KR20210097575A - Ｅｓｃ 전극 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 저비용, 고효율, 내열성을 지닌 정전척 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. 또한, 본 발명은 전극의 일부 손상 또는 절연에도 안정적으로 작동할 수 있는 신뢰도 높은 정전 척을 제공하고자 한다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 테이프(Tape)에 레이저를 사용하여 패턴을 형성하고 도전성 부재를 용사 코팅하여 형성된 정전척 전극 제조방법을 제공하며, 제조된 정전 척은 다양한 패턴의 4단자 전극을 구비한다.

Description

ＥＣＳ 전극 제조방법{Manufacturing Method of ECS electrode}
본 발명은 정전척 제조방법에 관한 것으로서, 정전척 전극패턴을 형성하기 위해 베이스 플레이트 위에 마스킹 테이프 등의 마스킹층을 레이저 가공하여 패턴을 형성하고 그 위에 전성부재를 코팅하여 전극을 형성하는 정전척 전극 제조방법에 관한 것이다.
디스플레이 및 반도체 제조공정에서는 플라즈마 또는 다양한 화학적요소를 이용해 식각이나 증착공정이 진행되며 공정중 반도체 웨이퍼나 디스플레이 기판의 안정적인 고정, 지지, 이송을 위해 광범위한 공정에서 정전 척이 사용되고 있다. 정전척은 통상 베이스 플레이트 위에 1차 절연층과 2차 절연층이 있고, 두 절연층 사이에 전극 패턴이 삽입되어 있는 기본 구조를 가진다. 절연층은 세라믹 재질로 형성하고, 절연층 상에 도전성 재료인 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni) 등을 용사코팅하여 전극을 형성한다. 예를 들어, 절연체 재질은 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3), 불화이트륨(YF3), 질화알루미늄(AlN), 산화지르코늄 (ZrO2) 등 다공성 금속산화물 및 세라믹 재질을 사용 할 수 있다. 베이스 플레이트는 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 등 금속 소재로 제작한다. 세라믹 절연층으로 가장 많이 쓰이는 Al2O3 용사 피막을 얻기 위해서는 통상 Atmospheric Plasma Spray(APS) 용사법을 사용한다. 등록특허 10-2034570호 등에서도 용사코팅을 이용한 정전척 제조에 대해 개시한다.
전극 형성 방법은 용사코팅, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 디스펜서법 등이 있다. 전극 형성 방법 중 스크린 인쇄는 비교적 저비용으로 적용이 용이하고 대면적 인쇄가 가능하다. 하지만 상부 절연층을 용사코팅하는 과정에서 코팅된 전극의 박리 현상으로 인해 인쇄 후 400~500 oC 이상 고온 열처리를 통해 인쇄된 도전성 페이스트를 소성해야 한다는 단점이 있다. 마스크 제작에 금속박판을 사용하는 경우 대면적 마스크는 좁은 선폭, 전극 간격을 형성하는 경우 변형이 심하고 패턴형상 유지가 어려워 제작 난이도가 매우 높다. 전극 패턴 두께에 따라 마스크의 두께를 조절할 필요가 있다.
한편, 저비용, 고효율, 내열성을 가지는 마스크 재료로 캡톤 테이프를 사용할 수 있다.
본 발명의 목적은 저비용, 고효율, 내열성을 지닌 정전척 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. 또한, 본 발명은 전극의 일부 손상 또는 절연에도 안정적으로 작동할 수 있는 신뢰도 높은 정전 척을 제공하고자 한다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 테이프(Tape)에 레이저를 사용하여 패턴을 형성하고 도전성 부재를 용사 코팅하여 형성된 정전척 전극 제조방법을 제공한다.
즉, 본 발명은,
정전척 제조방법으로서,
베이스 플레이트 상부 전면에 1차 절연코팅층으로서 세라믹을 도포하는 단계;
세라믹으로 된 상기 1차 절연코팅층 전면에 마스킹 테이프를 부착하는 단계;
상기 마스킹 테이프 상에 지정된 패턴 모양으로 레이저 가공하는 단계;
상기 마스킹 테이프에서 전극 패턴 모양에 해당하는 부분의 테이프를 제거 하고 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 은(Ag), 또는 니켈(Ni) 중 하나를 용사코팅하여 전극을 형성하는 단계;
마스킹 테이프를 제거하고 2차 절연코팅층으로서 세라믹을 도포하는 단계; 및
봉공 처리를 포함한 후공정 처리를 실시하여 정전척 제조를 완성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 상기 마스킹 테이프는 금속 테이프, 유리섬유 테이프, 또는 캡톤 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 레이저는 펄스 레이저, CO2 레이저, 또는 UV 레이저를 포함하고, CO2 레이저를 사용하는 경우, 레이저 스캔속도 또는 레이저 출력 중 하나 이상의 변수를 조절하여 마스킹 테이프의 탄화가루 생성을 억제하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 상기 마스킹 테이프는 점착력 800gr/inch 이상인 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법을 제공한다.
정전 척으로서,
척킹될 기판 면과 접하는 면을 이루는 절연층 사이에 배열된 전극은 (+) 전압이 인가될 양전극과 (-) 전압이 인가될 음전극이 각각 다수의 핑거 패턴을 지녀 서로 이격되어 맞물리 듯 배열된 인터디지털 방식의 패턴을 포함하고,
(+) 전압이 인가될 제1 전극층, 상기 제1 전극층과 맞물리 듯 배열되고 (-) 전압이 인가될 제2 전극층, (-) 전압이 인가될 제3 전극층, 상기 제3 전극층과 맞물리 듯 배열되고 (+) 전압이 인가될 제4 전극층의 4 단자를 포함하여, 제1 전극층과 제2 전극층이 분포된 곳과 다른 곳에 제3 전극층과 제4 전극층이 분포되어 기판 척킹을 실시하는 것을 특징으로 하는 정전 척을 제공한다.
상기에 있어서, 제1 전극층을 구성하는 핑거 패턴과 제3 전극층을 구성하는 핑거 패턴도 서로 맞물리 듯 배열되고, 제2 전극층을 구성하는 핑거 패턴과 제4 전극층을 구성하는 핑거 패턴도 서로 맞물리 듯 배열되어, 정전 척의 척킹력을 강화한 것을 특징으로 하는 정전 척을 제공한다.
상기에 있어서, 제1 전극층과 제2 전극층은 정전 척의 우측 또는 좌측에, 그리고 제3 전극층과 제4전극층은 정전 척의 좌측 또는 우측에 배열되고, 정전 척의 좌측과 우측 경계에는 제1 전극층을 구성하는 핑거 패턴과 제3 전극층을 구성하는 핑거 패턴이 서로 맞물리 듯 배열되고, 제2 전극층을 구성하는 핑거 패턴과 제4 전극층을 구성하는 핑거 패턴이 서로 맞물리 듯 배열된 것을 특징으로 하는 정전 척을 제공한다.
상기에 있어서, 서로 다른 극성의 전압이 인가되고 서로 맞물리 듯 배열된 전극층 쌍은 2n(n은 2이상의 자연수) 개인 것을 특징으로 하는 정전 척을 제공한다.
상기 정전 척은 상기 정전 척 제조방법으로 제조된다.
본 발명에 따르면 마스킹 테이프를 이용하여 전극 패턴 마스크로 삼고, 레이저를 이용하여 패터닝하여 전극을 용사코팅으로 형성하기 때문에 저비용 및 고효율의 정전 척 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 대면적 정전척 경우 네 개 이상의 단자를 사용해 정전척 운용의 안정성을 도모할 수 있다. 각 단자로 인가되는 전원을 별도로 구성하면 네 개의 단자 중 일부 전원에 문제가 생겨도 정전척 절반에는 전원을 유지할 수 있고, 일부 전극 패턴이 손상이 되어도 기판 전체가 분리되는 것을 방지할 수 있다.
도 1a는 마스킹 테이프와 레이저를 이용하여 전극 패턴을 형성하는 과정을 보여주는 순서도이다.
도 1b는 도 1a에 이어 용사코팅으로 전극을 형성하고 마스킹 테이프를 제거한 후 절연층을 코팅하는 과정을 보여주는 순서도이다.
도 2는 정전 척의 전극배열을 보여주는 평면도로, 우측의 것은 본 발명에 따라 4단자로 구성된 전극배열을 보여준다.
도 3은 본 발명의 정전 척 제조공정의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 정전 척의 전극배열을 보여주는 평면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따르면 베이스 플레이트를 표면처리(샌딩 등)하고, 전극단자를 조립하여 정전척을 만든다.
개략적으로 설명하면 다음과 같다.
베이스 플레이트(100)를 준비하고, 샌딩과 같은 표면처리를 한 다음, 1차 절연코팅층(110)을 형성한다. 다음, 1차 절연코팅층(110) 위에 마스킹 테이프(Masking Tape)(120)를 부착한다. 마스킹 테이프 상에 레이저 가공으로 필요한 소정의 전극 패턴 형태를 만든다. 즉, 레이저를 이용하여 패턴 외각 컷팅 가공을 한다. 마스킹할 부분(130)만 남기고 전극 패턴 모양에 해당되는 부분의 테이프를 제거 한다(도 1a 참조).
오픈된 전극 패턴 영역에 도전성 부재를 용사 코팅하여 전극 패턴(140)을 형성한다.
다음, 남아있는 마스킹 테이프(150)를 제거하고, 2차 절연코팅층(160)을 형성하고 봉공처리 하여 정전 척을 완성한다(도 1b 참조).
즉, 본 발명의 정전척 제조는, Ti Plate를 통상 사용하는 베이스 플레이트(100) 상부 전면에 1차 절연층(110)으로서 세라믹을 도포하는 단계, 상기 1차 절연 세라믹 층 전면에 마스킹 테이프를 부착하는 단계, 상기 마스킹 테이프 상에 지정된 패턴 모양을 레이저 가공하는 단계, 상기 마스킹 테이프에서 전극 패턴 모양의 테이프 제거 후 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni) 등을 용사코팅하여 전극을 형성하는 단계, 이후 마스킹 테이프 제거하고 2차 절연 세라믹 층을 도포하는 단계, 봉공 처리 등 후 공정 처리를 통해 정전척 제조를 완성하는 단계를 포함한다(도 3 참조).
본 발명은 용사코팅을 이용하여 제조가 용이하면서 미세 간격의 전극패턴을 형성 가능한 정전척용 전극제조 방법을 제공하려 한다. ESC(Electro-Static Chuck)는 기판을 클램핑 할 수 있는 기술로 안정적으로 척킹을 하기 위해 쿨롱의 힘, 존슨 라백의 힘을 활용 할 수 있다. 이러한 힘을 활용하기 위해 절연체를 구비하여 사용하여야 한다.
절연체는 폴리이미드와 세라믹 타입을 사용할 수 있는데 반도체, 디스플레이 공정에는 세라믹 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 세라믹은 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3), 불화이트륨(YF3), 질화알루미늄(AlN), 산화지르코늄 (ZrO2)등을 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
반도체나 디스플레이 공정에서 대면적 공정에 사용되는 용사코팅(thermal spraying)을 정전척 제조에 사용하며, 세라믹 용사 피막을 얻기 위해서 Atmospheric Plasma Spray(APS) 용사코팅을 사용한다.
용사(Thermal Spray)란 분말 혹은, 선형재료를 고온열원으로부터 용융액적으로 변화시켜 고속으로 기재에 충돌시켜 급냉응고 적층한 피막을 형성하는 기술이다. 용사법을 이용하면 고속으로 두꺼운 피막형성이 가능하며, 금속, 세라믹, 유리 및 플라스틱 등의 재료를 사용할 수 있다. 용사의 장점은 금속, 세라믹스 등 안정한 용융현상을 수반하는 물질이라면 용사가 가능하기 때문에 피막재료의 선택 영역이 넓고 용사재료가 고속으로 피처리물에 충돌하기 때문에 이로 인해 고밀착강도, 고밀도의 피막 제조가 가능하고 용사재료의 오염 및 변화가 적다. 이 정전척은 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹 파우더를 플라즈마를 이용한 분사코팅에 의해 제조될 수 있다. 전극층은 물론 유전층도 용사에 의해 형성될 수 있으며 제조가 용이하다.
1차 절연코팅층과 2차 절연코팅층은 표면 평탄화를 위하여 연마(polishing) 처리가 실시되는 것을 특징으로 한다.
패턴을 형성하기 위해서는 마스크가 사용되어야 하는데 마스크는 인쇄성이 좋아야 하고, 쉽게 제거 가능해야 한다.
또한 마스크 제거 과정에서 전극 패턴이 손상되지 않도록 하기 위해 마스크가 쉽게 박리되어야 하고 비용 절감을 최적화 할 수 있는 마스킹 테이프를 사용한다. 내열성이 우수한 금속 테이프, 유리 섬유 테이프, 캡톤 테이프 등 마스킹 테이프를 세라믹 본체의 일부에 접착시킨다. 마스킹 테이프는 용사코팅의 분사압력에 견디기 위해 점착력 800gr/inch 이상인 것을 사용한다.
마스킹 테이프를 정밀하고 동일한 패턴으로 패터닝하기 위해 레이저를 사용해 마스킹 테이프를 가공한다.
마스킹 테이프를 레이저 가공하여 패턴 영역을 형성하는 방식은 대면적 적용에 유리하며, 비용절감이 되고, 패턴 정밀도가 우수하다.
레이저는 펄스 레이저, CO2레이저, UV레이저 등 다양한 레이저를 적용 가능하다.
마스킹 테이프를 레이저로 가공할 때 테이프가 연소되며 탄화된 가루가 가공영역에 발생할 수 있다. 이는 후속 코팅 공정에 영향을 줄 수 있으므로, 이러한 현상을 완전히 방지하려면 UV 레이저를 적용함이 바람직하나, 비용절감을 위해서 CO2레이저를 적용하는 경우 레이저 스캔 속도 및 출력 power 등 공정조건 튜닝을 통해 탄화가루 생성 억제가 가능하다.
OLED 제조 공정과 같이 부도체 glass를 정전척에 부착해야 되는 경우, 적용 가능한 전극 패턴 형태의 예시를 도 2에 나타내었다.
절연층 상에 교대로 양의 전극과 음의 전극이 패턴 형성되고, 제1 전극층(+)에 패턴화되는 전극과 제2 전극층(-)에 패턴화되는 전극 중 제1 전극층(+)에 패턴화되는 전극의 극과 상반되는 극을 가지는 전극이 제 2전극(-) 패턴으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 제3 전극층(-)에 패턴화되는 전극의 극과 상반되는 극을 가지는 전극이 제4 전극층(+) 패턴으로 구성되며 상기 네 개의 전극패턴을 Interdigital 방식으로 조합하여 충분한 Chucking Force을 구현하는 것을 특징으로 한다.
전극의 선폭과 간격은 0.5 ~ 5mm 범위로 할 수 있고, 동일한 치수일 필요는 없고, 부착력 극대화를 위해 적절한 치수를 사용한다. 예를 들어 전극 선폭 4mm, 전극 간격 2mm로 제작할 수 있다.
기존 Interdigital 방식은 전극 두 개를 교차하여 배치하고, 교차 방향이 일정하다. 즉, 전극은 다수의 핑거를 구비하여 서로 다른 극성의 전압이 인가될 상대전극의 핑거와 이격되고 맞물리는 형태의 패턴으로 배열된다.
이와 달리, 본 발명에서는 전극 네 개를 배치하여 왼쪽과 오른쪽 면적의 전극 형태를 대칭으로 하는 것을 특징으로 한다. 외부 전원 인가를 위한 전극 단자는 두 개를 사용해도 무방하지만 대면적 정전척 경우 네 개의 단자를 사용해 정전척 운용의 안정성을 도모할 수 있다. 각 단자로 인가되는 전원을 별도로 구성하면 네 개의 단자 중 일부 전원에 문제가 생겨도 정전척 절반에는 전원을 유지할 수 있다. 또한, 일부 전극 패턴이 손상이 되어도 기판 전체가 분리되는 것을 방지할 수 있도록 패턴 형성하는 것을 특징으로 한다. 정전척 오른쪽 영역의 중심 및 하부에 제 1전극층과 제 2전극층이, 상부에는 제 1전극층과 제 3전극층이 교차로 패턴이 형성되고, 왼쪽 영역의 중심 및 상부에 제 3전극층과 제 4전극층이, 하부에는 제 2전극층과 제 4전극층이 교차로 대칭 형태의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
4단자로 된 Interdigital 방식의 전극배열은 도 2에 예시되어 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로 다른 변형이 가능하다.
즉, 제1 전극층과 제2 전극층이 정전 척 중심부에서부터 제1 나선형태(곡선 또는 각도를 갖고 꺽인 형태)로 배열되고, 제3전극층과 제4전극층이 상기 제1 나선형태와 간격을 두고 추적하는 제2 나선형태를 이루며 분포될 수 있다. 이 경우, 나선으로부터 돌출되는 핑거는 생략하거나 서로 극성이 다르게 짝지워질 수 있는 곳에만 분포시킬 수 있다.
도 4는 나선형 정전 척의 전극배열을 보여주는 평면도이다.
4개의 전극층이 베이스 플레이트 절연층 상에 나선형으로 배열된 것으로, 중심부에서부터 바깥쪽으로 꺽어진 나선을 그리며 연장된 제1 전극층, 제1 전극층의 궤적과 나란하되, 간격을 두고 배열된 제2 전극층, 제2 전극층의 궤적과 나란하되, 간격을 두고 배열된 제3 전극층, 제3 전극층의 궤적과 나란하되, 간격을 두고 배열된 제4 전극층이 있고, 각 전극층은 인접한 전극층과 서로 다른 극성을 갖는다.
또한, 줄기를 이루는 전극층으로부터 양단으로 뻗은 핑거를 다수 구비하며, 핑거들의 극성도 인접한 핑거와 서로 다른 극성이 되도록 배열된다. 이러한 전극 배열은 매우 안정되게 기판을 척킹할 수 있다.
도 2에서와 같이 기존의 교차 방향이 일정한 경우에는 상하 기판 가장자리에서 부착력 약화가 발생할 수 있는데, 본 발명의 실시예는 각 전극쌍의 특정 영역 마다 교차 방향을 다르게 하여 기판 가장자리까지 균일한 부착력이 가해지도록 하고, 더 견고한 부착을 가능하게 한다.
이와 같은 전극의 구성은 4개의 단자를 적용한 것을 하나의 단위체로하여 확장적으로 구성되거나 4개 이상, 즉, 6개, 8개, 2n(n은 2이상의 자연수)의 더 많은 단자를 적용할 수 있을 것이다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
베이스 플레이트(100)
1차 절연코팅층(110)
마스킹 테이프(120)
마스킹할 부분(130)
전극 패턴(140)
남아있는 마스킹 테이프(150)
2차 절연코팅층(160)

Claims (7)

  1. 정전척 제조방법으로서,
    베이스 플레이트 상부 전면에 1차 절연코팅층으로서 세라믹을 도포하는 단계;
    세라믹으로 된 상기 1차 절연코팅층 전면에 마스킹 테이프를 부착하는 단계;
    상기 마스킹 테이프 상에 지정된 패턴 모양으로 레이저 가공하는 단계;
    상기 마스킹 테이프에서 전극 패턴 모양에 해당하는 부분의 테이프를 제거 하고 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 은(Ag), 또는 니켈(Ni) 중 하나를 용사코팅하여 전극을 형성하는 단계;
    마스킹 테이프를 제거하고 2차 절연코팅층으로서 세라믹을 도포하는 단계; 및
    봉공 처리를 포함한 후공정 처리를 실시하여 정전척 제조를 완성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마스킹 테이프는 금속 테이프, 유리섬유 테이프, 또는 캡톤 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 레이저는 펄스 레이저, CO2 레이저, 또는 UV 레이저를 포함하고, CO2 레이저를 사용하는 경우, 레이저 스캔속도 또는 레이저 출력 중 하나 이상의 변수를 조절하여 마스킹 테이프의 탄화가루 생성을 억제하는 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 마스킹 테이프는 점착력 800gr/inch 이상인 것을 특징으로 하는 정전척 제조방법.
  5. 정전 척으로서,
    척킹될 기판 면과 접하는 면을 이루는 절연층 사이에 배열된 전극은 (+) 전압이 인가될 양전극과 (-) 전압이 인가될 음전극이 각각 다수의 핑거 패턴을 지녀 서로 이격되어 맞물리 듯 배열된 인터디지털 방식의 패턴을 포함하고,
    (+) 전압이 인가될 제1 전극층, 상기 제1 전극층과 맞물리 듯 배열되고 (-) 전압이 인가될 제2 전극층, (-) 전압이 인가될 제3 전극층, 상기 제3 전극층과 맞물리 듯 배열되고 (+) 전압이 인가될 제4 전극층의 4 단자를 포함하여, 제1 전극층과 제2 전극층이 분포된 곳과 다른 곳에 제3 전극층과 제4 전극층이 분포되어 기판 척킹을 실시하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  6. 제5항에 있어서, 서로 다른 극성의 전압이 인가되고 서로 맞물리 듯 배열된 전극층 쌍은 2n(n은 2이상의 자연수) 개인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  7. 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항의 정전 척은 제1항의 정전척 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 정전 척.









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