 실시예를 보여주는 일부 단면도,
도 3은 도 2a 또는 도 2b에서 댐부 및 수직돌기의 높이차를 보여주는 일부 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척을 보여주는 일부 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척을 보여주는 일부 평면도,
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척의 제조방법의 일 실시예를 보여주는 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 정전척을 보여주는 일부 단면도,
도 8은 도 7에 도시된 정전척을 보여주는 일부 평면도,
도 9는 도 7에 도시된 정전척의 변형예를 보여주는 일부 단면도,
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 정전척을 보여주는 일부 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 도 1은 종래기술에 따른 정전척을 보여주는 단면도, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척이 설치되고 마스크가 결합된 캐리어를 보여주는 일부 단면도, 도 2b는 도 2a의 변형으로 마스크의 외곽프레임이 돌출부들에 밀착된 실시예를 보여주는 일부 단면도, 도 3은 도 2a 또는 도 2b에서 댐부 및 수직돌기의 높이차를 보여주는 일부 단면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척을 보여주는 일부 단면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척을 보여주는 일부 평면도, 도 6a 내지 도 6f는 도 4의 정전척의 제조방법의 일 실시예를 보여주는 단면도들, 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 정전척을 보여주는 일부 단면도, 도 8은 도 7에 도시된 정전척을 보여주는 일부 평면도, 도 9는 도 7에 도시된 정전척의 변형예를 보여주는 일부 단면도, 도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 정전척을 보여주는 일부 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(10)은 정전척(10)에 흡착고정되는 기판(S)의 상면에 마스크(M)가 밀착된 상태에서 기판처리를 수행하는 기판처리장치의 정전척(10)이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전척이 사용되는 기판처리장치는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치, 스퍼터링 장치, 이온주입 장치, 에칭 장치, 증발증착장치 등 기판에 대한 처리를 수행하는 장치이면 모두 가능하다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(10)은 대기압에 비하여 매우 낮은 압력 분위기 하에서 공정을 수행하는 장치에 사용된다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(10)은 OLED 기판과 같은 제조장치로서 증발원에서 증발되는 증착물질에 의하여 기판에 증착막을 형성하는 증발증착장치에 사용됨이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(10)은 기판(S)을 흡착고정하기 위한 정전기력을 발생시키는 구성요소로서 다양한 구상이 가능하다.
일 실시예에 따르면, 정전척(10)은 금속재질의 베이스부재(330)와, 베이스부재(330)의 상면에 형성되며, 내부에 DC전원이 인가되는 전극층(340)이 형성된 유전체층(200)을 포함할 수 있다.
베이스부재(330)는 알루미늄, SUS 등 금속재질로 이루어져 기계적 강성을 확보하는 구성요소이며 사용조건에 따라서 재질 및 구조가 다양하게 구성될 수 있다.
유전체층(200)은 베이스부재(330)의 상면에 형성되며, 내부에 DC전원이 인가되는 전극층(340)이 형성된 구성요소이다.
전극층(340)은 유전체층(200) 내부에 텅스텐 등의 재질에 의하여 형성되어 DC전원과 전기적으로 연결되어 DC전원의 인가에 의하여 유전체층(340)과의 조합에 의하여 정전기력을 발생시키는 구성요소이다.
전극층(340)은 플라즈마 용사법, 실크스크린 등을 이용한 도전성 페이스트 인쇄 등 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
전극층(340)은 기판(S)의 흡착방식에 따라서 하나 이상으로 형성되며 Bi-Polar, Uni-Polar 등 다양한 구조를 가질 수 있다.
유전체층(200)은 전극층(340)에 대한 DC전원인가에 의하여 정전기력을 발생시킬 수 있도록 유전율을 가지는 구성요소로서, 세라믹 재질로부터 플라즈마 용사 및 Sol-Gel법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 형성될 수 있다.
여기서 세라믹 재질은 Al2O3, Y2O3, ZrO2, MgO, SiC, AlN, Si3N4, SiO2 등의 재질을 가질 수 있다.
한편 기판처리공정시 기판(S)이 정전척(10)에 밀착되지 않는 경우 기판(S) 및 정전척(10)의 상면 사이로 파티클이 유입되어 기판(S)의 이면을 오염시켜 기판처리의 불량을 야기할 수 있다.
이에 기판(S)이 정전척(10)에 밀착됨이 바람직하며, 이를 위하여 정전척(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 기판(S)의 가장자리의 저면을 지지하기 위하여 상부로 돌출된 돌출부들(310, 240)을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 돌출부들(310, 240)은 하나 이상의 댐부(310)와, 댐부(310)의 제1높이(H1)보다 낮은 제2높이(H1)를 가지는 다수의 수직돌기들(240)이 유전체층(200)의 상면에 형성될 수 있다.
댐부(310)는 기판(S)의 가장자리의 저면을 지지하는 구성요소로서 유전체층(200)의 형성시 그 상면에 플라즈마 용사법 등에 의하여 형성될 수 있다.
댐부(310)는 도 5에 도시된 바와 같이 기판(S)의 가장자리에 대응되어 정전척(10)의 상면에 직사각형 등의 폐곡선으로 형성된다.
이때 댐부(310)의 제1높이(H1)는 내측에 형성된 수직돌기들(240)의 제2높이(H1)보다 높게 형성됨으로써 기판(S)의 가장자리 저면을 지지하게 된다.
댐부(310)의 형성에 의하여 기판(S)의 가장자리는 도 2a에 도시된 바와 같이 휘어져 댐부(310)에 지지됨으로써 댐부(310)를 경계로 파티클이 유입되거나 유출되는 것을 방지할 수 있게 된다.
구체적으로 댐부(310)의 외측에서 기판(S) 쪽으로 유입되는 것이 방지되는 한편 기판(S) 쪽에서 댐부(310)의 외측으로 파티클이 유출되는 것을 방지하여 댐부(310)의 외측의 캐리어프레임(11)로 파티클이 유출되는 것을 방지할 수 있다.
한편 다수의 수직돌기들(240)은 정전척(10)의 상면에서 기판(S)이 이격될 수 있도록 선택적으로 형성되는 구성으로 기판처리의 종류에 따라서 선택적으로 형성될 수 있다.
정전척(10)에 다수의 수직돌기들(240)이 형성되지 않는 경우 가장자리 댐부(310)의 제1높이(H1)는 기판(S)이 파손되지 않은 범위에서 적절한 높이로 형성될 수 있다.
한편 도 2a의 실시예의 경우 댐부(310)가 기판(S)의 저면을 지지하는 예로 설명하였으나 댐부(310)는 도 2b에 도시된 바와 같이 마스크(M)의 저면을 지지하도록 형성될 수 있다.
도 2b에 도시된 실시예에서 마스크(M)의 저면을 지지하는 것 이외에는 도 2a와 동일한바 자세한 설명은 생략한다.
그리고 도 2b에 도시된 실시예에서 기판(S)의 가장자리 끝부분은 댐부(310)의 내측으로 위치됨은 물론이다.
이로써 댐부(310)의 외측에서 기판(S) 쪽으로 유입되는 것이 방지되는 한편 기판(S) 쪽에서 댐부(310)의 외측으로 파티클이 유출되는 것을 방지하여 댐부(310)의 외측의 캐리어프레임(11)로 파티클이 유출되는 것을 방지할 수 있다.
한편 유전체층(200)은 특히 대형 기판의 처리를 위해서, 종래에는 플라즈마 용사법에 의하여 형성됨이 일반적인데 플라즈마 용사법에 의한 경우 동공(Void, porosity)의 형성 등 기공율이 높아 내전압 특성이 나쁘며 수명이 짧아 유지 보수 주기가 짧으며, 더 나아가 유전율의 낮아 기판(S)에 대한 흡착력이 낮은 단점이 있다.
이러한 점을 고려하여 본 발명은 일 실시예에 따르면, 유전체층(200)을 형성함에 있어서 세라믹 재질로부터 Sol-Gel법에 의해서 형성될 수 있으며, 플라즈마 용사 및 Sol-Gel법의 조합에 의하여 형성될 수 있다.
특히 유전체층(200)이 Sol-Gel법에 의하여 형성되는 경우 기공율을 낮추어 내전압 특성을 높이고 수명을 늘릴 수 있으며, 유전율 또한 높여 기판(S)에 대한 흡착력을 향상시킬 수 있다.
졸겔법(Sol-Gel)은 유전체층(200)을 형성하는 방법으로서 널리 알려진 졸겔법을 사용할 수 있으며 예로서 다음과 같은 공정에 의하여 이루어질 수 있다.
1) hydrolysis reaction or reaction with alcohols (가수분해)
M(OR)x + mH2O → M(OR)x-m(OH)m + mROH,
2) water condensation (축합)
2M(OR)x-m(OH)m → (OH)m-1(OR)x-m---(OR)x-m (OH)m-1 +H2O
2') alcohol condensation 2M(OR)x -m(OH)m → (OH)m-1(OR)x-m---(OR)x-m-1+R(OH)
한편 정전척(10)의 유전체층(200)의 형성방법에서 Sol-Gel법은 상온에서 경도와 투명도, 화학적 안정도, 조절된 기공, 열전도도 등 좋은 성질의 균질한 무기질 산화물질을 만들 수 있다.
이러한 졸-겔 과정을 응용하여 겔 상태에서 다양한 모양으로 성형함으로써 단일 암체(monolith)나 박막, 단일 크기의 분말 등을 얻을 수 있는 특수한 방법이 적용되었다.
이 방법은 보호막과 다공질막, 절연재(window insulator), 유전체 및 전자재료 코팅 등을 만들 수 있으며, 정전척(10)에서 획기적인 성능 향상을 시킬 수 있었다.
졸겔법(sol-gel)법을 이용하여 합성은 알루미나 합성을 통해 PH변화에 따른 입자크기 분포를 측정하여 입자크기가 가장 작을 때의 Ph를 선택하여 gel을 합성할 수 있다.
한편 졸겔법에 의하여 성형 후에는 150와 같은 상대적으로 저온에서 소결(sintering) 될 수 있다.
구체적인 실시예에 따르면, 유전체층(200)은 베이스부재(330)의 상면에 플라즈마 용사에 의하여 형성되는 제1유전체층(210)과, 제1유전체층(210)에 전극층(340)이 형성된 후 Sol-Gel법에 의하여 형성되는 제2유전체층(220)을 포함하며, 제2유전체층(220)의 형성 후에 플라즈마 용사에 의하여 댐부(310) 및 수직돌기들(240)이 형성될 수 있다.
여기서 제1유전체층(210) 또한 플라즈마 용사법 대신에 Sol-Gel법에 의하여 형성될 수 있다.
한편 제2유전층(220)의 형성 후 제2유전층(220)의 상면에 플라즈마 용사에 의하여 제3유전체층(230)이 더 형성될 수 있다.
제3유전층(230)의 형성에 의하여 졸겔법에 의하여 형성된 제2유전층(220)에 더하여 기계적 강성을 확보할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전척(10)은 기판(S)을 흡착고정하는 구성요소로서 증발증착장치 등 기판처리장치에서 이동되는 캐리어 자체 또는 구성 일부로서 사용될 수 있다.
캐리어는 정전척을 구비하여 기판(S)을 흡착 고정한 상태에서 이동되는 구성요소이다.
캐리어는 기판처리장치에서의 이동방식 등에 의하여 다양한 구조를 가질 수 있다.
캐리어의 이동방식은 증발증착장치의 경우 기판(S)이 하측을 향하도록 저면 쪽에 고정한 상태에서 이동하거나, 기판(S)이 측면방향을 향하도록 캐리어가 수직 또는 경사를 이룬 상태로 이동하는 등 다양한 이동방식에 의하여 캐리어가 이동될 수 있다.
이러한 실시예를 위하여, 정전척(10)은 가장자리에 결합되는 캐리어프레임(11)이 추가로 결합되어 기판처리를 수행하는 기판처리시스템에서 기판(S)을 흡착 고정한 상태에서 기판(S)을 이송하는 캐리어를 이룰 수 있다.
한편 기판처리 공정에 따라서 기판(S)에 마스크(M)가 밀착된 상태로 수행될 수 있다.
마스크(M)는 기판(S)에 밀착되어 기판(S)에 미리 설계된 패턴으로 증착막을 형성하기 위한 구성요소로서 하나 이상의 개구(33)가 형성된 시트(31)를 포함하는 등 다양한 구성이 가능하다.
일 실시예에 따르면, 마스크(M)는 미리 설정된 패턴으로 형성된 하나 이상의 개구(33)가 형성된 마스크시트(31)와, 마스크시트(31)의 가장자리를 지지하는 외곽프레임(32)을 포함할 수 있다.
그리고 마스크(M)는 픽셀단위의 개구가 형성된 FMM(Fine metal mask), 기판(S)에 밀착된 상태를 유지하는 Open Mask 등 공정에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
한편 마스크(M)는 기판(S)에 최대한 밀착상태를 유지하는 것이 바람직한바 일 실시예에 따르면, 정전척(10)은 자력에 의하여 마스크(M)를 기판(S)의 상면에 밀착시키는 자석(12)이 더 설치되어 기판(S)에 대한 마스크(M)의 밀착력을 향상시킬 수 있다.
자석(12)은 영구자석 등으로 구성되어 정전척(10)에 설치되어 자력에 의하여 마스크(M)를 기판(S)의 상면에 밀착시키는 구성요소로서 적절한 위치에 설치될 수 있다.
자석(12)에 의하여 기판(S) 가장자리에서의 기판(S)에 대한 마스크(M)의 밀착력을 향상시켜 기판(S)의 가장자리에서의 공정의 균일도 및 섀도우 효과를 개선할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자석(12)은 정전척(10)을 이루는 베이스부재(330)의 저면에 설치될 수 있다.
자석(12)은 마스크(M)가 외곽프레임(32)을 구비한 경우 자력에 의하여 정전척(10)의 상면에 밀착시킬 수 있다.
여기서 마스크(M) 중 마스크시트(31)가 기판(S)에 밀착됨이 바람직한바 자석(12)은 마스크시트(31)를 자력에 의하여 정전척(10)의 상면에 밀착시키도록 위치됨이 바람직하다.
한편 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이 졸겔법으로 또는 플라즈마 용사법 및 졸겔법의 조합에 의하여 정전척의 유전체층을 형성하는 것은 본 발명의 다른 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 정전척의 제조방법은 상기와 같은 구성을 가지는 정전척의 제조방법으로서, 유전체층(200)의 적어도 일부를 세라믹 재질로부터 Sol-Gel법에 의하여 형성됨을 특징으로 한다.
구체적으로 유전체층(200)은 세라믹 재질로부터 플라즈마 용사 및 Sol-Gel법 중 조합에 의하여 형성될 수 있다.
특히 유전체층(200)은 세라믹 재질로부터 Sol-Gel법에 의해서 형성되는 것이 바람직하며, 플라즈마 용사 및 Sol-Gel법의 조합에 의하여 형성됨이 보다 바람직하다.
유전체층(200)이 Sol-Gel법에 의하여 형성되는 경우 기공율을 낮추어 내전압 특성을 높이고 수명을 늘릴 수 있으며, 유전율 또한 높여 기판(S)에 대한 흡착력을 향상시킬 수 있다.
구체적인 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전척의 제조방법은 베이스부재(330)의 상면에 플라즈마 용사에 의하여 제1유전체층(210)을 형성하는 제1유전층형성단계와, 제1유전체층(210)에 전극층(340)을 형성한 후 Sol-Gel법에 의하여 제2유전체층(220)을 형성하는 제2유전층형성단계와, 제2유전체층(220)의 형성 후에 플라즈마 용사에 의하여 돌출부들(310, 240)을 형성하는 돌출부 형성단계를 포함할 수 있다.
그리고 제2유전층(220) 및 돌출부 형성단계 사이에 제2유전층(220)의 상면에 플라즈마 용사에 의하여 제3유전체층(230)을 형성하는 제3유전층형성단계를 포함할 수 있다.
한편 유전체층(200)의 적어도 일부를 세라믹 재질로부터 Sol-Gel법에 의하여 형성되는 정전척의 제조방법은 정전척(10)의 구조에 따라서 다양한 변형예들이 가능하다.
구체적으로 정전척(10)은 도 2a 내지 도 6f에 도시된 실시예에서와 같이, 상면에 다수의 수직돌기(240)이 정전척(10)의 상면에 골고루 형성되는 실시예와 다르게, 도 7 내지 도 9에 도시된 실시예에서와 같이 기판(S)의 가장자리 저면에 대응되는 가장자리영역(E)에만 돌출부들(310, 240)이 형성되고 기판(S)의 중앙 저면에는 돌출부들(310, 240)이 형성되지 않을 수 있다.
이때 기판(S)의 중앙 저면을 제외한 가장자리영역(E)에 형성된 다수의 돌출부들(310, 240)은 기판(S)의 저면과 공정수행에 따라 반복적으로 접촉됨에 따라서 내구성이 높아야 한다.
그런데 Sol-Gel법에 의하여 형성되는 경우 기공율이 높으나 내구성이 약한바, 가장자리영역(E)에 형성된 다수의 돌출부들(310, 240)은 플라즈마 용사법에 의하여 형성함으로써 내구성을 높임이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 다른 일 실시예에서 본 발명에 따른 정전척의 제조방법은 유전체층(200)의 적어도 일부를 세라믹 재질로부터 Sol-Gel법에 의하여 형성하는 유전체 형성단계, 유전체층 형성단계에서 형성된 유전체층(200)의 상면 중 기판(S)의 가장자리 저면에 대응되는 가장자리영역(E)에서 다수의 돌출부들(310, 240)을 플라즈마 용사법에 의하여 형성하는 돌출부 형성단계를 포함한다.
유전체 형성단계는 유전체층(200)의 적어도 일부를 세라믹 재질로부터 Sol-Gel법에 의하여 형성하는 단계로서 도 2a 내지 도 6e를 참조하여 설명한 정전척의 제조방법과 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있는바 자세한 설명은 생략한다.
다시 말하면 유전체 형성단계는 도 2a 내지 도 6e를 참조하여 설명한 정전척의 제조방법에서 돌출부 형성단계를 제외하고 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있는바 자세한 설명은 생략한다.
예로서 유전체 형성단계는 베이스부재(330)의 상면에 플라즈마 용사에 의하여 제1유전체층(210)을 형성하는 제1유전층형성단계와, 제1유전체층(210)에 전극층(340)을 형성한 후 Sol-Gel법에 의하여 제2유전체층(220)을 형성하는 제2유전층형성단계를 포함할 수 있다.
돌출부 형성단계는 유전체층 형성단계에서 형성된 유전체층(200)의 상면 중 기판(S)의 가장자리 저면에 대응되는 가장자리영역(E)에서 다수의 돌출부들(310, 240)을 플라즈마 용사법에 의하여 형성하는 단계이다.
이때 돌출부들(310, 240)은 유전체층(200)의 상면 중 가장자리영역(E)을 따라 배치되는 하나 이상의 댐부(310)와, 댐부(310)를 기준으로 유전체층(200)의 중심을 향하는 내측에서 가장자리영역(E)을 따라 배치되는 다수의 수직돌기들(240)을 포함할 수 있다.
그리고 내구성의 향상을 위하여 돌출부들(310, 240)을 구성하는 댐부(310)와 수직돌기(240)는 플라즈마 용사법에 의하여 형성됨이 바람직하다.
댐부(310)와 수직돌기(240)를 플라즈마 용사법에 의하여 형성함으로써 돌출부들(310, 240)의 기계적 강성, 특히 내구성이 보장될 수 있다.
그리고 돌출부들(310, 240)은 앞서 설명한 실시예와는 달리 유전체층(200)의 상면 중심영역(C)을 제외한 가장자리영역(E)에만 형성된다.
다시 말하면 댐부(310)는 가장자리영역(E)의 최외곽을 따라 복수개로 형성되고 수직돌기(240)는 댐부(310)를 기준으로 유전체층(200)의 중심을 향하는 내측에서 가장자리영역(E)을 따라 복수개로 배치될 수 있다.
따라서 유전체층(200)의 상면 중심영역(C)은 수직돌기(240)가 형성되지 않으므로 유전체층(200)과 기판(S)의 저면은 완전히 밀착될 수 있다.
유전체층(200)의 상면 중심영역(C)에서 기판(S)이 유전체층(200)과 완전히 밀착되므로 댐부(310)는 기판(S) 저면이 공정환경에 노출되거나 파티클이 유입되는 것을 방지하기 위하여 수직돌기(240)보다 낮은 높이로 형성됨이 바람직하다.
한편 정전척(10)은 정전척(10)에 흡착고정되는 기판(S)의 상면에 마스크(M)가 밀착된 상태에서 기판처리를 수행하므로, 정전척에 흡착된 기판(S) 또는 마스크(M)와 접촉여부를 판단할 필요가 있다.
이에 댐부(310)는 기체의 방출정도에 따라서 기판(S)의 저면과의 면접촉 상태를 감지하기 위하여 기판(S)의 저면과 면접촉하는 상면에 기체가 방출되는 기체방출유로(312)가 형성될 수 있다.
기체유로(312)는 기판(S)을 향하여 헬륨과 같은 비활성기체 등의 기체가 흐르는 유로로서 정전척(10) 또는 정전척(10)이 결합된 캐리어프레임(11)에 설치된 기체공급장치(도시하지 않음)로부터 미세량의 기체가 유출되도록 한다.
이때 댐부(310)에 기판(S) 또는 마스크(M)가 밀착정도에 따라서 기체의 유출량이 미세하게 변화하게 되므로, 기체의 유출량의 미세변화를 측정하여 기판(S) 또는 마스크(M)가 밀착정도를 측정하게 된다.
다만, 기체유로(312)가 형성되어 미세량의 기체가 유출되는 경우, 기판(S)의 척킹이 불안정해지는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 졸겔법에 의하여 형성되며 기판(S)의 저면과 완전히 밀착되는 유전체층(200)의 상면 중심영역(C)은 중심선평균거칠기(Ra)가 1.5a ~ 3.5a 범위에 포함되도록 형성됨이 바람직하다.
한편 돌출부(310, 240)는 기판(S)의 저면과의 반복된 접촉에 따라서 마모가 발생되는 등 정전척(10)의 유지보수의 원인이 된다.
특히 돌출부(310, 240)의 마모에도 불구하고 정전척(10) 전체의 교체는 기판생산비용을 증가시키는 원인이 된다.
따라서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 정전척(10)을 돌출부들(310, 240) 중 적어도 일부를 하나 이상의 시트부재(250)에 형성한 후 해당 위치에 부착함으로써 돌출부(310, 240)의 마모가 있는 부분을 새로운 시트부재(250)로 구성할 수 있다.
돌출부 형성단계는 돌출부들(310, 240) 중 적어도 일부를 시트부재(250)에 형성하는 돌출시트 형성단계와, 돌출부들(310, 240) 중 적어도 일부가 형성된 시트부재(250)를 유전체층(200)의 상면에 부착하는 부착 단계를 포함할 수 있다.
돌출시트 형성단계는 돌출부들(310, 240) 중 적어도 일부를 시트부재(250)에 형성하는 단계로서, 돌출부들(310, 240)은 플라즈마 용사법에 의하여 형성됨은 물론이다.
시트부재(250)는 세라믹 재질을 가짐이 바람직하며 세라믹 재질의 유전체층(200)에 용이하게 부착될 수 있도록 저면에 접착제가 부착 내지 코팅되거나, 접착테이프 자체로 구성될 수 있다.
상기와 같은 시트부재(250)에 의하여 돌출부들(310, 240)이 시트부재(250) 상에 형성되어 유전체층(200)의 상면에 부착되므로 돌출부들(310, 240)의 유지보수가 필요한 경우 돌출부들(310, 240)이 형성된 시트부재(250) 만을 교체하면 되므로 정전척(10)의 유지보수가 용이한 이점이 있다.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이, 유전체층(200)의 최상부에 형성되는 유전체층은 기판(S)의 가장자리영역(E)를 제외한 중심영역(C)에 졸겔법에 의하여 형성될 수 있다.
이때 상기 유전체층(200)은 유전체층(200)의 최상부에 형성되는 유전체층이 형성되지 않은 가장자리영역(E)에 대응되어 플라즈마용사에 의해 형성되는 제4유전체층(260)을 포함할 수 있다.
제4유전체층(260)의 상면에는 돌출부(310, 240)들이 플라즈마 용사에 의하여 형성될 수 있다.
제4유전체층(260)은 유전체층(200)의 최상부에 형성되는 유전체층과 동일한 높이로 형성됨이 바람직하다.
유전체층(200)의 최상부에 형성되는 유전체층은 도 10에서 제3유전체층(230)에 해당될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 제3유전체층(230)이 형성되지 않는 경우, 제2유전체층(220)이 최상부에 형성되는 유전체층으로써 기판(S)의 가장자리영역(E)을 제외한 중심영역(C)에 형성될 수 있다.
이때 제3유전체층(230)은 졸겔법 및 플라즈마용사 중 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.
S... 기판
M... 마스크
10... 정전척

Claims (1)

  1. 금속재질의 베이스부재(330)와,
    상기 베이스부재(330)의 상면에 형성되며, 내부에 DC전원이 인가되는 전극층(340)이 형성된 유전체층(200)을 포함하는 정전척의 제조방법으로서,
    세라믹 재질로부터 Sol-Gel법에 의하여 상기 유전체층(200)의 적어도 일부를 형성하는 유전체층 형성단계,
    상기 유전체층 형성단계에서 형성된 상기 유전체층(200)의 상면 중 기판(S)의 가장자리 저면에 대응되는 가장자리영역(E)에서 다수의 돌출부들(310, 240)을 플라즈마 용사법에 의하여 형성하는 돌출부 형성단계를 포함하는 정전척의 제조방법.
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