KR101319765B1 - 미세전극 구조의 정전 척 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 종래 정전 척을 사용하여 회로소자가 형성된 기판을 척킹할 경우, 전기장에 의해 회로소자가 열화될 위험을 위험을 제거하기 위해, 절연물 안에 마이크로사이즈 폭을 갖는 다수의 전극을 마이크로 사이즈 간격을 두고 배열한 것을 특징으로 하는 정전 척을 제공하였다.
본 발명에 따르면, 정전 척을 구성하는 전극의 폭과 간격이 마이크로사이즈로 미세하여 인가 전압 대비 매우 높은 정전기인력을 나타내 척킹의 안정성이 있으며, 전극 폭이 미세하여 그 단부에 존재하는 자유전하의 하전량이 크지 않아 유전체 기판 하면에 이르기까지 발생 되는 기판 내의 분극 현상으로 인해 기판 하면에 도달한 전기장의 세기는 미약하게 되어 궁극적으로 회로 소자에는 전기장에 의한 악영향이 거의 없게 된다.

Description

미세전극 구조의 정전 척{ELECTROSTATIC CHUCK WITH FINE ELECTRODE STRUCTURE}

본 발명은 반도체 제조 공정에 사용되는 기판을 척킹하는 정전 척에 관한 것으로, 예를 들면, 실리콘웨이퍼, 디스플레이 패널 용 기판, 조명 기판, 태양전지 기판 등을 제조공정에서 이송할 필요가 있을 때 정 전기력을 이용하여 기판을 붙잡아 주는 역할을 하는 정전 척의 구성에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 공정에서 실리콘웨이퍼나 디스플레이 패널용 기판은 오염이 없도록 클린룸 또는 진공 챔버 안에서 이송되며, 이러한 기판의 이송을 위해 기판을 잡아주는 역할을 하는 척으로서 정전기력을 이용한 정전 척이 이용되고 있다.

특히, 유리와 같은 투명 기판에 TFT 소자를 형성한 후, 화소 형성을 위해 추가적인 증착 공정을 실시할 경우, TFT 소자가 형성된 기판 면에 전혀 터치함이 없이 기판을 붙들어 이송하면서 증발원으로부터 물질을 증발시켜 화소를 형성하게 되므로 정전 척으로 기판의 상면(TFT 소자가 형성된 기판 면의 이면)을 붙들게 되므로, 파티클 발생으로 인한 TFT 소자 부분에 미칠 수 있는 오염 문제가 없다.

그러나, 이러한 정전 척의 경우, 수백 볼트 이상의 고전압을 인가하여 기판을 붙잡게 되므로, TFT 소자에 대해 전기장이 영향을 미치게 되어 소자 특성을 변형 시킬 우려가 있다.

종래 정전 척은 대부분 수cm 정도의 폭을 가진 전극을 역시 수 내지 수십cm 간격으로 절연물질에 매설하여 정전 척을 형성하여 왔으며, 이러한 경우, 전극의 폭과와 간격이 사이즈로 보아 상대적으로 고전압을 인가하여도 간격이 커서 생성되는 전기장(E-field)의 세기는 상대적으로 충분한 세기를 갖지 못하게 된다. 따라서 원하는 수준의 전기장을 형성하기 위해서 더더욱 높은 전압을 인가하게 된다. 이와 같이 폭과 간격이 크게 구성된 기존의 정전 척 구성은 대한민국등록특허제10-1001454호를 비롯하여 많은 문헌이 개시되어 있다.

따라서 본 발명의 목적은 기판을 붙잡는 정전기력을 강화하면서도 기판 배면에 형성된 회로소자에 전기장의 영향이 거의 미치지 않는 정전 척을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 절연체 안에 전극을 묻어 형성되는 정전 척에 있어서,

절연체 안에 마이크로사이즈 폭을 갖는 다수의 전극을 마이크로 사이즈 간격을 두고 배열하여 정전 척으로 부착하는 기판의 부착면 이면에 미치는 전기장의 세기를 약화시킨 것을 특징으로 하는 정전 척을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 정전 척에 있어서, 절연필름 위에 상기 전극들을 형성한 다음, 그 위에 다른 절연필름을 덮어 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 척을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 정전 척에 있어서, 상기 전극의 폭은는 1 내지 500 μm로 하고, 전극들 사이의 간격은 1 내지 500 μm로 하는 것을 특징으로 하는 정전 척을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 정전 척에 있어서, 인가 전압의 세기는 상기 전극 폭, 전극 간의 간격 및 전극 하면으로부터 부착되는 기판의 하면까지의 깊이에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 정전 척을 제공한다.

본 발명에 따르면, 정전 척을 구성하는 전극의 폭과 간격이 마이크로사이즈로 미세하여 인가 전압 대비 매우 높은 정전기인력을 나타내 척킹의 안정성이 있으며, 전극 폭이 미세하여 그 단부에 존재하는 자유전하의 하전량이 크지 않아 유전체 기판 하면에 이르기까지 발생 되는 기판 내의 분극 현상으로 인해 기판 하면에 도달한 전기장의 세기는 미약하게 되어 궁극적으로 회로 소자에는 전기장에 의한 악영향이 거의 없게 된다.

도 1은 본 발명의 미세전극으로 구성하는 정전 척을 보여주는 평면모식도이다.
도 2는 본 발명의 미세전극으로 구성하는 정전 척의 구체 전극 크기와 간격을 설명하기 위한 평면 모식도이다.
도 3은 시뮬레이션으로 알아본 전극 폭별 및 전극 간격별 기판 깊이에 따른 전기장 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 특정한 전극 폭과 전극 간격이 주어질 때, 기판 깊이에 따른 전기장 변화를 시뮬레이션으로 알아본 그래프이다.
도 5는 도 4의 시뮬레이션 결과 등전위선 분포를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 미세전극 구조를 갖는 정전 척의 기판 척킹 실험을 보여주는 사진이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 미세전극 구조를 갖는 정전 척의 구성을 보여주는 모식적인 평면도들이다.

즉, 정전 척의 구성은 절연물 안에 도체로 된 전극(100)을 미세한 폭으로 다수 형성하며, 전극과 전극 사이의 간격 역시 미세하게 되도록 전극을 배열하는 것이다. 본 실시예에서는 미세 전극(100)을 선형으로 다수 형성하였으나 미세면적을 갖는 점형으로 다수 형성하는 것도 가능하다. 전극(100)의 크기가 클 경우, 고 전압 인가에 의해 전극 단부에 존재하게 되는 자유 전하의 전하량 절대치도 증가하며, 그로 인하여 전극과 전극 사이에 형성되는 전기장이 강화된다. 이러한 경우, 자유 전하량의 절대치가 커 기판 하부에 있는 TFT 소자 등 회로소자에 악영향을 줄 수 있다. 따라서 본 발명은 전극 폭을 마이크로사이즈로 형성하여 생성되는 전하량의 절대치를 감소시킨 것이다. 자유 전하량의 절대치 감소에 따라 전기장이 약화 되면 척킹을 위한 정전인력이 감소되므로, 이를 보완하기 위해 전극(100)과 전극 사이의 간격을 역시 마이크로사이즈로 작게 만든다.

(E: 전기장, V: 전위, d: 전위가 계산되는 간격)이므로, d를 작게 함으로써 동일 전위에 의해서도 강한 전기장을 얻을 수 있어 강한 힘으로 기판을 척킹할 수 있다. 기판을 척킹하는 정전인력은 강화되지만, 도 5에 나타낸 바와 같이 전하로부터 생성되는 전기장은 마치 모노 폴과 같은 타원형에 가까운 등전위선을 나타내므로, 전하가 있는 곳(전극 하단)으로부터 거리가 멀어질수록 전기장의 세기는 급격히 감소되어 기판 하면에 도달하면 매우 약화되므로 기판 하면에 있는 회로소자는 전기장에 의한 영향을 거의 받지 않는다. 이러한 사실은 정전기력에 대한 쿨롱의 힘 F가 전하량 Q에 비례하고 전하로부터의 거리 r의 제곱에 반비례한다는 사실로부터 명확히 이해되어 질 수 있다. 본 발명은 미세전극으로 Q를 작게하였으므로 더욱 안전성 있는 정전 척을 구성한 것이다. 이러한 사실은 쿨롱의 법칙이라는 이론 구성 외에 실제 전기장을 시뮬레이션하는 프로그램(SIMON 등)을 통해 얻은 도 5의 등전위선의 분포를 통해 더욱 명확하게 확인될 수 있다.

또한, 상기 시뮬레이션을 통해, 250 V의 전압을 인가할 경우, 전극 폭을 100 내지 300μm, 전극 간격을 100 내지 400μm으로 변화시킬 때, 기판 하부 50μm에 이르는 전기장의 세기 변화도 얻었으며(도 3 참조), 도 4에서는 전극의 폭 200μm, 전극 간 간격 200μm로 형성하고 250 V의 전압을 인가할 경우, 기판 깊이 50μm 지점에서 전기장의 세기가 31.3V/mm로 감소함을 알 수 있었다.

즉, 미세전극 구조에서는, 전기장의 세기가 기판 하면에 이르면 매우 작아져 회로소자에 악영향을 미치지 않게 된다는 것을 알 수 있다.

따라서 종래 전극 크기가 크게 형성된 정전 척을 사용할 경우, TFT 회로 불량을 일으킬 위험은 본 발명의 미세전극 구조의 정 전척에 의해 거의 제거된다고 할 수 있다.

실제 미세전극(100)으로 이루어지는 정전 척은 여러 가지 방법으로 구성될 수 있다.

절연물(200)로서 절연필름을 사용하고, 여기에 미세패턴 마스크를 덮고 도전체 본드(페이스트)로 미세전극 패턴을 프린팅 및 건조한 후, 그 위에 다시 절연필름을 덮어 형성할 수 있다. 물론 미세전극(100)에 전원을 연결할 컨택부를 형성하여야 할 것이다.

절연판에 도전체 미세패턴을 PVD 등의 증착 공정으로 형성할 수도 있으며, 도체판을 미세전극 패턴에 따라 식각(드라이 에칭이든 습식에칭이든 모두 가능)하여 만들 수도 있고, 그외 여러 다른 방법으로 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 도 2에서와 같이 Cu로 미세전극을 만들었고, 전극의 폭을 200μm 정도, 전극 간 간격 200μm 정도로 형성하였다. 그러나 이러한 크기는 한정적인 것이 아니며 대체로 1 내지 500 μm 정도의 전극 폭과 전극 간 간격을 형성할 수 있다. 제작된 미세전극을 절연 필름(고무류) 사이에 샌드위치하여 정전 척을 만들어 500V 정도의 전압을 인가하여 0.5 mm 두께의 대면적 기판(2m×2m)에 대해 실험한 결과 1시간 30분이 지나도 탈착되지 않고 정전 척에 붙잡혀 있었다(도 6 참조).

상기 실시예에서 전극재의 종류, 전극 폭(선형일 경우 폭이라고 할 수 있고 점 전극의 경우 면적이다)와 전극 간 간격의 수치는 상당히 자유롭게 조절될 수 있으며, 이는 특히, 기판의 두께와 인가 전압의 세기와의 관계에서 조정될 수 있다.

예를 들면, 전극 제작상의 용이성을 고려하여 전극 폭과 간격을 정한 후, 기판이 얇을 경우, 그 하중과 전기장의 감소 정도를 고려하여 인가전압을 정하는 식으로 할 수 있다.

상기 미세 전극에 전원을 공급하는 것은 배터리 탑재나 외부 전원 공급선 연결 등 다양한 방식으로 제공될 수 있다.

예를 들면, 정전척의 기판 부착 반대 면에 전도층과 절연층을 연속하여 배열하여 필름 형태의 축전기를 형성하여 충전된 축전기를 통해 미세 전극에 전압을 인가하고, 정전척을 운영하지 않는 동안 축전기에 전원을 인가하여 축전기를 충전할 수 있다. 물론 축전기 없이 외부에서 운영중 지속적으로 필요한 전압을 인가하거나, 24V 정도의 낮은 전압을 인가하고, 정전척내에 변압모듈을 탑재하여 필요한 전압을 유지시킬 수 있다. 또는 유도전류방식을 이용하여, 장비외부로 전선을 연결하지 않고, 전원을 공급하거나, 충전할 수도 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 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.

100: 전극
200: 절연체

Claims (5)

1. 절연체 안에 전극을 묻어 형성되는 정전 척에 있어서,
   절연체 안에 마이크로사이즈 폭을 갖는 다수의 전극을 마이크로 사이즈 간격을 두고 배열하여 정전 척으로 부착하는 기판의 부착면 이면에 미치는 전기장의 세기를 약화시킨 것을 특징으로 하는 정전 척.
2. 제1항에 있어서, 절연필름 위에 상기 전극들을 형성한 다음, 그 위에 다른 절연필름을 덮어 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 척.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극의 폭은 1 내지 500 μm로 하고, 전극들 사이의 간격은 1 내지 500 μm로 하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인가 전압의 세기는 상기 전극 폭, 전극 간의 간격 및 전극 하면으로부터 부착되는 기판의 하면까지의 깊이에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 정전 척.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정전 척의 전극에 인가될 전압을 위한 전원 장치는,
   배터리, 충전식 축전기, 외부 전원, 변압모듈을 구비한 전원, 유도전류 발생장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정전 척.
   

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