KR20220091281A - 센서 칩이 장착된 정전척 및 이를 이용한 정전용량 및 척킹력 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 제조 공정 중에 정전척(ESC)의 정전용량(C)을 인시츄(in-situ)로 실시간 측정하여 제조 공정이 이상 없이 진행되는지 여부를 실시간 측정하는, 센서 칩이 장착된 정전척 및 이를 이용한 정전용량 및 척킹력 측정 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 정전용량 및 척킹력 측정 방법은 (a) 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트 일면에 홈을 형성하는 단계; (b) 상기 홈에 한 쌍의 센서 칩을 배치하는 단계; (c) 상기 정전척 플레이트 일면에 기판을 배치한 후, 상기 한 쌍의 센서 칩에 교류전압을 공급하여 발생하는 교류전류를 측정하여 정전용량(capacitance)을 측정하는 단계; 및 (d) 상기 측정된 정전용량으로부터 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리를 측정하여 척킹력(chucking force)을 실시간 측정하는 단계;를 포함하고, 척킹력에 의한 기판의 휨 정도 또는/및 밀착 정도에 따라, 상기 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 상기 변화된 거리에 의해 상기 정전용량이 변화한다.

Description

센서 칩이 장착된 정전척 및 이를 이용한 정전용량 및 척킹력 측정 방법{ELECTROSTATIC CHUCK WITH SENSOR CHIP AND METHOD FOR MEASURING CAPACITANCE AND CHUCKING FORCE USING THE SAME}
본 발명은 한 쌍의 센서 칩이 장착된 정전척을 이용하여 정전용량을 인시츄(in-situ)로 실시간 측정하고, 척킹력을 실시간 측정하는 방법에 관한 것이다.
반도체 또는 평판 디스플레이 장치를 제조하는 공정에서는 반도체 기판, 디스플레이 패널을 제조하기 위해 다양한 종류의 정전척(electrostatic chuck, ESC)이 이용된다.
정전척(ESC)에 (-) 바이어스 전압을 인가하면 대상물인 기판 표면에 상대 전위 (+)가 대전되어 대전된 전위에 의해 인력이 발생하게 된다.
공정에 이용되는 정전척은 정전기력을 이용하여 제조 대상인 기판(웨이퍼)을 흡착, 척킹(chucking)하여, 반도체의 웨이퍼를 고정하고 웨이퍼와 정전척과의 접촉을 안정적으로 유지하여 웨이퍼의 온도조절을 용이하게 하는 역할을 한다.
이처럼 상기 정전척은 진공 챔버 내부에 기판과 함께 투입되어 기판에 대한 바이어스 전압 인가와 온도조절의 역할을 수행한다. 이러한 정전척은 식각 공정에서 식각 공정 및 식각 깊이의 균일도 뿐만 아니라 증착 공정에 적용되는 경우 증착 두께의 균일도를 유지하는 데 핵심적인 역할을 수행한다.
한편, 정전척에 의한 척킹력은 정전척의 사용 기간과 사용 조건에 따라 열화가 일어난다. 정전척의 척킹력이 감소하는 경우 정전척과 웨이퍼 사이의 접촉이 불량해지며 온도 균일도 뿐만 아니라 식각 깊이의 균일도에도 악영향을 미치게 된다. 척킹력이 극단적으로 낮아지게 되는 경우 웨이퍼가 정전척으로부터 공정 중에 이탈하여 제조공정 전체가 중단되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 정전척의 척킹력을 실시간으로 모니터링하는 것은 공정제어의 중요한 이슈가 되나, 현재 이를 해결하기 위한 주요 수단이 충분하지 않다.
예를 들어 정전척 표면에 He 유동 채널을 형성하고 웨이퍼가 척킹된 이후 정전척과 웨이퍼 사이의 He이 챔버로 유출되는 양을 측정하는 방법이 있다.
그러나 이 방법은 정전척의 척킹력을 간접적으로 유추하는 방법일 뿐만 아니라, 공정을 진행하면서 정전척 표면의 조도가 변화함에 따라 발생하는 He 유출량 변화까지 포함하는 것이라 정전척의 척킹력을 충분히 대변하지 못하고 있다.
따라서 반도체 또는 평판 디스플레이 장치를 제조하는 공정 중에 공정이 문제 없이 진행되는지 실시간 모니터링하기 위해, 정전척의 정전용량을 인시츄(in-situ)로 측정하는 연구가 필요하다.
본 발명의 목적은 반도체 또는 평판 디스플레이 장치를 제조하는 공정 중에 정전척(ESC)의 표면에 배치된 한 쌍의 센서 칩이 상기 센서 칩과 기판 사이에 발생하는 정전용량(C)을 인시츄로 실시간 측정하기 위한 정전척을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 정전척의 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리 변화를 정확히 측정함으로써 정전용량(C)의 변화 정도를 실시간 측정하고, 이에 따라 척킹력의 변화 정도를 실시간 측정하기 위한 정전용량 및 척킹력 측정 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 제조 공정이 이상 없이 진행되는지 여부를 실시간 측정하기 위한 정전용량 및 척킹력 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 정전척은 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트; 상기 정전척 플레이트 일면에 배치되는 홈; 및 상기 홈에 배치되는 한 쌍의 센서 칩;을 포함한다.
본 발명에 따른 정전척은 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트; 상기 정전척 플레이트 일면에 배치되는 엠보싱; 및 상기 엠보싱이 배치되지 않은 정전척 플레이트 일면에 배치되는 한 쌍의 센서 칩;을 포함한다.
본 발명에 따른 정전척은 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트; 상기 정전척 플레이트 일면에 배치되는 홈; 및 상기 홈에 배치되는 한 쌍의 센서 칩;을 포함하고, 상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막을 포함한다.
본 발명에 따른 정전척은 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트; 상기 정전척 플레이트 일면에 배치되는 엠보싱; 및 상기 엠보싱이 배치되지 않은 정전척 플레이트 일면에 배치되는 한 쌍의 센서 칩;을 포함하고, 상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막을 포함한다.
본 발명에 따른 정전척을 이용한 정전용량 및 척킹력 측정 방법은 (a) 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트 일면에 홈을 형성하는 단계; (b) 상기 홈에 한 쌍의 센서 칩을 배치하는 단계; (c) 상기 정전척 플레이트 일면에 기판을 배치한 후, 상기 한 쌍의 센서 칩에 교류전압을 공급하여 발생하는 교류전류를 측정하여 정전용량(capacitance)을 측정하는 단계; 및 (d) 상기 측정된 정전용량으로부터 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리를 측정하여 척킹력(chucking force)을 실시간 측정하는 단계;를 포함하고, 척킹력에 의한 기판의 휨 정도 또는/및 밀착 정도에 따라, 상기 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 상기 변화된 거리에 의해 상기 정전용량이 변화한다.
본 발명에 따른 정전척을 이용한 정전용량 및 척킹력 측정 방법은 (a) 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트 일면에 엠보싱을 형성하는 단계; (b) 상기 엠보싱이 배치되지 않은 정전척 플레이트 일면에 한 쌍의 센서 칩을 배치하는 단계; (c) 상기 정전척 플레이트 일면에 기판을 배치한 후, 상기 한 쌍의 센서 칩에 교류전압을 공급하여 발생하는 교류전류를 측정하여 정전용량(capacitance)을 측정하는 단계; 및 (d) 상기 측정된 정전용량으로부터 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리를 측정하여 척킹력(chucking force)을 실시간 측정하는 단계;를 포함하고, 척킹력에 의한 기판의 휨 정도 또는/및 밀착 정도에 따라, 상기 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 상기 변화된 거리에 의해 상기 정전용량이 변화한다.
상기 한 쌍의 센서 칩은 2D 프린팅, 3D 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 스퍼터링 증착 또는 진공 증착하여 제조될 수 있다.
상기 홈에 배치되는 한 쌍의 센서 칩에 코팅용 세라믹 조성물을 분사 코팅하여, 상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막을 형성할 수 있다.
상기 엠보싱이 배치되지 않은 정전척 플레이트 일면에 배치되는 한 쌍의 센서 칩에 코팅용 세라믹 조성물을 분사 코팅하여, 상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막을 형성할 수 있다.
상기 분사 코팅은 APS(Atmospheric Plasma Spray), PVD(Physical Vapor Deposition), 서스펜션 플라즈마 용사 코팅(Suspension plasma spray), 고속화염 코팅(High Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 진공 플라즈마 코팅(Vacuum Plasma Spraying, VPS), 저온분사 코팅(cold spray) 또는 저압건식분사 코팅(aerosol deposition, AD)으로 수행될 수 있다.
본 발명에서는 반도체 제조 공정 중에 정전척(ESC)의 정전용량(C)을 인시츄로 실시간 측정하여 정전척과 기판 사이의 거리를 정확히 측정함으로써, 정전척의 척킹력을 실시간으로 측정하는 효과가 있다.
이에 따라 제조 공정이 이상 없이 진행되는지 여부를 실시간 측정하는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전척(100)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 정전척(100)의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 정전용량을 측정하기 위한 정전척(100)의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 홈(20) 깊이(d1)를 표기한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 한 쌍의 센서 칩(30) 위에 세라믹 코팅막(32)이 형성된 구성의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전척(100)에 기판(40)이 배치된 모습의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 정전척(200)의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 정전척(200)의 평면도이다.
도 9 내지 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 엠보싱(50)의 형상을 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 정전척(200)에 기판(40)이 배치된 모습의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 정전척(100, 200)을 이용하여 정전용량(C)과 척킹력(F)의 변화를 나타낸 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 센서 칩이 장착된 정전척 및 이를 이용한 정전용량 및 척킹력 측정 방법을 설명하도록 한다.
본 발명에서는 반도체 또는 평판 디스플레이 장치를 제조하는 공정 중에 정전척(ESC)의 센서 칩으로부터 상기 센서 칩과 기판 사이에 발생하는 정전용량(C)을 인시츄로 실시간 측정하고, 상기 측정된 정전용량으로부터 센서 칩과 기판 사이의 거리를 정확히 측정하여 척킹력의 변화 정도를 실시간 측정함으로써, 제조 공정이 이상 없이 진행되는지 여부를 실시간 측정하기 위한 목적으로 본 발명을 연구하였다.
본 발명에 따른 정전척(100, 200)은 제조하고자 하는 대상물인 기판을 흡착, 척킹하는 모듈이며, 상기 정전척의 흡착면에 홈 또는 엠보싱이 형성되는 구조이다.
상기 기판은 실리콘 기판(웨이퍼) 또는 전도성 기판일 수 있다.
정전척에 형성된 홈(20)과 엠보싱(50)은 기판을 지지할 뿐 아니라 홈(20)과 엠보싱(50)의 형상이 변형되는 것으로부터 정전용량의 변화를 측정하도록 하는 요소이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전척(100)의 단면도이고, 도 2는 정전척(100)의 평면도이다
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 정전척(100)은 정전척 플레이트(10), 홈(20) 및 한 쌍의 센서 칩(30)을 포함한다.
정전척 플레이트(10)는 기판을 지지함과 동시에 정전기력에 의해 흡착, 척킹하는 역할을 한다.
정전척 플레이트(10)는 유전체의 역할을 하며, 주로 세라믹 재질의 기판일 수 있다. 상기 정전척 플레이트(10)는 분말로부터 성형하고 소결, 가공하여 제작되지만, 재질과 타입은 이에 한정되는 것은 아니다.
정전척 플레이트(10)의 형상과 두께는 기판을 충분히 흡착할 수 있도록 형성될 수 있다.
정전척 플레이트(10)는 일면(최외층) 또는 전면에 상기 정전척 플레이트와는 다른 재질의 유전체층(미도시) 배치되거나, 일면(최외층) 또는 전면이 유전체 재질로 형성될 수 있다. 기판(40)은 정전척 플레이트(10)의 일면 상에 배치된다.
정전척 플레이트(10) 및 유전체층은 정전척 플레이트(10)의 내부 전극과 기판이 서로 절연되도록 하는 층으로서 절연층이라고도 불리운다.
유전체층은 세라믹 재질 또는 절연성 유기물질로 형성될 수 있으며, 사용 환경에 따라 다양한 성분을 추가로 포함하여 혼합재로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 유전체층은 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 폴리이미드 등을 포함할 수 있다.
정전척 플레이트 일면에는 홈(20)이 배치된다.
홈(20)은 한 쌍의 센서 칩을 배치하기 위한 공간이다. 이와 반대로, 홈이 아닌 돌출부는 기판이 접촉하는 공간이다.
본 발명에서는 홈(20)의 깊이(d1)가 변화되는 것으로부터 정전용량의 변화가 측정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 정전용량을 측정하기 위한 정전척(100)의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 한 쌍의 센서 칩(30)은 유전체 표면 부분에 쌍으로 배치되어 제1센서 칩, 기판, 제2센서 칩을 통하는 캐패시터를 형성하여 정전용량을 측정한다. 센서 칩(30)은 외부에 배치된 계측기와 연결선을 통해 연결되며, 상기 연결선은 정전척 내부에 배치될 수 있다.
측정된 정전용량으로부터 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리를 측정하여 척킹력(chucking force)을 실시간 측정할 수 있다.
이때 척킹력에 의한 기판의 휨 정도 또는/및 밀착 정도에 따라, 상기 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 상기 변화된 거리에 의해 센서 칩에 의해 측정되는 정전용량이 변화하게 된다.
한편 정전척은 두꺼운 유전체 바디 내부에 전극이 들어있어, 여기에 (-) 바이어스를 갖는 RF 파워를 인가하여 기판을 척킹하며, 본 발명의 상기 한 쌍의 센서 칩(30)은 캐패시터를 형성하여 정전용량을 측정하는 것이기 때문에 상기 척킹을 나타내는 전극과는 관련이 없다.
한 쌍의 센서 칩(30)은 양 칩에 교류전압을 인가하고 발생되는 교류전류를 측정하여 정전용량을 측정하는데 필요한 2개의 센서 칩을 포함한다.
하나의 센서 칩은 제1금속일 수 있고, 다른 하나의 센서 칩은 제2금속일 수 있다.
한 쌍의 센서 칩(30)은 은, 구리, 금, 백금, 알루미늄, 철, 주석, 납, 티타늄, 텅스텐 및 몰리브덴 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
한 쌍의 센서 칩(30)은 전도성을 가지는 TiN, TiCN 등의 질화물 혹은 탄질화물일 수도 있다.
한 쌍의 센서 칩(30)의 두께는 정전용량을 측정하는 데 충분할 정도로 대략 50~500㎛ 값을 가질 수 있다.
한 쌍의 센서 칩(30)은 홈에 배치되되, 센서 칩의 두께 중 일부 또는 전부가 정전척 플레이트에 박혀 있도록 배치되거나, 또는 센서 칩이 정전척 플레이트에 박혀 있지 않도록 표면에 결합된 상태로 배치될 수 있다.
정전척 플레이트(10) 상에 위치별 척킹력의 변화를 모니터링하기 위하여 복수 개로 이격 배치되는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 센서 칩(30)은 외부 침식에 취약하기 때문에 세라믹 코팅막(32)으로 덮을 수 있다.
세라믹 코팅막(32)으로 덮는다는 것은 홈이나 엠보싱이 형성되지 않은 일면에 노출된 센서 칩을 세라믹 코팅막(32)으로 덮거나, 또는/및 도 5에 도시된 바와 같이 한 쌍의 센서 칩(30)의 외주면에 세라믹 코팅막(32)이 배치되는 것을 의미한다.
세라믹 코팅막(32)은 센서 칩을 보호하기 위한 것으로, 내플라즈마성, 내마모성 등의 효과를 부여할 수 있다.
세라믹 코팅막은 3-13족의 금속 산화물, 산화알루미늄, 이산화규소 및 희토류 산화물 중 1종 이상을 포함하는 산화물 입자를 주성분으로 포함할 수 있다.
추가적으로, 산화물 입자에 YOF, Y5O4F7, Y7O6F9, 및 YF3 중 1종 이상을 포함하는 이트륨계 불화물을 소량 혼합할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 정전척(100)은 정전척 플레이트(10) 일면에 기판(40)이 배치된다. 발생하는 정전기력에 따라 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 이에 따라 센서 칩에 의해 측정되는 정전용량이 변화하게 된다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 정전척(200)의 단면도이고, 도 8은 정전척(200)의 평면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 정전척(200)은 정전척 플레이트(10), 엠보싱(50) 및 센서 칩(30)을 포함한다.
정전척 플레이트(10)에 대한 사항은 제1실시예에서 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
정전척 플레이트(10) 일면에는 엠보싱(50)이 배치된다.
엠보싱(50)은 기판과 접촉하여 기판(40)을 지지하게 된다. 엠보싱(50)은 일정한 간격으로 이격 배치된다. 엠보싱(50)이 형성되지 않은 정전척 플레이트(10) 일면에는 한 쌍의 센서 칩(30)이 배치된다.
엠보싱(50)의 두께(d2)는 10~500㎛일 수 있고, 바람직하게는 30~100㎛일 수 있다. 엠보싱(50)의 두께가 10㎛ 미만인 경우 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 너무 가까워지게 되어 센서 칩과 기판 사이의 아킹이 발생할 우려가 있다. 반대로 500㎛를 초과하는 경우 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 너무 멀어지게 되면서 센서 칩과 기판 사이의 거리 변화에 따른 정전용량의 변화를 측정하기에 어려울 수 있다.
본 발명에서는 정전기력의 변화에 따라 엠보싱(50)이 변형되어 엠보싱(50)의 높이(두께)가 낮아지고, 기판(40)의 밀착 정도가 달라질 수 있으며, 이에 따라 센서 칩에 의하여 정전용량의 변화가 측정될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 엠보싱(50)의 형상을 나타낸 단면도이다.
도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 기판(40)의 스크래치 특성을 방지하기 위해, 엠보싱(50)은 표면이 평평한 원통 기둥 형상 또는 표면이 굴곡진 반구형 형상일 수 있다. 또한 엠보싱의 개수는 센서 칩의 위치와 겹치지 않는 한 제한되지 않는다.
엠보싱(50)이 배치되지 않은 정전척 플레이트(10) 일면에 한 쌍의 센서 칩(30)이 배치된다.
이때, 센서 칩(30)의 두께 중 일부 또는 전부가 정전척 플레이트에 박혀 있도록 배치되거나, 또는 센서 칩이 정전척 플레이트에 박혀 있지 않도록 배치될 수 있다.
한 쌍의 센서 칩(30)과 세라믹 코팅막(32)에 대한 사항은 제1실시예에서 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 정전척(200)은 정전척 플레이트(10) 일면에 기판(40)이 배치되며, 발생하는 정전기력에 따라 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 이에 따라 센서 칩에 의해 측정되는 정전용량이 변화하게 된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 정전척(100)을 이용한 정전용량 측정 방법은 다음과 같다.
먼저, 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트(10)의 상기 일면에 홈(20)을 형성한 후, 상기 홈(20)에 한 쌍의 센서 칩(30)을 배치한다.
정전척 플레이트(10), 홈(20)에 대한 사항은 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
한 쌍의 센서 칩(30)은 홈(20)에 삽입되고, 공급된 전압에 의해 센서 칩과 기판 사이에 발생하는 정전용량을 측정할 수 있다.
한 쌍의 센서 칩(30)은 2D 프린팅, 3D 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 스퍼터링 증착 또는 진공 증착하여 제조된 것으로, 소정의 두께를 가질 수 있다.
상기 홈에 배치되는 한 쌍의 센서 칩(30)에 코팅용 세라믹 조성물을 분사 코팅하여, 상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막(32)을 형성할 수 있다.
코팅용 세라믹 조성물은 3-13족의 금속 산화물, 산화알루미늄, 이산화규소 및 희토류 산화물 중 1종 이상을 포함하는 산화물 입자를 주성분으로 포함한다.
추가적으로, 코팅용 세라믹 조성물은 상기 산화물 입자에 YOF, Y5O4F7, Y7O6F9, 및 YF3 중 1종 이상을 포함하는 이트륨계 불화물을 소량 혼합한 것일 수 있다.
분사 코팅은 APS(Atmospheric Plasma Spray), PVD(Physical Vapor Deposition), 서스펜션 플라즈마 용사 코팅(Suspension plasma spray), 고속화염 코팅(High Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 진공 플라즈마 코팅(Vacuum Plasma Spraying, VPS), 저온분사 코팅(cold spray) 또는 저압건식분사 코팅(aerosol deposition, AD)으로 수행될 수 있다.
APS는 고온의 열원을 이용하여 분말을 녹인 후 분사하여 후막을 형성하는 방법이다.
PVD는 드라이 플레이팅이라고도 한다. PVD는 진공 중에 세라믹을 기화시켜 기화된 세라믹 입자가 방해물 없이 부품 표면에 증착된다.
서스펜션 플라즈마 용사 코팅은 기존의 플라즈마 용사와 유사한 방법이나 코팅원료로 서스펜션 혹은 슬러리를 사용하는 방법이다.
고속화염 코팅은 연료가스(프로판, 메틸아세틸렌, 헵탄, 수소)를 산소와 함께 고압에서 연소시켜 고속의 제트를 발생시키는 것이다. 분말은 공급가스로 제트에 주입되고, 작동가스는 연소실에서 연소되어 노즐을 통하여 토치 밖으로 분사된다. 화염의 온도는 3170~3440K이며 분사되는 제트의 속도는 1500~2000m/sec이다.
고속화염 코팅은 우수한 접합강도를 지니는 코팅막을 제조할 수 있으며, 생성된 코팅막은 내구성 및 수명연장이 가능한 효과가 있다. 또한 고속화염 코팅은 고경도를 갖는 치밀한 코팅막을 제조하기에 용이하다.
진공 플라즈마 코팅은 진공 챔버 내를 진공 환경으로 변화시켜 불활성 가스를 주입한 다음, 플라즈마를 발생시켜 코팅물질을 스퍼터링하여 소재 표면에 코팅물질이 코팅되도록 하는 공정이다.
저온분사 코팅은 세라믹 분말을 고압의 가스에 태워 아주 빠르게 기판에 분사시키는 것이다. 저압건식분사 코팅은 상온 및 저진공 분위기에서, 노즐을 이용하여 분말 또는 과립을 기판 상에 분사하여 증착시킴으로써, 후막을 제조하는 공정이다.
이어서, 상기 정전척 플레이트(10) 일면에 기판(40)을 배치한 후, 상기 한 쌍의 센서 칩(30)에 교류전압을 공급하여 발생하는 교류전류를 측정하여 정전용량을 측정한다. 그리고 상기 측정된 정전용량으로부터 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리를 측정하여 척킹력을 실시간 측정한다.
척킹력에 의한 기판의 휨 정도 또는/및 밀착 정도에 따라, 상기 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 상기 변화된 거리에 의해 상기 정전용량이 변화하게 된다.
도 13은 본 발명의 정전척(100, 200)을 이용하여 정전용량(C)과 척킹력(F)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 교류전압이 공급되면 정전척 플레이트(10) 표면에 놓여진 실리콘 웨이퍼와 한 쌍의 센서 칩(30) 간의 변위변화에 따라, 정전용량(capacitance, C)의 변화를 실시간 감지하여 정전척의 척킹력을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
본 발명에서 정전용량(C)은 센서 칩과 기판 사이에 발생하는 정전용량을 가리킨다.
즉, 척킹력의 변화에 따라 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 정전용량이 변화하며, 상기 거리 변화를 정확히 측정함으로써 척킹력의 변화 정도를 실시간으로 측정할 수 있다.
상기 거리는 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이가 직각을 이루는 거리를 가리킨다.
본 발명의 제2실시예에 따른 정전척(200)을 이용한 정전용량 측정 방법은 다음과 같다.
먼저, 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트(10)의 상기 일면에 엠보싱(50)을 형성한 후, 상기 엠보싱(50)이 배치되지 않은 정전척 플레이트(10) 일면에 한 쌍의 센서 칩(30)을 배치한다.
정전척 플레이트(10), 한 쌍의 센서 칩(30), 엠보싱(50)에 대한 사항은 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
상기 엠보싱(50)이 배치되지 않은 정전척 플레이트(10) 일면에 배치되는 한 쌍의 센서 칩(30)에 코팅용 세라믹 조성물을 분사 코팅하여, 상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막(32)을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 정전척 플레이트 일면에 기판을 배치한 후, 상기 한 쌍의 센서 칩에 교류전압을 공급하여 발생하는 교류전류를 측정하여 정전용량을 측정한다.
그리고 상기 측정된 정전용량으로부터 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리를 측정하여 척킹력(chucking force)을 실시간 측정한다.
척킹력에 의한 기판의 휨 정도 또는/및 밀착 정도에 따라, 상기 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 상기 변화된 거리에 의해 상기 정전용량이 변화하게 된다.
이처럼, 본 발명의 정전척(100, 200)을 이용한 정전용량 및 척킹력 측정 방법은 반도체 또는 평판 디스플레이 장치를 제조하는 공정 중에 정전척(100, 200)의 정전용량과 척킹력을 인시츄로 실시간 측정하는 기술이다.
특히, 홈의 깊이나 엠보싱의 두께 변화, 형상 변화로부터 정전용량의 변화를 실시간 측정할 수 있다.
이에 따라 제조 공정이 이상 없이 진행되는지 여부를 실시간 측정할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : 정전척 플레이트
20 : 홈
30 : 한 쌍의 센서 칩
32 : 세라믹 코팅막
40 : 기판
50 : 엠보싱
100, 200 : 정전척

Claims (13)

  1. 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트;
    상기 정전척 플레이트 일면에 배치되는 홈; 및
    상기 홈에 배치되는 한 쌍의 센서 칩;을 포함하는 정전척.
  2. 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트;
    상기 정전척 플레이트 일면에 배치되는 엠보싱; 및
    상기 엠보싱이 배치되지 않은 정전척 플레이트 일면에 배치되는 한 쌍의 센서 칩;을 포함하는 정전척.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정전척 플레이트 일면에 기판이 배치되는 정전척.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판 또는 전도성 기판인 정전척.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 엠보싱의 두께는 10~500㎛인 정전척.
  6. 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트;
    상기 정전척 플레이트 일면에 배치되는 홈; 및
    상기 홈에 배치되는 한 쌍의 센서 칩;을 포함하고,
    상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막을 포함하는 정전척.
  7. 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트;
    상기 정전척 플레이트 일면에 배치되는 엠보싱; 및
    상기 엠보싱이 배치되지 않은 정전척 플레이트 일면에 배치되는 한 쌍의 센서 칩;을 포함하고,
    상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막을 포함하는 정전척.
  8. (a) 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트의 상기 일면에 홈을 형성하는 단계;
    (b) 상기 홈에 한 쌍의 센서 칩을 배치하는 단계;
    (c) 상기 정전척 플레이트 일면에 기판을 배치한 후, 상기 한 쌍의 센서 칩에 교류전압을 공급하여 발생하는 교류전류를 측정하여 정전용량(capacitance)을 측정하는 단계; 및
    (d) 상기 측정된 정전용량으로부터 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리를 측정하여 척킹력(chucking force)을 실시간 측정하는 단계;를 포함하고,
    척킹력에 의한 기판의 휨 정도 또는/및 밀착 정도에 따라, 상기 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 상기 변화된 거리에 의해 상기 정전용량이 변화하는 정전용량 및 척킹력 측정 방법.

  9. (a) 일면이 유전체 재질인 정전척 플레이트의 상기 일면에 엠보싱을 형성하는 단계;
    (b) 상기 엠보싱이 배치되지 않은 정전척 플레이트 일면에 한 쌍의 센서 칩을 배치하는 단계;
    (c) 상기 정전척 플레이트 일면에 기판을 배치한 후, 상기 한 쌍의 센서 칩에 교류전압을 공급하여 발생하는 교류전류를 측정하여 정전용량(capacitance)을 측정하는 단계; 및
    (d) 상기 측정된 정전용량으로부터 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리를 측정하여 척킹력(chucking force)을 실시간 측정하는 단계;를 포함하고,
    척킹력에 의한 기판의 휨 정도 또는/및 밀착 정도에 따라, 상기 한 쌍의 센서 칩과 기판 사이의 거리가 변화하고 상기 변화된 거리에 의해 상기 정전용량이 변화하는 정전용량 및 척킹력 측정 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 한 쌍의 센서 칩은 2D 프린팅, 3D 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 스퍼터링 증착 또는 진공 증착하여 제조되는 정전용량 측정 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 홈에 배치되는 한 쌍의 센서 칩에 코팅용 세라믹 조성물을 분사 코팅하여, 상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막을 형성하는 정전용량 및 척킹력 측정 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 엠보싱이 배치되지 않은 정전척 플레이트 일면에 배치되는 한 쌍의 센서 칩에 코팅용 세라믹 조성물을 분사 코팅하여, 상기 한 쌍의 센서 칩을 덮어 보호하는 세라믹 코팅막을 형성하는 정전용량 및 척킹력 측정 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 분사 코팅은 APS(Atmospheric Plasma Spray), PVD(Physical Vapor Deposition), 서스펜션 플라즈마 용사 코팅(Suspension plasma spray), 고속화염 코팅(High Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 진공 플라즈마 코팅(Vacuum Plasma Spraying, VPS), 저온분사 코팅(cold spray) 또는 저압건식분사 코팅(aerosol deposition, AD)으로 수행되는 정전용량 및 척킹력 측정 방법.

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