KR20130094578A - Electrostatic chuck and apparatus for processing a substrate including the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A variable temperature electrostatic chuck and a substrate processing device including the same increase heat transfer efficiency by integrally forming a ceramic heat conductive layer with an insulating layer arranged on the lower part of the ceramic heat conductive layer without bonding the insulating layer. CONSTITUTION: A dielectric layer (110) includes an electrostatic electrode generating electrostatic force for absorbing a substrate and has a first heat transfer coefficient. A ceramic heat conductive layer (120a) includes a first side and a second side and has a second heat transfer coefficient higher than the first heat transfer coefficient. A heating electrode is patterned on the second side. An insulating layer (130a) is integrally formed by being in contact with the second side of the ceramic heat conductive layer and has a third heat transfer coefficient lower than the first heat transfer coefficient. A support body (140) is arranged on the lower part of the insulating layer and includes a cooling path inside.

Description

온도 가변형 정전척 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{ELECTROSTATIC CHUCK AND APPARATUS FOR PROCESSING A SUBSTRATE INCLUDING THE SAME}Temperature-variable electrostatic chuck and substrate processing apparatus including the same TECHNICAL FIELD

본 발명은 온도 가변형 정전척 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 집적 회로 소자를 제조하는데 사용되는 웨이퍼(wafer) 또는 유리기판 등을 정전기력을 이용하여 흡착하기 위한 온도 가변형 정전척 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a temperature-variable electrostatic chuck and a substrate processing apparatus including the same, and includes a temperature-variable electrostatic chuck for absorbing a wafer or glass substrate used for manufacturing an integrated circuit device using electrostatic force and the same. It relates to a substrate processing apparatus.

일반적으로, 집적 회로 소자는 웨이퍼(wafer) 또는 유리기판 등을 대상으로 하여 증착 공정, 식각 공정, 포토리소그래피 공정, 이온 주입 공정 등을 수행하여 제조되며, 그 예로는 반도체 소자 또는 디스플레이 소자를 들 수 있다. In general, an integrated circuit device is manufactured by performing a deposition process, an etching process, a photolithography process, an ion implantation process, etc. on a wafer or a glass substrate, and examples thereof include a semiconductor device or a display device. have.

상기와 같은 공정들 중 식각 공정은 그 수행을 위한 공간을 제공하는 공정 챔버, 외부로부터 상기 공정 챔버 내로 연결되어 상기 식각 공정에 해당하는 공정 가스를 상기 공정 챔버의 내부로 제공하는 가스 제공부 및 상기 공정 챔버의 내부에 배치되어 상기 기판을 지지하면서 정전기력을 이용해 고정하는 정전척을 포함하는 기판 처리 장치에 의해 진행된다. Among the processes, the etching process may include a process chamber providing a space for performing the process, a gas providing unit connected to the process chamber from the outside to provide a process gas corresponding to the etching process to the inside of the process chamber, and Proceed by the substrate processing apparatus including an electrostatic chuck which is disposed inside the process chamber to support the substrate and is fixed using an electrostatic force.

상기 정전척은 상단에 정전 전극이 매설되어 있는 유전층이 구비되어, 상기 정전 전극으로 전압을 인가하여 유전층 상부에 정전기력을 형성함으로써, 유전층 상에 놓여지는 기판을 정전 흡착하여 고정하게 된다. 또한, 정전척은 상기 유전층의 하부에 상기 기판을 가열하기 위한 발열 전극이 배치된 열전도층을 포함한다. 상기 열전도층은 지지 몸체 상에 구비된다. 이러한, 정전척에 대한 일 예는 한국공개특허 제2009-0064555호에 개시되어 있다.The electrostatic chuck is provided with a dielectric layer having an electrostatic electrode embedded thereon, and applies a voltage to the electrostatic electrode to form an electrostatic force on the dielectric layer, thereby electrostatically adsorbing and fixing the substrate placed on the dielectric layer. The electrostatic chuck also includes a thermally conductive layer disposed underneath the dielectric layer to generate a heating electrode for heating the substrate. The thermally conductive layer is provided on the support body. An example of such an electrostatic chuck is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0064555.

특히, 상기 발열 전극의 온도 조절이 가능한 온도 가변형 정전척의 경우, 식각 및 CVD(Chemical Vapor Deposition:화학적 기상 증착) 등의 반도체 공정에서 보다 효과적으로 이용될 수 있다. 이러한 온도 가변형 정전척은 열전도층의 열전달 효율과 온도 조절시의 열응답성을 최대화하는 특성이 요구되고 있다.In particular, in the case of a temperature variable type electrostatic chuck capable of controlling the temperature of the heating electrode, it can be used more effectively in semiconductor processes such as etching and chemical vapor deposition (CVD). Such a temperature-variable electrostatic chuck is required to maximize the heat transfer efficiency of the heat conducting layer and the thermal response during temperature control.

그런데, 종래의 정전척은 상기 발열 전극과 상하부 구조가 본딩에 의해 접착되는 구조를 가지고 있다. 이러한 본딩 구조에 의하면, 접착물로 형성되는 본딩층으로 인하여 열손실이 발생하여 열전달 효율과 열응답성이 떨어지고, 상기 본딩층의 내열성이 낮아 고온에서의 열적 내구성이 약화되는 문제점을 가지고 있다. By the way, the conventional electrostatic chuck has a structure in which the heating electrode and the upper and lower structures are bonded by bonding. According to such a bonding structure, a heat loss occurs due to a bonding layer formed of an adhesive, resulting in poor heat transfer efficiency and thermal response, and a low heat resistance of the bonding layer, resulting in weak thermal durability at high temperatures.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 열전달 효율과 열응답성을 향상시고 고온에서의 열적 내구성을 강화시킬 수 있는 온도 가변형 정전척을 제공하는 것이다. Accordingly, the technical problem of the present invention has been conceived in this respect, to provide a temperature-variable electrostatic chuck that can improve heat transfer efficiency and thermal response and enhance thermal durability at high temperatures.

또한, 본 발명의 다른 과제는 상기한 온도 가변형 정전척을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus including the above-described temperature-variable electrostatic chuck.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 온도 가변형 정전척은 유전층, 세라믹 열전도층, 절연층 및 지지 몸체를 포함한다. 상기 유전층은 상부에 놓여지는 기판을 흡착하기 위한 정전기력이 발생하는 정전 전극이 배치되고 제1 열전달 계수를 갖는다. 상기 세라믹 열전도층은 상기 유전층에 인접하는 제1 면 및 상기 제1 면에 반대하는 제2 면을 포함하고, 상기 기판을 가열하기 위한 열이 발생하는 발열 전극이 상기 제2 면에 패터닝되어 형성되며, 상기 제1 열전달 계수보다 높은 제2 열전달 계수를 갖는다. 상기 절연층은 상기 세라믹 열전도층의 제2 면과 접하여 일체로 형성되며, 상기 제1 열전달 계수보다 낮은 제3 열전달 계수를 갖는다. 상기 지지 몸체는 상기 절연층의 하부에 배치되고, 내부에 냉각 유로가 형성된다.The variable temperature electrostatic chuck for achieving the above object of the present invention includes a dielectric layer, a ceramic thermal conductive layer, an insulating layer and a support body. The dielectric layer has an electrostatic electrode generating an electrostatic force for adsorbing a substrate placed thereon and has a first heat transfer coefficient. The ceramic thermal conductive layer includes a first surface adjacent to the dielectric layer and a second surface opposite to the first surface, and a heating electrode for generating heat for heating the substrate is formed by patterning the second surface. And a second heat transfer coefficient higher than the first heat transfer coefficient. The insulating layer is integrally formed in contact with the second surface of the ceramic heat conductive layer, and has a third heat transfer coefficient lower than the first heat transfer coefficient. The support body is disposed under the insulating layer, and a cooling passage is formed therein.

일 실시예에서, 상기 세라믹 열전도층 및 상기 절연층은 소성 공정을 통해 일체로 형성될 수 있다.In one embodiment, the ceramic thermal conductive layer and the insulating layer may be integrally formed through a firing process.

일 실시예에서, 상기 유전층, 세라믹 열전도층 및 절연층은 소성 공정을 통해 일체로 형성될 수 있다.In one embodiment, the dielectric layer, the ceramic thermal conductive layer and the insulating layer may be integrally formed through a firing process.

일 실시예에서, 상기 유전층 및 세라믹 열전도층은 질화알루미늄(AlN)으로 이루어질 수 있다.In one embodiment, the dielectric layer and the ceramic thermal conductive layer may be made of aluminum nitride (AlN).

일 실시예에서, 상기 절연층과 지지 몸체 사이에 구비되는 제2 유전층을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, it may further include a second dielectric layer provided between the insulating layer and the support body.

일 실시예에서, 상기 발열 전극은 상기 제2 면으로부터 상기 세라믹 열전도층의 외측으로 돌출되어 형성될 수 있다.In one embodiment, the heating electrode may protrude from the second surface to the outside of the ceramic thermal conductive layer.

일 실시예에서, 상기 발열 전극은 상기 제2 면으로부터 상기 세라믹 열전도층의 내측으로 돌출되어 형성될 수 있다.In one embodiment, the heating electrode may protrude from the second surface to the inside of the ceramic thermal conductive layer.

일 실시예에서, 상기 세라믹 열전도층은 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC) 및 질화규소(Si3N4)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나가 포함된 세라믹 물질로 이루어질 수 있다.In one embodiment, the ceramic thermal conductive layer may be formed of a ceramic material including at least one selected from the group consisting of aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and silicon nitride (Si3N4).

일 실시예에서, 상기 세라믹 열전도층은 0.5mm 내지 2㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하다.In one embodiment, the ceramic thermal conductive layer preferably has a thickness of 0.5mm to 2mm.

일 실시예에서, 상기 발열 전극은 10㎛ 내지 300㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.In one embodiment, the heating electrode preferably has a thickness of 10㎛ to 300㎛.

일 실시예에서, 상기 발열 전극 간의 폭은 0.5mm 내지 2mm인 것이 바람직하다.In one embodiment, the width between the heating electrode is preferably 0.5mm to 2mm.

일 실시예에서, 상기 절연층은 비정질 글라스계로 이루어진 것이 바람직하다.In one embodiment, the insulating layer is preferably made of an amorphous glass system.

일 실시예에서, 상기 절연층은 50㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.In one embodiment, the insulating layer preferably has a thickness of 50㎛ to 500㎛.

상술한 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위하여, 기판 처리 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 공정 챔버, 상기 공정 챔버와 연결되며, 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 상기 공정 챔버의 내부로 제공하는 가스 제공부, 및 상기 공정 챔버의 내부에 배치되고, 상기 공정 가스를 통해 처리되는 기판을 지지하면서 고정하는 온도 가변형 정전척을 포함하며, 상기 온도 가변형 정전척은 상부에 놓여지는 상기 기판을 흡착하기 위한 정전기력이 발생하는 정전 전극이 배치되고 제1 열전달 계수를 갖는 유전층, 상기 유전층에 인접하는 제1 면 및 상기 제1 면에 반대하는 제2 면을 포함하고, 상기 기판을 가열하기 위한 열이 발생하는 발열 전극이 상기 제2 면에 패터닝되어 형성되며, 상기 제1 열전달 계수보다 높은 제2 열전달 계수를 갖는 세라믹 열전도층, 상기 세라믹 열전도층의 제2 면과 접하여 일체로 형성되며, 상기 제1 열전달 계수보다 낮은 제3 열전달 계수를 갖는 절연층, 및 상기 절연층의 하부에 배치되고, 내부에 냉각 유로가 형성된 지지 몸체를 포함한다. In order to achieve the above object of the present invention, the substrate processing apparatus is connected to the process chamber, the process chamber for providing a space for processing the substrate, the process gas for processing the substrate into the process chamber A gas supply unit for providing a temperature variable electrostatic chuck disposed in the process chamber and supporting and fixing a substrate to be processed through the process gas, wherein the temperature variable electrostatic chuck holds the substrate placed thereon. An electrostatic force for generating an electrostatic force for adsorption comprising a dielectric layer having a first heat transfer coefficient, a first surface adjacent to the dielectric layer and a second surface opposite to the first surface, the heat for heating the substrate The generated heating electrode is formed by patterning the second surface and has a second heat transfer coefficient higher than the first heat transfer coefficient. A heat conductive layer, an insulating layer formed integrally with the second surface of the ceramic heat conductive layer, having a third heat transfer coefficient lower than the first heat transfer coefficient, and disposed below the insulating layer, and having a cooling flow path formed therein; And a support body.

일 실시예에서, 상기 세라믹 열전도층 및 상기 절연층은 소성 공정을 통해 일체로 형성될 수 있다.In one embodiment, the ceramic thermal conductive layer and the insulating layer may be integrally formed through a firing process.

일 실시예에서, 상기 유전층, 세라믹 열전도층 및 절연층은 소성 공정을 통해 일체로 형성될 수 있다.In one embodiment, the dielectric layer, the ceramic thermal conductive layer and the insulating layer may be integrally formed through a firing process.

일 실시예에서, 상기 유전층 및 세라믹 열전도층은 질화알루미늄(AlN)으로 이루어질 수 있다.In one embodiment, the dielectric layer and the ceramic thermal conductive layer may be made of aluminum nitride (AlN).

이와 같은 온도 가변형 정전척 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 따르면, 세라믹 열전도층의 일면에 발열 전극을 패터닝하고, 세라믹 열전도층 하부에 배치되는 절연층을 본딩하지 않고 세라믹 열전도층과 일체로 형성함으로써, 본딩층에 의한 열손실을 방지하고 열전달 효율 및 열응답성을 향상시킬 수 있다.According to such a temperature-variable electrostatic chuck and a substrate processing apparatus including the same, a heating electrode is patterned on one surface of the ceramic thermal conductive layer and formed integrally with the ceramic thermal conductive layer without bonding the insulating layer disposed below the ceramic thermal conductive layer. It is possible to prevent heat loss by the bonding layer and to improve heat transfer efficiency and heat response.

또한, 소성공정을 통해 일체화된 세라믹 열전도층과 절연층은 발열 전극에 의해 발생하는 고온에 대하여 열적 내구성을 확보할 수 있다.In addition, the ceramic thermal conductive layer and the insulating layer integrated through the firing process may ensure thermal durability against high temperature generated by the heating electrode.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변형 정전척을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 가변형 정전척을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 온도 가변형 정전척을 포함하는 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 온도 가변형 정전척의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a temperature-variable electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of a temperature-variable electrostatic chuck according to another embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram schematically illustrating a substrate processing apparatus including the temperature-variable electrostatic chuck of FIG. 1.
4 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the temperature-variable electrostatic chuck shown in FIG. 1.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 발명의 명확성을 기하기 위해 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 설명하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the invention, and are actually shown in a smaller scale than the actual dimensions in order to explain the schematic configuration. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 온도 가변형 정전척 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a temperature-variable electrostatic chuck and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변형 정전척을 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a temperature-variable electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 온도 가변형 정전척(100)은 유전층(110), 세라믹 열전도층(120a), 절연층(130a) 및 지지 몸체(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the variable temperature electrostatic chuck 100 according to the present embodiment includes a dielectric layer 110, a ceramic thermal conductive layer 120a, an insulating layer 130a, and a support body 140.

유전층(110)은 상부에 놓여지는 기판(10)을 지지한다. 여기서, 기판(10)은 집적 회로 소자의 반도체 소자 또는 디스플레이 소자를 제조하기 위한 웨이퍼(wafer) 또는 유리기판일 수 있다.The dielectric layer 110 supports the substrate 10 placed thereon. Here, the substrate 10 may be a wafer or glass substrate for manufacturing a semiconductor device or a display device of an integrated circuit device.

유전층(110)에는 기판(10)을 고정하기 위하여 정전기력이 발생하는 정전 전극(115)이 배치된다. 여기서, 정전 전극(115)은 유전층(110)의 내부에 넓은 플레이트(plate) 형태로 매설될 수 있다. 정전 전극(115)은 열팽창률이 낮은 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 혼합물이 포함된 금속 물질로 이루어질 수 있다.In the dielectric layer 110, an electrostatic electrode 115 generating an electrostatic force is disposed to fix the substrate 10. Herein, the electrostatic electrode 115 may be buried in a wide plate form in the dielectric layer 110. The electrostatic electrode 115 may be formed of a metal material including tungsten (W) and molybdenum (Mo) having low thermal expansion coefficient or a mixture thereof.

유전층(110)은 열전달 효율을 고려하여 약 10 W/(m·K) 내지 30 W/(m·K)의 제1 열전달 계수를 가질 수 있으며, 0.5mm 내지 5㎜의 두께를 가질 수 있다.The dielectric layer 110 may have a first heat transfer coefficient of about 10 W / (m · K) to 30 W / (m · K) in consideration of heat transfer efficiency, and may have a thickness of 0.5 mm to 5 mm.

유전층(110)은 절연성의 세라믹 물질로 이루어진다. 구체적으로, 유전층(110)은 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화이트륨(Y2O3) 또는 이들의 혼합물이 포함된 세라믹 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유전층(110)은 약 90% 내지 99% 함량의 산화알루미늄(Al2O3)에 산화마그네슘(MgO) 또는 산화규소(SiO2)를 첨가하여 조성되거나, 약 90% 내지 99% 함량의 산화이트륨(Y2O3)에 탄소(C), 흑연(Graphite), 탄소나노튜브(CNT)를 첨가하여 조성될 수 있다. 이럴 경우, 유전층(110)의 체적 저항은 약 1014Ω㎝ 내지 1016Ω㎝의 고저항 특성을 가지게 되며, 약 8 내지 12의 유전상수를 가질 수 있다. The dielectric layer 110 is made of an insulating ceramic material. In detail, the dielectric layer 110 may be formed of a ceramic material including aluminum oxide (Al 2 O 3) and yttrium oxide (Y 2 O 3) or a mixture thereof. For example, the dielectric layer 110 may be formed by adding magnesium oxide (MgO) or silicon oxide (SiO 2) to about 90% to 99% of aluminum oxide (Al 2 O 3), or about 90% to 99% of yttrium oxide. It may be formed by adding carbon (C), graphite, and carbon nanotubes (CNT) to (Y 2 O 3). In this case, the volume resistance of the dielectric layer 110 may have a high resistance characteristic of about 10 14 Ωcm to 10 16 Ωcm, and may have a dielectric constant of about 8 to 12.

세라믹 열전도층(120a)은 유전층(110)의 하부에 배치된다. 세라믹 열전도층(120a)은 유전층(110)에 인접하는 제1 면(121) 및 제1 면(121)에 반대하는 제2 면(122)을 포함한다. 세라믹 열전도층(120a)의 제2 면(122)에는 기판(10)을 가열하기 위한 열이 발생하는 발열 전극(125a)이 패터닝되어 형성된다. 발열 전극(125a)의 패터닝은 800℃ 이상의 고온에서 세라믹 소성 공정을 통해 형성되어 세라믹 열전도층(120a)과의 긴밀성을 높일 수 있다. 발열 전극(125a)과 세라믹 열전도층(120a)을 본딩으로 접합하는 종래기술의 경우, 내열성은 120℃에 미치지 못하지만, 본 발명과 같이 세라믹 소성 공정으로 일체화를 이룰 경우, 360℃ 이하의 온도에서 열적인 내구성을 갖는다.The ceramic thermal conductive layer 120a is disposed under the dielectric layer 110. The ceramic thermal conductive layer 120a includes a first surface 121 adjacent to the dielectric layer 110 and a second surface 122 opposite to the first surface 121. The second surface 122 of the ceramic thermal conductive layer 120a is formed by patterning a heating electrode 125a that generates heat for heating the substrate 10. The patterning of the heating electrode 125a may be formed through a ceramic firing process at a high temperature of 800 ° C. or higher to increase the closeness with the ceramic thermal conductive layer 120a. In the prior art in which the heating electrode 125a and the ceramic thermal conductive layer 120a are bonded by bonding, the heat resistance is less than 120 ° C., but when integrated with a ceramic firing process as in the present invention, heat is performed at a temperature of 360 ° C. or less Has durability.

발열 전극(125a)은 단면적으로 보았을 때 제2 면(122)으로부터 세라믹 열전도층(120a)의 외측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 즉, 발열 전극(125a)의 일면이 세라믹 열전도층(120a)의 제2 면에 접하고, 세라믹 열전도층(120a)의 하부에 위치하는 절연층(130a)이 발열 전극(125a)의 측면과 일면에 대향하는 타면을 둘러싸는 구조를 갖는다. 여기서, 절연층(130a)의 두께는 발열 전극(125a)보다 두껍게 형성된다. 또한, 발열 전극(125a)은 평면적으로 보았을 때 나선 형상 또는 요철 형상으로 배치될 수 있다. 발열 전극(125a)은 단수 혹은 다수의 직렬/병렬 회로 구조로 구성 될 수 있다. 한편, 발열 전극(125a)은 컨트롤러(미도시)에 의해 발열 온도가 조절될 수 있다.The heating electrode 125a may be formed to protrude from the second surface 122 to the outside of the ceramic thermal conductive layer 120a when viewed in cross section. That is, one surface of the heating electrode 125a is in contact with the second surface of the ceramic thermal conductive layer 120a, and an insulating layer 130a disposed under the ceramic thermal conductive layer 120a is disposed on the side and one surface of the heating electrode 125a. It has a structure surrounding the opposite surface. Here, the thickness of the insulating layer 130a is formed thicker than the heating electrode 125a. In addition, the heating electrode 125a may be disposed in a spiral shape or an uneven shape when viewed in plan view. The heating electrode 125a may have a single or multiple series / parallel circuit structure. On the other hand, the heating electrode 125a may be controlled to the heating temperature by a controller (not shown).

발열 전극(125a)의 제조 방법으로는 금속 페이스트 프린팅(Metal Paste Printing), 금속 스프레이 코팅, 플라즈마에 의한 금속박막 증착법 등이 적용될 수 있다. 예를 들어, 발열 전극(125a)은 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti) 등의 금속 페이스트를 통해 제조할 수 있고, 이들은 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.As the method of manufacturing the heating electrode 125a, metal paste printing, metal spray coating, metal thin film deposition by plasma, or the like may be applied. For example, the heating electrode 125a may be manufactured through a metal paste such as silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), or titanium (Ti). These may be used alone or in combination of two or more thereof.

또한, 발열 전극(125a)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti) 등의 분말 소재를 통해 제조될 수도 있고, 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 또는 질화티타늄(TiN) 등의 박막 소재를 통해 제조될 수도 있다. 발열 전극(125a)은 금속 소재를 주성분으로 하고, 부가로 세라믹 성분 등을 더 포함할 수 있다. In addition, the heating electrode 125a may be made of a powder material such as tungsten (W), molybdenum (Mo), or titanium (Ti), and may include gold (Au), nickel (Ni), titanium (Ti), or titanium nitride. It may also be produced through a thin film material such as (TiN). The heating electrode 125a has a metal material as a main component, and may further include a ceramic component and the like.

발열 전극(125a)은 약 1Ω 내지 100Ω의 저항을 가지며, 10㎛ 내지 300㎛의 두께, 3m 내지 30m의 길이로 형성될 수 있다. 발열 전극(125a)의 두께가 10㎛보다 작게 되면, 전열을 위한 전류를 통과가 어려울 수 있고, 300㎛를 초과 하게 되면, 세라믹 열전도층(120a)과 긴밀하게 형성하는 공정의 난이도가 높아지며, 세라믹 열전도층(120a)과의 사이에서 들뜸이 발생할 수 있다. 또한, 발열 전극(125a) 간의 폭은 0.5mm 내지 2mm로 형성될 수 있다. 발열 전극(125a) 간의 폭이 0.5mm 보다 작으면 전열시 인가되는 교류전류의 내전압성 확보가 어렵고, 2.0mm 보다 크면 기판(10)으로의 균일한 온도 제어가 어렵다.The heating electrode 125a has a resistance of about 1 kPa to 100 kPa, and may be formed to have a thickness of 10 μm to 300 μm and a length of 3 m to 30 m. When the thickness of the heating electrode 125a is smaller than 10 μm, it may be difficult to pass a current for heat transfer, and when the thickness of the heating electrode 125a is greater than 300 μm, the difficulty of forming the electrode 10 in close contact with the ceramic heat conductive layer 120a may be increased. Lifting may occur between the thermal conductive layer 120a. In addition, a width between the heating electrodes 125a may be formed to be 0.5 mm to 2 mm. When the width between the heating electrodes 125a is smaller than 0.5 mm, it is difficult to secure the withstand voltage of the alternating current applied during heat transfer, and when it is larger than 2.0 mm, uniform temperature control to the substrate 10 is difficult.

세라믹 열전도층(120a)은 제1 열전달 계수보다 높은 제2 열전달 계수를 갖는다. 예를 들어, 제2 열전달 계수는 90 W/(m·K) 내지 320 W/(m·K) 인 것이 바람직하다. 또한, 세라믹 열전도층(120a)은 열전도성이 우수한 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나가 포함된 세라믹 물질로 이루어질 수 있으며, 0.5mm 내지 2㎜의 두께를 가질 수 있다. 세라믹 열전도층(120a)의 두께가 0.5mm 이하에서는 가공성이 낮으며, 열선(Heat Flux)이 겹치는 영역이 적어져서 온도 균일도가 나빠질 수 있다. 반면에 2.0mm 이상에서는 온도 균일도가 우수하나 열전달 효율이 낮아질 수 있다. 아울러, 세라믹 열전도층(120a)의 열전달 효율은 그 두께가 2.0mm 이상일 경우, 열전달 효율 특성이 포화되는 경향을 보이므로, 두께 증가 대비 열전달 효율 특성의 큰 향상을 기대하기는 어렵다.The ceramic heat conduction layer 120a has a second heat transfer coefficient higher than the first heat transfer coefficient. For example, the second heat transfer coefficient is preferably 90 W / (m · K) to 320 W / (m · K). In addition, the ceramic thermal conductive layer 120a may be made of a ceramic material including at least one selected from the group consisting of aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and silicon nitride (Si3N4) having excellent thermal conductivity, and may be 0.5 mm. It may have a thickness of 2mm. If the thickness of the ceramic thermal conductive layer 120a is 0.5 mm or less, the workability is low, and the temperature uniformity may be deteriorated because fewer regions overlap the heat flux. On the other hand, the temperature uniformity is better than 2.0mm, but the heat transfer efficiency may be lowered. In addition, since the heat transfer efficiency of the ceramic heat conduction layer 120a tends to be saturated when the thickness thereof is 2.0 mm or more, it is difficult to expect a large improvement in the heat transfer efficiency characteristic compared to the increase in thickness.

절연층(130a)은 세라믹 열전도층(120a)의 하부에 배치된다. 절연층(130a)은 발열 전극(125a)으로부터 하부로 발생된 열을 차단하여 상부로 유도한다. 절연층(130a)에 의하여 상부로의 열전달을 증가시키고 하부로의 열손실은 감소시키면서 보다 효과적으로 기판을 균일하게 가열할 수 있다. 이를 위하여, 절연층(130a)은 세라믹 열전도층(120a)의 제2 열전달 계수뿐만 아니라 유전층(110)의 제1 열전달 계수보다도 더 낮은 제3 열전달 계수를 갖는다. 예를 들어, 제3 열전달 계수는 0.5 W/(m·K) 내지 5 W/(m·K)인 것이 바람직하다. 또한, 절연층(130a)은 108Ω㎝ 내지 1016Ω㎝의 체적저항을 가질 수 있다.The insulating layer 130a is disposed under the ceramic thermal conductive layer 120a. The insulating layer 130a blocks the heat generated downward from the heating electrode 125a and leads to the upper portion. The insulating layer 130a may increase the heat transfer to the top and reduce the heat loss to the bottom, thereby heating the substrate more uniformly. For this purpose, the insulating layer 130a has a third heat transfer coefficient lower than the first heat transfer coefficient of the dielectric layer 110 as well as the second heat transfer coefficient of the ceramic heat conductive layer 120a. For example, the third heat transfer coefficient is preferably 0.5 W / (m · K) to 5 W / (m · K). In addition, the insulating layer 130a may have a volume resistance of 10 8 cm 3 to 10 16 cm 3.

절연층(130a)은 세라믹 열전도층(120a)의 제2 면(122)과 접하여 일체로 형성된다. 세라믹 열전도층(120a)과 절연층(130a)은 소성 공정을 통해 일체화될 수 있다. 소성 공정은 조합된 원료를 가열하여 경화성 물질을 만드는 방법을 말한다. 즉, 각 레이어를 본딩으로 접합하는 종래기술과 달리, 발열 전극(125a)을 중심으로 상부에는 세라믹 열전도층(120a)을 소성 가공하고, 하부에는 절연층(130a)을 소성 가공하여 일체화시킨다. 본딩층의 내열성은 120℃에 미치지 못하지만, 본 실시예의 세라믹 열전도층(120a)과 절연층(130a)은 세라믹 소성공법으로 일체화를 이루어, 360℃ 이하의 온도에서 열적인 내구성을 갖는다.The insulating layer 130a is integrally formed in contact with the second surface 122 of the ceramic thermal conductive layer 120a. The ceramic thermal conductive layer 120a and the insulating layer 130a may be integrated through a firing process. Firing process refers to a method of heating a combined raw material to make a curable material. That is, unlike the prior art in which the respective layers are bonded by bonding, the ceramic thermal conductive layer 120a is subjected to plastic processing on the upper part of the heating electrode 125a and the insulating layer 130a is integrated on the lower part. Although the heat resistance of the bonding layer does not reach 120 ° C., the ceramic thermal conductive layer 120a and the insulating layer 130a of the present embodiment are integrated by a ceramic firing method, and have thermal durability at a temperature of 360 ° C. or less.

한편, 다른 실시예로서, 유전층(110), 세라믹 열전도층(120a) 및 절연층(130a)은 모두 소성 공정을 통해 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 유전층(110)과 세라믹 열전도층(120a)은 질화알루미늄(AlN)으로 이루어질 수 있다. 따라서, 각 층을 본딩하지 않고 일체로 형성함으로써, 본딩층에 의한 열손실을 방지하고 열전달 효율 및 열응답성을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, as another embodiment, the dielectric layer 110, the ceramic thermal conductive layer 120a, and the insulating layer 130a may be integrally formed through a firing process. In this case, the dielectric layer 110 and the ceramic thermal conductive layer 120a may be made of aluminum nitride (AlN). Therefore, by forming each layer integrally without bonding, it is possible to prevent heat loss by the bonding layer and to improve heat transfer efficiency and thermal response.

절연층(130a)은 비정질 글라스계 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연층(130a)은 산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화 아연(ZnO) 등과 같은 고온 소성 타입의 글라스계 세라믹 물질로 이루어질 수 있고, 이들은 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 달리, 절연층(130a)은 실리콘, 아크릴, 에폭시 등의 폴리머 물질이 단독으로 이루어질 수도 있고 또는 둘 이상을 혼합한 물질로 이루어질 수도 있다.The insulating layer 130a may be made of an amorphous glass material. For example, the insulating layer 130a may be made of a glass-based ceramic material of a high temperature firing type such as silicon oxide (SiO 2), magnesium oxide (MgO), zinc oxide (ZnO), or the like, which may be used alone or in combination of two or more. Can be mixed and used. Alternatively, the insulating layer 130a may be made of a polymer material such as silicon, acrylic, epoxy, or the like, or may be made of a material in which two or more are mixed.

절연층(130a)은 50㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다. 절연층(130a)의 두께가 약 50㎛ 미만일 경우에는 하부에 배치되는 지지 몸체(140)의 냉각 유로(145)에 흐르는 냉각 유체의 영향으로 기판(10)의 온도가 균일하지 못하게 될 뿐만 아니라 기판(10)으로 전달되는 열효율이 떨어지게 되어 발열 전극(125a)으로부터 불필요하게 많은 양의 열을 발생시켜야 하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 상기와 같은 경우에는 절연층(130a)의 하부에 배치된 지지 몸체(140)로 비교적 많은 량의 열이 전달됨에 따라 이를 냉각시키기 위하여 냉각 유로(145)에 다량의 냉각 유체를 흘려주거나 냉각에 걸리는 시간이 많이 소요되므로 바람직하지 않다. 반면, 절연층(130a)의 두께가 약 500㎛를 초과할 경우에는 발열 전극(125a)으로부터 열을 차단하는 효과에 변화가 없으므로 구조 상 바람직하지 않다. 따라서, 절연층(130a)은 두껍지 않으면서 발열 전극(125a)으로부터 지지 몸체(140)로 전달되는 열을 효과적으로 차단할 수 있는 약 50㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. The insulating layer 130a may have a thickness of 50 μm to 500 μm. When the thickness of the insulating layer 130a is less than about 50 μm, the temperature of the substrate 10 may not be uniform due to the influence of the cooling fluid flowing in the cooling passage 145 of the support body 140 disposed below, and the substrate may not be uniform. It is not preferable because the thermal efficiency delivered to the (10) is lowered to generate an unnecessarily large amount of heat from the heating electrode 125a. In this case, as a relatively large amount of heat is transferred to the support body 140 disposed under the insulating layer 130a, a large amount of cooling fluid is flowed or cooled in the cooling channel 145 to cool it. It is not preferable because it takes a lot of time. On the other hand, when the thickness of the insulating layer 130a exceeds about 500㎛, since there is no change in the effect of blocking heat from the heating electrode 125a, it is not preferable in structure. Therefore, the insulating layer 130a preferably has a thickness of about 50 μm to 500 μm that is capable of effectively blocking heat transferred from the heating electrode 125a to the support body 140 without being thick.

지지 몸체(140)는 절연층(130a)의 하부에 배치되어, 상부 구성인 유전층(110), 세라믹 열전도층(120a) 및 절연층(130a)을 전체적으로 지지하는 받침대 역할을 수행한다. 지지 몸체(140)는 내부에 균일하게 분포된 냉각 유로(145)를 갖는다. 지지 몸체(140)는 냉각 유로(145)에 냉각 유체를 흘려줌으로써, 절연층(130a)으로부터 일부 전달된 열을 냉각시킬 수 있다. The support body 140 is disposed under the insulating layer 130a and serves as a pedestal for supporting the dielectric layer 110, the ceramic thermal conductive layer 120a, and the insulating layer 130a as the upper components. The support body 140 has a cooling passage 145 uniformly distributed therein. The support body 140 may cool the heat partially transferred from the insulating layer 130a by flowing a cooling fluid into the cooling channel 145.

한편, 온도 가변형 정전척(100)은 유전층(110)과 세라믹 열전도층(120a)을 본딩하는 제1 층(미도시), 및 절연층(130a)과 지지 몸체(140)를 본딩하는 제2 본딩층(미도시)을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the temperature-variable electrostatic chuck 100 has a first layer (not shown) bonding the dielectric layer 110 and the ceramic thermal conductive layer 120a and a second bonding bonding the insulating layer 130a and the support body 140. It may further include a layer (not shown).

이와 같이, 상부 유전층(110)의 제1 열전달 계수보다 높은 제2 열전달 계수를 갖는 세라믹 열전도층(120a)의 일면에 발열 전극(125a)을 패터닝하고, 제1 열전달 계수보다 낮은 제3 열전달 계수를 갖는 절연층(130a)을 세라믹 열전도층(120a)과 본딩하지 않고 일체로 형성함으로써, 본딩층에 의한 열손실을 방지하고 열전달 효율 및 열응답성을 향상시킬 수 있다.As such, the heating electrode 125a is patterned on one surface of the ceramic heat conduction layer 120a having the second heat transfer coefficient higher than the first heat transfer coefficient of the upper dielectric layer 110, and the third heat transfer coefficient lower than the first heat transfer coefficient is applied. By integrally forming the insulating layer 130a without bonding with the ceramic thermal conductive layer 120a, heat loss caused by the bonding layer can be prevented and heat transfer efficiency and thermal response can be improved.

또한, 소성 공정을 통해 일체화된 세라믹 열전도층(120a)과 절연층(130a)은 발열 전극(125a)에 의해 발생하는 고온에 대하여 열적 내구성을 확보할 수 있다.In addition, the ceramic thermal conductive layer 120a and the insulating layer 130a integrated through the firing process may ensure thermal durability against high temperature generated by the heating electrode 125a.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 가변형 정전척을 개략적으로 나타낸 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a temperature-variable electrostatic chuck according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 온도 가변형 정전척(100)은 유전층(110), 세라믹 열전도층(120b), 절연층(130b) 및 지지 몸체(140)를 포함한다. 본 실시예에서 발열 전극(125b)은 제2 면(122)으로부터 세라믹 열전도층(120b)의 내측으로 돌출되는 점과 제2 유전층(150)이 더 포함되는 점을 제외하고 정전척(100)의 기타 구성에 대한 설명은 도 1에서의 설명과 동일하므로 중복되는 설명을 생략하기로 한다.Referring to FIG. 2, the variable temperature electrostatic chuck 100 according to the present embodiment includes a dielectric layer 110, a ceramic thermal conductive layer 120b, an insulating layer 130b, and a support body 140. In the present exemplary embodiment, the heating electrode 125b is formed of the electrostatic chuck 100 except that the second electrode 122b protrudes from the second surface 122 to the inside of the ceramic thermal conductive layer 120b and further includes a second dielectric layer 150. Descriptions of other components are the same as those in FIG. 1, and thus redundant descriptions thereof will be omitted.

발열 전극(125b)은 단면적으로 보았을 때 제2 면(122)으로부터 세라믹 열전도층(120b)의 내측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 즉, 발열 전극(125b)의 일면이 세라믹 열전도층(120b)의 하부에 위치하는 절연층(130b)의 일면에 접하고, 세라믹 열전도층(120b)이 발열 전극(125b)의 측면과 일면에 대향하는 타면을 둘러싸는 구조를 갖는다. 여기서, 세라믹 열전도층(120b)의 두께는 발열 전극(125b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 한편, 발열 전극(125b), 세라믹 열전도층(120b) 및 절연층(130b)의 제조방법은 도 1의 실시예와 관련하여 설명된 제조방법과 동일하다.The heating electrode 125b may be formed to protrude from the second surface 122 to the inside of the ceramic thermal conductive layer 120b when viewed in cross section. That is, one surface of the heating electrode 125b is in contact with one surface of the insulating layer 130b positioned below the ceramic thermal conductive layer 120b, and the ceramic thermal conductive layer 120b is opposite to the side surface and one surface of the heating electrode 125b. It has a structure surrounding the other surface. Here, the thickness of the ceramic thermal conductive layer 120b may be formed thicker than the heating electrode 125b. Meanwhile, the manufacturing method of the heating electrode 125b, the ceramic thermal conductive layer 120b, and the insulating layer 130b is the same as the manufacturing method described with reference to the embodiment of FIG. 1.

이와 같이, 발열 전극(125b)이 세라믹 열전도층(120b)에 접하는 면적을 증가시킴으로써, 열전달을 증가시킬 수 있다. As such, the heat transfer may be increased by increasing the area in which the heating electrode 125b is in contact with the ceramic thermal conductive layer 120b.

또한, 본 실시예에 따른 온도 가변형 정전척(100)은 절연층(130a)과 지지 몸체(140) 사이에 구비되는 제2 유전층(150)을 더 포함할 수 있다. 고온으로 갈수록 발열 전극(125a)으로부터 누설되는 전류가 증가될 수 있는데, 절연층(130a)과 지지 몸체(140) 사이에 제2 유전층(150)이 배치됨으로써 지지 몸체(140)로의 전류 누설을 차단할 수 있다. 제2 유전층(150)은 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화이트륨(Y2O3) 또는 이들의 혼합물이 포함된 세라믹 물질로 이루어질 수 있다. 제2 유전층(150)의 체적저항은 약 1010Ω㎝ 내지 1016Ω㎝의 저항 특성과 약 8 내지 12의 유전상수를 가질 수 있다. 제2 유전층(150)은 지지 몸체(140)로의 열손실 방지를 위해 유전층(110)과 동일한 약 10 W/(m·K) 내지 30 W/(m·K)의 제1 열전달 계수를 가질 수 있다. 여기서, 제2 유전층(150)은 제3 본딩층(미도시)에 의해 지지 몸체(140)에 부착될 수 있다. In addition, the temperature-variable electrostatic chuck 100 according to the present exemplary embodiment may further include a second dielectric layer 150 provided between the insulating layer 130a and the support body 140. The current leaking from the heating electrode 125a may increase as the temperature increases, and the second dielectric layer 150 is disposed between the insulating layer 130a and the support body 140 to block current leakage to the support body 140. Can be. The second dielectric layer 150 may be made of a ceramic material including aluminum oxide (Al 2 O 3) and yttrium oxide (Y 2 O 3) or a mixture thereof. The volume resistance of the second dielectric layer 150 may have a resistance characteristic of about 10 10 Ωcm to 10 16 Ωcm and a dielectric constant of about 8 to 12. The second dielectric layer 150 may have a first heat transfer coefficient of about 10 W / (m · K) to 30 W / (m · K) equal to the dielectric layer 110 to prevent heat loss to the support body 140. have. Here, the second dielectric layer 150 may be attached to the support body 140 by a third bonding layer (not shown).

도 3은 도 1의 온도 가변형 정전척을 포함하는 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 3 is a configuration diagram schematically illustrating a substrate processing apparatus including the temperature-variable electrostatic chuck of FIG. 1.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000)는 공정 챔버(200), 가스 제공부(300) 및 온도 가변형 정전척(100)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the substrate processing apparatus 1000 according to the exemplary embodiment includes a process chamber 200, a gas providing unit 300, and a temperature-variable electrostatic chuck 100.

공정 챔버(200)는 반도체 소자 또는 디스플레이 소자와 같은 집적 회로 소자를 제조하기 위하여 기판(10)을 처리하는 공간을 제공한다. 예를 들어, 공정 챔버(200)에서는 기판(10)을 대상으로 식각 공정이 수행될 수 있다. 이때, 공정 챔버(200)의 내부는 식각 공정이 보다 원활하게 이루어지도록 고진공 상태가 유지될 수 있다.The process chamber 200 provides a space for processing the substrate 10 to manufacture integrated circuit devices such as semiconductor devices or display devices. For example, in the process chamber 200, an etching process may be performed on the substrate 10. At this time, the inside of the process chamber 200 may be maintained in a high vacuum state to make the etching process more smoothly.

가스 제공부(300)는 공정 챔버(200)와 연결된다. 가스 제공부(300)는 기판(10)을 처리하기 위한 공정 가스(20)를 외부로부터 공정 챔버(200)의 내부로 제공한다. 이때, 가스 제공부(300)는 원활한 제공을 위하여 공정 챔버(200)의 상부에 연결될 수 있다. The gas provider 300 is connected to the process chamber 200. The gas provider 300 provides a process gas 20 for processing the substrate 10 from the outside into the process chamber 200. In this case, the gas providing unit 300 may be connected to the upper portion of the process chamber 200 to provide a smooth.

여기서, 공정 가스(20)는 식각 공정 시 필요한 플라즈마의 생성을 위한 불활성 가스, 또는 실질적인 식각을 위한 소오스 가스일 수 있다. 한편, 가스 제공부(300)에는 공정 챔버(200)의 내부에서 플라즈마가 생성되도록 외부로부터 고주파 전압이 인가될 수 있다. Here, the process gas 20 may be an inert gas for generating plasma required for the etching process, or a source gas for substantial etching. Meanwhile, a high frequency voltage may be applied to the gas providing unit 300 from the outside so that the plasma is generated inside the process chamber 200.

온도 가변형 정전척(100)은 공정 챔버(200)의 내부에 배치된다. 구체적으로, 정전척(100)은 공정 챔버(200)의 하부에 배치되어 기판(10)을 지지하면서 고정한다. The temperature variable electrostatic chuck 100 is disposed in the process chamber 200. In detail, the electrostatic chuck 100 is disposed below the process chamber 200 to fix the electrostatic chuck 100 while supporting the substrate 10.

이러한 온도 가변형 정전척(100)은 도 1 및 도 2를 참조한 설명에서와 같이 열전달 효율 및 열응답성을 향상시킬 수 있음에 따라, 기판 처리 장치(1000)의 생산성 및 열적 내구성을 향상시킬 수 있다.The temperature-variable electrostatic chuck 100 may improve heat transfer efficiency and thermal response as described with reference to FIGS. 1 and 2, thereby improving productivity and thermal durability of the substrate processing apparatus 1000. .

도 4는 도 1에 도시된 정전척의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the electrostatic chuck illustrated in FIG. 1.

도 4를 참조하면, 정전척(100)의 제조 방법은 발열 전극(125a)이 패터닝된 세라믹 열전도층(120a)을 형성한다(S110). 세라믹 열전도층(120a)은 제1 면(121) 및 제1 면(121)에 반대하는 제2 면(122)을 포함한다. 세라믹 열전도층(120a)의 제2 면(122)에는 기판(10)을 가열하기 위한 열이 발생하는 발열 전극(125a)이 패터닝되어 형성된다. 발열 전극(125a)의 패터닝은 800℃ 이상의 고온에서 세라믹 소성 공정을 통해 형성되어 세라믹 열전도층(120a)과의 긴밀성을 높일 수 있다. 발열 전극(125a)과 세라믹 열전도층(120a)을 본딩으로 접합하는 종래기술의 경우, 내열성은 120℃에 미치지 못하지만, 본 발명과 같이 세라믹 소성 공정으로 일체화를 이룰 경우, 360℃ 이하의 온도에서 열적인 내구성을 갖는다.Referring to FIG. 4, in the method of manufacturing the electrostatic chuck 100, the ceramic thermal conductive layer 120a on which the heating electrode 125a is patterned is formed (S110). The ceramic thermal conductive layer 120a includes a first surface 121 and a second surface 122 opposite to the first surface 121. The second surface 122 of the ceramic thermal conductive layer 120a is formed by patterning a heating electrode 125a that generates heat for heating the substrate 10. The patterning of the heating electrode 125a may be formed through a ceramic firing process at a high temperature of 800 ° C. or higher to increase the closeness with the ceramic thermal conductive layer 120a. In the prior art in which the heating electrode 125a and the ceramic thermal conductive layer 120a are bonded by bonding, the heat resistance is less than 120 ° C., but when integrated with a ceramic firing process as in the present invention, heat is performed at a temperature of 360 ° C. or less Has durability.

발열 전극(125a)은 단면적으로 보았을 때 제2 면(122)으로부터 세라믹 열전도층(120a)의 외측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 발열 전극(125a)의 제조 방법으로는 금속 페이스트 프린팅(Metal Paste Printing), 금속 스프레이 코팅, 플라즈마에 의한 금속박막 증착법 등이 적용될 수 있다. The heating electrode 125a may be formed to protrude from the second surface 122 to the outside of the ceramic thermal conductive layer 120a when viewed in cross section. As the method of manufacturing the heating electrode 125a, metal paste printing, metal spray coating, metal thin film deposition by plasma, or the like may be applied.

다른 실시예로서, 발열 전극(125a)은 도 2에 도시된 바와 같이, 세라믹 열전도층(120b)의 제2 면(122)으로부터 세라믹 열전도층(120b)의 내측으로 돌출되어 형성될 수 있다.As another example, the heating electrode 125a may be formed to protrude from the second surface 122 of the ceramic thermal conductive layer 120b to the inside of the ceramic thermal conductive layer 120b as shown in FIG. 2.

다음으로, 세라믹 열전도층(120a)과 절연층(130a)을 소성공정으로 일체화한다(S120). 절연층(130a)은 세라믹 열전도층(120a)의 제2 면(122)과 접하여 일체로 형성된다. 세라믹 열전도층(120a) 및 절연층(130a)은 소성공정을 통해 일체화될 수 있다. 소성공정은 조합된 원료를 가열하여 경화성 물질을 만드는 방법을 말한다. 즉, 각 레이어를 본딩으로 접합하는 종래기술과 달리, 발열 전극(125a)을 중심으로 상부에는 세라믹 열전도층(120a)을 소성 가공하고, 하부에는 절연층(130a)을 소성 가공하여 일체화시킨다. Next, the ceramic thermal conductive layer 120a and the insulating layer 130a are integrated in a firing process (S120). The insulating layer 130a is integrally formed in contact with the second surface 122 of the ceramic thermal conductive layer 120a. The ceramic thermal conductive layer 120a and the insulating layer 130a may be integrated through a firing process. Firing process refers to a method of heating a combined raw material to make a curable material. That is, unlike the prior art in which the respective layers are bonded by bonding, the ceramic thermal conductive layer 120a is subjected to plastic processing on the upper part of the heating electrode 125a and the insulating layer 130a is integrated on the lower part.

다음으로, 세라믹 열전도층(120a) 상에 정전 전극(115)이 배치된 유전층(110)을 본딩한다(S130). 유전층(110)과 세라믹 열전도층(120a) 사이에는 양자를 본딩하는 제1 본딩층이 구비될 수 있다. 유전층(110)에는 기판(10)을 고정하기 위하여 정전기력이 발생하는 정전 전극(115)이 배치된다. 여기서, 정전 전극(115)이 배치된 유전층(110)은 미리 준비될 수 있으며, 단계 S130과 단계 S140의 순서는 필요에 따라 변경될 수 있다.Next, the dielectric layer 110 in which the electrostatic electrode 115 is disposed on the ceramic thermal conductive layer 120a is bonded (S130). A first bonding layer may be provided between the dielectric layer 110 and the ceramic thermal conductive layer 120a to bond both. In the dielectric layer 110, an electrostatic electrode 115 generating an electrostatic force is disposed to fix the substrate 10. Here, the dielectric layer 110 in which the electrostatic electrode 115 is disposed may be prepared in advance, and the order of steps S130 and S140 may be changed as necessary.

한편, 다른 실시예로서, 유전층(110), 세라믹 열전도층(120a) 및 절연층(130a)은 모두 소성 공정을 통해 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 유전층(110)과 세라믹 열전도층(120a)은 질화알루미늄(AlN)으로 이루어질 수 있다. 따라서, 각 층을 본딩하지 않고 일체로 형성함으로써, 본딩층에 의한 열손실을 방지하고 열전달 효율 및 열응답성을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, as another embodiment, the dielectric layer 110, the ceramic thermal conductive layer 120a, and the insulating layer 130a may be integrally formed through a firing process. In this case, the dielectric layer 110 and the ceramic thermal conductive layer 120a may be made of aluminum nitride (AlN). Therefore, by forming each layer integrally without bonding, it is possible to prevent heat loss by the bonding layer and to improve heat transfer efficiency and thermal response.

다음으로, 지지 몸체(140) 상에 절연층(130a)을 본딩한다(S140). 절연층(130a)과 지지 몸체(140) 사이에는 양자를 본딩하는 제2 본딩층이 구비될 수 있다. 지지 몸체(140)는 절연층(130a)의 하부에 배치되어, 상부 구성인 유전층(110), 세라믹 열전도층(120a) 및 절연층(130a)을 전체적으로 지지하는 받침대 역할을 수행한다. Next, the insulating layer 130a is bonded on the support body 140 (S140). A second bonding layer may be provided between the insulating layer 130a and the support body 140 to bond both. The support body 140 is disposed under the insulating layer 130a and serves as a pedestal for supporting the dielectric layer 110, the ceramic thermal conductive layer 120a, and the insulating layer 130a as the upper components.

또한, 온도 가변형 정전척(100)은 절연층(130a)과 지지 몸체(140) 사이에 구비되는 제2 유전층(150)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 유전층(150)은 제3 본딩층(미도시)에 의해 지지 몸체(140)에 부착될 수 있다. In addition, the temperature-variable electrostatic chuck 100 may further include a second dielectric layer 150 provided between the insulating layer 130a and the support body 140. Here, the second dielectric layer 150 may be attached to the support body 140 by a third bonding layer (not shown).

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary skill in the art will be described in the claims to be described later It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 세라믹 열전도층의 일면에 발열 전극을 패터닝하고, 세라믹 열전도층 하부에 배치되는 절연층을 본딩하지 않고 세라믹 열전도층과 일체로 형성함으로써, 본딩층에 의한 열손실을 방지하고 열전달 효율 및 열응답성을 향상시킬 수 있다.As described above, the heating electrode is patterned on one surface of the ceramic thermal conductive layer and formed integrally with the ceramic thermal conductive layer without bonding the insulating layer disposed below the ceramic thermal conductive layer, thereby preventing heat loss caused by the bonding layer and heat transfer. Efficiency and thermal response can be improved.

또한, 소성공정을 통해 일체화된 세라믹 열전도층과 절연층은 발열 전극에 의해 발생하는 고온에 대하여 열적 내구성을 확보할 수 있다.In addition, the ceramic thermal conductive layer and the insulating layer integrated through the firing process may ensure thermal durability against high temperature generated by the heating electrode.

따라서, 상기 정전척 및 이를 포함하는 기판 처리 장치는 생산성 및 생산물의 품질을 향상시켜 경쟁력을 확보할 수 있다.Therefore, the electrostatic chuck and the substrate processing apparatus including the same may secure competitiveness by improving productivity and product quality.

10 : 기판 20 : 공정 가스
100 : 온도 가변형 정전척 110 : 유전층
115 : 정전 전극 120a, 120b : 세라믹 열전도층
125a, 125b : 발열 전극 130a, 130b : 절연층
140 :지지 몸체 145 : 냉각 유로
150 : 제2 유전층
200 : 공정 챔버 300 : 가스 제공부
1000 : 기판 처리 장치10 substrate 20 process gas
100: variable temperature electrostatic chuck 110: dielectric layer
115: electrostatic electrode 120a, 120b: ceramic thermal conductive layer
125a, 125b: heating electrode 130a, 130b: insulating layer
140: support body 145: cooling flow path
150: second dielectric layer
200: process chamber 300: gas providing unit
1000: Substrate Processing Unit

Claims (15)

상부에 놓여지는 기판을 흡착하기 위한 정전기력이 발생하는 정전 전극이 배치되고 제1 열전달 계수를 갖는 유전층;
상기 유전층에 인접하는 제1 면 및 상기 제1 면에 반대하는 제2 면을 포함하고, 상기 기판을 가열하기 위한 열이 발생하는 발열 전극이 상기 제2 면에 패터닝되어 형성되며, 상기 제1 열전달 계수보다 높은 제2 열전달 계수를 갖는 세라믹 열전도층;
상기 세라믹 열전도층의 제2 면과 접하여 일체로 형성되며, 상기 제1 열전달 계수보다 낮은 제3 열전달 계수를 갖는 절연층; 및
상기 절연층의 하부에 배치되고, 내부에 냉각 유로가 형성된 지지 몸체를 포함하는 온도 가변형 정전척.A dielectric layer having an electrostatic force for generating an electrostatic force for adsorbing the substrate placed thereon and having a first heat transfer coefficient;
A heating electrode including a first surface adjacent to the dielectric layer and a second surface opposite to the first surface, wherein a heating electrode for generating heat for heating the substrate is formed by patterning the second surface, and the first heat transfer A ceramic thermal conductive layer having a second heat transfer coefficient higher than the coefficient;
An insulating layer integrally formed in contact with the second surface of the ceramic heat conductive layer and having a third heat transfer coefficient lower than the first heat transfer coefficient; And
The variable temperature electrostatic chuck disposed below the insulating layer and including a support body having a cooling passage therein. 제1 항에 있어서, 상기 세라믹 열전도층과 상기 절연층은 소성 공정을 통해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The variable temperature electrostatic chuck of claim 1, wherein the ceramic thermal conductive layer and the insulating layer are integrally formed through a firing process. 제2 항에 있어서, 상기 유전층, 상기 세라믹 열전도층 및 상기 절연층은 소성 공정을 통해 일체로 형성되며, 상기 유전층 및 상기 세라믹 열전도층은 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The electrostatic chuck of claim 2, wherein the dielectric layer, the ceramic thermal conductive layer, and the insulating layer are integrally formed through a firing process, and the dielectric layer and the ceramic thermal conductive layer are made of aluminum nitride (AlN). . 제1 항에 있어서, 상기 절연층과 지지 몸체 사이에 구비되는 제2 유전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The variable temperature electrostatic chuck of claim 1, further comprising a second dielectric layer disposed between the insulating layer and the support body. 제1 항에 있어서, 상기 발열 전극은 상기 제2 면으로부터 상기 세라믹 열전도층의 외측으로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The variable temperature electrostatic chuck of claim 1, wherein the heating electrode protrudes from the second surface to the outside of the ceramic thermal conductive layer. 제1 항에 있어서, 상기 발열 전극은 상기 제2 면으로부터 상기 세라믹 열전도층의 내측으로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The variable temperature electrostatic chuck of claim 1, wherein the heating electrode protrudes from the second surface to the inside of the ceramic thermal conductive layer. 제1 항에 있어서, 상기 세라믹 열전도층은 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC) 및 질화규소(Si3N4)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나가 포함된 세라믹 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The temperature-varying electrostatic layer of claim 1, wherein the ceramic thermal conductive layer is made of a ceramic material including at least one selected from the group consisting of aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and silicon nitride (Si3N4). chuck. 제1 항에 있어서, 상기 세라믹 열전도층은 0.5mm 내지 2㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The variable temperature electrostatic chuck of claim 1, wherein the ceramic thermal conductive layer has a thickness of 0.5 mm to 2 mm. 제1 항에 있어서, 상기 발열 전극은 10㎛ 내지 300㎛의 두께를 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The variable temperature electrostatic chuck of claim 1, wherein the heating electrode has a thickness of about 10 μm to about 300 μm. 제1 항에 있어서, 상기 발열 전극 간의 폭은 0.5mm 내지 2mm인 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The variable temperature electrostatic chuck of claim 1, wherein a width between the heating electrodes is 0.5 mm to 2 mm. 제1 항에 있어서, 상기 절연층은 비정질 글라스계 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The variable temperature electrostatic chuck of claim 1, wherein the insulating layer is made of an amorphous glass-based material. 제1 항에 있어서, 상기 절연층은 50㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 온도 가변형 정전척.The variable temperature electrostatic chuck of claim 1, wherein the insulating layer has a thickness of 50 μm to 500 μm. 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 공정 챔버;
상기 공정 챔버와 연결되며, 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 상기 공정 챔버의 내부로 제공하는 가스 제공부; 및
상기 공정 챔버의 내부에 배치되고, 상기 공정 가스를 통해 처리되는 기판을 지지하면서 고정하는 온도 가변형 정전척을 포함하며,
상기 온도 가변형 정전척은
상부에 놓여지는 상기 기판을 흡착하기 위한 정전기력이 발생하는 정전 전극이 배치되고 제1 열전달 계수를 갖는 유전층;
상기 유전층에 인접하는 제1 면 및 상기 제1 면에 반대하는 제2 면을 포함하고, 상기 기판을 가열하기 위한 열이 발생하는 발열 전극이 상기 제2 면에 패터닝되어 형성되며, 상기 제1 열전달 계수보다 높은 제2 열전달 계수를 갖는 세라믹 열전도층;
상기 세라믹 열전도층의 제2 면과 접하여 일체로 형성되며, 상기 제1 열전달 계수보다 낮은 제3 열전달 계수를 갖는 절연층; 및
상기 절연층의 하부에 배치되고, 내부에 냉각 유로가 형성된 지지 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.A process chamber providing space for processing a substrate;
A gas provider connected to the process chamber and providing a process gas to process the substrate into the process chamber; And
A temperature variable electrostatic chuck disposed inside the process chamber and holding and fixing a substrate processed through the process gas,
The temperature variable electrostatic chuck is
A dielectric layer having an electrostatic force for generating an electrostatic force for adsorbing the substrate placed thereon and having a first heat transfer coefficient;
A heating electrode including a first surface adjacent to the dielectric layer and a second surface opposite to the first surface, wherein a heating electrode for generating heat for heating the substrate is formed by patterning the second surface, and the first heat transfer A ceramic thermal conductive layer having a second heat transfer coefficient higher than the coefficient;
An insulating layer integrally formed in contact with the second surface of the ceramic heat conductive layer and having a third heat transfer coefficient lower than the first heat transfer coefficient; And
And a support body disposed below the insulating layer and having a cooling passage formed therein. 제13 항에 있어서, 상기 세라믹 열전도층 및 상기 절연층은 소성 공정을 통해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The substrate processing apparatus of claim 13, wherein the ceramic thermal conductive layer and the insulating layer are integrally formed through a firing process. 제14 항에 있어서, 상기 유전층, 상기 세라믹 열전도층 및 상기 절연층은 소성 공정을 통해 일체로 형성되며, 상기 유전층 및 상기 세라믹 열전도층은 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
The substrate processing apparatus of claim 14, wherein the dielectric layer, the ceramic thermal conductive layer, and the insulating layer are integrally formed through a firing process, and the dielectric layer and the ceramic thermal conductive layer are made of aluminum nitride (AlN).
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